CN105158827B - 电润湿液体透镜、制作方法以及应用该液体透镜的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电润湿液体透镜、制作方法以及应用该液体透镜的设备。电润湿液体透镜包括容器、电解质液体以及非电解质液体，电解质液体和非电解质液体容置于所述容器内且在所述容器内形成一界面，所述容器加电后能够对所述电解质液体施加电压以改变所述界面的形状，所述容器的内壁设有的第一涂层对所述电解质液体的亲和性弱于其对所述非电解质液体的亲和性，所述内壁还设有对所述界面起定位作用的定位格。本发明电润湿液体透镜采用了定位格对界面进行精确定位，能够使在一定电压范围内的界面保持不变，进而达到精确变焦、数字化变焦，且能够解决大液滴驱动电压大、焦距改变范围小的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学透镜技术领域，尤其涉及一种电润湿液体透镜、制作方法以及应用该液体透镜的设备。
背景技术
可变焦透镜在手机、摄像机、显微镜等集成成像设备中有广泛的应用。传统的变焦透镜是由多片透镜组合而成，采用机械装置调节镜片间相对位置达到变焦的目的。因此，结构复杂、能耗高、易磨损等成为传统变焦系统的主要缺点。为克服上述缺点，液体变焦不失为一种好办法，要实现液体变焦有3种途径：（1）改变可变焦液体透镜内部折射率，采用物理化学方法改变液体密度透过率等内在参数；（2）改变液体表面曲率，通过对液体表面加压，改变腔体表面曲率半径，实现连续变焦；（3）基于电润湿效应，改变液体透镜内部液体分布，实现透镜的整体形变进行调焦。电润湿可变焦液体透镜具有结构简单、成本低、耗电量小、寿命长、易于实现阵列型结构和集成、响应速度快等优点，因而被越来越多的人们关注。
近年来, 国外多家科研机构在电润湿型可变焦液体透镜方面, 取得很大成就。现有技术中，电润湿型可变焦液体透镜的主要缺点集中在以下几点：第一，普通管状液体透镜只能改变焦距，光轴不稳定，不能精确定焦距，不便于制作和进行数字控制；第二，采用大液滴的液体透镜的驱动电压大且焦距变化范围小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于提供一种光轴稳定、可以精确定焦距、驱动电压小且焦距变化范围大的电润湿液体透镜以及应用该液体透镜的设备。
本发明所要解决的技术问题，还在于提供一种简单易操作的电润湿液体透镜制作方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供了一种电润湿液体透镜，包括：容器、电解质液体以及非电解质液体，电解质液体和非电解质液体容置于所述容器内且在所述容器内形成一界面，所述容器加电后能够对所述电解质液体施加电压以改变所述界面的形状，所述容器的内壁设有第一涂层，所述第一涂层对所述电解质液体的亲和性弱于其对所述非电解质液体的亲和性，所述内壁还设有对所述界面起定位作用的定位格。
作为上述技术方案的进一步改进，所述内壁和第一涂层之间设有定位层，所述定位层设有环状定位墙，相邻所述定位墙之间形成所述定位格。
作为上述技术方案的进一步改进，所述内壁和所述定位层之间设有导电层。
作为上述技术方案的进一步改进，所述容器包括导电盖板、导电基板以及置于所述导电盖板和导电基板之间的腔体管，所述导电层和定位层置于所述腔体管内壁和第一涂层之间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一涂层由绝缘疏水材料涂覆而成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导电层包括至少两块沿所述容器轴线方向分隔而成的电极。
作为上述技术方案的进一步改进，所述定位层为采用光刻工艺形成的微米结构。
本发明提供了一种电润湿液体透镜的制作方法，包括：将腔体管的表面浸涂光刻胶，经光刻形成定位层；在所述定位层内表面涂镀导电层；在所述导电层的表面涂覆绝缘疏水层；将所述腔体管与基板粘接；向腔体管内先后注入电解质液体与非电解质液体直至注满；用盖板将腔体管的上端开口封盖。
