本发明专利技术公开了一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统，包括：外曲面透镜、电极层、液晶层、取向层和内曲面透镜等组件，通过模压法制备出内外曲面镜片，借助取向层设置液晶的初始排布，再利用溅射和切割成型的菲涅尔环带电极以控制液晶的折射率，引起光束的汇聚或发散，进而实现连续而精准的焦距变化。本发明专利技术不仅揭示了液晶变焦曲面透镜的设计和制备方法，还发展了曲面透镜的夹持、焦距测量和成像检测等装置的设计和使用方法。该液晶变焦曲面透镜具备变焦能力强、驱动电压低、轻薄小巧、制作简便等优点，能适应正负范围内的屈光度和变焦调控，对拓展工业视觉检测镜头、角膜接触镜和望远系统的连续可控变焦具有启示作用。远系统的连续可控变焦具有启示作用。远系统的连续可控变焦具有启示作用。
【技术实现步骤摘要】
一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统
[0001]本专利技术涉及液晶透镜领域，尤其是涉及一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统。
技术介绍
[0002]近视眼和老花眼是人们一直关注的视力问题，随着科学技术的蓬勃发展，用于视力矫正的眼镜层出不穷。但是这些眼镜往往只有单一的屈光度，显然无法满足看远看近时不同的视力需求。尽管光学变焦系统由来已久，但传统光学变焦成像系统是借助机械运动改变焦距的多层组合眼镜，存在体积笨重、变焦范围小、响应速度慢等缺点。
[0003]近年发展出的电控液晶变焦眼镜，对提高人眼观测能力具有重要的意义。中国专利CN 102608814 A公开了一种连续变焦菲涅尔透镜，通过刻蚀菲涅尔波带结构的电极，对不同级的带环单独电控，从而实现较大的变焦能力。中国专利CN 111381395 A揭示了一种电控连续变焦透镜，同样是基于菲涅尔波带的结构设计对液晶盒的焦距进行连续电控，并采用混合液晶以提升液晶盒的响应速度。
[0004]上述两种方案在变焦能力、响应速度等方面做出了突破，前者借助菲涅尔电极两级调控的方式具备灵活性，但电压控制较为复杂；后者基于平行板液晶盒与菲涅尔带环组合的组合，通常只能获得凸透镜或凹透镜中的一种，变焦能力有限，难以同时满足近视眼和老花眼对屈光要求，且存在尺寸大、功耗高等问题。而且，考虑到框架眼镜存在便捷性和隐蔽性不够、长期佩戴影响面型等问题，因此消费者对可变焦角膜接触镜的诉求越来越强烈。此外，当前工业变倍镜头普遍存在的机械驱动响应慢、体积笨重、变焦不连续等问题也亟待攻克。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对当前液晶透镜的技术问题，旨在提供了一种液晶变焦曲面透镜及其制备方法、成像系统，可实现工业视觉检测镜头和角膜接触镜的连续电控变焦，兼具变焦能力强、驱动电压低、轻薄小巧、制作简便等优点。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术的方案为：本专利技术实施例的第一方面提供了一种液晶变焦曲面透镜，包括：外曲面透镜和内曲面透镜；所述外曲面透镜和内曲面透镜间封装有液晶层；所述外曲面透镜靠近液晶层的一侧设有电极层，所述内曲面透镜靠近液晶层的一侧设有电极层；电极层为透明导电层，用于控制液晶层内电场强度分布；所述电极层具备与外曲面透镜或外曲面透镜表面契合的菲涅尔环状图案；所述电极层由外电极和内电极组成，两电极对心并反平行放置；对电极层施加连续改变的电压以控制液晶层的焦距；液晶层为用于改变光学焦距的混合液晶，其分子取向受电场分布调控；其外围圆周均匀分布有封装胶水；
取向层为沉积于电极层靠近液晶层的表面的透明聚合物，用于保证液晶层的分子初始朝向和分布。
[0007]进一步地，所述外曲面透镜和内曲面透镜选自包括聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸羟乙酯在内的软质材料，在液晶变焦曲面透镜外部还包裹有硅水凝胶。
[0008]进一步地，所述电极层的材料选自对可见光的透过率80%以上的透明导电薄膜或中心透光区半径占透镜直径1/4~1/2的不透明金属箔。
[0009]进一步地，所述电极层设置为环状电极，该环状电极沿轴线对称；该环状电极的两引脚的夹角大于15度，以适应曲面透镜轮廓且不发生重叠。
[0010]进一步地，所述液晶层为具有通透性的混合液晶，且液晶态温度区间涵盖常温，其寻常光和非寻常光的折射率之差为0.1~0.25。
[0011]进一步地，适用于工业检测的液晶变焦曲面透镜口径在25~80 mm之间，适用人眼的液晶变焦曲面透镜口径小于15 mm，内、外曲面透镜的中心厚度为0.1~0.2 mm，液晶变焦曲面透镜总厚度小于0.5 mm，电极层的厚度应小于0.05 mm，其线宽不应低于0.1 mm，公共引线宽度不低于3 mm。
