一种液体透镜及其制造方法与流程

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种液体透镜及其制造方法。

背景技术：

目前，手机等消费级电子产品中均具有光学成像系统，其光学成像系统主要为固体透镜组成的透镜模组，透镜模组通过机械马达来调节固体透镜之间的距离从而实现调焦，受限制于机械马达和透镜模组的尺寸，透镜模组存在成像系统体积不易小型化、功率消耗较大、通光口径固定以及机械噪声容易发生串扰等缺点。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种液体透镜及其制造方法，用于解决现有技术中透镜模组不便小型化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种液体透镜，包括：壳体，所述壳体包括第一视窗和第二视窗；第一液体，所述第一液体为导体；第二液体，所述第二液体为绝缘体，所述第一液体不溶于所述第二液体；基底，所述基底与所述第二视窗连接，所述第一液体和所述第二液体设置于所述壳体内，且所述第二液体设置于所述基底上。

可选的，所述壳体为导体。

可选的，所述壳体的材料包含金属铁、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。

可选的，所述基底的材料包含氧化铟锡玻璃、石英玻璃和有机玻璃中的任意一种。

可选的，所述基底靠近所述第二液体的一面设有疏水层。

可选的，所述疏水层的材料包含三氧化二铝和五氧化二钽中的任意一种。

可选的，所述疏水层的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物中的任意一种。

可选的，所述基底上设有驱动电极，所述驱动电极从所述基底靠近所述第二液体的一面延伸至所述基底远离所述第二液体的一面。

可选的，所述驱动电极在靠近所述第二液体的一面为圆形。

可选的，所述驱动电极在靠近所述第二液体的一面为环形。

可选的，所述基底与所述第二视窗的连接处设有一用于紧固和密封的垫圈，所述垫圈的形状与所述基底相匹配。

可选的，所述垫圈的材料包含聚四氟乙烯、聚对二甲苯和全氟环状聚合物中的任意一种。

可选的，所述基底包括一用于承载所述第二液体的凹陷，所述凹陷沿着远离所述第一液体的方向延伸。

可选的，所述第一液体至少包括水和电解质，所述电解质的材料包含溴化锂、硫酸钠和氯化钾中的任意一种。

可选的，所述第二液体至少包括硅油。

可选的，所述第二液体的材料包含氨基硅油、环氧改性硅油、羧基改性硅油、醇基改性硅油、酚基改性硅油、巯基改性硅油、丙烯酰氧基及甲基丙烯酰氧基改性硅油、甲基长链烷基硅油、甲基三氟丙基硅油和聚醚改性硅油中的任意一种。

可选的，所述第一液体和所述第二液体的密度相等。

可选的，还包括盖板，所述盖板与所述第一视窗连接。

一种液体透镜系统，包括：所述液体透镜以及电源，所述电源与所述壳体、所述第一液体以及所述基底串联。

一种液体透镜制造方法，包括：

提供基底和壳体，所述壳体包括第一视窗和第二视窗，将所述基底与所述第二视窗相匹配；

连接所述基底与所述第二视窗；

将第二液体放置在所述基底上，所述第二液体为绝缘体；

向所述壳体内注入第一液体，所述第一液体为导体，且所述第一液体不溶于所述第二液体；密封第一视窗。

可选的，在连接所述基底与所述第二视窗之前，在所述基底上堆叠驱动电极，所述驱动电极从所述基底靠近所述第二液体的一面延伸至所述基底远离所述第二液体的一面。

可选的，所述驱动电极的材料至少包含氧化铟锡玻璃。

可选的，在连接所述基底与所述第二视窗之前，在所述基底靠近所述第二液体的一面堆叠疏水层。

可选的，所述疏水层的材料至少包含全氟环状聚合物，所述全氟环状聚合物的厚度为0.05微米至50微米。

所述液体透镜制造方法还包括：提供一用于紧固和密封的垫圈，设置所述垫圈于所述基底与所述壳体之间。

所述液体透镜制造方法还包括：弯折所述壳体，使得所述壳体靠近所述第二视窗的一端朝向所述基底靠近，连接所述壳体与所述基底。

所述液体透镜制造方法还包括：通过移液管向壳体内滴加所述第一液体，直至所述第一液体从所述第一视窗溢出，停止滴加所述第一液体。

可选的，在将第二液体放置在所述基底上以及向所述壳体内注入第一液体之后，提供一用于密封所述第一视窗的盖板，将所述盖板与所述第一视窗连接。

如上所述，本发明的液体透镜及其制造方法，在本发明中：

通过连通电源、壳体、第一液体以及基底，使得第一液体在与基底及第二液体的接触面上发生电润湿效应，进而改变第一液体在基底以及第二液体的接触角，从而改变第一液体和第二液体接触界面之间的曲率，达到改变液体透镜屈光度以及焦距的目的，可实现透镜模组小型化；

