CN102483477A - 衍射光栅透镜及使用了该衍射光栅透镜的摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的衍射光栅透镜是具备了透镜基体、设置于透镜基体的表面且以基本形状为基准的多个衍射阶差、和分别被衍射阶差夹持的多个衍射光栅的衍射光栅透镜，透镜基体由在使用波长λ下具有折射率n1(λ)的第1材料构成，衍射光栅与空气相接触，将衍射阶差的设计阶差长设为d、且m设为衍射次数时，满足以下的关系。
Figure DDA0000139339440000011
多个环带分别在半径方向上包括中央部和夹持中央部的一对端部，在多个环带中的至少1个环带中，在一对端部的一方的至少一部分设置凹部(18)和凸部(19)中的一方，在一对端部的另一方的至少一部分设置凹部和凸部中的另一方，衍射光栅的2种衍射阶差(17A、17B)中的一方被设置在与基本形状的设计波长λ0下的相位差为2nmπ以外的位置上。

Description

衍射光栅透镜及使用了该衍射光栅透镜的摄像装置
技术领域
本发明涉及利用衍射现象进行光的汇聚或发散的衍射光栅透镜(衍射光学元件)及使用了该衍射光栅透镜的摄像装置。
背景技术
在透镜表面设置了衍射光栅的衍射光栅透镜在像面弯曲或色差(随着波长而不同的成像点的偏差)等透镜象差修正方面很出色。这是因为衍射光栅具有逆散射性和反常散射性这样的特殊的性质，且具备大的色差修正能力。在摄像用光学系统中使用了衍射光栅的情况下，与仅采用了非球面透镜的摄像用光学系统相比，能够以更少的透镜数来实现同一性能。因此，具有能够降低制造成本的同时能够缩短光学长度，且能够实现低高度的优点。
参照图18(a)至(c)，说明现有技术中的设计衍射光栅透镜的形状的方法。衍射光栅透镜主要是通过相位函数法或高折射率法设计的。在此，说明使用了相位函数法的设计方法。在利用高折射率法进行设计的情况下，最终得到的结果是相同的。
衍射光栅透镜的形状是通过组合设置了衍射光栅的透镜基体的基本形状、即作为折射透镜的形状和衍射光栅的形状而构成的。图18(a)表示透镜基体的基本形状Sb为非球面时的一例，图18(b)表示衍射光栅的形状Sp1的一例。图18(b)所示的衍射光栅的形状Sp1是根据相位函数决定的。通过下述式(1)表示相位函数。
φ ( r ) = 2 π λ 0 ψ ( r )
ψ(r)＝a1r+a2r2+a3r3+a4r4+a5r5+a6r6+…+airi    (1)
(r2＝x2+y2)
其中，φ(r)是在图18(b)中用形状Sp表示的相位函数，ψ(r)是光程差函数(z＝Ψ(r))。r是距光轴的半径方向的距离，λ0是设计波长，a1、a2、a3、a4、a5、a6、…、ai是系数。
若是利用了1次衍射光的衍射光栅，则如图18(b)所示，在相位函数φ(r)中，每隔距基准点(中心)的相位为2π的位置处配置有环带。通过相加该每隔2π被分割的相位函数的曲线所形成的衍射光栅的形状Sp1、和图18(a)的基本形状Sb，从而决定图18(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp。
在图18(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp被设置在实际的透镜基体中的情况下，若环带的阶差高度141满足下述式(2)，则可得到衍射效果。
d = m · λ n 1 ( λ ) - 1 - - - ( 2 )
其中，m是设计级数(若是1次衍射光，则m＝1)，λ是使用波长，d是衍射光栅的阶差高度，n1(λ)是使用波长λ下的构成透镜基体的透镜材料的折射率。透镜材料的折射率具有波长依赖性，是与波长相关的函数。
若是满足式(2)的衍射光栅，则在环带的根部与前端之间，在相位函数上的相位差是2π，相对于使用波长λ的光而言，光程差是波长的整数倍。因此，能够将1次衍射光相对于使用波长的光的衍射效率(以下，称作“1次衍射效率”)大致设置成100％。若使用波长λ发生变化，则根据式(2)，衍射效率成为100％的d的值也会发生变化。相反，若d的值固定，则在满足式(2)的使用波长λ以外的波长下，衍射效率不会成为100％。
在将衍射光栅透镜用于一般的摄像用途中的情况下，需要使宽频带(例如，波长为400nm～700nm左右的可见光波段等)内的光衍射。其结果，如图19所示，向在透镜基体151中设置了衍射光栅152的衍射光栅透镜入射可见光线时，除了决定为使用波长λ的波长的光所引起的1次衍射光155以外，还会产生不需要的次数的衍射光156(以下，也称作“无用次数衍射光”)。例如，在将决定阶差高度d的波长设为绿色光的波长(例如540nm)的情况下，绿色光波长的1次衍射效率为100％，而且也不会产生绿色光波长的无用次数衍射光156，但是在红色光波长(例如640nm)或蓝色光波长(例如440nm)下，1次衍射效率不到100％，会产生红色的0次衍射光或蓝色的2次衍射光。这些红色的0次衍射光或蓝色的2次衍射光是无用次数衍射光156，成为光耀斑(flare)或重影(ghost)而扩散至像面上，使得图像劣化，会降低MTF(Modulation TransferFunction：调制传递函数)特性。在图19中，作为无用次数衍射光156仅示出了2次衍射光。
如图20所示，专利文献1公开了在形成有衍射光栅152的透镜基体151的表面上设置具有与透镜基体151不同的折射率和折射率色散(refractive index dispersion)且由光学材料构成的光学调整层161。专利文献1公开了通过将形成有衍射光栅152的透镜基体151的折射率、和以覆盖衍射光栅152的方式形成的光学调整层161的折射率设定为特定的条件，从而能够降低衍射效率的波长依赖性，并能够抑制无用次数衍射光引起的光耀斑。
专利文献2公开了为了防止环带的壁面的反射光透过环带表面，在环带表面的阶差根部附近设置了光吸收部。根据专利文献2，通过该结构，能够使壁面反射光耀斑不会透过光学面。
专利文献3公开了在衍射光栅的环带顶点附近设置凸部，使从环带表面发出的球面波状的光的波面形成为平面波状，由此提高衍射效率的方法。
【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2006-162822号公报
【专利文献3】日本特开2003-315526号公报
发明内容
(发明想要解决的课题)
专利文献1至3公开的在现有技术中成为课题的光耀斑是由伴随1次衍射效率的波长依赖性的无用次数衍射光或环带的壁面上的反射光所产生的。
相对于此，本申请的发明人发现了若减小衍射光栅透镜的衍射光栅的环带间距，或者拍摄光强度非常高的被摄体，则会产生与上述的无用次数衍射光不同的条纹状光耀斑。之前并不知道这种条纹状光耀斑会在衍射光栅透镜中产生。此外，本申请的发明人得知在特定的条件下，条纹状光耀斑有可能会在很大程度上降低拍摄到的图像的品质。
本发明解决这种课题中的至少一个，提供能够抑制条纹状光耀斑的产生或因条纹状光耀斑的产生而引起的图像品质的劣化的衍射光栅透镜及使用了该衍射光栅透镜的摄像装置。
(用于解决课题的手段)
本发明的衍射光栅透镜具备了：透镜基体；和衍射光栅，其包括被设置于所述透镜基体的表面且以基本形状作为基准的多个衍射阶差、以及分别被多个所述衍射阶差中的相邻的一对衍射阶差所夹持的多个同心圆状的环带，其中，
所述透镜基体由在使用波长λ下具有折射率n1(λ)的第1材料构成，
所述衍射光栅与空气相接触，
将所述衍射阶差的设计阶差长设为d、且m设为衍射次数时，满足以下的关系，
0.9 d ≤ m · λ n 1 ( λ ) - 1 ≤ 1.1 d
多个所述环带分别在半径方向上包括中央部、和夹持所述中央部的一对端部，在多个所述环带中的至少1个环带中，在所述一对端部的一方的至少一部分内设置凹部和凸部中的一个，在所述一对端部的另一方的至少一部分内设置所述凹部和所述凸部中的另一个，
多个所述衍射阶差在除了所述衍射光栅的外周端的位置上，包括多个第1衍射阶差、和与多个所述第1衍射阶差的至少1个相邻的至少1个第2衍射阶差，
多个所述第1衍射阶差的所述设计阶差长中的前端位于使所述基本形状向所述衍射光栅的光轴方向平行移动的第1面上，所述至少1个第2衍射阶差的所述设计阶差长的前端位于使所述基本形状向所述光轴方向平行移动的第2面上，
所述第1面和所述第2面在所述光轴上位于互不相同的位置上。
本发明的其他衍射光栅透镜具备了：透镜基体；衍射光栅，其包括被设置于所述透镜基体的表面，且以基本形状作为基准的多个同心圆状的衍射阶差、以及分别被多个所述衍射阶差中的相邻的一对衍射阶差所夹持的多个同心圆状的环带；和光学调整层，其覆盖所述衍射光栅，且被设置于所述透镜基体中，其中，
所述透镜基体由在使用波长λ下具有折射率n1(λ)的第1材料构成，
所述光学调整层由在所述使用波长λ下具有折射率n2(λ)的第2材料构成，
将所述衍射阶差的设计阶差长设为d、且m设为衍射次数时，满足以下的关系，
