具有由单元拼接组成的多个层的透明光学元件的制作方法

具有由单元拼接组成的多个层的透明光学元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种透明光学元件(100)，包括多个堆叠的层(1，2)，这些层各自由多个设有光学相移值的单元组成。这些层被安排为使得这些层的其中一个层的某些连续单元之间的边界切入另一个层的单元中。以这种方式，可以减小明显的有用单元尺寸以再现一个更精确的目标光学相移分布。此外，该元件产生的光学相移变化的最大幅值随着堆叠的层数而增大。还可以减少该元件的屈光度功能的色差。
【专利说明】具有由单元拼接组成的多个层的透明光学元件
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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闻。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]同样已知的是，单色光波的光学相移Λ 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η与空气的折射率值之间的差值的乘积。换言之，Λ Φ =2π.Η.(η-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。
[0006]然而，一个数字透明光学元件一般具有如下缺点:
[0007]-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；
[0008]-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；
[0009]-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
[0010]-光学相移在将该入射光波的数字光学元件散射部分的表面上分开该拼接的连续单元的边界处的不连续性。换言之，此光波的能量的一小部分并不是简单地由该元件根据其光学相移分布函数传输的，但传播方向被额外地侧向偏斜。然后该光波的这个散射的部分形成一个发光的背景，该背景降低由该光学元件形成的图片的对比度。这种对比度的降低可以被认为是该元件的透明度的降低。当这些将该拼接的多个单元分开的边界的网络是周期性的时，该入射光波的散射的部分可能会形成多个杂像或被聚集在多个特许的衍射方向，这也容易对该光学元件的使用产生不利。

【发明内容】

[0011]在这些条件下，本发明旨在改善或避免至少以上某些缺点。
[0012]更具体地，本发明的第一个目的在于提供一个单元透明光学元件，该光学元件能够减小其光学相移分布函数和一个目标分布函数之间的差别，后一种分布可能是连续的或部分连续的。
[0013]本发明的第二个目的在于提供一种色散更小的(尤其是轴向色散更小的)单元透明光学兀件。
[0014]为达到这些和其他目的，本发明提供了一种透明光学元件，该元件包括沿着该元件的一个光轴叠加的多个层。每个层垂直地延伸至该光轴并由多个连续单元的一个拼接组成。对于每个层，一个光学相移的分布函数在这个层的每个单元内具有一个固定值。因此，这些层的对应光学相移分布函数的组合产生该元件的折射函数。
[0015]因此，本发明的透明光学元件可以是数字化元件。
[0016]该元件的特征在于，这些层中的至少两个层的这些拼接在这些层到垂直于该光轴的一个表面上的投影中不重合，使得这两个层中的一个层的这些连续单元中的某些单元之间的边界在所述投影中分割这两个层中的另一个层的那些单元。
