CN102782535A - 衍射光学元件及包括该衍射光学元件的摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种衍射光学元件及包括其的摄像装置。衍射光学元件（10）包括衍射面（13）。衍射面（13）具有多个凸部（15）。凸部（15）具有第一面（16）和第二面（17），第一面（16）具有衍射功能，第二面（17）竖立地延伸，并与第一面（16）相连接。第二面（17）相对于光轴（X）的倾斜角度（θ）根据衍射面（13）的区域之不同而不同。因此，能够控制衍射光学元件的凸部的边缘部分产生裂缝。

Description

衍射光学元件及包括该衍射光学元件的摄像装置

技术领域

在此公开的技术涉及一种在至少一个光学面上形成有衍射面的衍射光学元件及包括该衍射光学元件的摄像装置。

背景技术

迄今为止，包括衍射面的衍射光学元件已为众人所知（参照专利文献1）。例如，专利文献1所公开的衍射光学元件层叠多个光学部件而构成，并在两者的界面上形成有衍射面。衍射面由剖面呈锯齿状的衍射光栅构成。详细地说，一光学部件的衍射面具有多个呈棱状的凸部，整体来看具有凸部和凹部交替重复而成的形状。凸部具有第一壁和第二壁，该第一壁倾斜于光轴，具有衍射功能，该第二壁形成为在光轴方向上竖立，并与该第一壁相连接。另一光学部件的衍射面具有其凹凸与上述衍射面相反的形状。

专利文献1：日本公开特许公报特开平9－127321号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

当形成上述包括衍射面的衍射光学元件时，利用加压成形等成形技术。然而，在现有衍射光学元件中，有可能在锯齿形状的凸部的棱部或凹部的底部产生裂缝。例如，在成形时的冷却工序中，因为衍射光学元件的外侧区域的收缩量比中央区域大，所以在外侧区域，衍射光学元件的凸部受到模具的较大的约束力。其结果是，有可能在衍射光学元件的外侧区域产生裂缝。在上述情况以外的其它情况下，也有可能会由于各种各样的原因而根据衍射面上的部位在衍射光学元件上产生裂缝。

在此公开的技术正是鉴于上述问题而完成的。其目的在于：控制衍射光学元件产生裂缝。

－用以解决技术问题的技术方案－

在此公开的衍射光学元件是一种包括衍射面的衍射光学元件，所述衍射面具有多个凸部，所述凸部具有第一面和第二面，该第一面具有衍射功能，该第二面竖立地延伸，并与该第一面相连接，所述第二面相对于光轴的倾斜角度根据所述衍射面的区域之不同而不同。

－发明的效果－

根据所述衍射光学元件，因为使凸部的第二面的倾斜角度根据区域的不同而彼此不同，所以能够控制衍射光学元件产生裂缝。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的衍射光学元件的概略剖视图。

图2（a）和图2（b）是制造第一实施方式所涉及的衍射光学元件的工序的概略图，图2（a）示出已将玻璃材料放在成形模上的状态；图2（b）示出已用成形模将玻璃材料推压的状态。

图3是第二实施方式所涉及的衍射光学元件的概略剖视图。

图4是第三实施方式所涉及的衍射光学元件的概略剖视图。

图5是第四实施方式所涉及的衍射光学元件的概略剖视图。

图6（a）～图6（c）是概略工序图，示出第四实施方式所涉及的衍射光学元件的制造方法，其中图6（a）示出已将树脂材料放在成形模上的状态；图6（b）示出已用第一光学部件和成形模将树脂材料推压的状态；图6（c）示出将衍射光学元件从成形模上卸下后的状态。

图7是第五实施方式所涉及的衍射光学元件的概略剖视图。

图8是第六实施方式所涉及的摄像装置的概略结构图。

－符号说明－

10－衍射光学元件；11－第一光学面；12－第二光学面；13－衍射面；14－衍射光栅；15－凸部；16－第一面；17－第二面；19－基面；20－成形模；21－上模；22－下模；23－躯干模；30－玻璃材料；210－衍射光学元件；213－衍射面；219－基面；310－衍射光学元件；315－凸部；317－第二面；410－衍射光学元件；431－第一光学部件；432－第二光学部件；510－衍射光学元件；533－第三光学部件；600－摄像机（摄像装置）；660－摄像机主体；670－可更换镜头；671－成像光学系统。

