CN109031651A - 一种高光焦度的电润湿液体透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高光焦度的电润湿液体透镜，包括介电疏水层、填充液体Ⅰ、填充液体Ⅱ、下基板透明电极、侧壁透明电极、上倾斜板电极、上基板、下基板、侧壁、上倾斜壁。侧壁加电，液体曲面第一次变化；上倾斜面加电，液体曲面再次变化。曲面经两次变化，该液体透镜能有效的增大光焦度。

Description

一种高光焦度的电润湿液体透镜
一、技术领域
本发明涉及一种液体透镜，更具体地说，本发明涉及一种高光焦度的电润湿液体透镜。
二、背景技术
随着液体透镜商业化的实现，液体透镜已经成为未来透镜发展的一个重要方向。液体透镜通过电润湿、介电力、机械力等技术来改变液-液曲面的曲率，具有自动变焦的功能。因此液体透镜已广泛应用于消费电子，工业成像系统和医疗应用。与使用固定材料(例如玻璃或塑料)并需要宏观机械结构用于自动对焦和变焦的传统光学系统相比，液体透镜更快，并且功率消耗低。
虽然液体透镜具有变焦功能，但目前已有的液体透镜变焦范围受到很大的局限。由电润湿方式驱动的液体透镜存在接触角饱和问题，因此，即使在这种结构中两种液体的折射率差大，曲面曲率变化不大，其光焦度也极其有限。其他类型的液体透镜，例如弹力膜液体透镜，在液体与气体之间形成曲率，其光焦度较大，但是无法克服重力效应，因此很难得到广泛应用。
三、发明内容
本发明提出一种高光焦度的电润湿液体透镜。如附图1所示，包括：疏水介电层、填充液体I、填充液体II、下基板透明电极、侧壁电极、上倾斜壁电极、上基板、下基板、侧壁、上倾斜壁。
本发明的一种高光焦度的电润湿液体透镜的工作原理如附图2所示。初始时，由于表面张力，填充液体II呈凸形,与侧壁初始接触角为θ0，当侧壁加电压后，填充液体II在侧壁发生电润湿效应而变成凹形，获得第一次曲面变化，与侧壁接触角变成了θ1。当继续升高电压到一定程度，侧壁接触角达到饱和状态，此时曲率无法继续增大。这时，在上倾斜面加电后，由于填充液体II与上倾斜面有一定的初始角θ2，因此，可在倾斜面上发生电润湿效应，填充液体II继续变形获得第二次曲面变化，与倾斜面接触角为θ3。在整个电润湿过程中，接触角满足下面公式：
其中γ为两填充液体间的表面张力，U1、U2分别为两次的电压，d为介电层厚度，ε为介电层介电常数。整个过程中获得的光焦度由下面公式给出：
φ＝(n2-n1)c (3)
其中n1、n2分别为两填充液体折射率，c为液-液曲面的曲率。与传统液体透镜相比，本发明经过两次液体形变，提高了液体透镜光焦度的变化范围。
优选地，侧壁高d1≥3mm且d1≤5mm，直径d2≥5mm且d2≤15mm。
优选地，下基板直径d3≥5mm且d3≤15mm，厚度d4≥0.5mm且d4≤1.5mm。
优选地，倾斜面与水平方向倾斜角α≥25°且α≤75°。
优选地，填充液体I和填充液体II的密度相同。
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，高光焦度的电润湿液体透镜的驱动方式为电润湿驱动。
四、附图说明
附图1为本发明高光焦度的电润湿液体透镜的结构侧视示意图。
附图2为本发明的工作原理示意图。
附图3为实施例中高光焦度的电润湿液体透镜的光焦度与电压的关系示意图。
上述各附图中的图示标号为：
1下基板透明电极，2侧壁透明电极，3上倾斜面透明电极，4填充液体I，5填充液体II，6疏水介电层，7侧壁，8下基板，9上倾斜壁10上基板。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
五、具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种高光焦度的电润湿液体透镜的实施例，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，不能理解为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1所示，本实施例中下基板的口径为10mm，厚度为1mm，选用ITO玻璃。侧壁高4mm，选用ITO玻璃。上倾斜面倾斜角为45°，选用ITO玻璃。上基板口径5mm，选用窗口玻璃。透镜主体部分的具体参数：疏水介电层厚度～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1.33，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。
本实施例采用的工作波段为456nm-656nm。对本发明施加电压从而引起液-液曲率发生变化从而实现光焦度的变化。当电压从0V到60V变化时，其光焦度变化如附图3所示。与传统液体透镜相比，有效的增大了光焦度。需要指出的本发明实施例中液体透镜的驱动电压为～25V，因此0-20V时，焦距并无变化。

Claims (4)

1.一种高光焦度的电润湿液体透镜，包括：上基板、下基板、疏水介电层、填充液体I、填充液体II、下基板透明电极、侧壁电极、上倾斜壁电极、侧壁、上倾斜壁组成密封容器，中间填充液体Ⅰ和填充液体Ⅱ，两种液体互不相溶，具有不同的折射率，且彼此接触。
2.根据权利要求1所述的一种高光焦度的电润湿液体透镜，其特征在于，填充液体Ⅰ为硅油，填充液体Ⅱ为电解质或者离子液体。
3.根据权利要求1所述的一种高光焦度的电润湿液体透镜，其特征在于，驱动模式为电润湿驱动。
4.根据权利要求1所述的一种高光焦度的电润湿液体透镜，其特征在于，有倾斜壁结构，倾斜壁与水平方向倾斜角在25°到75°之间。
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