CN109188575A - 一种菲涅尔液体透镜及焦距控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种菲涅尔液体透镜及焦距控制方法，通过导通第二沟槽至第i沟槽，以及导通第二沟槽至第i沟槽内的第一液体，使得第二沟槽至第i沟槽内的第一液体发生电润湿效应，第j平面发生倾斜，光线通过第二沟槽至第i沟槽发生汇聚；通过导通第一沟槽，以及导通第一沟槽内的第一液体，使得第一沟槽内的第一液体发生电润湿效应，第一液体与第二液体接触界面的曲率发生变化，光线通过第一沟槽时发生汇聚；通过控制第二沟槽至第i沟槽的焦距f₂与第一沟槽的焦距f₁一致，实现液体透镜聚焦，达到实现液体透镜小型化的目的，便于精确控制，扩大了应用部件的应用场景和增强应用部件的适用性。

Description

一种菲涅尔液体透镜及焦距控制方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种菲涅尔液体透镜及焦距控制方法。

背景技术

目前，光学系统尤其是光学变焦系统通常由固定焦距的固体透镜制成，为了调节其焦距，光学变焦系统需要使用多组固体透镜，通过机械部件带动固体透镜运动来实现光学变焦系统调焦，尤其在大口径的光学变焦系统中，存在光学变焦系统结构复杂、不便于精确控制以及变焦速度较慢的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种菲涅尔液体透镜及焦距控制方法，用于解决现有技术中光学变焦系统变焦不便的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种液体透镜，所述液体透镜包括：

第一沟槽、……、第j沟槽、……、第i沟槽，i≥j≥2，且i和j均为正整数；第一液体，所述第一液体的材料包含导体材料；第二液体，所述第二液体的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体不溶于所述第二液体；第j平面与透镜平面相交，定义所述第j沟槽内第一液体与第二液体的接触界面为所述第j平面，定义所述液体透镜所在的平面为透镜平面；所述第二沟槽至所述第i沟槽与所述第一沟槽同心设置；所述第二沟槽至所述第i沟槽内均设有所述第一液体和所述第二液体。

可选的，所述第一沟槽内还设有所述第一液体以及所述第二液体。

可选的，所述第j沟槽包括一用于隔离的第j槽壁，所述第j槽壁还包括一用于绝缘的绝缘层以及一用于导电的导电层。

可选的，在所述第j沟槽中，所述绝缘层分别设置于所述导电层靠近所述第j沟槽的一面以及所述导电层远离所述第j沟槽的一面。

可选的，所述导电层的材料包含氧化铟锡玻璃。

可选的，所述绝缘层的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物的任意一种。

可选的，第j沟槽还包括第j01电极以及第j02电极，所述第j01电极与所述导电层连接，所述第j02电极与所述第j沟槽内的第一液体连接。

可选的，在所述第j01电极以及第j02电极靠近所述液体透镜的一面还设有用于绝缘的隔离层。

可选的，所述隔离层的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物的任意一种。

可选的，所述第j01电极以及所述第j02电极包括第一一电极列、第一二电极列、第二一电极列以及第二二电极列，所述第一一电极列、所述第一二电极列、所述第二一电极列以及所述第二二电极列沿着所述液体透镜的周向均匀设置。

一种液体透镜系统，包括：所述液体透镜以及电源，所述电源与所述第j沟槽以及所述第j沟槽内的第一液体串联。

一种变焦方法，包括：

提供所述液体透镜，或者所述液体透镜系统；

对所述第一沟槽、……、第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第二沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第二二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

通过调整所述第一一电压、……、所述第j1电压、……、所述第i1电压以及调整所述第二二电压、……、所述第j2电压、……、所述第i2电压，将通过所述第二沟槽以及所述第i沟槽光线汇聚。

可选的，V_(j-1)1、V_j2及V_j1的数学关系表达为：

|V_(j-1)1－V_j2|＞|V_j2－V_j1|

其中，V_(j-1)1为第(j－1)1电压，V_j2为第j2电压，V_j1为第j1电压。

一种焦距调节方法，所述焦距调节方法还包括：

提供所述液体透镜，或者所述液体透镜系统；

堆叠一用于绝缘的绝缘层于所述第j沟槽内；

对所述第一沟槽、……、所述第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第二沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第二二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦。

