不规则可变焦点液体透镜以及用于驱动液体透镜的驱动器的利记博彩app

专利名称：不规则可变焦点液体透镜以及用于驱动液体透镜的驱动器的利记博彩app
不规则可变焦点液体透镜以及用于驱动液体透镜的驱动器
本发明一般涉及光学系统，尤其涉及不规则的可变焦点型的液体透镜。
在常规光学成像应用(比如光通信系统和照相机器件)中，通常需要对透 镜进行手动调谐和物理定位，以便将图像聚焦到检测器上并且接收来自相对于 透镜的不同方向上的光线。为了消除手动调谐的低效率和成本，开发了可调谐 微透镜，以便通过最佳地将光源耦合到光信号接收器(比如光检测器)来对光 信号进行聚焦。在某些情况下，当入射到微透镜上的光束发生变化从而不再是 其标称的对准的入射情况时，微透镜的折射率就自动地改变以使微透镜的焦点 发生变化，以便维持微透镜和光检测器之间的最佳耦合。
然而，己经发现，对于用于可调谐微透镜(比如梯度折射率透镜)的大多 数电光材料而言，这种透镜具有与较小的电光系数相关的许多局限。这常常导 致较小的光路调制，由此，需要较厚的透镜或较高的电压。另外，许多电光材 料都显示出较强的双折射性，从而导致这些透镜的偏振相关性，这会使具有某 种偏振的光线发生失真。在需要用到可调谐微透镜的阵列的情况下，这些问题 变得尤其严峻。例如，现有的拍照手机使用很小的固定焦点的透镜，这种透镜 具有较差的聚光能力、有限的聚焦范围和有限的分辨率。结果，与常规的照相 机相比，图像质量就很低。
已经开发出可变焦点液体透镜，以克服上述问题中的一些(例如，参照美
国专利5,973,852)。通过改变用于构成透镜光学系统的流体弯液面的接触角或 曲率半径来控制焦距，此时就提供了一种可变焦点流体透镜。该光学器件通常 还包括一种压力或体积控制装置，该装置与该流体流动地耦合着，以便调节该 流体的压力并由此调节该弯液面的曲率。
然而，与刚性透镜相反，针对液体透镜所特有的问题，可以做出许多改进。 例如，在冲击或粗暴的移动之后，液体透镜可能会被扰乱。在这种情况下，可 能有液体从透镜中分离，并且在该透镜上方的盖子上形成微滴，从而改变了光 学器件的焦点。这些微滴可能会留在盖子上，并且在该器件的整个操作过程中影响其性能。另外，不像刚性透镜，在不使用该器件时，液体透镜也容易受到 有害的冲击的影响。由此，为了进一步使液体透镜所受的扰乱达到最小，期望 有一种机制能够在不使用液体时将液体收回并且在使用液体时仍然维持液体 透镜的焦点。容易受到振动冲击影响的各种应用范围很广，比如手持通信设备
(手机摄像头)、便携式数据存储设备(CD/DVD驱动器)、或条形码读取器、 分析仪器(显微镜和其它检测设备)、外科仪器(内窥镜)、或各种激光技术 仪器。
因此，期望提供能克服上述问题和其它问题的系统和方法。特别是，需要 一种具有恢复系统的低成本且不规则的光学聚焦系统，适用于那些预期可能会 有粗暴移动的小型便携式成像应用。所期望的是一种恢复方法，它能够在不使 用时收回液体并且在使用时控制液体透镜的焦点。本发明的各实施方式满足了 这些和其它需求。

发明内容
本发明提供了能够克服上述问题的不规则可变焦点透镜。特别是，本发明 提供了用于有效地形成液体透镜且在冲击相关事件之后恢复液体透镜的系统 和方法。
根据本发明的一个实施方式， 一种光学器件包括具有疏水性顶面、底面和 第一腔室的外壳，其中该腔室具有向内弯曲的壁。具有第一弯液面的第一流体 被置于该第一腔室之内。第一控制装置与该流体相耦合，以便将流体转移到第 一腔室中和第一腔室外。在一方面，疏水性顶面包括一层疏水性材料，用于覆 盖非疏水性材料。在另一方面，上述的壁是亲水性的，或者包括一层亲水性材 料，用于覆盖非亲水性材料。
根据本发明的另一个实施方式， 一种光学器件包括具有顶面、底面和第一 腔室的外壳。该光学器件也包括空气贮存室，用于贮存压縮空气或气体。具有 弯液面的流体被置于该第一腔室之内。 一层疏水性材料覆盖着顶面。 一层亲水 性材料覆盖着第一腔室的壁。控制装置与流体相耦合，以便将第一流体转移到 腔室中和腔室外。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于形成液体透镜的方法。该方法包括在包括顶面、底面和腔室的外壳中提供流体，该腔室具有向内弯曲 的壁，其中该流体形成了设置于该腔室之内的弯液面。在一个方面中，疏水性 涂层覆盖着顶面，亲水性涂层覆盖着向内弯曲的壁。该方法也包括调节该弯液 面的曲率。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于收回液体透镜中的液体的 方法。该方法包括在包括顶面、底面和腔室的外壳中提供流体，该腔室具有 向内弯曲的壁，其中该流体形成了设置于该腔室之内且具有弯液面的透镜，并 且疏水性涂层覆盖着顶面。该方法也包括从该腔室中收回该流体。
