CN113655652B - 匀光元件的制备方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学技术领域，公开一种匀光元件的制备方法及系统，以提高匀光效果及制作效率。方法包括：确定目标光斑形状；随机将目标光斑的轮廓缩小成不同比例的微结构；将各微结构随机拼接以覆盖匀光元件的有效区域；确定相同数量的随机F/#数，建立各微结构与随机F/#数之间一一对应的映射关系；遍历各微结构，逐一确定各微结构中随机F/#数所对应的偏振环之间的间隔和各偏振环的偏振方向，根据偏振方向与灰度之间的映射关系得到各微结构的灰度图像，将各灰度图像拼接得到匀光元件有效区域整体的灰度图像；以激光直写的方式，根据偏振方向与灰度之间的映射关系将整体的灰度图像写入匀光元件的有效区域。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种匀光元件的制备方法及系统。
背景技术
Diffuser，又称匀光元件，主要用于将光源发出的光束进行调制，以在所需的视场角范围内形成连续的特定光场分布，进而对目标场景进行照明。
现有的匀光元件大多采用规则的微透镜阵列，即微透镜在行和列方向上都是周期性规则有序地排列，使得相干光源发出的相干光束经过这些规则透镜阵列后，在空间传播的过程中会产生干涉，进而在远场形成明暗相间的条纹图样，严重影响了匀光效果，不利于推广及适配于多类型的应用场景。
发明内容
本发明目的在于公开一种匀光元件的制备方法及系统，以提高匀光效果及制作效率。
为达上述目的，本发明公开一种匀光元件的制备方法，包括：
确定匀光元件整体显示的目标光斑形状；
随机将所述目标光斑的轮廓缩小成至少两个不同比例的微结构；
将各所述微结构随机拼接以覆盖所述匀光元件的有效区域；
根据所述匀光元件的有效区域所拼接的所述微结构的数量，确定相同数量的随机F/#数，建立各所述微结构与所述随机F/#数之间一一对应的映射关系；
遍历各所述微结构，逐一确定各所述微结构中随机F/#数所对应的偏振环之间的间隔和各偏振环的偏振方向，根据偏振方向与灰度之间的映射关系得到各所述微结构的灰度图像，将各所述灰度图像拼接得到所述匀光元件有效区域整体的灰度图像；
以激光直写的方式，根据所述偏振方向与灰度之间的映射关系将所述整体的灰度图像写入所述匀光元件的有效区域，所述匀光元件的有效区域设有基底、液晶聚合物层和对入射光偏振方向敏感的取向层。
优选地，将所述匀光元件有效区域整体的灰度图像写入样品中的步骤包括：
按像素对光进行调制处理；
对调制后的光进行偏振控制；
以及对承载所述样品的三轴位移台进行同步位移控制。
优选地，所述目标光斑形状为轴对称图形或中心对称图形。更进一步地，其对应的微结构为圆形、等边的至少三条边的多边形。较佳的，在各所述微结构的灰度图像中，各偏振环共同的圆心位于对称轴或对称中心上。
为达上述目的，本发明还公开一种匀光元件的制备系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明具有以下有益效果：
采用以终为始的方式构建灰度图像，且在构建过程中，采用随机拼接和匹配的方式，从而从根本上消除了在远场形成明暗相间的条纹图样的弊端，确保了匀光效果，利于推广及应用于多类型的应用场景中。而且采用激光直写的方式进行制作，制作过程中无需将样品划分成对应上述微结构的多个区域单元，也就不需要对各细分的区域单元单独进行位移控制，直接按图像扫描方式一体化制作，简易实用，确保了制造效率和产品良率。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的匀光元件的制备方法流程示意图。
图2是本发明实施例公开的矩形微结构所对应偏振环的分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明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
本实施例公开一种匀光元件的制备方法，如图1所示，包括：
步骤S1、确定匀光元件整体显示的目标光斑形状。
在该步骤中，可选地，该目标光斑形状为轴对称图形或中心对称图形。
步骤S2、随机将目标光斑的轮廓缩小成至少两个不同比例的微结构。
在该步骤中，优选地微结构可为圆形、等边的至少三条边的多边形等。其中，对应特定缩小比例的微结构可能是一个，也可能是多个。换言之，部分特定尺寸的微结构可以存在重复出现的多个。
步骤S3、将各微结构随机拼接以覆盖匀光元件的有效区域。该有效区域即能产生匀光效果的光路区域。
步骤S4、根据匀光元件的有效区域所拼接的微结构的数量，确定相同数量的随机F/#数，建立各微结构与随机F/#数之间一一对应的映射关系。
在该步骤中，F/#数简称F数，又称“焦孔比”。与上述步骤S2同理，在随机F/#数矩阵中，部分F/#数可以是重复地多次出现。
