DE60105481T2

DE60105481T2 - Bildaufnahmegerät mit diffraktivem optischen Element

Info

Publication number: DE60105481T2
Application number: DE60105481T
Authority: DE
Inventors: Takehiko Ohta-ku Nakai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: EP1148355A1; US20020034011A1; JP3619165B2; DE60105481D1; US6757104B2; EP1148355B1; JP2002006128A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein für eine Vielzahl von Wellenlängen oder für Licht in einem bestimmten Wellenlängenband eingesetztes diffraktives optisches Element sowie ein Bildaufnahmegerät, welches das gleiche verwendet, und im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein für einen Teil eines optischen Bildaufnahmesystems zum Ausbilden eines Farb-Bildes unter Verwendung von Farb-Lichtbändern von drei oder mehreren Farben verwendetes diffraktives optisches Element.
Stand der Technik
Ein Verfahren, bei dem zwei Glasmaterialien (Linsen) mit verschiedenen Dispersionswerten kombiniert werden, ist als Verfahren zum Korrigieren der chromatischen Aberration eines optischen Systems bekannt.
Im Gegensatz zu diesem Verfahren, bei dem die chromatische Aberration verringert wird, indem diese beiden Glasmaterialien kombiniert werden, ist beispielsweise in SPIE Vol. 1354, International Lens Design Conference (1990), in den Japanische Patent-Offenlegungsschriften Nr. 4-213421 und 6-324262 und im US-Patent Nr. 5,044,706 ein Verfahren offenbart, bei welchem die chromatische Aberration reduziert wird, indem für eine Linsenfläche oder für einen von der Linsenfläche verschiedenen Abschnitt eines optischen Systems ein diffraktives optisches Element (von nun an ebenso als Beugungsgitter bezeichnet) vorgesehen wird, welches eine Beugungswirkung aufweist. Dieses Verfahren nutzt das physikalische Phänomen aus, dass chromatische Aberrationen hinsichtlich eines Lichtstrahls, der eine bestimmte Referenzwellenlänge aufweist, in entgegengesetzten Richtungen auftreten, wenn in einem optischen System die Strahlbrechkräfte einer Brechungsebene und einer Beugungsebene hinsichtlich ihres Vorzeichens gleich sind. Solch ein diffraktives optisches Element kann derart ausgeführt sein, dass es eine aspherische Linsenwirkung aufweist, und zwar indem die Periode der periodischen Struktur des Elements willkürlich geändert wird, und von daher legt es hinsichtlich der Reduzierung der monochromatischen Aberration eine große Wirkung an den Tag.
Wenn ein bestimmter Lichtstrahl gebrochen wird, verbleibt der Lichtstrahl nach der Brechung als einzelner Lichtstahl, wohingegen der Lichtstrahl in Komponenten des Beugungs-Lichts einer Vielzahl von Ordnungen aufgesplittet wird, wenn ein bestimmter Lichtstrahl gebeugt wird. Wenn von daher für ein optisches System ein diffraktives optisches Element verwendet werden soll, muss eine Gitterstruktur ermittelt werden, um zu erreichen, dass in einem Betriebs- bzw. Auslegungs-Wellenlängenbereich Lichtbündel bei einer speziellen Ordnung (von nun an ebenso als "Auslegungsordnung" bezeichnet) konzentriert werden. Wenn sich Licht bei einer bestimmten Ordnung konzentriert, ist die Intensität der Komponenten des Beugungs-Lichts anderer Ordnungen gering. Wenn die Intensität einer Beugungs-Lichtkomponente den Wert Null annimmt, existiert diese Lichtkomponente nicht mehr.
Um die Charakteristika des obigen genannten diffraktiven optischen Elements auszunutzen, muss in dem gesamten Betriebs-Wellenlängenbereich die Beugungseffizienz eines Lichtstrahls der Auslegungsordnung hinreichend hoch sein. Ein Lichtstrahl einer von der Auslegungsordnung verschiedenen Beugungsordnung wird in einem Bild bei einer Position ausgebildet, die verschieden von der Position eines Lichtstrahls der Auslegungsordnung ist, und von daher wird dieser Lichtstrahl als Flimmern bzw. Störlicht (Licht) erscheinen. In einem optischen System, welches ein diffraktives optisches Element verwendet, muss von daher eine sorgfältige Betrachtung hinsichtlich der spektralen Verteilung der Beugungseffizienz von Lichtstrahlen der Auslegungsordnung des diffraktiven optischen Elements und hinsichtlich der Verhaltensweisen der Lichtstrahlen der Ordnungen verschieden der Auslegungsordnung (überflüssige Komponenten des Beugungs-Lichts) vorgenommen werden.
14 zeigt die Beugungseffizienz-Charakteristika der Lichtstrahlen von speziellen Beugungsordnungen in einem Fall, wo, wie es in 13 gezeigt ist, ein diffraktives optisches Element 1 mit einem auf einem Substrat 4 ausgebildeten Einzelschicht-Beugungsgitter auf einer bestimmten Fläche in einem optischen System gebildet ist. In der im nachfolgenden gegebenen Beschreibung ist ein Wert der Beugungseffizienz das Verhältnis der Lichtintensität von jeder Beugungs-Lichtkomponente zu der Lichtintensität des gesamten übertragenen Lichtbündels, und zwar ohne dass wegen der Zunahme der Komplexität der Beschreibung das bei einer Gitter-Grenzfläche reflektierte Licht berücksichtigt wird. Es wird auf 14 Bezug genommen, wo die Abszissen-Achse die Wellenlänge darstellt; und wo die Ordinaten-Achse die Beugungseffizienz darstellt. Dieses diffraktive optische Element ist derart ausgelegt, dass die Beugungseffizienz der ersten Beugungsordnung (durchgezogene Linie in 14) in dem Betriebs-Wellenlängenbereich maximiert wird. Das heißt, die Auslegungsordnung ist die erste Ordnung. Die 14 zeigt ebenso die Beugungseffizienz der Beugungsordnungen in der Nähe der Auslegungsordnung (erste Ordnung ± erste Ordnung, d.h. die nullte Ordnung und zweite Ordnung).
Wie es in 14 gezeigt ist, wird die Beugungseffizienz der Auslegungsordnung bei einer bestimmten Wellenlänge (von nun an als "Auslegungswellenlänge" bezeichnet) maximiert, und bei anderen Wellenlängen in hohem Maße geschwächt. Eine Schwächung hinsichtlich der Beugungseffizienz von dieser Auslegungs-Ordnung entspricht dem Beugungs-Licht einer anderen Ordnung und wird zu Störlicht bzw. Flimmern. Wenn eine Vielzahl von diffraktiven optischen Elementen verwendet wird, führt im allgemeinen eine Schwächung hinsichtlich der Beugungseffizienz bei einer Wellenlängenordnung verschieden der Auslegungswellenlänge zu einer Schwächung in dem Transmissionsfaktor bzw. in dem Lichtdurchlassgrad.
Es wurden verschiedene herkömmliche Anordnungen zum Reduzieren des Einflusses von Flimmern bzw. Störlicht vorgeschlagen.
Beispielsweise wird das in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-127322 offenbarte diffraktive optische Element erzielt, indem in optimaler Weise drei verschiedene Materialien (drei Beugungsgitter 6, 7 und 12) und zwei verschiedene Gitterdicken d1 und d2 ausgewählt werden, und indem die entsprechenden Beugungsgitter nahe zueinander mit einer gleichen Teilungs-Verteilung angeordnet werden, wie es in der 15 gezeigt ist. Mit dieser wie in 16 gezeigten Anordnung wird über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich bei der Auslegungsordnung eine hohe Beugungseffizienz realisiert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ebenso eine Anordnung in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-133149 vorgeschlagen, die in der Lage ist, eine Abnahme der Beugungseffizienz zu unterdrücken. Das in dieser Referenz vorgeschlagene diffraktive optische Element weist im Querschnitt eine durch geschichtetes Anordnen von zwei Schichten ausgebildete Mehrlagen-Formgebung auf, und eine hohe Beugungseffizienz der Auslegungsordnung kann über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich realisiert werden, und zwar indem für die beiden Schichten 6 und 7 die drei Brechungsindizes, die Dispersions-Charakteristika und die Gitterdicken der Materialien optimiert werden, wie es in der 17 gezeigt ist.
Die Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-104411 offenbart ein diffraktives optisches Element, das ausgelegt ist, die Intensität von überflüssigen Komponenten des Beugungs-Lichts von Ordnungen in der Nähe der Auslegungsordnung zu schwächen, indem die Auslegungswellenlänge verschoben wird, und zwar durch geeignetes Einstellen der Gitterdicke eines diffraktiven optischen Elements vom Kinoform-Typ, wie das in 13 gezeigte Element.
Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat ebenso ein optisches System in der Japanischen Patent-Anmeldung Nr. 11-344369 (Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-241614) vorgeschlagen, welches ausgelegt ist, in geeigneter Weise überflüssige Komponenten des Beugungs-Lichts der Ordnungen in der Nähe der Auslegungsordnung zu reduzieren, und zwar indem ein diffraktives optisches Element mit einer Mehrlagen-Struktur verwendet wird.
