[发明专利]衍射光栅透镜及使用该衍射光栅透镜的摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用衍射现象进行光的会聚或发散的衍射光学透镜(衍射光学元件)和使用了该衍射光学透镜的摄像装置。

背景技术

通过在透镜基体上设有衍射光栅且利用衍射现象进行光的会聚或发散的衍射光学元件被称为衍射光栅透镜。众所周知，衍射光栅透镜在像面弯曲和色像差(因波长造成的成像点的偏移)等透镜像差的修正方面优异。这是由于，衍射光栅具有与由光学材料产生的色散性相反的色散性(逆色散性)、或具有从光学材料的色散的直线性脱离的色散性(异常色散性)。因此，通过使之与通常的光学元件加以组合，而使衍射光栅透镜发挥巨大的色像差修正能力。

另外，将衍射光栅使用于摄像用光学系统时，与只由非球面透镜构成的摄像用光学系统相比，能够以很少的透镜片数得到相同性能。因此，不仅能够降低摄像用光学系统的制造成本并能够缩短光学长度且能够实现小型化这样的优点存在。

一边参照图18(a)～(c)，一边说明现有的衍射光栅透镜形状的设计方法。衍射光栅透镜主要根据相位函数法或高折射率法加以设计。在此说明的是使用相位函数法的设计方法。根据高折射率法进行设计时，最终得到的结果也相同。

就衍射光栅透镜的形状而言，由设有衍射光栅的透镜基体的基本形状和衍射光栅的形状形成。图18(a)表示透镜基体的表面形状为非球面形状Sb时的一例，图18(b)表示衍射光栅的形状Sp1的一例。图18(b)所示的衍射光栅的形状Sp1由相位函数决定。相位函数由下式(5)表示。

[算式1]

φ(r)=2πλ0ψ(r)]]>

ψ(r)＝a₁r+a₂r²+a₃r³+a₄r⁴+a₅r⁵+a₆r⁶+…+a₁rⁱ        (5)

(r²＝x²+y²)

在此，为r相位函数，Ψ(r)为光程差函数(z＝Ψ(r))，r为距光轴的半径方向的距离，λ₀为设计波长，a1，a2，a3，a4，a5，a6，…，ai为系数。

在利用1次衍射光的衍射光栅的情况下，如图18(b)所示，在相位函数中按距基准点(中心)的相位每达到2nπ(n为1以上的自然数)就分割相位差函数的曲线。通过使该按2nπ分割的相位差函数的曲线所形成的形状Sp1与图18(a)的非球面形状Sb相加，从而决定图18(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp1。从相位差函数向光程差函数的转换运用式(5)的关系。

在将图18(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp1设置在实际的透镜基体的情况下，当环带的段差高度161满足下式(1)时，能够得到衍射效果。

[算式2]

d=m·λn1(λ)-1---(1)]]>