专利名称：电润湿型折衍混合变焦液体透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体可变焦纖，具術步及一种电润湿型折衍混合变焦液体邀竟。
背景技术：
液体可变焦邀竟在国际上是一种新型的依据仿生学原理提出的光学元件，主^W利 用制审显流体t激虫角变化的可变焦邀竟和基于填充液体表面曲率变化的可变焦遨竟，它 们具有宽的可调谐范围、变焦能力强、变焦平滑、财f赚、力口工容易執寺点，具有很
好的应用前景。
普通液体透镜，无论是利用电润湿流体撤虫角变化的可变焦邀舰是基于填充液体 表面曲率变化的可变焦透镜，根据像差方程，所需的光焦度一旦确定，透镜的表面曲率
或两种互不相溶液体间界面曲率就PEt确定。因此，在所需光焦度确定的情况下， 一个 對虫的液体透镜本身并不具备校正像差的自由度，这使得遨竟在成像过程中不能清晰成 像。液体透镜应用于变焦系统的设计时，由于液体3tl竟本身不能校正像差，如果要求系 统清晰成像，会^^系统 ，镜片数目增多，不利于变焦系统的微型化、灵巧化。 参见图i，现有普通电润湿型液体透镜，主要由第一^^自;阪i21、第二基底班离
板122、第一金属电极123、第二金属电极124、憎水性绝缘层125、电解质液体126以 及绝缘液体127构成。在第一金属电极123与第二金属电极124之间加上适当电压时， 由于两种互不相溶的液体电解质液体126与绝缘液体127以及瞎水性绝缘层125之间的 接触角发生变化，使得电解质液体126与绝缘液体127间的界面曲率半径y 发生变化， 弓跑电润湿型液体邈竟的焦距/发生变化。X寸应一确定的光焦度①，由于电润湿型液体 透镜的两个外表面第一基底玻璃板121和第二基底玻璃板122都是平面，则电解质液体 126与绝缘液体127间界面的曲率判5R必须确定，这样才能实5姬;f需的光焦度①，因 此在光学设计中没有用于优化像质的自由度。
近年，X寸于该类元件的研究多集中在成像原理验i正以及透镜结构及稳定性方面，对 于透镜成像质量的提高与完善尚未见研究报导。
目前，Varioptic公司，Philip公司、三星公司、朗mf射支有限公司等)^夜体itf竟的 设计研究技术进展较快，主要包括电润湿液体透镜的电极形式、结构形式、i真充液体等 电润湿型液体itlt。但是，作为单个可变焦元件，如何校正液体iH竟的像差、提高3tl竟 成像质量、使得在重量与体积最小的情况下获樹，成像质量方面的技术研^^今未见 有报导。国内的上海理工大学、清华大縛近年来也开展了液体透镜方面的研究，但大 多都是针赠夜体邀都勺成像机mS:制作工艺方面的研究，也未见关于提高单个液体3tl竟 成像质量的报导。
发明内容
本发明的目的在于掛共一种电润湿型折衍混合变焦液体邀竟，其解决了背景技术中普通液体透镜没有设计自由度，无法在单片液体邈竟ija行像對尤化的技术问题。
本发明的设计方案如下
一种电润湿型折衍混合变焦液体纖，包括繊框架228，还包括周边与繊匡架
228密封连接的第一凝反222及第IISI反221 ，戶脱的凝反框架228与第一凝反222以及 第二Sfe 221构成的密封腔229内土真充有互不相溶的电解^夜226及绝缘液227，戶;M基 板框架228的内侧设置有环形的第一电极223以及第二电极224，戶/f^第二电极224的 表面以及對及框架228的内表面^覆有瞎水绝缘层225，伊谜的第一电极223完全浸 没于电解液226中；其特歹fe处在于所述的第一SI反222与第二^^反221之一为衍射 面對反，之另一为平面對及。
以上臓的衍射面凝錢底为鹏材料繊舰学塑料對反等。 一种电润湿型折衍混合变焦液体纖，包括繊匡架228，还包括周边与對反框架 228密封连接的第一基板222及第HS板221 ，所述的對反框架228与第一基板222以及 第二基板221构成的密封腔229内±真充有互不相溶的电解液226及绝缘液227，所述基 板框架228的内侧设置有环形的第一电极223以及第二电极224，戶/M第二电极224的 表面以及^fe框架228的内表面全包覆有憎水绝缘层225，戶舰的第一电极223完全浸 没于电解液226中；其特fe处在于所述的第一基板222与第二基板221均为衍射面 基板。