Von den herkömmlichen Elementen ist das in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-127322 vorgeschlagene diffraktive optische Element derart konfiguriert, um die Beugungseffizienz der Auslegungsordnung in außerordentlicher Weise zu verbessern, und von daher wird die Intensität von überflüssigen Komponenten des Beugungs-Lichts als Komponenten des Beugungs-Lichts von Ordnungen verschieden der Auslegungsordnung reduziert, wodurch Störlicht bzw. Flimmern abgeschwächt wird. Jedoch ist in einem aufgenommenen Bild farbiges Störlicht bzw. Farb-Störlicht erkennbar. Darüber hinaus wird keine detaillierte Beschreibung hinsichtlich des Auftretens von Farb-Störlicht, der Intensität des Störlichtes und dergleichen angegeben.
In der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-104411 werden die Einflüsse des Farb-Störlichtes des Lichtes überflüssiger Ordnung an einer Gitterformgebung beschrieben, die eine wie in 13 gezeigte (von nun an "Einzelschicht-DOE" bezeichnete) Beugungsebene aufweist. Jedoch ist keine Beschreibung hinsichtlich Lichtreflexe in einem diffraktiven optischen Element mit einer im Querschnitt betrachtet mehrlagig ausgebildeten Formgebung gegeben, die erzielt wird, indem zwei oder mehrere Schichten übereinander angeordnet bzw. geschichtet werden (von nun an als "Mehrlagen-DOE" bezeichnet).
In einem optischen System, welches das obige Mehrlagen-DOE verwendet, werden im Vergleich zu einer Einzelschicht-DOE in großem Maße Lichtreflexe bzw. Störlicht reduziert. Jedoch wird überflüssiges Beugungs-Licht nicht vollständig beseitigt, sondern verbleibt noch in geringem Maße.
In Anwendungen bei optischen Systemen, bei welchen Bildaufnahme-Konditionen (Projektions-Konditionen) unverändert bleiben (z.B. bei der Lese-Linse eines Kopiergerätes und bei der Projektionslinse eines Flüssigkristall-Projektors), werden die Einflüsse von Störlicht durch Mehrlagen-DOEs auf ein Niveau unterdrückt, bei welchem keine Probleme auftreten. Gemäß verschiedenen Studien, die durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, konnte jedoch herausgefunden werden, dass geringes Rest-Störlicht durchaus ein Problem aufwerfen kann, und zwar in optischen Systemen, die ausgelegt sind, Bilder von Objekten bei verschiedenen Konditionen aufzunehmen, wie etwa bei einer Kamera und bei einer Videokamera.
Wenn beispielsweise eine leuchtstarke Lichtquelle in einem Objektfeld vorhanden ist, wird die Bildaufnahme-Operation mit einer Belichtung durchgeführt, die hinsichtlich eines von der Lichtquelle verschiedenen Objektes geeignet ist, anstatt dass eine hinsichtlich der Lichtquelle geeignete Belichtung eingestellt wird. Es sei angenommen, dass die Lichtquelle Licht ausstrahlt, das eine im Vergleich zur geeigneten Belichtung 1000-mal höhere Intensität aufweist. Selbst wenn in diesem Fall das Rest-Störlicht kleiner als 0,2% ist, weist das Rest-Störlicht eine doppelt so hohe Intensität auf wie die der geeigneten Belichtung, da die Intensität des Störlichtes von dem Lichtquellen-Abschnitt mit Faktor 1000 multipliziert wird, was in einem aufgenommenen Bild zu einem erkennbaren Reflexpunkt führt.
Wie obig erläutert kann sogar geringfügiges Störlicht ein Problem aufwerfen, und zwar wenn ein Mehrlagen-DOE bei einer Kamera oder bei einem Videogerät angewandt wird. Wenn eine Störlichtkomponente eine Wellenlängen-Abhängigkeit aufweist, wird im einzelnen Farb-Störlicht bzw. Farb-Flimmern ähnlich wie Farblicht-Charakteristika basierend auf der in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 10-104411 offenbarten Einzelschicht-DOE erzeugt, und zwar selbst in einer Anordnung, die eine Mehrlagen-DOE verwendet.
Ein Anliegen der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Ausgestalten bzw. Auslegen eines diffraktiven optischen Elements bereitzustellen, in welchem erreicht wird, dass das durch Beugungs-Licht überflüssiger Ordnung bewirkte Farb-Störlicht unbemerkt gemacht wird, und ein Anliegen der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Bildaufnahmegerät bereitzustellen, welches das diffraktive optische Element aufweist.
Die europäische Patent-Anmeldung Nr. EP-A-0965864 offenbart ein diffraktives optisches Element, welches aus einer Vielzahl von Beugungsgittern besteht, die sich hinsichtlich der Dispersion unterscheiden und geschichtet angeordnet und beabstandet sind, um über einen gesamten nutzbaren Wellenlängenbereich die Beugungseffizienz für eine Auslegungsordnung zu erhöhen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausgestalten eines diffraktiven optischen Elements bereitgestellt, wie es im Patentanspruch 1 ausgeführt ist, und es wird ein Bildaufnahmegerät bereitgestellt, welches das im Patentanspruch 2 ausgeführte diffraktive optische Element aufweist.
Damit die vorliegende Erfindung besser verstanden werden kann, sollen nun exemplarisch und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen hiervon erläutert werden, wobei die Zeichnungen folgendes zeigen:
1 ist eine schematische Ansicht eines Bildaufnahmegerätes, welches ein diffraktives optisches Element in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 ist eine Vorderansicht des Hauptteils des diffraktiven optischen Elements in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Ansicht zum Darstellen der Querschnittsformgebung des Beugungsgitters des diffraktiven optischen Elements in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine grafische Auftragung zum Darstellen der Beugungseffizienz der Auslegungsordnungen des diffraktiven optischen Elements in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine grafische Ansicht zum Darstellen der Beugungseffizienz von überflüssigen Beugungsordnungen des diffraktiven optischen Elements in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6A, 6B und 6C sind Ansichten zum Darstellen des Bild-Entstehungszustandes von Störlicht in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine grafische Ansicht zum Darstellen der spektralen Charakteristika einer weißen Lichtquelle in der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine grafische Darstellung zum Erläutern der spektralen Charakteristika eines allgemeinen Farb-Filmes in der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine grafische Darstellung zum Erläutern des spektralen Transmissionsfaktors bzw. des spektralen Lichtdurchlassgrades einer Linse in der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Ansicht zum Darstellen des Auftretens von Farb-Störlicht in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine schematische Ansicht eines optischen Bildaufnahmesystems, bei welchem die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird;
12 ist eine schematische Ansicht eines optischen Beobachtungssystems;
13 ist eine Ansicht zum Darstellen einer herkömmlichen Gitterformgebung (in der Gestalt einer Dreieckswellenform);
14 ist eine grafische Darstellung zum erläutern der Beugungseffizienz eines herkömmlichen optischen Systems;
15 ist eine Ansicht zum Darstellen einer Querschnittsformgebung eines herkömmlichen mehrlagigen diffraktiven optischen Elements;
16 ist eine grafische Darstellung zum Erläutern der Beugungseffizienz des herkömmlichen mehrlagigen diffraktiven optischen Elements;
17 ist eine Ansicht zum Darstellen einer Querschnittsformgebung des herkömmlichen mehrlagigen diffraktiven optischen Elements;
18A und 18B sind grafische Darstellungen zum Erläutern der Beugungseffizienz der diffraktiven optischen Elemente gemäß dem Vergleichs-Beispiel und der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGEN DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine Ansicht, welche die Anordnung des Hauptteils des Bildaufnahmegerätes zeigt, das ein diffraktives optisches Element verwendet.
Ein optisches System OL in 1 weist zumindest jeweils ein Bauteil der folgenden Bauteile auf: ein diffraktives optisches Element (DOE) 1, ein refraktives optisches Element 9 (Linse in 1), und eine Apertur-Anordnung bzw. Blende 10. Die 1 zeigt einen Zustand, in welchem ein von einem Objekt auf das optische System OL einfallendes Lichtbündel auf einer Licht-Empfangseinheit (Bild-Aufnahmeeinrichtung) 11 in ein Bild ausgebildet wird.
Es werden von dem diffraktiven optischen Element 1 gebeugte Lichtkomponenten der Auslegungsordnung der Aberrations-Korrektur unterworfen, so dass in einem zuvor festgelegten Wellenlängenbereich ein gutes optisches Leistungsvermögen nach der Synthese mit dem diffraktiven optischen Element erzielt werden kann. Die Licht-Empfangseinheit 11 besteht aus einer Vielzahl von Licht-Empfangsgliedern, die verschiedene spektrale Sensitivitäten aufweisen und ausgelegt sind, ein Farbbild zu erzielen, und zwar indem Bilder von den Licht-Empfangsgliedern, die verschiedene spektrale Sensitivitäten aufweisen, synthetisiert werden.
Als Licht-Empfangseinheit 11 wird allgemein eine CCD, ein Silberhalogonit-Film, ein fotosensitives Bauteil, das menschliche Auge oder dergleichen verwendet. Als Beispiel zeigt die 8 in einem sichtbaren Wellenlängenbereich drei spektrale Sensitivitäten von R (rot), G (grün) und B (blau) eines gewöhnlichen Silberhalogonit-Films. Die Licht-Empfangseinheit 11 weist drei Licht-Empfangseinrichtungen auf, die allgemein Sensitivitäten in drei verschiedenen Wellenlängenbändern aufweisen und ein Farbbild reproduzieren, und zwar indem Bilder von diesen Licht-Empfangseinrichtungen vermischt werden. Ein Silberhalogonit-Film ist aus drei fotosensitiven Schichten aufgebaut, die jeweils Spitzen-Sensitivitäten im Blauen, Grünen und Roten aufweisen. Die CCD ist ebenso aus drei Sensoren aufgebaute, die jeweils Spitzen-Sensitivitäten im Blauen, Grünen und Roten aufweisen.
