液体透镜和包含液体透镜的设备的制作方法

专利名称：液体透镜和包含液体透镜的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有可变折光力的液体透镜以及包含该液体透镜的设备。
背景技术：
作为具有可变折光力的透镜形式，已研究和开发了液体透镜。在几种类型的液体透镜中，已强力地研究了利用电润湿原理的液体透镜。电润湿效应被定义为由于在固体(电极)和电解质之间施加的电位差而导致的固体-电解质接触角的变化。因而，电润湿涉及使用电压来改变液体在固体表面上的表面张力。通过施加电压，疏水(hydrophobic)表面的润湿特性可被改变，并且，表面变得愈发亲水 (hydrophilic，可润湿)。将该原理应用于液体透镜，当在电解质液体和电极之间施加电压时，电解质液体和非电解质液体之间的界面与接触这两种液体的固体部件之间的角度(此后，该角度被称作“接触角”)改变。由于这样的电润湿透镜的快速操作、界面的充分的表面精度以及由于透镜尺寸减小和零件数量减少导致的低制造成本的潜力，因此这样的电润湿透镜被认为对于某些成像应用是有益的。电润湿透镜包含具有不同折射率的导电的电解质液体和不导电的非电解质液体。 导电的电解质液体和不导电的非电解质液体是不能融合的液体，即，不彼此混合而是在其间形成接触界面。由于这两种液体被密封，因此在电解质液体和隔着绝缘层布置的电极层之间的电压施加改变界面端部的接触角，同时液体的体积保持不变。接触角的改变引起界面的球面曲率半径的根据接触角的变化，并且，这两种液体的折射率之间的差诱发光学折光力的变化。典型地，这两种液体的密度相同，这是因为密度差引起由重力的影响导致的界面的球面表面的畸变形状，这导致不充足的光学性能。PCT日文翻译专利公开No. 2001-519539(此后称为“专利文献1”)公开了一种发明，该发明减少当由于作为向导电液体施加电压的结果的导电液体中的液体的形变而使透镜的焦距改变时绝缘液体的液滴所经受的形变导致的所述液滴的中心从其原始中心轴偏离的不便。专利文献1公开了以区域为基础引起导电液体和设置在导电液体中的绝缘液体的液滴所接触的电介质腔的内壁的“可润湿性”的变化。特别地，专利文献1公开了一种液体透镜，该液体透镜的腔的内壁表面被处理，以在向着中心轴0的径向上减小对于导电液体的“可润湿性”。日本专利特开No. 2007-293349 (此后称为“专利文献2” )公开了一种液体透镜， 该液体透镜的与液体接触的接触表面的形状被设计为使得由电压施加引起的曲率变化或多或少是以敏感方式进行的。特别地，专利文献2暗示了，与由覆盖有绝缘层的导电材料的基底表面构成的液体(即，导电液体和不导电液体)的接触表面的形状的改变会引起透镜的曲率改变凸接触表面可使得以较不敏感的方式改变，而凹接触表面可使得以较敏感的方式改变。
专利文献1尝试通过使腔的内壁表面相对于导电液体的“可润湿性”在向着中心轴0的径向降低而使由绝缘液体构成的液滴的中心与液滴的中心轴0对准。然而，没有做出在施加低电压时实现预定折光力的尝试。专利文献2公开了通过设计与液体接触的接触表面的形状(具体地，不是设置一般环形电极的线性渐窄的截面形状，而是设置凹曲面表面)，为响应电压施加的透镜曲率改变增大敏感性。然而，在尝试获得具有凹接触表面的液体透镜时，关于包含圆筒光轴并且平行于该光轴的截面，需要设置构成接触表面的凹环形电极和绝缘层这种凹表面难以加工，并且，需要足够的精度来加工这种凹表面。这种液体透镜的制造是昂贵的，因此难以被用作适于大规模生产的液体透镜。

发明内容
本发明的一个方面针对一种液体透镜，该液体透镜的制造不昂贵，并且以低驱动电压经受大的折光力改变(即，对电压施加的敏感性高)。根据本发明的至少一个实施例的液体透镜包括容器，具有内壁并且被配置为容纳液体；电解质液体和非电解质液体，所述电解质液体和非电解质液体之间形成界面，并且，所述电解质液体和非电解质液体被容纳在所述容器中；以及电压施加单元，向电解质液体施加电压。所述电解质液体和非电解质液体之间的界面的形状通过电压的施加而改变。 根据所述容器的内壁上的、所述界面的端部与所述内壁接触的位置，所述内壁具有与非电解质液体的变化的亲和性；并且，内壁的非电解质液体所位于的侧的该亲和性低于内壁的电解质液体所位于的侧的该亲和性。在根据本发明的液体透镜中，容纳电解质液体和非电解质液体、并且与这些液体之间的界面的端部接触的容器的内壁根据位置而具有与非电解质液体的变化的亲和性 (亲油性)。特别地，亲和性在非电解质液体侧低于在电解质液体侧。也就是说，内壁的可润湿性在非电解质液体侧是更加疏油的。通过此配置，能够以施加电压的小的变动来改变接触角θ，因而能够以低驱动电压和电压的小的变动来实现透镜的折光力的敏感的改变。从参照附图对示例性实施例的以下描述中，根据本发明的其它特征将变得清晰。


图1是根据本发明的液体透镜的例子(具有圆筒状电极)的示意图。图2是根据本发明的液体透镜的例子(具有平面形状的圆筒状渐窄电极)的示意图。图3是可应用于本发明的圆筒状电极(具有曲面表面)的示意图。图4Α是根据本发明的第一实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图48是乂-9示图。图5Α是根据本发明的第二实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图5Β是V- θ示图。图6Α是根据本发明的第三实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图6Β是V- θ示图。
