菲涅尔透镜及光学器件

申请号 CN201380062685.6 申请日 2013-12-02 公开(公告)号 CN104823079A 公开(公告)日 2015-08-05
申请人 埃西勒国际通用光学公司; 株式会社尼康; 发明人 藤井透; A·古利特;
摘要 一种用于包括像平面的光学系统的折射型菲涅尔透镜,包括:同心布置的多个环带透镜表面;以及多个 侧壁 表面,每个侧壁表面形成于相邻的环带透镜表面之间,其特征在于,所述侧壁表面被调制,使得因在所述侧壁表面反射和/或折射而产生的噪声光在所述像平面上空间地散布。
权利要求

1.一种折射型菲涅尔透镜,用于包括像平面的光学系统,包括:
同心布置的多个环带透镜表面;以及
多个侧壁表面,分别形成于相邻的环带透镜表面之间,其中:
所述侧壁表面被调制,使得因在所述侧壁表面反射和/或折射而产生的噪声光在所述像平面上空间地散布。
2.根据权利要求1所述的菲涅尔透镜,其中:
所述侧壁表面被调制,使得由衍射引起的噪声光不沿所述像平面的一个方向空间地集中。
3.根据权利要求2所述的菲涅尔透镜,其中:
所述侧壁表面相对于光轴采用的度被调制。
4.根据权利要求2所述的菲涅尔透镜,其中:
侧壁表面的位置被沿径向调制,同时不管侧壁表面沿圆周方向采用的位置如何,所述侧壁表面相对于光轴的角度维持恒定。
5.根据权利要求2所述的菲涅尔透镜,其中:
所述侧壁表面相对于光轴采用的角度对应于其沿圆周方向采用的位置而周期性地调制。
6.根据权利要求2所述的菲涅尔透镜,其中:
侧壁表面的位置对应于其沿圆周方向采用的位置而沿径向周期性地调制。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的菲涅尔透镜,其中:
所述光学系统为人眼,所述像平面为视网膜,其中所述菲涅尔透镜位于对人眼设置的眼镜镜片的至少一侧,并且
所述菲涅尔透镜包括同心布置的多个环带透镜表面和分别形成于相邻的环带透镜表面之间的多个侧壁表面,
其中
侧壁表面调制被优化,使得对于各种眼睛凝视角因在所述侧壁反射和/或折射而产生的噪声光在所述视网膜被最小化。
8.根据权利要求7所述的菲涅尔透镜,其中:
所述侧壁表面调制被调整,使得由衍射引起的噪声光在经过眼睛的虹膜后不空间地集中在所述视网膜上。
9.一种光学器件,包括:
成像透镜,用于在像平面上形成图像;
光圈,限制经过所述成像透镜的光;以及
菲涅尔透镜,其中:
所述菲涅尔透镜包括同心布置的多个环带透镜表面和分别形成于相邻的环带透镜表面之间的多个侧壁表面,
其中
侧壁表面调制被优化,使得因在所述侧壁反射和/或折射而产生的噪声光在所述像平面被最小化。
10.根据权利要求9所述的光学器件,其中:
所述侧壁表面调制被优化,使得因在所述侧壁反射和/或折射而产生的噪声光不经过所述光圈。
11.根据权利要求9所述的光学器件,其中:
所述侧壁表面调制被调整,使得由衍射引起的噪声光在经过所述光圈后不空间地集中在所述成像平面上。

说明书全文

菲涅尔透镜及光学器件

技术领域

[0001] 本发明涉及菲涅尔透镜及光学器件。

背景技术

[0002] 现有技术中已知的菲涅尔透镜包括多个以同心图案布置的环带透镜(见专利文献1)。
[0003] 引用文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本专利公报第3310460号

发明内容

[0006] 技术问题
[0007] 关于现有技术中已知的菲涅尔透镜的问题是,经在相邻的环带透镜的表面之间形成的侧壁表面反射和/或折射的光成为明显的噪声。
[0008] 技术方案