Die Licht-Empfangseinrichtung, die jeweils Spitzen-Sensitivitäten im Blauen, Grünen und Roten aufweist, wird von nun an als erste, zweite und dritte Licht-Empfangseinrichtung bezeichnet.
Obwohl die 1 ein diffraktives optisches Element mit einem Beugungsgitter zeigt, welches auf einer ebenen Platte ausgebildet ist, kann ein diffraktives optisches Element verwendet werden, welches auf einer gekrümmten Fläche, wie etwa einer Linse, ausgebildet ist.
Die 2 zeigt eine Vorderansicht und eine Seitenansicht des in dieser Ausführungsform verwendeten diffraktiven optischen Elements 1. Das diffraktive optische Element 1 weist erste und zweite diffraktive optische Elemente 2 und 3 auf, die dicht beieinander angeordnet sind.
Es wird nun auf die 2 Bezug genommen, wo das Beugungsgitter eine konzentrische Gitterformgebung aufweist, deren Gittersteigung schrittweise von der Mitte zu dem Umfangsbereich herabgesetzt ist, um derart eine Linsenwirkung zu erreichen.
Die 3 ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie 3 – 3 des diffraktiven optischen Elements 1 in 2 genommen wurde, welche einen Teil von seinem Querschnitt zeigt. 3 ist eine Ansicht, die im Vergleich mit der Steigungs-Richtung um einiges in der Tiefen-Richtung deformiert (übertrieben) ist.
Gemäß der Querschnitts-Gitterformgebung des Beugungsgitters des diffraktiven optischen Elements 1 ist in dieser Ausführungsform das erste diffraktive optische Element 2, das eine bei dem Grenzflächenabschnitt zwischen einer auf einem Substrat 4 ausgebildeten ersten Schicht (Beugungsgitter) 6 und einer Luftschicht 8 ausgebildete Beugungsgitterfläche 6A aufweist, durch die Luftschicht in der Nähe des zweiten diffraktiven optischen Elements 3 mit einer Beugungsgitterfläche 7A angeordnet, die bei dem Grenzflächenabschnitt zwischen einer auf einem Substrat 5 ausgebildeten zweiten Schicht (Beugungsgitter) 7 und der Luftschicht 8 ausgebildet ist. Ein kennzeichnendes Merkmal dieser Struktur liegt darin, dass sämtliche Schichten als diffraktives optisches Element wirken.
Mit dieser Anordnung kann eine Verfahren zum Ausbilden eines diffraktiven optischen Einzelschicht-Elements für die Beugungsgitter 6 und 7 der jeweiligen diffraktiven optischen Elemente verwendet werden. Beim Stand der Technik, wo ein Beugungsgitter-Abschnitt bei der Grenzfläche zwischen zwei Materialien ausgebildet wurde, mussten solche Materialien verwendet werden, die Anforderungen hinsichtlich verschiedener Charakteristika, wie etwa Adhäsions-Eigenschaften und Expansions-Koeffizienten, zusätzlich zu optischen Charakteristika erfüllen. Im Gegensatz hierzu wird gemäß dem obigen diffraktiven optischen Element, das die Mehrlagen-Struktur aufweist, der Bereich der Materialauswahl erweitert, da die zu verwendenden Materialien im Grunde genommen nur Anforderungen hinsichtlich optischer Charakteristika erfüllen müssen, was einen Vorteil hinsichtlich der Formation bzw. Ausgestaltung eines Elementes liefert.
Als nächstes wird die Beugungseffizienz des diffraktiven optischen Elements der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dem herkömmlichen diffraktiven optischen Element 1 vom Einzelschicht-Transmissions-Typ in 13 ist die Bedingung, bei welcher die Beugungseffizienz ihren Maximumwert (100) bei einer Auslegungswellenlänge λ0 erreicht, jene Bedingung, bei welcher ein Lichtbündel vertikal auf das Gitter (Substrat) 6 eintrifft, wobei die optische Weglängen-Differenz zwischen Lichtstrahlen, die durch eine Gitterspitze und durch eine Gitterfurche des Beugungsgitters 6 hindurchlaufen, ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge wird. Diese Bedingung kann wie folgt ausgedrückt werden. (n01 – 1)d = mλ0 (1)wobei n01 der Strahlbrechungsindex des Materials des Beugungsgitters 6 bei der Wellenlänge λ0 ist, d die Gitterdicke ist, und wobei m die Beugungsordnung (Auslegungs-Beugungsordnung) ist.
Die oben genannte Bedingung findet in erster Linie bei einem diffraktiven optischen Element Anwendung, wie etwa bei dem in 3 gezeigten Element, welches solch eine Struktur aufweist, in welcher die Vielzahl der Gitter 6 und 7 übereinander angeordnet sind. Das heißt, um zu erreichen, dass sämtliche Schichten als ein Beugungsgitter dienen, wird die Summe der optischen Weglängen-Differenzen zwischen Gitterspitzen und Gitterfurchen der Beugungsgitter, die bei den Grenzflächen zwischen den jeweiligen Materialien durch sämtliche Schichten ausgebildet sind, derart festgelegt, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge werden. Wenn ein Lichtbündel vertikal auf das Substrat des diffraktiven optischen Elements 1 mit der in 3 gezeigten Mehrlagen-Struktur einfällt, ist von daher ein konditionaler Ausdruck für die maximale Beugungseffizienz wie folgt bestimmt: ±(n01 – 1)d1 ± (n02 – 1)d2 = mλ0 (2) wobei n01 der Strahlbrechungsindex des Materials des ersten Beugungsgitters 6 bei der Wellenlänge λ0 ist, n02 der Strahlbrechungsindex des Materials des zweiten Beugungsgitters 7 bei der Wellenlänge λ0 ist, und wobei d1 und d2 jeweils die Gitterdicken des ersten und zweiten Beugungsgitters 6 und 7 sind. Es sei angenommen, dass die nach unten gerichtete Beugungsrichtung hinsichtlich der Beugungs-Lichtkomponente nullter Ordnung in 3 einer positiven Beugungsordnung entspricht. In diesem Fall wird das Plus/Minus-Vorzeichen für jede Schicht in der Gleichung (2) in einer Gitterformgebung (Beugungsgitter 7 in 3) positiv, in welcher die Gitterdicke nach unten zunimmt, wie es in 3 gezeigt ist, und das Plus/Minus-Vorzeichen für jede Schicht in der Gleichung (2) wird in einer Gitter-Formgebung (Beugungsgitter 6 in 3) negativ, in welcher die Gitterdicke nach oben hin zunimmt.
In der oben genannten Anordnung ist eine Beugungseffizienz η(λ) bei einer Wellenlänge λ, die unterschiedlich der Auslegungswellenlänge λ0 ist, durch den folgenden Ausdruck gegeben: η(λ) = sinc2[π[M–[±(n1(λ)–1)d1±(n2(λ)–1)d2]/λ]] = sinc2[π[M–Φ(λ)/λ]] ...(3)wobei M die Evaluierungs-Beugungsordnung ist, n1(λ) der Strahlbrechungsindex des ersten Gitters bei der Wellenlänge λ ist, n2(λ) der Strahlbrechungsindex des zweiten Beugungsgitters bei der Wellenlänge λ ist, und wobei d1 und d2 jeweils die Gitterdicken des ersten und zweiten Beugungsgitters sind. Zusätzlich gilt sinc(x) = sin(x)/x.
Es wird auf die 3 Bezug genommen, wo bei den Grenzflächen zwischen den Schichten und Luft die Beugungsgitterflächen 6a und 7a ausgebildet sind. Zum Erzielen der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist jedoch die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt und kann ein Beugungsgitter aufweisen, dessen Beugungsgitterfläche an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Materialien ausgebildet ist. Von dem obigen Gesichtspunkt hinsichtlich der Herstellung ist im allgemeinen in bevorzugter Weise eine Beugungsgitterfläche an der Grenzfläche zwischen einem Material und einer Luftschicht ausgebildet.
Als nächstes werden Komponenten des Beugungs-Lichts von überflüssigen Ordnungen (Komponenten des Beugungs-Lichts von Ordnungen verschieden der Auslegungsordnung) erläutert, die Farb-Störlicht hervorrufen.
Im nachfolgenden wird eine Betrachtung der in 3 gezeigten Mehrlagen-Struktur als mehrlagiges diffraktives optisches Element der vorliegenden Erfindung zur Erläuterung der Beugungseffizienz von Komponenten des Beugungs-Lichts überflüssiger Ordnungen (Lichtkomponenten überflüssiger Ordnung) beschrieben.
Das erste diffraktive optische Element 2 weist die nachfolgende Anordnung auf. Es sei angenommen, dass ein mit UV-Licht ausgehärtetes Kunstharz (nd = 1,635, νd = 23,0) als Material für den Gitterabschnitt 6 verwendet wird, und dass die Gitterdicke d1 die Dicke von 7,88 μm aufweist.
In gleicher Weise weist das zweite diffraktive optische Element 3 die nachfolgende Anordnung auf. Es sei angenommen, dass ein mit UV-Licht ausgehärtetes, von DAINIPPON INK. & CHEMICALS INC. verfügbares Kunstharz C001 (nd = 1,524, νd = 50,8) als Material für den Gitterabschnitt 7 verwendet wird, und dass die Gitterdicke d2 die Dicke von 10,71 μm aufweist.