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图7A是根据本发明的第四实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图7B是V- θ示图。图8Α是根据本发明的第五实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图8Β是V- θ示图。图9Α是根据本发明的第六实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图9Β是V- θ示图。图IOA是根据本发明的第七实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图 IOB 是 V- θ 示图。图IlA是根据本发明的第八实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图 IlB 是 V- θ 示图。图12Α是根据本发明的第九实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图 12Β 是 V- θ 示图。图13Α是根据本发明的第十实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图 13Β 是 V- θ 示图。图14Α是根据本发明的第十一实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的示意图。图148是￥-9示图。图15Α是根据本发明的第十二实施例(具有圆筒状渐窄电极)的液体透镜的示意图。图 15Β 是 V- θ 示图。图16Α是根据本发明的第十三实施例(具有圆筒状渐窄电极)的液体透镜的示意图。图 16Β 是 V- θ 示图。图17Α是根据本发明的第十四实施例(具有圆筒状渐窄电极)的液体透镜的示意图。图 17Β 是 V- θ 示图。图18是示出根据本发明的实施例中的θ 0可变层的特性与施加电压的减小之间的关系的示图。图19是根据本发明的其中液体透镜、透镜和其它组件被整合的光学部件的示意图。图20是包含根据本发明的液体透镜的照相机的示意图。图21是包含根据本发明的液体透镜的数字照相机的主要部分的示意图。图22是包含根据本发明的液体透镜的移动电话的主要部分的示意图。图23Α是包含根据本发明的液体透镜的网络照相机的示意图。图2 是网络照相机系统的框图。图24A是现有技术液体透镜(具有圆筒状电极)的示意图。图248是￥_9示图。图25A是现有技术液体透镜(具有圆筒状渐窄电极)的示意图。图 25B 是 V- θ 示图。
具体实施例方式图1是示出根据本发明的液体透镜的例子的示意性截面图，该液体透镜包含容纳液体的圆筒状容器。图1是沿包含圆筒状容器的中心轴(即，光轴)的平面所截取的。如图1所示，绝缘层103被设置在圆筒形状电极104的内侧，并且形成容纳液体的容器。相互不能融合的电解质液体101和非电解质液体102被容纳在所述容器中。电解质液体101和非电解质液体102具有界面105，所述界面105的端部与容器的内壁接触。在绝缘层103内侧设置层106(此后，称为“可变层”)，所述层106形成容器的内壁，并且根据内壁上的位置而具有变化的与非电解质液体的亲和性。可变层106与非电解质液体102的亲和性与在电解质液体101侧相比在非电解质液体102侧相对较低。典型地，考虑到电解质液体是可电离的液体并且非电解质液体是油性液体，与非电解质液体的相对较低的亲和性可被换言称为相对较低的亲油性。这意味着，亲油性在电解质液体侧相对较高，而在非电解质液体侧相对较低(即， 疏油性高)。电源107与电极104 —起构成电压施加单元，该电压施加单元将电压施加到电解质液体101。由透明的透光材料构成前保护板108和后保护板109。在根据本发明的液体透镜中，电解质液体和非电解质液体之间的界面的端部与容纳所述液体的容器的内壁接触的接触角θ和施加到电解质液体的电压V可由以下的公式 1表示，该公式1被称为杨氏公式COS0=COS6O- (ε/d/VWO/2)公式 1其中θ 0是在没有电压施加的情况下V = 0时的接触角(即，初始接触角)；ε是绝缘层的介电常数(S卩，图1中的绝缘层103的介电常数)；d是绝缘层的厚度；以及Ywo是电解质液体(W)和非电解质液体(0)之间的界面能量。根据公式1，如果两种液体与绝缘层直接接触(即，如果界面的端部在绝缘层上移动)，则当这两种液体材料和绝缘层被确定时，Θ 0、ε、d和γ WO是恒定的，并且，公式1是以V和θ为变量的函数。当界面的端部的接触角θ被确定时，根据取决于容纳液体透镜的容器的尺寸的透镜的直径确定界面的球面曲率半径。然后，根据曲率半径和两种液体的折射率确定焦距(折光力是焦距的倒数)。本发明是关注于公式1的cos θ 0分量而被研发的。Θ0是初始接触角(施加电压V = O)并且是根据界面的端部所接触的绝缘层的表面的特性而被确定的。典型地，θ 0是恒定值。然而，如果θ 0根据绝缘层的、界面的端部的接触位置在其上移动的表面上的位置而改变，则V-θ特性可被改变。因而，接触角相对于施加电压的响应的敏感度可被控制。改变θ 0是有用的，改变θ 0意味着根据位置改变绝缘层的表面的可润湿性。在本发明中，关于ν-θ特性的敏感性随着绝缘层的表面(即，容器的内壁)的根据位置的可润湿性改变而增大，特别地，令与非电解质液体的亲和性与在电解质液体侧相比在非电解质液体侧相对较低。本发明包括这样的配置，在该配置中，不仅是绝缘层的表面的可润湿性被直接改变，而且具有可变的可润湿性的薄的可变层被设置在具有均勻特性的绝缘层上。在本发明中，与电解质液体侧相比相对降低非电解质液体侧的与非电解质液体的亲和力包括令相对亲水性、疏水性、亲油性或疏油性根据绝缘层的表面(即，容器内壁)上的与界面的端部接触的位置而不同。在图1中所示的液体透镜中，当在电解质液体101和电极104之间施加电压时，构成容器的内壁的可变层106与界面105的端部之间的接触角θ (即，在非电解质液体侧) 增大，并且，界面105的端部的位置从A移动到C。通过这种电压施加，由实线表示的曲率半径(即，界面105的端部Α)被改变为由虚线表示的曲率半径(即，界面105的端部C)，并且，折光力相应改变。可变层106的可润湿性从电解质液体101侧(图1的点Α)改变为非电解质液体 102侧(图1的点C)，使得与非电解质液体102的亲和性(亲油性)降低(即，疏油性增大)。通过这种配置，与使用具有恒定的可润湿性的均勻层的配置相比，能够以低的驱动电压和小的电压改变来进行图1中的接触角θ从70度(A)向110度(C)的改变(之后将在实施例和比较实施例中给出其详细描述)。电解质液体相对于电解质液体的D线(波长587. 6nm)的折射率为1. 4，并且相对于非电解质液体的D线的折射率为1.6。在以下的描述中，在所有附图中，将用相同的附图标记表示相同的组件，并且，重复的描述将被省略。图2中所示的液体透镜包括渐窄的圆筒状电极(具有渐窄的截面)，而图1中所示的液体透镜包括圆筒状电极。