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(fā)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于光學成像、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(huán)境的干擾不敏感，具有結構簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)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?？?徑較小、響應速度慢、透光率低。衍射型液晶變焦透鏡基于衍射原理實現聚焦和變焦。日本專利JP60-50510公開了一種基于連續(xù)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(yōu)化的基于連續(xù)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，不利于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等公開了基于平面菲捏耳圓環(huán)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，而且這種透鏡結構外圍控制電路復雜、衍射效率低等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)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(fā)明目的，本發(fā)明采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(huán)形衍射電極結構，在至少一個電極板的內表面覆蓋有用于液晶分子定向的定向層；所述圓環(huán)型衍射電極的半徑滿足d，其中!■j表示第j個圓環(huán)的半徑，λ ^為設計波長，Ftl為焦距常數，P為相位深度，取值大于I ;相鄰圓環(huán)形衍射電極結構對應區(qū)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(qū)域液晶材料的折射率差，d為液晶層的厚度。在本發(fā)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(huán)形衍射電極結構為平面透明導電結構。所述的圓環(huán)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(huán)形衍射電極，位于電極板的同一平面上，或位于電極板的不同平面上。
本發(fā)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(qū)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(huán)形衍射電極結構，在至少ー個電極板的內表面覆蓋有用于液晶分子定向的定向層；其特征在于，所述圓環(huán)型衍射電極的半徑滿足-y;=2./μλ，其中ハ表示第j個圓環(huán)的半徑，入^為設計波長，F0為焦距常數，P為相位深度，取值大于I ;相鄰圓環(huán)形衍射電極結構對應區(qū)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(qū)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，其特征在于，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，其特征在于，所述的圓環(huán)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，其特征在于，所述的圓環(huán)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，其特征在于，所述的圓環(huán)形衍射電極，位于電極板的同一平面上，或位于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，其特征在于改變電控裝置輸出的驅動電壓，控制相鄰區(qū)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(huán)形衍射電極結構對應區(qū)域之間的光程差，I=Ar^(V)*d，且I彡2入。。
全文摘要
本發(fā)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(huán)形衍射電極結構，圓環(huán)型衍射電極的半徑滿足，其中rj表示第j個圓環(huán)的半徑，λ0為設計波長，F0為焦距常數，p為相位深度，取值大于1；相鄰圓環(huán)形衍射電極結構對應區(qū)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(qū)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(qū)域液晶材料的折射率差，從而實現變焦。本發(fā)明基于相位深度p大于1的圓環(huán)形電極結構，有利于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(yōu)先權日2012年9月29日
發(fā)明者樓益民, 王欽華, 曹冰, 陳林森 申請人:蘇州大學