CN1975549A - 用于影响光线的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及影响光线的装置，包括第一透镜元件阵列(1)，要被影响的光线可以至少部分地穿过这些透镜元件；第一相位改变元件阵列(3)，它们可以改变穿过第一透镜元件阵列(1)中各个透镜元件的光线的相位；第二透镜元件阵列(9)，被相位改变元件改变了相位的光线可至少部分地通过这些透镜元件，其中第二透镜元件阵列(9)如此设置在装置中，使得要被影响的光线的多个局部强度最大值可形成在要被影响的光线的传播方向(Z)上第二透镜元件(9)的范围内；第一透镜元件，它被设置在第一透镜元件阵列(1)与第二透明元件阵列(9)之间；以及第二透镜元件(22)，它被设置在第一透镜元件(5)与第二透镜元件阵列(9)之间，其中第一相位改变元件阵列(3)被设置在第一透镜元件(5)与第二透镜元件(22)之间。

Description

用于影响光线的装置
技术领域
本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的用于影响光线的装置、这种装置的应用、以及如权利要求31的前序部分所述的影响光线的方法。
背景技术
定义：特别是在光线不是平面波或至少部分发散时，光线的平均传播方向是指这个要被影响的光线的传播方向。如果没有给出另外的说明，光射线、部分射线或射线不是指几何光学中的理想射线，而是指一个实际的光射线，如具有高斯轮廓的光射线，它没有无限小的射线截面，而是具有一个扩展的射线截面。
US 6 341 136 B1公开了一种上述类型的装置。在其描述的装置中，第一相位改变元件阵列紧挨着设置在第一透镜元件阵列后面，特别是在其输出侧焦平面中。此外存在一个第二相位改变元件阵列，它短距离地设置在第二透镜元件阵列前面，尤其是在其输入侧焦平面中。通过构成为双凸透镜的第一透镜元件，在第一相位改变元件阵列的平面中的强度分布经过傅里叶变换被变换到第二相位改变元件阵列的平面中。通过这种装置，一个光射线可以非常迅速地被偏转比较大的角度，因为在第二透镜元件阵列前存在最大强度，它可通过相位改变垂直于透镜元件轻微地移动。由于与透镜元件很接近，这种移位产生一个大角度的偏转。
这种类型装置的缺点在于，不能使用宽带的激光源，例如半导体激光器，因为第一透镜元件在第一相位改变元件阵列的平面中的成像与所用光线的波长有关。在光线有明显不同的波长时，例如使用一个半导体激光器时，变换到第二相位改变元件阵列的平面中的强度分布对不同的波长在不同位置处具有最大值，从而射线偏转对于不同的波长在不同的方向上进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种本说明书开始处所述类型的装置，它有效地被构造。此外还给出该装置的应用及影响光线的方法。
本发明关于装置的任务由具有权利要求1和/或11和/或16和/或22所述区别特征的、本说明书开始处所述类型的装置完成，关于应用的任务由权利要求27和/或30所述的应用完成，关于方法的任务由权利要求31所述的方法完成。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。
本发明所述的装置特别是可以实现高分辨率的射线偏转，此偏转可以很迅速，例如在10-10秒的范围内实现。从而得到多种应用，例如在光学数据存储和激光电视的领域中应用。
按照权利要求1，第一相位改变元件阵列在要被影响的光线的传播方向上被设置在第一透镜元件之后。同时存在以下可能：所述装置包括第二透镜元件，它被设置在第一透镜元件和第二透镜元件阵列之间，其中第一相位改变元件阵列被设置在第一透镜元件和第二透镜元件之间。特别是通过第一和第二透镜元件可实现要被影响的光线的两次傅里叶变换。其中第一相位改变元件阵列被设置在第一透镜元件的输出侧傅里叶平面区域内和第二透镜元件的输入侧傅里叶平面区内。从而得到以下可能性：也可应用具有更大带宽的激光源，如半导体激光器。
附图说明
下面通过对附图所示优选实施例的说明给出本发明的其它特征和优点。附图中：
图1是一个用于影响光线的装置的简要视图；
图2是图1所示装置的简要视图，图中简要示出了离开此装置的光线的波前；
图3是具有接入的第一相位改变元件阵列的如图2所示的视图；
图4是具有接入的第一和第二相位改变元件阵列的如图2所示的视图；
图5是相位改变元件阵列的第一实施方式的简要视图；
图6是相位改变元件阵列的第二实施方式的简要视图；
图7是相位改变元件阵列的第三实施方式的简要视图；
图8是本发明所述装置的第一实施方式的简要视图，图中示出了离开此装置的光线的波前；
图9a是本发明所述装置的第二实施方式的简要视图；
图9b是图9a所示第二实施方式旋转90°的视图；
图10是本发明所述装置的第三实施方式的简要视图；
图11是一个用于影响光线的装置的另一实施方式简要视图；