图2是沿包含圆筒状容器的中心轴(即，光轴)的平面所截取的截面图。在截面图中观看时，容器的与液体的界面的端部接触的内表面(即，绝缘层) 是平面。除了使用渐窄的圆筒状电极以外，图2中所示的液体透镜与图1中所示的基本上类似。前保护板108和后保护板109未在图2中示出。如在第一实施例中那样，可变层106 的可润湿性被改变，使得在本实施例的液体透镜中，与非电解质液体102的亲和性从电解质液体101 (S卩，图2中的点A)向着非电解质液体102(即，点C)降低(即，疏油性增大)。在根据本发明的液体透镜中，电解质液体101、非电解质液体102和可变层106的材料性质影响界面能量因而作为液体透镜所使用的接触角的范围可不同。例如，如果接触角的使用范围要从40度改变为80度，则希望使用具有图2中所示的渐窄的圆筒状电极的液体透镜。在图2中所示的液体透镜中，固态部件(即，绝缘层103、电极104和可变层106) 相对于未示出的光轴具有30度的渐窄角α，以便获得与图1中所示的具有圆筒状电极的液体透镜相同的曲率半径改变(即，相同的焦距改变)。30度的渐窄角可获得在30度的基础上从40度到80度的接触角的使用范围，因而可提供从70度到110度的接触角改变。结果，实现与图1中所示的液体透镜相同的操作。图3中所示的液体透镜是包含具有凹表面的圆筒状电极的例子。除了包含具有凹表面的圆筒状电极以外，图3中所示的液体透镜与图1中所示的液体透镜相同。在图3中所示的液体透镜中，与图1中所示的液体透镜相同的曲率半径R的改变可实现以低驱动电压进一步减小接触角θ的改变(即，接触角θ为80度到100度)。
此后，将详细描述根据本发明的组件。容纳液体的容器可使用各种容器来容纳相互不能融合的电解质液体和非电解质液体，并且，折光力可从正改变为负或者从负改变为正的圆筒状容器是特别合适的。容器的例子包括内表面涂覆有绝缘层和可变层的圆筒状金属材料(例如，铝、铜、铁或其合金)，以及内表面涂覆有导电层、绝缘层和可变层的圆筒状玻璃或塑料材料。电解质液体和非电解质液体电解质液体的例子包括含盐的水。盐例如可以是氯化物化合物或溴化物化合物。 非电解质液体的例子包括诸如硅油之类的油性溶剂和各种有机溶剂。电解质液体和非电解质液体的组合可以被确定为使得这些液体具有不同折射率并且彼此不能融合；在考虑到作为透镜的性能时，密度等同或基本等同的液体是特别合适的。具有与非电解质液体的变化的亲和性的容器的内壁表面具有与非电解质液体的变化的亲和性的容器的内壁表面的例子包括(i)容器的涂覆有绝缘层的内壁表面，所述绝缘层被表面处理以根据位置提供改变的亲和性；(ii) 容器的涂覆有绝缘层和薄层的内壁表面，该薄层被表面处理以提供变化的亲和性；以及 (iii)自身由绝缘材料形成的容器的内壁表面，其内表面被表面处理以根据位置提供变化的亲和性(容器的外侧被涂覆有构成电极的金属材料)。用于涂覆所述表面的薄层的材料的例子包括作为亲油材料的基于环氧的材料、硅烷偶联材料和基于聚对二甲苯的材料。这些材料可经受UV照射、电子照射、电晕放电或臭氧照射；通过这些处理，材料容易地在其表面上产生OH离子，并且，薄层的表面的特性从亲油变为亲水。根据本发明的可变层从电解质液体向着非电解质液体变得相对较疏油(即，亲水)。随着能量线的照射量增大，薄层从电解质液体向着非电解质液体变得高度疏油(即， 亲水)。根据位置变化的亲和性意味着根据位置变化的初始接触角Θ0。S卩，通过根据位置控制能量的照射量，根据位置的θ0的改变可以是可变的。例如，在θ0快速增大的位置处， 能量的照射量也可快速增大以增强疏油性的敏感性。作为替换方案，亲水材料可被用作θ 0 可变层，以便从非电解质液体向着电解质液体降低疏油性(亲水性)。如果圆筒状容器由具有作为电极的功能的金属材料形成并且该金属材料的内表面被涂覆有构成容器的内壁的绝缘层和可变层，则可提供以下配置。即，在绝缘层上形成薄层之后，薄层表面被覆盖有遮蔽物，该遮蔽物响应能量线的照射时间而移动，以提供可变层的具有改变的亲和性的内壁。如果圆筒状容器由不导电塑料或玻璃材料形成，则在涂覆电极材料(例如铝、ITO 和Ag)之后形成绝缘层和可变层。 这些层例如可由气相沉积或溅射形成。其它描述容器的内壁可在液体透镜的光轴的方向上具有改变的亲和性。通过这种配置，在圆筒状渐窄电极和圆筒状电极两者中都能够以低的驱动电压和小的电压改变来增强折光力的改变的敏感性。在此，每个圆筒状电极的中心轴和光轴可彼此一致。如果这些轴不一致，则界面具有不完美的球面表面形状，这导致不充足的光学性能。
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还能够作为根据在此描述的至少一个实施例的液体透镜与诸如玻璃透镜和塑料透镜之类的一般透镜的组合产品来构造变焦透镜。该变焦透镜可使用液体透镜的改变的折光力以用于聚焦或变焦。在此配置中，由于液体透镜以低电压被驱动，因此不需要用于对电压进行升压的升压电路，因而照相机的电源可被用于驱动液体透镜。电润湿液体透镜以低功耗操作，这是因为界面通过施加电压的电容器效应而被移动因而基本上没有电流流过该界面。电润湿液体透镜不需要聚焦机构，从而实现快速和安静的自动聚焦。还能够使用液体透镜的改变的折光力来通过变焦改变倍率。在这种情况下， 由于变焦机构变得不必要或者被简化，因此除了聚焦之外，还实现快速和安静的变焦。在此公开的液体透镜中的以低的驱动电压和小的电压改变的折光力的增强的敏感性有利于增大液体透镜的响应速度。虽然交流电压是合适的，但是能够由直流电压驱动根据在此公开的任何实施例的液体透镜。交流中的驱动电压越低，电磁波噪声就可以越小。包含在数字照相机中的图像拾取元件尤其容易受到电磁波噪声的影响；因而低电压也有助于噪声减小。此后，将参照与特定实施例和比较例对应的各图来描述特定实施例和比较例。第一实施例和第一比较实施例图4A是根据第一实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图4B是V-θ 特性示图。V-θ特性表在表1中给出。将描述Θ ο可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ ο可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = 0时的初始接触角θ 0 = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即，V = 0时的初始接触角θ 0 = θ Omax)被增大为高达87度(即，疏油性增大)。