[发明专利]衍射光栅透镜、使用它的摄像用光学系统和摄像装置

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栅透镜(衍射光学元件)、使用了它的摄像用光学系统和摄像装置。

背景技术

历来，表面为衍射轮带状的衍射光栅透镜，在像面弯曲和色像差(波长造成的成像点的偏移)等的透镜像差矫正方面优异人所共知。这是由于，衍射光栅具有逆色散性和异常色散性这样特异的性质，具备强大的色像差矫正能力。将衍射光栅用于摄像用光学系统时，与只有非球面透镜的摄像用光学系统相比，能够在相同性能下削减透镜片数。因此，具有能够使制造成本降低、并能够缩短光学长度、且实现小型化这样的优点。

图30中示出衍射光栅透镜的衍射光栅面形状的导出方法。还有，作这衍射光栅透镜的设计方法，主要采用的是相位函数法和高折射率法。在此，以相位函数法为例进行阐述，但最终所得到的结果与通过高折射率法进行设计的情况相同。衍射光栅透镜由作为基础形状的非球面形状(图30(a))和由相位函数(图30(b))决定的衍射光栅形状所形成。相位函数由下述(算式1)表示。

【算式1】

φ(r)=2πλ0ψ(r)]]>

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

(r²＝x²+y²)

在(算式1)中，φ是相位函数，Ψ是光程差函数，r是距光轴的在半径方向的距离，λ₀是设计波长，a1、a2、a3、a4、a5、a6、…、ai是系数。

在利用1次衍射光的衍射光栅的情况下，如图30(b)所示，将衍射轮带按照在相位函数φ(r)中相位每达到2π就进行配置。按该2π所分割的相位形状与图30(a)的非球面形状相加，由此决定图30(c)所示的衍射光栅面形状。具体来说，按照衍射轮带形成部的段差高度241满足下述(算式2)的方式将图30(b)的相位函数的值转换、且使之与图30(a)的非球面形状相加。

【算式2】

d=mo·λn1(λ)-1]]>

在此，m_o是设计级次(1次衍射光时m_o＝1)，λ是设计波长，d是衍射光栅的段差高度，n₁(λ)是在设计波长λ下的透镜基体的折射率、且是波长的函数。如果是满足(算式2)这样的衍射光栅，则在衍射段差部的根基和前端而相位差为2π，能够使单一波长的光所对应的1次衍射光的衍射效率(以下称为“1次衍射效率”。)大体上达到100％。