專利名稱：變焦透鏡及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡，更具體地講，所述變焦透鏡可容易地被制造并通過在腔的開口端形成突起來防止氣泡的形成。
背景技術(shù)：
通常，相機配備有多個透鏡，并且將相機設(shè)計為分別驅(qū)動這些透鏡以變化透鏡的相對距離，從而調(diào)整相機的光學焦距。由于例如相機的光學設(shè)備的小型化，對配備在其中的透鏡的小型化的需求也在增長。
作為滿足所述小型化需求的一種途徑，提出了在WO 03/069380中公開的一種變焦透鏡。
圖1是作為WO 03/069380的實施例提出的一種變焦透鏡的示意性截面圖。
如圖1所示，所述變焦透鏡包括流體腔5和流體接觸層10，流體腔5具有圓筒形壁，用于容納不可混溶的第一流體A和第二流體B，而流體接觸層10布置在所述圓筒形壁的內(nèi)側(cè)。第一流體A和第二流體B在彎月面14上接觸并具有不同的折射率。所述變焦透鏡還包括通過流體接觸層10與第一流體A和第二流體B分開的第一電極2以及作用在第二流體上的第二電極12。
第一電極2為圓筒形，由金屬材料形成，并被絕緣層8涂覆。第二電極12布置在流體腔5的一端。
流體腔5被透明的前部元件4和后部元件6覆蓋或者密封，以容納第一流體A和第二流體B。
還設(shè)置有密封件(在圖4中示出，由標號16標注)，以使得透明的前部元件4和流體接觸層10密封地結(jié)合。
這種構(gòu)造的變焦透鏡的操作如下。
當沒有電壓施加到第一電極2和第二電極12之間時，流體接觸層10對于第一流體A的潤濕性(wettability)大于其對于第二流體B的潤濕性。
由于電潤濕(electro-wetting)，對于第二流體B的潤濕性在第一電極2和第二電極12之間的電壓的作用下變化，這種變化趨向于改變彎月面14的接觸角，如Q1、Q2和Q3所指示。
因此，彎月面的形狀根據(jù)施加的電壓而變化，從而實現(xiàn)對透鏡焦距的調(diào)節(jié)。
即，如圖1至圖3所示，根據(jù)施加的電壓的大小，在第二流體B的一側(cè)測量的彎月面14與流體接觸層10的角度逐漸從鈍角變?yōu)殇J角，例如，按照140°、100°和60°的順序變化。
這里，圖1顯示施加低電壓時的透鏡構(gòu)造，圖2顯示施加中等電源時的透鏡構(gòu)造，圖3顯示施加高電壓時的透鏡構(gòu)造。
上述采用流體的變焦透鏡的優(yōu)點在于其尺寸可被進一步減小到小于通過對透鏡進行機械致動來調(diào)整焦距的機械的透鏡系統(tǒng)的尺寸。
然而，傳統(tǒng)變焦透鏡具有不足之處，如圖4中所示。由于所述變焦透鏡含有流體，所以如果所述流體沒有被很好地密封，則如圖4所示，可能會在腔5的內(nèi)部產(chǎn)生氣泡或者空穴(void)18。
為了防止這種現(xiàn)象，可以在流體中裝配所述透鏡。然而，即使這樣也不能完全防止氣泡的產(chǎn)生，反而降低可加工性，從而阻礙批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
提出本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡具有在腔的一端形成的突起，以防止由于氣泡而引起的缺陷或者性能惡化。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡具有在腔的一端形成的突起以便于在空氣中制造，從而顯著地提高生產(chǎn)率。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種變焦透鏡，包括流體腔，具有沿著其開口的一端形成的突起，所述流體腔為圓筒形，用于在其中容納不可混溶的第一流體和第二流體，所述第一流體和第二流體具有不同的折射率；透明元件，與所述腔的開口端密封地結(jié)合，并且所述透明元件與所述腔的突起有預定間隙；第一電極，設(shè)置在所述腔內(nèi)，作用于所述第一流體；第二電極，與所述第一電極絕緣。
優(yōu)選地，所述腔由透明材料制成，并具有與所述開口端相對的預定厚度的封閉端。
優(yōu)選地，所述第一流體是導電的，而所述第二流體是不導電的。
優(yōu)選地，所述突起具有尖端，其中，所述突起的尖端的寬度為300μm或者更小。
