[發明專利]一種基于電濕效應的低壓驅動雙液體變焦透鏡

無效

• 申請號: 201210172106.0
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102681048A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 彭潤玲;陳家璧;胡志威;李一凡;胡水蘭;許江華;鄢騰奎;莊松林
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02B3/14
• 分類號: G02B3/14;G02B26/02
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種液體光學變焦透鏡，具體涉及一種基于電濕效應的低壓驅動雙液體變焦透鏡，可用作小型數碼相機、攝像機、手機、電腦內置攝像頭的光學元件，并可應用于生物測定儀、電視內部監視儀以及通訊設備等。

背景技術

傳統的變焦光學系統是通過固定焦距透鏡的組合，同時改變各鏡頭之間的間距，在保持成像面的位置不變的同時改變整個透鏡組的焦距。這種機械調節方式使得光學變焦系統的結構復雜，體積龐大，制造精度要求高，并且不易在小范圍空間內實現光學變焦。雙液體變焦透鏡克服了傳統變焦光學系統的缺點，它建立在介電層電濕效應（EWOD）的基礎上，通過電控改變透鏡中液體界面的形狀來達到變焦的目的。早在2000年Varioptic的實驗室研究人員B.Berge就發表了利用“電濕效應”制作液體變焦透鏡的文章。隨后，Philips和Varioptic公司等都著力研究此種變焦透鏡并在雜志上發表了相關的一些文章，利用“電濕效應”實現單個液體透鏡變焦的可能性，并推出了一些原型器件。但這些原型器件基本上都是利用派瑞林等介電常數較低的絕緣層充當液體透鏡內部的介電層，普遍存在驅動電壓大的缺點，比如Philips給出的透鏡模型其驅動電壓達到了120伏，而Varioptic制作的透鏡模型的驅動電壓降到了60伏。

發明內容

為克服傳統的變焦光學系統結構復雜，體積龐大，制造精度要求高，并且不易在小范圍空間內實現光學變焦，“電濕效應”液體透鏡驅動電壓大等弊端，本發明公開了一種基于電濕效應的低壓驅動雙液體變焦透鏡，是基于五氧化二鉭薄膜和該薄膜上的電濕效應而設計的一種全新的變焦光學透鏡。本發明工藝簡單、在保證一定的變焦范圍的情況下，通過采用相對介電常數較高、薄膜厚度較低的介電層來降低驅動電壓的雙液體變焦透鏡。

本發明技術方案是這樣實現的：

一種基于電濕效應的低壓驅動雙液體變焦透鏡，包括圓柱金屬管，上玻璃基片和涂覆有透明導電膜ITO層的下玻璃基片，其特征在于：

A)在圓柱金屬管內壁首先沉積一層五氧化二鉭介電層，然后再沉積一層厚度很薄的特氟龍防水層；在圓柱金屬管底部密封一內外徑與圓柱鉭管相同的塑料墊圈；塑料墊圈底部連接一涂覆有透明導電薄膜ITO層的直徑大于圓柱鉭管外徑的下玻璃基片；

B)依次將折射率不同的導電水溶液和絕緣油性液體注入圓柱金屬管內；在圓柱金屬管上方密封上玻璃基片；

C)從圓柱金屬管外壁和下玻璃基片的ITO導電層上分別引出電極，通過這兩個電極在介電層和防水層之間施加不同的電壓就可以實現低壓驅動雙液體變焦透鏡。

所述的圓柱金屬管為鉭材料。

所述的五氧化二鉭介電層，其相對介電常數為20，薄膜厚度為500nm。

與現有技術相比，本發明具有結構簡單、驅動電壓低、變焦范圍寬、無機械可動部件、響應速度快等特點，利用陽極氧化工藝在圓柱鉭管內壁形成相對介電常數較大、薄膜厚度相對較小的五氧化二鉭薄膜作為透鏡的介電層，可以在原有技術的基礎上極大的降低雙液體變焦透鏡的驅動電壓。

附圖說明

圖1是基于電濕效應的低壓雙液體變焦透鏡結構示意圖；

圖2是為發明透鏡在施加不同電壓時對應的不同屈光度變化曲線。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

一種基于電濕效應的低壓驅動雙液體變焦透鏡，如圖1所示。包括圓柱金屬管，上玻璃基片和涂覆有透明導電膜ITO層的下玻璃基片。在圓柱金屬管內壁先沉積一層五氧化二鉭介電層，然后再沉積一層厚度很薄的特氟龍防水層；在圓柱金屬管底部密封一內外徑與圓柱鉭管相同的塑料墊圈；塑料墊圈底部密封一涂覆有透明導電薄膜ITO層的直徑大于圓柱鉭管外徑的下玻璃基片；依次將折射率為1.38的導電水溶液和折射率為1.55的絕緣油性液體注入圓柱金屬管內；最后在圓柱金屬管上方密封上玻璃基片；從圓柱金屬管外壁和下玻璃基片的ITO導電層上分別引出電極，通過這兩個電極在介電層和防水層之間施加不同的電壓就可以實現低壓驅動雙液體變焦透鏡。本發明所述的圓柱金屬管為鉭材料；所述的五氧化二鉭介電層，其相對介電常數為20，薄膜厚度為500nm。

通過改變外部電壓的大小，可以改變透鏡中兩種液體的界面形狀，從而改變透鏡的焦距或屈光度。圖2是在透鏡的兩個電極間施加不同的外部電壓時透鏡屈光度的變化曲線，從曲線上可以看出在保證一定的變焦范圍的情況下該發明的驅動電壓降到了15伏左右。

本發明利用相對介電常數較大、厚度相對較小的五氧化二鉭薄膜作為液體透鏡的內壁介電層，并利用介電層上的電濕效應，成功實現了基于電濕效應的雙液體變焦透鏡的低壓驅動。可廣泛用于小型數碼相機、攝像機、手機、電腦內置攝像頭的光學元件，并可應用于生物測定儀、電視內部監視儀以及通訊設備等。