根据本发明的另一个实施方式， 一种光学器件包括具有顶面、底面和第一 腔室的外壳，其中该腔室具有向内弯曲的壁。具有弯液面的第一流体被设置在 第一腔室之内，该第一流体形成了第一液体透镜。第一控制装置与该第一流体 相耦合，以便将流体转移到第一腔室中和第一腔室外。该光学器件也包括第一 非液体透镜。
参照说明书的其余部分(包括附图和权利要求书)，将会意识到本发明的 其它特征和优点。下面结合附图，详细描述本发明的其它特点和优点以及本发 明各实施方式的结构和操作。在附图中，相同的标号指代完全一样或功能相似 的元件。


图1A显示出本发明一实施方式的具有向内弯曲的腔室的液体透镜组件的 立体图。
图1B显示出具有向内弯曲的腔室的液体透镜组件的侧视图。
图1C显示出在液体填充向内弯曲的腔室之前具有向内弯曲的腔室的液体 透镜组件的侧视图。
图1D显示出在液体填充向内弯曲的腔室之后具有向内弯曲的腔室的液体 透镜组件的侧视图。
图1E显示出在向内弯曲的腔室的顶面和底面上形成纳米或微米大小的柱 子以构成疏水性表面的侧视图。
图1F显示出在向内弯曲的腔室的顶面和底面上形成纳米或微米大小的脊形布局以构成亲水性表面的侧视图。
图2A显示出本发明一实施方式的空的平腔室的顶视图。 图2B显示出在其入口处形成有液滴的平腔室的顶视图。 图2C显示出在其入口处有增大的液滴的平腔室的顶视图。 图2D显示出已填充了液滴的平腔室的顶视图。 图3 A显示出本发明一实施方式的空的向内弯曲的腔室的顶视图。 图3B显示出正形成液体环的向内弯曲的腔室的顶视图。 图3C显示出液体环正在汇拢的向内弯曲的腔室的顶视图。 图3D显示出已形成凹液体透镜的向内弯曲的腔室的顶视图。 图3E显示出已形成凸液体透镜的向内弯曲的腔室的顶视图。 图4A显示出本发明一实施方式的具有用于多个透镜的外壳的液体透镜组 件的侧视图。
图4B显示出正形成液体透镜的液体透镜组件的侧视图。 图4C显示出正调节液体透镜的液体透镜组件的侧视图。 图5 A显示出本发明一实施方式的具有密闭空气贮存室的液体透镜组件的 侧视图。
图5B显示出本发明一实施方式的具有开放空气贮存室的液体透镜组件的 侧视图。
图5 C显示出本发明一实施方式的具有密闭空气贮存室和穹顶形透镜的液
体透镜组件的侧视图。
图6 A显示出本发明一实施方式的具有巻曲末端的空气贮存室的侧视图。 图6B显示出本发明一实施方式的具有增大末端的空气贮存室的侧视图。 图7A显示出本发明一实施方式的具有受扰的液体透镜的向内弯曲的腔室
的液体透镜组件的侧视图。
图7B显示出挤出液体以填充向内弯曲的腔室的液体透镜组件的侧视图。
图7C显示出顶着空气贮存室挤出液体的液体透镜组件的侧视图。
图7D显示出具有收回的液体的液体透镜组件的侧视图。
图7E显示出具有重新形成的液体透镜的液体透镜组件的侧视图。
图8A显示出本发明一实施方式的液体透镜外壳，该外壳具有固体透镜以及用于固定液体透镜的腔室。
图8B显示出本发明一实施方式的液体透镜和固体透镜。
图8C显示出本发明一实施方式的液体透镜和固体平凸透镜。
图8D显示出本发明一实施方式的两个液体透镜和两个固体透镜。
图8E显示出本发明一实施方式的两个液体透镜和一个夹在其间的固体透镜。
图9显示出本发明一实施方式的单泵驱动方法。 图IO显示出本发明另一个实施方式的驱动方法。 图11显示出本发明另一个实施方式的驱动方法。 图12显示出图11的实施方式的更详细的图。
图13显示出本发明另一个实施方式的用于液体透镜控制系统的框图。
图14显示出本发明另一个实施方式的用于驱动两个液体透镜的单个电动机。
图15显示出本发明一实施方式的基于液体透镜的自动聚焦透镜系统的侧 视图。
图16显示出本发明另一实施方式的基于液体透镜的自动聚焦透镜系统的 侧视图。
图17显示出根据一实施方式的具有变焦/聚焦模块的液体透镜系统的侧视图。
图18显示出根据一实施方式的具有可变焦点和可变直径透镜模块的液体 透镜系统的侧视图。
图19显示出根据另一实施方式的具有变焦/聚焦模块的液体透镜系统的侧 视图。
图20显示出根据另一实施方式的具有变焦/聚焦模块的液体透镜系统。 图21显示出本发明一实施方式的压电管驱动器。
图22A显示出本发明一实施方式的使用压电蜂鸣器薄膜的压电盘驱动器的 顶视图。
图22B显示出压电盘驱动器的侧视图。
图22C显示出本发明一实施方式的使用弯曲压电薄膜的压电膜驱动器的顶视图。
具体实施例
图1A-1D显示出本发明一实施方式的透镜组件，它将可变焦点液体透镜固定在向内弯曲的透镜腔室之内。
图1A显示出液体透镜组件100的立体图，它具有向内弯曲的透镜腔室104。图1B显示出同一透镜组件100的侧视图。如图所示，透镜腔室104向内弯曲，像一个桶形，从而提供了一个区域，其中在形成整个透镜之前液体会因表面张力而聚结。在图1A-1D中，该区域位于透镜腔室104内最大的周长处，并且在该周长上接下来形成了一个环。当更多的液体进入透镜腔室104中时，该环将增大并最终形成液体透镜。通过另外的驱动方法，该过程可以得到进一步改进。
