CN218497181U - 一种液体透镜及光学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液体透镜及光学装置，所述的液体透镜包括第一电极柱、第二电极柱、第一透光板与第二透光板，第一电极柱与第二电极柱由下至上同轴设置，第一电极柱上开设有第一通光孔，第二电极柱上开设有第二通光孔，第一通光孔与第二通光孔相互连通；第一透光板密封第一通光孔，第二透光板密封第二通光孔，第一电极柱、第二电极柱、第一透光板与第二透光板围设成用于放置光学溶液的容纳腔，将液体透镜在与所述第一通光孔轴线垂直的截面上的最大线性距离记为第一距离，且第一距离≤8mm，第一通光孔的孔径与第一距离的比值≥0.5。本实用新型通过合理设计液体透镜的关联规格参数，得到了适用于消费类产品领域的液体透镜。

Description

一种液体透镜及光学装置

技术领域

本实用新型属于透镜制造技术领域，涉及一种液体透镜及光学装置。

背景技术

基于电润湿原理的液体透镜是以一种或两种液体为基材，通过改变液体表面曲率达到变焦的目的。传统固体镜头变焦系统需要依靠步进电机或音圈电机驱动一组或多组镜头移动，存在难以小型化、变焦速度慢、价格昂贵、寿命短、不便于精确控制以及可靠性差等缺点。基于电润湿原理的液体透镜能够解决这些问题，其优势在于响应速度快、结构占用空间小。

然而，现有液体透镜产品整体规格的关联设计几乎仅仅参考了工业使用特征，以至于现有液体透镜无论是结构特征、成像质量或是成像能力都无法满足消费类产品应用。因此，现有液体透镜规格参数使得其仅适合应用于工业领域，而在消费类产品(例如手机、AR/VR等)领域应用上则很难适用。

考虑液体透镜规格关联设计，保证液体透镜成像质量前提下，开发一款能应用于消费类产品领域的液体透镜是十分必要的，也是本技术领域人员亟待解决的技术性难题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种液体透镜及光学装置，通过探究液体透镜的关联规格参数设计，得到适用于消费类产品领域的液体透镜，解决了现有液体透镜产品无法应用于消费类产品领域的难题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种液体透镜，所述的液体透镜包括第一电极柱、第二电极柱、第一透光板与第二透光板，所述第一电极柱与所述第二电极柱由下至上同轴设置，所述第一电极柱上开设有第一通光孔，所述第二电极柱上开设有第二通光孔，所述第一通光孔与第二通光孔相互连通；

所述第一透光板密封所述第一通光孔，所述第二透光板密封所述第二通光孔，所述第一电极柱、第二电极柱、第一透光板与第二透光板围设成容纳腔，所述容纳腔用于放置光学溶液；

将液体透镜在与所述第一通光孔轴线垂直的截面上的最大线性距离记为第一距离，所述第一距离≤8mm；

所述第一通光孔的孔径与所述第一距离的比值≥0.5。

需要说明的是，本实用新型中第一距离是指液体透镜的外周的最大尺寸，即液体透镜投射在与第一通光孔轴线垂直的水平面上的最大线性距离。当第一电极柱与第二电极柱的外部未设置其他零部件时，第一距离为第一电极柱或第二电极柱在与第一通光孔轴线垂直的水平面上的最大线性距离；当第一电极柱与第二电极柱的外部存在其他零部件(如本领域技术人员所熟知的固定套筒或加热环等)时，第一距离是包含了所有其他零部件的整体结构的最大线性距离。本实用新型的液体透镜的结构紧凑，已符合消费类产品的要求。