本发明提供了一种手机，其包括如上所述的电润湿液体透镜。
本发明还提供了一种数码相机，其包括如上所述的电润湿液体透镜。
本发明的有益效果是：
本发明电润湿液体透镜采用了定位格对界面进行精确定位，能够使在一定电压范围内的界面保持不变，进而达到精确变焦、数字化变焦，且能够解决大液滴驱动电压大、焦距改变范围小的问题。
采用了本发明电润湿液体透镜的设备也就能够达到精确、数字化变焦的效果，且驱动电压小、焦距改变范围大。
本发明电润湿液体透镜的制作方法，采用了光刻的制作原理，能够准确地构建定位墙，保证定位格的定位精度，而且易于制造。
附图说明
图1是本发明电润湿液体透镜的第一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明电润湿液体透镜第一种实施方式的电极分布示意图；
图3是本发明电润湿液体透镜第二种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
图1和图2示出了本发明电润湿液体透镜的第一种实施方式的具体结构。请一并参照图1和图2，本发明电润湿液体透镜包括容器11、电解质液体12以及非电解质液体13，电解质液体12和非电解质液13体容置于所述容器11内且在所述容器11内形成一界面14，所述容器11加电后能够对所述电解质液体12施加电压以改变所述界面14的形状。非电解质液体13可以是如同十六烷的烷烃或硅油或者其混合物，电解质液体12可以是水或诸如氯化钠水溶液的盐溶液。
容器11包括导电盖板11a、导电基板11b以及置于所述导电盖板11a和导电基板11b之间的腔体管11c，所述腔体管11c的内壁设有第一涂层15，所述第一涂层15对所述电解质液体12的亲和性弱于其对所述非电解质液体13的亲和性，所述腔体管11c的内壁和第一涂层15之间还设有导电层17和定位层16，所述定位层16就是指环绕所述腔体管11c的内壁设置的定位墙16a，相邻所述定位墙16a之间形成呈凹陷状、对所述界面14起定位作用的定位格，所述第一涂层15由绝缘疏水材料涂覆而成。
本实施方式中的腔体管11c的材质优选但并不局限于玻璃，还可以是金属或柔性的聚合物，比如PET、PI、PDMS、 PMMA等。
第一涂层15为单层绝缘疏水性材料，优选地AF1600，AF1601, AF1600X, Hyflon, Cytop或者氟化聚酰亚胺等表面疏水性的绝缘性薄膜材料；在不同的实施例中，第一涂层15也可以分为两层：绝缘层和疏水层，即先在导电层17之上涂布一层电介质材料如氧化硅层或氮化硅层，具有10-500nm的厚度，形成绝缘层；然后再涂布一层10-100nm的疏水材料，形成疏水层，当然涂布的材料同时满足疏水和绝缘的要求时，则可以直接涂布形成绝缘疏水层。
通过微加工形成的定位格18对应一段电压调节范围，调节电压在此范围内时，由于定位格18为微米级，我们可以认为，此时界面14的形状不变，从而达到对液体界面14的定位作用，从而可以精确的实现数字化变焦。
导电层17包括至少两块沿所述容器11轴线方向分隔而成的电极，本实施方式中导电层17分隔为四个电极：第一电极17a、第二电极17b、第三电极17c以及第四电极17d。在腔体管11c内的两种互不相容的液体，因为表面张力不同而形成面形状为第一界面状态14a，加电压后，电压改变油水两相之间的界面张力，导致界面14形状改变，变为第二界面状态14b。当定位墙16a的高度较高时，撤掉电压后液面依然保持不变，此时若第一电极17a的电势最高，则界面14会向第一电极17a方向偏离，也就是利用4个电极不同的电势，使界面向不同方面偏离，使界面恢复第一界面状态14a。
图3示出了本发明电润湿液体透镜的第二种实施方式的具体结构。本实施方式与第一种实施方式的区别在于，采用了金属管21c替代了玻璃管，这样就不需要再对金属管21c进行导电层的涂覆，第一涂层25直接涂覆于所述金属管21c的表面即可。当然，这种实施方式中也需要在金属管21c上设置定位墙26a，用以形成定位格28。
