-
Verweis auf
verbundene Anmeldungen
-
Diese
Anmeldung stützt
sich auf die Koreanische Patentanmeldung Nummer 2005-0029388, die am
8. April 2005 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereicht
wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme mit eingebunden ist.
-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitszoomlinse, insbesondere
auf eine Flüssigkeitszoomlinse
umfassend einen zylinderförmigen
Körper,
der mit Isolierflüssigkeit
und Elektrolytflüssigkeit
befüllt
ist, derart, dass mehrere Grenzflächen ausgebildet werden, deren
Krümmung
sich jeweils durch Anlegen einer Spannung verändert, und eine scheibenförmige Linse,
die innerhalb der sich an einer oberen Seite befindenden Elektrolyte
vorgesehen ist, um sowohl eine optische Zoomfunktion als auch eine
Autofokusfunktion dadurch zu erfüllen, dass
eine Krümmungsänderung
der Grenzflächen durch
Anlegen einer Spannung an die Grenzflächen der Elektrolyte mithilfe
von Elektroden, die als Metallbeschichtungen auf dem Körper ausgeformt
sind, bewirkt wird.
-
Da
innerhalb der letzten Jahre zunehmend neue Formen mobiler Endgeräte, wie
beispielsweise Mobiltelefone oder Personal Digital Assistants (PDA),
mit integrierter Kamera in den Markt eingeführt wurden, ist auch die Nachfrage
nach mobilen Endgeräten
mit integrierter Kamera mit einer hohen Pixelzahl und verschiedenen
Funktionen gestiegen. Eine derartige mobile Endgerätkamera
umfasst eine Linse, die an einem Bildaufnahmegerät, wie einem ladungsgekoppelten
Bauelement (CCD), einem komplementären Metall-Oxid-Halbleiterelement
(CMOS) oder Ähnlichem,
angebracht ist und derart ausgelegt ist, dass durch die Linse ein
Bild eines Objekts aufgenommen wird und dass die Daten des aufgenommenen
Bildes durch ein vorbestimmtes Speichermedium gespeichert werden
können.
-
Um
entsprechend einem aktuellen Trend die Leistungsfähigkeit
im Megapixelbereich für
die Kamera bereitzustellen, muss die Linse nicht nur mit einer ausreichend
hohen Auflösung
entworfen werden, sondern im Hinblick auf die Montagetoleranz auch größer als
die Sensoren ausgeführt
werden.
-
Ein
an einem mobilen Endgerät
angebrachtes und zur Bildaufnahme eines Objekts verwendetes Linsensystem
wird gewöhnlich
durch verschiedene Arten von Aberrationen, wie sphärische Aberration, Astigmatismus,
Verzeichnung usw., beeinträchtigt, wobei
Form- oder Morphologieverformungen des Objektbilds aufgrund des
Einflusses von bei der Bildaufnahme des Objekts auf die Linsen einfallendem Licht
mit unterschiedlichen Wellenlängen
verursacht werden. Aus diesem Grund ist es notwendig, Vorkehrungen
zu treffen, um das Auftreten von Aberrationen weitestgehend zu unterdrücken.
-
Ein
derartiges Linsensystem kann Vergrößerungen durchführen, um
eine variable Brennweite zu erreichen. Eine Zoomfunktion des Linsensystems kann
gewöhnlich
dadurch erreicht werden, dass ein Abstand zwischen den Linsen durch
die Relativbewegung zwischen einer Frontlinse mit einem positiven
Brechungsindex und einer Hinterlinse mit einem negativen Brechungsindex
eingestellt wird. Bei einer gewöhnlichen
Kamera wird ein Weitwinkelobjektiv oder ein Teleobjektiv zur Veränderung
der Brennweite zwischen einer existierenden Linse und einer Zusatzlinse
zusätzlich
an der Kamera angebracht, um die Zoomfunktion zu erweitern, wodurch
es ermöglicht
wird, dass ein Benutzer ein Bild aus verschiedenen Blickwinkeln
ohne Positionsveränderung
aufnehmen kann.
-
Der
Zoom wird im Allgemeinen in einen optischen Zoom und einen digitalen
Zoom unterteilt. Der optische Zoom bezieht sich auf einen Zustand,
bei dem das Bild des Objekts durch eine variable Brennweite durch
die Relativbewegung einer an der Kamera angebrachten optischen Linse
vergrößert wird. Der
digitale Zoom bezieht sich auf einen Zustand, bei dem das Bild des
Objekts im CCD vergrößert und
anschließend
dargestellt wird, genauso wie ein Bild in einem Grafikprogramm,
wie z. B. Photo-Shop oder Ähnliches,
vergrößert wird.
-
Beim
digitalen Zoom wird das Bild des Objekts im CCD vergrößert, so
dass zusätzlicher
Platzbedarf für
die Bewegung der Linsen zur Variation der Brennweite entfällt. Somit
ist der digitale Zoom hinsichtlich der Miniaturisierung und der
Kompaktheit vorteilhaft, er weist jedoch das Problem auf, dass bei der
Bildaufnahme im Zoombetrieb keine scharfe Auflösung erreicht werden kann.
