[发明专利]光学材料和用该光学材料形成的多层衍射光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及光学材料和光学元件，具体地，涉及适合形成光学元件的光学材料，该光学元件用于摄像光学系统例如照相机。

背景技术

在利用光折射的现有折射光学系统中，通过将由具有不同色散(dispersion)特性的玻璃材料组成的透镜组合来减小色差。例如，在望远镜等的物镜中，将具有低色散的玻璃材料用于正透镜，将具有高色散的玻璃材料用于负透镜，并且通过将一个或多个负透镜与一个或多个正透镜组合来校正在轴上出现的色差。但是，例如，当透镜的构造或数目有限或者当能够使用的玻璃材料受到限制时，存在难以适当校正色差的情况。

对于这种问题，有通过使用具有折射表面的折射光学元件和具有衍射光栅的衍射光学元件的组合，用少数透镜抑制色差的方法。

该方法利用如下物理现象：在光学元件的折射表面和衍射表面，在具有一定基准波长的光束中色差出现的方向彼此相反。此外，通过改变衍射光学元件中连续形成的衍射光栅的周期，能够实现与非球面透镜等同的特性。但是，已进入衍射光学元件的一个光束通过衍射被分为多个不同衍射级次的光束。此时，与设计级次不同的衍射级次的衍射光束在由设计级次的光束形成图像的位置之外的位置中形成图像，这会引起炫光。

美国专利No.6,262,846和6,912,092，均归属于本申请的受让人，公开了上述用于抑制色差的方法的实例。美国专利No.6,262,846公开了通过使光学元件的折射率色散和在光学元件的边界表面中形成的光栅的形状最优化，能够在宽波长范围内实现高衍射效率。通过将使用波长范围中的光束的级次限制为特定级次(以下称为“设计级次”)，使其他衍射级次的衍射光束的强度减小并且抑制炫光产生。

还公开了要在宽波长范围内获得具有高衍射效率的构造，使用由具有较低折射率色散的材料形成的衍射光学元件和由具有较高折射率色散的材料形成的衍射光学元件的组合。

于是，具有高折射率色散的材料与具有低折射率色散的材料之间的折射率色散之差越大，由该材料构成的光学元件的光栅的高度变得越低且光学元件的视角变得越高。因此，要以高精度校正色差，可能有必要使用具有较高折射率色散(较低阿贝数)的材料和具有较低折射率色散(较高阿贝数)的材料。

美国专利No.6,912,092公开了光学材料，其具有如下d线下的折射率(nd)与d线下的阿贝数(vd)之间的关系：nd＞-6.667×10^-3vd+1.70，和如下二次折射率色散(θg，F)与阿贝数(vd)之间的关系：θg，F≤-2vd×10^-3+0.59。当满足这些式时，能够提高在整个可见区的衍射效率。

此外，美国专利No.6,912,092中的光学材料是复合材料，其中在粘结剂树脂中将具有高折射率色散和低二次色散(second-orderdispersion)特性的透明导电金属氧化物以细颗粒形式混合并分散。作为该透明导电金属氧化物，已公开了透明导电金属氧化物例如ITO(氧化铟锡)、ATO(锑掺杂的氧化锡)、SnO₂(二氧化锡)、ZnO(氧化锌)等。

美国专利No.6,912,092也记载了高折射率高色散材料的实例，其中已将无机细颗粒分散在树脂中。具体地，美国专利No.6,912,092记载了其中已将ITO细颗粒分散在有机树脂中的光固化性树脂材料作为高折射率高色散材料，其在d线下的折射率nd在1.606-1.648的范围内，并且在d线下的阿贝数vd在13.3-22.7的范围内。美国专利No.6,912,092还记载了d线下的折射率nd为1.513且d线下的阿贝数vd为51.0的光固化性树脂材料作为低折射率低色散材料。

此外，美国专利No.6,912,092的实施例记载了层合型衍射光学元件，其中配置由高折射率高色散材料组成的衍射光学元件和由低折射率低色散材料组成的衍射光学元件以使它们之间存在空间而彼此相对。