专利名称：在流体腔的一端具有多个突起的变焦透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦透镜，更具体地讲，涉及一种具有形成在腔室一端的多个突起的变焦透镜，从而防止形成气泡并且吸收由于外部环境，例如温度和压力改变而导致的流体体积改变，以消除气泡的进入或形成，从而不管外部环境如何改变，都能够作为透镜而具有很好的性能。
背景技术：
通常，相机装备有多个透镜，并且被构造为通过分别驱动这些透镜以改变它们的相对距离来调节光学焦距。由于光学装置，例如具有安装在其中的透镜的相机的小型化，反过来日益需要透镜的小型化。
为了满足小型化的需要，在PCT WO03/069380中公开了一种变焦透镜。
图1是在PCT WO03/069380的实施例中提出的变焦透镜的示意性截面图。
如图1所示，变焦透镜包括具有圆筒形壁的流体腔5，流体腔5中容纳有不易混溶的并且具有不同折射率的第一流体A和第二流体B。第一流体A和第二流体B通过它们之间的弯月面14接触。变焦透镜还包括流体接触层10，设置在流体腔5的圆筒形壁的内侧上；第一电极2，通过流体接触层10与第一流体A和第二流体B隔开；第二电极12，作用在第二流体B上。
第一电极2呈圆柱形，由金属材料形成并且被覆有绝缘层8。第二电极12被设置在流体腔5的一端。
另外，流体腔5被透明的前后部件4和6盖住，从而容纳流体A和B。
另外，设置密封件(如图4所示，被标号16所示)以将前部件4与流体接触层10结合起来。
上述结构的变焦透镜的操作将在以下描述。
当没有将电压施加在第一电极2和第二电极12之间时，流体接触层10相对于第一流体A比相对于第二流体B具有更高的润湿性。
由于电润湿，第二流体B的润湿性随着第一电极和第二电极之间的电压施加而改变，这改变了如图所示的弯月面14的接触角Q1、Q2和Q3。
因此，弯月面的形状响应于施加的电压而改变，从而调节透镜的焦距。
即，如图1至图3所示，根据施加的电压的大小，在第二流体B侧测量的弯月面14与流体接触层10之间的角度从钝角改变至锐角，例如按照140°、100°、60°等的顺序改变。
这里，图1显示了具有高负光焦度的透镜构造，图2显示了具有低负光焦度的透镜构造，图3显示了具有正光焦度的透镜构造。
相对于通过机械地操作透镜来调节焦距的传统方法，上述使用流体的变焦透镜具有小型化的优点。
但是，传统的变焦透镜的缺点如图4所示。即，由于变焦透镜容纳有流体，所以，如果流体没有被正确地密封，则在室腔5中会形成气泡18，如图4所示。
现在将参照图5和图6详细地描述传统变焦透镜的缺点。
首先，如图5所示，流体A和B填充在腔壁30之间的空间中，形成凸的表面，但是还不到从腔壁的上端32溢出来的程度。在这种状态下，上透明板沿着如箭头C所示的方向向下移动，流体A接触上透明板40的下表面，并且沿着上透明板的下表面延展。因此，当上透明板40完全附着到腔壁30时，气泡V形成在流体A的中间，如图6所示。如果形成这种气泡，则流体透镜不可用。这是参照图4描述的问题的一个例子。
为了防止这种问题，可以在流体内装配透镜，但是也不能完全抑制气泡的形成，并且降低了生产率并且防碍了透镜的大量制造。
发明内容
提出本发明以解决上述现有技术中的问题，因此，本发明的特定实施例的目的是提供一种变焦透镜，其具有形成在室腔的一端的多个突起，用于防止形成气泡。
本发明特定实施例的另一目的是提供一种变焦透镜，其具有形成在室腔的一端的多个突起，用于吸收由于外部环境，例如温度和压力改变而导致的体积改变，消除由于流体的体积改变而进入的气泡或形成的气泡，从而实现了不管外部环境如何改变，透镜都具有良好的性能。
为了实现本发明的目的，根据本发明的一方面，提供一种变焦透镜，包括流体腔，容纳不易混溶并且具有不同折射率的第一流体和第二流体，所述流体腔具有沿着其敞开的一端的圆周形成的多个突起；透明板，通过密封件附着到所述室腔的敞开的一端，与所述突起隔开预定间隔；第一电极，设置在室腔内部，作用在第一流体上；第二电极，设置在室腔内部，并且与第一流体绝缘。
根据本发明的特定实施例，室腔由透明材料制成，并且具有与敞开端相对的预定厚度的封闭端。
根据本发明的特定实施例，第一流体是导电性的，第二流体是非导电性的。
根据本发明的特定实施例，每个突起具有从三角形、矩形和梯形组成的组中选择的一种截面形状。
根据本发明的特定实施例，还包括附着到室腔的另一端的第二透明板。
根据本发明的特定实施例，所述多个突起的最里面一个和挨着的一个形成的空间具有与第一流体和第二流体的总体积的1％对应的尺度。
