[go: up one dir, main page]

WO2018212677A1 - Variable focus liquid lens - Google Patents

Variable focus liquid lens Download PDF

Info

Publication number
WO2018212677A1
WO2018212677A1 PCT/RU2018/000236 RU2018000236W WO2018212677A1 WO 2018212677 A1 WO2018212677 A1 WO 2018212677A1 RU 2018000236 W RU2018000236 W RU 2018000236W WO 2018212677 A1 WO2018212677 A1 WO 2018212677A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
focal length
liquid
droplet
laser beam
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2018/000236
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Natalia Anatolevna IVANOVA
Aleksandr Iurevich MALIUK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Federal State Autonomous Educational Institution Of Higher Education "tyumen State University"
Original Assignee
Federal State Autonomous Educational Institution Of Higher Education "tyumen State University"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federal State Autonomous Educational Institution Of Higher Education "tyumen State University" filed Critical Federal State Autonomous Educational Institution Of Higher Education "tyumen State University"
Publication of WO2018212677A1 publication Critical patent/WO2018212677A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/12Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

Definitions

  • the alleged invention relates to the field of optofluidics, adaptive optics and optoelectronics and can be used to create an adaptive optical system that changes the sign of the focal length and realigns the optical characteristics without using a system of moving lenses.
  • Liquid optical elements are a good alternative to mechanical systems, because they can perform an unlimited number of cycles without any wear, have a high focusing and reorientation speed due to fluidity properties, as well as the ability to update the optical medium by pumping liquid
  • a known liquid lens [1] is an interface (meniscus) between water and oil, while the water is in a micro reservoir with a transparent bottom and side walls of a thermosensitive hydrogel with the addition of gold nanoparticles that are highly absorbing IR radiation, and the oil layer is on top.
  • a change in the volume of the hydrogel walls caused by IR irradiation leads to a change in the magnitude and sign of the meniscus curvature, and, consequently, the focal length.
  • a varifocal lens was proposed in the form of a meniscus of two immiscible liquids (the lower layer is water, the upper layer is 1-bromododecane) filling a cylindrical cell (6 mm in diameter) with transparent upper and lower walls, and an aperture protrusion of 3 mm in diameter, in the area of the meniscus to hold it.
  • the adjustment of the focal length is carried out by changing the magnitude and sign of the meniscus curvature by manually moving the movable piston mounted in the lower part of the cuvette.
  • the disadvantages of this method include the crude, namely manual, mechanism for adjusting the focal length, which, given the presence of a denser upper liquid, can lead to the meniscus leaving the retention zone and, as a consequence, to overturning the two-layer system.
  • Known varifocal lens [3] which is a portion of a liquid (deionized water) filling a cylindrical cell with side walls of a piezoelectric and a bottom of a silicone membrane.
  • the free surface of the liquid maintains a convex shape at a resonant frequency of the voltage applied to the piezoelectric transducer, and the focal length varies with the magnitude of the control voltage.
  • the disadvantages of such a lens include the inability to change the sign of the focal length (the liquid surface works only as a collecting lens), and the limitation of its applicability as part of complex devices associated with the generation of spurious vibrations.
  • a varifocal liquid lens in the form of a sedentary drop of an electrically conductive liquid on a dielectric substrate coated with a thin layer of a dielectric was demonstrated in [4], and a network of control electrodes was mounted between the substrate and the dialectic.
  • the control of the focal length of such a lens is carried out by changing its curvature, in depending on the voltage applied to the electrodes.
  • Significant disadvantages of such a lens include: an extremely small range of focal length adjustment (about 20% of the initial value corresponding to zero voltage), the inability to change the sign of the focal length (a drop works only as a collecting lens), the need to use a wetting film of dielectric fluid to prevent edge hysteresis the wetting angle of the droplet during the adjustment of the focal length.