0.9 d ≤ m · λ n 1 ( λ ) - n 2 ( λ ) ≤ 1.1 d
多个所述环带分别在半径方向上包括中央部和夹持所述中央部的一对端部，在多个所述环带中的至少1个环带中，在所述一对端部的一方的至少一部分设置凹部和凸部中的一方，在所述一对端部的另一方的至少一部分设置所述凹部和所述凸部中的另一方，
多个所述衍射阶差在除了所述衍射光栅外周端的位置上，包括多个第1衍射阶差、以及与多个所述第1衍射阶差的至少1个相邻的至少1个第2衍射阶差，
多个所述第1衍射阶差的所述设计阶差长中的前端位于使所述基本形状向所述衍射光栅的光轴方向平行移动的第1面上，所述至少1个第2衍射阶差的所述设计阶差长中的前端位于使所述基本形状向所述光轴方向平行移动的第2面上，
所述第1面和所述第2面在所述光轴上位于互不相同的位置上。
在某一优选实施方式中，多个所述衍射阶差包括多个第2衍射阶差，交替地配置各第1衍射阶差和各第2衍射阶差。
在某一优选实施方式中，所述第1面和所述第2面在所述光轴上的间隔L满足下式：
0.4d≤L≤0.9d。
在某一优选实施方式中，所述第1面和所述第2面在所述光轴上的间隔L满足下式：
0.4d≤L≤0.6d。
在某一优选实施方式中，所述第1面和所述第2面在所述光轴上的间隔L满足L＝0.5d。
在某一优选实施方式中，多个所述衍射阶差包括多个第2衍射阶差，分别以i个(i是2以上的整数)和j个(j是2以上的整数)连续地配置多个所述第1衍射阶差和多个所述第2衍射阶差，且交替地配置i个所述第1衍射阶差和j个所述第2衍射阶差。
在某一优选实施方式中，所述凸部和所述凹部的至少一方被设置于所述至少1个环带的大致整个周围。
在某一优选实施方式中，包括所述凸部和所述凹部的所述衍射光栅的光轴的平面上的、垂直于所述光轴的方向上的宽度处于以下的范围内，即：包括所述至少1个环带的所述衍射光栅的光轴的平面上的、垂直于所述光轴的方向上的宽度的5％以上且25％以下的范围。
在某一优选实施方式中，所述凸部和所述凹部在所述衍射光栅的光轴方向上的高度处于所述衍射阶差的设计阶差长d的3％以上且20％以下的范围内。
在某一优选实施方式中，在多个所述环带中的所述衍射光栅的外周附近的至少2个以上的环带中，设有所述凸部和所述凹部。
本发明的衍射光栅透镜具备了：透镜基体；和衍射光栅，其包括被设置于所述透镜基体的表面且以基本形状作为基准的多个同心圆状的衍射阶差、以及分别被多个所述衍射阶差中的相邻的一对衍射阶差所夹持的多个同心圆状的环带，其中，
所述透镜基体由在使用波长λ下具有折射率n1(λ)的第1材料构成，
所述衍射光栅与空气相接触，
将所述衍射阶差的设计阶差长设为d、且m设为衍射次数时，满足以下的关系，
0.9 d ≤ m · λ n 1 ( λ ) - 1 ≤ 1.1 d
多个所述环带分别在半径方向上包括中央部和夹持所述中央部的一对端部，在多个所述环带中的至少1个环带中，在所述一对端部的一方的至少一部分内设置凹部和凸部中的一方，在所述一对端部的另一方的至少一部分内设置所述凹部和所述凸部中的另一方，
多个所述环带包括互相相邻的第1、第2和第3环带，所述第2环带被所述第1和第3环带夹持，所述第1环带和第3环带的宽度大致相同，所述第2环带的宽度比所述第1环带的宽度窄。
在某一优选的实施方式中，所述使用波长λ是可见光波段的波长，λ对所有可见光波段满足λ不等式。
本发明的摄像装置具备上述的任一技术方案所记载的衍射光栅透镜、和摄像元件。
(发明效果)
根据本发明，多个第1衍射阶差的设计阶差长中的前端位于使基本形状向衍射光栅的光轴方向平行移动的第1面上，至少1个第2衍射阶差的设计阶差长中的前端位于使基本形状向所述光轴方向平行移动的第2面上，第1面和所述第2面在所述光轴上位于互不相同的位置上。由此，衍射光栅包含环带宽度不同的2种环带，由环带宽度不同的2种环带产生的条纹状光耀斑互相产生干涉，抑制条纹状光耀斑的产生。
此外，在环带的内侧周边设有凹部和凸部中的任一方，在外侧周边设有凹部和凸部中的另一方，因此能够使条纹状光耀斑的产生位置偏移。由此，能够在拍摄图像上，能够使条纹状光耀斑的一部分与光源的像重叠，或者能够在摄像面上，使条纹状光耀斑的一部分的聚光位置向外方向偏移。因此，能够降低在光源周边产生的条纹状光耀斑的累计光量，能够抑制条纹状光耀斑对所得到的拍摄图像带来的影响。
因此，根据本发明，通过这两种结构，能够抑制条纹状光耀斑的产生，能够抑制条纹状光耀斑对所得到的拍摄图像带来的影响。
附图说明
图1A是表示本发明的衍射光栅透镜的第1实施方式的剖视图。
图1B是放大了图1A所示的衍射光栅透镜的衍射光栅附近的剖视图。
图1C是进一步放大了图1A所示的衍射光栅透镜的衍射光栅附近的剖视图。
图2(a)至(d)是表示本发明的衍射光栅透镜的衍射光栅面形状的导出方法的图，(a)是表示基本形状的图，(b)是表示相位差函数的图，(c)是表示衍射光栅的表面形状的图，(d)是表示形成凹部和凸部之后的衍射光栅的表面形状的图。
图3是用于说明在图1所示的衍射光栅透镜中抑制了条纹状光耀斑的理由的图。
图4是表示在与图2(c)所示的衍射光栅不同的位置上设置了衍射阶差的衍射光栅的表面形状的图。
图5(a)至(c)是表示第1实施方式中的环带的位置的示意图。
图6是表示第1实施方式中的环带透过后的波面的状态的图。
图7是表示在第1实施方式中在汇聚了使环带通过的光束的摄像元件154上所产生的条纹状光耀斑的形状的图。
图8是表示第1实施方式的变形例的剖视图。
图9是表示图8所示的衍射光栅中的环带透过后的波面的状态的图。
图10(a)至(f)例示了第1实施方式中的衍射光栅的截面形状其他例。
图11(a)是表示本发明的衍射光栅透镜的第2实施方式的剖视图，(b)是表示其变形例的剖视图。
图12(a)和(b)是表示本发明的光学元件的实施方式的剖视图和俯视图，(c)和(d)是表示本发明的光学元件的其他方式的剖视图和俯视图。
图13是表示本发明的摄像装置的实施方式的示意性剖视图。
图14是表示实施例1的衍射阶差的位置的示意图。
图15是表示从上部观察实施例1的衍射光栅透镜的一个环带的图、和该环带的高度分布(profile)的图。
图16是表示实施例2的衍射阶差的位置的示意图。
图17是表示从上方观察比较例1的衍射光栅透镜的1个环带的图、及其闪耀(blaze)的高度分布的图。
图18(a)至(c)是表示现有技术中的衍射光栅透镜的衍射光栅面形状的导出方法的图。
图19是表示在现有技术中的衍射光栅透镜中产生无用衍射光的情况的图。
图20是表示在透镜基体中设置了光学调整层的现有技术中的衍射光栅透镜的剖视图。
图21是表示从光轴方向看到的衍射光栅的环带的图。
图22是表示透过了环带的光的波面的状态的图。
图23是表示在汇聚通过了环带的光束的摄像元件上产生条纹状光耀斑的情况的示意图。
图24(a)和(b)是表示采用具备了现有技术中的衍射光栅透镜的摄像装置拍摄到的图像的图。
具体实施方式
首先，说明由本申请的发明人明确的衍射光栅透镜生成的条纹状光耀斑。
图21是从光轴方向观察衍射光栅透镜的俯视图。图22示意性地表示了透过衍射光栅的截面和衍射光栅的光的波面的相位状态。如图21所示，衍射光栅152包括多个以同心圆状配置的环带。如图21和图22所示，若在多个环带中关注1个环带191，则相邻的环带被设置在环带间的衍射阶差分割，因此透过环带191的光在衍射阶差的位置处被分割。因此，可以将透过衍射光栅的各环带的光看作通过环带的间距Λ的缝隙的光。
若环带的间距Λ变小，则可以看作透过衍射光栅透镜的光是通过配置成同心圆状的非常狭窄的缝隙的光。其结果，如图22所示，在衍射阶差附近，可以看到光的波面的回绕(wrap-around)201。该波面的回绕201是产生条纹状光耀斑171的要因。
图23示意性的表示了向设置了衍射光栅152的衍射光栅透镜，从相对于光轴153的斜向方向入射光，并由衍射光栅152衍射出射光的情况。
一般，通过非常狭窄且被遮光的缝隙时，回绕光在无限远的观测点的中央的聚光点的周边形成衍射条纹。将该衍射条纹称作夫琅和费衍射。在具有正的焦点距离的透镜系统中，即使是有限距离(焦点面)也会产生该衍射现象。由于在衍射光栅中通常包括多个环带，因此各个环带191形成因夫琅和费衍射引起的衍射条纹。
本申请的发明人通过实际透镜的图像评价确认了若环带191的间距Λ变小，则透过了各环带191的光会互相干涉，产生如图23所示的扇形条纹状光耀斑171。此外，还得知：在向摄像用光学系统入射了比现有技术中已知的产生无用次数衍射光的入射光还要多的光时，会显著地出现该条纹状光耀斑171，而且虽然相对于特定波长不会产生无用次数衍射光，但是在包括设计波长在内的整个使用波段内产生条纹状光耀斑171。
条纹状光耀斑在图像上扩大得比无用次数衍射光还要大，会使像质劣化。特别是，在夜间拍摄灯等明亮的被摄体的情况等对比度比较大的过激的环境下，条纹状光耀斑171特别醒目，会成为问题。此外，由于条纹状光耀斑171以条纹状产生得明暗鲜明，因此比无用次数衍射光156(图19)还要醒目，会成为问题。