Die Auslegungsordnung m ist die erste Ordnung. Die 4 zeigt die Beugungseffizienz bei dieser Auslegungsordnung. In diesem Fall gibt es in dem sichtbaren Bereich zwei Auslegungswellenlängen, d.h. bei 447 nm und 608 nm, und zwar mit ansteigender Ordnung der Wellenlänge. Wie es von der 4 ersichtlich wird, beträgt die Beugungseffizienz bei den Auslegungswellenlängen 477 nm und 608 nm den Wert von 100.
Die 5 zeigt die Beugungseffizienz der Lichtkomponenten überflüssiger Ordnung. Es wird auf die 5 Bezug genommen, wo die Bezugsziffern (1) bis (6) die Beugungseffizienz der Komponenten des Beugungs-Lichts der minus-zweiten Ordnung, der minus-ersten Ordnung, der nullten Ordnung, der zweiten Ordnung, der dritten Ordnung und der vierten Ordnung darstellen.
Es ist ersichtlich, dass bei den Auslegungswellenlängen 447 nm und 608 nm keine überflüssigen Komponenten des Beugungs-Lichts existieren; wenn die Beugungseffizienz der Beugungs-Lichtkomponente der ersten Ordnung (Auslegungsordnung) schwächer wird, wird die Beugungseffizienz der Komponenten des Beugungs-Lichts von Ordnungen verschieden der ersten Ordnung stärker.
Das heißt, es werden Komponenten des Beugungs-Lichts von überflüssigen Ordnungen verschieden der Auslegungsordnung erzeugt. Wie es zusätzlich von der 5 ersichtlich ist, schwächen sich offensichtlich die Komponenten des Beugungs-Lichts der minus-zweiten Ordnung, der minus-ersten Ordnung, der nullten Ordnung, der zweiten Ordnung, der dritten Ordnung und der vierten Ordnung ab, wenn die Ordnungen von der Auslegungsordnung (erste Ordnung) separiert werden. Von daher nimmt Störlicht und sein Einfluss ab. Das heißt, der Einfluss der Ordnungen (nullte und zweite Ordnung) in der Nähe der Auslegungsordnung ist der höchste Einfluss.
Die Bild-Entstehungszustände der obigen Komponenten des Beugungs-Lichts überflüssiger Ordnung werden als nächstes beschrieben. Die 6A bis 6C zeigen die Bild-Entstehungszustände der Komponenten des Beugungs-Lichts der jeweiligen Ordnungen. Die 6A zeigt die Bild-Entstehungszustände der Komponenten des Beugungs-Lichts der Auslegungsordnung und der überflüssigen Ordnungen in der Nähe der Auslegungsordnung. Die 6B zeigt die von der Richtung der optischen Achse betrachteten Bild-Entstehungszustände. Die 6C zeigt die Licht-Intensitätszustände der Lichtkomponenten überflüssiger Ordnung bei den jeweiligen Licht-Empfangspositionen. Diese Zustände werden nachfolgend nacheinander detailliert beschrieben.
Zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung wird beispielhaft der Bild-Entstehungszustand eines Lichtbündels an der optischen Achse dargestellt. Es sei angenommen, dass drei farbige Lichtbündel, d.h. blaue (B), grüne (G) und rote (R) Lichtbündel, zum Ausbilden eines Farbbildes erforderlich sind, und dass sie jeweils durch Lichtbündel dargestellt werden, welche einzelne Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 650 nm aufweisen. Es sei ebenso angenommen, dass die Auslegungs-Beugungsordnung die erste Ordnung ist (Beugungs-Licht).
Die 6A zeigt die Bild-Entstehungszustände der Lichtbündel der jeweiligen Ordnungen. Es wird auf die 6A Bezug genommen, wo ein Lichtbündel 1c das Lichtbündel der Auslegungsordnung ist, welches axial auf die Abbildungsebene (fotosensitive Fläche) 11 fokussiert wird. Da dieses Lichtbündel 1c eine geeignete chromatische Aberrationskorrektur unterlaufen ist, können Unterschiede im Bild-Entstehungszustand zwischen Wellenlängen im Vergleich mit dem Bild-Entstehungszustand des Farb-Störlichts vernachlässigt werden, was gegenwärtig ein Problem darstellt, obwohl es Unterschiede hinsichtlich des Bild- Entstehungszustandes zwischen Aberrationslevel an den Tag legt. Gebeugte Lichtkomponenten von Ordnungen höher als die Auslegungsordnung werden durch eine Beugungsebene stärker gebeugt.
Die 6A zeigt die Bild-Entstehungszustände der Komponenten des Beugungs-Lichts 2b, 2g und 2r der zweiten Ordnung und Komponenten des Beugungs-Lichts 3b, 3g und 3r der dritten Ordnung.
Im praktischen Gebrauch überlappen sich andere Komponenten des Beugungs-Lichts der höheren Ordnungen und Ordnungen (nullte Ordnung, -erste Ordnung und dergleichen) niedriger als die Auslegungsordnung einander, um eventuell Störlicht zu erzeugen. Da diese Operation eine komplizierte Erläuterung erfordert, werden nachfolgend lediglich die Komponenten des Beugungs-Lichts der oben genannten beiden überflüssigen Ordnungen (zweite und dritte Ordnung) beschrieben.
Lichtbündel der Beugungsordnungen verschieden der Auslegungsordnung sind nicht die chromatische Aberrationskorrektur durch Synthese mit einer Brechungslinse durchlaufen, und von daher unterscheiden sie sich hinsichtlich ihrer Beugungswinkel abhängig von den Wellenlängen. Von daher werden die B-, G- und R-Komponenten des Beugungslichts zweiter Ordnung bei verschiedenen Bereichen in Bildern auf der Abbildungsebene 11 ausgebildet, wie es jeweils durch 2b, 2g und 2r angezeigt ist.
Die 6B zeigt die oben genannten Bild-Entstehungszustände von der Richtung einer optischen Achse La. Wie es von der 6B offensichtlich wird, verschwimmt der Bild-Entstehungszustand der R-Komponente (r) stärker als der Bild-Entstehungszustand der B-Komponente (b).
Auf gleicher Weise wird das Beugungslicht dritter Ordnung stärker als das Beugungslicht zweiter Ordnung gebeugt, und das Beugungslicht dritter Ordnung verschwimmt stärker als das Beugungslicht zweiter Ordnung, wenn es auf der Bildebene 11 fokussiert wird, wobei die B-, G- und R-Komponenten des Beugungslichts dritter Ordnung jeweils durch 3b, 3g und 3r angezeigt werden. Das gleiche Phänomen tritt hinsichtlich der Ordnungen auf, die niedriger als die Auslegungsordnung sind. Wenn die Ordnung des Beugungslichts von der Auslegungsordnung separiert wird, verschwimmt das Licht stärker, und die R-Komponente von jeder Ordnung verschwimmt stärker als die B-Komponente hiervon. Das heißt, das Beugungslicht der minus-ersten Ordnung verschwimmt stärker als das Beugungslicht der nullten Ordnung, und das Beugungslicht der minus-zweiten Ordnung verschwimmt stärker als das Beugungslicht der minus-ersten Ordnung.
Die 6C zeigt Intensitäten des Störlichts in den jeweiligen Bereichen, wenn das Störlicht auftritt. Es wird auf die 6C Bezug genommen, wo die Bezugsziffer a einen Bereich bezeichnet, wo das Störlicht der R-, G- und B-Komponenten des Beugungslichts der zweiten Ordnung und der dritten Ordnung existiert; die Bezugsziffer b bezeichnet einen Bereich, wo das Störlicht der B-Komponente des Beugungslichts der zweiten Ordnung nicht existiert, wo jedoch das Störlicht der G- und R-Komponenten des Beugungslichts der zweiten Ordnung und die R-, G- und B-Komponenten des Beugungslichts der dritten Ordnung existieren; die Bezugsziffer c bezeichnet einen Bereich, wo das Störlicht der B- und G-Komponenten des Beugungslichts der zweiten Ordnung nicht besteht, wo jedoch das Störlicht der R-Komponente des Beugungslichts der zweiten Ordnung und die R-, G- und B-Komponenten des Beugungslichts der dritten Ordnung besteht; die Bezugsziffer d bezeichnet einen Bereich, wo das Störlicht des Beugungslichts der zweiten Ordnung nicht besteht, wo jedoch das Störlicht der R-, G- und B-Komponenten des Beugungslichts der dritten Ordnung besteht; die Bezugsziffer e bezeichnet einen Bereich, wo das Störlicht der B-Komponente des Beugungslichts der dritten Ordnung nicht besteht, wo jedoch das Störlicht der G- und R-Komponenten des Beugungslichts der dritten Ordnung besteht; und die Bezugsziffer f bezeichnet einen Bereich, wo das Störlicht der B- und G-Komponenten des Beugungslichts der dritten Ordnung nicht besteht, wo jedoch das Störlicht der R-Komponente des Beugungslichts der dritten Ordnung besteht.
