一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜的制作方法

本实用新型属于光学透镜技术领域，更具体地，涉及一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜。

背景技术：

如今，电控液晶聚光微镜已经得到了日益广泛的应用，如今的电控液晶聚光微镜主要包括用于可见光的电控液晶聚光微镜、以及用于红外光的电控液晶聚光微镜。

针对用于可见光的电控液晶聚光透镜而言，其一般在光入射端采用微圆形或微矩形的镂空导电透光膜构成图案电极，该图案电极的材料为氧化铟锡(indiumtinoxide，简称ito)，而在光出射端，是采用ito材料制成的公共电极。该电控液晶聚光透镜存在一些问题：第一，基于图案电极构建的控光电场是由镂空导电透光膜边缘向透光膜内延伸透光膜孔径的10％～20％大小所构成，其填充系数通常低于60％，因此使得电控液晶聚光透镜呈现小通光孔径和低光能利用率；第二，由于导电透光膜对入射光具有不同程度的遮挡作用，因此该聚光透镜会存在最大为20％的透射光损；第三，采用ito材料制成的公共电极同样会使该聚光透镜存在最大为20％的透射光损。

针对用于红外光的电控液晶聚光透镜而言，其通常采用常规金属(诸如铝、铜等)或者贵金属(诸如金、银等)制作的微圆形/矩形孔或其阵列构成图案电极。然而，该电控液晶聚光透镜仍存在一些不可忽略的缺陷：首先，其顶端和底端电极间所激励产生的控光电场会程度不同地由电极边缘切入到由金属膜遮掩的液晶层内，因此导致控光电场的有效填充系数通常也在60％以下，进而使得电控液晶聚光透镜呈现小通光孔径和低光能利用率；第二，制作在图案电极和公共电极表面、并直接接触液晶材料的定向层(如典型的pi定向膜)对红外光同样存在不可忽视的透射光损；第三，该聚光透镜所使用的微纳米尺度液晶锚定沟槽会对入射的红外光产生较强衍射串扰(具体表现为模衍射散光和谱红外波束空间分离，成为较强杂散光、光噪声或器件色差的一个主要来源)，从而显著降低聚光透镜的聚光效能。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜，其目的在于，解决现有电控液晶聚光微镜存在的光能利用率相对较低、透射光损较大、以及聚光效能不足的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜，包括从上至下依次平行设置的第一增透膜、第一基片、图案电极引线层、绝缘层、图案电极、液晶层、液晶定向层，公共电极、第二基片、以及第二增透膜，图案电极的厚度为5纳米到200纳米，图案电极包括电驱控环线电极，该电驱控环线电极为非封闭环形，电驱控环线电极具有两个端子，图案电极引线层上设置有一对通孔，每个通孔分别与图案电极的电驱控环线电极中的一个端子垂直对应，每个通孔中都填充有导电材料，并穿过绝缘层贯穿至其对应的图案电极中电驱控环线电极的端子，从而形成图案电极引线层和图案电极之间的电连接，图案电极引线层上靠近圆周的边缘处设置有一个管脚，图案电极上与电驱控环线电极内侧的端子垂直对应的通孔与该管脚电连接，再与外部控制信号u的一个输入端口电连接，图案电极上的另一个通孔与外部控制信号u的另一个输入端口电连接。

优选地，图案电极引线层是由导电金属或金属氧化物材料制成，图案电极和公共电极均是由石墨烯材料制成。

优选地，第一增透膜和第二增透膜均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米，第一基片和第二基片均是由透光材料制成，其厚度均为1毫米到5毫米，液晶层是由电光液晶材料制成，其厚度在1微米至100微米之间，液晶定向层是由聚酰亚胺材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

优选地，图案电极引线层和图案电极的外轮廓均为圆形，且大小相同。

优选地，电驱控环线电极在靠近其缺口的部分具有多个回转部，用于避免电流磁效应的产生。

优选地，回转部是电驱控环线电极在顺时针或逆时针绕制成非封闭环线形的过程中，但凡靠近缺口，则反向绕制，再靠近缺口时，则继续反向，重复执行，从而在该电驱控环线电极上形成了多个回转部。

优选地，对于电驱控环线电极而言，其不同环线之间的线间距、以及不同环线的线宽是相同的，电驱控环线电极中环线的线宽在1微米到20微米之间，环线之间的间距是1微米到20微米之间。

优选地，公共电极设置于液晶定向层和第二基片之间，且采用环形设计；公共电极的厚度为5微米到500微米。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、由于本实用新型的液晶层是设置在石墨烯材料制成的图案电极和公共电极之间，石墨烯对与其接触的液晶分子存在较强的锚定作用，从而能够显著提高电控液晶微镜的入射光利用率和聚光效能。

2、由于本实用新型并未采用现有电控液晶聚光微镜中所普遍使用的定向层(如常规的pi定向膜)，因此有效降低了透射光损。

3、由于本实用新型通过采用石墨烯材料制成的图案电极和公共电极，能够将电控液晶微镜的聚光谱域从可见光延伸到长波红外谱段，因此本实用新型具有工作谱域宽的优点。

4、由于本实用新型中的外部控制信号是通过石墨烯材料制成的公共电极被直接加载在液晶层上，因此本实用新型能够显著降低外部控制信号的电压幅度。

5、由于本实用新型电控液晶聚光微镜的加电操作可在先验知识或波束汇聚情况的约束、干预或引导下进行，因此具有智能化特征。

6、由于本实用新型采用石墨烯材料制作图案电极和公共电极，并且去除了定向层结构，因而相比现有电控液晶聚光微镜具有更高的结构、电学以及电光参数的稳定性，并具有控制精度高的特点。

7、本实用新型的电控液晶聚光微镜在光路中接插方便，易与常规可见或红外光学、光电或机械结构匹配耦合。

附图说明

图1是本实用新型具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜的结构示意图；

图2是本实用新型具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜中图案电极引线层的示意图；

图3是本实用新型具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜中图案电极的示意图；

图4是本实用新型具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜中公共电极的示意图；

图5是本实用新型具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜的封装结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一增透膜；2-第一基片；3-图案电极引线层；4-绝缘层；5-图案电极；6-液晶层；7-公共电极；8-第二基片；9-第二增透膜；14-标识符；15-电子学接口；16-第一光窗；17-第二光窗；51-回转部。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜包括从上至下依次平行设置的第一增透膜1、第一基片2、图案电极引线层3、绝缘层4、图案电极5、液晶层6、液晶定向层7、公共电极8、第二基片9、以及第二增透膜10。

图案电极的厚度为5纳米到200纳米。

第一增透膜1和第二增透膜10均是由常规光学增透膜制成，二者厚度相同，均为100纳米到700纳米。

第一基片2和第二基片9均是由透光材料(诸如石英、玻璃等)制成，其厚度均为1毫米到5毫米。

图案电极引线层3是由导电金属或金属氧化物材料制成，图案电极5、以及公共电极8均是由石墨烯材料制成，图案电极引线层3和图案电极5的外轮廓均为圆形，且大小相同。

如图3所示，图案电极5包括电驱控环线电极，该电驱控环线电极为非封闭环形。虽然在图3中，电驱控环线电极是示为非封闭圆环形，应该理解的是本实用新型绝不局限于此，其他的非封闭环线形，诸如非封闭椭圆环线形、非封闭正方环线形、非封闭矩形环线形、非封闭三角环线形、非封闭五角星环线形等，也均落入本实用新型的保护范围内。

电驱控环线电极具有两个端子(例如，图3的电驱控环线电极具有两个端子a1和b1)，该电驱控环线电极在靠近其缺口的部分具有多个回转部51，用于避免电流磁效应的产生。该回转部51是电驱控环线电极在顺时针或逆时针绕制成非封闭环线形的过程中，但凡靠近缺口，则反向(即逆时针或顺时针)绕制，再靠近缺口时，则继续反向(即顺时针或逆时针)，重复执行，从而在该电驱控环线电极上形成了多个回转部。

对于图3中所示的电驱控环线电极而言，其不同环线之间的线间距、以及不同环线的线宽是相同的。

在本实用新型中，电驱控环线电极中环线的线宽在1微米到20微米之间，环线之间的间距是1微米到20微米之间。

如图2所示，图案电极引线层3上设置有一对通孔(如a1和b1)，每一个通孔分别与图案电极5的电驱控环线电极中的一个端子垂直对应(例如通孔a1和图案电极5的电驱控环线电极的端子a1垂直对应，通孔b1和图案电极5的电驱控环线电极的另一个端子b1垂直对应)，每个通孔中都填充有导电材料(如金属铟等)，并穿过绝缘层4贯穿至其对应的图案电极5中电驱控环线电极的端子，从而形成图案电极引线层3和图案电极5之间的电连接。

图案电极引线层3上靠近圆周的边缘处设置有一个管脚(在图中示出管脚b2)，图案电极5上与电驱控环线电极内侧的端子(在图3中是端子b1)垂直对应的通孔(在图2中是b1)与管脚(在图2中是b2)电连接，再与外部控制信号u的一个输入端口电连接，图案电极5上的另一个通孔(在图2中是a1)与外部控制信号u的另一个输入端口电连接。

公共电极8设置于液晶定向层7和第二基片9之间，其采用环形设计(如图4所示)，且公共电极8的厚度为5纳米到200纳米。应该注意的是，虽然图4中公共电极8被示为圆环形，但是其并不构成对公共电极形状的限定，其他诸如正方环形、矩形环形、三角环形等也落入本实用新型保护范围内。

液晶层6是由电光液晶材料制成，其厚度在1微米至100微米之间。

液晶定向层7是由聚酰亚胺等类材料制成，且厚度在100纳米到700纳米之间。

如图5所示，其示出了本实用新型具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜的封装结构图，整个具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜是封装在圆筒形壳体内，该圆筒形壳体的顶部和底部别设置有第一光窗16和第二光窗17，圆筒形壳体的侧方设置有电子学接口15，用于从具有高光能利用率的电控液晶聚光微镜中的各个管脚上引出电线并连接到外部控制信号u，圆筒形壳体顶部/底部的圆周上设置有标识符14，目的是为了在使用时，让使用者知道图案电极所在的位置，以避免损坏或破坏该图案电极。

光窗是由适应不同波段的高透光玻璃制成，如果本实用新型是用在红外/可见光中，则该光窗使用红外/可见光玻璃。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。