图24(a)例示了采用具备了现有技术中的衍射光栅透镜的摄像装置拍摄到的图像的一例。图24(a)所示的图像是表示点亮了荧光灯的室内环境的图像。图24(b)是图24(a)所示的图像中的荧光灯附近的放大图像。如图24(b)所示，在荧光灯的下部附近产生的明亮的光就是条纹状光耀斑。
本申请的发明人想到了为了抑制在摄像图像中出现的条纹状光耀斑的影响而具备新型结构的衍射光学元件及使用了该衍射光学元件的摄像装置。以下，参照附图，说明本发明的衍射光栅透镜的实施方式。
(第1实施方式)
以下，说明本发明的衍射光栅透镜的第1实施方式。图1A是表示第1实施方式的衍射光栅透镜11的剖视图，图1B是放大表示衍射光栅透镜11的衍射光栅13附近的剖视图。此外，图1C是放大表示衍射光栅13的环带15A、15B的剖视图。
衍射光栅透镜11具备透镜基体12。透镜基体12具有第1表面12a和第2表面12b，在第2表面12b上设有衍射光栅13。在本实施方式中，衍射光栅13可以被设置在第2表面12b上，也可以被设置在第1表面12a上，也可以被设置在第1表面12a和第2表面12b这两个表面上。
此外，在本实施方式中，第1表面12a和第2表面12b的基本形状是非球面形状，但是基本形状也可以是球面或平板形状。第1表面12a和第2表面12b这两个表面的基本形状可以相同，也可以不同。此外，第1表面12a和第2表面12b的基本形状分别是凸型非球面形状，但是也可以是凹型非球面形状。另外，也可以是第1表面12a和第2表面12b的基本形状中的一方是凸型，另一方是凹型。
在本申请的说明书中，“基本形状”是指赋予衍射光栅13的形状之前的透镜基体12在表面设计上的形状。若不在表面上赋予衍射光栅13等构造物，则透镜基体12的表面具有基本形状。在本实施方式中，由于没有在第1表面12a上设置衍射光栅，因此第1表面12a的基本形状是第1表面12a所具有的表面形状，即，是非球面形状。
另一方面，通过在基本形状中设置衍射光栅13来构成第2表面12b。由于在第2表面12b上设置了衍射光栅13，因此在设置了衍射光栅13的状态下，透镜基体12的第2表面12b不是非球面形状。但是，由于衍射光栅13具有如以下所说明的基于规定条件的形状，因此可从设置了衍射光栅13的形状的第2表面12b的总体形状中推测第2表面12b的基本形状。由于基本形状是设计上的形状，因此赋予衍射光栅13之前的透镜基体12不需要具有基本形状的表面。
衍射光栅13以基本形状为基准，具有使以设计的衍射次数透过衍射光栅13的光产生衍射的形状。具体而言，衍射光栅13具有以基本形状为基准的多个衍射阶差、和分别被多个所述衍射阶差中的相邻的一对阶差所夹持的多个同心圆状的环带。多个环带包括多个环带15A、15B，多个衍射阶差包括多个衍射阶差17A、17B。在环带15A与环带15B之间设有1个衍射阶差17A或衍射阶差17B。环带15A、15B是被衍射阶差17A、17B夹持的环状凸部。在本实施方式中，环带15A、15B以作为第1表面12a的基本形状的非球面和作为第2表面12b的基本形状的非球面的光轴14为中心，配置成同心圆状。也就是说，衍射光栅13的光轴与非球面的光轴14一致。不需要将环带15A、15B配置成同心圆状。但是，在摄像用光学系统中为了使象差特性变得良好，优选环带15A、15B的环带形状相对于光轴14旋转对称。
如图1A所示，在衍射光栅13的衍射阶差17A、17B之中，衍射阶差17B被设置在第2表面12b的与基本形状的设计波长λ0下的相位差为2nmπ以外的位置上。与现有技术相同，衍射阶差17A被设置在第2表面12b的与基本形状的设计波长λ0下的相位差为2nmπ的位置上。其中，n是正整数，m是衍射次数。定义衍射次数为0以及正整数或负整数，若衍射次数为0，则不产生衍射。因此，在本发明中，m是正整数或负整数。由于具有该特征，因此如以下的详细说明，相邻的环带15A的宽度与环带15B的宽度互不相同。其中，环带15A、15B的宽度是指半径方向上的衍射阶差17A、17B间的距离，更具体而言，是在包括光轴14的平面上与光轴垂直的方向上的衍射阶差17A、17B间的距离。
此外，如图1C所示，各环带15A在半径方向上包括夹持中央部15A和中央部15A的一对端部15AE。同样地，各环带15B在半径方向上包括夹持中央部15B和中央部15B的一对端部15BE。在各环带15A、15B中，内侧的端部15AE、15BE(即内侧周边附近)设有凹部18，外侧的端部15AE、15BE(即外侧周边附近)设有凸部19。凹部18和凸部19被设置在内侧的端部15AE、15BE以及外侧的端部15AE、15BE的各自的一部分内，优选在整个内侧的端部15AE、15BE以及外侧的端部15AE、15BE中设置凹部18和凸部19。在包括衍射光栅透镜11的光轴14的平面内，各环带15A、15B具有锯齿形截面形状，锯齿的前端位于衍射光栅透镜11的中心侧，锯齿的根部位于外侧。在透镜基体12的折射率n1(λ)大于与衍射光栅13相接触的介质的折射率n2的情况下，通过上述的形状，衍射光栅13利用1次衍射光来汇聚光。
与现有技术相同，环带15A、15B中的未设置凹部18和凸部19的环带的中央部，从入射到衍射光栅透镜11的光之中利用所设计的次数的衍射光，从而变换为所设计的聚光状态的光。具体而言，环带的中央部的形状具有根据式(1)所示的相位函数决定的形状。
如图1C所示，由于设有凹部18和凸部19，因此与未设置凹部18和凸部19时的衍射阶差的阶差长相比，衍射阶差17A、17B的阶差长(相邻的环带15A、15B的光轴14方向的位置差)短了与凹部18和凸部19在光轴14方向上的高度相对应的量。但是，这只是因为在衍射阶差17A、17B的根部的前端设有凸部19和凹部18，因此看上去衍射阶差17A、17B的阶差长变短了而已。如图1C所示，在衍射光栅透镜11中，相邻的环带15A、15B的中央部的光轴14方向上的距离dA、dB等于设计阶差长d。
当设计阶差长d在衍射光栅透镜11的使用波长的整个波段内满足上述的式(2)时，衍射光栅透镜11能够在不依赖于波长的情况下得到100％的衍射效率。其中，m是设计级数(若是1次衍射光，则m＝1)，n1(λ)是使用波长λ下的构成透镜基体12的透镜材料的折射率。但是，在实际的衍射光栅透镜11中，即使衍射效率不是100％，只要衍射效率大致为90％以上，就能够得到足够的光学性能。详细研究时，该条件如式(3)。
0.9 d ≤ m · λ n 1 ( λ ) - 1 ≤ 1.1 d - - - ( 3 )
如上所述，本实施方式的衍射光栅透镜11具备以下特征：(i)在衍射光栅13的衍射阶差17A、17B中，衍射阶差17B被设置在第2表面12b的与基本形状的设计波长λ0下的相位差为2nmπ以外的位置上(以下，称作结构(i))。还具备以下特征：(ii)在衍射光栅13的各环带15A、15B中，在内侧的端部15AE、15BE中设有凹部18，在外侧的端部15AE、15BE中设有凸部19(以下，称作结构(ii))。这两个结构(i)、(ii)分别独立，且抑制条纹状光耀斑的产生，还抑制条纹状光耀斑引起的摄像图像的品质劣化。以下，参照图2(a)至(d)，说明具有衍射光栅13的第2表面12b的形状的设计方法和这两个结构(i)、(ii)。
具有衍射光栅13的第2表面12b的形状是通过首先设计结构(i)、然后对结构(i)赋予结构(ii)而设计的。首先说明结构(i)。如以上所述，衍射光栅透镜11的第2表面12b的形状由设置了衍射光栅的透镜基体12的基本形状、和以基本形状为基准设置的衍射光栅13本身的形状构成。图2(a)表示第2表面12b的基本形状Sb为非球面时的一例，图2(b)表示衍射光栅13的形状Sp2的一例。图2(b)所示的衍射光栅的形状Sp2是根据相位函数决定的。相位函数如前述的式(1)所示。
在利用1次衍射光的情况下，即m＝1时，如图2(b)所示，在相位函数φ(r)中，在距基准点(中心)的相位差为2nπ的位置、和2nπ以外的位置上，分割相位函数的曲线形状Sp，使被分割的曲线向负方向偏移2nπ。也就是说，在这些位置上设置衍射阶差。其结果，如图2(b)所示，衍射光栅13的形状Sp2由被分割的曲线部分s1、s2、s3、s4、s5…构成。若在图2(b)中用虚线表示的曲线部分sa是现有技术的衍射光栅，则由于距基准点的相位差在2π与4π之间，因此与曲线部分s1相连。但是，在本实施方式中，由于在2nπ以外的位置处进行分割，其结果，作为曲线部分sa’而与曲线部分s2相连。通过相加该被分割的相位差函数的曲线下的衍射光栅的形状Sp2、和图2(a)的基本形状Sb，从而决定图2(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp2。从相位函数到光程差函数的变换利用式(1)的关系。
