CN101384928A - 在管状外壳中形成可变焦液体透镜的方法 - Google Patents

在管状外壳中形成可变焦液体透镜的方法 Download PDF

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CN101384928A CNA2006800532793A CN200680053279A CN101384928A CN 101384928 A CN101384928 A CN 101384928A CN A2006800532793 A CNA2006800532793 A CN A2006800532793A CN 200680053279 A CN200680053279 A CN 200680053279A CN 101384928 A CN101384928 A CN 101384928A
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沙曼·达尔玛蒂莱克
伊莎贝尔·罗德里格斯·费尔南德斯
许奕厚
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/12Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

Abstract

本发明提供一种可变焦流体透镜,其中焦距可通过改变流体弯月面的接触角来控制。将液体(20)比如水填充在具有内表面的管状外壳(10)中,所述内表面包括毗连的亲水(40)和疏水(30)区或者区域,其中在所述亲水区和疏水区之间的边界约束所述液体(20),并且呈现出具有被在所述边界的静态接触角部分地限定的曲率的弯月面(50)。当给液体(20)施加控制的压力时,弯月面(50)的曲率随着液体的接触角在边界上的改变而变化。

Description

在管状外壳中形成可变焦液体透镜的方法
发明背景
[0001]本发明总体上涉及光学系统,并且更具体地涉及可变焦流体透镜。
[0002]激光器、光电导体以及其它光学组件被广泛用于许多光电子用途,例如光通信系统和照相机装置。传统上,在这些用途中,需要手动定位和调整透镜及其周围的支承结构,以保持图像聚焦到检测器上,并且接收从相对于透镜的不同角度方向发出的光束。然而,依赖于这种手动定位的装置可能缓慢,并且相当昂贵。
[0003]为了消除手动调整,开发了可调的微透镜,以实现在光源和光学信号接收器比如光电检测器之间的最佳的光耦合。微透镜起着将光学信号聚焦到其预期的目标物(例如,光电检测器)上。在一些情况下,当光束在微透镜上的入射不同于其额定的对准入射时,这些微透镜的折射率自动变化以改变微透镜的聚焦特性。因此,在微透镜和光电检测器之间保持所需的耦合。
[0004]可调渐变折射率透镜(gradient index lense)具有在大多数电光材料中发现的与较小电光系数相关的内在局限性。这导致小的光程调制,因此需要使用厚的透镜或者很高的电压。另外,许多电光材料显示出导致微透镜的偏振依赖性的强双折射,从而使具有一定偏振的光畸变。
[0005]机械可调的柔性透镜通常具有比渐变折射率透镜显著更宽的可调性范围。然而,它们需要外部致动装置,比如微型泵来操作。将这些致动装置结合到光电子组件中涉及大量与它们的微型化和定位相关的问题。在需要可调微透镜的二维阵列的情况下,这些问题变得尤其严重。
[0006]作为一个实例,现有的照相手机的一个弱点在于它们使用微小的定焦透镜,而该定焦透镜具有差的聚光能力,具有很有限的聚焦范围以及有限的分辨能力。结果,与常规的照相机相比,图像质量相当低。为了将来的改进,手机照相机需要聚焦调节的紧凑装置。