一种驱动系统包括一个泵，该泵被配置成将固定体积的液体引入到透镜腔室104中以形成透镜，然后，通过控制少量的液体来改变该透镜的形状。例如，图1C显示出在液体110通过入口 102进入透镜腔室104中之前位于泵112处的固定体积的液体110。液体110可以是任何适于形成透镜的液体，比如水、甘油等。图1D显示出在将泵112转移到右边之后被泵入透镜腔室104中的液体110。驱动增强元件也可以被用于收回该液体以使该透镜停用，下文进一步描述。
在一个实施方式中，透镜腔室104涂有亲水性涂层106，透镜组件100的顶面和底面涂有疏水性涂层108。疏水性区域处的边界限制该液体，并且呈现出一种弯液面，该边界处的流体的静态(或动态)接触角部分地决定了该弯液面的曲率。疏水性材料可以是如下材料塑料，聚合物，陶瓷，合金，含氟聚合物(比如聚四氟乙烯)，CYTOP，或氧氮化锆。亲水性区域可以由下列材料制成塑料，聚合物，玻璃，石英，氧氮化锆，或熔融的二氧化硅。其它合适
的材料包括陶瓷，亲水性金属，亲水性合金，或亲水性聚合物，比如羟基聚
丙烯酸酯、或聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、纤维素塑料聚合物、聚乙烯醇。这些材料的涂层也可以被用于覆盖向内弯曲的壁。
或者，根据本发明的另一实施方式，如同1E所示，通过在一表面上使用微米或纳米结构，来替代在该表面上使用疏水性涂层的做法。如图所示，通过光刻工艺，或通过注入模制，可以在腔室的顶面和底面上形成微米或纳米柱子
114。或者，根据本发明的另一实施方式，如同1F所示，通过在一表面上使用微米或纳米脊形布局，来替代在该表面上使用亲水性涂层的做法。
通过向液体施加压力，或者通过将更多的液体泵入该腔室中，就可以改变静态/动态接触角，这使得在亲水性-疏水性边界上的界面发生移动，由此，改变了该弯液面的曲率和接触角。例如，静态接触角可以给出凹透镜。然而，向弯液面施加压力会进一步把它推向疏水性区域并改变接触角，使得该透镜是凸的。这样，由流体弯液面所形成的透镜的曲率就可以被调谐。由此，本发明各实施方式的光学器件通常包括一种压力控制装置，该装置为了这个目的而与该液体流体地耦合着。通常，弯液面的曲率具有一个介于下列两者之间的可调谐
范围流体与亲水性表面的静态/动态接触角；以及流体与疏水性表面的静态/动态触角。
压力产生设备和/或用于改变腔室中的流体体积的设备可以采用多种形式。例如，加到流体上的压力可以是通过电渗透而产生的动电压力，或者是通过使用棘轮泵、压电薄膜泵、压电蜂鸣器泵、音圈泵、压力管泵或通过电-润湿而产生的压力。在其它实施方式中，流体压力可以是使用气动或磁流体动力泵产生的。在其它实施方式中，加到流体上的压力可以是由机械设备产生的。有用的机械压力产生设备的一个示例是螺旋转动型泵送设备或蠕动泵。
向内弯曲的腔室
本发明各实施方式的向内弯曲的腔室能确保平稳且有效地形成液体透镜。
在用于图1A-1D的透镜组件的腔室104的左侧入口 102处，液体通常形成微滴。然后，该微滴不断增大，直到它覆盖整个腔室。
相比之下，具有平的(泵入圆柱形的)壁的腔室需要更高的能量来形成液体透镜。例如，图2A-2D示出了这种具有平的壁的液体透镜腔室的顶视图。图2A示出了具有平壁的空的透镜腔室。在图2B中，该液体开始位于腔室左侧的入口处，如部分地覆盖该腔室的微滴所示。图2C显示出从入口不断增大的液体微滴。图2D显示出增大到将整个腔室填满的液体微滴。
图3A-3E显示出本发明一实施方式的具有向内弯曲的(比如桶形的)壁的液体透镜腔室的顶视图。对于向内弯扭的腔室而言，液体从入口流入该区域，同时该液体安定下来所需的能量最少。图3A显示出空的向内弯曲的腔室，图 犯^^ ^#^^±#^ # ^#弯曲的腔室，如沿着腔室
开口边缘的液体微滴边缘所示。图3C显示出正在向内增大并汇拢的液体环， 如朝着中心会聚且远离腔室边缘的微滴边缘所示。图3D显示出在腔室处所形 成的凹透镜的顶视图，如其中的字母的縮小尺寸所示。同样，图3E显示出在 腔室处所形成的凸透镜的顶视图，如其中的字母的放大尺寸所示。如上所述， 通过与透镜组件相耦合的压力控制机制或体积控制机制，就可以调谐液体透镜 的凹或凸特征，这些机制在对腔室中的流体施加压力(或压力的减小)或体积 变化从而改变弯液面的曲率时能够改变弯液面透镜的曲率和接触角。
关于向内弯曲的腔室的最大周长，首先在最低能量的表面处形成透镜，会 增强液体透镜的稳定性。相应地，该液体不太可能与该透镜腔室分开，并且更 有效地形成了形状适当的透镜。
液体的收回使透镜停用
根据本发明的各实施方式，通过在不使用透镜时将液体收回到贮存室中， 就可以使用于液体透镜的液体停用或将其关闭。在某些方面，通过另外的驱动 方法，比如通过使用一种也能用于形成液体透镜的泵，来增强用于收回液体透 镜的过程。在这种情况下，驱动泵也可以被用作存储所收回的液体的贮存室。