在实际的透镜基体中设置图2(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp2的情况下，若衍射阶差的高度d满足式(2)，则可得到衍射效果。
另外，使用波长λ一般与设计波长λ0一致，但是也可以不同于λ0。相位函数中采用的设计波长例如为了降低象差而被决定为可见光波段的正中间(540nm等)。相对于此，在衍射阶差的高度d中采用的使用波长λ例如是在重视衍射效率的情况下决定的。因此，衍射效率在整个可见光波段内相对于中心波长而分布得不对称的情况下，有时使使用波长λ稍微从可见光波段的正中间偏离。此时，使用波长λ不同于设计波长λ0。
图2(c)所示的衍射光栅面的形状Sbp2是透镜基体12的第2表面12b的实际的形状。其中，z方向、即光程差依赖于透镜基体12和与其相接触的介质之间的折射率差、以及所使用的光的波长。图2(b)所示的相位函数的曲线下的衍射光栅的形状Sp2在距基准点的相位差为2nπ的位置、和2nπ以外的位置上被分割，因此将图2(b)的相位函数的值换算为光程长度，并相加到图2(a)所示的透镜基体的基本形状Sb。由此，被分割的位置、即衍射阶差被设置在设计波长λ0的基本形状下的光程差为波长的整数倍(相位函数上的2nπ)的位置、和整数倍(相位函数上的2nπ)以外的位置上。具体而言，存在在波长的整数倍(相位函数上的2nπ)的位置上设置的衍射阶差17A、和在整数倍(相位函数上的2nπ)以外的位置上设置的衍射阶差17B。因此，在衍射光栅面的形状Sbp2中包括环带的宽度相对小的环带15A、和环带的宽度相对大的环带15B。但是，衍射阶差17A和衍射阶差17B的高度都是d。这是因为如参照图2(b)所说明的那样，在相位函数上使曲线部分s1、s2、s3、s4、s5…向负方向偏移2nπ后进行了分割。此外，相位函数也可以在式(1)中包含常数项。此时，基准点不是0，衍射阶差的位置在图2(b)中整体向r方向偏移一定量。
由此，在实际的透镜基体12中，衍射阶差17A、17B是根据设计波长λ0的基本形状下的光程差而设置的。但是，如上所述，光程差依赖于透镜基体12和与其相接触的介质之间的折射率差、以及所使用的光的波长。因此，以下，使用相位函数上的相位差来说明衍射阶差17A、17B的位置。
如图2(c)所示，在设计波长λ0的基本形状下的相位差为2nπ的位置、和2nπ以外的位置上设置了衍射阶差17A、17B的结果，衍射光栅13包括2种环带15A和环带15B。其结果，在相邻的环带15A和环带15B中，环带15A的环带表面16A的宽度和环带宽度相对较短，环带15B的环带表面16B的宽度和与环带的光轴相垂直的方向的宽度相对较长。由此，通过在衍射光栅13中包括环带的宽度、或者环带表面的宽度不同的2种环带15A和环带15B，从而能够抑制条纹状光耀斑171。如图1B所示，在第2表面12b内，各环带15A的前端20A位于使基本形状Sb向衍射光栅13的光轴方向平行移动的第1面22A上。同样地，各环带15B的前端20B位于使基本形状Sb向衍射光栅13的光轴方向平行移动的不同于第1面的第2面上。其中，前端20A、20B是指结构(ii)，即设置凹部18和凸部19前的具有衍射阶差17A、17B的设计阶差长d时的前端。在衍射阶差17B位于2nπ以外的位置上，且相邻的衍射阶差17B彼此的相位差为2nπ的情况下，各环带15B的前端20B位于使基本形状Sb向衍射光栅13的光轴方向平行移动的、不同于第1面22A的同一个第2面22B上。第1面22A与第2面22B在衍射光栅13的光轴上的间隔L是在衍射阶差17A和衍射阶差17B的高度d以下的值。
即，在所有环带的前端不在使基本形状Sb向衍射光栅13的光轴方向平行移动的1个面上的情况下，在与设计波长λ0下的基本形状的相位差为2nπ以外的位置上至少设有1个衍射阶差，由此夹持了该衍射阶差的相邻的2个环带的宽度不同。
环带15A的根部21A和环带15B的根部21B也是同样的。其中，根部21A、21B是结构(ii)，即，指具有设置凹部18和凸部19之前的衍射阶差17A、17B的设计阶差长d时的根部。各环带15A的根部21A位于使基本形状Sb向光轴方向平行移动的曲面上，各环带15B的根部21B位于使基本形状Sb向光轴方向平行移动的曲面上。其中，根部21A所处的曲面不同于根部21B所处的曲面。
在现有技术的衍射光栅透镜中，由于仅将衍射阶差设置在2nπ的位置上，因此各环带的前端位于使所有基本形状向光轴方向平行移动的1个曲面上。同样地，各环带的根部也位于使所有基本形状向光轴方向平行移动的1个曲面上。因此，可以说上述的衍射光栅的结构是本发明所特有的。
另外，在前端20A、20B和根部21A、21B中实际上设有凹部18和凸部19，因此不是实际的环带或衍射阶差的前端和根部。但是，可以根据环带15A、15B的未设置凹部18和凸部19的中央部分的形状，确定设置凹部18和凸部19之前的衍射光栅面的设计上的形状Sbp2，因此也可以确定前端20A、20B和根部21A、21B的位置。
此外，如图18(b)、(c)所示，在现有技术的衍射光栅透镜中，虽然越靠近衍射光栅的外周侧，环带的宽度变得越窄，但是在连续相邻的3个左右的环带之间，环带的宽度大致相同。相对于此，在本实施方式的衍射光栅透镜11中，在关注环带15A和夹持该环带15A的2个环带15B的情况下，以夹持环带15A的方式相邻的2个环带15B的宽度相同，被2个环带15B夹持的环带15A的宽度比环带15B的宽度窄。其中，2个环带15B的宽度相同除了2个环带的宽度一致的情形外，还包括即使2个宽度不一致，但更长一方的环带的宽度在更短一方的环带的宽度的1.05倍以内的情形。
图3是用于说明在设置了衍射光栅13的衍射光栅透镜11中通过结构(i)降低条纹状光耀斑171的理由的图表。如图3所示，因环带宽度较窄的环带1所引起的夫琅和费衍射的光(衍射条纹)，直径方向的波的间隔相对变宽，因环带宽度较宽的环带2引起的夫琅和费衍射的光，直径方向的波的间隔相对变窄。由于中心附近的振幅强度反映环带宽度，因此环带1引起的夫琅和费衍射的光的强度变弱，环带2引起的夫琅和费衍射的光的强度变强。相加环带1和环带2引起的夫琅和费衍射的光即为本实施方式的衍射光栅引起的夫琅和费衍射的光。根据图3可知，由于环带1和环带2引起的夫琅和费衍射的光在直径方向上的波的间隔不同，因此在中心附近以外的位置，波会相抵消，与现有技术的衍射光栅所引起的夫琅和费衍射的光相比，光的振幅变小。即，可降低条纹状光耀斑171。
可从上述的说明得知，通过将衍射阶差的位置设置在2nπ的位置和2nπ以外的位置上，时的相邻的环带15A和环带15B之间的宽度不同，从而产生该效果。因此，若与基本形状的相位差在2nπ以外，则可以将衍射阶差17B设置在任意的位置上。
优选在与基本形状的相位差为2nπ以外的地方设置的衍射阶差17B的位置具有π/5以上的偏差，即使其从2nπ的位置偏移±10％以上。这是因为，若偏移量在±10％以内，则2种夫琅和费衍射的光的干涉效果并不充分。更优选偏移量在-40％～-90％的范围内，进一步优选在-40％～-60％的范围内。
如图2(b)所示，在相位函数上，设置在2nπ以外的位置上的衍射阶差与2nπ的位置的偏移量δ与偏移量δ’一致，该偏移量δ’是设置在2nπ的位置上的衍射阶差与设置在2nπ以外的位置上的衍射阶差的前端的偏移量。因此，上述的衍射阶差17B距2nπ的位置优选的偏移量可用参照图1B说明的、环带15A的前端20A所处的第1面22A和环带15B的前端20B所处的第2面22B之间的衍射光栅13在光轴上的间隔L与衍射阶差d的偏移量来表示。在利用环带15A的前端20A所处的第1面22A、与环带15B的前端20B所处的第2面22B之间的衍射光栅13在光轴上的间隔L的情况下，优选使间隔L满足0.4d≤L≤0.9d，更优选使间隔L满足0.4d≤L≤0.6d。
此外，优选在与基本形状的相位差为2nπ的位置上设置的衍射阶差17A的位置、和2nπ的位置之间具有小于±10％的偏移量。这是因为，在偏移量为±10％以上的情况下，衍射光栅13的特性的变化会很大。为了使衍射光栅13发挥设计要求的特性，只要可进行加工，就优选较小的偏移量。
在本实施方式中，衍射光栅透镜11利用了衍射光栅13的1次衍射光，但是也可以利用2次以上的衍射。此时，将m作为所利用的衍射光的次数，将衍射阶差17A和17B设置在与基本形状的设计波长λ0下的相位差为2nmπ的位置、和2nmπ以外的位置上。
若在衍射光栅13的1处以上的位置上设置衍射阶差17B，则可形成环带宽度不同的环带15A和15B，因此能够得到上述的本发明的效果。其中，优选将衍射阶差17B设置在衍射光栅透镜11的有效直径内。设置在有效直径外的阶差不能起到衍射阶差17B的作用。例如，有时将用于保持衍射光栅透镜的透镜端缘设置在透镜基体的衍射光栅的外周。即使该端缘引起的阶差位于与基本形状的相位差为2nmπ以外的位置上，也不能起到衍射阶差17B的作用。也就是说，优选将衍射阶差17B设置在衍射光栅13的外周端以外的区域内。假设透镜端缘引起的阶差在与基本形状的相位差为2nmπ以外的位置上，则优选在衍射光栅透镜11的有效直径内至少设置其他的衍射阶差17B。
