[发明专利]可变外型棱镜

说明书

技术领域

本发明涉及一可变外型棱镜，尤指一种采用电湿润原理制造而成的可变外型棱镜。

背景技术

电湿润(Electro-wetting)主要原理为：在液体施加一电压，通过液体表面张力的减少和液体与一接触层间接触角的改变，控制该液体和接触层间的湿润性(Wettability)。

请参阅图1，其所绘示为美国专利(US 7,126,903)所揭露的一利用电湿润原理所制造而成的可变焦点透镜(Variable Focus Lens)的剖面图。该可变焦点透镜主要包括：一圆柱形液体容器5(Cylindrical Fluid Chamber)，该容器5内含两种不相溶液体A和液体B；一第一电极2(Electrode)；一第二电极12；一第一透明层4(Transparent Layer)；一第二透明层6；一绝缘层8(Insulator)；一接触层10(Contact Layer)；以及由不相溶液体A和液体B所形成的一液面14(Interface)。此外，第一电极2和第二电极12间可施加一电压。

液体A为绝缘(Electrically Insulating)，可为硅油(Silicone Oil)或烷烃(Alkane)；液体B为导电(Electrically Conducting)，可为盐类的溶液。液体A和液体B被设计为具有近似的密度(Density)，如此将可避免重力作用(Gravitational Effect)在对液体A和液体B影响时，改变光线原本被设计行进的方向。为了达成液体A和液体B具有近似的密度，可通过改变液体A(硅油或烷烃)的分子结构来达成。此外，液体A和液体B具有不同的折射率(Refractive Index)，其中液体A的折射率高于液体B的折射率。第一电极2为环状形，位于圆柱形液体容器5的外侧，且为避免第一电极2与液体A和液体B接触，第一电极2被绝缘层8所包覆。接触层10位于圆柱形容器5的内侧，与液体A和液体B接触。第二电极12为圆形，位于液体容器5的一侧，且与导电的液体B相接触。透明层4位于容器5的左侧，可被视为光线的入射面；透明层6位于容器5的右侧，可被视为光线的出射面。

如图1所示，当没有施加电压于第一电极2和第二电极12间时(V0＝0)，由于液体B的表面张力(SurfaceTension)比液体A的表面张力大，且接触层10对液体B的湿润性在电压为零时来说相对较大，因此，此时液体B与接触层10的接触角θo大于90度(例如140度)。

由于电湿润原理，接触层10对液体B的湿润性可通过对第一电极2和第二电极12间的电压来改变，经由改变接触层10对液体B的湿润性，进而改变液体B与接触层10的接触角，最终改变液体A和液体B间的液面14的外形。也就是说可变焦点透镜的主要特征是：通过对第一电极2和第二电极12间电压的控制，来改变液面14的变化，进而控制可变焦点透镜的焦点位置。

举例来说，请参阅图2(A)，其所绘示为一具有相对小偏压电压的可变焦点透镜的剖面图。当施加一相对较小偏压电压(例如V1＝20～150V)于第一电极2和第二电极12间时，由于液体B的表面张力依然比液体A的表面张力大，且在此偏压下，接触层10对液体B的湿润性比在电压为零时来说相对较大，因而液体B对接触层10的接触角θ1会介于90度和140度之间(例如100度)。在此组态下，由于液体A的折射率高于液体B的折射率，此时可变焦点透镜可视为一凹透镜(Concave)，亦即，该可变焦点透镜具有一负数值的功率。

请参阅图2(B)，其所绘示为一具有相对大偏压电压的可变焦点透镜的剖面图。当施加一相对较大电压(例如V2＝150～200V)于第一电极2和第二电极12间时，由于液体B的表面张力转而比液体A的表面张力小，且在此偏压下，接触层10对液体B的湿润性更大，因而液体B对接触层10的接触角θ2会小于90度(例如60度)。在此组态下，由于液体A的折射率高于液体B的折射率，此时可变焦点透镜可视为一凸透镜(Convex)，亦即，该可变焦点透镜具有一正数值的功率。

由以上说明可知，通过电湿润原理，亦即通过改变对第一电极2和第二电极12间偏压电压大小，可进而改变液体A和液体B间的液面14的外形，最终实现可变焦点透镜。