可调谐偏振全息透镜的制作方法

本公开总体上涉及光学设备，并且更具体地涉及可调谐偏振全息透镜。

背景技术：

1、液晶偏振全息图(liquid crystal polarization hologram，“lcph”)是指液晶设备和偏振全息图的交集。在过去的几十年，液晶显示器(liquid crystal display，“lcd”)已经成长为价值万亿美元的产业，是液晶设备最成功的示例。lcd行业在规模化制造方面进行了巨大的投资，从低端2.5代(g2.5)生产线到高端10.5+代(g10.5+)生产线来满足市场对显示器的需求。然而，lcd行业最近面临着来自有机发光二极管(organic light emittingdiode，“oled”)、电子纸(e-paper)和其它新兴显示技术的竞争，这已经使得lcd行业的增长速度变缓并导致大量早期的产能过剩。这为重新利用lcd闲置产能和现有供应链来制造以偏振全息图为特征的新型lc光学设备提供了机会。

2、lcph具有如下特点：比如厚度小(约1μm)、重量轻、紧凑、大孔径、高效率、制造简单等。因此，lcph在光学设备和光学系统应用(例如，近眼显示器(near-eye display，“ned”)、平视显示器(head-up display，“hud”)、头戴式显示器(head-mounted display，“hmd”)、智能手机、膝上型计算机、电视机或交通工具等)中获得了越来越多的关注。例如，lcph可以用于解决辐辏调节冲突、在空间受限的光学系统中实现薄而高效的眼动追踪和深度感测、开发用于成像的光学组合器、校正色差以提升紧凑型光学系统中的折射式光学元件的图像分辨率、以及提高光学系统的效率并减小光学系统的尺寸。

技术实现思路

1、根据本公开的一方面，提供了一种设备。该设备包括第一pancharatnam-berry相位(pancharatnam-berry phase，“pbp”)透镜和与第一pbp透镜堆叠的第二pbp透镜。第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者均包括液晶(liquid crystal，“lc”)层。lc层的每一侧均设置有连续电极和多个图案化电极。第一pbp透镜中的多个图案化电极与第二pbp透镜中的多个图案化电极非平行地布置。

2、本领域技术人员根据本公开的说明书、权利要求书和附图，可以理解本公开的其它方面。上述总体描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。

3、此外，本发明涉及根据权利要求1的设备。有利的实施例可以包括从属权利要求的特征。

4、因此，根据本发明的设备包括第一pancharatnam-berry相位(“pbp”)透镜和与第一pbp透镜堆叠的第二pbp透镜。第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者均包括液晶(“lc”)层，其中，lc层的每一侧均设置有连续电极和多个图案化电极，并且第一pbp透镜中的多个图案化电极与第二pbp透镜中的多个图案化电极非平行地布置。

5、在一些实施例中，在第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者中，在lc层的每一侧，电绝缘层可以设置在连续电极与多个图案化电极之间。

6、在一些实施例中，第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者可以包括设置在lc层的相反两侧以提供两个配向方向的两个配向结构。由第一pbp透镜中包括的两个配向结构提供的两个配向方向相对于第一预定面内方向对称。由第二pbp透镜中包括的两个配向结构提供的两个配向方向相对于第二预定面内方向对称，并且第一预定面内方向与第二预定面内方向正交。可选地，在第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者中，两个配向方向可以是水平配向方向(homogeneous alignment direction)。此外，可选地，在电压关断状态下操作的第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者中，lc层中的多个lc分子可以在水平配向方向上配向。

7、在一些实施例中，第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者可以包括设置在lc层的相反两侧以提供两个配向方向的两个配向结构。由第一pbp透镜中包括的配向结构所提供的两个配向方向相对于第一预定面内方向对称。由第二pbp透镜中包括的配向结构提供的两个配向方向相对于第二预定面内方向对称，并且第一预定面内方向与第二预定面内方向正交。可选地，设置在第一透镜中的lc层的每一侧的多个图案化电极可以包括多个第一条状电极，该多个第一条状电极各自在第二预定面内方向上延伸。该多个第一条状电极在第一预定面内方向上平行地布置。设置在第二透镜中的lc层的每一侧的多个图案化电极可以包括多个第二条状电极，该多个第二条状电极在第一预定面内方向上延伸，其中，该多个第二条状电极在第二预定面内方向上平行地布置。可选地，第一pbp透镜可以被配置成用作第一柱面透镜，以将具有第一旋向性的圆偏振光聚焦到在第二预定面内方向上延伸的第一线焦点(line focus)中，并且第二pbp透镜可以被配置成用作第二柱面透镜，以将具有第二旋向性的圆偏振光聚焦到在第一预定面内方向上延伸的第二线焦点中，其中，第二旋向性与第一旋向性相反。替代地，第一pbp透镜可以被配置成向具有第一旋向性的圆偏振光提供第一光焦度，并且第二pbp透镜可以被配置成向具有第二旋向性的圆偏振光提供第二光焦度，其中，第一光焦度和第二光焦度具有基本上相同的绝对值。此外，替代地，第一线焦点可以在第一预定面内方向上是可移位的，并且第二线焦点可以在第二预定面内方向上是可移位的。作为另一种替代方案，由第一pbp透镜和第二pbp透镜形成的堆叠体可以被配置成用作球面透镜，以将圆偏振光聚焦到束斑(beam spot)中。可选地，在这种情况下，球面透镜的光学中心可以在第一预定面内方向或第二预定面内方向中的至少一者上是可移位的。替代地，球面透镜的光焦度可以是可调整的，或者球面透镜可以被配置成在电压关断状态下提供零光焦度，并且在电压开启状态下提供正光焦度或负光焦度。

8、在一些实施例中，被施加到设置在第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者中的lc层的每一侧的连续电极和多个图案化电极的电压的大小可以小于或等于10v。

9、在一些实施例中，该设备还可以包括一个或多个电源，该一个或多个电源与设置在第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者中的lc层的每一侧的连续电极和多个图案化电极电连接，其中，该一个或多个电源被配置成向设置在lc层的每一侧的连续电极和多个图案化电极施加电压，以在lc层中产生面内电场。可选地，第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者中的lc层中包括的多个lc分子可以通过面内电场在平面内是可切换的，以使第一pbp透镜或第二pbp透镜在不同的操作状态之间切换以提供不同的光焦度。

10、在一些实施例中，第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者可以被配置成在电压关断状态下提供零光焦度，并且在电压开启状态下提供正光焦度或负光焦度。

11、在一些实施例中，对于在电压开启状态下操作的第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者，可以在lc层中产生面内电场，以重定向lc分子的指向矢，以在两个相反的面内方向上从透镜图案中心到相对透镜外围呈现面内旋转，并且在两个相反的面内方向上从透镜图案中心到相对透镜外围的面内旋转可以具有同一旋转方向。

12、在一些实施例中，对于在电压开启状态下操作的第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者，设置在lc层的第一侧的连续电极和多个图案化电极之间的电压差可以遵循空间轮廓(spatial profile)，设置在lc层的第二侧的连续电极和对应的图案化电极之间的电压差遵循相同的空间轮廓。

13、在一些实施例中，第一pbp透镜和第二pbp透镜中的每一者中包括的多个图案化电极可以包括多个条状电极。