專利名稱：一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡制作方法，特別是需要小型集成化無運(yùn)動部件且物距變化而成像面固定的電控變焦透鏡。
背景技術(shù)：
衍射光學(xué)在光學(xué)設(shè)計中不僅可以增加設(shè)計的自由度，而且能夠突破傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)諸多方面的局限。因而，在改善系統(tǒng)成像質(zhì)量，減小體積和降低成本等方面表現(xiàn)出傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢，并受到越來越多的光學(xué)設(shè)計者的重視。變焦距光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)在各種光學(xué)儀器上獲得了廣泛的應(yīng)用，一些新的設(shè)計思想層出不窮。本設(shè)計的主要思想在于利用取向聚合物分散液晶的電光特性，通過外部電場改變菲涅爾波帶分布達(dá)到透鏡細(xì)分焦距連續(xù)變焦的目的，從而使得透鏡結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，變焦更方便、精確，并且避免了傳統(tǒng)變焦系統(tǒng)中復(fù)雜的透鏡機(jī)械運(yùn)動。不僅能在各類數(shù)碼攝像產(chǎn)品上得到廣泛應(yīng)用，更能在其它方面諸如軍事、醫(yī)療、航天等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)其卓越的價值。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明是要提供一種無移動部件、快速度、低控制電壓、低功耗、利于系統(tǒng)小型化的電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡。技術(shù)方案一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡制作方法，具體步驟為(I)制備有等寬度同心圓環(huán)的掩模板，圓環(huán)寬度為亞微米級，相鄰圓環(huán)之間間隙越小越好，以能實現(xiàn)、相鄰兩電極不產(chǎn)生電性連接為宜；
(2)制備兩片鍍有ITO透明導(dǎo)電膜的圓形玻璃基片，用旋轉(zhuǎn)覆膜法在有透明導(dǎo)電膜玻璃基片有電極一面均勻涂上一層光刻膠；(3)利用步驟(I)中制作的掩模板，將涂有光刻膠的玻璃基片在紫外光刻機(jī)下曝光，經(jīng)顯影、刻蝕，在玻璃基板上得到ITO同心圓環(huán)電極；(4)將兩片玻璃基板上的同心圓環(huán)電極對準(zhǔn)，四周用環(huán)氧樹脂封住，預(yù)留有一個小口，構(gòu)成一個腔體，腔體厚度用間隔體控制；(5)往腔體里灌注取向聚合物分散液晶預(yù)聚混合物，制成液晶盒，并將預(yù)留的小口封住。將灌注了預(yù)聚混合物的液晶盒置于方向平行于玻璃基板表面的電場當(dāng)中，同時用氬離子激光器出射的514nm的均勻激光光場照射，使預(yù)聚材料發(fā)生光致聚合相分離固化形成取向聚合物分散液晶材料；(6)利用電極地址控制電路選擇特定地址的ITO同心圓環(huán)電極構(gòu)成菲涅耳波帶片圖樣，每一個菲涅耳波帶環(huán)由一定數(shù)量連續(xù)的ITO同心圓環(huán)電極組成，并對被選電極施加電壓，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受電場調(diào)控，通電電極區(qū)域的液晶指向矢方向平行于電場方向，因此，液晶盒在外加電壓的調(diào)控下呈菲涅爾波帶片分布，經(jīng)衍射呈現(xiàn)透鏡效果；(7)利用控制電路按電極地址要求改變通電圓環(huán)電極，可得到不同焦距的菲涅耳波帶圖樣，達(dá)到細(xì)分焦距準(zhǔn)連續(xù)變焦的目的。一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡，由兩片圓形玻璃基板制成的液晶盒、盒內(nèi)取向聚合物分散液晶及電極地址控制電路組成。所述的兩片圓形玻璃基板上刻有ITO同心圓環(huán)電極，ITO同心圓環(huán)電極寬度相等(亞微米級)，相鄰兩同心圓環(huán)間隙越小越小，以能實現(xiàn)、相鄰兩電極不產(chǎn)生電性連接為宜。所述的液晶盒由兩圓形玻璃基板對心封裝而成。所述的電極地址控制電路按照事先計算好的電極地址選擇施加電壓的電極，拼成不同焦距的菲涅爾波帶片，每一個菲涅耳波帶環(huán)由一定數(shù)量連續(xù)的ITO同心圓環(huán)電極組成。對被選電極施加電壓，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受電場調(diào)控，通電電極區(qū)域的液晶指向矢方向平行于電場方向，因此，液晶盒在外加電壓的調(diào)控下呈菲涅爾波帶片分布，經(jīng)衍射呈現(xiàn)透鏡效果。