平板透镜元件的制作方法

本实用新型涉及光学镜片技术领域，尤其涉及一种平板透镜元件。

背景技术：

匀光器是一类能将输入光束变换成特定输出光束的微光学元件，能生成特定需求的光斑形状和能量分布。目前市场上的匀光器大多为规则的微透镜阵列元件，这种规则阵列元件中每个子透镜单元都是一样的形状大小的传统光学透镜(如凸透镜、凹透镜等)，其特点就是排布结构简单，易于设计和加工检测。

平板透镜具有无像差球形波前，无像差非球面和柱面波阵面，超低损耗；低焦距比数可用，厚度在很大程度上与镜头焦距和尺寸无关，色散逆折射透镜，补偿方便等特点。制备平板透镜的方法有很多，人们常构建介电超表面来制造平板透镜，也将平板透镜制备在柔性拉伸基底上来达到可光学变焦的目的。但目前还没有基于平板透镜的微透镜阵列元件。

技术实现要素：

本实用新型目的在于公开一种平板透镜元件，以作为新型微光学元件应用于匀光器或准直器等应用场景中。

为达上述目的，本实用新型公开一种平板透镜元件，包括：

采用透光材质做成的上下两基板，以及设置于两基板之间的衍射层；

所述衍射层，设有至少两个以上的平板透镜单元以形成均匀排布，任一平板透镜单元以自身光轴为中心呈环状对称结构，同一环上的双折射材料快轴方向一致，以对入射光进行基于偏振态变化的几何相位调制，实现光束衍射和偏转。

优选地，本实用新型中，各所述平板透镜单元的中心对称位置为平板透镜的圆心，沿半径方向，相邻环之间的双折射材料长轴方向从0到180度的周期性变化。

优选地，所述双折射材料为液晶，同一基板上的各所述平板透镜单元的光学参数一致。

本实用新型具有以下有益效果：

以平板透镜替代传统透镜，因此相比于现有的微透镜元件，也相应继承了平板透镜的各项优点；例如：能在更薄的厚度上承载更大范围的焦距调节。

下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成

本技术：
的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的平板透镜元件的结构示意图。

图2为本实用新型优选实施例的平板透镜单元的环状结构示意图。

图3为本实用新型优选实施例的平板透镜单元的快轴方向变化示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种平板透镜元件，如图1和图2所示，包括：

采用透光材质做成的上下两基板1，以及设置于两基板之间的衍射层3。

所述衍射层，设有至少两个以上的平板透镜单元以形成均匀排布，任一平板透镜单元以自身光轴为中心呈环状对称结构，同一环上的双折射材料快轴方向一致，以对入射光进行基于偏振态变化的几何相位调制，实现光束衍射和偏转。

如图1所示，各所述平板透镜单元的双折射材料与一块所述基板之间设置有取向层4；优选地，所述基板包括基底2和增透膜1。

如图2所示，本实施例的平板透镜单元，以透镜光轴为中心呈环状对称结构，同一环上的双折射材料快轴方向一致，通过分别控制各环所对应的双折射材料长轴方向从0到180度的周期性变化，以对入射光进行基于偏振态变化的几何相位调制，实现光束衍射和偏转。其中，长轴方向变化可参照图3，中心对称位置为平板透镜单元的圆心，沿半径方向，相邻环之间的双折射材料长轴方向连续周期性变化，以长轴方向由0变化到180度为一个变化周期，且变化速率与半径大小成正相关，以使得各环同一衍射级所对应的衍射角度随环半径增大而增大，进而实现：

等同于凸透镜以实焦点对非零的同一级衍射光束进行会聚，和/或

等同于凹透镜以虚焦点对非零的同一级衍射光束进行发散。

本实施例中，假设长轴方向角度是a，半径是r，快轴方向变化速率为：da/dr。可选的，本实施例的双折射材料可以是由液晶或液晶聚合物制成。

例如：基本本实施例的平板透镜单元，其当左旋光入射时，焦距为正，即对光束进行汇聚；右旋光入射时，焦距为负，即对光束进行发散。

优选地，本实施例中，同一基板上的各所述平板透镜单元的光学参数一致，以被应用为匀光器或准直器元件等场景中；可选的，当平板透镜元件用作匀光器时，各平板透镜单元的光学参数也可不一致。进一步地，所述平板透镜元件的参数满足：各平板透镜单元的水平截面正方形边长大小在80um-2000um之间，优选为80um，单个平板透镜单元的f/#(表示焦距除以单个透镜的对角线尺寸)在4-100之间，衍射效率在95％以上。

综上，本实施例所公开的平板透镜元件，具有以下有益效果：

以平板透镜替代传统透镜，因此相比于现有的微透镜元件，也相应继承了平板透镜的各项优点；例如：能在更薄的厚度上承载更大范围的焦距调节。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种平板透镜元件，其特征在于，包括：

采用透光材质做成的上下两基板，以及设置于两基板之间的衍射层；

所述衍射层，设有至少两个以上的平板透镜单元以形成均匀排布，任一平板透镜单元以自身光轴为中心呈环状对称结构，同一环上的双折射材料快轴方向一致，以对入射光进行基于偏振态变化的几何相位调制，实现光束衍射和偏转。

2.根据权利要求1所述的平板透镜元件，其特征在于，任一所述平板透镜单元的中心对称位置为平板透镜的圆心，沿半径方向，相邻环之间的双折射材料长轴方向从0到180度的周期性变化。

3.根据权利要求2所述的平板透镜元件，其特征在于，各所述平板透镜单元的双折射材料与一块所述基板之间设置有取向层。

4.根据权利要求3所述的平板透镜元件，其特征在于，所述基板包括基底和增透膜。

5.根据权利要求1至4任一所述的平板透镜元件，其特征在于，所述平板透镜元件被应用为匀光器或准直器元件。

6.根据权利要求5所述的平板透镜元件，其特征在于，所述平板透镜元件的参数满足：各所述平板透镜单元的水平截面正方形边长大小在80um-2000um之间。

7.根据权利要求5所述的平板透镜元件，其特征在于，各所述平板透镜单元的f/#在4-100之间。

技术总结
本实用新型涉及光学镜片技术领域，公开一种平板透镜元件，以作为新型微光学元件应用于匀光器或准直器等应用场景中。本实用新型平板透镜元件包括：采用透光材质做成的上下两基板，以及设置于两基板之间的衍射层；所述衍射层，设有至少两个以上的平板透镜单元以形成均匀排布，任一平板透镜单元以自身光轴为中心呈环状对称结构，同一环上的双折射材料快轴方向一致，以对入射光进行基于偏振态变化的几何相位调制，实现光束衍射和偏转。

技术研发人员：杨阳;代林茂;黄晖辉
受保护的技术使用者：深圳市麓邦技术有限公司
技术研发日：2020.09.29
技术公布日：2021.06.01