[发明专利]一种高光焦度的电润湿液体透镜

说明书

本发明公开一种高光焦度的电润湿液体透镜，包括介电疏水层、填充液体Ⅰ、填充液体Ⅱ、下基板透明电极、侧壁透明电极、上倾斜板电极、上基板、下基板、侧壁、上倾斜壁。侧壁加电，液体曲面第一次变化；上倾斜面加电，液体曲面再次变化。曲面经两次变化，该液体透镜能有效的增大光焦度。

一、技术领域

本发明涉及一种液体透镜，更具体地说，本发明涉及一种高光焦度的电润湿液体透镜。

二、背景技术

随着液体透镜商业化的实现，液体透镜已经成为未来透镜发展的一个重要方向。液体透镜通过电润湿、介电力、机械力等技术来改变液-液曲面的曲率，具有自动变焦的功能。因此液体透镜已广泛应用于消费电子，工业成像系统和医疗应用。与使用固定材料(例如玻璃或塑料)并需要宏观机械结构用于自动对焦和变焦的传统光学系统相比，液体透镜更快，并且功率消耗低。

虽然液体透镜具有变焦功能，但目前已有的液体透镜变焦范围受到很大的局限。由电润湿方式驱动的液体透镜存在接触角饱和问题，因此，即使在这种结构中两种液体的折射率差大，曲面曲率变化不大，其光焦度也极其有限。其他类型的液体透镜，例如弹力膜液体透镜，在液体与气体之间形成曲率，其光焦度较大，但是无法克服重力效应，因此很难得到广泛应用。

三、发明内容

本发明提出一种高光焦度的电润湿液体透镜。如附图1所示，包括：疏水介电层、填充液体I、填充液体II、下基板透明电极、侧壁电极、上倾斜壁电极、上基板、下基板、侧壁、上倾斜壁。

本发明的一种高光焦度的电润湿液体透镜的工作原理如附图2所示。初始时，由于表面张力，填充液体II呈凸形,与侧壁初始接触角为θ₀，当侧壁加电压后，填充液体II在侧壁发生电润湿效应而变成凹形，获得第一次曲面变化，与侧壁接触角变成了θ₁。当继续升高电压到一定程度，侧壁接触角达到饱和状态，此时曲率无法继续增大。这时，在上倾斜面加电后，由于填充液体II与上倾斜面有一定的初始角θ₂，因此，可在倾斜面上发生电润湿效应，填充液体II继续变形获得第二次曲面变化，与倾斜面接触角为θ₃。在整个电润湿过程中，接触角满足下面公式：

其中γ为两填充液体间的表面张力，U₁、U₂分别为两次的电压，d为介电层厚度，ε为介电层介电常数。整个过程中获得的光焦度由下面公式给出：

φ＝(n₂-n₁)c (3)

其中n₁、n₂分别为两填充液体折射率，c为液-液曲面的曲率。与传统液体透镜相比，本发明经过两次液体形变，提高了液体透镜光焦度的变化范围。

优选地，侧壁高d₁≥3mm且d₁≤5mm，直径d₂≥5mm且d₂≤15mm。

优选地，下基板直径d₃≥5mm且d₃≤15mm，厚度d₄≥0.5mm且d₄≤1.5mm。

优选地，倾斜面与水平方向倾斜角α≥25°且α≤75°。

优选地，填充液体I和填充液体II的密度相同。

优选地，填充液体I为硅油，填充液体II为电解质液体或离子液体。

优选地，高光焦度的电润湿液体透镜的驱动方式为电润湿驱动。

四、附图说明

附图1为本发明高光焦度的电润湿液体透镜的结构侧视示意图。