图12是一个用于影响光线的装置的另一实施方式简要视图；
图13是一个用于影响光线的装置的另一实施方式简要视图；
图14是一个用于影响光线的装置的另一实施方式简要视图；
图15是一个用于影响光线的装置的另一实施方式简要视图；
图16是一个用于影响光线的装置的另一实施方式简要视图；
图17是用于连接第二个光导体的一种结构的简要视图。
在一些附图中为了更好地定向示出了一个笛卡尔座标系。
具体实施方式
图1至图4所示一个用于影响光线的装置的实施方式包括透镜元件2的第一阵列1。这些透镜元件2可以是在X方向上相邻排列的柱状透镜，它们具有指向Y方向的圆柱轴。这些柱状透镜可以构造为双凸透镜或平凸透镜。此外也可具有两个基质，在这两个基质上分别构成相应的平凸柱状透镜。也可以代替柱状透镜而应用球面透镜。
图1至图4所示本发明所述装置的实施方式还包括相位改变元件4的第一阵列3。相位改变元件4在X方向上相邻地排列。在所示实施例中相位改变元件4的数量对应等于透镜元件2的数量。相位改变元件4排列在透镜元件2的输出侧焦平面的区域内，从而使每个透镜元件2的光线分别在传播方向Z上穿过一个相位改变元件4。每个透镜元件2或者每个相位改变元件4在X方向上的宽度在图1中用符号P1表示(来自英语：Pitch，即节距)。因此透镜元件2的第一阵列在X方向上的宽度等于N1·P1，其中N1是透镜元件2的数量。
相位改变元件4例如可以构造成电光调制器、声光调制器或液晶调制器。
沿着光线传播方向Z，在相位改变元件4的第一阵列3之后设置有第一个用作傅里叶变换单元的透镜元件5。在所示实施例中这个第一透镜元件5被构造成一个双凸透镜。第一阵列1的透镜元件2的焦平面与用作傅里叶变换单元的第一透镜元件5之间的距离等于透镜元件5的焦距F。透镜元件2的第一阵列1与第一透镜元件5之间的距离等于F+f1，其中f1是第一阵列1的透镜元件2的焦距。
在Z方向上照射到装置上的光线用标号6表示。此光线例如可以设计成平面波，它严格在Z方向上传播。然而也有可能是一个或多个来自不同方向的波照射在透镜元件2的第一阵列1上。
光线6在穿过透镜元件2的第一阵列1到达焦平面中之后分裂成多个在X方向上相互间隔的子射线，这些子射线具有射线混叠，子射线在X方向上的延伸小于单个相位改变元件4的宽度。这样保证了子射线穿过相位改变元件4。在第一个用作傅里叶变换单元的透镜元件5的Z方向中输出侧焦平面上形成多个局部的、在X方向上相互间隔的要被影响的光线6的强度最大值。图1中示出了在第一透镜元件5的输出侧焦平面上的两个具有相应强度最大值的子射线7，8。
图1至图4所示装置的实施方式还包括透镜元件10的第二阵列9以及相位改变元件12的第二阵列11。其中透镜元件10的第二阵列9用两个基质13，14以两级的形式构成，在两个基质上分别构造作为平凸柱状透镜的透镜元件15，16。同样也可以结构成双凸的或凹凸的柱状透镜。不同基质13，14上柱状透镜15，16在Z方向上的距离这里可以等于光线传播方向Z上第二基质14的焦距f2。透镜元件10的第二阵列9也可只包括一个基质，其中柱状透镜也可构造成双凸透镜或平凸透镜或凹凸透镜。
在图1至图4所示实施例中，两个基质13，14在Z方向上相互间隔。在它们之间设置相位改变元件12的第二阵列11。还存在以下可能性：相位改变元件12的第二阵列11被设置在透镜元件10的第二阵列9的前面或后面。
这些透镜元件10可以是在X方向上相邻排列的、具有指向Y方向的圆柱轴的柱状透镜。
在所示实施例中，相位改变元件12的数量等于透镜元件10的数量。相位改变元件12如此被设置：使得在光线传播方向Z上每个透镜元件10的光线分别穿过一个相位改变元件12。每个透镜元件10或者每个相位改变元件12在X方向上的宽度在图1中用符号P2表示。因此透镜元件10的第二阵列9在X方向上的宽度等于N2·P2，其中N2是第二阵列9中透镜元件10的数量。
穿过第一个用作傅里叶变换单元的透镜元件5的光线的强度最大值出现在Z方向上透镜元件10的第二阵列9前面一点。在最大值与第二阵列9之间的距离可以约等于第一基质13上透镜元件15的焦距，或者小于或大于此焦距。
在图2至图4中与图1相同的部分用与图1相同的附图标记表示。由图2可见，在一个在Z方向上平面传播的波作为入射光6，且相位改变元件4，12的第一和第二阵列3，11未被激活的情况下，局部的强度最大值17在传播方向Z上排列在透镜元件10的第二阵列9的透镜元件10的透镜单元15，16的顶点的前面，从而使光线作为平面波在Z方向上离开第二阵列9，其简要示出的波前18平行于X方向。因为相位改变元件4，12未被激活，光线在远区不偏转且继续在正Z方向上传播。
在图3中第一相位改变元件4被构造成电光调制器并且被激活。例如在图3中相位改变元件4的后面画出了电压U，它是被加到电光调制器上的电压。由图可见，在图3最左端的调制器没有被加上电压，而在最右端的调制器被施加相对较大的电压。在这两端之间的调制器被施加自左向右逐级增加的电压。
