專利名稱:在流體腔的一端具有多個突起的變焦透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡，更具體地講，涉及一種具有形成在腔室一端的多個突起的變焦透鏡，從而防止形成氣泡并且吸收由于外部環(huán)境，例如溫度和壓力改變而導(dǎo)致的流體體積改變，以消除氣泡的進入或形成，從而不管外部環(huán)境如何改變，都能夠作為透鏡而具有很好的性能。
背景技術(shù)：
通常，相機裝備有多個透鏡，并且被構(gòu)造為通過分別驅(qū)動這些透鏡以改變它們的相對距離來調(diào)節(jié)光學(xué)焦距。由于光學(xué)裝置，例如具有安裝在其中的透鏡的相機的小型化，反過來日益需要透鏡的小型化。
為了滿足小型化的需要，在PCT WO03/069380中公開了一種變焦透鏡。
圖1是在PCT WO03/069380的實施例中提出的變焦透鏡的示意性截面圖。
如圖1所示，變焦透鏡包括具有圓筒形壁的流體腔5，流體腔5中容納有不易混溶的并且具有不同折射率的第一流體A和第二流體B。第一流體A和第二流體B通過它們之間的彎月面14接觸。變焦透鏡還包括流體接觸層10，設(shè)置在流體腔5的圓筒形壁的內(nèi)側(cè)上；第一電極2，通過流體接觸層10與第一流體A和第二流體B隔開；第二電極12，作用在第二流體B上。
第一電極2呈圓柱形，由金屬材料形成并且被覆有絕緣層8。第二電極12被設(shè)置在流體腔5的一端。
另外，流體腔5被透明的前后部件4和6蓋住，從而容納流體A和B。
另外，設(shè)置密封件(如圖4所示，被標(biāo)號16所示)以將前部件4與流體接觸層10結(jié)合起來。
上述結(jié)構(gòu)的變焦透鏡的操作將在以下描述。
當(dāng)沒有將電壓施加在第一電極2和第二電極12之間時，流體接觸層10相對于第一流體A比相對于第二流體B具有更高的潤濕性。
由于電潤濕，第二流體B的潤濕性隨著第一電極和第二電極之間的電壓施加而改變，這改變了如圖所示的彎月面14的接觸角Q1、Q2和Q3。
因此，彎月面的形狀響應(yīng)于施加的電壓而改變，從而調(diào)節(jié)透鏡的焦距。
即，如圖1至圖3所示，根據(jù)施加的電壓的大小，在第二流體B側(cè)測量的彎月面14與流體接觸層10之間的角度從鈍角改變至銳角，例如按照140°、100°、60°等的順序改變。
這里，圖1顯示了具有高負(fù)光焦度的透鏡構(gòu)造，圖2顯示了具有低負(fù)光焦度的透鏡構(gòu)造，圖3顯示了具有正光焦度的透鏡構(gòu)造。
相對于通過機械地操作透鏡來調(diào)節(jié)焦距的傳統(tǒng)方法，上述使用流體的變焦透鏡具有小型化的優(yōu)點。
但是，傳統(tǒng)的變焦透鏡的缺點如圖4所示。即，由于變焦透鏡容納有流體，所以，如果流體沒有被正確地密封，則在室腔5中會形成氣泡18，如圖4所示。
現(xiàn)在將參照圖5和圖6詳細(xì)地描述傳統(tǒng)變焦透鏡的缺點。
首先，如圖5所示，流體A和B填充在腔壁30之間的空間中，形成凸的表面，但是還不到從腔壁的上端32溢出來的程度。在這種狀態(tài)下，上透明板沿著如箭頭C所示的方向向下移動，流體A接觸上透明板40的下表面，并且沿著上透明板的下表面延展。因此，當(dāng)上透明板40完全附著到腔壁30時，氣泡V形成在流體A的中間，如圖6所示。如果形成這種氣泡，則流體透鏡不可用。這是參照圖4描述的問題的一個例子。
為了防止這種問題，可以在流體內(nèi)裝配透鏡，但是也不能完全抑制氣泡的形成，并且降低了生產(chǎn)率并且防礙了透鏡的大量制造。

發(fā)明內(nèi)容提出本發(fā)明以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，因此，本發(fā)明的特定實施例的目的是提供一種變焦透鏡，其具有形成在室腔的一端的多個突起，用于防止形成氣泡。
