[发明专利]一种基于微流控的可调光阑

说明书

本发明公开一种基于微流控的可调光阑，包括：基板、控制层、腔体层、顶层、第一注水通道、出水通道、第二注水通道、第三注水通道、第四注水通道、第一填充液体和第二填充液体。第一填充液体通过第一注水通道、第三注水通道和第四注水通道被注入腔体层，作为吸收光的材料，并且以一定的注入速度保持不变。第二填充液体通过第二注水通道注入腔体层的中央，这样在中间部分的第一填充液体就被第二填充液体挤开，形成了一个圆形通光孔径。在控制第一填充液体合适的注入速率的情况下，改变第二填充液体的静水压力，就可以控制圆形光阑孔径的大小和位置。

一、技术领域

本发明涉及一种可调光阑，更具体地说，本发明涉及一种基于微流控的可调光阑。

二、背景技术

近些年来，液体可调光阑吸引了很多研究者的关注，原因在于其可广泛应用在光学成像系统、光开关和可协调光衰减器中。尤其是在光学成像系统中，有经验的光学设计者可以通过调节光阑的大小和位置来控制通光孔径和减小轴外像差，如慧差和象散。传统的光阑是基于旋转叶片设计一个可调节的光孔。然而，由于机械的操作方式，光阑的孔径变化不准确，此外响应速度慢也是传统器件普遍存在的一个问题。液体光阑由于内部不需要引入可移动的固体元部件而具有性能稳定、轻量化和低能耗等优点。现有的基于介电力效应的液体光阑虽然响应时间快、工作电压低，但是由于介电力本身比较弱，因此基于介电力效应的液体光阑尺寸较小，限制了其应用范围。基于电湿润效应的液体光阑也被广泛研究，此种液体光阑可以用扩张和收缩液面的方式实现，其可以达到较大的孔径协调幅度。然而，电湿润液体光阑的寿命有限，且存在由于电场中的排斥力存在，所以无法达到100％孔径变化范围。通常，微米尺度空间里流动的流体被认为微流体，对以层流或低雷诺数为主要特征微流体的操控相应的成为微流控，其主要特点在于结构的可调化、功能的集成化和系统的微型化。因此，将光学器件集成在一块芯片上，实现对光信号的生产、控制及处理，具有成本低、人力投入少、自动化程度高、精准度和可重复性高的特点。

三、发明内容

本发明提出一种基于微流控的可调光阑。如附图1所示，该光阑包括：基板、控制层、腔体层、顶层、第一注水通道、出水通道、第二注水通道、第三注水通道、第四注水通道、第一填充液体和第二填充液体。其中，第三注水通道在控制层，且在控制层的中央与腔体层通过一个小孔连接，第一注水通道、第二注水通道、第四注水通道、出水通道均在腔体层，第一填充液体和第二填充液体两种液体密度相同，且互不相溶，第一填充液体染色，吸收可见光，第二填充液体无色，可透光。

本发明提出的基于微流控的可调光阑的工作原理如附图2所示。第一填充液体通过第一注水通道、第三注水通道、第四注水通道被注入腔体层，作为吸收光的材料，并且以一定的注入速度保持不变。第二填充液体通过第二注水通道注入腔体层的中央，这样在中间部分的第一填充液体就被第二填充液体挤开，形成了一个圆形通光孔径。在控制第一填充液体的注入速率合适的情况下，改变第二填充液体的静水压力，就可以控制圆形光阑孔径的大小和位置。

优选地，基板的厚度为d₁≥0.05mm且d₁≤1mm。

优选地，控制层的厚度为d₂≥0.1mm且d₂≤1mm。

优选地，腔体层的厚度d₃≥0.1mm且d₃≤2mm，腔体层中填充了液体的部分的口径d₄≥0.5mm且d₄≤20mm。

优选地，顶层的厚度为d₅≥0.5mm且d₅≤1mm。

优选地，注水通道和出水通道直径均为d₆≥0.05mm且d₆≤0.2mm。

优选地，控制层、腔体层、基板和顶层均为高透过率材质。