專利名稱：制造基于電潤濕的可變焦距透鏡的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制造可變焦距透鏡的方法，特別涉及通過電潤濕(electrowetting)作用而使液滴變形的透鏡的制造方法。本發(fā) 明還涉及通過這種方法獲得的基于電潤濕的可變焦距透鏡。
背景技術：
可變焦距透鏡通常包括由兩個透明平行板限定邊界的封罩， 其容納著至少兩種具有不同折射率的不混溶液體。通常， 一種液 體是水性液體，另一種液體是油性液體。兩種液體之間的界面限 定了一可移動折射界面，透鏡接收的光線穿過該界面。透鏡包括 利用電潤濕作用使可移動折射界面變形的裝置，從而可以改變透 鏡的光焦度 (optical power)。這樣的基于電潤濕的可變焦距透鏡大體上描述于歐洲專利1 019 758中。用這兩種液體充填透鏡通常是在透明板之一尚未緊固在封罩 上時進行的。然后，封罩被浸沒在水性液體中，水性液體充滿整 個封罩。 一滴油性液體隨后可以投放到位，例如借助于注射器。 透明板隨后被裝配，以便封閉封罩。利用這種組裝方法，可能難以精確控制油性液體的液滴在水 性液體充填的透鏡的封罩中的位置。此外，當封閉透鏡的封罩時， 透鏡的內(nèi)壓可能難以精確控制。這是因為，封閉透鏡的封罩的步
驟通常包括擠壓密封件的步驟。因此，在組裝透鏡的方法結束時， 透鏡中會有不能精確控制的過壓。對于某些應用，可能希望在組 裝結束時精確地固定透鏡的內(nèi)壓。特別地講，可能希望將透鏡的 內(nèi)壓固定在低于大氣壓的值。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種制造基于電潤濕的可變焦距透鏡的方 法，其能夠實現(xiàn)包含于透鏡中的液體的簡單和精確的定位，還要 提供通過這種方法獲得的基于電潤濕的可變焦距透鏡。本發(fā)明的另一目的是以簡單且精確的方式在組裝透鏡時固定 透鏡的內(nèi)壓。為此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種制造基于電潤濕 的可變焦距透鏡的方法，其包括以下步驟(a) 提供封罩，其具有空腔和至少一個通道，所述通道在其 一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡的外表面；(b) 通過所述通道用第一和第二液體充填空腔，所述液體不 相混溶并且具有不同的折射率；以及(c) 氣密性地密封所述通道。根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施例，透鏡包括第一和第二通道， 每個所述第一和第二通道在其一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn) 于透鏡的外表面。所述方法包括依次進行的下述步驟通過第一 通道引入第一液體，以便至少部分地充填空腔；通過第一或第二 通道引入第二液體，直至空腔完全被充填第一和第二液體；以及 氣密性地密封第一和第二通道。根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例，步驟(b)包括下述步驟 在空腔中產(chǎn)生真空；以及通過抽吸作用經(jīng)所述通道順序引入第一 和第二液體，以便充填空腔。根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例，步驟(C)包括下述步驟 利用韌性材料氣密性地密封所述通道；以及通過粘結劑保持韌性 材料就位。根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例，步驟(C)包括下述步驟 向封罩施加過壓；利用可固化的液體材料部分地充填所述通道； 釋放施加至封罩的過壓，以引起所述可固化液體材料進一步滲入 所述通道；以及硬化所述可固化液體材料。根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施例，步驟(C)包括下述步驟 加熱封罩；利用可固化的液體材料部分地充填所述通道；冷卻封 罩，以引起所述可固化液體材料進一步滲入所述通道；以及硬化 所述可固化液體材料。根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施例，在步驟(c)之前實施下述步 驟通過所述通道在不易被穿過透鏡的光線貫穿的區(qū)域中形成與 第一液體接觸的氣泡。