Hinsichtlich der Farb-Erscheinungen der jeweiligen Bereiche wird eine Ausführungsform der vorstehenden Anwendung beschrieben, die in Zusammenhang mit dem Störlicht steht, welches durch ein von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung als Japanische Patent-Anmeldung Nr. 11-344369 (Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-241614) vorgeschlagenes, mehrlagiges diffraktives optisches Element hervorgerufen wird, und es wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Element ist gemäß der vorherigen Anwendung derart konfiguriert, dass die B-, G- und R-Komponenten des Störlichtes der in der Nähe der Auslegungsordnung liegenden Ordnungen (die nullte und zweite Ordnung in der obigen Beschreibung) reduziert werden, während die mittels eines Licht-Empfangsgliedes in den B-, G- und R-Komponenten ausgelesenen Differenzen der integralen Lichtintensität reduziert werden. Obwohl in der früheren Anmeldung nur Werte der Beugungseffizienz beschrieben wurden, neigen zusätzlich im Farb-Störlicht die Differenzen zwischen den B-, G- und R-Komponenten des Beugungslichts von jeder der (m ± 2)-ten Ordnung oder höheren Ordnung, wenn die Auslegungsordnung m ist, dazu, dass sie gleich jener Differenzen des Beugungslichts (m ± 1)-ten Ordnung werden. Wenn zusätzlich die Ordnung von der Auslegungsordnung separiert wird, schwächt sich die Beugungseffizienz in großem Maße ab.
Nachfolgend wird die Farberscheinung von jedem Bereich qualitativ beschrieben. Wie es von der 6C offensichtlich ist, wird in dem Bereich a das Störlicht durch die Überlagerung von Komponenten des Störlichts von sämtlichen Beugungsordnungen und sämtlichen Wellenlängen erzeugt. Es werden Lichtkomponenten von drei Farben des Beugungslichts der zweiten Ordnung betrachtet. Obwohl sie hinsichtlich der integralen Lichtintensität, da die Wellenlänge der B-Komponente auf der fotosensitiven Fläche 11 weniger stark verschwimmt als die anderen Komponenten, nahezu gleich sind, wird die Farberscheinung des Störlichtes des Beugungslichts der zweiten Ordnung pro Flächeneinheit in dem Bereich a zu einem leicht bläulich eingefärbten Weiß. Das Beugungslicht der dritten Ordnung wird auf dieses Störlicht des Beugungslichts der zweiten Ordnung überlagert. Indem nur das Beugungslicht der dritten Ordnung betrachtet wird, legt es jedoch eine Farberscheinung an den Tag, die ähnlich jener Farberscheinung des Beugungslichts der zweiten Ordnung ist. Von daher wird die Farberscheinung des Bereiches a zu einem leicht bläulich eingefärbten Weiß.
Der Bereich b ist ein Bereich, wo die B-Komponente des Beugungslichts der zweiten Ordnung überhaupt nicht existiert. Von daher sind Komponenten des Störlichts, die einen Beitrag zu diesem Bereich liefern, eine Komponente des Beugungslichts von einer Ordnung, die gleich oder höher als die dritte Ordnung ist, und die G- und R-Komponenten des Beugungslichts der zweiten Ordnung. In der vorhergehenden Anwendung ist das Beugungslicht der dritten Ordnung hinsichtlich der Intensität geringer als das Beugungslicht der zweiten Ordnung, und das Verschwimmen ist stärker ausgeprägt, und von daher wird die B-Komponente von diesem Bereich b hinsichtlich der Intensität merklich geringer als die G- und R-Komponenten. Demzufolge wird die Farberscheinung des Bereiches b merklich hellgelb.
Als nächstes wird die Farberscheinung des Bereiches c erläutert. Dieser Bereich ist ein Bereich, wo die B- und G-Komponenten des Beugungslichts der zweiten Ordnung überhaupt nicht existieren. Von daher sind Komponenten des Störlichts, die einen Beitrag zu dem Bereich c liefern, nur Beugungs-Licht einer Ordnung gleich oder höher als die dritte Ordnung und die R-Komponente des Beugungslichts der zweiten Ordnung. Wie beim Bereich b ist die R-Komponenten des Beugungslichts der zweiten Ordnung hinsichtlich der Intensität höher als die B- und G-Komponenten der Komponenten des Beugungs-Lichts der dritten Ordnung, und die Farberscheinung des Störlichtes wird zu Hellrot. Die Farb-Erscheinungen der Bereiche d, e und f, zu welchen das Beugungslicht der dritten Ordnung einen Beitrag zusteuert, werden in der genannten Reihenfolge zu Weiß, Gelb und Rot, wie in dem Fall des Beugungslichts der zweiten Ordnung, und zwar obwohl die absolute Lichtintensitäten schwächer werden.
In der allgemeinen Verwendung wird das oben genannte Störlicht nicht in einem ausgelesenen Bild erzeugt, da die Intensität des Störlichts in großem Maße durch die Verwendung eines diffraktiven optischen Elementes mit einer Mehrlagen-Struktur reduziert wird.
Bei einer speziellen Bildaufnahmebedingung, wie die obig erläuterte Bedingung, kann Störlicht erzeugt werden, und es wird bemerkbares (äußerst sichtbares) Farb-Störlicht, wie etwa gelbes oder rotes Störlicht, erzeugt, sobald Störlicht erzeugt wird.
Als nächstes wird Farb-Störlicht in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist konfiguriert, um das Erscheinen von Farben von Farb-Störlicht zu korrigieren. Gemäß einer qualitativen Beschreibung wird in der vorhergehenden Anwendung die Farberscheinung von gelben oder rotem Störlicht in Störlicht mit einer geringer erkennbaren bläulichen Farberscheinung geändert.
Im einzelnen werden in dem in 6C gezeigten Bereich c die Intensitäten des Störlichts der jeweiligen Ordnungen derart eingestellt, dass die Intensität des Störlichts der roten Komponente des Beugungslichts der zweiten Ordnung pro Flächeneinheit nahezu gleich der Intensität der blauen Komponente des Beugungslichts der dritten Ordnung wird. Mit dieser Einstellung werden die Farb-Erscheinungen der jeweiligen Bereiche in der 6C sequentiell derart ausgeführt, dass sie zu Blau, Weiß, Purpur, Blau, Weiß und Purpur werden, wobei von dem Bereich a begonnen wird, wodurch erreicht wird, dass die jeweiligen Komponenten des Störlichts eine schwächer wahrnehmbare Farberscheinung aufweisen.
Die obige Beschreibung basiert auf mehreren Voraussetzungen bzw. Annahmen, um die Charakteristika der vorliegenden Erfindung besser verständlich zu machen. In einem tatsächlichen System ändern sich die Zustände der Unschärfe bzw. der Verwischung auf der Bildebene abhängig von den Wellenlängen, da jede Farbe anstelle einer einzelnen Wellenlänge eine bestimmte Wellenlängenbreite aufweist. Aus diesem Grund ändert sich ebenso die Farberscheinung des Störlichts fortschreitend. Zum Zwecke einer vereinfachten Erläuterung von gebeugtem Licht wurde der Fall exemplarisch dargestellt, wo lediglich Komponenten des Beugungs-Lichts der zweiten und dritten Ordnung in der Nähe einer Lichtkomponente der Auslegungsordnung (erste Ordnung) existieren. In der Praxis leisten jedoch Komponenten des Beugungs-Lichts von Ordnungen gleich oder höher als die dritte Ordnung einen Beitrag zu den jeweiligen Bereichen, und Komponenten des Störlichts von Ordnungen niedriger als die Auslegungsordnung, beispielsweise die nullte Ordnung und minus-erste Ordnung, existieren als Komponenten des Störlichts, wie Komponenten des Störlichts von höheren Ordnungen. Indem diesem Phänomenen Aufmerksamkeit geschenkt wird, kann ausgeführt werden, dass die Farberscheinung von Störlicht ähnlich der tatsächlichen Farberscheinung von Störlicht wird, um von daher eine Genauigkeit der Korrektur zu verbessern. Obwohl zuvor Störlicht eines Lichtbündels auf der Achse beschrieben wurde, können die Farb-Erscheinungen von außer-axialen Lichtbündeln ebenso auf die gleiche wie obig beschriebene Art und Weise entwickelt werden.
In dem Fall von außer-axialen Lichtbündeln müssen sich im Gegensatz zu axialen Lichtbündeln entsprechende Komponenten des Störlichts nicht einander konzentrisch überlappen, oder es können die entsprechenden Komponenten des Farb-Störlichts der entsprechenden Ordnungen eine Lichtintensität aufweisen, die in einem Verwischungsbereich unregelmäßig ist. Auch kann in diesem Fall eine Einstellung der Farberscheinung durchgeführt werden, und zwar indem eine spezielle Position erfasst wird, wo eine Störlichtkomponente existiert, und indem ihre spezielle Ordnung und Wellenlänge erfasst wird, und indem genau das Verteilungsverhältnis des Störlichtes pro Flächeneinheit berechnet wird.
