[发明专利]一种液体变焦透镜

说明书

本发明的目的在于克服目前变焦透镜光学稳定性差和光学失真的问题，提出一种液体变焦透镜。本发明的具体技术方案如下：将电解质溶液置于透镜中，通过在电极两端施加电场，使正负离子各向相反电性方向移动，并吸附在电极表面，形成双电层，使一对电极中间的液体浓度降低，从而通过降低液体的折射率来改变透镜的焦距；电极短路时电场消失，被吸附在电极表面的离子释放到溶液本体中，使液体浓度增高，从而通过增大液体的折射率来改变透镜的焦距。吸附材料是一种导电体，通过施加外加电流，使其带有正电或带有负电来吸负离子或正离子，并通过短路使电场消失或充以反电流，使原吸附的离子脱离电极的双电层从而使吸附材料再生。

技术领域

本发明涉及光学变焦领域，特别是一种可变焦的液体透镜。

背景技术

随着科技的发展，传统光学变焦成像系统由于存在结构复杂、体积笨重、机械磨损严重、加工难度大等缺点，已无法满足智能化光学设备对自动化、智能化、微型化光学变焦系统的要求。近年来，柔性变焦透镜已引起国内外学者的广泛关注，柔性变焦透镜通常由透明弹性薄膜和透明流体介质等组成，无需机械移动即能实现焦距的调节，具有结构紧凑、控制灵活、制造成本低、无机械磨损、易于集成等诸多优点，可望克服传统光学系统所面临的困难。目前国际上研制的液体变焦透镜模型主要有以下几种：

（1）充液型变焦透镜，它通过改变注入腔体内液体的体积来改变腔体顶面薄膜的曲率，从而达到调节焦距的目的。

（2）基于液晶的微变焦透镜，它将透镜置于液晶氛围中，通过改变施加的电压来调节液晶的折射率，从而实现对透镜焦距的控制。

（3）基于介质电润湿的流体变焦透镜，它利用外加电压来调节液面的曲率，进而改变透镜的焦距。

以上几种模型各有优点也各有不足。充液型变焦透镜结构简单，价格低廉但这种透镜需要一个额外的泵来提供压力以改变液体顶面薄膜的曲率，弹性薄膜所需驱动电压较高，很难实现微型化、低功耗设计。IPMC、压电驱动所需电压不高，但是变焦范围小。同时变形薄膜的松弛现象，影响光学性能的稳定。基于液晶的变焦透镜，此种透镜易于实现阵列化，但是由于液晶在电场中的非均匀性会造成较大的光学失真。基于介质上电润湿的流体变焦透镜，结构小巧，折射率变化范围大，但这种变焦透镜所采用的材料价格昂贵，实验装置复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服目前变焦透镜光学稳定性差和光学失真的问题，提出一种液体变焦透镜。

本发明的具体技术方案如下：

将电解质溶液置于透镜中，通过在电极两端施加电场，使正负离子各向相反电性方向移动，并吸附在电极表面，形成双电层，使一对电极中间的液体浓度降低，从而通过降低液体的折射率来改变透镜的焦距；电极短路时电场消失，被吸附在电极表面的离子释放到溶液本体中，使液体浓度增高，从而通过增大液体的折射率来改变透镜的焦距。

吸附材料是一种导电体，通过施加外加电流，使其带有正电或带有负电来吸负离子或正离子，并通过短路使电场消失或充以反电流，使原吸附的离子脱离电极的双电层从而使吸附材料再生。

与先前技术相比，本发明的主要优点如下：

（1）本发明不需要改变透镜表面，相比其它充液型变焦透镜的光学稳定性好

（2）本发明相比基于液晶的变焦透镜其透镜均匀性好，光学失真较小。

附图说明

图1是菲涅尔可变焦透镜的示意图；

图2是可变焦液体凸透镜的示意图；

图3是可变焦液体凹透镜的示意图；

图4是可变焦液体平凸透镜的示意图；

图5是可变焦液体平凹透镜的示意图；