  • the use of electrically conductive liquids as the lens material a limitation is placed on the applicability of such a lens, and a complex electrode system requires the development of a control software package.
  • a varifocal liquid lens is known [5], the body of which is formed as a sedentary drop from a layer of a solution of a non-volatile positive tensoactive substance in a volatile solvent using the effect of concentration-capillary convection controlled by a light beam, and the focal length is adjusted by changing the beam power.
  • this lens has the following disadvantages: it is necessary to use a sealed cell to prevent solvent leakage, as well as to heat the lid of the cuvette to prevent condensation of vapors on it, leading to optical interference; restriction on the choice of a pair of working fluids, which are subject to the requirements of mutual solubility, a large difference in surface tension and saturated vapor pressure between the fluids. In addition, this drop only works as a collecting lens.
  • the technical result of this invention is a significant simplification of the control of the focal length and design of the liquid lens, expanding the range of the focal length in the modes of the collecting and scattering lenses, expanding the range of liquids used to form the body of the lens, and, in general, increase the reliability of the varifocal lens.
  • the technical result is achieved by using a droplet of a non-volatile liquid sitting on a transparent substrate with the addition of a dye laser absorbing the control beam, and the change in its focal length is due to deformation of the free surface of the drop caused by centrifugal thermocapillary forces induced by the thermal action of the control laser beam [6-8], while the magnitude and sign of the focal length are determined by the power of the control beam.
  • FIG. 1 The principle of operation of the varifocal fluid lens is illustrated in FIG. 1.
  • 1 is a sedentary drop of liquid
  • 2 is a transparent substrate
  • 3 is a laser beam.
  • benzyl alcohol is slightly colored with a crystalline violet dye.
  • the focal length F of the drop increases from +18 to +56 mm (3 times).
  • the proposed varifocal liquid lens characterized by simplicity and reliability, has the following advantages: a wide range of adjustment of the focal length and the ability to change the sign of the focal length; any non-volatile liquid can be used as a working fluid, which forms a sessile drop on the substrate with a non-zero wetting angle; the manufacture of a sealed cell or cell with a complex structure of the inner surface of the walls is not required; focal length control is carried out contactlessly using a laser beam.
  • any light beam can be used to deform the surface, for example, focused radiation of a photodiode, mercury or halogen lamp, it is enough that the radiation is absorbed either in the droplet volume by adding a dye or by choosing the radiation wavelength absorbed by the liquid itself or by the substrate material.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of optofluidics, adaptive optics and optoelectronics, and can be used for creating adaptive optical systems capable of changing the sign of the focal length and providing optical tuning without using a system of movable lenses. The proposed variable focus liquid lens is characterized by the simplicity of its structure and of the method of controlling the focal length, and is further characterized by a wide range of adjustment of the focal length and the possibility of changing the sign of the focal length. The essence of the invention is that a droplet of a non-volatile liquid with a laser beam-absorbing colourant added thereto is applied to a transparent surface, said droplet forming a contact angle other than zero, and the focal length of the droplet is changed as a result of the deformation of its free surface under the effect of centrifugal thermocapillary forces generated by the thermal action of a laser beam, wherein the value and sign of the focal length are determined by the strength of the beam. The advantages of the proposed variable focus liquid lens are that the liquid used can be any non-volatile liquid, there is no need to prepare a sealed cell or a cell having a complex structure; and the focal length is tuned without contact using a laser beam or focused radiation from any other light source such as, for example, a photodiode, a mercury-vapour lamp or a halogen lamp, it being sufficient that the radiation is absorbed either in the body of the droplet or by the material of the substrate.

