專利名稱：一種諧衍射型液晶變焦透鏡及其陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元器件，具體涉及一種變焦透鏡，尤其是一種基于諧衍射結(jié)構(gòu)的液晶變焦透鏡及透鏡陣列，透鏡的焦距可通過(guò)施加外加電壓信號(hào)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
變焦透鏡在攝影、視力矯正、機(jī)器視覺(jué)，三維顯示等領(lǐng)域都存在廣泛應(yīng)用。根據(jù)變焦原理不同主要可分為兩大類變焦透鏡第一類通過(guò)改變透鏡的曲率半徑等幾何參數(shù)實(shí)現(xiàn)變焦，如Membrane lens> Surface-tension lens等；第二類通過(guò)改變透鏡材料的折射率實(shí)現(xiàn)變焦，主要包括液晶變焦透鏡等。相對(duì)于第一類變焦透鏡，第二類變焦透鏡無(wú)需微型機(jī)械泵、微型伺服電機(jī)等機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置和部件，而且對(duì)外界環(huán)境的干擾不敏感，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。被認(rèn)為 是最具前景的變焦透鏡技術(shù)之一。基于液晶的變焦透鏡，利用液晶材料的雙折射性能，通過(guò)外加電壓改變液晶分子的取向，從而改變液晶材料的折射率，最終實(shí)現(xiàn)變焦。早期利用液晶實(shí)現(xiàn)變焦的技術(shù)報(bào)導(dǎo)包括有日本專利 JP 52-32348 和 JP 61-4586、美國(guó)專利 U. S. Patent 4，190，330 和 U. S.Patent 4，037，929等。這類變焦透鏡通常采用導(dǎo)電的球面透鏡和導(dǎo)電平板玻璃組成液晶盒并在液晶盒里填充足量液晶，利用折射原理實(shí)現(xiàn)聚焦和變焦。這類折射型變焦透鏡的口徑小、響應(yīng)速度慢、透光率低。日本專利JP 60-50510公開(kāi)了一種基于連續(xù)面型菲涅耳透鏡的液晶變焦透鏡，在一定程度上緩解了上述折射型變焦透鏡存在的問(wèn)題，但是仍然存在中間區(qū)域和邊緣區(qū)域的液晶響應(yīng)速度不一致；存在雜散光干擾等問(wèn)題。美國(guó)專利U.S. Patent 4，904，063提出了兩種優(yōu)化的基于連續(xù)面型菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)的液晶變焦透鏡。但是這種變焦透鏡結(jié)構(gòu)仍然存在響應(yīng)速度慢、加工難度大，不利于液晶分子進(jìn)行定向排列等問(wèn)題。美國(guó)專利U.S. Patent 4，909，626、美國(guó)專利申請(qǐng) U. S. Patent Application2006/0164593 Al等公開(kāi)了基于平面菲涅耳圓環(huán)型電極結(jié)構(gòu)的液晶變焦透鏡。這種結(jié)構(gòu)改善了液晶分子的定向排列，但是制作這種電極的難度大、成本高，不適合批量制作，而且這種透鏡結(jié)構(gòu)還存在色差、衍射效率低等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種諧衍射型液晶變焦透鏡及其陣列，利用諧衍射結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變焦，以解決現(xiàn)有技術(shù)中液晶變焦透鏡響應(yīng)速度慢、加工難度大、存在色差等問(wèn)題。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種諧衍射型液晶變焦透鏡，包括液晶盒、填充在液晶盒內(nèi)的液晶和電控裝置，所述液晶盒由第一基板、第二基板及連接第一基板和第二基板的間隔物構(gòu)成，第一基板和第二基板的內(nèi)表面分別設(shè)有導(dǎo)電層，在至少一個(gè)基板的導(dǎo)電層上覆蓋有定向?qū)?，其特征在于其中至少一個(gè)基板的內(nèi)表面具有諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)，所述諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)滿足諧衍射條件。
