專利名稱：具有兩種液體的變焦透鏡和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡，其包括封閉絕緣液體和導(dǎo)電液體的容器，所述絕緣液體和所述導(dǎo)電液體不混溶，具有不同的折射率并且通過界面彼此接觸，所述液體被放置在通過所述容器的光路中；用于借助于電壓控制所述界面的形狀的電極布置；所述容器進(jìn)一步包括在所述光路中的透明端部。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括這種變焦透鏡的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
基于液體操縱的光學(xué)設(shè)備正迅速地獲得大量的市場(chǎng)關(guān)注，至少是因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙僭O(shè)備的機(jī)械移動(dòng)部分和相對(duì)簡(jiǎn)單性，其使得所述設(shè)備便宜且耐用。
例如，在美國(guó)專利申請(qǐng)US2001/0017985中公開了一種光學(xué)設(shè)備，其包含兩種具有相同折射率但是不同透射率的不混溶液體，兩種液體中的一個(gè)是導(dǎo)電的。通過改變這些兩種液體之間的界面，通過設(shè)備的光路中的每種液體的量被改變，結(jié)果獲得光闌。
國(guó)際專利申請(qǐng)WO03/069380公開了一種圓柱形變焦透鏡，其包含具有不同折射率的兩種不混溶流體，所述流體中的一個(gè)是導(dǎo)電的，另一個(gè)是絕緣的。通過在透鏡上施加電壓操縱兩種流體之間的界面形狀，這可以用于引入透鏡的焦點(diǎn)變化。圓柱的壁和圓柱的透明蓋子中的一個(gè)可以涂有疏水涂層，以保證至少在切斷狀態(tài)典型地為極性液體的所述導(dǎo)電流體并不接觸所述壁，以便在所述流體之間保持清晰的界面。
然而，由于圓柱的蓋子可以由諸如玻璃或親水聚合物這樣的親水材料形成，疏水涂層中的小孔會(huì)隨著時(shí)間導(dǎo)致在小孔處的導(dǎo)電液體形成微滴，這是由于導(dǎo)電液體使絕緣液體緩慢滲透，或者因?yàn)榇嬖谕ㄟ^變焦透鏡的溫度梯度，導(dǎo)致導(dǎo)電液體的小滴凝結(jié)在兩個(gè)蓋子的較冷一方的內(nèi)表面上。這是非常不期望的，因?yàn)檫@些微滴扭曲了由透鏡生成的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖提供一種變焦透鏡，其中這種微滴的形成被顯著減小。
本發(fā)明進(jìn)一步試圖提供一種包括這種變焦透鏡的電子設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種變焦透鏡，其包括封閉絕緣液體和導(dǎo)電液體的容器，所述絕緣液體和所述導(dǎo)電液體不混溶，具有不同的折射率并且通過界面彼此接觸，所述液體至少部分地被放置在通過所述容器的光路中；借助于電壓控制所述界面的形狀的電極布置；所述容器進(jìn)一步包括在所述光路中的透明端部，所述透明端部限定了在預(yù)定電壓值下的所述界面的一部分的形狀。
在這種變焦透鏡中，在預(yù)定電壓下所述導(dǎo)電液體有意地接觸容器的所述端部，例如圓柱形室的涂層蓋。因此，存在于所述端部上的所述導(dǎo)電液體的微滴將由于其間的較高親合力與所述導(dǎo)電液體融合，因而產(chǎn)生在其內(nèi)表面上帶有的微滴數(shù)量減少的端部。
本發(fā)明的變焦透鏡具有的附加優(yōu)點(diǎn)在于，由于犧牲了一些光功率，例如透鏡光學(xué)能力，以防止導(dǎo)電液體的微滴存在于所述端部的內(nèi)表面上的事實(shí)，可以減小變焦透鏡的構(gòu)成高度，這在設(shè)備的形狀因素是相關(guān)因素的應(yīng)用領(lǐng)域中是非常有利的，例如集成到諸如移動(dòng)電話這樣的手持設(shè)備的照相機(jī)模塊中。
優(yōu)選地，預(yù)定電壓為0伏，以使接觸所述端部的導(dǎo)電液體處于變焦透鏡的關(guān)閉狀態(tài)。顯然，當(dāng)所述界面與所述透明端部接觸時(shí)，穿過變焦透鏡的圖像將被扭曲。所以，希望這發(fā)生在變焦透鏡的關(guān)閉狀態(tài)期間，以防止變焦透鏡的用戶覺察到該扭曲。
在這一點(diǎn)上需要指出的是，在美國(guó)專利申請(qǐng)US2001/0017985的圖7B中公開了一種基于兩種不混溶液體的光闌，其中兩種液體之間的界面的形狀部分地由光闌的容器的蓋子限定。然而，在這里公開的兩種液體具有相同的折射率但是具有不同的透射率。因此，兩種液體之間的界面并不影響通過光闌的光路的取向。換句話說，其形狀與光闌的性能有關(guān)，而光闌的性能由通過光闌的光路中液體層的各自厚度確定。相比之下，變焦透鏡中兩種液體之間界面的形狀的質(zhì)量對(duì)于本發(fā)明的變焦透鏡的性能來說是至關(guān)重要的。所以，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說并非顯而易見的是，美國(guó)專利申請(qǐng)US2001/0017985中公開的光闌中的液體界面的變形可以在液基變焦透鏡中導(dǎo)致有利影響。