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和其它优点将会变得更加容易理解，其中图1至图3是表示根据现有技术的变焦透镜的结构和操作的截面图；图4是根表示据现有技术的变焦透镜的问题的截面图；图5和图6是表示根据现有技术的变焦透镜的弯月面的形状和效果的截面图；图7是表示根据本发明实施例的变焦透镜的构造的截面图；图8a至8c是表示图7所示的变焦透镜的流体区域的平面图；图9是表示根据本发明另一实施例的变焦透镜的构造的截面图；图10是表示根据本发明另一实施例的变焦透镜的截面图；图11至图13是表示图10所示的变焦透镜的弯月面的形状和效果的截面图；
图14a至图15是表示图10所示的变焦透镜的多个突起的变化的截面图；图16和图17是表示形成在图9所示的变焦透镜中的两种类型的电极的截面图。
具体实施例方式
现在，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。
首先，图7表示了根据本发明实施例的变焦透镜100的结构。
变焦透镜100包括腔壁110，形成为圆柱形内空间，第一凸起或突起112、第二突起114和两个第三突起115形成在腔壁110的一端上；上透明板120，附着到腔壁110的上端110A，与腔壁110之间具有预定间隔G；下透明板130，附着到腔壁110的下端110B。
这里，第一突起112具有矩形截面，并且第二突起114和第三突起115各自具有三角形截面。因此，第一突起112、第二突起114和第三突起115形成三个槽。
这样，上透明板120和腔壁110通过密封件122互相密封地结合，并且下透明板130和腔壁110通过粘合层(未示出)互相粘合。可通过例如玻璃料粘合实现。可选地，下透明板130可与腔壁110一体地形成。例如，可在透明板中加工出作为室腔的槽，以形成下透明板与腔壁一体形成的透镜体。
同时，不易混溶的第一流体A和第二流体B填充在由腔壁110和上下透明板120和130形成的室腔的内空间中。第一流体A和第二流体B被设置为具有基本上相同的比例但是具有不同的折射率。另外，一种是导电性流体而另一种是非导电性流体。在本发明的实施例中，流体A是导电性流体，流体B是非导电性流体。
观察由图7中的标号A表示的部分，流体A的一部分填充了第一突起112和第二突起114之间的空间，并且在第二突起114的尖端和上透明板120之间形成凸表面A1。在突起112的顶端到室腔的内空间的区域中，流体A与上透明板120完全接触。另外，在以下参照图12的描述中，如果流体A的量太多，则一部分便会滴下并且以液滴D1的形式停留在气泡区域内或者突起114和上透明板120之间的间隙V内。结果，在从突起114向外的区域，即，在突起114和密封件122之间的间隙V中中存在气泡，而在室腔内部从突起114向内的区域中没有气泡。凸表面A1沿着突起114和上透明板120之间的区域形成为圆形。这个圆形流体区域从上面看如图8a所示。
在流体A填充在第一突起112和第二突起114之间的空间的情况下，当流体A和B的体积根据温度改变而改变时，形成凸表面A1的流体A的剩余部分向室腔运动。结果，在从第一突起112向内的区域中不形成气泡。
另外，如图7和图8b中的标号B所示的部分所示，流体A的凸表面A2可沿着第一突起112和上透明板120之间的区域形成。
而且，如图8c所示，流体A的一部分沿着第一突起112和上透明板120之间的区域形成凸表面A2，并且流体A的另一部分可沿着第二突起114和上透明板120之间的区域形成凸表面A1。
这种凸表面A1、A2由流体A的体积改变的量确定。
图9表示根据本发明另一实施例的变焦透镜100A的构造。
在图9中的变焦透镜100A中，腔壁110的内表面116朝着其底部向内倾斜。因此，腔壁110的内直径从上端110A至下端110B减小。应用这种倾斜的构造以使第一流体A和第二流体B的初始条件最优化，并且斜面的角度被构造为根据流体A和流体B的接触角而改变。根据这种构造，第一突起112a具有梯形截面。
除了这种倾斜的构造之外，变焦透镜100A具有与图7的变焦透镜100基本相同的构造，因此，省略额外的描述。
图10表示根据本发明另一实施例的变焦透镜100B的构造。
除了第一突起112b的尖端之外，图10中的变焦透镜100B具有与图9中的变焦透镜100A基本相同的构造。当然，具有尖端的第一突起112b也可以应用在图7的结构中。
图11至图13是表示图10所示的变焦透镜的弯月面的形状和效果的截面图。为了方便起见，基于图10的结构进行解释，但是同样可以适用于图7和图9中的结构。