[0017]因此，在该投影表面上，这些层之一的这些单元自身由另一个层的单元间边界分开。然后这两层的叠加呈现出被分割成多个有用的单元，这些单元的大小小于或等于每个层的这些单元的大小。换言之，根据本发明的多个层的叠加可以降低一个明显有用单元的尺寸以产生一给定的折射函数。为此，可以减小本发明的元件的光学相移分布函数与一个目标分布函数之间的差别，尤其是连续的或部分连续的目标分布函数。这具有降低衍射的杂光的强度、以及更好地将其有角度地分布的效果。然后这种杂光就没那么容易感觉到。
[0018]此外，该元件的总光学相移的可能值的数目由为这些层中的每一个都可以产生的这些值的组合造成。因此，这个数目会比每个层的可能值的数目大。因此，同样为此，可以用一个根据本发明的透明光学元件更精确地再现目标光学相移分布函数。
[0019]同时，对于本发明的透明光学元件可能的总光学相移值的范围是由所有层的对应范围的并列产生的。因此这个范围会比后者宽，并可以避免对于标称波长必须使用幅值是pi的两倍的小整数的相位跃变。由此可以减少本发明的透明光学元件的折射函数的色散。
[0020]在本发明的各种实施例中，可以应用以下改进的一种或多种，无论单独地或组合地:
[0021]-在该投影表面上不重合的这些层的对应拼接可以是完全相同的但通过转换、旋转或转换与旋转的组合相对于彼此抵消；
[0022]-在投影表面上不重合的这些层的对应拼接中的至少一个可以是随机的或伪随机的。可选地，该元件的这些拼接中的一个可以是随机的或伪随机的，而该相同元件的另一个拼接可以是周期性的或规则的；
[0023]当在该投影表面上不重合的这些拼接通过转换、旋转或转换与旋转的组合相对于彼此抵消时，以及当这些拼接各自在与每个层相关联的至少一个周期方向上以一个共同周期是周期性的时，这些层的其中之一的周期方向上的转换的长度除了该共同周期的整数倍之外可以在该共同周期的25%和75%之间。优选地，该转换长度可以在该共同周期的25%和75%之间；
[0024]-更普遍地，该透明光学元件可以包括N个层(其拼接完全相同)，但这些拼接各自通过转换或转换与旋转的组合相对于这N个拼接中的一个拼接(作为参考，N是大于或等于二的整数)抵消。这N个拼接可以各自以一个共同周期a在与每个层相关联的周期方向上是周期性的。在这种情况下，这N个层中的每一个层的拼接相对于参考拼接的转换的长度在该参考拼接的周期方向上除该共同周期的整数倍之外可以在i a/N的25%和75%之间，其中i是一个为这些具有完全相同拼接的N个层进行编号的自然整数，i在0到N-1之间的范围内且i对于该参考拼接的层为零；
[0025]-这些具有完全相同拼接的层共同的拼接周期在3μ m(微米)和1mm(毫米)之间；
[0026]-这些具有完全相同拼接的层的对应光学相移分布函数自身可以完全相同，除了对这些层的对应转换、旋转或转换与旋转的组合之外；以及
[0027]-该元件的折射函数可以在围绕其光轴旋转时是不变的，除了对这些光学相移函数的这些值的离散化导致的残余变化之外。
[0028]本发明的透明光学元件可以形成一个光学透镜，具体地，一个镜片，并且尤其是眼镜片。
[0029]而且，各层产生的光学相移值可能是由形成这个层的透明材料的折射率在不同单元之间的变化导致的。可替代地，各层产生的这些光学偏移值可能是这个层的不同单元之间的深度或高度的变化导致的。这还可能是由于一给定层内的不同单元之间的折射率和深度二者的变化的组合。
[0030]可选地，一给定层中的多个连续单元可以由多个单元间墙彼此分开。这种墙可以防止这些不同单元中最初包含的化合物混合。另外，这些单元间墙可以充当一个基底薄膜与一个将正在讨论的层封闭的薄膜之间的隔离物，这些薄膜位于这些单元两侧中的任一侧上。
【专利附图】

【附图说明】
[0031]本发明的其他特征和优点将从以下参考附图做出的非限制示例实施例的说明变得明显，其中:
[0032]-图1是根据本发明的一个光学元件的横截面视图；
[0033]-图2a和图2b是可以被用在图1的光学元件中的多个层的横截面视图；
[0034]-图3a和图3b是可以被用在图1的光学元件中的其他层的横截面视图；
[0035]-图4a和图4b示出了图1的光学元件中使用的多个层的可能拼接；
