CN102799041A - 一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜制作方法，首先用旋转覆膜法在镀有透明导电膜的玻璃基片上均匀涂上一层光刻胶，曝光、显影、刻蚀、制作腔体、灌注取向聚合物分散液晶预聚混合物之后，经电场定向光致聚合固化得到液晶盒。选择液晶盒玻璃基板上特定地址的电极，拼成菲涅尔波带片并施加电压，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢受所施加电场作用发生变化，从而使液晶盒呈菲涅尔波带片分布，经衍射呈现透镜效果，利用电极地址控制电路按地址要求改变被选电极，拼成新的焦距不同的菲涅尔波带片并施加电压，达到细分焦距准连续变焦的目的。本发明具有无运动部件、控制电压低、功耗小、响应时间短、透过率高、调焦准确、易于小型化等优良品质，在变焦光学成像系统、视频探测监控摄像系统、光存储、DVD机光学头、光通信等方面具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜制作方法，特别是需要小型集成化无运动部件且物距变化而成像面固定的电控变焦透镜。
背景技术
衍射光学在光学设计中不仅可以增加设计的自由度，而且能够突破传统光学系统诸多方面的局限。因而，在改善系统成像质量，减小体积和降低成本等方面表现出传统光学系统无可比拟的优势，并受到越来越多的光学设计者的重视。变焦距光学系统已经在各种光学仪器上获得了广泛的应用，一些新的设计思想层出不穷。本设计的主要思想在于利用取向聚合物分散液晶的电光特性，通过外部电场改变菲涅尔波带分布达到透镜细分焦距连续变焦的目的，从而使得透镜结构紧凑、轻巧，变焦更方便、精确，并且避免了传统变焦系统中复杂的透镜机械运动。不仅能在各类数码摄像产品上得到广泛应用，更能在其它方面诸如军事、医疗、航天等诸多领域展现其卓越的价值。
发明内容
发明目的：本发明是要提供一种无移动部件、快速度、低控制电压、低功耗、利于系统小型化的电控变焦取向聚合物分散液晶透镜。
技术方案：一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜制作方法，具体步骤为：
(1)制备有等宽度同心圆环的掩模板，圆环宽度为亚微米级，相邻圆环之间间隙越小越好，以能实现、相邻两电极不产生电性连接为宜；
(2)制备两片镀有IT0透明导电膜的圆形玻璃基片，用旋转覆膜法在有透明导电膜玻璃基片有电极一面均匀涂上一层光刻胶；
(3)利用步骤(1)中制作的掩模板，将涂有光刻胶的玻璃基片在紫外光刻机下曝光，经显影、刻蚀，在玻璃基板上得到ITO同心圆环电极；
(4)将两片玻璃基板上的同心圆环电极对准，四周用环氧树脂封住，预留有一个小口，构成一个腔体，腔体厚度用间隔体控制；
(5)往腔体里灌注取向聚合物分散液晶预聚混合物，制成液晶盒，并将预留的小口封住。将灌注了预聚混合物的液晶盒置于方向平行于玻璃基板表面的电场当中，同时用氩离子激光器出射的514nm的均匀激光光场照射，使预聚材料发生光致聚合相分离固化形成取向聚合物分散液晶材料；
(6)利用电极地址控制电路选择特定地址的ITO同心圆环电极构成菲涅耳波带片图样，每一个菲涅耳波带环由一定数量连续的ITO同心圆环电极组成，并对被选电极施加电压，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受电场调控，通电电极区域的液晶指向矢方向平行于电场方向，因此，液晶盒在外加电压的调控下呈菲涅尔波带片分布，经衍射呈现透镜效果；
(7)利用控制电路按电极地址要求改变通电圆环电极，可得到不同焦距的菲涅耳波带图样，达到细分焦距准连续变焦的目的。
