一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于變焦透鏡技術領域，具體涉及一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法。
【背景技術】
[0002]透鏡作為一種光學元件，具有匯聚或發散光線的作用，廣泛應用于日常生活、天文、軍事、交通等領域，傳統的玻璃透鏡為固定焦距，而在攝影、攝像、精密測量等許多領域要用到焦距可調諧的變焦透鏡。傳統機械式變焦透鏡通常利用透鏡組合來產生變焦效果，但體積大、質量重。與傳統變焦透鏡相比，液晶透鏡不需要機械式移動透鏡組合產生變焦的效果，體積小、質量輕。目前采用較多的一種方法是通過改變向列相液晶的指向矢分布來改變液晶透鏡的焦距。由于液晶分子經取向后可以引起較大的光學各向異性，是極佳的電光材料，利用向列相液晶電控雙折射以及液晶分子空間分布隨外加電場變化而改變的電學特性，可以應用在液晶透鏡。
[0003]電調諧液晶變焦透鏡的研宄起始于上世紀70年代，早在1979年日本科學家Sato提出并完成首個電控液晶透鏡。許多研宄者在結構上做了一系列的改進，有的用圓柱形的液晶透鏡結構，有的在電極之間加了玻璃層，也有的用圓筒結構的設計方法，制作了一種電潤濕可調透鏡，這些研宄取得了一定的效果。變焦透鏡類型多樣，目前多采用單圓孔電極平行排列向列相液晶透鏡模型，利用在電調諧時折射率差值的改變進行液晶透鏡變焦特性的研宄，但變焦范圍較小仍然不能令人滿意。本發明一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法，同軸圓盤-圓環電極結構使得加載在液晶上的電場呈圓對稱，圓盤中心處的有效折射率較圓盤-圓環邊緣處大，沿徑向不同位置處液晶材料的折射率分布呈梯度變化，實現光束聚焦，當實施不同電場時實現變焦的功能。設計一種實現良好透鏡效果的大變焦范圍透鏡，容易實現陣列化，可以進一步拓寬在該領域的應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種變焦范圍更大的大變焦范圍電調諧液晶透鏡，本發明的目的還在于提供一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡制備方法。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]大變焦范圍電調諧液晶透鏡，包括:上玻璃基板1、圓環形氧化銦錫導電薄膜2、向列相液晶3、隔墊物4、圓盤形氧化銦錫導電薄膜5和下玻璃基板6，上玻璃基板I和下玻璃基板6上下相對設置，上玻璃基板I的下端設有圓環形氧化銦錫導電薄膜2連接電源正極導線7，下玻璃基板6的上端設有圓盤形氧化銦錫導電薄膜5連接電源負極導線8，所述圓環形氧化銦錫導電薄膜2和圓盤形氧化銦錫導電薄膜5上下同軸設置，上玻璃基板I和下玻璃基板6之間放置有隔墊物4，上玻璃基板1、下玻璃基板6和隔墊物4圍成的空間內設有垂直排列向列相液晶3。
[0007]大變焦范圍電調諧液晶透鏡制備方法，包括如下步驟:上玻璃基板和下玻璃基板選用厚度為1.1毫米的鍍有厚100納米氧化銦錫導電薄膜的玻璃，隔墊物厚度為d微米，液晶折射率差為Λη，且滿足d.Λη多15微米；對上下玻璃基板ITO導電薄膜利用鹽酸腐蝕15分鐘一20分鐘做圓盤和圓環圖案處理，在電極側旋涂上聚酰亞胺垂直取向膜，用干燥箱設置溫度80攝氏度干燥20分鐘，再升溫至120攝氏度干燥20分鐘，用摩擦機對兩玻璃基板的PI膜進行摩擦取向處理后，將兩極板的摩擦方向呈垂直排列制作出樣品空盒，利用隔墊物對液晶層厚度進行控制。
[0008]本發明的有益效果在于:
[0009]本發明設計出一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法，由于向列相液晶具有明顯的介電各向異性，且垂直排列向列相液晶較平行排列向列相液晶更容易使液晶分子出現不同轉向，通過加載在液晶上的圓對稱電場可以改變垂直排列向列相液晶指向矢分布，使液晶指向矢傾角分布呈圓對稱，沿徑向不同位置處液晶材料的折射率分布會呈梯度變化，達到匯聚光束的效果。同軸圓盤-圓環電極結構較單圓孔電極結構在不同的非均勻圓對稱電場下，同一入射位置處的光束，經過透鏡具有不同的光程，從而實現液晶透鏡的焦距可調。
[0010]本發明提出的同軸圓盤-圓環電極結構，通過優化盒厚、電極尺寸、垂直排列向列相液晶等結構參數，得到制作工藝簡單、變焦范圍較大的液晶透鏡結構，很好實現了電場調諧特性。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法的結構示意圖；
[0012]圖2為圖1的A-A剖視圖；
[0013]圖3為圖1的B-B剖視圖；
【具體實施方式】
[0014]下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述實施。
[0015]一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法，包括:上玻璃基板、圓環形氧化銦錫導電薄膜、垂直排列向列相液晶、隔墊物、圓盤形氧化銦錫導電薄膜和下玻璃基板，所述上玻璃基板和下玻璃基板上下相對設置，上玻璃基板的下端設有圓環形氧化銦錫導電薄膜，下玻璃基板的上端設有圓盤形氧化銦錫導電薄膜，電極側旋涂上聚酰亞胺(PI)垂直取向膜，進行摩擦取向處理，所述圓環形氧化銦錫導電薄膜和圓盤形氧化銦錫導電薄膜上下同軸設置，上玻璃基板和下玻璃基板之間放置有隔墊物，上玻璃基板、下玻璃基板和隔墊物圍成的空間內設有垂直排列向列相液晶。
[0016]如圖1?圖3所示，本實施例所涉及的一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法，包括:上玻璃基板1、圓環形氧化銦錫導電薄膜2、向列相液晶3、隔墊物4、圓盤形氧化銦錫導電薄膜5和下玻璃基板6，所述上玻璃基板I和下玻璃基板6上下相對設置，上玻璃基板I的下端設有圓環形氧化銦錫導電薄膜2，連接電源正極導線7，下玻璃基板6的上端設有圓盤形氧化銦錫導電薄膜5，連接電源負極導線8，所述圓環形氧化銦錫導電薄膜2和圓盤形氧化銦錫導電薄膜5上下同軸設置，上玻璃基板I和下玻璃基板6之間放置有隔墊物4，上玻璃基板1、下玻璃基板6和隔墊物4圍成的空間內設有垂直排列向列相液晶3。圖中的附圖標記，I為上玻璃基板，2為圓環形氧化銦錫(ITO)導電薄膜，3為垂直排列向列相液晶，4為隔墊物，5為圓盤形氧化銦錫(ITO)導電薄膜，6為下玻璃基板，7為連接電源正極導線，8為連接電源負極導線。
[0017]一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法:上玻璃基板I和下玻璃基板6選用厚度為1.1毫米的鍍有厚100納米氧化銦錫(ITO)導電薄膜的玻璃，隔墊物4厚度為d微米，液晶折射率差為Δη，且滿足d.Λη多15微米；對上下玻璃基板ITO導電薄膜(電極)利用鹽酸腐蝕15分鐘一20分鐘做圓盤和圓環圖案處理，并在電極側旋涂上聚酰亞胺(PI)垂直取向膜(jals-2021-Rl)，用干燥箱設置溫度80攝氏度干燥20分鐘，再升溫至120攝氏度干燥20分鐘，用摩擦機對兩玻璃基板的PI膜進行摩擦取向處理后，將兩極板的摩擦方向呈垂直排列制作出樣品空盒，利用隔墊物對液晶層厚度進行控制(如圖1所示)O
[0018]所用的向列相液晶3是向列相液晶(BHR33200)。圓盤形氧化銦錫導電薄膜5的半徑R為I毫米至2毫米區間；圓環形氧化銦錫導電薄膜2的內半徑&為0.5毫米一I毫米區間，圓環形氧化銦錫導電薄膜2的外半徑民為2毫米一4毫米區間，且滿足R = (R !+R2) /2。