根據(jù)另一個方面本發(fā)明的，提供了一種基于電潤濕的可變焦 距透鏡，其包括封罩，所述封罩包括空腔，其含有至少兩種具有 不同折射率的不相混溶的液體。封罩包括至少一個通道，所述通 道在其一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡的外表面，所述 通道通過插塞而被氣密性地密封。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，透鏡包括至少兩個通道，每個 通道在其一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡的外表面，每 個通道通過插塞而被氣密性地密封，所述空腔由彼此相對的第一 和第二透明板以及中間元件限定，其中一個通道在第一板和中間
元件之間的結合部與空腔連通，另一通道在第二板和中間元件之 間的結合部與空腔連通。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所述通道包括橫截面減小部分， 插塞包括至少一個由韌性材料構成的部件，其被壓縮于所述橫截 面減小部分中。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，插塞包括至少一個由粘結劑構 成的部件。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，透鏡還包括室，其含有所述 兩種液體中的一種液體以及氣泡，使所述一種液體在所述室和空 腔之間移動的裝置，以及用于將氣泡限定在所述室中的裝置。


下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明的非限定性的特殊代表性實 施方式，以解釋本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，在附圖中-圖1是根據(jù)本發(fā)明的可變焦距透鏡的第一代表性實施方式 的分解剖視圖；-圖2至4示出了圖1中的透鏡的組裝方法的一個實施例的 順序步驟；以及-圖5是根據(jù)本發(fā)明的可變焦距透鏡的第二代表性實施方式 的局部剖視圖。
具體實施方式
為了清楚起見，在各圖中以相同的附圖標記表示相同的元件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的可變焦距透鏡10的第一代表性實施方式 的分解剖視圖，包括具有軸線A的上部和下部圓形透明板12和14
以及具有軸線A的圓環(huán)體16。環(huán)體16具有中央開口 17，其由下部 截錐形壁18(換言之，截頭圓錐)和上部截錐形壁20界定，這兩 個截錐由臺肩22分開。環(huán)體16還在其上表面包括平表面24，在 其上支承上部板12，以便形成封罩頂側。類似地，環(huán)體16在其下 表面包括平支承表面26，在其上支承下部板14，以便形成封罩底 側。板12和14以及環(huán)體16可以由硬質絕緣材料制成，例如板12、 14可由玻璃制成，其對于透鏡工作波長必須是透明的，環(huán)體16 可陶瓷材料例如氧化鋁制成。環(huán)體16包括通道27、 28，每個通道都將中央開口 17與環(huán)體 16的側壁相連。在本代表性實施方式中，所述通道27包括圓柱形 開口29，其軸線垂直于軸線A，并且其一端開通于環(huán)體16的側壁 中。開口 29延續(xù)至具有封閉端的圓柱形開口 30，開口30具有相 同的軸線和較小的直徑，從而與開口 29—起限定出臺肩31。在環(huán) 體16的上表面24，所述環(huán)體包括凹槽32，其一端開通于中央開 口17的上部截錐形壁20，另一端為封閉端。環(huán)體16還包括具有 封閉端的開口33，其軸線平行于軸線A，而且開通于凹槽32并與 開口 30連通。在本代表性實施方式，所述通道28的結構實質上 類似于所述通道27的結構。所述通道28包括圓柱形開口 34，其 軸線垂直于軸線A，并且其一端開通于環(huán)體16的側壁。開口34延 續(xù)至具有封閉端的圓柱形開口 35，其具有相同的軸線和較小的直 徑，并且與開口 34—起限定了臺肩36。在環(huán)體16的下表面26， 環(huán)體16包括凹槽37，其一端開通于中央開口 17的下部截錐形壁 18中，另一端為封閉端。