[发明专利]含梯度折射率材料的电润湿型可变焦液体透镜

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种电润湿型可变焦液体透镜，尤其涉及一种含梯度折射率材料的电润湿型可变焦液体透镜。

背景技术

电润湿型可变焦液体透镜是一种新型的光学元件，它基于生物仿生概念，不需采用任何移动组件，具有一定的自主变焦能力。电润湿型可变焦液体透镜是通过改变液体-固体界面的外加电压来控制液体在固体面上润湿特性，从而实现焦距改变。这种透镜具有响应时间短、变焦范围广，无机械可动部件，集成性能好的优点。因而将这种元件应用于变焦系统，可以完成传统光学元件难以完成的功能，避免传统变焦系统结构复杂、易磨损的缺点。但是这种元件很难实现大口径可变焦透镜，并且因控制电压过高也使其应用受到局限。

近几年来,国外多家科研机构破除了多年来人们对固体透镜的认识,另辟蹊径,都致力于研制新型的透镜——电润湿型可变焦液体透镜,取得了很大成功。以荷兰飞利浦公司和法国Varioptic公司研制出的电润湿型可变焦液体透镜为代表，他们现在已经可以批量生产几种型号的液态透镜。2007年，法国Varioptic公司已经能够生产和提供部分型号的商用液体透镜。其中Arctic316型液体透镜的工作温度为-20℃～60℃，可以对5cm到无穷远距离的物体清晰成像，响应时间小于30ms。专利USRE39874E1和Ep1662276A1中详述了其液体透镜的结构。但这种电润湿型可变焦液体透镜只能改变焦距，不能同时消色差和球差，单独使用不利于高质量成像。

目前,国内也有部分单位开展了电润湿型可变焦液体透镜制作技术的研究。专利公开号CN101685170中详述了西安光机所发明的电润湿型折衍混合变焦液体透镜，它将普通电润湿型液体透镜的平面基板替换为衍射透镜，增加了液体透镜的设计自由度，使得单片液体透镜在变焦时可实现复消色差、球差。但是这种电润湿型折衍混合变焦液体透镜存在以下两个缺点：1)由于液体透镜工作在可见光波段，与它匹配的衍射透镜也必须工作在可见光波段。与红外波段相比，可见光衍射透镜衍射环较密，由于液体透镜尺寸小，与之匹配使用的可见光衍射透镜公差要求更高，工艺上难以保证加工精度；2)衍射透镜与液体腔体之间采用胶进行密封，而胶与空气接触容易氧化，会在液体中产生气泡，使变焦液体透镜整体性能下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对折衍混合变焦液体透镜中衍射透镜难以加工，且密封性能差的缺点，提供一种含梯度折射率材料的电润湿型可变焦液体透镜。

为解决上述技术问题，本发明提供的电润湿型可变焦液体透镜包括第一透镜、腔体、导电液体、绝缘液体和第二透镜，第一透镜为梯度折射率材料制作的正焦距平凸透镜，其前表面为球面，后表面为平面并通过化学气相沉积法镀有ITO导电膜；腔体为可伐材料制作的顶部开有通孔的倒U形圆柱体，其圆柱内表面及顶部内外表面均涂覆疏水介电膜；导电液体是氯化钠和水混合而成的电解质溶液；绝缘液体由硅油DC704和二溴己烷混合而成；第二透镜为梯度折射率材料制作的负焦距平凹透镜，其前表面为平面，后表面为球面，第二透镜的外径与所述腔体的外径相同；

所述腔体的底部通过高频加热焊接法焊接在第二透镜的前表面上；在腔体的内部按照1︰1的体积比依次注入所述绝缘液体和所述导电液体，其中绝缘液体与所述第二透镜接触；正极导线焊接在所述腔体的圆柱外表面上，负极导线焊接在所述导电膜上，导电膜与腔体的顶部通过高频加热焊接法连接；

所述第一透镜和第二透镜的梯度折射率材料采用光学玻璃或光学塑料或光学晶体，第一透镜和第二透镜的折射率分布都应满足下述公式：

n2(z)=A+Bz2z2-C]]>

式中，A、B、C均为第一透镜或第二透镜的梯度折射率系数，z为以第一透镜前表面顶点或第二透镜前表面顶点为坐标原点且沿光轴正向的坐标值，n(z)是光轴上z点坐标值所对应的折射率，当z＝0时，n(z)＝A^0.5；