-
Im
Gegensatz dazu wird beim optischen Zoom der Zoombetrieb in Abhängigkeit
der Variation der Brennweite zwischen den Linsen erreicht, wobei Platz
für die
Bewegung der Linsen entsprechend der Variation der Brennweite benötigt wird.
Demzufolge ist der optische Zoom dahingehend unvorteilhaft, dass
viel Platz für
das Linsenstück
und den das Linsenstück
umgebenden Objektivtubus benötigt
wird. Trotz des Nachteils, dass das Volumen des mobilen Terminals
vergrößert wird,
können
Verbraucher diese Ausführungsform
gegenüber
dem digitalen Zoom aufgrund der Vorteile der scharfen Auflösung beim Zoombetrieb
bevorzugen.
-
Da
eine aktuelle Markttendenz in Richtung Miniaturisierung und Kompaktheit
dennoch eine Verkleinerung des Raumes zur Variation der Brennweite notwendig
macht, haben Hersteller anstelle von mobilen Terminals mit integrierter
optischer Zoomfunktion hauptsächlich
solche mit integrierter digitaler Zoomfunktion auf den Markt gebracht.
Innerhalb der letzten Jahre wurden aber auch mobile Endgeräte mit optischem
Zoom auf den Markt gebracht, die die optische Zoomfunktion auf einer
Rückseite
eines mobilen Endgeräts
zur Verfügung
stellen können.
-
Die
Koreanische Patentanmeldung Nummer 2003-0003984 offenbart ein herkömmliches
mobiles Endgerät,
das eine optische Zoomfunktion beinhaltet. Das aus der Offenlegungsschrift
bekannte mobile Endgerät
weist einen verbesserten Aufbau des Objektivtubus für einen
optischen Zoom auf, der auf eine digitale Kamera und Ähnliches
angewandt werden kann, und umfasst eine Zoomkamera, die eine kleine Größe und eine
hohe Auflösung
aufweist und die einfach hergestellt werden kann und die eine Zoomlinsenkonstruktion
im Aufbau des Objektivtubus umfasst.
-
Die
Zoomlinsenkonstruktion umfasst eine Frontlinse, eine Hinterlinse
mit einem negativen Brechungsindex, einen inneren Objektivtubus,
der eine entlang einer Oberfläche
des inneren Objektivtubus ausgeformte schraubenförmige Nut zur Führung einer
schraubenförmigen
Bewegung der Front- und Hinterlinsen aufweist, und einen äußeren Objektivtubus,
der auf der Oberfläche
des inneren Objektivtubus aufgesetzt werden kann und eine auf einer
inneren Oberfläche
des äußeren Objektivtubus
ausgeformte Führungsnut
zur Führung
einer senkrechten Bewegung der Front- und der Hinterlinsen aufweist.
-
Bei
der wie oben beschrieben aufgebauten Zoomkamera sind die inneren
und äußeren Objektivtuben
auf einer Seite des mobilen Endgeräts teleskopisch angebracht,
derart, dass eine Brennweite der Zoomkamera in Bezug auf die Bewegung
zwischen den Linsen variieren kann, wobei die inneren und äußeren Objektivtuben
durch den Betrieb eines sich innerhalb des Endgeräts befindenden
Motors sequentiell auseinander gefahren werden, wodurch die optische
Zoomfunktion erreicht wird. Demzufolge besteht bei der aus der Offenlegungsschrift
bekannten Zoomkamera ein Nachteil darin, dass für den Zoombetrieb innerhalb
der Kamera viel Platz benötigt
wird.
-
Darüber hinaus,
da der Motor der Kamera unweigerlich derart betrieben wird, dass
die inneren und äußeren Objektivtuben
mit der sich darin befindenden Vielzahl von Linsen nach außen aus
der Zoomkamera herausgefahren werden, verursacht der beim Betrieb
des Motors entstehende Energieverlust eine Zunahme des Energieverbrauchs
eines Akkus.
-
Um
die oben genannten Probleme zu lösen, wurde
eine Flüssigkeitslinse
entwickelt, die innerhalb des mobilen Endgeräts wenig Platz einnimmt und
deren Energieverbrauch nicht hoch ist. Die Flüssigkeitslinse umfasst eine
Elektrolytflüssigkeit
und eine Isolierflüssigkeit
in einem einzigen Objektivtubus, um dazwischen eine Grenzfläche auszubilden,
deren Krümmung
durch Anlegen einer Spannung an die Elektrolyte durch den Objektivtubus
hindurch verändert
wird, um die Zoomfunktion zu realisieren.
-
Eine
Linse, die die Zoomfunktion zur Verfügung stellen kann, ist in der
Koreanischen Patentanmeldung Nummer 2005-0033308 mit dem Titel „Zoomkamera
mit Flüssigkeitslinse
für Mobiltelefon, Steuereinrichtung
und Verfahren" offengelegt
und soll nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 erläutert werden.
