专利名称：一种旋转应力法实现电控变焦液晶透镜制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转应力法实现电控变焦液晶透镜制作方法，特别是无运动部件且物距变化而成像面固定的电控变焦透镜的制作方法。
背景技术：
现有方法制作的变焦光学成像系统透镜或者采用机械方法变焦，如照相机，其变焦功能一般通过小型马达调节透镜组间距实现系统调焦功能，有的照相机干脆直接手动实现调焦；或者通过面型、材料折射率的改变达到变焦目的。上述现有调焦方法都有其自身的局限性，机械调焦透镜存在机械运动部件，变焦速度慢，能耗大，同时体积笨重，不利于系统的小型化，而已有的变面型或者变折射率的调焦方法尚处于实验室研究阶段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种非机械式的、快速度、低功耗、利于系统小型化，可通过旋转应力法实现电控变焦液晶透镜的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案的具体步骤为1.制备由两片有透明导电膜(ITO)的玻璃基片组成的液晶盒在两片玻璃基片间涂布一层光致固化聚合物网络液晶材料(PNLC)构成的膜层；2.将液晶盒在紫外光下曝光，同时在液晶盒的ITO导电膜上施加定向电场，使液晶微滴光轴方向指向沿电场方向；3.在液晶盒内聚合物锚泊作用形成而未彻底固化以前，撤去定向电场，旋转玻璃基片，使液晶微滴光轴方向受旋转剪切应力的作用发生规律性变化，膜层折射率分布形成规律性分布，从而改变入射光位相分布，宏观形成透镜效果；4.在ITO导电膜施加电场，使液晶微滴光轴逐渐统一到沿电场方向，折射率的规律性分布消失，透镜作用效果消失，实现电控变焦效果。
本发明还可将电控变焦透镜和一个具有固定焦距的透镜组合成大焦距电控变焦透镜。
本发明是基于旋转剪切应力方法实现电控变焦液晶透镜，具有无运动部件，响应时间短，调焦准确，易于小型化等优良品质。电控变焦透镜在摄像手机光学头，变焦信息码读取系统，视频探测监控摄像系统。光存储，DVD机光学头等方面具有广泛的应用前景。
图1是旋转应力法制做电控变焦液晶透镜剖面结构示意图；图2是旋转应力法制做电控变焦液晶透镜俯视图；图3是电场定向曝光液晶微滴光轴指向剖面示意图；
图4是电场定向曝光液晶微滴光轴指向俯视示意图；图5是旋转应力作用后液晶微滴光轴呈现规律分布剖面示意图；图6是旋转应力作用后液晶微滴光轴呈现规律分布俯视示意图；图7是旋转液晶透镜电场作用下变焦作用示意图；图8是旋转液晶变焦透镜与固焦透镜组合调焦示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
本发明的实施步骤为(1)制备两片有ITO的导电玻璃基片3(圆形)，图1所示，在玻璃基片3间之间涂布一层由一定厚度的光致固化聚合物网络液晶材料(PNLC)构成的膜层。光致固化聚合物网络液晶材料(PNLC)1包括预聚聚合物，液晶，光引导剂及表面活性剂等。导电膜层2是氧化铟锡(ITO)。光致固化聚合物网络液晶材料(PNLC)1外面放置一个密封圈4(图2)。
(2)将液晶盒在紫外光下曝光，同时在液晶盒ITO导电膜上施加电场对液晶微滴光轴方向指向定向到沿电场方向。图3是电场定向曝光液晶微滴光轴指向剖面示意图，说明液晶微滴光轴沿电场方向排列。图4电场定向曝光液晶微滴光轴指向俯视示意图，说明液晶微滴光轴垂直于液晶盒表面排列。
