[实用新型]一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜

说明书

一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜，其基本结构在于包括透镜载体(1)、介质电润湿线墙(2)及透明的上、下盖片；透镜载体(1)主体为通孔状结构，介质电润湿线(3)以排绕方式在通孔内壁与外壁之间纵向穿绕成线匝状，线墙沿纵向分成n个区域块，各区域块线墙间电绝缘；所述的介质电润湿线(3)由导电线芯(5)外裹绝缘层(6)形成；通孔内存储具有不同的折射率、互不相溶的透明导电液体和绝缘液体作为透镜材料，通过与介质电润湿线墙(2)发生的电润湿效应，改变弯曲界面形状以实现光学变焦；不同线墙分别施加不同的控制电压后，可使弯曲界面发生形变，也可使界面沿轴向偏转，可构造任意光瞳形状的光可变焦透镜或可调光学器件。

技术领域

本发明专利涉及一种新颖的线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜结构及其工作原理，属于光电成像、光电传感和光信息处理器件的技术领域。

背景技术

传统的变焦系统是通过移动透镜相对光电传感器的位置来实现变焦，很容易受到外力的损伤而出现故障，并且传统变焦系统的响应时间较长。液体变焦透镜系统不需要任何的机械传动装置，系统也不易受到外力损伤。液体变焦透镜是通过改变液体的形状来实现变焦，其响应时间只有几个毫秒，且无需机械移动即能实现焦距的调节，具有结构紧凑、控制灵活、制造成本低、无机械磨损、易于集成等诸多优点，可望克服传统光学系统所面临的困难。

目前国际上研制的液体变焦透镜模型主要有以下几种：

(a)充液型变焦透镜，它通过改变注入腔体内液体的体积来改变腔体顶面薄膜的曲率，从而达到调节焦距的目的。结构简单，价格低廉但这种透镜需要一个额外的泵来提供压力以改变液体顶面薄膜的曲率，如果压力过大会给弹性薄膜造成毁灭性的破坏。

(b)基于液晶的微变焦透镜，它将透镜置于液晶氛围中，通过改变施加的电压来调节液晶的折射率，从而实现对透镜焦距的控制。此种透镜易于实现阵列化，但是由于液晶在电场中的非均匀性会造成较大的光学失真。

(c)基于介质电润湿(EWOD)的流体变焦透镜，它利用外加电压来调节液面的曲率，进而改变透镜的焦距。该类型透镜结构小巧，焦距调节范围大。Philips公司发布的基于介质电润湿(EWOD)的流体变焦透镜基本工作原理如下：透镜材料由折射率不同的两种不混溶液体组成，一种是导电性水溶液(高折射率)，另一种是不导电性油(低折射率)，将两种液体加入上下两面透明的短圆筒中。由于圆筒侧壁进行了绝缘疏水性处理，因此两种液体界面能够形成稳定的曲面，起到透镜的作用。当施加与疏水性处理面直交的电场时，导电水溶液与侧壁之间的界面张力因电润湿效应的作用而降低，从而改变两种液体界面的形状，最终导致透镜焦距的变化。Varioptic公司的液体透镜结构与此类似。但他们的变焦透镜方案所采用的材料价格昂贵，装置复杂，产品良品率低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜结构，简化制作过程，改进生产工艺，解决液体透镜的生产成本问题。

本发明提出的一种线墙式多电极控制电润湿驱动液体透镜结构，包括透镜载体1、介质电润湿线墙2及透明的上、下盖片；透镜载体1主体部分为通孔状结构，介质电润湿线3以排绕方式在通孔内壁与外壁之间穿绕成一层或几层线匝状(有点类似于环形变压器线匝绕法)，密排的介质电润湿线3在通孔腔壁处形成了介质电润湿线墙2，其中，核心部件介质电润湿线3由导电线芯5外裹绝缘层6形成，绝缘层6外可涂敷疏水层7以提高线芯外表面疏水性，有时绝缘层与疏水层合二为一；由此，介质电润湿墙包含了电润湿效应的两个重要元素-导电层和绝缘疏水层，当然，疏水层也可以在此墙形成后再涂敷设置；用透明的上、下盖片将通孔内部空间密封为透镜腔4，腔内存储两种或多种具有不同的折射率、互不相溶的透明导电液体和绝缘液体作为透镜材料。