另外，美國(guó)專利申請(qǐng)US2001/0017985完全沒有提到微滴在接觸所述液體之間的界面的容器的端部上形成的問題，因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員不會(huì)從該現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)出本發(fā)明，導(dǎo)致本發(fā)明相對(duì)于該現(xiàn)有技術(shù)具有新穎性和創(chuàng)造性。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括變焦透鏡的電子設(shè)備，其包括封閉絕緣液體和導(dǎo)電液體的容器，所述絕緣液體和所述導(dǎo)電液體不混溶，具有不同的折射率并且通過界面彼此接觸，所述液體被放置在通過所述容器的光路中；借助于電壓控制所述界面的形狀的電極布置；所述容器進(jìn)一步包括在所述光路中的透明端部，所述透明端部限定了在預(yù)定電壓值下所述界面的一部分的形狀；和耦連到所述電極布置的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路被設(shè)置成在變焦透鏡的閑置狀態(tài)中為所述電極布置提供預(yù)定電壓，當(dāng)變焦透鏡被啟用時(shí)為所述電極布置提供提供另一電壓以用于將所述界面從所述透明端部分離。
這具有的優(yōu)點(diǎn)在于，只要包括變焦透鏡的電子設(shè)備的功能一啟用，驅(qū)動(dòng)電路將為變焦透鏡的電極布置提供另一電壓，導(dǎo)致界面與透明端部分離，從而在需要變焦透鏡的功能啟用之后立即為電子設(shè)備的用戶提供未失真圖像。
在一個(gè)實(shí)施方式中，另一電壓是另一預(yù)定電壓，其可以存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)存儲(chǔ)器中或者在其外部的存儲(chǔ)器中，或者可以硬件編碼到驅(qū)動(dòng)電路中，等等。
在一個(gè)可選實(shí)施方式中，所述電子設(shè)備進(jìn)一步包括用于感測(cè)穿過變焦透鏡的光的圖像傳感器，所述圖像傳感器被設(shè)置成為所述驅(qū)動(dòng)電路提供輸出信號(hào)，以用于控制所述另一電壓的幅度。
在該實(shí)施方式中，借助于光學(xué)反饋機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)地確定所述另一電壓。這具有的優(yōu)點(diǎn)在于變焦透鏡特性的變化被自動(dòng)補(bǔ)償，所述變化例如可以隨著變焦透鏡的老化而發(fā)生并且將對(duì)另一電壓的幅度產(chǎn)生影響。


參考附圖作為非限定性例子更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
圖1示意性地顯示了現(xiàn)有技術(shù)的變焦透鏡；圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡；和圖3示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備。
應(yīng)當(dāng)理解的是所述圖僅僅是示意性的并且未按照比例繪制。也應(yīng)當(dāng)理解的是在所有圖中相同的參考數(shù)字指示相同或相似的部分。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，顯示了如國(guó)際專利申請(qǐng)WO03/069380中所公開的一種變焦透鏡。所述變焦透鏡包括容納在圓柱形室中的第一絕緣流體A和第二導(dǎo)電流體B。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語導(dǎo)電意味著包括極性和可極化流體。流體A和B是不混溶的，具有不同的折射率并且優(yōu)選地具有相同的密度，以避免對(duì)流體的取向產(chǎn)生取向依賴性重力影響，在流體之間包括界面14。圓柱形室進(jìn)一步包括第一端部4和第二端部6，第一端部4以及圓柱形室的內(nèi)壁由諸如來自DuPont公司的AF1600TM的疏水和絕緣涂層覆蓋，其可以與聚對(duì)二甲苯基疊層組合。
通過將嵌入到室壁中的圓柱電極2和第二端部6上優(yōu)選透明的環(huán)形電極12上的電壓從值V1改變到值V2，可以以連續(xù)的方式將界面14的形狀從在取向(a)所示的凸?fàn)钋袚Q到在取向(b)所示的凹狀，所述環(huán)形電極12與第二流體B導(dǎo)電接觸。所以，通過圓柱的光路L的焦點(diǎn)被改變。
