液體透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種液體透鏡，包括一密封殼體、一液態(tài)介質(zhì)、一氣態(tài)介質(zhì)、一碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)以及至少兩個(gè)電極，其中，所述液態(tài)介質(zhì)、氣態(tài)介質(zhì)和碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)均設(shè)置于所述密封殼體內(nèi)，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)與所述氣態(tài)介質(zhì)接觸，所述至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)電連接。本發(fā)明提供的液體透鏡具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、變焦速度快、變焦精度高以及成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】液體透鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體透鏡，尤其涉及一種含碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)的液體透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]液體透鏡是一種新型的依據(jù)仿生學(xué)原理提出的光學(xué)元件，其由液體材料制作而成，可通過(guò)控制外部形狀或改變內(nèi)部折射率而變焦。
[0003]根據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)的不同，目前的液體透鏡可分為三類:(1)基于電潤(rùn)濕(Electrowetting)原理的雙液體透鏡；(2)通過(guò)機(jī)械力改變透鏡外形和體積的單液體透鏡；(3)通過(guò)加電改變液晶分子排列狀態(tài)從而引起折射率變化的液晶透鏡。其中，基于電潤(rùn)濕原理的雙液體透鏡是當(dāng)前液體透鏡發(fā)展的主流方向，法國(guó)的Varioptic公司和荷蘭的Philps公司的產(chǎn)品都屬此類。
[0004]與傳統(tǒng)的自動(dòng)對(duì)焦鏡頭相比，液體透鏡因?yàn)樯倭艘苿?dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以具有體積小、反應(yīng)速度快、耗電量小、無(wú)磨損、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、內(nèi)窺鏡等追求輕、薄、短、小的光學(xué)系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。
[0005]然而，對(duì)于基于電潤(rùn)濕原理的雙液體透鏡而言，由于其包含兩種互不相容、性質(zhì)各異的液體，且其密封腔內(nèi)設(shè)置有需經(jīng)過(guò)憎水處理的絕緣層，而且其對(duì)電極的設(shè)置也有特定的要求，因此，該種雙液體透鏡的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其制備成本也較高。對(duì)于通過(guò)機(jī)械力改變透鏡外形和體積的單液體透鏡而言，由于機(jī)械力較難控制，因此，該種單液體透鏡的變焦精度和工作穩(wěn)定性均較差。對(duì)于通過(guò)加電改變液晶分子排列狀態(tài)從而引起折射率變化的液晶透鏡而言，由于其制備成本較高，限制了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
[0006]有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、具有較高的變焦精度和工作穩(wěn)定性的液體透鏡，可方便應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、內(nèi)窺鏡等多種電子、光學(xué)設(shè)備中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種液體透鏡，包括一密封殼體、一液態(tài)介質(zhì)、一氣態(tài)介質(zhì)、一碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)以及至少兩個(gè)電極，其中，所述液態(tài)介質(zhì)、氣態(tài)介質(zhì)和碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)均設(shè)置于所述密封殼體內(nèi)，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)與所述氣態(tài)介質(zhì)接觸，所述至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)電連接。
[0008]進(jìn)一步地，所述密封殼體由一剛性部分和一柔性部分組成。
[0009]進(jìn)一步地，所述液體透鏡包括一剛性的保護(hù)罩，用于保護(hù)所述密封殼體的柔性部分。
[0010]進(jìn)一步地，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括一層碳納米管拉膜或多層重疊設(shè)置的碳納米管拉膜。
[0011]本發(fā)明還提供另一種液體透鏡，包括一密封殼體、兩種互不相容的液態(tài)介質(zhì)、一氣態(tài)介質(zhì)、一碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)以及至少兩個(gè)電極，其中，所述液態(tài)介質(zhì)、氣態(tài)介質(zhì)和碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)均設(shè)置于所述密封殼體內(nèi)，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)與所述氣態(tài)介質(zhì)接觸，所述至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)電連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述兩種互不相容的液態(tài)介質(zhì)之間形成一個(gè)弧形的界面。
[0013]進(jìn)一步地，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括一層碳納米管拉膜或多層重疊設(shè)置的碳納米管拉膜。
