电可调谐的偏振无关的液晶微透镜阵列制造技术

一种偏振无关的液晶微透镜阵列，包括光学透明的介电平面板；光学透明的上平面电极，沉积在平面板顶面和底面上；顶部衬底，邻近平面板顶面进行定位；顶部图案电极，沉积在顶部衬底内表面上；顶部液晶层，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间；顶部液晶层，具有第一偏振；底部衬底，邻近平面板底面进行定位；底部图案电极，沉积在底部衬底内表面上；底部液晶层，设置在平面板底面和底部衬底内表面之间；底部液晶层，具有与第一偏振正交的第二偏振。

Electrotunable Polarization Independent Liquid Crystal Microlens Array

A polarization-independent liquid crystal microlens array includes an optically transparent dielectric planar plate; an optically transparent upper planar electrode deposited on the top and bottom of the planar plate; a top substrate positioned near the top of the planar plate; a top patterned electrode deposited on the inner surface of the top substrate; a top liquid crystal layer located between the top surface of the planar plate and the inner surface of the top substrate; The crystal layer has the first polarization; the bottom substrate is positioned near the bottom of the planar plate; the bottom pattern electrode is deposited on the inner surface of the bottom substrate; the bottom liquid crystal layer is arranged between the bottom surface of the planar plate and the inner surface of the bottom substrate; and the bottom liquid crystal layer has the second polarization orthogonal to the first polarization.

【技术实现步骤摘要】
电可调谐的偏振无关的液晶微透镜阵列
本公开内容涉及一种微透镜，特别是涉及一种偏振无关的液晶微透镜阵列。
技术介绍
已经为各种光学系统探索过了液晶(LC)装置领域。单轴的双折射性质是向列型液晶(NLC)的基本性质之一。在LC装置中，相位分布被控制。相位分布由LC分子在外部电场或磁场下的重新取向决定。由于固有的单轴各向异性，LC装置取决于入射光的偏振。入射光束的利用效率由于这种特性而退化，特别是在液晶微透镜阵列(LCMLA)领域。具有垂直于LCMLA的光轴振动的电矢量的入射光束将通过LC单元而不会聚。这些光束被光学系统滤除。因此，在LCMLA前面安装偏振器，用于去除这些光束并改善LC装置的性能，这种方法限制了光学效率。偏振无关的LCMLA可以改善光学系统的性能。为了消除对入射光束的偏振依赖性，现有系统提出了基于蓝相液晶(BPLC)和聚合物分散液晶(PDLC)的LCMLA。通过改变LC材料，产生了诸如操作温度范围窄和控制电压很高的缺点。为了降低驱动电压并扩大温度范围，尝试了一些方法来排布具有轴对称对齐的LC分子。这种方法的一个缺点是制造复杂和精确的对齐。根据制造方法，偏振不敏感的LCMLA可以分为两类：基于LC材料的装置，例如蓝相液晶(BPLC)或聚合物分散液晶(PDLC)，以及基于普通LC分子预对齐的其他装置。由这些微透镜阵列提供的改进基于以下事实，由于LC材料的各向同性性质，BPLC入射光束可以被聚焦。尽管这些方法表现出无偏振依赖性，但它们具有明显的缺点，例如BPLC的温度范围窄和信号电压很高。Ren等人展示了使用PDLC材料作为电光介质的无偏振器的微透镜阵列。可以在高电压状态下调节这种装置的可调谐焦距。Fuh通过使用光对齐将径向对齐或方位角对齐的LC膜与梯度对齐组合来构建偏振无关LC透镜。这种方法的一个问题是光对齐在高温和UV光束照射下是不稳定的，因此由于构建的复杂性，该方法不适用于微透镜阵列。具有正交二元配置的LC菲涅耳透镜也已经制造成具有偏振无关性。这种方法的明显缺点是衬底的两侧都需要在取向层上进行极其精确的对齐。先前的LC装置具有偏振敏感性并因此表现出相对低的光束利用效率，并且偏振不敏感设计具有高工作电压，复杂的构建或具有有限的操作温度。所寻求的是一种能够偏振无关的LCMLA(PI-LCMLA)装置，用于改进克服这些限制的成像微装置和成像微系统。
技术实现思路
在一个实施例中，一种偏振无关的液晶微透镜阵列，包括光学透明的介电平面板，该平面板具有顶面和底面；光学透明的上平面电极，沉积在平面板顶面上；光学透明的下平面电极，沉积在平面板底面上；顶部衬底，具有顶部衬底外表面和顶部衬底内表面，顶部衬底邻近平面板顶面进行定位；顶部图案电极，沉积在顶部衬底内表面上，其中顶部图案电极图案化有微孔阵列；顶部间隔物，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间；顶部液晶层，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间，所述顶部液晶层具有第一偏振；底部衬底，具有底部衬底外表面和底部衬底内表面，所述底部衬底邻近平面板底面进行定位；底部图案电极，沉积在底部衬底内表面上，其中底部图案电极图案化有另一微孔阵列；底部间隔物，设置于平面板底面和底部衬底内表面之间；以及底部液晶层，设置于平面板底面和底部衬底内表面之间，所述底部液晶层具有与第一偏振正交的第二偏振。在另一个实施例中，一种偏振无关的液晶微透镜阵列光学系统，包括液晶微透镜，具有光学透明的介电平面板，该平面板具有顶面和底面；光学透明的上电极，沉积在平面板顶面上；光学透明的下平面电极，沉积在平面板底面上；顶部衬底，具有顶部衬底外表面和顶部衬底内表面，顶部衬底邻近平面板顶面进行定位；顶部图案电极，沉积在顶部衬底内表面上，其中顶部图案电极图案化有微孔阵列；顶部间隔物，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间；顶部液晶层，设置于平面板顶面和顶部衬底内表面之间，所述顶部液晶层具有第一偏振；底部衬底，具有底部衬底外表面和底部衬底内表面，所述底部衬底邻近平面板底面进行定位；底部图案电极，沉积在底部衬底内表面上，其中底部图案电极图案化有另一微孔阵列；底部间隔物，设置于平面板底面和底部衬底内表面之间；以及底部液晶层，设置于平面板底面和底部衬底内表面之间，所述底部液晶层具有与第一偏振正交的第二偏振；顶部电压驱动器，电连接到上电极和顶部图案电极；以及底部电压驱动器，电连接到下平面电极和底部图案电极，其中底部电压驱动器和顶部电压驱动器同时被致动以允许非偏振光传送通过液晶微透镜。在附图和以下说明书中阐述了本专利技术的一个或多个实施例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，本专利技术的其他特征、目的和优点将显而易见。附图说明图1示出了根据本公开的至少一个实施例的基于可调焦距和电偏振无关的液晶微透镜阵列的光场相机的结构图。图2示出了根据本公开的至少一个实施例的可调焦距和电偏振无关的液晶微透镜阵列成像检测芯片的结构图。图3示出了根据本公开的至少一个实施例的偏振无关的液晶微透镜阵列的示意图，其中在各LC层上照射白光和特别折射分布。图4示出了根据本公开的至少一个实施例的基于可调焦距和电偏振无关的液晶微透镜阵列的成像系统的示意图。图5示出了可调焦距和电偏振无关的液晶微透镜阵列成像检测芯片的原理图。各附图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。具体实施方式液晶微透镜阵列(LCMLA)适用于各种微光学架构，例如光学开关、光学通信、全光相机和波前检测器。电可调谐的焦距可以用来代替固定焦距透镜，是它们的基本特性之一。该性质可归因于液晶(LC)分子在外部电场或磁场下的重新取向以形成梯度折射率分布。根据光刻法制造的LCMLA是偏振的，因此取决于由于LC分子的固有单轴各向异性引起的入射光束的电场矢量。因此，具有垂直于LCMLA的光轴的电场矢量的入射光束将通过LC膜而没有光束会聚。滤除这些光束以用于自适应光学设置或微系统。因此，偏振器可以安装在LCMLA的前面，以选择适当偏振的光束，从而改善LC装置的性能。这种方法限制了入射光束的利用效率。因此，需要寻求如何实现偏振无关的LCMLA(PI-LCMLA)以改善成像微装置或微系统的性能。在本公开中，公开了使用具有正交对齐的双层向列液晶(NLC)的偏振无关的微透镜阵列。两个正交的LC层由双面氧化铟锡二氧化硅分隔。进一步的光学实验和研究表明，PILCMLA可以通过调制驱动电压在偏振和偏振不敏感模式下工作。归一化的聚焦强度对入射光没有偏振依赖性。由于高光学效率、简单制造、电可调谐焦距、低功耗、偏振无关和多操作模式的优点，本公开的装置可用于在成像和光学系统中具有许多潜在应用。本公开中呈现的PI-LCMLA的微结构具有两个LC膜或LC单元，两者的光轴是正交的。级联微结构在入射光束的操纵中提供宽的操作范围，并且还合并用于成像应用的多种操作模式，例如具有自适应光束调整的平面成像，偏振成像模式和偏振无关的成像模式。通常，当可以在级联LC微结构中的一个LC单元上施加电压信号时，也可以将偏振成像模式划分为o模式和e模式。如果可以在顶部LC层上施加电压信号，则平行于顶部LC层的光轴的部分线性偏振光会聚，这是e模式的情况。而且，o模式意味着具有垂直于顶部LC层摩擦方向的电场矢量的部分入射光束可以通过施加适当电压信号Vrms被底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振无关的液晶微透镜阵列，包括：光学透明的介电平面板，所述平面板具有顶面和底面；光学透明的上平面电极，被沉积在平面板顶面上；光学透明的下平面电极，被沉积在平面板底面上；顶部衬底，其具有顶部衬底外表面和顶部衬底内表面，所述顶部衬底邻近所述平面板顶面进行定位；顶部图案电极，被沉积在所述顶部衬底内表面上，其中所述顶部图案电极被图案化有微孔阵列；顶部间隔物，被设置于所述平面板顶面和所述顶部衬底内表面之间；顶部液晶层，被设置于所述平面板顶面和所述顶部衬底内表面之间，所述顶部液晶层具有第一偏振；底部衬底，其具有底部衬底外表面和底部衬底内表面，所述底部衬底邻近所述平面板底面进行定位；底部图案电极，被沉积在所述底部衬底内表面上，其中所述底部图案电极被图案化有另一微孔阵列；底部间隔物，被设置于所述平面板底面和所述底部衬底内表面之间；以及底部液晶层，被设置于所述平面板底面和所述底部衬底内表面之间，所述底部液晶层具有与所述第一偏振正交的第二偏振。

