带衍射光学元件的塑料透镜

　　以往的成像光学系统是由具有不同分散特性的多个透镜构成，要减少色像差，就必须减少透镜个数、小型化、降低成本。本文主要介绍通过将衍射光学元件和非球面透镜一体　化设计、及对衍射光学元件的形状最佳化设计，实现了在可见光范围具有消色差功能、且最适于监视和图像拍摄像机用的带衍射元件的塑料透镜.

　　1消色差原理

　　通常折射元件的焦距是随着波长变化而变长，而衍射元件的焦距是随波长变化而缩短。也就是说，折射元件和衍射元件相对光波，其光线弯曲刚好相反。根据这一性质，可以校正色差。

　　2透镜设计

　　2. 1非球面透镜和衍射光学元件一体化设计

　　衍射光学元件是能利用现有光学设计软件设计、模拟的、采用高折射率法设计成的。而且在设计带衍射元件的透镜时，包括以往非球面透镜的设计参数，还必须考虑以下说明的三个设计参数。

　　2.1.1衍射元件的中心澎长

　　能够获得100%的衍射效率，仅仅是某个特定波长、特定像角。因此，在成像光学系统应用时，必须要考虑CCD及红外截止滤波　器的分光特性等，选择最佳的中心波长。

　　2.1.2衍射元件的篮距

　　波带数(同心圆状光栅图形数)随着衍射元件焦距的缩短而增加。不过，一旦波带数过多，衍射效率降低，结果导致除一级衍射光外，其他级数的光会引起对比度降低。而新的设计方案表示色差状况的量

　　2.1.3衍射元件的形状

　　如图1所示，新设计确定了衍射元件面的标准非球面形状，该元件主要用于控制透镜周围衍射作用引起的附加光程。这样可以防止波带数增加，也可以展宽波带的问距，同时还可使衍射元件面的标准非球面形状达到最佳化。

2. 2衍射元件的形状设计

　　利用高折射率法设计的衍射元件，是制成一种实际不存在的形状后，必须将其变换成与塑料材料折射率相对应的透镜形状，对于采用一级衍射光的衍射透镜，最好是将相邻波带之间的相位差仅为2π整数倍的位置作为波带半径。对此，沿光轴依次实施光线追迹，计算透过高折射率透镜时的相位延迟。此外，为掌握光线在塑料材料中的光程，还求出了阶梯差。

　　图2表示与上述带衍射光学元件的塑料透镜波长相对应的衍射效率特性模拟结果。之所以在中心波长的衍射效率达不到1oo%，是由于模加工时的形状偏差所致。

　　3结果

　　表i表示新设计的带衍射元件的塑料透镜的规格参数，图3表示新试制的透镜的原理图。通过使衍射元件的中心波长、焦距及形状达最佳化，可抑制衍射效率的降低，从而确定在成像光学系统中利用衍射元件可以校正色像差这一结果。(No. 7)