[发明专利]一种大口径双通道变焦液体透镜

说明书

本发明公开大口径双通道变焦液体透镜，包括：出射窗口玻璃、介电疏水层Ⅰ、透镜可变曲面Ⅰ、金属圆筒偏置电极Ⅰ、金属圆筒偏置电极Ⅱ、填充液体Ⅱ、透镜可变曲面Ⅱ、导电液体Ⅱ、透明圆环、环形电极、填充液体Ⅰ、导电液体Ⅰ、玻璃盖片、介电疏水层Ⅱ、驱动电源和入射窗口玻璃。通过自制光澜的切换可以将通过透镜的光线划分为内侧光路和外侧光路，从而形成透镜的内通道和外通道。外通道的光线只通过透镜可变曲面Ⅱ，实现一次折射；内通道的光线依次通过透镜可变曲面Ⅰ和透镜可变曲面Ⅱ，实现两次折射，从而增大了光焦度的调节范围，实现连续变焦。

一、技术领域

本发明涉及一种液体透镜，更具体地说，本发明涉及一种大口径双通道变焦液体透镜。

二、背景技术

随着手机、照相机等光学成像系统的快速发展，变焦光学系统在各种各样的成像系统中扮演着越来越重要的作用。传统的光学变焦系统主要由一个或多个透镜元件组合而成，通过调整透镜组的相对位置来改变系统的焦距，这种依靠通过移动透镜组的相对位置的机械方式使得变焦系统的结构变得愈发复杂，且易磨损，寿命低。同时，响应速度不够快、体积庞大、价格昂贵等阻碍了此类光学成像系统向轻量化、微型化、低成本方向发展。因此，人们对光学系统成像质量提出了更高的要求，轻量化、微型化的自适应成像系统更受人们的青睐。近些年，科研工作者们研制出了一种基于电湿润效应的液体透镜，这种透镜只需给透镜外加电压，便能够改变液体交界面的曲率半径，进而改变透镜的焦距。特别是Varioptic公司和Philips公司研制的基于介质上电湿润效应的液体透镜在光学成像领域得到大力运用，但这些液体透镜的变焦范围不够大，口径小。因此，在本发明中我们提出了一种大口径双通道变焦液体透镜，该液体透镜具有变焦范围大，口径大等显著特点。

三、发明内容

本发明提出一种大口径双通道变焦液体透镜。如附图1所示，该透镜包括：出射窗口玻璃、介电疏水层Ⅰ、透镜可变曲面Ⅰ、金属圆筒偏置电极Ⅰ、金属圆筒偏置电极Ⅱ、填充液体Ⅱ、透镜可变曲面Ⅱ、导电液体Ⅱ、透明圆环、环形电极、填充液体Ⅰ、导电液体Ⅰ、玻璃盖片、介电疏水层Ⅱ、驱动电源和入射窗口玻璃。其中，利用导电的金属圆筒偏置电极Ⅰ构成透镜的外通道，同时在外侧通道内侧嵌入一个口径更小的同轴可导电金属圆筒偏置电极Ⅰ形成透镜的内通道，内通道与外通道同时构成该透镜的主体结构。金属圆筒偏置电极Ⅰ和金属圆筒偏置电极Ⅱ的内侧覆盖有介电疏水层形成疏水区域。金属圆筒偏置电极Ⅰ和金属圆筒偏置电极Ⅱ的外侧共同构成外通道的驱动电极，金属圆筒偏置电极Ⅱ的内侧和位于透镜底部的环形电极构成内侧通道的驱动电极。填充液体Ⅰ与导电液体Ⅰ具有相同的密度，互不相溶且具有一定的折射率差。填充液体Ⅱ与导电液体Ⅱ具有相同的密度，互不相溶且具有一定的折射率差。外通道的光线只通过透镜可变曲面Ⅱ，实现一次折射，外通道为大口径环形透镜；内通道的光线依次通过透镜可变曲面Ⅰ和透镜可变曲面Ⅱ，实现两次折射，从而增大了光焦度的调节范围，实现连续变焦。

当在金属圆筒偏置电极Ⅱ与金属圆筒偏置电极Ⅰ间施加电压时，透镜可变曲面Ⅰ与介电疏水层Ⅰ的接触角将会变化，使得曲面由凹变凸，外通道成为一个凸透镜，如附图2所示，此时外通道为环形透镜。当在金属圆筒偏置电极Ⅱ与环形电极之间施加电压时，透镜可变曲面Ⅱ与金属圆筒偏置电极Ⅰ的接触角会发生变化，使得曲面由凹变凸，因此内通道成为一个凸透镜，如附图3所示。同时给金属圆筒偏置电极Ⅱ、金属圆筒偏置电极Ⅰ和环形电极施加电压时，透镜可变曲面Ⅰ和透镜可变曲面Ⅱ都发生变化，成为凸透镜，此时内通道的光线实现两次折射，外通道的光线实现一次折射，从而达到变焦，如附图4所示。该透镜进一步扩大了液体透镜的口径，且增大了变焦范围。

优选地，外通道的金属圆筒偏置电极Ⅱ直径d₁≤16mm且d₁≥10mm，内通道的金属圆筒偏置电极Ⅰ直径d₂≤6mmm且d₂≥4mmm；外通道的金属圆筒偏置电极Ⅱ高度d₃≤16mm且d₃≥10mm，内通道的金属圆筒偏置电极Ⅰ高度d₄≤6mm且d₄≥4mm。