CN101031828A - 可变焦微透镜 - Google Patents

Abstract

微透镜芯片包括可变焦射流微透镜和致动器。致动器改变微透镜芯片上与包含微透镜的开孔连通的射流通道内的压力。向致动器施加电场产生射流通道内流体压力的变化，这样又改变了射流微透镜的曲率半径(即焦距)。

Description

可变焦微透镜

技术领域

本发明总体涉及微透镜。更具体地说，本发明涉及可变焦液体微透镜。

背景技术

图1表示常规的射流微透镜101。如图所示，该微透镜包括基底110。该基底包括在第一和第二控制电极123a-b之间的接地电极121。该接地电极与接地基准电压相连，同时所述控制电极与可变电压源相连。在电极上设置电介质层和涂层130和135。所述涂层包括疏水性材料，例如聚四氟乙烯(特氟龙Teflon)。电介质层和涂层的型式被构造成形成窗口139，露出接地电极。

在涂层上设置导电液体滴落物140。该滴落物作为微透镜。该滴落物接触表面和接地电极。在非活性阶段(没有任何电压施加在控制电极上)，滴落物呈现由实线141表示的第一形状。该形状取决于滴落物的尺寸和疏水性涂层的表面能量。当电压施加在控制电极上时，电压中的电位促使疏水性涂层变为亲水性(例如润湿性的变化)，由此如虚线142所示改变滴落物的曲率。曲率的变化改变焦距。采用电场改变涂层的润湿性以改变射流微透镜的焦距被称为“电润湿”。

然而，存在多种与电润湿控制射流微透镜相关的问题，限制了它们的性能。这些问题例如包括液体蒸发、接触角滞后、低焦距可调性和高驱动电压。另外，疏水性层的表面能量在微透镜曲率变化上形成快速跳跃而不是平滑连续跳跃。这被称为粘滞性能。

因此，鉴于以上描述，需要提供一种改进的微透镜，其避免了与常规微透镜相关的问题。

发明内容

本发明总体涉及微透镜。在一种实施方式中，本发明涉及一种可变焦微透镜。该微透镜例如结合在微透镜封装件内，从而形成微透镜芯片。封装件包括具有开孔的上表面。该开孔与形成在封装件上的射流通道相连。射流通道充有被用于在开孔处形成微透镜的流体。致动器例如泵在射流通道内产生流体压力以在开孔处聚焦射流微透镜。

附图说明

图1表示常规的液体微透镜；

图2表示根据本发明一种实施方式的微透镜的横截面图；

图3-9表示根据本发明其他实施方式的微透镜的横截面图；

图10-13表示根据本发明多种实施方式的致动器的俯视图；

图14a-b表示根据本发明一种实施方式的微透镜的俯视图和横截面图；以及

图15a-b表示根据多种实施方式的微透镜的横截面图。

具体实施方式

本发明总体涉及射流微透镜。在一种实施方式中，射流微透镜结合在微机电系统(MEMS)以形成微透镜芯片。该微透镜芯片集成了透镜和致动器。微透镜芯片有助于微加工过程。根据本发明的一种实施方式，通过改变流体压力实现射流微透镜的致动(包括形成和聚焦)。还可以采用用于致动微透镜的其他技术。

图2表示根据本发明一种实施方式的微透镜芯片201的横截面图。如图所示，微透镜芯片包括封装件206。可以采用多种材料形成封装件。例如，封装件可以由玻璃、石英、聚合物、陶瓷或它们的组合物形成。还可以采用其他材料。在一种实施方式中，封装件基本上是刚性的。还可以提供柔性封装件。

封装件包括上表面209。上表面209包括开孔239。该开孔239用于包含或支承液体微透镜。在一种实施方式中，所述上表面包括疏水性材料。例如，疏水性材料包括聚合物。还可以采用例如聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、尼龙或特氟龙(Teflon)的聚合物。还可以采用其他类型的材料。

透镜开孔例如为圆形。口的直径在大约5μm-5mm之间。还可以采用其他尺寸。还可以提供具有圆形之外的形状的开孔。例如，孔可以为椭圆形、正方形或矩形。根据应用还可以采用其他几何形状。透镜孔例如被用于形成球形或圆柱形透镜。还可以提供用于形成其他类型透镜的透镜孔。

