液体透镜制造技术

本发明专利技术提供了一种液体透镜，包括：主体部，所述主体部开设有呈通孔状的透镜腔；液体，收容于所述透镜腔，所述液体包括依次放置的第一导电液体、绝缘液体及第二导电液体；封装玻璃，与所述主体部相配合，以密封所述透镜腔；定义所述第一导电液体的折射率为n1、绝缘液体的折射率为n2、第二导电液体的折射率为n3，当n1与n2之间存在差值时，由第一导电液体和绝缘液体所形成的第一弯曲界面用于调节所述液体透镜的焦距；当n2与n3之间存在差值时，由绝缘液体和第二导电液体所形成的第二弯曲界面用于调节进入所述液体透镜的光束的相位。相较于现有技术，本发明专利技术的液体透镜既能调节焦距、又能调节相位，还可根据需要改造成兼顾大调节范围和高调节精度。

Liquid lens

【技术实现步骤摘要】
液体透镜
本专利技术涉及一种液体透镜，属于成像控制光学技术、光信息处理器件的

技术介绍
基于介质电润湿(EWOD)的液体变焦透镜，利用外加电压来调节液面的曲率，进而可以大范围地改变透镜的焦距。一般情况下，液体变焦透镜的透镜材料由两种折射率互异、互不混溶的导电性水溶液和不导电性油组成，这两种液体界面能够形成稳定的接触曲面，起到透镜的作用。但是，正常情况下，液体接触曲面的调节是用来变焦的，不适合于用来调相。有鉴于此，确有必要对现有的液体透镜提出改进，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种液体透镜，该液体透镜兼具调焦和调相的功能。为实现上述目的，本专利技术提供一种液体透镜，包括：主体部，所述主体部开设有呈通孔状的透镜腔；液体，收容于所述透镜腔，所述液体包括依次放置的第一导电液体、绝缘液体及第二导电液体；封装玻璃，与所述主体部相配合，以密封所述透镜腔；定义所述第一导电液体的折射率为n1、绝缘液体的折射率为n2、第二导电液体的折射率为n3，当n1与n2之间存在差值时，由第一导电液体和绝缘液体所形成的第一弯曲界面用于调节所述液体透镜的焦距；当n2与n3之间存在差值时，由绝缘液体和第二导电液体所形成的第二弯曲界面用于调节进入所述液体透镜的光束的相位。可选的，所述第一导电液体的折射率n1与绝缘液体的折射率n2之间的差值位于0.01～1之间。可选的，所述绝缘液体的折射率n2与第二导电液体的折射率n3之间的差值位于0.0001～0.01之间。可选的，在所述透镜腔的轴线方向上，所述主体部由导电材料制成，以作为所述液体透镜的公共电极；所述封装玻璃为透明的导电玻璃，以引出所述液体透镜的控制电极。可选的，当所述第一导电液体的折射率n1与绝缘液体的折射率n2之间的差值位于0.001～0.01之间，同时所述绝缘液体的折射率n2与第二导电液体的折射率n3之间的差值位于0.0001～0.001之间时，所述第一弯曲界面用于对光束进行相位的粗调节，所述第二弯曲界面用于对光束进行相位的细调节。可选的，所述第一导电液体、绝缘液体及第二导电液体之间两两互不相溶。可选的，所述主体部的内表面涂覆有绝缘介电层，以在所述主体部与第一导电液体之间、及主体部与第二导电液体之间形成电容结构，以控制所述第一弯曲界面和第二弯曲界面的形状。可选的，所述第二弯曲界面上设有表面活性层。可选的，所述液体透镜的焦距由公式计算获得，其中，a为透镜腔的内径，θ0为外加电压U为零时的第二导电液体与透镜腔内壁的初始接触角，εr为第一导电液体与绝缘液体的相对介电系数，γ12为第一导电液体与绝缘液体之间的界面张力，e为介电层的厚度。可选的，所述外加电压U与第二导电液体和透镜腔内壁的接触角θ之间满足关系式：本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过将液体设计成由依次放置的第一导电液体、绝缘液体及第二导电液体组成，从而当第一导电液体的折射率与绝缘液体的折射率存在差值时，由第一导电液体和绝缘液体所形成的第一弯曲界面可用于调节焦距；而当绝缘液体的折射率与第二导电液体的折射率存在差值时，由绝缘液体和第二导电液体所形成的第二弯曲界面可用于调节相位，实现了液体透镜既能调节焦距、又能调节相位的功能。附图说明图1是本专利技术的液体透镜的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。请参阅图1所示，本专利技术提供了一种液体透镜，可应用于包含有调焦和调相功能的光学系统，实现调焦的同时兼顾调相补偿作用，或者大的相位调节范围同时兼顾高的调节精度的场合。例如：光学综合孔径成像、摄像头、手机镜头等。所述液体透镜包括主体部(未图示)、收容在主体部内的液体以及用于与所述主体部相配合的封装玻璃(未图示)。所述主体部开设有呈通孔状的透镜腔；所述主体部由导电材料制成，以作为所述液体透镜的公共电极使用。所述液体收容在所述透镜腔内，并包括依次放置的第一导电液体1、绝缘液体2及第二导电液体3。所述封装玻璃遮盖在所述透镜腔的外侧，以密封所述透镜腔。较佳地，所述封装玻璃为透明的导电玻璃且设置有两片，以分别密封所述透镜腔的两端，所述第一导电液体1与其中一片封装玻璃相接触、所述第二导电液体3与另外一片封装玻璃相接触，如此设置，使得液体透镜内的两个控制电极可分别由两片封装玻璃引出。所述第一导电液体1、绝缘液体2及第二导电液体3之间两两互不相溶，从而可在第一导电液体1与绝缘液体2之间形成第一弯曲界面4、在绝缘液体2与第二导电液体3之间形成第二弯曲界面5。在所述透镜腔的轴线方向上，定义所述第一导电液体1的厚度为L1、绝缘液体2的厚度为L2、第二导电液体3的厚度为L3，则L2>L3>L1；但不应以此为限。定义所述第一导电液体1的折射率为n1、绝缘液体2的折射率为n2、第二导电液体3的折射率为n3，当n1与n2之间存在差值且差值较大时，由第一导电液体1和绝缘液体2所形成的第一弯曲界面4可用于调节所述液体透镜的焦距；当n2与n3之间存在差值且差值较小时，由绝缘液体2和第二导电液体3所形成的第二弯曲界面5可用于调节进入所述液体透镜的光束的相位。具体来讲，当所述第一导电液体1的折射率n1与绝缘液体2的折射率n2之间的差值位于0.01～1之间时，所述第一弯曲界面4起着调焦的作用。当所述绝缘液体2的折射率n2与第二导电液体3的折射率n3之间的差值位于0.0001～0.01之间时，所述第二弯曲界面5起着调相的作用。为了提高调相精度，一般情况下，可以通过进一步降低第二弯曲界面5与透镜腔内壁之间的初始接触角来实现，同时在所述第二弯曲界面5上设置表面活性层。具体工作时，应先利用第一弯曲界面4来调节液体透镜的焦距，待焦距调整完毕后，再利用第二弯曲界面5来调节光束的相位。需要说明的是：调相功能只是为了完成相位的微调匹配，正常情况下调节范围不会大于100λ，否则精度就很难达到要求，所以第二弯曲界面5的相位调节作用并不是对第一弯曲界面4调焦以后的相位补偿。当然，若想达到大范围的相位调节，同时又兼顾调节精度，则可以通过合理分配液体之间的折射率差，来使第一弯曲界面4起到粗调相的功能，而第二弯曲界面5起到细调相的功能。此时，所述第一导电液体1的折射率n1与绝缘液体2的折射率n2之间的差值位于0.001～0.01之间，同时所述绝缘液体2的折射率n2与第二导电液体3的折射率n3之间的差值位于0.0001～0.001之间。可见：本专利技术可以根据实际需要调节n1与n2及n2与n3之间的差值的大小，来实现第一弯曲界面4的调焦或调相功能、以及第二弯曲界面5的调相功能。所述液体透镜的焦距由公式计算获得，其中，a为透镜腔的内径，θ0为外加电压U为零时的第二导电液体3与透镜腔内壁的初始接触角，εr为第一导电液体1与绝缘液体2的相对介电系数，γ12为第一导电液体1与绝缘液体2之间的界面张力，e为介电层的厚度。其中，外加电压U与第二导电液体3和透镜腔内壁的接触角θ之间满足关系式：由上述公式(1)可以看出：若其它条件不变，当折射率n1和折射率n2相差较大时(例如大于0.01，特别是大于0.1以上)，第一弯曲界面4发挥着调焦作用；而当折射率n3和折射率n2相差很小时(例如小于0.01，特别是小于0.0001以下)，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液体透镜，其特征在于，包括：主体部，所述主体部开设有呈通孔状的透镜腔；液体，收容于所述透镜腔，所述液体包括依次放置的第一导电液体、绝缘液体及第二导电液体；封装玻璃，与所述主体部相配合，以密封所述透镜腔；定义所述第一导电液体的折射率为n1、绝缘液体的折射率为n2、第二导电液体的折射率为n3，当n1与n2之间存在差值时，由第一导电液体和绝缘液体所形成的第一弯曲界面用于调节所述液体透镜的焦距；当n2与n3之间存在差值时，由绝缘液体和第二导电液体所形成的第二弯曲界面用于调节进入所述液体透镜的光束的相位。