通过改变第一液体和第二液体接触界面之间的曲率，达到第二液体在基底上收缩的目的，进而实现液体透镜有效通光口径的变化，可实现透镜模组焦距和有效通光口径同时调控，扩大了应用场景以及增强了应用部件的适用性；

通过基板和壳体封装第一液体及第二液体，可有效减免第一液体和第二液体形状变化引起的壳体体积变化，或者卸载热胀冷缩引起的液体体积变化或者壳体体积变化，能够在较广的温度条件下应用。

附图说明

图1显示为本发明实施例中液体透镜的结构示意图。

图2显示为本发明实施例中液体透镜系统未通电情况下的结构示意图。

图3显示为本发明实施例中液体透镜系统通电情况下的结构示意图。

图4显示为本发明一实施例中液体透镜的结构示意图。

图5显示为本发明一实施例中驱动电极第一面的结构示意图。

图6显示为本发明又一实施例中液体透镜制造方法的流程示意图。

图7显示为本发明又一实施例中基底结构示意图。

图8显示为本发明又一实施例中壳体结构示意图。

图9显示为本发明又一实施例中基底和壳体匹配关系示意图。

图10显示为本发明又一实施例中基底和壳体连接过程示意图。

图11显示为本发明又一实施例中滴加第二液体状态示意图。

图12显示为本发明又一实施例中滴加第一液体状态示意图。

图13显示为本发明又一实施例中第一液体溢出状态示意图。

图14显示为本发明又一实施例中盖板结构示意图。

图15显示为本发明又一实施例中连接盖板示意图。

图16显示为本发明另一实施例中液体透镜系统结构示意图。

零件标号说明

1壳体

11第一视窗

12第二视窗

2盖板

3垫圈

4疏水层

5透镜腔

6驱动电极第一面

6’环形驱动电极

7驱动电极第二面

8基底

a第一液体

b第二液体

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图16。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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，在本发明的实施例中提供一种液体透镜，所述液体透镜包括：壳体1，所述壳体1包括第一视窗11和第二视窗12；第一液体a，所述第一液体a为导体；第二液体b，所述第二液体b为绝缘体，所述第一液体a不溶于所述第二液体b；基底8，所述基底8与所述第二视窗12连接，所述第一液体a和所述第二液体b设置于所述壳体1内，即第一液体a和所述第二液体b设置于透镜腔5中，且所述第二液体b设置于所述基底8上，请参阅图2和图3，液体透镜利用电润湿原理，所述壳体1的材料可以选取导体材料，所述基底8的材料可以选取介电材料，例如高分子介电材料，可将壳体1、第一液体a以及基底8电路串联，即通过对第一液体a通电及调整通电电压改变第一液体a在基底8以及第二液体b上的电荷分布，进而改变第一液体a在基底8以及第二液体b的接触角，改变第一液体a和第二液体b接触界面之间的曲率，达到改变液体透镜屈光度以及焦距的目的，在第一液体a和第二液体b之间接触角发生变化的同时，第二液体b的形状发生变化，进而第二液体b与基底8的接触面也发生相应地收缩或者扩张，因此液体透镜的有效通光口径改变，通过对第一液体a通电及改变电压，改变第一液体a在基底8以及第二液体b上的电荷分布以及改变第一液体a在基底8以及第二液体b的接触角，达到同时调整液体透镜的焦距以及通光口径的目的，结构紧凑，便于小型化。

在液体透镜中，壳体1与第一液体a接触，壳体1可以为第一液体a产生电润湿效应的一个电极，因此所述壳体1可以为导体，示例性地，所述壳体1的材料包含金属铁、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，例如通过数控机床加工、钣金或者模具成型获取壳体1。

示例性地，所述基底8的材料包含氧化铟锡玻璃、石英玻璃和有机玻璃中的任意一种，例如基底8以玻璃为基础，在玻璃上沉积氧化铟锡玻璃、石英玻璃或者有机玻璃。

请参阅图1，为了便于第一液体a及第二液体b在与基底8的接触面上收缩或者扩张，所述基底8靠近所述第二液体的一面设有疏水层4，疏水层4可以包括高介电常数材料和疏水材料，不仅便于第一液体a与基底8发生的电润湿效应，增大第一液体a在基底8接触面上的接触角，改变第一液体a和第二液体b之间的界面曲率；而且便于第一液体a及第二液体b在与基底8接触面上扩张或者收缩，进而改变液体透镜的通光口径。