本發(fā)明特定實施例的另一目的是提供一種變焦透鏡，其具有形成在室腔的一端的多個突起，用于吸收由于外部環(huán)境，例如溫度和壓力改變而導(dǎo)致的體積改變，消除由于流體的體積改變而進入的氣泡或形成的氣泡，從而實現(xiàn)了不管外部環(huán)境如何改變，透鏡都具有良好的性能。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種變焦透鏡，包括流體腔，容納不易混溶并且具有不同折射率的第一流體和第二流體，所述流體腔具有沿著其敞開的一端的圓周形成的多個突起；透明板，通過密封件附著到所述室腔的敞開的一端，與所述突起隔開預(yù)定間隔；第一電極，設(shè)置在室腔內(nèi)部，作用在第一流體上；第二電極，設(shè)置在室腔內(nèi)部，并且與第一流體絕緣。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，室腔由透明材料制成，并且具有與敞開端相對的預(yù)定厚度的封閉端。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，第一流體是導(dǎo)電性的，第二流體是非導(dǎo)電性的。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，每個突起具有從三角形、矩形和梯形組成的組中選擇的一種截面形狀。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，還包括附著到室腔的另一端的第二透明板。
根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，所述多個突起的最里面一個和挨著的一個形成的空間具有與第一流體和第二流體的總體積的1％對應(yīng)的尺度。
通過下面結(jié)合附圖進行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點和其它優(yōu)點將會變得更加容易理解，其中圖1至圖3是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變焦透鏡的結(jié)構(gòu)和操作的截面圖；圖4是根表示據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變焦透鏡的問題的截面圖；圖5和圖6是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的變焦透鏡的彎月面的形狀和效果的截面圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦透鏡的構(gòu)造的截面圖；圖8a至8c是表示圖7所示的變焦透鏡的流體區(qū)域的平面圖；圖9是表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的變焦透鏡的構(gòu)造的截面圖；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的變焦透鏡的截面圖；圖11至圖13是表示圖10所示的變焦透鏡的彎月面的形狀和效果的截面 圖14a至圖15是表示圖10所示的變焦透鏡的多個突起的變化的截面圖；圖16和圖17是表示形成在圖9所示的變焦透鏡中的兩種類型的電極的截面圖。
具體實施方式現(xiàn)在，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
首先，圖7表示了根據(jù)本發(fā)明實施例的變焦透鏡100的結(jié)構(gòu)。
變焦透鏡100包括腔壁110，形成為圓柱形內(nèi)空間，第一凸起或突起112、第二突起114和兩個第三突起115形成在腔壁110的一端上；上透明板120，附著到腔壁110的上端110A，與腔壁110之間具有預(yù)定間隔G；下透明板130，附著到腔壁110的下端110B。
這里，第一突起112具有矩形截面，并且第二突起114和第三突起115各自具有三角形截面。因此，第一突起112、第二突起114和第三突起115形成三個槽。
這樣，上透明板120和腔壁110通過密封件122互相密封地結(jié)合，并且下透明板130和腔壁110通過粘合層(未示出)互相粘合?？赏ㄟ^例如玻璃料粘合實現(xiàn)?？蛇x地，下透明板130可與腔壁110一體地形成。例如，可在透明板中加工出作為室腔的槽，以形成下透明板與腔壁一體形成的透鏡體。
同時，不易混溶的第一流體A和第二流體B填充在由腔壁110和上下透明板120和130形成的室腔的內(nèi)空間中。第一流體A和第二流體B被設(shè)置為具有基本上相同的比例但是具有不同的折射率。另外，一種是導(dǎo)電性流體而另一種是非導(dǎo)電性流體。在本發(fā)明的實施例中，流體A是導(dǎo)電性流體，流體B是非導(dǎo)電性流體。