图4A-4C显示出本发明一实施方式的用于固定多个透镜的透镜组件的侧视 图。在图4A中，透镜组件200具有透镜外壳220，该外壳固定液体透镜206 (透 镜A)、液体透镜216 (透镜B)和固态透镜218。液体透镜206通过入口 204 而连接到泵202 (泵A)，并且液体透镜216通过入口 214而连接到泵212 (泵 B)。透镜组件200也包括向内弯曲的腔室208,它最好具有亲水性涂层以便覆 盖它的壁。疏水性涂层210覆盖透镜组件200的每一个透镜腔室的顶面和底面。
图4B显示出液体222填充透镜腔室以形成透镜206。图4B显示出壁202 被驱动到"偏置"位置，在这种情况下，液体222被泵送出来以便填充用于透 镜206的指定腔室。当充分地转移了用于形成液体透镜206的固定体积的液体 从而在该腔室内形成了该透镜时，泵202就停止了。也控制泵202和212，使 得放大、聚焦和变焦得以实现。例如，图4C显示出在泵送固定体积的液体222 以形成透镜206之后使用泵202来调节透镜206的形状(曲率半径)的情形。当不使用图4A-4C的透镜206和216时，各个液体可以被收回并且被分别 存储到泵202和212中。收回从而关闭透镜的做法特别有利于使高冲力应用场 合对光学器件的有害影响达到最小。例如，不使用时就使透镜停用的做法可防 止许多干扰，比如在不使用时出现高冲力的情况下在玻璃上会形成微滴。这就 不必另外执行恢复或校正处理以修复在不使用光学器件期间受打扰的液体透 镜。除了自动地停用透镜之外，收回方法也可以被用作液体透镜的自动重设。
空气贮存室
图5A-5C显示出本发明另一实施方式的透镜形成和收回方法。图5A-5C所 示的透镜组件包括板(比如玻璃板)302和304、液体通道306、向内弯曲的腔 室312 (它最好具有亲水性的壁308，比如由亲水性材料制成或者涂有亲水性 材料)以及该腔室的疏水性顶面(比如由疏水性材料制成的顶面或涂有疏水性 材料的顶面)。在液体收回期间，透镜可以被形成，或者受扰的透镜可以被重 新形成。在该过程中，在一个方面中，液体填充内部腔室312，并且与顶部玻 璃层304完全接触。流体转移机制(未示出，比如与流体通道306相耦合的泵) 接下来收回该液体，直到该液体形成或重新形成透镜300。
本实施方式的透镜组件也包括空气贮存室314。空气贮存室314可以向大 气"打开的"或者可以是"密闭的"。在密闭的空气贮存室中，当液体填充腔 室312时，可以俘获并压縮空气。图5A和5C显示出密闭的空气贮存室的示例， 图5B显示出打开的空气贮存室的示例。在图5C中，板304被配置成具有穹顶 形盖子316，它充当一个广角透镜。例如，板304可以自身定形成穹顶形盖子， 或者一个单独的穹顶形盖子可以叠放在板304上。
空气贮存室314被用于引导液体进出液体通道，由此，帮助平稳地恢复或 重新形成透镜。空气被压縮到空气贮存室中，并且在收回液体时，被压縮的空 气帮助引导多余的液体回到内部腔室312中。空气贮存室314也可以包括不止 一个通道，这些通道被设计成允许压縮空气。
图6A和6B显示出用于空气贮存室的两种可能的设计的顶视图。
所示的空气贮存室是环形的，但也可以是非环形的。图6A所示的螺旋设 计提供了巻曲的末端，以使该圆环内每个通道具有额外的表面面积。图6B所 示的设计提供了放大的末端，以允许更多的空气被压縮。液体的收回恢复透镜
图7A-7E显示出本发明一实施方式的密闭系统中的受扰的液体透镜的恢
复过程。例如，图7A显示出一种液体透镜系统在受扰之后的样子，该扰动使 得微滴402沉积在顶部玻璃板404上。在图7B的步骤中，泵(未示出)挤出 更多的液体，如箭头406所示，从而填充向内弯曲的腔室400。该液体完全填 充腔室400并且被向外泵送，直到它接触玻璃板404。图7C显示出接下来被推 向空气贮存室408的液体，在该贮存室中空气被压缩。当该泵收回该液体时， 如同7D的箭头所示，空气压力将液体从空气贮存室408中推出来。该过程清 除了玻璃板404上的微滴402，直到重新形成的液体透镜412仍然在该腔室处， 如同7E所示。 多个透镜
本发明的备选实施方式包括具有若干个液体透镜和/或固体透镜以便于聚 焦和变焦的液体透镜组件。图8A-8E示出了各种可能的安排。例如，图8A示 出了液体透镜外壳500，它包括固体透镜502以及用于将液体透镜固定到固体 透镜502左边的腔室。图8B显示出一种包括液体透镜504和固体透镜502的 组合。图8C显示出一种包括液体透镜504和固体平凸透镜506的组合。图8D 显示出两个液体透镜和两个固体透镜506的组合。图8E显示出两个液体透镜 504以及一个夹在其间的固体透镜508。应该理解，基于本文的内容，包括各 种固体和/或液体透镜安排的许多其它组件配置都是可能的。
驱动方法
