[发明专利]衍射光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及可降低由具备衍射光栅的摄像用光学系统导致的夫琅禾费衍射像的摄像用光学系统的结构。

背景技术

以往，众所周知的是，表面为衍射波带状的衍射光栅透镜在像面弯曲、色差(因波长导致的成像点的偏离)等透镜色差校正方面具有优良的表现。这是因为，衍射光栅具备逆色散性及异常色散性这种特殊的性质，并且带有较大的色差校正能力。在将衍射光栅用于摄像用光学系统的情况下，与仅为非球面透镜的摄像用光学系统相比，在达成同一性能的前提下能够减少透镜片数。因此，具有如下优点，即，能够在降低制造成本的同时，缩短光学长度，能够使装入摄像用光学系统的摄像装置等的高度低。另外，若其界面为焰(blaze)状或与焰状内接的细小台阶状的衍射光栅，则能够使相对于单一波长的光的特定级数的衍射效率达到大致100％。

理论上而言，相对于波长，1级衍射光的衍射效率(以下，称为“1级衍射光率”)为100％的衍射光栅深度(焰厚度)通过下述(式1)获得。其中，λ为波长，d为衍射光栅深度，n(λ)为构成的衍射光栅透镜的材料的折射率且为波长的函数。

【式1】

d=λ|n(λ)-1|]]>

根据(式1)，在波长λ变化的同时衍射效率为100％的d的值也变化。即，若d的值固定，则对于满足(式1)的波长λ以外的波长而言，衍射效率不为100％。在将衍射透镜用于一般的摄像用途的情况下，需要使宽波段(例如，波长400nm～700nm左右的可见光域等)的光衍射。因此，如图18所示，在向在透镜基体11上设置有衍射光栅12的衍射透镜入射光线的情况下，在摄像面31上产生1级衍射光201以外的多余级数的衍射光202(以下，也称为“多余级数衍射光”)，成为闪耀或重影而导致图像劣化，或者使MTF(Modulation Transfer Function：调制传递函数)特性降低。

如图19所示，通过在形成有衍射光栅12的面上将具有与构成透镜基体11的材料不同的折射率及折射率色散(refractive index dispersion)的光学材料作为保护膜211涂布或接合，从而抑制多余级数衍射光202的产生。在专利文献1中公开有如下例子，即，通过将构成形成有衍射光栅的基体的材料的折射率与以覆盖衍射光栅的方式形成的保护膜211的折射率设定成特定的条件，从而能够降低衍射效率的波长依存性。由此，能够消除伴随图18所示的多余级数的衍射光202产生的闪耀。

另外，作为其他方法，在专利文献2中公开了如下方法，即，在利用图18的一般的衍射光栅透镜的相机进行的摄影中，根据多余级数衍射光202的二维点像分布利用基于最小二乗法的调整(fitting)求出并去除多余级数衍射光202的绝对量。在专利文献3公开了如下方法，即，在第一彗差()的摄影中存在饱和的像素的情况下，以其像素不饱和的方式进行第二彗差的摄影，根据该时的曝光时间的调整值求出多余级数衍射光202的绝对量而去除多余级数衍射光202。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平09-127321号公报

【专利文献2】日本特开2005-167485号公报

【专利文献3】日本特开2000-333076号公报

发明内容

【发明要解决的问题】

本申请的发明人等发现，若设置有衍射光栅的面上的衍射波带间距变小，则产生与图18所示的多余级数衍射光202不同的条纹状的闪耀光。图20表示该闪耀光的简要情况。主要的1级衍射光中的一部分成为条纹状闪耀光221，在原本聚光位置附近呈现为条纹状。与产生图18所示的多余级数衍射光202的入射光相比，条纹状闪耀光221在多量的光进一步入射到摄像用光学系统时变得更为显著。条纹状闪耀光221在图像上比多余级数衍射光202更为扩大而导致画质劣化。尤其是，夜间等全暗的背景下对光等明亮的被拍摄体进行拍摄的情况等对比度大的过激的环境下，存在条纹状闪耀光221变得特别显眼的问题。