变焦透镜和图像获取装置的制作方法

与本公开一致的设备涉及焦点随着焦距变化而变化的变焦透镜，更具体地，涉及能够以小厚度制成平面形状的旋转变焦平面透镜。

背景技术：

类似于用于移动装置的紧凑型相机和相机，无镜面相机和单镜头反光相机被制造为具有更小的尺寸。因此，需要用于小相机的透镜。到目前为止，用于小相机的大多数透镜都被设计为固定焦距透镜，即具有固定焦距的透镜。然而，由于固定焦距透镜的视角是固定的，因此难以拍摄具有各种效果的图像。特别地，紧凑型相机或用于移动装置的相机通常被设计为适合于特写摄影，因此可能不适合于长距离摄影。

具有多个焦距的多焦点透镜或具有可变焦距的变焦透镜被广泛用作用于从离被拍摄物体的短距离和离被拍摄物体的远距离二者拍摄照片的透镜。然而，由于变焦透镜通常由多个透镜元件组成，所以使用变焦透镜的相机长而重。

技术实现要素：

示例性实施例提供了包括第一相位板和第二相位板的变焦透镜，该第一相位板和第二相位板可围绕光轴相对于彼此旋转。

根据示例性实施例的一个方面，提供了第一相位板，第一相位板包括多个第一相位转换元件，多个第一相位转换元件中的至少一些具有彼此不同的直径；以及第二相位板，第二相位板包括多个第二相位转换元件，多个第二相位转换元件中的至少一些具有彼此不同的直径，其中，第一相位板和第二相位板沿着光轴彼此面对，并且能够围绕光轴相对于彼此旋转，以在第一相位板和第二相位板之间产生相对旋转位移，并且多个第一相位转换元件和多个第二相位转换元件被配置为使得透过第一相位板和第二相位板的光根据第一相位板和第二相位板之间的相对旋转位移而聚焦在光轴上的不同位置上。

多个第一相位转换元件和多个第二相位转换元件可以具有径向对称的柱形状，其中，多个第一相位转换元件可以根据第一相位板上的多个第一相位转换元件的位置而具有彼此不同的直径，使得透过第一相位板的光的相位根据第一相位板上的多个第一相位转换元件的位置而不同地改变，并且多个第二相位转换元件可以根据第二相位板上的多个第二相位转换元件的位置而具有彼此不同的直径，使得透过第二相位板的光的相位根据第二相位板上的多个第二相位转换元件的位置而不同地改变。

可以确定多个第一相位转换元件的根据第一相位板上的多个第一相位转换元件的位置的直径和多个第二相位转换元件的根据第二相位板上的多个第二相位转换元件的位置的直径，使得透过第一相位板和第二相位板中的每一个的光的相位与相对于光轴的径向距离的平方成比例并与方位角成比例。

第一相位板和第二相位板中的每一个可以沿方位角方向和径向方向的至少一个在空间上划分为至少两个区域，并且多个第一相位转换元件可以布置在第一相位板的至少两个区域中，并且多个第二相位转换元件可以布置在第二相位板的至少两个区域中，使得第一相位板和第二相位板中的每一个的至少两个区域具有彼此不同的工作波长。

多个第一相位转换元件的厚度可以等于多个第二相位转换元件的厚度。

第一相位板还可以包括透明的第一基板，并且多个第一相位转换元件以正方形格子或六边形格子形状以规则的间隔布置在第一基板上，并且第二相位板还可以包括透明的第二基板，并且多个第二相位转换元件以正方形格子或六边形格子形状以规则的间隔布置在第二基板上。

多个第一相位转换元件之间的空间与多个第二相位转换元件之间的空间可以小于工作波长。

多个第一相位转换元件和多个第二相位转换元件中的每一个可以包括具有比第一基板和第二基板的折射率高的折射率的材料。

第一基板和第二基板中的每一个可以具有平板形状，并且第一相位板和第二相位板可以被布置成使得多个第一相位转换元件和多个第二相位转换元件彼此面对。

第一相位板还可以包括设置在第一基板上并填充多个第一相位转换元件之间的空间的第一介电层，第二相位板还可以包括设置在第二基板上并且填充多个第二相位转换元件之间的空间的第二介电层，并且第一介电层和第二介电层中的每一个可以是透明的。

