一种基于液晶介质的焦距自适应眼镜

1.本发明涉及光学，特别是一种基于液晶介质的焦距自适应眼镜。


背景技术：

2.正常眼睛的近点约为20cm，远点距为负的无限远。随着年龄的增长，眼球晶状体逐渐硬化、增厚，而且眼部肌肉的调节能力也随之减退，人眼的视度调节能力会下降，导致晶状体变焦能力降低。随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置往近移，因而调节范围减少，近处物体和远处物体均不能清晰成像在视网膜上。
3.配带眼镜是矫正视力最常见的方法。现今有一种渐进多焦点眼镜，渐进多焦点眼镜与普通单光眼镜外形相似，镜片上部设计成远用的光度下部设计成近用的光度，上下部分之间被设计为一个连续的“过渡区”，戴镜者可以通过远用区和近用区分别看清远距离和近距离的物体，通过中间区看清中距离的物体，但使用渐进多焦点眼镜需要用手扶住眼镜调节，使用不方便，且观察范围受限。另一种矫正方式是在两透明弹性薄膜之间填充透明液体，构成液体镜片，通过改变弹性薄膜液体腔的空间大小，控制液体镜腔的凹凸程度，实现调焦，以适应观测远近不同的物体，但该方法实现技术难度大，成本高。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种基于液晶介质的焦距自适应眼镜，从而自动调节焦距的眼镜，补偿晶状体的调节功能，扩展人眼的视距范围，矫正近视和老花。
5.技术方案：本发明所述的一种基于液晶介质的焦距自适应眼镜，所述眼镜由镜架和两块镜片构成，每块镜片由上玻璃片和下玻璃片中间封装胆甾相液晶构成，胆甾相液晶由向列相液晶加入手性剂构成，厚度不超过20um。
6.在所述镜片的下玻璃片内表面镀一层连续的氧化铟锡导电层，在所述镜片的上玻璃片内表面镀密集的氧化铟锡导电环，各环之间绝缘，导电环的宽度dx由以下公式确定：
[0007][0008]
由于透镜厚度连续变化，dn尽量小，导电环尽量密。
[0009]
在所述镜片的氧化铟锡导电环和氧化铟锡导电层上设置水平液晶分子取向层，中间封装液晶层，使液晶分子在无电压情况下平行于镜片表面排列。
[0010]
所述液晶采用正性液晶，非寻常光折射率ne与镜片材料接近，寻常光折射率no高于ne。
[0011]
所述镜架的中间设有红外距离传感器，所述镜片上部的镜架对应位置设有信号控制电路模块，将红外距离传感器输出端接入信号控制电路的输入端，将信号控制电路的各个输出端接到镜片的一片玻璃的氧化铟锡导电环中，而接地端接入另一片玻璃的氧化铟锡导电层，根据红外测距仪探测的距离不同，控制电路将产生不同的电压控制信号，使得导电环中产生渐变的不同电压，各环的电压使得各环液晶的偏转不同，使得各环的垂直折射率
按等差数列变化，因而玻璃之间不同导电环下的液晶的偏转也不同，因此整个镜片产生环状的折射率渐变，其光学性能相当于某一焦距的透镜。随着眼镜前方距离的变化，加在导电环上的电压也在变化，液晶的偏转也在变化，眼镜的焦距也在变化。
[0012]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0013]
1、镜片由两层玻璃中间封装一层电控胆甾相液晶，液晶技术成熟，成本低。
[0014]
2、通过改变折射率而不是厚度，来改变镜片的度数，易于实现，可靠性高。
[0015]
3、用电控方式，改变液晶的偏转，可以实现自动调焦。
[0016]
4、采用向列相液晶加手性物质产生胆甾相液晶，能有效降低双折射的影响。
[0017]
5、本发明利用电控胆甾相液晶偏转的方法实现变焦距透镜的功能，能有效弥补晶状体视度调节能力，帮助视度调节能力退化的人扩展其视距范围，尤其对同时患有近视和老花的患者非常有效；本发明也可以用于需要自动调焦的光学系统。
附图说明
[0018]
图1为本发明所述自动调节焦距的眼镜示意图。
[0019]
图2为本发明所述眼镜镜片的结构图。
[0020]
图3为本发明镜片的环状电极分布。
[0021]
图4为本发明镜片的等价透镜截面图。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0023]
如图1所示，一种基于液晶介质的焦距自适应眼镜，眼镜由镜架1和两块镜片2构成。
[0024]
如图2所示，在镜片2的上玻璃片21内表面镀密集的氧化铟锡导电环22，各环之间绝缘，形状如图3所示。
[0025]
在下玻璃片23内表面镀一层连续的氧化铟锡导电层24。氧化铟锡导电环22和氧化铟锡导电层24上设置水平液晶分子取向层25，中间封装液晶层26。液晶为向列相液晶添加手性物质形成的胆甾相液晶。氧化铟锡导电环22和氧化铟锡导电层24不加电压时，液晶层26液晶分子取向平行于镜片表面。加电压后，液晶分子向垂直镜片方向偏转。若氧化铟锡导电环22各环的电压不同，则各导电环下液晶分子的偏转角度不同，垂直镜片方向的折射率也不同。从中心到四周，若氧化铟锡导电环22各环的电压递减，则对应的各导电环下液晶分子在垂直镜片方向折射率递减，整个镜片等价于一平凸透镜，如图4所示；从中心到四周，如果氧化铟锡导电环22各环的电压递增，则对应的各导电环下液晶在垂直镜片方向折射率递增，整个镜片等价于一平凹透镜，若镜片等价于一平凸透镜，根据几何原理，平凸透镜的厚度t随着与中心距离x变化：
[0026][0027]
其中r为平凸透镜球面曲率半径，r为镜片厚度为0处对应的半径。
[0028]
显然，图3各环折射率n与图4中透镜厚度t成正比：
[0029]
[0030]
k为正比系数。
[0031]
将(2)式关于x求导，获得折射率n随着x的变化关系：
[0032][0033]
图3中，假定相邻导电环折射率n之间差值dn为定值，由式(3)，可得导电环宽度dx满足：
[0034][0035]
由于透镜厚度连续变化，dn尽量小，导电环尽量密。
[0036]
如图1所示，在镜架1中间设有红外距离传感器3，在两块镜片2上部的镜架1对应位置，设有信号控制电路模块4。将红外距离传感器3输出端接入信号控制电路模块4的输入端，将信号控制电路模块4的各个输出端接到镜片2玻璃的对应的氧化铟锡导电环22中，而接地端接入另一镜片玻璃2的氧化铟锡导电层24。
[0037]
根据红外测距仪探测3的距离不同，信号控制电路模块4将产生不同的电压控制信号，使得氧化铟锡导电环22中产生渐变的不同电压，因不同导电环下的液晶层26的偏转也不同，因此整个镜片2产生环状的折射率渐变，其光学性能相当于某一焦距的透镜。
[0038]
随着眼镜前方距离的变化，加在氧化铟锡导电环22上的电压也在变化，液晶层26的偏转也在变化，眼镜的焦距也在变化。
[0039]
若观测远距离，信号控制电路模块4产生的中心环电压大于四周，此时镜片2等价于一凸透镜。若观测近距离，信号控制电路模块4产生的中心环电压小四周，此时镜片2等价于一凹透镜。