此外，所述變焦透鏡還可包括與所述腔的另一端密封地結(jié)合的第二透明元件。


通過下面結(jié)合附圖進行的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點及其它優(yōu)點將會更加容易理解，其中圖1至圖3是示出傳統(tǒng)變焦透鏡及其操作的截面圖；圖4是示出傳統(tǒng)的變焦透鏡的缺點的截面圖；圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的變焦透鏡的截面圖；圖6是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的變焦透鏡的截面圖；圖7是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的變焦透鏡的截面圖；圖8至圖10是示出圖7中所示的變焦透鏡的干擾類型及其效果的截面圖；圖11和圖12是示出一種沒有突起或者突起的寬度太大的變焦透鏡的干擾類型及其效果的截面圖；圖13和圖14是示出配備有不同類型的電極的圖6中所示的變焦透鏡的截面圖；圖15和圖16是示出配備有不同類型的電極的圖6中所示的變焦透鏡的截面圖，在所述透鏡中，腔壁由導體制成，以提供電極；圖17是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的變焦透鏡的截面圖；圖18和圖19是示出配備有不同類型的電極的圖17中所示的變焦透鏡的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將在下文中參照附圖更加全面地說明本發(fā)明，其中，本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出在附圖中。
首先，參照圖5，其示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的變焦透鏡100。
本發(fā)明的變焦透鏡100包括腔壁110，腔壁110為圓筒形，以在其中形成空間。腔壁110具有沿著其上端110A形成的隆起或者突起112。變焦透鏡100還包括上部透明元件120和下部透明元件130，上部透明元件120與腔壁110的上端110A結(jié)合并與突起112有預定間隙G，下部透明元件130與腔壁110的下端110B結(jié)合。上部透明元件120和腔壁110通過密封件122密封地結(jié)合，而下部透明元件130和腔壁110通過粘結(jié)層(未顯示)結(jié)合在一起。所述粘結(jié)可以通過例如玻璃料粘結(jié)(frit bonding)進行。
由腔壁110以及上部透明元件120和下部透明元件130限定的腔的內(nèi)部空間充滿不可混溶的第一流體A和第二流體B。第一流體A和第二流體B具有基本相等的密度，但是具有不同的折射率。此外，一種流體是導電的，而另一種是不導電的。通常，第一流體A是導電的，而第二流體B是不導電的。
在這一構(gòu)造中，第一流體A形成從突起112和上部透明元件120之間鼓起的凸的露珠狀部分，但是在突起112的內(nèi)側(cè)保持與上部透明元件120緊密或者密切接觸。結(jié)果，空氣或者氣體保持在突起112外側(cè)的區(qū)域中，即，保持在突起112和密封件122之間的空隙V中，而不在突起112的內(nèi)側(cè)。
參照圖6，其示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的變焦透鏡200。
在圖6所示的變焦透鏡200中，腔壁210的內(nèi)表面214隨著其向下延伸而向內(nèi)傾斜。這種傾斜的構(gòu)造適用于優(yōu)化第一流體A和第二流體B的初始條件，并且根據(jù)流體A和流體B之間的接觸角來變化地應用傾斜的角度。
除了所述傾斜的構(gòu)造之外，本實施例的變焦透鏡200具有與圖5中所示的構(gòu)造基本相同的構(gòu)造，這里將不重復描述。
參照圖7，其示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的變焦透鏡300。
在變焦透鏡300中，突起312具有尖端，而其它構(gòu)造基本上與圖6中所示的構(gòu)造相同。當然，也可以在圖5的構(gòu)造中采用這一尖端狀的突起312。
