具有低功耗的電潤濕光學(xué)器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電潤濕光學(xué)器件、一種用于控制所述電潤濕光學(xué)器件的方法、以 及一種包括所述電潤濕光學(xué)器件的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 歐洲專利EP-B1-1，166, 157中描述了由電潤濕驅(qū)動并且具有可變焦距的電潤濕 光學(xué)器件。圖1示出了電潤濕光學(xué)器件的示例的簡化橫截面圖。電潤濕光學(xué)器件包括由電 池殼限定的電池，該電池殼包括絕緣板（1)(即較高板）、側(cè)壁（未示出）以及包圍導(dǎo)電液體 (5)和非導(dǎo)電液體⑷的電介質(zhì)外殼（2)，相對于導(dǎo)電液體（5)(疏水性），電介質(zhì)外殼（2) 具有低可濕性。非平面的電介質(zhì)外殼（2)還包括以垂直于該板的軸△為中心的圓錐形或 圓柱形凹陷（3)(即凹處、中空），并且該凹陷（3)包含一滴非導(dǎo)電液體（4)。在圖1中，凹 陷（3)是截錐。電池的其余部分填充有與非導(dǎo)電液體（4)互不相溶的導(dǎo)電液體（5)，導(dǎo)電液 體（5)和非導(dǎo)電液體（4)具有不同的折射率和大體上相同的密度。液體4與5之間形成的 屈光度形成了表面，該表面的光軸是軸△，并且軸△的另一個(gè)表面對應(yīng)于液滴與中空的底 部之間的接觸面。當(dāng)環(huán)形電極（7)位于電介質(zhì)外殼的外表面上時(shí)，另一個(gè)電極（8)與導(dǎo)電 液體（5)接觸。附圖標(biāo)記9指示玻璃或塑料壁。電壓電源（未示出）能夠在電極7與8之 間施加交流（即AC)電壓V。導(dǎo)電液體（5)通常是包含鹽的水液體。非導(dǎo)電液體（4)通常 是油、烷烴或者烷烴的混合物，所述烷烴可能是鹵烷。電介質(zhì)外殼（2)通常包括涂覆有疏水 性材料的透明材料或者由涂覆有疏水性材料的透明材料制成。
[0003] 通過電潤濕效應(yīng)（即電潤濕現(xiàn)象、電潤濕反應(yīng)），根據(jù)電極之間施加的電壓V，修改 了兩種液體之間的界面的曲率。因此，穿過電池、垂直于非導(dǎo)電液體（4)的液滴的區(qū)域中的 絕緣板（1)和電介質(zhì)外殼（2)的光束將根據(jù)施加的電壓而聚焦到較大或較小的范圍內(nèi)。根 據(jù)控制信號，在電極之間施加電壓。施加的電壓經(jīng)由所述電潤濕效應(yīng)而使非導(dǎo)電液體（4) 的液滴的接觸角發(fā)生變化。如圖1中所示，當(dāng)電壓發(fā)生變化時(shí)，液滴的形狀從形狀A(yù)(扁平 液滴）改變成形狀B(彎曲的液滴）。由于兩種液體的折射指數(shù)不同，因而器件形成了可變 功率電潤濕光學(xué)器件，其屈光變化可以從幾屈光度變化到幾十屈光度。
[0004] 電潤濕光學(xué)器件可以用于諸如照相機(jī)、手機(jī)、條形碼閱讀器等裝置的內(nèi)部或者外 部環(huán)境中。
[0005] 公布的專利申請WO 2011/067391描述了電潤濕光學(xué)器件的其它應(yīng)用，例如在自 動聚焦眼科設(shè)備中的應(yīng)用。這種自動聚焦眼科設(shè)備例如是眼鏡、隱形眼鏡、人工晶狀體植入 物或者眼科儀器。盡管正在開發(fā)隱形眼鏡或者眼鏡來校正伴隨老花眼和諸如近視、遠(yuǎn)視或 者散光之類的其它調(diào)節(jié)障礙出現(xiàn)的聚焦損失，但是當(dāng)人們在白內(nèi)障手術(shù)之后放松調(diào)節(jié)時(shí)會 出現(xiàn)另一種情況：在手術(shù)切除天然晶狀體之后，插入非自動聚焦人工晶狀體植入物，該非自 動聚焦人工晶體植入物是由透明聚合物制成的固定聚焦鏡。然而，由于患者僅恢復(fù)給定焦 點(diǎn)處的視力，所以這種非自動聚焦人工晶狀體植入物可能是受限制的。因此患者不能聚焦 在各種距離處的物體上。因此有益的是實(shí)現(xiàn)基于電潤濕的自動聚焦眼科設(shè)備。
[0006] 電潤濕光學(xué)器件的一個(gè)常見困難是要能夠?qū)⑺銎骷迦刖哂泻线m的小型電池 或者任何其它電源的便攜、輕質(zhì)、和/或小型裝置中，其中所述電源能夠有效地為電潤濕光 學(xué)器件供電并且能夠在不在充電、重量和/或尺寸之間犧牲壽命的情況下進(jìn)行操作。由于 各種電潤濕光學(xué)器件應(yīng)用（例如，自動聚焦眼科設(shè)備）上的有限的可用空間，有益的是將電 潤濕光學(xué)器件的可用功耗限制到最小，通常是幾微瓦數(shù)量級，優(yōu)選為幾十納瓦。對于照相 機(jī)、手機(jī)、條形碼閱讀器等來說，設(shè)備的尺寸和重量的限制也帶來了對電源（即電池類型） 的約束，這產(chǎn)生了實(shí)現(xiàn)消耗不超過幾微瓦（優(yōu)選為幾十納瓦）的電潤濕光學(xué)器件的相同目 標(biāo)。除了上述約束之外，還期望單獨(dú)提供具有小功耗并且因此允許充電之間或者電源的替 換之間的增長的壽命的電潤濕光學(xué)器件。
[0007] 已經(jīng)示出了接觸角隨電壓的變化理論上與所施加的電壓的平方成比例（見例如 B. Berge，''Electrocapillarity and wetting of insulator films by water" Comptes rendus de 1' Academie des sciences-Serie deux, Mecanique, physique, chimie,sc iences de 1'univers,sciences de la terre-ISSN 0764-4450-1993,vol.317,no2, pp. 157-163)。接觸角0可以由等式⑴表示為電壓V的函數(shù)：cos 0 = cos 9 Q+( e e Q/2e y ) V2,其中，e、％和Y分別是絕緣膜的介電常數(shù)、真空的介電常數(shù)和兩種液體界面的界面張 力。因此，理論上可以由直流（即DC)電壓（正電壓或負(fù)電壓）或由AC電壓來獲得電潤濕
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于控制電潤濕光學(xué)器件的方法，其包括： 將直流電壓或者具有低于10化的頻率f的交流電壓施加到液體/液體界面，所述液體 /液體界面由非導(dǎo)電液體（4)和導(dǎo)電液體（5)形成并且在施加的所述電壓的作用下能夠通 過電潤濕來移動， 其中，所述導(dǎo)電液體（5)包括至少一種多價(jià)鹽。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是二價(jià)陽離子或=價(jià)陽離 子無機(jī)化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽從由堿±金屬、二價(jià)陽 離子過渡金屬、=價(jià)陽離子過渡金屬和銅系元素組成的組中選擇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是堿±金 屬、W及它們的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是面化巧、 W及它們的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是氯化巧。