【技术特征摘要】
1.一种液体透镜，其特征在于，包括：主体部，所述主体部开设有呈通孔状的透镜腔；液体，收容于所述透镜腔，所述液体包括依次放置的第一导电液体、绝缘液体及第二导电液体；封装玻璃，与所述主体部相配合，以密封所述透镜腔；定义所述第一导电液体的折射率为n1、绝缘液体的折射率为n2、第二导电液体的折射率为n3，当n1与n2之间存在差值时，由第一导电液体和绝缘液体所形成的第一弯曲界面用于调节所述液体透镜的焦距；当n2与n3之间存在差值时，由绝缘液体和第二导电液体所形成的第二弯曲界面用于调节进入所述液体透镜的光束的相位。2.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于：所述第一导电液体的折射率n1与绝缘液体的折射率n2之间的差值位于0.01～1之间。3.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于：所述绝缘液体的折射率n2与第二导电液体的折射率n3之间的差值位于0.0001～0.01之间。4.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于：所述主体部由导电材料制成，以作为所述液体透镜的公共电极；所述封装玻璃为透明的导电玻璃，以引出所述液体透镜的控制电极。5.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于：当所述第一导电液体的折射率n1与绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈陶，吴陈斌，丁天心，陈洛，李一凡，梁忠诚，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32