大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，屬于電調(diào)諧液晶變焦微透鏡技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]液晶分子經(jīng)取向后可以引起較大的光學(xué)各向異性是極佳的電光材料，已經(jīng)應(yīng)用在各種液晶顯示器上。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(xué)特性，其還可以在液晶透鏡、液晶激光器以及液晶濾波器等多種可調(diào)諧光學(xué)器件方面有潛在的應(yīng)用。
[0003]電調(diào)諧液晶變焦透鏡的研宄起始于上世紀(jì)70年代，早在1979年日本科學(xué)家Sato提出并完成首個電控液晶透鏡。2004年Ren和Shengwu Kang研宄了用聚合物液晶來制作菲涅爾透鏡從而降低控制電壓并提高了響應(yīng)速度。2006年Mao Ye在前人的基礎(chǔ)上對液晶透鏡結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，將透鏡的直徑做到4.5mm，在電極之間加了玻璃層。2012年，C.Li等人采用圓筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，制作了一種電潤濕可調(diào)透鏡。研宄者多采用單圓孔電極模型，利用在電調(diào)諧時液晶折射率差值的改變進(jìn)行液晶透鏡變焦特性的研宄。但在電壓20V?180V調(diào)諧時變焦范圍為80mm，變焦范圍較小仍然不能令人滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，即在電壓20V?180V調(diào)諧時變焦范圍為80_，變焦范圍較小仍然不能令人滿意。進(jìn)而提供一種大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，包括:上極板、圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜、向列相液晶、隔墊物、圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜和下極板，所述上極板和下極板上下相對設(shè)置，上極板的下端設(shè)有圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜，下極板的上端設(shè)有圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜，所述圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜和圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜上下同軸設(shè)置，上極板和下極板之間連接有隔墊物，上極板、下極板和隔墊物圍成的空間內(nèi)設(shè)有向列相液晶。
[0007]本實用新型設(shè)計出同軸圓盤-圓環(huán)電極結(jié)構(gòu)的液晶透鏡，并采用有限元差分法進(jìn)行數(shù)值模擬，得到任意盒厚下的液晶指向矢分布，通過對電場模擬仿真，得到液晶層電場強度隨著液晶層不同位置的分布圖，并得到液晶指向矢Θ (Z)隨z的變化。對可調(diào)透鏡的調(diào)焦性能進(jìn)行了測試，對透鏡參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得的最優(yōu)化樣品參數(shù)為:電極結(jié)構(gòu)圓環(huán)為內(nèi)半徑3mm、外半徑5mm、圓盤半徑4mm、盒厚(隔墊物)10um,在電壓為OV?250V測量的焦距范圍為75?230mm，變焦范圍達(dá)到155mm。
[0008]本實用新型提出的同軸圓盤-圓環(huán)電極結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化盒厚、電極尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到制作工藝簡單、變焦范圍較大的液晶透鏡結(jié)構(gòu)，很好的實現(xiàn)了電場調(diào)諧特性。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為圖1的A-A剖視圖；
[0011]圖3為圖1的B-B剖視圖；
[0012]圖4為液晶透鏡聚焦特性測試裝置圖。
[0013]圖中的附圖標(biāo)記，I為上極板，2為圓環(huán)形氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜，3為向列相液晶，4為隔墊物，5為圓盤形氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜，6為下極板，10為He-Ne激光器，11為孔徑光闌一，12為擴束鏡，13為孔徑光闌二，14為顯微物鏡，15為偏振片一，16為液晶透鏡，17為偏振片二，18為CXD探測器。
【具體實施方式】
[0014]下面將結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述實施例。
[0015]如圖1?圖3所示，本實施例所涉及的一種大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，包括:上極板1、圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜2、向列相液晶3、隔墊物4、圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜5和下極板6，所述上極板I和下極板6上下相對設(shè)置，上極板I的下端設(shè)有圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜2，下極板6的上端設(shè)有圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜5，所述圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜2和圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜5上下同軸設(shè)置，上極板I和下極板6之間連接有隔墊物4，上極板1、下極板6和隔墊物4圍成的空間內(nèi)設(shè)有向列相液晶3。
