多焦点光学器件制造技术

一种衍射多焦点光学元件，它由含有若干环形同心带的相位带片组成，其中，各带以大体上正比于ｎ的间距配置，各带具有若干呈阶梯式的小刻面，这些小刻面在光程长中引入的不连续性小于λ／２。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种衍射多焦点光学元件，它由一个含有若干环形同心带(zone)的相位带片组成，在该相位带片中，各带大体上以正比于n]]>的间隔配置，这些带具有阶梯式的小刻面(facet)，而这些小刻面产生的光程长的不连续小于 (λ)/2 。本专利技术还包括一含有若干环形同心带的相位带片，这些同心带具有小刻面，这些小刻面在光学元件中按 的间距形成交替阶梯式重复图形，而且其中各个小刻面的阶梯(step)深度小于λ/2(η′-η)，这里，η′和η分别为镜片的折射率和与镜片相互作用的介质的折射率，而λ是设计波长。本专利技术涉及对包括接触镜片和眼内镜片在内的相位带片光学结构的改进。本说明书和权利要求书中所使用的“相位带片”一词是指镜片的整体光学部位，它利用带片和带片中各带内的光学小刻面(例如呈小阶梯光栅的形式)的组合，而这些带中的组合小刻面对光进行衍射以产生特定的波阵面，从而在带片的各级上(例如0级、1级等)形成特定的光强分布。这些级构成了带片的各焦距。从特定意义和最实用的意义上讲，该相位带片是为普通镜片的使用而设计的，即其有效光强的分布取决于黄光的带间隔。本说明书所使用的“黄光”一词是指波长在530～570毫微米的可见光。本专利技术特别涉及到接触式镜片。接触式镜片是传统的聚散式镜片。这种镜片有一个使其可镶配到眼睛上的凹形的角膜罩(后表面)从而与眼睛吻合，而外表面(前表面)则是光滑的，且其形状使眼睑可在眼睛上滑动并(在考虑到镜片材料的折射率的情况下)提供适当的聚散度使光线会聚到人眼所需要的焦点上。大多数市售的接触式镜片均取如下形状，即镜片在光轴周围部分的厚度最薄，并沿镜片向四周延伸的倾斜径向方向逐步增加其厚度。由于从光轴向外延伸其厚度不同，因而通过光轴的光必定通过较少的镜片介质。因光在空气中的传播速度较快，因而与通过较小厚度的光线相比较，通过较大厚度的光线将被偏移，从而在时间上滞后(1)。因此镜片的形状要选择得使其能适应光的这种逐步滞后现象，从而使从后表面发出的光波同时到达所要求的焦点。本专利技术涉及采用相位带片光学结构的接触式镜片，诸如相位带片双焦镜片和利用同心环形带的“调谐”菲涅耳镜片等。这些镜片通常采用例如阿伦L.科恩在美国专利4，210，391、4，338，005和4，340，283(“科恩专利”)中所介绍的设计。科恩的镜片设计提出，环形同心带的半径“γn”大体上与n]]>成正比，且将各带加以刻画以便将光射到一个以上的焦点上。具有相位带片光学结构的科恩镜片设计可以将双焦镜片制造得特别薄。接触式镜片可以以相位带片光学结构进行设计，从而达到双焦点或其它多焦点的效果。相位带片特有的颜色性能可以引入接触式镜片(包括具有多焦点性能的接触镜片)的设计中。双焦点指定的所有的相位带片光学元件本来就具有将光聚焦到两个以上焦点的能力。它们之所以叫做双焦点镜片是因为对双焦点应用来说，任何两级焦点(例如0级和1级焦点)的光强度已经足够用了。从这个意义上讲，每个双焦镜片能将光线分配到第三个甚至可能更多的焦点上。判断一个镜片是双焦点的还是三焦点的，并不是根据什么严格的法则，只要配戴镜片的人对第三个或更多焦点的存在不感到不舒服，则该镜片就注(1)见芬彻姆(Fincham)等人著的《“光学”》(Optics)，伦敦，巴特沃思出版社出版，第九版，1980，1981，第72～75页可被视为双焦镜片(2)。关于接触式镜片，所提出或建议采用相位带片光学结构的其它参考资料有G.