[發(fā)明專利]菲涅爾透鏡系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480083630.8
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN107003433B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡笑平
• 申請（專利權(quán)）人: 博立多媒體控股有限公司
• 主分類號: G02B3/08
• 分類號: G02B3/08
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 彭愿潔;彭家恩

一種菲涅爾透鏡系統(tǒng)，包括位于同一光路上的至少兩個齒面(501,502)，每個齒面(501,502)含有至少一個菲涅爾單元，每個菲涅爾單元為由一個原始曲面生成的菲涅爾折射面，兩個齒面(501,502)中至少一個為復(fù)合菲涅爾折射面或者填充式菲涅爾折射面，或者，兩個齒面(501,502)為同一物理界面，其所在的元件具有反射式的背面。所述菲涅爾透鏡系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮菲涅爾透鏡厚度薄的優(yōu)勢，在不明顯增加系統(tǒng)厚度的情況下即可實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的光路調(diào)整功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及菲涅爾透鏡系統(tǒng)。

背景技術(shù)

菲涅爾(Fresnel)透鏡是一種薄型透鏡。通過將普通透鏡連續(xù)的曲面分割成若干段，在減少每段的厚度后將各段曲面置于同一平面或基本光滑的曲面上即形成為菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡的折射面一般呈不連續(xù)的階梯狀或齒狀。本文中，將透鏡的曲面(非光滑面)稱為折射面。

菲涅爾透鏡的一種常規(guī)的結(jié)構(gòu)可參考圖1。圖1中，虛線表示曲面的中心，普通透鏡100的原始曲面101被分割成若干個同心的鏡片環(huán)201，在降低每個鏡片環(huán)的厚度后將它們設(shè)置在同一個平面上即成為菲涅爾透鏡200。這種由原始曲面演變而來的不連續(xù)的折射面可稱為菲涅爾折射面。由于光線的折射發(fā)生在透鏡的曲面上而與透鏡的厚度無關(guān)，因此理論上菲涅爾折射面與相應(yīng)的原始曲面相比具有近似的光學(xué)性能，但厚度卻大為減少。厚度減少可以減少光能的吸收和衰減，在很多應(yīng)用中，這是菲涅爾透鏡的一個重要優(yōu)點(diǎn)。

可以將由一個原始曲面生成的菲涅爾折射面稱為一個菲涅爾單元，而一個菲涅爾單元可以采用五組基本參數(shù)來描述：中心位置、面積、焦距、折射面形狀、以及分割環(huán)的位置和數(shù)量。

簡明起見，本文中將具有菲涅爾折射面的一面稱為“齒面”，將相對光滑和平坦的另一面稱為“背面”，將一面為齒面而另一面為背面的菲涅爾透鏡稱為“單面菲涅爾透鏡”。

菲涅爾透鏡不僅可用于聚焦光信號，例如紅外線，以便于感應(yīng)器探測，例如圖2中示出的被動紅外探測器“PIR”，也可用于聚焦其它電磁波信號，如微波、無線電、X-光、伽瑪射線等。因此，本文中所稱的“光”，可以指整個電磁波譜里任意譜段的電磁波。

由于單個菲涅爾單元的聚焦范圍有限，為增加信號感應(yīng)范圍，也有在齒面上集合多個菲涅爾單元的情況。可將只含有一個菲涅爾單元的齒面稱為“簡單菲涅爾折射面”，采用這種齒面的單面菲涅爾透鏡可稱為“單面簡單菲涅爾透鏡”。相應(yīng)地，可將含有兩個以上菲涅爾單元的齒面稱為“復(fù)合菲涅爾折射面”，而采用這種齒面的單面菲涅爾透鏡可稱為“單面復(fù)合菲涅爾透鏡”。

單面復(fù)合菲涅爾透鏡的背面通常為宏觀曲面，例如平面、共軸面(包括旋轉(zhuǎn)曲面，如球面、橢球面、圓柱面、拋物柱面、雙曲柱面，以及高階多項(xiàng)式曲面等)、由多個平面拼接成的折面以及梯臺面等。圖2示出了幾種單面復(fù)合菲涅爾透鏡的結(jié)構(gòu)，其中，虛線表示經(jīng)過各個菲涅爾單元的中心的光路。圖2(a)中齒面含有三個水平排列的菲涅爾單元，背面為平面(方形)；圖2(b)中齒面含有五個菲涅爾單元，1個位于中央，其他4個分布在四周，背面為平面(圓形)；圖2(c)中背面為圓柱面；圖2(d)中背面為球面；圖2(e)中背面為三個平面拼接成的折面；圖2(f)中背面為梯臺面。

目前已有的菲涅爾透鏡一般是單面簡單菲涅爾透鏡以及單面復(fù)合菲涅爾透鏡，這些透鏡的性能受到極大的限制。因此，有必要對菲涅爾透鏡系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

依據(jù)本發(fā)明提供一種菲涅爾透鏡系統(tǒng)，包括位于同一光路上的至少兩個齒面，每個齒面含有至少一個菲涅爾單元，每個菲涅爾單元為由一個原始曲面生成的菲涅爾折射面，兩個齒面中至少一個為復(fù)合菲涅爾折射面或者填充式菲涅爾折射面，或者，兩個齒面為同一物理界面，其所在的元件具有反射式的背面。

依據(jù)本發(fā)明的菲涅爾透鏡系統(tǒng)可以有各種優(yōu)秀的實(shí)現(xiàn)形式，其所包含的兩個齒面可以設(shè)置在兩個分離的元件上，也可以背靠背地合在一起成為一個雙面菲涅爾透鏡的兩個面。