一衍射光学元件具有这样的结构，其中，具有高度在一个周期内变化的周期性凹凸模式的多个层被相互接近或紧密接触地层叠。衍射光学元件包括在凹凸模式的高度上相等并在凹凸模式的高度在一个周期内变化的方向上彼此相反的两层，以及凹凸模式的高度不同于所述两层的另一层。形成所述三层的材料在色散上互不相同。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
技术介绍
(2)通过改变构成衍射光学元件的一衍射光栅的凹凸模式的间距，能够控制波前。(3)凹凸模式在结构上非常薄，因此所占体积很小。特别地，关于上述条款(1)，如果将该衍射光学元件引入到通常由诸如相机镜头的折射光学系统组成的装置中去，色像差将有极大改善。进一步，通过上述(2)，也能获得将一种所谓的消球差透镜引进到一种光学系统的效果。更进一步，通过上述(3)，能够获得一种光学性能较好的紧凑的光学系统。该技术公开在一些文献中，如SPIE Vol.1354，国际镜头设计会议(Intenational Lens Design Conference)(1990)，日本专利申请公开文本No.4-213421(相应于美国专利5044706)，日本专利申请公开文本No.6-324262(相应于美国专利57900321)，等等。附附图说明图1说明传统的最流行的衍射光学元件的范例。如图1所示，一种凹凸模式101形成于空气层102和具有折射率Nd＝1.497及阿贝数vd＝57.44的树脂材料层103之界面。这种凹凸模式101的高度由h表示，其间距由P表示。这一由衍射光栅组成的衍射光学元件在下文中被称为单层衍射光学元件。当P＝150μm和h＝1.05μm时，这种衍射光学元件105的衍射效率的计算结果如附图2所示。在图2中，横坐标轴表示可见光区400nm-700nm的波长范围，纵坐标轴表示+第一级衍射光的衍射效率。这种衍射光学元件使得在所用的400nm-700nm波长区域中，+第一级被选作衍射光的衍射效率最高的设计级。衍射光学元件的凸纹的高度也可能在设计时改变，因此+第一级外的其它级的衍射效率可能变得最高。但是在下文的情况中，+第一级被选作设计级，+第一级衍射光的衍射效率成为最高的。根据图2，在可见光区，衍射效率在短波侧和长波侧波长区域大大地降低。在这些波长区，除+第一级之外的其它的不必要的级(没有显示)的衍射效率变得较高。当将这一衍射光学元件用于一光学系统，如用于可见光区的照相机镜头，不必要的级可能引起光斑。当衍射光学元件的高度被定义为h及它在特定波长λ处的折射率被定义为n(λ)，则出现在它和空气(折射率为1)间的光程差OPD为OPD＝(n(λ)-1)·h。这时衍射效率为η=2]]>这里x＝(OPD/λ)-m当前设计级为+第一级，因此m＝1。当x＝0。衍射效率η变得最高，附图3显示图1(m＝1)中衍射光学元件的x值(相位特性)。x值在短波侧和长波侧大大地偏离0，因此认为其特性如图2所示。消除这一衍射光学元件衍射效率的波长依赖性及阻止光斑等的出现的技术公开在申请人的(或受让人的)日本专利申请公开文本No.11-223717(相应于美国申请公开文本2001015848)或日本专利申请公开文本No.9-325203(相应于美国专利公开文本6157488)或日本专利申请公开文本No.9-127322(相应于美国专利6157488)。目的在于通过结合两种或更多种具有不同光学特性的材料来构造一种衍射光学元件，以减少衍射效率的波长依赖性。附图4显示一个描述在在日本专利申请公开文本No.11-223717中的一个具体实施例中的一衍射光学元件构造的一个例子。一种叠层型的衍射光学元件将在下文通过这一结构的应用例子来描述。如图4所示，通过一构造于Nd＝1.635及vd＝22.99的光学材料层109和空气层108之间的凹凸模式106及一构造于Nd＝1.5129及vd＝51.00的光学材料层110和空气层108之间的凹凸模式107形成了一种叠层型的衍射光学元件111。凹凸模式106和凹凸模式107的高度h1和h2分别为h1＝7.88μm和h2＝10.95μm。h1给负号的原因是形成衍射光学元件的光栅结构的方向同h2的光栅结构方向相反。