[0009] 根据本发明的第一方案,一种用于包括像平面的光学系统的折射型菲涅尔透镜,包括:同心布置的多个环带透镜表面;以及多个侧壁表面,分别形成于相邻的环带透镜表面之间,其中:所述侧壁表面被调制,使得因在侧壁表面反射和/或折射而产生的噪声光在所述像平面上空间地散布。
[0010] 根据本发明的第二方案,在第一方案的菲涅尔透镜中,优选所述侧壁表面被调制,使得由衍射引起的噪声光不沿所述像平面的一个方向空间地集中。
[0011] 根据本发明的第三方案,在第二方案的菲涅尔透镜中,优选所述侧壁表面相对于光轴采用的度被调制。
[0012] 根据本发明的第四方案,在第二方案的菲涅尔透镜中,优选沿径向调制侧壁表面的位置,同时不管其沿圆周方向采用的位置如何,所述侧壁表面相对于光轴的角度维持恒定。
[0013] 根据本发明的第五方案,在第二方案的菲涅尔透镜中,优选所述侧壁表面相对于光轴采用的角度对应于其沿圆周方向采用的位置而周期性地调制。
[0014] 根据本发明的第六方案,在第二方案的菲涅尔透镜中,优选侧壁表面的位置对应于其沿圆周方向采用的位置而沿径向周期性地调制。
[0015] 根据本发明的第七方案,在第一至第六方案中的任一方案的菲涅尔透镜中,优选所述光学系统为人眼,所述像平面为视网膜,其中所述菲涅尔透镜位于对人眼设置的眼镜镜片的至少一侧,并且所述菲涅尔透镜包括同心布置的多个环带透镜表面和分别形成于相邻的环带透镜表面之间的多个侧壁表面,并且侧壁表面调制被优化,使得对于各种眼睛凝视角因在所述侧壁反射和/或折射而产生的噪声光在所述像平面中被最小化。
[0016] 根据本发明的第八方案,在第七方案的菲涅尔透镜中,优选所述侧壁表面调制被调整,使得由衍射引起的噪声光在经过眼睛的虹膜后不空间地集中在所述视网膜上。
[0017] 根据本发明的第九方案,一种光学器件,包括:成像透镜,用于在像平面上形成图像;光圈,限制经过所述成像透镜的光;以及菲涅尔透镜,其中:所述菲涅尔透镜包括同心布置的多个环带透镜表面和分别形成于相邻的环带透镜表面之间的多个侧壁表面,并且侧壁调制被优化,使得因在所述侧壁反射和/或折射而产生的噪声光在所述像平面被最小化。
[0018] 根据本发明的第十方案,在第九方案的光学器件中,优选所述侧壁表面调制被优化,使得因在所述侧壁反射和/或折射而产生的噪声光不经过所述光圈。
[0019] 根据本发明的第十一方案,在第九方案的光学器件中,优选所述侧壁表面调制被调整,使得由衍射引起的噪声光在经过所述光圈后不空间地集中在所述成像平面上。
[0020] 本发明的有益效果
[0021] 根据本发明,因光在侧壁反射和/或折射引起的噪声能够不太显著。附图说明
[0022] 图1A和图1B分别示出本发明的一个实施例的菲涅尔透镜的俯视图和剖视图,图1B的放大图在图1C中示出。
[0023] 图2A和图2B示意性地示出当本发明的实施例的菲涅尔透镜被用作眼镜镜片时观察的、通过眼睛的虹膜到达视网膜的噪声光的分布。
[0024] 图3A和图3B分别示出变例1的菲涅尔透镜的俯视图和剖视图,图3C是图3B的放大图。
[0025] 图4A和图4B分别示出变例2的菲涅尔透镜的剖视图。
[0026] 图5示意性地示出包括实施例的菲涅尔透镜的眼镜镜片。
[0027] 图6A和图6B分别示出现有技术的菲涅尔透镜的俯视图和剖视图。
[0028] 图7示意性地示出与用作眼镜镜片的菲涅尔透镜协同形成的光路。
[0029] 图8示意性地示出当菲涅尔透镜被用作眼镜镜片时观察的、通过眼睛的虹膜到达视网膜的规则出射光和噪声光的分布。
[0030] 图9示意性地示出与用作眼镜镜片的本发明的实施例的菲涅尔透镜协同形成的光路。
[0031] 图10示出变例5的菲涅尔透镜的放大平面图。