【技术特征摘要】
2017.11.13 US 62/585,290;2018.06.15 US 16/010,1351.一种偏振无关的液晶微透镜阵列，包括：光学透明的介电平面板，所述平面板具有顶面和底面；光学透明的上平面电极，被沉积在平面板顶面上；光学透明的下平面电极，被沉积在平面板底面上；顶部衬底，其具有顶部衬底外表面和顶部衬底内表面，所述顶部衬底邻近所述平面板顶面进行定位；顶部图案电极，被沉积在所述顶部衬底内表面上，其中所述顶部图案电极被图案化有微孔阵列；顶部间隔物，被设置于所述平面板顶面和所述顶部衬底内表面之间；顶部液晶层，被设置于所述平面板顶面和所述顶部衬底内表面之间，所述顶部液晶层具有第一偏振；底部衬底，其具有底部衬底外表面和底部衬底内表面，所述底部衬底邻近所述平面板底面进行定位；底部图案电极，被沉积在所述底部衬底内表面上，其中所述底部图案电极被图案化有另一微孔阵列；底部间隔物，被设置于所述平面板底面和所述底部衬底内表面之间；以及底部液晶层，被设置于所述平面板底面和所述底部衬底内表面之间，所述底部液晶层具有与所述第一偏振正交的第二偏振。2.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述顶部衬底是二氧化硅。3.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述底部衬底是二氧化硅。4.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述顶部图案电极可以是铝。5.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述底部图案电极可以是铝。6.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述上平面电极是氧化铟锡。7.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述下平面电极是氧化铟锡。8.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，还包括微透镜，所述微透镜连接到所述顶部衬底外表面。9.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，还包括图像传感器，所述图像传感器邻近所述底部衬底外表面进行定位。10.如权利要求1所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述顶部图案电极被图案化以具有128微米的微孔直径和160微米的像素间距。11.如权利要求10所述的偏振无关的液晶微透镜阵列，其特征在于，所述底部图案电极与所述顶部图案电极匹配。12.一种偏振无关的液晶微透镜阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：信钊炜，魏东，
申请(专利权)人：黑芝麻国际控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US