[發明專利]含梯度折射率材料的電潤濕型可變焦液體透鏡

有效

• 申請號: 201410353659.5
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104391345A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 袁良;范紀紅;李元;李宏光;謝毅;張博妮;張建付;曹鋒;孫宇楠;姜昌祿;郭羽
• 申請（專利權）人: 西安應用光學研究所
• 主分類號: G02B3/14
• 分類號: G02B3/14;G02B26/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種電潤濕型可變焦液體透鏡，尤其涉及一種含梯度折射率材料的電潤濕型可變焦液體透鏡。

背景技術

電潤濕型可變焦液體透鏡是一種新型的光學元件，它基于生物仿生概念，不需采用任何移動組件，具有一定的自主變焦能力。電潤濕型可變焦液體透鏡是通過改變液體-固體界面的外加電壓來控制液體在固體面上潤濕特性，從而實現焦距改變。這種透鏡具有響應時間短、變焦范圍廣，無機械可動部件，集成性能好的優點。因而將這種元件應用于變焦系統，可以完成傳統光學元件難以完成的功能，避免傳統變焦系統結構復雜、易磨損的缺點。但是這種元件很難實現大口徑可變焦透鏡，并且因控制電壓過高也使其應用受到局限。

近幾年來,國外多家科研機構破除了多年來人們對固體透鏡的認識,另辟蹊徑,都致力于研制新型的透鏡——電潤濕型可變焦液體透鏡,取得了很大成功。以荷蘭飛利浦公司和法國Varioptic公司研制出的電潤濕型可變焦液體透鏡為代表，他們現在已經可以批量生產幾種型號的液態透鏡。2007年，法國Varioptic公司已經能夠生產和提供部分型號的商用液體透鏡。其中Arctic316型液體透鏡的工作溫度為-20℃～60℃，可以對5cm到無窮遠距離的物體清晰成像，響應時間小于30ms。專利USRE39874E1和Ep1662276A1中詳述了其液體透鏡的結構。但這種電潤濕型可變焦液體透鏡只能改變焦距，不能同時消色差和球差，單獨使用不利于高質量成像。

目前,國內也有部分單位開展了電潤濕型可變焦液體透鏡制作技術的研究。專利公開號CN101685170中詳述了西安光機所發明的電潤濕型折衍混合變焦液體透鏡，它將普通電潤濕型液體透鏡的平面基板替換為衍射透鏡，增加了液體透鏡的設計自由度，使得單片液體透鏡在變焦時可實現復消色差、球差。但是這種電潤濕型折衍混合變焦液體透鏡存在以下兩個缺點：1)由于液體透鏡工作在可見光波段，與它匹配的衍射透鏡也必須工作在可見光波段。與紅外波段相比，可見光衍射透鏡衍射環較密，由于液體透鏡尺寸小，與之匹配使用的可見光衍射透鏡公差要求更高，工藝上難以保證加工精度；2)衍射透鏡與液體腔體之間采用膠進行密封，而膠與空氣接觸容易氧化，會在液體中產生氣泡，使變焦液體透鏡整體性能下降。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對折衍混合變焦液體透鏡中衍射透鏡難以加工，且密封性能差的缺點，提供一種含梯度折射率材料的電潤濕型可變焦液體透鏡。

為解決上述技術問題，本發明提供的電潤濕型可變焦液體透鏡包括第一透鏡、腔體、導電液體、絕緣液體和第二透鏡，第一透鏡為梯度折射率材料制作的正焦距平凸透鏡，其前表面為球面，后表面為平面并通過化學氣相沉積法鍍有ITO導電膜；腔體為可伐材料制作的頂部開有通孔的倒U形圓柱體，其圓柱內表面及頂部內外表面均涂覆疏水介電膜；導電液體是氯化鈉和水混合而成的電解質溶液；絕緣液體由硅油DC704和二溴己烷混合而成；第二透鏡為梯度折射率材料制作的負焦距平凹透鏡，其前表面為平面，后表面為球面，第二透鏡的外徑與所述腔體的外徑相同；

所述腔體的底部通過高頻加熱焊接法焊接在第二透鏡的前表面上；在腔體的內部按照1︰1的體積比依次注入所述絕緣液體和所述導電液體，其中絕緣液體與所述第二透鏡接觸；正極導線焊接在所述腔體的圓柱外表面上，負極導線焊接在所述導電膜上，導電膜與腔體的頂部通過高頻加熱焊接法連接；

所述第一透鏡和第二透鏡的梯度折射率材料采用光學玻璃或光學塑料或光學晶體，第一透鏡和第二透鏡的折射率分布都應滿足下述公式：

n2(z)=A+Bz2z2-C]]>

式中，A、B、C均為第一透鏡或第二透鏡的梯度折射率系數，z為以第一透鏡前表面頂點或第二透鏡前表面頂點為坐標原點且沿光軸正向的坐標值，n(z)是光軸上z點坐標值所對應的折射率，當z＝0時，n(z)＝A^0.5；