CN101776795B - 可分立变焦的液体透镜阵列及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可分立变焦的液体透镜阵列及其制作方法，透镜阵列的玻璃基板镀有一层透明导电膜作为第一电极，通过光刻使其成分立的带有引脚的网孔状分布；在其上涂覆一层疏水性绝缘介质，在绝缘介质上制作与第一电极形状对应的网孔分布，露出其下的第一电极；在孔中注入不易挥发性绝缘液体，在液体上沉积一层透明派瑞林弹性薄膜，液体封装在一个封闭空间内；在派瑞林薄膜上再镀一层透明导电膜作为第二电极。本发明的液体透镜阵列结构紧凑，变焦范围广、效率高，填充液体可选范围广，采用电控，且易于阵列化制作，阵列中的各透镜单元可分立变焦，制作方法简单、高效。该种器件在高分辨率、大视场、大景深以及立体成像等方面都可有广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体透镜阵列技术，具体涉及一种可分立变焦的液体透镜阵列。
背景技术
现有的液体透镜技术主要分为两种，一种是基于电润湿效应，另一种是基于改变压强控制液体表面曲率变化，其中目前较为成熟的形式是电润湿型的液体透镜。
电润湿型的液体透镜(图1)采用两种互不相容的液体，其中一种为电解液，一种为绝缘液，它包括第一基底玻璃板121、第二基底玻璃板122、第一金属电极123、第二金属电极124、憎水性绝缘层125、电解质液体126。通过施加不同电压改变两种液体与固体容器间的接触角，从而改变两种液体间界面的曲率半径，实现变焦。这种变焦透镜具有较为成熟的封装形式，采用电控，且易于实现阵列化；其缺点在于变焦效率不高，对两种液体的选择局限性较强(如液体的绝缘性、密度、电润湿性等均有要求)，结构复杂。
基于改变压强控制液体表面曲率变化的液体透镜的典型形式，是机械驱动型液体透镜(图2)，它通常包含基底玻璃板111、、框架114、一个可变形透明薄膜面113和一个密闭腔体116，腔体116上连接有气压或液压通道，通过活塞115改变腔体116内液体112的压强，使液体112在腔内分布发生变化，从而改变透明弹性薄膜113的曲率实现变焦。这种液体透镜的优点在于变焦范围大，效率高，原理简单，填充液体可选范围广；其缺点在于仍属于机械控制，结构不紧凑，不易实现阵列化。
目前对于液体透镜阵列的实现都还局限于将单个液体透镜系统拼凑实现，未有一体化的制作方式；同时各个液体透镜的焦距变化是一致的，未能实现阵列中各透镜分立变焦功能。
发明内容
本发明要提供一种可分立变焦的液体透镜阵列及其制作方法，该透镜阵列通过微光学的方法将多个液体透镜集成于一片基片上，同时可以分别控制各个透镜的焦距，使其实现焦距分立变化。同时具备两种液体透镜的优点，即具有结构紧凑，变焦范围广，变焦效率高，填充液体可选范围广，且采用电控的优点，在获得高分辨率、扩大系统视场、景深以及立体成像等方面都可有广泛的应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种可分立变焦的液体透镜阵列，其特点是：透镜阵列的玻璃基板上镀有一层透明导电膜作为第一电极，并通过光刻的方法使其成分立的带有引脚的网孔状分布，在其上涂覆一层疏水性绝缘介质，在绝缘介质上制作有与第一电极的形状相对应的网孔状分布，并露出其下的透明导电膜，在孔中注入不易挥发性绝缘液体，并在液体上沉积一层透明的派瑞林弹性薄膜，液体封装在一个封闭的空间内，在派瑞林薄膜之上再镀有一层透明导电膜作为第二电极。
一种可分立变焦的液体透镜阵列制作方法，包括以下步骤：
1.掩模板制作
首先制作出掩模板，掩模板上透镜的排列成方形，六角形或三角形中的一种或其组合，并引出每一个透镜单元的电极至阵列边缘；
2.第一电极制作
在玻璃基板上镀一层透明导电膜，再在透明导电膜上涂覆一层正性光刻胶，进行光刻，使玻璃基板上的透明导电膜呈掩模板上的图案分布，形成第一电极；
3.绝缘层制作
在第二步骤后，在玻璃基板与制作好的第一电极上涂覆一层疏水性绝缘介质，在其上再涂覆一层负性光刻胶，使用同样的掩模板再次曝光，再经过一次光刻，得到与第一电极相对应的绝缘层的网孔状分布；
4.填充液体并封装