[0007]大多数可变焦透镜限于利用电润湿作用致动的透镜(美国专利6,538,823)和成功利用液晶的透镜。还有封装在薄的聚合物膜中的流体微透镜的几个公布(美国专利6,188,525)。这些透镜是使用外部致动器比如注射泵来聚焦的。
[0008]因此,需要提供克服上述和其它问题的系统和方法。特别是,需要低成本和紧凑的微透镜,并且该微透镜没有机械光学对准,并且具有容易调节焦距的易调节性。令人惊奇地,本发明的方面满足这些以及其它要求。
发明简述
[0009]本发明提供一种可变焦流体透镜,其中焦距可通过改变流体弯月面的接触角来控制。流体界面的弯月面形成透镜的光学系统(optics),并且其(可调)曲率半径决定焦距。
[0010]根据本发明,将流体比如液体填充在具有内表面的管状外壳中,所述内表面具有的特征在于约束流体,从而呈现出流体界面或者弯月面,例如,液-液或液-气界面。在一个方面中,管状外壳的内表面包括相邻的亲水和疏水区或区域,其中在疏水区和亲水区之间的边界约束流体,并且呈现出具有曲率的弯月面,而所述曲率由在边界上的流体的静态接触角部分地限定。通过使流体界面移动跨过亲水性-疏水性边界,球形界面的曲率随着在边界上的流体接触角的变化而变化。在一个方面中,通过将控制压力施加到流体上或者通过将更多的流体(例如,液体)添加到形成流体透镜的空腔中来实现移动。
[0011]根据本发明的一个方面,提供一种光学装置,该光学装置通常包括管状外壳,所述管状外壳具有内表面、疏水性表面、亲水性表面以及设置在所述管状外壳内与所述亲水性表面接触的第一流体,其中在所述亲水性表面和所述疏水性表面之间的边界约束所述流体,并且呈现出弯月面。所述光学装置通常还包括压力或体积控制装置,所述压力或体积控制装置与所述流体进行流体连接以调节流体的压力。因此还调节弯月面的曲率。
[0012]根据本发明的另一个方面,提供一种光学装置,该光学装置典型地包括管状外壳,而所述管状外壳具有内表面、设置在所述内表面上的亲水性表面、以及设置在所述管状外壳内的与所述亲水性表面接触的流体,其中边界特征约束所述流体,并且呈现出弯月面。所述光学装置通常还包括压力或体积控制装置,所述压力或体积控制装置与所述流体连接以调节弯月面的曲率。
[0013]根据本发明的一个不同方面,提供一种调节流体弯月面的曲率的方法。所述方法典型地包括:在具有亲水性和疏水性表面的管状外壳内提供流体,其中所述流体的弯月面在所述亲水性表面和疏水性表面之间的边界上受到约束;以及调节施加给所述流体的压力以改变弯月面的曲率。
[0014]根据本发明的又一个方面,提供一种调节流体弯月面的曲率的方法。所述方法典型地包括:在具有亲水性或疏水性表面的管状外壳内提供流体,其中边界特征约束流体,并且呈现出弯月面;以及调节施加给所述流体的压力以改变弯月面的曲率。
[0015]根据本发明的另一个方面,提供所述光学装置在选自下列的设备中的应用:迷你型照相机、光学开关、便携式显微镜、CD或DVD驱动器、条形码读出器和内窥镜。
[0016]根据本发明的其它方面,提供所述光学装置在纤维光学耦合、检测和显微外科应用中的用途。
[0017]参考说明书的其余部分,包括附图和权利要求,将领悟本发明的其它特征和优点。下面,相对于附图详细描述本发明的另外的特征和优点,以及本发明的不同实施方案的结构和操作。在附图中,相同的附图标记表示相同或功能类似的元件。
附图简述
[0018]图1说明了根据本发明的可调焦流体透镜。通过在被不同的表面能特征限定的边界,比如,如图1a-1c中所示,被疏水性和亲水区域限定的边界上移动流体界面的接触角,以实现流体界面例如,液-液或液-气界面的动态聚焦。