当流体B和流体A依次被准确地注入时，上部的流体A向上突出超出突起112b的水平面。为了方便解释，将这种形状夸大，由于流体A的实际注入量被准确控制，所以流体A的向上突出到突起112b之上的那部分的大小可以被忽略。
在这种情况下，当上透明板120竖直结合到腔壁110时，流体A的凸出部分首先与透明板120的下表面接触并且被透明板120压住从而向外漫延，即，向第一突起112b漫延。结果，如图12所示，在突起114和透明板120之间，流体A按照凸出的形状形成并保留。
换句话说，随着流体A与上透明板120的下表面接触，流体A沿着上透明板120的下表面漫延。这样，流体A填充在第一突起112b和第二突起114之间的空间中，并且在第二突起114和上透明板120之间形成并保持凸表面A1。这是因为第二突起114的尖端和流体A的力(表面张力)大于流体A沿着上透明板120的下表面漫延的力，因此，在第二突起114和上透明板120之间留住流体A。通过在平面上形成凸形的水滴类似的例子可以理解到。
同时，如果流体A的量太多使得在填充突起112b的内部区域之后有多余，则多余的流体A克服作用在突起112b和上透明板120之间的力，并且从第二突起114的尖端呈液滴状落下。这些多余的流体在第二突起114和第三突起115之间的槽中形成液滴D1，如图12所示。同时，如果多余的流体或液滴的量大于第二突起114和第三突起115之间的槽能容纳的量，则多出的量在第三突起115之间的槽中形成液滴。
上述构造可解决图4至图6描述的现有技术的问题。
即，如果流体A到达第二突起114的尖端而不是如图6所示漫延，则流体A由于突起114作用的力而停留在突起114和上透明板120下表面之间。这样防止如图4至图6所示形成气泡。因此，根据本发明的变焦透镜可以在空气中容易地制造出，从而大大提高生产率。
上述条件不限制上透明板120的安装时间。即，当流体A和流体B的体积由于温度的升高等而增大时，与增大的体积对应的流体A的一部分运动到第二突起114和第三突起115之间的槽内，并且形成如图12所示的液滴D1。
相反，如图13所示，当流体A和流体B的体积由于温度的降低等而减小时，流体A的凸表面A1沿着箭头C所示的方向移动并且形成凸表面A2，以补充第一突起112b内的空间中的流体的体积减小。这样，凸表面A2沿着一部分或者整个第一突起112b形成，如图8b和8c所示。即，当体积减小得很多时，凸表面A2可形成为如图8b所示，当体积减小得很少时，可形成凸表面A1和A2两者。
考虑到上述特性，在本发明中的多个突起不仅具有防止在室腔中形成气泡的作用，还具有吸收由于流体A和B的体积改变而产生的影响流体透镜体的压力的作用。
为了产生这些效果，虽然根据流体A的特性可以有所改变，但是第一突起112b和第二突起114应按照一定间隔和宽度形成，从而防止在装配过程中形成气泡并且在操作流体透镜的同时保持密封状态。
回到图10所述的突起结构，虽然突起112b、114和115与上玻璃板120之间的间隔G可通过流体的注入量来调节，但是最好至多为20μm。间隔G可通过止动件调节，止动件可以被设置为密封件122或者其它物理装置。
优选地，第一突起112b与第二突起114之间的间隔P1和第二突起114与第三突起115之间的间隔P2大约为300μm。另外，第一突起112b、第二突起114和第三突起115之间的空间的深度，即，这些突起112b、114和115的高度h大约为400μm。
同时，根据图7和图9的构造，第一突起112、112a的宽度最多为300μm。
这些数据在可容纳流体A和B的体积改变的范围内确定，由于温度改变等而导致的体积改变通常最大为1％。尤其是，当制造的流体透镜的总体积为大约20μl时，该透镜的直径大约为5mm，因此，第一突起和第二突起可围绕透镜按照300μm的宽度和400μm的高度形成，这样可以充分吸收体积改变。当然，如果流体透镜的体积小于20μl，则调节突起以形成更小的值。为了使性能稳定，可设置一个或多个第三突起。
现在，将参照图14a至图14c以及图15描述图9的变焦透镜的多个突起的改变。
在图14a所示的改变中，第二突起114a和第三突起114a具有矩形截面。在图14b和图14c的改变中，第二突起114b、114c和第三突起115b和115c具有直角三角形截面。图14b中的突起的形状与图14c的对称。
在图15所示的变化中，第二突起114与第一突起112b形成按照预先设置的间隔P1。第三突起115与第二突起114形成按照预先设置的间隔P2。
