[发明专利]一种低电压驱动的反转变焦微透镜

说明书

一种低电压驱动的反转变焦微透镜，包括底层，底层为透明导电层，作为电极；底层上面设有镶嵌有微透镜阵列的多孔结构，镶嵌有微透镜阵列的多孔结构作为中间层；多孔结构的四周连接有第一透明固体板，在多孔结构上部及第一透明固体板内部装有第一透明液体，第一透明固体板及透明液体的上部通过第二透明固体板封装，第一透明固体板、第一透明液体、第二透明固体板构成顶层，顶层为封装保护层；微透镜阵列和第一透明液体材料密度相近，表面能差大；通过在底层施加电压，微透镜能够从凸透镜到平面镜再到凹透镜的光滑连续可重复变化，本发明具有微透镜的高集成度、低成本、快响应、大范围连续无穷变焦的优点。

技术领域

本发明属于微纳工程中的微透镜技术领域，具体涉及一种低电压驱动的反转变焦微透镜。

背景技术

随着集成光学和光通讯技术的迅速发展，微型化、低功耗、快响应、大范围连续变焦以及高集成度等对现代微纳光学元件提出了新的需求。液体微透镜阵列作为其中重要的光学元件之一，吸引了越来越多的学术和工业研究人员的关注，已经在诸如光学传感器装置，光通信装置，片上实验系统，医学诊断和生命科学等领域中广泛应用。例如，S.Y.Lee等人提出了基于热效应的变焦微透镜阵列，具有价格低廉、结构设计灵活等优点，但制作工艺复杂、响应速度慢以及调焦范围小；Jiang的研究小组设计制造的变焦微透镜阵列，利用水凝胶在不同温度环境中的膨胀与收缩特性，改变水油界面的曲率，达到调整焦距的目的，能够实现较大的调焦范围，但是水凝胶流道的存在，大大降低了器件的紧密型，降低了液体微透镜的占空比，难以满足高集成度要求；S.Kuiper小组提出的基于电润湿原理的液体变焦透镜，虽然结构灵活，但由于高电压的限制，通常电压大于150V，焦距的调节范围有限，且带来电极破裂、击穿失效等可靠性和稳定性问题。而且，目前研究的大多数微透镜的变焦范围，仅仅局限在有限范围内变焦。而实际应用中，在诸如点对点诊断、3D成像仪和需要快速精确控制的实时运动跟踪等领域，对大变焦范围的需求越来越迫切。因此开发低电压(通常电压小于10V)驱动的高集成度、低成本、快响应、大范围连续无穷变焦微透镜是目前研究变焦光学系统的关键。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低电压驱动的反转变焦微透镜，具有微透镜的高集成度、低成本、快响应、大范围连续无穷变焦的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种低电压驱动的反转变焦微透镜，包括底层6，底层6为透明导电层，作为电极；底层6上面设有镶嵌有微透镜阵列4的多孔结构5，镶嵌有微透镜阵列4的多孔结构5作为中间层；多孔结构5的四周连接有第一透明固体板2，在多孔结构5上部及第一透明固体板2内部装有第一透明液体3，第一透明固体板2及透明液体3的上部通过第二透明固体板1封装，第一透明固体板2、第一透明液体3、第二透明固体板1构成顶层，顶层为封装保护层。

在底层6未施加电压U的初始状态下，微透镜呈现凸起形貌，具备凸透镜功能；施加外部电压U后，微透镜焦距能从初始有限正焦距到正无穷大连续变焦，微透镜仍为凸透镜；随施加电压U时间的延长，正无穷大焦距迅速反转为负无穷大焦距，微透镜表现为平面镜；继续施加电压U，又从负无穷大焦距到有限负焦距的连续变焦，此阶段微透镜为凹透镜；当断开电源U后，焦距逆向连续恢复，从有限负焦距到无穷大负焦距，再到无穷大正焦距最终恢复至初始有限正焦距，微透镜从凹透镜到平面镜再恢复至初始状态凸透镜。

所述的多孔结构5为周期性透明微孔阵列。

所述的多孔结构5材料为NOA。

所述的微透镜阵列4和第一透明液体3材料密度相近，表面能差大，不能混溶。

所述的微透镜阵列4的材料为丙三醇。

所述的第一透明液体3的材料为硅油。

一种低电压驱动的反转变焦微透镜的制备工艺，包括以下步骤：