设计了采用薄膜介质层分隔浮置电极与模式控制电极的液晶透镜，浮置电极与模式控制电极处于基板的同一侧，避免了浮置电极与模式控制电极处于基板两侧而需要采用薄型基板的限制。采用Comsol Multiphysics仿真软件仿真研究了浮置电极方块电阻和薄膜介质层厚度对液晶透镜波前误差的影响规律。对于直径2 mm的液晶透镜，当浮置电极方块电阻在150 Ω·□-1~300 MΩ·□-1间变化时，液晶透镜波前误差先减小后增大，在40 MΩ·□-1时波前误差达到极小值。当介质层厚度在50~5 000 nm间变化时，液晶透镜波前误差最小的浮置电极方块电阻由50 MΩ·□-1减小到2 MΩ·□-1，最佳方块电阻参数呈现单调减小规律。取浮置电极方块电阻40 MΩ·□-1和介质层厚度250 nm时，研究了液晶透镜的调焦特性和波前误差特性，当焦距在250 mm至无限远间变化时，589 nm光波长下的波前均方根误差最大值为0.041 2 μm，小于λ/14，满足Marechal判据的要求。
浮置电极 液晶透镜 仿真 方块电阻 波前误差 floating electrode liquid crystal lens simulation square resistance wavefront error
为解决电润湿液体透镜调焦系统的单色像差随调焦过程中发生较大改变的问题, 提出利用梯度折射率分布可调的液晶透镜对系统单色像差进行校正的设计方案。在850 nm波长下, 采用液晶透镜对系统在无限远到200 mm间6种典型物距下的单色像进行校正。在系统像差最大的无限远物距下, 边缘视场的点列图几何半径从44.696 μm减小到7.423 μm, 其余视场下的弥散斑均减小到艾里斑以内, 系统单色像差得到了较好的校正。为减少液晶透镜响应时间, 将液晶透镜改为5个1/5盒厚的液晶透镜的叠层组合, 大幅提高了响应速度。研究发现, 此结构同样对系统在不同物距下的单色像差具有良好的校正作用。
电润湿液体透镜 液晶透镜 梯度折射率 单色像差校正 调焦系统 electrowetting liquid lens liquid crystal lens gradient index monochromatic aberration correction focusing system
采用溶胶-凝胶法制备了掺杂摩尔分数为5%～20% 的Al掺杂ZnO(AZO)高电阻薄膜，采用正方形电阻法表征了薄膜的方块电阻，采用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜形貌进行了表征，采用Nano Measurer 1.2软件测量了薄膜晶粒的平均粒径，采用分光光度计表征了薄膜的光谱透过率。当Al掺杂摩尔分数为5%～20%时，方块电阻在2～405 MΩ/□之间逐渐增大，晶粒尺寸在24.35～17.53 nm之间逐渐减小，可见光透过率可达80%左右。制备了不同Al掺杂摩尔分数的AZO高电阻层的模式控制型液晶透镜并研究了其光学干涉特性，掺杂摩尔分数在10%～15%之间，AZO薄膜可满足液晶透镜对薄膜透明度和方块电阻的要求。
溶胶-凝胶法 AZO薄膜 方块电阻 液晶透镜 模式控制 Sol-Gel AZO film sheet resistance liquid crystal lens modal control
为了解决传统模式控制型液晶透镜折射率分布偏离理想抛物面的问题, 提出了高阻层的方块电阻阶梯分布的模式控制液晶透镜的设计方案。采用模式控制型液晶透镜的电阻-电容等效电路模型, 对该设计方案的液晶透镜折射率分布进行仿真研究。将方块电阻等距分为不同阶梯数量, 计算了液晶透镜折射率分布与理想折射率分布的偏差, 得到不同焦距情况下的最小分段数量。研究了方块电阻阶梯分布固定条件下, 改变驱动电压和频率调节液晶透镜焦距时, 液晶透镜折射率分布与理想分布的偏差, 得到了液晶透镜焦距在280 mm至无穷远范围变化的方块电阻分布方式。
液晶透镜 调焦 分段方块电阻 仿真 liquid crystal lens focusing step sheet resistance simulation