[0019]图2说明了在疏水性Teflon和亲水性玻璃的边界上具有液-液界面,例如水-聚苯基甲基硅氧烷界面的可调焦流体透镜的图像。界面的曲率半径的变化是通过改变施加给液体的压力来实现的。
[0020]图3说明了在可变尺寸的管状外壳中具有至少一个固体透镜的可调焦流体透镜系统。
[0021]图4说明了在可变尺寸的管状外壳中具有至少一个与两种液体透镜接触的固体透镜的可调焦流体透镜系统。
[0022]图5显示了说明在透镜外壳的窗口封装窗口(window enclosingwindow)上的液膜的示意图。
[0023]图6说明了在透镜外壳的封装窗口上具有水膜的可调焦液体透镜的图像。
发明详述
[0024]本发明提供一种可变焦流体透镜,其中焦距可通过改变流体弯月面的接触角来控制。
[0025]图1说明了根据本发明的一个实施方案的具有可调焦流体透镜的光学装置。如图所示,管状外壳10包括毗连亲水区40的疏水区30。在管状外壳10中容纳有第一流体20比如水。如所示的那样,由于区域30的疏水性,流体20在疏水区30和亲水区40之间的边界上受到约束。第二流体25进一步约束流体20,并且形成了流体-流体界面或弯月面50。第二流体25可以包括与第一流体20不混溶的气体或第二液体。流体-流体界面50的接触角限定了弯月面50的曲率,转而限定了流体透镜的焦距。
[0026]下面,图1中所示的示意图还说明了用于调节根据一个实施方案的液体透镜的曲率,从而调节焦点的方法。如所示,将亲水性的高表面张力流体如水填充到亲水区中,正好填充到与疏水区的边界上。在图1a中,在该阶段的弯月面50的接触角是凹面的。通过将压力施加至流体(图1b),弯月面的曲率降低(曲率半径增加)。通过进一步增加压力(图1c),弯月面被推到疏水区中,并且接触角变为凸面。
[0027]因此,可以转变由流体弯月面形成的透镜的曲率。通常,弯月面的曲率将具有介于在流体例如水与亲水性表面的静态接触角和流体例如水与疏水性表面的静态接触角之间的可调性范围。
[0028]利用两种不混溶液体的液-液界面的弯月面、以相同的方式实现动态聚焦。图2显示了采用水-硅油界面获得的透镜效应的图像。原型是使用玻璃管(亲水性层)和作为疏水性层的Teflon涂层制备的。透镜的曲率可以通过施加给液体的压力的变化来调节。
[0029]利用两种液体界面的一个优点在于避免了形成透镜的流体例如水的蒸发。然而,液体的选择需要仔细的设计来匹配适合的液体密度以及折射率。例如,在某些方面中,优选的是,液体具有相同或类似的密度以及所述液体具有不相等的折射率。在其它一些方面中,两种液体可以具有相同或类似的密度,以及类似的折射率;或者两种液体可以具有不同的密度,以及类似的折射率;或者两种液体可以具有不同的密度,以及不同的折射率。
[0030]图3说明了根据本发明的一个实施方案的可变焦流体透镜的光学装置。如图所示,该装置具有管状外壳100,该管状外壳100具有如图所示的两个不同尺寸的内横截面。对于本领域技术人员应当明显的是,在本发明中还可以使用具有其它各种形状和尺寸的管状外壳。外壳100具有内表面,该内表面被分成几个疏水区131-134以及亲水区121和122。如图所示的装置具有一个固体透镜140以及两个液体透镜110和112。液体透镜110以及112分别与亲水区121和122接触。在每一个液体透镜中的液体160和液体162可以是相同或者类似或完全不同的液体。如图3中所示,流体150与液体透镜110的一侧接触以形成一个流体-液体界面170。类似地,流体151与液体透镜110的另一侧接触以形成另一个流体-液体界面175。同样,流体152与液体透镜112的一侧接触以形成一个流体-液体界面180,而流体153与液体透镜112的另一侧接触以形成另一个流体-液体界面185。作为选择,液体透镜110和/或112不与另一种流体接触。图3显示了本发明的一个实施方案,其中固体透镜140位于两个液体透镜之间。本领域技术人员应当理解,在管状外壳内部的液体透镜和固体透镜的其它位置和配置是可行的。将一个或多个压力口(未显示)安置在管状外壳100中,以允许调节容纳在外壳100中的流体的压力,以便调节不同流体-流体界面的曲率。