如图4B中的θ O曲线所表示的，θ O可变层106的可润湿性从70度线性地变为87度。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度d被表示为d = lE-3mm，绝缘层103的介电常数ε被表示为ε = 2. 6E-llF/m，并且，两种液体之间的界面能量Ywo被表示为γ wo = 8. 78E_6kN/ m0通过θ 0可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到17V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)改变为112. 1度(θ = θ max)(见图4B的θ曲线)。关注图4B的示图中的θ 0的曲线能够看出，具有被控制的可润湿性的可变层106将界面105的端部位于最接近非电解质液体102处的位置处的接触角增大17度(即，87-70)，并且，在增大的条件下，接触角进一步由电压施加改变，以降低施加电压。在此，将给出用于比较的第一比较实施例。图24Α是包含具有均勻的θ 0的均勻层(“ θ 0均勻层”)的现有技术液体透镜的配置图。图248是￥-0特性示图。第一比较实施例的V-θ特性表在表2中给出。当施加OV到22V的范围中的驱动电压时，θ从V = 0时的界面105的端部位于最接近电解质液体101处的接触角Θ = 70度(θ ο也为70度)改变为界面105的端部位于最接近非电解质液体102处的接触角θ =112度。图MB的示图表示从70度到112度的θ曲线。θ 0曲线表明θ 0没有改变。绝缘层103的厚度和介电常数以及两种液体之间的界面能量与第一实施例的相同。
根据以上给出的数据能够看出，通过θ 0可变层106，以小的电压改变(AV从22V 减小到17V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。在表1的下方给出公式Δ θ 0/Δ θ = 0. 404。在此，Δ θ由以下公式表示Δ θ = θ max- θ 00Δ θ 0 = θ Omax- θ 00。在界面105的可移动范围中，最大接触角被设为θ max (在非电解质液体102侧)， 表示该点处的层(即，Θ0可变层106)的可润湿性的没有电压施加的情况下的初始接触角被设为QOmax。当V = O时，即没有电压施加时，与位于最接近电解质液体101处的界面 105的初始接触角θ ( g卩，电解质液体101侧)被设为θ 00( θ = θ 00，初始接触角)。第二实施例图5Α是根据第二实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图5Β是V- θ 特性示图。V-θ特性表在表3中给出。将描述θ O可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ O可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = O时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ O可变层106的可润湿性(即，V = O 时的接触角θ O = θ Omax)被增大为高达107. 5度(即，疏油性增大)。如图5B中的θ O 曲线所表示的，θ O可变层106的可润湿性从70度线性地变为107. 5度。θ O可变层106 之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量YW0与第一实施例的相同。通过θ O可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到7. 5V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)增大到112. 6度(θ = θ max)(见图5B的θ曲线)。具有均勻θ O 的现有技术层(“ θ O均勻层”)的例子在图24Α和MB中示出。在第二实施例中能够看出，通过θ O可变层106，以小的电压改变(八￥从22￥减小到7. 5V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。 在表3的下方给出公式Δ θ O/Δ θ =0.881。由于θ O可变层106中的Δ θ O的改变(即，可润湿性的改变)大于第一实施例中的Δ θ O的改变，因此电压改变量降低，从而能够以7. 5V的电压驱动根据第二实施例的液体透镜，所述7. 5V小于使用现有技术θ O均勻层的情况下的驱动电压的一半。第三实施例图6Α是根据第三实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图6Β是V-θ 特性示图。V- θ特性表在表4中给出。将描述θ O可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ O可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = O时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ O可变层106的可润湿性(即，V = O时的初始接触角θ ο = θ Omax)被增大为高达115度(即，疏油性增大)。如图6B中的 θ O曲线所表示的，Θ ο可变层106的可润湿性从70度线性地变为115度。θ ο可变层106 之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量YW0与第一实施例的相同。