在图3中还标出了一个电压Uλ/2，它对应于穿过调制器的光线的相位改变光线的半波长(波长λ)。由图可见，在构造成调制器的相位改变元件4上所施加的电压小于Uλ/2，从而由相位改变元件4引起的相移小于λ/2。
加在相位改变元件4上的电压由于干涉作用使得由阵列3射出的光线的前进方向偏离Z方向一个角度。相应地，在被第一透镜元件5成像后强度最大值18相对于图2所示的情况向左移动，使得它们不再穿过透镜单元15的顶点。基于第二阵列9的透镜元件10的小尺寸或者基于其较小的焦距，这个相对小的移动使得从透镜元件10的第二阵列9射出的光线与Z方向之间有一个相对较大的角度。但射出光线的波前的彼此相邻的部分具有一个相位差δl＝(δ/2π)λ(参见图3)。此相位差δl导致光线只能在某些方向上从透镜元件10的第二阵列9射出，对于这些方向存在光线各部分之间的结构性干涉。这种情况类似于光栅输出端的情况。
在图4所示情况下相位改变元件12的第二阵列11也附带地被激活。这里最高的电压U加在右端，而最低的电压加在左端。由此产生的相移导致射出光线波前的相邻部分具有相同的相位，使得射出光线可偏转到任意方向上。
图5至图6举例示出相位改变元件4，12的阵列3，11的实施方式，它们被构造成电光调制器。在图5所示实施方式中，在图5中调制器的后侧面上设置一个公共电极19，而在前侧面上设置多个单电极20。在它们之间在Y方向上形成电场。
在图6所示实施方式中，在X方向上最外面的面上和在两个相邻调制器单元之间分别设置一个电极21。在这些电极之间，在X方向上形成电场。
图7所示实施方式除了以下事实外与图5所示的相同：电极20在Z方向上相互错开地设置。
在图8至图12和在图14至图16中与图1至图4中相同的部分用相同的附图标记表示。用相同附图标记表示的部分可以相同或类似的方式设置在装置中，并且完成如图1至图4相同的或类似的功能。
在图8所示装置的实施方式中，相位改变元件4的第一阵列3不是设置在透镜元件2的第一阵列1的范围内，而是在第一个用作傅里叶变换单元的透镜元件5的输出侧的焦平面中。此装置包括第二个用作傅里叶变换单元的透镜元件22，它与透镜元件10的阵列9有和图1至图4所示实施例中第一透镜元件5相同的间距。相位改变元件4的第一阵列3设置在第二透镜元件22的输入侧的焦平面内。
第一透镜元件5的输入侧焦平面与透镜元件2的第一阵列1的输出侧焦平面重合。在图8中例如构造成双凸透镜的第一透镜元件5的相应焦距用F1表示。第一透镜元件5的输出侧焦平面与第二透镜元件22的输入侧焦平面重合。在图8中例如构造成双凸透镜的第二透镜元件22的相应焦距用F2表示。这里焦距F1和F2可以相等或相互不同。
要被影响的光线在第一透镜元件5的输入侧焦平面上的二维强度分布通过第一透镜元件5做傅里叶变换。第一透镜元件5的输入侧焦平面也可视为物平面，在此物平面上的强度分布也可被视为物。输入侧强度分布的傅里叶变换形成在第一透镜元件5的输出侧焦平面上。此输出侧焦平面对应于用作傅里叶变换单元的第一透镜元件5的傅里叶平面。通过第一透镜元件5，在第一透镜元件5的输入侧焦平面上的空间强度分布被转换成傅里叶平面中的角度分布。这意味着在傅里叶平面上的相应子射线，它们在输入侧焦平面或物平面上相对于Z方向具有相同的角度，在傅里叶平面上相遇在同一地点上。
对象在傅里叶平面上的傅里叶变换通过第二个透镜元件22再次被进行傅里叶变换，从而在第二透镜元件22的输出侧焦平面上形成对象的第二次傅里叶变换，并从而在此平面上存在一个二维的强度分布，它可以表示物的成像。从而第二透镜元件22的输出侧焦平面也可称为像平面。
图8所示实施方式中，相位改变元件4的第一阵列3严格位于傅里叶平面上，从而使相位改变元件4可直接对傅里叶变换的相位施加影响。如果傅里叶变换被视为角度分布，则相位改变元件4改变傅里叶变换的至少个别子区域相对于传播方向Z的角度。从而对在第二透镜元件22的输出侧焦平面上形成的强度分布进行有目的的影响。
这种将相位改变元件4设置在傅里叶平面中的第一阵列3的结构可以对要被影响的光线应用一个相对宽带的激光源，例如一个半导体激光器。其原因在于，通过由透镜元件5，22进行的两次傅里叶变换并通过在傅里叶平面中的相位影响，可以保证强度最大值17相对严格地定位于透镜元件10的阵列9的前面，这不依赖于或者仅仅在可接受的程度上依赖于要被影响的光线的波长。
存在以下可能：透镜元件5和/或透镜元件22不是构造成单个的双凸透镜，而是构造成多个透镜。例如可以分别采用两个透镜，它们相互紧密地排列。这种前后排列的透镜可以像单个透镜那样完成有关傅里叶变换的同样功能。如长久以来已知的，通过双重实现的透镜同时可以避免成像误差。
作为替代或补充，每个形成透镜元件的双凸透镜可用两个相同的透镜代替，这两个透镜相互之间的距离小于它们的焦距。这样得到一个透镜系，它同样可进行傅里叶变换，但是透镜系的傅里叶平面相互更加紧密，即和相应透镜直接相邻。下面还要参考图10详细说明这种系统。
