CN1982949A - 液晶透镜系统及液晶透镜形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶透镜系统，其包括一具有多个像素点的液晶面板，该液晶面板上形成有衍射透镜条纹图案，且该衍射透镜条纹图案由该像素点组成。该液晶面板上的图案通过一处理器与控制电路进行控制调整，使其呈现可变化的衍射透镜条纹图案，从而成为一焦距可调的衍射透镜。该液晶透镜系统结构简单，成本低廉，焦距范围大，且可以通过调整液晶面板上的图案实现偏心补偿与光束整形的功能。本发明还涉及一液晶透镜的形成方法。

Description

液晶透镜系统及液晶透镜形成方法

【技术领域】

本发明涉及一种光学透镜，尤其涉及一种液晶透镜系统。

【背景技术】

透镜是基本的光学器件，在光学仪器与设备中随处可见。随着光学技术的发展，对透镜的要求越来越高：透镜焦距的连续可变、大焦距的透镜以及相差小等。无论是哪一种，要想满足要求都会使得光学系统变得庞大而复杂。

微型透镜也是一种重要的光学器件，目前用传统的工艺法制作主要有粒子交换法、模压成型法、光敏玻璃热成型法及光刻胶热溶成型法。由于所用材料与传统工艺的限制，使得用这些方法制作的微型透镜有一个共同特点，就是透镜只有一个焦距。要得到一个较大的焦距范围，需用一组透镜，通过机械调节透镜间的间距才能实现。使用一组透镜不仅增加器件成本，增大设备体积，而且不易有效实现所需要的焦距。而且，透镜组使用久了，由于震动等原因，可能会导致无法修正的偏心等问题。

近年来，人们提出了采用液晶技术制作可变焦微透镜，液晶微透镜采用光透射方式，具有控制简单，可靠性强及驱动电压低等优点，其具有巨大的潜在应用性。目前液晶微透镜主要采用均匀场法及非均匀场法创建类透镜(Lenslike)渐变折射率两种。上述结构的透镜都属于折射型液晶透镜，变焦范围有限，且其中有些器件的制作技术比较复杂。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一种变焦范围大、结构简单且可有效解决偏心问题的液晶透镜系统及液晶透镜的形成方法。

一种液晶透镜系统，包括一具有多个像素点的液晶面板、一用于驱动该液晶面板的控制电路及一用于计算产生一衍射透镜条纹图案信息的处理器，该处理器将该图案信息传送给该控制电路，以使液晶面板形成该衍射透镜条纹图案。

一种液晶透镜的形成方法，其包括以下步骤：

通过一处理器计算产生一衍射透镜条纹图案信息；

将所述的衍射透镜条纹图案信息传送给一控制电路，该控制电路将该图案信息转化为一驱动信号；

将该控制电路与一液晶面板相连，控制电路的驱动信号驱动液晶面板，使其产生由处理器计算产生的衍射透镜条纹图案。

相较于现有技术，所述的液晶透镜系统只需一般的液晶面板，结构简单，成本低廉。另外，该衍射透镜条纹图案系根据像素点处的透光与不透光而发生明暗变化形成，因此，可以通过控制像素点处的电压来改变调整该衍射透镜条纹图案，从而使该液晶透镜系统的焦距可变，且变焦范围广。

另外，所述的液晶透镜系统还可以通过调整所述的衍射透镜条纹图案使的具有偏心补偿与光束整形的功能。

【附图说明】

图1是本发明实施例液晶透镜系统的示意图；

图2是本发明实施例液晶透镜系统的液晶面板的截面示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，为本发明液晶透镜系统的实施例。

该液晶透镜系统1包括一处理器12、一控制电路11及一液晶面板10。

处理器12用以计算产生液晶透镜系统1工作时液晶面板10所要显示的图案，并将图案信息传递给控制电路11。本实施例的图案为菲涅尔同心环带图案，即一组明暗相间的同心圆环。

该控制电路11的一端与处理器12相连，以接收处理器12通过计算产生的图案信息。该控制电路的另一端与液晶面板10相连，用以将从处理器12接收的图案信息向液晶面板10传递，使其显示处理器12计算产生的图案。

请一并参阅图2，该液晶面板10与控制电路11相连接，其包括：相对设置的一上基板102与一下基板105以及两基板之间的一液晶层100；上基板102与液晶层100之间设置有多个列电极104；下基板105与液晶层100之间设置有多个行电极107；上基板102与下基板105的外侧表面分别设置有一上偏光片103与一下偏光片106。该列电极104与行电极107的交叉点以及交叉点处的液晶层100形成该液晶面板10的像素点，从而，在液晶面板102上就形成一像素点阵列。上偏光片103与下偏光片106的偏光方向垂直，从而可以通过控制列电极104与行电极107之间的电压来控制液晶面板10在像素点处的光线的透光与不透光，从而在液晶面板10上形成特定的图案。