根据本发明的各实施方式，各种驱动系统和方法有益于控制具有上述特征 的不规则可变焦点液体透镜。图9显示出根据一个实施方式的单泵驱动系统。 通过向泵600施加两个成分的电压信号即偏置电压(DC成分)和可变电压(可 变成分)，来驱动单个泵600。在液体透镜形成过程中，将偏置电压加到泵600 上，从而在向内弯曲的透镜腔室602处形成固定形状的液体透镜。然后，将可 变电压施加到泵600上，以改变该透镜的曲率。泵600可以包括各种设备，比 如压电设备或音圈。
图10显示出本发明另一个实施方式的驱动系统。电动机604与泵600相 耦合以旋转指定的圈数，以便使固定体积的液体从泵600转移到透镜腔室602转运动被转换成透镜移动控制器机制606中的线性运动(比 如在手动凸轮中使用的那样)，该线性运动按水平箭头所示驱动着泵600。为 了控制液体的量以便于精确聚焦，控制电动机604以相应地顺时针和逆时针旋 转。该实施方式的系统的优点是 一旦图像被聚焦，就使电动机604停用，由 此节省了能量。
图11显示出本发明的另一个特别适用于移动电话技术的实施方式。图11 的液体透镜组件包括一种作为驱动器机制的电动机700。图11的液体透镜组件 也包括螺线管704和连接棒702，用于使振动器单元708的不平衡的重量平衡。 图11所示的驱动器系统也包括啮合卡盘710、线性平移平台712、细纹双头螺 柱714和引导棒716。
当不使用图11的系统的液体透镜时(比如，对于手机摄像头而言，在打 电话期间)，螺线管704处于"脱开配合"模式。如果使用该液体透镜，则螺 线管704被驱动并且推动振动器单元708与该组件另一端处的啮合卡盘710相 配合。 一旦啮合完成，则电动机700的旋转运动就变为线性运动，以使平台712 发生平移。平台推动或拉动波纹管718，由此，控制着透镜芯片706中的液体 的量。
图12显示出图11的啮合机制的更详细的图。在一个方面中，啮合卡盘710 被设计成使得振动器元件708 (比如不平衡的重量)很好地配合到该卡盘中， 由此，振动被消除了或达到最小。相应地，用于消除电动机的振动但维持液体 透镜的控制的啮合机制对于像移动电话技术这样的各种应用而言是有价值的
士l、贝献。
图13显示出本发明另一个实施方式的用于液体透镜控制系统的框图。在 图13中，用户可以选择手动控制或自动控制。手动控制800可以按各种方式 来提供。例如，通过用于泵入或泵出液体的两个按钮，可以提供手动控制800。 或者，通过刻度盘或拨轮(当该刻度盘或拨轮旋转时可改变电阻)，可以提供 手动控制800。电阻转而控制着液体的流入和流出。
在一个实施方式中，如果发生了任何冲击相关的事故，则图13所示的恢 复模块804被配置成自动地重新形成液体透镜。恢复模块804的自动触发是通 过传感器812完成的，该传感器可以是加速度计、下落传感器、或用于检测图像处理算法。驱动器模块806按要求将液体泵入透 镜芯片808，并且在CCD芯片810上创建了图像。所获得的图像可以被处理以 便于显示，如果自动聚焦模块814是运行的，通过双向开关802连接着，则它 将产生补偿信号以调节焦点(比如弯液面的曲率半径)。
根据本发明的另一实施方式，可以使用单个电动机来驱动两个(或更多个) 液体透镜，如同14所示。在本实施方式中，电动机连接到多个用于驱动不同 透镜的齿轮并且使这些齿轮旋转。例如，在图14中，这种电动机(未示出) 连接到齿轮组900，它自动地将它连接到齿轮910、 912和916。在一个方面中， 齿轮组900被设计成使得它具有有限的旋转，换句话说，在任何给定的时间要 么啮合着齿轮914，要么啮合着齿轮918。例如，图14显示出当有限的旋转齿 轮组900被啮合到齿轮918的那一刻。齿轮918耦合到泵902，泵902将液体 注入到透镜芯片906中。 一旦在906处完成了用于液体透镜的驱动，则齿轮组 卯0将接下来啮合到齿轮914以驱动泵904并且在透镜芯片908处注入形成液 体透镜。该有限的旋转可以通过螺线管(未示出)来驱动。
用于液体透镜系统的变焦/聚焦模块
下面的实施方式描述了基于液体的透镜系统的各种变焦/聚焦模块。根据 应用，各种透镜系统包括固体和液体透镜的各种组合。
图15显示出本发明一实施方式的具有自动聚焦模块的液体透镜系统的侧 视图。外壳1000将可变焦点液体透镜1004固定到第一固体透镜1006和第二 固体透镜1008之间。外壳1000包括疏水性表面1002和通道1012，用于填充 腔室并控制液体透镜的光学特性(比如弯液面)。对于本实施方式中的自动聚 焦系统而言，在第二固体透镜上也形成了 (印上了)孔径IOIO。
图16显示出本发明另一实施方式的具有自动聚焦模块的液体透镜系统的 侧视图。像图15所示的实施方式那样，外壳1100固定了可变焦点液体透镜 1104、第一固体透镜1106和第二固体透镜1108，但还固定了第三固体透镜 1110。外壳1100也包括疏水性表面1102。液体透镜1104通过通道1112从液 体贮存室1114中来填充该腔室，该液体贮存室1114与驱动装置或泵1116相