第一介电层的厚度可以大于多个第一相位转换元件的厚度，使得第一介电层完全覆盖多个第一相位转换元件，并且第二介电层的厚度可以大于多个第二相位转换元件的厚度，使得第二介电层完全覆盖多个第二相位转换元件。

第一相位板和第二相位板可以布置成使得第一介电层和第二介电层彼此接触。

当第一相位板和第二相位板之间的相对旋转位移为0时，变焦透镜的屈光力可以大于0，并且多个第一相位转换元件和多个第二相位转换元件可以布置成使得变焦透镜的屈光力与第一相位板和第二相位板之间的相对旋转位移成比例。

变焦透镜还可以包括：第三相位板，第三相位板包括多个第三相位转换元件，多个第三相位转换元件中的至少一些具有彼此不同的直径；以及第四相位板，第四相位板包括多个第四相位转换元件，多个第四相位转换元件中的至少一些具有彼此不同的直径，其中，多个第一相位转换元件和所述多个第二相位转换元件被配置为使得第一相位板和第二相位板共同用作第一透镜元件，并且多个第三相位转换元件和多个第四相位转换元件被配置为使得第三相位板和第四相位板共同用作第二透镜元件。

第一相位板，第二相位板，第三相位板和第四相位板可以沿着光轴依次布置，第三相位板和第四相位板可以围绕光轴相对于彼此旋转，以在第三相位板和第四相位板之间产生相对旋转位移，并且多个第三相位转换元件和多个第四相位转换元件可以被配置为使得透过第三相位板和第四相位板的光根据第三相位板和第四相位板之间的相对旋转位移而聚焦在光轴上的不同位置上。

多个第三相位转换元件中的每一个和多个第四相位转换元件中的每一个可以具有径向对称的柱形状，多个第三相位转换元件可以根据第三相位板上的多个第三相位转换元件的位置而具有彼此不同的直径，使得透过第三相位板的光的相位根据第三相位板上的多个第三相位转换元件的位置而不同地改变，并且多个第四相位转换元件可以根据第四相位板上的多个第四相位转换元件的位置而具有彼此不同的直径，使得透过第四相位板的光的相位根据第四相位板上的多个第四相位转换元件的位置而不同地改变。

可以确定多个第三相位转换元件的根据第三相位板上的多个第三相位转换元件的位置的直径和多个第四相位转换元件的根据第四相位板上的多个第四相位转换元件的位置的直径，使得透过第三相位板和第四相位板中的每一个的光的相位与相对于光轴的径向距离的平方成比例并与方位角成比例。

第一透镜元件和第二透镜元件可以具有相同符号的屈光力，并且多个第一相位转换元件，多个第二相位转换元件，多个第三相位转换元件和多个第四相位转换元件可以被布置成使得第一透镜元件的屈光力相对于第一相位板和第二相位板之间的相对旋转位移的变化程度等于第二透镜元件的屈光力相对于第三相位板和第四相位板之间的相对旋转位移的变化程度。

多个第一相位转换元件，多个第二相位转换元件，多个第三相位转换元件和多个第四相位转换元件可以被布置成使得第一透镜元件和第二透镜元件具有相反符号的屈光力，多个第一相位转换元件和多个第二相位转换元件以相同的形式布置，并且多个第三相位转换元件和多个第四相位转换元件以相同的形式布置。

第一透镜元件和第二透镜元件可以具有相同符号的屈光力，并且多个第一相位转换元件，多个第二相位转换元件，多个第三相位转换元件和多个第四相位转换元件可以被布置成使得第一透镜元件的屈光力相对于第一相位板和第二相位板之间的相对旋转位移的变化程度不同于第二透镜元件的屈光力相对于第三相位板和第四相位板之间的相对旋转位移的变化程度。

根据示例性实施例的另一方面，提供了一种图像获取装置，包括：变焦透镜，包括第一相位板，第一相位板包括多个第一相位转换元件，多个第一相位转换元件中的至少一些具有彼此不同的直径，以及第二相位板，第二相位板包括多个第二相位转换元件，多个第一相位转换元件中的至少一些具有彼此不同的直径；致动器，被配置为相对于彼此旋转地移动第一相位板和第二相位板；控制器，被配置为控制致动器以在第一相位板和第二相位板之间产生相对旋转位移；以及图像拾取装置，其中，第一相位板和第二相位板沿着光轴彼此面对，并且能够围绕光轴相对于彼此旋转，并且多个第一相位转换元件和多个第二相位转换元件被布置为使得透过第一相位板和第二相位板的光根据第一相位板和第二相位板之间的相对旋转位移而聚焦在光轴上的不同位置上。