[0032] 图11是本发明的另一变例的平面图。
[0033] 图12是本发明的又一变例的平面图。

具体实施方式

[0034] 以下是参照附图给出的本发明的实施例的描述。实施例中的折射型菲涅尔透镜,是具有在例如凹凸透镜的朝向眼睛的凹面上形成的菲涅尔透镜表面并获得正或负折射率的透镜,用作眼镜镜片或成像透镜。在具体描述该实施例的菲涅尔透镜之前,将解释现有技术中的菲涅尔透镜被用作眼镜镜片所引起的问题。图6A和图6B分别呈现了现有技术的示例即菲涅尔透镜1的示意性俯视图和示意性剖视图。应注意,图6A和图6B示出了部分菲涅尔透镜1。采用将构成凹透镜的透镜表面的单独的同心部件布置在平坦面上所获得的结构的菲涅尔透镜1,包括:平凹的中心透镜3,其具有经过中心O的光轴Ax;和多个环带透镜4(41,42,43,...,4n),在中心透镜3的更外侧布置并关于光轴Ax同心布置。在中心透镜3与环带透镜4之间以及相邻的环带透镜4之间形成多个侧壁5(51,52,53,...,5n),以连接中心透镜3和环带透镜4,并连接一个环带透镜4与下一个环带透镜4。应注意,菲涅尔透镜1可通过在模具中对聚合物材料注塑模制而制造。为了确保模制的产品能够容易脱离模具,侧壁5被制成相对于光轴Ax倾斜预定角度。
[0035] 图7示意性地示出行经被用作眼镜镜片的菲涅尔透镜1的光的光路。如图7所示,已经进入菲涅尔透镜1的入射光11在中心透镜3或环带透镜4被折射,并作为规则的出射光12输出,然后进入眼镜佩戴者的眼睛。然而,一些入射光11在侧壁5反射,并作为噪声光13自菲涅尔透镜1出射。取决于噪声光13自菲涅尔透镜1出射的角度,噪声光13可通过眼镜佩戴者的眼睛20的虹膜30而进入眼睛20。应注意,图7中示出了菲涅尔透镜表面位于凹凸透镜的物侧且眼侧表面采取平坦轮廓,这提供了在典型示例中包含通过菲涅尔透镜表面传输的初始光和发生在侧壁表面5的噪声光在内的各种光束状况的简单说明。作为该示例的替换,菲涅尔透镜表面可形成在朝向眼睛的凹面,如将参照图5解释的。
[0036] 图8示意性示出了通过眼睛20的虹膜30到达视网膜的规则出射光12和噪声光13的分布。在图8呈现的示例中,从点光源输出的光进入菲涅尔透镜1。在此情形下,点光源的图像以规则的出射光12形成在视网膜上。另一方面,已经到达视网膜的噪声光13构成对应于侧壁5的轮廓的圆弧。其结果是,眼镜佩戴者除了看到由规则出射光12形成的点光源的图像之外,必然看到圆弧线的噪声光13。
[0037] 只要光11进入菲涅尔透镜1的入射角恒定,就能够通过调整侧壁5关于光轴Ax形成的角度(此后可被称为倾角)并因此调整噪声光13自菲涅尔透镜1的出射角来防止噪声光13进入眼镜佩戴者的眼睛20的虹膜30。然而,在正常情况下,眼镜的佩戴环境是,入射光11以各种角度进入眼镜镜片(在本示例中为菲涅尔透镜1)。而且,眼球可以大凝视角(gaze angle)转动。这意味着对应于给定的入射角被调整到根本不允许噪声光13进入眼睛20的最佳值的侧壁5的倾角,可能实际上导致在其他入射角或不同的眼睛凝视角下更多噪声光13进入眼睛20。换言之,调整侧壁5的倾角以便完全不允许所有的噪声光13进入眼镜佩戴者的眼睛20是极其困难的。