图9a和图9b所示实施方式对应于图8所示实施方式，采用两次傅里叶变换。
与图8所示实施方式的区别在于，在图9a和图9b所示实施方式中，设置了透镜元件的两个第一阵列1a和1b。图9a和图9b中，透镜元件的第一阵列1a，1b中的左边阵列1a在其入射面和其出射面上分别具有一个柱状透镜的阵列，这些透镜的圆柱轴在Y方向上延伸。图9a和图9b中透镜元件的第一阵列1a，1b中的右边阵列1b在其入射面和其出射面上分别具有一个柱状透镜的阵列，这些透镜的圆柱轴在X方向上延伸。
此外在图9a和图9b所示实施方式中设置了4个第二透镜元件阵列9a1、9a2，9b1、9b2。图9a和图9b中第二透镜元件阵列9a1、9a2，9b1，9b2中的左边阵列9a1，9a2在两个相互间隔的光学工作面上分别具有一个柱状透镜阵列，这些透镜的圆柱轴在Y方向上延伸。图9a和图9b中第二透镜元件阵列9a1，9a2，9b1，9b2中的右边阵列9b1，9b2在两个相互间隔的光学工作面上分别具有一个柱状透镜阵列，这些透镜的圆柱轴在X方向上延伸。
此外在图9a和图9b所示实施方式中也具有两个第一相位改变元件阵列3a，3b。图9a和图9b中每一相位改变元件阵列3a，3b中的左边阵列3a可以改变要被影响的光线在X方向上的相位。图9a和图9b中第一相位改变元件阵列3a，3b中的右边阵列3b可以改变要被影响的光线在Y方向上的相位。
此外在图9a和图9b所示实施方式中还具有两个第二相位改变元件阵列11a，11b，图9a和图9b中第二相位改变元件阵列11a，11b中的左边阵列11a可以改变要被影响的光线在X方向上的相位。图9a和图9b中第二相位改变元件阵列11a，11b中的右边阵列11b可以改变要被影响的光线在Y方向上的相位。
在第二透镜元件阵列9a1和9a2之间以及在第二透镜元件阵列9b1和9b2之间分别设置了一个第二相位改变元件阵列11a，11b。这种结构还要结合图10所示实施例详细说明。
图9a和图9b所示实施方式中各个光学元件的排列被如此选择，使得可以由透镜元件5，22实现两次在X方向上的傅里叶变换和两次在Y方向上的傅里叶变换。为此第一透镜元件5与第一透镜元件阵列1a，1b之间的距离不是精确地等于透镜元件5的焦距F，而是对于左边阵列1a等于F+ΔX，对于右边阵列1b等于F-Δ。此外，第二透镜元件22与第二透镜元件阵列9a1，9a2，9b1，9b2之间的距离不是精确地等于透镜元件22的焦距F，而是对于阵列9a1等于F-ΔX，对于阵列9b1等于F+ΔY。这里ΔX和ΔY小于F，且相对于F特别小。
图10所示实施方式与图8、图9a和图9b所示实施方式一样实现两次傅里叶变换。
与图8、图9a和图9b所示实施方式的区别在于，图10所示实施方式中透镜5和22被构造成透镜组。特别是透镜元件5、22分别具有4个透镜5a，5b，5c，5d；22a，22b，22c，22d。这些透镜5a，5b，5c，5d；22a，22b，22c，22d分别具有几对直接相邻排列的透镜5a，5b；5c，5d；22a，22b；22c，22d。相对于在相同位置处的单个透镜，通过这些透镜对避免了成像误差。此外两个透镜对的相互距离，例如透镜5a，5b与透镜5c，5d的距离，相对较大。透镜对5a，5b与透镜对5c，5d间的距离在这里被如此选择，使得透镜5的傅里叶平面紧挨在透镜5，22外面。这在下面还要详细说明。
图10还示出一个激光器48。由这个激光器射出的光线通过两个镜面49，50被反射到一个展宽光学元件51。此展宽光学元件可以将激光器48的激光束例如展宽6倍。紧挨着展宽光学元件51，光线通过一个具有例如25mm的圆形孔的孔径光阑52进入4个第一透镜元件阵列(1a1，1a2，1b1，1b2)。这些阵列(1a1，1a2，1b1，1b2)类似于图9a和图9b所示实施方式中第二阵列9a1，9a2，9b1，9b2被构造。在图10所示实施方式中阵列1a1和1a2具有多个柱状透镜，它们的圆柱轴在X方向上延伸。在光线传播方向上紧接着的阵列1b1，1b2具有多个柱状透镜，它们的圆柱轴在Y方向上延伸。
透镜元件5的输入侧傅里叶平面大致位于阵列1b1中。光线在穿过透镜5a和5b之后被两个镜面53和54反射到透镜5c和5d上。在透镜5d的出射面旁紧接着两个第一相位改变元件阵列3a，3b中的第一个。此阵列3a可以改变光线在X方向上的相位。在两个第一相位改变元件阵列3a，3b中的第一阵列与两个第一相位改变元件阵列3a，3b中的第二阵列之间有一个λ/2小片55，它可将光线的极化旋转90°。这是由于相位改变元件的阵列可以是与极化有关的。两个第一相位改变元件阵列3a，3b中的第二阵列36可以改变光线在Y方向上的相位。透镜元件5的输出侧傅里叶平面大致位于λ/2小片55中。