通过θ 0可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到1. 5V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)改变为115. 2度(θ = θ max)(见图6B的θ曲线)。具有均勻θ0的现有技术层(“θ0均勻层”)的例子在图24A和MB中示出。在第三实施例中能够看出，通过θ 0可变层106，以小的电压改变(八￥从22￥减小到低于1.5V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。在表4的下方给出公式Δ ΘΟ/Δ θ = 0.995。由于θ 0可变层106中的Δ θ 0的改变(即，可润湿性的改变)大于第一实施例和第二实施例中的Δ θ 0的改变，因此，每个位置中的θ 0和施加电压时的实际接触角θ 彼此接近。因而，基本上不需要电压改变。因此能够看出，以低达1.5V的驱动电压实现焦度的改变(从θ :70度到θ :115度)。第四实施例图7A是根据第四实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图7B是V-θ 特性示图。V- θ特性表在表5中给出。将描述θ 0可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ 0可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = 0时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即，V = 0时的初始接触角θ ο = θ Omax)被增大为高达88. 5度(即，疏油性增大)。如图7B中的 θ O曲线所表示的，θ O可变层106的可润湿性以微分值单调增大的方式从70度变为88. 5 度。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量YWO与第一实施例的相同。通过θ O可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到17V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)改变到113. 7度(θ = θ max)(见图7B的θ曲线)。具有均勻θ0的现有技术层(“θ0均勻层”)的例子在图24A和MB中示出。在第四实施例中能够看出，通过Θ0可变层106，以小的电压改变(AV从22V减小到低于17V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。在表5的下方给出公式Δ θ O/Δ θ = 0.423。与可润湿性线性改变并且和本实施例具有相似的Δ ΘΟ/Δ θ的第一实施例相比，θ O可变层106的特性改变在高电压侧(即，在非电解质液体侧)是高的，因而低电压区域的V-θ敏感性低。第五实施例图8Α是根据第五实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图8Β是V- θ 特性示图。V- θ特性表在表6中给出。将描述θ O可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ O可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = O时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ O可变层106的可润湿性(即，V = O时的初始接触角θ ο = θ Omax)被增大为高达107度(即，疏油性增大)。如图8B中的 θ O曲线所表示的，Θ ο可变层106的可润湿性以微分值单调增大的方式从70度变为107 度。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量YWO与第一实施例的相同。
通过θ 0可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到8. 5V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)改变到113. 5度(θ = θ max)(见图8B的θ曲线)。具有均勻θ0的现有技术层(“θ0均勻层”)的例子在图24A和MB中示出。在第五实施例中能够看出，通过θ 0可变层106，以小的电压改变(八￥从22￥减小到低于8.5V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。在(C)的表6下方给出公式Δ ΘΟ/Δ θ = 0.850。由于θ 0可变层106中的Δ θ 0的改变大于具有相同的单调增大的可润湿性的第四实施例的Δ θ 0的改变(即可润湿性的改变)，因此，电压改变量是小的。与可润湿性线性改变并且具有和本实施例类似的Δ ΘΟ/Δ θ的第二实施例相比，总体上的V-θ敏感性基本上是低的。第六实施例图9Α是根据第六实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图9Β是V- θ 特性示图。V- θ特性表在表7中给出。将描述θ 0可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ 0可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = 0时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即，V = 0 时的初始接触角Θ0= θ Omax)被增大为高达113. 6度(即，疏油性增大)。如图9Β中的 θ 0曲线所表示的，θ 0可变层106的可润湿性以微分值单调增大的方式从70度变为113. 6 度。θ 0可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量YWO与第一实施例的相同。通过θ 0可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到2V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)改变到114度(θ = θ max)(见图9B的θ曲线)。具有均勻θ0的现有技术层(“θ0均勻层”)的例子在图24A和MB中示出。