[0036]-图5a展示了本发明的一个第一实施例，图5b和图5c展示了通过比较的方式提到的现有技术中已知的两个透明光学元件；以及
[0037]-图6和图7展示了本发明的另外两个实施例。
[0038]为了清晰，这些图中所示的这些元件的大小不对应其实际大小，并且这些大小比例不是实际比例。此外，在不同图中的完全相同参考表示完全相同的元件或有完全相同功能的元件。
【具体实施方式】
[0039]如图1所示，一个透明光学元件100可以是一个眼镜片，包括一个基片10和叠加在基片10的一面上的至少两个层1和2。该基片10自身可以是一个眼镜片，这些层1和2被施加并永久紧固在基片10上，其方法在现有技术中已知，在此不加以描述。例如，可以用多个粘合剂材料的中间薄膜来一方面将层1紧固至层2，另一方面将层1和2的阵列紧固到基片10。
[0040]该基片10有一个折射函数，其特征可以在于光学功率的分布及在其有用光学区域中的各个点处产生的多个像散值。然后这些层1和2分别意在通过为一个穿过该元件100的光波局部地产生一个额外光学相移以修改这些值。由层1、2各自产生的这个光学相移取决于各光线穿过该元件100的有用区域的点而变化。
[0041]该基片10还可以自身没有折射功能，而只有支撑层1和2的功能。在这种情况下，后者单独为该元件100提供其最终折射功能。
[0042]最后，当这些层1和2的刚性足够或确实被充分地固持时，该基片10是可选的，例如，通过外围边缘被固定到一个框架中。
[0043]这些层1和2在D表示的堆叠方向上叠加。它们彼此平行，并可以可选地具有一个共同的弯曲形状。
[0044]在任何情况下，层1和2或可选地多于两层的层数的堆叠被设计来产生一个在方向D上穿过这些层的单色光波的折射函数。然后D可以对应于该元件100的一个光轴。
[0045]根据本发明的一个元件的每个层的结构可以与同一元件中的另一层的结构完全相同或不同。
[0046]图2a和图2b示出了一个第一可能的层结构，为此通过改变该层的一个局部厚度来获得该可变光学相移。例如，在图2a中，该层1或2由一个透明薄膜11组成，其厚度e在定义在该薄膜的一个面上的不同区之间变化。可以通过激光烧蚀，即通过一个激光束来局部烧蚀该薄膜的材料的一个给定部分来得到这种厚度变化。可替代地，还可以通过光刻法得到这些厚度变化。对于一个例如在本发明中考虑的层，所述层产生的光学相移在多个并列区内是恒定的，这些区称为单元，并在图中由字母C表示。这些单元C共同覆盖该层，或后者的有用部分，并形成一个拼接。然后通过在此单元中的该层11的残余厚度固定在一给定单元C中的光学相移值。很多时候，这个值是从有限个可能值中选择出来，这有限个可能值是通过用来产生该薄膜11厚度的局部变化的过程设置的。例如，用来烧蚀该薄膜表面的激光束可以是脉冲式的，每个脉冲具有同等的能量，然后通过调整指向一个单元位置的激光脉冲的数量来控制该薄膜的厚度。
[0047]图2b示出了与图2a中的等价的层结构，其中多个相邻单元C被一个垂直地延伸至该层的一个墙12分开。通过改变这些单元C的深度得到该薄膜11的可变厚度，该深度是在方向D上测得的。平行于该层测得的这些分离墙12的厚度在本发明的一个第一途径中可以忽略。优选地，这些墙12的顶部位于与方向D相同的共同水平。然后，它们可以支撑一个闭合薄膜13，由此防止灰尘填充这些单元C并修改相对于最初制造的层修改深度分布。
[0048]图3a和图3b示出了其他多个可能的层结构，其中，通过局部修改该层的成分材料的光折射率值得到可变光学相移。所有单元C可以具有完全相同的深度。例如，在图3a中，层1、2是用厚度为eO的薄膜14制造，该厚度eO在此薄膜上的任何位置之间都是恒定的。此薄膜14包含一种光敏材料，这样使得可以通过局部辐射(例如通过一个激光束)对其光学折射率值进行修改。用一个激光点扫描该薄膜14的表面的同时改变在不同点之间传送的这些激光脉冲的强度和数目，允许调整这些单元C中的折射率值。通常，以这种方法可以得到的折射率值的最大差值为约0.1或0.15。
