[发明专利]具有菲涅尔结构的光学器件

说明书

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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)。根据本发明，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，本发明在，特别是总厚度不是很重要的光学器件中尤其有利。本发明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，本发明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，本发明将会通过结合附图举例的方式得到更详细地描述。

图1示出了根据本发明的光学器件。

图2a和2b示出了根据本发明的光学器件的变型。

图3a，3b，3c和3d示出了根据本发明的可变焦距器件。

图4a和4b示出了根据本发明的其它可变焦距器件。