第二透镜元件22的输入侧傅里叶平面也位于λ/2小片中，第二透镜元件22在光线传播方向上紧接在阵列3b后面。与透镜元件5类似，在透镜元件22处光线穿过透镜22a，22b后被两个镜面56，57反射到透镜22c和22d上。接在透镜元件22后面的是第二透镜元件阵列9a1，9a2，9b1，9b2和第二相位改变元件阵列11a，11b，它们基本上如图9a和图9b所示实施方式中那样被构造。在这里阵列9a1和9a2具有多个柱状透镜，其圆柱轴在X方向上延伸。在光线传播方向上紧接着的阵列9b1，9b2具有多个柱状透镜，其圆柱轴在Y方向上延伸。在第二透镜元件阵列9a1与9a2之间以及在第二透镜元件阵列9b1与9b2之间分别设置一个第二相位改变元件阵列11a，11b。此外在阵列9a2和9b1之间有一个λ/2小片58，它将光线的极化旋转90°。透镜元件22的输出侧傅里叶平面位于这个λ/2小片58中。
对于X方向，由透镜5，22进行的两次傅里叶变换实现了从位于阵列1b2的出射面的范围内的物平面到位于阵列9b1的出射面的范围内的像平面中的成像。对于Y方向，由透镜5，22进行的两次傅里叶变换实现了从位于阵列1a2的出射面的范围内的物平面到位于阵列9a1的出射面的范围内的像平面中的成像。
在穿过另一个孔径光阑59之后光线抵达一个缩小光学元件60，它可缩小要被影响的光束61的直径例如6倍。从缩小光学元件60射出的光束可通过本发明此装置偏转例如最多±10°。
如果希望有更大的偏转角或希望有更高的分辨率，可以前后相接地放置两个或更多的装置。
图11所示装置包括另一个透镜元件23，它处于透镜元件10的第二阵列9的后面，并且可以将出射光线聚焦到一个工作平面上。在这个工作平面上例如可以设置一个用于激光电视的投影面或一个用于光学数据存储的存储介质。本发明所述装置的分辨能力尤其是由两个阵列1，9中透镜元件2，10的数量N1和N2的乘积给出。
图12示出一种结构，其中不仅透镜元件2的第一阵列1而且透镜元件10的第二阵列9均以两级方式实现。其中第一基质上的透镜单元的圆柱轴例如可垂直于第二基质上的透镜单元的圆柱轴。此外也可以在一个基质上只设置一个简单的柱状透镜，而在另一个基质上设置一个柱状透镜阵列。
图13示出作为集成光学元件的装置实现。在具有一个波导层的基质25上构造例如作为电光调制器的第一和第二相位改变元件阵列26，30。第一和第二透镜元件阵列27，29包括作为透镜元件的短程透镜。用作傅里叶变换单元的第一透镜元件28也被构造成短程透镜。
图14以透视图示出一个装置，它具有在第一和第二透镜元件阵列31，34上的相互垂直的柱状透镜。特别是在阵列31，34的相应入射面上圆柱轴在Y方向上延伸，而在阵列31，34的相应出射面上圆柱轴在X方向上延伸。相位改变元件阵列32，33被构造成二维的调制器结构。
图15所示实施方式不同于图1至图4所示实施方式，在透镜元件10的第二阵列9的后面有一个望远镜35，用以缩小出射光束的横截面。
图16所示实施方式如图11所示装置那样具有另一个透镜元件24，它被设置在透镜元件10的第二阵列9的后面。与图11所示实施方式的不同之处在于：在图16的实施方式中，在这个透镜元件24的焦平面后面不远处设置第三透镜元件阵列37，它可以像第一和/或第二阵列1，9那样被构造。此外在这个区域内还设置一个第三相位改变元件阵列38，它可以像第一和/或第二阵列3，11那样被构造。此外另一个相位改变元件阵列36可被设置在邻近第一相位改变元件阵列3的位置处，这个阵列36可以影响穿过各个相位改变元件的光线的强度。另外，还可在第三透镜元件阵列37的后面可选地设置另一个透镜元件39，它可用来将出射的光线聚焦到聚焦区域40中。
偏转角或偏转的分辨率可以通过第三透镜元件阵列37和第三相位改变元件阵列38提高，其原因已结合图10对两个前后相邻排列的装置说明过。在下面的说明中为了简化，将第一透镜元件阵列1和第一相位改变元件阵列3称为第一级，将第二透镜元件阵列9和第二相位改变元件阵列11称为第二级，并将第三透镜元件阵列37和第三相位改变元件阵列38称为第三级。
第一透镜元件阵列1例如可具有10个透镜，它们的孔径NA＝0.01，节距为0.5mm。用作傅里叶透镜的第一透镜元件5可具有0.5m的焦距。第二透镜元件阵列9可以具有10个透镜，其孔径NA＝0.1，节距为0.5mm。用作傅里叶透镜的第二透镜元件24可具有0.05m的焦距。第三透镜元件阵列37可具有10个透镜，其孔径NA＝0.1，节距为0.5mm。
射入第一级的光束例如是具有0.5μm波长和5mm直径的平面波，它通过第一级被划分为传播差为1mrad(毫弧度)的10个平面波。在第二级的输出端处的是具有10mrad传播差的10个平面波。第三级重又合成这些平面波，使得第三级的输出端处的光束具有5mm直径和0.1mrad的有限弯曲的发散度。光束可在其中偏转的范围为100mrad。在此范围内所分辨出的传播方向数量为1000。通过增加的第三级一方面可提高最大偏转角，和/或另一方面可提高偏转的分辨率。
按照本发明也可以存在多于3个的级，以进一步提高偏转角和/或分辨率。