Description

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ  DESCRIPTION OF THE INVENTION

«Варифокальная жидкая линза» Varifocal Liquid Lens

Предполагаемое изобретение относится к области оптофлюидики, адаптивной оптики и оптоэлектроники и может быть использовано для создания адаптивной оптической системы, меняющей знак фокусного расстояния и перестраивающей оптические характеристики без использования системы подвижных линз. The alleged invention relates to the field of optofluidics, adaptive optics and optoelectronics and can be used to create an adaptive optical system that changes the sign of the focal length and realigns the optical characteristics without using a system of moving lenses.

Жидкостные оптические элементы являются хорошей альтернативой механическим системам, поскольку могут выполнять неограниченное число циклов без какого-либо износа, обладают высокой скоростью фокусировки и переориентации за счет свойств текучести жидкости, а также возможностью обновления оптической среды путем прокачивания жидкости  Liquid optical elements are a good alternative to mechanical systems, because they can perform an unlimited number of cycles without any wear, have a high focusing and reorientation speed due to fluidity properties, as well as the ability to update the optical medium by pumping liquid

Известна жидкая линза [1] представляющая собой поверхность раздела (мениск) между водой и маслом, при этом вода находится в микрорезервуаре с прозрачным дном и боковыми стенкам из термочувствительного гидрогеля с добавлением наночастиц золота хорошо поглощающих ИК излучение, а слой масла находится сверху. Изменение объема стенок гидрогеля вызываемое ИК облучением приводит к изменению величины и знака кривизны мениска, и, следовательно, и фокусного расстояния. Несмотря на широкий диапазон перестройки фокусного расстояния и возможность работать как собирающей, так и рассеивающей линзой, серьезными недостатками данной линзы являются: дороговизна используемых материалов; сложная и дорогостоящая процедура изготовления ячейки для жидкостей с использованием методов микрофабрикации; весьма ограниченный набор рабочих жидкостей, которые должны быть полностью несмешивающимися и иметь существенно разные показатели преломления; а также необходимость дополнительно стабилизировать поверхность раздела между таким жидкостями путем гидрофобизации зоны их контакта. A known liquid lens [1] is an interface (meniscus) between water and oil, while the water is in a micro reservoir with a transparent bottom and side walls of a thermosensitive hydrogel with the addition of gold nanoparticles that are highly absorbing IR radiation, and the oil layer is on top. A change in the volume of the hydrogel walls caused by IR irradiation leads to a change in the magnitude and sign of the meniscus curvature, and, consequently, the focal length. Despite the wide range of focal length adjustment and the ability to work with both a collecting and a diffusing lens, serious disadvantages of this lens are: the high cost of the materials used; complicated and expensive procedure for manufacturing a cell for liquids using microfabrication methods; a very limited set of working fluids, which should be completely immiscible and have substantially different refractive indices; and also the need to further stabilize the interface between such liquids by hydrophobizing their contact zone.

В работе [2] предложена варифокальная линза в виде мениска двух несмешивающихся жидкостей (нижний слой - вода, верхний слой - 1- бромдодекан), заполняющих цилиндрическую кювету (6 мм в диаметре) с прозрачными верхней и нижней стенками, и выступом апертуры, составляющей 3 мм в диаметре, в области мениска для его удержания. Перестройка фокусного расстояния осуществляется изменением величины и знака кривизны мениска путем ручного перемещения подвижного поршня, вмонтированного в нижней части кюветы. К недостаткам данного способа можно отнести грубый, а именно ручной, механизм перестройки фокусного расстояния, который, учитывая наличие более плотной верхней жидкости, может привести к выходу мениска из зоны удержания и, как следствие, опрокидыванию двухслойной системы.  In [2], a varifocal lens was proposed in the form of a meniscus of two immiscible liquids (the lower layer is water, the upper layer is 1-bromododecane) filling a cylindrical cell (6 mm in diameter) with transparent upper and lower walls, and an aperture protrusion of 3 mm in diameter, in the area of the meniscus to hold it. The adjustment of the focal length is carried out by changing the magnitude and sign of the meniscus curvature by manually moving the movable piston mounted in the lower part of the cuvette. The disadvantages of this method include the crude, namely manual, mechanism for adjusting the focal length, which, given the presence of a denser upper liquid, can lead to the meniscus leaving the retention zone and, as a consequence, to overturning the two-layer system.

Известна варифокальная линза [3], представляющая собой порцию жидкости (деионизированная вода) заполняющую цилиндрическую кювету с боковыми стенками из пьезоэлектрика и дном из силиконовой мембраны. Свободная поверхность жидкости поддерживает выпуклую форму при резонансной частоте напряжения приложенному к пьезоэлектрическому преобразователю, а фокусное расстояние изменяется с величиной управляющего напряжения. К недостаткам такой линзы можно отнести следующее: невозможность менять знак фокусного расстояния (поверхность жидкости работает только как собирающая линза), и ограничение ее применимости в составе комплексных устройств связанное с возбуждением паразитных вибраций.  Known varifocal lens [3], which is a portion of a liquid (deionized water) filling a cylindrical cell with side walls of a piezoelectric and a bottom of a silicone membrane. The free surface of the liquid maintains a convex shape at a resonant frequency of the voltage applied to the piezoelectric transducer, and the focal length varies with the magnitude of the control voltage. The disadvantages of such a lens include the inability to change the sign of the focal length (the liquid surface works only as a collecting lens), and the limitation of its applicability as part of complex devices associated with the generation of spurious vibrations.

