衍射透鏡以及使用了該衍射透鏡的光學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及照相機(jī)、投影儀、照明裝置等針對白色光使用的光學(xué)透鏡、W及使用了 該光學(xué)透鏡的光學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為本技術(shù)領(lǐng)域的【背景技術(shù)】，有日本特開2001-249271號公報(bào)（專利文獻(xiàn)1)。在 該公報(bào)中，記載為"物鏡10是兩面為非球面的樹脂制單透鏡，并在一方的透鏡面11中作為 W光軸為中屯、的環(huán)形帶狀的圖案形成了衍射透鏡構(gòu)造。透鏡面11、12的至少一方是非球 面，作為折射透鏡，球面像差成為校正過度。衍射透鏡構(gòu)造被設(shè)計(jì)成如菲涅爾透鏡那樣在各 環(huán)形帶的邊界具有光軸方向的階差，并具有規(guī)定的球面像差，從而在透鏡整體中即使在折 射率變化了的情況下球面像差也不會變化"（參照摘要）。
[0003] 另外，有日本特開2013-182264號公報(bào)（專利文獻(xiàn)2)。在該公報(bào)中，記載為"一種 透射型屏幕的制造方法，具備：準(zhǔn)備在菲涅爾透鏡片20中的與菲涅爾透鏡部22的形成面相 反側(cè)的面上粘貼了的第1掩蔽片30的工序；對帶掩蔽片的菲涅爾透鏡片10進(jìn)行加熱而軟 化的工序；W及在第1模面41的至少一部分成為曲面的第1模40中，W使第1掩蔽片30 成為第1模面41側(cè)的方式配置帶掩蔽片的菲涅爾透鏡片10,并且從在第1模面41中存在 的第1吸引孔42吸引空氣，對帶掩蔽片的菲涅爾透鏡片20進(jìn)行曲面成型的工序"。
[0004] 另外，有日本特開2013-200367號公報(bào)（專利文獻(xiàn)3)。在該公報(bào)中，記載為"在菲 涅爾透鏡1中，第一面10是平面，與第一面10相反側(cè)的第二面20具有多個(gè)（在圖示例中 是3個(gè)）透鏡面21。在菲涅爾透鏡1中，使分別構(gòu)成各透鏡面21的非球面的中屯、軸CA0、 CAUCA2相互不同，在1個(gè)像面I上使各透鏡面21各自的焦點(diǎn)F(F0)、F(F1)、F(F2)的位置 錯(cuò)開。光學(xué)檢測器具備該菲涅爾透鏡1"。
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2001-249271號公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2013-182264號公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2013-200367號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 通常設(shè)想衍射透鏡用于激光那樣的單色光源，在白色光那樣的具有寬的波長范圍 的光源中，隨著波長從衍射光柵的閃耀化laze)波長偏移而利用效率降低。為了盡可能抑 制該現(xiàn)象，需要設(shè)為將鄰接環(huán)形帶之間的光程差抑制為1個(gè)波長、并利用1次衍射光的設(shè) 計(jì)，但如果需要的透鏡光焦度大，則環(huán)形帶的間距變細(xì)，加工性降低。如果使用η次衍射光， 則間距可成為η倍，但利用效率變得更低。為了實(shí)現(xiàn)使用1次衍射光而效率不降低并用于 寬的波長范圍的透鏡，需要W使成為可加工的程度的環(huán)形帶寬度的方式減小衍射透鏡承擔(dān) 的透鏡光焦度。因此，無法期待使厚的透鏡變薄那樣的效果。
[0009] 關(guān)于菲涅爾透鏡，按照能夠忽略環(huán)形帶之間的干設(shè)性的程度，W比衍射透鏡更大 的階差量和更寬的環(huán)形帶寬度通過幾何光學(xué)的折射而發(fā)揮透鏡作用，能夠容易地實(shí)現(xiàn)薄型 透鏡，但在厚度方向或者半徑方向上等間隔地劃分透鏡、并平面地排列所劃分的透鏡而設(shè) 計(jì)，所W存在如下問題：無法保證考慮了光路長的波面像差特性，無法保證光學(xué)性能。通常 成為平面透鏡并附加到光學(xué)的折射曲面上，無法成為考慮了透鏡光焦度分配的設(shè)計(jì)等。
