專(zhuān)利名稱(chēng)：采用變焦透鏡的圖像傳感器中的重像消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡中的重像消除，并且更特別地涉及包含第一流體和第二流體的類(lèi)型的變焦透鏡中的重像減少/消除，其中這些流體是不可混溶的、具有不同的折射率且相接觸于彎月面(meniscus)上，其中能夠選擇性地控制所述變焦透鏡的透鏡功能(lens function)。
背景技術(shù)：
流體是一種物質(zhì)，其響應(yīng)于任何壓(受)力而改變其形狀，趨向于流動(dòng)或順應(yīng)于其腔(chamber)的外形，并且包括氣體、液體和能夠流動(dòng)的固體與液體的混合物。而且，變焦透鏡的透鏡功能在于其聚焦(會(huì)聚或發(fā)散)一個(gè)或多個(gè)光波長(zhǎng)的能力。
在攝像機(jī)模塊中，當(dāng)在組成透鏡組(stack)的表面上出現(xiàn)無(wú)意反射時(shí)，可以出現(xiàn)所謂的重像，并且這些反射在利用光學(xué)系統(tǒng)的其余部件被成像之后可以到達(dá)圖像傳感器，并在圖像中產(chǎn)生不需要的假像。這可以發(fā)生在例如光學(xué)外殼的內(nèi)表面是反射的情況中。外殼的內(nèi)表面上的鏡面反射會(huì)引起部分光束被散射，并且這個(gè)散射的輻射隨后被光學(xué)系統(tǒng)的其余部分會(huì)聚到形成主圖像的光束側(cè)邊的點(diǎn)上，以靠近主圖像的外圍產(chǎn)生重像。為了克服這一問(wèn)題，在常規(guī)的攝像機(jī)模塊中，有可能使外殼的內(nèi)表面是粗糙的，以顯著降低其反射性，并因此減少重像的出現(xiàn)。
相同的效果可以發(fā)生在包含基于兩種流體的變焦透鏡諸如所謂的電潤(rùn)濕(electrowetting)透鏡的照相機(jī)模塊中，這樣的變焦透鏡是一種包括流體腔的變焦透鏡，在該流體腔內(nèi)提供第一流體和軸向位移的第二流體，這兩種流體是不可混溶的、相接觸于彎月面上并具有不同的折射率。這種電潤(rùn)濕透鏡一般還包括第一電極和第二電極，從而彎月面的形狀根據(jù)第一電極和第二電極之間施加的電壓而是可變的。已知其他類(lèi)型的可變焦透鏡，其基于腔，在該腔中提供兩種不可混溶的流體，這些流體具有不同的折射率且相接觸于彎月面，其中透鏡的透鏡功能通過(guò)改變彎月面的形狀和/或位置而可以選擇性地進(jìn)行控制，如對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。下文中將詳細(xì)描述這種變焦透鏡的具體示例性實(shí)施例。
在流體腔是透明的情況中，由于流體腔或外殼的外邊界上反射的結(jié)果，可以引起重像發(fā)生。這是因?yàn)榱黧w和外殼之間的折射率差與外殼和周?chē)橘|(zhì)之間的折射率變化相比是相對(duì)小的事實(shí)。在已知的配置中，流體腔可以包括具有透明電極和涂層的透明玻璃圓柱體，這種配置對(duì)重像非常敏感，特別是在圓柱體的外部與空氣相接觸時(shí)，導(dǎo)致了上文提到的顯著的折射率階梯(step)。
如果流體腔是由例如金屬制成，則其內(nèi)壁一般是高度反射的，這導(dǎo)致重像的發(fā)生，如上所述并且如圖1所示，其顯示了具有透鏡組的成像系統(tǒng)，該透鏡組包括電潤(rùn)濕透鏡配置，包括流體腔5，在該流體腔內(nèi)提供有第一流體A和第二流體B，第一和第二流體A、B是不可混溶的、相接觸于彎月面14上并具有不同的折射率。提供第一和第二電極(未示出)，并且彎月面14的形狀可根據(jù)第一和第二電極之間電壓的施加來(lái)控制。
光束100穿過(guò)透鏡組到達(dá)電潤(rùn)濕透鏡，并且至少部分的入射光束100被流體腔5的反射性?xún)?nèi)表面朝向光學(xué)系統(tǒng)的其余部分進(jìn)行反射，并且再?gòu)哪欠瓷涞綀D像表面102。但是，由于流體腔5的內(nèi)壁上的鏡面反射，入射光100的一部分200被散射，并隨后被會(huì)聚到圖像表面102上的另一點(diǎn)，從而在主圖像的外圍產(chǎn)生重像。這在外殼5是由拋光金屬制成的情況中是一個(gè)特別問(wèn)題，由于成像模塊對(duì)于重像的發(fā)生非常敏感。
這顯然是不希望的，但在常規(guī)的攝像機(jī)模塊中通過(guò)使流體腔5的內(nèi)表面粗糙是不可能解決這一問(wèn)題的，因?yàn)閺澰旅?4的邊緣需要平滑的表面，以獲得均勻成形的彎月面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供減少或基本上消除包括第一流體和第二流體的類(lèi)型的變焦透鏡中重像出現(xiàn)的方法，這些流體是不可混溶的、具有不同的折射率并且相接觸于彎月面上，其中變焦透鏡的透鏡功能可以通過(guò)改變彎月面的形狀和/或位置來(lái)選擇性地進(jìn)行控制。