環(huán)體16還包括具有封閉端的開口 38， 其軸線平行于軸線A，而且其開通于凹槽37并與開口 35連通。更一般地講，所述通道27、 28可以具有任何形狀。然而，理 想的是，每個通道27、 28開通于中央開口 27的區(qū)域被定位成不 干擾透鏡10的操作。上部板12的下表面的外周被涂覆導電薄膜39。還有導電薄膜 40沉積在平表面24上，所述薄膜朝向環(huán)體16的外周延伸，并且 也朝向內(nèi)周延伸直到與上部截錐形部分20平齊。在圖1中，薄膜 40被顯示為覆蓋凹槽32的壁。導電薄膜40用于與導電薄膜39 接觸。導電薄膜40充分地延伸到通過其內(nèi)側部分與將被包含于透 鏡中的導電液體接觸。導電薄膜39和40由導電率足以用作電極 的材料制成，并且在一側粘著于板12、在另一側粘著于環(huán)體16。 這樣的材料可以例如是金錫合金，銦類合金，鉍類合金，等等。下部板14的上表面在其外周被涂覆導電薄膜41，該外周面對 著環(huán)體16下表面的支承表面26。環(huán)體16的下表面被涂覆導電薄 膜42，其延伸在下部截錐形部分18上。在圖1中，薄膜42被顯 示為覆蓋凹槽37的壁。在下部截錐形壁18上，導電薄膜42被涂 覆絕緣薄膜43，其略微延伸到臺肩22上，并且延伸到環(huán)體16的 下表面上，穿入凹槽37。構成導電薄膜41和42的材料具有與導 電薄膜39和40的材料相同的性質。透鏡IO的電極對應于導電薄 膜40和42。薄膜49、 40、 41、 42和43僅顯示在圖1中，并且未 按比例繪出。圖2示出了在環(huán)體16被緊固到上部和下部板12和14上后所 獲得的結構。每個板12、 14與環(huán)體16之間的結合可以通過局部 加熱該結構的周邊而獲得。在本發(fā)明的一種特定代表性實施方式 中，可以通過激光射線加熱環(huán)體16的周邊而獲得。這樣，導電薄 膜39、 40、 41和42被熔化并形成不滲透結合部。在替代性實施 方式中，導電薄膜39和41可以省略，上部和下部板12、 14可借 助于粘結劑而被緊固至環(huán)體16。
圖3示出了用導電液體和絕緣液體充填透鏡10的方法的步驟。所述步驟首先包括用導電液體44充填透鏡10。為此，導電液 體通過所述通道28 (沿著路徑45)被引入，所述通道27則被用 作通氣口。導電液體被引入，直至其完全充填中央開口 17并通過 所述通道27 (沿著路徑46)溢出。絕緣液體隨后通過所述通道28 (沿著路徑45)被引入，直至在截錐形壁18上獲得液滴47。當 沒有電壓施加在電極40和42之間時，將絕緣液體47與導電液體 44分隔的折射光學界面與截錐形壁8的上部平齊。圖4示出了所述通道27、 28借助于韌性(malleable)材料例 如金制成的球48而被封閉后所獲得的結構。球48被擠壓到臺肩 31、 36中，以便封閉開口 30、 35。通過在開口 29、 34中沉積粘 結劑49例如環(huán)氧樹脂粘結劑，球48被保持就位。擠壓的球48確 保透鏡10被密封，粘結劑49提供對擠壓的球48的機械限定。在 透鏡10中的內(nèi)壓被設定在理想值后，實現(xiàn)氣密性密封所述通道 27、 28。根據(jù)本發(fā)明方法的替代性實施例， 一旦透鏡10已被充填導電 液體和絕緣液體，所述通道27、 28被以下述方式封閉-透鏡10被加壓，例如通過施加壓力至上部和下部板12、 14;-開口29、 34被充填液體粘結劑，例如可通過暴露于紫外線 而被固化的環(huán)氧樹脂粘結劑，其與絕緣液體和導電液體相容，即 不與絕緣液體和導電液體混溶；-施加至透鏡10的壓力被解除，從而液體粘結劑通過抽吸作 用而滲入開口 30、 35中；以及-粘結劑被固化，例如通過將粘結劑暴露于紫外線源。根據(jù)本發(fā)明方法的另一替代性實施例， 一旦透鏡10已被充填
