CN1942804A - 液基光学设备和电子设备 - Google Patents

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    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length

Abstract

本发明公开了一种光学设备，其包括封闭绝缘液体(A)和响应于电场的液体(B)的容器，所述绝缘液体(A)和所述响应于电场的液体(B)不混溶并且通过界面(14)彼此接触，所述液体(A；B)中的至少一个至少部分地被放置在通过所述容器的光路中。所述光学设备进一步包括借助于电压控制所述界面(14)的形状的电极布置(2；12)；和用于防止所述界面暴露于外部电场的装置(100)。因此，避免了静电电荷积累在光学设备的表面上，这防止了由于响应于电场的液体(B)和静电电荷之间的相互作用导致的界面(14)的部期望的变形。

Description

液基光学设备和电子设备
技术领域
本发明涉及一种光学设备，其包括封闭绝缘液体和响应于电场的液体的容器，所述绝缘液体和所述响应于电场的液体不混溶并且通过界面彼此接触，所述液体被放置在通过所述容器的光路中；用于借助于电压控制所述界面的形状的电极布置。
本发明进一步涉及包括这种光学设备的电子设备。
背景技术
基于液体操纵的光学设备正迅速地获得大量的市场关注，至少是因为它们缺少设备的机械移动部分和相对简单性，其使得所述设备便宜且耐用。
例如，在美国专利申请US2001/0017985中公开了一种光学设备，其包含两种具有相同折射率但是不同透射率的不混溶液体，两种液体中的一个是导电的。通过改变这些两种液体之间的界面，通过设备的光路中的每种液体的量被改变，结果获得光阑。
国际专利申请WO03/069380公开了一种圆柱形变焦透镜，其包含具有不同折射率的两种不混溶流体，所述流体中的一个是导电的，另一个是绝缘的。通过在透镜上施加电压操纵两种流体之间的界面的形状，这可以用于引入透镜的焦点变化。圆柱的壁和圆柱的透明盖子中的一个可以涂有疏水涂层，以保证至少在切断状态下典型地为极性液体的所述导电流体，所述壁和所述导电流体之间的接触面积被最小化以便获得具有大曲率的界面，这有助于透镜的大光功率范围。
这种设备出现的问题是在一段时间之后会发生界面的意外变形，这扰乱了界面的预期光学性能。
发明内容
本发明试图提供一种光学设备，其中界面的意外变形得以避免。
本发明进一步试图提供一种包括这种改进光学设备的电子设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学设备，其包括封闭绝缘液体和响应于电场的液体的容器，所述绝缘液体和所述响应于电场的液体不混溶并且通过界面彼此接触，所述液体中的至少一个至少部分地被放置在通过所述容器的光路中；用于控制所述界面取向的装置；和用于防止所述界面暴露于外部电场的装置。
在本发明的上下文中，短语‘响应于电场的液体’意味着包括导电液体，极性液体和可极化液体。
本发明基于这样的认识，即界面的意外变形是由于其暴露于外部电场导致的，所述外部电场可能是由于静电电荷积累在容器表面上导致的静场。静电电荷的积累例如可能是由于容器表面的故意或意外摩擦导致的。
用于控制所述界面取向的所述装置可以包括借助于电压控制所述界面形状的电极布置。这在作为变焦透镜的光学设备的情况下特别有利，因为这促进了透镜具有大光功率。
在一个实施方式中，所述表面是所述容器的透明端部的一部分，用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置包括导电层，所述导电层形成所述透明端部的一部分。这具有的优点在于可以避免静电电荷积累在所述透明端部上。
有利地，所述电极布置包括与响应于电场的所述液体接触的电极，所述导电层导电地耦连到所述电极。在该实施方式中，所述导电层被保持在与响应于电场的所述液体相同的电位上，因此保证了所述透明末端上存在的任何静电电荷不会影响界面的形状。
在进一步的实施方式中，用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置包括围绕所述容器的法拉第笼。可以与前面的实施方式组合的该实施方式保护光学设备免于暴露于外部电场，因此阻止静电电荷积累在容器表面上。
法拉第笼可以包括至少部分覆盖另一容器的导电涂层。这具有的优点在于可以独立于光学设备生产法拉第笼。
所述另一容器可以是至少部分透明的。这具有的优点在于所述另一容器可以完全密封光学设备的所述容器，而不会损害通过后者的光路。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括光学设备的电子设备，其包括封闭绝缘液体和响应于电场的液体的容器，所述绝缘液体和所述响应于电场的液体不混溶并且通过界面彼此接触，所述液体中的至少一个至少部分地被放置在通过所述容器的光路中；用于控制所述界面的取向的装置；和用于防止所述界面暴露于外部电场的装置；所述电子设备进一步包括连接到用于控制所述界面取向的所述装置的驱动电路和用于为所述驱动电路供电的电源，用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置连接到所述电源的端子。
本发明的电子设备具有的优点在于其光学设备的性能不受外部电场干扰，例如静电电荷在光学设备的容器表面上的积累。
在一个实施方式中，用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置连接到电源的端子，优选接地，从而保证所述装置被保持在与响应于电场的所述液体相同的电位上。
在一个备选实施方式中，用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置形成布置的一部分，用于屏蔽电子设备的电子电路免受外部辐射。这具有的优点在于通过扩展早已存在于电子设备中的布置可以保护光学设备免于静电电荷的积累，这是具有成本效益的。
附图说明
参考附图作为非限定性例子更详细地描述本发明，其中：
图1示意性地显示了现有技术的变焦透镜；
图2示意性地显示了根据本发明的光学设备；
图3示意性地显示了根据本发明的另一光学设备；
图4示意性地显示了根据本发明的一种电子设备；和
