摘要： 衍射光学应用于成像光学系统，可以解决一些传统方法所不能解决的问题，还有提高成像光学系统分辨率，减少成像光学系统的体积、重量和成本的优势。设计多层衍射元件是针对单层衍射镜片波带带宽窄的技术革命。在本论文中，我们分析了光学镜头常见的问题以及传统的解决办法，阐述了佳能首先应用于长焦镜头的多层衍射光学镜头的成像原理。通过对多层衍射光学镜头的结构、衍射效率的理论研究，从对佳能推出的三款多层衍射光学镜头的分析中提出佳能多层衍射光学元件未来合理的改进和发展方案。 63375

毕业论文关键词：衍射光学；多层衍射光学镜头；衍射效率；光学设计

Abstract: Diffractive optics applied to the optical imaging system can solve some problems that cannot be solved by using the traditional methods, as well as some advantages, such as improving the resolution of the optical imaging system, reducing size, weight and cost of the optical imaging system. Design of multilayer diffractive element is a technological revolution for narrow band bandwidth of single diffraction lens. In this paper, we analyze the common problems and traditional solutions applied the optical lens. We elaborate imaging principle of diffractive optical lens, which first applied to Canon telephoto lens. We put forward future reasonable improved schemes based on the study for multi-layer diffractive optical lens structure，the theory of diffraction efficiency, and analysis of three generations of multi-layer diffractive optical lens introduced by Canon.

Key words: diffraction optics；multilayer diffraction optical lens；diffraction efficiency；optical design           

1 前言 4

2佳能多层衍射光学镜头的原理 4

2.1 菲涅耳衍射和菲涅耳透镜 4

2.2单层衍射光学元件 5

2.3多层衍射光学镜头 7

2.3.1多层衍射光学镜头的结构和成像性质 7

2.3.2多层衍射光学镜头的衍射效率 9

3佳能多层衍射光学镜头的实例 11

3.1世界上第一款搭载双层衍射元件的镜头 11

3.2世界上第一款搭载三层衍射元件的变焦镜头 13

3.3佳能第三代多层衍射光学元件 13                                         

4佳能多层衍射元件的未来的改进和发展 14

总结 15

参考文献 16

致谢 17

1 前言

机器视觉系统中光学镜头是必不可少的重要光学部件，直接影响成像质量的优劣。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小上可分有广角、标准，远摄镜头；等等。不同分类、不同作用的光学镜头在各自的领域发挥着作用。照相机光学镜头的好坏一直是决定成像质量的关键因素，在现有的光学系统中，光学镜头绝大多数采用全光学镜片折射成像，随着人类光学设计理论的进步、镜片生产及研磨工艺、电子工艺等技术上的提升，光学镜头系统的成像素质越来越优秀。然而作为光学折射镜头，利用透镜折射光线的原理成像，其实是存在一些无法克服的缺陷，例如色散、像差这一类问题不能彻底解决。