[0031]在本发明的一些方面中,至少一个液体透镜可以位于固体透镜之间。液体透镜的两个界面可以都是凸面,都是凹面,或者一个是凸面而另一个是凹面。如图3中所示,在透镜110和112中的液体160和液体162可以是相同或类似的液体或者是不同的液体。在本发明的一个实施方案中,液体透镜110和112分别与亲水性表面121和122接触。作为选择,液体透镜可以与疏水性表面接触。
[0032]图4说明了根据本发明的一个实施方案的包括多个可变焦流体透镜的另一个光学装置。如图所示,该装置具有管状外壳200,而该管状外壳200具有两个不同尺寸的内横截面。对于本领域技术人员应当明显的是,在本发明中还可以使用具有其它各种形状和尺寸的管状外壳。外壳200具有内表面,该内表面被分成几个疏水区231-234以及亲水区221和222。所示的装置还具有一个与两个流体透镜212和214接触的固体透镜240,以及位于如图所示的固体透镜240的每一侧上的两个另外的流体透镜210和216。流体透镜210和216分别邻近在疏水区和亲水区221及222之间的界面。形成每一个液体透镜的流体260、262、264和266可以是相同或类似或者可以是完全不同的流体(例如液体)。如图4中所示,流体250与流体透镜210的一侧接触以形成一个流体-流体界面270。类似地,流体251与流体透镜210的另一侧接触以形成另一个流体-流体界面275。同样,流体252与流体透镜216的一侧接触以形成一个流体-流体界面280,而流体253与流体透镜216的另一侧接触以形成另一个流体-流体界面285。另外,流体251与流体透镜212接触以形成一个流体-流体界面290,而流体252与流体透镜214接触以形成另一个流体-流体界面292。而且,流体透镜212和214与固体透镜240接触以分别形成固体-流体界面410和412。作为选择,液体透镜210和/或216不与另一种流体接触。本领域技术人员应当理解,流体透镜和固体透镜在管状外壳内部的其它位置、数量和配置是可行的。将一个或多个压力口(未显示)安置在管状外壳200中,以允许调节容纳在外壳200中的流体的压力,以便调节不同流体-流体界面的曲率。
[0033]在本发明的一些方面中,至少一个液体透镜可以位于固体透镜之间。液体透镜的两个界面可以都是凸面,都是凹面,或者可以一个是凹面而另一个是凸面。如图4中所示,在透镜210、216、212和214中的液体260、262、264和266可以分别是相同或类似的液体或者是不同的液体。在本发明的一个实施方案中,液体透镜210和212分别与亲水性表面221和222接触。作为选择,液体透镜可以与疏水性表面接触。
