液晶透镜成像性能提升方法研究

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液晶透镜是一种通过调控透镜空间内的电场分布来改变有效折射率分布以达变焦目的的新型光学透镜。对比传统的光学透镜,它具有小体积、轻重量且焦距自由可调等优点,在光学透镜领域备受关注。首先,本研究对传统的圆孔电极型液晶透镜边缘附近处存在的电场波动问题提出了一种电极优化方法,经仿真得到以下结果:优化前的圆孔电极型液晶透镜其三个方向截面的边缘附近处,液晶分子指向矢的最大波动平均值为42.41°,经电极优化的圆孔电极型液晶透镜的对应值则为13.44°,相较优化前下降了28.87°,下降百分比高达68.23%,透镜边缘的电场波动问题明显减少。其次,针对高阻层电极型液晶透镜在高光焦度下的成像质量下降的问题设计出一种新的电场调控方法:优化高阻层与下电极层的间距分布形成一种新型曲面高阻层电极型液晶透镜,对它及其对比对象进行像质评价分析,得到以下结果:光焦度范围为10.67 D~13.77 D时,设计出的曲面高阻层电极型液晶透镜的弥散圆均方根半径范围在10.8μm~29.8μm,对比优化前的对应范围77.1μm~94.6μm有明显的下降。在大多数情况下,它对比双高斯透镜的对应值26μm也更低。设计出的曲面高阻层电极型液晶透镜的波前均方根误差范围在0.07μm~0.11μm,对比对象的对应范围为0.11μm~0.14μm,经像质评价可说明设计出的新型曲面高阻层电极型液晶透镜在高光焦度下有较高的成像质量。最后针对高阻层电极型液晶透镜的对光偏振依赖性强的问题提出了正交取向的双液晶层高阻层电极型液晶透镜,经仿真得到它在相同的驱动电压有效值下比单液晶层的高阻层电极型液晶透镜的光焦度高一倍,另外,其液晶响应时间与单液晶层的高阻层电极型液晶透镜几乎一致。由此说明设计出的液晶透镜具有对光偏振无关、高光焦度范围、低驱动功耗与变焦响应快速等优势。
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