[0049]最后，图3b示出了一个与图3a中的等价的层结构，但是其中多个相邻单元被多个墙12分开。因此，这种光敏材料的多个独立部分分别包含在多个分区的单元C中，并且可以对这些单元的每一个单独辐射以调整其光折射率值。这样做，可以初始地在一个基底薄片15的表面上形成这些单元C，然后用这种光敏材料将其填充，逐个辐射，然后由一个薄膜13在与该基底薄膜15相对的一侧上将其集体封闭。当这些单元C因此被这些墙12彼此孤立时，一种可替代地用于改变各个单元中包含的材料的折射率值的方法在于将多种化合物的混合物用于这种材料。这些各种化合物具有不同的对应折射率值，并通过改变这种混合物的比例得到多个中间值。在这种情况下，可获得的值的数量受限于可以被控制地引入各单元中的每一种化合物的最小量。通常，可以通过这种方法为这些单元C中的折射率获得十六到一百二十八个不同的值。
[0050]可替代地，可以使用不同于上面这些描述的层结构。具体地，可以实现多种混合结构，其中，可以通过厚度变化和这些单元中包含的部分透明材料的折射率的变化来获得光学相移变化。
[0051 ] 此外，在根据本发明的给定光学元件内，这些层可以具有各自不同的结构。[0052]图4a和图4b示出了可以用于在各层内形成这些单元C的两个不同拼接。这类拼接可以是规则的，并且尤其在与该表面平行的至少一个方向上是周期性的。例如，该拼接可以有一个边长为a的正方形图案(图4a)、一个三角形图案、一个六角形图案等。可替代地，该拼接可以是随机的或伪随机的(图4b)。在本说明书的上下文中，“伪随机拼接”的表达被理解为指使用一种被设计成用于产生一个明显随机的拼接的构造算法所定义的一种单元分布。具体地，可以通过在一个层中设定多个单元中心的一种初始分布然后通过使用被称为Voronoi’的方法在相邻单元之间构造这些边界来获得这种伪随机拼接。可选地，可以通过移动这些单元中心的至少某些单元中心来重新开始此类构造以增加最终获得的单元拼接的混乱。在根据本发明的给定光学元件内，这些层有不同的对应拼接。
[0053]通过图解的方式，这些单元C可以具有大约是几微米到几百微米尺寸的大小，与正在讨论的层平行。其深度与方向D平行，可以在1到50 μ m之间，并且比如等于约20 μ m。
[0054]当所述层产生的光学相移分别具有专用于这种拼接的单元的值时(这些值在一个单元到下一个单元之间可能发生变化)以及当这些值被限定为一套预先确定的离散值时，认为每个层为数字的。当使用一个自身是数字化的过程来调整该光学相移时，情况尤其如此。这样一个数字化层仅仅能够逼近该光学相移的目标连续分布函数。使用根据本发明的至少两个有多个不重合的拼接的层允许降低这些层的叠加产生的光学相移的实际分布与该目标分布之间的差别。这样一种目标连续分布可以对应于一个单焦的眼镜片的折射函数，例如，或对应于渐进式眼镜片的折射函数。可选择地，该光学相移的目标分布函数可以在该光学元件100的有用区域的单独部分内是连续的，而在两个区域部分之间的边界处不连续。当该目标分布函数对应于一个菲涅尔透镜的折射效果，情况尤其如此。总体上，该目标分布函数可以是任意函数。具体地，该函数围绕该元件的光轴的旋转没有对称性。
[0055]可以通过多种方式估算出根据本发明生产的一个元件的光学相移的实际分布函数与其目标分布函数之间的差别。
[0056]一种第一方法适合用于示范该光学元件可以产生的且易于降低图像对比度的发光干涉效果。该第一方法在于在该光学元件的下游的一个选定平面内，将通过本发明的光学元件并且通过一个参考光学元件针对一个入射单色光波产生的照度分别进行对比。该积分平面将明显地被选为出射光波的焦面。可以通过该第一方法建立多个方向，该光学兀件可以在这些方向上衍射具有大强度的光。取决于情况，将这些衍射方向及一个散射光圈相对于图像方向进行偏转，并因此降低衍射和散射强度会是有利的。
