CN108387958A - 一种基于重力效应的液体棱镜 - Google Patents

一种基于重力效应的液体棱镜 Download PDF

Info

Publication number
CN108387958A
CN108387958A CN201810376505.6A CN201810376505A CN108387958A CN 108387958 A CN108387958 A CN 108387958A CN 201810376505 A CN201810376505 A CN 201810376505A CN 108387958 A CN108387958 A CN 108387958A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid
filling body
liquid filling
gravitational effect
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810376505.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108387958B (zh
Inventor
王琼华
罗林
李磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN201810376505.6A priority Critical patent/CN108387958B/zh
Publication of CN108387958A publication Critical patent/CN108387958A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108387958B publication Critical patent/CN108387958B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • G02B5/06—Fluid-filled or evacuated prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G02B26/005—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid based on electrowetting

Abstract

本发明公开了一种基于重力效应的液体棱镜，包括入射面透明电极、侧壁电极I、介电层、疏水层、出射透明基板、填充液体I、侧壁电极II和填充液体II。光束首先通过入射面透明电极进入填充液体I和填充液体II，当光束通过液‑液曲面的时候，由于填充液体I和填充液体II的折射率不同，所以光束会被偏折一个角度。本发明利用重力效应来增大液‑液曲面与水平方向的夹角，从而增大光束的最大偏转角。

Description

一种基于重力效应的液体棱镜
一、技术领域
本发明涉及一种液体棱镜，更具体的说，本发明涉及一种基于重力效应的液体棱镜。
二、技术背景
随着自然科学的进步，光偏转器件在导航、军事、光通信以及信息处理等领域已经得到广泛的应用，微型化、轻量化成为发展的趋势。在一些光学系统中，使光束偏转到我们想要的位置至关重要。对于传统的棱镜，在光源不动的情况下，必须借助机械式的驱动方式才能实现光束的偏转。而基于电湿润效应的液体棱镜具有响应速度快、易操控和制作成本低等优点，所以液体棱镜被视为未来光偏转器件的发展方向。液体棱镜通过两种不相容的液体形成的液-液曲面从而具有使光束偏转的功能。更重要的是基于电湿润效应的液体棱镜能够通过改变外加电压来改变液-液曲面的曲率，实现光束的偏转，从而可以实现对光束的控制。
液体棱镜具有轻量化和易操作等优点，但是目前的液体棱镜是由两种密度匹配的的液体形成一层液-液曲面，由于两种液体的折射率差异并不大以及电湿润效应存在的饱和现象，光束的偏转范围受到了很大的限制，不利于光偏转器件的应用。例如文献“Adaptive beam tracking and steering via electrowetting-controlledliquidprism,Appl.Phys.Lett.Vol.99,No.19,pp.191108,2011.”公开了一种液体棱镜，该棱镜的液-液曲面与水平方向的最大夹角是23°，最终的光束偏转角度也是非常有限的。
三、发明内容
本发明旨在实现一种光束大角度偏转的方法。为了达到该目的，本发明提出了一种基于重力效应的液体棱镜，该棱镜能够实现光束的大角度偏转。
如附图1所示，本发明的基于重力效应的液体棱镜包括：入射面透明电极，侧壁电极I，介电层，疏水层，出射透明基板，填充液体I，侧壁电极II，填充液体II。其特征在于由入射面透明电极、出射透明基板、介电层、疏水层和侧壁电极组成的封闭容器，中间由填充液体I和填充液体II组成，且密度较大的填充液体II位于填充液体I的上方。两种填充液体互不相溶，形成一层液-液交界面，具有不同的折射率，且彼此接触。
本发明的基于重力效应的液体棱镜的工作原理如附图2所示。光束首先通过入射面透明电极进入填充液体，当光束通过液-液曲面的时候，由于填充液体I和填充液体II的折射率不同，所以光束会被偏折一个角度。在本发明中，巧妙地利用重力效应来增大液-液曲面与水平方向的夹角，从而增大光束的最大偏转角。其中的物理机制可以由下面的公式给出：
γSW+γWOcosθY＝γSO+γ(G) (1)
其中γSW是棱镜侧壁与填充液体I接触面的表面张力，γWO是填充液体I与填充液体II接触面的表面张力，γSO是填充液体II与棱镜侧壁接触面的表面张力，γ(G)是重力因子，θY是液-液曲面与侧壁之间的夹角。由于密度不匹配获得的重力因子，会使得液-液曲面的倾斜角变大，最终获得的光束偏转角变大。
优选地，侧壁电极I和填充液体II高度d1≥6mm,且d1≤20mm，侧壁电极I和填充液体II宽度d2≥2mm，且d2≤10mm。
优选地，入射面透明电极和出射透明基板为方形，且尺寸相同，方形边长d3≥4mm，且d3≤12mm，入射面透明电极和出射透明基板的厚度d4≥0.05mm，且d4≤0.2mm。
优选地，填充液体I和填充液体II的密度差的最佳范围是0.1g/cm3-0.3g/cm3。
优选地，填充液体I为硅油，填充液体II为电解质液体或离子液体。
优选地，本发明的基于重力效应的液体棱镜的驱动方式为电湿润驱动。
四、附图说明
附图1为本发明的基于重力效应的液体棱镜的结构剖面图。
附图2为本发明的基于重力效应的液体棱镜的工作原理图。
上述各附图中的图示标号为：
1入射面透明电极，2侧壁电极I，3介电层，4疏水层，5出射透明基板，6填充液体I，7侧壁电极II，8填充液体II。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种基于重力效应的液体棱镜的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一个实施例为：如附图2所示，本实施例中的入射面透明电极和出射透明基板边长为12mm，厚度为0.1mm。侧壁电极为10mm×4mm的透明导电玻璃(ITO)，厚度为1mm。介电层和疏水层的厚度分别为1μm和1μm；填充液体I为无色透明硅油，填充液体II为NaCl溶液。NaCl溶液的折射率为1.30，阿贝数为55.8。而无色透明硅油的折射率为1.65，阿贝数为62.8。
本实例采用的工作波段为400nm-800nm。对本发明施加电压时会引起液-液面形状发生变化，由于两种填充液体之间存在密度差，可以实现光束的大角度偏转。