[0014]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的液體透鏡具有以下優(yōu)點(diǎn):其一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明提供的液體透鏡只包括密封殼體、液態(tài)介質(zhì)、氣態(tài)介質(zhì)、碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)和電極五個(gè)組件，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制備，且成本低廉。其二，變焦精度高。本發(fā)明通過(guò)給碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)通電來(lái)加熱氣態(tài)介質(zhì)，通過(guò)熱脹冷縮效應(yīng)改變氣態(tài)介質(zhì)的體積，進(jìn)而利用氣體膨脹時(shí)增大的壓強(qiáng)來(lái)改變液態(tài)介質(zhì)的形狀，最終達(dá)到液體透鏡變焦的目的。由于碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)通電時(shí)間，氣態(tài)介質(zhì)溫度、體積，液態(tài)介質(zhì)形狀，和液體透鏡焦距之間存在著既定的規(guī)律，因此，可以通過(guò)控制其中一個(gè)參數(shù)來(lái)精確控制液體透鏡的焦距變化。其三，變焦速度快。由于碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)具有很高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率以及很小的單位面積熱容，因此，該碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)具有升降溫速度快(即熱響應(yīng)速度快)的優(yōu)點(diǎn)，從而能快速調(diào)節(jié)液體透鏡的焦距。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的液體透鏡的示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的液體透鏡的示意圖。
[0017]圖3為圖1和圖2的液體透鏡中第一種碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)的爆破圖。
[0018]圖4為圖1和圖2的液體透鏡中第二種碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)的爆破圖。
[0019]圖5為圖1和圖2的液體透鏡中第三種碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)的爆破圖。
[0020]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的液體透鏡中單層碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。
[0021]主要元件符號(hào)說(shuō)明
【權(quán)利要求】
1.一種液體透鏡,包括一密封殼體、一液態(tài)介質(zhì)、一氣態(tài)介質(zhì)、一碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)以及至少兩個(gè)電極，所述液態(tài)介質(zhì)、氣態(tài)介質(zhì)和碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)均設(shè)置于所述密封殼體內(nèi)，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)與所述氣態(tài)介質(zhì)接觸，所述至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的液體透鏡，其特征在于，所述密封殼體由一剛性部分和一柔性部分組成。
3.如權(quán)利要求2所述的液體透鏡，其特征在于，所述剛性部分由硬性材料制成。
4.如權(quán)利要求3所述的液體透鏡，其特征在于，所述硬性材料包括玻璃、樹(shù)脂、石英、塑料中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求2所述的液體透鏡，其特征在于，所述柔性部分由柔性材料制成。
6.如權(quán)利要求5所述的液體透鏡，其特征在于，所述柔性材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求1所述的液體透鏡，其特征在于，所述液態(tài)介質(zhì)為親油性溶液。
8.一種液體透鏡，包括一密封殼體、一第一液態(tài)介質(zhì)、一第二液態(tài)介質(zhì)、一氣態(tài)介質(zhì)、一碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)以及至少兩個(gè)電極，所述第一液態(tài)介質(zhì)、第二液態(tài)介質(zhì)、氣態(tài)介質(zhì)和碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)均設(shè)置于所述密封殼體內(nèi)，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)與所述氣態(tài)介質(zhì)接觸，所述至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)電連接。
9.如權(quán)利要求8所述的液體透鏡，其特征在于，所述密封殼體由硬性材料制成。
10.如權(quán)利要求9所述的液體透鏡，其特征在于，所述硬性材料包括玻璃、樹(shù)脂、石英、塑料中的一種或多種。
11.如權(quán)利要求8所述的液體透鏡，其特征在于，所述第一液態(tài)介質(zhì)為親油性溶液。
12.如權(quán)利要求8所述的液體透鏡，其特征在于，所述第二液態(tài)介質(zhì)為親水性溶液。
13.如權(quán)利要求1或8所述的液體透鏡，其特征在于，所述氣態(tài)介質(zhì)為非氧化性氣體。
14.如權(quán)利要求1或8所述的液體透鏡，其特征在于，所述電極由金屬、合金、氧化銦錫、金屬性碳納米管中的一種或多種材料制成。
15.如權(quán)利要求1或8所述的液體透鏡，其特征在于，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)緊貼所述密封殼體的內(nèi)壁設(shè)置。
16.如權(quán)利要求1或8所述的液體透鏡，其特征在于，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)懸空設(shè)置于所述氣態(tài)介質(zhì)中。
17.如權(quán)利要求1或8所述的液體透鏡，其特征在于，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括多個(gè)均勻分布且有序排列的碳納米管。
18.如權(quán)利要求1或8所述的液體透鏡，其特征在于，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括單層碳納米管拉膜。
19.如權(quán)利要求1或8所述的液體透鏡，其特征在于，所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括多層重疊設(shè)置的碳納米管拉膜。
20.如權(quán)利要求19所述的液體透鏡，其特征在于，所述相鄰的兩層碳納米管拉膜中的碳納米管的排列方向形成一夾角β，0 ≤ β ≤90 。
21.如權(quán)利要求19所述的液體透鏡，其特征在于，所述碳納米管拉膜包括多個(gè)通過(guò)范德華力首尾相連且沿一固定方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。
【文檔編號(hào)】G02B3/14GK103454763SQ201210180545
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月4日
【發(fā)明者】李 杰, 姜開(kāi)利, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司