[0057]获得该差别的一种第二方法(被称为Mar6chal准则)在于在一个位于该光学兀件的下游的参考平面上，对一个穿过所述元件的入射单色光波，分别对该光学相移的实际分布函数与目标分布函数的出射波的相位之差的平方求积分。具体地，该积分平面可以位于该光学元件的出口面。此第二种方法具体适合于示范在一个数字镜片的设计过程中与一个实际平面相移相关联的错误数量。
[0058]现在参照图5a描述了本发明的一个第一示例实施例，其中该光学元件100包括两个具有由a表示并等于200 μ m的间距的完全相同的正方形拼接的层1和2。这些层1和2的拼接分别通过沿着这些正方形单元的对角线的一半的长度相对于彼此转换而进行抵消。换言之，该层2的拼接同时相对于该层1的拼接被a/2沿着这些正方形单元C的这些侧的两个方向转换。[0059]这两个层1和2是使用相同数字技术产生的数字化层以调整各单元C内的光学相移。对这些层1和2中的每一个的光学相移分布进行优化以再现焦距为2m(米)的聚光单焦透镜的目标连续分布。在这些条件下，该透明光学元件100是一个焦距等于lm的聚光单焦透镜的数字化版本。
[0060]通过对比，为了展示本发明的益处，图5b和图5c分别示出了两个参考光学元件102和102，各自包括一个由多个正方形拼接组成的单层，该单层再现焦距为lm的聚光单焦透镜的光学相移分布。这两个参考光学元件101和102的生产(不采用本发明)也使用与图5a中用于该元件100的相同的数字化技术来调整各单元C中的光学相移。
[0061]图5b中的元件101的正方形拼接的间距等于a，即与图5a的该元件100的各层1、2的间距完全相同。图5c中的元件102的正方形拼接的间距等于a/2。这三个元件100、101和102的直径是完全相同的。
[0062]在这些条件下，该参考元件101的各单元C产生的光学相移可以是根据本发明的该元件100的单个层的相同单元所产生的光学相移的两倍。此外，该参考元件102的多个单元C所产生的离散光学相移值再现(比该参考元件101的离散化误差小)用作这三个元件的一个目标的焦距为lm的聚光透镜的连续光学相移分布。
[0063]然后可以将这三个元件100、101和102以同等的方式(或者通过实施多个实际的光学实验，或通过此类实验的数值模拟)进行对比。这种在本实例中执行的模拟是基于光学傅里叶计算。假定这类计算背后的原则为本领域技术人员所熟知，并且因此没有必要在此加以说明。
[0064]首先，对这三个元件100、101和102的光学函数进行比较，用上面提出的该第一种方法，通过用与其对应的光轴平行的一束波长为633nm(纳米)的平行单色光的光束对这些元件进行照明。然后记录各元件的图像焦平面中产生的光照照度(位于各元件下游lm)。第二衍射峰的最大强度对这些元件100和102而言是-24.3dB (分贝)，而对该元件101而言是-18.ldB，这些强度是相对于几何图像点(位于该光轴与该图像焦平面交叉处)的强度测得的。因此，虽然根据本发明的该元件100的各层的间距是该参考元件102的间距的两倍，但是这两个光学元件产生的寄生衍射的强度相当(均比该参考元件101的低)。此夕卜，该第一级衍射方向与该光轴之间的夹角相对于元件100与102比相对于该元件101大两倍。
[0065]这两个光学元件100 (图5a)和101 (图5b)的光学函数也通过将其中的每一个粘性地粘结到一个焦距等于-lm的单焦发散透镜上来进行比较。通过连续地改变其厚度的常规方法产生了该发散透镜，以观察与这些数字化元件100和101相关联的效果。对于以此方法获得的双峰观察的折射效果对应于这些数字化元件100和101的缺陷。因此，一个置于无穷处的发光图案(例如一个外角直径等于2.96° (度)而角振幅(angular stroke)厚度等于0.74°的蓝式示标C)通过双峰中的每一个观察到。通过包含该元件100的双峰观察该图案导致了与这些拼接的方向平行对齐的杂像的出现，但是这些杂像之间的空间相对于根据本发明的该元件100比相对于该参考元件101的大两倍。