觀察由圖7中的標(biāo)號A表示的部分，流體A的一部分填充了第一突起112和第二突起114之間的空間，并且在第二突起114的尖端和上透明板120之間形成凸表面A1。在突起112的頂端到室腔的內(nèi)空間的區(qū)域中，流體A與上透明板120完全接觸。另外，在以下參照圖12的描述中，如果流體A的量太多，則一部分便會滴下并且以液滴D1的形式停留在氣泡區(qū)域內(nèi)或者突起114和上透明板120之間的間隙V內(nèi)。結(jié)果，在從突起114向外的區(qū)域，即，在突起114和密封件122之間的間隙V中中存在氣泡，而在室腔內(nèi)部從突起114向內(nèi)的區(qū)域中沒有氣泡。凸表面A1沿著突起114和上透明板120之間的區(qū)域形成為圓形。這個圓形流體區(qū)域從上面看如圖8a所示。
在流體A填充在第一突起112和第二突起114之間的空間的情況下，當(dāng)流體A和B的體積根據(jù)溫度改變而改變時，形成凸表面A1的流體A的剩余部分向室腔運動。結(jié)果，在從第一突起112向內(nèi)的區(qū)域中不形成氣泡。
另外，如圖7和圖8b中的標(biāo)號B所示的部分所示，流體A的凸表面A2可沿著第一突起112和上透明板120之間的區(qū)域形成。
而且，如圖8c所示，流體A的一部分沿著第一突起112和上透明板120之間的區(qū)域形成凸表面A2，并且流體A的另一部分可沿著第二突起114和上透明板120之間的區(qū)域形成凸表面A1。
這種凸表面A1、A2由流體A的體積改變的量確定。
圖9表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的變焦透鏡100A的構(gòu)造。
在圖9中的變焦透鏡100A中，腔壁110的內(nèi)表面116朝著其底部向內(nèi)傾斜。因此，腔壁110的內(nèi)直徑從上端110A至下端110B減小。應(yīng)用這種傾斜的構(gòu)造以使第一流體A和第二流體B的初始條件最優(yōu)化，并且斜面的角度被構(gòu)造為根據(jù)流體A和流體B的接觸角而改變。根據(jù)這種構(gòu)造，第一突起112a具有梯形截面。
除了這種傾斜的構(gòu)造之外，變焦透鏡100A具有與圖7的變焦透鏡100基本相同的構(gòu)造，因此，省略額外的描述。
圖10表示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的變焦透鏡100B的構(gòu)造。
除了第一突起112b的尖端之外，圖10中的變焦透鏡100B具有與圖9中的變焦透鏡100A基本相同的構(gòu)造。當(dāng)然，具有尖端的第一突起112b也可以應(yīng)用在圖7的結(jié)構(gòu)中。
圖11至圖13是表示圖10所示的變焦透鏡的彎月面的形狀和效果的截面圖。為了方便起見，基于圖10的結(jié)構(gòu)進行解釋，但是同樣可以適用于圖7和圖9中的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)流體B和流體A依次被準(zhǔn)確地注入時，上部的流體A向上突出超出突起112b的水平面。為了方便解釋，將這種形狀夸大，由于流體A的實際注入量被準(zhǔn)確控制，所以流體A的向上突出到突起112b之上的那部分的大小可以被忽略。
在這種情況下，當(dāng)上透明板120豎直結(jié)合到腔壁110時，流體A的凸出部分首先與透明板120的下表面接觸并且被透明板120壓住從而向外漫延，即，向第一突起112b漫延。結(jié)果，如圖12所示，在突起114和透明板120之間，流體A按照凸出的形狀形成并保留。
換句話說，隨著流體A與上透明板120的下表面接觸，流體A沿著上透明板120的下表面漫延。這樣，流體A填充在第一突起112b和第二突起114之間的空間中，并且在第二突起114和上透明板120之間形成并保持凸表面A1。這是因為第二突起114的尖端和流體A的力(表面張力)大于流體A沿著上透明板120的下表面漫延的力，因此，在第二突起114和上透明板120之間留住流體A。通過在平面上形成凸形的水滴類似的例子可以理解到。
同時，如果流體A的量太多使得在填充突起112b的內(nèi)部區(qū)域之后有多余，則多余的流體A克服作用在突起112b和上透明板120之間的力，并且從第二突起114的尖端呈液滴狀落下。這些多余的流體在第二突起114和第三突起115之間的槽中形成液滴D1，如圖12所示。同時，如果多余的流體或液滴的量大于第二突起114和第三突起115之間的槽能容納的量，則多出的量在第三突起115之間的槽中形成液滴。
