一种液体透镜及其制备方法与流程

本发明属于光学，涉及一种液体透镜及其制备方法。

背景技术：

1、基于电润湿原理的液体透镜是以一种或两种液体为基材，通过改变液体表面曲率达到变焦的目的。传统固体镜头变焦系统需要依靠步进/音圈电机等驱动一组或多组镜头移动，存在难以小型化、变焦速度慢、价格昂贵、寿命短、不便于精确控制以及可靠性相对较差等缺点。基于电润湿原理的液体透镜正好可以完美解决这些问题，其特殊优势在于响应速度快、结构占用空间小。

2、但液态透镜填充液态热膨胀系数大，受温度影响存在热胀冷缩，为保证液态透镜可靠性，现液态透镜多采用复杂构型，这不仅加大了液态透镜制造难度，还使得产品成本增加、精度降低、产品一致性变差；同时降低了液态透镜成像质量，使透镜在应用场景受到了较大限制。因此，在保证液态透镜不受温度影响的同时，使产品结构更加简单，制造难度降低，确保产品获得高成像质量，亟需设计开发一种液体透镜，满足实际工业化生产的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种液体透镜及其制备方法，在本发明中，提供的液体透镜通过改变上电极不同部位的厚度，直接解决了液体透镜内液体膨胀引入的可靠性问题，大幅度降低了液体透镜的制造难度及成本，同时提高了产品的制造精度和一致性，改善了液体透镜的成像质量，高成像质量也进一步扩宽了液体透镜的应用范围。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种液体透镜，所述液体透镜包括上电极、下电极、第一透光板和第二透光板，所述上电极可拆卸连接所述下电极，所述上电极包括对称设置的上电极一和上电极二，所述第一透光板的两端分别连接至所述上电极一和所述上电极二中，所述下电极包括对称设置的下电极一和下电极二，所述第二透光板的两端分别连接至所述下电极一和所述下电极二中；所述上电极靠近所述下电极一端的厚度大于所述上电极另一端的厚度，且所述上电极和所述下电极之间设置有密封件，所述上电极、下电极、密封件的部分表面、以及所述第一透光板、所述第二透光板构成封闭腔体，所述封闭腔体用于注入液体。

4、在本发明中，提供的液体透镜通过改变上电极不同部位的厚度，直接解决了液体透镜内液体膨胀引入的可靠性问题，大幅度降低了液体透镜的制造难度及成本，同时提高了产品的制造精度和一致性，改善了液体透镜的成像质量，高成像质量也进一步扩宽了液体透镜的应用范围。

5、作为本发明一种优选的技术方案，所述上电极一和上电极二相对的一侧表面均设置有装配孔，所述第一透光板的两端分别可拆卸连接至所述装配孔中。

6、需要说明的是，本发明对可拆卸连接的具体方式不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，可拆卸连接可以是粘接、扣合连接等。

7、需要说明的是，本发明对装配孔的大小、形状不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中装配孔的大小与第一透光板两端的边缘大小相匹配，装配孔的形状也与第一透光板的装配端匹配，可以是长方形、正方形、椭圆形等。

8、进一步地，本发明中上电极在靠近装配孔的一侧，应该足够薄，用于吸收液体的热胀冷缩，保证产品可靠性，另一端上电极和下电极装配的厚度应该足够厚，用于保证液体透镜的密封强度和刚度，其中“足够薄”指的厚度可以为0.05～0.1mm，“足够厚”指的厚度可以为0.1～0.5mm。

9、所述下电极一和下电极相对的一侧表面均设置有通孔，所述第二透光板的两端分别可拆卸连接至所述通孔中。

10、需要说明的是，本发明对通孔的大小、形状不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中通孔的大小与第二透光板两端的边缘大小相匹配，通孔的形状也与第二透光板的装配端匹配，可以是长方形、正方形、椭圆形等。

