專利名稱：可分立變焦的液體透鏡陣列制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體透鏡陣列技術(shù)，具體涉及一種可分立變焦的液體透鏡陣列。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的液體透鏡技術(shù)主要分為兩種，一種是基于電潤濕效應(yīng)，另一種是基于改變壓強(qiáng)控制液體表面曲率變化，其中目前較為成熟的形式是電潤濕型的液體透鏡。
電潤濕型的液體透鏡(圖1)采用兩種互不相容的液體，其中一種為電解液，一種為絕緣液，它包括第一基底玻璃板121、第二基底玻璃板122、第一金屬電極123、第二金屬電極124、憎水性絕緣層125、電解質(zhì)液體126。通過施加不同電壓改變兩種液體與固體容器間的接觸角，從而改變兩種液體間界面的曲率半徑，實(shí)現(xiàn)變焦。這種變焦透鏡具有較為成熟的封裝形式，采用電控，且易于實(shí)現(xiàn)陣列化；其缺點(diǎn)在于變焦效率不高，對兩種液體的選擇局限性較強(qiáng)(如液體的絕緣性、密度、電潤濕性等均有要求)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
基于改變壓強(qiáng)控制液體表面曲率變化的液體透鏡的典型形式，是機(jī)械驅(qū)動(dòng)型液體透鏡(圖2)，它通常包含基底玻璃板111、、框架114、一個(gè)可變形透明薄膜面113和一個(gè)密閉腔體116，腔體116上連接有氣壓或液壓通道，通過活塞115改變腔體116內(nèi)液體112的壓強(qiáng)，使液體112在腔內(nèi)分布發(fā)生變化，從而改變透明彈性薄膜113的曲率實(shí)現(xiàn)變焦。這種液體透鏡的優(yōu)點(diǎn)在于變焦范圍大，效率高，原理簡單，填充液體可選范圍廣；其缺點(diǎn)在于仍屬于機(jī)械控制，結(jié)構(gòu)不緊湊，不易實(shí)現(xiàn)陣列化。 目前對于液體透鏡陣列的實(shí)現(xiàn)都還局限于將單個(gè)液體透鏡系統(tǒng)拼湊實(shí)現(xiàn)，未有一體化的制作方式；同時(shí)各個(gè)液體透鏡的焦距變化是一致的，未能實(shí)現(xiàn)陣列中各透鏡分立變焦功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提供一種可分立變焦的液體透鏡陣列及其制作方法，該透鏡陣列通過微光學(xué)的方法將多個(gè)液體透鏡集成于一片基片上，同時(shí)可以分別控制各個(gè)透鏡的焦距，使其實(shí)現(xiàn)焦距分立變化。同時(shí)具備兩種液體透鏡的優(yōu)點(diǎn)，即具有結(jié)構(gòu)緊湊，變焦范圍廣，變焦效率高，填充液體可選范圍廣，且采用電控的優(yōu)點(diǎn)，在獲得高分辨率、擴(kuò)大系統(tǒng)視場、景深以及立體成像等方面都可有廣泛的應(yīng)用。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種可分立變焦的液體透鏡陣列，其特點(diǎn)
是透鏡陣列的玻璃基板上鍍有一層透明導(dǎo)電膜作為第一電極，并通過光刻的方法使其成
分立的帶有引腳的網(wǎng)孔狀分布，在其上涂覆一層疏水性絕緣介質(zhì)，在絕緣介質(zhì)上制作有與
第一電極的形狀相對應(yīng)的網(wǎng)孔狀分布，并露出其下的透明導(dǎo)電膜，在孔中注入不易揮發(fā)性
絕緣液體，并在液體上沉積一層透明的派瑞林彈性薄膜，液體封裝在一個(gè)封閉的空間內(nèi)，在
派瑞林薄膜之上再鍍有一層透明導(dǎo)電膜作為第二電極。
—種可分立變焦的液體透鏡陣列制作方法，包括以下步驟 1.掩模板制作
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首先制作出掩模板，掩模板上透鏡的排列成方形，六角形或三角形中的一種或其組合，并引出每一個(gè)透鏡單元的電極至陣列邊緣；
