[发明专利]线偏振光偏振方向无跳变旋转的方法和装置

说明书

本发明涉及一种应用于图像显示、光场调控、光学微操纵、眼科医疗等相关领域的线偏振光偏振方向无跳变旋转的方法和装置。入射线偏振光受到液晶分子双折射效应，其快轴和慢轴两方向分量获得半波长相位差，利用交变电压控制液晶分子平行于液晶基板旋转从而出射旋转线偏振光。本发明能够实现旋转线偏振光旋转速率可控且旋转过程无跳变。通过液晶单元的排列结构可形成统一调控阵列，在特定情况下可应用于海丁格光刷弱视治疗仪及光学操纵等装置中。

技术领域

本发明涉及一种应用于图像显示、光场调控、光学微操纵、眼科医疗等相关领域的线偏振光偏振方向无跳变旋转方法和装置，且在特定实施例中涉及海丁格光刷弱视治疗仪器优化装置，液晶显示，矢量光场产生，光学操纵装置。

背景技术

线偏振光无角度限制的连续旋转，即无跳变旋转，在海丁格刷弱视疗法，液晶显示，光学微操纵等领域有着广泛的应用需求。弱视是儿童视觉发育障碍所导致的一种眼科常见病。海丁格刷疗法是治疗弱视的一种治疗效果较好的方法，注视旋转速率为50-100r/min(即 0.83-1.67Hz)的蓝色线偏振光时，视场范围内会出现一个刷状影像在慢速旋转，通过注视旋转的蓝色线偏振光能够对弱视进行治疗。光学微操纵领域，圆偏振光或涡旋光所具有的角动量能够形成光阱，对微粒进行捕获或操控。独立调控的矢量光场，其非均匀偏振分布对光场的空时演化及光场与物质的相互作用有重要影响。屏幕显示及空间光调制器等需要通过改变像素点对应入射偏振光方向，调节透过率，达到图像显示的目的。因此，急需开发对线偏振光偏振方向无跳变旋转装置。

目前主流的对线偏振光进行偏振方向旋转的仪器，有液晶相位延迟器、空间光调制器、光弹调制器等，但以上所述调控偏振方向旋转仪器都只能做到有限角度范围(通常是180°以内)的连续调控，超过此范围均面临偏振方向旋转跳变的问题，无法做到无角度限制的连续旋转。这是由于相位延迟器的普遍设计思路为，通过改变液晶旋光性或材料双折射率的大小，从而改变出射光偏振方向。以相位延迟器为例，对液晶基片ITO层施加电压，使得液晶分子沿光线传播方向纵向偏转，改变双折射率及旋光性，从而影响入射线偏振光出射偏振特性，达到相位延迟的目的。

最为直接的线偏振光偏振方向旋转而不发生跳变的装置，为机械马达驱动的半波片(对线偏振光)或偏振片(对自然光)，如海丁格光刷治疗仪(CN2875382Y)就是通过机械马达驱动工作的。但机械马达驱动旋转线偏振光有着控制不够精确且机械扰动较大的问题，并且尺寸较大，无法集成，不利于开发便携设备。基于光学外差干涉法可实现高速无跳变的偏振调控，如https://doi.org/10.29026/oea.2020.200022(OPTO-ELECTRONIC ADVANCES,2020，3(8), 200022)，但是这种方法对光路精确性要求高，声光调制装置体积依然很大，效率不高，且成本高，很难应用于上述各类情形。

此外，使用水平电场对液晶进行调制并改变线偏振光方向的装置，如IPS(CN101666949B) 及FFS(CN1302450C)显示面板技术，通过单层电极提供的水平电场，使得液晶平行于基板排列并旋转，能够对偏振光偏振方向进行调制，但依然只能实现有限角度的线偏振旋转调制以控制灰阶，仍然无法做到线偏振光偏振方向无跳变旋转。且其结构只涉及单层电极，与本发明提出的装置结构不同，因此难以应用到上述眼科医疗、光场调控、光学微操纵等各场景中。

发明内容

为解决所属领域现有技术的不足，基于液晶电光效应原理，本发明提出了一种电驱动线偏振光偏振方向无跳变旋转装置，这种装置利用交变电压控制液晶分子旋转，并设定液晶层的厚度，使之等效为一个旋转半波片，从而无需马达即可连续旋转线偏振光偏振方向，旋转速率可控且旋转过程无偏振跳变。

为实现本发明的目的，提出一种方法，所述方法包括：

在与所述第一玻璃基板平面平行方向施加电压；通过电压控制所述液晶层内液晶分子平行于所述第一玻璃基板平面旋转，从而对入射的线偏振光的偏振方向连续可控旋转。