-
1 ist
ein Schnitt durch eine herkömmliche
Flüssigkeitslinse.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die herkömmliche
Flüssigkeitslinse
eine erste Linsengruppe 310, umfassend eine erste Linse 311 mit
einem positiven Brechungsindex und eine zweite Linse 312 mit
einem negativen Brechungsindex, eine erste Flüssigkeitslinse 300,
umfassend eine zwischen einer leitenden Flüssigkeit und einer nicht leitenden
Flüssigkeit
ausgeformte Grenzfläche, deren
Krümmung
als Reaktion auf ein Steuerungssignal für eine Zoomfunktion verändert wird,
und eine zweite Linsengruppe 330, umfassend eine beidseitig asphärisch ausgeformte
dritte Linse 331 mit einem positiven Brechungsindex und
eine beidseitig asphärisch
ausgeformte vierte Linse 332 mit einem negativen Brechungsindex,
und einen mit einem vorbestimmten Abstand von der zweiten Linsengruppe 330 räumlich getrennt
angeordneten Infrarot-Filter 340.
-
Wie
in 2 gezeigt, wird die herkömmliche, aus der Offenlegungsschrift
bekannte Flüssigkeitslinse
auf der Grundlage des Phänomens
der Elektrobenetzung (electrowetting) betrieben, wobei das Phänomen der
Elektrobenetzung durch Verändern
des Kontaktwinkels α als
Ergebnis einer Veränderung
der Oberflächenspannung
einer Grenzfläche
durch Bewegung der auf der Grenzfläche liegenden Ladungen verursacht
wird. Insbesondere wird ein dünnes
Isoliermedium auf der Grenzfläche
angebracht, um eine hohe Potentialdifferenz der Grenzfläche zu gewährleisten,
und die Ladungen in den Elektrolyten haben die Eigenschaft, sich
aufgrund chemischer Eigenschaften zu einer oberen Oberfläche der
Grenzfläche zu
bewegen.
-
Zu
diesem Zeitpunkt, wenn ein elektrisches Feld von außen an die
Grenzfläche
angelegt wird, werden die Eigenschaften der Ladungen weiter verstärkt, und
die Ladungskonzentration wird an einer Dreifachkontaktlinie (Triple
Contact Line), an der die Grenzflächen einander überdecken,
erheblich verstärkt,
wobei die abstoßende
Wirkung zwischen den Ladungen derart zunimmt, dass die Oberflächenspannung
am Tröpfchenrand
verringert wird.
-
Da
das Phänomen
der Elektrobenetzung zum einfachen Steuern einer winzigen Flüssigkeitsmenge
und von Kleinstpartikeln in der Flüssigkeit verwendet werden kann,
wurden innerhalb der letzten Jahre zur Anwendung des Phänomens der
Elektrobenetzung verschiedene Untersuchungen mit einer Vielzahl
von Produkten, wie beispielsweise Flüssigkeitslinsen, Mikropumpen,
Anzeigegeräten,
optischen Geräten
und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) usw., durchgeführt.
-
Eine
Flüssigkeitslinse
für den
Autofokus kann im Vergleich zu einer herkömmlichen, mechanisch betriebenen
Linse insbesondere verbesserte Eigenschaften hinsichtlich einer
kleinen Größe, eines geringen
Energieverbrauchs und einer schnelleren Ansprechrate aufweisen.
-
Die
wie oben beschrieben aufgebaute Flüssigkeitslinse kann die Zoomfunktion
in Abhängigkeit der
Krümmungsänderung
der Grenzfläche
zwischen der leitenden Flüssigkeit
und der nicht leitenden Flüssigkeit
der einzelnen Flüssigkeitslinse
innerhalb des einzigen Objektivtubus, der die Vielzahl von Linsengruppen
und die Flüssigkeitslinse
enthält,
zur Verfügung
stellen, wobei das Problem der Platzbeschränkung durch die herkömmliche
optische Zoomlinse, die den teleskopischen Objektivtubus verwendet,
gelöst
wird. Abgesehen von diesen Vorteilen besteht das Problem bei der
herkömmlichen
Flüssigkeitslinse darin,
dass die einzige Flüssigkeitslinse
durch die Krümmungsänderung
zwischen den sich im Objektivtubus befindenden Flüssigkeiten
nur eine Zoomfunktion ausführt.
-
Außerdem besteht
bei der herkömmlichen Flüssigkeitslinse
ein Problem darin, dass der Aufbau der Kamera komplizierter wird.
Um zu gewährleisten, dass
die die Flüssigkeitslinse
umfassende Kamera andere Funktionen, wie beispielsweise eine Autofokus-Regelungsfunktion
(A/F), neben der Zoomfunktion zur Verfügung stellen kann, muss eine
als Frontlinse fungierende zusätzliche
Flüssigkeitslinse
an der Kamera angebracht werden, wodurch der Aufbau der Kamera noch
komplizierter wird.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine
Flüssigkeitszoomlinse
bereitstellt, umfassend einen mit Elektrolytflüssigkeit und Isolierflüssigkeit
befüllten
Körper,
um dazwischen mehrere Grenzflächen
auszubilden, deren Krümmung
jeweils durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrolyte mittels
mit den Elektrolyten verbundener Elektroden verändert wird, wobei sowohl die
optische Zoomfunktion als auch die Autofokusfunktion in Abhängigkeit
der Krümmungsänderung
der Grenzflächen
gleichzeitig zur Verfügung
gestellt werden können.