此时，优选地，间隔P1和P2至多为750μm。这是因为如果间隔P1和P2超过750μm，在突起112b、114和115之间的太大的距离会妨碍形成第二突起114和第三突起115的预期效果。
图16表示具有形成在其中的电极140和142的图9的变焦透镜100A。
图16的变焦透镜还包括第一电极140，形成在上透明板120的下表面上；第二电极142，形成在腔壁110的内表面116上；绝缘层146，形成在第二电极142的表面上，以在第一电极140和第二电极142之间形成电绝缘。另外，导体144形成在腔壁110的下端110A和下透明板130之间的界面上，以将第二电极142与外部电源150连接。
这里，第一流体A是导电性的而第二流体B是非导电性的。腔壁110由绝缘材料，例如玻璃或陶瓷制成。
而且，设置电源150和电线，使得第一电极140通过电线电连接到电源150，而第二电极142通过导体144和电线电连接到电源150。
根据这种构造，可改变电源150的压力以改变第一流体A和第二流体B之间的弯月面M，从而调节变焦透镜的焦距。
这样，为了防止导电性的第一流体A由于弯月面M的变化而接触第二电极142，绝缘层146应该形成在能够覆盖第二电极142的足够大的区域中。
同时，第一电极140和第二电极142最好通过沉积方法，例如喷射或者电子束沉积形成。
这种构造使得多余的流体在第一突起112a和第二突起114之间的槽中形成液滴D1。
图17是在其中形成有另一种构造的电极的图9的变焦透镜100A的截面图。
图17的变焦透镜还包括第一电极140，形成在腔壁110的上端110A以及突起112a、114和115上，与上透明板120相对；第二电极142，形成在腔壁110的内表面116上；绝缘层146，形成在第二电极142的表面上，用于在第一电极140和第二电极142之间形成电绝缘。
除了第一电极140的构造之外，所述变焦透镜的其它的构造与图16所示的相同，因此，省略额外的解释。
根据上述本发明，具有形成在室腔的一端的多个突起的变焦透镜可防止由于形成气泡而导致变焦透镜的性能变差。另外，根据本发明的变焦透镜可在空气中制造。因此，提高了变焦透镜的稳定性并且容易制造，从而大大提高了生产率。另外，所述多个突起吸收流体由于温度改变等而导致的体积改变，从而消除由于流体体积改变而导致的影响透镜体的应力。
虽然参照优选实施例显示并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和改变。
权利要求
1.一种变焦透镜，包括流体腔，容纳不易混溶并且具有不同折射率的第一流体和第二流体，所述流体腔具有沿着其敞开的一端的圆周形成的多个突起；透明板，通过密封件附着到所述室腔的敞开的一端，与所述突起隔开预定间隔；第一电极，设置在室腔内部，作用在第一流体上；第二电极，设置在室腔内部，并且与第一流体绝缘。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，室腔由透明材料制成，并且具有与敞开端相对的预定厚度的封闭端。
3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一流体是导电性的，第二流体是非导电性的。
4.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，每个突起具有从三角形、矩形和梯形组成的组中选择的一种截面形状。
5.如权利要求1所述的变焦透镜，还包括附着到室腔的另一端的第二透明板。
6.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述多个突起的最里面一个和挨着的一个形成的空间具有与第一流体和第二流体的总体积的1％对应的尺寸。
全文摘要
本发明涉及一种变焦透镜，包括流体腔，容纳不易混溶并且具有不同折射率的第一流体和第二流体，所述流体腔具有沿着其敞开的一端的圆周形成的多个突起。所述变焦透镜还包括透明板，通过密封件附着到所述室腔的敞开的一端，与所述突起隔开预定间隔。所述变焦透镜还包括第一电极，设置在室腔内部，以作用在第一流体上；第二电极，设置在室腔内部，并且与第一流体绝缘。本发明实现了不形成气泡的容易的制造过程，并且消除了由于外部环境，例如温度和压力改变而导致的气泡的进入和形成，从而实现了不管外部环境如何改变，透镜都具有良好的性能。
文档编号G02B3/14GK1991415SQ20061017140
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月26日 优先权日2005年12月29日
发明者吴炳度, 朴荣圭 申请人:三星电机株式会社