此外也可以通过增加级数来降低对相位改变元件阵列的控制信号的信噪比的要求。例如在多级装置中一级可被两级取代。如果在一级中要在100个不同的偏转角之间切换，则需要100∶1的信噪比。然而如果此任务被分到两级上完成，则在每一级中只要在10个不同的偏转角之间切换，从而要求的信噪比降到10∶1。
在图16所示实施方式中也可类似于图8、图9a、图9b和图10所示实施方式那样，例如在第一级和/或在第二级和/或在第三级中，在各个透镜元件阵列之间设置至少两个用作傅里叶变换单元的透镜元件，其中在这个透镜元件的公共傅里叶平面范围内可分别设置至少一个相位改变元件阵列。这个由图8、图9a、图9b和图10示出的用作傅里叶变换单元的透镜元件的设置也可以用在多于3级的情况中。
在图16所示装置中，在第三透镜元件阵列37前面强度最大值48相互间距离可以变化。以这种方式可以改变聚焦区域40与装置的间距。从而可以实现例如在空间中的光学数据存储或三维的激光电视。
也可以例如像图8所示那样前后相继地设置两个根据本发明的装置，其中第二个装置相对于第一个装置旋转90°。这样首先可以实现光线6在X方向上的偏转或影响，接着实现在Y方向上的偏转或影响。
也可以代替一个平面波，使多个平面波由不同方向射入一个本发明所述的装置，并且在该装置中相互独立地被影响。
图17示出作为两条光学多信道数据导线之间的双向换向器或双向连接器的应用。用附图标记41和47表示电光调制器或光电元件，其用于影响各个信道42，43的强度。用44表示本发明所述装置的一个适当的实施方式。将光线耦入到装置44中或者耦入到各个信道42，46中是通过透镜元件43，45完成的。

Claims (31)

1.影响光线(6)的装置，包括：
—透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)，要被影响的光线可以至少部分地穿过这些透镜元件；
—相位改变元件(4)的第一阵列(3，3a，3b)，这此元件可改变穿过透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)的各个透镜元件(2)的光线(6)的相位；
—透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)，穿过相位改变元件(4)的第一阵列(3，3a，3b)的光线可以至少部分地穿过这些透镜元件，其中透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)被如此设置在装置中，使得要被影响的光线(6)的多个局部强度最大值(17)可形成在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的前面或者在透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的范围内；
—第一透镜元件(5)，所述第一透镜元件被设置在透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)与透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)之间；
其特征在于，相位改变元件(4)的第一阵列(3，3a，3b)被设置在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上第一透镜元件(5)的后面。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括第二透镜元件(22)，所述第二透镜元件被设置在第一透镜元件(5)与透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)之间，其中相位改变元件(4)的第一阵列(3，3a，3b)被设置在第一透镜元件(5)与第二透镜元件(22)之间。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，第一透镜元件(5)和/或第二透镜元件(22)被如此设置在所述装置中，使得要被影响的光线(6)可以进行傅里叶变换。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，相位改变元件(4)的第一阵列(3，3a，3b)被设置在第一透镜元件(5)的输出侧傅里叶平面内或者此傅里叶平面的范围内，和/或设置在第二透镜元件(22)的输入侧傅里叶平面内或者此傅里叶平面的范围内。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)的输出侧焦平面对应于第一透镜元件(5)的输入侧傅里叶平面，或者设置在第一透镜元件(5)的输入侧傅里叶平面的范围内。