В статье [4] продемонстрирована варифокальная жидкая линза в виде сидячей капли электропроводной жидкости на диэлектрической подложке, покрытой тонким слоем диэлектрика, а между подложкой и диалектиком вмонтирована сеть управляющих электродов. Управление фокусным расстоянием такой линзы осуществляется путем изменения ее кривизны, в зависимости от прикладываемого к электродам электрического напряжения. К существенным недостаткам такой линзы относятся: крайне малый диапазон перестройки фокусного расстояния (около 20% от начального значения, соответствующего нулевому напряжению), невозможность изменения знака фокусного расстояния (капля работает только как собирающая линза), необходимость использования смачивающей пленки диэлектрической жидкости для предотвращения гистерезиса краевого угла смачивания капли в процессе перестройки фокусного расстояния. Кроме этого, использование в качестве материала линзы электропроводящих жидкостей, накладывается ограничение на применимость такой линзы, а сложная система электродов требует разработки программного комплекса управления. A varifocal liquid lens in the form of a sedentary drop of an electrically conductive liquid on a dielectric substrate coated with a thin layer of a dielectric was demonstrated in [4], and a network of control electrodes was mounted between the substrate and the dialectic. The control of the focal length of such a lens is carried out by changing its curvature, in depending on the voltage applied to the electrodes. Significant disadvantages of such a lens include: an extremely small range of focal length adjustment (about 20% of the initial value corresponding to zero voltage), the inability to change the sign of the focal length (a drop works only as a collecting lens), the need to use a wetting film of dielectric fluid to prevent edge hysteresis the wetting angle of the droplet during the adjustment of the focal length. In addition, the use of electrically conductive liquids as the lens material, a limitation is placed on the applicability of such a lens, and a complex electrode system requires the development of a control software package.

Известна варифокальная жидкая линза [5], тело которой в виде сидячей капли формируется из слоя раствора нелетучего положительно тензоактивного вещества в легколетучем растворителе с помощью эффекта концентрационно-капиллярной конвекции, управляемого пучком света, а перестройка фокусного расстояния осуществляется путем изменения мощности пучка. Несмотря на малые размеры и большой диапазон перестройки фокусного расстояния, данная линза имеет следующие недостатки: необходимо использовать герметичную ячейку для предотвращения утечек растворителя, а также подогревать крышку кюветы во избежание конденсации на ней паров, приводящих к оптическим помехам; ограничение на выбор пары рабочих жидкостей к которым предъявляются требования взаимной растворимости, большой разницы в поверхностном натяжении и давлении насыщенных паров между жидкостями. Кроме того, данная капля работает только как собирающая линза.  A varifocal liquid lens is known [5], the body of which is formed as a sedentary drop from a layer of a solution of a non-volatile positive tensoactive substance in a volatile solvent using the effect of concentration-capillary convection controlled by a light beam, and the focal length is adjusted by changing the beam power. Despite the small size and wide range of adjustment of the focal length, this lens has the following disadvantages: it is necessary to use a sealed cell to prevent solvent leakage, as well as to heat the lid of the cuvette to prevent condensation of vapors on it, leading to optical interference; restriction on the choice of a pair of working fluids, which are subject to the requirements of mutual solubility, a large difference in surface tension and saturated vapor pressure between the fluids. In addition, this drop only works as a collecting lens.

Техническим результатом данного изобретения является существенное упрощение процедуры управления фокусным расстоянием и конструкции жидкой линзы, расширение диапазона изменения фокусного расстояния в режимах собирающей и рассеивающей линзы, расширение диапазона з жидкостей, применяемых для формирования тела линзы, и, в целом, повышение надежности работы варифокальной линзы. The technical result of this invention is a significant simplification of the control of the focal length and design of the liquid lens, expanding the range of the focal length in the modes of the collecting and scattering lenses, expanding the range of liquids used to form the body of the lens, and, in general, increase the reliability of the varifocal lens.

Технический результат достигается тем, что в качестве варифокальной линзы используют сидячую на прозрачной подложке каплю нелетучей жидкости с добавлением поглощающего управляющий пучок лазера красителя, а изменение ее фокусного расстояния, происходит вследствие деформации свободной поверхности капли, вызываемой центробежными термокапиллярными силами, индуцированными тепловым воздействием управляющего лазерного пучка [6-8], при этом величина и знак фокусного расстояния определяются мощностью управляющего пучка.  The technical result is achieved by using a droplet of a non-volatile liquid sitting on a transparent substrate with the addition of a dye laser absorbing the control beam, and the change in its focal length is due to deformation of the free surface of the drop caused by centrifugal thermocapillary forces induced by the thermal action of the control laser beam [6-8], while the magnitude and sign of the focal length are determined by the power of the control beam.