本發(fā)明的目的也是提供其中減少或基本上消除重像出現(xiàn)的這種類(lèi)型的變焦透鏡、包括這種變焦透鏡的圖像傳感器、包括這種圖像傳感器的圖像捕獲裝置以及包括這種圖像捕獲裝置的便攜式電信設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，提供了減小或基本上消除變焦透鏡中重像出現(xiàn)的方法，該變焦透鏡包括外殼，其中提供有第一流體和第二流體，這些流體是不可混溶的、相接觸于彎月面上并具有不同的折射率，所述彎月面的形狀和/或位置是可變的，以便選擇性地控制所述變焦透鏡的透鏡功能，在操作過(guò)程中所述外殼的部分內(nèi)壁可與所述彎月面相接觸，所述內(nèi)壁部分基本上是平滑的，該方法包括配置或改變至少所述外殼的壁的一部分的光學(xué)特性，從而至少降低其反射性。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種變焦透鏡，其包括外殼，其中提供有第一流體和第二流體，這些流體是不可混溶的、相接觸于彎月面上并具有不同的折射率，所述彎月面的形狀和/或位置是可變的，以便選擇性地控制所述變焦透鏡的透鏡功能，在操作期間所述外殼的一部分內(nèi)壁可與所述彎月面相接觸，所述內(nèi)壁部分基本上是平滑的，其中至少所述外殼的壁的一部分的光學(xué)特性被配置或改變，從而至少降低其反射性，并由此在操作期間降低或基本上消除重像的出現(xiàn)。
外殼的內(nèi)壁和/或外壁的光學(xué)特性、和/或外殼的壁的厚度可以被配置或改變，以便至少降低其反射性。
本發(fā)明還延伸至具有變焦透鏡的圖像傳感器，該變焦透鏡包括外殼，其中提供有第一流體和第二流體，這兩種流體是不可混溶的、相接觸于彎月面上并具有不同的折射率，所述彎月面的形狀和/或位置是可變的，以便選擇性地控制所述變焦透鏡的透鏡功能，該圖像傳感器還包括用于降低和/或基本上消除所述變焦透鏡中重像發(fā)生的裝置。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，外殼可以由基本上透明的材料形成，其中至少所述外殼的一部分外表面提供有吸收光涂層或?qū)?。至少該外殼的一部分外表面可以在高度散射?或該外殼的外表面可以與吸收光的外部主體相耦合，例如，外殼可以基本上被封裝在由吸收光材料形成的底座中。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第二流體可以軸向位移遠(yuǎn)離第一流體，并且透鏡還可以包括第一電極和第二電極，其中彎月面的形狀可以根據(jù)所述第一電極和所述第二電極之間電壓的施加來(lái)控制。
在這種情況下，第一電極可以包括涂覆在外殼內(nèi)壁上的導(dǎo)電涂層，在這種情況下，薄的基本上透明的吸收光的涂層可以提供在外殼的內(nèi)壁和該電極之間，以便根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例降低或基本上消除重像。
外殼可以由半透明和/或吸收材料制成，或者吸收光材料在它被模制在外殼中之前可以通過(guò)外殼材料進(jìn)行混合。在另一示例性實(shí)施例中，外殼的外壁可以被成形，以使至少一些重像不能到達(dá)圖像傳感器?；蛘撸鈿さ耐獗诳梢蕴峁┯虚W爍的(blazed)菲涅爾結(jié)構(gòu)，這可以相對(duì)于外殼外壁的特殊成形而節(jié)省空間，以防止重像到達(dá)圖像傳感器。
在本發(fā)明的圖像傳感器的情況中，這可以提供光闌(stop)，其被設(shè)置和被構(gòu)成為截取由于外殼引起的光的鏡面反射的結(jié)果而出現(xiàn)的至少一部分重像。
將理解到，能夠采用上述措施的任意組合。
外殼可以由不透明的反射性材料形成，諸如(拋光)金屬，其中至少外殼的內(nèi)壁至少部分地被涂覆絕緣材料，該絕緣材料可以是吸收光的。在另一示例性實(shí)施例中，在至少外殼的內(nèi)壁和其上提供的絕緣層之間提供薄的吸收光層。
外殼內(nèi)壁即操作中彎月面是接觸到的部分的外部的光學(xué)特性可以改變(例如，使之粗糙)，以使各向同性散射發(fā)生來(lái)替代鏡面反射。外殼可以由著色金屬(即，吸收)形成。例如，鋁可以被氧極處理為黑色，并且可以利用其他工藝來(lái)著色其他金屬，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。并且，將理解到，能夠采用上述措施的任意組合。
最后，在本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例中，外殼可以由吸收光材料制成。
將理解，上述措施不必限制于與圓柱狀外殼一起使用，并且可以同樣應(yīng)用于與具有其他形狀如圓錐形的外殼一起使用。
在另一示例性實(shí)施例中，關(guān)于可以應(yīng)用上述的重像減少/消除措施，透鏡可以包括腔，該腔利用至少具有縱向延伸穿過(guò)該腔的光軸的側(cè)壁來(lái)限定，其中該腔包含相接觸于彎月面上的流體，該透鏡還包括至少一個(gè)泵(pump)，用于改變包含在該腔內(nèi)的每個(gè)流體的相對(duì)容積。
在第一特定配置中，彎月面的周邊可以由側(cè)壁來(lái)約束，并且安排至少一個(gè)泵，以便通過(guò)改變包含在腔內(nèi)的每個(gè)流體的相對(duì)容積，可控地沿光軸改變彎月面的位置。
在替換的特定配置中，彎月面的周邊可以固定地位于腔的內(nèi)表面上，并且配置至少一個(gè)泵，以便通過(guò)改變包含在腔內(nèi)的每個(gè)流體的相對(duì)容積，可控地改變彎月面的形狀。