在封装件内的射流通道240与透镜孔连通。该射流通道充满了用于在透镜孔形成液体微透镜241的流体。在一种实施方式中，该流体包括透明流体。该流体的表面张力应该足以形成液体透镜。优选地，该流体具有高表面张力。该流体应该优选具有例如大约1.3-1.75的高折射率。还可以采用具有其他折射率的流体。优选地，所述流体包括极性液体例如水或多羟基乙醇。如图所示，射流通道沿箭头L所示的封装件长度延伸。还可以采用其他射流通道构造(例如不同方向)。

在一种实施方式中，至少在与透镜孔相对应的区域上的封装件下表面208是透明的以使光穿过。优选地，在与透镜孔不相对应的区域上的封装件下表面是不透明的以将光反射的不良影响降至最低。封装件可以由不同类型的材料形成，例如玻璃、石英或聚合物。用于形成封装件的材料还可以是透明、非透明材料或它们的组合物。另外，封装件可以由一个以上的部分例如顶部、底部或多部分形成。

对于由透明或者透明和非透明材料组合形成的封装件，可以在封装件上形成一个或多个不透明层，型式按照要求需要被构造成留出透明区域。当封装件的下表面或一部分由非透明材料形成时，通过在与透镜孔相对应的下表面区域上去除非透明材料而形成窗口。该窗口可以由透明层封盖以使窗口密封。备选地，透明盖可以与下表面相连以使窗口密封。在另一实施方式中，留出窗口不封盖以形成第二透镜孔。

在封装件上设置透镜致动器245。透镜致动器与射流通道连通。透镜致动器致动液体微透镜，包括透镜形成和透镜聚焦。在一种实施方式中，透镜致动器通过促使或驱使流体在射流通道内流动而致动液体微透镜。更优选地，透镜致动器通过控制流入透镜孔内或在透镜孔处流入液体透镜内的液体量致动微透镜。根据流体流动的方向(例如远离或朝向透镜孔)，可以形成透镜或改变其曲率半径(例如增加或减小)。

可以采用多种技术促使或驱使流体在射流通道内流动或者促使或驱使流体流入或流出透镜。例如，可以采用泵促使流体流动，同时射流通道(或者与射流通道连通的流体储存器)的容积变化促使流体流动。还可以提供采用流动技术的组合或多个致动器。备选地，可以控制射流通道外部的压力以促使流体在通道内流动。例如，射流通道内部的压力可以得到保持以形成透镜，同时外部压力(例如透镜孔的外部)可以变化以增加或减小流入透镜内的流体量，从而改变透镜曲率。改变透镜曲率可以改变其焦距。

在一种实施方式中，流体流动与射流通道内的压力变化相对应。例如，压力的增加与流体在第一方向的流动相关，而压力的减小与流体在第二方向的流动相关。

在一种实施方式中，根据以下公式射流球形透镜的焦距(f)与内部流体压力(P)成反比并与液体的表面张力(σ)直接成正比：

$f=\frac{2\mathrm{\σ}}{\mathrm{\Δnp}}$

其中Δn是液体和空气之间的折射率之差。采用电控透镜致动器能够改变焦距，使微透镜具有非常紧凑的设计。另外，采用内部流体压力控制聚焦机构可以连续、实时且准确地聚焦，从而具有更宽的焦距可调性。

为了致动微透镜，向透镜致动器的电极上施加电压。向电极施加电压形成电位以致动致动器。根据电位的偏压，流体在第一方向向孔流动(箭头280)或在第二方向远离孔流动(箭头281)。

所产生的流体流动改变了通道内的内部流体压力。这影响了透镜的曲率，依次又影响了透镜的焦距。例如，在没有电偏压时，透镜曲率会呈现线241a所示的形状。根据所采用的流体的类型，初始形状可以是凸或凹的。当正偏压施加在电极上以使流体向孔的方向流动时，内部流体压力增加。这导致透镜曲率半径的减小，如虚线241b所示。曲率变化是沿透镜表面压力平衡的结果，定义如下：

P_int＝P_ext+P_st

其中P_int是流体的内部压力，P_st是因表面张力而产生的压力并且P_ext是外部压力。

提高正电偏压可以进一步减小透镜曲率半径，如虚线241c所示。相反，降低电偏压可以增加透镜曲率半径，根据电偏压值例如直到线241b或241a所示的点。还可以通过进一步控制流体远离透镜孔流动来获得虚线241d所示的凹透镜形状。