此外，若是与基本形状的相位差为2nπ以外的位置，则设置衍射阶差17B的位置是任意的。在图2(c)中，在3π、7π、11π…的位置上设置了衍射阶差17B。但是，例如如图4所示，也可以将在5π、9π、13π…的位置上设置了衍射阶差17B的衍射光栅面的形状Sbp2设置于透镜基体12的第2表面12b上。另外，在图4中省略了凹部18和凸部19的记载。
如上所述，根据本发明可知，通过结构(i)，具体而言，在设计波长为λ0时，将衍射阶差17A和17B设置在与基本形状的相位差为2nmπ的位置、和2nmπ以外的位置上，环带15A的前端20A所处的第1面22A和环带15B的前端20B所处的第2面22B在衍射光栅13的光轴上处于互不相同的位置上，以使环带15A的宽度和环带15B的宽度不同，由此降低条纹状光耀斑171或使其变得不显著。详细的研讨结果是随着衍射阶差17B的位置的不同，条纹状光耀斑171的降低效果不同。
图5(a)至(c)是表示了为了便于理解本发明的特征而假设了线性改变相对于半径位置的相位差时的基于相位函数的衍射光栅13的示意表面形状的图。在图5(a)至(c)中，虚线表示衍射阶差都被设置在2nmπ的位置时的衍射光栅13的表面形状。另外，在图5中，省略了凹部18和凸部19的记载。
根据详细的研讨可知，为了降低在远离了主要的聚光位置的位置处所产生的条纹状光耀斑171，如图5(a)所示，优选将衍射阶差17A设置在与基本形状的相位差为2nmπ的位置上，将衍射阶差17B设置在与基本形状的相位差为(2n-1)mπ的位置上(在图5(a)中是m＝1的情况)。通过这样构成，由2个环带宽度不同的环带15A和15B产生的夫琅和费衍射的衍射条纹互相产生干涉，能够有效地降低条纹状光耀斑171。
此外，为了在某一特定位置上产生并使显眼的条纹状光耀斑171在广范围内分散而变得不太显眼，如图5(b)和(c)所示，优选将衍射阶差17A和17B分别以各i个和j个连续地进行配置，且交替地配置i个衍射阶差17A和j个衍射阶差17B。图5(b)表示i＝j＝3时的衍射光栅13的表面形状，图5(c)表示i＝j＝4时的衍射光栅13的表面形状。通过这样构成，会产生各种各样条纹间隔的条纹状光耀斑171，由此减小条纹的明暗对比度，因此能够使条纹状光耀斑171变得不显眼。
连续的衍射阶差17A和17B的个数i、j并没有特别的限定，而且衍射阶差17A的个数i和衍射阶差17B的个数j也可以不同。优选i和j为2个以上有效直径内的环带根数的1/2以下。为了有效地抑制条纹状光耀斑171，优选i、j相等。
接着说明结构(ii)。如图2(d)所示，在根据图2(a)至(c)设计的衍射光栅透镜的环带15A、15B中，在内侧的端部15AE、15BE中设置凹部18，在外侧的端部15AE、15BE中设置凸部19。凹部18和凸部19被设置在内侧的端部15AE、15BE和外侧的端部15AE、15BE的各自的一部分内，优选被设置在内侧的端部15AE、15BE和外侧的端部15AE、15BE整体内。
图6是包括衍射光栅透镜11的光轴14的平面内的衍射光栅13附近的剖视图。在透镜基体12的折射率n1(λ)大于与衍射光栅13相接触的介质的折射率n2的情况下，在衍射光栅13的环带15B中，在设有凸部19的部分，透过透镜基体12的光的光程长度增加与凸部19相对应的量。相反，在设有凹部18的部分，透过透镜基体12的光的光程长度缩短与凹部18相对应的量。其结果，透过了环带15B的光中，透过了位于环带15的内侧端部15AE、15BE的凹部18的光的波面比透过了环带15B的中央部15BC的光的波面超前。此外，透过了位于环带15B的外侧端部15AE、15BE的凸部19的光的波面比透过了环带15B的中央部15BC的光的波面延迟。同样地，透过环带15A的光的波面位置也会发生变化。
因透过了衍射光栅的较窄环带时的透过光的波面的回绕而产生条纹状光耀斑171，因此通过利用凸部19和凹部18来产生波面的延迟或超前等的相位调制，在环带的两端部15AE、15BE中，回绕光的波面的前进方向发生变化。在本实施方式中，相对于透过环带的中央部15AC、15BC之后前进的光的方向，回绕光的波面的前进方向向外侧、即箭头Q的方向变化。相对于此，透过各环带15A、15B的中央部15AC、15BC并产生衍射的光的波面的前进方向不会发生变化。
在图6中，示出了平行于光轴14的光透过环带15A、15B时的透过光的波面，基于凸部19和凹部18的相位调制在不与光轴14平行的光透过环带15A、15B时也会产生。也就是说，在本实施方式中，在不与光轴14平行的光透过环带15A、15B的情况下，在环带15A、15B的两端部15AE、15BE中的回绕光的波面的前进方向相对于透过环带15A、154B的中央部15AC、15BC而前进的光的波面的前进方向而言，向外侧(箭头Q的方向)发生变化。
由此，摄像元件上的条纹状光耀斑171的聚光位置向外方向(拍摄图像上的周边方向)偏移，条纹状光耀斑171的像的一部分与光源的像170重叠。其结果，能够降低在光源周边产生的条纹状光耀斑的累计光量。也就是说，能够降低条纹状光耀斑对所得到的拍摄图像的影响。
特别是，在本实施方式的衍射光栅透镜11中，由于在环带15A、15B的内侧的端部15AE、15BE和外侧的端部15AE、15BE中分别设有凹部18和凸部19，因此能够使条纹状光耀斑191的前进方向改变较大，可有效地降低拍摄图像上的条纹状光耀斑171。在环带15A、15B的内侧的端部15AE、15BE和外侧的端部15AE、15BE中使凹凸反转的情况下，也就是说在内侧的端部15AE、15BE和外侧的端部15AE、15BE中分别形成凹部的情况、或者形成凸部的情况下，由凹凸形状产生的波面的相位的变化相抵消，波面的前进方向的变化也变小。因此，降低条纹状光耀斑171的效果也变小。
此外，通过设置凹部18和凸部19来抑制条纹状光耀斑191的效果是通过改变透过环带15A、15B的两端部15AE、15BE之后回绕的光的波面的相位而得到的。因此，优选透过两端部15AE、15BE的光的前进方向不会因构成凹部18和凸部19的面的折射而产生很大的变化。具体而言，优选凹部18的底面和凸部19的上表面与环带15A、15B的中央部15AC、15BC的倾斜面大致平行。在中央部15AC、15BC的倾斜面与凹部18的底面以及凸部19的上表面构成大于10度的角度的情况下，透过两端部15AE、15BE的光的前进方向变化较大，不仅不能充分得到上述的本发明的效果，而且还会产生无用的杂散光，成为产生不同于条纹状光耀斑191的光耀斑的原因。
通过结构(ii)，为了降低条纹状光耀斑171对摄像图像的影响而产生充分的相位变化，如图1C所示，优选在凹部18和凸部19的包括衍射光栅13的光轴14的平面上的、与光轴垂直的方向上的宽度WA1、WB1和WA2、WB2，分别是环带15A、15B的包括衍射光栅13的光轴的平面上的、与光轴垂直的方向上的宽度WA、WB的5％以上。在此，当凹部18或凸部19不具有与光轴方向一样的宽度WA1、WB1或WA2、WB2的情况下，将各凹部18或凸部19的光轴方向的最大的宽度定义为宽度WA1、WB1或WA2、WB2。
另一方面，凹部18和凸部19有可能成为减少因衍射而应汇聚在原来的聚光位置上的光束(衍射功率的降低)并产生象差的要因。此外，凹部18和凸部19引起的相位的变化使原本应为聚光做贡献的衍射光产生相位超前的分量和相位滞后的分量，因此扰乱了衍射效率的波长依赖性，有可能会产生无用次数衍射光。为了抑制伴随这种象差或无用次数衍射光的产生的像质降低，优选凹部18和凸部19的包括衍射光栅13的光轴14的平面上的、与光轴垂直的方向上的宽度WA1、WB1和WA2、WB2，分别是环带15A、15B的包括衍射光栅13的光轴14的平面上的、与光轴垂直的方向上的宽度WA、WB的25％以下。因此，优选凹部18和凸部19的包括衍射光栅13的光轴的平面上的、与光轴垂直的方向上的宽度WA1、WB1和WA2、WB2，分别是环带15A、15B的包括衍射光栅13的光轴14的平面上的、与光轴垂直的方向上的宽度WA、WB的5％以上且25％以下的范围的值。
此外，若凹部18的平行于光轴的方向上的高度(深度)dA2、dB2和凸部19的高度dA1、dB1越小，则相位差就越小，因此不能充分降低条纹状光耀斑171。另一方面，若高度dA2、dB2和高度dA1、dB1越大，则与凹部18和凸部19的宽度的情况相同，衍射功率会降低，会因无用次数衍射光156或象差的产生而导致像质劣化。因此，优选使凹部18的高度dA2、dB2和凸部19的高度dA1、dB1分别在衍射阶差的设计阶差长d(＝dA、dB)的3％以上且20％以下的范围内。在此，当凹部18或凸部19不具有与垂直于光轴的方向一样的高度dA1、dB1或dA2、dB2时，将各凹部18或凸部19的与光轴垂直的方向上的最大的高度定义为高度dA1、dB1或dA2、dB2。