2.第一電極制作 在玻璃基板上鍍一層透明導(dǎo)電膜，再在透明導(dǎo)電膜上涂覆一層正性光刻膠，進(jìn)行
光刻，使玻璃基板上的透明導(dǎo)電膜呈掩模板上的圖案分布，形成第一電極；
3.絕緣層制作 在第二步驟后，在玻璃基板與制作好的第一電極上涂覆一層疏水性絕緣介質(zhì)，在其上再涂覆一層負(fù)性光刻膠，使用同樣的掩模板再次曝光，再經(jīng)過一次光刻，得到與第一 電極相對應(yīng)的絕緣層的網(wǎng)孔狀分布；
4.填充液體并封裝 在由絕緣層形成的網(wǎng)孔中注入不易揮發(fā)的絕緣液體，再通過化學(xué)氣象沉積的方法在液體表面沉積一層透明派瑞林彈性薄膜，使液體封裝在一個(gè)封閉的空間內(nèi)；
5.第二電極制作 在派瑞林薄膜之上再鍍一層透明導(dǎo)電膜作為第二電極。 上述步驟中所采用正、負(fù)性光刻膠的順序互換是通過掩模板的曝光與非曝光區(qū)域互換來實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明針對背景技術(shù)中所述目前雙液體電潤濕型液體透鏡及機(jī)械驅(qū)動(dòng)型液體透鏡的缺陷，提出一種同時(shí)具備兩種液體透鏡優(yōu)點(diǎn)、并能避免其缺點(diǎn)的液體透鏡陣列，即具有結(jié)構(gòu)緊湊，變焦范圍廣，變焦效率高，填充液體可選范圍廣，采用電控的優(yōu)點(diǎn)，且易于陣列化制作，陣列中的各透鏡單元可實(shí)現(xiàn)分立變焦，制作方法簡單、高效。該種器件在獲得高分辨率、大視場、大景深以及立體成像等方面都可有廣泛的應(yīng)用。


圖1是現(xiàn)有基于電濕效應(yīng)的液體透鏡示意 圖2是現(xiàn)有機(jī)械驅(qū)動(dòng)型液體透鏡示意圖； 圖3是本發(fā)明的液體透鏡陣列中單個(gè)透鏡單元未加電壓時(shí)透鏡示意； 圖4是本發(fā)明的液體透鏡陣列中單個(gè)透鏡單元當(dāng)施加一定電壓時(shí)透鏡的焦距變
短示意圖； 圖5是透鏡單元按方形排列的透鏡陣列的液體透鏡陣列掩模板示意圖，其中標(biāo)號為引出的電極引腳； 圖6是透鏡單元按六角形排列的透鏡陣列的液體透鏡陣列掩模板示意圖，其中標(biāo)號為引出的電極引腳； 圖7是液體透鏡陣列制作過程示意圖； 圖8是陣列中三個(gè)透鏡單元施加不同電壓時(shí)分別實(shí)現(xiàn)不同焦距示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 如圖3，8所示，本發(fā)明的可分立變焦的液體透鏡陣列，在玻璃基板21上鍍有一層
4透明導(dǎo)電膜(如IT0膜)22作為第一電極，并通過光刻的方法使其成一定的分立的帶有
引腳的網(wǎng)孔狀分布，在其上涂覆一層疏水性絕緣介質(zhì)23，在絕緣介質(zhì)上制作有與第一電極
的形狀相對應(yīng)的網(wǎng)孔狀分布，并露出其下的透明導(dǎo)電膜。在孔中注入不易揮發(fā)性絕緣液體
24，并在液體上通過化學(xué)氣象沉積的方法沉積一層透明的派瑞林(paralene)彈性薄膜25，
將液體封裝在一個(gè)封閉的空間內(nèi)，并且控制派瑞林薄膜25的厚度使其具有適當(dāng)彈性(如
l-2ym左右)。在派瑞林薄膜25之上再鍍有一層透明導(dǎo)電膜(如ITO膜)，作為第二電極
26。第一電極22與第二電極26通過絕緣介質(zhì)23、絕緣液體24以及派瑞林薄膜25被分離。
當(dāng)在第一電極22與第二電極26間施加電壓后，由于電勢效應(yīng)第一電極與第二電極間將產(chǎn)
生引力并有相互靠近的趨勢，因此將擠壓絕緣液體并引起沉積在液體表面的透明派瑞林彈
性薄膜發(fā)生變形，從而改變液體表面曲率，實(shí)現(xiàn)變焦(圖4)。 本發(fā)明的可分立變焦的液體透鏡陣列制作方法，具體步驟是 首先制作出符合需要的掩模板，掩模板上透鏡的排列以方形(圖5)為例，其根據(jù)
