[发明专利]层叠衍射光学元件和光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种层叠衍射光学元件，具体地涉及一种色差减小的层叠衍射光学元件。

背景技术

衍射光学元件(以下被称为DOE)提供任意的光焦度(optical power)，并且具有能够有效地减小折射光学系统的色差的反常色散特性。

然而，DOE几乎总是具有降低的光焦度，以被用在多色光的光学系统中，以便良好地校正色差。这是因为DOE的色散比折射的色散大非常多，因此，具有大大有助于图像形成的光焦度的DOE增大对于各种波长的衍射能力(diffraction power)的差异，这增大了DOE所产生的色差。因此，DOE的性能没有被充分利用。

日本专利No.3966303公开了在其每个表面上具有高度不同的两级台阶(binary steps)的拾取透镜。该拾取透镜将一个表面上的两级台阶的高度分别设置为等于不希望衍射通过该两级台阶的波长的整数倍的值和与希望衍射通过该两级台阶的波长的整数倍不同的值，从而仅使所需波长的光衍射。

而且，日本专利公开No.9-189892公开了包括液晶DOE的显示光学系统。该显示光学系统执行来自光源的光的波长的高速时分切换，诸如R→G→B→R→...，并且与时分切换同步地切换液晶DOE的参数，从而抑制像差(aberration)的产生。

将对透射型DOE的示例进行描述，在该示例中，同心环形带形成在其折射率n(λ_d)为1.5168(λ_d＝587.56nm)的透明平面基板上。当DOE的衍射阶次(order)为+1阶并且其焦距为50mm时，如果入射光瞳与所述环形带同轴地设置并且入射光瞳的直径为5mm，则R-B的纵向色差(λ_R＝640nm和λ_B＝480nm)增大到15.704mm。在折射透镜具有等于DOE的折射率的折射率和50mm焦距的情况下，曲率半径为-28.63mm，并R-B的纵向色差为0.775mm。

此外，将对反射型DOE的示例进行描述，该反射型DOE将25°的入射角转换为60°的反射角，并且其衍射阶次为+1阶，焦距为50mm。在该DOE中，R-B的纵向色差增大到40mm或更大。

这些描述是针对单独使用DOE的情况。然而，在具有强的能力(power)的DOE被用于包括透镜或反射镜的光学系统中的情况下，由于DOE的衍射，产生极大的色差，这可妨碍光学系统的形成。

日本专利No.3966303和日本专利公开No.9-189892中所公开的DOE可解决上述问题。然而，日本专利No.3966303中所公开的DOE是多级带片(multi-level zone plate)DOE，其可能获得不充分的衍射效率。此外，日本专利公开No.9-189892中所公开的液晶DOE涉及环形带间隔的精度取决于像素单元的尺寸的问题以及其时间响应性不能得到充分改进的问题。

发明内容

本发明提供一种具有强的能力并且能够减小由于衍射而产生的色差的层叠衍射光学元件。

本发明提供一种层叠衍射光学元件作为其一方面，该层叠衍射光学元件包括：彼此层叠的多个衍射光栅，各个衍射光栅由相同的透光材料形成；和形成在各个衍射光栅的光栅表面上的多个反射膜，每个反射膜设置在衍射光栅之间。每个反射膜反射特定的波长范围中的光，并且透射与该特定的波长范围不同的波长范围中的光，对于各个反射膜的特定的波长范围彼此不同。各个衍射光栅的光栅表面根据对于各个反射膜的特定的波长范围被形成为彼此不同的形状。

本发明提供一种层叠衍射光学元件作为其另一方面，该层叠衍射光学元件包括彼此层叠的多个衍射光栅，各个衍射光栅由彼此不同的透光材料形成。各个衍射光栅的光栅表面被形成为彼此不同的形状。在衍射光栅层叠的层叠方向上彼此相邻的衍射光栅的折射率对于一特定的颜色的光具有相互不同的色散特性。每个光栅表面使特定的颜色的光衍射。

本发明提供一种包括上述层叠衍射光学元件的光学系统作为其又一方面。

从以下参照附图对示例性示例(实施例)的描述，本发明的进一步特征和方面将变得清晰。

附图说明

图1示意性地显示作为本发明的示例1的反射型DOE的结构。

图2示意性地显示作为本发明的示例2的透射型DOE的结构。

图3示意性地显示作为本发明的示例3的反射型DOE的结构。

图4显示包括示例3的反射型DOE的光学系统。

图5是显示示例3的反射型DOE中所使用的二向色膜(dichroic film)的反射率特性的曲线图。