只要是上述范围的值，凹部18和凸部19的宽度WA1、WB1和WA2、WB2可以互相相等，也可以互不相同。此外，多个环带15A、15B中的凹部18的宽度WA1、WB1和凸部19的宽度WA2、WB2可以都相同，也可以都不相同。同样地，凹部18和凸部19的高度dA1、dB1和dA2、dB2可以互相相等，也可以互不相同。此外，多个环带15A、15B中的凹部18的高度dA1、dB1和凸部19的高度dA2、dB2可以都相同，也可以都不相同。
本申请的发明人通过采用了实际透镜的图像评价，根据结构(ii)，也就是说通过在环带15A、15B中形成凹部18和凸部19，从而与未形成凹部18和凸部19的情况进行比较，确认了条纹状光耀斑171的聚光位置发生变化的事实。图7示意性示出在以衍射光栅13位于最靠近摄像元件侧的方式配置了衍射光栅透镜11的情况下的、由摄像元件154拍摄到的图像中的条纹状光耀斑171。与图21所示的现有技术的摄像装置中的条纹状光耀斑171的分布相比可知，例如在图像周边部以移入强光源的方式配置了光源的情况下，若使用本实施方式的衍射光栅透镜11，则相对于光源的像而言，偏向图像中央部的条纹状光耀斑171的强度会降低。这是因为，条纹状光耀斑171的聚光位置在摄像面上向外方向偏移，条纹状光耀斑的像的一部分与光源的像重叠。
如上所述，本实施方式的衍射光栅透镜具备结构(i)。具体而言，衍射光栅13的2种衍射阶差中的一方设置在与基本形状的设计波长λ0下的相位差为2nmπ以外的位置上。也就是说，2种衍射阶差中的一方的前端位于使基本形状向衍射光栅的光轴方向平行移动的第1面上，至少1个另一方的衍射阶差的前端位于使基本形状向光轴方向平行移动的第2面上，第1面和第2面在光轴上位于互不相同的位置上。由此，衍射光栅中包括环带宽度不同的2种环带，由环带宽度不同的2种环带产生的条纹状光耀斑互相产生干涉，抑制条纹状光耀斑的产生。
此外，本实施方式的衍射光栅透镜具备结构(ii)。具体而言，在环带的内侧的端部15AE、15BE中设有凹部和凸部中的任一个，在外侧的端部15AE、15BE中设有凹部和凸部中的另外一个。因此，使条纹状光耀斑的产生位置偏移，在拍摄图像上能够使条纹状光耀斑的一部分与光源的像重叠，或者在摄像面上能够使条纹状光耀斑的一部分聚光位置向外方向偏移。因此，降低在光源周边产生的条纹状光耀斑的累计光量，能够抑制在拍摄图像中出现的由条纹状光耀斑带来的影响。
因此，根据本实施方式的衍射光栅透镜，通过这样的2个结构，能够抑制条纹状光耀斑的产生，而且还抑制在拍摄图像中出现的由条纹状光耀斑带来的影响。
另外，在上述本实施方式中，在环带15A、15B的内侧的端部15AE、15BE中设置凹部18、在外侧的端部15AE、15BE中设置凸部19，且在摄像元件154侧配置衍射光栅13，从而使条纹状光耀斑171的产生位置向拍摄图像上的周边方向偏移。在本实施方式的衍射光栅透镜11的多个用途中，由于大多情况下重要的信息位于拍摄图像的中心部，因此通过使条纹状光耀斑171向拍摄图像上的周边方向偏移，从而能够抑制条纹状光耀斑引起的图像品质的劣化，能够得到高品质图像。但是，根据用途的不同，有时对于由衍射光栅透镜11汇聚的光源的像而言，重要的信息会位于图像周边侧，因此最好使条纹状光耀斑向拍摄图像上的中心方向偏移。此外，根据衍射光栅透镜11的配置位置的不同，有时发生条纹状光耀斑的偏移方向与所期望的方向相反的情形。此时，只要在图1A、1B、1C所示的衍射光栅透镜11中替换凹部18和凸部19的位置即可。
具体而言，如图8所示，在环带15A、15B中，在内侧的端部15AE、15BE中设置凸部9、在外侧的端部15AE、15BE中设置凹部18即可。如图9所示，在环带中，在设有凸部19的部分，透过透镜基体的光的光程长度变长与凸部19相对应的量。相反，在设有凹部18的部分，透过透镜基体的光的光程长度缩短与凹部18相对应的量。其结果，透过了各环带的光中的、透过了位于环带的外侧端部15AE、15BE中的凹部18的光的波面比透过了环带的中央部的光的波面超前。此外，透过了位于环带的内侧端部15AE、15BE中的凸部19的光的波面比透过了环带的中央部的光的波面延迟。其结果，在环带的两端，回绕光的波面的前进方向发生变化，相对于透过环带的中央部之后前进的光的方向而言，回绕光的波面的前进方向向内侧、即箭头Q’的方向发生变化。相对于此，透过各环带的中央部分并衍射的光的波面的前进方向不会发生变化。由此，摄像元件上的条纹状光耀斑171的聚光位置向内方向(拍摄图像上的中心方向)偏移，条纹状光耀斑171的像的一部分与光源的像170重叠。其结果，能够降低摄像元件上的周边部中的条纹状光耀斑171的强度。
在到目前为止说明的本实施方式的衍射光栅透镜中，在环带中设置的凹部18和凸部19的包括光轴的平面的截面形状是矩形。凹部18和凸部19的截面形状也可以是矩形以外的形状。
图10(a)至(f)表示了本实施方式的衍射光栅透镜11的环带15A、15B的截面形状的例子。如上所述，如图10(a)和(b)所示，凹部18和凸部19也可以在包含衍射光栅透镜1的光轴的平面内具有矩形的截面形状。此外，如图10(c)和(d)所示，也可以是凹部18的底部具有凹状的圆弧、且凸部19的上部具有突出的圆弧的截面形状。另外，如图10(e)和(f)所示，凹部18和凸部19也可以具有角部较圆的矩形的截面形状。但是基于上述的理由，优选构成凹部18的底面和凸部19的上表面的主要的面、与中央部15AC、15BC的倾斜面所形成的角度为10度以下。
此外，在本实施方式中，在所有的环带15A、15B中设置了凹部18和凸部19，但是通过仅在环带15A和环带15B的一方、或者仅在环带15A、15B的一部分内设置凹部18和凸部19，也能够特别抑制拍摄图像上的期望的位置上的条纹状光耀斑的影响。此外，仅在环带的内侧的端部和外侧的端部的一部分内设置凹部18和凸部19，也可以抑制拍摄图像上的特定方向的条纹状光耀斑。此外，在通过光圈等向衍射光栅透镜的衍射光栅的一部分区域入射光的情况下，也就是说在设有衍射光栅的区域的一部分为有效区域的情况下，只要在位于环带的有效区域内的部分中设置凹部18和凸部19即可。
(第2实施方式)
以下，说明本发明的衍射光栅透镜的第2实施方式。图11(a)是表示本发明的衍射光栅透镜的第2实施方式的剖视图。图11(a)所示的衍射光栅透镜81具备：透镜基体12、设置在透镜基体12中的衍射光栅13、以覆盖衍射光栅13的方式设置在透镜基体12中的光学调整层31。透镜基体12具有第1表面12a和第2表面12b，在第2表面12b上设有衍射光栅13。优选以完全盖住衍射光栅13的衍射阶差的方式设置光学调整层31。
衍射光栅13和透镜基体12具备与第1实施方式的衍射光栅透镜11相同的结构。
与第1实施方式相同，透镜基体12由在使用波长λ下折射率为n1(λ)的第1材料构成。此外，光学调整层31由在使用波长λ下折射率为n2(λ)的第2材料构成。
应满足衍射光栅透镜81的衍射阶差的条件等于以下的条件，即：在上述式(3)中，将空气的折射率1替换成光学调整层31的折射率。具体而言，将衍射光栅13的衍射阶差17A、17B的线性阶差长设为d、将m设为衍射次数时，衍射阶差的设计阶差长d、透镜基体12的折射率n1(λ)和光学调整层31的折射率n2(λ)满足以下式(4)的关系。
0.9 d ≤ m · λ n 1 ( λ ) - n 2 ( λ ) ≤ 1.1 d - - - ( 4 )
优选使用波长λ是可见光波段的波长，对于可见光波段的所有波段内的波长λ而言，满足式(4)。此时，可见光波段的任意波长λ的光满足式(4)，由此不会产生无用次数衍射光，衍射效率的波长依赖性变得非常小，而且可得到高的衍射效率。
为了使可见光波段的任意波长λ的光满足式(4)，只要组合具有d在可见光波段的任意波长λ下或者在所使用的光的波段内大致恒定的波长依赖性的折射率n1(λ)的第1材料、以及折射率n2(λ)的第2材料即可。一般，组合折射率高且波长色散较低的材料、和折射率低且波长色散较高的材料。
更具体而言，作为第2材料，选择具有表示与第1材料的折射率的波长依赖性相反倾向的折射率的波长依赖性的材料即可。例如，在使用衍射光栅透镜11的光的波长范围内，第2材料的折射率比第1材料的折射率小，且第2材料的折射率的波长色散性比第1材料的折射率的波长色散性大。也就是说，优选第2材料是折射率比第1材料低且色散比第1材料高的材料。
作为第1材料和第2材料，也可以使用在玻璃或树脂中分散了无机粒子的复合材料。复合材料通过调整分散的无机粒子等的种类或粒子的大小、添加量，来调整复合材料整体的折射率和波长色散性，因此能够很好地作为第1材料和第2材料。
在折射率n2(λ)大于折射率n1(λ)的情况下，d是负值。此时，衍射光栅13的第2表面12b的形状是在基本形状上使基于相位函数的相位差反转之后相加而得到的。图11(b)表示折射率n2(λ)大于折射率n1(λ)时的衍射光栅13’的结构。