步骤S5、遍历各微结构，逐一确定各微结构中随机F/#数所对应的偏振环之间的间隔和各偏振环的偏振方向，根据偏振方向与灰度之间的映射关系得到各微结构的灰度图像，将各灰度图像拼接得到匀光元件有效区域整体的灰度图像。
如图2所示，在该步骤中，同一微结构内的各偏振环为同心环，同一偏振环上的偏振方向一致，相邻环之间的偏振方向存在对应双折射材料快轴方向从0到180度的周期性变化(具体可参照CN110286502A专利中的平板透镜的结构特征)。其中，环与环之间的偏振方向不一样或间距不一样都会影响F/#数的变化。因此，本实施例所称“灰度图像”又称之为“几何相位图像”。
在该步骤中，优选地，所构建的偏振方向与灰度之间的映射关系通常为线性关系，偏振方向的范围为-90度至+90度，灰度值的范围为0-255。更进一步地，在各微结构的灰度图像中，各偏振环共同的圆心位于对称轴或对称中心上。
步骤S6、以激光直写的方式，根据偏振方向与灰度之间的映射关系将整体的灰度图像写入匀光元件的有效区域，匀光元件的有效区域设有基底、液晶聚合物层和对入射光偏振方向敏感的取向层。
在该步骤中，对应各微结构的灰度图像部分的成品的功能即等同于本案申请人在先CN110286502A专利中的平板透镜的功能，具有以下性能：
1、将入射的左旋圆偏振光偏转成出射的右旋圆偏振光；
2、将入射的右旋圆偏振光偏转成出射的左旋圆偏振光；
3、将入射的自然光偏转成一部分左旋圆偏振光和一部分右旋圆偏振光。
其偏转对应的衍射级通常为+1和-1衍射级。而且，若将入射的左旋圆偏振光偏转成对应-1衍射级出射的右旋圆偏振光对应等同于凸透镜以实焦点对光束进行会聚时，也能同时将入射的右旋圆偏振光偏转成对应+1衍射级出射的左旋圆偏振光以对应等同于凹透镜以虚焦点对光束进行发散。
优选地，本实施例将匀光元件有效区域整体的灰度图像写入样品中的步骤包括：按像素对光进行调制处理；对调制后的光进行偏振控制；以及对承载样品的三轴位移台进行同步位移控制。
实施例2
与上述实施例相对应的，本实施例公开一种匀光元件的制备系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中相对应方法的步骤。
基于上述各实施例所分别公开的匀光元件的制备方法及系统，使得本发明至少具有以下有益效果：
采用以终为始的方式构建灰度图像，且在构建过程中，采用随机拼接和匹配的方式，从而从根本上消除了在远场形成明暗相间的条纹图样的弊端，确保了匀光效果，利于推广及应用于多类型的应用场景中。而且采用激光直写的方式进行制作，制作过程中无需将样品划分成对应上述微结构的多个区域单元，也就不需要对各细分的区域单元单独进行位移控制，直接按图像扫描方式一体化制作，简易实用，确保了制造效率和产品良率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种匀光元件的制备方法，其特征在于，包括：
确定匀光元件整体显示的目标光斑形状；
随机将所述目标光斑的轮廓缩小成至少两个不同比例的微结构；
将各所述微结构随机拼接以覆盖所述匀光元件的有效区域；
根据所述匀光元件的有效区域所拼接的所述微结构的数量，确定相同数量的随机F/#数，建立各所述微结构与所述随机F/#数之间一一对应的映射关系；其中，所述F/#数为焦孔比；
遍历各所述微结构，逐一确定各所述微结构中随机F/#数所对应的偏振环之间的间隔和各偏振环的偏振方向，根据偏振方向与灰度之间的映射关系得到各所述微结构的灰度图像，将各所述灰度图像拼接得到所述匀光元件有效区域整体的灰度图像；
以激光直写的方式，根据所述偏振方向与灰度之间的映射关系将所述整体的灰度图像写入所述匀光元件的有效区域，所述匀光元件的有效区域设有基底、液晶聚合物层和对入射光偏振方向敏感的取向层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述匀光元件有效区域整体的灰度图像写入样品中的步骤包括：
按像素对光进行调制处理；
对调制后的光进行偏振控制；
以及对承载所述样品的三轴位移台进行同步位移控制。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述目标光斑形状为轴对称图形或中心对称图形。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微结构为圆形、等边的至少三条边的多边形。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在各所述微结构的灰度图像中，各偏振环共同的圆心位于对称轴或对称中心上。
6.一种匀光元件的制备系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5任一所述方法的步骤。
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