一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜制造技术

一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜，其基本结构在于包括透镜载体(1)、介质电润湿线墙(2)及透明的上、下盖片；透镜载体(1)主体为通孔状结构，介质电润湿线(3)以排绕方式在通孔内壁与外壁之间纵向穿绕成线匝状，线墙沿纵向分成n个区域块，各区域块线墙间电绝缘；所述的介质电润湿线(3)由导电线芯(5)外裹绝缘层(6)形成；通孔内存储具有不同的折射率、互不相溶的透明导电液体和绝缘液体作为透镜材料，通过与介质电润湿线墙(2)发生的电润湿效应，改变弯曲界面形状以实现光学变焦；不同线墙分别施加不同的控制电压后，可使弯曲界面发生形变，也可使界面沿轴向偏转，可构造任意光瞳形状的光可变焦透镜或可调光学器件。

【技术实现步骤摘要】
一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜
本专利技术专利涉及一种新颖的线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜结构及其工作原理，属于光电成像、光电传感和光信息处理器件的

技术介绍
传统的变焦系统是通过移动透镜相对光电传感器的位置来实现变焦，很容易受到外力的损伤而出现故障，并且传统变焦系统的响应时间较长。液体变焦透镜系统不需要任何的机械传动装置，系统也不易受到外力损伤。液体变焦透镜是通过改变液体的形状来实现变焦，其响应时间只有几个毫秒，且无需机械移动即能实现焦距的调节，具有结构紧凑、控制灵活、制造成本低、无机械磨损、易于集成等诸多优点，可望克服传统光学系统所面临的困难。目前国际上研制的液体变焦透镜模型主要有以下几种：(a)充液型变焦透镜，它通过改变注入腔体内液体的体积来改变腔体顶面薄膜的曲率，从而达到调节焦距的目的。结构简单，价格低廉但这种透镜需要一个额外的泵来提供压力以改变液体顶面薄膜的曲率，如果压力过大会给弹性薄膜造成毁灭性的破坏。(b)基于液晶的微变焦透镜，它将透镜置于液晶氛围中，通过改变施加的电压来调节液晶的折射率，从而实现对透镜焦距的控制。此种透镜易于实现阵列化，但是由于液晶在电场中的非均匀性会造成较大的光学失真。(c)基于介质电润湿(EWOD)的流体变焦透镜，它利用外加电压来调节液面的曲率，进而改变透镜的焦距。该类型透镜结构小巧，焦距调节范围大。Philips公司发布的基于介质电润湿(EWOD)的流体变焦透镜基本工作原理如下：透镜材料由折射率不同的两种不混溶液体组成，一种是导电性水溶液(高折射率)，另一种是不导电性油(低折射率)，将两种液体加入上下两面透明的短圆筒中。由于圆筒侧壁进行了绝缘疏水性处理，因此两种液体界面能够形成稳定的曲面，起到透镜的作用。当施加与疏水性处理面直交的电场时，导电水溶液与侧壁之间的界面张力因电润湿效应的作用而降低，从而改变两种液体界面的形状，最终导致透镜焦距的变化。Varioptic公司的液体透镜结构与此类似。但他们的变焦透镜方案所采用的材料价格昂贵，装置复杂，产品良品率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜结构，简化制作过程，改进生产工艺，解决液体透镜的生产成本问题。本专利技术提出的一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜结构，参见图1，包括透镜载体1、介质电润湿线墙2及透明的上、下盖片；透镜载体1主体部分为通孔状结构，介质电润湿线3以排绕方式在通孔内壁与外壁之间穿绕成一层或几层线匝状(有点类似于环形变压器线匝绕法)，密排的介质电润湿线3在通孔腔壁处形成了介质电润湿线墙2，其中，核心部件介质电润湿线3由导电线芯5外裹绝缘层6形成，绝缘层6外可涂敷疏水层7以提高线芯外表面疏水性，有时绝缘层与疏水层合二为一，参见图2；由此，介质电润湿墙包含了电润湿效应的两个重要元素一导电层和绝缘疏水层，当然，疏水层也可以在此墙形成后再涂敷设置；用透明的上、下盖片将通孔内部空间密封为透镜腔4，腔内存储两种或多种具有不同的折射率、互不相溶的透明导电液体和绝缘液体作为透镜材料。上、下盖片中的一片与导电液体接触的表面如果设有透明导电层，则可作为电极I引出；盖片表面未设透明导电层时，则设有其它导电材料与导电液体接触并作为电极I引出，特别是透镜载体1材料为导电介质时，其可直接与导电液体接触也可作为电极I引出；介质电润湿线3各抽头合并为另一电极II引出。本专利技术可变液体透镜的变焦驱动力来自于介质电润湿线3与导电液体接触后在电压作用下发生的电润湿效应，与透镜载体1无关，故透镜载体1材质可为导电体，也可为非导电体；形状也不限定，作为透镜使用形状优选为通孔圆管状或如图3所示的通孔圆锥状，作为其它可调光学部件使用时，可选择其它任意形状。导电液体与绝缘液体接触形成的弯曲界面起着透镜作用，在电压作用下导电液体与介质电润湿线墙2的界面张力因电润湿效应的作用而降低，从而改变弯曲界面形状以实现光学焦距的调谐。区别于一般的可变透镜和液体透镜装置，本专利技术的透镜可按区域设置介电润湿墙，各介电润湿墙均可独立施加控制电压。如图4所示，载体1内壁按纵向分成n个区域，各区域穿绕不同的介质电润湿线匝段，各线匝段间电绝缘，形成n个介电润湿墙，每个线匝段的抽头合并引出一个电极II，形成电极组(II_1，II_2，…II_n)，各电极可分别施加不同的控制电压，可使液体接触面发生形变的同时沿轴向偏转，从而控制透镜焦点三维移动，也可控制液体弯曲面变为可控制偏转方向的平面。