CN100383564C - 变焦透镜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦透镜。所述变焦透镜包括具有沿着其开口的一端形成的突起的流体腔。所述流体腔为圆筒形，用于在其中容纳不可混溶的第一流体和第二流体，所述第一流体和第二流体具有不同的折射率。透明元件与所述腔的开口端密封地结合，并且所述透明元件与所述腔的突起有预定间隙。第一电极设置在所述腔内，作用于所述第一流体，第二电极与所述第一电极绝缘。所述变焦透镜可被容易地制造，能够通过在所述腔的开口端形成的突起来防止气泡的形成。

Description

变焦透镜及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种变焦透镜，更具体地讲，所述变焦透镜可容易地被制造并通过在腔的开口端形成突起来防止气泡的形成。

背景技术

通常，相机配备有多个透镜，并且将相机设计为分别驱动这些透镜以变化透镜的相对距离，从而调整相机的光学焦距。由于例如相机的光学设备的小型化，对配备在其中的透镜的小型化的需求也在增长。

作为满足所述小型化需求的一种途径，提出了在WO 03/069380中公开的一种变焦透镜。

图1是作为WO 03/069380的实施例提出的一种变焦透镜的示意性截面图。

如图1所示，所述变焦透镜包括流体腔5和流体接触层10，流体腔5具有圆筒形壁，用于容纳不可混溶的第一流体A和第二流体B，而流体接触层10布置在所述圆筒形壁的内侧。第一流体A和第二流体B在弯月面14上接触并具有不同的折射率。所述变焦透镜还包括通过流体接触层10与第一流体A和第二流体B分开的第一电极2以及作用在第二流体上的第二电极12。

第一电极2为圆筒形，由金属材料形成，并被绝缘层8涂覆。第二电极12布置在流体腔5的一端。

流体腔5被透明的前部元件4和后部元件6覆盖或者密封，以容纳第一流体A和第二流体B。

还设置有密封件(在图4中示出，由标号16标注)，以使得透明的前部元件4和流体接触层10密封地结合。

这种构造的变焦透镜的操作如下。

当没有电压施加到第一电极2和第二电极12之间时，流体接触层10对于第一流体A的润湿性(wettability)大于其对于第二流体B的润湿性。

由于电润湿(electro-wetting)，对于第二流体B的润湿性在第一电极2和第二电极12之间的电压的作用下变化，这种变化趋向于改变弯月面14的接触角，如Q1、Q2和Q3所指示。

因此，弯月面的形状根据施加的电压而变化，从而实现对透镜焦距的调节。

即，如图1至图3所示，根据施加的电压的大小，在第二流体B的一侧测量的弯月面14与流体接触层10的角度逐渐从钝角变为锐角，例如，按照140°、100°和60°的顺序变化。

这里，图1显示施加低电压时的透镜构造，图2显示施加中等电源时的透镜构造，图3显示施加高电压时的透镜构造。

上述采用流体的变焦透镜的优点在于：其尺寸可被进一步减小到小于通过对透镜进行机械致动来调整焦距的机械的透镜系统的尺寸。

然而，传统变焦透镜具有不足之处，如图4中所示。由于所述变焦透镜含有流体，所以如果所述流体没有被很好地密封，则如图4所示，可能会在腔5的内部产生气泡或者空穴(void)18。

为了防止这种现象，可以在流体中装配所述透镜。然而，即使这样也不能完全防止气泡的产生，反而降低可加工性，从而阻碍批量生产。

发明内容

提出本发明以解决现有技术的上述问题，因此，本发明的一个目的在于提供一种变焦透镜，该变焦透镜具有在腔的一端形成的突起，以防止由于气泡而引起的缺陷或者性能恶化。

本发明的另一目的在于提供一种变焦透镜，该变焦透镜具有在腔的一端形成的突起以便于在空气中制造，从而显著地提高生产率。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，本发明提供一种变焦透镜，包括：流体腔，具有沿着其开口的一端形成的突起，所述流体腔为圆筒形，用于在其中容纳不可混溶的第一流体和第二流体，所述第一流体和第二流体具有不同的折射率；透明元件，与所述腔的开口端密封地结合，并且所述透明元件与所述腔的突起有预定间隙；第一电极，设置在所述腔内，作用于所述第一流体；第二电极，与所述第一电极绝缘。

优选地，所述腔由透明材料制成，并具有与所述开口端相对的预定厚度的封闭端。

优选地，所述第一流体是导电的，而所述第二流体是不导电的。

优选地，所述突起具有尖端，其中，所述突起的尖端的宽度为300μm或者更小。

此外，所述变焦透镜还可包括与所述腔的另一端密封地结合的第二透明元件。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点及其它优点将会更加容易理解，其中：