可选的，第j平面与透镜平面相交，定义所述第j沟槽内第一液体与第二液体的接触界面为所述第j平面，定义所述液体透镜所在的平面为所述透镜平面，定义垂直于所述透镜平面的直线为第一直线，为所述第j平面与所述第一直线的夹角包括第一夹角以及第二夹角，所述第一夹角及所述第二夹角与所述第(j－1)1电压、所述第j2电压以及所述第j1电压的数学关系表达为：

θ_Rj+θ_Lj＝180°

其中，θ_Rj为所述第一夹角，θ_Rj的单位为度，θ_Lj为所述第二夹角，θ_Lj的单位为度，ε₀为真空的介电系数，ε₀的单位为法/米，ε_d为所述绝缘层的相对介电常数，ε_d为无量纲单位，d为所述绝缘层的厚度，d的单位为米，γ_OW为所述第一液体与所述第二液体接触界面的张力，γ_OW的单位为牛/米，θ₀为未施加电压时所述第一液体与所述绝缘层的接触角，θ₀的单位为度，V_j2、V_j1以及V_(j-1)1的单位均为伏。

可选的，所述第j沟槽的焦距数学表达为：

f_j＝d·tant(θ_Lj-θ₂)+h

θ₁＝θ_Lj－90°

其中，θ₁为光线在所述第j沟槽的入射角，θ₂为光线在所述第j沟槽的折射角，θ₁和θ₂的单位为度，h为光线在所述第j沟槽内的折射点沿所述第一直线方向上与光心的距离，h的单位为米，f_j为所述第j沟槽的焦距，f_j的单位为米，n₁为第一液体折射率，n₂为第二液体折射率，n₁和n₂为无量纲单位。

第一沟槽焦距调节方法，所述第一沟槽焦距调节包括：

在第一沟槽内注入第一液体以及第二液体，所述第一液体的材料包含导体材料，所述第二液体的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体不溶于所述第二液体；

对所述第一沟槽施加第一一电压；

对所述第一沟槽内的第一液体施加第一二电压。

可选的，堆叠一用于绝缘的绝缘层于所述第一沟槽内。

可选的，所述第一沟槽的焦距数学表达为：

其中，ε₀为真空的介电系数，ε₀的单位为法/米，ε_d为所述绝缘层的相对介电常数，ε_d为无量纲单位，d为所述绝缘层的厚度，d的单位为米，γ_OW为所述第一液体与所述第二液体接触界面的张力，γ_OW的单位为牛/米，θ₀为未施加电压时所述第一液体与所述绝缘层的接触角，θ₀的单位为度，n₁为第一液体折射率，n₂为第二液体折射率，r为所述第一沟槽的半径，V₁₁为所述第一一电压，V₁₂为所述第一二电压，V₁₁以及V₁₂的单位为伏，f₁为所述第一沟槽的焦距，f₁的单位为米。

一种调焦控制方法，包括：

提供所述液体透镜，或者所述液体透镜系统；

对所述第一沟槽、……、所述第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第一沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第一二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦，所述第二沟槽至所述第i沟槽的焦距为f₂；

将所述第一沟槽对焦，所述第一沟槽的焦距为f₁；

将f₁与f₂的数学关系设置为相等，调节所述第一一电压、……、所述第j1电压、……、所述第i1电压以及所述第一二电压、……、所述第j2电压、……、所述第i2电压。

如上所述，在本发明提供的菲涅尔液体透镜及焦距控制方法中：

通过导通第二沟槽至第i沟槽，以及导通第二沟槽至第i沟槽内的第一液体，使得第二沟槽至第i沟槽内的第一液体发生电润湿效应，第j平面发生倾斜，光线通过第二沟槽至第i沟槽发生汇聚；

通过导通第一沟槽，以及导通第一沟槽内的第一液体，使得第一沟槽内的第一液体发生电润湿效应，第一液体与第二液体接触界面的曲率发生变化，光线通过第一沟槽时发生汇聚；

通过控制第二沟槽至第i沟槽的焦距f₂与第一沟槽的焦距f₁一致，实现液体透镜聚焦，进而实现液体透镜的小型化，便于精确控制，扩大了应用部件的应用场景和增强应用部件的适用性；