图5示意性地显示了根据本发明的另一电子设备。
具体实施方式
应当理解的是所述图仅仅是示意性的并且未按照比例绘制。也应当理解的是在所有图中相同的参考数字指示相同或相似的部分。
在图1中，显示了如国际专利申请WO03/069380中所公开的一种变焦透镜。所述变焦透镜包括容纳在圆柱形室中的第一流体A和第二流体B。所述流体是不混溶的，具有不同的折射率并且优选地具有相同的密度以避免对流体的取向产生取向依赖性重力影响，在流体之间包括界面14。圆柱形室进一步包括第一端部4和第二端部6，第一端部4以及圆柱形室的内壁由诸如来自DuPont公司的AF1600TM的疏水涂层覆盖，其可以与聚对二甲苯基的叠层组合，从而在没有施加电压的情况下由绝缘流体A限制导电流体B。通过将嵌入到室壁中的圆柱电极2和优选透明的环形电极12上的直流或交流电压从值V1改变到值V2，可以以连续的方式将界面14的形状从在取向(a)上所示的凸状切换到在取向(b)上所示的凹状，所述环形电极12位于与第二流体B导电接触的第二盖子6上。所以，通过圆柱的光路L的焦点被改变。
透明端部4可以是玻璃或聚合物盖子或其他合适的透明材料，其可以是透镜状。流体A和B的容器暴露于外部电场、或者摩擦透明端部4，例如用布清洁端部，或者通过衣服口袋中光学设备的磨损而意外摩擦端部4，可以导致静电电荷积累在容器表面上，例如透明端部4。该电荷可以吸引导电流体B，由此扰乱流体A和B之间的界面14的形状，如图(c)中所示，因而导致透镜的预期光学性能的偏差。由于静电电荷泄漏掉需要耗费几小时或者更长时间，因此显然这是非常不期望的效应。需要指出的是当透镜暴露于外部电场时会发生类似的不期望的效应。
需要强调的是尽管作为例子使用来自国际专利申请WO03/069380的现有技术透镜来解释该不期望的效应，其他液基光学设备，例如在美国专利申请US2001/0017985中公开的光阑也同样会遇到该问题。
在图2和以下的附图中，图1的变焦透镜将被示为本发明的光学设备的一个实施方式。然而，需要强调的是本发明的教导也应用于其他液基光学设备。在图2中，图1的变焦透镜被扩充以导电层100用于防止界面暴露于透镜的外部电场，即在第一端部4上。导电层100被显示在端部4的内表面上，但是端部4的外表面上的取向也是可行的。导电层100可以用任何已知的透明导电材料实现，例如氧化铟锡(ITO)，三氧化铟(In2O3)或二氧化锡(SnO2)。优选地，导电层100被保持在与响应于电场的液体B相同的电位上，这可以通过将导电层100导电地耦连到与响应于电场的液体B接触的电极12来实现，如图2中所示。
图3显示了本发明的光学设备的另一实施方式。图1的变焦透镜被放置在另一容器120内。该另一容器120可以相对于变焦透镜的端部4和端部6是开放的，或者可以具有与那些端部相对的透明部分。该另一容器120可以进一步包括金属体，或者可以进一步包括非导电材料，例如塑料或玻璃，其可以是透明的。在包括这种非导电材料的另一容器120的情况下，该另一容器120进一步包括导电涂层140，其可以是透明的，并且其可以位于该另一容器120的内表面或外表面上。
因此，该另一容器120充当围绕变焦透镜的法拉第笼，因而防止静电电荷在容器表面上的积累。此外，由于外部电场也可以破坏光学设备的预期光学性能，因此法拉第笼也保护了光学设备免受这种破坏。导电涂层140也可以涂覆于变焦透镜的容器的外表面，在该情况下另一容器120可以被省略。优选地，导电涂层140或导电的另一容器120导电地耦连到响应于电场的液体B，以保证法拉第笼被保持在与响应于电场的液体B相同的电位上。该导电耦连可以通过电极12实现。需要强调的是，法拉第笼的前述实施方式可以与如图2中所示的导电层100的任何一个实施方式组合，而不脱离本发明的范围。
在这一点上，需要强调的是尽管在该申请中用于控制界面14取向的装置被描述为借助于电压控制界面14的形状的电极布置，用于控制界面14取向的其他装置也是同样可接受的，例如如优先权日为14/05/2003的未公开欧洲专利申请03101335.2中所述的用于控制界面14取向的装置。
在该申请中，所公开的变焦透镜包括两种具有不同折射率的不混溶的液体。所述透镜具有两个室，所述两种液体分布于所述室上：界面位于其中并且光路延伸穿过其中的第一室，以及具有到第一室的两个连接的第二室。第二室包括泵，该泵用于改变两个室中的液体的各自体积。因此，通过两种液体之间的界面相对于第一室内壁的位置平移而不是通过改变形状，即界面的曲率，来改变透镜的焦点。
图4显示了本发明的电子设备1的一个实施方式，其包括在端部4上具有导电层100的光学设备，如图2中所示和详细所述。电子设备1进一步包括用于在包括电极2和12的电极布置上施加电压的驱动电路20，和用于采集图像的图像传感器30，所述图像通过光学设备的光路进入电子设备1。驱动电路20和图像传感器30由电源40供电，该电源的其中一个端，例如接地端，耦连到导电层100。这也可以是电子设备1的接地端。可选地，导电层100也可以以类似于图2中所示的布置通过电极12耦连到电源40。
图5显示了本发明的电子设备1的另一实施方式，其包括液基光学设备，例如变焦透镜，驱动电路20，图像传感器30和电源(未示出)。电子设备1进一步包括电子电路50，该电子电路通过屏蔽材料60与外部辐射屏蔽开，例如来自电子电路外部的辐射。屏蔽材料60可以是技术人员已知的任何合适的材料，例如导电箔或金属外壳。屏蔽材料60在光学设备的容器上延伸而不阻挡通过光学设备的光路，以防止静电电荷在光学设备的容器表面上的积累。
应当注意的是上述实施方式仅仅是举例而非限制本发明，本领域的技术人员将能够设计许多替换实施方式而不脱离后附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号中的任何参考标记不应当被理解成限制权利要求。词语“包括”并不排除在权利要求中所列出的那些之外还存在其他元件或步骤。在元件之前的词语“一”并不排除存在多个这种元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件装置实现。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以体现为硬件的同一个零件。某些手段在彼此不同的从属权利要求中被叙述的单纯事实并不表示这些手段的组合不能被有利地使用。