作为本实用新型一个优选技术方案，将液体透镜在与所述第一通光孔轴线平行的截面上的最大垂直线性距离记为第二距离，所述第二距离与所述第一距离的比值≤0.8175。

需要说明的是，本实用新型中第二距离是指液体透镜的外周的最大厚度，即液体透镜投射在与第一通光孔轴线水平的水平面上的最大线性距离。当第一电极柱与第二电极柱的外部未设置其他零部件时，第二距离为第一电极柱或第二电极柱在与第一通光孔轴线水平的水平面上的最大垂直线性距离；当第一电极柱与第二电极柱的外部存在其他零部件(如本领域技术人员所熟知的固定套筒、加热环等)时，第二距离是包含了所有其他零部件的整体结构的最大线性距离。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述第二距离＜1.5mm。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一电极柱上开设有第一固定孔，所述第二电极柱上开设有第二固定孔，所述第一固定孔与所述第二固定孔相对设置，所述第一透光板固定于所述第一固定孔内，所述第二透光板固定于所述第二固定孔内。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一通光孔的轴线与所述第一电极柱的轴线重合，所述第二通光孔的轴线与所述第二电极柱的轴线重合。

需要说明的是，本实用新型中第一电极柱的部分表面、第二电极柱的部分表面、密封垫圈的部分表面、以及第一透光板与第二透光板构成容纳腔的腔壁，即为封闭结构，用于存储光学溶液，入射到容纳腔中的光束依次透过第二透光板、第二通光孔、光学溶液、第一通光孔与第一透光板。第一电极柱与第二电极柱进行接电，以施加电压，以使得液体透镜形成负光焦度或正光焦度。

还需要说明的是，本实用新型中第一固定孔开设在第一电极柱中，第二固定孔开设在第二电极柱中，实现第一电极柱与第一透光板的连接，第二电极柱与第二透光板的连接。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一电极柱和第二电极柱之间还设置有密封垫圈。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述第一通光孔包括沿远离所述第一透光板的方向依次设置的平滑段与渐扩段；所述渐扩段的直径由所述平滑段向靠近所述第二电极柱的方向递增；

所述渐扩段的延长线与所述第一透光板之间的夹角为0～90°，且不为0°，例如可以是5°、10°、14°、15°、20°、25°、30°、40°、45°、60°、70°、75°、80°或90°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一个优选技术方案，位于所述渐扩段的所述第一电极柱的内壁表面设置有介电膜层与疏水膜层，所述介电膜层与所述疏水膜层由第一电极柱向靠近所述容纳腔内光学溶液的方向依次层叠设置，所述介电膜层与所述第一电极柱之间还设置有粘合层。

需要说明的是，本实用新型中的介电膜层与疏水膜层固定于第一电极柱的倾斜面的表面，且疏水膜层完全覆盖住介电膜层。介电膜层能够防止第一电极柱被电击穿，疏水膜层的水接触角大于100°，为了获得更大的初始接触角，以减小液体透镜的迟滞。

还需要说明的是，本实用新型中可采用镀金属氧化物作为粘合层，例如Al₂O₃或Ta₂O₅，既可以增加介电膜层与之间的粘合力，又可以起到绝缘作用，用来提高液体透镜的击穿电压。粘合层可以通过物理气相沉积(Physical vapor deposition，PVD)或真空磁控溅射沉积(Vacuum magnetron sputtering deposition)等方法制备。

作为本实用新型一个优选技术方案，所述光学溶液包括导电液体与非导电液体，所述导电液体与非导电液体互不相溶；

所述导电液体的折射率与所述非导电液体的折射率的差值＞0.15。

需要说明的是，本实用新型中的导电液体与非导电液体的密度相近，互不相溶，在容纳腔内的导电液体和非导电液体之间形成液-液界面，折射率的差值＞0.15，具有较宽的变焦范围。另外，非导电液体靠近第一透光板，导电液体靠近第二透光板，并且导电液体与非导电液体均分别与第一电极柱的部分表面接触，导电液体还与第二电极柱的部分表面进行接触，以便更好地完成电润湿作用。

第二方面，本实用新型提供了一种光学装置，所述光学装置包括第一方面所述的液体透镜。

本实用新型提供的光学装置中，通过将液体透镜进行接电，以施加电压。在未连通电源的情况下，容纳腔内的导电液体和非导电液体之间的液体界面呈凹液面，此时形成负光焦度，随着接通电源，并且不断加大电压，液体界面呈凸液面，此时形成正光焦度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的一种液体透镜及光学装置，通过合理设计液体透镜的关联规格参数，得到适用于消费类产品领域的液体透镜，解决了现有液体透镜产品无法应用于消费类产品领域的难题。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的液体透镜的剖视图；