图1至图3是示出传统变焦透镜及其操作的截面图；

图4是示出传统的变焦透镜的缺点的截面图；

图5是示意性地示出根据本发明的一个实施例的变焦透镜的截面图；

图6是示意性地示出根据本发明的另一实施例的变焦透镜的截面图；

图7是示意性地示出根据本发明的另一实施例的变焦透镜的截面图；

图8至图10是示出图7中所示的变焦透镜的干扰类型及其效果的截面图；

图11和图12是示出一种没有突起或者突起的宽度太大的变焦透镜的干扰类型及其效果的截面图；

图13和图14是示出配备有不同类型的电极的图6中所示的变焦透镜的截面图；

图15和图16是示出配备有不同类型的电极的图6中所示的变焦透镜的截面图，在所述透镜中，腔壁由导体制成，以提供电极；

图17是示出根据本发明另一实施例的变焦透镜的截面图；

图18和图19是示出配备有不同类型的电极的图17中所示的变焦透镜的截面图。

具体实施方式

现在，将在下文中参照附图更加全面地说明本发明，其中，本发明的优选实施例示出在附图中。

首先，参照图5，其示意性地显示了根据本发明的一个实施例的变焦透镜100。

本发明的变焦透镜100包括腔壁110，腔壁110为圆筒形，以在其中形成空间。腔壁110具有沿着其上端110A形成的隆起或者突起112。变焦透镜100还包括上部透明元件120和下部透明元件130，上部透明元件120与腔壁110的上端110A结合并与突起112有预定间隙G，下部透明元件130与腔壁110的下端110B结合。上部透明元件120和腔壁110通过密封件122密封地结合，而下部透明元件130和腔壁110通过粘结层(未显示)结合在一起。所述粘结可以通过例如玻璃料粘结(frit bonding)进行。

由腔壁110以及上部透明元件120和下部透明元件130限定的腔的内部空间充满不可混溶的第一流体A和第二流体B。第一流体A和第二流体B具有基本相等的密度，但是具有不同的折射率。此外，一种流体是导电的，而另一种是不导电的。通常，第一流体A是导电的，而第二流体B是不导电的。

在这一构造中，第一流体A形成从突起112和上部透明元件120之间鼓起的凸的露珠状部分，但是在突起112的内侧保持与上部透明元件120紧密或者密切接触。结果，空气或者气体保持在突起112外侧的区域中，即，保持在突起112和密封件122之间的空隙V中，而不在突起112的内侧。

参照图6，其示意性地显示了根据本发明另一实施例的变焦透镜200。

在图6所示的变焦透镜200中，腔壁210的内表面214随着其向下延伸而向内倾斜。这种倾斜的构造适用于优化第一流体A和第二流体B的初始条件，并且根据流体A和流体B之间的接触角来变化地应用倾斜的角度。

除了所述倾斜的构造之外，本实施例的变焦透镜200具有与图5中所示的构造基本相同的构造，这里将不重复描述。

参照图7，其示意性地显示了根据本发明另一实施例的变焦透镜300。

在变焦透镜300中，突起312具有尖端，而其它构造基本上与图6中所示的构造相同。当然，也可以在图5的构造中采用这一尖端状的突起312。

图8至图10是示出图7中所示的变焦透镜的干扰类型及其效果的截面图。尽管为了方便而参照图7，但是这一解释可同样适用于图5和图6中所示的那些构造。

首先，当流体B，然后是流体A精确地注入腔内时，上层的流体A具有突起312上的凸面形状。这一凸面形状被夸大，实际上，由于注入的流体A的量被精确地控制，因此，所述凸面的尺寸很小。

当上部透明元件320从上向下移动以与腔壁310结合时，流体A的凸面部分首先与透明元件320的下侧接触，然后被压。流体A的被压的部分被向外或者向着突起312推，因而形成如图9中所示的从突起312和上部透明部分320之间鼓起的露珠状部分。

也就是说，一旦接触到上部透明元件320，流体A就沿着上部透明元件320的下侧伸展。当流体A伸展部分到达突起的尖端时，流体A部分不流动超过突起312，而是依然在突起312和上部透明元件320之间保持受约束为凸面露珠状。这是通过流体A和突起312的尖端之间的力(或表面张力)实现的。当所述力大于使流体A沿着上部透明元件320的下侧伸展的驱动力时，所述力约束突起312和上部透明元件320之间的流体A。这种现象可以通过类比于平面上的水滴保持其凸面形状来理解。

在流体A被注入太多并且在充满突起312内侧的空间之后仍残存多余的流体A′的情况下，多余的流体A′克服了突起312和上部透明元件320之间的力，从而使其自身滴出突起312以外。如图10所示，在突起312和止挡S之间残存有多余的流体A′。

