[发明专利]一种电控快速变焦的光学成像透镜制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电控光学元件领域，具体涉及一种用电场调控实现快速 电控光学变焦透镜的实现方法。

背景技术

目前在光学器件的应用中采用的变焦方法，大多数是机械变焦方式，及 采用马达驱动光学透镜的位置的挪动而发生焦距的变化。但是，随着器件的 小型化和快速反应的需要，传统的机械运动方式已经落后于器件的发展速 度。因此，又出现很多种变焦方式的透镜，例如电控折变效应，电湿效应等 利用电场作用控制下焦距发生变化的光学元器件。其中做为电控折变效应的 典型代表是液晶材料的光学器件，例如基于电控液晶调焦的透镜已经出现。 也有很多关于聚合物分散液晶，聚合物铁电液晶，等掺杂类型的液晶混合 物，采用面型，结构，或者全息，刻蚀，掩模等多种方法实现电控变焦光学 元件的手段。每个方法各有利弊。例如在聚合物分散液晶材料的电控透镜研 究中，有全息，面型，偏振和电极改变等多种方法研究和实施到聚合物分散 液晶材料当中，研究效果，手段，方法，结果都不尽相同，但是到目前为 止，由于各个方面的原因，材料性质的限制，工艺的优化，使用条件的限 制，如驱动电源，孔径大小等方面的原因，仍然没有一种方法真正用于大面 积变焦电控变焦成像系统。

近年来倍受关注的纳米聚合物分散液晶(PDLC)是一种新型电光材料。 当施加电压时，材料中液晶微滴的指向矢受电场的调控将发生扭转，致使纳 米聚合物分散液晶材料的有效折射率也跟着发生变化，纳米聚合物分散液晶 材料的这种电控折变性质以及良好的可见光透过率(聚合物基质中液晶微滴 尺寸达亚微米级，基本不散射可见光)使其在电控光学元件这一领域具有很 好的应用前景，也包括可能制作成大孔径的变焦透镜。聚合物分散液晶的配 方和性质非常复杂和多样，从发展阶段而言，分为微米尺寸的聚合物分散液 晶材料和纳米级的聚合物分散液晶材料。液晶微滴大小和相分离结构对于器 件产生重大的影响，但是配方比例和实现工艺有很多问题需要优化，解决。

发明内容

本发明是针对现有变焦方法存在的问题，提出了一种电控液晶光斩波器 阵列及制作方法，非机械式的、快速度、低功耗、利于系统小型化、制作简 单，可通过非均匀电极实现电控变焦透镜及系统的制作方法。

本发明的技术方案为：一种电控快速变焦的光学成像透镜制作方法，制 作方法包括以下具体步骤：

1)首先制备两片直径相同的圆形玻璃液晶盒基板，根据需要孔径为10mm- 100mm，其中一片整个表面镀有氧化铟锡(ITO)透明导电膜，另一片是圆环 形氧化铟锡(ITO)透明导电膜，园环带宽5mm-10mm，圆环形导电膜的圆心 与液晶盒基板同心，将两个ITO膜相对并对心，制备液晶盒并控制厚度在5 -20μm，留注入口；

2)配制聚合物分散液晶的预聚混合物，将液晶材料、聚合物单体、适量的 交联剂、活化剂和引发剂，在遮光条件下混合加热到60～70℃，使其处于各 向同性的状态，在充分搅拌并用超声波乳化使其均匀混合从而制备出聚合物 分散液晶预聚物混合材料，混合溶液中以质量比计算，液晶材料占30％～ 40％，聚合物单体占40％～60％，交联剂占5％～16％，活化剂占6％～12％，引发 剂占0.3％～2％；超声波乳化时间要超过2小时；

3)将光致固化预聚物和液晶材料组成的混合物注入液晶盒中，将预留的材料 注入口封住，并把液晶盒放在的514nm均匀光场下曝光，曝光功率为10- 12mw/cm²，曝光时间为60到120秒，  经相分离固化后形成具有纳米尺寸液 晶微滴镶嵌在固化后聚合物中的结构的透明膜层；

4)在两块玻璃片的导电膜上加上一超过纳米聚合物分散液晶材料的驱动阈 值电压时，两块玻璃片之间形成了由环形电极向整个下基板辐射式电场分 布，电场分布以圆心呈现圆对称状态，液晶微滴的光轴方向沿电力线方向分 布，液晶盒内部的有效折射率呈现中间大，边缘小，折射率从中心向边缘逐 渐减小的形式；

5)将环带ITO导电膜的宽度增大或者减小，电场电力线的分布随之产生变 化，液晶微滴沿电场方向分布，有效折射率分布随之而改变，得到不同的焦 距大小。

所述514nm均匀光场可采用514nm的氩离子激光，辐照能量为10毫瓦每平 方厘米。

所述纳米聚合物分散液晶材料配方比例如下表所示：