动态液晶透镜的研究提高了成像质量
发布时间：2023-12-14 11:00:32 阅读数： 35
台湾杨明桥东团队解决VR等应用中的雾霾问题
环境白光下LC镜头的成像性能和收缩率。电可调焦距液晶(LC)镜头在眼科、三维显示、手机、虚拟现实、增强现实等领域的应用潜力备受关注。
梯度折射率(GRIN) LC透镜的光学机理主要是通过LC的分子取向使入射偏振波的折射率分布可电调节。
虽然LC透镜于1979年首次提出，但由于LC的化学和物理限制，许多挑战阻碍了LC透镜的应用。例如，如何同时实现大光圈尺寸和短焦距(或大焦距)的GRIN LC镜头一直是一个挑战。
不可避免的阴霾?
为了获得大孔径(>10 mm)下的短焦距，必须在不牺牲响应时间的前提下，通过多层LC结构加厚LC层，使其具有偏振无关性、大孔径尺寸和大可调范围的透镜功率。然而，这种方式产生的高驱动电压(~ 90 Vrms)和不可避免的雾霾会影响LC镜头的图像质量，阻碍实际应用。
在使用棒状LC分子的GRIN LC透镜中，这种雾霾是由于LC分子排列不良和取向波动造成的光散射。取向波动源于lc的热致性。
许多研究提出了降低LC相位缓速器中由取向波动引起的光散射的方法，如增大工作电压或磁场，更薄的LC层，增加锚定能量以帮助LC分子更好地沿特定方向排列以及抵抗微扰。
“在GRIN LC镜头中，雾霾一直是一个长期存在的问题，特别是因为我们想要一个大光圈尺寸- 30毫米甚至更大的眼科应用。台湾国立阳明交通大学教授林奕欣(Yi-Hsin Lin)在《光学微系统杂志》上发表了一项最新研究，他说:“我们讨论了LC透镜雾霾的根本原因，这是由于LC分子的取向波动造成的。”抑制雾霾
理论和实验结果证实，弹性常数和电场有助于减少或抑制雾霾。此外，雾度与双折射的平方除以弹性常数成线性比例。综合考虑这些因素后，LC镜头的成像质量得到了提高。通过去除LC透镜结构中的缓冲层，驱动电压也降低了四倍，从80 Vrms降至18 Vrms。
根据向列型LC的弹性连续介质理论，弹性常数较大的LC需要接收更多的能量才能扰动LC分子，就像拉弹簧弹性常数较大的弹簧需要施加更多的力或能量一样。
因此，采用弹性常数较高的LC材料的LC透镜可以减少取向波动引起的雾霾。这项研究可以为工程师和研究人员提供更好的理解，以开发更好的GRIN LC透镜。这种动态镜头的应用非常广泛:眼镜、AR/VR、便携式成像系统和机器视觉。本文最初发表于spie.org。
