一种可调焦光学元件及其制备方法、眼镜与流程

1.本技术涉及光学技术领域，具体涉及一种可调焦光学元件及其制备方法、眼镜。

背景技术：

2.随着光学技术的发展，对透镜的要求越来越高，其中一个要求是调焦，调焦可以改变像距，以获得本物体清晰像的调节过程；也就是改变镜头光心到底片平面的距离，对于镜头而言，调焦是为了得到清晰图像而调节物镜与被测物体间的距离。
3.现有的透镜产品，要实现调焦需使用机械的调焦模组，例如vcm(通过将摄像头锁入音圈马达来实现调焦，音圈马达简称vcm，主要有线圈，磁铁组和弹片构成，线圈通过上下两个弹片固定在磁铁组内，当给线圈通电时，线圈会向上移动，而锁在线圈内的摄像头便一起移动，当断电时，线圈在弹片弹力下返回，这样就实现了自动对焦功能)，这种机械式调焦模组本身体积会比较大，且调角焦精度较低，影响产品调焦的效果。

技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种可调焦光学元件及其制备方法、眼镜，能够实现超远焦或超短焦，且调焦精度高。
5.本技术实施例的一方面，提供了一种可调焦光学元件，包括平行间隔设置的第一透光基板和第二透光基板,所述第一透光基板的出射面为球面,所述第一透光基板的出射面上设置有导电层,所述导电层具有由所述导电层的中心至边缘的梯度变化的折射率，所述第一透光基板和所述第二透光基板之间填充液晶并封装以形成整体结构。
6.可选地，所述导电层包括多个同心设置的环形的金属线回路,每个所述金属线回路具有一个输入端和一个输出端，多个所述金属线回路根据半径由小到大，其通入电压递减或递增。
7.可选地，相邻的两个所述金属线回路的间距相等。
8.可选地，所述导电层为在所述第一透光基板的表面通过蚀刻或镀膜成型。
9.可选地，所述第一透光基板和所述第二透光基板之间的间隔距离由所述导电层的中心至边缘呈梯度变化。
10.可选地，所述第一透光基板的入射面为平面、出射面为凸面或凹面。
11.可选地，所述第一透光基板和所述第二透光基板均为玻璃基板。
12.本技术实施例的另一方面，提供了一种眼镜，包括：镜架和设置于所述镜架的镜框内的上述的可调焦光学元件。
13.本技术实施例的又一方面，提供了一种可调焦光学元件的制备方法，用于制备上述的可调焦光学元件，包括：将第一透光基板和第二透光基板平行间隔设置；其中，所述第一透光基板的出射面为球面,所述第一透光基板的出射面上设置有导电层,所述导电层具有由所述导电层的中心至边缘的梯度变化的折射率；向所述第一透光基板和所述第二透光基板之间的间隙内填充液晶；封装以形成所述可调焦光学元件。
14.可选地，所述将第一透光基板和第二透光基板平行间隔设置；其中，所述第一透光基板的出射面为球面,所述第一透光基板的出射面上设置有导电层,所述导电层具有由所述导电层的中心至边缘的梯度变化的折射率包括：在所述第一透光基板的出射面上印刷电路，通过蚀刻或镀膜形成多个同心设置的环形的金属线回路。
15.本技术实施例提供的可调焦光学元件及其制备方法、眼镜，光线依次通过第一透光基板和第二透光基板，第一透光基板的出射面为曲面，使得对光线具有聚焦或发散的作用；另一方面，曲面上设置导电层，导电层具有由中心至边缘的梯度变化的折射率，第一透光基板和第二透光基板之间形成间隙用于填充液晶，导电层的折射率梯度变化，使得液晶的偏转角度形成递增或递减的梯度变化，进而可调焦光学元件实现折射率递增或递减的梯度变化，折射率影响焦距，液晶的折射率梯度变化与导电层的折射率梯度变化结合，增大了焦距调节的范围，实现调焦；这种不通过机械结构实现调焦的方式，能够减小系统本身的体积，且调焦精度高。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1是本实施例提供的可调焦光学元件结构示意图；
18.图2是本实施例提供的可调焦光学元件的导电层结构示意图；
19.图3是本实施例提供的可调焦光学元件假设第一基板出光面为平面的光路图；
20.图4是本实施例提供的可调焦光学元件的光路图。