Als nächstes wird nacheinander eine Prozedur zum optimalen Kombinieren einer Vielzahl von Auslegungswellenlängen λ0 beschrieben, um geeignet die Farberscheinung von Farb-Störlicht und die Funktion von jeder Kombination von Auslegungswellenlängen zu korrigieren. Die spektralen Charakteristika einer Anordnung, die ein diffraktives optisches Element verwendet, werden zunächst erläutert. Die spektralen Charakteristika eines allgemeinen herkömmlichen optischen Bildaufnahmesystems werden durch die spektralen Charakteristika einer Lichtquelle oder durch die spektralen Charakteristika von externem Licht, von den spektralen Sensitivitäts- Charakteristika einer Bild-Aufnahmeeinrichtung und von dem Transmissionsfaktor bzw. dem Lichtdurchlassgrad einer Linse (optisches Bildaufnahmesystem) bestimmt. Wenn die Bild-Aufnahmeeinrichtung aus drei Licht-Empfangseinrichtungen zum Empfangen von Lichtkomponenten in drei Wellenlängenbereichen aufgebaut ist, sind die spektralen Charakteristika des optischen Bildaufnahmesystems jeweils wie folgt definiert: L(λ)F1(λ)T(λ) (4-1) L(λ)F2(λ)T(λ) (4-2) L(λ)F3(λ)T(λ) (4-3)wobei L(λ) die spektrale Charakteristik bei der Wellenlänge λ eines Lichtstrahls von der Lichtquelle darstellt, F1(λ), F2(λ) und F3(λ) die spektralen Sensitivitäts-Charakteristika der ersten, zweiten und dritten Licht-Empfangseinrichtung bei der Wellenlänge λ darstellen, und wobei T(λ) der Transmissionsfaktor bzw. der Lichtdurchlassgrad des optischen Bildaufnahmesystems bei der Wellenlänge λ ist. Die Beziehung zwischen den jeweiligen mathematischen Ausdrücken ist wie folgt gegeben: ∫L(λ)F1(λ)T(λ)dλ = ∫L(λ)F2(λ)T(λ)dλ = ∫L(λ)F3(λ)T(λ)dλ ...(5)
Farben werden vermischt, während Ausgaben von den jeweiligen Licht-Empfangseinrichtungen hinsichtlich der Intensität ausgeglichen werden, wodurch eine Farb-Reproduktion mit einer geeigneten Farbbalance durchgeführt wird.
Wenn in diesem Fall die Bedingungen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt sind, d.h. wenn die Lichtquelle die spektralen Charakteristika einer in 7 gezeigten weißen Lichtquelle (D65) aufweist, hat die Bild-Aufnahmeeinrichtung die spektralen Charakteristika eines in 8 gezeigten allgemeinen Farbfilmes, und der Transmissionsfaktor bzw. der Lichtdurchlassgrad der Linse legt die in 9 gezeigten spektralen Charakteristika an den Tag, L(λ), F1(λ), F2(λ), F3(λ) und T(λ) werden berechnet, um die integralen Lichtintensitäten hinsichtlich der Intensität auszugleichen.
Wenn ein DOE in dem optischen Bildaufnahmesystem verwendet wird, wird der Faktor der Beugungseffizienz Dm(λ) der Auslegungsordnung m des DOE zu den obigen Faktoren hinzugefügt. Die Beugungseffizienz Dm(λ) kann als Dm(λ0, λ) mit der Auslegungswellenlänge λ0 und einer willkürlichen Wellenlänge λ als Parameter beschrieben werden. Von daher können die spektralen Charakteristika des Systems, welches das DOE mit der Auslegungswellenlänge λ0 verwendet, wie folgt definiert werden: Dm(λ0,λ)L(λ)F1(λ)T(λ) (6-1) Dm(λ0,λ)L(λ)F2(λ)T(λ) (6-2) Dm(λ0,λ)L(λ)F3(λ)T(λ) (6-3)
Da die Farb-Reproduktion mit einer geeigneten Farb-Balance durchgeführt wird, indem Ausgaben von den Licht-Empfangseinrichtungen hinsichtlich der Intensität ausgeglichen werden, während die DOE in dem optischen System zum Einsatz kommt, wird offensichtlich eine zur Gleichung (5) ähnliche Gleichung erzielt: ∫Dm(λ0,λ)L(λ)F1(λ)T(λ)dλ = ∫Dm(λ0,λ)L(λ)F2(λ)T(λ) dλ = ∫Dm(λ0,λ)L(λ)F3(λ)T(λ)dλ ...(7)
Die spektralen Charakteristika von Komponenten des Beugungs-Lichts überflüssiger Ordnungen können unter Verwendung dieser Gleichung definiert werden.
Die spektralen Charakteristika einer Lichtkomponente der p-ten Ordnung als Komponente des Beugungslichts einer überflüssigen Ordnung kann wie folgt definiert werden: Dp(λ0,λ)L(λ)F1(λ)T(λ) (8-1) Dp(λ0,λ)L(λ)F2(λ)T(λ) (8-2) Dp(λ0,λ)L(λ)F3(λ)T(λ) (8-3)
Der Störlichtbetrag in einem speziellen Bereich wird von den auf diese Art und Weise definierten spektralen Charakteristika definiert. Da der mittels spektraler Charakteristika dargestellte Wert die Energie des Lichtes mit der Wellenlänge λ ist, welches auf einem Licht-Empfangsglied nach dem Durchlauf durch das optische System aufgezeichnet wird, kann die mit Störlicht in Zusammenhang stehende Energie des Lichtes erzielt werden, und zwar indem die spektralen Charakteristika von sämtlichen Wellenlängen λ in dem fotosensitiven Bereich integriert werden.
Der Lichtbetrag in einem speziellen Bereich wird in der vorliegenden Erfindung durch den Wert definiert, der erzielt wird, indem die Beträge des Störlichts der jeweiligen durch die mathematischen Ausdrücke (8-1) bis (8-3) dargestellten Ordnungen mit einer Gewichtungsfunktion Sp(λ) gewichtet werden, die in Anbetracht des Bild-Entstehungszustandes entsprechend jeder Wellenlänge festgelegt wird, indem die resultierenden Werte in sämtlichen Wellenlängenbereichen integriert werden, und indem die integrierten Werte entsprechend der notwendigen Anzahl von Ordnungen zusammen addiert werden.
Die Beträge des Farb-Störlichts in speziellen Bereichen in der ersten bis dritten Licht-Empfangseinrichtung können durch die Gleichungen (9-1) bis (9-3) ausgedrückt werden.
Eine (ebenso Verteilungsverhältnis genannte) Gewichtungsfunktion Sp(λ) wird in Anbetracht eines Bild-Entstehungszustandes wie folgt ausgedrückt. Es sei angenommen, dass die Einheitsfläche bzw. Flächeneinheit eines Bereiches, wo das Farb-Störlicht von Interesse erzeugt wird, durch die Bezugsziffer s dargestellt wird, und dass Beugungs-Licht der p-ten Ordnung mit der Wellenlänge λ einen Beitrag zu einem Lichtbündel liefert, der das Farb-Störlicht beeinflusst. In diesem Fall sei sp(λ) der Aufspreizungsbereich eines Lichtbündels auf der Evaluierungsfläche (die obig erläuterte Film-Fläche) für das Beugungslicht, Sp(λ) = s/sp(λ).
Der Betrag des Farb-Störlichts in diesem speziellen Bereich, wo Licht von der ersten Licht-Empfangseinrichtung empfangen wird, U1,n(λ0), wird wie folgt ausgedrückt:
Der Betrag des Farb-Störlichts in dem speziellen Bereich, wo Licht durch die zweite Licht-Empfangseinrichtung empfangen wird, U2,n(λ0) wird wie folgt ausgedrückt:
Der Betrag des Farb-Störlichts in dem speziellen Bereich, wo Licht mittels der dritten Licht-Empfangseinrichtung empfangen wird, U3,n(λ0), wird wie folgt ausgedrückt:
Wenn die obigen Beträge des Farb-Störlichts U1,n(λ0), U2,n(λ0) und U3,n(λ0) berechnet werden, werden offensichtlich nur Komponenten des Beugungs-Lichts der überflüssigen Ordnungen verschieden der Auslegungsordnung berechnet. Von daher wird bei der Berechnung mit "Σ", ebenso p = m gemäß dieser Gleichung hinzugefügt. In der Praxis wird jedoch dieser Wert ausgeschlossen, da p = m die Auslegungsordnung ist.
In diesem Fall werden in bevorzugter Weise Werte hinzugefügt, die sämtlichen Beugungsordnungen entsprechen, welche als notwendige Ordnungen n Beiträge liefern. Der absolute Wert der Beugungseffizienz einer Ordnung schwächt sich jedoch ab, wenn sie von der Auslegungsordnung separiert wird, und das Störlicht auf der Licht-Empfangsfläche verschwimmt stärker, was zu einer Schwächung hinsichtlich des Beitragsverhältnisses in dem speziellen Bereich führt. Von daher wird n = 4 oder dergleichen als Anzahl der zu betrachtenden Ordnungen genügen.
Wenn von daher die Auslegungsordnung m die erste Ordnung ist, sind die der Berechnung ausgesetzten Ordnungen die erste Ordnung ± vierte Ordnung, d.h. von Licht der minus-dritten Ordnung zu Licht der fünften Ordnung.
Um Farb-Störlicht unbemerkbar zu machen, was die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, kann die Auslegungswellenlänge λ0 einer Mehrlagen-DOE eingestellt werden, um die nachfolgenden konditionalen Ausdrücke zu erfüllen: U1,n(λ0)–U1,r(λ0)>0.75[U3,n(λ0)–U3,r–1(λ0)] ...(10) U1,n(λ0)–U1,r(λ0)>U3,n(λ0)–U3,r(λ0) ...(11) U1,n(λ0)–U1,r(λ0)>0.5[U2,n(λ0)–U2,r–1(λ0)] ...(12) U1,n(λ0)–U1,r(λ0)≥U2,n(λ0)–U2,r(λ0) ...(13)
Die Werte U1,r(λ0), U2,r(λ0) und U3,r(λ0) werden wie folgt ausgedrückt:
(Beliebige Ganzzahl, die die Bedingung 0 < r < n erfüllt)
Der konditionale Ausdruck (10) steht in Zusammenhang mit Komponenten des Farb-Störlichts in Bereichen b, c, e und f in der hinsichtlich der 6C gegebenen Beschreibung.
