[發(fā)明專利]棱鏡增強的透鏡和使用棱鏡增強的透鏡的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780009140.7
• 申請日: 2017-01-31
• 公開（公告）號: CN108604023B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·萬胡格騰;H·米爾頓
• 申請（專利權(quán)）人: E-視覺智能光學(xué)公司
• 主分類號: G02F1/13
• 分類號: G02F1/13;G02B5/18;G02C7/00
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 張勁松

給出了一種利用表面起伏結(jié)構(gòu)和電活性材料的電活性透鏡，其中折射率的改變促進(jìn)光學(xué)性質(zhì)的改變。模制結(jié)構(gòu)和液晶被用于形成衍射透鏡。除了利用衍射光學(xué)器件和多個菲涅耳區(qū)形成透鏡的經(jīng)典方法之外，還在菲涅耳區(qū)之間放置另外的結(jié)構(gòu)，以便提高跨可見光譜的衍射效率，并且減少色差。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2016年4月13日提交的標(biāo)題為“Prism-Enhanced Lenses”的美國申請No.62/321,893和2016年2月1日提交的標(biāo)題為“Enhanced Surface Relief Lenses”的美國申請No.62/289,512的根據(jù)35U.S.C.119的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，這些申請中的每一個通過其整體引用并入本文。

背景技術(shù)

基于衍射的透鏡的基本限制是其固有的波長依賴性，這導(dǎo)致在透鏡的指定的設(shè)計波長之外降低的衍射效率。這起因于在透鏡的焦點處的相長干涉的要求，這一般僅可以對于可見區(qū)域中的單個波長的光進(jìn)行優(yōu)化。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，傳統(tǒng)的衍射透鏡包括一個或多個相位卷繞(wrap)或相位復(fù)位(reset)。相位卷繞(相位復(fù)位)是透鏡的相位延遲(retardation)輪廓的鋸齒狀調(diào)制，其中每個齒或“卷繞”具有近似等于整數(shù)個波長的光程長度。這允許設(shè)備更薄，其中光焦度經(jīng)由通過衍射而不是跨整個透鏡的折射在焦點處的相長干涉引起。

與整數(shù)個波長對應(yīng)的相位復(fù)位產(chǎn)生完美的相長干涉，并且被認(rèn)為具有100％的衍射效率。然而，當(dāng)相位復(fù)位不是整數(shù)個波長時，由于在焦點處缺乏完美的相長干涉，透鏡的性能降低，這導(dǎo)致衍射效率的降低。衍射效率隨著與相位復(fù)位相關(guān)聯(lián)的光程差偏離整數(shù)個波長而降低。當(dāng)相位復(fù)位與半數(shù)波長對應(yīng)(其中相位復(fù)位與相消干涉對應(yīng))時，出現(xiàn)最小衍射效率。

由于跨可見光譜的波長的變化，對于單個波長(該單個波長被定義為設(shè)計波長λ₀)，傳統(tǒng)衍射透鏡中的相位復(fù)位僅與整數(shù)n個波長的相位延遲對應(yīng)。對于光的其它波長，相位復(fù)位可能與非整數(shù)個波長對應(yīng)；當(dāng)波長變得大于或小于設(shè)計波長時，相位復(fù)位處的相位差偏離整數(shù)個波長。這使透鏡的性能遠(yuǎn)離設(shè)計波長降級。

基于相位的衍射透鏡的衍射效率(η)可以使用以下等式來定量地描述：

其中λ是光的波長，λ₀是透鏡的設(shè)計波長，并且k是衍射級數(shù)。(在衍射透鏡的情況下，為了正確的操作，衍射級數(shù)是第一級，k＝1。)這個函數(shù)不包括與用于制作透鏡的材料相關(guān)聯(lián)的光學(xué)色散的影響。材料色散可以進(jìn)一步在遠(yuǎn)離設(shè)計波長的波長處進(jìn)一步降低衍射效率。

下面對于具有550nm的設(shè)計波長(λ₀)的衍射透鏡示出了一些示例計算：

表1