大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，属于电调谐液晶变焦微透镜技术领域。
【背景技术】
[0002]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，已经应用在各种液晶显示器上。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，其还可以在液晶透镜、液晶激光器以及液晶滤波器等多种可调谐光学器件方面有潜在的应用。
[0003]电调谐液晶变焦透镜的研宄起始于上世纪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。2004年Ren和Shengwu Kang研宄了用聚合物液晶来制作菲涅尔透镜从而降低控制电压并提高了响应速度。2006年Mao Ye在前人的基础上对液晶透镜结构上进行了改进，将透镜的直径做到4.5mm，在电极之间加了玻璃层。2012年，C.Li等人采用圆筒结构的设计方法，制作了一种电润湿可调透镜。研宄者多采用单圆孔电极模型，利用在电调谐时液晶折射率差值的改变进行液晶透镜变焦特性的研宄。但在电压20V?180V调谐时变焦范围为80mm，变焦范围较小仍然不能令人满意。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即在电压20V?180V调谐时变焦范围为80_，变焦范围较小仍然不能令人满意。进而提供一种大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，包括:上极板、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极板，所述上极板和下极板上下相对设置，上极板的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄膜，下极板的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜，所述圆环形氧化铟锡导电薄膜和圆盘形氧化铟锡导电薄膜上下同轴设置，上极板和下极板之间连接有隔垫物，上极板、下极板和隔垫物围成的空间内设有向列相液晶。
[0007]本实用新型设计出同轴圆盘-圆环电极结构的液晶透镜，并采用有限元差分法进行数值模拟，得到任意盒厚下的液晶指向矢分布，通过对电场模拟仿真，得到液晶层电场强度随着液晶层不同位置的分布图，并得到液晶指向矢Θ (Z)随z的变化。对可调透镜的调焦性能进行了测试，对透镜参数进行优化，获得的最优化样品参数为:电极结构圆环为内半径3mm、外半径5mm、圆盘半径4mm、盒厚(隔垫物)10um,在电压为OV?250V测量的焦距范围为75?230mm，变焦范围达到155mm。
[0008]本实用新型提出的同轴圆盘-圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸等结构参数，得到制作工艺简单、变焦范围较大的液晶透镜结构，很好的实现了电场调谐特性。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜的结构示意图；
[0010]图2为图1的A-A剖视图；
[0011]图3为图1的B-B剖视图；
[0012]图4为液晶透镜聚焦特性测试装置图。
[0013]图中的附图标记，I为上极板，2为圆环形氧化铟锡(ITO)导电薄膜，3为向列相液晶，4为隔垫物，5为圆盘形氧化铟锡(ITO)导电薄膜，6为下极板，10为He-Ne激光器，11为孔径光阑一，12为扩束镜，13为孔径光阑二，14为显微物镜，15为偏振片一，16为液晶透镜，17为偏振片二，18为CXD探测器。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明:本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
[0015]如图1?图3所示，本实施例所涉及的一种大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，包括:上极板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和下极板6，所述上极板I和下极板6上下相对设置，上极板I的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄膜2，下极板6的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜5，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，上极板I和下极板6之间连接有隔垫物4，上极板1、下极板6和隔垫物4围成的空间内设有向列相液晶3。
[0016]本实施例大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜的制作方法:上极板I和下极板6选用厚度为1.1mm的镀有氧化铟锡(ITO)导电薄膜的玻璃，利用盐酸腐蚀法及掩膜技术对上下极板ITO导电薄膜(电极)做圆盘和圆环图案处理，并在电极侧旋涂上聚酰亚胺(PI)取向膜，进行摩擦取向处理后，将两极板的摩擦方向呈反平行排列制作出样品空盒，利用隔垫物对液晶层厚度进行控制(如图1所示)。
[0017]所用的向列相液晶3是由北京八亿时空液晶科技股份有限公司生产的向列相液晶(BHR33200)，常温下 η。= 1.52，2n e= 1.69，2 弹性常数为 -K11= 6.0 X 10'K33 =8.4X10_12，介电常数为:ε 0= 8.85X10 ε 丄=7.0 ε 0、ε "= 18.5 ε 0、Δ ε = 11.5 ε QO圆盘形氧化铟锡导电薄膜5的半径分别为3mm、4mm、5mm ;圆环形氧化铟锡导电薄膜2的内外半径分别为2_?4mm、3mm?5mm、2_?6mm。
[0018]实验:(见图4)其中光源使用的是波长为633nm的He-Ne激光器10，在实验中使用两个偏振片(偏振片一 15和偏振片二 17)，其夹角为90°，分别与液晶透镜16呈45°，液晶透镜16放在中间，使用频率为50Hz的电压进行控制，使用CCD探测器18获取图像。
[0019]通过调节可调液晶透镜16、显微物镜14、CXD探测器18三者之间的距离，将液晶透镜16与CXD探测器18之间的距离固定为30cm，记录改变工作电压后在CXD探测器18上面得到的相应干涉图像。可以看出，在1V电压下液晶透镜16有了干涉条纹现象，可调液晶透镜随着调控电压的增加，聚焦效果明显增强，250V时聚焦明显，其结果表明，通过改变电压能够对液晶透镜的焦距进行有效的调控。
[0020]由于电极的尺寸大小决定加载电场的分布，不同的电场分布会导致液晶分子指向矢角度Θ (Z)随Z的变化，通过改变液晶分子指向矢角度Θ (Z)，可以改变有效折射率差，从而改变液晶透镜的焦距。
[0021]本实施例提出的同轴圆盘-圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸等结构参数，得到制作工艺简单、变焦范围较大的液晶透镜结构，变焦范围达到155mm，很好的实现了电场调谐特性。
[0022]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，这些【具体实施方式】都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，包括:上极板(I)、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)和下极板(6)，其特征在于，所述上极板(I)和下极板(6)上下相对设置，上极板(I)的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄膜(2)，下极板￠)的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜(5)，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，上极板(I)和下极板(6)之间连接有隔垫物(4)，上极板(1)、下极板(6)和隔垫物⑷围成的空间内设有向列相液晶(3)。
2.根据权利要求1所述的大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，其特征在于，所述上极板(I)和下极板(6)选用厚度为1.1mm的镀有氧化铟锡导电薄膜的玻璃。
3.根据权利要求1所述的大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，其特征在于，所述圆盘形氧化铟锡导电薄膜(5)的半径分别为3mm、4mm或5mm。
4.根据权利要求1所述的大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，其特征在于，所述圆环形氧化铟锡导电薄膜(2)的内外半径分别为2mm?4mm、3mm?5mm或2mm?6mm。
【专利摘要】本实用新型提供了一种大变焦范围电调谐液晶变焦微透镜，属于电调谐液晶变焦微透镜技术领域。本实用新型所述上极板和下极板上下相对设置，上极板的下端设有圆环形氧化铟锡导电薄膜，下极板的上端设有圆盘形氧化铟锡导电薄膜，所述圆环形氧化铟锡导电薄膜和圆盘形氧化铟锡导电薄膜上下同轴设置，上极板和下极板之间连接有隔垫物，上极板、下极板和隔垫物围成的空间内设有向列相液晶。本实用新型提出的同轴圆盘-圆环电极结构，通过优化盒厚、电极尺寸等结构参数，得到制作工艺简单、变焦范围较大的液晶透镜结构，很好的实现了电场调谐特性。
【IPC分类】G02F1-29, G02F1-1343
【公开号】CN204462603
【申请号】CN201520196389
【发明人】尹向宝, 刘永军, 任常愚
【申请人】黑龙江科技大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月2日