一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜，由两片圆形玻璃基板制成的液晶盒、盒内取向聚合物分散液晶及电极地址控制电路组成。所述的两片圆形玻璃基板上刻有ITO同心圆环电极，ITO同心圆环电极宽度相等(亚微米级)，相邻两同心圆环间隙越小越小，以能实现、相邻两电极不产生电性连接为宜。所述的液晶盒由两圆形玻璃基板对心封装而成。所述的电极地址控制电路按照事先计算好的电极地址选择施加电压的电极，拼成不同焦距的菲涅尔波带片，每一个菲涅耳波带环由一定数量连续的ITO同心圆环电极组成。对被选电极施加电压，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受电场调控，通电电极区域的液晶指向矢方向平行于电场方向，因此，液晶盒在外加电压的调控下呈菲涅尔波带片分布，经衍射呈现透镜效果。通过选择不同地址的同心圆环电极拼成不同焦距的菲涅尔波带片，施加电压实现透镜焦急细分准连续变焦。
有益效果：本发明是基于电控取向聚合物分散液晶的方法实现透镜的变焦，具有无运动部件、控制电压低、响应时间短、透过率高、调焦准确、易于小型化等优良品质。不仅能在各类数码摄像产品上得到广泛应用，更能在军事、医疗、航天等诸多领域展现其卓越价值。
附图说明
图1是带有ITO同心圆环电极的圆形玻璃基板示意图
图2是液晶盒正视图
图3是液晶盒剖面示意图
图4是被选通电圆环电极示意图
图5是电控取向聚合物分散液晶指向矢方向示意图
图6是电控取向聚合物分散液晶透镜聚焦示意图
图7是焦距分别为3mm和4mm时被选通电圆环电极对比图
图8是电控取向聚合物分散液晶透镜变焦示意图
具体实施方式
下面结合实施实例和附图对本发明作进一步说明。
本发明为一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜制作方法，具体实施步骤为：
(1)制备有等宽度同心圆环的掩模板，圆环宽度为亚微米级，相邻圆环之间间隙越小越好，以能实现、相邻两电极不产生电性连接为宜；
(2)制备两片镀有ITO透明导电膜的圆形玻璃基片，用旋转覆膜法在有透明导电膜玻璃基片有电极一面均匀涂上一层光刻胶；
(3)利用步骤(1)中制作的掩模板，将涂有光刻胶的玻璃基片在紫外光刻机下曝光，经显影、刻蚀，在玻璃基板上得到ITO同心圆环电极，如图1所示，图中101是玻璃基板，102是同心圆环电极，103是非电极区；
(4)将两片玻璃基板上的同心圆环电极对准，四周用环氧树脂封住，预留有一个小口，构成一个腔体，腔体厚度用间隔体控制；
(5)往腔体里灌注取向聚合物分散液晶预聚混合物，制成液晶盒，并将预留的小口封住。将灌注了预聚混合物的液晶盒置于方向平行于玻璃基板表面的电场当中，同时用氩离子激光器出射的514nm的均匀激光光场照射，使预聚材料发生光致聚合相分离固化形成取向聚合物分散液晶材料，图2所示为灌注液晶之后的液晶盒的正视图，201是环氧树脂封盒胶，202是液晶盒内的取向聚合物分散液晶，液晶盒剖面示意图如图3所示，其中301是同心等宽的环形电极，302是环氧树脂封盒胶，303是取向聚合物分散液晶，304是玻璃基板；
(6)利用电极地址控制电路选择特定地址的ITO同心圆环电极构成菲涅耳波带片图样，每一个菲涅耳波带环由一定数量连续的ITO同心圆环电极组成，并对被选电极施加电压，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受电场调控，通电电极区域的液晶指向矢方向平行于电场方向，因此，液晶盒在外加电压的调控下呈菲涅尔波带片分布，经衍射呈现透镜效果，图4是被选通电圆环电极示意图，其中401是被选通电电极区域，402是未通电电极区域，图5是电控取向聚合物分散液晶指向矢方向示意图，501是通电电极，在此区域内的取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向平行于电场方向，图6是电控取向聚合物分散液晶透镜聚焦示意图，601是液晶盒，602是给圆环电极所加的电压；