Wenn dieser Ausdruck erfüllt wird, ändern sich die Farbtöne der Bereiche b und e von Grün zu Weiß, und die Farbtöne der Bereiche c und f ändern sich von Weiß zu Purpur.
Der konditionale Ausdruck (11) steht in Zusammenhang mit den Komponenten des Farb-Störlichts in den Bereichen a und d in der unter Bezugnahme auf die 6C gegebenen Beschreibung und stellt eine Bedingung zum Einstellen eines bläulichen Farbtones dar.
Der konditionale Ausdruck (12) steht in Zusammenhang mit den Komponenten des Farb-Störlichts in den Bereichen b und e in der unter Bezugnahme auf die 6C gegebenen Beschreibung und stellt eine Bedingung zum Ändern eines Bereiches mit einem blauen Farbton in einen Bereich mit einem weißen Farbton dar.
Der konditionale Ausdruck (13) steht in Zusammenhang mit Komponenten des Farb-Störlichts in den Bereichen a und d in der unter Bezugnahme auf die 6C gegebenen Beschreibung und stellt eine Bedingung zum Einstellen eines bläulichen Farbtons dar, und zwar zusammen mit dem konditionalen Ausdruck (11).
Wenn die Auslegungswellenlängen auf optimale Weise kombiniert werden, um wie obig erläutert die Anforderungen hinsichtlich Beträge des Störlichts zu erfüllen, kann jegliches Farb-Störlicht, das bewirkt wird, in Störlicht mit geringer Sichtbarkeit geändert werden, wodurch ein gutes optisches Bildaufnahmesystem erzielt wird, und zwar selbst unter einer speziellen Bildaufnahme-Bedingungen.
Indem das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegte diffraktive optische Element bei einem Beobachtungssystem ohne irgendeine Bild-Aufnahmeeinrichtung angewandt wird, beispielsweise bei einem Suchersystem, kann das Farb-Störlicht in dem Beobachtungssystem hergeleitet werden, indem drei Anregungswerte bzw. Stimuluswerte in den CIE-RGB-Farb-Abgleichfunktionen hinsichtlich F1(λ), F2(λ) und F3(λ) verwendet werden.
Die 4 zeigt die Beugungseffizienz der Auslegungsordnung (erste Ordnung) zum Realisieren von Farb-Störlicht in der früheren Anmeldung (Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-241614) als ein Vergleichs-Beispiel zu dieser Ausführungsform. Im Vergleich mit der früheren Anmeldung ist die Beugungseffizienz von blauem Licht geschwächt und die Beugungseffizienz von rotem Licht erhöht.
Die 18A und 18B zeigen die Beugungseffizienz von Komponenten des Beugungs-Lichts überflüssiger Ordnung. Die 18A zeigt die Beugungseffizienz von Komponenten des Beugungs-Lichts der nullten Ordnung. Die 18B zeigt die Beugungseffizienz von Komponenten des Beugungs-Lichts der zweiten Ordnung. Wie es von den 18A und 18B ersichtlich ist, wird im Gegensatz zu dem oben genannten Fall die Beugungseffizienz des blauen Störlichts erhöht und die Beugungseffizienz des roten Störlichts geschwächt.
Die 10 zeigt die relativen Lichtintensitäten in den jeweiligen Bereichen in dem in der 6C gezeigten, obig beschriebenen Störlichtzustand, wenn die diffraktiven optischen Elemente, die jeweils die beiden verschiedenen, in 4 gezeigten Beugungseffizienzen aufweisen, verwendet werden. In diesem Fall ist die auf einfache Weise zu verstehende 8-bit CCD-Ausgabeform als numerisches Beispiel exemplarisch dargestellt.
Von daher weist eine Ausgabe entsprechend dem hellsten Bereich einen Pegel von 255 auf, und eine Ausgabe entsprechend dem dunkelsten Bereich einen Pegel von 0 auf. 10 zeigt die Beträge des Störlichts in den entsprechenden Bereichen in einem Fall, wo eine virtuelle CCD mit der obigen spektralen Sensitivität verwendet wird, um ein Bild auszulesen. Es werden Ausgaben in den entsprechenden Bereichen gezeigt, wenn die Evaluierungsordnung n durch n = 4 gegeben wird, und wenn eine CCD-Ausgabe pro Flächeneinheit (ein Pixel) in durch U3,4(λ) dargestellten Bereichen a bis c zu einem Pegel von 200 werden. Ein Wert, der mathematisch den Pegel von 255 überschreitet, wird als Wert betrachtet, der in dem Sensor gesättigt ist und als Pegel von 255 angenommen wird.
Der numerische Wert von U1,n(λ) ist in dem Bereich a der Wert U1,4(λ); in den Bereichen b bis d der Wert U1,4(λ) – U1,1(λ); und in den Bereichen e und f der Wert U1,4(λ) – U1,2(λ). Auf gleicher Weise ist in den Bereichen a und b der numerische Wert U2,n(λ), U2,4(λ); in den Bereichen c bis e der Wert U2,4(λ) – U2.1(λ); und in dem Bereich f der Wert U2,3(λ) – U2,2(λ). Der numerische Wert von U3,n(λ) ist in den Bereichen a bis c der Wert U3,4(λ); und in den Bereichen e und f der Wert U3,4(λ) – U3,1(λ).
In einer Tabelle von 10 bedeutet das Zeichen 0, dass die ausgewählten Bedingungen den konditionalen Ausdruck erfüllen, jedoch bedeutet das Zeichen X, dass diese nicht den konditionalen Ausdruck erfüllen. Ferner bedeuten Bereiche in der Tabelle mit einer diagonalen Linie, dass der konditionale Ausdruck nicht bei den ausgewählten Konditionen angewandt wird. Einer der konditionalen Ausdrücke (10) oder (11) wird bei den Konditionen a-f angewandt. Beispielsweise wird hinsichtlich der Kondition a der konditionale Ausdruck (11) angewandt, jedoch wird der konditionale Ausdruck (10) nicht angewandt, und von daher ist ein Bereich, der dem konditionalen Ausdruck (10) entspricht, mit einer diagonalen Linie gekennzeichnet.
Ferner wird einer der konditionalen Ausdrücke (12) oder (13) bei den Konditionen a-f angewandt.
Wie es anhand dieser Tabelle ersichtlich ist, erfüllt die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die obig angegebenen konditionalen Ausdrücke (10), (11), (12) und (13).
Obwohl die 2 das Element mit dem Beugungsgitter-Abschnitt zeigt, der in dieser Ausführungsform auf der flachen Ebene ausgebildet ist, können ebenso von einem diffraktiven optischen Element, das auf der gekrümmten Oberfläche einer Linse ausgebildet ist, die gleichen obig erläuterten Effekte erzielt werden.
Die 11 zeigt ein optisches System, bei welchem die erste Ausführungsform angewandt wird. Die 11 ist eine Querschnittsansicht des optischen Bildaufnahmesystems einer Kamera oder dergleichen. Es wird auf die 11 Bezug genommen, wo eine Bildaufnahmelinse 101 eine Blende 102 und ein diffraktives optisches Element 1 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Ein Film oder eine CCD 103 dient als eine Bildebene.
Indem eine Mehrlagen-Struktur verwendet wird und indem auf optimale Weise Auslegungswellenlängen kombiniert werden, wird die Wellenlängenabhängigkeit der Beugungseffizienz außerordentlich verbessert, und es werden die Farb-Erscheinungen der Komponenten des Störlichts von überflüssigen Ordnungen verbessert, wodurch eine Bildaufnahmelinse mit niedrigem Störlicht (geringe Sichtbarkeit) und hoher Auflösung in verschiedenen Bildaufnahmezuständen erzielt wird.
Obwohl die 11 das diffraktive optische Element der vorliegenden Erfindung zeigt, welches auf der ebenen Glasfläche in der Nähe der Blende ausgebildet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Das diffraktive optische Element kann auf der gekrümmten Fläche einer Linse ausgebildet sein, und eine Vielzahl von diffraktiven optischen Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer Bildaufnahmelinse verwendet werden.
Obwohl diese Ausführungsform die Bildaufnahmelinse einer Kamera exemplarisch dargestellt hat, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die gleichen Effekte, wie sie oben erläutert wurden, können erzielt werden, indem die vorliegende Erfindung bei einem optischen Abbildungssystem angewandt wird, dass in einem breiten Wellenlängenbereich verwendet wird, wie etwa die Bildaufnahmelinse einer Videokamera, eines Bildscanners als Büroeinrichtung und die Lese-Linse eines digitalen Kopiergerätes.
(Zweite Ausführungsform)
Die obige Ausführungsform wurde beschrieben, indem als Beispiel ein Element mit einem fotosensitiven Glied angenommen wurde, dessen Sensitivität in dem sichtbaren Bereich liegt. Einige Sensoren, wie etwa CCDs, weisen eine Sensitivität in dem ultravioletten Bereich oder in dem nahen Infrarotbereich sowie in dem sichtbaren Bereich auf. Wenn in solch einem Fall. die Farberscheinung von Störlicht unter Tageslicht ermittelt wird, ändert sich bei Kunstlicht oder dergleichen die Farberscheinung in großem Maße. Um Variationen hinsichtlich der Farberscheinung abhängig von den Lichtquellen-Typen zu reduzieren, wird in bevorzugter Weise ein Filter zum Abschneiden von infrarotem oder ultraviolettem Licht an einem Abschnitt eines optischen Systems angebracht.
