一种光学器件及光学系统技术方案

本发明专利技术提供了一种光学器件及光学系统，包括：多个曲面，所述多个曲面满足如下条件：经过所述多个曲面中一个曲面的焦点、光学中心或齐明点的光线被所述曲面调制后输出光线的光学特性与经过所述曲面的焦点、光学中心或齐明点的光线被所述曲面的临近曲面调制后的输出光线的光学特性相同或在预设的第一偏差范围内；所述多个曲面的焦点、光学中心或齐明点不全部重合，或所述多个曲面的轴线之间不全部平行。通过对于各个曲面面型参数的改变，其光学中心或焦点或齐明点以及轴线得参数设计，可以相对于较大离轴角度光线仍然成质量较好的像。于较大离轴角度光线仍然成质量较好的像。于较大离轴角度光线仍然成质量较好的像。

【技术实现步骤摘要】
一种光学器件及光学系统


[0001]本专利技术涉及光学设备领域，具体地，涉及一种光学器件及光学系统。

技术介绍

[0002]传统的光学器件一般具有单一的连续表面和确定光学中心，焦点，齐明点，光轴等参数。一些应用中，为了减小器件厚度，可以采用菲涅镜的设计方式，其原理是基于将原先的光学表面压缩成一段段离散的曲面来实现，但每一段曲面的焦点一般仍和原表面相同。如专利文献CN101609198所公开的一种聚光反射镜与应用装置，使用多个较小面积结构相同的反射镜代替一个面积较大的各种凹面镜。在一些存在大角度离轴光线的应用中，这种设计方法对于轴外的光线往往会带来很大的误差。
[0003]而光学器件中另一类的微透镜阵列等光学器件，每个子透镜都是独立的单元，相互之间一般没有关联，不会要求相同特性的光线经过相邻透镜后产生相似的特性(例如平行光经过透镜阵列后将被聚焦到各透镜各自焦点，而不是单一透镜的单一焦点)。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种光学器件及光学系统。
[0005]根据本专利技术提供的一种光学器件，包括：多个曲面，所述多个曲面满足如下条件：
[0006]经过所述多个曲面中一个曲面的焦点、光学中心或齐明点的光线被所述曲面调制后输出光线的光学特性与经过所述曲面的焦点、光学中心或齐明点的光线被所述曲面的临近曲面调制后的输出光线的光学特性相同或在预设的第一偏差范围内，所述第一偏差可以是光线本身的特性(如聚焦位置，聚焦位置在横轴和纵轴上的分布的尺寸，在某一位置的光斑大小，发散角度，偏折角度，屈光度，光线形成球差彗差等像差，光斑的中心/光学中心等等)相对于预设值的偏差，例如第一偏差为聚焦位置的光斑GEO半径小于2um，或输出光线相互之间的夹角小于0.001
°
；
[0007]所述多个曲面的焦点、光学中心和/或齐明点不全部重合，和/或所述多个曲面的轴线之间不全部平行。
[0008]优选地，所述多个曲面的焦点、光学中心或齐明点沿预设的轨迹变化。
[0009]优选地，所述多个曲面的轴线沿预设的点或线旋转或者平移。
[0010]优选地，所述光学特性包括：光线的聚焦位置(焦点)、光学中心(例如光线在某一位置形成的光斑的Rms中心)、孔径、屈光度，偏折角度、发散角度的任一个或任多个。
[0011]优选地，所述曲面的轴线为对称轴(某些曲面可以有多根对称轴，例如椭圆)、光轴或曲面面型具有的轴线。
[0012]优选地，所述曲面的截面曲线为圆、椭圆、抛物线或双曲线。
[0013]优选地，所述曲面由曲线沿点或线旋转而成，或由曲线沿某一方向平移而成。
[0014]优选地，所述曲面的截面曲线的表达式为其中
z、r分别是截面上曲线对应的坐标，c、k、a
p
为曲线的参数，n为高阶项的最高阶数、p为序数。
[0015]优选地，所述多个曲面之间设置有与曲面具有预设角度的平面。
[0016]优选地，所述曲面的部分或全部区域镀有反射膜。
[0017]优选地，所述曲面的部分或全部区域镀有偏振膜，符合预设偏振方向的光线将透过所述曲面，偏振方向与预设偏振方向正交的光线被所述曲面反射。
[0018]优选地，所述曲面的部分或全部镀有增反膜，使预设比例的光线反射，其余光线透射。
[0019]优选地，所述光学器件的一面胶合或键合有面型与所述光学器件互补的另一光学器件。
[0020]优选地，所述另一光学器件的材料折射率与所述光学器件相同或在预设的第二偏差范围内。
[0021]优选地，所述另一光学器件相对于所述光学器件的表面具有一定的屈光度，或者也可以在另一光学器件相对于所述光学器件的表面粘合有带有屈光度的镜片，或透明的可控空间光调制器(例如液晶透镜，相位调制的LCD等)
[0022]优选地，所述曲面上填充有与所述光学器件的材料折射率相同或再预设的第三偏差范围内的胶水。
[0023]优选地，所述胶水与所述曲面相对的表面具有预定的面型。
[0024]优选地，所述面型具有预设的光焦度。
[0025]根据本专利技术提供给的一种光学系统，包括多个所述的光学器件。
[0026]根据本专利技术提供给的一种光学系统，包含所述的光学器件，还包括空间光调制器，用于动态调制光波前。所述空间光调制器可以设置在所述胶合/键合的另一光学器件的外侧只调制环境光(例如补偿观看者眼睛的近视、散光等误差)，也可以设置在成像器件与所述光学器件的光路之间，用于调制图像光。或者也可以设置在所述光学器件与观看者之间，用于同时调制图像光与环境光。或者还可以在不同位置同时设置多片空间光调制器，用于分别调制图像光和环境光。所述空间光调制器可以是可动态调制LCoS，LCD，LC透镜等器件，也可以静态的液晶透镜，光栅之类的器件。
