可变焦点透镜制造技术

公开了一种可变焦点透镜，它具有一个光轴，包括：流体腔室，所述流体腔室包括第一流体和轴向移动的第二流体，这两种流体是不可混合的、接触在弯月面的上方、并且具有不同的折射率；安排在腔室的壁内的流体接触层；通过流体接触层与第一流体和第二电极分开的第一电极；作用在第二流体上的第二电极；具有经过第二流体的可湿润性的流体接触层，所述可湿润性在第一电极和第二电极之间的电压的作用下可以改变，从而使弯月面的形状可根据所述电压发生变化；其中使流体腔室的形状是这样的：在腔室的壁和光轴之形成的角度沿光轴的长度方向减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一个可变焦点透镜，该透镜包括一个具有在弯月面上保持接触的第一和第二流体的单元。弯月面的形状以及由此的透镜焦点，可通过向所述单元施加电压来进行控制。这样一种透镜有时称之为电湿润透镜。
技术介绍
流体是在响应任何力的情况下可以改变它的形状的物质，这种物质有流动或符合包含它的室的轮廓的趋势，包括气体、蒸气、液体以及能够流动的固体和液体的混合物。在一般情况下，为了控制一个典型的电湿润透镜中的弯月面，需要相对高的电压，典型的为100伏。对于便携式应用，如便携式照相机或类似的，这个电压太高不实用，如果可能则期望使用较低的电压。减小所需电压的两种已知的方式是减小包围电极的绝缘层的厚度和减小两种液体和室壁的界面张力。所需的电压可以通过使用由一个电池操作的直流至直流转换器获得。PCT专利申请WO03/069380公开了一种可变焦点透镜，其包含在弯月面上接触的第一和第二不可混合的流体。通过在定位在透镜主体内的一对电极的两端施加电压可使弯月面的形状发生改变。
技术实现思路
按照本专利技术的第一方面，提供一种可变焦点透镜，其具有一个光轴，它包括流体腔室，所述流体腔室包括第一流体和轴向移动的第二流体，这两种流体是不可混合的、接触在弯月面的上方、并且具有不同的折射率；安排在腔室壁的内侧上的流体接触层；通过流体接触层与第一流体和第二电极分开的第一电极；作用在第二流体上的第二电极；通过第二流体具有可湿润性的流体接触层，所述可湿润性在第一电极和第二电极之间的电压的作用下可以改变，从而使弯月面的形状可根据所述电压发生变化；其中使流体腔室的形状是这样的在腔窒的壁和光轴之间形成的角度沿光轴的长度方向减小。优选地，第一流体包括绝缘流体，第二流体包括导电流体。优选地，所述角度在朝向第一流体并且背离第二流体的方向沿光轴减小。优选地，角度的变化速率随离开第二流体的距离的增加而增加。已发现，如果角度的变化超过线性(more than linear)关系，即，腔室的壁和光轴之间的角度依赖于距离沿光轴的某种非线性函数关系，则可以实现特别有益的效果。优选地，腔室的壁和光轴在腔室的一个端点(extreme point)基本上是平行的。优选地，腔室的壁和光轴在腔室的另一个端点基本上是垂直的。为了解决现有技术电湿润透镜的问题，以及要求提供100伏左右的电压源，构成了本专利技术的实施例，以使电湿润单元的直径作为沿透镜系统的光轴的位置的函数产生非线性的减小。当单元的直径超过线性地减小时，包含流体的单元的壁向内弯曲，朝向光轴。当通过向所述单元施加电压来切换弯月面与壁之间的接触角的时候，弯月面的截取点(point of interception)沿光轴方向的单元侧壁移动。这个效果是如下事实的结果两种液体的体积在弯月面的曲率发生变化时必须保持不变，这种情况对于任何壁形状都可发生。然而，一个向内弯曲的壁强化了弯月面曲率的最终变化。因此，获得曲率的某种变化所需的电压小于现有技术的设备。不仅与现有技术系统相比减小了产生某种曲率的弯月面所需的电压，与没有弯曲的壁的系统相比，有可能在弯月面中产生更大程度的弯曲。这有益地允许透镜构成有比使用现有技术的情况具有更大的变焦因子。我们发现，切换电压不仅取决于液体和室壁的材料性质，还取决于室壁的几何形状。附图说明为了更好地理解本专利技术，并且为了表示出本专利技术的实施例是如何实施的，下面借助于实例并参照示意的附图进行说明，其中图1表示现有技术的电湿润透镜；图2a和2b表示按照本专利技术的实施例的电湿润透镜分别处在非切换状态和切换状态； 图3表示处在非切换状态的按照本专利技术的实施例的电湿润透镜；图4表示本专利技术的实施例的弯月面的细节。具体实施例方式为了理解本专利技术的实施例的操作，回顾图1所示的现有技术电湿润透镜的操作是有益的。