[0038] 考虑到这个挑战,本实施例中的菲涅尔透镜采用了致使侧壁反射的噪声光不那么显著的特定结构。以下是该实施例的菲涅尔透镜的描述。图1A和图1B分别示意性地示出了该实施例的菲涅尔透镜100的俯视图和剖视图,其中图1B的一部分在图1C中放大示出。应注意,图1A、图1B和图1C仅示出部分菲涅尔透镜100。如之前描述的现有技术的菲涅尔透镜1,本实施例的菲涅尔透镜100为凹透镜,其透镜表面用平坦面上同心布置的单独透镜元件形成。与菲涅尔透镜1一样,菲涅尔透镜100包括:平凹的中心透镜103,其具有经过中心O的光轴Ax;和多个环带透镜(环带透镜表面)104(104l,1042,1043,…,104n),在中心透镜103的更外侧布置并与光轴Ax同心。在中心透镜103与环带透镜104之间以及相邻的环带透镜104之间形成多个侧壁(侧壁表面)105(105l,1052,1053,…,105n),以连接中心透镜103和环带透镜104,并连接一个环带透镜104与下一环带透镜104。
[0039] 然而,本实施例中的菲涅尔透镜100与现有技术中的菲涅尔透镜1的区别在于侧壁表面105,从上方观察(沿光轴Ax延伸的方向观察),每个侧壁表面105的底部105b获得以光轴Ax为中心的非常圆的轮廓。另一方面,如图1A所示,每个侧壁表面105的顶部105t具有通过周期性地调制以光轴Ax为中心的圆而获得的波浪的圆形轮廓。应注意,描述是基于如下假定:顶部105t(位于环带透镜104与侧壁表面105交汇的地带)位于更远离菲涅尔透镜100的表面106的一侧,在表面106上不形成环带透镜104和侧壁表面105(此后被称为背面106),而底部105b位于更靠近背面106的一侧。
[0040] 取代允许侧壁表面105在整个圆周维持恒定倾角,通过周期性地改变侧壁表面105在圆周方向上的特定位置的倾角θ得到顶部105t处形成的这个波浪的圆形轮廓。更具体而言,在给定位置P的侧壁表面105的倾角θ可为以下表达式(1)。应注意,表达式(1)中的α、β、γ和f分别代表参考倾角、相对于参考倾角的角振幅、初始相位和在整个圆周内发生的变化周期的数量(频率)。假定α、β、γ和f在实施例中对于侧壁均采用恒定值。另外,表达式(1)中的φ表示测量的极坐标系(原点设在中心O)的坐标指示的位置P关于极轴OX的幅角(通过从假定在原点O的端点开始并经过位置P的射线OP关于极轴OX形成的角)。
[0041] θ(φ)=α+β×1/2(1-cos(f×φ+γ)…(1)
[0042] 即,侧壁表面105的倾角θ以正弦函数调制,其中幅角φ为变量,使得其变化以参考倾角α为中心。图1C提供了可如何调制侧壁表面105的示意图。侧壁表面105对应于其沿圆周方向的位置、在图1C中的实线指示的侧壁表面105与图1C中的虚线指示的侧壁表面105之间的范围内调整。另外,菲涅尔透镜100通过以同心图案分离凹透镜的透镜表面并将分离的部分布置在平板上来构造,如之前描述的。当调制菲涅尔透镜100的侧壁表面105的倾角时,环带透镜表面104保持构成凹透镜(即初始凹透镜)的透镜表面的该部分的轮廓。
[0043] 应注意,获得这一轮廓的菲涅尔透镜100或待用于制造菲涅尔透镜100的模具可通过例如车床加工形成。
[0044] 图9示意性示出当本实施例中的菲涅尔透镜100被用作眼镜镜片时形成的光路。如图9所示,通过菲涅尔透镜100的环带透镜表面104传输的初始光通量(规则的出射光)12然后经过虹膜30并在眼睛20的视网膜上形成图像。菲涅尔透镜100的侧壁表面
105被调制,使得由在侧壁表面105反射和/或折射产生的噪声光13被指引而在眼睛虹膜(瞳孔)30之外行进。换言之,侧壁表面105被调制并优化,使得在侧壁表面105发生的噪声光13不会到达眼睛,或被眼睛虹膜30阻挡。这意味着几乎不允许噪声光13到达眼睛20的视网膜,因此极大地减少了噪声光到达在眼睛20的视网膜上形成的图像的不利后果。