另外的方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地从描述中将是显而易见的，或者可以通过实践本实施例来了解。

附图说明

结合附图，从示例性实施例的以下描述，上述和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，在附图中：

图1是根据示例性实施例的变焦透镜的横截面视图；

图2是在图1所示的变焦透镜的相位板的透视图；

图3是示出布置在相位板中的一个相位转换元件的直径与透射光的相位变化之间的关系的曲线图；

图4是示出根据示例性实施例的第一相位板的多个第一相位转换元件的布置的平面图；

图5是表示第一相位板和第二相位板之间的旋转位移与变焦透镜的屈光力之间的关系的曲线图；

图6是表示根据另一示例性实施例的第一相位板和第二相位板之间的旋转位移与变焦透镜的屈光力之间的关系的曲线图；

图7是根据另一示例性实施例的变焦透镜的横截面视图；

图8是根据另一示例性实施例包括两个透镜元件的变焦透镜的横截面视图；

图9是表示当两个透镜元件相同时与变焦透镜相当的光学透镜的结构的横截面视图；

图10是表示相对于图9的示例，第一相位板和第二相位板之间以及第三相位板和第四相位板之间的旋转位移与变焦透镜的屈光力之间的关系的曲线图；

图11是表示当两个透镜元件的屈光力的符号彼此相反时与变焦透镜相当的光学透镜的结构的横截面视图；

图12是表示相对于图11的示例，第一相位板和第二相位板之间以及第三相位板和第四相位板之间的旋转位移与变焦透镜的屈光力之间的关系的曲线图；

图13是表示当两个透镜元件的屈光力的符号相同并且屈光力的大小彼此不同时与变焦透镜相当的光学透镜的结构的横截面视图；

图14是表示相对于图13的示例，第一相位板和第二相位板之间以及第三相位板和第四相位板之间的旋转位移与变焦透镜的屈光力之间的关系的曲线图；

图15和16是示出根据另一示例性实施例的第一相位板的结构的平面图；以及

图17是根据示例性实施例的图像采集设备的概念图。

具体实施方式

在下文中，参考附图，将详细描述示例性实施例。相同的附图标记始终表示相同的元件，并且在附图中，为了清楚和方便的解释，元件的尺寸可能被夸大。下面描述的实施例仅仅是示例性的，并且从实施例可以进行各种修改。在下面描述的层结构中，诸如“上方”或“上”之类的表达不仅可以包括“以接触方式紧靠在上/下/左/右”的含义，而且还可以包括“以非接触方式在上/下/左/右”。

图1是根据示例性实施例的变焦透镜100的横截面视图。参考图1，根据示例性实施例的变焦透镜100可以包括第一相位板110和第二相位板120，第一相位板110和第二相位板120被布置为沿着光轴ox彼此面对并且被配置为能够相对于彼此围绕光轴ox旋转。第一相位板110可以包括透明的第一基板111和在第一基板111的面向第二相位板120的表面上二维布置的多个第一相位转换元件112。第二相位板120可以包括透明的第二基板121和在第二基板121的面向第一相位板110的表面上二维布置的多个第二相位转换元件122。也就是说，第一相位板110和第二相位板120可以被布置成使得第一相位转换元件112和第二相位转换元件122彼此面对。第一相位转换元件112和第二相位转换元件122可以不彼此接触，使得当第一相位板110和第二相位板120相对于彼此旋转时不会发生损坏。根据示例性实施例，第一相位转换元件112和第二相位转换元件122可以彼此间隔开距离g。

第一相位转换元件112和第二相位转换元件122可以分别在第一基板111的表面和第二基板121的表面上方突出。例如，图2是图1所示的变焦透镜100的第一相位板110的透视图。如图2所示，第一相位转换元件112可以二维布置在第一基板111上以形成预定图案。例如，第一相位转换元件112可以以正方形格子或六边形格子的形式以规则的间隔布置，并且第二相位转换元件122也可以以正方形格子或六边形格子的形式布置。这里，相邻的第一相位转换元件112之间的间隔或第一相位转换元件112的布置周期可以小于变焦透镜100的工作波长。通过减小相邻的第一相位转换元件112之间的间隔，可以抑制高阶衍射分量的产生。

