[发明专利]一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统

说明书

本发明公开了一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统，包括：外曲面透镜、电极层、液晶层、取向层和内曲面透镜等组件，通过模压法制备出内外曲面镜片，借助取向层设置液晶的初始排布，再利用溅射和切割成型的菲涅尔环带电极以控制液晶的折射率，引起光束的汇聚或发散，进而实现连续而精准的焦距变化。本发明不仅揭示了液晶变焦曲面透镜的设计和制备方法，还发展了曲面透镜的夹持、焦距测量和成像检测等装置的设计和使用方法。该液晶变焦曲面透镜具备变焦能力强、驱动电压低、轻薄小巧、制作简便等优点，能适应正负范围内的屈光度和变焦调控，对拓展工业视觉检测镜头、角膜接触镜和望远系统的连续可控变焦具有启示作用。

技术领域

本发明涉及液晶透镜领域，尤其是涉及一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统。

背景技术

近视眼和老花眼是人们一直关注的视力问题，随着科学技术的蓬勃发展，用于视力矫正的眼镜层出不穷。但是这些眼镜往往只有单一的屈光度，显然无法满足看远看近时不同的视力需求。尽管光学变焦系统由来已久，但传统光学变焦成像系统是借助机械运动改变焦距的多层组合眼镜，存在体积笨重、变焦范围小、响应速度慢等缺点。

近年发展出的电控液晶变焦眼镜，对提高人眼观测能力具有重要的意义。中国专利CN 102608814 A公开了一种连续变焦菲涅尔透镜，通过刻蚀菲涅尔波带结构的电极，对不同级的带环单独电控，从而实现较大的变焦能力。中国专利CN 111381395 A揭示了一种电控连续变焦透镜，同样是基于菲涅尔波带的结构设计对液晶盒的焦距进行连续电控，并采用混合液晶以提升液晶盒的响应速度。

上述两种方案在变焦能力、响应速度等方面做出了突破，前者借助菲涅尔电极两级调控的方式具备灵活性，但电压控制较为复杂；后者基于平行板液晶盒与菲涅尔带环组合的组合，通常只能获得凸透镜或凹透镜中的一种，变焦能力有限，难以同时满足近视眼和老花眼对屈光要求，且存在尺寸大、功耗高等问题。而且，考虑到框架眼镜存在便捷性和隐蔽性不够、长期佩戴影响面型等问题，因此消费者对可变焦角膜接触镜的诉求越来越强烈。此外，当前工业变倍镜头普遍存在的机械驱动响应慢、体积笨重、变焦不连续等问题也亟待攻克。

发明内容

本发明针对当前液晶透镜的技术问题，旨在提供了一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统，可实现工业视觉检测镜头和角膜接触镜的连续电控变焦，兼具变焦能力强、驱动电压低、轻薄小巧、制作简便等优点。

为实现上述技术目的，本发明的方案为：一种液晶变焦曲面透镜，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，所述电极层均为透明导电层，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；所述电极层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。

进一步地，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。

进一步地，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。