在一种实施方式中，透镜致动器包括电控透镜致动器。可以通过施加不同量值和极性的电压或电流来控制流体流动的数量和方向。还可以采用其他技术实现致动控制。例如，还可以采用通过热(例如热-气动)、磁(例如磁流体动力学)、光(例如感光限制(photostrictive))、电润湿泵、机电(例如压电)技术或它们的组合。

在一种实施方式中，透镜致动器包括电动泵以控制流体流动的方向。电动泵通过电位的施加控制流动方向。在一种实施方式中，电动泵包括电渗泵。还可以采用其他类型的致动器控制流体流动。例如，在其他实施方式中，可以通过采用机电式透镜致动器控制流体流动，所述机电式透镜致动器根据所施加的电位改变形状。还可以采用其他技术或技术组合改变流体流动的方向。

在一种实施方式中，设置控制单元控制致动器。在一种实施方式中，控制单元与电极相连以通过控制施加在电极上的电压而调节致动器的电场。因而，控制单元控制透镜的曲率或焦距。该控制单元可以结合在微透镜芯片单元上。控制单元包括例如具有闭环/自动聚焦或开环控制的成像系统。在闭环控制或自动聚焦中，提供图像并且成像系统将计算度数以改变透镜的聚焦。该成像系统向微透镜芯片单元发送致动信号(电信号)以自动保持聚焦(清晰)的图像。在开环控制中，包含手动控制，以手动地使透镜聚焦。还可以提供具有开环和闭环控制的控制系统。

在一种实施方式中，设置入口和出口(未示出)以便于填充和从透镜封装件中清除流体。还可以提供一个以上的入口和出口。该入口和出口与射流通道连通。入口和出口的位置应该被选定为便于系统的填充和清空。系统的清空可以使新流体充入射流通道。在一种实施方式中，入口向着通道的第一端定位，而出口向着通道的第二端定位。优选地，出口向着通道靠近透镜孔的一端定位，而入口向着布置储存器的一端定位。还可以将入口和出口定位在封装件不同的位置。对于非密封系统，透镜孔可以作为出口。

可以流体储存器(未示出)与射流通道连通。流体储存器例如可以是射流通道的一部分或与其结合成一体。在一种实施方式中，流体储存器被用作有利于流体通过致动器的导引而流动。例如，储存器提供空气空间以使流体能够在射流通道内的第一或第二方向流动。在一种实施方式中，透镜致动器定位在流体储存器和透镜孔之间。还可以将流体储存器定位在射流通道的其他部分。

另外或在备选方案中，流体储存器可以为填充射流通道提供额外储存的流体。这对于流体可以通过透镜孔从通道中蒸发的非密封系统特别有效。

图3-4表示根据本发明另一实施方式的微透镜芯片201的横截面图。该微透镜芯片与图2所示的微透镜芯片类似。相同的附图标记表示同一微透镜芯片的部件。参照图3，透明薄膜343布置在封装件的上表面上，至少封盖透镜孔。还可以提供封盖整个表面、包括透镜孔的封装件的一部分或者仅有透镜孔239的薄膜。该薄膜包括例如乳胶、硅基弹性体或含氟聚合物弹性体。还可以采用其他透明的弹性材料。

射流通道内的流体压力可以例如致动透镜。透镜透明薄膜密封透镜孔并因流体压力的改变而偏转。通过提供密封的系统，形成微透镜的流体可以免受破坏或流体蒸发。

备选地，如图4所示，透明盖443设置在封装件的上表面上，封闭封盖至少透镜孔239尺寸的区域。该透明盖包括与封装件相连的例如玻璃、石英或透明聚合物。可以采用多种技术将所述盖连接在封装件上。还可以采用其他透明材料以及其他技术将盖按照在封装件上。

图5-6表示根据本发明另一实施方式的微透镜芯片201的横截面图。共用的附图标记表示同一部件。参照图5，微透镜芯片的封装件206包括沿封装件长度L的第一射流通道240。透镜孔239向着射流通道的第一端定位。透镜致动器245布置在封装件上并与射流通道连通。流体储存器558与射流通道连通。优选地，致动器定位在流体储存器和透镜孔之间。在第一实施方式中，在与开孔相对应的区域上的封装件下表面是透明的。