Принцип работы варифокальной жидкой линзы поясняется на Фиг. 1. Здесь 1 - сидячая капля жидкости, 2 - прозрачная подложка, 3 - пучок лазера. В отсутствие лазерного излучения сидячая капля жидкости на прозрачной плоской подложке представляет собой собирающую линзу, Фиг. 1 (a), фокусное расстояние которой связано с радиусом кривизны ее свободной поверхности как ¥ = R/(ni ~ 1), где R радиус кривизны свободной поверхности капли, пг коэффициент преломления жидкости. При включении пучка лазера, направленного нормально к основанию капли, температура ее свободной поверхности в зоне воздействия пучка повышается, вследствие поглощения излучения в объеме капли, приводя к локальному понижению поверхностного натяжения. В результате на свободной поверхности капли возникает центробежное поле термокапиллярных сил, которые благодаря вязкости перемещают жидкость из нагреваемой зоны к холодной кромке капли, вызывая тем самым деформацию ее свободной поверхности, Фиг. 1 (б- д). Форма свободной поверхности и величина ее деформации зависит от мощности управляющего лазерного пучка. Постепенное увеличение мощности управляющего лазерного пучка (показано осью мощности пучка на Фиг. 1) вызывает последовательное изменение свободной поверхности капли: уплощение свободной поверхности, приводящее к увеличению радиуса кривизны, а, следовательно, и фокусного расстояния капли, Фиг. 1(6), вплоть до момента когда свободная поверхность становится почти плоской, а ее фокусное расстояние стремится к бесконечности, Фиг. 1(в); изменение знака кривизны вследствие деформации свободной поверхности капли в виде термокапиллярного углубления [6-8], сопровождающееся уменьшением абсолютной величины радиуса кривизны и фокусного расстояния, Фиг. 1(г-д). В первом случае капля является варифокальной собирающей линзой, а во втором - варифокальной рассеивающей линзой. Уменьшение мощности пучка позволяет обратимо менять величину и знак фокусного расстояния. Выключение пучка лазера приводит к релаксации деформации свободной поверхности капли, в следствие чего, последняя принимает первоначальную форму, Фиг. 1(a). The principle of operation of the varifocal fluid lens is illustrated in FIG. 1. Here 1 is a sedentary drop of liquid, 2 is a transparent substrate, 3 is a laser beam. In the absence of laser radiation, a sedentary drop of liquid on a transparent flat substrate is a collecting lens, FIG. 1 (a), the focal length of which is associated with a radius of curvature of its free surface as a ¥ = R / (ni ~ 1) wherein R free surface curvature radius of the droplet, n g refractive index of the liquid. When you turn on the laser beam directed normally to the base of the drop, the temperature of its free surface in the area of the beam increases, due to absorption of radiation in the volume of the drop, resulting in a local decrease in surface tension. As a result, a centrifugal field of thermocapillary forces arises on the droplet’s free surface, which, due to viscosity, move the liquid from the heated zone to the cold edge of the droplet, thereby causing deformation of its free surface, FIG. 1 (bd). The shape of the free surface and the magnitude of its deformation depends on the power of the control laser beam. A gradual increase in the power of the control laser beam (shown by the axis of the beam power in Fig. 1) causes a sequential change in the free surface of the droplet: flattening of the free surface, leading to an increase in the radius of curvature and, consequently, the focal length of the droplet, FIG. 1 (6), up to the moment when the free surface becomes almost flat, and its focal length tends to infinity, FIG. 1 (c); a change in the sign of curvature due to deformation of the free surface of the droplet in the form of a thermocapillary depression [6-8], accompanied by a decrease in the absolute value of the radius of curvature and focal length, FIG. 1 (y-d). In the first case, the droplet is a varifocal collecting lens, and in the second, a varifocal scattering lens. A decrease in the beam power allows reversibly changing the magnitude and sign of the focal length. Turning off the laser beam leads to relaxation of the deformation of the free surface of the droplet, as a result of which the latter takes its original shape, FIG. 1 (a).