圖8至圖10是示出圖7中所示的變焦透鏡的干擾類型及其效果的截面圖。盡管為了方便而參照圖7，但是這一解釋可同樣適用于圖5和圖6中所示的那些構(gòu)造。
首先，當流體B，然后是流體A精確地注入腔內(nèi)時，上層的流體A具有突起312上的凸面形狀。這一凸面形狀被夸大，實際上，由于注入的流體A的量被精確地控制，因此，所述凸面的尺寸很小。
當上部透明元件320從上向下移動以與腔壁310結(jié)合時，流體A的凸面部分首先與透明元件320的下側(cè)接觸，然后被壓。流體A的被壓的部分被向外或者向著突起312推，因而形成如圖9中所示的從突起312和上部透明部分320之間鼓起的露珠狀部分。
也就是說，一旦接觸到上部透明元件320，流體A就沿著上部透明元件320的下側(cè)伸展。當流體A伸展部分到達突起的尖端時，流體A部分不流動超過突起312，而是依然在突起312和上部透明元件320之間保持受約束為凸面露珠狀。這是通過流體A和突起312的尖端之間的力(或表面張力)實現(xiàn)的。當所述力大于使流體A沿著上部透明元件320的下側(cè)伸展的驅(qū)動力時，所述力約束突起312和上部透明元件320之間的流體A。這種現(xiàn)象可以通過類比于平面上的水滴保持其凸面形狀來理解。
在流體A被注入太多并且在充滿突起312內(nèi)側(cè)的空間之后仍殘存多余的流體A′的情況下，多余的流體A′克服了突起312和上部透明元件320之間的力，從而使其自身滴出突起312以外。如圖10所示，在突起312和止擋S之間殘存有多余的流體A′。
為了實現(xiàn)這種效果，只要變焦透鏡的裝配不產(chǎn)生氣泡，并且裝配的變焦透鏡在作為流體透鏡的同時能夠保持其密封狀態(tài)，突起具有的寬度以及與上部透明元件的間隙就可以進行各種調(diào)整。
在該流體透鏡中，突起312最好具有300μm或者更小的寬度。突起312和上部透明元件320之間的間隙G可根據(jù)流體注入的量來進行調(diào)整，并且最好是20μm或者更小。間隙G可以通過止擋S來調(diào)整，所述止擋S可以利用上述密封件322或者采用不同的物理手段。
參照圖11和圖12，現(xiàn)在將描述沒有突起或者突起的寬度太大的情形。
首先，如圖11所示，流體A和流體B充入由不帶突起的腔壁1010限定的空間中，形成凸面形狀，其程度為流體A不沿著腔壁1010的頂部1012流動。隨著上部透明元件1020從上向下移動，流體A與透明元件1020的下側(cè)接觸，然后沿著其下側(cè)伸展。當上部透明元件1020完全與腔壁1010結(jié)合時，如圖12所示，在位于上部透明元件1020的中部的流體A中可能產(chǎn)生空穴V。該空穴V使流體透鏡失效。這一問題也類似于先前參照圖4描述的問題。
然而，本發(fā)明的突起可防止這一問題。即，當流體A到達圖10中所示的突起312的尖端時，流體A不象圖11中那樣伸展，而是在突起312之間的力的作用下保持在突起312和上部透明元件320的下側(cè)之間，從而防止空穴V的形成。結(jié)果，本發(fā)明的變焦透鏡能夠容易地在空氣中制造，并且因此顯著地提高了生產(chǎn)率。
圖13是示出配備有電極240和242的如圖6中所示的變焦透鏡的截面圖。
變焦透鏡200還包括第一電極240，形成在上部透明元件220的下側(cè)；第二電極242，形成在腔壁210的內(nèi)表面214上；絕緣層246，形成在第二電極242上以使第一電極240與第二電極242電絕緣。此外，導體244形成在腔壁210的底端210B和下部透明元件230之間，用于使第二電極242與外部電源250電連接。
在這種情況下，第一流體A為導電的，但是第二流體B為不導電的。此外，腔壁210由例如玻璃和陶瓷制品的絕緣材料制成。
電源250與電線248一起被設(shè)置為使得第一電極240通過電線248中的上面一條與電源250電連接，而使得第二電極242通過電線248中的下面一條與電源250電連接。
這與參照圖1至圖3描述的一樣，從電源250改變電壓，以使第一流體A和第二流體B之間的彎月面M變化，從而調(diào)整變焦透鏡200的焦距。
在這種情況下，絕緣層246不得不形成為以足夠的面積覆蓋第二電極242，以使得導電的第一流體A在彎月面M的改變期間不與第二電極242接觸。