第一相转换元件112中的每一个可以具有例如圆柱形形状。第二相转换元件122中的每一个也可以具有圆柱形形状。然而，第一和第二相位转换元件112和122不一定必须具有圆柱形形状，而是可以具有径向对称多边形柱的形式，例如方柱或六边形柱。第一和第二相位转换元件112和122可以使用一般的半导体图案化工艺来形成，尽管不限于此，也可以使用许多其它类型的工艺来形成。例如，在分别在第一和第二基板111和121的表面上堆叠第一和第二相位转换元件112和122的材料层之后，第一和第二相位转换元件112和122可以通过使用光刻工艺或本领域技术人员已知的一些其它类型的工艺图案化材料层而简单地形成。

第一基板111和第二基板121可以包括例如透明玻璃板，透明塑料材料或其组合。第一和第二相位转换元件112和122可以包括折射率高于第一和第二基板111和121的材料的折射率的材料。例如，第一和第二相位转换元件112和122可以包括高折射率材料，例如锗(ge)，非晶硅(a-si)，多晶硅(p-si)，单晶硅(c-si)，iii-v族化合物，tio2或sinx，但不限于此。例如，第一和第二相转换元件112和122的折射率在可见光波长处可以大于3.5。应当理解，第一和第二相转换元件112和122的折射率也可以等于或小于3.5。

当入射光通过具有高折射率的第一和第二相位转换元件112和122时，入射光的相位被第一和第二相位转换元件112和122延迟，并且透过第一和第二相位转换元件112和122的透射光的相位与入射光的相位不同。入射光的相位变化的程度可以根据第一和第二相位转换元件112和122的尺寸和厚度t来确定。如果第一和第二相位转换元件112和122具有例如多边形柱形式的形状，则透射光的相位根据第一和第二相位转换元件112和122的直径d和厚度t而变化。

例如，图3是示出分别布置在第一和第二相位板110和120中的第一和第二相位转换元件112和122中的一个的直径与透射光的相位变化之间的关系的曲线图。在图3的曲线图中，假设第一和第二相位转换元件112和122中的每一个具有包括非晶硅的圆柱体的形式，以六边形格子的形式被布置为具有650nm的周期，并且具有715nm的厚度。此外，假设入射光的波长为950nm。然而，示例性实施例不限于此。例如，第一和第二相位转换元件112和122可以包括非晶硅以外的材料，也可以除了非晶硅之外包括其他材料，并且可以具有多于或小于650nm的周期和多于或小于715nm的厚度。参考图3，第一和第二相位转换元件112和122的直径和相位变化不是线性相关的，而是非线性相关的。然而，可以理解，相位变化随着第一和第二相位转换元件112和122的直径增加而增加。

因此，当第一和第二相位转换元件112和122中的至少一些具有不同的尺寸或不同的厚度时，透过第一和第二相位板110和120的透射光可以具有取决于第一和第二板110和120上的第一和第二相转换元件112和122的局部位置的不同相位。也就是说，透射光的相位局部地根据第一和第二相位板110和120上的第一和第二相位转换元件112和122的位置而变化。通过适当地布置具有不同尺寸或不同厚度的多个第一和第二相位转换元件112和122，可以根据需要控制透过第一和第二相位板110和120的透射光的波前。例如，根据第一和第二相位转换元件112和122的布置，第一和第二相位板110和120可以用作诸如透镜的折射光学元件。第一和第二相位板110和120除了透镜之外或者替代透镜还可以用作其他类型的光学元件。

根据本示例性实施例，第一和第二相位转换元件112和122的布置可以被设计成使得透过第一和第二相位板110和120的透射光的相位分布与距离光轴ox的径向距离的平方和方位角的乘积成比例，如等式1所示，并且第一相位板110和第二相位板120可以设置为彼此面对。在等式1中，表示透射光的相位变化，r表示距离光轴ox的径向距离，θ表示方位角，a表示比例常数。

[等式1]

φ＝aθr²

然后，当第一相位板110和第二相位板120围绕光轴ox相对于彼此旋转时，由第一相位板110和第二相位板120的组合引起的变焦透镜100的总相位变化根据第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移而变化。例如，变焦透镜100的屈光力可以根据第一相位板110和第二相位板120的相对旋转位移和位移方向改变，使得变焦透镜100的焦距改变。为此，第一和第二相位转换元件111和122可以布置成使得根据第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移，透过第一相位板110和第二相位板120的光聚焦在光轴ox上的不同位置上。也就是说，第一和第二相位转换元件112和122可以被布置成使得透过第一和第二相位板110和120的透射光的相位分布如等式1所示。

例如，图4是示出根据示例性实施例的第一相位板110的多个第一相位转换元件112的布置的平面图。参考图4，多个第一相位转换元件112根据其在第一相位板110上的位置具有不同的直径，使得透过第一相位板110的光的相位根据第一相位板110上的第一相位转换元件112的位置而不同地改变。第二相位板120也可以与第一相位板110相同的方式设计。也就是说，多个第二相位转换元件122可以根据其在第二相位板120上的局部位置具有不同的直径，使得透过第二相位板120的光的相位根据其在第二相位板120上的局部位置而不同地改变。第一相位转换元件112的直径示于图4中。可以选择多个第一相位转换元件112的根据它们在第一相位板110上的位置而彼此不同的直径，使得透过第一相位板110的光的相位满足如等式1中所示的条件。类似地，可以选择多个第二相位转换元件122的根据它们在第二相位板120上的位置而彼此不同的直径，使得透过第二相位板120的光的相位满足如等式1所示的条件。

当确定第一和第二相位板110和120中的每一个的位置处的相位变化时，第一和第二相位板110和120的相应位置处的第一和第二相位转换元件112和122的直径可以基于第一和第二相位转换元件112和122的直径与透射光的相位变化之间的关系来确定，如图3所示。透射光的相变可能受到第一和第二相位转换元件112和122的厚度的影响。然而，当第一和第二相位转换元件112和122的厚度彼此不同时，制造第一和第二相位板110和120的过程可能是复杂的，因此例如第一和第二相位转换元件112和122可以形成为具有715nm的相同厚度。

图5是示出在第一相位板110的第一相位转换元件112的布置和第二相位板120的第二相位转换元件122的布置彼此相同的情况下第一相位板110和第二相位板120之间的旋转位移与变焦透镜100的屈光力之间的关系的曲线图。参考图5，可以理解，变焦透镜100的屈光力与旋转位移具有线性比例关系。例如，当旋转位移为0时，变焦透镜100的屈光力为0，随着旋转位移增大或减小，变焦透镜100的屈光度也可以按比例增大或减小。变焦透镜100的焦距可以如等式2所示表示为屈光力的倒数。

[等式2]

在等式2中，f表示焦距，θrot表示旋转位移，λ表示入射光的波长，a表示如等式1所示的比例常数。屈光力f^-1可以与旋转位移θrot成比例，如等式2所示。变焦透镜100的光学特性主要由比例常数a决定。例如，如果比例常数a为正数，则当发生正旋转位移时，变焦透镜100可以具有正屈光力，并且随着比例常数的大小增加，由于旋转位移引起的屈光力的变化也可能增加。因此，在根据变焦透镜100的期望特性确定比例常数a之后，第一相位转换元件112和第二相位转换元件122的布置可以设计成满足等式1的条件。

在图5的示例中，当旋转位移为0时，屈光力为0。然而，即使没有旋转位移，也可以赋予初始偏移值以具有屈光力。图6是表示根据另一示例性实施例的第一相位板110和第二相位板120之间的旋转位移与变焦透镜100的屈光力之间的关系的曲线图。参考图6，当旋转位移为0时，变焦透镜100的屈光力大于0。当第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移增加或减小时，屈光力可以与其成比例地增加或减小。例如，当旋转位移为0时，第一相位转换元件112的布置和第二相位转换元件112的布置可以设计成使得第二相位转换元件122相对于第一相转换元件112旋转初始偏移值。

根据本示例性实施例的变焦透镜100可以形成为平面形状，并且因此可以具有小的厚度。例如，变焦透镜100可以具有几μm至几mm的小厚度。因此，变焦透镜100可以向紧凑型相机或用于移动装置的相机提供变焦功能。此外，由于根据本示例性实施例的变焦透镜100可以通过使用光刻工艺的图案化方法来制造，所以不需要用于形成光学透镜元件的复杂曲面的复杂的工艺步骤。因此，可以容易地制造变焦透镜100，并且可以降低由于工艺误差引起的质量劣化，从而可以提高图像质量。此外，由于可以通过简单地旋转第一相位板110或第二相位板120来改变屈光力，所以不需要确保用于调节屈光力的附加空间。此外，由于相对于径向距离以二次多项式的形式给出相位变化，如等式1所示，所以在远离光轴ox的位置处的相位分布变化相对较小。因此，容易设计具有大直径的变焦透镜。

