可调的光学透镜的制作方法
【专利说明】可调的光学透镜
[0001]本发明申请是申请日为2011年5月16日的、申请号为201180026823.6(国际申请号为PCT/CH2011/000112)以及发明名称为“可调的光学透镜”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及可调的光学透镜、以及用于操作和制造这样的装置的方法。
【背景技术】
[0003]可调的光学透镜是这样的光学装置，其可以被调整，以便改变焦距以及该装置的光轴中心的横向位置。假如这样的透镜可以调整到多个不同的焦点，那么它们也被称为变焦位移透镜。
[0004]WO 2008/138010 Al公开了一种可调透镜，该可调透镜包含刚性基体、在基体顶部上的可变形膜、以及在基体与膜之间的流体。第一电极被附接到膜，而静电致动器的第二电极被附接到基体。
[0005]这样的透镜构成相对较厚的装置。
[0006]另外，根据本技术的透镜在其应用上受到限制，这是因为在提升(elevat1n)期间针对顶点(peak)设置提升的膜的部分，在提升期间，该顶点会持续地保持在正中间。但是，对于光学器件中的某些应用，为了补偿在光学系统中出现的诸如抖动的其它光学效应，希望设置膜的偏心的顶点。
【发明内容】
[0007]因此，本发明要解决的问题是提供一种作为紧凑组件的可调的光学透镜。
[0008]本发明要解决的另一个问题是提供一种包括膜的可调的光学透镜，该膜具有出于补偿的目的可以横向偏移的顶点。
[0009]根据本发明的第一方面，提供一种根据权利要求1的特征的可调的光学透镜。
[0010]因此，该可调的光学透镜包括膜、用于膜的支撑体、在膜与支撑体之间的流体、以及用于使膜变形的致动器，该致动器包括与膜互连的第一电极和第二电极。第二电极被设置在膜之上，从而使得第一电极被设置在支撑体与第二电极之间。
[0011]由于在支撑体与膜之间没有设置电极的原因，该透镜展现了更低的厚度，因为替代地第二电极利用为无论以何种方式提升膜所提供的空间。另外，透镜可以由凸变形为凹。如在现有技术中所描述的，当静电吸引存在于被施加在膜的流体侧的可变形电极与被施加到支撑体的刚性电极之间时，这是不可能的。此外，没有流体可以被封闭在电极之间，因此，由于流体封闭导致不提供用于理想的光学性质的致动，电极之间的绝缘层的厚度不会发生变化。
[0012]在优选实施例中，用于第二电极的保持器被设置在膜之上。包括保持器、第二电极，并且有利地包括绝缘层的组件可以形成预制组件。这样的组件可以应用于许多不同的膜/支撑体组件，并且可以形成用于光学透镜的标准组件，而无论这些透镜的具体性质如何。当进行制造时，流体的密封通常是低产率工艺。如果不需要在支撑体上进行第二电极和绝缘层的昂贵的沉积工艺，那么可以改善产率损失后的整体成本。
[0013]根据本发明的另一个方面，提供一种可调的光学透镜，其包括膜、用于膜的支撑体、在膜与支撑体之间的流体、以及用于使膜变形的致动器，该致动器包括第一电极和第二电极。第二电极包括具有第一导电性的第一区段和至少一个具有第二导电性的第二区段。第一导电性超出第二导电性。第二区段中的每一个都被设置在两个第一区段之间。
[0014]当电压被施加到第一电极与第二电极的第一区段之间，并且不同的电压被施加到第一电极与第二电极的另一个第一区段时，那么，横跨由单个第二区段连接的作为相邻的第一区段的两个第一区段，仅有电压梯度产生。根据第二电极的第二区段与第一电极之间的局部变化的电压，第一电极与第二电极之间的库仑引力随位置而变。这导致透镜的非径向变形，即，例如在膜的凸起形状中的顶点移出其中心位置。这种非径向变形可以用于横向移动透镜的光轴。
[0015]根据本发明的另一个方面，提供一种用于操作可调透镜的方法。该透镜包括具有内部和周边的膜、用于膜的支撑体、在膜与支撑体之间的流体、以及用于使膜变形的致动器，该致动器包括与膜互连的第一电极和第二电极，第二电极被设置在膜之上，从而使得第一电极被设置在支撑体与第二电极之间。第一电压被施加在第一电极与第二电极之间，以使膜的周边从支撑体移开，从而导致膜的内部向支撑体移动。第二电压被施加在第一电极与第二电极之间，以使膜的周边向支撑体移动，从而导致膜的内部从支撑体移开。特别地，第二电压与第一电压不同，并且具体地可以为零电压。
