[发明专利]一种面形和光阑可调的多功能液体透镜

说明书

本发明公开一种面形和光阑可调的多功能液体透镜，其中，驱动腔体由驱动腔体侧壁、电极单元化的ITO玻璃、ITO玻璃以及液态金属材料构成；成像腔体由透明弹性体、成像腔体侧壁以及水相液体和油相液体构成。驱动腔体环绕在成像腔体周围，与成像腔体同轴。成像腔体与驱动腔体上部和下部分别连通。电极单元化的ITO玻璃分为外环调焦电极和内部面型调控电极两部分。通过对电极单元化的ITO玻璃这一个驱动施加不同方式的电压，该器件可以实现变焦且光阑可调、横向球差可控、柱透镜连续可调、液‑液面偏转等功能，可被广泛应用在光学系统中用于变焦、光阑调节、光轴偏转、控制像差等场景。

技术领域

本发明涉及一种液体透镜，更具体地说，本发明涉及一种面形和光阑可调的多功能液体透镜。

背景技术

传统的光学变焦系统需要通过复杂的机械结构和电子元件配合来控制固体镜片的位移，从而实现焦距改变。对于具有光阑可调、光轴偏转等功能的变焦系统，需要引入额外的固体器件来实现对应功能，需要一定的体积空间和调节响应时间。各种功能的液体光子器件的出现使得光机系统在无机械耗损、快速响应、微型化、轻量化等方面有了较大的提升。然而，目前现有的液体光子器件大多是基于单个的功能而存在的，如液体光开关、液体偏转棱镜等。例如论文Ren H. , “ Liquid-based infrared optical switch,”, AppliedPhysics Letters, 2012, 101(4): 2142.提出一种基于液体的红外光开关；论文 Liu C.,“Liquid prism for beam tracking and steering,”, Optical Engineering, 2012, 51(11):114002.提出一种基于电润湿的液体偏转棱镜，这两种器件也都只具有一种功能。此外，液体透镜在有变焦能力的同时也只会兼具一个功能，如具有面形调控功能的液体透镜等。论文Mishra K., “Optofluidic lens with tunable focal length andasphericity,”, Scientific Reports , 2014, 4: 6378. 提出一种可控球差的液体透镜，该透镜在液-液界面曲率改变的基础上调节非球面来实现球差控制的功能。如果将具有这些功能的液体光子器件都集成在系统中加以使用，只能以牺牲光机系统的体积空间和响应时间为代价。为了让光学系统更加轻量化，多功能的液体透镜成为一种新的需求。

发明内容

本发明提出一种面形和光阑可调的多功能液体透镜。如附图1所示，该透镜包括电极单元化的ITO玻璃、驱动腔体侧壁、成像腔体侧壁、支撑隔板、透明弹性体、ITO玻璃、液态金属材料、水相液体和油相液体。其中，驱动腔体由驱动腔体侧壁、电极单元化的ITO玻璃、ITO玻璃以及液态金属材料构成；成像腔体由透明弹性体、成像腔体侧壁以及水相液体和油相液体构成。驱动腔体环绕在成像腔体周围，与成像腔体同轴。成像腔体与驱动腔体上部和下部分别连通。

提出的面形和光阑可调的多功能液体透镜仅有电极单元化的ITO玻璃一个驱动，但可通过对电极单元化的ITO玻璃施加不同方式的电压实现变焦且光阑可调、横向球差可控、柱透镜连续可调、液-液面偏转等功能。其中，电极单元化的ITO玻璃由外环调焦电极和内部面形调控电极组成，如附图2所示，外环调焦电极是最外层的同心圆环带部分，内部面形调控电极是分为面积近似相等的若干个单元化电极的圆形区域。