-
Weitere
Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen erfinderischen
Konzepts werden teilweise durch die folgende Beschreibung erläutert und
werden teilweise durch die Beschreibung offensichtlich oder können durch
Umsetzung des allgemeinen erfinderischen Konzepts erkannt werden.
-
Nach
einem Aspekt der Erfindung können die
oben genannten und weitere Ziele durch Bereitstellen einer Flüssigkeitszoomlinse
erreicht werden, wobei die Flüssigkeitszoomlinse
Folgendes umfasst: einen zylinderförmigen Körper, der ein Paar Glaslinsen
aufweist, die jeweils an oberen und unteren Öffnungen des Körpers angebracht
sind; ein Linsenstück
mit Autofokus, umfassend eine erste isolierende Flüssigkeitsschicht
und eine erste Elektrolytschicht, die an einem unteren Bereich des
Körpers derart
geschichtet angeordnet sind, dass sie dazwischen eine Grenzfläche ausbilden;
und ein optisches Zoomlinsenstück,
umfassend eine zweite isolierende Flüssigkeitsschicht und eine zweite
Elektrolytschicht, die auf der ersten Elektrolytschicht derart geschichtet angeordnet
sind, dass sie dazwischen eine Grenzfläche ausbilden, und eine sich
in der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht
befindende scheibenförmige Linse.
-
Der
Körper
wird in ein mobiles Endgerät
eingebracht, wobei die Vielzahl von Flüssigkeitsschichten und die
Linsen im Körper
enthalten sind, um dazwischen mehrere Grenzflächen auszubilden, und wobei
die scheibenförmigen
Glaslinsen jeweils an den oberen und unteren Öffnungen des Körpers angebracht
sind.
-
Der
Körper
kann aus dem gleichen Material ausgeformt sein wie ein Rahmen des
mobilen Endgeräts
oder kann aus Materialien, wie z. B. Metall oder Keramik, ausgeformt
sein. Eine innere Umfangsoberfläche
des Körpers
und ein Bereich der oberen Glaslinse sind aus Metallbeschichtungen
ausgeformt, die als Elektrode fungieren können. Dabei sind die Metallbeschichtungen
vorzugsweise aus Gold (Au) ausgeformt, das in Bezug auf Flüssigkeiten
eine geringe Reaktionsfähigkeit
aufweist.
-
Zudem
sind das Linsenstück
mit Autofokus und das optische Zoomlinsenstück im Körper so aufeinanderfolgend
geschichtet angeordnet, dass sie mehrere Grenzflächen in der mehrschichtigen
Struktur der Elektrolytschichten und der isolierenden Flüssigkeitsschichten
ausformen, wobei die scheibenförmige
Linse aus Glas- oder Kunststoffmaterial in einem Zwischenbereich
der zweiten Elektrolytschicht im optischen Linsenstück angebracht
ist und am Körper
befestigt ist.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Diese
und/oder weitere Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen
erfinderischen Konzepts werden offensichtlich und können anhand
der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen besser erkannt werden, wobei:
-
1 ein
Schnitt durch eine herkömmliche Flüssigkeitslinse
ist;
-
2 eine
Konzeptionsdarstellung ist, die ein auf eine Flüssigkeitslinse anwendbares
Phänomen
der Elektrobenetzung darstellt;
-
3 ein
Schnitt durch eine Flüssigkeitszoomlinse
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
-
4 ein
vergrößerter Schnitt
durch eine Seite eines Körpers
der Flüssigkeitszoomlinse
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist:
-
5 eine
perspektivische Darstellung ist, die eine in einer zweiten Elektrolytschicht
angebrachte Linse für
ein optisches Zoomlinsenstück
der Flüssigkeitszoomlinse
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
-
6A bis 6D Schnittdarstellungen sind,
die Verfahren zum Betrieb der Flüssigkeitszoomlinse
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen, wobei 6A ein
Schnitt ist, der einen Ausgangszustand beim Betrieb der Flüssigkeitszoomlinse
vor dem Anlegen einer Spannung darstellt, 6B ein
Schnitt ist, der die Flüssigkeitszoomlinse beim
Anlegen einer Spannung an ein sich an einem unteren Bereich der
Flüssigkeitszoomlinse
befindendes Linsenstück
mit Autofokus darstellt, 6C ein Schnitt
ist, der die Flüssigkeitszoomlinse
beim Anlegen einer Spannung an ein sich an einem oberen Bereich
befindendes optisches Zoomlinsenstück darstellt, und 6D ein
Schnitt ist, der die Flüssigkeitszoomlinse
darstellt, wenn Spannung gleichzeitig an das Linsenstück mit Autofokus
und das optische Zoomlinsenstück
angelegt wird.