以上戶，的衍射面凝反基底为玻璃材料凝反或光学塑料SI反等。
本发明具有如下优点
U曾加了液体邀竟的设计自由度，使得单片液体纖可实现复消縫、球差。
2. 本发明以液体邀竟的平面基底直接作为衍射光学面，在不增加液体igf竟的Sl与 体积、不影响液体邈竟结构及稳定性的割牛下为液体透镜劍共像差校正的设计自由度， 根据不同的成像及变焦要求，可以合理设计不同的衍射面参数，根据需要对液体透镜进 行像质优化设计，提高单个液体3tl竟的成像质量。
3. 本发明榭行射光学元件直t^^于液体透镜基底，使液体iSI竟可以，于微型、
灵巧化变焦距系统设计中，具有成像质量好、体积小、重量轻、制造简单、易于控制的特点。
4. 采用本发明可使变焦光学系统具有更小的休积与重量，使得单纯采用一片或两片 折衍混合式液体透镜实现完善成像的变焦系统成为可能。
5. 可更广泛地扩展到各种对成像质量有较高要求，同时，系统尺寸有严,求的 系统中，可确保系统的微型化。
图1为现有普通电润湿型液体邀竟的结构示意图。
图2为本发明折衍混合电润湿型液体透镜的系统结构示意图。
图3为现有普通电润湿型液体透镜在短焦距下的调制传递函数(MTF)曲线示意图。
图4。为本发明折衍混合电润湿型液体 在短焦距下的调制传递函数(MTF)曲
线示意图。图5为现有普通电润湿型液体itl竟在长焦i巨下的调制传递函数(MTF)曲线示意图 图6为本发明折衍混合电润湿型液体邀竟在长焦距下的调制传递函数(MTF)曲线
附面说明121-第一基底玻璃板，122-第Z^底鹏板，123-第一金属电极， 124-第二金属电极，125-憎水性绝缘层，126-电解质液体，127-绝缘液体221-第』 板，222-第一S^及，223-第一电极，224-第二电极，225-憎7jC^色缘层，226-电角鞭，227-绝缘液，228-Sl反框架，229-密圭寸腔。 具体实船式
本发明将现有普通液体iSli中的普通平面玻璃基底设计为衍射光学元件即衍射面基 板，该衍射面凝及可以是现有普通电润湿型液体邀竟中的第一基底玻璃板121麟二基 底玻璃板122之一，或者第一基底,板121和第二^^玻璃板122。本发明ffl31采用 衍射光学元件加入了衍射光学面，艮口弓l入了二元面的相位函数
0(" = 丁(4/ +4/十…) 二元相位函数的弓l入，使液体邀竟的新导像差和数的构戯为如下形式
S,丄W'3[(i)2+^V 4("1+1) C1+^^C,2] 4w—1 %— 1)% (巧—1) 巧
+ <[(^2 + "2+2 4("2+l)c2 +^±^2]
W2 _ 1 "2 (W2 — 1)"2 (W2 — 1) tt2
+ -33[(1 + 3C32)-32w;L42]}
2 "！ (w, -1) 2 w2 (w2 一 1) w2
其中，A-5V题镜的五个像差和数，分别反映球差、彗差、像散、场曲和畸变的大 小。0、在分别是沿入射顺序两种液体所承担的光焦度；在是衍射光学面所承担的光焦 度;y是边缘光线与透镜交点到光轴的距离；A、 "2分别是沿入射)1^两种液体的折射率;
H是拉氏不體；CVG分别是沿入節l,种液体所构鹏竟开mM谢面的共縣
数，由光线经过每种液体构成的遨竟形状或衍射面时入射和出射的孔径角决定；m为对 应的衍射级次，若不特别指明，通常m-l; X为对应波长；A是二元面相位函数中的四 次项系数，即四阶非球面系数。
在液体透镜系统中加入衍射光学面的设计后，^f导像差和数中出现了一个四阶非
5球面系数A2。该非球面系数使液体itl竟系统具有了一个设计自由度，从而使单个液体透 镜能够实现像^f尤化设计。四阶非球面系数可用于液体邀竟的球差校正。同时由于衍射 面的负色散特性还可能实现电润湿型液体纖的复消媳
本发明糊行射光学元件直接集成于电润湿型液体邀竟基底，即糊行射光学面作为液
体透镜的一个主要结构组成部分，i^"法可以在不改变液体iil竟重量、尺寸、稳定性条 件下为液体透镜樹共像差校正的设计自由度，从MW根据需要赠夜体邀織行像质优化