[0066]以跟根据本发明的一个第二元件的相同的方式观察该图案，该元件由再次包括多个正方形拼接的四个层(间距等于a)组成，然而以这些单元的对角线的长度的四分之一的倍数对这些拼接进行渐进地抵消。此第二元件的各层中的光学相移分布再现一个焦距等于4m的聚光透镜的光学相移。根据本发明的该第二元件因此也形成了一个焦距等于lm的聚光透镜的数字化版本。通过将该第二个四层元件粘合性地粘结到该焦距为-lm的发散透镜形成的新双峰来对蓝式示标C观察表明这些杂像之间的空间也是相对于该元件100的两倍大。因此，在根据本发明的一个透明光学元件中增加层数可以改善其光学函数。
[0067]此外，如果该两个层1和2在该元件100内以长度a/4而不是以a/2在该正方形单元C的这些侧面的两个方向上抵消，这些次级衍射峰的最大强度变为-23.ldB。因此，虽然当转换长度等于间距a的一半时对该元件100而言本发明的好处已经最大化，在间距a的25%和75%之间其他转换长度的值也获得了重大改进。
[0068]如图6所示，根据本发明，一个第三透明光学元件103包括两个层3和4，这两个层再次包括间距a例如等于200 μ m的多个正方形拼接。这两层3和4对于该元件100的层1而言是完全相同的。它们各自因此具有一个对应于一个焦距等于2m的聚光透镜的光学相移分布。这两个层3和4在元件103中叠加，但沿着它们的共同光轴D相对于彼此旋转了 30°。该元件103因此也具有一个焦距为lm的聚光透镜函数。
[0069]当被波长为633nm的平行单色光束照射时，在该元件103的下游lm处该元件的图像焦平面中获得的照度包含多个次级衍射峰，这些次级衍射峰具有等于-24.2dB的最大幅值。赋予根据本发明的元件103的优势因此与赋予元件100的优势类似。换言之，该元件100会因这两个层1和2的角度对齐中的错误稍微降级。
[0070]通过粘合性地粘结到焦距为-lm的发散透镜的元件103观察蓝式示标C导致了杂像的出现，这些杂像在相同的照明和观察条件下没有通过元件102可见的那些杂像那么売。
[0071]如图7所示，根据本发明的一个第四光学元件104由两个层5和6组成，这两个层包括完全相同的拼接，这些拼接沿着该元件的光轴D相对于彼此旋转90°。这两个层5和6的公共拼接是伪随机的。通过随机地移动这些单元C的中心然后通过使用Voronoi_方法构造多个单元间边界从上面描述的层1中的拼接中获得该公共拼接。在如此定义的这些单元C中获得的光学相移再次被选择来再现一个焦距等于2m的聚光透镜。
[0072]—个不采用本发明的参考光学元件是用一个具有与这些层5和6中的每一个相同的伪随机拼接形成的，但各单元C中的光学相移相对于这些层的其中一个层中的等价单元的值的两倍。
[0073]该光学元件104和后者参考元件的折射函数因此可以再次与焦距等于lm的聚光透镜的折射函数相似。当这两个元件被一束平行光照亮时，该元件104会在该图像焦平面中产生比该参考元件的情况衰减更厉害的散射光光环。因此，即使对于随机拼接的情况，本发明也允许减小由于该元件的数字化性质所导致的缺点。
[0074]另外,在根据本发明的一个光学兀件中，属于不同层的多个叠加单兀的光学相移值彼此叠加。其结果是，总相移可达的值的范围的宽度等于各层可达的相移值的范围的对应宽度的总和。因此，根据本发明的一个光学元件可以具有明显的多个光学相移变化，这些变化比现有技术已知的单层元件的那些变化大。因此使用本发明可以产生之前不可能的折射函数。
[0075]具体地，在根据本发明的一个光学元件中可获得的光学相移的较大变化可以避免实现低幅(尽管事实上它们都是Pi的两倍)相位跃变的需要。因此可以仅使用例如幅度大于pi的十倍的相位跃变。这种大幅度相位跃变在该元件的折射函数中仅产生少量的色散，这种色散与许多应用兼容，尤其是眼科应用。
[0076]将被理解为，当相对于上面详细描述的实施例对本发明的一些次要方面进行修改时，本发明可以被再现。具体地，可以应用以下修改，或者单独地或者将其中一些组合:
