CN208953720U - 变焦液体透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变焦液体透镜，包括主体电极、下电极、上电极、下盖板、上盖板、油性液体及导电液体，其中，主体电极具有上下贯穿主体电极的收容空间，该收容空间包括第一、第二截顶锥形空间，第一截顶锥形空间设置于第二截顶锥形空间上方，且第一、第二截顶锥形空间的中心轴重合，第一截顶锥形空间的顶面直径大于底面直径，第二截顶锥形空间的顶面直径小于底面直径。本实用新型的液体透镜具有两个锥形结构设计，能够更好并且同时固定液体透镜中的导电溶液与油性液体，使光轴能够稳定在轴心位置。透镜上下表面对称结构的设计及上下电极设计成弯曲弧形结构能够有效卸载因温度引起的体积变化以及在组装过程中由于各种机械压力而引起的透镜形变。

Description

变焦液体透镜

技术领域

本实用新型属于光学器件领域，涉及一种变焦液体透镜。

背景技术

目前市场上的手机等消费品中的光学***变焦主要是通过电机和齿轮等机械装置来调节多片透镜之间的相对位置从而实现变焦，由于机械部件的存在，此类镜头往往难以小型化、变焦速度慢、价格昂贵、寿命短、坚固性差等缺点。

现有液体透镜通过施加电压来改变导电溶液的电荷分布从而改变导电溶液与疏水层的水滴角，从而能够改变油与水的界面曲率达到改变透镜屈光度的目的。然而目前液体透镜设计几乎不能同时固定油性液体和导电溶液，导致光轴在屈光度改变过程中尤其是在屈光度接近0dpt时会发生严重偏斜，影响成像质量。另外液体透镜中的液体与结构会因温度变化而发生变化，或者在组装过程中由于压力变化而引起透镜的外壳发生变化从而影响透镜的光学成像质量，这些因素严重影响了液体透镜的质量，降低了液体透镜在生产过程中的良率。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种变焦液体透镜，用于解决现有技术中光轴容易偏斜，成像质量无法保证的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种变焦液体透镜，包括：

主体电极，具有上下贯穿所述主体电极的收容空间，所述收容空间包括第一截顶锥形空间与第二截顶锥形空间，所述第一截顶锥形空间设置于所述第二截顶锥形空间上方，且所述第一截顶锥形空间与所述第二截顶锥形空间的中心轴重合，所述第一截顶锥形空间的顶面直径大于底面直径，所述第二截顶锥形空间的顶面直径小于底面直径；

下电极，连接于所述主体电极的底面，并具有上下贯穿所述下电极的第一透视窗；

上电极，设置于所述主体电极上方，并具有上下贯穿所述上电极的第二透视窗；

下盖板，连接于所述下电极以遮盖所述第一透视窗；

上盖板，连接于所述上电极以遮盖所述第二透视窗；

油性液体，设置于所述收容空间内，并与所述下盖板接触；

导电液体，设置于所述收容空间内，并与所述上盖板接触。

可选地，所述第一截顶锥形空间的锥角等于所述第二截顶锥形空间的锥角。

可选地，所述第一截顶锥形空间的高度等于所述第二截顶锥形空间的高度。

可选地，所述上电极包括第一弧面弯曲段，所述下电极包括第二弧面弯曲段。

可选地，所述上电极与所述下电极上下对称。

可选地，所述第一弧面弯曲段与所述第二弧面弯曲段均包括S型段。

可选地，所述主体电极的顶面及内侧面具有绝缘疏水膜层。

可选地，所述绝缘疏水膜层的厚度范围是100nm-50μm。

可选地，所述变焦液体透镜还包括隔离衬垫，所述隔离衬垫设置于所述上电极与所述主体电极之间。

可选地，所述变焦液体透镜还包括上下开口的外壳及密封压圈，所述密封压圈紧贴所述外壳内壁，并包覆所述上电极的上表面边缘、所述主体电极的外侧面及所述下电极的下表面边缘。