在由绝缘层形成的网孔中注入不易挥发的绝缘液体，再通过化学气象沉积的方法在液体表面沉积一层透明派瑞林弹性薄膜，使液体封装在一个封闭的空间内；
5.第二电极制作
在派瑞林薄膜之上再镀一层透明导电膜作为第二电极。
上述步骤中所采用正、负性光刻胶的顺序互换是通过掩模板的曝光与非曝光区域互换来实现。
本发明的有益效果：
本发明针对背景技术中所述目前双液体电润湿型液体透镜及机 械驱动型液体透镜的缺陷，提出一种同时具备两种液体透镜优点、并能避免其缺点的液体透镜阵列，即具有结构紧凑，变焦范围广，变焦效率高，填充液体可选范围广，采用电控的优点，且易于阵列化制作，阵列中的各透镜单元可实现分立变焦，制作方法简单、高效。该种器件在获得高分辨率、大视场、大景深以及立体成像等方面都可有广泛的应用。
附图说明
图1是现有基于电湿效应的液体透镜示意图；
图2是现有机械驱动型液体透镜示意图；
图3是本发明的液体透镜阵列中单个透镜单元未加电压时透镜示意；
图4是本发明的液体透镜阵列中单个透镜单元当施加一定电压时透镜的焦距变短示意图；
图5是透镜单元按方形排列的透镜阵列的液体透镜阵列掩模板示意图，其中标号为引出的电极引脚；
图6是透镜单元按六角形排列的透镜阵列的液体透镜阵列掩模板示意图，其中标号为引出的电极引脚；
图7是液体透镜阵列制作过程示意图；
图8是阵列中三个透镜单元施加不同电压时分别实现不同焦距示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图3，8所示，本发明的可分立变焦的液体透镜阵列，在玻璃 基板21上镀有一层透明导电膜(如ITO膜)22作为第一电极，并通过光刻的方法使其成一定的分立的带有引脚的网孔状分布，在其上涂覆一层疏水性绝缘介质23，在绝缘介质上制作有与第一电极的形状相对应的网孔状分布，并露出其下的透明导电膜。在孔中注入不易挥发性绝缘液体24，并在液体上通过化学气象沉积的方法沉积一层透明的派瑞林(paralene)弹性薄膜25，将液体封装在一个封闭的空间内，并且控制派瑞林薄膜25的厚度使其具有适当弹性(如1-2μm左右)。在派瑞林薄膜25之上再镀有一层透明导电膜(如ITO膜)，作为第二电极26。第一电极22与第二电极26通过绝缘介质23、绝缘液体24以及派瑞林薄膜25被分离。当在第一电极22与第二电极26间施加电压后，由于电势效应第一电极与第二电极间将产生引力并有相互靠近的趋势，因此将挤压绝缘液体并引起沉积在液体表面的透明派瑞林弹性薄膜发生变形，从而改变液体表面曲率，实现变焦(图4)。
本发明的可分立变焦的液体透镜阵列制作方法，具体步骤是：
首先制作出符合需要的掩模板，掩模板上透镜的排列以方形(图5)为例，其根据需要也可以是六边形(图6)或三角形或其组合等。并引出每一个透镜单元的电极至阵列边缘以方便加电，如图5，6所示，其中圆孔及其引线(阴影部分)为非曝光区域，剩余白色区域为曝光区域。
在镀有透明导电膜的玻璃基板21上涂覆一层正性光刻胶27(图7a)，通过常规的光刻程序进行光刻，使玻璃基板21上的透明导电膜 呈掩模板上的图案分布(图7c)。随后在玻璃基板27上涂覆一层疏水性绝缘介质23(图7d)，在其上再涂覆一层负性光刻胶28(图7e)，使用同样的掩模板再次曝光，再经过一次光刻(图7f)，得到与第一电极22相对应的绝缘层23的网孔状分布(图7g)。优选的可以采用光敏聚酰亚胺作为绝缘介质，由于光敏聚酰亚胺本身可用作负性光刻胶，这样可以省略第二次光刻过程(省略图e、图f过程)，曝光后直接显影、清洗即可。此外，所采用的正、负性光刻胶的顺序可以互换，只要相应的将掩模板的曝光与非曝光区域互换即可。
在得到了第一电极22与疏水性绝缘介质的网孔状分布后，在由绝缘层23形成的圆孔中注入不易挥发的透明绝缘液体24，如液体石蜡或不易挥发的硅油类液体等。然后，通过化学气象沉积的方法在液体24表面沉积一层透明派瑞林弹性薄膜25，随后在派瑞林薄膜25之上再镀一层透明导电膜(如ITO膜)作为第二电极26。
通过在透镜的第一电极22与第二电极26间施加电压，第一电极22与第二电极26间将产生引力并有相互靠近的趋势，因此将挤压绝缘液体24并引起沉积在液体24表面的透明派瑞林弹性薄膜25发生变形，从而改变透镜表面曲率，实现变焦。
优先实施例描述如下：(图7)