21.图标：101-第一透光基板；101a-导电层；102-第二透光基板；f1、f2、a、b-焦点；i-输入端；o-输出端。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
23.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
25.现有产品实现调焦使用机械的调焦模组，如vcm，机械式的调焦模组本身体积会比较大，且调焦的精度相比本办法会低；液晶调焦液晶的折射率受材料的限制，调焦的范围会
受材料原因限制。
26.有鉴于此，请参照图1所示，本技术实施例提供一种可调焦光学元件，将导电层101a和液晶设计成曲面，突破了材料的折射率限制，提高了焦距的可调性。具体地，本技术实施例提供的可调焦光学元件，包括：平行间隔设置的第一透光基板101和第二透光基板102,第一透光基板101的出射面为球面,第一透光基板101的出射面上设置有导电层101a,导电层101a具有由导电层101a的中心至边缘的梯度变化的折射率，第一透光基板101和第二透光基板102之间填充液晶并封装以形成整体结构。
27.第一透光基板101和第二透光基板102均为玻璃基板，第一透光基板101和第二透光基板102之间形成间隙，间隙内填充液晶形成液晶层；第一透光基板101的出射面上设置有导电层101a，且第一透光基板101的出射面为曲面，曲面为导电层101a提供承载面，使得导电层101a也形成与第一透光基板101出射面一致的曲面。
28.导电层101a用于导电，导电层101a更具有梯度变化的折射率，折射率由导电层101a的中心至可调焦光学元件的边缘递增或递减，这样一来，光线经第一透光基板101入射、并由第二透光基板102出射，这个过程中，光线经过导电层101a，由于导电层101a有由中心至边缘的梯度变化的折射率，使得通电后液晶随之由中心至边缘的偏转角度递增或递减，可调焦光学元件实现折射率递增或递减。
29.第一透光基板101的出射面曲面设置，会对经过的光线进行聚焦或发散，以增大可调焦的范围，再通过液晶时同等条件下，会实现超长聚焦或超短聚焦。并且，一般地，对于同样形状的透镜，所用的材料折射率越高，则光线通过它时方向偏转得越大，根据透镜焦距的定义可知，它的焦距越短。反之，折射率越低，焦距越长。因此由于导电层101a具有折射率的梯度变化，使得可调焦光学元件实现折射率递增或递减，以改变焦距。
30.由此，本技术实施例提供的可调焦光学元件，光线依次通过第一透光基板101和第二透光基板102，第一透光基板101的出射面为曲面，使得对光线具有聚焦或发散的作用；另一方面，曲面上设置导电层101a，导电层101a具有由中心至边缘的梯度变化的折射率，第一透光基板101和第二透光基板102之间形成间隙用于填充液晶，导电层101a的折射率梯度变化，使得液晶的偏转角度形成递增或递减的梯度变化，进而可调焦光学元件实现折射率递增或递减的梯度变化，折射率影响焦距，液晶的折射率梯度变化与导电层101a的折射率梯度变化结合，增大了焦距调节的范围，实现调焦；这种不通过机械结构实现调焦的方式，能够减小系统本身的体积，且调焦精度高。
31.进一步地，导电层101a包括多个同心设置的环形的金属线回路,每个金属线回路具有一个输入端i和一个输出端o，多个金属线回路根据半径由小到大，其通入电压递减或递增。
32.如图2所示，导电层101a由多个金属线回路形成，金属线回路形成半封闭的环形回路，环形回路的一端为输入端i、一端为输出端o，这样一来，多个金属线回路则有多个输入端i和多个输出端o，输入端i和输出端o可互换；多个金属线回路依次同心套设，通电后金属线回路形成电路回路，且多个金属线回路从中心至边缘的梯度电压可通过多个金属线回路的电流依次递减或依次递增实现，通电后由于多个金属线回路形成梯度电压。本技术中具体为u型金属线回路，u型一端为输入端i，一端为输出端o。
33.对应地，多个金属线回路形成梯度电压影响了液晶的偏转角度，使得液晶也按照
