具有菲涅尔结构的光学器件制造技术

本发明专利技术涉及一种包含菲涅尔结构（１０１）的光学器件。菲涅尔结构被设计成在透过所述菲涅尔结构的辐射光束中引入至少一个相位跃变。所述光学器件进一步包含阶梯结构（１０２）用来补偿所述相位跃变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种包含有菲涅尔(fresnel)结构的光学器件，特别是一种包含有可变焦距透镜的光学器件，所述透镜包含菲涅尔器件。本申请尤其涉及需要可变焦距的光学器件，比如照相机。
技术介绍
美国专利US4,904,063揭示了一种液晶透镜，包括与液晶材料接触的菲涅尔结构，其中液晶材料的折射率可通过施加电压改变。这样可以改变所述液晶透镜的焦距。如该专利所解释的，使用菲涅尔透镜替代传统透镜可以减小液晶材料的厚度。这减少了从一个焦距到另一焦距转换所需要的时间，因为液晶材料的转换时间取决于它的厚度。菲涅尔透镜通过从传统透镜中去掉该传统透镜的某些部分得到。选择该部分使得去掉该部分后在透过菲涅尔透镜的辐射光束中引入光程的改变，该改变是所述辐射光束的波长的倍数。这样，传统透镜的衍射极限表现(performance)在相应的菲涅尔透镜中仍然保留。尽管如此，菲涅尔透镜只是为特定的波长设计。因此，它不能在使用不同波长的光的应用，比如使用自然光的照相机中使用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种使用菲涅尔结构的光学器件，所述光学器件适用于不同波长。为此目的，本专利技术提供一种包含有菲涅尔结构的光学器件，所述菲涅尔结构是这样设计的，使得在透过所述菲涅尔透镜的辐射光束中引入至少一个相位跃变(phase jump)，所述光学器件进一步包含阶梯结构(stepped structure)用来补偿所述相位跃变。菲涅尔结构包含环形带。两个环形带之间经常产生相位跃变。对菲涅尔结构的设计波长，该相位跃变是2π的倍数，这样意味着传统透镜的衍射极限表现没有改变。但是，对于不同于菲涅尔结构设计波长的波长，该相位跃变不是2π的倍数，这样在透过菲涅尔结构的辐射光束中产生了巨大的象差(aberration)。根据本专利技术，在该光学器件中使用阶梯结构来补偿这些相位跃变。该阶梯结构设计为使得它引入补偿由菲涅尔结构产生的相位跃变的相位变化。结果，光学器件的表现不取决于辐射光束的波长，因而光学器件可以使用例如自然光。有利地，菲涅尔结构具有第一折射率而阶梯结构具有第二，更高的折射率。当菲涅尔结构和阶梯结构具有相同的折射率时，阶梯结构的阶梯厚度和为设计菲涅尔透镜去掉的传统透镜的部分的厚度相同。当为阶梯结构选择更高的折射率时，阶梯结构的阶梯厚度可以减小，这样对光学器件的尺寸有好处。尽管现在传统透镜厚度的减小至少部分地被阶梯结构的厚度抵消，本专利技术在，特别是总厚度不是很重要的光学器件中尤其有利。本专利技术尤其涉及上文描述的光学器件，该光学器件中进一步包括与所述菲涅尔结构接触的材料，所述材料具有通过施加电压可改变的折射率。在这种光学器件中，只有所述材料的厚度具有重要性，因为转换时间与所述厚度关联。光学器件中阶梯结构的增加并不会改变与菲涅尔结构相接触的材料的厚度。因此，转换时间与现有技术保持一致，而该光学器件可以使用自然光。有利地，所述菲涅尔结构、所述材料和所述阶梯结构构成一个且相同的单元的部分。这样简化了该光学器件的制造工艺，因为不需要将阶梯结构和菲涅尔结构对准，因为阶梯结构和菲涅尔结构已经在所述单元中对准了。优选地，该光学器件包括-第一菲涅尔结构，其被设计成在透过所述第一菲涅尔结构的辐射光束中引入至少第一相位跃变，-第二菲涅尔结构，其被设计成在透过所述第二菲涅尔结构的辐射光束中引入至少第二相位跃变，-与所述第一菲涅尔结构接触的第一双折射材料，所述第一双折射材料具有第一非寻常光轴(extraordinary axis)，-与所述第二菲涅尔结构接触的第二双折射材料，所述第二双折射材料具有与所述第一非寻常光轴垂直的第二非寻常光轴，-修改第一和第二双折射材料的非寻常折射率使得第一和第二双折射材料的非寻常折射率基本上保持相同的装置，-补偿第一和第二相位跃变的装置。该光学器件包括两种双折射材料并且它们的非寻常光轴垂直。如下面将详细描述的，这样的两种双折射材料的组合是偏振独立的。这样避免了在该光学器件中偏光器的使用。结合下面描述的实施例，本专利技术的这些和其它方面将得以阐明并且变得显而易见。附图说明现在，本专利技术将会通过结合附图举例的方式得到更详细地描述。