在這種情況下，腔的內(nèi)表面的可濕性(wettability)最好沿縱向變化，并最好被設(shè)置為通過(guò)電潤(rùn)濕效應(yīng)而可控地被改變。
本發(fā)明還進(jìn)一步延伸至包括上面定義的變焦透鏡或圖像傳感器的圖像捕獲裝置，以及包括這種圖像捕獲裝置的便攜式電信設(shè)備。
本發(fā)明的這些及其他方面從本文中所描述的實(shí)施例中將是清楚的，并將參考這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。


現(xiàn)在，將僅通過(guò)示例和參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是包括電潤(rùn)濕型變焦透鏡的成像系統(tǒng)的示意性橫剖面視圖，其中說(shuō)明重像出現(xiàn)的原理；圖2-4是根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡實(shí)施例的第一示例性類(lèi)型的可調(diào)透鏡的示意性橫剖面視圖；圖5A和5B是說(shuō)明變焦透鏡的另一示例性類(lèi)型的操作原理和利用這樣的變焦透鏡提供的等效光學(xué)功能的示意性橫剖面視圖；圖6A至6B是說(shuō)明變焦透鏡的又一示例性類(lèi)型的操作原理和利用這樣的變焦透鏡提供的等效光學(xué)功能的示意橫剖面視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第四示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第五示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第六示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明第七示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第八示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明第九示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明第十示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖；以及圖17是根據(jù)本發(fā)明第十一示例性實(shí)施例的圖像傳感器的示意性橫剖面視圖。
具體實(shí)施例方式
首先，將解釋如國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朩O 03/069380中所描述的變焦(或“電潤(rùn)濕”)透鏡的操作原理。圖2-4示出變焦透鏡，其包括形成毛細(xì)管的柱狀第一電極2，利用透明的正面元件4和透明的背面元件6進(jìn)行密封，以形成包含兩種流體的流體腔5。電極2可以是施加在管的內(nèi)壁上的導(dǎo)電涂層。
在這個(gè)示例性設(shè)計(jì)中，兩種流體由兩種不可混溶的流體以電絕緣的第一流體A(如硅油或烷烴，在此文中還稱(chēng)為“油”)以及極性的和/或?qū)щ姷牡诙黧wB(如包含鹽溶液的水)的形式組成。這兩個(gè)流體可以被設(shè)置為具有相等的密度，以使透鏡獨(dú)立于定向而起作用，即不依賴(lài)于這兩個(gè)流體之間的重力效應(yīng)。這可以例如通過(guò)適當(dāng)選擇第一流體成分來(lái)實(shí)現(xiàn)；例如，烷烴或硅油可以通過(guò)增加分子成分而修改，以增加其密度，從而與鹽溶液的密度相匹配。在此示例中，選擇這些流體，以使第一流體A具有高于第二流體B的折射率。
第一電極2是內(nèi)半徑一般在1mm和20mm之間的圓柱體。電極2由金屬材料形成并被涂覆例如由聚對(duì)二甲苯基形成的絕緣層8。絕緣層被涂覆流體接觸層10，其降低彎月面與流體腔的圓柱形壁的接觸層中的磁滯。當(dāng)在第一和第二電極之間沒(méi)有施加電壓時(shí)，第二流體對(duì)于流體接觸層的可濕性在彎月面14與流體接觸層10相交的兩側(cè)面上基本上是相等的。
第二環(huán)形電極12被設(shè)置在流體腔的一端上，在這個(gè)示例中，鄰近背面元件。第二電極12利用至少一部分被設(shè)置在流體腔中，以使這些電極對(duì)第二流體B起作用。兩種流體A和B是不可混溶的，以便趨于分為利用彎月面14分隔開(kāi)的兩個(gè)流體主體。當(dāng)在第一和第二電極之間不施加電壓時(shí)，流體接觸層相對(duì)于第一流體A具有比第二流體B更高的可濕性。由于電潤(rùn)濕，第二流體B的可濕性根據(jù)第一和第二電極之間電壓的施加而改變，這趨向于改變?cè)谌嗑€(xiàn)(流體接觸層10和流體A、B之間接觸的線(xiàn))處彎月面的接觸角。
應(yīng)注意，在此階段，如果從第二流體方向看彎月面為凹的，則第一流體和第二流體之間的彎月面稱(chēng)為凹形。如果第一流體被視為透鏡，根據(jù)前面句子的定義，這個(gè)透鏡將一般被稱(chēng)為凹形。