6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的输入侧焦平面对应于第二透镜元件(22)的输出侧傅里叶平面，或者设置在第二透镜元件(22)的输出侧傅里叶平面的范围内。
7.如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，第一透镜元件(5)和第二透镜元件(22)被构造成一个望远镜或一个类似望远镜的结构。
8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，第一透镜元件(5)和第二透镜元件(22)被构造成一个远心的系统。
9.如权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，第一透镜元件(5)和第二透镜元件(22)被如此设置，使得第一透镜元件(5)的输出侧焦平面和第二透镜元件(22)的输入侧焦平面相互对应或者设置在大致相同的范围内。
10.如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，第一透镜元件(5)和/或第二透镜元件(22)包括多个透镜(5a，5b，5c，5d；22a，22b，22c，22d)。
11.如权利要求1至10中任一项或权利要求1的前序部分所述的装置，其特征在于，透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)和/或透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)具有第一和第二光学功能的边界面，它们在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上相互间隔地设置，并且在每个边界面上构成一个透镜单元阵列。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)的第一和第二光学功能边界面之间的距离和/或透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的第一和第二光学功能边界面之间的距离在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上等于第一和/或第二光学功能边界面的透镜单元的焦距(f1)。
13.如权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有相位改变元件(12)的第二阵列(11，11a，11b)，它被设置在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的前面或后面，或者设置在透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的范围内。
14.如权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，要被影响的光线(6)中通过相位改变元件(4；12)的第一和/或第二阵列(3，3a，3b；11，11a，11b)中不同的相位改变元件(4；12)的部分在相位改变元件(4；12)中可经历相互不同的相位改变。
15.如权利要求11至14中任一项所述的装置，其特征在于，相位改变元件(4)的第一阵列(3，3a，3b)被设置在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)的两个光学功能边界面之间，和/或相位改变元件(12)的第二阵列(11，11a，11b)被设置在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的两个光学功能边界面之间。
16.如权利要求1至15中任一项或权利要求1的前序部分所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少另一个透镜元件阵列(37)，穿过透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的光线至少部分可以通过这些透镜元件，其中所述至少另一个透镜元件阵列(37)被如此设置在所述装置中，或者所述装置如此被设计，使得要被影响的光线(6)的多个局部强度最大值(48)可以形成在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上所述至少另一个透镜元件阵列(37)的前面，或者设置在所述至少另一个透镜元件阵列(37)的范围内。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置包括其它的透镜元件(24)，这些透镜元件被设置在透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)与至少另一个透镜元件阵列(37)之间。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)中的透镜元件的输出侧焦平面对应于所述其它透镜元件(24)的输入侧焦平面或傅里叶平面，或者被设置在所述其它透镜元件(24)的输入侧焦平面或傅里叶平面的范围内。
