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低电压驱动液晶变焦透镜的设计与优化

Design and Optimization of Low Voltage Driving Variable Focal Length Liquid Crystal Lens

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摘要

在单圆孔电极液晶透镜基础上进行结构改进, 形成双层非对称新型液晶透镜。结合几何光学和液晶理论, 利用Zemax模拟并优化该双层结构液晶透镜参数。由Zemax分析可知, 在相同的低驱动电压(2.5Vrms~20Vrms范围), 0°、3.5°、5°视场角中, 双层结构透镜相比于单层结构透镜, 可获得更宽的调焦范围, 短焦焦距f从19.6172 mm缩小到9.9059 mm; 像差显著减小; 该光学调制传递函数(MTF)为0.6时, 径向分辨率从12.06 lp/mm提高到21.02 lp/mm, 提高近一倍, 图像解像力和清晰度显著提高, 并且高频部分MTF由0.1增加到0.3。最后, 实验验证了20Vrms时, 双层结构液晶透镜的衍射光斑最小。

Abstract

The structure of the new double asymmetric liquid crystal lens is improved on the basis of the single round hole electrode liquid crystal lens. Combined with geometrical optics and liquid crystal theory, Zemax is used to simulate and optimize the parameters of this double layer structure liquid crystal lens. Zemax analysis results show that in the same low drive voltage( in the range of 2.5Vrms to 20Vrms) and at the angle of view with 0°, 3.5°and 5°, the double layer structure lens has wider focusing range than the single layer structure lens. The short focal length reduces from 19.6172 mm to 9.9059 mm. The aberration is significantly reduced. When the optical modulation transfer function (MTF) is 0.6, the radial direction resolution increases from 12.06 lp/mm to 21.02 lp/mm, almost doubled. The image resolution and clarity are significantly improved. The high frequency part MTF increases from 0.1 to 0.3. Finally, the experiment verifies that the diffraction specular of the double layer structure liquid crystal lens is the smallest at 20Vrms.

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中图分类号:O439

DOI:10.3788/aos201737.0922003

所属栏目:光学设计与制造

基金项目:国家863重大专项(2013AA030601)、福建省科技厅自然基金(2017J01758)、厦门市科技局项目(3502Z20143024)、 厦门企业技术攻关项目(S14015)

收稿日期:2017-05-08

修改稿日期:2017-05-22

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

杨 兰:集美大学理学院, 福建 厦门 361021
王敏帅:集美大学理学院, 福建 厦门 361021
徐恭勤:集美大学理学院, 福建 厦门 361021
周雄图:福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350002
郭太良:福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350002
叶 芸:福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350002

联系人作者:杨兰(tiger0548@sina.com)

备注:杨 兰(1971-), 女, 硕士, 副教授, 主要从事光电材料与信息显示技术方面的研究。

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引用该论文

Yang Lan,Wang Minshuai,Xu Gongqin,Zhou Xiongtu,Guo Tailiang,Ye Yun. Design and Optimization of Low Voltage Driving Variable Focal Length Liquid Crystal Lens[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(9): 0922003

杨 兰,王敏帅,徐恭勤,周雄图,郭太良,叶 芸. 低电压驱动液晶变焦透镜的设计与优化[J]. 光学学报, 2017, 37(9): 0922003

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