[发明专利]具有由单元拼接组成的多个层的透明光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明光学元件，该光学元件包括由对应单元拼接组成的多个层。

背景技术

在本说明书的上下文中，“透明光学元件”的表达被理解为意指一个旨在通过源自一个景象并穿过该元件的光形成此景象的图像的部件。例如，该元件可以是一个光学透镜、一个镜片比如眼镜片或隐形眼镜，或一个目镜嵌入片等。可选地，为了相对于涉及该元件的生产过程、其厚度、使用材料等的限制提高可获得的光学功率，这种元件可以具有一个菲涅尔结构以提高。

尽管这种透明光学元件可以具有如提供吸收能力、旋光度、或增加的对比度等的多种附加光学功能，在一个定义的区域中对于一个给定的穿过该元件的单色光波，其图像形成功能的特征可以在于该元件产生的光学相移分布。总体上，该透明光学元件具有一个相对于一个光轴横向地延伸的有用区域。然后可以选择该光波的一个平均传播方向在此轴上叠加，而该光学相移的分布可以在该元件的该有用区域内确定。

已知的是，这类透明光学元件在本质上可能是数字的，或像素化的。在这种情况下，该光学相移具有多个离散值，这些离散值在多个代表该透明光学元件的有用区域的采样的点处产生。简单化地，该光学相移可以在一个有限区(通常叫做单元)在各采样点周围是固定的。在各单元中的每个点处该元件的光学相移的值会因此与位于此单元内的采样点的值相等。更实际地，该相移在各单元内不是恒定的，而是介于由此单元的一个目标相移函数确定的最小值和最大值之间。这些单元在该光学元件的该有用区域是连续的，并在这个区域形成一个拼接。然后此拼接与所有单元中所获取的这些光学相移值的组合会产生该数字透明光学元件的实际折射函数。

同样已知的是，单色光波的光学相移△φ等于数字pi的两倍、和行进穿过各单元的距离H、和填充此单元的透明材料的折射率的值n与空气的折射率值之间的差值的乘积。换言之，△φ＝2π·H·(n-1)/λ，其中λ代表该光的波长。因此生产该透明光学元件的一个可能的方法在于改变在该元件的不同单元之间填充这些单元的材料的折射率的值。在这种情况下，所有单元的深度可以相同，该深度是沿着该元件的光轴测量的。另一种生产该透明光学元件的可能的方法在于使用相同的透明同质材料填充所有单元以产生多个具有可变深度的单元。例如，该光学元件可以由一个透明的、可选地弯曲的、同质的薄片组成，该薄片具有可变的分级厚度。为此，该薄片的至少一个面可以具有多个弧矢高度值，这些弧矢高度值在这个面的拼接的不同单元之间变化。

然而，一个数字透明光学元件一般具有如下缺点：

-其中光学相移能够采取多个不同值的单独的单元具有最小尺寸，该光学相移通常是由用来制造该元件的技术设置的。这个最小尺寸空间地限制了该光学相移的分布函数的采样，该函数被用作目标来产生想要的折射函数。换言之，该数字化元件的光学相移的实际分布函数仅大约再现该目标分布函数。这两个分布函数之间的差别在该光学元件实际产生的折射函数中是一个缺点。当该目标分布函数是连续的或在该元件的有用区域的多个部分内部连续时，情况尤其如此；

-对于各单元中的光学相移可获取的不同离散值的数量也有限的。例如，只能获得16到128个不同值。由于可能值的数目有限，为该数字光学元件的各采样点产生的光学相移值与为该相同的点的目标分布函数值之间可能会存在差别。对各单元内的光学相移可以获得的不同值的数量的此种限制与这些单元的最小尺寸所产生的限制不同。然而，这也导致该数字化元件的光学相移的实际分布函数与该目标分布函数之间的差别；

-对该元件的各单元中的光学相移可能的值的范围自身也有限制。换言之，可以在该元件的这些单元里产生的光学相移被一个最小值和一个最大值所限制。这些最大值和最小值也是用来制造该元件的技术造成的。然而，该光学相移的值的明显范围通常通过采用多个相位跃变而增加，这些相位跃变对于一给定波长(称为标称波长)是pi的两倍。此标称波长可以例如为约550nm(纳米)。然而，首先当各相位跃变的幅值等于pi的小的甚至整数倍时，该元件实际产生的折射函数会导致色散。此类色散则在许多应用中是不利的；以及