19.如权利要求16至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少另一个相位改变元件阵列(38)，它被设置在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上至少另一个透镜元件阵列(37)的前面或后面，或者设置在至少另一个透镜元件阵列(37)的范围内。
20.如权利要求1至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个透镜元件(23，29)，它被设置在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的后面，或者设置在至少另一个透镜元件阵列(37)的后面。
21.如权利要求1至20中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个望远镜(35)，它被设置在要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的后面，或者设置在至少另一个透镜元件阵列(37)的后面。
22.如权利要求1至21中任一项或权利要求1的前序部分所述的装置，其特征在于，透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)中的透镜元件(2)和/或透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)中的透镜元件和/或至少另一个透镜元件阵列(37)的透镜元件被构造成柱状透镜。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，在透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)的和/或透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的和/或至少另一个透镜元件阵列(37)的设置在第一和在第二光学功能边界面上的透镜元件的圆柱轴相互垂直或平行。
24.如权利要求1至23中任一项所述的装置，其特征在于，一个或多个透镜元件阵列(27，29)和/或一个或多个相位改变元件阵列(26，30)和/或一个或多个透镜元件(28)被构造成集成光学元件。
25.如权利要求1至24中任一项所述的装置，其特征在于，一个或多个透镜元件阵列(27，29)的透镜元件(28)被构造成短程透镜。
26.如权利要求1至25中任一项所述的装置，其特征在于，相位改变元件阵列(3，3a，3b，11，11a，11b)中的一个或多个阵列中的相位改变元件(4，12)被构造成电光调制器或构造成声光调制器或构造成基于液晶的调制器。
27.如权利要求1至26中任一项所述装置的应用，其特征在于，所述装置被用于射线偏转。
28.如权利要求27所述的应用，其特征在于，所述装置被应用于激光电视领域。
29.如权利要求27所述的应用，其特征在于，所述装置被应用于光学数据存储领域。
30.如权利要求1至26中任一项所述装置的应用，其特征在于，所述装置被用作换向器。
31.尤其通过应用如权利要求1至26中任一项所述的装置，影响光线(6)的方法，包括以下步骤：
—光线(6)至少部分地穿过透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)；
—穿过透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)的各个透镜元件的光线的相位至少在部分范围内被改变；
—要被影响的光线(6)的多个局部强度最大值(17)产生于要被影响的光线(6)的传播方向(Z)上透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的前面；
—光线至少部分地穿过透镜元件(10)的第二阵列(9，9a，9b，9a1，9a2，9b1，9b2)的透镜元件；
其特征在于以下的方法步骤：
—光线在通过透镜元件(2)的第一阵列(1，1a，1b，1a1，1a2，1b1，1b2)之后穿过第一透镜元件(3，3a，3b)，所述第一透镜元件对光线进行傅里叶变换；
—傅里叶变换后光线的相位至少在部分范围内被改变。
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