參照附圖中的圖2，當(dāng)在電極之間施加低電壓V1例如在0V到20V之間時(shí)，彎月面采取第一凹形彎月面形狀。在此結(jié)構(gòu)中，在流體B中測(cè)量的彎月面和流體接觸層10之間的初始接觸角θ1例如大約為140°。由于第一流體A的折射率高于第二流體B，由彎月面形成的透鏡(在此稱(chēng)為凹凸透鏡)在這種結(jié)構(gòu)中具有相對(duì)高的負(fù)成像能力(power)。
為了減小彎月面形狀的凹度，在第一和第二電極間施加較高量值的電壓?，F(xiàn)在，參照附圖的圖3，當(dāng)在這些電極之間施加中間電壓V2(例如，根據(jù)絕緣層的厚度，在20V和150V之間)時(shí)，彎月面采用第二凹形彎月面形狀，具有與圖2的彎月面相比增加的曲率半徑。在這種結(jié)構(gòu)中，在第一流體A和流體接觸層10之間的中間接觸角θ2例如大約是100°。由于第一流體A的折射率比第二流體B的折射率高，在這種結(jié)構(gòu)中彎月面透鏡具有相對(duì)低的負(fù)成像能力。
為了形成凸形彎月面形狀，在第一和第二電極之間施加更高量值的電壓?，F(xiàn)在，參照附圖中的圖4，當(dāng)在這些電極之間施加相對(duì)高的電壓V3時(shí)，如150V到200V，彎月面采取其中彎月面是凸形的彎月面形。在此結(jié)構(gòu)中，第一流體A和流體接觸層10之間的最大接觸角θ3例如約為60°。由于第一流體A的折射率高于第二流體B，此結(jié)構(gòu)中的凹凸透鏡具有正的成像能力。
圖5A表示未公開(kāi)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)No.03101328.7中所述類(lèi)型的可變透鏡。該透鏡100可以被視為由兩個(gè)不同元件構(gòu)成；流體A和B之間的彎月面150形成的透鏡功能，和被設(shè)置用于改變透鏡功能形狀的泵110。
如上所述，流體是一種響應(yīng)于受力而改變其形狀的物質(zhì)，其趨向于流動(dòng)或順應(yīng)于其腔體的外形，并包括氣體、液體、蒸汽和能夠流動(dòng)的固液體的混合物。
兩種流體A、B基本上是不可混溶的，即這兩種流體不混合。兩種流體A、B具有不同的折射率。因?yàn)檫@些流體具有不同的折射率，因而利用沿著這兩種流體的接觸區(qū)域形成的彎月面150提供透鏡功能。透鏡功能是彎月面150聚焦(會(huì)聚或發(fā)散)一種或多種光波長(zhǎng)的能力。在此特定實(shí)施例中，假定流體A具有的折射率高于流體B。
這兩種流體最好具有基本上相等的密度，以最小化對(duì)于透鏡100的重力影響。
這些流體A、B被密封在腔125中。在此實(shí)施例中，腔125采取縱向延伸管的形狀，該管具有由內(nèi)表面120限定的側(cè)壁。光軸縱向延伸穿過(guò)該管。在此特定實(shí)施例中，該管為具有恒定圓形橫截面的圓柱形管，并且光軸與該管軸共軸。附加壁121、122延伸橫過(guò)管的兩端，以形成包圍這些流體的腔125。至少腔125的壁121、122沿光軸的部分是透明的。如果需要的話(huà)，壁121、122之一或者兩者可以進(jìn)行透鏡成形。
這兩個(gè)流體A、B間的彎月面150延伸橫過(guò)透鏡100的光軸90。術(shù)語(yǔ)橫過(guò)表示彎月面穿越(即，它延伸越過(guò))光軸，并且它與光軸不平行；彎月面150可以以任意所需角度穿越光軸90。彎月面150的周邊由管的側(cè)壁120來(lái)限定。
通常，為了在腔125的希望部分內(nèi)定位流體A、B，腔125的不同區(qū)域?qū)τ诟鱾€(gè)流體具有不同的可濕性，以使得每種流體將被相應(yīng)的區(qū)域吸引?？蓾裥允菂^(qū)域被流體濕潤(rùn)(覆蓋)的程度。例如，如果流體A是水，而流體B是油，則壁122的內(nèi)表面可以是親水的，以吸引流體A而不吸引流體B。
彎月面150的周邊接觸管的側(cè)壁的表面120。彎月面的周邊固定地定位于表面120上。換言之，彎月面150的周邊接觸表面120的位置151是固定的，即彎月面的周邊被固定(pin)到表面上。在此特定實(shí)施例中，由于在位置151處表面的可濕性急劇變化，彎月面的周邊例如在位置151被固定到表面上，表面120從疏水的變?yōu)橛H水的。
彎月面150的形狀由這兩個(gè)流體間的壓力差以及由圓柱形的內(nèi)直徑所決定。所示的彎月面150為凸形(從流體A方向看)。
連接到流體填充的腔125上的泵110被設(shè)置為向腔125泵入或從腔125泵出一種或更多流體的量。
在此特定實(shí)施例中，泵110被設(shè)置為同時(shí)增加流體A的容積和減少流體B的容積(或者反之亦然)，以保持腔125中這兩個(gè)流體相同的總?cè)莘e。結(jié)果將是改變彎月面150的形狀，由于彎月面的周邊被固定到表面120上。