设计，提高液体透镜成像质量。本发明使得单乡^e^用一片或两片折衍混合式液体^t竟实 现完善成像的变焦系统成为可能。根据不同的成像及变焦要求，可以合理设计不同的衍
射面参数。
图2具体为本发明采用折衍混合电润湿型液体邀竟的系统结构示意图。第一對反222 以及第:i^^221的周边均与掛反框架228密封连接，构成的密圭寸腔229。密封腔229 内填充有互不相溶的电解液226及绝缘液227。基板框架228的内侧设置有环形的第一 电极223及第二电极224，第一电极223和第二电极224 —般为金属电极。第二电极224 的表面及SI及框架228的内表面全包覆有瞎水绝缘层225。第一电极223完全浸没于电 解液226中。本发明可以是第一基板222与第二基阪221之一为衍射面基板，之另一为 平面基板。也可以是第一基板222与第二基板221均为衍射面基板。衍射面凝反为衍射 光学元j牛，具体可采用玻璃材料 或其它光学材料凝反，如光学塑料等。
本发明通过衍射面^t及的加入，可实现在单个电润湿型折存 混合^^#: 中部分消 球差与复消色差，可使得该折衍 昆合电润湿型液体透镜获得更完善的图像。
本发明折衍混合液体邀都勺焦距变化与普通液体邀竟焦距变^1程中调制传递函数 (MTF)的对比参见图3、 4、 5、 6。可见加入衍射面后，系统在不同焦距下的调制传递函 数(MTF)都明显提高，成像 量被优化。
权利要求
1.一种电润湿型折衍混合变焦液体透镜，包括基板框架(228)，还包括周边与基板框架(228)密封连接的第一基板(222)及第二基板(221)，所述的基板框架(228)与第一基板(222)以及第二基板(221)构成的密封腔(229)内填充有互不相溶的电解液(226)及绝缘液(227)，所述基板框架(228)的内侧设置有环形的第一电极(223)以及第二电极(224)，所述第二电极(224)的表面以及基板框架(228)的内表面全包覆有憎水绝缘层(225)，所述的第一电极(223)完全浸没于电解液(226)中；其特征在于所述的第一基板(222)与第二基板(221)之一为衍射面基板，之另一为平面基板。
2. 根据权利要求1戶腿的电润湿型折衍混合变焦液体透镜，^ft征在于戶腿的衍 射面》^^^为玻璃材料^^或光学塑料 。
3. —禾中电润湿型折衍混合变焦液体jff竟，包括^l反框架(228)，还包括周边与^l及框 架(228)密封连接的第一^t及(222)及第Z^I反(221)，戶脱的SI反框架(228)与第一繊 (222)以及第二S^及(221)构成的密封腔(229)内±真充有互不相溶的电^^夜(226)及绝缘液 (227)，戶腿對反框架(228)的内侧设置有环形的第一电极(223)以及第二电极(224)，所 述第二电极(224)的表面以及^t反框架(228)的内表面全包覆有憎7j^色缘层(225)，所述的 第一电极(223)完全浸没于电角鞭(226)中；其特征在于戶脱的第一繊(222)与第Z^ 板(221)均为衍射面凝反。
4. 根据权利要求3戶舰的电润湿型折衍混合变焦液体邈竟，欺寺征在于戶脱的衍射谊,基底为玻璃材料對反或光学塑料對及。
全文摘要
本发明解决了背景技术中普通液体透镜没有设计自由度，无法在单片液体透镜上进行像差优化的技术问题。一种电润湿型折衍混合变焦液体透镜，包括基板框架，周边与基板框架228密封连接的第一基板及第二基板，基板框架与第一基板及第二基板构成的密封腔内填充有互不相溶的电解液及绝缘液，基板框架的内侧设置有环形的第一电极及第二电极，第二电极的表面及基板框架的内表面全包覆有憎水绝缘层，第一电极完全浸没于电解液中。第一基板与第二基板之一为衍射面基板，之另一为平面基板；或二者均为衍射面基板。本发明是在不增加液体透镜重量与体积、不影响液体透镜结构及稳定性的条件下为液体透镜提供像差校正的设计自由度。
文档编号G02B3/14GK101685170SQ20081015113
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者薇 张, 田维坚 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所