为了实现这种效果，只要变焦透镜的装配不产生气泡，并且装配的变焦透镜在作为流体透镜的同时能够保持其密封状态，突起具有的宽度以及与上部透明元件的间隙就可以进行各种调整。

在该流体透镜中，突起312最好具有300μm或者更小的宽度。突起312和上部透明元件320之间的间隙G可根据流体注入的量来进行调整，并且最好是20μm或者更小。间隙G可以通过止挡S来调整，所述止挡S可以利用上述密封件322或者采用不同的物理手段。

参照图11和图12，现在将描述没有突起或者突起的宽度太大的情形。

首先，如图11所示，流体A和流体B充入由不带突起的腔壁1010限定的空间中，形成凸面形状，其程度为流体A不沿着腔壁1010的顶部1012流动。随着上部透明元件1020从上向下移动，流体A与透明元件1020的下侧接触，然后沿着其下侧伸展。当上部透明元件1020完全与腔壁1010结合时，如图12所示，在位于上部透明元件1020的中部的流体A中可能产生空穴V。该空穴V使流体透镜失效。这一问题也类似于先前参照图4描述的问题。

然而，本发明的突起可防止这一问题。即，当流体A到达图10中所示的突起312的尖端时，流体A不象图11中那样伸展，而是在突起312之间的力的作用下保持在突起312和上部透明元件320的下侧之间，从而防止空穴V的形成。结果，本发明的变焦透镜能够容易地在空气中制造，并且因此显著地提高了生产率。

图13是示出配备有电极240和242的如图6中所示的变焦透镜的截面图。

变焦透镜200还包括：第一电极240，形成在上部透明元件220的下侧；第二电极242，形成在腔壁210的内表面214上；绝缘层246，形成在第二电极242上以使第一电极240与第二电极242电绝缘。此外，导体244形成在腔壁210的底端210B和下部透明元件230之间，用于使第二电极242与外部电源250电连接。

在这种情况下，第一流体A为导电的，但是第二流体B为不导电的。此外，腔壁210由例如玻璃和陶瓷制品的绝缘材料制成。

电源250与电线248一起被设置为：使得第一电极240通过电线248中的上面一条与电源250电连接，而使得第二电极242通过电线248中的下面一条与电源250电连接。

这与参照图1至图3描述的一样，从电源250改变电压，以使第一流体A和第二流体B之间的弯月面M变化，从而调整变焦透镜200的焦距。

在这种情况下，绝缘层246不得不形成为以足够的面积覆盖第二电极242，以使得导电的第一流体A在弯月面M的改变期间不与第二电极242接触。

优选地，第一电极240和第二电极242可以通过例如溅射和电子束沉积的沉积方式形成。

图14是示出配备有另一种类型的电极的如图6中所示的变焦透镜的截面图，其中，部件由以400开始的标号标注。

图14中所示的变焦透镜400还包括：第一电极440，形成在腔壁410的顶端410A上，所述腔壁410包括与上部透明元件相对的突起412；第二电极442，形成在腔壁410的内表面414上；绝缘层446，形成在第二电极442上，用于使第二电极442与第一电极440电绝缘。

除了第一电极440之外，其它的部件与图13中所示的那些部件基本相同，因此将省略对其进行的解释。

图15是示出配备有另一种类型的电极的如图6中所示的变焦透镜的截面图，其中，腔壁由导体制成，以提供电极。为了方便说明，所有的部件都由以500开始的标号标注。

如图15所示，本发明的变焦透镜500还包括：第一电极540，形成在上部透明元件520的下侧；绝缘层546，形成在用作第二电极的腔壁510的内表面514上，用于使第一电极540和导电的腔壁510之间电绝缘。

在这种构造中，作为第二电极的腔壁510可通过电线548与电源电连接。结果，变焦透镜500的构造被进一步简化。

尽管显示为绝缘层546延伸到腔壁510的底部510B，但是绝缘层可以形成为部分地覆盖腔壁510的内表面514，覆盖的程度为导电的第一流体A不因弯月面M的改变而与作为第二电极的腔壁510接触。

图16是示出配备有另一种类型的电极的如图6中所示的变焦透镜的截面图，其中，腔壁由导体制成，以提供电极。为了方便说明，所有的部件都由以600开始的标号标注。

如图16所示，本发明的变焦透镜600还包括：第一电极640，形成在腔壁610的一端610A上，所述腔壁610包括与上部透明元件620相对的突起612；绝缘层646，使第一电极640和作为第二电极的腔壁610之间电绝缘。