(1)玻璃基底21上镀导电层，并在其上涂覆正性光刻胶27(图7a)；
(2)对正性光刻胶27进行曝光、显影、坚膜(图7b)；
(3)完成第一次刻蚀并去胶，形成第一电极(图7c)；
(4)在刻蚀好的第一电极22层上涂覆疏水性绝缘介质23(图7d)；
(5)在绝缘介质23上再涂覆一层负性光刻胶28(图7e)；
(6)对负性光刻胶28进行曝光、显影、坚膜(图7f)
(7)完成第二次刻蚀并去胶，形成与第一电极22相对应的绝缘层23的网孔状分布(图7g)
(8)在第一电极22与绝缘层构成的网孔中填充不挥发性绝缘液体24，然后在其上沉积一层派瑞林弹性薄膜25，再在派瑞林薄膜25上镀一层透明导电膜作为第二电极26(图7h)。
在实施例中，优选的可以采用光敏聚酰亚胺作为绝缘介质，由于光敏聚酰亚胺本身可用作负性光刻胶，这样可以省略第二次光刻过程。采用光敏聚酰亚胺时的制作过程描述如下：
(1)玻璃基底21上镀导电层，并在其上涂覆正性光刻胶27(图7a)；
(2)对正性光刻胶27进行曝光、显影、坚膜(图7b)；
(3)完成第一次刻蚀并去胶，形成第一电极(图7c)；
(4)在刻蚀好的第一电极22层上涂覆光敏聚酰亚胺负性光刻胶作为绝缘层23(图7d)；
(5)对光敏聚酰亚胺进行曝光、显影、坚膜(图7g)；
(6)在第一电极22与聚酰亚胺绝缘层构成的网孔中填充不挥发性绝缘液体24，然后在其上沉积一层派瑞林弹性薄膜25，再在派瑞林薄膜25上镀一层透明导电膜作为第二电极26(图7h)。
本发明中每个分立的第一电极对应阵列中的一个透镜，因此，通过在分离的电极上施加不同的电压，可以分别控制阵列中每一个透镜焦距的变化，实现可分立变焦的液体透镜阵列。图8为液体透镜阵 列中给三个透镜单元施加不同电压时，三个透镜分别实现不同焦距的示意图：当a透镜上施加电压V1，b透镜上施加电压V2，c透镜上施加电压V3，若V1＜V2＜V3，则三个透镜的焦距fa＞fb＞fc。
Claims (4)
1.一种可分立变焦的液体透镜阵列，其特征在于：所述透镜阵列的玻璃基板(21)上镀有一层透明导电膜作为第一电极(22)，并通过光刻的方法使第一电极(22)形成分立的带有引脚的网孔状分布，在第一电极(22)上涂覆一层疏水性绝缘介质(23)，在疏水性绝缘介质(23)上制作有与第一电极的形状相对应的网孔状分布，并露出其下的透明导电膜，在孔中注入不易挥发性绝缘液体(24)，并在液体(24)上沉积一层透明的派瑞林弹性薄膜(25)，液体(24)封装在一个封闭的空间内，在派瑞林弹性薄膜(25)之上再镀有一层透明导电膜作为第二电极(26)。
2.根据权利要求1所述的可分立变焦的液体透镜阵列，其特征在于：所述派瑞林弹性薄膜(25)的厚度以保持弹性为要求。
3.一种可分立变焦的液体透镜阵列制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(一)掩模板制作
首先制作出掩模板，掩模板上透镜单元的排列成方形、六角形、三角形中的一种或其组合，并引出每一个透镜单元的电极至阵列边缘；
(二)第一电极制作
在玻璃基板上镀一层透明导电膜，再在透明导电膜上涂覆一层正性光刻胶(27)，进行光刻，使玻璃基板(21)上的透明导电膜呈掩模板上的图案分布，形成第一电极(22)；
(三)绝缘层制作
在第(二)步骤后，在玻璃基板(21)与制作好的第一电极上涂覆一层疏水性绝缘介质(23)，在疏水性绝缘介质(23)上再涂覆一层负性光刻胶(28)，使用同样的掩模板再次曝光，再经过一次光刻，得到与第一电极(22)相对应的疏水性绝缘介质(23)的网孔状分布，或采用光敏聚酰亚胺作为绝缘介质，则省略第二次光刻过程；
(四)填充液体并封装
在由疏水性绝缘介质(23)形成的网孔中注入不易挥发的绝缘液体(24)，再通过化学气象沉积的方法在液体表面沉积一层透明派瑞林弹性薄膜(25)，使液体(24)封装在一个封闭的空间内；
(五)第二电极制作
在派瑞林弹性薄膜(25)之上再镀一层透明导电膜作为第二电极(26)。
4.根据权利要求3所述的可分立变焦的液体透镜阵列制作方法，其特征在于：步骤中所采用正、负性光刻胶的顺序互换是通过掩模板的曝光与非曝光区域互换来实现。
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