[0045] 图2A和图2B示意性示出当本实施例的菲涅尔透镜100被用作眼镜镜片时观察的被侧壁表面105反射、随后通过眼镜佩戴者的眼睛虹膜到达视网膜的噪声光13的分布。应注意,图2A和图2B仅示出在单个侧壁表面105反射和/或折射的噪声光,以便简化说明。在图2A中,实线指示已经进入眼睛的噪声光13,虚线指示尚未进入眼睛的噪声光。另外,图
2A中呈现的示例中的用于获得侧壁表面105的顶部105t的波浪的圆形轮廓的周期性调制的角振幅β和频率f,与图2B中呈现的示例中的用于获得侧壁表面105的顶部105t的波浪的圆形轮廓的周期性调制的角振幅β和频率f不同。即,图2A中采用的侧壁表面105的周期性调制的角振幅β大于图2B中的。另外,在图2B中采用的侧壁表面105的周期性调制的频率f高于图2A中的。根据我们开发的射线追踪模拟软件,我们确认到图2A或图
2B所示的视网膜上的模拟噪声光分布与模拟结果很好地一致。
[0046] 在图2A呈现的示例中,采用侧壁表面105具有更大的周期性调制的角振幅β,倾角θ大幅变化,因此在侧壁表面105的整个圆周范围噪声光13自菲涅尔透镜出射的出射角也大幅变化。其结果是,在一些位置反射的噪声光13不会进入眼镜佩戴者的眼睛。因此,现有技术中的菲涅尔透镜1的侧壁5反射的噪声光13如图8所示那样形成模拟侧壁5的轮廓的连续圆弧线,而在图2A的示例中,噪声光13形成不连续的轮廓,即被再现的侧壁表面105的波浪的圆形轮廓有缺失部分。即图2A中实线指示的噪声光13部分允许进入眼睛,对于眼镜佩戴者可见,而图2A中虚线指示的噪声光13部分由于调制效果而不会进入眼睛,因此对于眼镜佩戴者保持不可见。这意味着,与现有技术相比,图2A呈现的示例能够使噪声光13对于眼镜佩戴者而言不那么明显。
[0047] 另外,在图2B呈现的示例中,采用侧壁表面105的周期性调制的频率f更高,在侧壁表面105的整个圆周范围以更大数量的周期发生变化,由此使得噪声光13散射。因此,如图8所示,噪声光13集中于与现有技术的菲涅尔透镜1的侧壁5的轮廓类似的圆弧图案,而在图2B呈现的示例中噪声光13带状散布。这意味着到达视网膜的噪声光13的每单位面积的亮度比现有技术中的低,由此使噪声光13对于眼镜佩戴者而言不那么明显。
[0048] 因此,与现有技术的菲涅尔透镜1发生的噪声光相比,本实施例中作为在菲涅尔透镜100的侧壁表面105反射的光的噪声光13不太会被注意到。
[0049] 另外,与现有技术的菲涅尔透镜1的侧壁的轮廓相比,侧壁表面105的轮廓(环带透镜表面104的外形)不太会被注视佩戴本实施例的菲涅尔透镜100的眼镜佩戴者的其他人注意到。因此,其他人观察到的眼镜佩戴者的样子会得到改善。
[0050] 应注意,在本实施例的菲涅尔透镜100的从更靠近中心O的位置到更靠近外圆周的位置形成的多个侧壁表面105,均可采用波浪的圆形轮廓,或者可只有一些侧壁表面105采用波浪的圆形轮廓。另外,用来获得波浪的圆形轮廓的周期性调制的参考倾角α、角振幅β、相位γ和频率f可对于不同侧壁表面105彼此不同,或者可对所有侧壁表面105采用周期性调制的一致的参考倾角α、角振幅β和频率f。
[0051] 通过上述实施例获得以下益处。
[0052] 在菲涅尔透镜100中,其中包括设定成同心图案的多个环带透镜表面104和多个侧壁表面105,每个侧壁表面105形成于一个环带透镜表面104与下一个环带透镜表面104之间,侧壁表面105的调制被优化,使得在侧壁表面105发生的噪声光被指引成在光学系统之外行进或被光圈阻挡。通过这些措施,能够使由于在侧壁表面105反射和/或折射、通过眼睛的虹膜进入视网膜的噪声光不太显著。
[0053] (变例1)