在第六实施例中能够看出，通过θ 0可变层106，以小的电压改变(八￥从22￥减小到低于2V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。 表7下方给出公式Δ ΘΟ/Δ θ = 0. 992。由于θ 0可变层106中的Δ θ 0的改变(可润湿性的改变)比可润湿性以同样方式单调增大的第四和第五实施例的Δ θ0的改变大得多， 因此，各位置中的θ0和施加电压时的实际接触角θ彼此接近。因此，基本上不需要电压改变。因此，能够以低达2V的驱动电压改变焦度(从θ :70度到θ :114度)。与具有和本实施例类似的高Δ ΘΟ/Δ θ并且可润湿性线性改变的第三实施例相比，总体上的V-θ 敏感性基本上是低的。关于第一到第三实施例和第四到第六实施例的考虑第四到第六实施例的θ 0可变层106的可润湿性以微分值单调增大的方式改变， 而第一到第三实施例具有线性改变的可润湿性。线性改变一般是合适的，这是因为V-θ敏感度在驱动电压范围的约百分之80中是增大的。第七实施例图IOA是根据第七实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图IOB是V-θ 特性示图。ν-θ特性表在表8中给出。将描述θ 0可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处
13时的θ 0可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = 0时的初始接触角θ 0 = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即，V = 0 时的初始接触角θ 0 = θ Omax)被增大为高达87. 5度(即，疏油性增大)。如图IOB中的 θ O曲线所表示的，θ O可变层106的可润湿性以微分值单调减小的方式从70度变为87. 5 度。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量Yw0与第一实施例的相同。通过θ O可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到17V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)改变到112. 6度(θ = θ max)(见图IOB的θ曲线)。具有均勻θ0的现有技术层(“θ0均勻层”)的例子在图24A和MB中示出。在第七实施例中能够看出，通过θ O可变层106，以小的电压改变(八￥从22￥减小到17V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。 表8下方给出公式Δ θ O/Δ θ =0.410。与可润湿性线性改变并且具有和本实施例类似的高Δ ΘΟ/Δ θ的第一实施例相比，总体上的V-θ敏感性是高的。第八实施例图IlA是根据第八实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图IlB是V-θ 特性示图。V-θ特性表在表9中给出。将描述θ O可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ O可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = O时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ O可变层106的可润湿性(即，V = O 时的初始接触角ΘΟ= θ Omax)被增大为高达107. 1度(即，疏油性增大)。如图IlB中的 θ O曲线所表示的，θ O可变层106的可润湿性以微分值单调减小的方式从70度变为107. 1 度。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量Yw0与第一实施例的相同。通过θ O可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到6V时，实际接触角θ 从70度(θ = θ 00)改变到110. 3度(θ = θ max)(见图IlB的θ曲线)。具有均勻θ0的现有技术层(“θ0均勻层”)的例子在图24A和MB中示出。在第八实施例中能够看出，通过θ O可变层106，以小的电压改变(八￥从22￥减小到约6V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。 表9下方给出公式Δ θ O/Δ θ = 0. 920。由于θ O可变层106中的Δ θ O的改变(即，可润湿性的改变)大于其中可润湿性的改变以同样方式单调减小的第七实施例的△ θ O的改变，因此电压改变量是小的。与可润湿性线性改变并且具有和本实施例类似的Δ ΘΟ/Δ θ的第二实施例相比，总体上的 V-θ敏感性基本上是高的。第九实施例图12Α是根据第九实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图12Β是V-θ 特性示图。V- θ特性表在表10中给出。将描述θ O可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ O可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = O时的初始接触角θ O = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ O可变层106的可润湿性(即，V = O时的初始接触角θ 0 = θ Omax)被增大为高达110. 2度(即，疏油性增大)。如图12B中的θ O曲线所表示的，θ O可变层106的可润湿性以微分值单调减小的方式从70度变为110. 3度。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量Ywo与第一实施例的相同。通过θ O可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到0. 75V时，实际接触角 θ从70度(θ = θ 00)改变到110. 3度(θ = θ max)(见图12B的θ曲线)。具有均勻θ0的现有技术层(“θ0均勻层”)的例子在图24A和MB中示出。在第九实施例中能够看出，通过Θ0可变层106，以小的电压改变(AV从22V减小到约0.75V)实现相同的接触角θ的改变，即从70度到112度(曲率半径R的相同的改变)。表10下方给出公式Δ θ O/Δ θ = 0.999。由于θ O可变层106中的Δ θ O的改变(即，可润湿性的改变)比其中可润湿性的改变以同样方式单调减小的第六和第八实施例的△ θ O的改变大得多，因此每个位置中的θ O和施加电压时的实际接触角θ彼此接近。因此，基本上不需要电压改变。因此，能够以低达0.75V的驱动电压改变焦度(从θ :70度到θ :110. 3度)。与具有和本实施例类似的高Δ ΘΟ/Δ θ并且可润湿性线性改变的第三实施例相比，总体上的V-θ敏感性是进一步高的。关于第一到第三实施例、第四到第六实施例和第七到第九实施例的考虑第七到第九实施例的θ O可变层106的可润湿性以微分值单调减小的方式改变， 而第一到第三实施例具有线性改变的可润湿性。第七到第九实施例的ν-θ敏感性高于具有线性改变的可润湿性的那些实施例。关于V-θ敏感性的程度，微分值单调减小是最高的，微分值单调增大是最低的，并且线性改变处于其间；在它们中，微分值单调减小是最合适的。第十实施例图13Α是根据第十实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图1 是V-θ 特性示图。V-θ特性表在表11中给出。将描述θ O可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ O可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = O时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ O可变层106的可润湿性(即，V = O时的初始接触角θ ο = θ Omax)被增大为高达106. 7度(即，疏油性增大)。在如图1 中的θ O曲线所表示的从70度到106. 7度的θ O可变层106的可润湿性的改变范围中， θ O可变层106的可润湿性的改变的敏感性在低电压区域和高电压区域中是低的并且在中间电压区域中是高的。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度d被表示为d = 1. 300E_03mm，绝缘层 103的介电常数ε被表示为ε = 3. 9E_llF/m，并且，两种液体之间的界面能量γ wo被表示为Ywo = 1. 141E-5kN/m。通过θ O可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到6. 5V 时，实际接触角θ从70度(θ = θ 00)改变到110. 1度(θ = θ max)(见图13B的θ曲线)。虽然没有示出，但是在具有均勻θ 0的现有技术例子(“ θ 0均勻层”)中，电压V 从OV改变为23V并且接触角θ从70度改变为110. 7度(θ ο总是70度)。因此能够看出，通过θ 0可变层106，以小的电压改变(AV从23V减小到6.5V)实现相同的接触角θ 的改变，即从70度到110度(曲率半径R的相同的改变)。表11下方给出公式Δ ΘΟ/Δ θ =0. 916。如果透镜单元被形成为液体透镜和一般透镜(S卩，由诸如玻璃、塑料或石英等固体材料制成的透镜)的组合，并且，液体透镜用于聚焦或变焦，则当液体透镜具有大约为 “0”的折光力时，即使ν- θ由于误差而变化，整个透镜单元的光学性能也几乎不受影响。然而，在液体透镜的具有增大的正或负折光力的区域中，即使由误差导致的V-θ 对应关系中的轻微的变化也显著损害整个透镜单元的光学性能。在第十实施例中，当接触角θ为70度时(此时的界面由实线表示)液体透镜的负焦度变得最大，当接触角θ为90度时液体透镜的折光力为“0”，并且，当接触角θ为110 度时(此时的界面由虚线表示)液体透镜的正焦度变得最大。于是，在接触角θ为90度时的折光力为“0”的区域附近(S卩，接触角θ 士7度内)，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dv，并且，在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为Θ0时的该θ0的微小改变被设为(1Θ0。在这种条件下，d θ o/dv( S卩，微分值绝对值)变为最大，并且，V-θ敏感性增强并且较大地改变，以提高速度。在接触角θ为大约70度和110度并且折光力大的区域中 (艮口，接触角θ 士7度内)，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV，并且，在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为θ 0时的该θ 0的微小改变被设为d θ 0。在这种条件下，deo/dv(g卩，微分值绝对值)变为最小。 如果ν-θ敏感性降低以便轻微改变并且ν-θ对应关系被高度精确地控制，则可增强透镜的质量。第—^一实施例图14Α是根据第i^一实施例(具有圆筒状电极)的液体透镜的配置图，图14B是 ν- θ特性示图。V- θ特性表(C)在表12中给出。将描述θ 0可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ 0可变层106的可润湿性为70度(S卩，V = 0时的初始接触角θ ο = θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即，V = 0 时的初始接触角θ 0 = θ Omax)被增大为高达107. 4度(即，疏油性增大)。在如图14B中的示图的θ O线所表示的从70度到107. 4度的θ O可变层106的可润湿性的改变范围中，θ O可变层106的可润湿性的改变的敏感性在低电压区域和高电压区域中是低的并且在中间电压区域中是高的。θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度d被表示为d = 7. 