[0034]图5是显示液膜在透镜外壳的封装窗口上的应用的示意图。如图所示,该装置具有管状外壳300。外壳300具有窗口310、内表面350,该内表面350被构造成容纳并且约束流体330和342以形成液体透镜340。窗口310可以由疏水性或亲水性材料比如玻璃或塑料制成。窗口具有内表面312以及外表面314。内表面312可以涂覆有亲水性或疏水性材料。在一个方面中,窗口被如图所示的薄液体320涂覆或者与薄液体320接触。薄液体320具有还与流体330接触的表面322。流体330可以是气体、比如空气、氧气、氮气、氢气、二氧化碳、一氧化碳或惰性气体;或者液体,比如烃溶剂、油或者液体320的蒸汽。外壳的内表面350可以是亲水性或疏水性表面。液体透镜340与外壳的内表面320接触,并且具有与流体330接触的表面344。液体342可以与液体320相同或者与液体320不同。图5显示了本发明的其中窗口310为玻璃窗口的一个实施方案。液体320和342为处于平衡的水,而流体330为空气。内表面350为疏水性材料。本领域技术人员应当理解,对于在本发明的装置中的应用,其它流体、液体和内表面涂覆材料是可行的。
[0035]疏水性表面可以由下列材料制成:氟化聚合物,比如Teflon(聚四氟乙烯)、CYTOP(通过全氟(链烯基乙烯基醚)的共聚获得的非晶态全氟聚合物)或者全氟烷基三氯硅烷,例如,如1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷或烷基三氯硅烷如OTS十八烷基三氯硅烷。亲水性表面通常由下列材料制成:玻璃或者熔凝硅石,其它材料,如陶瓷或亲水性金属或者亲水性聚合物,例如羟基聚丙烯酸酯或者聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、纤维素聚合物、聚乙烯醇。还可以使用这些材料的涂层。在一个实施方案中,疏水性表面与亲水性表面接触。
[0036]在本发明的一个方面中,装置的疏水性表面,例如表面131-134包含相同或者类似种类的材料。作为选择,装置的疏水性表面,例如表面131-134包含不同种类的材料。
[0037]如上,在一个方面中,本发明的管状外壳具有在该管状外壳的内表面上的疏水区和亲水区。作为选择,或者另外地,管状外壳可以包括亲水性或疏水性内表面以及起着约束流体的作用的边界特征。边界特征可以是纳米级(nanoscopic)微结构或者在管状外壳的内表面内凸出或延伸的结构。所述结构典型地可以使用本领域中熟知的注塑技术或者压印或石印技术,比如纳米压印或纳米石印形术成。
[0038]本发明的边界特征可以是与管状外壳的内表面接触的结构,比如设置在管状外壳的内表面上的材料的环。边界特征结构可以由具有与外壳相同或不同的材料的纳米-或微米-结构组成,所述材料例如是聚合物、无机、金属或者陶瓷的材料或者它们的混合物。
[0039]在本发明中使用的管状外壳可以具有可变的形状以及尺寸。在一个实施方案中,管状壳具有对称的横截面,而在另一个实施方案中,管状外壳具有不对称的横截面。在又一个实施方案中,例如,如图3和4中所示,管状外壳可以具有沿着管状外壳而连续或不连续的尺寸变化的横截面。在本发明中使用的管状外壳的部分可以具有椭圆形、圆形和/或多边形横截面。多边形横截面的边数可以从3变化至约16。一个实例为四边多边形,比如正方形或者矩形。
[0040]在管状外壳内部可以使用各种流体。设置在管状外壳内部的流体可以是液体或气体。流体可以是极性的,可以与非极性液体或者气体组合。可用的极性液体的实例包括水、多元醇比如甘油、1,2-丙二醇、乙二醇等。可用的非极性液体的实例包括硅油或者烃,比如,1-溴十二烷、邻苯二甲酸丁基苄基酯、苄醇。适合的气体的实例为空气。在一个实施方案中,流体与内表面的亲水区接触。作为选择,流体可以与内表面的疏水区接触。在外壳中的流体可以与另一种流体接触,或作为选择,不与任何其它流体接触。可以通过物理边界特征或者通过在亲水性和疏水性表面之间形成的边界约束流体,以形成流体-流体界面或弯月面。
[0041]在本发明的一个方面中,在管状外壳中的第一流体可以与至少一种第二流体接触。第二流体可以与第一流体不混溶或者与第一流体部分相溶。极性和非极性流体以及极性流体与来自上面给出的实例中的气体的任何组合都是适合的。在本发明的一个不同方面中,管状外壳仅含有一种流体。