图2为本实用新型实施例1提供的第一电极柱的剖视图；

图3为本实用新型实施例1提供的第二电极柱的剖视图。

其中，1-容纳腔；2-第一电极柱；3-第二电极柱；4-第一透光板；5-第二透光板；6-密封垫圈；7-第一通光孔；8-第二通光孔；9-第一固定孔；10-第二固定孔；11-疏水膜层；12-介电膜层；13-导电液体；14-非导电液体；15-液-液界面。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种液体透镜，所述的液体透镜包括第一电极柱2、第二电极柱3、第一透光板4与第二透光板5，所述第一电极柱2与所述第二电极柱3由下至上同轴设置，所述第一电极柱2上开设有第一通光孔7，所述第二电极柱3上开设有第二通光孔8，所述第一通光孔7与第二通光孔8相互连通。所述第一透光板4密封所述第一通光孔7，所述第二透光板5密封所述第二通光孔8。所述第一电极柱2、第二电极柱3、第一透光板4与第二透光板5围设成容纳腔1，所述容纳腔1用于放置光学溶液。

将液体透镜在与所述第一通光孔7轴线垂直的截面上的最大线性距离记为第一距离，所述第一距离≤8mm；所述第一通光孔7的孔径与所述第一距离的比值≥0.5。

其中，本实用新型的液体透镜的结构紧凑，已符合消费类产品的要求。

第一透光板4与第二透光板5能够透射可见光，材质可以为有机材料，也可以是无机材料，包括但不限于玻璃板或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)板。

在一些实施方式中，将液体透镜在与所述第一通光孔7轴线平行的截面上的最大垂直线性距离记为第二距离，所述第二距离与所述第一距离的比值≤0.8175。

在一些实施方式中，所述第二距离＜1.5mm。

在一些实施方式中，所述第一电极柱2上开设有第一固定孔9，所述第二电极柱3上开设有第二固定孔10，所述第一固定孔9与所述第二固定孔10相对设置，所述第一透光板固定于所述第一固定孔9内，所述第二透光板固定于所述第二固定孔10内。

在一些实施方式中，所述第一通光孔7的轴线与所述第一电极柱2的轴线重合，所述第二通光孔8的轴线与所述第二电极柱3的轴线重合。

在一些实施方式中，所述第一电极柱和第二电极柱之间还设置有密封垫圈。密封垫圈6用于连接第一电极柱2与第二电极柱3，起到密封作用，密封垫圈6的材料可选自聚四氟乙烯，聚对二甲苯，或全氟环状聚合物。

本实用新型中第一固定孔9开设在第一电极柱2中，第二固定孔10开设在第二电极柱3中，实现第一电极柱2与第一透光板4的连接，第二电极柱3与第二透光板5的连接。

本实用新型中第一电极柱2的部分表面、第二电极柱3的部分表面、密封垫圈6的部分表面、以及第一透光板4与第二透光板5，构成透镜本体内的容纳腔1的腔壁，即为封闭结构，用于存储光学溶液，入射到容纳腔1中的光束依次透过第二透光板5、第二通光孔8、光学溶液、第一通光孔7与第一透光板4。将第一电极柱2与第二电极柱3进行接电，以施加电压，以使得液体透镜形成负光焦度或正光焦度。

在一些实施方式中，第一电极柱2的材质包括Zn，Cu，Cr或Al等各类金属材料，第二电极柱3的材质包括金属铁、铁合金、金属铜、金属锌、铜合金、锌合金、铜锌合金、金属铝或铝合金中的任意一种，可通过数控机床加工、钣金工艺或模具成型制备第二电极柱3。

在一些实施方式中，所述第一通光孔7包括沿远离所述第一透光板5的方向依次设置的平滑段与渐扩段，所述渐扩段的直径由所述平滑段向靠近所述第二电极柱2的方向递增，所述渐扩段的延长线与所述第一透光板5之间的夹角为0～90°，且不为0°。