通过设置多个沟槽或者设置不同直径的沟槽，增大液体透镜口径，提高了液体透镜的焦距调节量程；

降低了液体透镜的厚度。

附图说明

图1显示为本发明实施例的液体透镜结构示意图

图2显示为本发明实施例中第一沟槽和第二沟槽结构示意图。

图3显示为本发明实施例中第j沟槽结构示意图。

图4显示为本发明实施例中液体透镜俯视结构示意图。

图5显示为图4中AOB截面示意图。

图6显示为本发明实施例第一沟槽以及第j沟槽调焦光路示意图。

图7显示为本发明实施例焦距调节方法的调节状态示意图。

图8显示为本发明实施例调焦控制方法的调节状态示意图。

零件标号说明

1 第一沟槽

2 第二沟槽

j 第j沟槽

i 第i沟槽

A 第一液体

B 第二液体

V11 第一一电压

V12 第一二电压

V21 第二一电压

V22 第二二电压

V31 第三一电压

V32 第三二电压

V41 第四一电压

V42 第四二电压

V51 第五一电压

V52 第五二电压

V61 第六一电压

V62 第六二电压

V71 第七一电压

V72 第七二电压

V81 第八一电压

V82 第八二电压

Vj1 第j1电压

Vj2 第j2电压

V_(j-1)1 第(j-1)1电压

20 隔离层

21 绝缘层

22 导电层

23 隔离层

j0 第j平面

j1 入射光

j2 折射光

100 折射点

101 光心

U11 第一一电极列

U12 第一二电极列

U21 第二一电极列

U22 第二二电极列

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，本发明提供一种液体透镜，液体透镜包括：第一沟槽1、……、第j沟槽j、……、第i沟槽i，i≥j≥2，且i和j均为正整数；第一液体A，所述第一液体A的材料包含导体材料，所述导体材料可以为电解质的水溶液，电解质可选取例如溴化锂，例如硫酸钠，又例如氯化钾；第二液体B，所述第二液体B的材料包含绝缘疏水材料，例如选取硅油，所述第一液体A不溶于所述第二液体B；第j平面与透镜平面相交，定义所述第j沟槽内第一液体与第二液体的接触界面为所述第j平面，定义所述液体透镜所在的平面为透镜平面；所述第二沟槽至所述第i沟槽i与所述第一沟槽1同心设置；所述第二沟槽至所述第i沟槽i内均设有所述第一液体A和所述第二液体B，在使用过程中，可通过外接电源分别导通第一沟槽1至第i沟槽i，以及适应性地导通第二沟槽至第i沟槽i内的第一液体A，第二沟槽至第i沟槽i内的第一液体A发生电润湿效应，由于第一液体A与第二液体B以及相应的沟槽之间的接触角发生变化，因此沟槽内的第一液体A与第二液体B接触界面的形状发生变化，当光线通过第二沟槽至第i沟槽i时发生折射，并产生聚焦，在实际应用过程中，还可以通过设置不同沟槽数量以及不同沟槽直径，达到制成不同焦距量程以及不同口径的液体透镜，例如，当相邻两个沟槽直径相差较小时，第一沟槽也可以设置为较小直径，光线在第一沟槽处发生垂直摄入，而且光线在第二沟槽至第i沟槽处发生折射，进而第一沟槽至第i沟槽的焦点能够达到汇聚。

请参阅图2，在其他实施例中，所述第一沟槽1内还可以设有所述第一液体A以及所述第二液体B，第一沟槽1的直径可以相对较大，由于所述第二沟槽2至所述第i沟槽i与所述第一沟槽1同心设置，因此第二沟槽2至第i沟槽i可以为环形结构，第j沟槽环形结构的内径可以相对较小，通过第一沟槽1、第二沟槽2至第j沟槽的配合调焦，实现第一沟槽1至第i沟槽的聚焦，以第一沟槽1和第二沟槽2进行示例，对第一沟槽1施加电压V₁₁，对第一沟槽1内的第一液体A施加电压V₁₂，在第一沟槽1内发生电润湿效应，第一沟槽1内的第一液体A与第二液体B接触界面的曲率变化，例如施加电压增大时，曲率变大，对第二沟槽2施加电压V₂₁，对第二沟槽2内的第一液体A施加电压V₂₂，在第二沟槽2内的第一液体A与第二液体B接触界面相对于透镜平面发生倾斜，光线通过第二沟槽2发生汇聚。