如上所述，本实用新型的变焦液体透镜摒弃了通过机械方法改变多组固体透镜片之间的距离来实现变焦的目的，能够直接通过施加电压来变焦，能使透镜组更加小型化、变焦速度更快、寿命长、以及更加廉价。本实用新型的液体透镜具有两个锥形结构设计，能够更好的并且同时固定液体透镜中的导电溶液与油性液体，促使导电溶液与油性液体之间的的球形界面在透镜环形外壳的轴心位置，即使由于液体透镜的结构粗糙或者液体黏度引起的迟滞效应而导致液体界面发生非轴心对称形变，该界面也会自动恢复到中心位置。本实用新型通过透镜上下表面对称结构的设计，液体透镜上下电极设计成弯曲弧形结构能够有效卸载因温度引起的体积变化以及在组装过程中由于各种机械压力而引起的透镜形变。该结构设计能够使液体透镜在更宽的温度范围内工作，并且提高产品量产良率。

附图说明

图1显示为本实用新型的变焦液体透镜的剖面结构示意图。

图2及图3显示为本实用新型的变焦液体透镜中主体电极的剖面结构示意图。

图4显示为本实用新型的变焦液体透镜的一种组装方法的工艺流程图。

图5显示为本实用新型的变焦液体透镜的一种组装方法将下盖板、下电极、主体电极与密封压圈组装的示意图。

图6显示为本实用新型的变焦液体透镜的一种组装方法将密封压圈组装于外壳内，并将隔离衬垫安装于主体电极上方的示意图。

图7显示为本实用新型的变焦液体透镜的一种组装方法加入油性液体于收容空间内的示意图。

图8显示为本实用新型的变焦液体透镜的一种组装方法加入过量的导电液体于收容空间内的示意图。

图9显示为本实用新型的变焦液体透镜的一种组装方法将粘接有盖板的上电极放置于所述隔离衬垫上方的示意图。

图10显示为本实用新型的变焦液体透镜的一种组装方法将所外壳、密封压圈及上电极之间密封的示意图。

元件标号说明

1 主体电极

101 收容空间

1011 第一截顶锥形空间

1012 第二截顶锥形空间

2 下电极

201 第二弧面弯曲段

3 上电极

301 第一弧面弯曲段

4 下盖板

5 上盖板

6 油性液体

7 导电液体

8 隔离衬垫

9 外壳

10 密封压圈

D1 第一截顶锥形空间的顶面直径

D2 第一截顶锥形空间的底面直径

D3 第二截顶锥形空间的顶面直径

D4 第二截顶锥形空间的底面直径

A 第一截顶锥形空间的锥角

B 第二截顶锥形空间的锥角

H1 第一截顶锥形空间的高度

H2 第二截顶锥形空间的高度

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实用新型提供一种变焦液体透镜，请参阅图1，显示为该变焦液体透镜的剖面结构示意图，包括主体电极1、下电极2、上电极3、下盖板4、上盖板5、油性液体6及导电液体7，其中，所述主体电极1具有上下贯穿所述主体电极1的收容空间，且所述主体电极1的顶面及内侧面具有绝缘疏水膜层102，所述下电极2连接于所述主体电极1的底面，并具有上下贯穿所述下电极2的第一透视窗，所述上电极3设置于所述主体电极1上方，并具有上下贯穿所述上电极3的第二透视窗，所述下盖板4连接于所述下电极2以遮盖所述第一透视窗，所述上盖板5连接于所述上电极3以遮盖所述第二透视窗，所述油性液体7设置于所述收容空间内，并与所述下盖板4接触，所述导电液体7设置于所述收容空间内，并与所述上盖板5接触，所述导电液体7与所述油性液体6具有相同密度。本实施例中，所述变焦液体透镜还包括隔离衬垫8、上下开口的外壳9及密封压圈10，所述隔离衬垫8设置于所述上电极3与所述主体电极1之间，所述密封压圈10紧贴所述外壳9内壁，并包覆所述上电极3的上表面边缘、所述主体电极1的外侧面及所述下电极2的下表面边缘。

本实用新型的变焦液体透镜利用电润湿效应，通过改变电压来实现自动变焦，其中，液体透镜内的油性液体与导电液体互不相容并且等密度，通过改变电压来操控导电液体在绝缘疏水膜层上的电荷分布来改变水溶液与绝缘疏水膜层的接触角，从而对油性液体进行挤压而改变两液体之间界面的曲率从而达到改变液体透镜屈光度的作用。

特别的，请参阅图2及图3，显示为主体电极1的剖面结构示意图，可见，所述主体电极1的所述收容空间101包括第一截顶锥形空间1011与第二截顶锥形空间1012，所述第一截顶锥形空间1011设置于所述第二截顶锥形空间1012上方，且所述第一截顶锥形空间1011与所述第二截顶锥形空间1012的中心轴重合，第一截顶锥形空间的顶面直径D1大于第一截顶锥形空间的底面直径D2，第二截顶锥形空间的顶面直径D3小于第二截顶锥形空间的底面直径D4。也就是说，所述主体电极1采用上下相对设置双锥形结构，其中，锥形结构能够在光轴发生偏移时产生相应的附加能量，该能量的大小正比于液滴离开锥形结构轴心距离的平方，同时取决于油性液体与导电液体之间的界面张力、锥角A和B(参见图3)、以及导电液体在绝缘疏水膜层上的接触角。因此，从热力学***角度分析，当在外力作用下液滴轴心偏离锥形结构轴心时，该过程为整个***的自由能增加的过程，从而使整个透镜***处于一种不稳定状态，而液滴回到锥形结构轴心是一个自由能减小的过程，所以为自发过程，从而将光轴牵引回中心位置。本实用新型中，所述主体电极1的双锥形设计可以同时有效地稳定或固定导电液体与油性液体的中心，即使在电压改变过程中，两液体界面的轴心发生偏移也能够自动恢复到原轴心位置。

作为示例，第一截顶锥形空间的锥角A等于第二截顶锥形空间的锥角B，第一截顶锥形空间的高度H1等于第二截顶锥形空间的高度H2。在其它实施例中，也可根据透镜参数要求，将所述第一截顶锥形空间1011与所述第二截顶锥形空间1012设为不同的锥角或不同的高度，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。

作为示例，所述主体电极1为导电材料制得，其材质可以是各种导电金属或者导电高分子材料。所述主体电极1除底部需保持导电性能外，其余各面均镀有绝缘疏水膜层。所述疏水层膜层同时具有疏水性和介电特性，可采用派瑞林材料。派瑞林(Parylene)是20世纪60年代中期美国联合碳化物公司开发的一种保护性高分子材料，使用真空气相沉积工艺形成保护膜，薄膜具有厚度均匀、致密无针孔、透明无应力、优异的电绝缘性和防护性等特点。根据分子结构的不同，Parylene可分为C型、D型、N型、F型、HT型等多种类型，本实施例中，所述绝缘疏水膜层可以是Parylene C、Parylene F、Parylene HT以及Parylene N，其中Parylene HT效果最佳，但成本较高。所述疏水层镀膜也可以采用含氟高分子材料，如Teflon与Cytop，其中Teflon与Cytop均为商品名，为公知材料。其中，Parylene系列通常可以通过CVD镀得；Teflon与Cytop可以通过旋涂或者浸渍涂敷形式进行镀膜。本实施例中，所述绝缘疏水膜层的厚度范围可以在100nm-50μm，较厚的绝缘疏水膜层会导致驱动电压偏高，但如果绝缘疏水膜层过薄则会导致水分子或盐离子穿透镀膜，造成提前击穿而导致电解现象，造成透镜的损坏。

作为示例，所述上电极3与所述下电极2上下对称，且所述上电极3包括第一弧面弯曲段301，所述下电极2包括第二弧面弯曲段201，通过上下对称电极弧面弯曲设计能有效卸载因温度引起的或者装配过程中引起的液体与固体体积变化。本实施例中，所述第一弧面弯曲段301与所述第二弧面弯曲段201均包括S型段，S型段同时具有向上弯曲段和向下弯曲段，适应性更强，能够避免因温度变化而引起的透镜液体与电极热胀冷缩效应，保证透镜发生轴对称形变使透镜轴心不发生偏转。

作为示例，所述下盖板4采用胶粘方式固定密封在所述下电极2表面，所述油性液体6则与所述下电极2直接接触。类似的，所述上盖板5也采用胶粘方式固定在所述上电极3表面，起到密封所述导电液体7的作用。

具体的，所述上电极3与所述导电液体7相连，用来调控所述导电液体7在绝缘疏水膜层接触面上的电荷分布，从而达到通过改变电压来改变所述油性液体6与所述导电液体7两液体界面曲率进而改变液体透镜屈光度的作用。

作为示例，所述油性液体6可以是硅油或烷烃类醇，或者是几种油性液体的混合溶液。所述导电液体7为至少一种盐的水溶液，比如KCl、NaCl、Na₂SO₄等，通过调控盐的浓度可以实现所述油性液体6与所述导电液体7具有相同的密度，从而消除重力对液体透镜的影响。

具体的，所述隔离衬垫8主要为防止所述上电极3与所述主体电极1之间接触而造成液体透镜短路，所述密封压圈10起到密封作用。所述隔离衬垫8可以为含氟高分子，比如全氟乙烯丙烯共聚物(FET)或者聚四氟乙烯(PTFE)。所述外壳9可以是金属材料或者塑料，可通过数控机床加工得到，也可以通过注塑冲模制得。

本实用新型的变焦液体透镜摒弃了通过机械方法改变多组固体透镜片之间的距离来实现变焦的目的，能够直接通过施加电压来变焦，能使透镜组更加小型化、变焦速度更快、寿命长、以及更加廉价。本实用新型的液体透镜具有两个锥形结构设计，能够更好的并且同时固定液体透镜中的导电溶液与油性液体，促使导电溶液与油性液体之间的的球形界面在透镜环形外壳的轴心位置，即使由于液体透镜的结构粗糙或者液体黏度引起的迟滞效应而导致液体界面发生非轴心对称形变，该界面也会自动恢复到中心位置。本实用新型通过透镜上下表面对称结构的设计，液体透镜上下电极设计成弯曲弧形结构能够有效卸载因温度引起的体积变化以及在组装过程中由于各种机械压力而引起的透镜形变。该结构设计能够使液体透镜在更宽的温度范围内工作，并且提高产品量产良率。

实施例二

本实施例中提供变焦液体透镜的一种组装方法，请参阅图4，显示为该组装方法的工艺流程图，包括以下步骤：

请参阅图5，将所述下盖板4粘接于所述下电极2表面，并提供一密封压圈10，将所述下电极2粘接于所述密封压圈10内表面，将所述主体电极1组装于所述密封压圈10内。

需要指出的是，上述各操作的执行顺序可以灵活调整，例如可以先将所述下盖板4与所述下电极2粘接好，再将所述下电极粘接于所述密封压圈10内表面。也可以先将所述下电极2粘接于所述密封压圈10内表面，再将所述下盖板4粘接于所述下电极2表面。此处不应过分限制本实用新型的保护范围。

请参阅图6，提供一上下开口的外壳9，将所述密封压圈10组装于所述外壳9内，并提供隔离衬垫8，将所述隔离衬垫8安装于所述主体电极1上方。

请参阅图7，加入所述油性液体6于所述收容空间内。

作为示例，可以用移液枪向所述主体电极1的收容空间内滴加所述油性液体6。

请参阅图8，加入所述导电液体7于所述收容空间内。

作为示例，可以用移液枪向所述主体电极1的收容空间内滴加所述导电液体7。所述导电液体7微过量，以便后续密封后液体能充满所述收容空间。

请参阅图9，将所述上盖板5粘接于所述上电极3表面，并将所述上电极3放置于所述隔离衬垫8上方。

请参阅图10，将所述外壳9、所述密封压圈10及所述上电极3之间密封。具体的，所述外壳9与所述密封压圈10可以通过工装做密封处理。

需要指出的是，以上仅为示例，在其它实施例中，上述各操作的执行顺序可以灵活调整，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。

本实用新型的液体透镜具有更加简单的组装工艺，因此能够节省成本，缩短生产流程。

综上所述，本实用新型的变焦液体透镜摒弃了通过机械方法改变多组固体透镜片之间的距离来实现变焦的目的，能够直接通过施加电压来变焦，能使透镜组更加小型化、变焦速度更快、寿命长、以及更加廉价。本实用新型的液体透镜具有两个锥形结构设计，能够更好的并且同时固定液体透镜中的导电溶液与油性液体，促使导电溶液与油性液体之间的的球形界面在透镜环形外壳的轴心位置，即使由于液体透镜的结构粗糙或者液体黏度引起的迟滞效应而导致液体界面发生非轴心对称形变，该界面也会自动恢复到中心位置。本实用新型通过透镜上下表面对称结构的设计，液体透镜上下电极设计成弯曲弧形结构能够有效卸载因温度引起的体积变化以及在组装过程中由于各种机械压力而引起的透镜形变。该结构设计能够使液体透镜在更宽的温度范围内工作，并且提高产品量产良率。本实用新型的液体透镜的组装方法更加简单，能够节省成本，缩短生产流程。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种变焦液体透镜，其特征在于，包括：

主体电极，具有上下贯穿所述主体电极的收容空间，所述收容空间包括第一截顶锥形空间与第二截顶锥形空间，所述第一截顶锥形空间设置于所述第二截顶锥形空间上方，且所述第一截顶锥形空间与所述第二截顶锥形空间的中心轴重合，所述第一截顶锥形空间的顶面直径大于底面直径，所述第二截顶锥形空间的顶面直径小于底面直径；

下电极，连接于所述主体电极的底面，并具有上下贯穿所述下电极的第一透视窗；

上电极，设置于所述主体电极上方，并具有上下贯穿所述上电极的第二透视窗；

下盖板，连接于所述下电极以遮盖所述第一透视窗；

上盖板，连接于所述上电极以遮盖所述第二透视窗；

油性液体，设置于所述收容空间内，并与所述下盖板接触；

导电液体，设置于所述收容空间内，并与所述上盖板接触。

2.根据权利要求1所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述第一截顶锥形空间的锥角等于所述第二截顶锥形空间的锥角。

3.根据权利要求1所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述第一截顶锥形空间的高度等于所述第二截顶锥形空间的高度。

4.根据权利要求1所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述上电极包括第一弧面弯曲段，所述下电极包括第二弧面弯曲段。

5.根据权利要求4所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述上电极与所述下电极上下对称。

6.根据权利要求4所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述第一弧面弯曲段与所述第二弧面弯曲段均包括S型段。

7.根据权利要求1所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述主体电极的顶面及内侧面具有绝缘疏水膜层。

8.根据权利要求7所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述绝缘疏水膜层的厚度范围是100nm-50μm。

9.根据权利要求1所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述变焦液体透镜还包括隔离衬垫，所述隔离衬垫设置于所述上电极与所述主体电极之间。

10.根据权利要求1所述的变焦液体透镜，其特征在于：所述变焦液体透镜还包括上下开口的外壳及密封压圈，所述密封压圈紧贴所述外壳内壁，并包覆所述上电极的上表面边缘、所述主体电极的外侧面及所述下电极的下表面边缘。