在一些实施方式中，位于所述渐扩段的所述第一电极柱2的内壁表面设置有介电膜层12与疏水膜层11，所述疏水膜层11与所述介电膜层12沿着靠近所述容纳腔1内光学溶液的方向依次层叠设置，所述介电膜层12与所述第一电极柱2之间还设置有粘合层。

本实用新型中的介电膜层12与疏水膜层11固定于第一电极柱2的倾斜面的表面，且疏水膜层11完全覆盖住介电膜层12，由第一电极柱2的内壁表面向靠近所述容纳腔1内光学溶液的方向依次层叠。介电膜层12能够防止第一电极柱2被电击穿，疏水膜层11的水接触角大于100°，为了获得更大的初始接触角，以减小液体透镜的迟滞。

在一些实施方式中，介电膜层12可选自聚对二甲苯、五氧化二钽、氧化铝或氮化硅中的任一种或至少两种。疏水膜层11选自Cytop、AF1600或其他氟化物。另外，也可仅采用聚对二甲苯、AF1600，在作为介电膜层12的同时，可作为疏水膜层11起到疏水作用。

本实用新型中可采用镀金属氧化物作为粘合层，例如Al₂O₃或Ta₂O₅，既可以增加介电膜层12与第一电极柱2之间的粘合力，又可以起到绝缘作用，用来提高液体透镜的击穿电压。粘合层可以通过物理气相沉积(Physical vapor deposition，PVD)或真空磁控溅射沉积(Vacuum magnetron sputtering deposition)等方法制备。

在一些实施方式中，所述光学溶液包括导电液体13与非导电液体14，所述导电液体13与非导电液体14互不相溶，所述导电液体13的折射率与所述非导电液体14的折射率的差值＞0.15。

本实用新型中的导电液体13与非导电液体14的密度相近，互不相溶，在容纳腔1内的导电液体13和非导电液体14之间形成液-液界面15，折射率的差值＞0.15，具有较宽的变焦范围。另外，非导电液体14靠近第一透光板4，导电液体13靠近第二透光板5，并且导电液体13与非导电液体14均分别与第一电极柱2的部分表面接触，导电液体13还与第二电极柱3的部分表面进行接触，以便更好地完成电润湿作用。

在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种光学装置，所述光学装置包括一个具体实施方式所述的液体透镜。

本实用新型的光学装置中，通过将液体透镜的透镜本体进行接电，以施加电压。在未连通电源的情况下，容纳腔1内的导电液体13和非导电液体14之间的液体界面呈凹液面，此时形成负光焦度，随着接通电源，并且不断加大电压，液体界面呈凸液面，此时形成正光焦度。

实施例

本实施例提供了一种液体透镜，包括第一电极柱2、第二电极柱3、第一透光板4与第二透光板5。如图1所示，第一电极柱2和第二电极柱3由下至上同轴设置，且第一电极柱2和第二电极柱3之间还设置有密封垫圈6，密封垫圈6为聚四氟乙烯。

如图2和图3所示，第一电极柱2上开设有第一通光孔7，第一通光孔7的轴线与第一电极柱2的轴线重合，第二电极柱3上开设有第二通光孔8，第二通光孔8的轴线与第二电极柱3的轴线重合，第一通光孔7与第二通光孔8相互连通。第一透光板4密封第一通光孔7，第二透光板5密封第二通光孔8。第一电极柱2、第二电极柱3、密封垫圈6、第一透光板4与第二透光板5围设成容纳腔1，容纳腔1用于放置光学溶液。

容纳腔1内的光学溶液包括导电液体13与非导电液体14，二者密度相近，导电液体13的折射率与非导电液体14的折射率的差值为0.2。导电液体13靠近第二透光板5，非导电液体14靠近第一透光板4，导电液体13与非导电液体14均分别与第一电极柱2的部分表面接触，导电液体13还与第二电极柱3的部分表面进行接触。

第一电极柱2开设第一固定孔9，第二电极柱3开设第二固定孔10，第一透光板4固定于第一固定孔9内，第二透光板5固定于第二固定孔10内。第一电极柱2与第二电极柱3分别进行接电，以施加电压。第一电极柱2材质为Al金属材料，第二电极柱3的材质为不锈钢。