[0016]根据本发明的另一个方面，提供另一种用于操作光学透镜的方法。该透镜包括膜、用于膜的支撑体、在膜与支撑体之间的流体、以及用于使膜变形的致动器，该致动器包括第一电极和第二电极，其中，第二电极包括具有第一导电性的第一区段和至少一个具有第二导电性的第二区段，其中，第一导电性超出第二导电性，并且，其中，第二区段中的每一个都被设置在两个第一区段之间。第一电压被施加在第一电极与第二电极的第一区段的第一个之间。第二电压被施加在第一电极与第二电极的第一区段的第二个之间。第一区段的第一个和第二个是相邻的区段，并且经由第二区段连接。第一电压与第二电压不同。
[0017]根据本发明的另一个方面，提供一种用于制造可调光学透镜的方法。该方法包括:将流体填入到支撑体中，将与第一电极互连的膜附接到支撑体；以及将包括第二电极和绝缘层的预制保持器设置在第二电极的顶部上。
[0018]其它的有利实施例在从属权利要求以及下面的描述中列出。描述的实施例与所述设备和方法类似地相关。根据这些实施例的不同组合可能会出现协同效应，尽管它们可能不被详细地描述。
[0019]此外，应当注意，关于方法的本发明的所有实施例可以按照所述步骤的顺序来实现，不过，这不必是方法步骤的唯一的基本顺序，方法步骤的顺序和组合的所有不同顺序都在本文中被描述。
【附图说明】
[0020]本发明的上面定义的各方面和进一步的方面、特征和优点还可以从要在下文中描述的实施例的例子得出，并且参考实施例的例子进行解释。在下文中参考实施例的例子对本发明进行更详细的描述，本发明并不限于这些实施例。参考附图进行这样的描述，其中:
[0021]图la、lb、Ic示出以截面图示意性地图示的根据本发明实施例的可调的光学透镜的状态，
[0022]图2a和2b示出以截面图示意性地图示的根据本发明另一个实施例的可调的光学透镜的两种状态，
[0023]图3a和3b示出以截面图示意性地图示的根据本发明第三实施例的可调的光学透镜的两种状态，
[0024]图4a、4b和4c示出以截面图示意性地图示的根据本发明另一个实施例的可调的光学透镜的状态，
[0025]图5a和5b示出根据本发明另一个实施例的可调的光学透镜，其中，图5a以截面图图示该透镜，图5b以俯视图示出该透镜的第二电极，
[0026]图6a和6b示出根据本发明另一个实施例的可调的光学透镜，其中，图6a以截面图图示该透镜，图6b以俯视图示出该透镜的第二电极，
[0027]图7a、7b和7c全部以截面图图示在三种不同的激活状态(activat1n state)中的图5的光学透镜，
[0028]图8a和Sb示出根据本发明另一个实施例的可调的光学透镜，其中，图8a以截面图图示该透镜，图Sb以俯视图示出该透镜的第二电极，
[0029]图9a、9b和9c全部以截面图图示在三种不同的激活状态中的图8的光学透镜，
[0030]图1Oa和1b示出以截面图示意性地图示的根据本发明另一个实施例的可调的光学透镜的两种状态，
[0031]图11a、Ilb和Ilc全部以截面图示出根据本发明另一个实施例的可调的光学透镜的三种状态。
【具体实施方式】
[0032]在若干附图中类似或相关的元件被设置有相同的附图标记。
[0033]定义
[0034]术语“轴向”通常被用来表示垂直于膜的表面并且通常与光路的方向平行的方向。由于在本申请中的膜经常采取凸/凹形状，所以假定术语“轴向”还可以指整个可调的光学透镜的假定的平坦形状(大部分时间下与支撑体的平坦表面一致)，因此被定义为垂直于这样的表面的方向。术语“横向”被用来表示垂直于轴向方向的方向，即，平行于支撑体的方向。
[0035]术语“内部”和“周边”都指膜的部分。虽然处于松弛的非受应力状态中的膜通常是例如三角形、矩形、圆形或多边形的平坦的元件，但是总是针对内部部分和周边部分提供这样的膜。两个部分互相补充。周边部分包围内部部分。例如，如果膜的基本形状是圆形，那么膜可以被分成采取圆形形式的内部和采取包围内部的环形的形式的周边。膜的这两个部分不必一定形成单片的膜。相反，膜可以由两个彼此分开的单独片来形成，即，内部片和周边片是两个分开的片一有利地的是它们彼此轴向地偏离。在横向维度上，周边部分仍然包围内部部分。具体地，这两个片仍然可以完全互相补充，即，当被实际地与该轴上的相同位置对准时，这两个片构成连续的整体膜。
[0036]本发明的优选实施例涉及可调的光学透镜(即，焦距可调)，该可调的光学透镜包括流体(即，液体和气体之一，并且优选地显示出恒定不变的体积)，该流体由结合构成用于流体的容器的可变形聚合物膜(也被称为可变形膜)以及刚性支撑体封闭。聚合物膜的变形是使用包括两个电极的静电致动器来实现的。任何致动器部件都优选地在膜的周边部分与膜接合。膜的一般轴向移动是基于静电致动:由致动器在膜的周边保持在较低位置的位置中启动，膜的周边从支撑体轴向地移开导致流体从容器的内部到其周边的横向移位。膜的周边的向支撑体的轴向移动又导致流体从容器的周边到其内部的横向移位。因