[发明专利]一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统

权利要求书

1.一种液晶变焦曲面透镜，其特征在于，包括：

外曲面透镜和内曲面透镜，所述外曲面透镜和内曲面透镜间封装有液晶层；所述外曲面透镜靠近液晶层的一侧设有外电极，所述内曲面透镜靠近液晶层的一侧设有内电极；

所述外电极和内电极组成电极层，所述电极层为透明导电层，用于控制液晶层内电场强度分布；所述外电极具备与外曲面透镜契合的菲涅尔环状图案；所述内电极具备与内曲面透镜契合的菲涅尔环状图案；所述外电极和内电极对心并按引脚方向反平行放置；所述外电极和内电极均设置为沿轴线对称的环状电极，该环状电极设有缺口，从该缺口的两侧分别引出引脚，该环状电极两引脚的夹角大于15度，以适应曲面透镜轮廓且不发生重叠；可对外电极和内电极的各引脚施加连续改变的电压以控制透镜的焦距；

液晶层为用于改变光学焦距的混合液晶，其分子取向受电场分布调控；其外围圆周均匀分布有封装胶水；

取向层为沉积于电极层靠近液晶层表面的透明聚合物，用于保证液晶层的分子初始朝向和分布。

2.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述外曲面透镜和内曲面透镜选自包括聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸羟乙酯在内的软质聚合物，在液晶变焦曲面透镜外部还包裹有硅水凝胶。

3.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述电极层的材料选自对可见光的透过率80%以上的透明导电薄膜或中心透光区半径占透镜半径1/4~1/2的不透明金属箔。

4.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述液晶层为具有通透性的混合液晶，且液晶态温度区间涵盖常温，其寻常光和非寻常光的折射率之差为0.1~0.25。

5.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，适用于工业的液晶变焦曲面透镜口径在25~80 mm之间；适用人眼的液晶变焦曲面透镜的口径小于15 mm，适用人眼的液晶变焦曲面透镜的厚度小于0.3 mm。

6.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述电极层的最小线宽不低于0.1 mm；所述电极层中引脚的公共引线宽度不低于3 mm。

7.一种权利要求1~6任一项所述的液晶变焦曲面透镜的制备方法，其特征在于，采用各镜片和电极单独成型，然后组装各镜片和电极最后填充液晶的制备方案，具体包括以下步骤：

步骤（1）：设计并加工曲面透镜的模具；

步骤（2）：将软质聚合物和固化液按质量比10:1充分搅拌混合，作为软质聚合物混合液；将软质聚合物混合液注入步骤（1）得到的曲面透镜的模具中，模压成型，即得内、外曲面透镜；对内、外曲面透镜的内表面均匀旋涂未固化的软质聚合物，得到涂胶的内、外曲面透镜；

步骤（3）：切割电极形状，分别与涂胶的内、外曲面透镜对心贴紧，热压，使得电极与内、外曲面透镜贴合；

步骤（4）：对步骤（3）得到的覆盖有电极的内、外曲面透镜进行等离子处理，再在其内表面均匀涂覆取向层，半硬化后单向摩擦取向层表面，形成朝向一致且分布均匀的划痕；最后经等离子处理使涂覆取向层的内、外曲面透镜硬化；

步骤（5）：灌注液晶和封装：在外曲面透镜和内曲面透镜的边缘设置封装胶水，在封装胶水完全固化之前，将已真空除泡的液晶注入外曲面透镜和内曲面透镜间，其中外曲面透镜和内曲面透镜沿着划痕相反的方向对准，挤压封装成一体，并从电极层引出导线，得到液晶变焦曲面透镜，在液晶变焦曲面透镜外部还包裹有硅水凝胶。

8.根据权利要求7所述的液晶变焦曲面透镜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中按照屈光度逆向确定包括镜片曲率半径、直径、厚度在内的尺寸参数，分别设计内、外曲面透镜对应的作为公模的基弧面模和作为母模的光学面模。

9.一种成像系统，其特征在于，包括权利要求1~6任一项所述的液晶变焦曲面透镜或由权利要求7或8所述的制备方法制得的液晶变焦曲面透镜。

10.一种权利要求1~6任一项所述的液晶变焦曲面透镜或由权利要求7或8所述的制备方法制得的液晶变焦曲面透镜在工业视觉检测镜头或可变焦角膜接触镜中的应用。