大光焦度和小像差的液体透镜制造技术

本发明专利技术提出一种大光焦度和小像差的液体透镜。该液体透镜包括玻璃基板I、玻璃基板II、圆台形凹槽、疏水介电层、电极层I、电极层II、填充液体I、填充液体II、入射面环带反射膜、出射面环带反射膜、液晶盒、偏振片I、偏振片II和偏振片Ш，它具有两种工作模式。与常规透镜相比，在模式1下工作时，液体透镜的光焦度提高约3倍；在模式2下工作时，液体透镜的像差大大减小，且深度增大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液体透镜，更具体地说，本专利技术涉及一种增大光焦度减小像差的 液体透镜。
技术介绍
液体透镜被认为是下一代新型透镜之一，具有较大的发展潜力。液体透镜不 断发展并日趋完善。2006年至2014年法国的Varioptic公司相继推出了 Arctic320、 Arctic416、Arctic39N0等多款液体透镜，这标志着液体透镜实现了商业化，液体透镜也因 此被视为未来透镜发展的方向之一。液体透镜具有轻量化的特点，因此很多科研人员利用 液体透镜研究新型轻量化的成像系统。文献"Design of a zoom lens without motorized optical elements (Optics Express, Vol. 15，No. 11，pp 6664-6669，2007 )" 公开了 一种基于液体透镜的变焦成像系统，但是该系统使用了固体透镜辅助获得大光焦度，因此 该系统的长度和重量都较大。 虽然液体透镜具有轻量化的特点并能自动变焦，但是目前的液体透镜仍然无法在 大光焦度情况下单独使用，这大大限制了基于液体透镜的系统的轻量化发展。其原因主要 有两点：第一，由于液体透镜是双相型结构，因此光焦度太小，很难获得较短的焦距；第二， 当增大液体透镜的光焦度时，其曲率也会增大，因此会产生较大的像差，严重影响了成像质 量。所以，液体透镜常常需要固体透镜辅助以增大光焦度和减小像差。
技术实现思路
本专利技术提出一种增大光焦度减小像差的液体透镜。如附图1所示，该液体透镜包 括：玻璃基板I、玻璃基板II、圆台形凹槽、疏水介电层、电极层I、电极层II、填充液体I、填 充液体II、入射面环带反射膜、出射面环带反射膜、液晶盒、偏振片I、偏振片II和偏振片 UI。偏振片I和偏振片II均置于玻璃基板I上，偏振片m置于液晶盒上，而液晶盒为90° 扭转向列向液晶。 本专利技术有模式1和模式2两种工作模式。当不对液晶盒加电时，本专利技术以模式1 工作。模式1的工作原理如附图2所示，在不加液晶电压的情况下，只有通过偏振片I的环 带光线可以入射本专利技术液体透镜并成像。这时光线首先通过偏振片I的环形孔径入射到本 专利技术液体透镜并第一次通过液-液面获得光焦度；当光线到达出射面板时，被出射面环带 反射膜反射使光路折回，并重新通过液-液曲面并第二次获得光焦度。光线继续前进当到 达入射面板时，被入射面圆形反射膜反射再次折回，通过液-液曲面第三次获得光焦度。最 后光线从出射面板的中心区域离开本专利技术液体透镜。在整个光线追迹的过程中获得的光焦 度由下面公式给出：其中A^为填充液体Π的折射率，为填充液体I的折射率，c为液-液曲面的曲 率。 当对液晶盒加电压时，系统以模式2工作。模式2的工作原理如附图3所示，在加 液晶电压的情况下，液晶指向矢旋转90°，这时只有通过偏振片II的中心光线可以通过系 统并成像。由于边光被遮挡，因此这些光线所造成的像差就被消除了，因此相对于全口径成 像，像差大大的减小，并由于有效口径减小其成像的深度也增大了。 优选地，玻璃基底厚度0· Imm且0· 5mm，直径4多5mm且1〇臟。 优选地，圆台形凹槽的长直径4多5mm且IOfflm，短直径之多2mm且?/ 4< 4mm〇 优选地，入射面环带反射膜外直径4彡〇. 7 4且4彡〇. 8 J4，内直径4彡〇. 3 <且 4彡〇. 5 J4，出射面环带反射膜外直径4= 内直径4彡〇. 7 4且4彡〇. 9之。 优选地，填充液体I和填充液体11的密度相同。 优选地，填充液体I为硅油，填充液体π为电解质液体或离子液体。 优选地，环形孔径透反混合式液体透镜的驱动方式为电湿润驱动或者机械湿润驱 动。【附图说明】 附图1为本专利技术增大光焦度减小像差液体透镜的结构剖面图。 附图2为本专利技术模式1的工作原理示意图。 附图3为本专利技术模式2的工作原理示意图。 附图4为实施例中增大光焦度减小像差液体透镜的光焦度与电压的关系示意图。 