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽從由二價(jià)、=價(jià)、四價(jià)和五 價(jià)離子有機(jī)化合物和有機(jī)鹽組成的組中選擇。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽從由二元駿酸、=元駿酸、 四元駿酸、五元駿酸W及相應(yīng)的駿酸鹽組成的組中選擇。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是二價(jià)離子有機(jī)化合物 或者相應(yīng)的鹽、W及它們的混合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽從由二元 駿酸和相應(yīng)的駿酸鹽組成的組中選擇。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是班巧酸 或者相應(yīng)的駿酸鹽、W及它們的混合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是磯的含氧酸或者相應(yīng)的 鹽、W及它們的混合物。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是磯酸或者相應(yīng)的鹽、W 及它們的混合物。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在正向極化與負(fù)向極化之間施 加頻率偏移。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在正向極化與負(fù)向極化之間施 加電壓幅度的偏移。
16. -種裝置，其包括： 電潤濕光學(xué)器件，其包括： 非導(dǎo)電液體（4)，W及 導(dǎo)電液體巧）， 其中，所述非導(dǎo)電液體（4)和所述導(dǎo)電液體（5)形成在施加的電壓的作用下能夠通過 電潤濕來移動的液體/液體界面，并且 其中，所述導(dǎo)電液體（5)包括至少一種多價(jià)鹽；W及 電子模塊，其用于向所述液體/液體界面施加直流電壓或者具有低于lOHz的頻率f的 交流電壓。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是二價(jià)陽離子或=價(jià)陽 離子無機(jī)化合物。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽從由堿±金屬、二價(jià) 陽離子過渡金屬、=價(jià)陽離子過渡金屬和銅系元素組成的組中選擇。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16至18中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是堿± 金屬、W及它們的混合物。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16至19中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是面化 巧、W及它們的混合物。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16至20中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是氯化 巧。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽從由二價(jià)、=價(jià)、四價(jià)和 五價(jià)離子有機(jī)化合物和有機(jī)鹽組成的組中選擇。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽從由二元駿酸、=元駿 酸、四元駿酸、五元駿酸、W及相應(yīng)的駿酸鹽組成的組中選擇。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是二價(jià)離子有機(jī)化 合物或者相應(yīng)的鹽、W及它們的混合物。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22至24中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是二元 駿酸和相應(yīng)的駿酸鹽、W及它們的混合物。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22至25中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是班巧 酸或者相應(yīng)的駿酸鹽、W及它們的混合物。
27. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是磯的含氧酸或者相應(yīng) 的鹽、W及它們的混合物。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中，所述至少一種多價(jià)鹽是磯酸或者相應(yīng)的鹽、W 及它們的混合物。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16至28中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，在正向極化與負(fù)向極化之間 施加頻率偏移。
30. 根據(jù)權(quán)利要求16至29中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，在正向極化與負(fù)向極化之間 施加電壓幅度的偏移。
31. 根據(jù)權(quán)利要求16至30中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置是自動聚焦眼科設(shè) 備、照相機(jī)、手機(jī)或者條形碼閱讀器。
32. 根據(jù)權(quán)利要求16至31中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置是人工晶體植入物、 隱形眼鏡、眼鏡或者眼科儀器。
【專利摘要】本發(fā)明描述了具有低功耗的電潤濕光學(xué)器件。根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及用于控制電潤濕光學(xué)器件的方法，其包括：將直流電壓或者具有低于10Hz的頻率f的交流電壓施加到由非導(dǎo)電液體(4)和導(dǎo)電液體(5)形成并且在施加的電壓的作用下能夠通過電潤濕來移動的液體/液體界面，其中所述導(dǎo)電液體(5)包括至少一種多價(jià)鹽。
【IPC分類】G02B26-00, G02B3-14, G02C7-08
【公開號】CN104583816
【申請?zhí)枴緾N201380030429
【發(fā)明人】B·貝格, M·梅拉德
【申請人】派諾特公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年4月16日
【公告號】EP2839324A1, US20150124311, WO2013156865A1