具体实施方式

下面，参照附图对实施方式加以详细的说明。

〈第一实施方式〉

图1示出本实施方式所涉及的衍射光学元件10的概略剖视图。

衍射光学元件10由具有透光性的光学部件构成。衍射光学元件10包括彼此相向的第一光学面11和第二光学面12。在第二光学面12上形成有衍射面13。也就是说，在衍射光学元件10的至少一光学面（第二光学面12）上形成有衍射面13。衍射光学元件10由玻璃材料或树脂材料等光学材料形成。应予说明，第一光学面11形成为球面或非球面。

在衍射面13上形成有衍射光栅14。衍射光栅14具有多个凸部15、15、···。凸部15、15、···形成在基面19上。基面19由平面形成。基面19的定义为：通过各个凸部15的下端边缘的面。凸部15、15、···以衍射光学元件10的光轴X为圆心沿圆周方向延伸，并且以光轴X为圆心有规则地排列成同心圆状。各个凸部15的剖面呈近似三角形。更为详细地说，各个凸部15具有第一面16和第二面17，该第一面16倾斜于光轴X，具有衍射功能，该第二面17从基面19竖立地延伸，并与第一面16连接。在各个凸部15，第一面16位于以光轴X为圆心的径向外侧，第二面17位于径向内侧。第一面16和第二面17的连接部分形成棱部。

在本实施方式中，凸部15的高度（以下，也称其为“光栅高度”）H在衍射光学元件10的整个区域都大致相同。在此，凸部15的高度是指光轴X方向上从基面19到凸部15的顶部（棱部）的距离。与包括光轴X在内的中央区域（以下，简称为“中央区域”）中凸部15的间距P相比，比该中央区域还靠近径向外侧的外侧区域（以下，简称为“外侧区域”）中凸部15的间距P更短。详细地说，间距P从光轴X朝着径向外侧逐渐变小。在此，凸部15的间距P是指凸部15、15的顶部之间在以光轴X为圆心的径向上的距离。例如，凸部15的光栅高度H为5μm～20μm。在中央区域凸部15的间距P为400μm～2000μm，在外侧区域凸部15的间距P为100μm～400μm。这些值可以根据要求衍射光学元件具备的光学特性适当地设定。

第一面16是倾斜于光轴X的倾斜面，具有衍射功能。适当地设定各个凸部15的第一面16的倾斜角度，以使衍射面13整体发挥所希望的衍射功能。

第二面17自基面19起竖立地延伸，与第一面16的顶端边缘（远离基面19那一侧的端缘）连接。第二面17会根据衍射面13上的位置而相对于光轴X倾斜。也就是说，第二面17相对于光轴X的倾斜角度（以下，也会简称为“倾斜角度”）θ根据衍射面13上所在的区域的不同而不同。具体而言，位于中央区域的第二面17的倾斜角度θ、和位于外侧区域的第二面17的倾斜角度θ大小不同。例如，在中央区域第二面17与光轴X平行地延伸，倾斜角度θ为零。另一方面，在外侧区域第二面17，离基面19越远的部位越靠近径向外侧地倾斜。也就是说，与中央区域的第二面17的倾斜角度θ相比，外侧区域的第二面17的倾斜角度θ更大。

更为详细地说，第二面17的倾斜角度θ从中央区域朝向外侧区域（即，从径向内侧朝向径向外侧）逐渐变大。例如，如图1所示，当设位于最外周的凸部15的第二面17的倾斜角度θ为θ₁，设与该凸部15相邻且更靠近内侧的凸部15的第二面17的倾斜角度为θ₂，并且设与上述第二个举出的凸部15相邻且更靠近内侧的凸部15的第二面17的倾斜角度为θ₃时，θ₁＞θ₂＞θ₃的关系成立。优选中央区域的第二面17的倾斜角度θ为0°～10°；优选外侧区域的第二面17的倾斜角度θ为10°～30°。

[制造方法]

下面，对本实施方式所涉及的衍射光学元件10的制造方法加以说明。

首先，准备如图2（a）所示的成形模20（上模21、下模22和躯干模23）。在上模21的成形面上形成有凹凸与衍射面13相反的形状。下模22的成形面由球面或非球面形状形成。将玻璃材料30配置在下模22的成形面上。接着，如图2（b）所示，使上模21沿躯干模23朝着下模22下降，以将玻璃材料30推压。成形温度、成形时间等工艺条件可适当设定。

在推压结束后，使上模21向上移动，由此将玻璃材料30从成形模20上卸下来。将玻璃材料30冷却规定时间，即能够得到衍射光学元件10。

[效果]