根据本发明的一种实施方式，透镜盖590包覆封装件的上表面209，从而形成第二射流通道593。透镜盖例如由透明材料如石英或玻璃形成。还可以利用非透明材料形成透镜盖。对于非透明的透镜盖，在与透镜孔相对应的区域上形成开口被并利用透明材料或透明孔盖对其密封。

在一种实施方式中，射流通道形成闭环。例如，通过在致动器两侧连接第一和第二射流通道形成闭环。在一种实施方式中，通过流体储存器连接第一和第二射流通道。还可以提供第一和第二射流通道在致动器两侧不连通的开环系统。

在一种实施方式中，第一射流通道填充第一透明流体并且第二射流通道填充第二透明流体。第一和第二流体彼此相对不混溶。形成透镜的第一流体应该具有高表面张力和高折射率。第二流体优选具有与第一流体基本上相同的密度。第二流体还应该具有与第一流体不同的折射率。还可以提供具有不同密度和/或相同折射率的流体。

参照图6，通过改变第一射流通道内内部流体压力形成透镜641。例如，通过使第一流体流向透镜孔(箭头380)而增加压力。这样导致透镜具有如虚线641b表示的凸形。透镜形状的变化促使第二液体在与第一液体相反的方向上(箭头381)流动。

通过使第一流体反向流动(箭头381)而减小压力会增加透镜的曲率半径，例如线641a所示。这样促使第二流体在向着孔的方向上(箭头380)流动。进一步减小压力形成例如虚线641c所示的凹形透镜。

在另一实施方式中，如图7所示，封装件201包括与射流通道240连通的第一和第二透镜孔239a-b。在一种实施方式中，第一和第二透镜孔定位在封装件的相对两侧。例如，透镜孔定位在封装件的上表面和下表面上。优选地，透镜孔彼此同心或对正。还可以提供彼此不同心或不对正的透镜孔。在透镜孔上形成第一和第二透镜。优选但不是必需地，透镜孔具有相同形状和尺寸。通过设置第一和第二孔，可以通过同一致动器控制第一和第二微透镜。例如，可以在相对表面形成两面凸或两面凹的透镜。

备选地，第二射流通道843与透镜孔之一连通，如图8所示。第二射流通道用于包含第二流体。第一和第二流体以推拉方式工作(例如在相对方向上流动)。还可以为每个透镜孔(843a-b)提供第二射流通道。然而，将会认识到第二射流通道内的流体不必相同。

在另一实施方式中，封装件可以具有多个密封和/或未密封的透镜孔以形成透镜阵列。可以通过单个致动器控制所述孔或者每个孔与其各自的致动器相关联。还可以提供一些致动器控制透镜中的一些或一些组，而其他致动器控制单个透镜或其他透镜组。还可以采用致动器和透镜构造的多种组合。另外，可以在一个或两个表面上设置透镜孔。透镜孔可以不得到密封或采用已经描述的技术得到密封。

例如，如图9所示，封装件包括第一和第二隔离的射流通道240a-b。每个射流通道与其各自的致动器(245a或245b)和透镜孔(239a或239b)相关联。在一种实施方式中，透镜孔定位在相对表面上并彼此同心或对正。还可以采用不同心的透镜孔。透镜孔不必具有相同尺寸或形状，尽管优选是相同。使致动器与每个透镜孔相关联，可以形成多种透镜组合。例如，一个可以是凹的而另一个可以是凸的。

图10-13表示根据本发明不同实施方式的微透镜芯片201的俯视图。共用的附图标记表示同一部件。参照图10，微透镜芯片的封装件206包括沿封装件长度L的射流通道240。透镜孔239向着射流通道的第一端定位。电控透镜致动器245被布置成与射流通道连通。

在一种实施方式中，透镜致动器包括至少一个电动泵。如图所示，透镜致动器包括沿射流通道串联布置的第一、第二和第三电动泵546a-c。还可以采用其他泵布置方式，例如并联或者串联和并联的组合。为每个泵设置第一和第二电极(未示出)以产生电场。还可以提供控制一个以上泵的第一和第二电极。例如，第一和第二电极可以定位在泵布置结构的各端以控制三个泵。通过施加电场，泵促使流体在射流通道内移动。根据移动方向，通道内的流体压力可以增加或减小。