例如，如果向腔125中增加額外的流體A，彎則月面的形狀可以變得更加凸起，即形成由虛線(xiàn)150’表示的彎月面。或者，如果增加額外的流體B，則彎月面的形狀可以變?yōu)橛商摼€(xiàn)150”所表示的形狀，即，彎月面變得更凹(從流體A方向看)?？梢岳斫猓ㄟ^(guò)改變腔125中流體的容積，可以將彎月面形狀改變?yōu)橥剐巍⑵矫嫘位虬夹巍?br> 期望彎月面形狀的最大曲率是在彎月面形成半球形時(shí)。但是，將理解，可能存在彎月面移動(dòng)的閾值壓力，此時(shí)該壓力變得如此之大，以致于克服彎月面的銷(xiāo)住(pinning)作用，結(jié)果是彎月面隨后將移動(dòng)位置。這樣的閾值壓力取決于可濕性變化的量。
圖5B表示在流體A的折射率高于流體B時(shí)由具有焦距f的彎月面150(即，這是平凸透鏡160的彎月面)提供的有效的光功能。換言之，彎月面150有效地提供透鏡160的功能，這將平行光170(沿著平行于光軸90的方向入射到透鏡上)帶到距透鏡的距離為f的焦點(diǎn)172上。
當(dāng)彎月面改變形狀(即，改變到圖5A中虛線(xiàn)150’所示的形狀)時(shí)，有效的透鏡功能也改變，如虛線(xiàn)160’所示。由于彎月面150’比彎月面150更彎曲，透鏡將具有更高的成像能力，即具有更短的焦距，將平行光170聚到離透鏡距離更短的焦點(diǎn)172’。
在圖5A所示的實(shí)施例中，彎月面150通過(guò)表面可濕性的改變而被固定定位。但是，可以理解，可以采取其他技術(shù)來(lái)固定彎月面周邊的位置。
如附圖中的圖6A所示，如在未公開(kāi)的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)No.03101335.2中所述的另一示例性類(lèi)型的變焦透鏡在很多方面與圖5A和5B所示的相類(lèi)似，并且其相同的元件利用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示。
這樣，在圖6A所示的可變透鏡中，透鏡100可以被視為由兩個(gè)不同元件形成由兩個(gè)流體A、B間的彎月面150形成的透鏡功能，和被設(shè)置為改變透鏡功能的位置的泵110。
而且，流體是一種響應(yīng)于任何受力而改變形狀的物質(zhì)，其趨向于流動(dòng)或順應(yīng)其腔的外形，并包括氣體、蒸汽、液體和能夠流動(dòng)的固液體的混合物。
如上所述，這兩種流體A、B基本上是不可混溶的，即，這兩種流體不混合。這兩種流體A、B具有不同的折射率。由于這兩種流體具有不同的折射率，因而利用沿著這兩種流體的接觸面形成的彎月面150提供透鏡功能。透鏡功能是彎月面150聚焦(會(huì)聚或發(fā)散)一種或更多光波長(zhǎng)的能力。
這兩種流體最好具有基本相等的密度，以最小化透鏡100上重力的影響。
這些流體A、B被密封在腔125內(nèi)。在此實(shí)施例中，腔125采取縱向延伸管的形式，其中該管利用內(nèi)表面或側(cè)壁120來(lái)限定。光軸縱向延伸穿過(guò)該管。在此特定實(shí)施例中，該腔體為具有恒定圓形橫截面的圓柱形管，并且光軸與管軸共軸。附加壁121、122延伸越過(guò)管的兩端，以形成包圍流體的腔125。至少腔125的壁121、122沿光軸90的部分是透明的。
兩流體A、B之間的彎月面150延伸橫過(guò)透鏡100的光軸90。術(shù)語(yǔ)橫過(guò)表示彎月面越過(guò)(即，延伸越過(guò))光軸，并且它與光軸不平行；彎月面150可以以任意所需角度越過(guò)光軸90。彎月面150的周邊由腔的側(cè)壁120來(lái)限定。
通常，為了在腔125的希望部分內(nèi)定位流體A、B，腔的不同區(qū)域?qū)τ诿總€(gè)流體具有不同的可濕性，使得每種流體將被各自的區(qū)域吸引?？蓾裥允菂^(qū)域被流體濕潤(rùn)(覆蓋)的程度。例如，如果流體130是極性流體，而流體140是非極性流體，則壁122的內(nèi)表面可以是親水的，以吸引極性流體A而不吸引非極性流體B。
彎月面150的形狀由彎月面邊緣與內(nèi)表面120的接觸角來(lái)決定。因此，彎月面形狀取決于表面120的可濕性。所示的彎月面150為凸形(從流體130方向看)，但彎月面可以是任意希望的形狀，例如，凸形、凹形或基本上平面的形狀。
連接到填充流體的腔125上的泵110被設(shè)置為向腔125泵入或從腔125泵出一種或更多流體的量。在此特定實(shí)施例中，泵110被設(shè)置為同時(shí)增加流體A的容積和減少流體B的容積(或者反之亦然)，以保持腔125中這兩種流體相同的總?cè)莘e。結(jié)果將是彎月面150將沿光軸90隨著相應(yīng)流體增加而移動(dòng)，例如，如果增加額外的流體A，則彎月面可以沿光軸移動(dòng)距離X，到達(dá)虛線(xiàn)150’所表示的位置。在此特定實(shí)施例中，通過(guò)這種移動(dòng)而不改變彎月面的形狀(由于表面120具有均勻可濕性)，只有彎月面沿光軸90的位置改變。
圖6B表示利用具有焦距f的彎月面150(即，這是平凸透鏡160的彎月面)提供的有效光學(xué)功能。換言之，彎月面150有效地提供透鏡160的功能，其將平行光170(沿平行于光軸90的方向入射到透鏡上)聚到離透鏡的距離為f的焦點(diǎn)172上。