-
Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
In
Detail wird nun auf die Ausführungsformen der
vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee Bezug genommen, wobei
Beispiele durch die beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und
identische Bezugszeichen durchgängig
auf identische Elemente verweisen. Die Ausführungsformen werden nachfolgend
erläutert,
um das vorliegende allgemeine erfinderische Konzept unter Bezugnahme
auf die Figuren zu erläutern.
-
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
-
Aufbau der Flüssigkeitszoomlinse
-
3 ist
ein Schnitt durch eine Flüssigkeitszoomlinse
entsprechend der vorliegenden Erfindung, und 4 ist ein
vergrößerter Schnitt
durch eine Seite eines Körpers
der Flüssigkeitszoomlinse
entsprechend der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 umfasst
eine Flüssigkeitszoomlinse 10 entsprechend
der vorliegenden Erfindung einen zylinderförmigen Körper 11, der Glaslinsen 12 und 13 (auch
als „obere" und „untere" Gläser bezeichnet)
aufweist, die jeweils an oberen und unteren Öffnungen des Körpers 11 angebracht
sind, und in dem ein Linsenstück
mit Autofokus 20 und ein optisches Zoomlinsenstück 30 vorgesehen
sind, wobei beide Linsenstücke
eine Vielzahl von Elektrolytschichten 22 und 32 und
eine Vielzahl von isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 umfassen,
die aufeinanderfolgend geschichtet angeordnet sind, derart, dass
sie innerhalb des Körpers 11 mehrere Grenzflächen ausbilden.
Die Elektrolytschichten 22 und 32 und die isolierenden
Flüssigkeitsschichten 21 und 31 weisen
unterschiedliche Eigenschaften auf.
-
Der
Körper 11 ist
aus einem metallischen oder keramischen Material ausgeformt und
weist eine Bodenoberfläche
auf, die nach unten in Richtung des Mittelpunkts der Bodenoberfläche geneigt ist
und hier als geneigte Oberfläche 14 bezeichnet wird.
Der Körper 11 ist
mit oberen und unteren Öffnungen
ausgeformt und umfasst die Glaslinsen 12 und 13,
die an den oberen und unteren Enden des Körpers 11 durch Klebemittel
B angebracht werden, die an Außenumfängen der
Glaslinsen 12 und 13 aufgebracht werden, derart,
dass sie jeweils die oberen und unteren Öffnungen abdecken.
-
Die
geneigte Oberfläche 14 des
Körpers 11 dient
zur Fixierung der ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21 am
Mittelpunkt des Körpers 11,
wobei die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 an
dem untersten Bereich angebracht ist, um die Gesamtgröße des Linsenstücks mit
Autofokus 20 zu verringern, wenn die Grenzfläche zwischen
den Schichten 21 und 22 durch das Anlegen einer
Spannung gekrümmt wird.
-
Der
Körper 11 ist
an dem unteren Bereich mit dem Linsenstück mit Autofokus 20 ausgestattet,
das die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 und
die erste Elektrolytschicht 22 umfasst, die geschichtet angeordnet
sind, derart, dass sie dazwischen eine Grenzfläche ausbilden, wobei die Umfänge der Schichten 21 und 22 die
geneigte Oberfläche 14 des Körpers 11 kontaktieren.
Die Schichten 21 und 22 bestehen aus transparenten
Flüssigkeiten,
die miteinander nicht mischbar sind und unterschiedliche Eigenschaften
und identische Dichten aufweisen.
-
In
dem Linsenstück
mit Autofokus 20 wird eine Autofokusfunktion durchgeführt, derart,
dass die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 durch
die Krümmungsänderung
der ersten Elektrolytschicht 22, die zu der sich am untersten
Bereich des Körpers 11 befindenden
ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21 eine
Grenzfläche
ausbildet, konvex gekrümmt
wird, wenn an der ersten Elektrolytschicht 22 Spannung
angelegt wird.
-
Das
optische Linsenstück 30 ist
auf dem Linsenstück
mit Autofokus 20 im Körper 11 geschichtet angeordnet.
Das optische Linsenstück 30 umfasst eine
zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31 und eine
zweite Elektrolytschicht 32, die geschichtet angeordnet
sind, derart, dass sie dazwischen eine Grenzfläche ausbilden, die Flüssigkeiten
mit unterschiedlichen Eigenschaften enthält. Das optische Linsenstück 30 umfasst
ferner eine sich in einem Zwischenbereich der zweiten isolierenden
Flüssigkeitsschicht 31 befindende
Linse 33, die an dem Körper 11 angebracht
ist, wobei eine äußere Umfangsoberfläche der
Linse 33 die innere Umfangsoberfläche des Körpers 11 dicht kontaktiert.
-
In
dem optischen Zoomlinsenstück 30 wird eine
optische Zoomfunktion durchgeführt,
derart, dass die oberen und unteren Bereiche der zweiten isolierenden
Flüssigkeitsschicht 31 konvex
gekrümmt
werden, wobei die Linse 33 zwischen den oberen und unteren
Bereichen der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31 angeordnet
ist, wenn die zweite Elektrolytschicht 32 durch das Anlegen
einer Spannung an die zweite Elektrolytschicht 32 symmetrisch
gekrümmt
wird.