电动泵例如包括电渗泵。还可以采用其他类型的电动泵。例如在Goodson等人的“电渗微通道冷却系统”(美国专利申请公开No.US2003/0062149中描述了电渗泵，该申请全部内容在此引入作为参考。对于电渗泵的应用，射流通道内的流体包括电介质或极性流体。

由于电渗泵采用电场驱动固液分界面附近的电荷，因此射流通道优选具有非常高的表面面积与容积比以提高流速和压力。在一种实施方式中，电渗泵包括在射流通道内的多个微通道548以增加与流体接触的表面面积并由此提高电渗泵泵送效率。

在一种实施方式中，通过多个微结构设置微通道。可以通过增加微结构的数目提高泵送效率。还可以在射流通道内的不同位置处设置微结构组以增加表面面积。每组例如形成一个泵。还可以提供形成一个泵的多个组。还可以采用其他类型的微通道构造或几何尺寸。另外，可以采用烧结的微孔介质、多孔硅石、多孔陶瓷/聚合物材料或具有高表面面积与容积比的其他材料构造射流通道以进一步提高泵送效率。

当极性液体与电介质固体形成接触时，在分界面形成表面电位。当沿这一带电的固液分界面施加电场时发生电渗。可以采用的液体例如包括水、水合缓冲溶液、有机溶剂的电解质溶液以及有机溶剂-水混合物。还可以采用其他类型的液体。

参照11，电控透镜致动器包括机电式透镜致动器646(例如压电片或音圈)。尽管仅示出了一个机电式透镜致动器，但将会认识到可以提供一个以上的机电式透镜致动器。所述压电片例如在Nguyen等人在2004年1月1日的传感器和致动器(B-化学)第97卷第1期139-145页发表的“具有压电致动器全聚合微型泵”、Kim JH等人在2004年2月的微电子工程第71卷第2期119-124页发表的“由压电片致动的可置换基于聚二甲基硅氧烷的扩散微型泵”、以及Nguyen等人在传感器和致动器(A)第88卷(2001)104-111页发表的“基于印刷电路板技术的小型无阀泵”中得到了描述，所有文献的全部内容在此引入作为参考。施加电场导致机电式致动器偏转，从而改变射流通道内的压力。这样又控制了通道内流体的容积移动以在透镜孔239处致动微透镜。

参照图12，透镜致动器包括不同类型的电控致动器。如图所示，透镜致动器包括串联布置的电动泵746a和机电式致动器746b。还可以提供具有一个或多个机电式致动器的串联的一个或多个电动泵。将会进一步认识到相同类型的致动器不必分组在一起。备选地，如图13所示，透镜致动器245包括相对于透镜孔239并联布置的至少一个电动泵846a和至少一个机电式致动器846b。还可以采用其他透镜致动器的布置。

微透镜芯片可以具有流体储存器(未示出)。另外，设置至少一个入口(未示出)以填充微透镜芯片的流体系统。还可以进一步设置出口(未示出)以便于清空所述系统。

在一种实施方式中，封装件206包括下部和上部。上部包括开孔239而下部包括射流通道240。在一种实施方式中，上部由聚合物或便于形成微透镜的其他材料形成。下部包括透明材料，例如石英、玻璃或聚合材料。还可以由非透明材料形成下部。

图14a-b表示根据本发明一种实施方式的微透镜芯片201的俯视图及相应横截面图。根据本发明的一种实施方式，封装件包括下部和上部907a-b。形成封装件上表面209的上部包括在其中形成微透镜的开孔239。

在一种实施方式中，上部由疏水性材料形成。上部包括例如聚合物。还可以采用例如聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、尼龙或特氟龙的多种聚合物。还可以采用其他类型的材料例如玻璃或石英。可以在上表面上设置薄膜以封盖透镜孔，如图3所示。还可以如图4所示在透镜孔上设置透镜盖。

下部包括与透镜孔连通的射流通道240。在一种实施方式中，下部包括非导电材料。优选地，该非导电材料是透明的。例如，下部可以由石英形成。还可以采用其他类型的非导电透明材料，例如玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、尼龙或聚四氟乙烯(Teflon)。还可以采用非透明材料例如聚酰亚胺或陶瓷形成下部。

在一种实施方式中，射流通道沿封装件长度L延伸。还可以设置具有其他构造的射流通道。流体储存器964可以定位在下部与射流通道连通。还可以将流体储存器定位在上部或者上部和下部的组合。优选地，流体储存器定位在与透镜孔相对的射流通道一端或其附近。还可以采用对流体储存器的其他定位。流体储存器提供通道内用于形成微透镜的流体。

在一种实施方式中，设置与射流通道连通的入口960以便于填充透镜封装件。在一种实施方式中，入口向着通道的第一端定位。还可以在封装件的其他部分提供入口。还可以设置出口，例如便于系统的清空。

射流通道包括用于致动微透镜的电控透镜致动器245。还可以采用其他类型的透镜致动器。在一种实施方式中，透镜致动器定位在流体储存器和开孔之间。在一种实施方式中，透镜致动器包括具有在射流通道内形成的多个微结构548的电渗泵，从而形成多个微通道。

例如在封装件上部的内表面上形成第一和第二电极934a-b。备选地，第一和第二电极可以形成在封装件下部的内表面上。电极与射流通道连通。这些电极通过透镜致动器的微结构分隔。为了接触到电极，上部的型式被构造成形成电极接触窗口923a-b。在一种实施方式中，电极包括导电材料，例如钯。还可以采用其他类型的金属(例如铂、金或它们的合金)、导电聚合物、导电陶瓷、导电氧化物(例如氧化铟锡)、离子液体电解质或聚合物电解质。可以通过采用控制单元(未示出)便于微透镜的聚焦，所述控制单元通过调节施加在电极上的电压控制致动器。

可以采用微制造技术实现微透镜的制造。例如，通过例如与标准技术相结合的光刻术和微加工形成封装件上部的多种部件例如透镜孔、电极窗口以及入口开口。还可以采用其他技术形成孔和口。例如，可以通过激光加工或其他加工技术形成孔和口。在备选实施方式中，通过模制技术形成上部。可以通过在上部的内表面上沉积电极层并按照要求构型而形成电极。

可以采用光刻术和蚀刻技术形成下部的多种部件(例如流体储存器、射流通道和泵)。例如，采用模具作为深反应离子蚀刻(DRIE)的蚀刻掩模以形成所述部件。还可以采用标准模制或加工技术形成下部。在形成上部和下部之后，它们被连接起来构成封装件。在一种实施方式中，采用氧等离子体活化连接上部和下部。还可以采用其他连接工艺，例如熔融粘结或聚合物粘结。

图15a-b表示根据本发明其他实施方式的微透镜芯片201的横截面图。参照图15a，微透镜芯片封装件206包括机电式透镜致动器245。该机电式透镜致动器通过形成射流通道240内的容积移动而改变其中的压力。压力的改变使微透镜在透镜孔239处被致动。

在一种实施方式中，在射流通道内设置流体储存器1246。优选地，该流体储存器比射流通道的尺寸相对更大。流体储存器例如定位在射流通道的一端。还可以采用对流体储存器的其他定位。在一种实施方式中，储存器具有椭圆形或圆形。还可以采用其他几何形状。

在一种实施方式中，透镜致动器包括与射流通道连通的隔膜1255。该隔膜封盖射流通道的表面。该隔膜例如定位在封装件的上表面上。还可以将隔膜定位在封装件的其他部分。隔膜可以通过微加工技术例如激光蚀刻或模制被形成为封装件的部分1907a的部件(例如下部或上部)。该部分例如包括封装件的其他部件例如射流通道。备选地，隔膜可以连接在透镜封装件或致动器壳体1257的表面上。可以设置另一部分1907b密封射流通道。透镜孔可以定位在任意部分上。

隔膜可以在V方向上偏转以产生流体的容积移动。例如，通过偏转隔膜，压力施加在射流通道内的流体上。这样又在通道内产生流体的容积移动，从而致动透镜。例如，可以通过使隔膜在负V方向偏转而影响流体在正L方向的容积移动。相反，可以通过使隔膜在正V方向偏转而获得流体在负L方向的容积移动。

隔膜可以由多种类型的材料形成。例如，隔膜可以由聚合物例如聚乙烯、聚丙烯或聚酰亚胺形成。还可以采用其他类型的材料，例如Maylar、陶瓷或柔性金属。隔膜的厚度应该使其能够在不断裂的情况下偏转。

