[发明专利]衍射光栅透镜和使用了它的摄像装置

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栅透镜(衍射光学元件)和使用了它的摄像装置。 

背景技术

在透镜的表面设有衍射光栅的衍射光栅透镜，在像面弯曲和色像差(由波长造成的成像点的偏移)等的透镜像差矫正方面优异。这是由于，衍射光栅具有逆色散性和异常色散性这样的特异的性质，具备很大的色像差矫正能力。将衍射光栅用于摄像用光学系时，与只有非球面透镜的摄像用光学系统相比，能够以更少的透镜片数实现相同性能。因此，具有能够降低制造成本、且能够缩小光学长度、并能够实现小型化这样的优点。 

一边参照图19(a)至(c)，一边说明现有的衍射光栅透镜的形状设计的方法。衍射光栅透镜是主要根据相位函数法或高折射率法来设计的。在此说明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。 

衍射光栅透镜的形状，由设有衍射光栅的透镜基体的基础形状，即作为折射透镜的形状和衍射光栅的形状组合而构成。图19(a)表示透镜基体的基础形状Sb为非球面时的一例，图19(b)表示衍射光栅的形状Sp的一例。图19(b)所示的衍射光栅的形状Sp由相位函数决定。相位函数由下式(1)表示。 

【算式1】 

φ(r)=2πλ0ψ(r)]]>

ψ(r)＝a₁r+a₂r²+a₃r³+a₄r⁴+a₅r⁵+a₆r⁶+…+a_irⁱ(r²＝x²+y²) 

在此，φ(r)是图19(b)中由形状Sp表示的相位函数，Ψ(r)是光程差函数(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19(b)所示，将轮带按照在相位函数φ(r)中距基准点(中心)的相位每达到2π就进行配置。按该2π所分割的相位函数的曲线所形成的衍射光栅的形状Sp与图19(a)的基础形状Sb相加，由此决定图19(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp。 

图19(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp设于实际的透镜基体时，如果轮带的段差高度161满足下式(2)，则能够得到衍射效果。 

【算式2】 

d=m·λn1(λ)-1]]>

在此，m是设计次数(1次衍射光时m＝1)，λ是使用波长，d是衍射光栅的段差高度，n₁(λ)为在使用波长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存性，是波长的函数。