示例性地，所述疏水层4的材料可以选取金属氧化物，例如包含三氧化二铝(al2o3)和五氧化二钽(ta2o5)中的任意一种，又例如，为了提高疏水层4的疏水能力，所述疏水层4的材料包含聚四氟乙烯(teflon)、聚对二甲苯(parylene)和全氟环状聚合物(cytop)中的任意一种，又例如，全氟环状聚合物对于可见光的通过性较佳，且全氟环状聚合物的介电常数(dielectricconstant)可以为2.0至2.1，较佳地满足疏水层4对于高介电材料的选取要求。

通过在所述基底8上设置驱动电极改变第一液体a和第二液体b接触界面之间的界面曲率，所述驱动电极从所述基底8靠近所述第二液体b的一面延伸至所述基底8远离所述第二液体b的一面，定义所述驱动电极靠近所述第二液体b的一面为驱动电极第一面6，定义所述驱动电极远离所述第二液体b的一面为驱动电极第二面7，例如驱动电极第一面6可以与驱动电极第二面7通过基底8侧面的连接；例如驱动电极第一面6可以贯穿基底8与驱动电极第二面连接；又例如，驱动电极第一面6与驱动电极第二面7隔离设置，基底8可以选取介电材料，通过外接电源/电压接通驱动电极第二面7，进而通过基底8激励驱动电极第一面6；示例性地，驱动电极第一面6的形状为圆形，疏水层4堆叠在驱动电极第一面6上，在接通驱动电极第二面7时，驱动电极第一面6与驱动电极第二面7连通，进而驱动电极第一面6处于导通状态，疏水层4上的第一液体a处于导通状态，改变第一液体a在疏水层4以及第二液体b上的电荷分布。

通过在所述基底8与所述第二视窗12的连接处设置用于紧固和密封的垫圈3，达到防止壳体1内的第一液体a或者第二液体b泄漏的目的，所述垫圈3的形状与所述基底8相匹配，示例性地，所述垫圈3选取的材料例如聚四氟乙烯，例如聚对二甲苯，又例如全氟环状聚合物。

通过在基底8设置用于承载所述第二液体b的凹陷，且所述凹陷沿着远离所述第一液体的方向延伸，所述凹陷能够有效防止第二液体b偏移，进而防止液体透镜的光轴偏移。

示例性地，所述第一液体a至少包括水和电解质，电解质可以选用化学性质稳定不易挥发、分解、结晶或者沉淀的材料，所述电解质的材料例如溴化锂，例如硫酸钠，又例如氯化钾；所述第二液体至少包括硅油，所述第二液体的材料包含氨基硅油、环氧改性硅油、羧基改性硅油、醇基改性硅油、酚基改性硅油、巯基改性硅油、丙烯酰氧基及甲基丙烯酰氧基改性硅油、甲基长链烷基硅油、甲基三氟丙基硅油和聚醚改性硅油中的任意一种，或者，通过调节电解质的浓度使得第一液体a和第二液体b密度接近，较佳地，第一液体a密度和第二液体b密度相等，可以消除液体透镜在制造、装配以及使用过程中由重力产生的影响。

通过设置盖板2防止第一液体a由第一视窗11处泄漏，所述盖板2与所述第一视窗11连接，盖板2的材料可选取例如玻璃，例如树脂，又例如塑料。

请参阅图2和图3，在一实施例中提供一种液体透镜系统，包括：所述液体透镜以及电源e，所述电源e与所述壳体1、所述第一液体a以及所述基底8串联，由图2可知，在未连通电源的情况下，第一液体a和第二液体b之间的界面形成具有较小曲率的弧面，相应地，第一液体a和第二液体b之间界面的屈光度较小，由图3可知，连通电源的情况下，第一液体a与疏水层4接触面上电荷分布被改变，受电荷分布的影响，疏水层4的疏水性能减弱，从而第一液体a与疏水层4的接触角减小，因此第一液体a和第二液体b之间的界面形成曲率较大的弧形，相应地，第一液体a和第二液体b之间界面的屈光度较大，液体透镜的焦距变小，当第一液体a和第二液体b之间界面曲率发生变化时，第二液体b的边缘沿着朝向第二液体b内部的方向收缩，液体透镜的通光口径减小。