[0077]-这些叠加层的数目可以是在数字上大于或等于二的任意数字；
[0078]-在一个给定光学元件中的各个层可以有不同的拼接。例如，某些层可以具有周期性的拼接而其他的层可以有随机的或伪随机的拼接；
[0079]-根据本发明的一个光学元件中叠加的这些层可以粘合性地彼此粘结或由安排在两个连续层之间的中间空间或中间薄膜分开；以及
[0080]-一个给定光学元件的两层所产生的多个相移的目标值可以是不同的。因此，这些层的各相移分布函数也可以不同。
【权利要求】
1.一种透明光学元件(100;103;104)，该光学元件旨在通过源于一个景象并穿过所述元件的光形成所述景象的一个图像，所述元件包括多个沿着该元件的一个光轴叠加的层(1，2 ;3，4 ;5，6)，每个层垂直地延伸至该光轴并由多个连续单元(C)的一个拼接组成，每个层中的一个光学相移的一个分布函数在所述层的每个单元内部具有一个常数值，这些层的对应光学相移分布函数的一个组合产生该元件的一个折射函数，该元件的特征在于，这些层中的至少两个层的那些拼接在所述层到垂直于该光轴的一个表面上的投影中不重合，使得这两个层中的一个层的这些连续单元中的一些单元之间的边界在所述投影中切割这两个层中的另一个层的一些单元。
2.如权利要求1所述的元件，其中在该投影表面上不重合的所述至少两个层(1，2;3，4 ;5，6)的这些对应拼接完全相同但通过转换、旋转或转换与旋转的组合相对于彼此抵消。
3.如权利要求2所述的元件，其中在该投影表面上不重合的所述至少两个层(5，6)中的这些对应拼接中的至少一个拼接是随机的或伪随机的。
4.如权利要求2所述的元件，其中在该投影表面上不重合的这些层中的两个层(1，2)的这些对应拼接通过转换、旋转或转换与旋转的组合相对于彼此抵消，并且其中，所述两个层的每一个拼接在与每个层相关联的至少一个周期方向上以一个共同周期(a)是周期性的，并且其中，这两个层中的一个层的周期方向上的转换的长度除了所述共同周期的整数倍之外在该共同周期的25%和75%之间。
5.如权利要求4所述的元件，其中这两个层(1，2)中的一个层的周期方向上的转换的长度在该共同周期(a)的25%和75%之间。
6.如权利要求2所述的元件，其中该`元件的这些层中的N个层具有对应的拼接，这些拼接完全相同但通过转换或转换和旋转的组合各自都相对于作为参考的这N个拼接中的一个拼接抵消，N是大于等于二的整数，并且其中，所述N个层的这些对应拼接各自在与每个层相关联的至少一个周期方向上以一个共同周期a是周期性的，并且其中，所述N个层中的每一个层的拼接相对于该参考拼接的转换的长度在所述参考拼接的周期方向上除所述共同周期的整数倍之外在i a/N的25%和75%之间，其中i是一个为这些具有完全相同拼接的N个层进行编号的自然整数，i在0到N-1之间的范围内且i对于该参考拼接的层而言为零。
7.如权利要求4-6中任一项所述的元件，其中这些具有完全相同拼接的层(1，2)的共同的拼接周期(a)在3μηι和1mm之间。
8.如权利要求2-7中任一项所述的元件，其中这些具有完全相同拼接的层(1，2;3，4 ；5,6)的这些对应的光学相移分布函数自身是完全相同的，除了所述层的对应转换或旋转或转换和旋转的组合之外。
9.如前述权利要求的任意一项所述的元件，其中该元件的折射函数在围绕所述元件的光轴旋转时是不变的，除了这些光学相移分布函数的这些值的离散化导致的残余变化之外。
10.前述权利要求中任一项所述的元件，形成一个光学透镜。
11.如权利要求1 0所述的元件，形成一个镜片。
【文档编号】G02B26/06GK103635836SQ201280013942
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年3月8日 优先权日:2011年3月16日
【发明者】马里尤斯·佩劳克斯, 皮埃尔·查维尔 申请人:依视路国际集团（光学总公司）, 国家科学研究中心