大光焦度和小像差的液體透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種液體透鏡，更具體地說，本發(fā)明涉及一種增大光焦度減小像差的 液體透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體透鏡被認(rèn)為是下一代新型透鏡之一，具有較大的發(fā)展?jié)摿?。液體透鏡不 斷發(fā)展并日趨完善。2006年至2014年法國(guó)的Varioptic公司相繼推出了 Arctic320、 Arctic416、Arctic39N0等多款液體透鏡，這標(biāo)志著液體透鏡實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，液體透鏡也因 此被視為未來透鏡發(fā)展的方向之一。液體透鏡具有輕量化的特點(diǎn)，因此很多科研人員利用 液體透鏡研究新型輕量化的成像系統(tǒng)。文獻(xiàn)"Design of a zoom lens without motorized optical elements (Optics Express, Vol. 15，No. 11，pp 6664-6669，2007 )" 公開了 一種基于液體透鏡的變焦成像系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)使用了固體透鏡輔助獲得大光焦度，因此 該系統(tǒng)的長(zhǎng)度和重量都較大。
[0003] 雖然液體透鏡具有輕量化的特點(diǎn)并能自動(dòng)變焦，但是目前的液體透鏡仍然無法在 大光焦度情況下單獨(dú)使用，這大大限制了基于液體透鏡的系統(tǒng)的輕量化發(fā)展。其原因主要 有兩點(diǎn)：第一，由于液體透鏡是雙相型結(jié)構(gòu)，因此光焦度太小，很難獲得較短的焦距；第二， 當(dāng)增大液體透鏡的光焦度時(shí)，其曲率也會(huì)增大，因此會(huì)產(chǎn)生較大的像差，嚴(yán)重影響了成像質(zhì) 量。所以，液體透鏡常常需要固體透鏡輔助以增大光焦度和減小像差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種增大光焦度減小像差的液體透鏡。如附圖1所示，該液體透鏡包 括：玻璃基板I、玻璃基板II、圓臺(tái)形凹槽、疏水介電層、電極層I、電極層II、填充液體I、填 充液體II、入射面環(huán)帶反射膜、出射面環(huán)帶反射膜、液晶盒、偏振片I、偏振片II和偏振片 UI。偏振片I和偏振片II均置于玻璃基板I上，偏振片m置于液晶盒上，而液晶盒為90° 扭轉(zhuǎn)向列向液晶。
[0005] 本發(fā)明有模式1和模式2兩種工作模式。當(dāng)不對(duì)液晶盒加電時(shí)，本發(fā)明以模式1 工作。模式1的工作原理如附圖2所示，在不加液晶電壓的情況下，只有通過偏振片I的環(huán) 帶光線可以入射本發(fā)明液體透鏡并成像。這時(shí)光線首先通過偏振片I的環(huán)形孔徑入射到本 發(fā)明液體透鏡并第一次通過液-液面獲得光焦度；當(dāng)光線到達(dá)出射面板時(shí)，被出射面環(huán)帶 反射膜反射使光路折回，并重新通過液-液曲面并第二次獲得光焦度。光線繼續(xù)前進(jìn)當(dāng)?shù)?達(dá)入射面板時(shí)，被入射面圓形反射膜反射再次折回，通過液-液曲面第三次獲得光焦度。最 后光線從出射面板的中心區(qū)域離開本發(fā)明液體透鏡。在整個(gè)光線追跡的過程中獲得的光焦 度由下面公式給出：
其中A^為填充液體Π的折射率，為填充液體I的折射率，c為液-液曲面的曲 率。
[0006] 當(dāng)對(duì)液晶盒加電壓時(shí)，系統(tǒng)以模式2工作。模式2的工作原理如附圖3所示，在加 液晶電壓的情況下，液晶指向矢旋轉(zhuǎn)90°，這時(shí)只有通過偏振片II的中心光線可以通過系 統(tǒng)并成像。由于邊光被遮擋，因此這些光線所造成的像差就被消除了，因此相對(duì)于全口徑成 像，像差大大的減小，并由于有效口徑減小其成像的深度也增大了。
[0007] 優(yōu)選地，玻璃基底厚度0· Imm且0· 5mm，直徑4多5mm且1〇臟。