通過選擇不同地址的同心圓環(huán)電極拼成不同焦距的菲涅爾波帶片，施加電壓實現(xiàn)透鏡焦急細(xì)分準(zhǔn)連續(xù)變焦。有益效果本發(fā)明是基于電控取向聚合物分散液晶的方法實現(xiàn)透鏡的變焦，具有無運(yùn)動部件、控制電壓低、響應(yīng)時間短、透過率高、調(diào)焦準(zhǔn)確、易于小型化等優(yōu)良品質(zhì)。不僅 能在各類數(shù)碼攝像產(chǎn)品上得到廣泛應(yīng)用，更能在軍事、醫(yī)療、航天等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)其卓越價值。


圖I是帶有ITO同心圓環(huán)電極的圓形玻璃基板示意2是液晶盒正視3是液晶盒剖面示意4是被選通電圓環(huán)電極示意5是電控取向聚合物分散液晶指向矢方向示意6是電控取向聚合物分散液晶透鏡聚焦示意7是焦距分別為3mm和4mm時被選通電圓環(huán)電極對比8是電控取向聚合物分散液晶透鏡變焦示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合實施實例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明為一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡制作方法，具體實施步驟為(I)制備有等寬度同心圓環(huán)的掩模板，圓環(huán)寬度為亞微米級，相鄰圓環(huán)之間間隙越小越好，以能實現(xiàn)、相鄰兩電極不產(chǎn)生電性連接為宜；(2)制備兩片鍍有ITO透明導(dǎo)電膜的圓形玻璃基片，用旋轉(zhuǎn)覆膜法在有透明導(dǎo)電膜玻璃基片有電極一面均勻涂上一層光刻膠；(3)利用步驟⑴中制作的掩模板，將涂有光刻膠的玻璃基片在紫外光刻機(jī)下曝光，經(jīng)顯影、刻蝕，在玻璃基板上得到ITO同心圓環(huán)電極，如圖I所示，圖中101是玻璃基板，102是同心圓環(huán)電極，103是非電極區(qū)；(4)將兩片玻璃基板上的同心圓環(huán)電極對準(zhǔn)，四周用環(huán)氧樹脂封住，預(yù)留有一個小口，構(gòu)成一個腔體，腔體厚度用間隔體控制；
(5)往腔體里灌注取向聚合物分散液晶預(yù)聚混合物，制成液晶盒，并將預(yù)留的小口封住。將灌注了預(yù)聚混合物的液晶盒置于方向平行于玻璃基板表面的電場當(dāng)中，同時用氬離子激光器出射的514nm的均勻激光光場照射，使預(yù)聚材料發(fā)生光致聚合相分離固化形成取向聚合物分散液晶材料，圖2所示為灌注液晶之后的液晶盒的正視圖，201是環(huán)氧樹脂封盒膠,202是液晶盒內(nèi)的取向聚合物分散液晶,液晶盒剖面示意圖如圖3所示,其中301是同心等寬的環(huán)形電極，302是環(huán)氧樹脂封盒膠，303是取向聚合物分散液晶，304是玻璃基板；(6)利用電極地址控制電路選擇特定地址的ITO同 心圓環(huán)電極構(gòu)成菲涅耳波帶片圖樣，每一個菲涅耳波帶環(huán)由一定數(shù)量連續(xù)的ITO同心圓環(huán)電極組成，并對被選電極施加電壓，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受電場調(diào)控，通電電極區(qū)域的液晶指向矢方向平行于電場方向，因此，液晶盒在外加電壓的調(diào)控下呈菲涅爾波帶片分布，經(jīng)衍射呈現(xiàn)透鏡效果，圖4是被選通電圓環(huán)電極示意圖，其中401是被選通電電極區(qū)域，402是未通電電極區(qū)域，圖5是電控取向聚合物分散液晶指向矢方向示意圖，501是通電電極，在此區(qū)域內(nèi)的取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向平行于電場方向，圖6是電控取向聚合物分散液晶透鏡聚焦示意圖，601是液晶盒，602是給圓環(huán)電極所加的電壓；(7)利用控制電路按電極地址要求改變通電圓環(huán)電極，可得到不同焦距的菲涅耳波帶圖樣，達(dá)到細(xì)分焦距準(zhǔn)連續(xù)變焦的目的，圖7焦距分別為3mm和4mm時被選通電圓環(huán)電極對比圖，圖8電控取向聚合物分散液晶透鏡變焦示意圖。一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡，由兩片圓形玻璃基板制成的液晶盒、盒內(nèi)取向聚合物分散液晶及電極地址控制電路組成。其特征是所述的兩片圓形玻璃基板上刻有ITO同心圓環(huán)電極，ITO同心圓環(huán)電極寬度相等(亞微米級)，相鄰兩同心圓環(huán)間隙越小越小，以能實現(xiàn)、相鄰兩電極不產(chǎn)生電性連接為宜，圖I是帶有ITO同心圓環(huán)電極的圓形玻璃基板示意圖，圖中101是玻璃基板，102是同心圓環(huán)電極，103是非電極區(qū)。