需要也可以是六邊形(圖6)或三角形或其組合等。并引出每一個(gè)透鏡單元的電極至陣列
邊緣以方便加電，如圖5，6所示，其中圓孔及其引線(陰影部分)為非曝光區(qū)域，剩余白色
區(qū)域?yàn)槠毓鈪^(qū)域。 在鍍有透明導(dǎo)電膜的玻璃基板21上涂覆一層正性光刻膠27(圖7a)，通過常規(guī)的光刻程序進(jìn)行光刻，使玻璃基板21上的透明導(dǎo)電膜呈掩模板上的圖案分布(圖7c)。隨后在玻璃基板27上涂覆一層疏水性絕緣介質(zhì)23 (圖7d)，在其上再涂覆一層負(fù)性光刻膠28 (圖7e)，使用同樣的掩模板再次曝光，再經(jīng)過一次光刻(圖7f)，得到與第一電極22相對應(yīng)的絕緣層23的網(wǎng)孔狀分布(圖7g)。優(yōu)選的可以采用光敏聚酰亞胺作為絕緣介質(zhì)，由于光敏聚酰亞胺本身可用作負(fù)性光刻膠，這樣可以省略第二次光刻過程(省略圖e、圖f過程)，曝光后直接顯影、清洗即可。此外，所采用的正、負(fù)性光刻膠的順序可以互換，只要相應(yīng)的將掩模板的曝光與非曝光區(qū)域互換即可。 在得到了第一電極22與疏水性絕緣介質(zhì)的網(wǎng)孔狀分布后，在由絕緣層23形成的圓孔中注入不易揮發(fā)的透明絕緣液體24，如液體石蠟或不易揮發(fā)的硅油類液體等。然后，通過化學(xué)氣象沉積的方法在液體24表面沉積一層透明派瑞林彈性薄膜25，隨后在派瑞林薄膜25之上再鍍一層透明導(dǎo)電膜(如ITO膜)作為第二電極26。 通過在透鏡的第一 電極22與第二電極26間施加電壓，第一 電極22與第二電極26間將產(chǎn)生引力并有相互靠近的趨勢，因此將擠壓絕緣液體24并引起沉積在液體24表面的透明派瑞林彈性薄膜25發(fā)生變形，從而改變透鏡表面曲率，實(shí)現(xiàn)變焦。
優(yōu)先實(shí)施例描述如下(圖7) (1)玻璃基底21上鍍導(dǎo)電層，并在其上涂覆正性光刻膠27(圖7a); (2)對正性光刻膠27進(jìn)行曝光、顯影、堅(jiān)膜(圖7b); (3)完成第一次刻蝕并去膠，形成第一電極(圖7c); (4)在刻蝕好的第一電極22層上涂覆疏水性絕緣介質(zhì)23 (圖7d); (5)在絕緣介質(zhì)23上再涂覆一層負(fù)性光刻膠28 (圖7e); (6)對負(fù)性光刻膠28進(jìn)行曝光、顯影、堅(jiān)膜(圖7f) (7)完成第二次刻蝕并去膠，形成與第一電極22相對應(yīng)的絕緣層23的網(wǎng)孔狀分布(圖7g)
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(8)在第一電極22與絕緣層構(gòu)成的網(wǎng)孔中填充不揮發(fā)性絕緣液體24，然后在其上沉積一層派瑞林彈性薄膜25，再在派瑞林薄膜25上鍍一層透明導(dǎo)電膜作為第二電極26 (圖7h)。 在實(shí)施例中，優(yōu)選的可以采用光敏聚酰亞胺作為絕緣介質(zhì)，由于光敏聚酰亞胺本身可用作負(fù)性光刻膠，這樣可以省略第二次光刻過程。采用光敏聚酰亞胺時(shí)的制作過程描述如下 (1)玻璃基底21上鍍導(dǎo)電層，并在其上涂覆正性光刻膠27(圖7a);
(2)對正性光刻膠27進(jìn)行曝光、顯影、堅(jiān)膜(圖7b);
(3)完成第一次刻蝕并去膠，形成第一電極(圖7c); (4)在刻蝕好的第一電極22層上涂覆光敏聚酰亞胺負(fù)性光刻膠作為絕緣層23(圖7d); (5)對光敏聚酰亞胺進(jìn)行曝光、顯影、堅(jiān)膜(圖7g); (6)在第一電極22與聚酰亞胺絕緣層構(gòu)成的網(wǎng)孔中填充不揮發(fā)性絕緣液體24，然后在其上沉積一層派瑞林彈性薄膜25，再在派瑞林薄膜25上鍍一層透明導(dǎo)電膜作為第二電極26 (圖7h)。 本發(fā)明中每個(gè)分立的第一 電極對應(yīng)陣列中的一個(gè)透鏡，因此，通過在分離的電極上施加不同的電壓，可以分別控制陣列中每一個(gè)透鏡焦距的變化，實(shí)現(xiàn)可分立變焦的液體透鏡陣列。圖8為液體透鏡陣列中給三個(gè)透鏡單元施加不同電壓時(shí)，三個(gè)透鏡分別實(shí)現(xiàn)不同焦距的示意圖當(dāng)a透鏡上施加電壓Vl， b透鏡上施加電壓V2， c透鏡上施加電壓V3，若VI < V2 < V3，則三個(gè)透鏡的焦距fa > fb > fc。