介质电润湿线墙2可由n根不同的介质电润湿线并排沿内壁纵向穿绕而成，每根线可独立施加控制电压信号，参见图5。同样地，介质电润湿线墙2也可设置为多层线排结构，每层可单独施加电压控制，参见图6。介质电润湿线墙2的设置可由粗线芯设置一层或多层线墙，而后在线墙的缝隙间设置细线，以提高填充率和平整度，参见图7。介质电润湿线墙(2)的设置可由细线芯设置一层或多层线墙，而后使用粗线在线墙接触液体侧稀疏设置一层粗线，以提高液体与线墙的接触面积，参见图8。当介质电润湿线墙具有一定硬度时，可以舍去透镜母体1，而只用介质电润湿线墙构造透镜主体，在墙的外侧刷涂粘胶等以防止墙体漏液；或使用编织技术，例如将介质电润湿线编织成透镜腔主体，同时充当介质电润湿线墙作用，参见图9。此外，以本专利技术为基础的层叠方案，透镜腔3内存储的液体可为三种及以上液体。有益效果：根据以上叙述可知，本专利技术具有如下特点：本专利将线匝穿绕技术与现代光学技术相结合，设计了一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜结构，具有重要的经济和技术价值。本专利技术设计的器件具有结构简单、容易制作、成本低廉等优点。创新之处在于：1)专利技术了介质电润湿线，然后将此线应用于液体变焦透镜类产品的构造，并提供电润湿效应驱动。将传统的液体变焦透镜的核心部件即提供电润湿效应的绝缘介电层的制作，转化为生产工艺成熟的线芯加工，大大简化了生产工艺，提高了良品率。一举打破了液体变焦透镜被国外技术垄断的局面，加速推进液体变焦透镜的国产化。2)因本专利技术可变液体透镜的变焦驱动力来自于介质电润湿线与导电液体间发生的电润湿效应，与透镜载体材质、形状均无关，故可以构造任意光瞳形状的光可变焦透镜，例如三角形光瞳，四边形甚至多边形光瞳，打破了可变焦透镜圆形光瞳的限制；也可以设计并制备各种异型腔体结构的可调光学器件，将会给可调光学器件设计与制备带入一片新天地。3)简单易行、丰富多彩的控制电极设置，为可调光学器件的控制与应用带来无限可能。附图说明图1是一种线墙式电润湿驱动液体透镜结构示意图，图中有1-透镜载体、2-介质电润湿线墙、3-透镜腔、4-介质电润湿线、8-电极抽头，线墙被分为3个区域，有3个控制电极抽头，分别施加不同的电压可独自改变每个介质电润湿墙的界面张力；图2是介质电润湿线结构示意图，图中有5-导电线芯、6-绝缘层、7-疏水层；图3A是通孔为圆锥状结构的示意图，图中排线可倾斜排布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜，其特征在于，所述的线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜包括透镜载体(1)、介质电润湿线墙(2)及透明的上、下盖片；所述的透镜载体(1)主体为通孔状结构，介质电润湿线(3)以排绕方式在通孔内壁与外壁之间纵向穿绕成线匝状，在通孔内壁形成介质电润湿线墙(2)，线墙沿纵向分成n个区域块，各区域块线墙间电绝缘；所述的介质电润湿线(3)由导电线芯(5)外裹绝缘层(6)形成；通孔被透明的上、下盖片密封为透镜腔(4)，其内存储具有不同的折射率、互不相溶的透明导电液体和绝缘液体作为透镜材料，液体间弯曲界面起着透镜作用，通过与介质电润湿线墙(2)发生的电润湿效应，改变弯曲界面形状以实现光学变焦；介质电润湿线墙(2)的n块线墙分别施加不同的控制电压后，可使弯曲界面发生形变，也可使界面沿轴向偏转，从而控制透镜焦点三维移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜，其特征在于，所述的线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜包括透镜载体(1)、介质电润湿线墙(2)及透明的上、下盖片；所述的透镜载体(1)主体为通孔状结构，介质电润湿线(3)以排绕方式在通孔内壁与外壁之间纵向穿绕成线匝状，在通孔内壁形成介质电润湿线墙(2)，线墙沿纵向分成n个区域块，各区域块线墙间电绝缘；所述的介质电润湿线(3)由导电线芯(5)外裹绝缘层(6)形成；通孔被透明的上、下盖片密封为透镜腔(4)，其内存储具有不同的折射率、互不相溶的透明导电液体和绝缘液体作为透镜材料，液体间弯曲界面起着透镜作用，通过与介质电润湿线墙(2)发生的电润湿效应，改变弯曲界面形状以实现光学变焦；介质电润湿线墙(2)的n块线墙分别施加不同的控制电压后，可使弯曲界面发生形变，也可使界面沿轴向偏转，从而控制透镜焦点三维移动。


2.如权利要求书1所述的线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜，其特征在于，所述的介质电润湿线(3)的外裹绝缘层(6)外可涂敷疏水层(7)；若所述的疏水层(7)具有绝缘性，则绝缘层(6)和疏水层(7)可合二为一；若所述的介质电润湿线(3)不涂敷疏水层(7)，则可在介质电润湿线墙(2)与液体接触面涂敷疏水层。


3.如权利要求书1所述的线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜，其特征在于，所述的上、下盖片中与导电液体接触的表面设有透明导电层并作为公共电极I引出；或设有其它导电材料与导电液体接触并作为公共电极I引出；或所述的透镜载体(1)为导电材料制作而成时，透镜载体直接与导电液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩南，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：陈浩南，
类型：发明
国别省市：江苏;32