一种新型变焦平面透镜组件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种新型变焦平面透镜组件，包括级联的电控变焦第一液晶透镜、电控变焦第二液晶透镜和焦距固定的超透镜；在未加电场状态下，第一液晶透镜的第一液晶层中分子排布方向与第一液晶透镜整体镜面方向平行，第二液晶透镜的第二液晶层中分子排布方向与第二液晶透镜整体镜面方向平行，且第一液晶层中分子和第二液晶层中分子的排布方向相互垂直；通过分别对第一液晶层和第二液晶层施加电场、并调控电场强度实现调整第一液晶层和第二液晶层分子排布状态；平面透镜采用焦距固定的超透镜。基于级联设置的液晶透镜与超透镜组合，使平面透镜组具有电控变焦功能，对偏振不敏感，同时实现高质量的成像效果，推动平面透镜技术的实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种新型变焦平面透镜组件
本技术涉及透镜
，具体涉及一种新型变焦平面透镜组件。
技术介绍
光学成像系统在现代人们的日常生活以及工业应用中发挥着越来越重要的作用，而透镜是其中不可或缺的元器件，基于对光的分散或汇聚作用实现对目标的成像。小型可集成化、无机械运动部件、可快速变焦特点的平面透镜在精简光学系统结构，减轻重量，增强稳定性，提高系统智能化水平等方面具有的重要的应用价值。目前已经发展的一些平面透镜，例如二元光学平面透镜、菲涅尔液晶透镜和基于超材料的超平面透镜，存在焦距固定、色散问题严重等瓶颈问题，离实际应用仍有具有较大的差距。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：存在焦距固定、色散问题严重等瓶颈问题，本技术提供了解决上述问题的一种新型变焦平面透镜组件，基于级联设置的液晶透镜与超透镜组合，使平面透镜组具有电控变焦功能，对偏振不敏感，同时实现高质量的成像效果，推动平面透镜技术的实际应用。本技术通过下述技术方案实现：一种新型变焦平面透镜组件，包括依次排布的第一液晶透镜、第二液晶透镜和平面透镜、且三者镜面均相互平行；所述第一液晶透镜和第二液晶透镜为电控变焦透镜；第一液晶透镜包括第一液晶层，第二液晶透镜包括第二液晶层，在未加电场状态下，第一液晶层中分子排布方向与第一液晶透镜整体镜面方向平行，第二液晶层中分子排布方向与第二液晶透镜整体镜面方向平行，且第一液晶层中分子和第二液晶层中分子的排布方向相互垂直；通过分别对第一液晶层和第二液晶层施加电场、并调控电场强度实现调整第一液晶层和第二液晶层分子排布状态；所述平面透镜为焦距固定透镜，平面透镜采用超透镜。进一步地，所述第一液晶透镜和第二液晶透镜结构相同；第一液晶透镜包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板相对板面上分别对应设有第一导电膜层和第二导电膜层；所述第一导电膜层和第二导电膜层相对膜面上分别对应设有第一取向层和第二取向层；所述第一取向层取向方向平行于第一玻璃基板，第二取向层取向方向平行于第二玻璃基板，且第一取向层和第二取向层两者取向方向互为反平行；第一取向层和第二取向层之间填充第一液晶层；所述第二液晶透镜包括第三玻璃基板和第四玻璃基板，所述第三玻璃基板和第四玻璃基板相对板面上分别对应设有第三导电膜层和第四导电膜层；所述第三导电膜层和第四导电膜层相对膜面上分别对应设有第三取向层和第四取向层；所述第三取向层取向方向平行于第三玻璃基板，第四取向层取向方向平行于第四玻璃基板，且第三取向层和第四取向层两者取向方向互为反平行；第三取向层和第四取向层之间填充第二液晶层；所述第三取向层、第四取向层的取向方向与第一取向层、第二取向层的取向方向垂直。