本发明电润湿液体透镜的制作方法，以玻璃管为例，具体如下：
S1、将内径为0.1-10 mm、外径为0.2-20mm、高为1-100mm的玻璃管清洗并烘干。
S2、将干净的玻璃管浸入到光刻胶中在内侧管壁上形成一层厚度为1-10微米光刻胶膜，定位墙的高度通过光刻胶的不同粘度来实现。随后将涂覆过光刻胶的玻璃管放置在65-95摄氏度下干燥10-30分钟，并冷却到室温。将玻璃管横放并与掩膜版接触放在紫外辐射进行曝光，曝光结束后将石英玻璃管在65-95摄氏度下进行热处理10-30分钟，最后将完成以上过程的玻璃管放在显影液中进行显影，显影液溶解掉未曝光的地方，剩下的定位墙结构就存留于玻璃管的内壁上，墙的宽度优选为为1-100微米，墙与墙的间隔为1-100微米。
S3、待定位墙固化后，在玻璃管内外壁上镀约10-250 nm厚的导电层作为电极，需注意的是，玻璃管的下端一定距离内无导电层，如图1中所示的导电层17。特别说明的是，若使用内径为0.1-10 mm、外径为0.2-20mm金属管替代玻璃管，则直接涂覆绝缘疏水层，不需提前做导电层。
S4、采用浸涂方法将玻璃管管浸入到氟聚物溶液中，使氟聚物在玻璃管内外壁上形成一层厚度约为0.5-1.5 um的疏水绝缘层，如图1中的所示的第一涂层15。
S5、将上述玻璃管与导电基板用胶水粘合固连。
S6、用移液枪将电解质液体注入到透镜底端，再抽取非电解质液体将透镜注满。
S7、将加满液体后的器件与导电玻璃盖板用胶水粘合。
本发明电润湿液体透镜因形小体轻、结构简单，可应用于数码相机、带内置式照相机的便携式计算机或手机内，取代传统的光学变焦元器件。当然，在工业领域中的车用摄像感测器、带条形码读出装置的工业系统和工业内窥镜；安全场所中的电视内部监视仪、监视摄影机都可以应用本发明的液体透镜。
需要特别说明的是，电润湿又名电湿润，本发明同样适用于电湿润液体透镜。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种电润湿液体透镜，包括：容器、电解质液体以及非电解质液体，电解质液体和非电解质液体容置于所述容器内且在所述容器内形成一界面，所述容器加电后能够对所述电解质液体施加电压以改变所述界面的形状，所述容器的内壁设有第一涂层，其特征在于：所述第一涂层对所述电解质液体的亲和性弱于其对所述非电解质液体的亲和性，所述内壁还设有对所述界面起定位作用的定位格，所述定位格对应一段电压调节范围。
2.如权利要求1所述的电润湿液体透镜，其特征在于：所述内壁和第一涂层之间设有定位层，所述定位层设有环状定位墙，相邻所述定位墙之间形成所述定位格。
3.如权利要求2所述的电润湿液体透镜，其特征在于：所述内壁和所述定位层之间设有导电层。
4.如权利要求3所述的电润湿液体透镜，其特征在于：所述容器包括导电盖板、导电基板以及置于所述导电盖板和导电基板之间的腔体管，所述导电层和定位层置于所述腔体管内壁和第一涂层之间。
5.如权利要求1至4任一项所述的电润湿液体透镜，其特征在于：所述第一涂层由绝缘疏水材料涂覆而成。
6.如权利要求3或4所述的电润湿液体透镜，其特征在于：所述导电层包括至少两块沿所述容器轴线方向分隔而成的电极。
7.如权利要求2所述的电润湿液体透镜，其特征在于：所述定位层为采用光刻工艺形成的微米结构。
8.一种电润湿液体透镜的制作方法，包括：
将腔体管的表面浸涂光刻胶，经光刻形成定位层；
在所述定位层内表面涂镀导电层；
在所述导电层的表面涂覆绝缘疏水层；
将所述腔体管与基板粘接；
向腔体管内先后注入电解质液体与非电解质液体直至注满；
用盖板将腔体管的上端开口封盖。
9.一种手机，其特征在于：包括如权利要求1所述的电润湿液体透镜。
10.一种数码相机，其特征在于：包括如权利要求1所述的电润湿液体透镜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |