具有可变焦距的复合透镜系统技术方案

复合透镜系统可以包括一个或多个第一光学元件，被配置为提供选自第一连续焦距范围的第一焦距；以及一个或多个第二光学元件，被配置为提供选自多个离散焦距的离散焦距。所述一个或多个第一光学元件和所述一个或多个第二光学元件可被串联配置，使得所述复合透镜系统基于所选择的所述第一焦距和所选择的所述离散焦距的组合提供输出焦距。散焦距的组合提供输出焦距。散焦距的组合提供输出焦距。

【技术实现步骤摘要】
具有可变焦距的复合透镜系统


[0001]本公开总体上涉及透镜系统，并且具体地，涉及具有以离散、连续和/或近似连续的增量可变化或可调的焦距的复合透镜系统。

技术介绍

[0002]已经开发了许多光学部件，其为各种光学系统提供相应的感兴趣的光学功能。虽然许多这些部件的是在几十年前创造的，最近开发的光学部件是Pancharatnam
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Berry相位(PB相位)透镜，该透镜是衍射类型的透镜，其具有取决于作为输入被提供的圆偏振光的性质的焦距(具体而言，输入圆偏振的旋转指向或“螺旋性”)。例如，在简单的PB相位透镜中，第一圆偏振(例如，左旋圆偏振)可被聚焦到长度F，而相反的圆偏振(例如，右旋圆偏振)可被聚焦到长度
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F。在这两种情况下，响应于特定偏振状态或指向的输入光，PB相位透镜提供具有相反偏振指向的圆偏振输出光。
[0003]PB相位透镜可由任何双折射材料制成，但通常由液晶材料制成，诸如可聚合液晶(LC)材料(例如，反应性介晶(RM))。如果PB相位透镜由常规液晶材料形成，则透镜可通过施加电场而被“切换”，将焦距从+F或
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F变成0并且切换输出圆偏振状态的指向(例如，以匹配输入圆偏振状态)。这种透镜可称为Pancharatnam
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Berry相位切换窗口(PB相位SW)。如果双折射材料是固体(例如，不是LC材料)，则得到的透镜本质上是不可切换的，并且可以被称为Pancharatnam
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Berry相位透镜膜(PB相位透镜膜)。<br/>[0004]进一步地，由于输入偏振状态与焦距之间的关系，如上所述，PB相位透镜可以与基于半波片(HWP：half
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wave plate)LC的组件组合，以创建具有可切换焦距为2F的系统。更具体地，静态HWP(例如，HWP延迟膜)可将一种指向的圆偏振光或“螺旋性”转换成相反指向的圆偏振光(例如，将右旋圆偏振光转换成左旋圆偏振光，反之亦然)。基于LC的HWP提供了禁用该功能的附加优点，因此允许光基本上不改变地通过HWP。以往，这种系统中的PB相位透镜是固体双折射膜，诸如如上所述的RM型液晶。因此，基于LC的HWP与PB相位透镜膜的组合可以将+F或
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F的焦距应用于任一旋转指向的圆偏振光。这种组合被称为被动驱动PB相位透镜。
[0005]另一有用的光学组件是梯度折射率(GRIN：gradient
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index)透镜，其提供一个非恒定的折射率，该非恒定的折射率以提供与几何透镜的相位分布等效的相位分布的方式在空间上变化。更具体地，GRIN透镜可以根据沿着与该透镜的光轴正交的至少一个维度的梯度来布置。例如，GRIN透镜的折射率可以根据离透镜的光轴的径向距离而(例如，抛物线地)变化，从而允许具有相对的平坦表面的GRIN透镜用作标准球面或圆柱透镜(例如，平凸透镜、双凸透镜、平凹透镜、双凹透镜等)，从而允许GRIN透镜与标准透镜相比更薄且更轻。
[0006]另外，GRIN透镜可以由LC材料创建，以使得GRIN透镜的焦距或功率能够通过应用一个或多个电压进行电调谐。然而，此类透镜的焦点范围通常是有限的，因为生产具有广泛可调的光功率(例如，10屈光度或10D)的高质量LC GRIN透镜可能是难以生产的。因此，由LC材料创建的具有显著聚焦范围的GRIN透镜可能提供由衍射和散射效应引起的较差的图像
质量。

