[发明专利]含梯度折射率材料的电润湿型可变焦液体透镜

摘要

本发明公开了一种含梯度折射率材料的电润湿型可变焦液体透镜，属于光学技术领域。其主要特点是，液体透镜前后表面分别采用更容易加工的梯度折射率材料的平凸透镜和平凹透镜，通过合理地选择和匹配两个透镜的梯度折射率系数A、B、C来补偿球差和色差，从而提高了本发明的成像质量。另外，采用可伐材料制作液体透镜的腔体，不但可直接从腔体上引出电极而无需在腔体内壁镀制金属电极，并且还可采用高频焊接法将腔体与两个透镜进行焊接，有效地改善了本发明的密封特性。本发明克服了一般液体透镜只能改变焦距，不能同时消色差和像差的缺点，具有像质优良，应用中可单独组成光学系统，体积小巧，不需其它元件参与成像的特点。

主权项

一种含梯度折射率材料的电润湿型可变焦液体透镜，包括腔体(2)、导电液体(3)和绝缘液体(4)，其特征在于：还包括第一透镜(1)和第二透镜(5)，第一透镜(1)为梯度折射率材料制作的正焦距平凸透镜，其前表面为球面(1‑1)，后表面为平面(1‑2)并通过化学气相沉积法镀有ITO导电膜(1‑3)；腔体(2)为可伐材料制作的顶部开有通孔的倒U形圆柱体，其圆柱内表面及顶部内外表面均涂覆疏水介电膜(2‑1)；导电液体(3)是氯化钠和水混合而成的电解质溶液；绝缘液体(4)由硅油DC704和二溴己烷混合而成；第二透镜(5)为梯度折射率材料制作的负焦距平凹透镜，其前表面为平面(5‑1)，后表面为球面(5‑2)，第二透镜(5)的外径与所述腔体(2)的外径相同；所述腔体(2)的底部通过高频加热焊接法焊接在第二透镜(5)的前表面(5‑1)上；在腔体(2)的内部按照1︰1的体积比依次注入所述绝缘液体(4)和所述导电液体(3)，其中绝缘液体(4)与所述第二透镜(5)接触；正极导线(6‑1)焊接在所述腔体(2)的圆柱外表面上，负极导线(6‑2)焊接在所述导电膜(1‑3)上，导电膜(1‑3)与腔体(2)的顶部通过高频加热焊接法连接；所述第一透镜(1)和第二透镜(5)的梯度折射率材料采用光学玻璃或光学塑料或光学晶体，第一透镜(1)和第二透镜(5)的折射率分布都应满足下述公式：$n^2\left(z\right)=A+\frac{{\mathrm{Bz}}^2}{z^2-C}$式中，A、B、C均为第一透镜或第二透镜的梯度折射率系数，z为以第一透镜前表面(1‑1)顶点或第二透镜前表面(5‑1)顶点为坐标原点且沿光轴正向的坐标值，n(z)是光轴上z点坐标值所对应的折射率，当z＝0时，n(z)＝A^0.5；与此同时，所述电含梯度折射率材料的电润湿型可变焦液体透镜的球差和色差应满足以下一组公式：$S_I=\underset{1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{IG}}+\underset{1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i{P}_i=0$$S_{\mathrm{IC}}=\underset{1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{ICG}}+\underset{1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^2{C}_i=0$$p_i=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δu}}_i}{\mathrm{\Δ}\frac{i}{n}}\right)}^2\mathrm{\Δ}\frac{u_i}{n_i}$C_i＝Φ_i/υ_i式中：S_Ⅰ是电润湿型可变焦液体透镜的总球差；S_IG是第一透镜或第二透镜的球差；S_ⅠC是电润湿型可变焦液体透镜的总位置色差；S_ⅠCG是第一透镜或第二透镜的位置色差；h_i为光线在第i面上的高度，i代表相邻介质的光学表面，其中，i＝1为第一透镜的前表面，i＝2为第一透镜的后表面，i＝3为导电液体与绝缘液体的分界面，i＝4为第二透镜的前表面，i＝5为第二透镜的后表面；u_i为光线在经过第i面时与光轴的夹角；n_i为光线到达第i面前所经介质的折射率；Φ_i为绝缘液体或导电液体的光焦度；υ_i为其阿贝数。