上文中，所述定向?qū)訛楝F(xiàn)有技術(shù)，其作用是使液晶分子按特定的方向排列。定向?qū)油ǔＪ且槐痈叻肿佑袡C(jī)物，并經(jīng)摩擦處理；也可以通過(guò)在玻璃表面以一定角度用真空蒸鍍氧化硅薄膜來(lái)制備。所述電控裝置連接兩個(gè)基板的導(dǎo)電層，為變焦透鏡提供電壓信號(hào)，以改變液晶的折射率。上述技術(shù)方案中，所述諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)與液晶形成透鏡的聚焦功能，所述諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的“諧衍射條件”是指衍射透鏡的相位深度為2/^，其中/^為諧衍射級(jí)次，取值大于I的整數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)普通衍射透鏡的諧衍射條件，可以確定本發(fā)明的諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)符合的條件。在APPLIED OPTICS第34卷第14期(1995年5月10日)第2469-2475頁(yè)公開(kāi)的“Harmonic diffractive lenses” 一文中，即對(duì)衍射透鏡的諧衍射條件進(jìn)行了說(shuō)明。上述技術(shù)方案中，所述諧衍射型液晶變焦透鏡及其陣列的焦距變化規(guī)律滿足透鏡的諧衍射規(guī)律。即
權(quán)利要求
1.一種諧衍射型液晶變焦透鏡，包括液晶盒、填充在液晶盒內(nèi)的液晶和電控裝置，所述液晶盒由第一基板、第二基板及連接第一基板和第二基板的間隔物構(gòu)成，第一基板和第二基板的內(nèi)表面分別設(shè)有導(dǎo)電層，在至少一個(gè)基板的導(dǎo)電層上覆蓋有定向?qū)樱涮卣髟谟谄渲兄辽僖粋€(gè)基板的內(nèi)表面具有諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)，所述諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)滿足諧衍射條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧衍射型液晶變焦透鏡，其特征在于諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)滿足的諧衍射條件是指衍射透鏡的相位深度為2P π，其中P為諧衍射級(jí)次，取值大于I的整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧衍射型液晶變焦透鏡，其特征在于所述諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)是連續(xù)相位結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的諧衍射型液晶變焦透鏡，其特征在于所述諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)是離散相位臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
5.一種諧衍射型液晶變焦透鏡陣列，其特征在于采用權(quán)利要求I至4中任一種諧衍射型液晶變焦透鏡作為透鏡單元，各透鏡單元排列構(gòu)成陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧衍射型液晶變焦透鏡陣列，其特征在于陣列中的各透鏡單元分別采用各自的電控裝置控制，或者采用同一電控裝置進(jìn)行整體控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧衍射型液晶變焦透鏡陣列，其特征在于所述透鏡單元按正交排列構(gòu)成陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧衍射型液晶變焦透鏡陣列，其特征在于所述透鏡單元按六邊形蜂窩狀排列構(gòu)成陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧衍射型液晶變焦透鏡陣列，其特征在于所述透鏡單元按隨機(jī)排列構(gòu)成陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的諧衍射型液晶變焦透鏡陣列，其特征在于各透鏡單元的液晶盒的第一基板互相連接為一體結(jié)構(gòu)，各第二基板互相連接為一體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種諧衍射型液晶變焦透鏡及其陣列，包括液晶盒、填充在液晶盒內(nèi)的液晶和電控裝置，所述液晶盒由第一基板、第二基板及連接第一基板和第二基板的間隔物構(gòu)成，第一基板和第二基板的內(nèi)表面分別設(shè)有導(dǎo)電層，在至少一個(gè)基板的導(dǎo)電層上覆蓋有定向?qū)?，其特征在于其中至少一個(gè)基板的內(nèi)表面具有諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)，所述諧衍射透鏡結(jié)構(gòu)滿足諧衍射條件。本發(fā)明有利于精確控制液晶層的厚度，有助于液晶分子的排列，減小變焦透鏡的響應(yīng)時(shí)間，并可實(shí)現(xiàn)消色差，有利于變焦透鏡的加工和復(fù)制。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK102692781SQ20121020082
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者樓益民, 王欽華, 申溯, 陳林森 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)