[0054] 在上述实施例中,从上方观察,对于多个侧壁表面105,每个侧壁表面105在其底部105b采用以光轴Ax为中心的非常圆的轮廓,并在其顶部105t采用通过周期性地调制以光轴Ax为中心的圆而得到的波浪的圆形轮廓。作为替换,从上方观察,侧壁表面105可在其顶部105t采用以光轴Ax为中心的非常圆的轮廓,并在底部105b采用通过周期性地调制以光轴Ax为中心的圆而得到的波浪的圆形轮廓。
[0055] 作为另一替换,从上方观察,侧壁表面105可在顶部105t和底部105b都采用通过周期性地调制以光轴Ax为中心的圆而得到的波浪的圆形轮廓。可被这种菲涅尔透镜200采用的结构的示例在图3A和图3B中的俯视图和剖视图中分别示意性示出。另外,图3C提供了图3B的局部放大图。
[0056] 侧壁表面105的顶部105t的给定位置Pt与菲涅尔透镜200的中心O之间的距离(半径)r可为以下表达式(2)。另外,侧壁表面105的底部105b的给定位置Pb与中心O之间的距离(半径)rb可为以下表达式(3)。应注意,在表达式(2)和(3)中,Ct和Cb分别代表在顶部105t和在底部105b测量的参考半径,At和Ab分别代表相对于在顶部105t和底部105b的参考半径的半径振幅,γ和f分别代表初始相位和在整个圆周内发生的周期数量(频率)。另外,表达式(2)和(3)中的φ代表测量的极坐标系(原点设在中心O)的坐标指示的位置Pt或Pb关于极轴OX的幅角(通过从假定在原点O的端点开始并经过位置Pt或Pb的射线OP关于极轴OX形成的角)。
[0057] rt(φ)=Ct+At×1/2[1-cos(f×φ+γ)]…(2)
[0058] rb(φ)=Cb+Ab×1/2[1-cos(f×φ+γ)]…(3)
[0059] 即,侧壁表面105的顶部105t和底部105b的半径rt和rb用包含作为变量的幅角φ的余弦函数调制,使得半径的变化分别以参考半径Ct和Cb为中心。
[0060] 另外,当用来获得侧壁表面105的顶部105t的波浪轮廓的周期性调制的振幅、周期和相位匹配用来获得底部105b的波浪轮廓的周期性调制的振幅、周期和相位,因此在图3A和图3B所示的菲涅尔透镜200中,侧壁表面105在整个圆周内维持恒定倾角θ。另外,对应于侧壁表面105沿圆周方向的位置而沿径向方向周期性地调制侧壁表面105的位置。
图3C示意性示出可如何实现这一调制。对应于侧壁表面105沿圆周方向的位置,侧壁表面
105受到沿环带透镜表面104在图3C中实线指示的侧壁表面105与图3C中虚线指示的侧壁表面105之间的范围内的平行平移。在上述菲涅尔透镜200中,侧壁表面105的位置沿径向方向调制,同时不管它们沿圆周方向的位置如何,侧壁表面105均维持恒定倾角θ。另外,如上述菲涅尔透镜100那样,菲涅尔透镜200通过以同心图案分离凹透镜的透镜表面并将分离部分布置在平板上来构造。当调制菲涅尔透镜200中的侧壁表面105时,环带透镜表面104保持形成凹透镜(即初始凹透镜)的透镜表面的部分的轮廓。
[0061] 然而,本发明不限于该示例,用来获得顶部105t的波浪轮廓的周期性调制的振幅、周期和相位可与用来获得底部105b的波浪轮廓的周期性调制的振幅、周期和相位不同,即侧壁表面105不必在其整个圆周内维持恒定倾角。
[0062] 应注意,获得这一轮廓的菲涅尔透镜200或待用来制造菲涅尔透镜200的模具可通过例如车床加工形成。基于光学计算结果,已经显示即使在侧壁表面105的周期性调制的振幅小到10μm时,侧壁表面105的高度设定到最佳值的菲涅尔透镜200仍获得噪声光分散效果。
[0063] 应注意,在变例1的菲涅尔透镜200的从更靠近中心O的位置到更靠近外圆周的位置形成的多个侧壁表面105,可均采用波浪的圆形轮廓,或仅一些侧壁表面105可采用波浪的圆形轮廓。另外,用来获得波浪的圆形轮廓的周期性调制的振幅At和Ab以及频率f可对于不同侧壁表面105彼此不同,或可对于所有侧壁表面105采用一致的周期性调制的振幅At和Ab以及频率f。
