一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透 鏡。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體透鏡的起源可以追溯到17世紀(jì)，當(dāng)時(shí)英國(guó)科學(xué)家St印hen Gray用水滴制作 了一臺(tái)顯微鏡。Gray發(fā)現(xiàn)，由于水滴表面非常光滑，所以水滴透鏡產(chǎn)生的影像也相當(dāng)清 晰。1875年，Lippmann研究了電毛細(xì)現(xiàn)象（electro-capilary),解釋了通電后電解質(zhì)溶液 中水銀液滴表面形狀的變化。1995年，Gorman等人利用電潤(rùn)濕現(xiàn)象，將液體置于透明電極 之上，通過外加電壓改變液滴的表面形狀，第一次實(shí)現(xiàn)了基于電潤(rùn)濕效應(yīng)的變焦液體透鏡。 2004年5月5日，在CeBIT博覽會(huì)上，荷蘭PhiIps公司展出了利用Fluid Focus技術(shù)開 發(fā)出了一款具有里程碑意義的新產(chǎn)品一一新型無機(jī)械活動(dòng)部件的變焦液體透鏡。Philps公 司的這種液體透鏡由兩種互不相溶且具有不同折射率的液體組成，一種是導(dǎo)電的水溶液， 另一種則是不導(dǎo)電的油，把兩者裝在一個(gè)一端有透明蓋板的短管里面。管的內(nèi)壁和另一端 的蓋板上都涂有疏水層，這使得水溶液由于表面張力的作用在沒有疏水層的一端彎曲成了 一個(gè)半球形狀。
[0003] 透鏡的焦距是通過電壓調(diào)節(jié)的，通過在2片電極上加不同大小的電壓實(shí)現(xiàn)液體界 面凹凸形狀的改變，從而改變曲率，達(dá)到變焦的目的。
[0004] 2006年法國(guó)Varioptic公司把液體透鏡的腔設(shè)計(jì)成了錐形，這種結(jié)構(gòu)對(duì)光軸具有 自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，使液體透鏡在光軸穩(wěn)定性方面有了很大的提高。在耗電量方面，此種液體鏡 頭的功耗不會(huì)超過lmW，是現(xiàn)在普通的機(jī)械自動(dòng)變焦系統(tǒng)的10% ;在可靠性方面，液體透鏡 由于沒有活動(dòng)部件，所以不易損壞，比機(jī)械調(diào)焦系統(tǒng)更加耐用。由此，Varioptic公司的液 體透鏡被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、醫(yī)療及數(shù)字?jǐn)z影市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了液體透鏡的商品化。上述透鏡對(duì)中 心軸線附近的物體能夠很好的對(duì)焦，然而，當(dāng)物體偏離光軸較遠(yuǎn)時(shí)，該透鏡將無法對(duì)其實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)對(duì)焦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于電潤(rùn)濕技術(shù) 的可變光軸液體變焦透鏡，本發(fā)明在不改變透鏡本身位置的情況下，可以對(duì)偏離透鏡中心 軸線處的物體聚焦，可以大大提高透鏡的實(shí)用價(jià)值。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡，包括基底、絕 緣設(shè)置在基底上的透鏡腔體以及設(shè)置在透鏡腔體上的上蓋片；所述透鏡腔體包括多個(gè)絕緣 連接的側(cè)壁，所述側(cè)壁的內(nèi)壁上依次設(shè)有導(dǎo)電層、絕緣層和疏水層，所述基底上表面設(shè)有導(dǎo) 電層，所述透鏡腔體的底部設(shè)有導(dǎo)電液體，導(dǎo)電液體上設(shè)有絕緣液體，所述多個(gè)側(cè)壁上的導(dǎo) 電層分別與多個(gè)電源正極一一對(duì)應(yīng)連接，基底上表面的導(dǎo)電層與電源負(fù)極連接。
[0008] 作為本發(fā)明所述的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡進(jìn)一步優(yōu)化方 案，所述透鏡腔體為長(zhǎng)方體。