在WO03/069380中详细描述了这种透镜，请参照这个出版物以便对于这种透镜的操作和结构有一个全面的认识。为本专利技术的目的，下面的简单描述就足够了。图1所示的透镜包括形成毛细管的圆筒形第一电极2，它是借助于透明的前组4和透明的后组6密封的，从而形成容纳两种流体的流体腔室5。电极2可以是加到管的内壁的导电涂层。两种流体由两种不可混合的液体组成的，这两种液体即电绝缘的第一液体A(如硅油或烷烃，在这里称之为“油”)和导电的第二液体B(如包含盐溶液的水)。优选将这两种液体安排成具有相等的密度，以使透镜的功能与取向无关，即不取决于两种液体之间的重力效应。这一目的可以通过适当选择第一液体组分来实现；例如可通过增加分子组分以增加密度从而可以与盐溶液的密度匹配，来改变烷烃或硅油。根据对于所用油的选择，油的折射率可以在1.25和1.60之间变化。类似地，根据所加盐的量，盐溶液的折射率可以在1.33和1.48之间变化。选择在图1的透镜中所用的流体，以使第一流体A的折射率大于第二流体B的折射率。第一电极2是内部半径一般在1毫米和20毫米之间的一个圆筒。电极2是由金属材料形成的，并且涂以绝缘层8，绝缘层8例如由聚对二甲苯基构成。绝缘层厚度在50纳米和100微米之间，典型值在1微米和10微米之间。绝缘层涂以流体接触层10，流体接触层10可以减小弯月面与流体腔室的圆筒形壁的接触角的滞后(hysteresis)。流体腔室接触层优选由非晶的碳氟化合物(如由DuPontTM生产的特氟纶AF1600)形成。流体接触层的厚度在5纳米和50微米之间。AF1600涂层可以通过电极2的连续浸渍涂敷产生，由于电极的圆筒形侧面大体上平行于圆筒形电极，所以这样就可以形成大体上厚度均匀的同质材料层；浸渍涂敷是通过在沿着轴向方向移动电极使之进、出浸渍溶液时浸渍所述电极实现的。使用化学蒸汽淀积可以涂敷聚对二甲苯基涂层。在第一和第二电极之间不加电压时，流体接触层经过第二流体的可湿润性在弯月面14与流体接触层10相交的两个侧面上基本上是相同的。第二环形电极12安排在流体腔室的一端，在这种情况下靠近后组6。第二电极12的至少一部分安排在流体腔室内，以使电极可以作用在第二流体B上。两种流体A和B是不可混合的，以使得趋向于分离成由弯月面14分开的两种流体主体。在第一和第二电极之间不加任何电压的情况下，流体接触层相对于第一流体A具有比相对于第二流体B更高的可湿润性。由于电湿润的作用，使得经过第二流体B的可湿润性在第一电极和第二电极之间的电压的作用下发生变化，趋向于改变弯月面在三相线(在流体接触层10和两个流体A、B之间的接触线)上的接触角。于是，弯月面的形状根据所加的电压而变。当在电极之间加上一个低电压如在0伏和20伏之间时，弯月面采取第一凹面弯月面形状。在这种结构中，在流体B中测量的在弯月面和流体接触层10之间的起始接触角Q1例如是大约140度。由于第一流体A的折射率大于第二流体B的折射率，所以在这种结构中由弯月面形成的透镜(在这里称之为弯月面透镜)具有相对高的负光焦度。为了减小弯月面形状的凹度，在第一和第二电极之间加上较高幅度的电压。当在这些电极之间根据绝缘层的厚度加上一个中间电压例如在20伏和150伏之间的电压时，弯月面采取第二凹面弯月面形状，它的曲率半径与图1中所示的弯月面相比有所增加。在这种结构中，在第一流体A和流体接触层10之间的中间接触角例如是100度左右。由于第一流体A和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变焦点透镜，它具有一个光轴，包括：流体腔室，所述流体腔室包括第一流体和轴向移动的第二流体，这两种流体是不可混合的、接触在弯月面的上方、并且具有不同的折射率；安排在腔室的壁内的流体接触层；通过流体接触层与第一流体 和第二电极分开的第一电极；作用在第二流体上的第二电极；具有经过第二流体的可湿润性的流体接触层，所述可湿润性在第一电极和第二电极之间的电压的作用下可以改变，从而使弯月面的形状可根据所述电压发生变化；其中：使流体腔室的形 状是这样的：在腔窒的壁和光轴之形成的角度沿光轴的长度方向减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：BHW亨德里克斯，S凯帕，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]