福特斯(Forst)在“DerAugenoptiker”刊物中(1966年第12期第9～19页)发表的题为“关于圆形栅格作为视觉辅助手段的有效性的研究”;齐格勒(Ziegler)著的“光学镜片的制造或校正”，该文曾经科恩(Cohen)修改，见科恩的美国专利4，339，005的第四段的第27～36行，和科恩的美国专利4，210，391第5段第63行至第6段第68行;弗雷曼(Freeman)的美国专利4，637，697和弗雷曼(Freeman)的美国专利4，642，112(这项专利说的是全息摄影中采用的相位带片光学结构)。目前利用上述相位波带片光学结构原理的双焦点接触式镜片市场上已有出售。据信这类镜片是应用了阶梯式环形小刻面，各个小刻面由一个全周期带组成，而各个带的深度为λ/2光程长度，物理深度为λ/2(η′-η)，式中η′和η分别为镜片及与镜片相互作用所在的介质(例如泪层)的折射率，λ是设计波长，在此情况下即为黄光的设计波长。由此形成一种双焦点接触镜片，其0级和1级具有对黄光强度的相等分光，分光为40.1%。本专利技术所使用的“全周期带”是指在相位带片中，彼此的间距大体上与n]]>成正比的最小重复率的一组小刻面。上述间距可用下式表示rn=2ndλ]]>注(2)见克莱因(Klein)和豪Ho的文章，SPIE1986年8月，表二，以及有关对表二的评论。其中d表示1级焦距。而本专利技术所用的“半周期带”的表示式为rn=ndλ]]>其中d同样表示1级焦距。尽管与阶梯平台相接的非折射阶梯壁或竖壁在镜片光轴的平面方向上呈圆筒形或接近圆筒形，从而只占据镜片相位带片的表面面积的一小部分，但一般认为它对许多问题的产生有相当大的作用。成象阴影和碎物收集就是其中的一些问题，这类问题可以通过减少阶梯壁或竖壁部分的深度而大大得到缓解。但是，若将这类镜片加以修改，使其小刻面的深度(3)减少到小于λ/2的值(λ为设计波长)，则镜片的光学质量就会很快变差。尽管工作于λ/2时，我们所涉及的只是一些很小小的数值，但几个毫微米的尺寸变化也会严重影响镜片的性能。例如，小刻面的深度减小10%时，这类镜片的有效双焦性能就会大受损失。应该理解的是，与相位带片的尺寸有关的其它值也都是同量级的小数值。从非折射阶梯延伸到相邻折射阶梯的最低点而产生的小刻面的小平台的厚度损失从λ/2深度到相邻阶梯的最低点处的零深度。这些事实表明，将阶梯的深度减小到λ/2以下时，几乎无法避免这个双焦性的损失。已经发现，在n]]>间距范围内(在某些实施例中是极其微小地改变)小刻面的小平台的倾斜形状的结构上的很小改变，就可以在阶梯深度小于λ/2的情况下，以相位带片为基础产生有效的双焦镜片。通过rn≈ndλ]]>注(3)本说明书中所使用的“小平面深度”、“小平面阶梯深度”、“阶梯深度”和一些与其具有同等作用的词，是说与镜片的设计波长、与阶梯所产生的光程长中的不连续性程度有关。科恩的一些专利和科恩镜片设计中所实施的小刻面的交替倾斜，可以在小刻面的深度大约小于λ/2的情况下，使接触式镜片具有优良的双焦性能。本专利技术的特征在于，提供了一种新型的双焦镜片结构，该双焦镜片结构的优点是，具有γn带间距和呈阶梯状的小刻面，它能在小于λ/2光程长度内引入非连续性。本专利技术的特征还在于，提供了一种新型的双焦镜片结构，该双焦镜片结构采用具有深度大于或等于λ/2的普通阶梯状小刻面的双焦镜片，减小了伴生的成象阴影现象。本专利技术的特征还在于，提供了一种新型的双焦接触式镜片，与具有普通λ/2抛物面小阶梯光栅结构的双焦接触式镜片相比，该双焦接触式镜片具有较小的泪液收集容积。这就是说，本专利技术的接触式镜片，其在眼睛上和在眼睛与镜片之间的碎物收集容积较小。按照本专利技术所提供的镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衍射多焦点光学元件，其特征在于，它由含有若干环形同心带的相位带片组成，在该同心带中各带大体上以正比于√ｎ的间距配置，且各带具有若干呈阶梯式的小刻面，这些小刻面引起的光程长的不连续小于λ／２，其中λ是设计波长。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦L科恩，
申请(专利权)人：艾伦L科恩，
类型：发明
国别省市：US[美国]