-
Die
in der zweiten Elektrolytschicht 32 an dem Körper 11 angebrachte
Linse 33 ist vorzugsweise aus einer scheibenförmigen Glas-
oder Kunststofflinse ausgeformt und weist auf den Linsen 33 beidseitig
ausgeformte hydrophobe Beschichtungen auf.
-
Die
hydrophoben Beschichtungen der Linsen 33 dienen dazu, dass
die die Linse 33 umgebende zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31 in
einem ölförmigen Zustand
einfach an der Oberfläche
der Linsen 33 adsorbiert werden kann, wobei die Linse 33 in
der Isolierflüssigkeit
stabil gehalten werden kann, derart, dass sich die zweite isolierende
Flüssigkeitsschicht 31 beim
Betrieb der optischen Zoomfunktion stabil in einem symmetrischen
Zustand verhalten kann.
-
Obwohl
die isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 und
die Elektrolytschichten 22 und 32 geschichtet
angeordnet werden, derart, dass sie im Linsenstück mit Autofokus 20 bzw.
im optischen Zoomlinsenstück 30 mehrere
Grenzflächen
ausformen, weisen die isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 gegenüber den
Elektrolytschichten 22 und 32 unterschiedliche
Eigenschaften auf. Insbesondere enthalten die Elektrolytschichten 22 und 32 Wasser als
Hauptkomponente und ein anorganisches Salz und ein polares Lösungsmittel
als Zusatzkomponenten. Die isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 enthalten
andererseits Siliziumöl
als Hauptkomponente und ein unpolares Lösungsmittel als Zusatzkomponente.
Auf diese Weise werden sie nicht miteinander durchmischt, wenn die
Elektrolytschicht die isolierende Flüssigkeitsschicht berührt, und
bilden die Grenzfläche
mit einer vorbestimmten Krümmung aus.
-
Zusätzlich hierzu,
obwohl die ersten und zweiten Elektrolytschichten 22 und 32 die
gleichen Zusammensetzungen aufweisen, weist die Flüssigkeit
der ersten Elektrolytschicht 22 gegenüber der Flüssigkeit der zweiten Elektrolytschicht 32 aufgrund unterschiedlicher
Bestandteile unterschiedliche Eigenschaften auf. Ebenso, obwohl
die ersten und die zweiten isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 die
gleichen Zusammensetzungen aufweisen, weist die Flüssigkeit
der ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21 gegenüber der
Flüssigkeit
der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31 ebenfalls
unterschiedliche Eigenschaften auf. Insbesondere weist die Flüssigkeit
der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht
eine höhere
Benetzungsfähigkeit
auf als die Flüssigkeit
der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21.
-
Die
die mehreren Grenzflächen
ausbildenden Elektrolytflüssigkeiten
und Isolierflüssigkeiten weisen
nahezu identische Dichten auf. Bei den Elektrolyten wird ein Brechungsindex
von 1,4 oder weniger aufrechterhalten. und die Isolierflüssigkeit
weist einen Brechungsindex von 1,45 oder mehr auf. Da insofern der
Unterschied im Brechungsindex zwischen der Elektrolytflüssigkeit
und der Isolierflüssigkeit
höher ist,
ist dies für
die Flüssigkeitslinse
vorteilhafter.
-
Wie
in 4 gezeigt, sind bei der Flüssigkeitszoomlinse 10 entsprechend
der vorliegenden Erfindung der Körper 11 und
die obere Glaslinse 12 bereichsweise aus Metallbeschichtungen 15 ausgeformt,
die als Elektrode fungieren können.
Dabei ist jede Metallbeschichtung 15 hauptsächlich aus
Gold (Au) ausgeformt, das durch ein Verfahren zur Oberflächenbeschichtung
in Bezug auf verschiedene Arten von Flüssigkeiten eine geringe Reaktionsfähigkeit
besitzt.
-
Zudem
ist eine Parylen-Beschichtung 16 auf den Metallbeschichtungen 15 ausgeformt,
derart, dass diese als eine Isolierschicht dient, wodurch mehrere
isolierende Grenzflächen
in Bezug auf die unterschiedlichen Flüssigkeiten ausgeformt werden. Zu
diesem Zeitpunkt ist die Oberfläche
der oberen Glaslinse 12 mit einer erweiternden Beschichtung 17a ausge formt,
durch die Spannung an der zweiten Elektrolytschicht 32 angelegt
wird. Demzufolge werden die elektrischen Signale durch die an der
zweiten Elektrolytschicht 32 angebrachte Beschichtung 17a an
die zweite Elektrolytschicht 32 übertragen, wenn elektrische
Signale an den Körper 11 geleitet
werden.
