[实用新型]一种弧形柱状空腔与电极的可变焦液晶透镜

说明书

本实用新型公开了一种弧形柱状空腔与电极的可变焦液晶透镜，主要包括保护壳、驱动模块、以及设置在保护壳内的上电极、下电极、液晶取向层和液晶。本实用新型在灌注液晶之后，可以使得里面的液晶分子按照均匀弧形柱状填充空间而均匀分布，之后通过取向作用使液晶分子按照实验研究所需要的方向进行取向排列，这样会使得在未加外电场的时候，液晶分子会有一定的偏转角度。如此以来，后续需要进行更大范围变焦时，液晶分子需要通过外加电压去转动更大的角度，在已有一定偏转角度液晶分子的基础上增加角度，会使所加的外部电场的电压会相对降低，也就是说相对平行板变焦液晶透镜而言，水平液晶分子转过相同度数需要施加的电压比本实用新型要大。

技术领域

本实用新型涉及液晶透镜领域，尤其涉及一种弧形柱状空腔结构、沿弧形柱状空腔敷设的弧形柱状电极的焦距可变液晶透镜。

背景技术

随着科技的不断发展和研究的不断深入，人们的工作研究以及日常生活的众多领域对于透镜特别是焦距可调透镜也有了更多且更高的要求。

众所周知，传统透镜焦距是单一固定的，因此传统的变焦系统都是又多个焦距不同的单一焦距的透镜组合而成，并且需要进行机械的调焦。这样的变焦系统缺点众多，如结构复杂、操作繁琐且操作要求高、制作过程复杂且成本高，更令人不满意的是它的调焦范围有限，不能满足众多工作的调焦要求，很大程度上限制了它的发展和应用。而电控变焦液晶透镜的出现，很大程度上解决了传统变焦透镜或者变焦系统的诸多问题。电控变焦液晶透镜利用液晶的电光效应(电控双折射效应)，即通过施加电场改变液晶分子的排列方向,使对应的非寻常光的折射率ne连续变化到寻常光的折射率no,通过电压控制盒内液晶分子的取向,改变折射率,相应地也就调节了焦距,达到实现透镜功能的目的。具体而言是因为液晶具有晶体的各异性，即一束光线穿过液晶层时，会分成两束偏振方向不同的光线：o光和e光，其中o光是寻常光，e光是非寻常光。o光在液晶中传播时，不管朝哪个方向，折射率都是固定不变的，而e光刚好和o光相反，它的振动方向始终与o光垂直，所以朝不同方向传播时会有不同的折射率。正是由于此，给液晶外加电场，由于某些液晶分子的指向矢有沿电场方向取向的趋势，故随着电压的改变，液晶分子的指向矢偏转角度也就会随之改变，在同一方向的等效折射率会不同，从而可形成梯度折射率，当偏振光射入时，会使偏振光形成汇聚或发散的效果。正是由于这些特性的综合，才使得液晶透镜具有电控变焦的功能。简单来说就是在电场的作用下液晶分子发生转向，从而使通过透镜的偏振光线产生折射达到聚焦效果，实现电控变焦，变焦的范围可以通过电压大小去控制，具体的工作原理如图5所示。这也使得变焦透镜的结构更加简单且小型化，制作简易且成本低，变焦灵活且变焦级数多，使得变焦更加方便精准且细腻。这也使得电控变焦液晶透镜迅速成为研究热点，进而应用广泛而丰富，在很多领域已相继取代了传统变焦透镜。

现今研究出的变焦液晶透镜的种类很多，而且在应用领域和功能上也不断在扩展。如在科学研究领域有很多的变焦液晶透镜：单圆孔电极型、条形电极型、圆环-圆盘电极型、单、双层型液晶透镜等等；医学领域的光场显微镜液晶透镜、内窥镜液晶透镜等等；娱乐生活中的3D显示型液晶透镜、裸眼3D液晶透镜显示器件等等。液晶透镜在众多领域中有着相当广泛的应用。

但是由于液晶透镜的一些关键技术问题尚未解决完善，所以其进一步应用也有一定的限制。现今许多研究人员遇到和一直在改善的是变焦液晶透镜的驱动电压过大、调焦范围不够大和响应速度不够快的问题。因此，现有技术需要进一步改进和完善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种驱动电压更低、响应速度更快、结构更优的变焦液晶透镜。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：