[0064] (变例2)
[0065] 如图4A或图4B所示,至少顶部105t或底部105b采用通过周期性调制以光轴Ax为中心的圆获得的波浪的圆形轮廓的侧壁表面105,可具有从侧壁表面105的顶部105t到底部105b连续改变的倾角θ。应注意,图4A示出了具有在顶部105t设定最小值、向底部105b逐渐增大的倾角θ的侧壁表面105的示例,而图4B示出具有随着从顶部105t向底部
105b变动而周期性地改变的倾角θ的侧壁表面105的示例。
[0066] 在这些示例中,通过随着从顶部105t向底部105b变动而连续改变侧壁表面105的倾角θ,噪声光能够以更宽带状散布,使得噪声光对于眼镜佩戴者而言更加不明显。
[0067] 应注意,具有这样的轮廓的变例2的菲涅尔透镜或待用来制造变例2的菲涅尔透镜的模具可通过例如车床加工形成。
[0068] (变例3)
[0069] 虽然上述实施例中的侧壁表面105处应用的周期性调制的角振幅β和频率f为恒定,但本发明不限于该实施例,而是,应用于侧壁表面105的调制可以是连续地改变角振幅β的振幅调制、连续地改变频率f的频率调制、或者随机地改变角振幅β或频率f的调制。然而,当菲涅尔透镜或用来制造菲涅尔透镜的模具通过车床加工形成时,通过对应用于侧壁表面105的周期性调制选择均匀频率f下的均匀角振幅β而确保更好的生产量。如果振幅调制的波动小于环带透镜表面的局部宽度的±10%、或频率指数调制小于200%,则在侧壁反射和/或折射的光的噪声分布能够更加不显著。
[0070] (变例4)
[0071] 根据上述的本发明的菲涅尔透镜可被用作眼镜镜片。图5是包括根据本发明的菲涅尔透镜的眼镜镜片50的示意图。眼镜镜片50是具有形成在朝向眼球表面上的根据本发明的菲涅尔透镜的凹凸透镜。在此情况下,带有菲涅尔透镜的表面不限于平坦表面。菲涅尔透镜可以被适用到凹面或凸面。菲涅尔透镜能够在前面和/或背面。而且,环带透镜能够具有凹入或凸出形状。应注意,代替眼镜镜片,根据本发明的菲涅尔透镜可用于其他光学器件(例如,像放大镜或目镜透镜的光学系统)。例如,根据本发明的菲涅尔透镜100可用于包括照相透镜和限制光经过照相透镜的光圈的光学器件。在该应用的光学器件中,图5所示的眼睛20和虹膜30将分别对应于照相透镜和光圈。本发明的实施例中的光学器件将满足多种功能(将参照图9所示的光束描述)。即通过菲涅尔透镜100的环带透镜表面104传输的初始光束12经过光圈(虹膜)30,并在成像面(视网膜)上成像。根据本发明的菲涅尔透镜100的侧壁表面105被调制并优化,使得在侧壁表面105发生的噪声光13不经过光圈(虹膜)30。这意味着在菲涅尔透镜100的侧壁表面发生的噪声光13不允许经过光圈(虹膜)30,因此,噪声光13决不会通过照相透镜(眼睛)20到达成像面(视网膜)。其结果,噪声光到达形成于成像面(视网膜)上的图像的不利后果能够被极大地减少。
[0072] 更详细地描述根据本发明的菲涅尔透镜的这个方案,侧壁表面被调制并优化,使得由于在侧壁表面105反射和/或折射的噪声光通常不经过虹膜30(或变例4中的光学器件的光圈)。另外,侧壁表面105被调制,使得因衍射而产生的噪声光不沿特定方向集中,即集中到成像面(即视网膜或成像面)。
[0073] (变例5)
