一種液晶變焦透鏡及其變焦控制方法
2023-10-05 00:13:19 2
專利名稱：一種液晶變焦透鏡及其變焦控制方法
技術領域：
本發明涉及光學透鏡領域，具體涉及一種液晶變焦透鏡及其變焦控制方法。
背景技術：
液晶變焦透鏡廣泛應用於光學成像、光通信、機器視覺、三維顯示等領域。這種變焦透鏡無需微型機械泵、微型伺服電機等機械運動裝置和部件，而且對外界環境的幹擾不敏感，具有結構簡單、性能穩定等優勢。液晶變焦透鏡利用液晶材料的雙折射性能，通過外加電壓改變液晶分子的取向，從而改變液晶材料的折射率，最終實現變焦。包括有折射型液晶變焦透鏡和衍射型液晶變焦透鏡兩種。折射型變焦透鏡利用折射原理實現聚焦和變焦，如日本專利JP52-32348和JP61-4586，美國專利 U. S. Patent4, 190，330 和 U. S. Patent4, 037，929 等，這類透鏡通常口 徑較小、響應速度慢、透光率低。衍射型液晶變焦透鏡基於衍射原理實現聚焦和變焦。日本專利JP60-50510公開了一種基於連續面型菲涅耳透鏡的衍射型液晶變焦透鏡。美國專利U. S. Patent4, 904，063提出了兩種優化的基於連續面型菲涅耳透鏡結構的液晶變焦透鏡。這類變焦透鏡存在響應速度慢、加工難度大，不利於液晶分子進行定向排列等問題。美國專利U. S. Patent4, 909，626、美國專利申請U. S. Patent Application2006/0164593A1等公開了基於平面菲捏耳圓環型電極結構的液晶變焦透鏡。這種結構改善了液晶分子的定向排列，但是製作這種電極的難度大、成本高，而且這種透鏡結構外圍控制電路複雜、衍射效率低等問題。
發明內容
本發明的目的是克服現有液晶變焦透鏡技術中存在的不足，提供一種衍射效率高，控制電路可靠，變焦操作簡便的液晶變焦透鏡及其變焦控制方法。為達到上述發明目的，本發明採用的技術方案是提供一種液晶變焦透鏡，包括液晶盒、液晶、電控裝置；液晶盒包括第一電極板、第二電極板和連接第一電極板和第二電極板的間隔物，其中至少一塊電極板上具有圓環形衍射電極結構，在至少一個電極板的內表面覆蓋有用於液晶分子定向的定向層；所述圓環型衍射電極的半徑滿足d，其中!■j表示第j個圓環的半徑，λ ^為設計波長，Ftl為焦距常數，P為相位深度，取值大於I ;相鄰圓環形衍射電極結構對應區域之間的光程差I = Ar^(V)*d滿足條件I彡2Χ。，其中Ahlc(V)為外加電壓值為V時相鄰區域液晶材料的折射率差，d為液晶層的厚度。在本發明中所述的電控裝置與第一電極板和第二電極板連接，為變焦透鏡提供驅動電壓；電控裝置通過輸出驅動電壓改變所述的Ar^(V)參數。所述的圓環形衍射電極結構為平面透明導電結構。所述的圓環形衍射電極結構為表面鍍有均勻透明導電層的相位浮雕結構。所述的圓環形衍射電極，位於電極板的同一平面上，或位於電極板的不同平面上。
本發明還提供ー種如上所述的液晶變焦透鏡的變焦控制方法，通過改變電控裝置輸出的驅動電壓，控制相鄰區域液晶材料的折射率差Ar^(V),液晶變焦透鏡的焦距滿
權利要求
1.ー種液晶變焦透鏡，包括液晶盒、液晶、電控裝置；液晶盒包括第一電極板、第二電極板和連接第一電極板和第二電極板的間隔物，其中至少ー塊電極板上具有圓環形衍射電極結構，在至少ー個電極板的內表面覆蓋有用於液晶分子定向的定向層；其特徵在於，所述圓環型衍射電極的半徑滿足-y;=2./μλ，其中ハ表示第j個圓環的半徑，入^為設計波長，F0為焦距常數，P為相位深度，取值大於I ;相鄰圓環形衍射電極結構對應區域之間的光程差I = Λ Ike(V) *d滿足條件I彡2X。，其中Arke(V)為外加電壓值為V時相鄰區域液晶材料的折射率差，d為液晶層的厚度。
2.根據權利要求I所述的ー種液晶變焦透鏡，其特徵在於，所述的電控裝置與第一電極板和第二電極板連接，為變焦透鏡提供驅動電壓；電控裝置通過輸出驅動電壓改變所述的AnLC(V)參數。
3.根據權利要求I所述的ー種液晶變焦透鏡，其特徵在於，所述的圓環形衍射電極結構為平面透明導電結構。
4.根據權利要求I所述的ー種液晶變焦透鏡，其特徵在於，所述的圓環形衍射電極結構為表面鍍有均勻透明導電層的相位浮雕結構。
5.根據權利要求I所述的ー種液晶變焦透鏡，其特徵在於，所述的圓環形衍射電極，位於電極板的同一平面上，或位於電極板的不同平面上。
6.一種如權利要求I所述的液晶變焦透鏡的變焦控制方法，其特徵在於改變電控裝置輸出的驅動電壓，控制相鄰區域液晶材料的折射率差Ar^(V),液晶變焦透鏡的焦距滿 /V- (aLc)^ = ~~其中，F0為焦距常數，P為相位深度，m為透鏡的衍射級，m=int[ a LCP]，m , Iint[·]為取整運算符，α〖為由液晶的折射率變化而引起的相位變化因子，aLc=V I為相鄰圓環形衍射電極結構對應區域之間的光程差，I=Ar^(V)*d，且I彡2入。。
全文摘要
本發明涉及光學透鏡領域，公開了一種液晶變焦透鏡及其變焦控制方法。液晶變焦透鏡的電極板上具有圓環形衍射電極結構，圓環型衍射電極的半徑滿足，其中rj表示第j個圓環的半徑，λ0為設計波長，F0為焦距常數，p為相位深度，取值大於1；相鄰圓環形衍射電極結構對應區域之間的光程差滿足條件，其中ΔnLC(V)為外加電壓值為V時相鄰區域液晶材料的折射率差，d為液晶層的厚度。通過改變電控裝置輸出的驅動電壓，控制相鄰區域液晶材料的折射率差，從而實現變焦。本發明基於相位深度p大於1的圓環形電極結構，有利於降低電極的加工精度要求，提高透鏡的衍射效率；且直接通過輸出驅動電壓實現變焦，簡化了外圍控制電路，操作簡便。.
文檔編號G02F1/1343GK102866556SQ201210374989
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者樓益民, 王欽華, 曹冰, 陳林森 申請人:蘇州大學