图7是根据另一示例性实施例的变焦透镜200的横截面视图。参考图7，变焦透镜200还可以包括透明的且围绕并保护第一和第二相位转换元件112和122的第一和第二介电层113和123。例如，第一相位板110可以包括填充在多个第一相位转换元件112之间的第一介电层113，并且第二相位板120可以包括填充在多个第二相位转换元件122之间的第二介电层123。第一和第二介电层113和123可以包括诸如基于硅氧烷的旋涂玻璃(sag)，透明聚合物材料，sio2等的材料。

为了充分保护第一和第二相位转换元件112和122，第一介电层113的厚度可以大于第一相位转换元件112的厚度以完全覆盖第一相位转换元件112，并且第二介电层123的厚度可以大于第二相位转换元件122的厚度以完全覆盖第二相位转换元件122。在这种情况下，当第一相位板110和第二相位板120相对旋转时，第一和第二相位转换元件112和122可以不会被损坏。因此，如图7所示，第一相位板110和第二相位板120可以被布置成使得第一介电层113和第二介电层123彼此接触。

图8是根据另一示例性实施例的变焦透镜300的横截面视图。参考图8，除了第一相位板110和第二相位板120之外，变焦透镜300还可以包括第三相位板130和第四相位板140。例如，第一相位板110到第四相位板140可以沿光轴依次设置。第三相位板130可以包括第三基板131，具有不同尺寸的多个第三相位转换元件132和用于保护第三相位转换元件132的第三介质层133。第四相位板140可以包括第四基板141，具有不同尺寸的多个第四相位转换元件142以及用于保护第四相位转换元件142的第四介质层143。

多个第一相位转换元件112和多个第二相位转换元件122可以被布置成使得一对第一和第二相位板110和120用作第一透镜元件。多个第三相位转换元件132和多个第四相位转换元件142可以被布置成使得一对第三和第四相位板130和140用作第二透镜元件。第一相位板110和第二相位板120可以被配置为能围绕光轴相对于彼此旋转，并且第三相位板130和第四相位板140可以被配置为能在垂直于光轴的方向上相对于彼此旋转。第一和第二相位转换元件112和122可以布置成使得根据第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移，透过第一相位板110和第二相位板120的光聚焦在光轴上的不同位置上。类似地，第三和第四相位转换元件132和142可以布置成使得根据第三相位板130和第四相位板140之间的相对旋转位移，透过第三相位板130和第四相位板140的光聚焦在光轴上的不同位置上。因此，变焦透镜300的焦距可以根据第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移以及第三相位板130和第四相位板140之间的相对旋转位移而变化。

如上参考图2和3所述，第一至第四相位转换元件112,122,132和142可以具有径向对称形状的圆柱形或多边形柱的形式。第一至第四相位转换元件112,122,132和142可以根据第一至第四相位板110,120,130和140上的局部位置分别具有不同的直径，使得透过第一至第四相位板110,120,130和140的光的相位根据第一至第四相位板110,120,130和140上的局部位置而不同地改变。例如，可以选择第一和第二相位转换元件112和122的直径，使得透过第一和第二相位板110和120中的每一个的光的相位与围绕光轴的径向距离的平方成比例并与方位角成比例。类似地，可以确定第三相位转换元件132的根据它们在第三相位板130上的位置的直径和第四相位转换元件142的根据它们在第四相位板140上的位置的直径，使得透过第三和第四相位板130和140中的每一个的光的相位与围绕光轴的径向距离的平方成比例并且与方位角成比例。

在根据本示例性实施例的变焦透镜300中，包括一对第一和第二相位板110和120的第一透镜元件和包括一对第三和第四相位板130和140的第二透镜元件可以设计成具有相同的光学特性或可以设计成具有不同的光学特性。

例如，图9是表示当两个透镜元件(即第一和第二透镜元件)相同时与变焦透镜300相当的光学透镜的结构的横截面视图，并且图10是表示第一相位板110和第二相位板120之间以及第三相位板130和第四相位板140之间的旋转位移与变焦透镜300的屈光力之间的关系的曲线图。参考图9，第一透镜元件和第二透镜元件都被设计为具有像凸透镜那样的正屈光力。第一透镜元件的屈光力相对于第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移的变化程度等于第二透镜元件的屈光力相对于第三相位板130和第四相位板140之间的相对旋转位移的变化程度。为此，对于第一透镜元件和第二透镜元件，可以等同地选择等式1的比例常数a。例如，第一至第四相位转换元件112,122,132和142可全部以相同的形式布置。