[0008] 優(yōu)選地，圓臺(tái)形凹槽的長(zhǎng)直徑4多5mm且IOfflm，短直徑之多2mm且?/ 4< 4mm〇
[0009] 優(yōu)選地，入射面環(huán)帶反射膜外直徑4彡〇. 7 4且4彡〇. 8 J4，內(nèi)直徑4彡〇. 3 <且 4彡〇. 5 J4，出射面環(huán)帶反射膜外直徑4= 內(nèi)直徑4彡〇. 7 4且4彡〇. 9之。
[0010] 優(yōu)選地，填充液體I和填充液體11的密度相同。
[0011] 優(yōu)選地，填充液體I為硅油，填充液體π為電解質(zhì)液體或離子液體。
[0012] 優(yōu)選地，環(huán)形孔徑透反混合式液體透鏡的驅(qū)動(dòng)方式為電濕潤(rùn)驅(qū)動(dòng)或者機(jī)械濕潤(rùn)驅(qū) 動(dòng)。
【附圖說明】
[0013] 附圖1為本發(fā)明增大光焦度減小像差液體透鏡的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0014] 附圖2為本發(fā)明模式1的工作原理示意圖。
[0015] 附圖3為本發(fā)明模式2的工作原理示意圖。
[0016] 附圖4為實(shí)施例中增大光焦度減小像差液體透鏡的光焦度與電壓的關(guān)系示意圖。
[0017] 附圖5為實(shí)施例中增大光焦度減小像差液體透鏡模式1的成像圖。
[0018] 附圖6為實(shí)施例中增大光焦度減小像差液體透鏡模式2的成像圖。
[0019] 上述各附圖中的圖示標(biāo)號(hào)為： 1玻璃基板I，2玻璃基板II，3圓臺(tái)形凹槽，4疏水介電層，5電極層I，6電極層II，7填 充液體I，8填充液體II，9入射面環(huán)帶反射膜，10出射面環(huán)帶反射膜，11液晶盒，12偏振片 I，13偏振片II，14偏振片III，15成像面，16環(huán)帶入射光，17中心入射光。
[0020] 應(yīng)該理解上述附圖只是示意性的，并沒有按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面詳細(xì)說明本發(fā)明提出的一種大光焦度和小像差液體透鏡的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步的描述。有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，不能 理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對(duì)本發(fā)明做出一 些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為：如附圖1所示，本實(shí)施例中玻璃基底口徑為8mm，厚度為 lOOMm。圓臺(tái)形凹槽的長(zhǎng)直徑為6_，短直徑為4_。反射膜選用銀膜，其反射率~92%。在入 射面板外表面鍍銀膜，鍍銀膜的區(qū)域?yàn)橥庵睆?. 1mm，內(nèi)直徑為I. 3mm的換大區(qū)域。出射面 板鍍銀膜的區(qū)域?yàn)榄h(huán)帶，其外徑6_，內(nèi)徑5_。偏振片I為外直徑為4_，內(nèi)直徑為3. 1_ 的環(huán)帶偏振片。偏振片II為直徑為I. 3mm圓形偏振片。偏振片ΠΙ為直徑為8mm的圓形偏 振片。液晶盒為90°扭轉(zhuǎn)向列向液晶，盒厚為~15 μ m。本發(fā)明液體透鏡主體部分的具體參 數(shù)：本發(fā)明液體透鏡外框的口徑為3mm，厚度為2mm ;疏水介電層厚度~1 ;填充液體I為無 色透明硅油，填充液體II為NaCl溶液。NaCl溶液的折射率為1. 33,阿貝數(shù)為55. 8。而無 色透明硅油的折射率為I. 65,阿貝數(shù)為62. 8。