На Фиг. 2 показана зависимость фокусного расстояния капли бензилового спирта (радиус кривизны R = 9.7 мм при Р = 0 мВт), сидящей на предметном стекле, в зависимости от мощности управляющего пучка лазера (λ= 532нм, диаметр пучка d = 0.8 мм). Для обеспечения поглощения излучения лазера бензиловый спирт слегка окрашен кристаллическим фиолетовым красителем. Как видно на Фиг. 2 с увеличением Р лазера от 0 до 40 мВт фокусное расстояние F капли возрастает от +18 до +56 мм (в 3 раза). В диапазоне от 40 до 53 мВт имеет место переходное состояние - свободная поверхность капли проходит положение R— > оо, а затем в капле начинает формироваться термокапиллярное углубление, кривизна меняет знак и при дальнейшем увеличении Р до 200 мВт, F варьируется от -200 до -2.7 мм.  In FIG. Figure 2 shows the dependence of the focal length of a drop of benzyl alcohol (radius of curvature R = 9.7 mm at P = 0 mW) sitting on a glass slide, depending on the power of the control laser beam (λ = 532 nm, beam diameter d = 0.8 mm). To ensure absorption of laser radiation, benzyl alcohol is slightly colored with a crystalline violet dye. As seen in FIG. 2, with an increase in the P laser from 0 to 40 mW, the focal length F of the drop increases from +18 to +56 mm (3 times). In the range from 40 to 53 mW, a transition state takes place - the free surface of the droplet passes the position R—> oo, and then a thermocapillary depression begins to form in the droplet, the curvature changes its sign and with a further increase in P to 200 mW, F varies from -200 to - 2.7 mm.

На Фиг. 3 в качестве иллюстрации изменения кривизны поверхности капли представлены изображения сетки полученные с помощью линзы на основе капли этиленгликоля на стеклянной подложке, управляемой пучком лазера ( =532нм, d = 0.8 мм): (а) начальное положение - лазер выключен, радиус кривизны R = 6 мм; (б) капля облучается пучком лазера Р = 85 мВт, положительный радиус кривизны увеличился до R=25 мм; (в) мощность лазера составляет Р = 125 мВт, поверхность капли вогнута, а радиус кривизны вогнутого участка поверхности равен R = -61 мм. Таким образом, предлагаемая варифокальная жидкая линза, отличаясь простотой и надежностью, обладает следующими преимуществами: широкий диапазон перестройки фокусного расстояния и возможность изменения знака фокусного расстояния; в качестве рабочей жидкости может быть использована любая нелетучая жидкость, которая формирует на подложке сидячую каплю с отличным от нуля краевым углом смачивания; не требуется изготовление герметичной ячейки или ячейки со сложной структурой внутренней поверхности стенок; управление фокусным расстоянием осуществляется бесконтактно с помощью пучка лазера. Кроме того, для деформации поверхности можно использовать любой пучок света, например, сфокусированное излучение фотодиода, ртутной или галогеновой лампы, достаточно лишь чтобы излучение поглощалось либо в объеме капли путем добавления красителя или выбором длины волны излучения поглощаемого самой жидкостью, либо материалом подложки. In FIG. Figure 3 illustrates the change in the curvature of the droplet surface with grid images obtained using a lens based on a droplet of ethylene glycol on a glass substrate controlled by a laser beam (= 532 nm, d = 0.8 mm): (a) initial position — the laser is turned off, the radius of curvature R = 6 mm; (b) the drop is irradiated with a laser beam P = 85 mW, the positive radius of curvature increases to R = 25 mm; (c) the laser power is P = 125 mW, the droplet surface is concave, and the radius of curvature of the concave portion of the surface is R = -61 mm. Thus, the proposed varifocal liquid lens, characterized by simplicity and reliability, has the following advantages: a wide range of adjustment of the focal length and the ability to change the sign of the focal length; any non-volatile liquid can be used as a working fluid, which forms a sessile drop on the substrate with a non-zero wetting angle; the manufacture of a sealed cell or cell with a complex structure of the inner surface of the walls is not required; focal length control is carried out contactlessly using a laser beam. In addition, any light beam can be used to deform the surface, for example, focused radiation of a photodiode, mercury or halogen lamp, it is enough that the radiation is absorbed either in the droplet volume by adding a dye or by choosing the radiation wavelength absorbed by the liquid itself or by the substrate material.