在这种构的例子中，上述的x和波长之间的关系显示在附图5中。而且，附图6显示了图4所示的叠层类型衍射光学元件的第一级光的衍射效率的波长依赖性，对比图2，在图6中，短波侧和长波侧的衍射效率有极大地提高。但是，要看到在短波侧区域，衍射效率有一降低。附图7显示形成图4所示的衍射光学元件的两种光学材料的折射率。在附图7中，虚线和实线分别表示形成层109和110的材料的折射率。形成层109的材料的折射率在短波侧的变化大，因此图5所示的x在短波侧的变化大。这就是衍射效率在短波侧有一降低的原因。如前所述，与单层型衍射光学元件相比较，这种叠层型衍射光学元件的衍射效率有极大地提高，但是，衍射效率在短波侧仍然有一降低。这可能引发斑，因此，期望制造出衍射效率在整个所采用的波长范围内都高的衍射光学元件。专利技术根述本专利技术的目的在于提供一衍射光学元件，它能在所采用的诸如可见光区的宽的波长谱带内广泛地维持好的衍射效率。为达到上述目的，本专利技术的一种形式的衍射光学元件是这样一种衍射光学元件，其中，将具有高度在一个周期内变化的周期性凹凸模式的多个层相互接近或紧密接触地层叠，其特征在于，包括在凹凸模式的高度上相等并在凹凸模式的高度在一个周期内变化的方向上彼此相反的两层，以及凹凸模式的高度不同于所述两层的另一层，其特征还在于，形成这三层的材料在色散上互不相同。而且，本专利技术的另一种形式的衍射光学元件是这样一种衍射光学元件，其中，同样，具有高度在一个周期内变化的周期性凹凸模式的多个层被相互接近或紧密接触地层叠，其特征在于，包括由在色散上互不相同的材料形成的、并且在凹凸模式的高度上相等并在凹凸模式的高度在一个周期内变化的方向上彼此相反的两层，以及与这两层中的由色散较小的材料形成的一层在凹凸模式的高度在一个周期内变化的方向上相同的另一层，其特征还在于，形成所述另一层的材料在色散上大于形成这两层的材料。图2显示根据现有技术的单层型衍射光学元件的衍射效率。图3显示根据现有技术的单层型衍射光学元件的相位特性。图4显示根据现有技术的叠层型衍射光学元件。图5显示根据现有技术的叠层型衍射光学元件的相位特性。图6显示根据现有技术的叠层型衍射光学元件的衍射效率。图7显示根据现有技术的叠层型衍射光学元件的形成材料的特性。图8显示根据实施例1的衍射光学元件。图9显示根据实施例1的衍射光学元件的相位特性。图10显示根据实施例1的衍射光学元件的衍射效率。图11显示根据实施例1的衍射光学元件的形成材料的特性。图12显示根据实施例1的衍射光学元件。图13显示根据实施例2的衍射光学元件的相位特性。图14显示根据实施例2的衍射光学元件的衍射效率。图15显示根据实施例2的衍射光学元件的形成材料的特性。图16A和16B显示根据实施例3的衍射光学元件。图17是装备有衍射光学元件的光学系统的示意图。图18是装备有衍射光学元件的光学设备的示意图。图9显示了这种结构中上述的x(OPD/λ-1)。图10显示本实施例的衍射效率的波长依赖性。比较图9和示出现有技术的一个例子的图5，可以看出本实施例的衍射光学元件的OPD/λ-1随波长的变化更小，结果，可能获得如图10所示的特性，衍射效率大于传统叠层结构的衍射光学元件的衍射效率，特别是在短波区有高的衍射效率。图11显示材料层115、117和118各自的折射率。图11中各曲线图旁标注的数字分别相应于各材料层。关于标注为115和118的材料层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种衍射光学元件，其中，具有高度在一个周期内变化的周期性凹凸模式的多个层被相互接近或紧密接触地层叠，包括： 在凹凸模式的高度上相等并在凹凸模式的高度在一个周期内变化的方向上彼此相反的两层；以及 凹凸模式的高度不同于所述两层的另一层； 其中，形成所述三层的材料在色散上互不相同。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小林秀一，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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