CN105527666A - 一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，包括中空的透明管，透明管的内、外侧壁由内向外涂设有导电层、疏水绝缘层，透明管的上、下两端分别固定设置有透明导电基板和透明导电盖板，透明导电基板和透明导电盖板合围的透明管内腔中填充有互不相溶的导电液体层和至少三种折射率呈梯度变化的非极性液体层或其中一相浓度呈梯度变化且互不相溶的导电性液体层和非极性液体层，石英玻璃管为中空透明管体，透明管的内径为0.001-10mm，外径为0.01-10mm，高度为0.01-10mm。该种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜可解决现有的电润湿透镜色差、球差、结构复杂、制作困难、多个透镜组合使用时具有光轴准直问题等技术缺陷。

Description

一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜

技术领域

本发明涉及电润湿透镜领域，特别是一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜。

背景技术

可变焦透镜在手机、摄像机、显微镜等集成成像设备中有广泛的应用。传统的变焦透镜是由多片透镜组合而成，采用机械装置调节镜片间相对位置达到变焦的目的。因此，结构复杂、能耗高、易磨损等成为传统变焦系统的主要缺点。液体变焦不失为一种好办法，要实现液体变焦有3种途径：（1）改变可变焦液体透镜内部折射率，采用物理化学方法改变液体密度透过率等内在参数；（2）改变液体表面曲率，通过对液体表面加压，改变腔体表面曲率半径，实现连续变焦；（3）基于电润湿效应，改变液体透镜内部液体分布，实现透镜的整体形变进行调焦。电润湿可变焦液体透镜具有结构简单、成本低、耗电量小、寿命长、易于实现阵列型结构和集成、响应速度快等优点，因而被越来越多的人们关注。

近年来,国外多家科研机构在电润湿型可变焦液体透镜方面,取得很大成就[2]。以荷兰飞利浦公司[3]和法国Varioptic公司为代表，他们现在已经能生产几种型号的液体透镜。以Arctic316型液体透镜为例，可以对5厘米到无穷远距离的物体清晰成像，响应时间小于30毫秒。但这种电润湿型可变焦液体透镜只能改变焦距，不能消除球差及色差，单独使用不利于高质量成像。

现有的电润湿液体透镜主要面临以下问题，①不能消除色差及球差，②结构较复杂、制作困难，③当多个透镜组合时，光轴准直问题，④若加入其它玻璃或者塑料透镜，其表面粗糙度大等。上述的种种技术缺陷严重影响了本领域进一步发展及推广应用。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，解决了现有的电润湿透镜色差、球差、结构复杂、制作困难、多个透镜组合使用时具有光轴准直问题等技术缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，包括中空的透明管，所述透明管的内、外侧壁由内向外涂设有导电层薄膜层、疏水绝缘层，透明管的上、下两端分别固定设置有导电透明基板和导电透明盖板，所述导电透明基板和导电透明盖板合围的透明管内腔中填充有互不相溶的导电液体层和至少三种折射率呈梯度变化的非极性液体层或其中一相浓度呈梯度变化且互不相溶的导电性液体层和非极性液体层。

作为上述技术方案的改进，所述透明管为一中空石英玻璃管体，石英玻璃管的内径为0.001-10mm，外径为0.01-10mm，高度为0.01-10mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述导电层由石英玻璃管顶部覆盖延伸到距离石英玻璃管底部0.01-1mm处。

作为上述技术方案的进一步改进，所述导电层为厚度0.01-10um的导电薄膜层。

作为上述技术方案的进一步改进，所述疏水绝缘层采用的材料为氟聚物，疏水绝缘层的厚度为0.01-5um。

作为上述技术方案的进一步改进，所述导电液体层采用电解质溶液、离子液体等与非极性液体相互不相容的透明导电液体，所述导电液体层采用的电解质溶液，优选地0.01-1mol/L的NaCl，KCl，Na2SO4,K2SO4，Na3PO4，K3PO4水溶液或者其中两种和三种的混合溶液。

作为上述技术方案的进一步实施案例，所述非极性液体层具有三层，三层非极性液体层所用的材料分别为1,6-己二醇二丙烯酸酯、苯甲基硅油和、二氯甲烷，所述三种非极性油的折射率呈梯度变化；或者使用PEG/dextran双水相体系中的上清液，作为导电液，上清液浓度呈梯度变化，使用十烷作为非极性不导电溶液。

作为上述技术方案的进一步改进，所述透明管与导电透明基板、导电透明盖板通过胶水粘合，优选UV固化胶、热固化胶、超声固化胶或者压敏固化胶。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，该种电润湿液体透镜透过在透明管内设置多种折射率梯度变化的非极性液体层，能够消除色差及球差，比起现有透镜简化了结构，生产更加容易。该种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜解决了现有的电润湿透镜色差、球差、结构复杂、制作困难、多个透镜组合使用时具有光轴准直问题等技术缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明装配示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1。