ЛИТЕРАТУРА LITERATURE

1. Zeng X., Jiang Н. Tunable liquid microlens actuated by infrared light-responsive hydrogel. // Applied Physics Letters, 93, 151 101 , 2008.  1. Zeng X., Jiang N. Tunable liquid microlens actuated by infrared light-responsive hydrogel. // Applied Physics Letters, 93, 151 101, 2008.

2. Patra R., Agarwal S., Kondaraju S., Bahga S.S. Membrane-less variable focus liquid lens with manual actuation. // Optics Communications, 389, 74-78, 2017. 2. Patra R., Agarwal S., Kondaraju S., Bahga S.S. Membrane-less variable focus liquid lens with manual actuation. // Optics Communications, 389, 74-78, 2017.

3. Feng G. H., Liu J. H. Simple-structured capillary-force-dominated tunable-focus liquid lens based on the higher-order-harmonic resonance of a piezoelectric ring transducer. // Applied Optics, 52(4), 829-837, 2013. 3. Feng G. H., Liu J. H. Simple-structured capillary-force-dominated tunable-focus liquid lens based on the higher-order-harmonic resonance of a piezoelectric ring transducer. // Applied Optics, 52 (4), 829-837, 2013.

4. Krupenkin Т., Yang S., Mach P. Tunable liquid microlens. // Appl. Phys. Lett., 82(3), 316-318, 2003.  4. Krupenkin, T., Yang S., Mach P. Tunable liquid microlens. // Appl. Phys. Lett., 82 (3), 316-318, 2003.

5. Безуглый Б.А., Шепеленок СВ., Тарасов О.А. Адаптивное оптическое устройство на основе жидкой линзы. // Патент РФ 2149434, 20.05.2000.  5. Bezugly B.A., Shepelenok SV., Tarasov O.A. Adaptive optical device based on a liquid lens. // RF patent 2149434, 05.20.2000.

6. Da Costa G., Calatroni J. Transient deformation of liquid surfaces by laser- induced thermocapillarity. // Applied Optics, 18(2), 233-235, 1979. 7. Helmers H., Witte W. Holographic study of laser-induced liquid surface deformations. // Optics Communications, 49(1), 21-23, 1984. 6. Da Costa G., Calatroni J. Transient deformation of liquid surfaces by laser-induced thermocapillarity. // Applied Optics, 18 (2), 233-235, 1979. 7. Helmers H., Witte W. Holographic study of laser-induced liquid surface deformations. // Optics Communications, 49 (1), 21-23, 1984.

8. Безуглый Б.А., Иванова H.A., Зуева А.Ю. Термокапиллярная деформация тонкого слоя жидкости, вызванная пучком лазера. // ПМТФ, 42(3), 130-134, 2001.  8. Bezugly B.A., Ivanova H.A., Zueva A.Yu. Thermocapillary deformation of a thin liquid layer caused by a laser beam. // PMTF, 42 (3), 130-134, 2001.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM «Варифокальная жидкая линза» Varifocal Liquid Lens Варифокальная жидкая линза, представляющая собой каплю жидкости, поглощающую излучение в объеме капли и сидящую на твердой прозрачной подложке, причем перестройка фокусного расстояния капли обусловлена изменением кривизны ее свободной поверхности из-за теплового воздействия лазерного пучка на каплю, отл и ч аю щая с я тем, что жидкость является нелетучей и в отсутствие лазерного излучения капля жидкости представляет собой собирающую линзу, при этом кривизна поверхности капли изменяется под действием термокапиллярных сил, возбуждаемых тепловым воздействием лазерного пучка на каплю, а величина и знак кривизны и фокусного расстояния определяются мощностью лазерного пучка. A varifocal liquid lens, which is a drop of liquid that absorbs radiation in the volume of a drop and sits on a solid transparent substrate, and the focal length of the drop is rearranged due to a change in the curvature of its free surface due to the thermal effect of the laser beam on the drop, which can be distinguished that the liquid is non-volatile and, in the absence of laser radiation, the liquid drop is a collecting lens, and the curvature of the surface of the drop changes under the influence of thermocapillary forces, are excited thermal action of the laser beam on the droplet, and the magnitude and sign of the curvature and focal length determined by the power of the laser beam.
PCT/RU2018/000236 2017-05-16 2018-04-16 Variable focus liquid lens Ceased WO2018212677A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117108A RU2652522C1 (en) 2017-05-16 2017-05-16 Varifocal liquid lens
RU2017117108 2017-05-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018212677A1 true WO2018212677A1 (en) 2018-11-22