[0027]根据本专利技术提供给的一种光学系统，包含光学器件，还包括波导，所述波导的至少一端连接所述的光学器件。
[0028]优选地，所述波导的表面不同区域镀有折射率不同的膜层，例如整个表面分为两部分，一部分不镀膜，另一部分再分为多个区域，所述多个区域分别镀有折射率不同的膜层。
[0029]优选地，所述波导的表面不同区域镀有折射率不同的膜层，所述器件以及波导表面还可以根据对应区域膜层折射率不同镀有增透膜，可以是不同区域镀有不同的增透膜，也可以是整个波导及器件表面镀有相同的增透膜系。
[0030]优选地，所述波导与所述光学器件相对的表面上预设有一定光焦度的区域或连接有具有一定光焦度的光学器件。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0032]本专利技术提出了一种由多个曲面构成的光学器件，其中每一个曲面的光学中心或焦点或齐明点与相邻曲面不重合，每一曲面中轴线(若有)相互不平行(相互间夹角按一定规
律变化)。经过其中一个曲面的焦点或光学中心或齐明点的光线被所述曲面调制后输出光线的光学特性与经此点的光线被所述曲面临近曲面调制后的输出光线光学特性相近，或经过其中一个曲面的焦点的至少一条光线被所述曲面调制后输出光线的一种光学特性与经此点至少另一条的光线被所述曲面临近曲面调制后的输出光线的一种光学特性(聚焦位置，角度等)相同或在预设的第一偏差范围内。通过对于各个曲面面型参数的改变，其光学中心或焦点或齐明点以及轴线得参数设计，可以相对于较大离轴角度光线仍然成质量较好的像。
附图说明
[0033]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0034]图1、2a、2b、3分别为本专利技术实施例1光学器件的结构及光路示意图；
[0035]图4为所述器件的俯视示意图；
[0036]图5a为实施例2的结构示意图；
[0037]图5b为实施例2的光路示意图；
[0038]图6为实施例3的结构及光路示意图；
[0039]图7为实施例3的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学器件，其特征在于，包括：多个曲面，所述多个曲面满足如下条件：经过所述多个曲面中一个曲面的焦点和/或光学中心和/或齐明点的光线被所述曲面调制后输出光线的光学特性与经过所述曲面的焦点和/或光学中心和/或齐明点的光线被所述曲面的临近曲面调制后的输出光线的光学特性相同或在预设的第一偏差范围内；所述多个曲面的焦点和/或光学中心和/或齐明点不全部重合，和/或所述多个曲面的轴线之间不全部平行。2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述多个曲面的焦点和/或光学中心和/或齐明点沿预设的轨迹变化。3.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述曲面的轴线沿预设的点或线旋转或平移。4.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述光学特性包括：聚焦位置、光学中心、孔径、屈光度，偏折角度、发散角度、像差的任一个或任多个。5.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述曲面的轴线为对称轴或光轴或曲面面型具有的轴线。6.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述曲面的截面曲线为圆或椭圆或抛物线或双曲线。7.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述曲面由曲线沿点或线旋转而成，或由曲线沿某一方向平移而成。8.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述曲面的截面曲线的表达式为其中z、r分别是截面上曲线对应的坐标，c、k、a
p
为曲线的参数，n为曲线阶数最高项的阶数，p为序数。9.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述多个曲面之间设置有与曲面具有预设角度的平面。10.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述曲面的部分或全部区域镀有反射膜。11.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述曲面的部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈顺毅，
申请(专利权)人：上海慧希电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：