優(yōu)選地，第一電極240和第二電極242可以通過例如濺射和電子束沉積的沉積方式形成。
圖14是示出配備有另一種類型的電極的如圖6中所示的變焦透鏡的截面圖，其中，部件由以400開始的標號標注。
圖14中所示的變焦透鏡400還包括第一電極440，形成在腔壁410的頂端410A上，所述腔壁410包括與上部透明元件相對的突起412；第二電極442，形成在腔壁410的內(nèi)表面414上；絕緣層446，形成在第二電極442上，用于使第二電極442與第一電極440電絕緣。
除了第一電極440之外，其它的部件與圖13中所示的那些部件基本相同，因此將省略對其進行的解釋。
圖15是示出配備有另一種類型的電極的如圖6中所示的變焦透鏡的截面圖，其中，腔壁由導體制成，以提供電極。為了方便說明，所有的部件都由以500開始的標號標注。
如圖15所示，本發(fā)明的變焦透鏡500還包括第一電極540，形成在上部透明元件520的下側(cè)；絕緣層546，形成在用作第二電極的腔壁510的內(nèi)表面514上，用于使第一電極540和導電的腔壁510之間電絕緣。
在這種構(gòu)造中，作為第二電極的腔壁510可通過電線548與電源電連接。結(jié)果，變焦透鏡500的構(gòu)造被進一步簡化。
盡管顯示為絕緣層546延伸到腔壁510的底部510B，但是絕緣層可以形成為部分地覆蓋腔壁510的內(nèi)表面514，覆蓋的程度為導電的第一流體A不因彎月面M的改變而與作為第二電極的腔壁510接觸。
圖16是示出配備有另一種類型的電極的如圖6中所示的變焦透鏡的截面圖，其中，腔壁由導體制成，以提供電極。為了方便說明，所有的部件都由以600開始的標號標注。
如圖16所示，本發(fā)明的變焦透鏡600還包括第一電極640，形成在腔壁610的一端610A上，所述腔壁610包括與上部透明元件620相對的突起612；絕緣層646，使第一電極640和作為第二電極的腔壁610之間電絕緣。
絕緣層646的一部分介于腔壁上端610A和第一電極640之間，用于使兩者之間電絕緣，并且所述絕緣層646的一部分覆蓋在腔壁610的內(nèi)表面614上，以防止流體A接觸腔壁610。盡管顯示出絕緣層646延伸至腔壁610的底部610B，但是絕緣層646可以形成為部分地覆蓋腔壁610的內(nèi)表面614，覆蓋的程度為導電的第一流體A不因彎月面M的改變而與作為第二電極的腔壁610接觸。
盡管為了方便起見，已經(jīng)參照圖13至圖16描述了上述電極的布置應用于如圖6中所示的變焦透鏡的情況，但是這些布置等同地適于圖5和圖7中所示的變焦透鏡。
圖17是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的變焦透鏡的截面圖。
如圖17所示，這一實施例的變焦透鏡700包括腔壁710，該腔壁710具有開口的上端710A和封閉的下端710B，沿著上端形成有隆起或者突起712。變焦透鏡700還包括透明元件720，該透明元件720與腔壁710的上端710A結(jié)合，且與突起712之間有預定間隙G。
上部透明元件720和腔壁710通過密封件密封地結(jié)合。腔壁710由例如玻璃和透明塑料的透明材料制成，從而腔壁710的下部718起下部透明元件的作用。通過使下部透明元件與腔壁710成為一體，能夠省略將下部透明元件粘結(jié)到腔壁710的步驟。
由腔壁710和上部透明元件720限定的腔的內(nèi)部空間中充滿不可混溶的第一流體A和第二流體B。第一流體A和第二流體B具有基本相等的密度，但是具有不同的折射率。此外，一種流體是導電的，而另一種流體是不導電的。通常，第一流體A是導電的，而第二流體B是不導電的。
在這種構(gòu)造中，第一流體A形成在突起712和上部透明元件720之間鼓起的凸的露珠狀部分，但是在突起712的內(nèi)側(cè)保持與上部透明元件720的緊密或者密切接觸。結(jié)果，空氣或者氣體保持在突起712外側(cè)的區(qū)域中，即，保持在突起712和密封件722之間的空隙V中，而不在突起712的內(nèi)側(cè)。
突起712的細節(jié)和效果基本上與圖8至圖10中的突起的細節(jié)和效果相同，因此，將不重復描述它們。
圖18是示出配備有電極的如圖17所示的變焦透鏡的截面圖。
