[发明专利]具有取决于入射光的偏振的、用于改变聚焦后光图案的光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及具有可变聚焦光束图案的光学装置，更具体地，涉及一种通过将具有取决于偏振的聚焦特性的两个柱状透镜阵列层叠来配置的具有可变聚焦光束图案的光学装置，该光学装置能够根据入射光束的变化的偏振方向获得各种聚焦光束图案。

背景技术

利用具有光学各向异性的液晶或者液晶聚合物配置的凸透镜形状的柱状透镜阵列形成在凹透镜形状的透明聚合物层上。凹透镜形状的柱状透镜阵列的透镜功能根据入射光束的偏振方向来确定。例如，在凹透镜形状的聚合物层的折射率与形成在凹透镜形状的聚合物层上的凸透镜形状的液晶或液晶聚合物的正常折射率(ordinaryrefractiveindex)光学匹配(refractiveindexmatching)，并且液晶或者液晶聚合物的非常折射率(extraordinaryrefractiveindex)大于聚合物层的再现图像的情况下，当入射光束入射以使得入射光束的偏振与非常折射率轴方向平行时，柱状透镜阵列用作凸透镜，以使得光被聚焦以输出。然而，当入射光束的偏振与正常折射率轴方向平行时，柱状透镜阵列不用作凸透镜，使得光无法被聚焦，因此，光径直地传播。

当具有与非常折射率轴方向平行的偏振的光入射在上述柱状透镜阵列上时，在分离开焦距的点处形成方向性平行于透镜阵列的轴方向的聚焦的线阵列的图案。

本发明在于提供一种利用具有上述特性的柱状透镜阵列根据入射光束的偏振具有各种聚焦光束图案的光学装置。

发明内容

技术问题

在使用现有液晶或液晶聚合物的具有偏振依赖性的透镜阵列的情况下，单一聚焦图案根据入射光束的偏振条件简单地切换。本发明在于提供一种使用具有偏振依赖性的层叠的柱状透镜阵列的根据入射光束的偏振条件具有可变聚焦光束图案的光学装置。

技术方案

根据本发明的方面，提供一种具有根据入射光束的偏振的可变聚焦光束图案的光学装置，该光学装置包括：

第一透镜结构，其通过排列第一柱状透镜来配置，所述第一柱状透镜利用具有第一非常折射率轴方向的液晶或液晶聚合物形成并且所述第一柱状透镜的纵轴与第一排列方向对准；以及第二透镜结构，其被层叠在所述第一透镜结构的光束发射表面上，并且通过排列第二柱状透镜来配置，所述第二柱状透镜利用具有第二非常折射率轴方向的液晶或液晶聚合物形成，并且所述第二柱状透镜的纵轴与第二排列方向对准，

其中，从所述第二透镜结构输出的输出光的光束图案根据入射在所述第一透镜结构上的入射光束的偏振方向、所述第一透镜结构的所述第一非常折射率方向、所述第二透镜结构的所述第二非常折射率轴方向、所述第一透镜结构的第一排列方向和所述第二透镜结构的所述第二排列方向来确定。

在根据上述方面的具有可变聚焦光束图案的光学装置中，优选地，第一透镜结构和第二透镜结构被设计为使得聚焦点(焦平面)相同。

在根据上述方面的具有可变聚焦光束图案的光学装置中，优选地，所述第一透镜结构和所述第二透镜结构中的每一个被配置为包括：透镜层，其利用具有光学各向异性的液晶或液晶聚合物来配置并且具有凸透镜形状；以及基板层，其利用具有光学各向同性的聚合物来配置并且具有与所述透镜层的形状相反的形状。

另外，更优选地，所述透镜层的非常折射率大于所述基板层的折射率，并且其中，所述透镜层的正常折射率等于所述基板层的折射率。

在根据上述方面的具有可变聚焦光束图案的光学装置中，优选地，所述第一透镜结构的所述第一排列方向和所述第二透镜结构的所述第二排列方向彼此相同或彼此垂直。另外，优选地，所述第一透镜结构的所述第一非常折射率轴方向和所述第二透镜结构的所述第二非常折射率轴方向彼此相同或彼此垂直。

在根据上述方面的具有可变聚焦光束图案的光学装置中，优选地，在所述第一透镜结构的纵轴的排列方向和所述第二透镜结构的纵轴的排列方向彼此平行并且所述第一透镜结构的非常折射率轴方向和所述第二透镜结构的非常折射率轴方向彼此垂直的情况下，所述第二透镜结构的第二柱状透镜的排列周期被确定为是所述第一透镜结构的第一柱状透镜的排列周期的整数倍，或者所述第一透镜结构的第一柱状透镜的排列周期被确定为是所述第二透镜结构的第二柱状透镜的排列周期的整数倍。

在根据上述方面的具有可变聚焦光束图案的光学装置中，优选地，所述第一柱状透镜和所述第二柱状透镜利用GRIN透镜或菲涅耳透镜来配置。

有益效果