[0019]本實施例提出的同軸圓盤-圓環電極結構，通過優化盒厚、電極尺寸等結構參數，得到制作工藝簡單、變焦范圍較大的液晶透鏡結構，很好的實現了電場調諧特性。以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本發明整體構思下的不同實現方式，而且本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
[0020]本發明提供了一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法，屬于變焦透鏡技術領域。本發明所述上玻璃基板和下玻璃基板上下相對設置，上玻璃基板的下端設有圓環形氧化銦錫導電薄膜，下玻璃基板的上端設有圓盤形氧化銦錫導電薄膜，所述圓環形氧化銦錫導電薄膜和圓盤形氧化銦錫導電薄膜上下同軸設置，上玻璃基板和下玻璃基板之間放置有隔墊物，上玻璃基板、下玻璃基板和隔墊物圍成的空間內設有垂直排列向列相液晶。本發明提出的垂直排列向列相液晶透鏡的同軸圓盤-圓環電極結構，通過優化盒厚、電極尺寸等結構參數，得到制作工藝簡單、變焦范圍較大的液晶透鏡結構，很好的實現了電場調諧特性。
[0021]上玻璃基板I和下玻璃基板6之間空間內設有垂直排列向列相液晶3。
[0022]圓盤形氧化銦錫導電薄膜5的半徑為I毫米至2毫米區間。
[0023]圓環形氧化銦錫導電薄膜2的內半徑為0.5毫米一 I毫米區間，圓環形氧化銦錫導電薄膜2的外半徑為2毫米一4毫米區間。
[0024]上玻璃基板I和下玻璃基板6之間放置隔墊物4厚度為50微米一 100微米區間。
【主權項】
1.一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡，包括:上玻璃基板(I)、圓環形氧化銦錫導電薄膜(2)、向列相液晶(3)、隔墊物(4)、圓盤形氧化銦錫導電薄膜(5)和下玻璃基板(6)，其特征在于:所述上玻璃基板(I)和下玻璃基板(6)上下相對設置，上玻璃基板(I)的下端設有圓環形氧化銦錫導電薄膜(2)連接電源正極導線(7)，下玻璃基板￠)的上端設有圓盤形氧化銦錫導電薄膜(5)連接電源負極導線(8)，所述圓環形氧化銦錫導電薄膜(2)和圓盤形氧化銦錫導電薄膜(5)上下同軸設置，上玻璃基板(I)和下玻璃基板(6)之間放置有隔墊物(4)，上玻璃基板(1)、下玻璃基板(6)和隔墊物⑷圍成的空間內設有垂直排列向列相液晶⑶。
2.一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡制備方法，其特征在于，包括如下步驟:上玻璃基板和下玻璃基板選用厚度為1.1毫米的鍍有厚100納米氧化銦錫導電薄膜的玻璃，隔墊物厚度為d微米，液晶折射率差為八11，且滿足(1.Δη ^ 15微米；對上下玻璃基板ITO導電薄膜利用鹽酸腐蝕15分鐘一20分鐘做圓盤和圓環圖案處理，在電極側旋涂上聚酰亞胺垂直取向膜，用干燥箱設置溫度80攝氏度干燥20分鐘，再升溫至120攝氏度干燥20分鐘，用摩擦機對兩玻璃基板的PI膜進行摩擦取向處理后，將兩極板的摩擦方向呈垂直排列制作出樣品空盒，利用隔墊物對液晶層厚度進行控制。
【專利摘要】本發明屬于變焦透鏡技術領域，具體涉及一種大變焦范圍電調諧液晶透鏡及其制備方法。大變焦范圍電調諧液晶透鏡，包括：上玻璃基板、圓環形氧化銦錫導電薄膜、向列相液晶、隔墊物、圓盤形氧化銦錫導電薄膜和下玻璃基板。本發明提出的同軸圓盤-圓環電極結構，通過優化盒厚、電極尺寸、垂直排列向列相液晶等結構參數，得到制作工藝簡單、變焦范圍較大的液晶透鏡結構，很好實現了電場調諧特性。
【IPC分類】G02F1-29
【公開號】CN104808415
【申請號】CN201510154762
【發明人】劉永軍, 尹向寶, 孫偉民, 車姝瑞, 王家璐, 杜木青
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月2日