一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，包括中空的透明管1，所述透明管1的内、外侧壁由内向外涂设有导电薄膜层2、疏水绝缘层3，透明管1的上、下两端分别固定设置有透明导电基板4和透明导电盖板5，所述基板4和盖板5合围的透明管1内腔中填充有互不相溶的导电液体层6和至少三种折射率呈梯度变化的非极性液体层7或其中一相浓度呈梯度变化且互不相溶的导电性液体层和非极性液体层。

优选地，所述透明管1为一中空石英玻璃管体，石英玻璃管1的内径为0.001-10mm，外径为0.01-10mm，高度为0.01-10mm。

优选地，所述导电层2由透明管1顶部覆盖延伸到距离透明管1底部0.01-1mm处。

优选地，所述导电层2为厚0.001-10um的ITO薄膜层。

优选地，所述疏水绝缘层3采用的材料为氟聚物，厚度为0.01-5um。

优选地，所述导电层6采用电解质溶液为0.01-1mol/L的NaCl溶液。

优选地，所述非极性液体层具有三层，三层非极性层所用的材料分别为1,6-己二醇二丙烯酸酯、苯甲基硅油和、二氯甲烷，所述三种非极性油的折射率呈梯度变化。

优选地，所述管1与基板4、盖板5通过胶水粘合，所选胶水为UV固化胶、热固化胶、超声固化胶、压敏胶等。

一种制作上述多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜的方法，具体地，下述以制作三相折射率梯度变化的电润湿液体透镜举例说明：

（1）将内径为6mm外径为8mm石英玻璃管1加工成高为8mm的圆柱形器件，清洗并烘干后将其用硅胶粘于基板上，硅胶粘结高度1mm。

（2）待硅胶固化后用磁控溅射法在石英玻璃管1内外壁上溅射约150nm厚，50方阻的ITO薄膜作为ITO导电层2，此时石英玻璃管1下端1mm无ITO。

（3）将硅胶去除并清洗，烘干。

（4）将无ITO一端固定在玻璃管固定夹子上，本发明使用氟聚物（AF1600、AF1600X、Cytop等）作为疏水绝缘材料。采用浸涂方法，以0.5-5mm/s的速度将玻璃管浸入到氟聚物溶液中，使氟聚物在玻璃管内外壁上形成一层厚度约为0.5-1.5um的疏水绝缘层3。

（5）将上述所得器件与ITO基板4用UV固化胶粘合。

(6)本发明以0.1mol/L的NaCl溶液作为电解质溶液层6的材料(折射率1.333)，以1,6-己二醇二丙烯酸酯(折射率1.456)、苯甲基硅油(折射率1.425-1.533)、二氯甲烷(折射率1.4244)等作为非极性溶剂。用移液枪抽取80μl的NaCl溶液注入到透镜底端。再分别用移液枪抽取1,6-己二醇二丙烯酸酯、苯甲基硅油、二氯甲烷各50uL，三种有机溶液不互溶形成三层结构，并且折射率呈梯度变化。玻璃管腔体体积要按照所需要添加的电解质溶液和非极性油的体积来加工，所有有机溶剂填充完时，最上层液面顶端稍微高过玻璃管边缘。

（7）将加满液体后的器件与ITO玻璃盖板5用UV固化胶粘合，完成电润湿梯度折射率液体透镜制备。

需要说明的是，电润湿又名电湿润，本发明创造同样适用于多相折射率梯度变化的电湿润液体透镜。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：包括中空的透明管（1），所述透明管（1）的内、外侧壁由内向外涂设有导电层（2）、疏水绝缘层（3），透明管（1）的上、下两端分别固定设置有导电透明基板（4）和导电透明盖板（5），所述导电透明基板（4）和导电透明盖板（5）合围的透明管（1）内腔中填充有互不相溶的导电性液体层（6）和至少三种折射率呈梯度变化的非极性液体层（7）或其中一相浓度呈梯度变化且互不相溶的导电性液体层和非极性液体层。

2.根据权利要求1所述的一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：所述透明管（1）为一中空的玻璃管体，玻璃管（1）的内径为0.001-10mm，外径为0.01-10mm，高度为0.01-10mm。

3.根据权利要求2所述的一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：所述导电层（2）由透明管（1）顶部覆盖延伸到距离透明管（1）底部0.01-1mm处。

4.根据权利要求3所述的一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：所述导电层（2）为厚10-250nm的导电薄膜层。

5.根据权利要求1所述的一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：所述疏水绝缘层（3）采用的材料为氟聚物或者绝缘层+疏水涂层的复合材料，氟聚物层的厚度为0.01-5um。

6.根据权利要求1所述的一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：所述导电液体层（6）采用电解质溶液、离子液体等与非极性液体相互不相容的透明导电液体。

7.根据权利要求7所述的一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：所述非极性层具有三层，三层非极性层的折射率呈梯度变化。

8.根据权利要求1所述的一种多相折射率梯度变化的电润湿液体透镜，其特征在于：所述透明管（1）与导电基板（4）、导电透明盖板（5）通过胶水粘合。