请参阅图3，示例性地，所述第j沟槽j包括用于隔离的第j槽壁20，所述第j槽壁20还包括用于绝缘的绝缘层21以及用于导电的导电层22，当需要第j沟槽j发生调焦时，可导通第(j-1)沟槽壁及第j沟槽壁20，以及导通第j沟槽j内的第一液体A，并对第(j-1)沟槽壁以及第j沟槽壁20分别施加电压V_(j-1)1和V_j1，对第j沟槽j内的第一液体A施加电压V_j2，此时，第一液体A与第(j-1)沟槽壁及第二液体B的接触角发生变化，且第一液体A与在第j沟槽壁20及第二液体B的接触角发生变化，进而第j平面j0与透镜平面相交，光线在第j平面j0发生折射时能够汇聚。

较佳地，在所述第j沟槽j中，所述绝缘层21分别设置于所述导电层22靠近所述第j沟槽j的一面以及所述导电层22远离所述第j沟槽j的一面，为了提高液体透镜的透过率，所述导电层的材料可选取氧化铟锡玻璃(ITO)，氧化铟锡玻璃不仅光线通过率高，而且能够导电。

为了加剧电润湿效应，所述绝缘层21的材料可选取例如聚四氟乙烯(Teflon)，例如聚对二甲苯(Parylene)，又例如全氟环状聚合物(Cytop)，较佳地，选取全氟环状聚合物(Cytop)，不仅具有绝缘疏水性能，而且具有良好的光线通透性。

示例性地，可以设置驱动电极导通第j沟槽以及导通第j沟槽内的第一液体A，相应地，第j01电极导通所述第j沟槽j的导电层22，第j02电极导通第j沟槽j内的第一液体A，为了防止短路和电路混联，可在第j01电极靠近液体透镜的一面设置用于绝缘的隔离层23，同理，还可以在第j02电极靠近液体透镜的一面设置隔离层23，隔离层23的材料可选取例如聚四氟乙烯(Teflon)，例如聚对二甲苯(Parylene)，又例如全氟环状聚合物(Cytop)，较佳地，选取全氟环状聚合物(Cytop)，不仅具有绝缘疏水性能，而且具有良好的光线通透性，为了提高隔离层23与第j02电极的结合力以及提高隔离层23的绝缘性能，可在隔离层23与第j02电极之间堆叠一层过渡层，所述过渡层的材料包含镍、锌或者三氧化二铝中的至少一种。

为了便于排线以及便于电压控制，可将第j01电极和第j02电极分成若个个电极列，不同电极列之间相邻设置或者隔离设置，电极列的数量可为2、3、4……、10，请参阅图4和图5，第j01电极和第j02电极可以包括第一一电极列U11、第一二电极列U12、第二一U21电极列以及第二二电极列U22，所述第一电极列U11可以施加电压V₁₁、电压V₃₁、电压V₅₁以及电压V₇₁，所述第一一电极列U11可以施加电压V₁₁、电压V₃₁、电压V₅₁以及电压V₇₁，所述第一二电极列U12可以施加电压V₁₂、电压V₃₂、电压V₅₂以及电压V₇₂，所述第二一电极列U21可以施加电压V₂₁、电压V₄₁、电压V₆₁以及电压V₈₁，所述第二二电极列U22可以施加电压V₂₂、电压V₄₂、电压V₆₂以及电压V₈₂，通过将所述第一一电极列U11、所述第一二电极列U12、所述第二一电极列U21以及所述第二二电极列U22沿着所述液体透镜的周向设置，实现便于排线以及便于装配的目的，较佳地，通过将所述第一一电极列U11、所述第一二电极列U12、所述第二一电极列U21以及所述第二二电极列U22沿着所述液体透镜的周向均与设置。

在又一实施例中，提供一种液体透镜系统，包括：所述液体透镜以及电源，所述电源与所述第j沟槽以及所述第j沟槽内的第一液体串联。

本发明一实施例中，还提供一种变焦方法，包括：

提供所述液体透镜或者所述液体透镜系统；

对所述第一沟槽、……、第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第二沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第二二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

通过调整所述第一一电压、……、所述第j1电压、……、所述第i1电压以及调整所述第二二电压、……、所述第j2电压、……、所述第i2电压，将通过所述第二沟槽以及所述第i沟槽光线汇聚通过导通第j沟槽以及第j沟槽内的第一液体，产生电润湿效应，改变第j沟槽内第一液体与第二液体的接触角，实现液体透镜或者液体透镜系统聚焦。