Claims (11)

1.一种光学设备包括：
封闭绝缘液体(A)和响应于电场的液体(B)的容器，所述绝缘液体(A)和所述响应于电场的液体(B)不混溶并且通过界面(14)彼此接触，所述液体(A；B)中的至少一个至少部分地被放置在通过所述容器的光路中；
用于控制所述界面(14)取向的装置；和
用于防止所述界面暴露于外部电场的装置(100，120，140)。
2.如权利要求1所述的光学设备，其中用于控制所述界面取向的所述装置包括借助于电压控制所述界面(14)的形状的电极布置(2；12)。
3.如权利要求1或2所述的光学设备，其中所述表面是所述容器的透明端部(4)的一部分；用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置包括导电层(100)，所述导电层(100)形成所述透明端部(4)的一部分。
4.如权利要求3所述的光学设备，其中用于控制所述界面取向的所述装置包括与响应于电场的所述液体(B)接触的电极(12)，所述导电层(100)导电地耦连到所述电极(12)。
5.如权利要求1或2所述的光学设备，其中用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置包括围绕所述容器的法拉第笼(120，140)。
6.如权利要求5所述的光学设备，其中所述法拉第笼包括至少部分覆盖另一容器(120)的导电涂层(140)。
7.如权利要求6所述的光学设备，其中所述另一容器(120)是至少部分透明的。
8.一种包括光学设备的电子设备(1)，包括：
封闭绝缘液体(A)和响应于电场的液体(B)的容器，所述绝缘液体(A)和所述响应于电场的液体(B)不混溶并且通过界面彼此接触，所述液体(A；B)中的至少一个至少部分地被放置在通过所述容器的光路中；
用于控制所述界面(14)取向的装置(2；12)；和
用于防止所述界面暴露于外部电场的装置(60，100)；
耦连到用于控制所述界面(14)取向的所述装置(2；12)的驱动电路(20)；和
用于为所述驱动电路(20)供电的电源(30)。
9.如权利要求7所述的电子设备(1)，其中用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置(100)被耦连到所述电源(30)的端子。
10.如权利要求8所述的电子设备(1)，其中所述端子是接地端。
11.如权利要求8或9所述的电子设备(1)，其中用于防止所述界面暴露于外部电场的所述装置形成了布置(60)的一部分，用于屏蔽电子设备(1)的电子电路(50)免受外部辐射。
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