[发明专利]液体透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体透镜，尤其涉及一种含碳纳米管拉膜结构的液体透镜。

背景技术

液体透镜是一种新型的依据仿生学原理提出的光学元件，其由液体材料制作而成，可通过控制外部形状或改变内部折射率而变焦。

根据工作原理和结构的不同，目前的液体透镜可分为三类：（1）基于电润湿(Electrowetting)原理的双液体透镜；（2）通过机械力改变透镜外形和体积的单液体透镜；（3）通过加电改变液晶分子排列状态从而引起折射率变化的液晶透镜。其中，基于电润湿原理的双液体透镜是当前液体透镜发展的主流方向，法国的Varioptic公司和荷兰的Philps公司的产品都属此类。

与传统的自动对焦镜头相比，液体透镜因为少了移动的机械结构，所以具有体积小、反应速度快、耗电量小、无磨损、寿命长等优点，因此在手机、数码相机、网络摄像头、内窥镜等追求轻、薄、短、小的光学系统中具有很好的应用前景。

然而，对于基于电润湿原理的双液体透镜而言，由于其包含两种互不相容、性质各异的液体，且其密封腔内设置有需经过憎水处理的绝缘层，而且其对电极的设置也有特定的要求，因此，该种双液体透镜的结构较为复杂，其制备成本也较高。对于通过机械力改变透镜外形和体积的单液体透镜而言，由于机械力较难控制，因此，该种单液体透镜的变焦精度和工作稳定性均较差。对于通过加电改变液晶分子排列状态从而引起折射率变化的液晶透镜而言，由于其制备成本较高，限制了其产业化发展。

有鉴于此，确有必要提供一种结构简单、成本低廉、具有较高的变焦精度和工作稳定性的液体透镜，可方便应用于手机、数码相机、网络摄像头、内窥镜等多种电子、光学设备中。

发明内容

本发明提供一种液体透镜，包括一密封壳体、一液态介质、一气态介质、一碳纳米管拉膜结构以及至少两个电极，其中，所述液态介质、气态介质和碳纳米管拉膜结构均设置于所述密封壳体内，所述碳纳米管拉膜结构与所述气态介质接触，所述至少两个电极间隔设置并与所述碳纳米管拉膜结构电连接。

进一步地，所述密封壳体由一刚性部分和一柔性部分组成。

进一步地，所述液体透镜包括一刚性的保护罩，用于保护所述密封壳体的柔性部分。

进一步地，所述碳纳米管拉膜结构包括一层碳纳米管拉膜或多层重叠设置的碳纳米管拉膜。

本发明还提供另一种液体透镜，包括一密封壳体、两种互不相容的液态介质、一气态介质、一碳纳米管拉膜结构以及至少两个电极，其中，所述液态介质、气态介质和碳纳米管拉膜结构均设置于所述密封壳体内，所述碳纳米管拉膜结构与所述气态介质接触，所述至少两个电极间隔设置并与所述碳纳米管拉膜结构电连接。

进一步地，所述两种互不相容的液态介质之间形成一个弧形的界面。

进一步地，所述碳纳米管拉膜结构包括一层碳纳米管拉膜或多层重叠设置的碳纳米管拉膜。

相对于现有技术，本发明所提供的液体透镜具有以下优点：其一，结构简单。本发明提供的液体透镜只包括密封壳体、液态介质、气态介质、碳纳米管拉膜结构和电极五个组件，因此结构简单易于制备，且成本低廉。其二，变焦精度高。本发明通过给碳纳米管拉膜结构通电来加热气态介质，通过热胀冷缩效应改变气态介质的体积，进而利用气体膨胀时增大的压强来改变液态介质的形状，最终达到液体透镜变焦的目的。由于碳纳米管拉膜结构通电时间，气态介质温度、体积，液态介质形状，和液体透镜焦距之间存在着既定的规律，因此，可以通过控制其中一个参数来精确控制液体透镜的焦距变化。其三，变焦速度快。由于碳纳米管拉膜结构具有很高的电导率和热导率以及很小的单位面积热容，因此，该碳纳米管拉膜结构具有升降温速度快（即热响应速度快）的优点，从而能快速调节液体透镜的焦距。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的液体透镜的示意图。

图2为本发明第二实施例提供的液体透镜的示意图。

图3为图1和图2的液体透镜中第一种碳纳米管拉膜结构的爆破图。

图4为图1和图2的液体透镜中第二种碳纳米管拉膜结构的爆破图。

图5为图1和图2的液体透镜中第三种碳纳米管拉膜结构的爆破图。

图6为本发明实施例提供的液体透镜中单层碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

主要元件符号说明