如圖18所示，本發(fā)明的變焦透鏡700還包括第一電極740，形成在上部透明元件730的下側(cè)；第二電極742，形成在腔壁710的內(nèi)表面714上；絕緣層746，形成在第二電極742上，用于使第二電極742與第一電極740電絕緣。
在這種情況下，第一流體A是導電的，而第二流體B是不導電的。
此外，電源750和電線748被設(shè)置為使得第一電極740通過電線748中的上面一條與電源750電連接，而使得第二電極742通過電線748中的下面一條與電源750連接。
盡管顯示為絕緣層746延伸到腔壁710的底部716，但是絕緣層746可以形成為部分地覆蓋腔壁710的內(nèi)表面714，覆蓋的程度為導電的第一流體A不因彎月面M的改變而與作為第二電極的腔壁710接觸。
圖19是示出配備有另一種類型的電極的如圖17所示的變焦透鏡的截面圖。為了便于說明，所有的部件都由以800開始的標號標注。
如圖19所示，本實施例的變焦透鏡800包括第一電極840，形成在腔壁810的上端810A上，所述腔壁810包括與上部透明元件830相對的突起812；第二電極842，形成在腔壁810的內(nèi)壁814上；絕緣層846，形成在第二電極842上，用于使第二電極842與第一電極840電絕緣。
除了第一電極840以外的其它部件基本上與圖18中的那些部件相同，因此將省略對它們的解釋。
如前所述，本發(fā)明的變焦透鏡配備有沿著腔的一端的突起，從而防止由于氣泡的形成而引起的潛在的性能惡化。此外，本發(fā)明的變焦透鏡可在空氣中制造。因此，本發(fā)明在便于制造的同時，可提高變焦透鏡的穩(wěn)定性，從而顯著地提高其生產(chǎn)率。
盡管已經(jīng)參照具體的示例性實施例和附圖描述了本發(fā)明，但是這并不限制本發(fā)明，本發(fā)明應當由權(quán)利要求限定。應當理解，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將所述實施例替換、改變或者修改為各種形式。
本申請基于2005年5月16日提交的第10-2005-0040874號韓國專利申請并要求其優(yōu)先權(quán)，該申請的全部公開通過引用包含于此。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，包括流體腔，具有沿著其開口的一端形成的突起，所述流體腔為圓筒形，用于在其中容納不可混溶的第一流體和第二流體，所述第一流體和第二流體具有不同的折射率；透明元件，與所述腔的開口端密封地結(jié)合，并且所述透明元件與所述腔的突起有預定間隙；第一電極，設(shè)置在所述腔內(nèi)，作用于所述第一流體；第二電極，與所述第一電極絕緣。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中，所述腔由透明材料制成，并具有與所述開口端相對的預定厚度的封閉端。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中，所述第一流體是導電的，而所述第二流體是不導電的。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中所述突起具有尖端。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，還包括與所述腔的另一端密封地結(jié)合的第二透明元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡。所述變焦透鏡包括具有沿著其開口的一端形成的突起的流體腔。所述流體腔為圓筒形，用于在其中容納不可混溶的第一流體和第二流體，所述第一流體和第二流體具有不同的折射率。透明元件與所述腔的開口端密封地結(jié)合，并且所述透明元件與所述腔的突起有預定間隙。第一電極設(shè)置在所述腔內(nèi)，作用于所述第一流體，第二電極與所述第一電極絕緣。所述變焦透鏡可被容易地制造，能夠通過在所述腔的開口端形成的突起來防止氣泡的形成。
文檔編號G02B3/14GK1866056SQ20061008250
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者吳炳度, 鄭相國, 金寧基, 裴宰英 申請人:三星電機株式會社