導電液體和絕緣液體，所述通道27、 28被以下述方式封閉-透鏡IO的溫度升高，引起包含于透鏡中的液體膨脹；-開口29、 34被充填液體粘結劑，例如可通過暴露于紫外線 而固化的環(huán)氧樹脂粘結劑，其與絕緣液體和導電液體相容，即不 與絕緣液體和導電液體混溶；-透鏡10被冷卻，從而由于包含于透鏡10中的液體的體積 減小，液體粘結劑通過抽吸作用滲入開口 30、 35中；以及-粘結劑被固化，例如通過將粘結劑暴露于紫外線源。一般而言，所述通道27、 28可以由與絕緣液體和導電液體相 容并且能夠獲得所述通道的密封封閉體的任何材料封閉。在本代表性實施方式，通道27、 28均形成在環(huán)體16中。根 據(jù)替代性實施方式，可以采用下述配置，即至少一個所述通道27、 28被部分地形成于環(huán)體16中，部分地形成于上部和下部板12、 14之一中。例如，可以為一個通道提供位于板12、 14周邊中的開 口，其開通于設在環(huán)體16中并且連接著中央開口 17的凹槽中。 這樣的開口可以隨后被以如前所述的方式封閉，尤其是通過將金 球擠壓到開口中。根據(jù)另一替代性實施方式，所述通道27、 28可 以都位于板12、 14中，并且開通于中央開口 17的區(qū)域，以便幾 乎不會或完全不會干擾光束路徑。根據(jù)替代性實施方式，透鏡包括單一的通道，例如前面描述 的代表性實施方式中的通道28。然后透鏡可以通過下述方式充填-在透鏡10的內(nèi)部容腔中產(chǎn)生真空；-通過將導電液體引入所述通道，透鏡的內(nèi)部容腔被部分地 被充填導電液體，透鏡通過吸入導電液體而被充填；-在完成透鏡內(nèi)部容腔的充填后，通過將絕緣液體引入所述通道，形成絕緣液體的液滴，透鏡通過吸入絕緣液體而被充填；以及-封閉所述通道。在本發(fā)明方法的替代性實施例中，氣泡被有意地引入，以便 接觸到包含于透鏡中的液體之一，需要注意防止氣泡存在于光線 穿過的區(qū)域。當溫度變化時，包含于透鏡中的液體膨脹，但這種 膨脹會被高壓縮性的氣泡補償，從而限制透鏡的內(nèi)壓的變化。氣 體可以是空氣，惰性氣體或惰性氣體混合物，或包含于透鏡中的 液體之一的蒸氣。圖5是第二代表性實施方式的放大剖視圖，該實施方式允許 在透鏡中形成氣泡。環(huán)體16在上表面24上包括圍繞透鏡10的軸 線A的圓形凹槽50，該凹槽通過環(huán)形間隙52連接著環(huán)體16的中 央開口，該環(huán)形間隙具有沿著軸線A的厚度d。凹槽50由下述部 分界定對應于上部板12的下壁一部分的上壁54，相對于上壁 54以角度cx傾斜的下壁56，和相對于下壁56以角度(3傾斜并且 相對于上壁54以角度Y傾斜的端壁58。下壁56和端壁58對應于 環(huán)體16的上壁的不同部分。優(yōu)選地，間隙的厚度d小于幾十微米。 間隙52不必具有恒定厚度，并且可以通過簡單地將上部板12按 壓在圓環(huán)體16上而獲得，板12和圓環(huán)體16的表面不規(guī)則度足以 確保在凹槽50和環(huán)體16的中央開口之間存在連通通道。上部板12包括通道59，其將凹槽50連接到上部板12的上表 面。所述通道59包括開口 60，其軸線平行于軸線A，并且其一端 開通于凹槽50。開口 60延續(xù)至大直徑圓柱形開口 62，并與其一 起限定了臺肩63。開口 62開通于上部板12的上表面。根據(jù)第二
代表性實施方式，所述通道59用作通道27。透鏡10還包括前面 針對第一代表性實施方式描述過的通道28。在透鏡10已被充填后，氣體可以被引入凹槽50，從而氣泡 64形成于凹槽50中。這可以通過經(jīng)所述通道28吸入液體而實現(xiàn)。 在氣泡被形成后，所述通道59被氣密性地密封，例如，如前所述 借助于擠壓的金球65和粘結劑66構成的插塞。根據(jù)第二代表性 實施方式的一種改型，所述通道27被提供，凹槽50在所述通道 27的凹槽32的任一側被局部中斷。所述通道27和28然后可以被 用于充填透鏡10，而所述通道59以及所述通道27和28中的任一 個被用于形成氣泡64。限定間隙52的各個壁被覆蓋親水性材料，從而毛細力可防止 氣泡64進入環(huán)形間隙52。角度a小于角度p和Y，從而水性液體 會自發(fā)地被吸附到角度a所在角部，并且氣泡64被向后推壓在端 壁58上。為了更容易地將氣泡64定位在端壁58上，上壁和下壁 54、 56可以被覆蓋親水性材料，端壁58可以被覆蓋厭水材料。當然，本發(fā)明能夠以各種替代性實施方式實施，并且各種改 型對于本領域技術人員而言是容易理解的。特別地講，在前面描 述的代表性實施方式中，下部截錐形壁18可以在下部延伸通過圓 柱形壁。此外，在第二代表性實施方式中，圓形凹槽50可以被替 換為巻繞凹槽，其一端開通于中央開口 17，相反端封閉。
權利要求
