[发明专利]一种基于电湿效应的低压驱动双液体变焦透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体光学变焦透镜，具体涉及一种基于电湿效应的低压驱动双液体变焦透镜，可用作小型数码相机、摄像机、手机、电脑内置摄像头的光学元件，并可应用于生物测定仪、电视内部监视仪以及通讯设备等。

背景技术

传统的变焦光学系统是通过固定焦距透镜的组合，同时改变各镜头之间的间距，在保持成像面的位置不变的同时改变整个透镜组的焦距。这种机械调节方式使得光学变焦系统的结构复杂，体积庞大，制造精度要求高，并且不易在小范围空间内实现光学变焦。双液体变焦透镜克服了传统变焦光学系统的缺点，它建立在介电层电湿效应（EWOD）的基础上，通过电控改变透镜中液体界面的形状来达到变焦的目的。早在2000年Varioptic的实验室研究人员B.Berge就发表了利用“电湿效应”制作液体变焦透镜的文章。随后，Philips和Varioptic公司等都着力研究此种变焦透镜并在杂志上发表了相关的一些文章，利用“电湿效应”实现单个液体透镜变焦的可能性，并推出了一些原型器件。但这些原型器件基本上都是利用派瑞林等介电常数较低的绝缘层充当液体透镜内部的介电层，普遍存在驱动电压大的缺点，比如Philips给出的透镜模型其驱动电压达到了120伏，而Varioptic制作的透镜模型的驱动电压降到了60伏。

发明内容

为克服传统的变焦光学系统结构复杂，体积庞大，制造精度要求高，并且不易在小范围空间内实现光学变焦，“电湿效应”液体透镜驱动电压大等弊端，本发明公开了一种基于电湿效应的低压驱动双液体变焦透镜，是基于五氧化二钽薄膜和该薄膜上的电湿效应而设计的一种全新的变焦光学透镜。本发明工艺简单、在保证一定的变焦范围的情况下，通过采用相对介电常数较高、薄膜厚度较低的介电层来降低驱动电压的双液体变焦透镜。

本发明技术方案是这样实现的：

一种基于电湿效应的低压驱动双液体变焦透镜，包括圆柱金属管，上玻璃基片和涂覆有透明导电膜ITO层的下玻璃基片，其特征在于：

A)在圆柱金属管内壁首先沉积一层五氧化二钽介电层，然后再沉积一层厚度很薄的特氟龙防水层；在圆柱金属管底部密封一内外径与圆柱钽管相同的塑料垫圈；塑料垫圈底部连接一涂覆有透明导电薄膜ITO层的直径大于圆柱钽管外径的下玻璃基片；

B)依次将折射率不同的导电水溶液和绝缘油性液体注入圆柱金属管内；在圆柱金属管上方密封上玻璃基片；

C)从圆柱金属管外壁和下玻璃基片的ITO导电层上分别引出电极，通过这两个电极在介电层和防水层之间施加不同的电压就可以实现低压驱动双液体变焦透镜。

所述的圆柱金属管为钽材料。

所述的五氧化二钽介电层，其相对介电常数为20，薄膜厚度为500nm。

与现有技术相比，本发明具有结构简单、驱动电压低、变焦范围宽、无机械可动部件、响应速度快等特点，利用阳极氧化工艺在圆柱钽管内壁形成相对介电常数较大、薄膜厚度相对较小的五氧化二钽薄膜作为透镜的介电层，可以在原有技术的基础上极大的降低双液体变焦透镜的驱动电压。

附图说明

图1是基于电湿效应的低压双液体变焦透镜结构示意图；

图2是为发明透镜在施加不同电压时对应的不同屈光度变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种基于电湿效应的低压驱动双液体变焦透镜，如图1所示。包括圆柱金属管，上玻璃基片和涂覆有透明导电膜ITO层的下玻璃基片。在圆柱金属管内壁先沉积一层五氧化二钽介电层，然后再沉积一层厚度很薄的特氟龙防水层；在圆柱金属管底部密封一内外径与圆柱钽管相同的塑料垫圈；塑料垫圈底部密封一涂覆有透明导电薄膜ITO层的直径大于圆柱钽管外径的下玻璃基片；依次将折射率为1.38的导电水溶液和折射率为1.55的绝缘油性液体注入圆柱金属管内；最后在圆柱金属管上方密封上玻璃基片；从圆柱金属管外壁和下玻璃基片的ITO导电层上分别引出电极，通过这两个电极在介电层和防水层之间施加不同的电压就可以实现低压驱动双液体变焦透镜。本发明所述的圆柱金属管为钽材料；所述的五氧化二钽介电层，其相对介电常数为20，薄膜厚度为500nm。

通过改变外部电压的大小，可以改变透镜中两种液体的界面形状，从而改变透镜的焦距或屈光度。图2是在透镜的两个电极间施加不同的外部电压时透镜屈光度的变化曲线，从曲线上可以看出在保证一定的变焦范围的情况下该发明的驱动电压降到了15伏左右。

本发明利用相对介电常数较大、厚度相对较小的五氧化二钽薄膜作为液体透镜的内壁介电层，并利用介电层上的电湿效应，成功实现了基于电湿效应的双液体变焦透镜的低压驱动。可广泛用于小型数码相机、摄像机、手机、电脑内置摄像头的光学元件，并可应用于生物测定仪、电视内部监视仪以及通讯设备等。