较佳地，V_(j-1)1、V_j2及V_j1的数学关系表达为：

|V_(j-1)1－V_j2|＞|V_j2－V_j1|

其中，V_(j-1)1为第(j－1)1电压，V_j2为第j2电压，V_j1为第j1电压，通过将V_(j-1)1、V_j2及V_j1设置为上述数学关系，第j沟槽内的第一液体靠近第(j-1)沟槽一侧的电势差大于第j沟槽内的第一液体远离第(j-1)沟槽一侧的电势差，因此第j平面相对于透镜平面倾斜设置，实现第二沟槽至第i沟槽的光线汇聚。

请参阅图7，在一实施例中，还提供一种焦距调节方法，所述焦距调节方法还包括：

提供所述液体透镜或者所述液体透镜系统；

堆叠一用于绝缘的绝缘层于所述第j沟槽内；

对所述第一沟槽、……、所述第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第二沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第二二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦。

请参阅图3，第j平面j0与透镜平面相交，定义所述第j沟槽j内第一液体A与第二液体B的接触界面为所述第j平面j0，定义所述液体透镜所在的平面为所述透镜平面，定义垂直于所述透镜平面的直线为第一直线，为所述第j平面j0与所述第一直线的夹角包括第一夹角θ_Rj以及第二夹角θ_Lj，所述第一夹角θ_Rj及所述第二夹角θ_Lj与所述第(j－1)1电压、所述第j2电压以及所述第j1电压的数学关系表达为：

θ_Rj+θ_Lj＝180°

其中，θ_Rj为所述第一夹角，θ_Rj的单位为度，θ_Lj为所述第二夹角，θ_Lj的单位为度，ε₀为真空的介电系数，ε₀的单位为法/米，ε_d为所述绝缘层的相对介电常数，ε_d为无量纲单位，d为所述绝缘层的厚度，d的单位为米，γ_OW为所述第一液体与所述第二液体接触界面的张力，γ_OW的单位为牛/米，θ₀为未施加电压时所述第一液体与所述绝缘层的接触角，θ₀的单位为度，V_j2、V_j1以及V_(j-1)1的单位均为伏，通过上述数学表达关系，实现了第j平面j0倾斜角度的精确控制，便于精确和快速变焦。

请参阅图6，所述第j沟槽的焦距数学表达为：

f_j＝d·tant(θ_Lj-θ₂)+h

θ₁＝θ_Lj－90°

其中，θ₁为光线在所述第j沟槽j的入射角，θ₂为光线在所述第j沟槽j的折射角，θ₁和θ₂的单位为度，其中入射角为入射光线j1与第j平面j0的夹角，折射角为折射光线j2与第j平面j0的夹角，h为光线在所述第j沟槽内的折射点100沿所述第一直线j1方向上与光心101的距离，h的单位为米，f_j为所述第j沟槽j的焦距，f_j的单位为米，n₁为第一液体A折射率，n₂为第二液体B折射率，n₁和n₂为无量纲单位，通过上述数学表达关系，可将第二沟槽至第i沟槽的焦距设置为相同值，进而实现了第二沟槽至第i沟槽的聚焦，控制精度较高，反应速度较快，而且能够应用于大口径的光学变焦系统中。

第一沟槽焦距调节方法，所述第一沟槽焦距调节包括：

在第一沟槽内注入第一液体以及第二液体，所述第一液体的材料包含导体材料，所述第二液体的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体不溶于所述第二液体；

对所述第一沟槽施加第一一电压；

对所述第一沟槽内的第一液体施加第一二电压，通过调整第一一电压和第一二电压，将第一沟槽内的第一液体聚焦，实现了光学变焦系统中心区域的焦距控制。

较佳地，堆叠一用于绝缘的绝缘层于所述第一沟槽内。

请参阅图6，所述第一沟槽的焦距数学表达为：

其中，ε₀为真空的介电系数，ε₀的单位为法/米，ε_d为所述绝缘层的相对介电常数，ε_d为无量纲单位，d为所述绝缘层的厚度，d的单位为米，γ_OW为所述第一液体与所述第二液体接触界面的张力，γ_OW的单位为牛/米，θ₀为未施加电压时所述第一液体与所述绝缘层的接触角，θ₀的单位为度，n₁为第一液体折射率，n₂为第二液体折射率，r为所述第一沟槽的半径，V₁₁为所述第一一电压，V₁₂为所述第一二电压，V₁₁以及V₁₂的单位为伏，f₁为所述第一沟槽的焦距，f₁的单位为米，通过对第一沟槽的焦距控制，实现了第一沟槽的精确聚焦。