[0012]本专利技术实施例的第二方面提供了一种液晶变焦曲面透镜的制备方法，其特征在于，采用各镜片和电极单独成型、后组装填充液晶的制备方案，具体包括以下步骤：步骤（1）：设计并加工曲面透镜的模具：步骤（2）：将软质聚合物和固化液按质量比10:1充分搅拌混合，作为软质聚合物混合液；将软质聚合物混合液注入步骤（1）得到的曲面透镜的模具中，模压成型，即得内、外曲面透镜；对内、外曲面透镜的内表面均匀旋涂未固化的软质聚合物，得到涂胶的内、外曲面透镜；步骤（3）：切割电极形状，分别与涂胶的内、外曲面透镜对心贴紧，热压，使得电极与内、外曲面透镜贴合；步骤（4）：对步骤（3）得到的覆盖有电极的内、外曲面透镜进行等离子处理，再在其内表面均匀涂覆取向层，半硬化后单向摩擦取向层表面，形成朝向一致且分布均匀的划痕；最后经等离子处理使涂覆取向层的内、外曲面透镜硬化；步骤（5）：灌注液晶和封装：在曲面透镜边缘设置封装胶水，在封装胶水完全固化之前，将已真空除泡的液晶注入外曲面透镜和内曲面透镜间，再将两片透镜沿着划痕相反的方向对准，挤压封装成一体，在透镜表面均匀涂覆硅水凝胶涂层，并从电极层引出导线，得到液晶变焦曲面透镜。
[0013]进一步地，所述步骤（1）中按照屈光度逆向确定镜片曲率半径、直径、厚度在内的尺寸参数，分别设计内、外曲面透镜对应的作为公模的基弧面模和作为母模的光学面模，本专利技术实施例的第三方面提供了一种成像系统，包括上述的液晶变焦曲面透镜或由上述的制备方法制得的液晶变焦曲面透镜。
[0014]本专利技术实施例的第四方面提供了一种上述的液晶变焦曲面透镜或由上述的制备方法制得的液晶变焦曲面透镜在工业视觉检测镜头和可变焦角膜接触镜中的应用。
[0015]本专利技术公开的液晶变焦曲面透镜之有益效果主要体现在以下方面：（1）较强的人眼环境适应性。基于眼球轮廓的精准尺寸设计、亲和的变焦范围、高透光性和柔韧的镜片材料、低电压的驱动电路、生物相容性良好的镜片和封装材料等优势
有助于实现在人眼环境的使用。
[0016]（2）灵活的可设计性。本专利技术公开了若干设计实例以适应不同人群对视力矫正的需求，提高了可变焦液晶接触镜的适用性；可通过调节镜片的曲率半径、厚度等尺寸和筛选特定双折射率范围的液晶，既实现了视光学变焦的连续可控，也兼顾了变焦范围的精准制定。
[0017]（3）变焦范围广，通电后可获得未通电状态1~3倍的屈光度，具体变焦效果可定制和优化，能满足不同视距物体的观测需要，同时基于液晶电光特性的调控方案在集成变焦、望远、检测等多功能接触镜方面具备较大的潜力；驱动电压低、轻薄小巧、制作简便等优点，能适应正负范围内的屈光度和变焦调控，对拓展视觉检测镜头、角膜接触镜和望远系统的连续可控变焦、紧凑型设计具有启示作用。
[0018]（4）结合了混合液晶和透明电极薄膜的电学和视光学特性，能够对低电压刺激做出灵敏的响应，有效降低了驱动变焦的功耗，同时保障了使用的安全性。
[0019]（5）轻薄便携，结构简单，加工方法简便，可应用于现有的柔性曲面透镜生产设备，有效降低制作成本。
附图说明
[0020]图1为本专利技术液晶变焦曲面镜的结构示意图；图2为液晶变焦曲面镜的制备流程图；图3为适应透镜曲面的菲涅尔环带电极的平面设计图；图4为液晶变焦曲本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种液晶变焦曲面透镜，其特征在于，包括：外曲面透镜和内曲面透镜；所述外曲面透镜和内曲面透镜间封装有液晶层；所述外曲面透镜靠近液晶层的一侧设有电极层，所述内曲面透镜靠近液晶层的一侧设有电极层；电极层为透明导电层，用于控制液晶层内电场强度分布；所述电极层具备与外曲面透镜或外曲面透镜表面契合的菲涅尔环状图案；所述电极层由外电极和内电极组成，两电极对心并反平行放置；对电极层施加连续改变的电压以控制液晶层的焦距；液晶层为用于改变光学焦距的混合液晶，其分子取向受电场分布调控；其外围圆周均匀分布有封装胶水；取向层为沉积于电极层靠近液晶层的表面的透明聚合物，用于保证液晶层的分子初始朝向和分布。2.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述外曲面透镜和内曲面透镜选自包括聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸羟乙酯在内的软质聚合物，在液晶变焦曲面透镜外部还包裹有硅水凝胶。3.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述电极层的材料选自对可见光的透过率80%以上的透明导电薄膜或中心透光区半径占透镜直径1/4~1/2的不透明金属箔。4.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述电极层设置为环状电极，该环状电极沿轴线对称；该环状电极的两引脚的夹角大于15度，以适应曲面透镜轮廓且不发生重叠。5.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，所述液晶层为具有通透性的混合液晶，且液晶态温度区间涵盖常温，其寻常光和非寻常光的折射率之差为0.1~0.25。6.根据权利要求1所述的液晶变焦曲面透镜，其特征在于，适用于工业的液晶变焦曲面透镜口径在25~80 mm之间；适用人眼的变焦接触镜口径小于15 mm，总厚度应小于0.3 mm;其最小线宽不应低于0.1 mm；公共引线宽度不低于3 mm。...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，魏竹喧，贺梦奇，杨玲，陈毅豪，钱劲，
申请(专利权)人：钱塘科技创新中心，
类型：发明
国别省市：
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