[0010] 在專利文獻(xiàn)1中，敘述了如下技術(shù)：使用在折射透鏡的透鏡曲面上附加了的衍射 透鏡來補(bǔ)償用于在光盤的拾取（pickup)時(shí)與溫度變化相伴的折射率變化所致的該折射透 鏡的光學(xué)特性的劣化。但是，在拾取透鏡中設(shè)想了單色的激光光源，存在如下問題：在具有 寬的波長范圍的白色光中，伴隨來自閃耀波長的偏移而衍射效率降低。為了盡可能使衍射 效率不降低，需要將鄰接環(huán)形帶之間的光程差抑制為1個(gè)波長，并使用1次衍射光。另外，還 存在如下問題：如果需要的透鏡光焦度大，則衍射構(gòu)造的間距變細(xì)而制造變得困難。此時(shí)， 如果能夠使用高次衍射光，則能夠增大間距而使制造變得容易，同時(shí)增大透鏡光焦度，但根 據(jù)上述效率降低的觀點(diǎn)，無法使用高次衍射光。因此，結(jié)果無法使衍射透鏡具備大的透鏡光 焦度。因此，幾乎無法期待如菲涅爾透鏡那樣使透鏡變薄的效果，僅有色像差、溫度偏移的 補(bǔ)償?shù)扔眯〉耐哥R光焦度可W應(yīng)對的使用方法。
[0011] 在專利文獻(xiàn)2中，敘述了在曲面上形成菲涅爾透鏡的技術(shù)，但曲面是屏幕的面，而 并非是作為透鏡發(fā)揮作用的面，基本上菲涅爾透鏡是劃分曲面的折射透鏡而平行移動來平 面地薄型化的透鏡，存在像差性能等光學(xué)特性不充分的問題。
[0012] 在專利文獻(xiàn)3中，敘述了W使菲涅爾透鏡的劃分了的各透鏡區(qū)域的焦點(diǎn)位置不同 的方式使透鏡面移動，但仍為將原來的一樣的曲面透鏡劃分而移動來薄型化的透鏡，存在 像差性能等光學(xué)特性不充分的問題。
[0013] 鑒于W上的課題，本申請的目的在于在維持使用了厚的透鏡的汽車前燈光學(xué)系 統(tǒng)、投影儀照明光學(xué)系統(tǒng)等的透鏡的光學(xué)性能的狀態(tài)下使該透鏡薄型化。
[0014] 為了解決上述課題，采用例如如下技術(shù)方案的范圍中記載的結(jié)構(gòu)。
[0015] 本申請包括多個(gè)解決上述課題的方案，在舉出其一個(gè)例子時(shí)，在技術(shù)方案1中，"一 種衍射透鏡，在至少一面中具有光學(xué)面，該光學(xué)面具有利用多個(gè)階差來劃分的多個(gè)區(qū)域，所 述衍射透鏡的特征在于，所述衍射透鏡的閃耀波長處于使用的光源的波長譜范圍內(nèi)，所述 閃耀波長下的鄰接區(qū)域之間的光程差比所述光源的相干長度長，在所述閃耀波長W外的波 長下實(shí)質(zhì)上作為菲涅爾透鏡發(fā)揮作用"。
[0016] 已知在衍射透鏡中在閃耀波長下根據(jù)相位函數(shù)計(jì)算的光線的光路與假設(shè)為在閃 耀面中光線幾何光學(xué)地折射而計(jì)算的光路一致。因此，可W說衍射透鏡在閃耀波長下也與 幾何光學(xué)的折射透鏡等效。在如上述技術(shù)方案的范圍中的記載那樣，鄰接區(qū)域之間的光程 差比光源的相干長度長的情況下，作為W往的衍射透鏡不引起必要的光的干設(shè)，所W運(yùn)樣 的透鏡實(shí)質(zhì)上并非是衍射透鏡，而是作為折射透鏡的菲涅爾透鏡發(fā)揮作用。但是，本來，在 閃耀波長下衍射透鏡與折射透鏡等效，所W即使在閃耀波長下不引起光的干設(shè)，衍射透鏡 也依然可W說是衍射透鏡。如果是衍射透鏡，則能夠在市面銷售的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中使用上 述相位函數(shù)來進(jìn)行與折射透鏡同樣的精密的光學(xué)設(shè)計(jì)。因此，在折射曲面上附加衍射透鏡 也容易。運(yùn)樣的特性是在W往的菲涅爾透鏡中沒有的特性。在波長從閃耀波長偏移了的情 況下，作為衍射透鏡來計(jì)算的光路和作為幾何光學(xué)透鏡來計(jì)算的光線的光路產(chǎn)生偏移。在 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中，在衍射透鏡中，僅追蹤特定的衍射次數(shù)的光線的光路，但實(shí)際上衍射效率 逐漸降低，鄰接的衍射次數(shù)的光線的衍射效率逐漸變大而光的能量轉(zhuǎn)移到不同的衍射角的 其他衍射次數(shù)。運(yùn)樣，在其他閃耀波長下衍射效率再次變?yōu)樽畲?，再現(xiàn)與折射透鏡等效的條 件。特定的次數(shù)的衍射角伴隨波長變化而在與基于光學(xué)材料的折射率色散特性的折射透鏡 的折射角的變化相反的方向上變化。因此，關(guān)于衍射透鏡，在折射透鏡的色像差校正中經(jīng)常 利用1次衍射光。但是，能量轉(zhuǎn)移的鄰接次數(shù)的衍射角在與折射透鏡的折射角變化相同的 方向上不連續(xù)地變化。另一方面，在折射透鏡中，伴隨波長變化，根據(jù)上述折射率色散特性 而折射角平滑地變化