[0042]流体界面呈现出在边界例如亲水性-疏水性边界上的弯月面或者存在物理边界特征。弯月面的曲率或曲率半径(曲率的倒数)和接触角可以通过给流体施加压力上来调节。平面曲线的曲率由方程(x′y"-y′x")/(x′2+y′2)3/2来定义,其中x′、x"、y′和y"是第一阶和第二阶导数。如图1中所示,可以通过增加或者降低施加给流体的压力来调节弯月面的曲率。在图1(a)和图1(c)中,曲率具有相反的符号。在图1(b)中的弯月面的曲率为0。曲率的可调范围是从在亲水性或者疏水性表面上的流体的静态接触角至在疏水性或亲水性表面者上的流体的接触角。
[0043]在一个优选实施方案中,改变压力是利用压力产生装置和/或改变在空腔中的流体的体积的装置来实现的。例如,在一个方面中,施加到流体上的压力为通过例如电渗析、棘轮泵或电润湿所产生的电动压力。在另一个实施方案中,使用气动泵或者磁流体动力泵产生流体压力。在再一个实施方案中,通过机械装置产生施加到流体上的压力。可用的机械压力产生装置的一个实例为螺杆型泵送装置或者蠕动泵。
[0044]本发明还提供一种调节流体弯月面的曲率的方法。该方法典型地包括在具有亲水性和疏水性表面的管状外壳中提供流体,其中流体的弯月面在亲水性和疏水性表面之间的边界上受到约束;以及调节施加到流体上的压力以改变弯月面的曲率。在一个实施方案中,管状外壳在内部具有流体。在另一个实施方案中,管状外壳上提供有亲水性和疏水性表面。在又一个实施方案中,提供管状外壳,随后形成亲水性表面以及任选的疏水性表面。压力产生装置可以直接或者通过介质接触流体。优选的压力产生装置为电渗析组件。
[0045]本发明还提供一种用于调节流体弯月面的曲率的方法。该方法典型地包括在具有亲水性表面的管状外壳内部提供流体,并且其中边界特征约束流体并且呈现出弯月面;以及调节施加到流体上的压力以改变弯月面的曲率。在一个实施方案中,管状外壳在内部具有流体。在另一个实施方案中,管状外壳上提供有亲水性和疏水性表面。在又一个实施方案中,提供管状外壳,随后增加亲水性表面以及任选的疏水性表面。压力产生装置可以直接或者通过介质接触流体。优选的压力产生装置为电渗析组件。
[0046]在本发明中所述的液体透镜有利地给便携式成像装置提供理想的很低成本、紧凑的光学聚焦系统。
[0047]在一个方面中,本发明提供了所述光学装置在选自下列的设备中的应用:迷你型照相机、光学开关、便携式显微镜、CD或DVD装置、条形码读出器和内窥镜。例如,根据本发明的透镜可以用作在用于远程通信中使用的光学装置中的组件(例如,迷你型照相机、光学开关)、数据存储(例如CD、DVD型的驱动器、条形码读出器)、传感(例如,分析设备)、制造(例如,激光技术)以及医疗(例如,内窥镜)应用。特别是,本发明有利于制备手机照相机以及数字照相机。
[0048]在又一个实施方案中,本发明提供所述光学装置在纤维光学耦合、检测和显微外科应用中的用途。在本发明中所述的可变焦透镜特别适用于手机照相机。
[0049]在优选方面中,使用标准光刻技术在硅衬底中形成流体通道。其它可用的衬底材料包括绝缘金属、绝缘非金属、绝缘半导体和绝缘体。具体实例包括硅、氮化硅、石英、玻璃等。应当理解可以使用对于本领域技术人员显而易见的其它材料。根据本发明的流体通道优选具有如例如图1中所示的圆形横截面。然而,应当理解流体通道可以具有任何的横截面几何形状,比如卵圆形或椭圆形、正方形、矩形、三角形、六边形等。此外,在某些方面中,流体通道应当具有适用于特殊应用的尺寸。例如,在一个圆形横截面的实施方案中,流体通道(因此流体透镜的直径)具有在约1000或100μm以下之间的直径。应当理解该直径(或其它横截面几何形状的通道的相关尺寸)的范围可以在下至光刻加工的极限(例如,当前约100nm),上至mm或cm范围。
