[发明专利]一种大变焦范围电调谐液晶透镜及其制备方法

说明书

本发明属于变焦透镜技术领域，具体涉及一种大变焦范围电调谐液晶透镜及其制备方法。大变焦范围电调谐液晶透镜，包括：上玻璃基板、圆环形氧化铟锡导电薄膜、向列相液晶、隔垫物、圆盘形氧化铟锡导电薄膜和下玻璃基板。本发明提出的同轴圆盘‑圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸、垂直排列向列相液晶等结构参数，得到制作工艺简单、变焦范围较大的液晶透镜结构，很好实现了电场调谐特性。

技术领域

本发明属于变焦透镜技术领域，具体涉及一种大变焦范围电调谐液晶透镜及其制备方法。

背景技术

透镜作为一种光学元件，具有汇聚或发散光线的作用，广泛应用于日常生活、天文、军事、交通等领域，传统的玻璃透镜为固定焦距，而在摄影、摄像、精密测量等许多领域要用到焦距可调谐的变焦透镜。传统机械式变焦透镜通常利用透镜组合来产生变焦效果，但体积大、质量重。与传统变焦透镜相比，液晶透镜不需要机械式移动透镜组合产生变焦的效果，体积小、质量轻。目前采用较多的一种方法是通过改变向列相液晶的指向矢分布来改变液晶透镜的焦距。由于液晶分子经取向后可以引起较大的光学各向异性，是极佳的电光材料，利用向列相液晶电控双折射以及液晶分子空间分布随外加电场变化而改变的电学特性，可以应用在液晶透镜。

电调谐液晶变焦透镜的研究起始于上世纪70年代，早在1979年日本科学家Sato提出并完成首个电控液晶透镜。许多研究者在结构上做了一系列的改进，有的用圆柱形的液晶透镜结构，有的在电极之间加了玻璃层，也有的用圆筒结构的设计方法，制作了一种电润湿可调透镜，这些研究取得了一定的效果。变焦透镜类型多样，目前多采用单圆孔电极平行排列向列相液晶透镜模型，利用在电调谐时折射率差值的改变进行液晶透镜变焦特性的研究，但变焦范围较小仍然不能令人满意。本发明一种大变焦范围电调谐液晶透镜及其制备方法，同轴圆盘-圆环电极结构使得加载在液晶上的电场呈圆对称，圆盘中心处的有效折射率较圆盘-圆环边缘处大，沿径向不同位置处液晶材料的折射率分布呈梯度变化，实现光束聚焦，当实施不同电场时实现变焦的功能。设计一种实现良好透镜效果的大变焦范围透镜，容易实现阵列化，可以进一步拓宽在该领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种变焦范围更大的大变焦范围电调谐液晶透镜，本发明的目的还在于提供一种大变焦范围电调谐液晶透镜制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

大变焦范围电调谐液晶透镜，包括：上玻璃基板1、圆环形氧化铟锡导电薄膜2、向列相液晶3、隔垫物4、圆盘形氧化铟锡导电薄膜5和下玻璃基板6，上玻璃基板1和下玻璃基板6上下相对设置，上玻璃基板1的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄膜2连接电源正极导线7，下玻璃基板6的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜5连接电源负极导线8，所述圆环形氧化铟锡导电薄膜2和圆盘形氧化铟锡导电薄膜5上下同轴设置，上玻璃基板1和下玻璃基板6之间放置有隔垫物4，上玻璃基板1、下玻璃基板6和隔垫物4围成的空间内设有垂直排列向列相液晶3。

大变焦范围电调谐液晶透镜制备方法，包括如下步骤：上玻璃基板和下玻璃基板选用厚度为1.1毫米的镀有厚100纳米氧化铟锡导电薄膜的玻璃，隔垫物厚度为d微米，液晶折射率差为Δn，且满足d·Δn≥15微米；对上下玻璃基板ITO导电薄膜利用盐酸腐蚀15分钟—20分钟做圆盘和圆环图案处理，在电极侧旋涂上聚酰亚胺垂直取向膜，用干燥箱设置温度80摄氏度干燥20分钟，再升温至120摄氏度干燥20分钟，用摩擦机对两玻璃基板的PI膜进行摩擦取向处理后，将两极板的摩擦方向呈垂直排列制作出样品空盒，利用隔垫物对液晶层厚度进行控制。

本发明的有益效果在于：