上述的本实施方式的衍射光栅透镜81与第1实施方式的衍射光栅透镜11的不同点在于利用光学调整层31覆盖了衍射光栅13，若光学调整层31是空气层，则可以说衍射光栅透镜11和衍射光栅透镜81是相同的结构。比较式(4)和式(3)就可知道，由于作为一般光学材料的第2材料的折射率n2(λ)大于1，因此与第1实施方式的衍射光栅透镜11相比，设计阶差长d变大。但是，夫琅和费衍射引起的衍射条纹的产生和本发明的条纹状光耀斑171的抑制效果不依赖于波长。因此，即使利用光学调整层31覆盖衍射光栅13，根据本实施方式的衍射光栅透镜181，也可以以等同于第1实施方式的方式，通过结构(i)和(ii)，可抑制条纹状光耀斑171的产生，且可以抑制条纹状光耀斑对所得到的拍摄图像的影响。此外，通过在使用波段的整个波段内满足式(4)，从而还能够降低无用次数衍射光所引起的光耀斑。
(第3实施方式)
说明本发明的光学元件的实施方式。图12(a)是表示本发明的光学元件的实施方式的示意性剖视图，图12(b)表示其俯视图。光学元件82具备衍射光栅透镜121和衍射光栅透镜122。衍射光栅透镜121例如是第1实施方式的衍射光栅透镜11，设有具备在第1实施方式中说明的结构的衍射光栅13。在衍射光栅透镜122中设有第1实施方式的图11(b)所示的结构的衍射光栅13’。隔着规定间隙123而保持了衍射光栅透镜121和衍射光栅透镜122。
图12(c)是表示本发明的光学元件的其他实施方式的示意性剖视图，图12(d)是其俯视图。光学元件82’具备衍射光栅透镜121A、衍射光栅透镜121B、和光学调整层124。在衍射光栅透镜121A的一个面上设置具有在第1实施方式中说明的结构的衍射光栅13。同样地，在衍射光栅透镜121B中也设置衍射光栅13。光学调整层24覆盖衍射光栅透镜121A的衍射光栅13。衍射光栅透镜121A和衍射光栅透镜121B被保持为在设于衍射光栅透镜121B的表面上的衍射光栅13和光学调整层24之间形成间隙23。
在层叠了衍射光栅透镜的光学元件82和光学元件82’中，衍射光栅也具有如在第1实施方式中说明的结构(i)，(ii)，因此能够抑制条纹状光耀斑的影响，且能够抑制在拍摄图像中出现的条纹状光耀斑带来的影响。
(第4实施方式)
图13是表示本发明的摄像装置的实施方式的示意性剖视图。摄像装置83具备透镜92、衍射光栅透镜11、光圈94和摄像元件95。
透镜92包括透镜基体93。透镜基体93的第1表面93a和第2表面93b具有球面形状、非球面形状等公知的透镜的表面形状。在本实施方式中，透镜基体93的第1表面93a具有凹形状，第2表面93b具有凸形状。
衍射光栅透镜11包括透镜基体12。透镜基体12的第1表面12a和第2表面12b’的基本形状具有球面形状、非球面形状等公知的透镜的表面形状。在本实施方式中，第1表面12a具有凸形状，第2表面12b’具有凹形状。在第2表面12b’中设置在第1实施方式中说明的衍射光栅13。
从透镜92的第2表面93b入射的来自被摄体的光被透镜92和衍射光栅透镜11聚光，在摄像元件95的表面上成像，并由摄像元件95将其变换为电信号。
本实施方式的摄像装置83包括衍射光栅透镜11在内具备2片透镜，但是透镜的数量或透镜的形状并没有特别限制，可以是1片，也可以具备3片以上的透镜。通过增加透镜片数，能够提高光学性能。在摄像装置83具备多个透镜的情况下，衍射光栅13可以被设置在多个透镜中的任一个透镜内。此外，设置了衍射光栅13的面可以被配置在被摄体侧，也可以被配置在摄像侧，也可以是多个面。但是，由于设置多个衍射光栅13时会降低衍射效率，因此特别优选仅在1个面上设置衍射光栅13。衍射光栅13的环带形状不一定被配置成以光轴14为中心的同心圆状。但是，为了在摄像用光学系统中使象差特性变得良好，期望衍射光栅13的环带形状相对于光轴14旋转对称。此外，光圈94配置在容易发现摄像装置83特性的任意位置上即可，或者也可以不设置光圈94。
本实施方式的摄像装置具备设有在第1实施方式中说明的衍射光栅13的衍射光栅透镜11，因此即使拍摄强光源，也能够得到条纹状光耀斑171少的图像。
(第5实施方式)
说明本发明的衍射光栅透镜的制造方法的实施方式。
首先，制作具有在第1实施方式中说明的衍射光栅13的衍射光栅透镜。
通过成形法来制作透镜基体12的情况下，通过预先在成型模具中与环带形状一起形成凹部18和凸部19的形状，从而能够在制作具有环带形状的透镜基体12的同时，在环带中形成凹部18和凸部19。在成型模具中形成凹部18和凸部19形状时，可以采用使用了钻石钻头等的切削、使用了磨石等的研磨、蚀刻、基于主模具的转印等方法。在成形法中，可以使用射出成形、模压成形、铸造成形等。
根据该制造方法，不需要在各衍射光栅透镜中单独形成凹部18和凸部19，可以与环带形状一体形成凹部18和凸部19，因此生产性非常高。此外，作为透镜基体12的材料，可以使用热塑性树脂、热固性树脂、能量线固化性树脂、低温成形用玻璃等各种树脂或玻璃，可以根据用途等选择适当的透镜基体的材料。
在通过切削或研磨制作透镜基体12的情况下，也可以在通过切削形成环带形状的同时还加工凹部18和凸部19的形状。此时，从形状加工的容易性出发，作为透镜基体12的材料，特别优选适用聚碳酸酯、脂环系烯烃树脂、PMMA等热塑性树脂。
另外，也可以在通过成形等形成具有环带形状的透镜基体12之后，利用蚀刻、激光描绘、电子线描绘等，在环带中形成凹部18，并通过涂敷、印刷等向环带形状赋予透镜基体的材料，从而形成凸部19。此外，也可以通过光造型等来成形具备了环带形状的透镜基体12整体，其中环带形状具有凹部18和凸部19。
有时会向通过上述的方法在环带中形成的凹部18和凸部19赋予因成形条件或切削中所使用的刀具形状引起的R形状，只要在不会对拍摄图像产生像质劣化的范围内，则不会特别成为问题。通过上述的方法，能够制造第1实施方式的衍射光栅透镜。
在制造第2实施方式的衍射光栅透镜的情况下，实施以覆盖通过上述的方法制作的衍射光栅透镜的衍射光栅13的方式形成光学调整层31的工序。
如在第2实施方式中所说明的，第2实施方式的衍射光栅透镜具有与第1实施方式相比相对更长的衍射阶差长d。因此，凹部18和凸部19的高度也变大，容易通过成形或切削来形成，能够有效地生产有效地抑制了条纹状光耀斑171的影响的透镜。
作为构成光学调整层31的材料，只要具有满足式(4)的折射率特性和充分的光线透过率，无空隙地填充环带以及设置在环带中的凹部和凸部，且可形成不会损失透镜特性的表面形状，则没有特别限定。例如，只要采用树脂、玻璃、透明陶瓷、在树脂中分散了无机粒子的复合材料、复合有机成分和无机成分的混合型材料等材质即可。特别是，从光学调整层31的表面形状形成的容易性出发，特别优选使用树脂、复合材料、混合型材料中的任一种。
在光学调整层31的形成方法中，根据光学调整层31的结构材料或所要求的表面形状精度等，可从成形、或丝网印刷、移印(pad printing)、喷墨法等涂敷/印刷等中进行适当的选择。也可以组合多个工序来形成光学调整层31。
在这样形成的第2实施方式的衍射光栅透镜和第1实施方式的衍射光栅透镜的表面，可根据需要进一步形成涂层。作为涂层的例，可列举防止反射层、硬涂层、紫外线阻断层或红外线阻断层等波长选择层等。
(实施例1)
在本实施例中，在图1所使的衍射光栅透镜11中的2nπ的位置设置了衍射阶差17A，并在与基本形状的相位差为(2nπ-2π×S)(S＝0.5)的位置设置了衍射阶差17B。交替地配置衍射阶差17A和17B。图14示意性示出在与基本形状的相位差为(2nπ-2π×S)(S＝0.5)的位置设置了衍射阶差17B时的衍射光栅的形状。如参照图1B在第1实施方式中说明的那样，在使设置衍射阶差17B的位置从2nπ偏移2π×S(S＝0.5)的情况下，环带15A的设计阶差长度下的前端20A所处的第1面22A、与环带15B的设计阶差长度下的前端20B所处的第2面22B在衍射光栅13的光轴上的间隔L是d×S(S＝0.5)。
为了便于说明，在图14中以等间距表示了环带间距，但是实际的衍射光栅透镜还采用式(1)的a1以外的高次项来设计衍射光栅，如图2(b)所示，衍射阶差的间距会发生变化。此外，在图14中省略了凹部18和凸部19的记载。衍射次数采用了1次。
图15是从上方观察实施例1的衍射光栅透镜的1个环带的图。在远离衍射光栅面的位置上设置光圈，衍射光栅面内的有效区域是环带的一部分。因此，在图15中也仅表示了有效区域内的环带的一部分。在本实施例的衍射光栅透镜中，在环带15A和15B的前端设置了凹部18，在相邻的环带之间的边界部设置了凸部19。下侧所示的图表表示将由式(3)决定的设计阶差长d设为100％时的、环带的高度方向的分布。在本实施例的衍射光栅透镜中，环带的最小宽度P是9μm，其中，将凹部18的宽度A、和凸部19的宽度B分别设置成3μm。