上述構(gòu)造可解決圖4至圖6描述的現(xiàn)有技術(shù)的問題。
即，如果流體A到達(dá)第二突起114的尖端而不是如圖6所示漫延，則流體A由于突起114作用的力而停留在突起114和上透明板120下表面之間。這樣防止如圖4至圖6所示形成氣泡。因此，根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡可以在空氣中容易地制造出，從而大大提高生產(chǎn)率。
上述條件不限制上透明板120的安裝時間。即，當(dāng)流體A和流體B的體積由于溫度的升高等而增大時，與增大的體積對應(yīng)的流體A的一部分運動到第二突起114和第三突起115之間的槽內(nèi)，并且形成如圖12所示的液滴D1。
相反，如圖13所示，當(dāng)流體A和流體B的體積由于溫度的降低等而減小時，流體A的凸表面A1沿著箭頭C所示的方向移動并且形成凸表面A2，以補充第一突起112b內(nèi)的空間中的流體的體積減小。這樣，凸表面A2沿著一部分或者整個第一突起112b形成，如圖8b和8c所示。即，當(dāng)體積減小得很多時，凸表面A2可形成為如圖8b所示，當(dāng)體積減小得很少時，可形成凸表面A1和A2兩者。
考慮到上述特性，在本發(fā)明中的多個突起不僅具有防止在室腔中形成氣泡的作用，還具有吸收由于流體A和B的體積改變而產(chǎn)生的影響流體透鏡體的壓力的作用。
為了產(chǎn)生這些效果，雖然根據(jù)流體A的特性可以有所改變，但是第一突起112b和第二突起114應(yīng)按照一定間隔和寬度形成，從而防止在裝配過程中形成氣泡并且在操作流體透鏡的同時保持密封狀態(tài)。
回到圖10所述的突起結(jié)構(gòu)，雖然突起112b、114和115與上玻璃板120之間的間隔G可通過流體的注入量來調(diào)節(jié)，但是最好至多為20μm。間隔G可通過止動件調(diào)節(jié)，止動件可以被設(shè)置為密封件122或者其它物理裝置。
優(yōu)選地，第一突起112b與第二突起114之間的間隔P1和第二突起114與第三突起115之間的間隔P2大約為300μm。另外，第一突起112b、第二突起114和第三突起115之間的空間的深度，即，這些突起112b、114和115的高度h大約為400μm。
同時，根據(jù)圖7和圖9的構(gòu)造，第一突起112、112a的寬度最多為300μm。
這些數(shù)據(jù)在可容納流體A和B的體積改變的范圍內(nèi)確定，由于溫度改變等而導(dǎo)致的體積改變通常最大為1％。尤其是，當(dāng)制造的流體透鏡的總體積為大約20μl時，該透鏡的直徑大約為5mm，因此，第一突起和第二突起可圍繞透鏡按照300μm的寬度和400μm的高度形成，這樣可以充分吸收體積改變。當(dāng)然，如果流體透鏡的體積小于20μl，則調(diào)節(jié)突起以形成更小的值。為了使性能穩(wěn)定，可設(shè)置一個或多個第三突起。
現(xiàn)在，將參照圖14a至圖14c以及圖15描述圖9的變焦透鏡的多個突起的改變。
在圖14a所示的改變中，第二突起114a和第三突起114a具有矩形截面。在圖14b和圖14c的改變中，第二突起114b、114c和第三突起115b和115c具有直角三角形截面。圖14b中的突起的形狀與圖14c的對稱。
在圖15所示的變化中，第二突起114與第一突起112b形成按照預(yù)先設(shè)置的間隔P1。第三突起115與第二突起114形成按照預(yù)先設(shè)置的間隔P2。
此時，優(yōu)選地，間隔P1和P2至多為750μm。這是因為如果間隔P1和P2超過750μm，在突起112b、114和115之間的太大的距離會妨礙形成第二突起114和第三突起115的預(yù)期效果。
圖16表示具有形成在其中的電極140和142的圖9的變焦透鏡100A。
圖16的變焦透鏡還包括第一電極140，形成在上透明板120的下表面上；第二電極142，形成在腔壁110的內(nèi)表面116上；絕緣層146，形成在第二電極142的表面上，以在第一電極140和第二電極142之間形成電絕緣。另外，導(dǎo)體144形成在腔壁110的下端110A和下透明板130之間的界面上，以將第二電極142與外部電源150連接。
這里，第一流體A是導(dǎo)電性的而第二流體B是非導(dǎo)電性的。腔壁110由絕緣材料，例如玻璃或陶瓷制成。
