[發明專利]一種諧衍射型液晶變焦透鏡及其陣列

無效

• 申請號: 201210200822.5
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102692781A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 樓益民;王欽華;陳林森;申溯
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G02F1/1335
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種光學元器件，具體涉及一種變焦透鏡，尤其是一種基于諧衍射結構的液晶變焦透鏡及透鏡陣列，透鏡的焦距可通過施加外加電壓信號進行快速調節。

背景技術

變焦透鏡在攝影、視力矯正、機器視覺，三維顯示等領域都存在廣泛應用。根據變焦原理不同主要可分為兩大類變焦透鏡：第一類通過改變透鏡的曲率半徑等幾何參數實現變焦，如Membrane?lens、Surface-tension?lens等；第二類通過改變透鏡材料的折射率實現變焦，主要包括液晶變焦透鏡等。

相對于第一類變焦透鏡，第二類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，而且對外界環境的干擾不敏感，具有結構簡單、性能穩定等優勢。被認為是最具前景的變焦透鏡技術之一。

基于液晶的變焦透鏡，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。早期利用液晶實現變焦的技術報導包括有：日本專利JP?52-32348和JP?61-4586、美國專利U.S.?Patent?4,190,330和U.S.?Patent?4,037,929等。這類變焦透鏡通常采用導電的球面透鏡和導電平板玻璃組成液晶盒并在液晶盒里填充足量液晶，利用折射原理實現聚焦和變焦。這類折射型變焦透鏡的口徑小、響應速度慢、透光率低。

日本專利JP?60-50510公開了一種基于連續面型菲涅耳透鏡的液晶變焦透鏡，在一定程度上緩解了上述折射型變焦透鏡存在的問題，但是仍然存在中間區域和邊緣區域的液晶響應速度不一致；存在雜散光干擾等問題。美國專利U.S.?Patent?4,904,063提出了兩種優化的基于連續面型菲涅耳透鏡結構的液晶變焦透鏡。但是這種變焦透鏡結構仍然存在響應速度慢、加工難度大，不利于液晶分子進行定向排列等問題。

美國專利U.S.?Patent?4,909,626、美國專利申請U.S.?Patent?Application?2006/0164593?A1等公開了基于平面菲涅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，但是制作這種電極的難度大、成本高，不適合批量制作，而且這種透鏡結構還存在色差、衍射效率低等問題。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種諧衍射型液晶變焦透鏡及其陣列，利用諧衍射結構實現變焦，以解決現有技術中液晶變焦透鏡響應速度慢、加工難度大、存在色差等問題。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種諧衍射型液晶變焦透鏡，包括液晶盒、填充在液晶盒內的液晶和電控裝置，所述液晶盒由第一基板、第二基板及連接第一基板和第二基板的間隔物構成，第一基板和第二基板的內表面分別設有導電層，在至少一個基板的導電層上覆蓋有定向層，其特征在于：其中至少一個基板的內表面具有諧衍射透鏡結構，所述諧衍射透鏡結構滿足諧衍射條件。

上文中，所述定向層為現有技術，其作用是使液晶分子按特定的方向排列。定向層通常是一薄層高分子有機物，并經摩擦處理；也可以通過在玻璃表面以一定角度用真空蒸鍍氧化硅薄膜來制備。所述電控裝置連接兩個基板的導電層，為變焦透鏡提供電壓信號，以改變液晶的折射率。

上述技術方案中，所述諧衍射透鏡結構與液晶形成透鏡的聚焦功能，所述諧衍射透鏡結構應滿足的“諧衍射條件”是指衍射透鏡的相位深度為2Pπ，其中P為諧衍射級次，取值大于1的整數。本領域技術人員根據普通衍射透鏡的諧衍射條件，可以確定本發明的諧衍射透鏡結構應當符合的條件。在APPLIED?OPTICS第34卷第14期（1995年5月10日）第2469-2475頁公開的“Harmonic?diffractive?lenses”一文中，即對衍射透鏡的諧衍射條件進行了說明。