-
5 ist
eine perspektivische Darstellung der Linse, die in der zweiten isolierenden
Flüssigkeitsschicht
für das
optische Zoomlinsenstück
der Flüssigkeitszoomlinse
entsprechend der vorliegenden Erfindung angebracht ist. Wie in 5 gezeigt, ist
die Linse 33 scheibenförmig
und aus Glas oder Kunststoff ausgeformt. Die Linse 33 ist
von der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31 umgeben, wobei
die äußere Umfangsoberfläche der
Linse 33 dicht die innere Umfangsoberfläche des Körpers 11 kontaktiert.
-
Die
Linse 33 weist beidseitig hydrophobe Beschichtungen auf,
die dazu dienen, zu gewährleisten, dass
die die äußere Oberfläche der
Linse 33 umgebende zweite Elektrolytschicht 31 leicht
an der äußeren Oberfläche der
Linse 33 adsorbiert werden kann. Alternativ kann die Linse 31 die
gleiche Beschichtung aufweisen wie die Beschichtung der inneren
Umfangsoberfläche
des Körpers 11.
-
Funktionsweise
der Flüssigkeitszoomlinse
-
6A bis 6D sind
Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Betrieb der Flüssigkeitszoomlinse
entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellen, wobei 6A ein
Schnitt ist, der einen Ausgangzustand der Flüssigkeitszoomlinse vor dem Anlegen
einer Spannung darstellt, 6B einen Schnitt
durch die Flüssigkeitszoomlinse
beim Anlegen einer Spannung an ein sich an einem unteren Bereich
der Flüssigkeitszoomlinse
befindendes Linsenstück
mit Autofokus darstellt, 6C einen Schnitt
durch die Flüssigkeitszoomlinse
beim Anlegen einer Spannung an ein sich an einem oberen Bereich
befindendes optisches Zoomlinsenstück darstellt, und 6D einen
Schnitt durch die Flüssigkeitszoomlinse darstellt,
wenn Spannung gleichzeitig an das Linsenstück mit Autofokus und das optische Zoomlinsenstück angelegt
wird.
-
Unter
Bezugnahme auf 6A nehmen in einem Ausgangszustand,
bei dem keine Spannung an die Flüssigkeitszoomlinse
angelegt wird, die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 des
Linsenstücks mit
Autofokus 20 und die zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31 des
optischen Zoomlinsenstücks 30 einen äußerst dünnen Zustand
an. Gleichzeitig bilden die ersten und die zweiten Elektrolytschichten 22 und 32 jeweils
zu den ersten und zweiten isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 Grenzflächen mit
vorbestimmten Krümmungen
aus.
-
In
Bezug auf 6B fließt ein elektrischer Strom von
der sich auf der inneren Umfangsoberfläche des Körpers 11 befindenden
Parylen-Beschichtung 16 frei
zu der Metallbeschichtung 15 und betreibt die erste Elektrolytschicht 22,
die die Grenzfläche
zu der ersten isolierenden Flüssigkeitsschicht 21 ausformt,
wodurch die Krümmung
der sich dazwischen befindenden Grenzfläche verändert wird, wenn Spannung an
das sich an dem unteren Bereich des Körpers 11 befindende
Linsenstück
mit Autofokus 20 für
einen Autofokusbetrieb der Flüssigkeitszoomlinse,
wie im Ausgangszustand in 6A dargestellt,
angelegt wird. Demzufolge wird die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21,
deren untere Oberfläche
die untere Glaslinse 13 kontaktiert, genauso stark gekrümmt wie
die erste flüssige
Elektrolytschicht 22 gekrümmt wird, wodurch der Betrieb
des Linsenstücks
mit Autofokus 20 gewährleistet
wird.
-
Dabei
besteht ein Unterschied im Brechungsindex zwischen den beiden Flüssigkeiten,
die die erste isolierende Flüssigkeitsschicht 21 und
die erste Elektrolytschicht 22 ausformen, in einem Bereich
von 0,05 bis ca 0,1. Wenn der Unterschied im Brechungsindex 0,1
oder mehr beträgt,
ist es schwierig, einen korrekten Brennpunkt beim Zoombetrieb zu gewährleisten,
da er von einer Brennweite des Autofokus abweicht. Wenn jedoch der
Unterschied im Brechungsindex 0,05 oder weniger beträgt, ist die Krümmungsänderung
der Grenzfläche
zwischen den Schichten derart geringfügig, dass es schwierig wird, ein
Objekt zu fokussieren.
-
6C ist
eine Schnittdarstellung, die das optische Zoomlinsenstück 30 der
Flüssigkeitszoomlinse
im Betriebszustand darstellt. Wenn Spannung an die auf der inneren
Umfangsoberfläche
des Körpers 11 ausgeformten
Elektroden angelegt wird, wird Spannung an die auf einem Bereich
der oberen Glaslinse 12 ausgeformte erweiternde Beschichtung 17a über die
Metallbeschichtung 15 des Körpers 11 angelegt,
wodurch das optische Zoomlinsenstück 30 betrieben wird.
Anschließend
wird die sich auf der ersten Elektrolytschicht 22 befindende
zweite Elektrolytschicht 32 betrieben, wobei die Krümmung der Grenzfläche zu der
zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht 31 verändert wird.