附图5为实施例中增大光焦度减小像差液体透镜模式1的成像图。 附图6为实施例中增大光焦度减小像差液体透镜模式2的成像图。 上述各附图中的图示标号为： 1玻璃基板I，2玻璃基板II，3圆台形凹槽，4疏水介电层，5电极层I，6电极层II，7填 充液体I，8填充液体II，9入射面环带反射膜，10出射面环带反射膜，11液晶盒，12偏振片 I，13偏振片II，14偏振片III，15成像面，16环带入射光，17中心入射光。 应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。【具体实施方式】 下面详细说明本专利技术提出的一种大光焦度和小像差液体透镜的实施例，对本专利技术 进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本专利技术做进一步的说明，不能 理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述
技术实现思路
对本专利技术做出一 些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。 本专利技术的一个实施例为：如附图1所示，本实施例中玻璃基底口径为8mm，厚度为 lOOMm。圆台形凹槽的长直径为6_，短直径为4_。反射膜选用银膜，其反射率~92%。在入 射面板外表面镀银膜，镀银膜的区域为外直径3. 1mm，内直径为I. 3mm的换大区域。出射面 板镀银膜的区域为环带，其外径6_，内径5_。偏振片I为外直径为4_，内直径为3. 1_ 的环带偏振片。偏振片II为直径为I. 3mm圆形偏振片。偏振片ΠΙ为直径为8mm的圆形偏 振片。液晶盒为90°扭转向列向液晶，盒厚为~15 μ m。本专利技术液体透镜主体部分的具体参 数：本专利技术液体透镜外框的口径为3mm，厚度为2mm ;疏水介电层厚度~1 ;填充液体I为无 色透明硅油，填充液体II为NaCl溶液。NaCl溶液的折射率为1. 33,阿贝数为55. 8。而无 色透明硅油的折射率为I. 65,阿贝数为62. 8。 本实施例采用的工作波段为456nm-656nm。对本专利技术施加电压从而引起液-液曲 率发生变化从而实现光焦度的变化。当电压从OV到60V变化时，其光焦度变化如附图4所 示。需要指出的本专利技术实施例中液体透镜的驱动电压为~35V，因此0-30V时，焦距并无变 化。附图5和附图6为本专利技术液体透镜在模式1和模式2下的成像图，可以看出，模式1虽 然整体像质略为模糊但可以识别高分辨率的细节物体，而模式2具有更小的像差，画面整 体质量较高。模式1可以在军事、安保、医疗手术等领域具有优势，而模式2则可以作为民 用用途的消费电子产品使用。【主权项】1. 一种增大光焦度减小像差的液体透镜，包括：玻璃基板I、玻璃基板II、圆台形凹槽、 疏水介电层、电极层I、电极层II、填充液体I、填充液体II、入射面环带反射膜、出射面环带 反射膜、液晶盒、偏振片I、偏振片II和偏振片III，其特征在于，偏振片I和偏振片II、偏振 片m正交，偏振片I和偏振片Ii均置于玻璃基板I上，偏振片m置于液晶盒上，入射面板 和出射面板上分别镀有入射面环带反射膜和出射面环带反射膜，中间填充液体I和填充液 体II，两种液体互不相溶，具有不同的折射率，且彼此接触。2. 根据权利要求1所述的一种大光焦度和小像差液体透镜，其特征在于，液体透镜在 液晶盒不加电和加电时分别在模式1和模式2下工作，模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增大光焦度减小像差的液体透镜，包括：玻璃基板I、玻璃基板II、圆台形凹槽、疏水介电层、电极层I、电极层II、填充液体I、填充液体II、入射面环带反射膜、出射面环带反射膜、液晶盒、偏振片I、偏振片II和偏振片Ш，其特征在于，偏振片I和偏振片II、偏振片Ш正交，偏振片I和偏振片II均置于玻璃基板I上，偏振片Ш置于液晶盒上，入射面板和出射面板上分别镀有入射面环带反射膜和出射面环带反射膜，中间填充液体Ⅰ和填充液体Ⅱ，两种液体互不相溶，具有不同的折射率，且彼此接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，王琼华，刘超，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51