技术实现思路

[0007]本专利技术涉及一种具有可变或可调焦距的复合透镜系统。
[0008]根据本公开的一个方面，复合透镜系统可以包括一个或多个第一光学元件，被配置为提供选自第一连续焦距范围的第一焦距；以及一个或多个第二光学元件，被配置为提供选自多个离散焦距的离散焦距。所述一个或多个第一光学元件和所述一个或多个第二光学元件可被串联配置，使得所述复合透镜系统基于所选择的所述第一焦距和所选择的所述离散焦距的组合提供输出焦距。
[0009]在第一方面的实施方式中，所述一个或多个第一光学元件可至少包括液晶(LC)梯度折射率(GRIN)透镜。此外，所述一个或多个第一光学元件可进一步包括四分之一波片(QWP)元件，所述四分之一波片元件将在所述QWP元件处接收的圆偏振光转换为用于所述LC GRIN透镜的线偏振光。
[0010]在第一方面的另一实施方式中，所述一个或多个第二光学元件可至少包括第一Pancharatnam
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Berry(PB)相位透镜元件。所述第一PB相位透镜元件可提供响应于接收具有第一旋转指向的圆偏振光的第一负离散焦距；以及响应于接收具有与所述第一旋转指向相反的第二旋转指向的圆偏振光的第一正离散焦距。此外，所述第一PB相位透镜元件可进一步提供：响应于第一控制信号的所述第一负离散焦距和所述第一正离散焦距；以及响应于第二控制信号的焦距0。
[0011]在第一方面的另一实施方式中，所述一个或多个第二光学元件可进一步包括半波片HWP开关窗口。所述半波片开关窗口可选择性地将具有所述第一旋转指向的圆偏振光转换为具有所述第二旋转指向的圆偏振光；以及选择性地将具有所述第二旋转指向的圆偏振光转换为具有所述第一旋转指向的圆偏振光。
[0012]在第一方面的另一实施方式中，所述一个或多个第二光学元件可进一步包括第二(PB)相位透镜元件。所述第二PB相位透镜元件可提供响应于接收具有所述第一旋转指向的圆偏振光的不同于所述第一负离散焦距的第二负离散焦距；以及响应于接收具有所述第二旋转指向的圆偏振光的不同于所述第一正离散焦距的第二正离散焦距。另外，所述第二PB相位透镜元件可进一步提供响应于第一控制信号的所述第二负离散焦距和所述第二正离散焦距；以及响应于第二控制信号的焦距0。
[0013]在第一方面的另一实施方式中，所述多个离散焦距可等距分布。在第一方面的另一实施方式中，所述多个离散焦距的每个连续对之间的距离小于或等于所述第一连续焦距范围。
[0014]在第一方面的另一实施方式中，所述一个或多个第一光学元件可位于向所述复合透镜系统提供光的光源与所述一个或多个第二光学元件之间。
[0015]在第一方面的另一实施方式中，所述一个或多个第二光学元件可位于向所述复合透镜系统提供光的光源与所述一个或多个第一光学元件之间。另外，所述复合透镜系统可进一步包括HWP开关窗口和QWP元件，所述QWP元件位于所述一个或多个第二光学元件与所述一个或多个第一光学元件之间，以将来自所述一个或多个第二光学元件的圆偏振光转换为线偏振光。在第一方面的另一实施方式中，所述复合透镜系统可进一步包括附加透镜元
件，其将固定焦距增加到所选择的所述第一焦距和所选择的所述离散焦距的组合。在一些示例中，所述附加透镜元件可包括固定透镜。在一些示例中，所述附加透镜元件可包括PB相位透镜膜。
[0016]根据本公开的第二方面，一种方法可包括：向第一光应用选自第一连续焦距范围的第一焦距；以及向第二光应用选自多个离散焦距的离散焦距。串联应用所选择的所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合透镜系统，包括：一个或多个第一光学元件，被配置为提供选自第一连续焦距范围的第一焦距；以及一个或多个第二光学元件，被配置为提供选自多个离散焦距的离散焦距，其中，所述一个或多个第一光学元件和所述一个或多个第二光学元件串联配置，使得所述复合透镜系统基于所选择的所述第一焦距和所选择的所述离散焦距的组合提供输出焦距。2.根据权利要求1所述的复合透镜系统，其特征在于，所述一个或多个第一光学元件至少包括液晶LC梯度折射率GRIN透镜。3.根据权利要求2所述的复合透镜系统，其特征在于，所述一个或多个第一光学元件进一步包括四分之一波片QWP元件，所述四分之一波片元件将在所述QWP元件处接收的圆偏振光转换为用于所述LC GRIN透镜的线偏振光。4.根据权利要求1所述的复合透镜系统，其特征在于，所述一个或多个第二光学元件至少包括第一Pancharatnam
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Berry PB相位透镜元件，所述第一PB相位透镜元件提供：响应于接收具有第一旋转指向的圆偏振光的第一负离散焦距；以及响应于接收具有与所述第一旋转指向相反的第二旋转指向的圆偏振光的第一正离散焦距。5.根据权利要求4所述的复合透镜系统，其特征在于，所述第一PB相位透镜元件进一步提供：响应于第一控制信号的所述第一负离散焦距和所述第一正离散焦距以；以及响应于第二控制信号的焦距0。6.根据权利要求4所述的复合透镜系统，其特征在于，所述一个或多个第二光学元件进一步包括半波片HWP开关窗口，所述半波片开关窗口：选择性地将具有所述第一旋转指向的圆偏振光转换为具有所述第二旋转指向的圆偏振光；以及选择性地将具有所述第二旋转指向的圆偏振光转换为具有所述第一旋转指向的圆偏振光。7.根据权利要求4所述的复合透镜系统，其特征在于，所述一个或多个第二光学元件进一步包括第二PB相位透镜元件，所述第二PB相位透镜元件提供：响应于接收具有所述第一旋转指向的圆偏振光的不同于所述第一负离散焦距的第二负离散焦距；以及响应于接收具有所述第二旋转指向的圆偏振光的不同于所述第一正离散焦距的第二正离散焦距。8.根据权利要求7所述的复合透镜系统，其特征在于，所述第二PB相位透镜元件进一步提供：响应于第一控制信号的所述第二负离散焦距和所述第二正离散焦距；以及响应于第二控制信号的焦距0。9.根据权利要求1所述的复合透镜系统，其特征在于，
所述多个离散焦距等距分布。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：