[发明专利]一种基于电磁驱动的变焦液体透镜

说明书

本发明公开基于电磁驱动的变焦液体透镜，该透镜包括入射窗口、线圈Ⅰ、弹簧、环形绝缘轻质环形薄片、填充液体Ⅱ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、填充液体Ⅰ、小型磁铁、圆柱形腔体、线圈Ⅳ、出射窗口。圆柱形腔体中，环形绝缘轻质薄片被两边上下共四根弹簧固定，在电磁驱动力下，环形绝缘轻质薄片在固定在其上的小型磁铁带动下上下移动，使环形绝缘轻质薄片中圆孔处的液‑液界面向下或向上凸起，进而改变透镜的焦距。

技术领域

本发明涉及一种液体透镜，更具体地说，本发明涉及一种基于电磁驱动的变焦液体透镜。

背景技术

透镜作为光学成像系统中的一种核心部件，已经与我们的生活息息相关，各类透镜已广泛应用于摄像镜头、投影镜头、光学望远镜、光学显微镜等。在这些成像系统中，由于使用的透镜一般均为固体透镜，单个的固体透镜不能实现变焦，而在成像的过程中我们又需要通过矫正像差、变焦等来得到理想的画面，所以使用的透镜往往不是单个存在的，而是以多个透镜形成一个透镜组来进行工作的。矫正像差往往需要正负透镜的组合来实现，而要实现变焦则需要多个透镜调节它们之间的相对位置，所以上述成像系统的设计和制作往往很复杂，使得开发新产品的成本高且周期长，制成的器件往往也很笨重，不易实现器件的轻便化。液体透镜的诞生，有效的改善了上述情况，这类透镜大多能实现自动变焦，例如Varioptic 公司的B. Berge飞利浦公司的J. Peseux提出了基于电湿润效应的液体透镜已经商业化生产，其通光孔径为6mm左右时,焦距最短能达到16mm。台湾新竹清华大学的团队2007年提出的一种介电力驱动的液体透镜，孔径为毫米级别，其能实现12mm到34mm的连续变焦。这类液体透镜虽然在自动变焦上取得了成功，但变焦范围仍需进一步提升，尤其是上述基于介电力驱动的液体透镜还不能实现正负透镜的自由切换。韩国明知大学的Il SongPark团队在2018年提出了一种使用电磁力驱动的电湿润液体透镜，其通过电湿润效应实现透镜的聚焦功能，电磁驱动实现放大功能，但是该器件由于液体的流动性而不稳定，即不能倾斜放置，这大大降低作为液体透镜的优势。本发明提出的一种基于电磁驱动的变焦液体透镜不仅能实现变焦范围的进一步扩大与正负透镜的自由切换，该透镜还具有良好的稳定性。

发明内容

本发明提出一种基于电磁驱动的变焦液体透镜。如附图1所示，该透镜包括：入射窗口、线圈Ⅰ、弹簧、环形绝缘轻质薄片、填充液体Ⅱ、线圈Ⅱ、线圈Ⅲ、填充液体Ⅰ、小型磁铁、圆柱形腔体、线圈Ⅳ、出射窗口。其中，入射窗口、出射窗口、圆柱形腔体共同组成基于电磁驱动变焦液体透镜的主体结构，小型磁铁固定在环形绝缘轻质薄片中，环形绝缘轻质薄片被两边上下共四根弹簧固定，小型磁铁分别与两边上下共四个线圈相对应。 填充液体Ⅰ、Ⅱ密度完全相同，且互不相溶，且具有不同的折射率。

本发明提出的基于电磁驱动的变焦液体透镜的工作原理基于电磁驱动力, 在电磁驱动力下，磁铁带动环形绝缘轻质薄片在腔体中部向上移动，而当环形绝缘轻质薄片向上移动时，环形绝缘轻质薄片中央圆孔中填充液体Ⅰ向下涌，形成一个月牙形液-液界面，由于填充液体Ⅱ的折射率小于填充液体Ⅰ，即形成了正透镜，如附图2所示。在电磁驱动力下，磁铁带动环形绝缘轻质薄片向下移动时，挤压填充液体Ⅱ，使得部分填充液体Ⅱ在环形绝缘轻质薄片中央圆孔处向上涌，进而形成月牙形液-液界面，即形成了负透镜，如附图3所示。通过改变环形绝缘轻质薄片移动的距离可以实现交界面曲率的变化，即实现变焦的效果，由于我们使用了两种密度相同的液体，从而可以保证器件的稳定性。