绝缘层646的一部分介于腔壁上端610A和第一电极640之间，用于使两者之间电绝缘，并且所述绝缘层646的一部分覆盖在腔壁610的内表面614上，以防止流体A接触腔壁610。尽管显示出绝缘层646延伸至腔壁610的底部610B，但是绝缘层646可以形成为部分地覆盖腔壁610的内表面614，覆盖的程度为导电的第一流体A不因弯月面M的改变而与作为第二电极的腔壁610接触。

尽管为了方便起见，已经参照图13至图16描述了上述电极的布置应用于如图6中所示的变焦透镜的情况，但是这些布置等同地适于图5和图7中所示的变焦透镜。

图17是示意性地示出了根据本发明的另一实施例的变焦透镜的截面图。

如图17所示，这一实施例的变焦透镜700包括腔壁710，该腔壁710具有开口的上端710A和封闭的下端710B，沿着上端形成有隆起或者突起712。变焦透镜700还包括透明元件720，该透明元件720与腔壁710的上端710A结合，且与突起712之间有预定间隙G。

上部透明元件720和腔壁710通过密封件密封地结合。腔壁710由例如玻璃和透明塑料的透明材料制成，从而腔壁710的下部718起下部透明元件的作用。通过使下部透明元件与腔壁710成为一体，能够省略将下部透明元件粘结到腔壁710的步骤。

由腔壁710和上部透明元件720限定的腔的内部空间中充满不可混溶的第一流体A和第二流体B。第一流体A和第二流体B具有基本相等的密度，但是具有不同的折射率。此外，一种流体是导电的，而另一种流体是不导电的。通常，第一流体A是导电的，而第二流体B是不导电的。

在这种构造中，第一流体A形成在突起712和上部透明元件720之间鼓起的凸的露珠状部分，但是在突起712的内侧保持与上部透明元件720的紧密或者密切接触。结果，空气或者气体保持在突起712外侧的区域中，即，保持在突起712和密封件722之间的空隙V中，而不在突起712的内侧。

突起712的细节和效果基本上与图8至图10中的突起的细节和效果相同，因此，将不重复描述它们。

图18是示出配备有电极的如图17所示的变焦透镜的截面图。

如图18所示，本发明的变焦透镜700还包括：第一电极740，形成在上部透明元件730的下侧；第二电极742，形成在腔壁710的内表面714上；绝缘层746，形成在第二电极742上，用于使第二电极742与第一电极740电绝缘。

在这种情况下，第一流体A是导电的，而第二流体B是不导电的。

此外，电源750和电线748被设置为：使得第一电极740通过电线748中的上面一条与电源750电连接，而使得第二电极742通过电线748中的下面一条与电源750连接。

尽管显示为绝缘层746延伸到腔壁710的底部716，但是绝缘层746可以形成为部分地覆盖腔壁710的内表面714，覆盖的程度为导电的第一流体A不因弯月面M的改变而与作为第二电极的腔壁710接触。

图19是示出配备有另一种类型的电极的如图17所示的变焦透镜的截面图。为了便于说明，所有的部件都由以800开始的标号标注。

如图19所示，本实施例的变焦透镜800包括：第一电极840，形成在腔壁810的上端810A上，所述腔壁810包括与上部透明元件830相对的突起812；第二电极842，形成在腔壁810的内壁814上；绝缘层846，形成在第二电极842上，用于使第二电极842与第一电极840电绝缘。

除了第一电极840以外的其它部件基本上与图18中的那些部件相同，因此将省略对它们的解释。

如前所述，本发明的变焦透镜配备有沿着腔的一端的突起，从而防止由于气泡的形成而引起的潜在的性能恶化。此外，本发明的变焦透镜可在空气中制造。因此，本发明在便于制造的同时，可提高变焦透镜的稳定性，从而显著地提高其生产率。

尽管已经参照具体的示例性实施例和附图描述了本发明，但是这并不限制本发明，本发明应当由权利要求限定。应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以将所述实施例替换、改变或者修改为各种形式。

本申请基于2005年5月16日提交的第10-2005-0040874号韩国专利申请并要求其优先权，该申请的全部公开通过引用包含于此。

Claims (4)

1.一种变焦透镜，包括：

流体腔，具有沿着其开口的一端形成的突起，所述突起具有尖端，所述流体腔为圆筒形，用于在其中容纳不可混溶的第一流体和第二流体，所述第一流体和第二流体具有不同的折射率；

透明元件，与所述腔的开口端密封地结合，并且所述透明元件与所述腔的突起有预定间隙；

第一电极，设置在所述腔内，作用于所述第一流体；

第二电极，与所述第一电极绝缘。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述腔由透明材料制成，并具有与所述开口端相对的预定厚度的封闭端。

3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第一流体是导电的，而所述第二流体是不导电的。

4.如权利要求1所述的变焦透镜，还包括与所述腔的另一端密封地结合的第二透明元件。

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