基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及景深3D成像、变焦成像、机器人视觉系统等技术领域，特别涉及一种基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜。其包括透镜本体，介电弹性体驱动器包括介电弹性体环形膜，柔性电极，以及环形框架；透镜本体包括设于介电弹性体环形膜中心位置且与介电弹性体环形膜一体固化成型的下层透明硅橡胶膜体，下层透明硅橡胶膜体通过真空抽吸装置形成有向上开口的半球形空腔，半球形空腔内填充有透明液体介质，在透明液体介质上方设有用于对透明液体介质覆盖密封的上层透明硅橡胶膜体。还包括一种制备焦距可调式透镜的方法。本发明专利技术能够可实现变焦成像效果好，机电性能高，响应速度快，使用寿命长，自动化程度高，制备效率高，流程简单，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及景深3D成像、变焦成像、机器人视觉系统等
，特别涉及一种基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜及其制备方法。

技术介绍

[0002]软体机器人是一类由软体驱动材料构成的新型仿生连续体机器人。相对于传统的刚体机器人，软体机器人具有结构柔软度高，环境适应性好，亲和性强，功能多样，可以大幅度改变身体形状等特点，在非结构化环境中有着广阔的研究和应用前景。研发能实现更复杂形变及运动，同时还能被重新编程来适应环境变化的软体机器人是未来发展的一个趋势。
[0003]对于软体机器人来说，嵌入式柔性驱动器是最重要的组件之一，在它的驱动下，软体机器人可以完成人类能够进行的运动。例如，软体机器人的眼睛能够模仿人眼流畅，准确，快速响应地调节焦距。不同的是，人类眼睛调节焦距的能力是通过睫状肌的收缩和松弛改变晶状体形状实现的，而当前大多数机器人眼睛调节焦距的能力都是基于机械移动刚性部件的数码相机实现的。数码相机的刚性部件会受到体积和惯性速度的限制。为了克服上述这些缺点，研究人员提出了许多基于软体驱动器的方法，例如液压/气压，电磁波，电化学，电润湿，介电泳力和刺激响应，虽然这些方法可以通过控制液体透镜的曲率半径来调节透镜的焦距。但是，这些软体驱动器也具有很多的弊端，例如响应速度慢，使用寿命短，或者必须将它们固定在无法集成的大型控制器上。
[0004]介电弹性体是一种电致伸缩聚合物，它可实现高达380％的电致应变以及高达3.4MJ/m3的机电能量密度，并且响应速度快，重量轻，成本低，没有噪音污染。介电弹性体驱动器也可以应用在焦距可调节透镜的领域，当施加电压时，环形介电弹性体驱动器在麦克斯韦应力的作用下发生面积上的扩展，此时，环形介电弹性体会对镜头进行挤压，使其直径变小而曲率变大，则焦距会变短。断开电压后，介电弹性体驱动器会恢复其形状，并且镜头将保持其原始尺寸，焦距也会恢复到之前的长度。可以看出，透镜聚焦可调节的范围与介电弹性体电致面积应变的程度有着很大的关系。
[0005]众所周知，通过向介电弹性体中添加高介电粒子可以提高介电弹性体的介电常数，从而提高其电致应变性能。然而，这样的方法往往会降低介电弹性体的透明度，因此，制造具有高介电常数，高透明性和高机电性能的介电弹性体驱动的焦距可调节透镜仍然是一个挑战。
[0006]专利CN 111948777 A，公开了一种基于介电弹性体的可变焦腔型镜头，其包括镜头驱动器，由预拉伸后的第一介电弹性体膜、第二介电弹性体膜和柔性电极组成，第一介电弹性体膜和第二介电弹性体膜固定粘贴在环形支撑框架上，第一介电弹性体膜和第二介电弹性体膜对称设置且相互贴合，第一介电弹性体膜和第二介电弹性体膜上均设有弧形凹槽，两组弧形凹槽相互对应且两者之间形成空腔，空腔内填充有透明液体介质，第一介电弹性体膜和第二介电弹性体膜的弧形凹槽外围至环形支撑框架的环形部分均涂覆有柔性电
极。该专利由介电弹性体膜、柔性电极、透明液体介质制成，通过其本身的腔体形状改变即可实现变焦成像效果，该镜头具有结构轻便、体积小等优点。但是，还存在以下问题：首先，该专利的镜头驱动器是由第一介电弹性体膜和第二介电弹性体膜粘合制备得到的，即其采用了两层介电弹性体膜粘合成的镜头驱动器，当柔性电极接通电源后，存在第一介电弹性体膜1上柔性电极5区域面积和第二介电弹性体膜2上柔性电极5区域面积变大不一致的情况。其次，第一介电弹性体膜和第二介电弹性体膜上的凹槽是软塑料水瓶手工抽吸得到的，一是不能保证两个凹槽体积大小相同，二是费事费力，效率低。上述两因素均会导致其制得的可变焦腔型镜头在使用时，出现变焦成像效果差，成像不清晰、变形的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种可实现变焦成像效果好，机电性能高，响应速度快，使用寿命长，自动化程度高，效率高的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜及其制备方法。
[0008]本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，包括透镜本体，所述介电弹性体驱动器包括沿透镜本体周向设置的用于通过控制透镜本体的曲率半径来调节透镜焦距的介电弹性体环形膜，设置于介电弹性体环形膜上下两表面的柔性电极，以及在预拉伸后的介电弹性体环形膜的上下两表面沿介电弹性体环形膜边缘对称设置的用于固定、支撑的环形框架；所述透镜本体包括设置于介电弹性体环形膜中心位置且与介电弹性体环形膜一体固化成型的下层透明硅橡胶膜体，所述下层透明硅橡胶膜体通过真空抽吸装置形成有向上开口的半球形空腔，所述半球形空腔内填充有透明液体介质，在所述透明液体介质的上方设置有用于对透明液体介质进行覆盖密封的上层透明硅橡胶膜体。
[0009]上述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，所述介电弹性体环形膜的材料为硅橡胶墨水，所述硅橡胶墨水的配置如下：先将铜酞菁粒子加入到正庚烷中，超声分散5