参考图10，由“a”表示的线表示第一透镜元件和第二透镜元件的屈光力的变化，由“b”表示的线表示变焦透镜300的屈光力的总体变化。如图10所示，变焦透镜300的屈光力的总体变化是第一透镜元件的屈光力的变化和第二透镜元件的屈光力的变化之和。因此，可以增加变焦透镜300的屈光力的变化范围。通常，即使比例常数a增加，也可以获得大的屈光力变化。然而，如果比例常数a增加，则在相位板的边缘处的相位变化快速增加，因此可能难以设计和制造相位转换元件。因此，当如图9所示那样组合两个透镜元件。可以在可以设计和制造相位转换元件的范围内增加变焦透镜300的屈光力的变化。

图11是表示当两个透镜元件(即第一和第二透镜元件)的屈光力的符号彼此相反时与变焦透镜300相当的光学透镜的结构的横截面视图，并且图12是表示相对于图11的示例，第一相位板110和第二相位板120之间以及第三相位板130和第四相位板140之间的旋转位移与变焦透镜300的屈光力之间的关系的曲线图。参考图11，第一透镜元件被设计成具有像凹透镜那样的负屈光力，并且第二透镜元件被设计成具有像凸透镜那样的正屈光力。第一透镜元件的屈光力相对于第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移的变化程度可以等于或不同于第二透镜元件的屈光力相对于第三相位板130和第四相位板140之间的相对旋转位移的变化程度。为此，第一透镜元件的比例常数a可以为正值，第二透镜元件的比例常数a可以为负值。

参考图12，由“a”表示的线表示第一透镜元件的屈光力的变化，由“b”表示的线表示第二透镜元件的屈光力的变化，由“c”表示的线表示变焦透镜300的屈光力的总体变化。在这样的构造下，变焦透镜300的像差可以通过适当地调整第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移以及第三相位板130和第四相位板140之间的相对旋转位移来补偿。

图13是表示当两个透镜元件(即第一和第二透镜元件)的屈光力的符号相同并且屈光力的大小彼此不同时与变焦透镜300相当的光学透镜的结构的横截面视图，并且图14是表示相对于图11的示例，第一相位板110和第二相位板120之间以及第三相位板130和第四相位板140之间的旋转位移与变焦透镜300的屈光力之间的关系的曲线图。参考图13，第一透镜元件和第二透镜元件都被设计为具有像凸透镜那样的正屈光力。第二透镜元件的屈光力相对于第三相位板130和第四相位板140之间的相对旋转位移的变化程度可以大于第一透镜元件的屈光力相对于第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移的变化程度。为此，第一透镜元件的比例常数a和第二透镜元件的比例常数a都可以是正值，并且第二透镜元件的比例常数a可以大于第一透镜元件的比例常数a。

在该结构中，变焦透镜300的屈光力可以首先通过使用第三相位板130和第四相位板140在大范围内调整，然后通过使用第一相位板110和第二相位板精细调整。参考图14，由“a”表示的线表示第二透镜元件对变焦透镜300的屈光力贡献，由“b”表示的线表示第一透镜元件对变焦透镜300的屈光力贡献。例如，在第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移固定的状态下，由“a”表示的屈光力的变化可以通过调整第三相位板130和第四相位板140之间的相对旋转位移而获得。然后，在第三相位板130和第四相位140之间的相对旋转位移固定的状态下，由“b”表示的屈光力可以通过另外调整第一相位板110和第二相位板120之间的相对旋转位移来精细调整。