1、一種制造基于電潤濕的可變焦距透鏡的方法，包括(a)提供封罩，其具有空腔(17)和至少一個通道(27、28；59)，所述通道在其一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡的外表面；(b)通過所述通道用第一和第二液體(44、47)充填空腔，所述液體不相混溶并且具有不同的折射率；以及(c)氣密性地密封所述通道。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，透鏡(10)包括第一和 第二通道(27、 28; 59)，每個所述第一和第二通道在其一端與空 腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡的外表面，所述方法包括-通過第一通道(27)引入第一液體(44)，以便至少部分地 充填空腔(17);-通過第一或第二通道(27、 28; 59)引入第二液體(47)， 直至空腔完全被充填第一和第二液體；以及-氣密性地密封第一和第二通道。
3、 如權利要求1所述的方法，其中，步驟(b)包括下述步驟-在空腔(17)中產(chǎn)生真空；以及-通過抽吸作用經(jīng)所述通道順序引入第一和第二液體(44、 47)，以便充填空腔。
4、 如權利要求1所述的方法，其中，步驟(C)包括下述步驟-利用韌性材料(48; 65)氣密性地密封所述通道(27、 28; 59);以及-通過粘結劑(49; 66)保持韌性材料就位。
5、 如權利要求1所述的方法，其中，步驟(c)包括下述步驟-向封罩施加過壓；-利用可固化的液體材料部分地充填所述通道(27、 28);-釋放施加至封罩的過壓，以引起所述可固化液體材料進一 歩滲入所述通道；以及-硬化所述可固化液體材料。
6、 如權利要求1所述的方法，其中，步驟(c)包括下述步驟-加熱封罩；-利用可固化的液體材料部分地充填所述通道(27、 28); _冷卻封罩，以引起所述可固化液體材料進一步滲入所述通 道；以及-硬化所述可固化液體材料。
7、 如權利要求1所述的方法，其中，在步驟(c)之前實施 下述步驟通過所述通道(27、 28; 59)在不易被穿過透鏡的光 線貫穿的區(qū)域中形成與第一液體接觸的氣泡(64)。
8、 一種基于電潤濕的可變焦距透鏡(10)，包括封罩，所述 封罩包括空腔(17)，其含有至少兩種具有不同折射率的不相混溶的液體(44、 47)，其中封罩包括至少一個通道(27、 28; 59)， 所述通道在其一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡的外表面， 所述通道通過插塞(48、 49; 65、 66)而被氣密性地密封。
9、 如權利要求8所述的透鏡，其中，包括至少兩個通道(27、 28; 59)，每個通道在其一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡 的外表面，每個通道通過插塞(48、 49; 65、 66)而被氣密性地 密封，所述空腔(17)由彼此相對的第一和第二透明板(12、 14) 以及中間元件(16)限定，其中一個通道(27)在第一板和中間 元件之間的結合部與空腔連通，另一通道(28)在第二板和中間 元件之間的結合部與空腔連通。
10、 如權利要求8所述的透鏡，其中，所述通道包括橫截面 減小部分(31、 36; 63)，插塞(48、 49; 65、 66)包括至少一個 由壓縮于所述橫截面減小部分中的韌性材料構成的部件(48; 65)。
11、 如權利要求8所述的透鏡，其中，插塞(48、 49; 65、 66)包括至少一個由粘結劑構成的部件(49、 66)。
12、 如權利要求8所述的透鏡，其中，還包括室(50)，其 含有所述兩種液體中的一種液體(44)以及氣泡(64)，使所述一 種液體在所述室和空腔(17)之間移動的裝置(52)，以及用于將 氣泡限定在所述室中的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造基于電潤濕的可變焦距透鏡的方法，包括(a)提供封罩，其具有空腔(17)和至少一個通道(27、28；59)，所述通道在其一端與空腔連通，在其另一端呈現(xiàn)于透鏡的外表面；(b)通過所述通道用第一和第二液體(44、47)充填空腔，所述液體不相混溶并且具有不同的折射率；以及(c)氣密性地密封所述通道。
文檔編號G02B3/14GK101213477SQ200680022306
公開日2008年7月2日 申請日期2006年6月23日 優(yōu)先權日2005年6月23日
發(fā)明者B·貝爾熱, B·鮑陶德, J·珀瑟, P·克雷恩 申請人:瓦里奧普蒂克公司