本实施方式的衍射光学元件10形成为：第二面17的倾斜角度θ根据衍射面13上所在的区域的不同而不同。因此，能够使易于产生裂缝的区域的倾斜角度θ相对较大。详细地说，在加压成形后的冷却工序中，衍射光学元件10会收缩。因为衍射光学元件10具有径向上的尺寸大于光轴X方向上的尺寸那样的形状，所以各个凸部15在收缩时径向上的位移量大于光轴X方向上的位移量。此时，因为衍射光学元件10的凸部15与上模21的凸部相啮合，所以凸部15在径向上的移动受到该上模21的凸部的约束。因此，朝向径向外侧的力会作用于凸部15。在此，该凸部15的棱部（即，顶端部）因为强度较低而易于产生裂缝。另外，因为应力易于集中在相邻的凸部15、15所形成的凹部的底部，所以在该部分也易于产生裂缝。与衍射光学元件10的中央区域的所述收缩量相比外侧区域的所述收缩量更大。因此，衍射光学元件10中越靠近外侧的区域越易于在上述部分产生裂缝。针对于此，在本实施方式中，使第二面17的倾斜角度θ在越靠近外侧的区域越大。通过使第二面17倾斜于光轴X，则能够将由上模21的凸部推向径向外侧的力也朝着光轴方向分散。由此，能够控制衍射光学元件10的凸部15产生裂缝。而且，分散于光轴方向上的力作为使衍射光学元件10和上模21分开的力起作用，对衍射光学元件10的制造而言，这一点也很有利。

应予说明，一般来讲，与中央区域的收缩量相比外侧区域的收缩量更大，因而在越靠近外侧的区域凸部15越易于产生裂缝。然而，易于在凸部15产生裂缝的区域并不限于外侧区域。根据成形条件、衍射光学元件10的形状等也会存在无下述倾向的情况，该倾向是：越靠近外侧的区域越易于产生裂缝。在上述情况下，使易于产生裂缝之区域的凸部15的第二面17的倾斜角度θ比除此以外的区域大。其结果是，能够控制易于产生裂缝之区域的凸部15产生裂缝。

〈第二实施方式〉

接着，参照附图对第二实施方式所涉及的衍射光学元件210加以说明。图3是示出衍射光学元件210的概略剖视图。

衍射光学元件210与第一实施方式所涉及的衍射光学元件10不同之处在于基面为凹面这一点。以下，以与第一实施方式不同之处为中心进行说明。用相同的符号表示功能和形状与第一实施方式相同的构成因素，会有省略再次说明这些构成因素的情况。

衍射光学元件210的衍射面213具有基面219和形成在基面219上的衍射光栅214。基面219为凹面，详细而言，该基面219有可能为球面或非球面。

衍射光栅214的凸部15具有第一面16和第二面17。与第一实施方式一样，与中央区域的第二面17的倾斜角度θ相比，外侧区域的第二面17的倾斜角度θ更大。

衍射光学元件210与第一实施方式一样利用成形模20成形。在上模21上形成有成形面，该成形面具有凹凸与衍射面213相反的形状。也就是说，上模21的成形面呈在凸状弯曲的基面上配置有多个凸部的形状。

在此，因为衍射光学元件210的基面219呈凹状，所以在成形时成为衍射面213从外侧覆盖上模21的成形面之状态。因此，在衍射光学元件210在冷却工序中收缩时，衍射光学元件210会收缩，凸部15和上模21的凸部会啮合得更紧。其结果是，更大的力会作用于凸部15，易于在凸部15产生裂缝。

针对于此，与第一实施方式一样，在本实施方式中使凸部15的第二面17倾斜，由此能够控制凸部15产生裂缝。在此，与第一实施方式一样，衍射光学元件210中越靠近外侧的区域的收缩量越大，比较易于产生裂缝。因此，使越靠近外侧的区域之第二面17的倾斜角度θ越大。这么一来，就与第一实施方式一样地能够控制外侧区域的凸部15产生裂缝，并能够很容易地将衍射光学元件210从成形模20上卸下来。

〈第三实施方式〉

接着，参照附图对第三实施方式所涉及的衍射光学元件310加以说明。图4是示出衍射光学元件310的概略剖视图。

衍射光学元件310与第一实施方式不同之处在于凸部的高度从中央区域向外侧区域逐渐变高这一点。以下，主要对与第一实施方式不同之处进行说明。用相同的符号表示功能和形状与第一实施方式相同的构成因素，会有省略再次说明这些构成因素的情况。

衍射光学元件310的衍射面313具有基面19和形成在基面19上的衍射光栅314。衍射光栅314具有多个凸部315、315···。与中央区域的凸部315的高度H相比，外侧区域的凸部315的高度H更高。更为详细地说，越靠近径向外侧的凸部315的高度H越高。与中央区域的凸部315上第二面317的倾斜角度θ相比，外侧区域的凸部315上第二面317的倾斜角度θ更大。