请结合图7和图8，在另一实施例中还提供一种调焦控制方法，包括：

提供所述液体透镜，或者所述液体透镜系统；

对所述第一沟槽、……、所述第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第一沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第一二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦，所述第二沟槽至所述第i沟槽的焦距为f₂；

将所述第一沟槽对焦，所述第一沟槽的焦距为f₁，示例性地，可以先将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦，然后再将所述第一沟槽对焦，也可以先将所述第一沟槽对焦，然后将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦；

将f₁与f₂的数学关系设置为相等，调节所述第一一电压、……、所述第j1电压、……、所述第i1电压以及所述第一二电压、……、所述第j2电压、……、所述第i2电压，进而通过控制导通电压，实现第一沟槽至第i沟槽的聚焦，便于调焦控制，而且便于应用于口径较大的光学变焦系统中。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种液体透镜，其特征在于，所述液体透镜包括：

第一沟槽、……、第j沟槽、……、第i沟槽，i≥j≥2，且i和j均为正整数；

第一液体，所述第一液体的材料包含导体材料；

第二液体，所述第二液体的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体不溶于所述第二液体；

第j平面与透镜平面相交，定义所述第j沟槽内第一液体与第二液体的接触界面为所述第j平面，定义所述液体透镜所在的平面为透镜平面；

所述第二沟槽至所述第i沟槽与所述第一沟槽同心设置；

所述第二沟槽至所述第i沟槽内均设有所述第一液体和所述第二液体。

2.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述第一沟槽内还设有所述第一液体以及所述第二液体。

3.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述第j沟槽包括用于隔离的第j槽壁，所述第j槽壁包括用于绝缘的绝缘层以及用于导电的导电层。

4.根据权利要求3所述的液体透镜，其特征在于，在所述第j沟槽中，所述绝缘层分别设置于所述导电层靠近所述第j沟槽的一面以及所述导电层远离所述第j沟槽的一面。

5.根据权利要求3所述的液体透镜，其特征在于，所述导电层的材料包含氧化铟锡玻璃。

6.根据权利要求3所述的液体透镜，其特征在于，所述绝缘层的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物的至少一种。

7.根据权利要求3所述的液体透镜，其特征在于，所述第j沟槽还包括第j01电极以及第j02电极，所述第j01电极与所述导电层电性连接，所述第j02电极与所述第j沟槽内的第一液体电性连接。

8.根据权利要求7所述的液体透镜，其特征在于，在所述第j01电极以及第j02电极靠近所述液体透镜的一面还设有用于绝缘的隔离层。

9.根据权利要求8所述的液体透镜，其特征在于，所述隔离层的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物的任意一种。

10.根据权利要求7所述的液体透镜，其特征在于，所述第j01电极以及所述第j02电极包括第一一电极列、第一二电极列、第二一电极列以及第二二电极列，所述第一一电极列、所述第一二电极列、所述第二一电极列以及所述第二二电极列沿着所述液体透镜的周向设置。

11.一种液体透镜系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至10任一项所述的液体透镜以及电源，所述电源与所述第j沟槽以及所述第j沟槽内的第一液体串联。

12.一种变焦方法，其特征在于，所述变焦方法包括：

提供如权利要求1至10任一项所述的液体透镜，或者提供如权利要求11所述的液体透镜系统；

对所述第一沟槽、……、第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第二沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第二二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

通过调整所述第一一电压、……、所述第j1电压、……、所述第i1电压以及调整所述第二二电压、……、所述第j2电压、……、所述第i2电压，将通过所述第二沟槽以及所述第i沟槽光线汇聚。

13.根据权利要求12所述的变焦方法，其特征在于，V_(j-1)1、V_j2及V_j1的数学关系表达为：

|V_(j-1)1－V_j2|＞|V_j2－V_j1|

其中，V_(j-1)1为第(j－1)1电压，V_j2为第j2电压，V_j1为第j1电压。

14.一种焦距调节方法，其特征在于，所述焦距调节方法还包括：

提供如权利要求1至10任一项所述的液体透镜，或者提供如权利要求11所述的液体透镜系统；

堆叠一用于绝缘的绝缘层于所述第j沟槽内；

对所述第一沟槽、……、所述第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第二沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第二二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦。

