[發明專利]在管狀外殼中形成可變焦液體透鏡的方法

無效

• 申請號: 200680053279.3
• 申請日: 2006-02-24
• 公開（公告）號: CN101384928A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 沙曼·達爾瑪蒂萊克;伊莎貝爾·羅德里格斯·費爾南德斯;許奕厚
• 申請（專利權）人: 新加坡科技研究局
• 主分類號: G02B3/14
• 分類號: G02B3/14;G02B1/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王 旭

發明背景

[0001]本發明總體上涉及光學系統，并且更具體地涉及可變焦流體透 鏡。

[0002]激光器、光電導體以及其它光學組件被廣泛用于許多光電子用 途，例如光通信系統和照相機裝置。傳統上，在這些用途中，需要手動定 位和調整透鏡及其周圍的支承結構，以保持圖像聚焦到檢測器上，并且接 收從相對于透鏡的不同角度方向發出的光束。然而，依賴于這種手動定位 的裝置可能緩慢，并且相當昂貴。

[0003]為了消除手動調整，開發了可調的微透鏡，以實現在光源和光 學信號接收器比如光電檢測器之間的最佳的光耦合。微透鏡起著將光學信 號聚焦到其預期的目標物(例如，光電檢測器)上。在一些情況下，當光束 在微透鏡上的入射不同于其額定的對準入射時，這些微透鏡的折射率自動 變化以改變微透鏡的聚焦特性。因此，在微透鏡和光電檢測器之間保持所 需的耦合。

[0004]可調漸變折射率透鏡(gradient?index?lense)具有在大多數電光 材料中發現的與較小電光系數相關的內在局限性。這導致小的光程調制， 因此需要使用厚的透鏡或者很高的電壓。另外，許多電光材料顯示出導致 微透鏡的偏振依賴性的強雙折射，從而使具有一定偏振的光畸變。

[0005]機械可調的柔性透鏡通常具有比漸變折射率透鏡顯著更寬的可 調性范圍。然而，它們需要外部致動裝置，比如微型泵來操作。將這些致 動裝置結合到光電子組件中涉及大量與它們的微型化和定位相關的問題。 在需要可調微透鏡的二維陣列的情況下，這些問題變得尤其嚴重。

[0006]作為一個實例，現有的照相手機的一個弱點在于它們使用微小 的定焦透鏡，而該定焦透鏡具有差的聚光能力，具有很有限的聚焦范圍以 及有限的分辨能力。結果，與常規的照相機相比，圖像質量相當低。為了 將來的改進，手機照相機需要聚焦調節的緊湊裝置。

[0007]大多數可變焦透鏡限于利用電潤濕作用致動的透鏡(美國專利 6,538,823)和成功利用液晶的透鏡。還有封裝在薄的聚合物膜中的流體微透 鏡的幾個公布(美國專利6,188,525)。這些透鏡是使用外部致動器比如注射 泵來聚焦的。

[0008]因此，需要提供克服上述和其它問題的系統和方法。特別是， 需要低成本和緊湊的微透鏡，并且該微透鏡沒有機械光學對準，并且具有 容易調節焦距的易調節性。令人驚奇地，本發明的方面滿足這些以及其它 要求。

發明簡述

[0009]本發明提供一種可變焦流體透鏡，其中焦距可通過改變流體彎 月面的接觸角來控制。流體界面的彎月面形成透鏡的光學系統(optics)，并 且其(可調)曲率半徑決定焦距。

[0010]根據本發明，將流體比如液體填充在具有內表面的管狀外殼中， 所述內表面具有的特征在于約束流體，從而呈現出流體界面或者彎月面， 例如，液-液或液-氣界面。在一個方面中，管狀外殼的內表面包括相鄰的 親水和疏水區或區域，其中在疏水區和親水區之間的邊界約束流體，并且 呈現出具有曲率的彎月面，而所述曲率由在邊界上的流體的靜態接觸角部 分地限定。通過使流體界面移動跨過親水性-疏水性邊界，球形界面的曲率 隨著在邊界上的流體接觸角的變化而變化。在一個方面中，通過將控制壓 力施加到流體上或者通過將更多的流體(例如，液體)添加到形成流體透鏡 的空腔中來實現移動。

[0011]根據本發明的一個方面，提供一種光學裝置，該光學裝置通常 包括管狀外殼，所述管狀外殼具有內表面、疏水性表面、親水性表面以及 設置在所述管狀外殼內與所述親水性表面接觸的第一流體，其中在所述親 水性表面和所述疏水性表面之間的邊界約束所述流體，并且呈現出彎月 面。所述光學裝置通常還包括壓力或體積控制裝置，所述壓力或體積控制 裝置與所述流體進行流體連接以調節流體的壓力。因此還調節彎月面的曲 率。

[0012]根據本發明的另一個方面，提供一種光學裝置，該光學裝置典 型地包括管狀外殼，而所述管狀外殼具有內表面、設置在所述內表面上的 親水性表面、以及設置在所述管狀外殼內的與所述親水性表面接觸的流 體，其中邊界特征約束所述流體，并且呈現出彎月面。所述光學裝置通常 還包括壓力或體積控制裝置，所述壓力或體積控制裝置與所述流體連接以 調節彎月面的曲率。