權(quán)利要求
一種可分立變焦的液體透鏡陣列，其特征在于所述透鏡陣列的玻璃基板(21)上鍍有一層透明導(dǎo)電膜作為第一電極(22)，并通過光刻的方法使其成分立的帶有引腳的網(wǎng)孔狀分布，在其上涂覆一層疏水性絕緣介質(zhì)(23)，在絕緣介質(zhì)上制作有與第一電極的形狀相對應(yīng)的網(wǎng)孔狀分布，并露出其下的透明導(dǎo)電膜，在孔中注入不易揮發(fā)性絕緣液體(24)，并在液體(24)上沉積一層透明的派瑞林彈性薄膜(25)，液體(24)封裝在一個(gè)封閉的空間內(nèi)，在派瑞林薄膜(25)之上再鍍有一層透明導(dǎo)電膜(26)作為第二電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可分立變焦的液體透鏡陣列，其特征在于所述派瑞林薄膜(25)的厚度以保持彈性為要求。
3. —種可分立變焦的液體透鏡陣列制作方法，其特征在于包括以下步驟(一) 掩模板制作首先制作出掩模板，掩模板上透鏡的排列成方形，六角形、三角形中的一種或其組合，并引出每一個(gè)透鏡單元的電極至陣列邊緣；(二) 第一電極制作在玻璃基板上鍍一層透明導(dǎo)電膜，再在透明導(dǎo)電膜上涂覆一層正性光刻膠(27)，進(jìn)行光刻，使玻璃基板(21)上的透明導(dǎo)電膜呈掩模板上的圖案分布，形成第一電極(22);(三) 絕緣層制作在第二步驟后，在玻璃基板(21)與制作好的第一電極上涂覆一層疏水性絕緣介質(zhì)(23)，在其上再涂覆一層負(fù)性光刻膠(28)，使用同樣的掩模板再次曝光，再經(jīng)過一次光刻，得到與第一電極(22)相對應(yīng)的絕緣層(23)的網(wǎng)孔狀分布。或采用光敏聚酰亞胺作為絕緣介質(zhì)，，則省略第二次光刻過程；(四) 填充液體并封裝在由絕緣層(23)形成的網(wǎng)孔中注入不易揮發(fā)的絕緣液體(24)，再通過化學(xué)氣象沉積的方法在液體表面沉積一層透明派瑞林彈性薄膜(25)，使液體(24)封裝在一個(gè)封閉的空間內(nèi)；(五) 第二電極制作在派瑞林薄膜(25)之上再鍍一層透明導(dǎo)電膜作為第二電極(26)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可分立變焦的液體透鏡陣列制作方法，其特征在于步驟中所采用正、負(fù)性光刻膠的順序互換是通過掩模板的曝光與非曝光區(qū)域互換來實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可分立變焦的液體透鏡陣列及其制作方法，透鏡陣列的玻璃基板鍍有一層透明導(dǎo)電膜作為第一電極，通過光刻使其成分立的帶有引腳的網(wǎng)孔狀分布；在其上涂覆一層疏水性絕緣介質(zhì)，在絕緣介質(zhì)上制作與第一電極形狀對應(yīng)的網(wǎng)孔分布，露出其下的第一電極；在孔中注入不易揮發(fā)性絕緣液體，在液體上沉積一層透明派瑞林彈性薄膜，液體封裝在一個(gè)封閉空間內(nèi)；在派瑞林薄膜上再鍍一層透明導(dǎo)電膜作為第二電極。本發(fā)明的液體透鏡陣列結(jié)構(gòu)緊湊，變焦范圍廣、效率高，填充液體可選范圍廣，采用電控，且易于陣列化制作，陣列中的各透鏡單元可分立變焦，制作方法簡單、高效。該種器件在高分辨率、大視場、大景深以及立體成像等方面都可有廣泛應(yīng)用。
文檔編號G02B3/14GK101776795SQ20101010734
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者莊松林, 張薇, 楊波 申請人:上海理工大學(xué)