[0023] 本實(shí)施例采用的工作波段為456nm-656nm。對(duì)本發(fā)明施加電壓從而引起液-液曲 率發(fā)生變化從而實(shí)現(xiàn)光焦度的變化。當(dāng)電壓從OV到60V變化時(shí)，其光焦度變化如附圖4所 示。需要指出的本發(fā)明實(shí)施例中液體透鏡的驅(qū)動(dòng)電壓為~35V，因此0-30V時(shí)，焦距并無變 化。附圖5和附圖6為本發(fā)明液體透鏡在模式1和模式2下的成像圖，可以看出，模式1雖 然整體像質(zhì)略為模糊但可以識(shí)別高分辨率的細(xì)節(jié)物體，而模式2具有更小的像差，畫面整 體質(zhì)量較高。模式1可以在軍事、安保、醫(yī)療手術(shù)等領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)，而模式2則可以作為民 用用途的消費(fèi)電子產(chǎn)品使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種增大光焦度減小像差的液體透鏡，包括：玻璃基板I、玻璃基板II、圓臺(tái)形凹槽、 疏水介電層、電極層I、電極層II、填充液體I、填充液體II、入射面環(huán)帶反射膜、出射面環(huán)帶 反射膜、液晶盒、偏振片I、偏振片II和偏振片III，其特征在于，偏振片I和偏振片II、偏振 片m正交，偏振片I和偏振片Ii均置于玻璃基板I上，偏振片m置于液晶盒上，入射面板 和出射面板上分別鍍有入射面環(huán)帶反射膜和出射面環(huán)帶反射膜，中間填充液體I和填充液 體II，兩種液體互不相溶，具有不同的折射率，且彼此接觸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大光焦度和小像差液體透鏡，其特征在于，液體透鏡在 液晶盒不加電和加電時(shí)分別在模式1和模式2下工作，模式1時(shí)，液體透鏡具有大光焦度， 模式2時(shí)，液體透鏡具有小像差。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大光焦度和小像差液體透鏡，其特征在于，玻璃基底厚 度 0? Imm 且 0? 5mm，直徑 4多 5mm 且 IOmm04. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大光焦度和小像差液體透鏡，其特征在于，圓臺(tái)形凹槽 的長(zhǎng)直徑4多5mm且IOfflm，短直徑 02mm且4mm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大光焦度和小像差液體透鏡，其特征在于，入射面環(huán)帶 反射膜外直徑4彡0. 7 4且4彡0.8 內(nèi)直徑4彡0. 3之且4彡0. 5 出射面環(huán)帶 反射膜外直徑4=心內(nèi)直徑4彡0. 7 J4且4彡0.9之。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大光焦度和小像差液體透鏡，其特征在于，填充液體I和 填充液體II的密度相同。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大光焦度和小像差液體透鏡，其特征在于，填充液體I為 硅油，填充液體II為電解質(zhì)液體或離子液體。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大光焦度和小像差液體透鏡，其特征在于，驅(qū)動(dòng)模式為 電濕潤(rùn)驅(qū)動(dòng)或者機(jī)械濕潤(rùn)驅(qū)動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種大光焦度和小像差的液體透鏡。該液體透鏡包括玻璃基板I、玻璃基板II、圓臺(tái)形凹槽、疏水介電層、電極層I、電極層II、填充液體I、填充液體II、入射面環(huán)帶反射膜、出射面環(huán)帶反射膜、液晶盒、偏振片I、偏振片II和偏振片Ш，它具有兩種工作模式。與常規(guī)透鏡相比，在模式1下工作時(shí)，液體透鏡的光焦度提高約3倍；在模式2下工作時(shí)，液體透鏡的像差大大減小，且深度增大。
【IPC分類】G02F1/29
【公開號(hào)】CN105093775
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510554984
【發(fā)明人】李磊, 王瓊?cè)A, 劉超
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月5日