偏转角度的不同形成梯度排布，一个金属线回路对应一圈液晶排布，这样一来，液晶也排布为类似多个金属线回路的形状，形成大小圈同心、且依次套设的结构，同一圈的液晶偏转角度相同以对应同一个金属线回路，形成的液晶层由可调焦光学元件中心至可调焦光学元件边缘，其偏转角度由大到小或由小到大形成梯度变化，因此可调焦光学元件的折射率也会由大变小或由小变大形成梯度变化。梯度变化的折射率影响焦距，通过控制梯度电压的变化，以控制折射率的梯度变化，进而实现可变焦。图1中焦点f1为不通电时可调焦光学元件的焦点，焦点f2为通电时可调焦光学元件的焦点。
34.进一步地，相邻两个金属线回路的间距相等，这样使得形成的梯度电压的梯度变化相同，有利于变焦。
35.导电层101a由第一透光基板101出射面上的多个金属线回路形成，且出射面为曲面，则导电层101a也形成曲面；导电层101a为在第一透光基板101的表面通过蚀刻或镀膜成型，具体可通过在出射面上印刷电路后进行蚀刻或镀膜实现曲面电路的呈现。
36.前述提到，通过多个金属线回路形成梯度电压可使可调焦光学元件形成梯度折射率，进而实现可变焦。在此基础上，还可通过液晶层的厚度变化来实现变焦，第一透光基板101和第二透光基板102之间的间隔距离由可调焦光学元件的中心至边缘呈梯度变化。可调焦光学元件的中心和导电层101a的中心重合。
37.示例地，当第一透光基板101的出射面为凹面，第二透光基板102的入射面为平面，则第一透光基板101和第二透光基板102之间形成的间隙由中心至边缘的大小不同，间隙用以填充液晶形成液晶层，换言之，液晶层由中心至边缘厚度不同，这样一来，导电层101a对液晶层形成的电场强度不同，进而液晶的偏转效果不同，产生聚焦效果，有利于聚焦，实现变焦。
38.本技术中第一透光基板101的出射为曲面，具体地，曲面包括凸面或凹面，第二透光基板102的入射面不做限定，只要第二透光基板102和第一透光基板101之间可形成间隙以填充液晶即可。
39.第一透光基板101的入射面为平面，使得光线经第一透光基板101的入射面入射后无聚焦作用，保证进入系统的入射光均匀。
40.液晶对调焦的范围因自身的折射率会有限制，当第一透光基板101的出射面为凹面或凸面时，第一透光基板101作为凹透镜或凸透镜本身具有对光的聚焦或发散作用，可增大可调焦距的范围。例如，图3假设第一透光基板101的出射面为平面，则光线透过第一透光基板101直接进入液晶层，焦点聚集在焦点a；当第一透光基板101的入射面为平面、出射面为凹面，光线经凹面进入液晶层会有发散作用，再通过液晶时同等条件下，会实现超长聚焦，焦点聚集在如图4的焦点b，同理出射面为凸面对光线有聚焦作用，可实现超短聚焦。超长聚焦和超短聚焦的变焦方式替代了传统增加玻璃透镜的方式，缩小了装置的体积。
41.综上，本技术实施例提供的可调焦光学元件，其导电层101a分布通电可实现凸透镜和凹透镜的功能，实现聚焦；可实现超长聚焦和超短聚焦,例如从图3的焦点a到图4的焦点b，导电层101a包括多层的金属线回路，每层金属线回路之间电压依次降低或依次增大，实现同一个液晶层的折射率由a点到b点依次增大或减小，实现凹透镜或凸透镜的聚光或散光作用。导电层101a从导电层101a的中心至边缘的梯度电压，可通过设置使导电层101a呈电流递减或递加的方式实现，通电后可使液晶层由中心至边缘的偏转角度由大到小或由小
到大，折射率也会由大变小或由小变大；导电层101a设置多组输入端i和多组输出端o，如图2，导电层101a的梯度变化必须由多层的金属线回路组成，每层金属线回路之间的通电可单独设定，以实现中心至边缘通电递增或递减；且金属线回路的输入端i和输出端o可互换，依据此设计为基础，可根据产品的形状设计产品的外形，实现梯度变化的电路；导电层101a呈曲面设计，其主要特征与第一透光基板101出射面的曲面一致，可通过印刷电路后进行蚀刻或镀膜实现曲面电路的实现，曲面的电路设计满足了液晶层梯度设计的空间，同时将液晶层的梯度变化与导电层101a通电的梯度变化结合，对增大了焦距调节的范围。第一透光基板101入射面为平面、出射面为曲面，平面保证光线的平行进入，曲面提供曲面电路的设计提供承载面，同时可保证曲面电路刻画时间隔的均匀性，保证梯度变化的均匀性；曲面可以为凹面、可以为凸面，可依据不同的产品应用适合超远焦和超短焦的实现。
42.本技术实施例还公开了一种眼镜，包括镜架和设置于镜架的镜框内的如上任意一项的可调焦光学元件。