(Dritte Ausführungsform)
Gemäß der Formgebung des obig erläuterten Beugungsgitters ist die Gitterdicke konstant. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Einfallende Lichtbündel, die durch das diffraktive optische Element hindurchlaufen, legen bei Positionen auf dem diffraktiven optischen Element verschiedene Einfallsbedingungen an den Tag. Wenn von daher die Gitterdicke des diffraktiven optischen Elements bei den entsprechenden Abschnitten unter Berücksichtigung der Differenzen zwischen den Einfallskonditionen geändert wird, kann die Sichtbarkeit von Farb-Störlicht auf effektivere Weise unterdrückt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Es wurde oben die Farberscheinung des Störlichts beschrieben, indem die Licht-Empfangsglieder mit drei verschiedenen Sensitivitätsbändern (R, G- und B-Bänder) als spektrale Sensitivitäten eines Sensors (Licht-Empfangseinrichtung) exemplarisch dargestellt wurden. Wenn jedoch ein Bild mittels Licht-Empfangsgliedern mit spektralen Sensitivitäten entsprechend den Farben Gelb, Magenta und Cyan, die Komplementärfarben von Rot, Grün und Blau sind, aufgenommen werden muss, erfüllen die mittels der Licht-Empfangsglieder erzielten Farbbeträge nicht die konditionalen Ausdrücke in der ersten Ausführungsform. In solch einem Fall können anstelle der Ausgaben von den Licht-Empfangsgliedern die Beträge des Störlichts der entsprechenden Farben ermittelt werden, um die Konditionen in der Ausführungsform hinsichtlich der in R-, G- und B-Ausgaben umgewandelten Ausgaben zu erfüllen.
Wenn ebenso ein Sensor für drei Farben, d.h. R, G und B, verwendet wird, werden die Beträge des Störlichts der entsprechenden Farben in bevorzugter Weise ermittelt, um die oben genannten konditionalen Ausdrücke hinsichtlich der End-Bilddaten zu erfüllen, die erzielt werden, indem anstelle der direkten Verwendung von Ausgaben von dem Sensor verschiedene Bildverarbeitungen durchgeführt werden.
(DIFFRAKTIVES OPTISCHES ELEMENT IN EINER BEOBACHTUNGSVORRICHTUNG)
Die 12 zeigt eine Querschnittsansicht eines optischen Beobachtungssystems, wie etwa eines Binokulars. Es wird auf die 12 Bezug genommen, wo diese Vorrichtung ein Objektiv 101, ein Prisma (Bild-Invertierungseinrichtung) 104 zum Aufrichten eines Bildes, ein Okular 105 und eine Evaluierungsebene (Pupillenebene) 106 aufweist. Ein gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegtes, diffraktives optisches Element 1 ist ausgebildet, um bei einer Bildebene 103 des Objektivs 101 chromatische Aberration oder dergleichen zu korrigieren.
Indem ein diffraktives optisches Element in einer Mehrlagen-Struktur auf der Basis eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, ist die Wellenlängenabhängigkeit der Beugungseffizienz in großem Maße verbessert, und es sind die Farb-Erscheinungen der Komponenten des Störlichts der überflüssigen Ordnungen verbessert, wodurch ein Objektiv erzielt wird, das wenig Störlicht (geringe Sichtbarkeit) bei einer visuellen Prüfung und eine hohe Auflösung an den Tag legt.

Claims

Verfahren zum Ausgestalten eines diffraktiven optischen Elements, welches eine übereinander angeordnete Anordnung von aus zumindest zwei Materialarten mit verschiedenen Dispersionseigenschaften hergestellten Beugungsgittern (6, 7) aufweist, um über einen zuvor festgelegten Wellenlängenbereich die Beugungseffizienz für eine bestimmte Auslegungsordnung zu steigern, in welchem das diffraktive optische Element zur Verwendung in einem optischen System mit einem Transmissionsfaktor bzw. Lichtdurchlassgrad T(λ) bei der Wellenlänge λ ausgelegt ist, wobei das optische System ausgelegt ist, Licht der spektralen Charakteristik L(λ) zu empfangen und ein Bild auf ersten, zweiten und dritten Licht-Erfassungseinrichtungen auszubilden, welche entsprechende spektrale Sensitivitäts-Charakteristika F1(λ), F2(λ) und F3(λ) aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Auswählen einer Beugungsordnung m als Auslegungs-Beugungsordnung; Berechnen einer Beugungseffizienz Dp(λ0, λ) als Funktion der Wellenlänge λ für eine Vielzahl von Beugungsordnungen p ungleich der Auslegungs-Beugungsordnung sowie für eine Vielzahl von Auslegungswellenlängen λ0, wobei die Beugungseffizienzen durch Definition die nachfolgende Bedingung erfüllen: ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F1(λ)dλ = ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F2(λ)dλ = ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)dλund wobei das Verfahren durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: Berechnen des Beeinflussungsverhältnisses Sp(λ) als eine Funktion der Wellenlänge für eine Vielzahl von Beugungsordnungen p ungleich der Auslegungs-Beugungsordnung, wobei das Beeinflussungsverhältnis umgekehrt proportional zu dem von Licht der entsprechenden Beugungsordnung belegten Bildbereich ist; Berechnen der nachfolgenden Werte für eine Vielzahl von Auslegungswellenlängen λ0 und für eine Vielzahl von Beugungsordnungen t:
wobei die Summe über die Beugungsordnungen ungleich der Auslegungs-Beugungsordnung ist; und Auswählen der Auslegungswellenlänge λ0, um die nachfolgenden Bedingungen zu erfüllen: U1,n(λ0) – U1,r(λ0) > 0.75[U3,n(λ0) – U3,r–1(λ0)] U1,n(λ0) – U1,r(λ0) > U3,n(λ0) – U3,r(λ0) U1,n(λ0) – U1,r(λ0) > 0.5[U2,n(λ0) – U2,r–1(λ0)] U1,n(λ0) – U1,r(λ0) ≥ U2,n(λ0) – U2,r(λ0)wobei n eine Ganzzahl größer m ist, und wobei r eine willkürliche Ganzzahl ist, welche die Beziehung 0 < r < n erfüllt.
Bildaufnahmegerät, welches ein optisches System mit einem Transmissionsfaktor bzw. Lichtdurchlassgrad T(λ) bei der Wellenlänge λ aufweist, wobei das optische System ausgelegt ist, um Licht der spektralen Charakteristik L(λ) zu empfangen und um ein Bild auf ersten, zweiten und dritten Licht-Erfassungseinrichtungen auszubilden, die entsprechende spektrale Sensitivitäts-Charakteristika F1(λ), F2(λ) und F3(λ) aufweisen, wobei das optische System ein diffraktives optisches Element enthält, welches eine übereinander angeordnete Anordnung von Beugungsgittern (6, 7) aufweist, die aus zumindest zwei Materialarten mit unterschiedlichen Dispersionseigenschaften hergestellt sind, um die Beugungseffizienz für eine bestimmte Auslegungsordnung über einen zuvor festgelegten Wellenlängenbereich zu steigern, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element eine Auslegungs-Beugungsordnung m aufweist und die Auslegungswellenlänge die nachfolgenden Bedingungen erfüllt: U1,n(λ0) – U1,r(λ0) > 0.75[U3,n(λ0) – U3,r–1(λ0)] U1,n(λ0) – U1,r(λ0) > U3,n(λ0) – U3,r(λ0) U1,n(λ0) – U1,r(λ0) > 0.5[U2,n(λ0) – U2,r–1(λ0)] U1,n(λ0) – U1,r(λ0) ≥ U2,n(λ0) – U2,r(λ0)wobei eine n eine Ganzzahl größer als m ist, und wobei r eine Ganzzahl ist, welche die Beziehung 0 < r < n erfüllt,
und zwar für Ganzzahlen t < n, wobei die Summe über die Beugungsordnungen ungleich der Auslegungs-Beugungsordnung ist; und wobei Dp(λ0, λ) Beugungseffizienzen sind, die per Definition die nachfolgende Bedingung erfüllen: ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F1(λ)dλ = ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F2(λ)dλ ∫Dm(λ0,λ)L(λ)T(λ)F3(λ)F3(λ)dλund wobei das Beeinflussungsverhältnis Sp(λ) bei einer Lichtempfangsfläche bei einer Abbildungsposition der Auslegungsordnung umgekehrt proportional zu dem durch Licht der entsprechenden Beugungsordnung belegten Bereich ist.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 2, wobei die übereinander angeordnete Anordnung der Beugungsgitter zumindest ein Beugungsgitter aufweist, dessen Richtung des Zunehmens oder Abnehmens der Gitterdicke sich von der des oder jeden verbleibenden Beugungsgittern unterscheidet.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der zuvor festgelegte Wellenlängenbereich ein sichtbarer Wellenlängenbereich ist.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die übereinander angeordnete Anordnung der Beugungsgitter aus einem Substrat (4) ausgebildet ist, und bei dem das am nächsten zu dem Substrat liegende Beugungsgitter aus dem gleichen Material wie das Substrat hergestellt ist.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem bei jeweiligen Wellenlängen λmax1, λmax2 und λmax3 die spektralen Sensitivitäts-Charakteristika F1(λ), F2(λ) und F3(λ) Spitzenwerte erzielen, welche die Bedingung λmax1 < λmax2 < λmax3 erfüllen.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die ersten, zweiten und dritten Licht-Empfangseinrichtungen jeweils Spitzen-Sensitivitäten im Blauen, Grünen und Roten aufweisen.