[發(fā)明專利]具有可變焦距的復(fù)合透鏡系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210526600.6
• 申請(qǐng)日: 2022-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115390212A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德魯·埃克曼;N·J·史密斯;大衛(wèi)·詹姆斯·蒙哥馬利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 夏普株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G02B7/04
• 分類號(hào): G02B7/04;G02B3/10;G02F1/29
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44334
• 代理人: 郝家歡

復(fù)合透鏡系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)第一光學(xué)元件，被配置為提供選自第一連續(xù)焦距范圍的第一焦距；以及一個(gè)或多個(gè)第二光學(xué)元件，被配置為提供選自多個(gè)離散焦距的離散焦距。所述一個(gè)或多個(gè)第一光學(xué)元件和所述一個(gè)或多個(gè)第二光學(xué)元件可被串聯(lián)配置，使得所述復(fù)合透鏡系統(tǒng)基于所選擇的所述第一焦距和所選擇的所述離散焦距的組合提供輸出焦距。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)總體上涉及透鏡系統(tǒng)，并且具體地，涉及具有以離散、連續(xù)和/或近似連續(xù)的增量可變化或可調(diào)的焦距的復(fù)合透鏡系統(tǒng)。

背景技術(shù)

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多光學(xué)部件，其為各種光學(xué)系統(tǒng)提供相應(yīng)的感興趣的光學(xué)功能。雖然許多這些部件的是在幾十年前創(chuàng)造的，最近開(kāi)發(fā)的光學(xué)部件是Pancharatnam-Berry相位(PB相位)透鏡，該透鏡是衍射類型的透鏡，其具有取決于作為輸入被提供的圓偏振光的性質(zhì)的焦距(具體而言，輸入圓偏振的旋轉(zhuǎn)指向或“螺旋性”)。例如，在簡(jiǎn)單的PB相位透鏡中，第一圓偏振(例如，左旋圓偏振)可被聚焦到長(zhǎng)度F，而相反的圓偏振(例如，右旋圓偏振)可被聚焦到長(zhǎng)度-F。在這兩種情況下，響應(yīng)于特定偏振狀態(tài)或指向的輸入光，PB相位透鏡提供具有相反偏振指向的圓偏振輸出光。

PB相位透鏡可由任何雙折射材料制成，但通常由液晶材料制成，諸如可聚合液晶(LC)材料(例如，反應(yīng)性介晶(RM))。如果PB相位透鏡由常規(guī)液晶材料形成，則透鏡可通過(guò)施加電場(chǎng)而被“切換”，將焦距從+F或-F變成0并且切換輸出圓偏振狀態(tài)的指向(例如，以匹配輸入圓偏振狀態(tài))。這種透鏡可稱為Pancharatnam-Berry相位切換窗口(PB相位SW)。如果雙折射材料是固體(例如，不是LC材料)，則得到的透鏡本質(zhì)上是不可切換的，并且可以被稱為Pancharatnam-Berry相位透鏡膜(PB相位透鏡膜)。

進(jìn)一步地，由于輸入偏振狀態(tài)與焦距之間的關(guān)系，如上所述，PB相位透鏡可以與基于半波片(HWP：half-wave plate)LC的組件組合，以創(chuàng)建具有可切換焦距為2F的系統(tǒng)。更具體地，靜態(tài)HWP(例如，HWP延遲膜)可將一種指向的圓偏振光或“螺旋性”轉(zhuǎn)換成相反指向的圓偏振光(例如，將右旋圓偏振光轉(zhuǎn)換成左旋圓偏振光，反之亦然)。基于LC的HWP提供了禁用該功能的附加優(yōu)點(diǎn)，因此允許光基本上不改變地通過(guò)HWP。以往，這種系統(tǒng)中的PB相位透鏡是固體雙折射膜，諸如如上所述的RM型液晶。因此，基于LC的HWP與PB相位透鏡膜的組合可以將+F或-F的焦距應(yīng)用于任一旋轉(zhuǎn)指向的圓偏振光。這種組合被稱為被動(dòng)驅(qū)動(dòng)PB相位透鏡。

另一有用的光學(xué)組件是梯度折射率(GRIN：gradient-index)透鏡，其提供一個(gè)非恒定的折射率，該非恒定的折射率以提供與幾何透鏡的相位分布等效的相位分布的方式在空間上變化。更具體地，GRIN透鏡可以根據(jù)沿著與該透鏡的光軸正交的至少一個(gè)維度的梯度來(lái)布置。例如，GRIN透鏡的折射率可以根據(jù)離透鏡的光軸的徑向距離而(例如，拋物線地)變化，從而允許具有相對(duì)的平坦表面的GRIN透鏡用作標(biāo)準(zhǔn)球面或圓柱透鏡(例如，平凸透鏡、雙凸透鏡、平凹透鏡、雙凹透鏡等)，從而允許GRIN透鏡與標(biāo)準(zhǔn)透鏡相比更薄且更輕。

另外，GRIN透鏡可以由LC材料創(chuàng)建，以使得GRIN透鏡的焦距或功率能夠通過(guò)應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)電壓進(jìn)行電調(diào)諧。然而，此類透鏡的焦點(diǎn)范圍通常是有限的，因?yàn)樯a(chǎn)具有廣泛可調(diào)的光功率(例如，10屈光度或10D)的高質(zhì)量LC GRIN透鏡可能是難以生產(chǎn)的。因此，由LC材料創(chuàng)建的具有顯著聚焦范圍的GRIN透鏡可能提供由衍射和散射效應(yīng)引起的較差的圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種具有可變或可調(diào)焦距的復(fù)合透鏡系統(tǒng)。

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，復(fù)合透鏡系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)第一光學(xué)元件，被配置為提供選自第一連續(xù)焦距范圍的第一焦距；以及一個(gè)或多個(gè)第二光學(xué)元件，被配置為提供選自多個(gè)離散焦距的離散焦距。所述一個(gè)或多個(gè)第一光學(xué)元件和所述一個(gè)或多個(gè)第二光學(xué)元件可被串聯(lián)配置，使得所述復(fù)合透鏡系統(tǒng)基于所選擇的所述第一焦距和所選擇的所述離散焦距的組合提供輸出焦距。