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8分钟，然后将两种组分硅橡胶以1:1的重量百分比混合，并溶解在铜酞菁
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正庚烷混合体系中，得到硅橡胶质量分数为30％、铜酞菁质量分数为3％的硅橡胶墨水。
[0010]上述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，所述真空抽吸装置包括中间带有圆孔的吸盘，在吸盘的下方设置有支撑架体，所述支撑架体上设置有真空吸嘴，所述圆孔、支撑架体、真空吸嘴均连通设置。
[0011]上述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，所述柔性电极涂覆于半球形空腔外围至环形框架的环形部分内侧。
[0012]上述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，所述上层透明硅橡胶膜体、下层透明硅橡胶膜体均由透明硅橡胶溶液通过电喷印技术打印制备得到，所述透明液体介质包括硅树脂；所述透明硅橡胶溶液的配置：将两种组分硅橡胶以1:1的重量比混合，然后溶解在正庚烷中，从而制得质量分数为30％的透明硅橡胶溶液。
[0013]一种制备基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜的方法，包括如下步骤：
[0014](1)将铜酞菁粒子分散到正庚烷中并超声处理，得到铜酞菁
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正庚烷混合物，然后将所述混合物加入到双组分硅橡胶溶液中，搅拌，得到硅橡胶墨水，备用；
[0015](2)采用电喷印技术，先打印得到下层透明硅橡胶膜体，然后利用步骤(1)得到的
硅橡胶墨水沿下层透明硅橡胶膜体周向打印得到介电弹性体环形膜，然后移至烘箱，烘干固化，得到介电弹性体；
[0016](3)将步骤(2)得到的介电弹性体放置于吸盘上，在真空的作用下，介电弹性体中心位置的下层透明硅橡胶膜体形成开口向上的半球形空腔，然后向半球形空腔中滴加透明液体介质，最后再用上层透明硅橡胶膜体覆盖在半球形空腔上，对透明液体介质进行封装；
[0017](4)在步骤(3)得到的介电弹性体的介电弹性体环形膜上方再次打印一层介电弹性体环形膜层，然后在100
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120℃温度下加热，使介电弹性体环形膜固化；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，包括透镜本体，其特征在于：所述介电弹性体驱动器包括沿透镜本体周向设置的用于通过控制透镜本体的曲率半径来调节透镜焦距的介电弹性体环形膜，设置于介电弹性体环形膜上下两表面的柔性电极，以及在预拉伸后的介电弹性体环形膜的上下两表面沿介电弹性体环形膜边缘对称设置的用于固定、支撑的环形框架；所述透镜本体包括设置于介电弹性体环形膜中心位置且与介电弹性体环形膜一体固化成型的下层透明硅橡胶膜体，所述下层透明硅橡胶膜体通过真空抽吸装置形成有向上开口的半球形空腔，所述半球形空腔内填充有透明液体介质，在所述透明液体介质的上方设置有用于对透明液体介质进行覆盖密封的上层透明硅橡胶膜体。2.根据权利要求1所述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，其特征是：所述介电弹性体环形膜的材料为硅橡胶墨水，所述硅橡胶墨水的配置如下：先将铜酞菁粒子加入到正庚烷中，超声分散5
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8分钟，然后将两种组分硅橡胶以1:1的重量百分比混合，并溶解在铜酞菁
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正庚烷混合体系中，得到硅橡胶质量分数为30％、铜酞菁质量分数为3％的硅橡胶墨水。3.根据权利要求1所述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，其特征是：所述真空抽吸装置包括中间带有圆孔的吸盘，在吸盘的下方设置有支撑架体，所述支撑架体上设置有真空吸嘴，所述圆孔、支撑架体、真空吸嘴均连通设置。4.根据权利要求1所述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，其特征是：所述柔性电极涂覆于半球形空腔外围至环形框架的环形部分内侧。5.根据权利要求1所述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜，其特征是：所述上层透明硅橡胶膜体、下层透明硅橡胶膜体均由透明硅橡胶溶液通过电喷印技术打印制备得到，所述透明液体介质包括硅树脂。6.一种制备根据权利要求1
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5任一项所述的基于介电弹性体驱动器的焦距可调式透镜的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将铜酞菁粒子分散到正庚烷中并超声处理，得到铜酞菁
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正庚烷混合物，然后将所述混合物加入到双...

【专利技术属性】
技术研发人员：江亮，王玉浩，周彦粉，刘占旭，周邦泽，李晨晨，周奉磊，陈韶娟，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：