[發明專利]衍射透鏡和使用了它的攝像裝置

無效

• 申請號: 201180001620.1
• 申請日: 2011-02-23
• 公開（公告）號: CN102369463A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 是永繼博;安藤貴真
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: G02B3/08
• 分類號: G02B3/08;G02B5/18;G02B13/04;G02B13/18;H04N5/225
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及使不必要衍射光的發生和光損失得以抑制、且在廣角下具有高分辨率的衍射透鏡，和使用了它的攝像裝置。

背景技術

作為能夠得到比非球面透鏡更高的攝像性能透鏡，已知有在非球面透鏡的表面設有同心圓狀的衍射光柵形狀部的衍射透鏡。在衍射透鏡中，通過在非球面透鏡的折射效果上重疊衍射效果，可以格外地降低色像差和像面彎曲等各種像差。如果使用截面為鋸齒(blaze)狀或與鋸齒內接的細小的階梯狀的衍射光柵形狀部，則能夠使單波長所對應的特定次數的衍射效率達到大約100％。

如圖9所示，考察在折射率n(λ)的基材91的表面所形成的鋸齒狀的衍射光柵形狀部92。理論上，在波長λ下對于垂直入射到衍射光柵形狀部的光線93而m次衍射效率(m為整數)達到100％的衍射光柵形狀部的衍射段差d，由下式給出。在此，折射率“n(λ)”表示折射率為波長的函數。

[算式1]

d＝mλ/(n(λ)-1)

由(算式1)可知，隨著波長λ的變化，m次的衍射效率成為100％的d值也發生變化。以下，雖然對于以m為1的一次的衍射效率進行闡述，但m并不限定為1。

圖10表示垂直入射到衍射段差為0.93μm的由聚碳酸酯構成的衍射光柵形狀部的光線的一次衍射效率。使用(算式1)，在波長550nm下設計衍射光柵形狀部的衍射段差d，因此一次衍射光的衍射效率在波長550nm下大約為100％。一次衍射效率存在波長依存性，在波長400nm下，一次衍射效率為50％左右。一次衍射效率從100％降低的量，是發生了0次和2次或-1次這樣的不必要衍射光。

若可視光全域(波長400～700nm)的光、入射到圖9所示這樣的使鋸齒狀的衍射光柵形狀部以同心圓狀形成于表面的非球面的衍射透鏡，則會得到光斑(flare)非常醒目的彩色圖像。該光斑是由被攝物體像的成像所利用的一次衍射光以外的不必要衍射光所造成的。特別是被攝像物體和背景的亮度的差越大，光斑變得越顯著。

由于發生這樣的光斑，導致圖9所示的衍射光柵的攝像用途受到限制，局限于相對于背景而亮度不高的被攝物體的拍攝、或不需要高分辨率的拍攝等。如此，現有的用途中沒有充分挖掘出潛在具有比非球面透鏡更高的攝像性能的衍射光柵的效果。

為了使用這樣的衍射透鏡得到光斑少的彩色圖像，提出降低特定次數的衍射效率的波長依存性(例如專利文獻1)。在圖11中示出專利文獻1所公開的衍射光學元件。在專利文獻1中公開了以下內容：以覆蓋在基材111上所形成的衍射光柵形狀部112的方式將保護膜113涂布、接合。

這種情況下，垂直入射到衍射光柵形狀部112的光線(入射角θ＝0°)所對應的一次衍射效率達到100％的衍射光柵形狀部的衍射段差d’，由下式給出。

[算式2]

d′＝mλ/|n₁(λ)-n₂(λ)|

在此，λ為波長，m為衍射次數，n₁(λ)為基材材料的折射率，n₂(λ)為保護膜材料的折射率。如果(算式2)的右邊在某一波長范圍下達到一定值，則在該波長范圍下的m次衍射效率的波長依存性消失。這樣的條件在通過適當組合高折射率高阿貝數材料和低折射率低阿貝數材料來構成基材和保護膜的情況下得到滿足。通過基材和保護膜使用適當的材料，可以使在可視光全域下垂直入射光所對應的衍射效率達到95％以上。還有，在該構成中，基材的材料與保護膜的材料也可以交換。另外，衍射光柵形狀部的衍射段差的高度d’比(算式1)所示的沒有保護膜的衍射光柵形狀部的衍射段差的高度d大。

在圖11所示的衍射透鏡中，因為一次衍射光以外的不必要的衍射光少，所以在圖9的衍射透鏡中構成問題的光斑就幾乎不會發生，能夠得到分辨率高的良好的圖像。

如此，如果將圖11所示的鋸齒狀的衍射光柵形狀部設于非球面透鏡的表面，則在獲得高分辨率的圖像這一點上非常有效。以下，將以攝像為主要用途所使用的衍射透鏡特稱為衍射攝像透鏡。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開平9-127321號公報

發明的公開

發明要解決的技術問題

但是，根據本申請發明者的研究，圖11所示的衍射攝像透鏡會產生如下問題點。