Claims (6)

1.一种基于重力效应的液体棱镜，包括：入射面透明电极、侧壁电极I、介电层、疏水层、出射透明基板、填充液体I、侧壁电极II和填充液体II，其特征在于，由入射面透明电极、出射透明基板、介电层、疏水层和侧壁电极组成封闭容器，中间由填充液体I和填充液体II组成，且密度较大的填充液体II位于填充液体I的上方，两种填充液体互不相溶，形成一层液-液交界面，具有不同的折射率，且彼此接触。
2.根据权利要求1所述的一种基于重力效应的液体棱镜，其特征在于，侧壁电极I和填充液体II高度d1≥6mm,且d1≤20mm，侧壁电极I和填充液体II宽度d2≥2mm，且d2≤10mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于重力效应的液体棱镜，其特征在于，入射面透明电极和出射透明基板为方形，且尺寸相同，方形边长d3≥4mm，且d3≤12mm，入射面透明电极和出射透明基板的厚度d4≥0.05mm，且d4≤0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于重力效应的液体棱镜，其特征在于，填充液体I和填充液体II的密度差的最佳范围是0.1-0.3g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种基于重力效应的液体棱镜，其特征在于，填充液体I为硅油，填充液体II为电解质液体或离子液体。
6.根据权利要求1所述的一种基于重力效应的液体棱镜，其特征在于，基于重力效应的液体棱镜的驱动方式为电湿润驱动。
CN201810376505.6A 2018-04-25 2018-04-25 一种基于重力效应的液体棱镜 Active CN108387958B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810376505.6A CN108387958B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种基于重力效应的液体棱镜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810376505.6A CN108387958B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种基于重力效应的液体棱镜

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108387958A true CN108387958A (zh) 2018-08-10
CN108387958B CN108387958B (zh) 2020-10-09

Family

ID=63064606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810376505.6A Active CN108387958B (zh) 2018-04-25 2018-04-25 一种基于重力效应的液体棱镜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108387958B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112859036A (zh) * 2019-11-27 2021-05-28 上海禾赛科技股份有限公司 光束偏折器、光束偏折装置和激光雷达
US11635612B2 (en) 2021-07-07 2023-04-25 Honeywell International Inc. Light control system with cube-shaped, two-dimensional tunable prisms

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011257501A (ja) * 2010-06-07 2011-12-22 Canon Inc 液体型光学素子及びその製造方法
US20130201384A1 (en) * 2010-10-12 2013-08-08 Canon Kabushiki Kaisha Liquid lens and apparatus including the same
CN107678155A (zh) * 2017-09-30 2018-02-09 四川大学 一种非球面电湿润液体透镜
CN107942423A (zh) * 2017-11-12 2018-04-20 四川大学 一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011257501A (ja) * 2010-06-07 2011-12-22 Canon Inc 液体型光学素子及びその製造方法
US20130201384A1 (en) * 2010-10-12 2013-08-08 Canon Kabushiki Kaisha Liquid lens and apparatus including the same
CN107678155A (zh) * 2017-09-30 2018-02-09 四川大学 一种非球面电湿润液体透镜
CN107942423A (zh) * 2017-11-12 2018-04-20 四川大学 一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112859036A (zh) * 2019-11-27 2021-05-28 上海禾赛科技股份有限公司 光束偏折器、光束偏折装置和激光雷达
US11635612B2 (en) 2021-07-07 2023-04-25 Honeywell International Inc. Light control system with cube-shaped, two-dimensional tunable prisms

Also Published As

Publication number Publication date
CN108387958B (zh) 2020-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107942423A (zh) 一种实现光束大偏转角和平移的液体棱镜
WO2018157650A1 (zh) 液晶透镜及其制作方法、显示装置
CN101458346B (zh) 液体镜片
JP2007219526A5 (zh)
US20180081252A1 (en) Liquid crystal lens and display device
CN102016688A (zh) 显示装置
CN108387958A (zh) 一种基于重力效应的液体棱镜
CN109031651B (zh) 一种高光焦度的电润湿液体透镜
US20140176835A1 (en) Liquid crystal optical element and image display apparatus including the same
CN104238182A (zh) 液晶显示装置
CN101694543A (zh) 一种电控宽角度光扫描装置及其阵列
CN107367778B (zh) 光学元件、使用其的反射型液晶显示系统
CN112596311A (zh) 一种显示面板及显示装置
CN107678155A (zh) 一种非球面电湿润液体透镜
CN110262098A (zh) 液晶显示装置及驱动方法
CN109799631A (zh) 一种液晶透镜及其制作方法、显示装置
CN104597533A (zh) 环形孔径透反混合式液体透镜
CN208721895U (zh) 一种可调视度波导近眼显示光学装置
JP2019191220A (ja) 光学デバイス
TW200403515A (en) Electro-optical display device
CN109765740B (zh) 一种基于液滴分离的光流控透镜
WO2021078243A1 (zh) 激光扫描电极器件及设置方法、激光扫描装置及制造方法
CN110729413B (zh) 显示面板以及显示装置
KR20060126144A (ko) 액체렌즈
KR100686018B1 (ko) 광학기기

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant