液体透镜的现状及发展前景

　　1 引 言

　　2008 年 3 月, 法国 Varioptic 公司与日本精工共同宣布从 2008 年第 3 季度开始联合生产液体透镜,月产量预计为 50 万套, 所生产的液体透镜将用于分辨率达 500 万像素的小型相机模块。这标志着液体透镜技术在经过多年的研发之后, 即将正式进入大批量生产阶段。

　　传统的镜头都是以玻璃或塑料为基材的, 需要通过机械装置移动镜组来对焦。液体透镜是由液体材料制作而成的、通过控制外部形状或改变内部折射率而变焦的透镜, 其工作原理类似于人眼的聚焦机理。与传统的自动对焦镜头相比, 液体透镜因为少了移动的机械结构, 所以具有体积小、反应速度快、耗电量小、无磨损寿命长以及精确度高等优点。

　　在手机、数码相机、网络摄像机、内窥镜等追求轻、薄、短、小的光学系统应用领域, 液体透镜很有可能全面取代传统光学镜头, 引发一场光学镜头技术的革命性变化。

　　2 液体透镜的发展历程

　　根据工作原理和结构的不同, 液体透镜主要可分为 3 个种类.

　　(1) 基于电润湿(Electrowetting)原理的双液体透镜;

　　(2)通过机械力改变透镜外形和体积的单液体透镜;

　　(3)通过加电改变液晶分子排列状态从而引起折射率变化的液晶透镜。

　　其中基于电润湿原理的双液体透镜是当前液体透镜发展的主流方向, Varioptic 公司和 Philps 公司的产品都属此类。

　　液体透镜的起源可以追溯到 l7 世纪, 当时英国科 学家 Stephen Gray 用水滴制 作 了 一 台 显 微 镜 。Gray 在板上钻了一些孔, 为了使重力不至于对水滴的曲率产生很大的影响, 所钻的孔直径很小, 约为0.3 mm。然后他将水滴放入小孔之中, 利用水的表面应力作用使水滴固定在孔内。小孔的孔径不同得到的水滴曲率也不同, 所以可以通过制作不同孔径的小孔而得到不同放大倍数的水滴透镜。Gray 发　现, 由于水滴表面非常光滑, 所以水滴透镜产生的影像也相当清晰[1]。

　　1875 年, Lippmann 研究了电毛细现象(electro-capilary), 解释了通电后电解质溶液中水银液滴表面形状的变化[2]　。　1936 年, Froumkin 对电润湿现象进行了研究 。

　　放置在金属基板上的水滴在未加电时呈球状, 加电后电场改变了水滴的形状, 把水滴拉向金属板, 使水滴与金属板的接触面积增加　[3]。1995 年,Gorman 等人利用电润湿现象, 将液体置于透明电极之上, 通过外加电压改变了液滴表面形状,　第 1 次实现了基于电润湿效应的变焦液体透镜　[4]。

　　2000 年, 法国的 Bruno Berge 等研究人员改进了 Gorman 的设计, 用一个缘膜覆盖透明电极, 并增加了定位水滴中心的方法[5]。Berge 后来成为 Vari-optic 公司的创始人, 该公司创建于 2002 年。