[發(fā)明專利]一種基于電濕潤(rùn)液面間距可變的自適應(yīng)變焦液體透鏡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110474537.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113238307B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李磊;薛健;陳雅妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B3/14
• 分類號(hào): G02B3/14;G02B26/00
• 代理公司: 成都智涌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51313
• 代理人: 張洪

本發(fā)明公開(kāi)一種基于電濕潤(rùn)液面間距可變的自適應(yīng)變焦液體透鏡，包括成像腔體和驅(qū)動(dòng)腔體。其中，驅(qū)動(dòng)腔體是環(huán)繞在成像腔體外、與成像腔體同軸的圓柱腔體。成像腔體通過(guò)上下各兩個(gè)對(duì)稱的小孔實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)腔體的連通。成像腔體內(nèi)有兩種密度相同且不同折射率的透明液體形成的兩個(gè)液?液面，兩個(gè)液?液面可以被獨(dú)立控制可調(diào)節(jié)曲率。驅(qū)動(dòng)腔體內(nèi)也有兩種密度相同且不同折射率的透明液體形成的兩個(gè)液?液面，兩個(gè)液?液面可以被獨(dú)立控制用于推動(dòng)液體從而控制成像腔體中兩液?液面間距。該器件可以被用于光學(xué)系統(tǒng)中變焦、矯正像差、改變光程等作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液體透鏡，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于電濕潤(rùn)液面間距可變的自適應(yīng)變焦液體透鏡。

背景技術(shù)

當(dāng)今，光學(xué)成像系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐和影音娛樂(lè)等諸多方面。而在諸如攝像鏡頭、投影鏡頭、照相機(jī)、光學(xué)顯微鏡等光學(xué)系統(tǒng)中，透鏡則是必不可少的元件。傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)中通常采用的是固體的玻璃透鏡，由于單個(gè)的玻璃透鏡自身無(wú)法實(shí)現(xiàn)變焦，光學(xué)系統(tǒng)一般采用透鏡組的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)變焦，以此改變像的放大或縮小。透鏡組的方式既是通過(guò)改變多個(gè)透鏡之間的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而長(zhǎng)時(shí)間部件之間的移動(dòng)必然加劇元件的摩擦損耗，進(jìn)而影響整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量和使用壽命。液體透鏡的發(fā)現(xiàn)則為變焦提供了一種新的途徑，它是一種以流控技術(shù)控制光線的光學(xué)透鏡，鏡體的材料一般為液體或者柔性材料，其曲率可隨驅(qū)動(dòng)力的變化而變化。但現(xiàn)有的液體透鏡多為單液面曲率變化，只能靠自身實(shí)現(xiàn)對(duì)焦，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立變焦，矯正像差，想要變焦只能借助多個(gè)液體透鏡組合實(shí)現(xiàn)。再者，現(xiàn)有液體透鏡性能單一，只能調(diào)節(jié)光路焦距，沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)改變光程等其他功能。例如CN201811043388 .8 一種基于電濕潤(rùn)活塞的液體透鏡 只有單液面曲率變化只能對(duì)焦無(wú)法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立變焦成像和矯正像差，更不能改變光程。CN201380070498.2 具有放大倍數(shù)控制的液體透鏡雖然具有雙液面調(diào)焦，但控制方式為電磁驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能也單一。論文Kopp, D.,“All-liquid dual-lens optofluidic zoom system”, Applied Optics, 56(13), 3758 (2017) 提出了一種雙液面電濕潤(rùn)控制液體透鏡；，可以實(shí)現(xiàn)變焦功能，但雙液面間距不可變限制了變焦范圍，且功能同樣單一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于電濕潤(rùn)液面間距可變的自適應(yīng)變焦液體透鏡。其結(jié)構(gòu)如附圖1所示，該透鏡包括：入射窗口、成像腔體-接地電極Ⅰ、成像腔體-塑料墊片、成像腔體-偏置電極Ⅰ、介電疏水層、驅(qū)動(dòng)腔體-塑料墊片、驅(qū)動(dòng)腔體-偏置電極Ⅰ、驅(qū)動(dòng)腔體-接地電極、疏水層、驅(qū)動(dòng)腔體-偏置電極Ⅱ、成像腔體-偏置電極Ⅱ、驅(qū)動(dòng)腔體-蓋板、成像腔體-接地電極Ⅱ、出射窗口。其中，驅(qū)動(dòng)腔體是環(huán)繞在成像腔體外、與成像腔體同軸的圓柱腔體。成像腔體通過(guò)上下各兩個(gè)對(duì)稱的小孔實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)腔體的連通。

成像腔體中填充兩種密度相同但存在折射率差的透明液體，一種導(dǎo)電、一種絕緣。兩種液體在成像腔體內(nèi)形成兩個(gè)液-液面分別位于兩個(gè)偏執(zhí)電極中部。驅(qū)動(dòng)腔體中同樣填充導(dǎo)電和絕緣的兩種密度相同的透明液體，形成的兩液-液面分別位于兩個(gè)偏執(zhí)電極中部。兩腔體內(nèi)液體填充方式如附圖2所示。成像腔體中液-液面曲率會(huì)隨電極施加電壓的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)變焦的效果。驅(qū)動(dòng)腔體中液-液面也會(huì)隨電極之間電壓變化而變化，液面的變化會(huì)推動(dòng)液體通過(guò)連通孔向成像腔體涌入，從而改變成像腔體中兩個(gè)液-液面的間距，從而實(shí)現(xiàn)變焦效果，如附圖3、4所示。

本發(fā)明提出的液面間距可變的自適應(yīng)變焦液體透鏡的工作原理基于電濕潤(rùn)效應(yīng)，其傾角

的變化符合Young-Lippmann方程：

（1）

當(dāng)在偏置電極與導(dǎo)電液體之間不斷加大電壓，液體界面與側(cè)壁的接觸角將隨之變小直至飽和，在本發(fā)明中表現(xiàn)為液面曲率的變化并伴隨導(dǎo)電液體向絕緣液體方向涌動(dòng)。

優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)腔體為環(huán)繞在成像腔體外、與成像腔體同軸且連通的圓柱腔體；

優(yōu)選地，成像腔體中兩個(gè)液面之間的間距由驅(qū)動(dòng)腔體控制可調(diào)節(jié)。