所述的第一取向层、第二取向层之间的第一液晶层在工作温度范围内为向列相状态(只有方向序无位置序)，在第一取向层、第二取向层的作用下液晶分子沿反向平行方式排列；利用所述的第一导电膜层的一组独立电极、第二导电膜层的公共电极施加一组经过设定幅值的电场，达到稳态后，所述的第一液晶层中的液晶分子按照预先设计的图案有序排列，实现具有光线汇聚或发散效果的光学透镜；通过调整在所述的第一导电膜层、第二导电膜层施加的交流电场，第一液晶层中的分子取向将按预期重新排列，从而调整实现第一液晶透镜焦距的目的。同理实现第二液晶透镜焦距的目的。进一步地，所述第二玻璃基板与第三玻璃基板通过胶合层连接以实现第一液晶透镜和第二液晶透镜的连接；或者第二玻璃基板与第三玻璃基板共用一块玻璃基板以实现第一液晶透镜和第二液晶透镜的连接。进一步地，所述超透镜包括玻璃基板和设置在玻璃基板板面上的微纳结构层；所述玻璃基板采用独立的第五玻璃基板、或者采用所述第一玻璃基板、或者采用所述第四玻璃基板；所述微纳结构层采用若干微纳柱阵列分布构成。所述的微纳结构层通过对光场的强度、相位以及偏振态的精确调控，在工作波段内修正所述第一液晶透镜、第二透镜的色散，消除或降低色散对宽波段成像的影响，实现对光线的完美聚焦并获得高质量的成像；所述的微纳阵列结构尺寸与所述的第一液晶透镜的有效尺寸匹配。进一步地，所述第一取向层和第二取向层之间还设有第一隔垫，所述第一隔垫用于控制第一取向层和第二取向层之间的间距；所述第三取向层和第四取向层之间设有第二隔垫，所述第二隔垫用于控制第三取向层和第四取向层之间的间距。进一步地，所述第一导电膜层和第二导电膜层均采用透明导电薄膜，方块电阻200Ω/□～500Ω/□，膜层透过率不低于95％。进一步地，所述的第一导电膜层采用若干个独立的同心的环形导电结构，每一个环形导电结构引出一个独立的电极至边缘区域形成一组独立电极，所述的环形导电结构的最外缘构成了所述第一液晶透镜的有效区域；所述的第二导电膜层为一个均匀的公共电极；所述的第三导电膜层采用若干个独立的同心的环形导电结构，每一个环形导电结构引出一个独立的电极至边缘区域形成一组独立电极，所述的环形导电结构的最外缘构成了所述第一液晶透镜的有效区域；所述的第四导电膜层为一个均匀的公共电极。进一步地，在第一导电膜层和第二导电膜层上沿垂直与第一玻璃基板和第二玻璃基板方向上施加设定阈值的电场，第一液晶层中的分子由平行于第一玻璃基板和第二玻璃基板的方向向垂直于电场的方向发生偏转或倾斜，从而实现光线汇聚或发散效果、以及焦距调整；在第三导电膜层和第四导电膜层上沿垂直与第三玻璃基板和第四玻璃基板方向上施加设定阈值的电场，第二液晶层中的分子由平行于第三玻璃基板和第四玻璃基板的方向向垂直于电场的方向发生偏转或倾斜，从而实现光线汇聚或发散效果、以及焦距调整。进一步地，所述第一取向层和第二取向层均由聚酰亚胺溶液涂敷到对应的第一导电膜层和第二导电膜层上，经高温烘烤后通过绒布磨擦的方式产生沟道用于取向；所述第三取向层和第四取向层均由聚酰亚胺溶液涂敷到对应的第三导电膜层和第四导电膜层上，经高温烘烤后通过绒布磨擦的方式产生沟道用于取向。进一步地，所述的第一取向层和第二取向层均由光致取向剂通过线偏振的紫外光照射，以光裂解、光聚合或光致形变的方式实现取向。本技术具有如下的优点和有益效果：单个的液晶透镜需要结合偏振片使用，偏振片的起偏方向与液晶分子的取向方向平行，从而对e光实现位相延迟调节达到变焦的目的，焦距的调节范围受限于液晶材料的双折射率差Δn＝ne-no。单个的液晶透镜对偏振光是敏感的，但采用本技术的液晶透镜组合形式，可以消除液晶对偏振的依赖，其原理是：在两个液晶层中，液晶分子的取向是相互垂直的，任何偏振态的入射光都可以认为是相互垂直的两个偏振态的光的叠加，在第一个液晶透镜中，e光被聚焦，o光不受影响；在第二个液晶透镜中，原来的o光变成了e光，被透镜聚焦，而原来的e光变成o光，因此不受第二个液晶透镜的影响。