親合o
图17显示出根据一实施方式的具有变焦/聚焦模块的液体透镜系统的侧视
21图。像图16的实施方式那样，具有疏水性表面1202的外壳1200固定了第一 固体透镜1208、第二固体透镜1210、第三固体透镜1212以及第一可变焦点液 体透镜1204。但是外壳1200还固定了第二可变焦点液体透镜1206。第一液体 透镜1204从第一液体贮存室1214来填充第一腔室，第一液体贮存室1214与 驱动器或泵1216相耦合。第二液体透镜1206从第二液体贮存室1218来填充 第二腔室，第二液体贮存室1218与驱动器或泵1220相耦合。
图18显示出根据一实施方式的具有可变焦点和可变直径模块的液体透镜 系统的侧视图。具有疏水性表面1302的外壳1300固定了固体透镜1304、第一 液体透镜1306和第二液体透镜1312。第一液体透镜1306从液体贮存室1318 来填充第一腔室，液体贮存室1318与驱动器或泵1320相耦合。第二液体透镜 1312从液体贮存室1322来填充第二腔室，液体贮存室1322与驱动器或泵1324 相耦合。本实施方式中的外壳1300是成阶梯状的，使得当更多的液体被泵入 该腔室中时可以使液体透镜的直径增大。例如，可以使液体透镜1306的直径 增大到如1308所示的扩大的液体透镜，还可以进一步增大到如1310所示的扩 大的液体透镜。同样，可以使第二液体透镜1312的直径增大，形成扩大的液 体透镜1314，进一步增大就可以形成扩大的液体透镜1316。
图19显示出根据另一实施方式的具有变焦/聚焦模块的液体透镜系统的侧 视图。具有疏水性表面1402的外壳1400固定了第一固体透镜1404、第二固体 透镜1406、第三固体透镜1408和第四固体透镜1410。外壳1400也固定了第 一可变焦点液体透镜1412和第二可变焦点液体透镜1414。第一液体透镜1412 从第一液体贮存室1416来填充第一腔室，第一液体!t存室1416与驱动器或泵 1418相耦合。第二液体透镜1414从第二液体贮存室1420来填充第二腔室，第 二液体贮存室1420与驱动器或泵1422相耦合。
图20显示出根据另一实施方式的具有变焦/聚焦模块的液体透镜系统。在 本实施方式中，可收回的可变焦点液体透镜1504被放置成最接近于固定焦点 照相机透镜模块1500，该模块1500包括固体透镜组件1502以实现变焦/聚焦 功能。可收回的液体透镜1504可以被用于选择性地聚焦与该照相机靠得很近 的物体。然而，当不需要很近的近贴聚焦时，通过将所有的液体收回到其C:存 室中就可以完全停用液体透镜1504。固定焦点模块1500可以接下来仅使用透镜组件1502中的固体透镜来进行固定的聚焦。
图21显示出本发明一实施方式的压电管驱动器。压电管1600具有封闭的 底1602，并且填充有液体1604。压电管1600通过连接器1606连接到液体透 镜芯片1608。压电管1600在加电压时通过收縮或膨胀而充当一个驱动器，收 縮或膨胀相应地使压电管1600内部空间的体积减小或增大。结果，多余的液 体体积1604被泵出或泵入管1600，从而在压电管的出口处形成液体透镜。如 图所示，在加任何电压之前，1610处的液体弯液面可以是在连接部分1606之 内向内弯曲的。在施加电压之后，可以接下来将液体弯液面推出连接部分1606， 如1612所示。
图22A-22B显示出本发明一实施方式的使用压电蜂鸣器薄膜的压电盘驱动 器。图22A显示出压电蜂鸣器薄膜的顶视图，它包括金属性薄膜1700和压电 层1702。图22B显示出压电蜂鸣器薄膜的横截面图，其中包括薄膜1700和压 电层1702，被安装在液体透镜系统的外壳1704上。薄膜1700用于使液体1706 从通道1708中泵出，从而形成液体透镜。图22C显示出图22A-22B的实施方 式的变体，并且包括压电层1710和弯曲的金属性薄膜1712。不像图22A-22B 的盘状实施方式那样，并没有被置于透镜外壳的顶部之上，而是将弯曲的压电 薄膜安装在透镜外壳周围。
尽管通过示例和具体实施方式
对本发明进行了描述，但是应该理解，本发 明并不限于所揭示的实施方式。相反，本发明意图覆盖各种修改和相似的安排， 这对本领域的技术人员而言是明显的。例如，具有液体透镜的可变焦点功能的 各种可能的透镜组件安排是存在的，并且这些实施方式并不限于本文所描述的 这些。因此，所附权利要求书的范围应该被赋予最宽广的解释，以包括所有这 些修改和相似的安排。
权利要求
1. 一种光学器件，包括具有疏水性顶面、底面和第一腔室的外壳，其中该腔室具有向内弯曲的壁；具有弯液面且被置于第一腔室之内的流体；以及与第一流体相耦合的第一控制装置，用于将流体转移到第一腔室中和第一腔室外。
2. 如权利要求l所述的器件，其特征在于， 疏水性顶面包括一层疏水性材料，用于覆盖非疏水性材料。
3. 如权利要求l所述的器件，其特征在于，所述的壁是亲水性的，或者包括一层亲水性材料，用于覆盖非亲水性材料。