凸部315的高度越高，凸部315的强度就越低，因而在进行加压成形等时比较易于在凸部315产生裂缝。然而，在本实施方式中，因为使高度较高的凸部315的第二面317的倾斜角度θ较大，所以能够控制凸部315产生裂缝。

〈第四实施方式〉

接着，参照附图对第四实施方式所涉及的衍射光学元件410加以说明。图5是示出衍射光学元件410的概略剖视图。

本实施方式所涉及的衍射光学元件410与第一实施方式不同之处在于该衍射光学元件410是层叠多个光学部件而成这一点。以下，主要对与第一实施方式不同之处进行说明。用相同的符号表示功能和形状与第一实施方式相同的构成因素，会省略说明这些构成因素。

如图5所示，衍射光学元件410是将分别具有透光性的第一光学部件431和第二光学部件432层叠在一起而构成的紧密接合叠层型衍射光学元件。

第一光学部件431和第二光学部件432彼此接合在一起。在第一光学部件431和第二光学部件432的界面上形成有所述衍射面13。因为衍射面13的光学力具有波长依赖性，所以衍射面13赋予波长互不相同的光大致相同的相位差，并使波长互不相同的光以互不相同的衍射角产生衍射。

在本实施方式中，第一光学部件431由玻璃材料形成，第二光学部件432由树脂材料形成。能够使用例如紫外光固化树脂或热固树脂等作为树脂材料。

[制造方法]

以下，对衍射光学元件410的制造方法加以说明。

首先，准备第一光学部件431。第一光学部件431能够利用与第一实施方式相同的制造方法制得。

接着，如图6（a）所示，准备下模424。下模424具有和第二光学部件432的与衍射面13相反一侧的面相对应的形状。将紫外光固化树脂材料440配置在下模424上。之后，使第一光学部件431保持着其衍射面13朝向下模424的状态朝向下模424移动。

之后，如图6（b）所示，用第一光学部件431和下模424将树脂材料440推压，来将树脂材料440变成沿第一光学部件431和下模424延展的形状。之后，向树脂材料440照射紫外光450。在照射规定时间的紫外光450后，树脂材料440固化。这么一来，第二光学部件432就形成出来。

之后，如图6（c）所示，将第一光学部件431和第二光学部件432从下模424上卸下来。这么一来，能够得到第一光学部件431和第二光学部件432成为一体而构成的衍射光学元件410。

〈第五实施方式〉

接着，参照附图对第五实施方式所涉及的衍射光学元件510加以说明。图7是示出衍射光学元件510的概略剖视图。

衍射光学元件510，在第四实施方式所涉及的衍射光学元件410的第二光学部件432上还层叠第三光学部件533而构成。第三光学部件533由玻璃材料或树脂材料等形成。

〈第六实施方式〉

接着，参照附图对第六实施方式所涉及的摄像机600加以说明。图8是示出摄像机600的概略图。

摄像机600包括摄像机主体660和安装在该摄像机主体660上的可更换镜头670。摄像机600构成摄像装置。

摄像机主体660具有摄像元件661。

可更换镜头670构成为能够相对于摄像机主体660装卸。可更换镜头670为例如望远变焦镜头。可更换镜头670具有用来使光束聚焦在摄像机主体660的摄像元件661上的成像光学系统671。成像光学系统671由所述衍射光学元件410和折光型镜头（dioptric lens）672、673构成。衍射光学元件410起到镜头元件的作用。可更换镜头670构成光学装置。

〈其它实施方式〉

本发明中的上述实施方式也可以构成为以下结构。

上述实施方式中的衍射光栅14、214、314的结构仅仅是一个例子，并不限于上述结构。例如，虽然在各个凸部15上位于径向外侧的面成为第一面16且位于径向内侧的面成为第二面17，但并不限于此。也就是说，各个凸部15上位于径向外侧的面成为第二面17且位于径向内侧的面成为第一面16也可以。凸部15的光栅高度H和光栅间距P也并不限于上述实施方式。例如，与外侧区域的凸部15的光栅高度H相比中央区域的凸部15的光栅高度H更高也可以。与外侧区域的凸部15的间距P相比中央区域的凸部15的间距P更短也可以；凸部15的间距P还可以在整个衍射面上都一定不变。虽然在上述实施方式中，光栅高度H和光栅间距P根据径向上的位置而逐渐变化，但也可以构成为这样的，即：衍射面划分成多个区域，位于各个区域中同一区域的光栅的高度H或间距P一定不变，而多个区域中各个区域的光栅高度H或光栅间距P互不相同。