使用本实施例的衍射光栅透镜实施了条纹状光耀斑171的定量评价。采用双酚A系聚碳酸酯(d线折射率为1.585，阿贝数为27.9)，通过射出成形制作衍射光栅透镜，同时对所有环带15A和15B的全部周围形成了凹部18和凸部19。将设计阶差长d设为15μm、将凹部18和凸部19的高度分别设为1.5μm，并以覆盖阶差及凹部18和凸部19的方式，由复合材料(d线折射率为1.623，阿贝数为40)构成的光学调整层，其中复合材料是在丙烯酸酯系紫外线固化树脂中分散了氧化锆粒子(平均粒径为5nm)的材料。在暗室中设置使用了本实施例的衍射光栅透镜的照相机，并在半视角为60度的方向上设置了卤素灯。根据使用所述照相机拍摄的卤元素灯的图像，计算出在周边产生的条纹状光耀斑171的累计亮度。
通过上述评价，确认了若使用本实施例的衍射光栅透镜，则与后述的使用了比较例1的衍射光栅透镜的情况相比，条纹状光耀斑171的累计亮度降低了63％。
(实施例2)
在本实施例中，如图16所示，在与基本形状的相位差为(2nπ-2π×S)(S＝0.4)的位置连续地设置3个衍射阶差，并在2nπ处连续地设置3个衍射阶差，并交替地配置这些衍射阶差。衍射次数使用了1次。另外，与图14相同，在环带15A和15B的前端设置了凹部18，在相邻的环带之间的边界部设置了凸部19。
使用本实施例的衍射光栅透镜实施了条纹状光耀斑171的定量评价。与实施例1同样地制作了衍射光栅透镜。确认出若使用本实施例的衍射光栅透镜，则与后述的使用了比较例1的衍射光栅透镜的情况相比，条纹状光耀斑171的累计亮度降低了63％。
(比较例1)
图17是从上方观察比较例1的衍射光栅透镜的1个环带的图。在远离衍射光栅面的位置上设置光圈，衍射光栅面内的有效区域是环带的一部分。因此，在图17中仅示出了有效区域内的环带的一部分。比较例1的衍射环带中，基本形状与实施例1相同，但是没有形成凹部18和凸部19。
使用本比较例的衍射光栅透镜并通过与实施例1相同的方法实施了条纹状光耀斑171的评价的结果，在相对于原本的卤元素灯像的聚光点而偏向图像中央的部分，产生了条纹状光耀斑171。
(产业上的可利用性)
本发明所涉及的衍射光栅透镜和使用了该衍射光栅透镜的摄像装置具有降低条纹状的光耀斑的功能，作为高品质的照相机特别有用。例如，可应用于数码相机、便携设备搭载用照相机、车载摄像机、监视摄像机、医疗用摄像机、测距传感器、移动传感器等的用途中。
符号的说明
11、81、82-衍射光栅透镜
12、93、151-透镜基体
13、152-衍射光栅
14、153-光轴
15A、15B、191-环带
16A、16B-环带表面
17A、17B-衍射阶差
18-凹部
19-凸部
20A、20B-衍射阶差的前端
21A、21B-衍射阶差的根部
31、161-光学调整层
91-摄像装置
92-透镜
94-光圈
95、154-摄像元件
141-衍射光栅的阶差高度
155-1次衍射光
156-无用次数衍射光
171-条纹状光耀斑
192-有效区域
201-波面的回绕

Claims (15)

1.一种衍射光栅透镜，其具备：透镜基体；和衍射光栅，其包括被设置于所述透镜基体的表面且以基本形状作为基准的多个衍射阶差、以及分别被多个所述衍射阶差中的相邻的一对衍射阶差所夹持的多个同心圆状的环带，其中，
所述透镜基体由在使用波长λ下具有折射率n1(λ)的第1材料构成，
所述衍射光栅与空气相接触，
将所述衍射阶差的设计阶差长设为d、且m设为衍射次数时，满足以下的关系，
0.9 d ≤ = m · λ n 1 ( λ ) - 1 ≤ 1.1 d
多个所述环带分别在半径方向上包括中央部、和夹持所述中央部的一对端部，在多个所述环带中的至少1个环带中，在所述一对端部的一方的至少一部分内设置凹部和凸部中的一个，在所述一对端部的另一方的至少一部分内设置所述凹部和所述凸部中的另一个，
多个所述衍射阶差在除了所述衍射光栅的外周端以外的位置上，包括多个第1衍射阶差、和与多个所述第1衍射阶差的至少1个相邻的至少1个第2衍射阶差，
多个所述第1衍射阶差的所述设计阶差长中的前端位于使所述基本形状向所述衍射光栅的光轴方向平行移动的第1面上，所述至少1个第2衍射阶差的所述设计阶差长的前端位于使所述基本形状向所述光轴方向平行移动的第2面上，
所述第1面和所述第2面在所述光轴上位于互不相同的位置上。
2.一种衍射光栅透镜，其具备：透镜基体；衍射光栅，其包括被设置于所述透镜基体的表面且以基本形状作为基准的多个衍射阶差、以及分别被多个所述衍射阶差中的相邻的一对衍射阶差所夹持的多个同心圆状的环带；和光学调整层，其覆盖所述衍射光栅，且被设置于所述透镜基体中，其中，
所述透镜基体由在使用波长λ下具有折射率n1(λ)的第1材料构成，
所述光学调整层由在所述使用波长λ下具有折射率n2(λ)的第2材料构成，
将所述衍射阶差的设计阶差长设为d、且m设为衍射次数时，满足以下的关系，
0.9 d ≤ m · λ n 1 ( λ ) - n 2 ( λ ) ≤ 1.1 d
多个所述环带分别在半径方向上包括中央部和夹持所述中央部的一对端部，在多个所述环带中的至少1个环带中，在所述一对端部的一方的至少一部分设置凹部和凸部中的一方，在所述一对端部的另一方的至少一部分设置所述凹部和所述凸部中的另一方，
多个所述衍射阶差在除了所述衍射光栅的外周端以外的位置上，包括多个第1衍射阶差、以及与多个所述第1衍射阶差的至少1个相邻的至少1个第2衍射阶差，
多个所述第1衍射阶差的所述设计阶差长中的前端位于使所述基本形状向所述衍射光栅的光轴方向平行移动的第1面上，至少1个所述第2衍射阶差的所述设计阶差长中的前端位于使所述基本形状向所述光轴方向平行移动的第2面上，
所述第1面和所述第2面在所述光轴上位于互不相同的位置上。
3.根据权利要求1或2所述的衍射光栅透镜，其中，
多个所述衍射阶差包括多个第2衍射阶差，
交替地配置各第1衍射阶差和各第2衍射阶差。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的衍射光栅透镜，其中，
所述第1面和所述第2面在所述光轴上的间隔L满足下式：
0.4d≤L≤0.9d
5.根据权利要求4所述的衍射光栅透镜，其中，
所述第1面和所述第2面在所述光轴上的间隔L满足下式：
0.4d≤L≤0.6d
6.根据权利要求4所述的衍射光栅透镜，其中，
所述第1面和所述第2面在所述光轴上的间隔L满足L＝0.5d。
7.根据权利要求1或2所述的衍射光栅透镜，其中，
多个所述衍射阶差包括多个第2衍射阶差，
分别以i个和j个连续地配置多个所述第1衍射阶差和多个所述第2衍射阶差，且交替地配置i个所述第1衍射阶差和j个所述第2衍射阶差，其中i是2以上的整数，j是2以上的整数。
8.根据权利要求1至7的任一项所述的衍射光栅透镜，其中，
所述凸部和所述凹部的至少一方设置在至少1个所述环带的大致整个周围。
9.根据权利要求1至8的任一项所述的衍射光栅透镜，其中，
所述凸部和所述凹部的包括所述衍射光栅的光轴的平面上的、垂直于所述光轴的方向上的宽度处于以下的范围内，即：至少1个所述环带的包括所述衍射光栅的光轴的平面上的、垂直于所述光轴的方向上的宽度的5％以上且25％以下的范围。
10.根据权利要求1至9的任一项所述的衍射光栅透镜，其中，
所述凸部和所述凹部在所述衍射光栅的光轴方向上的高度处于所述衍射阶差的设计阶差长d的3％以上且20％以下的范围内。
11.根据权利要求1至10的任一项所述的衍射光栅透镜，其中，
在多个所述环带中设有所述凸部和所述凹部。
12.根据权利要求1至11的任一项所述的衍射光栅透镜，其中，
多个所述环带中的所述衍射光栅的外周附近的至少2个以上的环带中，设有所述凸部和所述凹部。
13.一种衍射光栅透镜，其具备：透镜基体；和衍射光栅，其包括被设置于所述透镜基体的表面且以基本形状作为基准的多个衍射阶差、以及分别被多个所述衍射阶差中的相邻的一对衍射阶差所夹持的多个同心圆状的环带，其中，
所述透镜基体由在使用波长λ下具有折射率n1(λ)的第1材料构成，
所述衍射光栅与空气接触，
将所述衍射阶差的设计阶差长设为d、且m设为衍射次数时，满足以下的关系，
0.9 d ≤ = m · λ n 1 ( λ ) - 1 ≤ 1.1 d
多个所述环带分别在半径方向上包括中央部和夹持所述中央部的一对端部，在多个所述环带中的至少1个环带中，在所述一对端部的一方的至少一部分设置凹部和凸部中的一方，在所述一对端部的另一方的至少一部分设置所述凹部和所述凸部中的另一方，
多个所述环带包括互相相邻的第1、第2和第3环带，所述第2环带被所述第1和第3环带夹持，所述第1环带和第3环带的宽度大致相同，所述第2环带的宽度比所述第1环带的宽度窄。
14.根据权利要求1至13的任一项所述的衍射光栅透镜，其中，
所述使用波长λ是可见光波段的波长，λ对所有可见光波段的波长满足不等式。
15.一种摄像装置，其具备：
权利要求1至14的任一项所述的衍射光栅透镜；和
摄像元件。
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