當(dāng)彎月面移動(dòng)時(shí)(即，移到圖5A中虛線(xiàn)150’所示的位置)，則透鏡的有效位置也移動(dòng)到虛線(xiàn)160’所示的位置。由于彎月面150、150’具有相同的形狀，則它們具有相同的等效的透鏡形狀160、160’(并因而將具有相同的透鏡特性，即，相同的成像能力和焦距)。
圖6A表示彎月面在從位置150移動(dòng)到位置150’時(shí)向左側(cè)位移距離X。同樣，等效的透鏡功能160’也將向透鏡功能160的左側(cè)移動(dòng)。如果圖6B的射線(xiàn)圖顯示了真空中等效的功能，則160’將向160的左側(cè)移動(dòng)距離Y，其中Y＝X/nA，nA是流體A的折射率。
返回參照附圖中的圖1-3的實(shí)施例，如果流體腔5的內(nèi)表面是反射性的，則來(lái)自那兒的反射將產(chǎn)生重像。這在圓柱形流體腔5或外殼是由拋光金屬或類(lèi)似材料制成的結(jié)構(gòu)配置中尤其如此，在這種情況下成像模塊將對(duì)重像的出現(xiàn)非常敏感。
在另一結(jié)構(gòu)配置中，流體腔5可以由基本上透明的材料形成，即它可以包括(假定)具有透明電極和涂層的透明玻璃圓柱體，在這種情況下成像模塊再次將非常受重像出現(xiàn)的影響，特別是如果圓柱體的外部與空氣相交界(接觸)，此時(shí)由于流體和外殼間的折射率差相比于外殼和周?chē)浇橹g的折射率變化是相對(duì)小的事實(shí)，即，存在明顯的折射率階梯，在外殼的外邊界上由于反射而產(chǎn)生重像。
本發(fā)明的目的是減小或基本上防止在采用電潤(rùn)濕聚焦透鏡的攝像機(jī)模塊中出現(xiàn)重像。
參照附圖中的圖7，并且首先考慮透明流體腔5的情況，能夠減小或基本消除重像出現(xiàn)的一種方法是用吸收光涂層100(例如，黑漆)涂覆外殼5的外表面，或外殼5可以與吸收光外部主體相耦合，例如，它可以被封裝在由吸收光材料制成的基座102中，如附圖中的圖8所示，優(yōu)選地在其之間具有光耦合物質(zhì)104。
薄的吸收涂層106可以提供在圓柱體5的內(nèi)側(cè)和覆蓋內(nèi)側(cè)的電極(未示出)之間，如圖9所示，或者諸如煙灰的吸收材料在被成形在圓柱體中之前通過(guò)透明圓柱體材料進(jìn)行混合。實(shí)際上，圓柱體5本身可以由半透明/吸收材料制成，如附圖中的圖10所示，并且適合的吸收材料對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。
在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例中，如圖11所示，上述目的可以通過(guò)將外殼5的外表面108粗糙化而使其高散射來(lái)實(shí)現(xiàn)。在又一示例性實(shí)施例中，外殼幾何形狀可以被成形，以使重像不能到達(dá)傳感器。或者，這樣的成形可以通過(guò)提供鋸齒形閃爍(菲涅爾)光柵結(jié)構(gòu)110來(lái)替代，如圖12所示，從而節(jié)省空間。這種類(lèi)型的閃爍菲涅爾結(jié)構(gòu)所基于的概念具體描述在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)No.WO 02/41303中。
當(dāng)然，可以使用上述措施的結(jié)合。
現(xiàn)在，考慮外殼5由金屬制成的情況，內(nèi)壁將各是極高反射性的，這將產(chǎn)生重像。通常，金屬外殼至少被涂覆絕緣層，且為了減少或基本上消除重像的發(fā)生，絕緣層114可以由吸收光材料制成，如附圖的圖14所示，或者可以在金屬外殼和上述絕緣層之間施加薄的吸收涂層。在彎月面14在操作中不可接觸的部分中，可以使金屬壁粗糙，從而在這些部分116中發(fā)生各向同性散射而不發(fā)生鏡面反射，如圖15所示。在又一示例性實(shí)施例中，形成圓柱體的金屬可以被著色(吸收)，或者可以在外殼5的內(nèi)壁上提供吸收光涂層118，如圖16所示。例如，鋁可以在黑色中進(jìn)行氧極處理?？梢岳脤?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的其他工藝來(lái)著色其他金屬。
在又一示例性實(shí)施例中，圓柱形流體腔5可以簡(jiǎn)單地由吸收材料制成，例如，黑塑料，如圖17所示。
圓柱形流體腔5或電極2甚至可以由石墨(這是黑色的，這比其由金屬制成或被涂覆金屬時(shí)的反射性低，即使拋光的石墨能夠具有相當(dāng)?shù)姆瓷湫?制成(或涂覆)。
就一切情況而論，圖7-圖17中的字母“O”表示“油”，并且對(duì)應(yīng)于上面所提到的流體A。字母“W”表示“水”，并且對(duì)應(yīng)于上面所提到的流體B。而且，在所有情況下，標(biāo)號(hào)“200”表示耦合到系統(tǒng)中的不需要的光，并且標(biāo)號(hào)“300”表示示意闡述的作為本發(fā)明的相應(yīng)示例性實(shí)施例的結(jié)果而被消除的重像射線(xiàn)。
上述用于減少或消除重像滯留的措施均可應(yīng)用到結(jié)合圖5A和5B與圖6A和6B所述的變焦透鏡類(lèi)型，以及所有其他的包括第一流體和第二流體的變焦透鏡，這些流體是不可混溶的、相接觸于彎月面上并具有不同的折射率，其中彎月面的形狀和/或位置是可變的，以使變焦透鏡的透鏡功能可以選擇性地被控制。