液晶面板10在工作时，其上的图案显示受控制电路11驱动控制，本实施例液晶面板10的显示图案为由处理器12计算产生的菲涅尔同心环带图案101。该菲涅尔同心环带图案101包括连续间隔排列的暗条纹1011与亮条纹1012，该菲涅尔同心环带图案101的中心为一亮斑1013。具有该菲涅尔同心环带图案101的液晶面板10就成为一菲涅尔透镜。可以理解，该菲涅尔同心环带图案101的中心还可以为一暗斑。

该菲涅尔同心环带图案101的暗条纹1011和亮条纹1012的宽度是可以根据实际需要，通过处理器12与控制电路11来调整的，因此，该液晶面板10就成为一焦距可调的菲涅尔透镜。由菲涅尔透镜焦距公式：

$f=R_k^2/\mathrm{k\λ}---\left(1\right)$

其中f为焦距，k为半波带的数目，R_k为第k个半波带的半径，λ为入射光波长。对应于菲涅尔同心环带图案101，亮斑1013、每一暗条纹1011及每一1012分别对应一半波带。可知，当光波长λ为一定值时，菲涅尔同心环带图案101的焦距f取决于比值R_k ²/k。处理器12就是通过控制参数半波带的半径R_k、半波带的数目k及波长λ等来计算产生具有一特定焦距值的菲涅尔同心环带图案101，并通过调整这些参数使焦距变化。

该菲涅尔同心环带图案101的焦距f的范围为f_min～f_max，其中f_min为焦距f的最小值，f_max为焦距f的最大值。由菲涅尔透镜相关知识可知，焦距f最大值f_max为无穷远，最小值f_min由下式判定：

$\mathrm{OPD}=$ $\sqrt{{(R+\mathrm{\&Delta;R})}^2+{f_{\min }}^2}-\sqrt{R^2+{f_{\min }}^2}<\mathrm{\&lambda;}/4---\left(2\right)$

(2)式中OPD为光程差，ΔR为液晶面板10像素点宽度，R为该菲涅尔同心环带图案101的最外半波带的半径。

另外，R和f_min还需满足下式：

NA＝R/f_min＜1         (3)

其中，NA为数值孔径。

可以理解，该液晶透镜系统1在用作变焦透镜时，可将处理器12与控制电路11集成于一集成电路芯片上，并不限于本实施例。

另外，还可以通过调整液晶面板10上的菲涅尔同心环带图案101的位置及暗条纹1011与亮条纹1012的宽度来解决由于各种原因引起的偏心等问题。

相对于现有技术，本实施例的液晶透镜系统1采用一般的液晶面板10及应用于该液晶面板10的处理器12与控制电路11，制作工艺简单，成本低廉。另外，该液晶透镜系统1的变焦范围为f_min～无穷远，变焦范围广。

可以理解，除了菲涅尔同心环带图案101外，该液晶面板10上还可以呈现由处理器12产生的其他衍射透镜条纹图案，比如菲涅尔透镜阵列或全息光栅等，以达到实际需要的变焦、偏心补偿以及光束整形等效果。

本发明还提供一由上述液晶面板10形成的液晶透镜的形成方法，其包括以下步骤：

通过上述处理器12计算产生一衍射透镜条纹图案信息；

将所述的衍射透镜条纹图案信息传送给上述控制电路11，该控制电路11将该图案信息转化为一驱动信号；

将该控制电路11与上述液晶面板10相连，控制电路11的驱动信号驱动液晶面板10，使其产生由处理器12计算产生的衍射透镜条纹图案101。此时，该液晶面板10就成为一液晶透镜。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围的内。

Claims (5)

1.一种液晶透镜系统，包括：一具有多个像素点的液晶面板；一控制电路，用于驱动该液晶面板进行图案显示，其特征在于：该液晶透镜系统还包括一处理器，用于计算产生一衍射透镜条纹图案信息，并将该图案信息传送给该控制电路，以使液晶面板形成该衍射透镜条纹图案。

2.如权利要求1所述的液晶透镜系统，其特征在于，所述的衍射透镜条纹图案包括菲涅尔透镜条纹图案。

3.如权利要求1所述的液晶透镜系统，其特征在于，所述的衍射透镜条纹图案包括菲涅尔透镜阵列条纹图案。

4.如权利要求1所述的液晶透镜系统，其特征在于，所述的衍射透镜条纹图案包括全像光栅条纹图案。

5.一种液晶透镜的形成方法，包括以下步骤：

通过一处理器计算产生一衍射透镜条纹图案信息；

将所述的衍射透镜条纹图案信息传送给一控制电路，该控制电路将该图案信息转化为一驱动信号；

将该控制电路与一液晶面板相连，控制电路的驱动信号驱动液晶面板，使其产生由处理器计算产生的衍射透镜条纹图案。