[发明专利]机械驱动型折衍混合变焦液体透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体可变焦透镜，具体涉及一种机械驱动型折衍混合变焦液体透镜。

背景技术

液体可变焦透镜在国际上是一种新型的依据仿生学原理提出的光学元件，主要有利用电润湿流体接触角变化的可变焦透镜和基于填充液体表面曲率变化的可变焦透镜，它们具有宽的可调谐范围、变焦能力强、变焦平滑、成本低廉、加工容易等特点，具有很好的应用前景。

普通液体透镜，无论是利用电润湿流体接触角变化的可变焦透镜还是基于填充液体表面曲率变化的可变焦透镜，根据像差方程，所需的光焦度一旦确定，透镜的表面曲率或两种互不相溶液体间界面曲率就随之确定。因此，在所需光焦度确定的情况下，一个单独的液体透镜本身并不具备校正像差的自由度，这使得透镜在成像过程中不能清晰成像。液体透镜应用于变焦系统的设计时，由于液体透镜本身不能校正像差，如果要求系统清晰成像，会使系统复杂，镜片数目增多，不利于变焦系统的微型化、灵巧化。

参见如图1，现有普通机械驱动型液体透镜，主要由基底玻璃板111、填充液体112、透明弹性薄膜113、框架114、空腔体116以及活塞115构成。其一般采用步进电机或气压、液压等驱动活塞115运动，使空腔体116内的填充液体112体积分布发生变化，引起透明弹性薄膜113表面的曲率半径R变化，从而使机械驱动型液体透镜的焦距f变化。焦距f的变化满足下列方程组：

Φ=1f′=n-1R;]]>

ΔV=13π(R-R2-r02)2[2R+R2-r02];]]>

其中，Φ是液体透镜的光焦度，f是液体透镜的焦距，n是空腔体116内填充液体112的折射率，R是透明弹性薄膜113表面的曲率半径，r₀是液体透镜有效通光口径的半径，ΔV是活塞115运动引起体积的变化量。对应于一定的光焦度Φ，由于机械驱动型液体透镜的一个表面基底玻璃板111是平面，另一个表面透明弹性薄膜113的曲率半径R必须一定，这样才能实现所需的光焦度Φ，因此在光学设计中用于像质优化的自由度为零。

近年，对于该类元件的研究多集中在成像原理验证以及透镜结构及稳定性方面，对于透镜成像质量的提高与完善尚未见研究报导。

目前，Philip公司、三星公司、朗讯科技有限公司等对液体透镜的设计研究技术进展较快，一些研究机构如福罗里达中心大学等对机械驱动型的液体透镜也开展了研究，主要包括液体透镜的结构形式、填充液体、控制方式等。但是，作为单个可变焦元件，如何校正液体透镜的像差、提高透镜成像质量、使得在重量与体积最小的情况下获得优质成像质量方面的技术研究迄今未见有报导。国内的上海理工大学、清华大学等近年来也开展了液体透镜方面的研究，但大多都是针对液体透镜的成像机理及制作工艺方面的研究，也未见关于提高单个液体透镜成像质量的报导。

发明内容