[發明專利]一種大變焦范圍的光流控透鏡

在審

• 申請號: 201810471058.2
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108663869A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王瓊華;王金輝;李磊
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G02B3/14;G02B26/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種大變焦范圍的光流控透鏡，包括入射窗口、液體進出口、填充液體I、偏置電極、介電疏水層、膠槽、聚合物透鏡、接地電極、絕緣墊片、填充液體II、聚合物透鏡第一曲面、聚合物透鏡第二曲面和螺套。光線首先通過入射窗口入射到液?液面形成的液體透鏡，然后經過聚合物透鏡第一個曲面，穿過聚合物透鏡的第二曲面。一方面，通過對液?液面形成的液體透鏡施加不同驅動電壓改變液體曲面的曲率，從而改變透鏡的光焦度；另一方面，通過液體進出口，調節整個透鏡腔體內部液體的量，形成不同的內部靜水壓力，從而改變聚合物透鏡的形狀，即改變聚合物透鏡第一曲面以及聚合物透鏡第二曲面的曲率，當光線經過聚合物透鏡時，可以進一步改變透鏡的光焦度，最終實現理想的焦距變化。

一、技術領域

本發明涉及一種光流控透鏡，更具體地說，本發明涉及一種大變焦范圍的光流控透鏡。

二、背景技術

光流控是將光學與流控技術交叉集成的一門新興學科。而光流控透鏡是以流控技術控制光線的光學透鏡，其鏡體的材料一般為液體或者柔性材料，其曲率可隨驅動力的變化而變化，從而實現自適應變焦。在近幾十年里，各種流體驅動技術在飛速進步，光流控透鏡技術也同時得到了蓬勃發展，它們可以應用于光學成像、顯示、照明、光導航和光刻等多個領域，是極具大規模應用潛力的新型透鏡，是未來光學透鏡發展的重要方向。光流控透鏡不僅具有輕量化、自適應變焦的優點，而且其驅動方式多種多樣，這些特點是傳統透鏡不具備的，因此在各個領域都極有希望替代傳統玻璃透鏡。光流控透鏡在國內外具有廣泛的研究基礎，近20年光流控透鏡研究在國內外進入了高潮時期。德國的H.Zappe課題組在2011年設計了一款基于電磁驅動的彈性薄膜光流控透鏡，透鏡的焦距可從無窮遠變化到36.2mm。2012年，美國威斯康辛大學的H.R.Jiang課題組提出了基于PDMS膜半球面光流控透鏡，該透鏡的焦距可以變到很短。美國中佛羅里達大學Shin-Tson Wu課題組在液晶透鏡領域進行了深入研究，提出了低驅動電壓的大變焦范圍的液晶透鏡以及偏振無關的藍相液晶透鏡。四川大學的課題組也對可調焦光流控透鏡進行了研究，提出了雙曲面光流控透鏡。這些透鏡與傳統光流控透鏡相比增大了焦距變化范圍，但變焦范圍依然不理想，而且，其中的薄膜透鏡不能消除重力效應，影響透鏡成像質量。

三、發明內容

本發明提出一種大變焦范圍的光流控透鏡。如附圖1所示，該透鏡包括：入射窗口、液體進出口、填充液體I、偏置電極、介電疏水層、膠槽、聚合物透鏡、接地電極、絕緣墊片、填充液體II、聚合物透鏡第一曲面、聚合物透鏡第二曲面和螺套。其中，入射窗口、接地電極、偏置電極、聚合物透鏡和螺套組成光流控透鏡腔體，介電疏水層涂在偏置電極的內壁，膠槽刻在聚合物透鏡與偏置電極粘接處，填充液體Ⅰ和填充液體Ⅱ兩種液體密度完全相同，互不相溶，且具有不同的折射率。

本發明提出的大變焦范圍的光流控透鏡的工作原理如附圖2所示。光線首先通過入射窗口入射到液-液面形成的液體透鏡，然后經過聚合物透鏡第一個曲面，穿過聚合物透鏡的第二曲面。通過對液-液面形成的液體透鏡施加不同驅動電壓改變液體曲面的曲率，從而改變透鏡的光焦度。此外，通過液體進出口，調節整個透鏡腔體內部液體的量，改變腔體內部靜水壓力，從而改變聚合物透鏡的形狀，即改變聚合物透鏡第一曲面以及聚合物透鏡第二曲面的曲率，可以進一步改變透鏡的光焦度，最終實現理想的焦距變化。

優選地，光流控整體透鏡高d₁≥10mm且d₁≤15mm，直徑d₂≥8mm且d₂≤15mm。

優選地，入射窗口直徑d₃≥6mm且d₃≤12mm，厚度d₄≥0.25mm且d₄≤0.5mm，聚合物透鏡直徑d₅≥6mm且d₅≤12mm，厚度d₆≥1mm且d₆≤2.5mm。

優選地，液體進出口直徑d₇≥0.05mm且d₇≤0.1mm。