图1示出了根据本专利技术的光学器件。图2a和2b示出了根据本专利技术的光学器件的变型。图3a，3b，3c和3d示出了根据本专利技术的可变焦距器件。图4a和4b示出了根据本专利技术的其它可变焦距器件。具体实施例方式图1中描绘了根据本专利技术的光学器件。该光学器件包括菲涅尔结构101和阶梯结构102。菲涅尔结构对本领域技术人员来说是公知的。例如，菲涅尔透镜在J.J.M.Braat的“用于光盘系统的显微镜物镜”一文中有描述，该文在“‘惠更斯’原理1690-1990理论和应用”国际会议论文集中，(TheHague/Scheveningen，1990，Elsevier Science Publishers B.V.)，编辑H.Blok，H.A.Ferweda，H.K.Kuiken，33-63页。在图1中，用来制作菲涅尔结构101的传统透镜用细线示出，而菲涅尔结构101和阶梯结构102用粗线示出。为制作菲涅尔结构101而已经去掉的传统透镜部分用虚线示出。在图1中，菲涅尔结构101和阶梯结构102被示出是不同的部件。尽管如此，菲涅尔结构101和阶梯结构102可以构成一个相同元件的部分，比如通过模制工艺得到的光学元件。阶梯结构102采用如下的设计。阶梯结构包括阶梯，阶梯的厚度被选择成和设计该菲涅尔结构所依据的传统透镜被去掉的部分相同。在一个平面PP中，传统透镜的表面高度被标记为zp。在该平面PP中，为设计该菲涅尔结构101，具有厚度Δzp的部分被去掉。在该平面PP中，阶梯结构102的厚度也选择等于Δzp。在下面的例子中，两个平面AA和BB被定义在菲涅尔结构的阶梯的每一边，其中zA和zB近似相等。在平面AA中，平面CC和平面C’C’之间的光程长是WCC’(A)＝d+(n-1)(zA-ΔzA)，其中n是菲涅尔结构101的折射率。在平面BB中，平面CC和平面C’C’之间的光程长是WCC’(B)＝d+(n-1)(zB-ΔzB)结果，菲涅尔结构101引入了光程长跃变，其为WCC’(A)-WCC’(B)＝(n-1)(ΔzB-ΔzA)，因为zA＝zB如上述公开的内容中所说的，菲涅尔结构的设计使得Δzp＝mpλ0/(n-1)，其中mp是整数。结果，光程长跃变是WCC’(A)-WCC’(B)＝(mB-mA)λ0。这意味着当具有设计波长λ0的辐射光束通过菲涅尔结构101时，该菲涅尔结构101引入的相位跃变是2π的倍数。因此，没有波前象差被引入。但是，当具有不同于λ0的波长λ1的辐射光束通过菲涅尔结构101时，该菲涅尔结构101引入的相位跃变不是2π的倍数，从而波前象差被引入。在平面AA中，平面C’C’和平面DD之间的光程长是WC’D(A)＝nΔzA+(d-ΔzA)，其中阶梯结构102的折射率被选择成和菲涅尔结构101的折射率n相等。在平面BB中，平面C’C’和平面DD之间的光程长是WC’D(B)＝nΔzB+(d-ΔzB)结果，在平面AA和平面BB中的平面CC和平面DD之间的光程长的差别是WCC’(A)+WC’D(A)-(WCC’(B)+WC’D(B))＝0这意味着阶梯结构102补偿了平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含菲涅尔结构（１０１）的光学器件，该菲涅尔结构（１０１）被设计成在透过所述菲涅尔结构的辐射光束中引入至少一个相位跃变，所述光学器件进一步包含阶梯结构（１０２）用来补偿所述相位跃变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-9-7 04300581.81.一种包含菲涅尔结构(101)的光学器件，该菲涅尔结构(101)被设计成在透过所述菲涅尔结构的辐射光束中引入至少一个相位跃变，所述光学器件进一步包含阶梯结构(102)用来补偿所述相位跃变。2.如权利要求1所述的光学器件，其中所述菲涅尔结构具有第一折射率并且所述阶梯结构具有第二、更高的折射率。3.如权利要求1所述的光学器件，所述的光学器件进一步包括与所述菲涅尔结构接触的材料(300)，所述材料具有可以通过施加电压改变的折射率。4.如权利要求3所述的光学器件，其中所述的菲涅尔结构、所述材料和所述阶梯结构构成一个且相同单元的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：B亨德里克斯，E维斯特根，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]