光学器件及成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及光学器件技术领域，解决现有低压驱动可变焦透镜技术中阻抗膜的阻抗值不稳定导致液晶透镜无法准确调节焦距的问题，提供了一种光学器件及成像装置。该透镜包括沿通光方向依次设置的第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层和第二电极层，第一电极层包括第一电极、第二电极和设于第一电极与第二电极之间的第一阻抗膜，第一电极、第二电极分别连接在第一阻抗膜的相对两端；第二电极层结构与第一电极层相同。各电极在通光方向上形成的通光孔的形状呈平行四边形。本实用新型专利技术不仅解决了现有的液晶透镜阻抗膜的阻抗值不稳定导致无法准确调节焦距的问题，还实现了透镜中心移动、柱镜和棱镜等新功能。

Optics and imaging devices

【技术实现步骤摘要】
光学器件及成像装置
本技术属于光学器件
，具体是一种光学器件及成像装置。
技术介绍
液晶透镜是一种通过控制驱动电压改变液晶分子排布从而改变焦距的光学透镜。液晶分子具有介电各向异性与双折射效应，在外加电场中，液晶分子指向矢取向随电场变化而变化，相应方向的有效折射率也会随之变化，液晶透镜正是利用这一特性来实现传统玻璃透镜的会聚与发散等功能。与传统透镜相比，液晶透镜具有体积小、焦距可调节等优点。目前，一般的液晶透镜通光口径相对较小，这限制了液晶透镜在成像领域的应用。为了得到口径大且成像效果好的液晶透镜，相关研究人员做了大量工作。日本科学家S.Sato在上世纪70年代首次提出液晶透镜的概念并于1979年制备出了首个电控液晶透镜，随后对其改进并提出了圆孔电极结构。Naumov,A.F.等人于1998年提出了模式控制型液晶透镜(Modalliquidcrystallenses，MLCL)结构，其与圆孔型液晶透镜结构类似，不同的是在圆孔ITO电极上多了一层高阻抗膜层以调整电场分布从而获得孔径较大、光学品质较好的液晶透镜。可以通过调节施加在液晶透镜上的电压的幅值或频率来调节透镜的焦距。2002年Ye(JJAP41(2002)L571)等提出用电介质隔离开孔状电极与液晶层，从而实现较大孔径液晶透镜。但是，这种结构带来了驱动电压增高的问题。为了降低驱动电压，Ye(JJAP49(2010)100204)等提出了在孔状电极和液晶层之间设置高阻抗膜以调整电场的空间分布，从而成功实现了低电压驱动液晶透镜。但是高阻抗膜层的不稳定性问题仍未解决，主要体现在：目前主要的高阻抗膜层材料是金属氧化物、导电有机聚合物，随着后期工艺条件或环境变化，其电学性质发生变化，进而影响液晶透镜成像效果；其次，高阻抗膜层性能随时间和环境条件，电学性质发生变化使液晶透镜的稳定性变差。为解决液晶变焦透镜结构中高阻抗膜层不稳定的问题，技术专利(公开号：CN109031811A)公开了一种焦距和相位延迟量可变的液晶光学器件，如图1所示，该技术方案将高阻抗膜层沉积在第三平面电极的开孔区域，使得整个高阻抗膜层被绝缘层、第一取向层和第三平面电极包裹，进而防止其氧化状态发生变化，以此来提高高阻抗膜层的化学稳定性。同时，当器件工作，在第三平面电极与第二平面电极之间施加第一电压V1，在第一平面电极与第二平面电极之间施加第二电压V2时，由于高阻抗膜层在横向和纵向上都有稳定的电场分布，即高阻抗膜层具有稳定的边界值，从而保证了液晶光学器件处于工作状态时的稳定性。但由于生产工艺的限制，生产规定阻抗值的阻抗膜较为困难，所以制备该技术方案中的液晶光学器件成本较高；同时，就算高阻抗膜具有稳定的边界值，高阻抗膜在使用过程中其阻抗值仍然会随时间发生改变；然而高阻抗膜的阻抗值的改变会导致焦距调节不确定。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种光学器件及成像装置，用以解决现有技术中存在的阻抗膜的阻抗值不稳定导致液晶透镜无法准确调节焦距的问题。本技术采用的技术方案是：第一方面，本技术提供了一种光学器件，包括沿通光方向依次设置的第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层和第二电极层，所述第一电极层包括第一电极、第二电极和设于第一电极与第二电极之间的第一阻抗膜，所述第一电极、第二电极分别连接在所述第一阻抗膜的相对两端；所述第二电极层包括第三电极、第四电极和设于第三电极与第四电极之间的第二阻抗膜，所述第三电极、第四电极分别连接在所述第二阻抗膜的相对两端，其中，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极在所述通光方向上形成的通光孔的形状呈平行四边形。作为上述光学器件的优选方案，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极上获取的交流电压满足：其中，L1为第一电极与第二电极之间的距离，L2为第三电极与第四电极之间的距离，V1、分别为第一电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V2、分别为第二电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V3、分别为第三电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V4、分别为第四电极上获取的交流电压的幅值和初始相位。