15.根据权利要求14所述的焦距调节方法，其特征在于，第j平面与透镜平面相交，定义所述第j沟槽内第一液体与第二液体的接触界面为所述第j平面，定义所述液体透镜所在的平面为所述透镜平面，定义垂直于所述透镜平面的直线为第一直线，为所述第j平面与所述第一直线的夹角包括第一夹角以及第二夹角，所述第一夹角及所述第二夹角与所述第(j－1)1电压、所述第j2电压以及所述第j1电压的数学关系表达为：

θ_Rj+θ_Lj＝180°

其中，θ_Rj为所述第一夹角，θ_Rj的单位为度，θ_Lj为所述第二夹角，θ_Lj的单位为度，ε₀为真空的介电系数，ε₀的单位为法/米，ε_d为所述绝缘层的相对介电常数，ε_d为无量纲单位，d为所述绝缘层的厚度，d的单位为米，γ_OW为所述第一液体与所述第二液体接触界面的张力，γ_OW的单位为牛/米，θ₀为未施加电压时所述第一液体与所述绝缘层的接触角，θ₀的单位为度，V_j2、V_j1以及V_(j-1)1的单位均为伏。

16.根据权利要求15所述的焦距调节方法，其特征在于，所述第j沟槽的焦距数学表达为：

f_j＝d·tant(θ_Lj-θ₂)+h

θ₁＝θ_Lj－90°

其中，θ₁为光线在所述第j沟槽的入射角，θ₂为光线在所述第j沟槽的折射角，θ₁和θ₂的单位为度，h为光线在所述第j沟槽内的折射点沿所述第一直线方向上与光心的距离，h的单位为米，f_j为所述第j沟槽的焦距，f_j的单位为米，n₁为第一液体折射率，n₂为第二液体折射率，n₁和n₂为无量纲单位。

17.第一沟槽焦距调节方法，其特征在于，所述第一沟槽焦距调节包括：

在第一沟槽内注入第一液体以及第二液体，所述第一液体的材料包含导体材料，所述第二液体的材料包含绝缘疏水材料，所述第一液体不溶于所述第二液体；

对所述第一沟槽施加第一一电压；

对所述第一沟槽内的第一液体施加第一二电压。

18.根据权利要求17所述的第一沟槽焦距调节方法，其特征在于，堆叠一用于绝缘的绝缘层于所述第一沟槽内。

19.根据权利要求18所述的第一沟槽焦距调节方法，其特征在于，所述第一沟槽的焦距数学表达为：

其中，ε₀为真空的介电系数，ε₀的单位为法/米，ε_d为所述绝缘层的相对介电常数，ε_d为无量纲单位，d为所述绝缘层的厚度，d的单位为米，γ_OW为所述第一液体与所述第二液体接触界面的张力，γ_OW的单位为牛/米，θ₀为未施加电压时所述第一液体与所述绝缘层的接触角，θ₀的单位为度，n₁为第一液体折射率，n₂为第二液体折射率，r为所述第一沟槽的半径，V₁₁为所述第一一电压，V₁₂为所述第一二电压，V₁₁以及V₁₂的单位为伏，f₁为所述第一沟槽的焦距，f₁的单位为米。

20.一种调焦控制方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1至10任一项所述的液体透镜，或者提供如权利要求11所述的液体透镜系统；

对所述第一沟槽、……、所述第j沟槽、……、所述第i沟槽分别施加第一一电压、……、第j1电压、……、第i1电压，对所述第一沟槽内的第一液体、……、所述第j沟槽的第一液体、……、所述第i沟槽的第一液体分别施加第一二电压、……、第j2电压、……、第i2电压；

将所述第二沟槽至所述第i沟槽对焦，所述第二沟槽至所述第i沟槽的焦距为f₂；

将所述第一沟槽对焦，所述第一沟槽的焦距为f₁；

将f₁与f₂的数学关系设置为相等，调节所述第一一电压、……、所述第j1电压、……、所述第i1电压以及所述第一二电压、……、所述第j2电压、……、所述第i2电压。