请参阅图4和图5，在又一实施例中，驱动电极第一面(即环形驱动电极6’)的形状为环形，通过接通环形驱动电极6’能够精确地控制第二液体b边缘的收缩位置，环形驱动电极6’中环形的圈数可以为2圈至20圈，例如3圈，例如4圈，例如5圈，又例如10圈，环形驱动电极6’可以达到精确控制液体透镜通光口径大小的目的，例如，环形驱动电极6’中各圈之间可以隔离设置，便于第二液体b的边缘收缩至与环形驱动电极6’的圈形匹配，进而便于调焦，可以通过在各圈之间设置绝缘材料(例如全氟环状聚合物)实现隔离设置，也可以利用全氟环状聚合物封装环形驱动电极6’的上下两面防止短路，全氟环状聚合物的光线通透性较强，可以具有95％或者以上的光线通过率。请参阅图2和图3，在其中一实施例中，提供一种液体透镜系统，包括：所述液体透镜以及电源e，所述电源e与所述壳体2、所述第一液体a以及所述基底8串联，通过电源e、壳体1、第一液体a与基底8组成的回路，实现第一液体a处于导通状态，进而在第一液体a与基底8以及第二液体b的接触面上发生电润湿效应，通过改变电源e的输出电压大小，控制第一液体a与第二液体b之间界面的曲率，进而改变屈光度、焦距以及通光口径。

请参阅图6，在又一实施例中，提供一种液体透镜制造方法，包括：

请参阅图7、图8和图9，s100：提供基底8和壳体1，所述壳体1包括第一视窗11和第二视窗12，将所述基底8与所述第二视窗12相匹配；

请参阅图10，s200：连接所述基底8与所述第二视窗12；

请参阅图11，s300：将第二液体b放置在所述基底8上，所述第二液体b为绝缘体；

请参阅图12和图13，s400：向所述壳体1内注入第一液体a，所述第一液体a为导体，且所述第一液体a不溶于所述第二液体b；

请参阅图14和图15，s500：密封第一视窗11。

示例性地，请参阅图7，在连接所述基底8与所述第二视窗12之前，在所述基底8上堆叠驱动电极，所述驱动电极包括驱动电极第一面6和驱动电极第二面7，所述驱动电极从所述基底8靠近所述第二液体的一面延伸至所述基底8远离所述第二液体的一面，即驱动电极靠近所述第二液体的一面为驱动电极第一面6，驱动电极远离所述第二液体的一面为驱动电极第二面7，所述基底8靠近所述第二液体的一面堆叠疏水层4，较佳地，在驱动电极上堆叠疏水层4，通过驱动电极第一面6可以外接电源，驱动电极第一面6能够导通驱动电极第二面7，进而导通第一液体，第一液体于疏水层4的接触面发生电润湿效应。

示例性地，所述驱动电极的材料至少包含氧化铟锡玻璃，例如可以使用光罩(mask)和等离子体增强磁控溅射沉积(plasmaenhancedmagnetronsputterdeposition)方法来堆叠氧化铟锡玻璃驱动电极，在堆叠驱动电极之后及连接所述基底8与所述第二视窗12之前，在所述基底8靠近所述第二液体的一面堆叠疏水层4，较佳地，在驱动电极第一面6上堆叠疏水层4，增强第一液体a通电所产生的电润湿效应，便于调节液体透镜的焦距和通光口径，所述疏水层4的材料至少包含全氟环状聚合物(cytop)，例如可以用浸渍涂敷(dipcoating)涂敷全氟环状聚合物于驱动电极第一面6上，全氟环状聚合物的厚度例如0.05微米至1微米，例如1微米至10微米，又例如10微米至50微米。

请参阅图8和图9，提供一用于紧固和密封的垫圈3，设置所述垫圈3于所述基底8与所述壳体1之间。

请参阅图9和图10，弯折所述壳体1，使得所述壳体1靠近所述第二视窗12的一端朝向所述基底8靠近，例如采用模具加工对所述壳体1靠近所述第二视窗12的一端进行卷边(crimp)处理，连接所述壳体1与所述基底8。

请参阅图11、图12和图13，例如通过滴加的方式，将第二液体b滴加在基底8上，又例如通过移液管向壳体1内滴加所述第一液体a，直至所述第一液体a从所述第一视窗11溢出，停止滴加所述第一液体a，例如，向基底8上滴加第二液体b，然后向壳体1内滴加第一液体a，直至第一液体a从第一视窗11溢出则停止，又例如，向壳体1内滴加第一液体a，直至第一液体a从第一视窗11溢出则停止，然后再滴加第二液体b。

请参阅图14和图15，在完成将第二液体b放置在所述基底8上以及向所述壳体1内注入第一液体a之后，提供一用于密封所述第一视窗11的盖板2，将所述盖板2与所述第一视窗11连接，例如通过封胶的方式连接盖板2和第一视窗11连接。

请参阅图16，在另一实施例中，提供一种透镜系统，电源可以串联所述壳体1与所述基底8，控制电源输出电压来改变液体a的电润湿效应状态，进而控制液体透镜系统的焦距以及通光口径。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。