在該透鏡內(nèi)部，第二液體B的微滴或小滴可以被俘獲在端部4的內(nèi)表面上，導(dǎo)致將在變焦透鏡后面采集的圖像的像差。譬如如果第二端部6處于存在熱源的情況下，例如圖像傳感器位于變焦透鏡的后面，導(dǎo)致流體B凝結(jié)在較冷的第一端部4上，則可以形成這種小滴。
圖2顯示了本發(fā)明的變焦透鏡的一個(gè)實(shí)施方式。與圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)的透鏡相比，本發(fā)明的變焦透鏡具有減小的構(gòu)成高度H，導(dǎo)致絕緣液體A和導(dǎo)電液體B之間的界面14的一部分與端部4的部分4’接觸。換句話說，端部4的部分4’限定了界面14與部分4’接觸的部分的形狀。本發(fā)明的變焦透鏡的較低構(gòu)成高度對(duì)于在構(gòu)成高度是關(guān)鍵的應(yīng)用中集成變焦透鏡是有利的，例如配備有變焦透鏡的移動(dòng)電話，緊湊型照相機(jī)，便攜式多標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備，例如DVD，或者內(nèi)窺鏡。
另外，當(dāng)界面14被成形為(a)中所示時(shí)，在變焦透鏡的操作期間在端部4的部分4’上或在其附近中已經(jīng)形成的導(dǎo)電液體B的小滴將被導(dǎo)電液體B的團(tuán)(bulk)吸收。優(yōu)選地，位置(a)是休止位置，即在電極2和電極12上未施加電壓，即V1＝0V，盡管這不是必要的。
當(dāng)界面14具有如圖(a)中所示的斷裂形狀時(shí)，在變焦透鏡后面采集的圖像可以被扭曲，尤其當(dāng)所述變焦透鏡被用作一種變焦透鏡時(shí)，在該情況下絕緣液體A和導(dǎo)電液體B具有不同的折射率并且優(yōu)選地具有類似的密度。這可以通過在如圖(b)中所示啟動(dòng)變焦透鏡時(shí)在電極2和電極12上施加電壓V1’，從而消除界面14和端部4之間的接觸來避免。
需要強(qiáng)調(diào)的是端部4可以是用于變焦透鏡的容器的任何合適的蓋子，例如具有疏水涂層的玻璃板或玻璃透鏡，具有疏水涂層的親水聚合物板或透鏡，具有親水涂層的疏水聚合物板或涂層，容器的整體部分等等。液體的容器優(yōu)選地是圓柱形的，盡管諸如圓錐形的其他形狀也是可行的。還需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的變焦透鏡優(yōu)選地是一種變焦透鏡，但這不是絕對(duì)必須的；諸如美國(guó)專利申請(qǐng)US2001/0017985中公開的光闌也可以例如從本發(fā)明的變焦透鏡的較低構(gòu)成高度中獲益。
圖3顯示了本發(fā)明的電子設(shè)備1的一部分，包括如圖2中所示并且在隨后的具體描述中描述的本發(fā)明的變焦透鏡。電子設(shè)備1進(jìn)一步包括耦連到包括電極2和電極12的電極布置的驅(qū)動(dòng)電路20。驅(qū)動(dòng)電路可以響應(yīng)于圖像傳感器30，該圖像傳感器感測(cè)或測(cè)量穿過變焦透鏡的光，即圖像。在變焦透鏡的閑置狀態(tài)中，驅(qū)動(dòng)電路20將在電極2和電極12上施加電壓V1，并且V1優(yōu)選為0V。當(dāng)要求本發(fā)明的變焦透鏡功能的電子設(shè)備1的功能啟用時(shí)，所述功能例如可以是用戶在移動(dòng)電話上選擇照相機(jī)功能，驅(qū)動(dòng)電路20將被觸發(fā)以在電極2和電極12上施加另一電壓V1’，從而消除界面14和端部4之間的接觸，如圖2中的情況(b)所示，此后在操作本發(fā)明的變焦透鏡期間，如圖1(b)中所示所述電壓可以在值V1’和值V2之間變化。
可以用多種方式確定另一電壓V1’的幅度。例如，所述幅度可以是預(yù)先定義的并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器22中，所述存儲(chǔ)器可以是驅(qū)動(dòng)電路20的內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)或外部存儲(chǔ)器，當(dāng)啟動(dòng)變焦透鏡時(shí)從中進(jìn)行檢索。這具有的優(yōu)點(diǎn)在于不需要測(cè)量，并且當(dāng)啟動(dòng)變焦透鏡時(shí)界面14可以快速地被改變到預(yù)期形狀。然而，在本發(fā)明的變焦透鏡的實(shí)現(xiàn)中，其中當(dāng)變焦透鏡老化時(shí)另一電壓的幅度增加，這可以導(dǎo)致存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器22中的另一電壓的幅度變得不足。
可選地，可以動(dòng)態(tài)地確定另一電壓的幅度。這例如可以通過增加由驅(qū)動(dòng)電路20提供給變焦透鏡的電極布置的電壓，直到圖像傳感器30采集的圖像沒有了因界面14與變焦透鏡的端部4的部分4’接觸而引起的失真來實(shí)現(xiàn)。
可以考慮另一電壓的幅度的其他動(dòng)態(tài)確定；例如，變焦透鏡的電極布置可以用端部4上的透明電極(未示出)進(jìn)行擴(kuò)展，以用于感測(cè)導(dǎo)電接觸或者端部4和導(dǎo)電液體B之間電容的存在，當(dāng)啟動(dòng)本發(fā)明的變焦透鏡時(shí)其可以用于精確地消除這種接觸。
應(yīng)當(dāng)注意的是上述實(shí)施方式僅僅是舉例而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)許多替換實(shí)施方式而不脫離后附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，置于括號(hào)中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被理解成限制權(quán)利要求。詞語“包括”并不排除在權(quán)利要求中所列出的那些之外還存在其他元件或步驟。在元件之前的詞語“一”并不排除存在多個(gè)這種元件。本發(fā)明可以借助于包括若干不同元件的硬件部件實(shí)現(xiàn)。在列舉若干部件的設(shè)備權(quán)利要求中，這些部件中的幾個(gè)可以體現(xiàn)為硬件的同一個(gè)零件。某些手段在彼此不同的從屬權(quán)利要求中被敘述的單純事實(shí)并不表示這些手段的組合不能被有利地使用。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，包括封閉絕緣液體(A)和導(dǎo)電液體(B)的容器，所述絕緣液體(A)和所述導(dǎo)電液體(B)不混溶，具有不同的折射率并且通過界面(14)彼此接觸，所述液體(A；B)至少部分地被放置在通過所述容器的光路中；用于借助于電壓控制所述界面(14)的形狀的電極布置(2；12)；所述容器進(jìn)一步包括在所述光路中的透明端部(4)，所述透明端部(4)的一部分(4’)限定了在預(yù)定電壓(V1)下所述界面(14)的一部分的形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中施加的電壓的預(yù)定值(V1)為0V。
3.一種電子設(shè)備(1)，包括變焦透鏡，包括封閉絕緣液體(A)和導(dǎo)電液體(B)的容器，所述絕緣液體(A)和所述導(dǎo)電液體(B)不混溶，具有不同的折射率并且通過界面(14)彼此接觸，所述液體(A；B)至少部分地被放置在通過所述容器的光路中；用于借助于電壓控制所述界面(14)的形狀的電極布置(2；12)；所述容器進(jìn)一步包括在所述光路中的透明端部(4)，所述透明端部(4)的一部分(4’)限定了在預(yù)定電壓(V1)下所述界面(14)的一部分的形狀；和耦連到所述電極布置(2；12)的驅(qū)動(dòng)電路(20)，所述驅(qū)動(dòng)電路(20)被設(shè)置成在變焦透鏡的閑置狀態(tài)中在所述電極布置(2；12)上施加預(yù)定電壓(V1)；和當(dāng)變焦透鏡被啟用時(shí)在所述電極布置(2；12)上施加另一電壓(V1’)以用于將所述界面(14)與所述透明端部(4)分離。
4.如權(quán)利要求3所述的電子設(shè)備(1)，其中所述另一電壓(V1’)是另一預(yù)定電壓。
5.如權(quán)利要求3所述的電子設(shè)備(1)，其中所述電子設(shè)備(1)進(jìn)一步包括用于感測(cè)穿過變焦透鏡的光的圖像傳感器(30)，所述圖像傳感器(30)被設(shè)置用于為所述驅(qū)動(dòng)電路(20)提供輸出信號(hào)以用于控制所述另一電壓(V1’)的幅度。
全文摘要
一種變焦透鏡包括封閉絕緣液體(A)和導(dǎo)電液體(B)的容器，所述絕緣液體(A)和所述導(dǎo)電液體(B)不混溶，具有不同的折射率并且通過界面(14)彼此接觸，所述液體(A；B)至少部分地被放置在通過所述容器的光路中。所述變焦透鏡進(jìn)一步包括借助于電壓控制所述界面(14)的形狀的電極布置(2；12)。所述容器進(jìn)一步包括在所述光路中的透明端部(4)，所述透明端部(4)的一部分(4’)限定了在預(yù)定電壓值下所述界面(14)的一部分的形狀。因此，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)成高度(H)減小的變焦透鏡，該透鏡更少地受到由端部(4)的內(nèi)表面上的不導(dǎo)電液體(B)的小滴導(dǎo)致的逐漸變形。
文檔編號(hào)G02B26/02GK1942787SQ200580011389
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者S·凱帕, B·H·W·亨德里克斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司