作为上述光学器件的优选方案，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极上获取的交流电压满足：其中，L1为第一电极与第二电极之间的距离，L2为第三电极与第四电极之间的距离，V1、分别为第一电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V2、分别为第二电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V3、分别为第三电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V4、分别为第四电极上获取的交流电压的幅值和初始相位。作为上述光学器件的优选方案，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极上获取的交流电压的频率相等。作为上述光学器件的优选方案，所述通光孔的形状呈矩形。作为上述光学器件的优选方案，所述矩形为方形。作为上述光学器件的优选方案，所述第一电极层与第一配向层之间还设有第一保护层，所述第二电极层与第二配向层之间还设有第二保护层。作为上述光学器件的优选方案，沿所述通光方向上第一电极层背离第一配向层的一侧设有第一基板，沿所述通光方向上第二电极层背离第二配向层的一侧设有第二基板。作为上述光学器件的优选方案，沿所述通光方向，所述第一电极一端沿所述通光方向的投影延伸至所述第一基板的外部，所述第二电极一端沿所述通光方向的投影延伸至所述第一基板的外部；所述第三电极一端沿所述通光方向的投影延伸至所述第二基板的外部，所述第四电极一端沿所述通光方向的投影延伸至所述第二基板的外部。第二方面，本技术提供了一种成像装置，所述成像装置包括上述任意一种光学器件。综上所述，本技术的有益效果如下：1、本技术中光学器件的液晶层中电场的空间分布与阻抗膜的阻值无关，仅与阻抗模的阻值的均匀性相关；而阻抗模的阻值均匀性在生产过程中更容易保证，阻抗模的阻值均匀性受经时效应的影响较小，因此本技术的光学器件更容易保证电压分布的稳定性，从而保证光学器件能够稳定调焦；2、本技术中光学器件的通光孔为平行四边形，能够使液晶分子指向矢在较大孔径范围内实现高斯形相位分布，在保证光学器件具有变焦效果的同时，又增大了光学器件的通光孔径；3、本技术中光学器件的通光孔为平行四边形，相比传统的光学器件圆形通光孔其占空比更大，因此能够获得更高的光能利用率。附图说明图1为现有技术中液晶透镜的工作原理图；图2为本技术实施方式1中光学器件的结构示意图；图3为图2的俯视图；图4为图2中A-A处的剖视图；图5为本技术实施方式1中光学器件各电极沿通光方向的投影图；图6为本技术实施方式1中模拟光学器件中四边形通光孔的对角α为90°时，液晶层内的等电势线分布图。图7为本技术实施方式1中模拟光学器件中四边形通光孔的对角α为80°时，液晶层内的等电势线分布图。图8为本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学器件，包括沿通光方向依次设置的第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层和第二电极层，其特征在于，/n所述第一电极层包括第一电极、第二电极和设于第一电极与第二电极之间的第一阻抗膜，所述第一电极、第二电极分别连接在所述第一阻抗膜的相对两端；所述第二电极层包括第三电极、第四电极和设于第三电极与第四电极之间的第二阻抗膜，所述第三电极、第四电极分别连接在所述第二阻抗膜的相对两端，其中，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极在所述通光方向上形成的通光孔的形状呈平行四边形。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学器件，包括沿通光方向依次设置的第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层和第二电极层，其特征在于，
所述第一电极层包括第一电极、第二电极和设于第一电极与第二电极之间的第一阻抗膜，所述第一电极、第二电极分别连接在所述第一阻抗膜的相对两端；所述第二电极层包括第三电极、第四电极和设于第三电极与第四电极之间的第二阻抗膜，所述第三电极、第四电极分别连接在所述第二阻抗膜的相对两端，其中，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极在所述通光方向上形成的通光孔的形状呈平行四边形。


2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述光学器件为椭圆透镜，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极上获取的交流电压满足：









其中，L1为第一电极与第二电极之间的距离，L2为第三电极与第四电极之间的距离，V1、分别为第一电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V2、分别为第二电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V3、分别为第三电极上获取的交流电压的幅值和初始相位，V4、分别为第四电极上获取的交流电压的幅值和初始相位。


3.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述光学器件为柱透镜，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极上获取的交流电压满足：






其中，L1为第一电极与第二电极之间的距离，L2为第三电极与第四电极之间的距离，V1、分别为第一电极上获取的交...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶茂，陈晓西，李光勇，张亚磊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：新型
国别省市：四川;51