[發(fā)明專利]一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010090834.1
• 申請(qǐng)日: 2020-02-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111239864B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程陽(yáng);郝群;曹杰;楊驁;陳成琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B3/12
• 分類號(hào): G02B3/12;G02B3/14;G02B26/00
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開(kāi)的一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡及制作方法，屬于光學(xué)成像領(lǐng)域。本發(fā)明包括上方單元、微流體、下方單元；上方單元包括上方厚薄膜、上方柔性電極和上方介電彈性體；下方單元包括下方介電彈性體、下方柔性電極、下方厚薄膜、固定透明平板；在兩層介電彈性體圓盤(pán)外圍區(qū)域分別交錯(cuò)分布相互配合的凹槽和凸臺(tái)，微流體充滿兩個(gè)介電彈性體的內(nèi)部區(qū)域，形成三明治結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開(kāi)一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡制作方法。由于介電彈性體具有變形量大的優(yōu)點(diǎn)，使得其具有較大的變焦范圍，而且通過(guò)介電彈性體的電驅(qū)動(dòng)方式使該液體透鏡具有較高的變焦速度和效率，本發(fā)明還具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、液體不易蒸發(fā)和外漏等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡及制作方法，屬于光學(xué)成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)變焦系統(tǒng)通常有多組固體透鏡組成，采用電機(jī)或齒輪等機(jī)械裝置移動(dòng)透鏡組，由于內(nèi)部具有多組透鏡和機(jī)械裝置，該系統(tǒng)存在體積大、壽命較短、精確性和同步性要求嚴(yán)苛等問(wèn)題，難以應(yīng)用于如手機(jī)、照相機(jī)、醫(yī)療內(nèi)窺鏡、顯微鏡等對(duì)體積和變焦能力有著嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。液體透鏡具有獨(dú)特的變焦方式，采用單個(gè)透鏡即可實(shí)現(xiàn)變焦功能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，響應(yīng)速度快，操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。目前液體透鏡的驅(qū)動(dòng)方式包括液晶、充液型，電浸潤(rùn)、介電彈性體等。液晶驅(qū)動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操控簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，然而焦距可調(diào)節(jié)范圍較小。充液型驅(qū)動(dòng)通過(guò)改變注入腔體的體積，調(diào)節(jié)彈性薄膜曲率半徑，實(shí)現(xiàn)液體透鏡的焦距變化,該方式的變焦范圍大，然而需要額外驅(qū)動(dòng)泵,導(dǎo)致系統(tǒng)體積較大。電浸潤(rùn)驅(qū)動(dòng)方式通過(guò)改變電壓調(diào)節(jié)兩種液體的接觸角進(jìn)而改變焦距，該驅(qū)動(dòng)方式雖然驅(qū)動(dòng)電壓較低，但變焦范圍較小，光學(xué)口徑較小，可選擇的液體材料范圍有限。介電彈性體具有較大的變焦范圍，目前已經(jīng)成為一種新型的液體透鏡驅(qū)動(dòng)方式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)的一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡及制作方法要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡，由于介電彈性體具有變形量大的優(yōu)點(diǎn)，使得該液體透鏡具有較大的變焦范圍，而且通過(guò)介電彈性體的電驅(qū)動(dòng)方式使該液體透鏡具有較高的變焦速度和效率，本發(fā)明還具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、液體不易蒸發(fā)和外漏等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開(kāi)的一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡，采用介電彈性體作為驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)液體微流體流動(dòng)；在兩層介電彈性體圓盤(pán)外圍區(qū)域分別交錯(cuò)分布相互配合的凹槽和凸臺(tái)，微流體充滿兩個(gè)介電彈性體的內(nèi)部區(qū)域，形成三明治結(jié)構(gòu)；在兩個(gè)介電彈性體表面圓盤(pán)外圍區(qū)域均勻涂有柔性電極，當(dāng)在柔性電極之間施加電壓時(shí)，兩個(gè)電極的異性電荷相互吸引，導(dǎo)致兩個(gè)介電彈性體將發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，介電彈性體的凹槽區(qū)域中微液體將受到對(duì)方凸臺(tái)的擠壓，微流體將流入到介電彈性體的中心區(qū)域，所述中心區(qū)域用于透射光線；兩個(gè)中間空心的厚薄膜用于保證在微流體運(yùn)動(dòng)后介電彈性體的外圍區(qū)域不發(fā)生變形，只在中心區(qū)域發(fā)生形狀的變化，從而導(dǎo)致介電彈性體的中心區(qū)域，在壓力的作用下中心區(qū)域表面變得凸出，即曲率半徑改變，實(shí)現(xiàn)液體透鏡大范圍、高效率變焦功能。

本發(fā)明公開(kāi)的一種三明治結(jié)構(gòu)的介電彈性微流體液體透鏡，包括上方單元、微流體、下方單元；上方單元包括上方厚薄膜、上方柔性電極和上方介電彈性體；下方單元包括下方介電彈性體、下方柔性電極、下方厚薄膜、固定透明平板；上方厚薄膜的下表面和柔性電極的上表面通過(guò)粘性膠連接在一起，將上方柔性電極均勻地涂于上方介電彈性體的上表面；將下方柔性電極均勻地涂于下方介電彈性體的下表面；下方柔性電極的下表面和下方厚薄膜的上表面通過(guò)粘性膠連接在一起，下方厚薄膜的下表面和固定透明平板的上表面通過(guò)粘性膠連接在一起；

上方介電彈性體主要由上方介電彈性體的平面區(qū)域、若干個(gè)上方介電彈性體的凸臺(tái)、上方介電彈性體的凹槽、上方介電彈性體的中心區(qū)域組成；上方介電彈性體的凸臺(tái)和上方介電彈性體的凹槽分布在上方介電彈性體的平面外圍區(qū)域；同理，下方介電彈性體主要由下方介電彈性體的平面區(qū)域、外圍區(qū)域的若干個(gè)下方介電彈性體的凸臺(tái)、下方介電彈性體的凹槽、下方介電彈性體的中心區(qū)域組成；下方介電彈性體的凹槽和下方介電彈性體的中心區(qū)域分布在下方介電彈性體的平面外圍區(qū)域；所述中心區(qū)域用于透射光線。