[發明專利]一種大口徑雙通道變焦液體透鏡

有效

• 申請號: 201910238043.6
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN109870749B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 李磊;唐偉埔;王瓊華
• 申請（專利權）人: 四川大學;北京航空航天大學
• 主分類號: G02B3/12
• 分類號: G02B3/12;G02B3/14;G02B26/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開大口徑雙通道變焦液體透鏡，包括：出射窗口玻璃、介電疏水層Ⅰ、透鏡可變曲面Ⅰ、金屬圓筒偏置電極Ⅰ、金屬圓筒偏置電極Ⅱ、填充液體Ⅱ、透鏡可變曲面Ⅱ、導電液體Ⅱ、透明圓環、環形電極、填充液體Ⅰ、導電液體Ⅰ、玻璃蓋片、介電疏水層Ⅱ、驅動電源和入射窗口玻璃。通過自制光瀾的切換可以將通過透鏡的光線劃分為內側光路和外側光路，從而形成透鏡的內通道和外通道。外通道的光線只通過透鏡可變曲面Ⅱ，實現一次折射；內通道的光線依次通過透鏡可變曲面Ⅰ和透鏡可變曲面Ⅱ，實現兩次折射，從而增大了光焦度的調節范圍，實現連續變焦。

一、技術領域

本發明涉及一種液體透鏡，更具體地說，本發明涉及一種大口徑雙通道變焦液體透鏡。

二、背景技術

隨著手機、照相機等光學成像系統的快速發展，變焦光學系統在各種各樣的成像系統中扮演著越來越重要的作用。傳統的光學變焦系統主要由一個或多個透鏡元件組合而成，通過調整透鏡組的相對位置來改變系統的焦距，這種依靠通過移動透鏡組的相對位置的機械方式使得變焦系統的結構變得愈發復雜，且易磨損，壽命低。同時，響應速度不夠快、體積龐大、價格昂貴等阻礙了此類光學成像系統向輕量化、微型化、低成本方向發展。因此，人們對光學系統成像質量提出了更高的要求，輕量化、微型化的自適應成像系統更受人們的青睞。近些年，科研工作者們研制出了一種基于電濕潤效應的液體透鏡，這種透鏡只需給透鏡外加電壓，便能夠改變液體交界面的曲率半徑，進而改變透鏡的焦距。特別是Varioptic公司和Philips公司研制的基于介質上電濕潤效應的液體透鏡在光學成像領域得到大力運用，但這些液體透鏡的變焦范圍不夠大，口徑小。因此，在本發明中我們提出了一種大口徑雙通道變焦液體透鏡，該液體透鏡具有變焦范圍大，口徑大等顯著特點。

三、發明內容

本發明提出一種大口徑雙通道變焦液體透鏡。如附圖1所示，該透鏡包括：出射窗口玻璃、介電疏水層Ⅰ、透鏡可變曲面Ⅰ、金屬圓筒偏置電極Ⅰ、金屬圓筒偏置電極Ⅱ、填充液體Ⅱ、透鏡可變曲面Ⅱ、導電液體Ⅱ、透明圓環、環形電極、填充液體Ⅰ、導電液體Ⅰ、玻璃蓋片、介電疏水層Ⅱ、驅動電源和入射窗口玻璃。其中，利用導電的金屬圓筒偏置電極Ⅰ構成透鏡的外通道，同時在外側通道內側嵌入一個口徑更小的同軸可導電金屬圓筒偏置電極Ⅰ形成透鏡的內通道，內通道與外通道同時構成該透鏡的主體結構。金屬圓筒偏置電極Ⅰ和金屬圓筒偏置電極Ⅱ的內側覆蓋有介電疏水層形成疏水區域。金屬圓筒偏置電極Ⅰ和金屬圓筒偏置電極Ⅱ的外側共同構成外通道的驅動電極，金屬圓筒偏置電極Ⅱ的內側和位于透鏡底部的環形電極構成內側通道的驅動電極。填充液體Ⅰ與導電液體Ⅰ具有相同的密度，互不相溶且具有一定的折射率差。填充液體Ⅱ與導電液體Ⅱ具有相同的密度，互不相溶且具有一定的折射率差。外通道的光線只通過透鏡可變曲面Ⅱ，實現一次折射，外通道為大口徑環形透鏡；內通道的光線依次通過透鏡可變曲面Ⅰ和透鏡可變曲面Ⅱ，實現兩次折射，從而增大了光焦度的調節范圍，實現連續變焦。

當在金屬圓筒偏置電極Ⅱ與金屬圓筒偏置電極Ⅰ間施加電壓時，透鏡可變曲面Ⅰ與介電疏水層Ⅰ的接觸角將會變化，使得曲面由凹變凸，外通道成為一個凸透鏡，如附圖2所示，此時外通道為環形透鏡。當在金屬圓筒偏置電極Ⅱ與環形電極之間施加電壓時，透鏡可變曲面Ⅱ與金屬圓筒偏置電極Ⅰ的接觸角會發生變化，使得曲面由凹變凸，因此內通道成為一個凸透鏡，如附圖3所示。同時給金屬圓筒偏置電極Ⅱ、金屬圓筒偏置電極Ⅰ和環形電極施加電壓時，透鏡可變曲面Ⅰ和透鏡可變曲面Ⅱ都發生變化，成為凸透鏡，此時內通道的光線實現兩次折射，外通道的光線實現一次折射，從而達到變焦，如附圖4所示。該透鏡進一步擴大了液體透鏡的口徑，且增大了變焦范圍。

優選地，外通道的金屬圓筒偏置電極Ⅱ直徑d₁≤16mm且d₁≥10mm，內通道的金屬圓筒偏置電極Ⅰ直徑d₂≤6mmm且d₂≥4mmm；外通道的金屬圓筒偏置電極Ⅱ高度d₃≤16mm且d₃≥10mm，內通道的金屬圓筒偏置電極Ⅰ高度d₄≤6mm且d₄≥4mm。