11、优选地，所述通孔设置于所述下电极的外表面或内壁上。

12、优选地，当所述通孔设置于所述下电极的外表面时，所述第二透光板外置于所述下电极表面。

13、优选地，当所述通孔设置于所述下电极的内壁上时，所述第二透光板内插于所述下电极中。

14、需要说明的是，本发明的液体透镜中下电极与第二透光板连接除了外置方案外，即当所述通孔设置于所述下电极的外表面时，所述第二透光板外置于所述下电极表面；也可采用内置方案，即当所述通孔设置于所述下电极的内壁上时，所述第二透光板内插于所述下电极中，其中采用内置方案时，可提高液体透镜整体的稳定性和可靠性，但会使液体透镜的通光孔径有所减小。

15、作为本发明一种优选的技术方案，所述上电极的材质包括金属铁、铁合金、金属铜、金属锌、铜合金、锌合金、铜锌合金、金属铝和铝合金中的任意一种。

16、需要说明的是，本发明中上电极的材质不仅仅局限于所例举出的金属材质，也可以是其他符合要求的金属材质，本领域技术人员可以根据实际情况做出适应性调整，关于上电极的具体形状，本技术不做特殊限定，上电极可以通过数控机床加工、钣金或者模具成型等方式得到。

17、优选地，所述下电极的材质为金属或金属合金。

18、优选地，所述下电极的表面设置有金属镀层或金属氧化物层。

19、需要说明的是，本发明中的下电极可以是各类的金属或金属合金材料，比如zn，cu，cr，al或铝合金等，本领域技术人员可以根据实际情况做出适应性调整。下电极的表面可以设置金属镀层或金属氧化物层，既可以增加疏水膜与基底之间的粘合力，又可以起到绝缘作用，用来提高液体透镜的击穿电压。金属的镀膜，例如镍、锌等，可以通过电镀、物理气相沉积或者真空磁控溅射沉积等方法制备。其中，金属氧化物可以是al2o3，ta2o5等。

20、作为本发明一种优选的技术方案，所述第一透光板和所述上电极之间设置有第一密封胶层。

21、所述第二透光板和所述下电极之间设置有第二密封胶层。

22、需要说明的是，本发明中对第一密封胶层和第二密封胶层的具体材质不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。其中，第一密封胶层和第二密封胶层的材质可以相同也可以不同，具体可以为全氟聚醚类胶水。

23、优选地，所述第一透光板和所述第二透光板均用于透射可见光。

24、优选地，所述第一透光板和第二透光板的材质均包括玻璃板或聚甲基丙烯酸甲酯板。

25、需要说明的是，本发明中对第一透光板和第二透光板的厚度和大小不作出限定，第一透光板和第二透光板的厚度和大小可以根据实际情况进行适应性调整。其中，只需要第一透光板和第二透光板能够透射可见光即可，且第一透光板和第二透光板的材质均可以是无机材料，也可以是有机材料。

26、作为本发明一种优选的技术方案，所述下电极一和所述下电极二相对的一侧面均为斜面。

27、本发明之所以限定所述下电极一和所述下电极二相对的一侧面均为斜面，是因为斜面可以降低液体透镜工作电压，若不是该结构，可能会导致液体透镜工作电压偏高。

28、优选地，所述斜面之间构成扩式结构，所述扩式结构的两端分别为小端和大端，所述小端靠近所述第二透光板设置。

29、优选地，所述斜面和所述第二透光板之间的夹角为a，所述a的角度为0～90°，例如可以是0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

30、本发明之所以限定所述斜面和所述第二透光板之间的夹角为a，所述a的角度为0～90°，是因为在该尺寸范围内可以使液体透镜两种液体间形成稳定的交界面，若不在该范围内，可能会导致液体透镜两种液体间交界面不稳定，降低光学成像质量。

31、作为本发明一种优选的技术方案，所述下电极和所述液体的接触的表面一侧设置有介电膜和疏水膜。

32、优选地，所述疏水膜全覆盖在所述介电膜的表面。

33、优选地，所述介电膜的材质为特氟龙、聚对二甲苯、五氧化二钽、氧化铝和氮化硅中的任意一种或两种及以上的组合。

34、优选地，所述疏水膜的材质为氟化物或聚对二甲苯。

35、优选地，所述氟化物包括全氟树脂和特氟龙。

36、需要说明的是，本发明中的介电膜和疏水膜可以采用同一种材料，即该材料既是介电膜又是疏水膜，介电膜能够防止下电极被电击穿，疏水膜是为了获得更大的初始接触角以使透镜的迟滞更小；本领域技术人员对介电膜和疏水膜的大小和厚度不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。

37、优选地，所述疏水膜和所述液体的接触角大于100°，例如可以是101°、110°、120°、130°、150°、200°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

38、本发明限定了所述疏水膜和所述液体的接触角大于100°，是因为这可以使液体透镜保证更快的响应时间。

39、作为本发明一种优选的技术方案，所述密封件包括密封圈。

40、优选地，所述密封件设置于所述上电极和所述下电极之间的部分表面或全部表面。

41、优选地，当所述密封件设置于所述上电极和所述下电极之间部分表面时，所述上电极厚度小的一端不接触下电极，且所述上电极厚度大的一端部分接触所述下电极。

42、优选地，当所述密封件设置于所述上电极和所述下电极之间全部表面时，所述上电极和下电极不接触。

43、需要说明的是，本发明中通过采取密封件设置于上电极和下电极之间的部分表面或全部表面的方法，使得上电极和下电极局部接触或全部接触，从而提高了本发明技术方案的可行性。

44、优选地，所述密封件包括圆环结构的密封件。

45、优选地，所述密封件的材质为聚四氟乙烯、聚对二甲苯或全氟环状聚合物中的任意一种。

46、需要说明的是，本发明中的密封件起到密封作用，对密封件的具体材质、形状和尺寸不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。

47、作为本发明一种优选的技术方案，所述上电极靠近所述下电极的一侧涂覆有耐磨绝缘涂层。

48、优选地，所述耐磨绝缘涂层包括碳系无机材料层，进一步优选为类金刚石涂层。

49、需要说明的是，本发明对耐磨绝缘涂层的厚度和具体材质不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。本发明通过在上电极靠近下电极的一侧涂覆耐磨绝缘涂层，保证了上电极和下电极之间的有效绝缘，同时确保上电极和下电极密封时耐磨绝缘涂层不容易脱落。其中碳系无机材料层可以为碳化硅耐磨涂层，类金刚石涂层可以包括dlc涂层。

50、作为本发明一种优选的技术方案，所述液体包括导电液体和不导电液体。

51、优选地，所述导电液体和所述第二透光板接触。

52、优选地，所述不导电液体和所述第一透光板接触。

53、优选地，所述导电液体和所述不导电液体之间有液体界面。

54、优选地，所述导电液体包括水、醇溶液或盐溶液中的任意一种或至少两种及以上的组合。

55、需要说明的是，本发明中的水可以是去离子水，醇溶液可以是乙醇、丙二醇等，盐溶液可以是氯化钾溶液等，本领域技术人员可以根据实际情况进行适应性调整。

56、优选地，所述不导电液体为有机溶剂。

57、优选地，所述有机溶剂包括硅油和氯苯。

58、需要说明的是，本发明中液体透镜通过上电极和下电极进行接电，施加电压。在未连通电源的情况下，导电液体和不导电液体之间的液体界面形成凹液面，此时形成负光焦度，随着接通电源，并且电压不断加大，液体界面形成凸液面，此时形成正光焦度，本发明中不对导电液体和不导电液体进行量的限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。

59、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的液体透镜的制备方法，所述制备方法包括：

60、将所述第一透光板安装在所述上电极一和所述上电极二之间，将所述第二透光板安装在所述下电极一和所述下电极二之间，将所述密封件安装在所述上电极和所述下电极之间，通过缩口工艺密封上电极、密封件和下电极，得到所述液体透镜，并在所述上电极、下电极、密封件的部分表面、第一透光板、第二透光板构成所述封闭空腔中注入液体。

61、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

62、在本发明中，提供的液体透镜通过改变上电极不同部位的厚度，直接解决了液体透镜内液体膨胀引入的可靠性问题，大幅度降低了液体透镜的制造难度及成本，同时提高了产品的制造精度和一致性，改善了液体透镜的成像质量，高成像质量也进一步扩宽了液体透镜的应用范围。