[0074] 如果上述根据本发明的菲涅尔透镜中的环带透镜表面104设定有小间距,则除由于衍射效应发出的0级光之外的多个级别的衍射光(±1级光、±2级光、…)可变为对眼镜佩戴者可见的噪声。因此,上述描述的菲涅尔透镜可通过采取进一步措施而构造,以便最小化由衍射光引起的噪声。更具体而言,因为如果环带透镜表面104被设定在等间隔则衍射光的强度增大,所以环带透镜表面104应被设定为不规则间距,以便减小衍射光的强度,稳定衍射光的强度平并因此降低峰值。
[0075] 图10示出构造为减弱由衍射光引起的噪声的菲涅尔透镜300。图10以平的形状示出调制的侧壁表面105,以有利于菲涅尔透镜300的顶面一部分放大的解释。应注意,除下面将描述的特征以外,菲涅尔透镜30在结构上类似于参照变例1的上述菲涅尔透镜200。基于通过精确的光学计算获得的结果,关于实施例的菲涅尔透镜300的侧壁表面105的位置应用周期性调制,使得从一个侧壁表面到另一个侧壁表面采用不同的初始相位,以便确保在光学表面上的面向彼此的相邻侧壁表面105之间的距离被设定为非恒定的。从光栅的功能的角度描述这个概念,当所有的槽(不仅仅是相连续的槽)以均匀间隔形成并彼此平行时形成非常密集的衍射光峰值(即噪声光)。为了减轻这个衍射效应的程度,槽能够以不均匀间隔形成且彼此倾斜。在该实施例中,能够通过使共享给定频率的各侧壁的初始相位抵消或通过以未共享公约数的频率(下文称为通过彼此互质的值代表的频率)来调制相邻侧壁表面而实现,从而不允许沿特定方向产生衍射光。很明显,初始相位也可与通过彼此互质的值代表的频率协同而抵消。
[0076] 通过以上述不同的调制频率、振幅或不同的初始相位调制各侧壁表面105,环带透镜表面104能够设定有局部不规则形状,其结果,由衍射光产生的噪声峰值能够减小。应注意,除调制频率外,一个侧壁表面105与下一个侧壁表面105可在至少振幅或相位不同。
[0077] 图11是本发明的另一变例的菲涅尔透镜400的平面图。图11的平面图示出了如下菲涅尔透镜400:该菲涅尔透镜400的在给定环带透镜表面104的两侧(即位于内侧和外侧)的每对侧壁表面105以相同但初始相位相差180°的频率f调制。另外,菲涅尔透镜400采用对应于图1A所示的菲涅尔透镜100的结构的基础结构。图12是本发明的又一变例的菲涅尔透镜500的平面图。虽然在图12的平面图所示的菲涅尔透镜500中,应用到位于每个环带透镜表面104的两侧(即位于环带透镜表面104的内侧和外侧)的侧壁表面105的调制的初始调制值也180°异相,但是菲涅尔透镜500的基础结构对应于图3A所示的菲涅尔透镜200的结构。
[0078] 相邻侧壁表面105之间的相位差在图11和图12所示的变例中被设定到180°。这代表了最大异相的情形。在实际应用中,相邻侧壁表面105之间具有至少30°的初始相位差是有效的。
[0079] 简而言之,当菲涅尔透镜上的地带(用于在视网膜上形成点物体的像的光通量经过该地带)包括复数个环带透镜表面时,将选择每个侧壁上调制的频率、振幅和相对相位,使得环带透镜表面104的局部宽度改变约10%。通过这些措施,因衍射光而产生的噪声能够更进一步有效地减少。
[0080] 上述实施例及其变例只是作为示例而提供,本发明绝不限于这些示例的细节。另外,在本发明的技术范围内可想到的其他实施例落入到本发明的范围内。
[0081] 以下优先权申请的发明内容通过援引并入本文:
[0082] 2012年11月30日提交的国际申请第PCT/JP2012/081718号。
[0083] 附图标记说明
[0084] 1、200、300、400、500 菲涅尔透镜
[0085] 104 环带透镜(环带透镜表面)[0086] 105 侧壁部(侧壁表面)
[0087] 20 眼睛(照相透镜)
[0088] 30 虹膜(光圈)
[0089] 50 眼镜镜片
QQ群二维码
意见反馈