4. 如权利要求l所述的器件，其特征在于， 疏水性顶面包括形成于其上的微米或纳米尺寸的柱子。
5. 如权利要求l所述的器件，其特征在于， 疏水性顶面包括微米或纳米大小的脊形布局。
6. 如权利要求l所述的器件，其特征在于， 控制装置包括用于调节弯液面的曲率的泵。
7. 如权利要求l所述的器件，其特征在于， 控制装置包括被配置成将固定体积的液体转移到腔室中的泵。
8. 如权利要求l所述的器件，其特征在于， 控制装置包括用于将流体收回到贮存室中的泵。
9. 如权利要求1所述的器件，还包括 与控制装置相耦合的电动机。
10. 如权利要求2所述的器件，其特征在于，疏水性材料包括选自下列的材料聚四氟乙烯，CYTOP，氧氮化锆，聚合物，陶瓷，合金，或任何其它疏水性材料。
11. 如权利要求3所述的器件，其特征在于，亲水性材料包括选自下列的材料玻璃，熔融二氧化硅，陶瓷，亲水性金属， 亲水性聚合物材料，亲水性合金，或任何其它亲水性材料。
12. 如权利要求l所述的器件，还包括 具有压縮空气或气体的空气或气体贮存室。
13.如权利要求l所述的器件，其特征在于， 第一流体可以形成凹透镜或凸透镜。
14. 如权利要求1所述的器件，还包括 第二腔室；具有弯液面且被置于第二腔室之内的第二流体；与第二流体相耦合的第二控制装置，用于将流体转移到第二腔室中。
15. 如权利要求14所述的器件，其特征在于， 第一和第二控制装置与单个电动机相耦合。
16. 如权利要求l所述的器件，其特征在于， 所述外壳包括多个透镜，其中包括至少一个固体平凸透镜。
17. 如权利要求l所述的器件，其特征在于，所述外壳包括多个透镜，其中包括至少一个固体透镜。
18 . —种光学器件，包括 具有顶面、底面和腔室的外壳； 用于贮存压縮空气的空气贮存室； 具有弯液面且被置于腔室之内的流体；用于覆盖顶面的一层疏水性材料； 用于覆盖腔室的壁的一层亲水性材料；以及与流体相耦合的控制装置，用于将流体转移到腔室中和腔室外。
19. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 所述腔室具有向内弯曲的壁。
20. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 控制装置包括被配置成将流体推向空气贮存室的泵。
21. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 控制装置包括被配置成将流体收回到流体贮存室中的泵。
22. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 空气贮存室包括不止一个通道。
23. 如权利要求18所述的器件，其特征在于，空气贮存室具有环形或非环形横截面以及多个从中心向外盘旋的开口。
24. 如权利要求18所述的器件，其特征在于，空气贮存室具有环形或非环形横截面以及多个从中心向外延伸且具有增大的 末端的开口。
25. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 空气贮存室是向大气打开的。
26. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 空气贮存室是与大气密闭隔离的。
27. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 所述顶面包括被置于腔室近端处的穹顶形部分。
28. 如权利要求18所述的器件，还包括 螺线管，被配置成在不使用该器件时就脱开配合。
29. 如权利要求18所述的器件，还包括 螺线管、振动元件和啮合卡盘，其中，螺线管被配置成当使用该器f^时就将振动元件推入啮合卡盘中。
30. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 控制装置包括可手动控制的按钮。
31. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 控制装置包括可手动调节的滑块、拨轮或刻度盘。
32. 如权利要求18所述的器件，还包括 用于在光学器件受扰时触发恢复模块的传感器。
33. 如权利要求18所述的器件，其特征在于，控制装置包括用于引发旋转运动并将该旋转运动转换成将流体转移到腔室中 的线性运动的元件。
34. 如权利要求18所述的器件，其特征在于，控制装置包括压电管，当施加电压时该压电管就收縮以减小压电管内的体积。
35. 如权利要求18所述的器件，其特征在于， 控制装置包括与弯曲的或盘形的金属性薄膜相耦合的压电层。
36. —种用于形成液体透镜的方法，包括在外壳内提供流体，该外壳包括顶面、底面和腔室，该腔室具有向内弯曲的壁，其中该流体形成了位于该腔室内的弯液面，其中疏水性涂层覆盖该顶面；以及调节弯液面的曲率。