[0050]现在将描述根据本发明的在衬底(外壳)中形成装置结构,例如,流体通道的方法的一个实例。在一个方面中,使用标准硅/玻璃微制造技术在外壳中制造流体通道。首先,使用标准清洁技术清洁硅以及玻璃晶片。为了流体通道,在硅晶片上旋涂光致抗蚀剂,然后用包含流体通道图案的光掩模曝光。在显影后,将流体通道图案转移到光致抗蚀剂上。使用蚀刻,例如,BHF蚀刻除去在图案化区域上的SiO2。之后,使用湿法蚀刻(例如,KOH,40%+60℃)或者其它蚀刻技术,将通道蚀刻至所需的深度,例如,至约100μm深。然后,如所熟知的,疏水性材料例如CYTOP可以被图案化和沉积例如旋涂,被曝光、显影和蚀刻。作为选择,代替疏水区或者除疏水区以外,可以在流体通道中沉积或者以其它方式形成表面特征结构。例如,在流体通道的形成过程中,例如,在图案化、掩蔽以及蚀刻阶段过程中,可以在衬底中形成表面特征比如材料环,或者可以在形成流体通道之后,沉积材料环或者另外方式形成材料环。应当理解上述仅是形成流体通道的一种可能方法的实例,并且应当理解可以在需要时使用其它另外的或者作为选择的材料、参数以及工艺步骤。
[0051]尽管通过实例并且根据具体实施方案描述了本发明,但是应理解本发明不限于所公开的实施方案。相反,意在覆盖对于本领域技术人员显而易见的各种变体以及类似的配置。因此,后附权利要求的范围应当符合最宽泛的解释,以包括所有这些变体以及类似的配置。

Claims (40)

1.一种光学装置,包括:
a)具有内表面的管状外壳,所述内表面具有疏水性部分和亲水性部分;
b)第一流体,所述第一流体被设置在所述管状外壳内部,并且与所述亲水性表面部分接触,其中在所述亲水性表面部分和疏水性表面部分之间的边界约束所述流体,并且呈现出弯月面;和
c)压力控制装置,所述压力控制装置与所述流体连接,用于调节所述弯月面的曲率。
2.权利要求1所述的装置,其中所述疏水性表面部分和亲水性表面部分被设置在所述内表面上。
3.权利要求1所述的装置,其中所述第一流体与第二流体接触。
4.权利要求1所述的装置,其中所述第一流体不与第二流体接触。
5.权利要求3所述的装置,其中所述第二流体与所述第一流体不混溶。
6.权利要求3所述的装置,其中所述第一流体和/或所述第二流体是介电流体或导电流体。
7.权利要求6所述的装置,其中所述第一流体和/或所述第二流体是极性的。
8.权利要求3所述的装置,其中所述第二流体与所述第一流体不混溶,并且选自气体、液体以及它们的组合。
9.权利要求1所述的装置,其中所述管状外壳具有对称的横截面或者不对称的横截面。
10.权利要求9所述的装置,其中所述对称的横截面或者不对称的横截面的形状和/或尺寸在所述管状外壳的不同位置上不同。
11.权利要求9所述的装置,其中所述对称的横截面是选自椭圆形、圆形和多边形横截面中的成员,并且其中所述多边形横截面的边数为3至16。
12.权利要求1或3所述的装置,其中所述流体选自气体、液体以及它们的组合。
13.权利要求1所述的装置,其中所述亲水性表面部分包含选自玻璃、熔凝硅石、陶瓷、亲水性金属和亲水性聚合物材料中的材料。
14.权利要求1所述的装置,其中所述疏水性表面包含选自聚合物和有机小分子中的材料。
15.权利要求14所述的装置,其中所述聚合物选自Teflon、CYTOP和全氟烷基三氯硅烷。
16.权利要求1所述的装置,其中所述压力或体积控制装置包括选自螺杆型泵送装置和蠕动泵中的电动或机械的压力或体积控制组件。