本發(fā)明在例如便攜式電信設(shè)備如移動(dòng)電話(huà)或類(lèi)似產(chǎn)品中包括的采用電潤(rùn)濕透鏡的圖像捕獲模塊中發(fā)現(xiàn)了特別的應(yīng)用。
需要注意的是，上述實(shí)施例解釋而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不脫離由后附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)出許多替換的實(shí)施例。在權(quán)利要求書(shū)中，任何位于圓括號(hào)內(nèi)的標(biāo)號(hào)應(yīng)不被認(rèn)為是限制權(quán)利要求。詞“包括”及“具有”等并不整體排除除了任一權(quán)利要求或說(shuō)明書(shū)中所列的元件或步驟之外的元件或步驟的存在。元件的單數(shù)引用并不排除此類(lèi)元件的復(fù)數(shù)引用，并且反之亦然。本發(fā)明可以通過(guò)包括若干不同元件的硬件和利用適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉一些裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的若干裝置可以利用相一項(xiàng)硬件來(lái)體現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳述了特定措施的事實(shí)并不表示這些措施的組合不能有利地加以使用。
權(quán)利要求
1.一種減少或基本上消除變焦透鏡中重像出現(xiàn)的方法，該變焦透鏡包括外殼(5)，其中提供有第一流體(A)和第二流體(B)，這些流體(A，B)是不可混溶的、相接觸于彎月面(14)上并具有不同的折射率，所述彎月面(14)的形狀和/或位置是可變的，以便選擇性地控制所述變焦透鏡的透鏡功能，所述外殼(5)的部分內(nèi)壁在操作期間可與所述彎月面(14)相接觸，所述部分內(nèi)壁基本上是平滑的，該方法包括配置或改變至少所述外殼(5)的部分壁的光學(xué)特性，以至少降低其反射性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中配置或改變外殼(5)的內(nèi)壁和/或外壁的光學(xué)特性和/或外殼(5)的壁的體積，以至少降低其反射性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中外殼(5)由基本上透明的材料形成，并且其中至少所述外殼(5)的部分外表面提供有吸收光涂層或?qū)印?br> 4.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中至少外殼(5)的部分外表面在高度散射。
5.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中外殼(5)的外表面與吸收光外部主體相耦合。
6.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中第二流體(B)軸向位移遠(yuǎn)離第一流體(A)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中透鏡還包括第一電極(2)和第二電極(12)，其中彎月面(14)的形狀可以根據(jù)所述第一電極(2)和所述第二電極(12)之間電壓的施加來(lái)控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第一電極(2)包括施加到外殼(5)的內(nèi)壁上的導(dǎo)電涂層，并且在外殼(5)的內(nèi)壁和電極(2)之間提供吸收光涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中透鏡包括利用具有縱向延伸穿過(guò)外殼(125)的光軸的至少一個(gè)側(cè)壁限定的外殼(125)，其中腔包含流體(A，B)，這些流體相接觸于彎月面(15)上，透鏡還包括至少一個(gè)泵(110)，用于改變外殼(125)中包含的每個(gè)流體(A，B)的相對(duì)容積。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中彎月面(15)的周邊利用側(cè)壁來(lái)約束，并且至少一個(gè)泵(110)被設(shè)置為通過(guò)改變外殼(125)中包含的每個(gè)流體(A，B)的相對(duì)容積可控地改變彎月面(150)沿光軸的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中彎月面(150)的周邊被固定地定位于外殼(125)的內(nèi)表面上，并且至少一個(gè)泵(110)被設(shè)置為通過(guò)改變外殼(125)中包含的每個(gè)流體(A，B)的相對(duì)容積可控地改變彎月面(150)的形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11之中任一項(xiàng)所