在一种实施方式中，设置机电式应力感应器1256与隔膜连通。电场施加在应力感应器上使其在V方向扩大或收缩，从而控制在隔膜上感应的应力。方向和量值(例如扩大或收缩量)取决于所施加的电压或电流的量值和极性。这样有效地在射流通道内产生流体的容积移动以致动微透镜。

在一种实施方式中，应力感应器包括音圈、例如线性音圈。该音圈包括金属(例如铜、铂、金或铝)丝。还可以采用其他类型的丝。还可以采用其他类型的应力感应器，例如压电式应力感应器。

在一种实施方式中，设置壳体1257包覆机电式应力感应器。该壳体例如连接在封装件的表面上。在一种实施方式中，壳体对机电式应力感应器提供结构支承，从而使其能够向隔膜施加应力。可以采用多种类型的材料例如聚合或金属材料形成壳体。

在一种实施方式中，隔膜被形成为不具有固有应力。这样导致隔膜具有相对平直的外形。当通过应力感应器施加应力时，隔膜在负方向偏转。当电场降低或消除时，隔膜恢复到其自然外形。

在另一实施方式中，隔膜被形成为具有固有应力，从而形成弓形。优选地，该应力促使隔膜向上弯曲，从而形成凹形。可以采用多种技术感应隔膜上的固有应力，例如提供应力感应层或改变形成隔膜时采用的工艺参数。在没有电场时(例如中立位置)，隔膜朝应力感应器自然向上弯曲。向应力感应器施加电场使其扩大，从而使隔膜在负V方向偏转。在隔膜上提供固有应力有助于形成凹或凸透镜。备选地，应力感应器能够使隔膜在正和负V方向偏转以形成凹或凸透镜。在另一实施方式中，当隔膜在其自然或正常位置时形成凸透镜。

可以设置入口和出口以便于填充和清空流体系统。为了保护微透镜，可以如图4和5所示设置薄膜或透镜盖。还可以提供相同或不同类型的其他致动器。

参照图15b，微透镜封装件206的一部分包括第一和第二射流通道240a-b。在一种实施方式中，第一射流通道包括由隔膜1255封盖的流体储存器1246。通过透镜储存器分隔第一和第二射流通道。在一种实施方式中，射流通道和隔膜被形成为封装件第一部分(例如中部)的部件。还可以采用其他技术提供隔膜和/或射流通道。

在一种实施方式中，设置应力感应器1256与隔膜连通。应力感应器向隔膜施加应力以使其偏转，由此改变射流通道内的容积。在一种实施方式中，应力感应器1256定位成与隔膜连通并处于第二射流通道内。还可以将应力感应器定位在封装件的其他部分，例如与隔膜连通并处于第一射流通道内。应力感应器例如包括音圈。还可以采用其他类型的机电式应力感应器。

透镜孔1239在封装件的另一部分与第一和第二射流通道连通。透镜孔优选形成在基底包含通道和隔膜的部分。还可以在封装件的其他部分形成透镜孔。第一射流通道包含第一液体并且第二射流通道包含第二液体。第一液体例如用于形成微透镜。还可以利用第二液体或者既可以通过第一液体又可以通过第二液体形成微透镜。

通道内的流体以推拉布置形式操作。例如，当第一通道内的流体在正L方向移动时，第二通道内的流通在负L方向移动，反之亦然。在一种实施方式中，当第一流体在正L方向流动时透镜曲率半径增加。相反，通过使第一流体在负L方向移动会减小透镜曲率半径。根据在负L方向流动的量，可以形成凹透镜。还可以采用其他构造。上部和下部例如连接在中部以密封通道形成封装件。

在另一实施方式中，封装件包括射流通道和透镜孔。外部致动器连接在封装件上，促使流体在射流通道内流动，以在开孔处致动微透镜。在另一实施方式中，第一和第二透镜同心孔设置在封装件上。还可以(在不同或相同表面上)采用非同心孔。通过外部致动器控制透镜孔。还可以使每个透镜孔具有其各自的射流通道和外部致动器。还可以提供定位在封装件一个或两个表面上并通过一个或多个致动器控制的多个孔。

尽管已经参照多种实施方式详尽地示出并描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到在不脱离本发明精神或范围的前提下可以对本发明做出修改和变化。因此，应该不参照以上描述但参照附加权利要求以及它们等效权利要求的整个范围确定本发明的范围。

Claims (22)

