CN101482627A - 一种具有较小像差的微透镜阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有较小像差的微透镜阵列，该微透镜阵列由聚合物透镜(1)和液体透镜组成，聚合物透镜(1)位于液体透镜的上侧或下侧；液体透镜包括第一基板(3)、网状电极(2)、疏水层(5)、网状隔断(4)、无极性油(6)、电解质水(7)、透明电极(8)、第二基板(9)，本发明的聚合物透镜(1)的焦距固定，液体透镜的焦距可调，透镜单元的整体屈光度是聚合透镜(1)和液体透镜之和，从而在实现较大的屈光度的同时，液体透镜具有较大曲率半径和较小像差。

Description

一种具有较小像差的微透镜阵列

技术领域

本发明涉及一种微透镜阵列，尤其是涉及一种具有较小像差的微透镜阵列。

背景技术

申请人在申请专利200710133932.3、200810018937.6、200810024528.7、200710022982.4、200810100750.0、200810100754.9中公开了多种基于电润湿的液体透镜阵列，上述液体透镜阵列具有超薄，可弯曲，实现三维立体显示的特点。透镜阵列中每个液体透镜单元由油和水组成，外加电压可以调节油和水接触面的曲率半径，从而实现液体透镜焦距的变化。但是上述液体透镜单元只包括一层油和水，即只有一个单球面镜，为了实现较短的焦距，通常需要使油和水接触面形成的单球面具有较小的半径，而较小的半径则会产生较大的像差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述焦距范围和像差的矛盾，提供一种微透镜阵列，其在实现较短焦距的同时具有较小像差。

本发明通过以下技术方案来实现上述发明目的：

本发明的具有较小像差的微透镜阵列，该微透镜阵列由聚合物透镜和液体透镜组成，聚合物透镜位于液体透镜的上侧或下侧；液体透镜包括第一基板、网状电极、疏水层、网状隔断、无极性油、电解质水、透明电极、第二基板，其中第一基板下表面覆盖有疏水层，疏水层下表面制备有均匀分布的网状隔断，在疏水层的上表面对应网状隔断的位置相应设置网状电极，相邻两个网状隔断形成的空间内装有无极性油，网状隔断与第二基板之间设置电解质水，第二基板上表面制备有透明电极。

本发明的具有较小像差的微透镜阵列，网状电极和疏水层之间制备有绝缘层。

本发明的具有较小像差的微透镜阵列，网状隔断为金属网孔。

本发明的具有较小像差的微透镜阵列，聚合物透镜和液体透镜分别为单透镜，且光轴重合。

有益效果

本发明的具有较小像差的微透镜阵列，该微透镜阵列中的每个液体透镜单元由两个共轴的聚合物透镜和液体透镜组成，聚合物透镜的焦距固定，液体透镜的焦距可调，透镜单元的整体屈光度是聚合透镜和液体透镜的和，从而在实现较大屈光度的同时，液体透镜具有较大曲率半径和较小像差。另外聚合物透镜和液体透镜结构简单，生产成本低。