所述的液晶盒由兩圓形玻璃基板對心封裝而成，圖2是液晶盒正視圖，201是環(huán)氧樹脂封盒I父，202是液晶盒內(nèi)的取向聚合物分散液晶，液晶盒剖面示意圖如圖3所示，其中301是同心等寬的環(huán)形電極，302是環(huán)氧樹脂封盒膠，303是取向聚合物分散液晶，304是玻璃基板。所述的電極地址控制電路按照事先計算好的電極地址選擇施加電壓的電極，拼成不同焦距的菲涅爾波帶片，每一個菲涅耳波帶環(huán)由一定數(shù)量連續(xù)的ITO同心圓環(huán)電極組成，圖4是被選通電圓環(huán)電極示意圖，其中401是被選通電電極區(qū)域，402是未通電電極區(qū)域。對被選電極施加電壓，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受電場調(diào)控，通電電極區(qū)域的液晶指向矢方向平行于電場方向，因此，液晶盒在外加電壓的調(diào)控下呈菲涅爾波帶片分布，經(jīng)衍射呈現(xiàn)透鏡效果，圖5是電控取向聚合物分散液晶指向矢方向示意圖，圖7是焦距分別為3mm和4mm時被選通電圓環(huán)電極對比圖，通過選擇不同地址的同心圓環(huán)電極拼成不同焦距的菲涅爾波帶片。所述的液晶盒內(nèi)由取向聚合物分散液晶材料填充。
權(quán)利要求
1.一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡制作方法，其特征在于包括如下具體制作步驟 ①制備有等寬度同心圓環(huán)的掩模板，圓環(huán)寬度為亞微米級，相鄰圓環(huán)之間間隙越小越好，以能實現(xiàn)、相鄰兩電極不產(chǎn)生電性連接為宜； ②制備兩片鍍有ITO透明導(dǎo)電膜的圓形玻璃基片，用旋轉(zhuǎn)覆膜法在有透明導(dǎo)電膜玻璃基片有電極一面均勻涂上一層光刻膠； ③利用步驟①中制作的掩模板，將涂有光刻膠的玻璃基片在紫外曝光機(jī)下曝光，經(jīng)顯影、刻蝕，在玻璃基板上得到ITO同心圓環(huán)電極； ④將兩片玻璃基板上的同心圓環(huán)電極對準(zhǔn)，四周用環(huán)氧樹脂封住，預(yù)留有一個小口，構(gòu)成一個腔體，腔體厚度用間隔體控制； ⑤往腔體里灌注取向聚合物分散液晶預(yù)聚混合物，制成液晶盒，并將預(yù)留的小口封住。將灌注了預(yù)聚混合物的液晶盒置于方向平行于玻璃基板表面的電場當(dāng)中，同時用氬離子激光器出射的514nm的均勻激光光場照射，使預(yù)聚材料發(fā)生光致聚合相分離固化形成取向聚合物分散液晶材料； ⑥利用電極地址控制電路選擇特定地址的ITO同心圓環(huán)電極構(gòu)成菲涅耳波帶片圖樣，每一個菲涅耳波帶環(huán)由一定數(shù)量連續(xù)的ITO同心圓環(huán)電極組成，并對被選電極施加電壓，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢方向受電場調(diào)控，通電電極區(qū)域的液晶指向矢方向平行于電場方向，因此，液晶盒在外加電壓的調(diào)控下呈菲涅爾波帶片分布，經(jīng)衍射呈現(xiàn)透鏡效果; ⑦利用控制電路按電極地址要求改變通電圓環(huán)電極，可得到不同焦距的菲涅耳波帶圖樣，實現(xiàn)透鏡細(xì)分焦距準(zhǔn)連續(xù)變焦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型電控變焦取向聚合物分散液晶透鏡制作方法，首先用旋轉(zhuǎn)覆膜法在鍍有透明導(dǎo)電膜的玻璃基片上均勻涂上一層光刻膠，曝光、顯影、刻蝕、制作腔體、灌注取向聚合物分散液晶預(yù)聚混合物之后，經(jīng)電場定向光致聚合固化得到液晶盒。選擇液晶盒玻璃基板上特定地址的電極，拼成菲涅爾波帶片并施加電壓，取向聚合物分散液晶中液晶指向矢受所施加電場作用發(fā)生變化，從而使液晶盒呈菲涅爾波帶片分布，經(jīng)衍射呈現(xiàn)透鏡效果，利用電極地址控制電路按地址要求改變被選電極，拼成新的焦距不同的菲涅爾波帶片并施加電壓，達(dá)到細(xì)分焦距準(zhǔn)連續(xù)變焦的目的。本發(fā)明具有無運(yùn)動部件、控制電壓低、功耗小、響應(yīng)時間短、透過率高、調(diào)焦準(zhǔn)確、易于小型化等優(yōu)良品質(zhì)，在變焦光學(xué)成像系統(tǒng)、視頻探測監(jiān)控攝像系統(tǒng)、光存儲、DVD機(jī)光學(xué)頭、光通信等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G02F1/1343GK102799041SQ20121033246
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者鐘陽萬, 鄭繼紅, 王 琦, 吳軍, 黎善平, 肖壯清, 楊豐瑞 申請人:江西理工大學(xué)