[发明专利]衍射光学元件、光学系统和光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种衍射光学元件，具体地说，涉及一种具有如下结构的衍射光学元件，在所述结构中，由彼此不同的材料所形成的衍射光栅被层叠。

背景技术

用于减少透镜系统中的色差的方法包括这样的方法，在该方法中，将衍射光学元件提供给透镜的表面或透镜系统的一部分。这种使用衍射光学元件的方法利用了这样的物理现象：由光学系统中的折射表面和衍射表面在彼此相反的方向上生成对于特定基准波长的光线的色差。此外，衍射光学元件能够通过改变其周期性结构的周期而提供作为非球面透镜的效果，这样带来的效果是：不仅减少了色差，而且还减少了除了色差之外的像差。

在包括衍射光学元件的光学系统中在使用波长范围中的光束(light flux)主要包括某个特定级(order)(下文中称为“特定级”或“设计级”)的衍射光的情况下，除了设计级之外的级的衍射光的强度是低的。强度0表示不存在的衍射光。

然而，在现实中，在存在除了设计级之外的级的非必要衍射光并且它们具有高强度的情况下，非必要衍射光沿着不同于设计级的衍射光的路径传播通过光学系统，从而变为闪光。因此，为了利用衍射光学元件的像差减少效应，要求设计级的衍射光的衍射效率在整个使用波长范围中足够高。此外，重要的是，充分考虑设计级的衍射光的衍射效率的谱分布以及除了设计级之外的其它级的非必要衍射光的行为。

日本专利No.3717555、日本专利公布No.11-271513、日本专利公布No.2003-227913、以及日本专利公布No.2005-107298(下文中分别称为文献I至IV)公开了具有如下结构的衍射光学元件，在所述结构中，改进其衍射效率以减少非必要衍射光。文献I至IV中公开的衍射光学元件中的每一个是这样的衍射光学元件，在该衍射光学元件中，两个衍射光栅被层叠从而在它们之间不提供任何空气层(或间隙、或空间)。这样的衍射光学元件下文中称为“接触式两层DOE”。在文献I至IV中，实现了一种衍射光学元件，其通过适当地设置形成各个衍射光栅的材料以及分别具有斜表面和侧表面的光栅部分的高度(光栅高度)而在宽波长范围中对于特定级的衍射光具有还算高的衍射效率。由每一级的衍射光的量相对于全部透射光束的量的百分比来表示衍射效率。

然而，在文献I至IV中，仅考虑了衍射光栅的斜表面的影响，但未考虑衍射光栅的侧表面的影响。因此，特定级(设计级)的衍射效率并不足够高。

发明内容

本发明提供一种衍射光学元件，其能够在考虑衍射光栅的侧表面的影响的情况下，减少由于斜入射光而导致的衍射效率的劣化，以在使用波长范围中改进设计级的衍射效率。

作为本发明一个方面，本发明提供了一种衍射光学元件，其包括：第一衍射光栅和第二衍射光栅，其由彼此不同的材料形成，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅被层叠，从而在它们之间不提供任何空气层。所述衍射光学元件满足以下条件：nd1＜nd2νd1＜νd21.65≤nd1，νd1≤201.73≤nd2，15≤νd2≤60。

其中，nd1和νd1分别表示所述第一衍射光栅的材料相对于d线的折射率和Abbe常数，以及nd2和νd2分别表示所述第二衍射光栅的材料相对于d线的折射率和Abbe常数。

作为本发明的另一方面，本发明提供了一种光学系统，所述光学系统包括上述衍射光学元件和折射光学元件。

作为本发明又一方面，本发明提供了一种光学装置，所述光学装置包括上述光学系统。

本发明的其它方面将从以下描述和附图而变得清楚。

附图说明

图1示出作为本发明实施例1的衍射光学元件的前视图和侧视图。

图2是示出实施例1的衍射光学元件的结构的截面图。

图3是示出实施例1的衍射光学元件的衍射效率的曲线图。

图4是示出用于制造实施例1的衍射光学元件的方法的示图。

图5是示出实施例2的衍射光学元件的衍射效率的曲线图。

图6是示出实施例3的衍射光学元件的衍射效率的曲线图。

图7是示出实施例4的衍射光学元件的衍射效率的曲线图。

图8是示出实施例5的衍射光学元件的衍射效率的曲线图。

图9是示出实施例1至实施例5的衍射光学元件的材料的nd-νd特性的示图。

图10是示出实施例1至实施例5的衍射光学元件的材料的nd-θgF特性的示图。

图11是作为本发明实施例6的图像拍摄光学系统的示意图。

图12是作为本发明实施例7的观测光学系统的示意图。

具体实施方式