1.一种可变焦微透镜，包括：

微透镜封装件；

在微透镜封装件第一表面上的透镜孔；

布置在微透镜封装件上的射流通道，所述射流通道与透镜孔连通；以及

结合在微透镜封装件内并与射流通道连通的致动器，所述致动器通过控制充有透镜流体时的射流通道内的流体流动而在透镜孔处致动微透镜。

2.如权利要求1所述的可变焦微透镜，其特征在于，透镜孔具有任何几何形状，包括圆形或矩形。

3.如权利要求1所述的可变焦微透镜，其特征在于，液体透镜包括可更新液体透镜。

4.如权利要求3所述的可变焦微透镜，其特征在于，透镜孔具有任何几何形状，包括圆形或矩形。

5.如权利要求1所述的可变焦微透镜，其特征在于，还包括封盖透镜孔的保护薄膜或透镜盖。

6.如权利要求5所述的可变焦微透镜，其特征在于，透镜孔具有任何几何形状，包括圆形或矩形。

7.如权利要求5所述的可变焦微透镜，其特征在于，液体透镜包括可更新液体透镜。

8.如权利要求7所述的可变焦微透镜，其特征在于，透镜孔具有任何几何形状，包括圆形或矩形。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的可变焦微透镜，其特征在于，致动器包括电控致动器。

10.如权利要求9所述的可变焦微透镜，其特征在于，致动器包括电动泵。

11.如权利要求9所述的可变焦微透镜，其特征在于，电控致动器包括电渗泵。

12.如权利要求9所述的可变焦微透镜，其特征在于，致动器通过使流体在射流通道内产生容积移动而控制流体流动。

13.如权利要求12所述的可变焦微透镜，其特征在于，电控致动器包括电控机电式致动器，该电控机电式致动器包括

与射流通道连通的流体储存器，

封盖流体储存器的隔膜，以及

与隔膜连通的电控应力感应器，该电控应力感应器使隔膜偏转以控制用于透镜致动的射流通道内的压力。

14.如权利要求13所述的可变焦微透镜，其特征在于，电控应力感应器包括音圈、微型扬声器，或者压电式应力感应器。

15.如权利要求1-8中任意一项所述的可变焦微透镜，其特征在于，致动器通过改变射流通道的容积控制流体流动。

16.如权利要求15所述的可变焦微透镜，其特征在于，电控致动器包括电控机电式致动器，该电控机电式致动器包括

与射流通道连通的流体储存器，

封盖流体储存器的隔膜，以及

与隔膜连通的电控应力感应器，该电控应力感应器使隔膜偏转以控制用于透镜致动的射流通道内的压力。

17.如权利要求16所述的可变焦微透镜，其特征在于，电控应力感应器包括音圈、微型扬声器，或者压电式应力感应器。

18.如权利要求1-8中任意一项所述的可变焦微透镜，其特征在于，致动器通过控制在透镜孔处流入液体微透镜内的流体量来致动透镜。

19.如权利要求1-8中任意一项所述的可变焦微透镜，其特征在于，还包括与透镜孔连通的辅助流体通道，该辅助流体通道用于包含第二流体。

20.如权利要求19所述的可变焦微透镜，其特征在于，辅助流体通道和射流通道形成闭环。

21.一种可变焦微透镜，包括：

具有第一和第二主表面的微透镜封装件；

在第一表面上的第一透镜孔；

在第二表面上的第二透镜孔；

布置在微透镜封装件上的第一射流通道，该第一射流通道与第一透镜孔连通；

布置在微透镜封装件上的第二射流通道，该第二射流通道与第二透镜孔连通；

结合在微透镜封装件内与第一射流通道连通的第一致动器；该第一致动器通过控制充有第一透镜流体时的第一射流通道内的流体流动而在第一透镜孔处致动第一微透镜；以及

结合在微透镜封装件内与第二射流通道连通的第二致动器；该第二致动器通过控制充有第二透镜流体时的第二射流通道内的流体流动而在第二透镜孔处致动第二微透镜。

22.一种聚焦液体透镜的方法，包括：

在微透镜封装件上设置包含透镜流体并与微透镜封装件表面上的透镜孔连通的射流通道；

设置结合在微透镜封装件内的电控致动器，其中所述致动器与射流通道连通；以及

向致动器施加电压或电流以控制射流通道内的射流压力，从而在透镜孔处致动液体透镜。

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