(7)利用控制电路按电极地址要求改变通电圆环电极，可得到不同焦距的菲涅耳波带图样，达到细分焦距准连续变焦的目的，图7焦距分别为3mm和4mm时被选通电圆环电极对比图，图8电控取向聚合物分散液晶透镜变焦示意图。
一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜，由两片圆形玻璃基板制成的液晶盒、盒内取向聚合物分散液晶及电极地址控制电路组成。其特征是所述的两片圆形玻璃基板上刻有ITO同心圆环电极，ITO同心圆环电极宽度相等(亚微米级)，相邻两同心圆环间隙越小越小，以能实现、相邻两电极不产生电性连接为宜，图1是带有ITO同心圆环电极的圆形玻璃基板示意图，图中101是玻璃基板，102是同心圆环电极，103是非电极区。所述的液晶盒由两圆形玻璃基板对心封装而成，图2是液晶盒正视图，201是环氧树脂封盒胶，202是液晶盒内的取向聚合物分散液晶，液晶盒剖面示意图如图3所示，其中301是同心等宽的环形电极，302是环氧树脂封盒胶，303是取向聚合物分散液晶，304是玻璃基板。所述的电极地址控制电路按照事先计算好的电极地址选择施加电压的电极，拼成不同焦距的菲涅尔波带片，每一个菲涅耳波带环由一定数量连续的ITO同心圆环电极组成，图4是被选通电圆环电极示意图，其中401是被选通电电极区域，402是未通电电极区域。对被选电极施加电压，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受电场调控，通电电极区域的液晶指向矢方向平行于电场方向，因此，液晶盒在外加电压的调控下呈菲涅尔波带片分布，经衍射呈现透镜效果，图5是电控取向聚合物分散液晶指向矢方向示意图，图7是焦距分别为3mm和4mm时被选通电圆环电极对比图，通过选择不同地址的同心圆环电极拼成不同焦距的菲涅尔波带片。所述的液晶盒内由取向聚合物分散液晶材料填充。
Claims (1)
1.一种新型电控变焦取向聚合物分散液晶透镜制作方法，其特征在于：包括如下具体制作步骤：
①制备有等宽度同心圆环的掩模板，圆环宽度为亚微米级，相邻圆环之间间隙越小越好，以能实现、相邻两电极不产生电性连接为宜；
②制备两片镀有ITO透明导电膜的圆形玻璃基片，用旋转覆膜法在有透明导电膜玻璃基片有电极一面均匀涂上一层光刻胶；
③利用步骤①中制作的掩模板，将涂有光刻胶的玻璃基片在紫外曝光机下曝光，经显影、刻蚀，在玻璃基板上得到ITO同心圆环电极；
④将两片玻璃基板上的同心圆环电极对准，四周用环氧树脂封住，预留有一个小口，构成一个腔体，腔体厚度用间隔体控制；
⑤往腔体里灌注取向聚合物分散液晶预聚混合物，制成液晶盒，并将预留的小口封住。将灌注了预聚混合物的液晶盒置于方向平行于玻璃基板表面的电场当中，同时用氩离子激光器出射的514nm的均匀激光光场照射，使预聚材料发生光致聚合相分离固化形成取向聚合物分散液晶材料；
⑥利用电极地址控制电路选择特定地址的ITO同心圆环电极构成菲涅耳波带片图样，每一个菲涅耳波带环由一定数量连续的ITO同心圆环电极组成，并对被选电极施加电压，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受电场调控，通电电极区域的液晶指向矢方向平行于电场方向，因此，液晶盒在外加电压的调控下呈菲涅尔波带片分布，经衍射呈现透镜效果；
⑦利用控制电路按电极地址要求改变通电圆环电极，可得到不同焦距的菲涅耳波带图样，实现透镜细分焦距准连续变焦。
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