第一电极柱2的部分表面、第二电极柱3的部分表面、密封垫圈6的部分表面、以及第一透光板4与第二透光板5，构成透镜本体内的容纳腔1的腔壁，即为封闭结构，用于存储光学溶液，入射到容纳腔1中的光束依次透过第二透光板5、第二通光孔8、光学溶液、第一通光孔7与第一透光板4。

第一通光孔7包括沿远离第一透光板5的方向依次设置的平滑段与渐扩段，渐扩段的直径由平滑段向靠近第二电极柱2的方向递增，渐扩段的延长线与第一透光板5之间的夹角为45°。位于渐扩段的第一电极柱2的内壁表面沿着靠近容纳腔内光学溶液的方向依次层叠设置有介电膜层12与疏水膜层11，介电膜层12与第一电极柱2之间还设置有粘合层。疏水膜层11接触容纳腔1内的光学溶液，且疏水膜层11完全覆盖住介电膜层12。介电膜层12为聚对二甲苯，疏水膜层11为AF1600，疏水膜层11的水接触角为120°。介电膜层12与第一电极柱2之间还设置有粘合层。

将液体透镜的第一电极柱2与第二电极柱3进行接电，以施加电压，在未连通电源的情况下，容纳腔1内的导电液体13和非导电液体14之间的液体界面呈凹液面，此时形成负光焦度，随着接通电源，并且不断加大电压，液体界面呈凸液面，此时形成正光焦度。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种液体透镜，其特征在于，所述的液体透镜包括第一电极柱、第二电极柱、第一透光板与第二透光板，所述第一电极柱与所述第二电极柱由下至上同轴设置，所述第一电极柱上开设有第一通光孔，所述第二电极柱上开设有第二通光孔，所述第一通光孔与第二通光孔相互连通；

所述第一透光板密封所述第一通光孔，所述第二透光板密封所述第二通光孔，所述第一电极柱、第二电极柱、第一透光板与第二透光板围设成容纳腔，所述容纳腔用于放置光学溶液；

将液体透镜在与所述第一通光孔轴线垂直的截面上的最大线性距离记为第一距离，所述第一距离≤8mm；

所述第一通光孔的孔径与所述第一距离的比值≥0.5。

2.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，将液体透镜在与所述第一通光孔轴线平行的截面上的最大垂直线性距离记为第二距离，所述第二距离与所述第一距离的比值≤0.8175。

3.根据权利要求2所述的液体透镜，其特征在于，所述第二距离＜1.5mm。

4.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述第一电极柱上开设有第一固定孔，所述第二电极柱上开设有第二固定孔，所述第一固定孔与所述第二固定孔相对设置，所述第一透光板固定于所述第一固定孔内，所述第二透光板固定于所述第二固定孔内。

5.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述第一通光孔的轴线与所述第一电极柱的轴线重合，所述第二通光孔的轴线与所述第二电极柱的轴线重合。

6.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述第一电极柱和第二电极柱之间还设置有密封垫圈。

7.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述第一通光孔包括沿远离所述第一透光板的方向依次设置的平滑段与渐扩段；

所述渐扩段的直径由所述平滑段向靠近所述第二电极柱的方向递增；

所述渐扩段的延长线与所述第一透光板之间的夹角为0～90°，且不为0°。

8.根据权利要求7所述的液体透镜，其特征在于，位于所述渐扩段的所述第一电极柱的内壁表面设置有介电膜层与疏水膜层，所述介电膜层与所述疏水膜层由第一电极柱向靠近所述容纳腔内光学溶液的方向依次层叠设置；

所述介电膜层与所述第一电极柱之间还设置有粘合层。

9.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述光学溶液包括导电液体与非导电液体，所述导电液体与非导电液体互不相溶；

所述导电液体的折射率与所述非导电液体的折射率的差值＞0.15。

10.一种光学装置，其特征在于，所述光学装置包括权利要求1-9任一项所述的液体透镜。

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