[0009] 作為本發(fā)明所述的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡進(jìn)一步優(yōu)化方 案，所述側(cè)壁為透光側(cè)壁，基板為透光基板。
[0010] 作為本發(fā)明所述的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡進(jìn)一步優(yōu)化方 案，所述側(cè)壁為玻璃板，基板為玻璃。
[0011] 作為本發(fā)明所述的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡進(jìn)一步優(yōu)化方 案，所述導(dǎo)電層為ITO導(dǎo)電層。
[0012] 作為本發(fā)明所述的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡進(jìn)一步優(yōu)化方 案，所述導(dǎo)電液體和絕緣液體的密度相同。
[0013] 作為本發(fā)明所述的一種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡進(jìn)一步優(yōu)化方 案，所述絕緣液體為非極性油，導(dǎo)電液體為Nacl溶液。
[0014] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明提出的新 型變焦液體透鏡，在不改變透鏡本身位置的情況下，可以對(duì)偏離透鏡中心軸線處的物體聚 焦，可以大大提高透鏡的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0015] 圖1為可變光軸液體變焦透鏡的三維實(shí)體圖。
[0016] 圖2為可變光軸液體變焦透鏡的主視剖視圖。
[0017] 圖3是基于電潤(rùn)濕的可調(diào)光軸液體透鏡變焦原理圖。
[0018] 圖4是液體透鏡對(duì)處于透鏡中心軸線處的物體對(duì)焦的原理圖。
[0019] 圖5是液體透鏡對(duì)偏離透鏡中心軸線處的物體對(duì)焦的原理圖。
[0020] 圖中的附圖標(biāo)記解釋為：1-上蓋片，2-側(cè)壁的內(nèi)壁上的ITO導(dǎo)電層，3-絕緣層， 4_疏水層，5-基底，6-絕緣液體，7-導(dǎo)電液體，8-基板上表面的ITO導(dǎo)電層，9-內(nèi)壁，10-側(cè) 壁，11、12、15、16-雙液體界面，13、18-透鏡光軸，14、17-腔體的中心對(duì)稱軸。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0022] -種基于電潤(rùn)濕技術(shù)的可變光軸液體變焦透鏡，包括基底5、絕緣設(shè)置在基底上的 透鏡腔體以及設(shè)置在透鏡腔體上的上蓋片1 ;所述透鏡腔體包括多個(gè)絕緣連接的側(cè)壁，所 述側(cè)壁的內(nèi)壁上依次設(shè)有導(dǎo)電層2、絕緣層3和疏水層4,所述基底上表面設(shè)有導(dǎo)電層8,所 述透鏡腔體的底部注入導(dǎo)電液體7,導(dǎo)電液體上注入絕緣液體6,所述多個(gè)側(cè)壁上的導(dǎo)電層 分別與多個(gè)電源正極一一對(duì)應(yīng)連接，基底上表面的導(dǎo)電層與電源負(fù)極連接。所述側(cè)壁為透 光側(cè)壁，基板為透光基板。所述側(cè)壁為玻璃板，基板為玻璃。所述導(dǎo)電層為ITO導(dǎo)電層。
[0023] 該變焦透鏡采用長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)（透鏡腔體的壁面數(shù)不局限于4面，可以適當(dāng)增加透 鏡壁面數(shù)使液體界面面型的改變更加均勻與平穩(wěn)，比如八面型或十二面型等）。本發(fā)明為 了減小仿真誤差與節(jié)約制作成本，透鏡腔體采用4塊相同尺寸的ITO玻璃絕緣相接而成。 如圖1所示：長(zhǎng)方體的四個(gè)側(cè)壁由4塊內(nèi)壁鍍有ITO導(dǎo)電層的玻璃片（長(zhǎng)4mm，寬2mm，厚 3um)粘連而成，壁面間相互絕緣，基底5為ITO玻璃，基底與長(zhǎng)方體腔體緊密接觸并