述的方法，其中外殼由半透明和/或吸收材料制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12之中任一項(xiàng)所述的方法，其中吸收光材料在被模制在外殼(5)中之前通過(guò)外殼材料進(jìn)行混合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13之中任一項(xiàng)所述的方法，其中外殼(5)的外壁提供有衍射結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中外殼(5)的外壁包括閃爍菲涅爾結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中外殼(5)由不透明的、反射材料形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中至少外殼(5)的內(nèi)壁至少部分地被涂覆絕緣材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中絕緣材料是吸收光的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在至少外殼(5)的內(nèi)壁和上面提供的絕緣層之間提供薄的吸收光層。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中改變?cè)谄渲袕澰旅?14)在操作中是可接觸的部分的外面的外殼(5)的內(nèi)壁的光學(xué)特性，以致于各向同性散射發(fā)生。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中外殼(5)由著色金屬形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中外殼(5)由吸收光材料制成。
23.一種變焦透鏡，包括外殼(5)，其中提供有第一流體(A)和第二流體(B)，這些流體(A，B)是不可混溶的、相接觸于彎月面(14)上并具有不同的折射率，所述彎月面(14)的形狀和/或位置是可變的，以便選擇性控制所述變焦透鏡的透鏡功能，所述外殼(5)的部分內(nèi)壁在操作期間可與所述彎月面(14)相接觸，所述內(nèi)壁的部分基本上是平滑的，其中根據(jù)權(quán)利要求1-22之中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)配置或改變所述外殼(5)的至少部分壁的光學(xué)特性，以便至少降低其反射性，并由此減少或基本上消除操作期間重像的出現(xiàn)。
24.一種具有變焦透鏡的圖像傳感器，該變焦透鏡包括外殼(5)，其中提供有第一流體(A)和第二流體(B)，這些流體(A，B)是不可混溶的、相接觸于彎月面(15)上并具有不同的折射率，所述彎月面(15)的形狀和/或位置是可變的，以便選擇性控制所述變焦透鏡的透鏡功能，該圖像傳感器還包括用于根據(jù)權(quán)利要求1-22之中任一項(xiàng)所述的方法減少或基本上消除所述變焦透鏡中重像出現(xiàn)的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的圖像傳感器，其中外殼(5)被成形，以致于至少一些重像不能到達(dá)圖像傳感器。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的圖像傳感器，包括光闌，其被設(shè)置并被配置為截取作為由外殼鏡面反射光的結(jié)果而出現(xiàn)的至少部分重像。
27.一種圖像捕獲裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求23所述的變焦透鏡或根據(jù)權(quán)利要求24-26之中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器。
28.一種便攜式電信設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求27所述的圖像捕獲裝置。
全文摘要
在包括電潤(rùn)濕型變焦透鏡的圖像傳感器中，提供用于減少或基本上消除重像出現(xiàn)的裝置。上述類(lèi)型的變焦透鏡包括外殼(5)，其中提供有第一流體(A)和軸向位移的第二流體(B)，這兩種流體(A，B)是不可混溶的，相接觸于彎月面(14)上并具有不同的折射率。提供第一和第二電極(2，12)，并且根據(jù)第一和第二電極(2，12)間電壓的施加，彎月面(14)的形狀是可控制的。準(zhǔn)備各種減少或基本上消除重像出現(xiàn)的方法，包括改變外殼(5)的內(nèi)壁和/或外壁的光學(xué)特性，以降低其反射性，在圖像傳感器提供裝置來(lái)截取重像和合適選擇形成外殼(5)的材料或材料組合。
文檔編號(hào)G02B3/14GK1938632SQ200580010654
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, M·A·J·范阿斯, S·凱帕 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司