37. 如权利要求36所述的方法，其特征在于， 亲水性涂层覆盖向内弯曲的壁。
38. 如权利要求36所述的方法，其特征在于， 液体透镜形成一个沿着腔室的壁的环。
39. 如权利要求36所述的方法，其特征在于，液体透镜形成一个沿着腔室的壁的环，并且该环通过朝着腔室的中心会聚而 增大。
40. 如权利要求36所述的方法，其特征在于，液体透镜首先形成一个沿着腔室壁上具有最低表面能量的那部分的环。
41. 如权利要求36所述的方法，其特征在于， 调节弯液面的曲率包括向流体施加压力使得弯液面形成凹透镜。
42. 如权利要求36所述的方法，其特征在于， 调节弯液面的曲率包括向流体施加压力使得弯液面形成凸透镜。
43. 如权利要求36所述的方法，其特征在于， 提供流体包括将固定体积的流体转移到腔室中。
44. 如权利要求36所述的方法，还包括在冲击相关的事件之后在外壳中提供额外的流体，并且从腔室中收回流体以 重新形成透镜。
45. —种用于从液体透镜中收回流体的方法，包括在外壳内提供流体，该外壳包括顶面、底面和腔室，该腔室具有向内弯曲的壁，其中该流体形成了位于该腔室内的弯液面，其中疏水性涂层覆盖该顶面；以及从该腔室中收回流体。
46. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 亲水性涂层覆盖向内弯曲的壁。
47. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 收回流体使透镜停用。
48. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 收回流体重新设置透镜。
49. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 收回流体重新形成已受扰的透镜。
50. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 收回流体清除了在顶面上的盖子的内侧上所形成的微滴。
51. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 在固定体积的流体被转移到该腔室中之后，就停止提供流体。
52. 如权利要求45所述的方法，还包括在该腔室内提供额外的流体，使得在收回流体之前流体接触到外壳的顶面。
53. 如权利要求45所述的方法，还包括在该腔室内提供额外的流体，使得在收回流体之前流体接触到空气贮存室。
54. 如权利要求45所述的方法，其特征在于，当外壳内的空气贮存室中的压縮空气将流体往回推时，收回流体就发生了。
55. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 在触发恢复模块之后，收回流体就发生了。
56. 如权利要求45所述的方法，其特征在于， 响应于手动控制信号，收回流体就发生了。
57. —种光学器件，包括具有顶面、底面和第一腔室的外壳，其中该腔室具有向内弯曲的壁； 具有弯液面且被置于第一腔室之内的第一流体，该第一流体形成第一液体透镜；与第一流体相耦合的第一控制装置，用于将流体转移到第一腔室中和第一腔 室外；以及第一非液体透镜。
58. 如权利要求57所述的器件，还包括第二非液体透镜。
59. 如权利要求58所述的器件，还包括第三非液体透镜。
60. 如权利要求57所述的器件，还包括 具有向内弯曲的壁的第二腔室；具有弯液面且被置于第二腔室之内的第二流体，该第二流体形成第二液体透镜；与第二流体相耦合的第二控制装置，用于将流体转移到第二腔室中和第二腔 室外。
61. 如权利要求60所述的器件，还包括第二非液体透镜。
62. 如权利要求60所述的器件，还包括第三非液体透镜。
63. 如权利要求60所述的器件，还包括第四非液体透镜。
64. 如权利要求57所述的器件，其特征在于， 所述外壳还包括具有阶梯状轮廓的壁。
65. 如权利要求57所述的器件，其特征在于，液体透镜提供聚焦或变焦功能，非液体透镜补偿液体透镜的负面效果。
66. 如权利要求57所述的器件，其特征在于，控制装置被配置成通过将流体转移到腔室中或腔室外从而改变光学器件的变 焦或聚焦类型。
全文摘要
一种光学器件(100)包括外壳，该外壳具有疏水性顶面(108)、底面和第一腔室(104)，其中该腔室具有向内弯曲的壁。具有第一弯液面的第一流体(110)被置于该第一腔室之内。第一控制装置(112)与该第一流体相耦合，以便将流体转移到第一腔室中和第一腔室外。
文档编号G02B1/00GK101473247SQ200680054892
公开日2009年7月1日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者A·H·赫, S·戴拉马蒂尔科 申请人:新加坡科技研究局