43.超长或超短的调焦特征应用于眼镜时，可满足虚拟成像的焦距可调，满足不同近视度或远视的人的画面观看。
44.该眼镜包含与前述实施例中的可调焦光学元件相同的结构和有益效果。可调焦光学元件的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
45.另一方面，本技术实施例还提供一种可调焦光学元件的制备方法，用于制备如上述的可调焦光学元件，方法包括：
46.s100：将第一透光基板101和第二透光基板102平行间隔设置；其中，第一透光基板101的出射面为球面,第一透光基板101的出射面上设置有导电层101a,导电层101a具有由导电层101a的中心至边缘的梯度变化的折射率。
47.第一透光基板101的出射面设置有导电层101a，导电层101a由多个金属线回路同心且依次套设形成，可通过在第一透光基板101的出射面上印刷电路后，进行蚀刻或镀膜形成多个同心设置的环形的金属线回路。
48.s110：向第一透光基板101和第二透光基板102之间的间隙内填充液晶。
49.s120：封装以形成可调焦光学元件。
50.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种可调焦光学元件，其特征在于，包括：平行间隔设置的第一透光基板和第二透光基板,所述第一透光基板的出射面为球面,所述第一透光基板的出射面上设置有导电层,所述导电层具有由所述导电层的中心至边缘的梯度变化的折射率，所述第一透光基板和所述第二透光基板之间填充液晶并封装以形成整体结构。2.根据权利要求1所述的可调焦光学元件，其特征在于，所述导电层包括多个同心设置的环形的金属线回路,每个所述金属线回路具有一个输入端和一个输出端，多个所述金属线回路根据半径由小到大，其通入电压递减或递增。3.根据权利要求2所述的可调焦光学元件，其特征在于，相邻的两个所述金属线回路的间距相等。4.根据权利要求2所述的可调焦光学元件，其特征在于，所述导电层为在所述第一透光基板的表面通过蚀刻或镀膜成型。5.根据权利要求1-4任一项所述的可调焦光学元件，其特征在于，所述第一透光基板和所述第二透光基板之间的间隔距离由所述可调焦光学元件的中心至边缘呈梯度变化。6.根据权利要求1所述的可调焦光学元件，其特征在于，所述第一透光基板的入射面为平面、出射面为凸面或凹面。7.根据权利要求1所述的可调焦光学元件，其特征在于，所述第一透光基板和所述第二透光基板均为玻璃基板。8.一种眼镜，其特征在于，包括镜架和设置于所述镜架的镜框内的如权利要求1-7任一项所述的可调焦光学元件。9.一种可调焦光学元件的制备方法，用于制备如权利要求1-7任一项所述的可调焦光学元件，其特征在于，所述方法包括：将第一透光基板和第二透光基板平行间隔设置；其中，所述第一透光基板的出射面为球面,所述第一透光基板的出射面上设置有导电层,所述导电层具有由所述导电层的中心至边缘的梯度变化的折射率；向所述第一透光基板和所述第二透光基板之间的间隙内填充液晶；封装以形成所述可调焦光学元件。10.根据权利要求9所述的可调焦光学元件的制备方法，其特征在于，所述将第一透光基板和第二透光基板平行间隔设置；其中，所述第一透光基板的出射面为球面,所述第一透光基板的出射面上设置有导电层,所述导电层具有由所述导电层的中心至边缘的梯度变化的折射率包括：在所述第一透光基板的出射面上印刷电路，通过蚀刻或镀膜形成多个同心设置的环形的金属线回路。

技术总结

本申请提供一种可调焦光学元件及其制备方法、眼镜，涉及光学技术领域，包括：平行间隔设置的第一透光基板和第二透光基板,第一透光基板的出射面为球面,第一透光基板的出射面上设置有导电层,导电层具有由导电层的中心至边缘的梯度变化的折射率，第一透光基板和第二透光基板之间填充液晶并封装以形成整体结构。第一透光基板的出射面为曲面，对光线具有聚焦或发散的作用；导电层的折射率梯度变化，使得液晶的偏转角度形成递增或递减的梯度变化，液晶的折射率梯度变化与导电层的折射率梯度变化结合，增大了焦距调节的范围，实现调焦；不通过机械结构实现调焦的方式，能够减小系统本身的体积，且调焦精度高。且调焦精度高。且调焦精度高。