17.权利要求1所述的装置,还包括在所述管状外壳内部的至少一个固体透镜。
18.一种光学装置,包括:
a)具有内表面的管状外壳;
b)被设置在所述内表面上的亲水性表面或疏水性表面;
c)流体,所述流体被设置在所述管状外壳内部,并且与所述亲水性表面或疏水性表面接触,并且其中边界特征约束所述流体,并且呈现出弯月面;和
d)压力或体积控制装置,所述压力或体积控制装置与所述流体连接,用于调节所述弯月面的曲率。
19.权利要求18所述的装置,其中所述边界特征是与所述管状外壳的所述内表面接触的结构。
20.权利要求18所述的装置,其中所述边界特征包括被设置在所述内表面上的材料环。
21.一种调节流体弯月面的曲率的方法,所述方法包括:
a)在具有亲水性表面部分和疏水性表面部分的管状外壳内部提供流体,其中所述流体的弯月面在所述亲水性表面部分和疏水性表面部分之间的边界上受到约束;以及
b)调节施加给所述流体的压力或在所述外壳内部的所述流体的体积,以改变所述弯月面的曲率。
22.权利要求21所述的方法,其中所述疏水性表面部分和亲水性表面部分被设置在所述内表面上。
23.权利要求21所述的方法,其中所述流体与至少一种其它流体接触。
24.权利要求21所述的方法,其中所述流体不与任何其它流体接触。
25.权利要求23所述的方法,其中所述流体相互不混溶。
26.权利要求21所述的方法,其中所述流体是介电流体或导电流体。
27.权利要求26所述的方法,其中所述流体是极性的。
28.权利要求21所述的方法,其中所述流体选自气体、液体以及它们的组合。
29.权利要求21所述的方法,其中所述管状外壳具有对称的横截面或者不对称的横截面。
30.权利要求21所述的方法,其中所述管状外壳具有可变尺寸的横截面。
31.权利要求29所述的方法,其中所述对称的横截面是选自圆形和多边形横截面中的成员,并且其中所述多边形横截面的边数为3至16。
32.一种调节流体弯月面的曲率的方法,所述方法包括:
a)在管状外壳内部提供流体,所述管状外壳具有亲水性表面或疏水性表面,以及具有约束所述流体并且呈现出弯月面的边界特征;以及
b)调节施加给所述流体的压力或在所述外壳内部的所述流体的体积,以改变所述弯月面的曲率。
33.权利要求32所述的装置,其中所述边界特征是与所述管状外壳的所述内表面接触的结构。
34.权利要求32所述的装置,其中所述边界特征包括被设置在所述内表面上的材料环。
35.权利要求1或18中任一项所述的光学装置在制造选自下列的设备中的用途:迷你型照相机、光学开关、便携式显微镜、CD或DVD装置、条形码读出器、内窥镜、射束控向装置或光束控制装置。
36.权利要求1或18中任一项所述的光学装置在纤维光学耦合、光检测或显微外科应用中的用途。
37.一种光学装置,包括:
a)具有内表面的管状外壳;
b)被设置在所述管状外壳内部的固体透镜;
c)第一流体,所述第一流体被设置在所述管状外壳内部,并且与所述固体透镜接触;
d)第二流体,所述第二流体被设置在所述管状外壳内部,并且与所述第一流体接触,其中在所述第一流体和第二流体之间的边界呈现出弯月面;和
e)压力或体积控制装置,所述压力或体积控制装置与所述第一或第二流体连接,用于调节所述弯月面的曲率。
38.权利要求37所述的装置,其中所述第二流体与所述第一流体不混溶。
39.权利要求37所述的装置,其中所述第一流体为液体。
40.权利要求39所述的装置,其中所述第二流体与所述第一流体不混溶,并且其中所述第二流体选自气体、液体以及气体与液体的组合。
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