[实用新型]一种偏振相关的平面液晶透镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及液晶取向控制技术领域，尤其涉及一种偏振相关的平面液晶透镜。

背景技术

增强现实技术是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术。能将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成，把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,触觉等)通过电脑模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，实现真实环境和虚拟物体实时地叠加到了同一个画面或空间。

增强现实技术不仅在与虚拟现实技术相类似的应用领域，由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在医疗研究、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域，具有比VR技术更加明显的优势。

现有的液晶透镜主要是液晶曲面透镜或柱状透镜，需借助树脂模具制成，加工难度高、成本高，且产品合格率低，所得二元透镜器件的衍射效率最高仅为41％。且因现有的液晶透镜大多数为非平面的光学元件，其使用也受到限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种偏振相关的平面液晶透镜，第一基板与第二基板相对而置，间隔粒子保持二者间距，二基板内侧面覆有电极膜和光控取向膜，基板之间为液晶层，光控取向膜中分子指向矢方向周期渐变的多个同心圆的微区图形控制液晶层中的液晶分子指向矢按其同心圆的周期性渐变分布。本液晶透镜的效率提高，且结构简单，成本低。

本实用新型设计的一种偏振相关的平面液晶透镜包括相对设置的透明的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层。

所述第一基板与第二基板之间设置有均布的间隔粒子，保持二基板的间距均匀，支撑所述液晶层。所述间隔粒子为相同的直径3～8微米的绝缘球，相邻间隔粒子的间距为3～8微米。调整间隔粒子的尺寸控制第一基板和第二基板之间的距离。

所述第一基板与第二基板相对的内侧面上分别附有电极膜，所述二电极膜相对的内侧面上分别附有光控取向膜。所述光控取向膜具有分子指向矢方向呈二维周期性渐变分布的同心圆结构的微区图形，光控取向膜中分子指向矢方向周期渐变的微区图形控制液晶层中的液晶分子指向矢的周期性渐变分布，使入射液晶透镜的圆偏振光转换为具有聚焦特性的出射光。

所述微区图形为n个同心渐变圆环，2≤n≤50，每个圆环为一个渐变周期，同一微区图形中n个同心圆环由中心向外周期逐渐变小，n个同心圆环由中心向外环上的光控取向膜分子指向方向从0°渐变到接近180°。

进一步的，所述液晶层为双频液晶，双频液晶由正性液晶和负性液晶混合而成，在外加低频电场时其介电各向异性为正，高频电场时其介电各向异性为负；所述光控取向膜的材料为偶氮染料。

本平面液晶透镜两个电极膜之间的有电压差，第一基板和第二基板上的电极膜之间的预设电压差为25伏。

与现有技术相比，本实用新型一种偏振相关的平面液晶透镜的优点为：1、光控取向膜中分子指向矢方向的微区图形控制液晶层中的液晶分子指向矢的周期性渐变分布，入射本液晶透镜的圆偏振光转换为具有聚焦或发散特性的出射光；2、液晶层为对偏振光敏感的材料，本液晶透镜的双聚焦特性可由入射光的偏振状态控制热，通过选择右旋圆偏振入射光或左旋圆偏振入射光，可以获得不同偏振状态的衍射光斑，由本例透镜集成的透镜阵列可满足增强现实显示等领域的应用需求；3、设定外加电场为25V,1kHz/80kHz时，电场作用下获得亚毫秒量级双焦点透镜的工作响应时间；4、本平面液晶透镜的衍射效率提高显著，理论效率为100％，实验测得效率高达95％；5、为平面光学元件，轻便，易集成，且电光可调、偏振可控和宽波段适用，且结构简单，成本低廉，适于增强现实技术的应用。

附图说明

图1为本偏振相关的平面液晶透镜实施例的剖面结构示意图；

图2为本偏振相关的平面液晶透镜实施例光控取向膜的分子指向矢方向呈二维周期性渐变分布的微区图形示意图；

图3为本偏振相关的平面液晶透镜实施例液晶层中液晶分子指向矢方向周期渐变分布的模拟示意图；

图4a为本偏振相关的平面液晶透镜实施例的双聚焦特性焦距f为正的示意图；

图4b为本偏振相关的平面液晶透镜实施例的双聚焦特性焦距f为负的示意图；

图5a为本偏振相关的平面液晶透镜实施例的非互易特性示意图；

图5b为本偏振相关的平面液晶透镜实施例的非互易特性示意图。

具体实施方式