(3)将尚未完全固化的液晶盒两玻璃基片绕垂直于基片表面的中心轴以一定的角速度旋转一角度，使液晶微滴光轴排列方向在液晶盒表面盒内部都呈现一定的规律，与此相应折射率也呈现一定的变化规律，宏观呈现透镜效果。再用紫外黏胶固定两玻璃基片，使液晶盒保持这个旋转角度。在ITO导电膜施加电场，液晶盒逐渐失去透镜效果。图5为旋转应力作用后液晶微滴光轴呈现规律分布剖面示意图，说明在旋转中心附近的液晶微滴对于垂直于表面入射光的有效折射率为寻常折射率n0，而边缘处液晶微滴对于入射光的有效折射率介于n0与ne之间，对于正性液晶，折射率变化按照从中心到边缘逐渐增大规律排列。图6是旋转应力作用后液晶微滴光轴呈现规律分布俯视示意图。
(4)将此电控变焦透镜和一个具有固定焦距的透镜组合实现更大焦距电控变焦透镜，其像差可通过像差平衡的方法在系统设计时优化，改善像质；图7是旋转应力法实现电控变焦液晶透镜在电场作用下变焦作用示意图，说明在电场作用下，由于液晶光轴的转动程度不同造成折射率的逐渐变化，实现较小范围的透镜变焦功能，图8是旋转液晶变焦透镜与固焦透镜组合调焦示意图，说明与固定焦距的透镜结合，实现较大的变焦焦距。
本发明采用的光致固化聚合物网络液晶材料(PNLC)是由较大量的液晶微滴分散于少量的固态聚合物高分子基质之中而形成的新型光学材料。由于液晶材料的有效折射率可受电场调制，因此具有显著的电控折变特性。制备两片有透明导电膜的玻璃基片，在玻璃基片间涂布一层由一定厚度的光致固化聚合物网络液晶材料(PNLC)的膜层，在电场作用下紫外曝光定向固化后，用旋转液晶盒玻璃基片的方法，使膜层中液晶微滴指向矢的指向在旋转剪切应力的作用下发生改变，旋转剪切应力是关于旋转中心圆对称的，并且离旋转中心距离不同的位置，其剪切应力大小也不同，因此膜层具有关于旋转中心圆对称的、沿径向方向按一定规律递增的折射率分布，此时膜层就是一个负焦距的透镜。由于液晶微滴的有效折射率受到电场调控，在一定的交流电作用下，此透镜沿径向方向的折射率曲线将发生改变，旋转中心与边缘之间的折射率差将会减小，相应地透镜焦距也发生改变，实现透镜电控连续变焦。将此旋转电控变焦透镜与一个具有固定焦距的透镜组合可以实现在不同焦距范围电控变焦透镜。
权利要求
1.一种旋转应力法实现电控变焦液晶透镜制作方法，其特征在于，制作方法的具体步骤为(1)制备由两片有透明导电膜(ITO)的玻璃基片组成的液晶盒在两片玻璃基片间涂布一层光致固化聚合物网络液晶(PNLC)材料构成的膜层；(2)将液晶盒在紫外光下曝光，同时在液晶盒的ITO导电膜上施加定向电场，使液晶微滴光轴方向指向沿电场方向；(3)在液晶盒内聚合物锚泊作用形成而未彻底固化以前，撤去定向电场，旋转玻璃基片，使液晶微滴光轴方向受旋转剪切应力的作用发生规律性变化，膜层折射率分布形成规律性分布，从而改变入射光位相分布，宏观形成透镜效果；(4)在ITO导电膜施加电场，使液晶微滴光轴逐渐统一到沿电场方向，折射率的规律性分布消失，透镜作用效果消失，实现电控变焦效果。
2.根据权利要求1所述的旋转应力法实现电控变焦液晶透镜制作方法，其特征在于，将电控变焦透镜和一个具有固定焦距的透镜组合成大焦距电控变焦透镜。
全文摘要
本发明公开了一种旋转应力法实现电控变焦液晶透镜制作方法，首先在两片镀有透明导电膜的玻璃基片间涂布一层光致固化聚合物网络液晶材料(PNLC)构成的膜层，紫外曝光的同时采用电场对液晶微滴光轴定向为沿电场方向，在液晶盒内聚合物锚泊作用形成而未彻底固化以前，撤去定向电场，旋转玻璃基片，产生切向旋转剪切应力，液晶微滴光轴方向受旋转剪切应力的作用发生规律性变化，膜层折射率分布形成规律性分布，从而改变入射光位相分布，宏观形成透镜效果。在电场作用下，液晶微滴光轴逐渐统一到沿电场方向，折射率的规律性分布消失，透镜作用效果消失，实现电控变焦效果。本发明具有无运动部件，响应时间短，调焦准确，易于小型化等优良品质。
文档编号G02F1/133GK1959473SQ20061011887
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者钟阳万, 卢荣文, 郑煜, 郑继红, 庄松林 申请人:上海理工大学