Family

ID=62045435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000236 Ceased WO2018212677A1 (en) 2017-05-16 2018-04-16 Variable focus liquid lens

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2652522C1 (en)
WO (1) WO2018212677A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116719108A (en) * 2023-06-08 2023-09-08 西安电子科技大学 A preparation method for stepless zoom terahertz liquid lens based on superoleophobic-oleophilic surface

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744033C1 (en) * 2020-06-01 2021-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Ehf varifocal lens

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149434C1 (en) * 1998-04-14 2000-05-20 Тюменский государственный университет Adaptive optical device which is based on liquid lens
US6545816B1 (en) * 2001-10-19 2003-04-08 Lucent Technologies Inc. Photo-tunable liquid microlens
US20030227100A1 (en) * 2002-03-12 2003-12-11 Chandross Edwin A. Solidifiable tunable liquid microlens

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080117521A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Lucent Technologies Inc. Liquid lenses with cycloalkanes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2149434C1 (en) * 1998-04-14 2000-05-20 Тюменский государственный университет Adaptive optical device which is based on liquid lens
US6545816B1 (en) * 2001-10-19 2003-04-08 Lucent Technologies Inc. Photo-tunable liquid microlens
US20030227100A1 (en) * 2002-03-12 2003-12-11 Chandross Edwin A. Solidifiable tunable liquid microlens

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. A. BEZUGLYJ, N. A. IWANOWA, A. `. ZUEWA: "THERMOCAPILLARY DEFORMATION OF A THIN LIQUID LIQUID CAUSED BY A LASER BEAM", SUITABLE MECHANICS AND TECHNICAL PHYSICS., vol. 42, no. 3, 2001, pages 130 - 134, XP055612174 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116719108A (en) * 2023-06-08 2023-09-08 西安电子科技大学 A preparation method for stepless zoom terahertz liquid lens based on superoleophobic-oleophilic surface

Also Published As

Publication number Publication date
RU2652522C1 (en) 2018-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9482796B2 (en) Controllable planar optical focusing system
Krogmann et al. A MEMS-based variable micro-lens system
US6936196B2 (en) Solidifiable tunable liquid microlens
EP3320313B1 (en) Structured silicon-based thermal emitter
Bucaro et al. Tunable liquid optics: electrowetting-controlled liquid mirrors based on self-assembled janus tiles
RU2652522C1 (en) Varifocal liquid lens
Krogmann et al. Electrowetting for tunable microoptics
Mishra et al. Design and wavefront characterization of an electrically tunable aspherical optofluidic lens
US20100309560A1 (en) Method for Forming Variable Focus Liquid Lenses in a Tubular Housing
US9606419B2 (en) Adaptive photothermal lens
JP2000347005A (en) Variable focus lens device
Malyuk et al. Optofluidic lens actuated by laser-induced solutocapillary forces
Almoallem et al. Double-sided design of electrodes driving tunable dielectrophoretic miniature lens
RU2744033C1 (en) Ehf varifocal lens
Liu et al. Bio-inspired eyes with eyeball-shaped lenses actuated by electro-hydrodynamic forces
Park et al. Self-centering effect of a thickness-gradient dielectric of an electrowetting liquid lens
Seo et al. Adjustable tilt angle of liquid microlens with four coplanar electrodes
Bardinal et al. Advances in polymer-based optical MEMS fabrication for VCSEL beam shaping
Malyuk et al. Biomimetic liquid lenses actuated by a laser beam: effects of evaporation and orientation to gravity
Chalikkara et al. Dual functional optofluidic platform based on light-actuated air plug
Lim Electrowetting-on-Dielectric Tunable Optics for Laser Scanners and Whispering Gallery Mode Resonator
Fšldesy et al. Terahertz spatial light modulator with digital microfluidic array
Berry et al. Development of adaptive liquid microlenses and microlens arrays
Li et al. 64‐2: Movable Electrowetting Optofluidic Lens for Imaging System
Seo et al. Lateral positioning of tunable liquid microlens with four coplanar electrodes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18802036

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18802036

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1