第二面17的倾斜角度θ只要根据衍射面13上的位置的不同而不同，就并不限于上述实施方式。例如，与外侧区域的第二面17的倾斜角度θ相比中央区域的第二面17的倾斜角度θ更大也可以。还可以构成为这样的，即：不是第二面17的倾斜角度θ根据径向上的位置或凸部15的高度逐渐变化，而是衍射面13根据径向上的距离或凸部15的高度而划分成多个区域，并且位于各个区域中同一区域的第二面17的倾斜角度θ一定不变，多个区域中各个区域的倾斜角度θ互不相同。

但是，优选越易于在凸部15产生裂缝的区域之第二面17的倾斜角度θ越大。越靠近径向外侧、凸部15的高度越高、或者凸部15的高宽比（高度与宽度之比）越大，就越易于在凸部15产生裂缝。亦即，也可以构成为：第二面17的倾斜角度θ伴随远离衍射光学元件的中央逐渐变大。也可以构成为：凸部15的高度越高，第二面17的倾斜角度θ就越大。还可以构成为：凸部15的高宽比越大，第二面17的倾斜角度θ就越大。

除了上述以外，还存在易于在凸部15产生裂缝的原因，在有些成形条件下，会有在径向内侧的凸部15比较易于产生裂缝的情况。在这种情况下，越靠近径向内侧的第二面17的倾斜角度θ越大也可以。

在上述第二实施方式中，对基面219弯曲成凹状的结构进行了说明，但本发明并不限于此。基面也可以形成为凸状。亦即，基面并不是限于平面、曲面等，而是可以形成为任意形状。

所述衍射光栅14的凸部15的剖面呈三角形，但并不限于此。虽然在剖视图上以直线表示第一面16和第二面17，但该第一面16和该第二面17也可以具有以曲线表示的形状。凸部15也可以形成为矩形或阶梯状。在这种情况下，凸部15具有与光轴X大致正交的面、和从基面大致朝向光轴X方向竖立的面。前者成为具有衍射功能的第一面16，后者成为从基面竖立的第二面17。

本发明并不限于上述实施方式，只要不脱离其精神或主要的特征，就可以以其他各种各样的方式付诸实施。如上所述，上述实施方式在任何意义上都只不过是示例而已，不得根据实施方式限定地解释本发明。本发明的范围由权利要求书所示，而并不受到说明书正文的约束。而且，属于权利要求书所述内容的等同范围的变形和变更，都在本发明的范围内。

－产业实用性－

本发明对包括衍射面的衍射光学元件及包括该衍射光学元件的摄像装置很有用。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种衍射光学元件，其包括衍射面，其特征在于：

所述衍射面具有多个凸部；

所述凸部具有第一面和第二面，该第一面具有衍射功能，该第二面竖立地延伸，并与该第一面相连接；

所述第二面相对于光轴的倾斜角度根据所述衍射面的区域之不同而不同;

与位于所述凸部的高度低的区域的所述第二面的倾斜角度相比，位于所述凸部的高度高的区域的所述第二面的倾斜角度更大。

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于：

位于所述衍射面的中央区域的所述第二面的倾斜角度和位于所述衍射面的外侧区域的所述第二面的倾斜角度不同。

3.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其特征在于：

与位于所述衍射面的中央区域的所述第二面的倾斜角度相比，位于所述衍射面的外侧区域的所述第二面的倾斜角度更大。

4.一种摄像装置，其特征在于：

该摄像装置包括权利要求1到3中任一项所述的衍射光学元件。

Claims (5)

1.一种衍射光学元件，其包括衍射面，其特征在于：

所述衍射面具有多个凸部；

所述凸部具有第一面和第二面，该第一面具有衍射功能，该第二面竖立地延伸，并与该第一面相连接；

所述第二面相对于光轴的倾斜角度根据所述衍射面的区域之不同而不同。

2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于：

位于所述衍射面的中央区域的所述第二面的倾斜角度和位于所述衍射面的外侧区域的所述第二面的倾斜角度不同。

3.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其特征在于：

与位于所述衍射面的中央区域的所述第二面的倾斜角度相比，位于所述衍射面的外侧区域的所述第二面的倾斜角度更大。

4.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其特征在于：

与位于所述凸部的高度低的区域的所述第二面的倾斜角度相比，位于所述凸部的高度高的区域的所述第二面的倾斜角度更大。

5.一种摄像装置，其特征在于：

该摄像装置包括权利要求1到4中任一项所述的衍射光学元件。

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