这样任意偏振态的入射光经过两个液晶透镜组合后都会被聚焦，从而消除了对偏振态的依赖性。对于光学成像透镜来说，变焦能力和聚焦效果是两个重要的能力表征因素，二者对实际的成像应用来说都是非常重要的。目前，实现超透镜的变焦功能有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型变焦平面透镜组件，其特征在于，包括依次排布的第一液晶透镜、第二液晶透镜和平面透镜、且三者镜面均相互平行；/n所述第一液晶透镜和第二液晶透镜为电控变焦透镜；第一液晶透镜包括第一液晶层，第二液晶透镜包括第二液晶层，在未加电场状态下，第一液晶层中分子排布方向与第一液晶透镜整体镜面方向平行，第二液晶层中分子排布方向与第二液晶透镜整体镜面方向平行，且第一液晶层中分子和第二液晶层中分子的排布方向相互垂直；通过分别对第一液晶层和第二液晶层施加电场、并调控电场强度实现调整第一液晶层和第二液晶层分子排布状态；/n所述平面透镜为焦距固定透镜，平面透镜采用超透镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型变焦平面透镜组件，其特征在于，包括依次排布的第一液晶透镜、第二液晶透镜和平面透镜、且三者镜面均相互平行；
所述第一液晶透镜和第二液晶透镜为电控变焦透镜；第一液晶透镜包括第一液晶层，第二液晶透镜包括第二液晶层，在未加电场状态下，第一液晶层中分子排布方向与第一液晶透镜整体镜面方向平行，第二液晶层中分子排布方向与第二液晶透镜整体镜面方向平行，且第一液晶层中分子和第二液晶层中分子的排布方向相互垂直；通过分别对第一液晶层和第二液晶层施加电场、并调控电场强度实现调整第一液晶层和第二液晶层分子排布状态；
所述平面透镜为焦距固定透镜，平面透镜采用超透镜。


2.根据权利要求1所述的一种新型变焦平面透镜组件，其特征在于，所述第一液晶透镜和第二液晶透镜结构相同；第一液晶透镜包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板相对板面上分别对应设有第一导电膜层和第二导电膜层；所述第一导电膜层和第二导电膜层相对膜面上分别对应设有第一取向层和第二取向层；所述第一取向层取向方向平行于第一玻璃基板，第二取向层取向方向平行于第二玻璃基板，且第一取向层和第二取向层两者取向方向互为反平行；第一取向层和第二取向层之间填充第一液晶层；
所述第二液晶透镜包括第三玻璃基板和第四玻璃基板，所述第三玻璃基板和第四玻璃基板相对板面上分别对应设有第三导电膜层和第四导电膜层；所述第三导电膜层和第四导电膜层相对膜面上分别对应设有第三取向层和第四取向层；所述第三取向层取向方向平行于第三玻璃基板，第四取向层取向方向平行于第四玻璃基板，且第三取向层和第四取向层两者取向方向互为反平行；第三取向层和第四取向层之间填充第二液晶层；
所述第三取向层、第四取向层的取向方向与第一取向层、第二取向层的取向方向垂直。


3.根据权利要求2所述的一种新型变焦平面透镜组件，其特征在于，所述第二玻璃基板与第三玻璃基板通过胶合层连接以实现第一液晶透镜和第二液晶透镜的连接；或者第二玻璃基板与第三玻璃基板共用一块玻璃基板以实现第一液晶透镜和第二液晶透镜的连接。


4.根据权利要求2或3所述的一种新型变焦平面透镜组件，其特征在于，所述超透镜包括玻璃基板和设置在玻璃基板板面上的微纳结构层；所述玻璃基板采用独立的第五玻璃基板、或者采用所述第一玻璃基板、或者采用所述第四玻璃基板；所述微纳结构层采用若干微纳柱阵列分布构成。

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志学，吴欣颐，张大勇，骆永全，赵祥杰，黄立贤，王海峰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51