附图说明

图1：微透镜阵列剖面结构图。

以上图中有：聚合物透镜1，网状电极2，第一基板3，网状隔断4，疏水层5，无极性油6，电解质水7，透明电极8，第二基板9。

具体实施方式

图1所示是本发明微透镜阵列优选方案的剖面结构图，微透镜阵列主要由聚合物透镜1和液体透镜组成。聚合物透镜1具有固定焦距，可以采用紫外光固化液晶二丙烯酸酯单体(the UV-curable LC diacrylate monomers)构成具有梯度折射率的薄膜透镜(参考文献1：‘Flat polymeric microlens array’，Optics Communications 261(2006)296-299)，液晶分子会根据外加电场的强度发生偏转，另外由于液晶分子具有双折射特性，从而不同的偏转角度对光线的折射率就不同，当外加电场具有旋转对称结构时，就可以形成具有图1中所示的梯度折射率薄膜透镜。液体透镜具有可变焦距，第一基板3是透明基板，可以是平面玻璃或树脂，第一基板3上有网状电极2，可以是导电金属薄膜，例如铜或铝膜，或是透明导电电极，例如ITO电极，网状电极2的每个网孔对应一个液体透镜单元，网孔可以是圆形，或六边形等具有对称结构的图形，从而形成旋转对称的空间场强分布，网孔呈行列矩阵式排列，还可以是品字状排列，网状电极2的上面覆盖疏水层5，疏水层5同时起绝缘层的作用，使网状电极2与电解质水7相隔离，为提高网状电极2和电解质水7的绝缘性，可以在疏水层5上先覆盖一层绝缘层，例如聚酰亚胺，或氧化硅等绝缘材料，疏水层5上是网状隔断4，网状隔断4可以采用亲水的光刻胶制备，或是聚酰亚胺薄膜，或PET薄膜，网状隔断4还可以采用金属网孔，例如采用铁制备的网状孔，在其表面再覆盖一层绝缘层，例如聚酰亚胺，或氧化硅，或氧化铝等绝缘材料，网状隔断4使无极性油6分别隔离在单元网孔内，无极性油6可以是硅油等有机油，无极性油6下是电解质水7，电解质水7可以是掺杂有NaCl，KCl等无机盐的去离子水，电解质水7与透明电极8相接触，透明电极8可以是ITO导电电极，透明电极8制备在第二基板9上，第二基板9可以是透明的平板玻璃或树脂。液体透镜的焦距由加载在网状电极2和透明电极8之间的电压进行调整，未加载电压时，电解质水7与第一基板3不接触，无极性油6和电解质水7的接触面由网状隔断4的表面特性决定，当电解质水7与网状隔断4的接触角为90度时，无极性油6和电解质水7的接触面为平面，此时微透镜阵列的焦距为聚合物透镜1的焦距，在网状电极2和透明电极8之间加载电压时，疏水层5由疏水转变为亲水，电解质水7与第一基板3相接触，无极性油6和电解质水7形成旋转对称的曲面，由于无极性油6和电解质水7的折射率不同，通常无极性油6的折射率大于电解质水7，从而形成凸透镜，此时微透镜阵列的屈光度为聚合物透镜1的屈光度与液体透镜屈光度之和，当网状隔断4采用金属网时，网状隔断4上可以加载电压，当网状隔断4和透明电极8之间存在电压差时，电解质水7与网状隔断4的润湿性也会随之改变，从而可以控制电解质水7与网状隔断4的接触角，实现无极性油6和电解质水7形成的液体透镜焦距的连续调节。

图1中网状电极2还可以通过增加薄膜晶体管阵列来实现每个液体透镜单元电极的单独调整，薄膜晶体管阵列可以采用目前液晶显示屏的成熟工艺进行制备，图中简略未画出薄膜晶体管阵列。

图1中第二基板9的结构可以改变为与第一基板3相同，形成双液体透镜单元，即第一基板3和第二基板9上各有一个液体透镜单元，由于两个液体透镜单元的焦距可以分别调整，从而可以进一步增加微透镜阵列的焦距调整范围，并获得较小的像差。图中简略未画出。

图1所示结构还可以形成仿真人眼光学成像特点的单透镜，其中聚合物透镜1为固定焦距的单透镜，仿真人眼的角膜，第一基板3和第二基板9之间的液体透镜仿真人眼晶状体，焦距可以连续调节，两个透镜的光轴重合。

本领域内研究人员还可以根据需要改变聚合物透镜1和液体透镜的相对位置，例如聚合物透镜1可以位于第二基板9之下，由于液体透镜的焦距可以动态调整，从而可以实现光学功能上与图1类似的微透镜阵列，或将聚合物透镜1，单液体透镜，双液体透镜，薄膜晶体管阵列等进行多种组合。

Claims (4)

1、一种具有较小像差的微透镜阵列，其特征在于：该微透镜阵列由聚合物透镜(1)和液体透镜组成，聚合物透镜(1)位于液体透镜的上侧或下侧；液体透镜包括第一基板(3)、网状电极(2)、疏水层(5)、网状隔断(4)、无极性油(6)、电解质水(7)、透明电极(8)、第二基板(9)，其中第一基板(3)下表面覆盖有疏水层(5)，疏水层(5)下表面制备有均匀分布的网状隔断(4)，在疏水层(5)的上表面对应网状隔断(4)的位置相应设置网状电极(2)，相邻两个网状隔断(4)形成的空间内装有无极性油(6)，网状隔断(4)与第二基板(9)之间设置电解质水(7)，第二基板(9)上表面制备有透明电极(8)。

2、根据权利要求1所述的具有较小像差的微透镜阵列，其特征在于：网状电极(2)和疏水层(5)之间制备有绝缘层。

3、根据权利要求1所述的具有较小像差的微透镜阵列，其特征在于：网状隔断(4)为金属网孔。

4、根据权利要求1所述的具有较小像差的微透镜阵列，其特征在于：聚合物透镜(1)和液体透镜分别为单透镜，且光轴重合。