而且，設(shè)置電源150和電線，使得第一電極140通過電線電連接到電源150，而第二電極142通過導(dǎo)體144和電線電連接到電源150。
根據(jù)這種構(gòu)造，可改變電源150的壓力以改變第一流體A和第二流體B之間的彎月面M，從而調(diào)節(jié)變焦透鏡的焦距。
這樣，為了防止導(dǎo)電性的第一流體A由于彎月面M的變化而接觸第二電極142，絕緣層146應(yīng)該形成在能夠覆蓋第二電極142的足夠大的區(qū)域中。
同時，第一電極140和第二電極142最好通過沉積方法，例如噴射或者電子束沉積形成。
這種構(gòu)造使得多余的流體在第一突起112a和第二突起114之間的槽中形成液滴D1。
圖17是在其中形成有另一種構(gòu)造的電極的圖9的變焦透鏡100A的截面圖。
圖17的變焦透鏡還包括第一電極140，形成在腔壁110的上端110A以及突起112a、114和115上，與上透明板120相對；第二電極142，形成在腔壁110的內(nèi)表面116上；絕緣層146，形成在第二電極142的表面上，用于在第一電極140和第二電極142之間形成電絕緣。
除了第一電極140的構(gòu)造之外，所述變焦透鏡的其它的構(gòu)造與圖16所示的相同，因此，省略額外的解釋。
根據(jù)上述本發(fā)明，具有形成在室腔的一端的多個突起的變焦透鏡可防止由于形成氣泡而導(dǎo)致變焦透鏡的性能變差。另外，根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡可在空氣中制造。因此，提高了變焦透鏡的穩(wěn)定性并且容易制造，從而大大提高了生產(chǎn)率。另外，所述多個突起吸收流體由于溫度改變等而導(dǎo)致的體積改變，從而消除由于流體體積改變而導(dǎo)致的影響透鏡體的應(yīng)力。
雖然參照優(yōu)選實施例顯示并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求
限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，包括流體腔，容納不易混溶并且具有不同折射率的第一流體和第二流體，所述流體腔具有沿著其敞開的一端的圓周形成的多個突起；透明板，通過密封件附著到所述室腔的敞開的一端，與所述突起隔開預(yù)定間隔；第一電極，設(shè)置在室腔內(nèi)部，作用在第一流體上；第二電極，設(shè)置在室腔內(nèi)部，并且與第一流體絕緣。
2.如權(quán)利要求
1所述的變焦透鏡，其中，室腔由透明材料制成，并且具有與敞開端相對的預(yù)定厚度的封閉端。
3.如權(quán)利要求
1所述的變焦透鏡，其中，第一流體是導(dǎo)電性的，第二流體是非導(dǎo)電性的。
4.如權(quán)利要求
1所述的變焦透鏡，其中，每個突起具有從三角形、矩形和梯形組成的組中選擇的一種截面形狀。
5.如權(quán)利要求
1所述的變焦透鏡，還包括附著到室腔的另一端的第二透明板。
6.如權(quán)利要求
1所述的變焦透鏡，其中，所述多個突起的最里面一個和挨著的一個形成的空間具有與第一流體和第二流體的總體積的1％對應(yīng)的尺寸。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡，包括流體腔，容納不易混溶并且具有不同折射率的第一流體和第二流體，所述流體腔具有沿著其敞開的一端的圓周形成的多個突起。所述變焦透鏡還包括透明板，通過密封件附著到所述室腔的敞開的一端，與所述突起隔開預(yù)定間隔。所述變焦透鏡還包括第一電極，設(shè)置在室腔內(nèi)部，以作用在第一流體上；第二電極，設(shè)置在室腔內(nèi)部，并且與第一流體絕緣。本發(fā)明實現(xiàn)了不形成氣泡的容易的制造過程，并且消除了由于外部環(huán)境，例如溫度和壓力改變而導(dǎo)致的氣泡的進入和形成，從而實現(xiàn)了不管外部環(huán)境如何改變，透鏡都具有良好的性能。
文檔編號G02B3/14GK1991415SQ200610171403
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月26日
發(fā)明者吳炳度, 樸榮圭 申請人:三星電機株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan