[发明专利]衍射光栅透镜及使用了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汇聚或发散的衍射光栅透镜(衍射光学元件)及使用了该衍射光栅透镜的摄像装置。

背景技术

在透镜表面设置了衍射光栅的衍射光栅透镜在像面弯曲或色差(随着波长而不同的成像点的偏差)等透镜象差修正方面很出色。这是因为衍射光栅具有逆散射性和反常散射性这样的特殊的性质，且具备大的色差修正能力。在摄像用光学系统中使用了衍射光栅的情况下，与仅采用了非球面透镜的摄像用光学系统相比，能够以更少的透镜数来实现同一性能。因此，具有能够降低制造成本的同时能够缩短光学长度，且能够实现低高度的优点。

参照图18(a)至(c)，说明现有技术中的设计衍射光栅透镜的形状的方法。衍射光栅透镜主要是通过相位函数法或高折射率法设计的。在此，说明使用了相位函数法的设计方法。在利用高折射率法进行设计的情况下，最终得到的结果是相同的。

衍射光栅透镜的形状是通过组合设置了衍射光栅的透镜基体的基本形状、即作为折射透镜的形状和衍射光栅的形状而构成的。图18(a)表示透镜基体的基本形状Sb为非球面时的一例，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是根据相位函数决定的。通过下述式(1)表示相位函数。

φ(r)=2πλ0ψ(r)]]>

ψ(r)＝a₁r+a₂r²+a₃r³+a₄r⁴+a₅r⁵+a₆r⁶+…+a_irⁱ    (1)

(r²＝x²+y²)

其中，φ(r)是在图18(b)中用形状Sp表示的相位函数，ψ(r)是光程差函数(z＝Ψ(r))。r是距光轴的半径方向的距离，λ₀是设计波长，a1、a2、a3、a4、a5、a6、…、ai是系数。

若是利用了1次衍射光的衍射光栅，则如图18(b)所示，在相位函数φ(r)中，每隔距基准点(中心)的相位为2π的位置处配置有环带。通过相加该每隔2π被分割的相位函数的曲线所形成的衍射光栅的形状Sp1、和图18(a)的基本形状Sb，从而决定图18(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp。

在图18(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp被设置在实际的透镜基体中的情况下，若环带的阶差高度141满足下述式(2)，则可得到衍射效果。

d=m·λn1(λ)-1---(2)]]>

其中，m是设计级数(若是1次衍射光，则m＝1)，λ是使用波长，d是衍射光栅的阶差高度，n₁(λ)是使用波长λ下的构成透镜基体的透镜材料的折射率。透镜材料的折射率具有波长依赖性，是与波长相关的函数。