[发明专利]具有可变焦距的复合透镜系统

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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-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-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。

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-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-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-Berry相位透镜膜(PB相位透镜膜)。

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-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-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。

另一有用的光学组件是梯度折射率(GRIN：gradient-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。

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。

发明内容

本发明涉及一种具有可变或可调焦距的复合透镜系统。

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。