从等式2可以看出，变焦透镜100,200,300的屈光度或焦距也受到入射光的波长λ的影响。因此，第一，第二，第三和第四相位板110,120,130和140可以在空间上分开，使得变焦透镜100,200和300可以具有各种工作波长。例如，图15和图16是示出根据另一示例性实施例的第一相位板110的结构的平面图。如图15所示，第一相位板110可以沿方位角方向在空间上分成多个区域(至少两个区域)，即第一，第二，第三，第四和第五区域110a，110b，110c，110d和110e。另外，如图16所示，第一相位板110可以沿径向方向在空间上分成多个区域(至少两个区域)，即第一，第二，第三，第四和第五区域110a，110b，110c，110d和110e。可替代地，通过组合图15的结构和图16的结构，第一相位板110可以沿方位角方向和径向方向二者在空间上划分。虽然第一相位板110在图15和16中作为示例示出为被分成五个区域，即第一至第二，第三，第四和第五区域110a，110b，110c，110d和110e，本发明构思不限于此，划分区域的数量可以根据需要适当选择。另外，虽然仅第一相位板110在图15和16中示出，但是第二，第三和第四相位板120,130和140也可以以与第一相位板110相同的方式进行空间划分。

根据本示例性实施例，第一，第二，第三，第四和第五区域110a，110b，110c，110d和110e可以具有不同的工作波长。换句话说，可以根据第一区域110a中的局部位置来选择第一相位转换元件112的直径，使得第一区域110a具有第一工作波长。第一相位转换元件112可以布置在第二，第三，第四和第五区域110b，110c，110d和110e的每一个中，使得第二区域110b具有第二工作波长，第三区域110c具有第三工作波长，第四区域110d具有第四工作波长，第五区域110e具有第五工作波长。例如，为了允许变焦透镜100相对于第一至第五工作波长具有相同的屈光度或焦距，第一相位转换元件112可以在第一，第二，第三，第四，和第五区域110a，110b，110c，110d和110e中不同地布置。为此，第一，第二，第三，第四和第五区域110a，110b，110c，110d和110e中的每一个的比例常数a可以选择为与其工作波长成反比。

上述变焦透镜100,200,300和400可以用于诸如紧凑相机或用于移动装置的相机的图像采集装置中。例如，图17是根据示例性实施例的图像采集设备500的概念图。参考图17，图像获取设备500可以包括变焦透镜200，用于旋转变焦透镜200的第一相位板110的第一致动器531，用于旋转变焦透镜200的第二相位板120的第二致动器532，用于通过驱动第一和第二致动器531和532来控制第一相板110和第二相位板120之间的旋转位移的控制器520，以及具有用于感测光的多个像素的图像拾取装置510。此外，图像获取设备500还可以包括用于根据需要发射或遮挡光的光学快门540。

尽管图2所示的变焦透镜200作为示例在图17示出，但是图像获取设备500可以包括其他变焦透镜100和300。另外，第一致动器531和第二致动器532中的一个可以在图17中省略。换句话说，第一和第二相位板110和120都可以通过使用第一致动器531和第二致动器532二者来旋转，或者相位板110和120中的仅一个可以仅使用第一和第二第二致动器531和532中的一个来旋转。第一和第二致动器531和532可以是使用静电力或磁力的电子装置，或者可以是机械装置。控制器520可以根据预先编程的程序或用户的选择来计算旋转位移以获得变焦透镜200的期望焦距，并且可以通过计算的旋转位移来控制第一和第二致动器531和532以旋转第一和第二相位板110和120。

此外，图像获取设备500可以仅使用变焦透镜200，但是还可以包括附加的光学透镜元件550。虽然图17中仅作为示例示出了一个光学透镜元件550，图像获取设备500可以将两个或更多个光学透镜元件550和变焦透镜200一起使用。

图像获取设备500还可以在连续调整变焦透镜200的焦距的同时拍摄照片来执行深度传感器的功能。例如，由于被摄体的距离根据变焦透镜200的焦距而变化，所以可以使用通过在将焦距从最小焦距连续变化到最大焦距的同时执行拍摄而获得的多个图像来生成深度图。

当变焦透镜200的第一和第二相位板110和120如图15或16所示在空间上被划分时，根据控制器520的控制，光学快门540可以操作以仅使用第一，第二，第三，第四和第五区域110a，110b，110c，110d和110e中的任何一个。例如，光学快门540可以朝向第一，第二，第三，第四和第五区域110a，110b，110c，110d和110e中的一个发射光，并且朝向剩余区域阻挡光。

虽然已经结合附图所示的示例性实施例示出和描述了上述旋转变焦平面透镜，但是本领域普通技术人员将会理解，可以从中进行各种修改和等效实施例。因此，所公开的示例性实施例应当以说明性的意义而不是限制性的方式来考虑。实施例的范围将在所附权利要求中，并且其等同范围中的所有差异应被理解为包括在实施例中。