[0016]本實施例大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡的制作方法:上極板I和下極板6選用厚度為1.1mm的鍍有氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜的玻璃，利用鹽酸腐蝕法及掩膜技術(shù)對上下極板ITO導(dǎo)電薄膜(電極)做圓盤和圓環(huán)圖案處理，并在電極側(cè)旋涂上聚酰亞胺(PI)取向膜，進(jìn)行摩擦取向處理后，將兩極板的摩擦方向呈反平行排列制作出樣品空盒，利用隔墊物對液晶層厚度進(jìn)行控制(如圖1所示)。
[0017]所用的向列相液晶3是由北京八億時空液晶科技股份有限公司生產(chǎn)的向列相液晶(BHR33200)，常溫下 η。= 1.52，2n e= 1.69，2 彈性常數(shù)為 -K11= 6.0 X 10'K33 =8.4X10_12，介電常數(shù)為:ε 0= 8.85X10 ε 丄=7.0 ε 0、ε "= 18.5 ε 0、Δ ε = 11.5 ε QO圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜5的半徑分別為3mm、4mm、5mm ;圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜2的內(nèi)外半徑分別為2_?4mm、3mm?5mm、2_?6mm。
[0018]實驗:(見圖4)其中光源使用的是波長為633nm的He-Ne激光器10，在實驗中使用兩個偏振片(偏振片一 15和偏振片二 17)，其夾角為90°，分別與液晶透鏡16呈45°，液晶透鏡16放在中間，使用頻率為50Hz的電壓進(jìn)行控制，使用CCD探測器18獲取圖像。
[0019]通過調(diào)節(jié)可調(diào)液晶透鏡16、顯微物鏡14、CXD探測器18三者之間的距離，將液晶透鏡16與CXD探測器18之間的距離固定為30cm，記錄改變工作電壓后在CXD探測器18上面得到的相應(yīng)干涉圖像?？梢钥闯觯?V電壓下液晶透鏡16有了干涉條紋現(xiàn)象，可調(diào)液晶透鏡隨著調(diào)控電壓的增加，聚焦效果明顯增強，250V時聚焦明顯，其結(jié)果表明，通過改變電壓能夠?qū)σ壕哥R的焦距進(jìn)行有效的調(diào)控。
[0020]由于電極的尺寸大小決定加載電場的分布，不同的電場分布會導(dǎo)致液晶分子指向矢角度Θ (Z)隨Z的變化，通過改變液晶分子指向矢角度Θ (Z)，可以改變有效折射率差，從而改變液晶透鏡的焦距。
[0021]本實施例提出的同軸圓盤-圓環(huán)電極結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化盒厚、電極尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到制作工藝簡單、變焦范圍較大的液晶透鏡結(jié)構(gòu)，變焦范圍達(dá)到155mm，很好的實現(xiàn)了電場調(diào)諧特性。
[0022]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本實用新型整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，包括:上極板(I)、圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(2)、向列相液晶(3)、隔墊物(4)、圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(5)和下極板(6)，其特征在于，所述上極板(I)和下極板(6)上下相對設(shè)置，上極板(I)的下端設(shè)有圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(2)，下極板￠)的上端設(shè)有圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(5)，所述圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(2)和圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(5)上下同軸設(shè)置，上極板(I)和下極板(6)之間連接有隔墊物(4)，上極板(1)、下極板(6)和隔墊物⑷圍成的空間內(nèi)設(shè)有向列相液晶(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，其特征在于，所述上極板(I)和下極板(6)選用厚度為1.1mm的鍍有氧化銦錫導(dǎo)電薄膜的玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，其特征在于，所述圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(5)的半徑分別為3mm、4mm或5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，其特征在于，所述圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜(2)的內(nèi)外半徑分別為2mm?4mm、3mm?5mm或2mm?6mm。
【專利摘要】本實用新型提供了一種大變焦范圍電調(diào)諧液晶變焦微透鏡，屬于電調(diào)諧液晶變焦微透鏡技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型所述上極板和下極板上下相對設(shè)置，上極板的下端設(shè)有圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜，下極板的上端設(shè)有圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜，所述圓環(huán)形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜和圓盤形氧化銦錫導(dǎo)電薄膜上下同軸設(shè)置，上極板和下極板之間連接有隔墊物，上極板、下極板和隔墊物圍成的空間內(nèi)設(shè)有向列相液晶。本實用新型提出的同軸圓盤-圓環(huán)電極結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化盒厚、電極尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到制作工藝簡單、變焦范圍較大的液晶透鏡結(jié)構(gòu)，很好的實現(xiàn)了電場調(diào)諧特性。
【IPC分類】G02F1-29, G02F1-1343
【公開號】CN204462603
【申請?zhí)枴緾N201520196389
【發(fā)明人】尹向?qū)? 劉永軍, 任常愚
【申請人】黑龍江科技大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月2日