Dementsprechend wird die zweite Elektrolytschicht 32 auf
der Linse 33 entsprechend dem Grad der Krümmungsänderung der
Grenzfläche
konvex gekrümmt,
wodurch der Betrieb des optischen Zoomlinsenstücks 30 bewerkstelligt
wird.
-
Es
ist möglich,
optische Zoomvergrößerungen
von × 1, × 2, × 3 und Ähnliches
entsprechend dem Grad der Krümmungsänderung
der zwischen der zweiten isolierenden Flüssigkeitsschicht und den Elektrolytschichten 31 und 32 ausgeformten
Grenzfläche
zu ermöglichen.
-
In
dem betrachteten Fall besteht ein Unterschied im Brechungsindex
zwischen zwei Flüssigkeiten,
die die zweite isolierende Flüssigkeitsschicht 31 und
die zweite isolierende Elektrolytschicht 32 ausformen,
in einem Bereich von 0,08 bis ca. 0,15. Wenn der Unterschied im
Brechungsindex 0,15 oder mehr beträgt, ist es schwierig, einen
korrekten Brennpunkt beim Betrieb der Autofokuszoomfunktion aufgrund eines
zu stark erweiterten Zoombetriebs, der von dem vorgegebenen Bereich
abweicht, zur Verfügung zu
stellen. Wenn jedoch der Unterschied 0,08 oder weniger beträgt, ist
es wiederum schwierig, eine zufriedenstellende Zoomfunktion aufgrund
einer zu geringfügigen
Krümmungsänderung
der Grenzfläche zwischen
den Schichten durchzuführen.
-
Zuletzt
zeigt 6D die Flüssigkeitszoomlinse, wenn sowohl
das Linsenstück
mit Autofokus 20 als auch das optische Zoomlinsenstück 30 im
Körper 11 gleichzeitig
betrieben werden. Wenn Spannung an die sich auf der inneren Oberfläche des
Körpers 11 befindende
erweiternde Beschichtung 17a und die Metallbeschichtung 15 über die
Parylen-Beschichtung 16 gleichzeitig angelegt wird, werden
die ersten und die zweiten Elektrolytschichten 22 und 32 gleichzeitig
betrieben, wobei Krümmungsänderungen
der die Grenzflächen
zu den isolierenden Flüssigkeitsschichten
ausformenden Elektrolytschichten verursacht werden, wodurch die
optische Zoomfunktion und die Autofokusfunktion gleichzeitig ausgeführt werden
können.
-
Bei
der wie oben beschrieben aufgebauten Flüssigkeitszoomlinse bilden die
isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 und
die Elektrolytschichten 22 und 32 gemeinsam das
Linsenstück
mit Autofokus 20 und das optische Zoomlinsenstück 30,
wobei mehrere Grenzflächen
in einer mehrschichtigen Struktur innerhalb des zylinderförmigen Körpers 11 ausgeformt
werden, wobei die Glas- oder Kunststofflinse 33 im optischen
Zoomlinsenstück 30 derart
angeordnet wird, dass die durch die isolierenden Flüssigkeitsschichten 21 und 31 ausgeformten
Grenzflächen
und die Elektrolytschichten 22 und 32 mit vorbestimmten
Krümmungsradien
durch jeweils an die Linsenstücke 20 und 30 angelegte
Spannungen gekrümmt
werden, wodurch die optische Zoomfunktion und die Autofokusfunktion
gleichzeitig durch das Linsenstück
mit Autofokus 20 und das optische Zoomlinsenstück 30 der
einzigen Flüssigkeitslinse
gewährleistet
werden.
-
Wie
aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, umfasst das optische
Zoomlinsenstück
entsprechend der Erfindung Elektrolyte und Isolierflüssigkeiten,
die in einer vorbestimmten Abfolge eingefüllt sind, um mehrere Grenzflächen in
einem zylinderförmigen
Körper
auszubilden, derart, dass die Krümmungen
der Grenzflächen,
die Folge eines Unterschieds im Brechungsindex zwischen den Elektrolyten
und den Isolierflüssigkeiten sind,
durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrolyte mittels Elektroden
des Körpers
geändert
werden können,
wodurch gewährleistet
wird, dass eine Autofokusfunktion und eine optische Zoomfunktion
gleichzeitig zur Verfügung
gestellt werden. Zudem umfasst die Flüssigkeitszoomlinse auf einer
sich in einem optischen Zoomlinsenstück befindenden Linse beidseitig
ausgeformte hydrophobe Beschichtungen, um die die Linse umgebende
Isolierflüssigkeit
für einen
Zoombetrieb in Position zu halten, wodurch gewährleistet wird, dass die Zoomfunktion
stabil durchgeführt
werden kann.
-
Obwohl
einige Ausführungsformen
des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts dargestellt
und erläutert
wurden, ist für
den Fachmann ersichtlich, dass Änderungen
in diesen Ausführungsformen
gemacht werden können,
ohne von den Prinzipien und dem Boden des allgemeinen erfinderischen
Konzepts abzuweichen, dessen Umfang in den beigefügten Ansprüchen und
ihren Entsprechungen dargelegt ist.