00E_04mm，绝缘层103 的介电常数ε被表示为ε = 1.82E_llF/m，并且，两种液体之间的界面能量Ywo被表示为 Y wo = 6. 1461E-6kN/m。通过θ O可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到5. 5V时， 实际接触角θ从70度(θ = θ 00)改变到111. 3度(θ = θ max)(见图14B的θ线)。虽然没有示出，但是在具有均勻θ 0的现有技术例子(“ θ 0均勻层”)中，电压V 从OV改变为18V并且接触角θ从70度改变为110. 1度(θ ο总是70度)。因此能够看出，通过θ O可变层106，以小的电压改变(八￥从18￥减小到5.5力实现相同的接触角θ的改变，即从70度到110度(曲率半径R的相同的改变)。表12下方给出公式 Δ θ 0/Δ θ = 0. 906。在第十一实施例中，如在第十实施例中那样，在接触角θ =70度处(界面由实线表示)液体透镜的负焦度变得最高，当接触角为θ = 90度时液体透镜的折光力为“0”，并且，在接触角θ = 110度处(界面由虚线表示)液体透镜的正焦度变得最高。θ 0可变层具有这样的特性，所述特性使得在接触角θ为90度时的折光力为“0” 的区域附近(即，接触角θ 士7度内)，可润湿性的改变敏感性线性增大(S卩，疏油性的改变率高)，并且，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV，并且在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为Θ0时的该Θ0的微小改变被设为deo。在这种条件下，d θ 0/dv( S卩，微分值绝对值)变为最大，并且，ν-θ敏感性增强并且较大地改变，以提高速度。Θ ο可变层具有这样的特性，所述特性使得在接触角θ为70度和110度并且折光力高的区域的附近(即，接触角θ 士7度内)，可润湿性的改变敏感性线性减小(S卩，疏油性的改变率低)，并且，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV，并且在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为Θ0时的该Θ0 的微小改变被设为d θ 0。在这种条件下，d θ o/dv( S卩，微分值绝对值)变为最小。V-θ的敏感性降低以便轻微改变并且V- θ被高度精确地控制，因而透镜的质量增强。图14Β中的θ ο线代表三个区域中的线性改变(即，在折光力为0的区域附近倾斜度较大，而在其他区域中较小)。因此，与具有连续曲线的第十实施例中的相比，能够以更容易的方式制造θ0可变层。第十二实施例和第二比较实施例图15Α是根据第十二实施例(具有圆筒状渐窄电极)的液体透镜的配置图，图15Β 是ν-θ特性示图。ν-θ特性表在表13中给出。渐窄角α是30度。将描述θ 0可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ 0可变层106的可润湿性为40度(即，V = 0时的初始接触角θ ο为θ ο = θ 00)。 当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即， V = 0时的初始接触角θ 0 = θ Omax)被增大为高达72度(即，疏油性增大)。如图15B中的θ 0曲线所表示的，θ 0可变层106的可润湿性从40度线性地变为 72度(见图15Β中的示图的θ 0曲线)。θ 0可变层106之下的绝缘层103的厚度d被表示为d = 1. 20E-03mm，绝缘层103的介电常数ε被表示为ε = 2. 5E_llF/m，并且，两种液体之间的界面能量Ywo被表示为Ywo = 1. 765E-5kN/m。通过θ 0可变层106的这种特性，当施加电压从OV增大到16V时，实际接触角θ从40度(θ = θ 00)增大到81.0度 (θ = 0111￡ )(见图158的 θ 曲线)。图25Α和25Β示出包含具有均勻θ 0的现有技术θ 0均勻层代替θ 0可变层106 以与圆筒状渐窄电极进行比较的第二比较实施例的液体透镜。图25Α是配置图，图25Β是 V-θ特性示图。第二比较实施例的V-θ特性表在表14中给出。当施加OV到32V的范围中的驱动电压时，θ从乂 = 0时的界面105的端部位于最接近电解质液体101处的接触角Θ = 40度(θ ο也为40度)改变到界面105的端部位于最接近非电解质液体102处的接触角θ =80. 9度。图25Β的示图表示从40度到80. 9 度的θ曲线。θ 0曲线表明θ 0没有改变。
渐窄角、绝缘层103的厚度和介电常数以及两种液体之间的界面能量与本发明的第十二实施例中的相同。在第十二实施例中能够看出，通过θ 0可变层106，以小的电压改变(八￥从32乂减小到16V)实现相同的接触角θ的改变，即从40度到81度(曲率半径R的相同的改变)。 在表13的下方给出公式Δ θ 0/Δ θ = 0. 781。第十三实施例图16A是根据第十三实施例(具有圆筒状渐窄电极)的液体透镜的配置图，图16B 是ν- θ特性示图。ν- θ特性表(C)在表15中给出。渐窄角α为30度，这与第十二实施例中相同。将描述θ 0可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ 0可变层106的可润湿性为40度(S卩，V = 0时的初始接触角θ 0为θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即，V = 0 时的初始接触角θ 0 = θ Omax)被增大为高达81度(即，疏油性增大)。在如图16B中的示图的θ O曲线所表示的从40度到81度的θ O可变层106的可润湿性的改变范围中，可润湿性的改变的敏感性在低电压区域和高电压区域中是低的并且在中间电压区域中是高的。 θ O可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量与第十二实施例中的相同。通过θ O可变层106的该特性，当施加电压从OV增大到5. 5V 时，实际接触角θ从40度(θ = θ 00)改变为82度(θ = θ max)(见图16B的θ线)。具有圆筒状渐窄电极的具有均勻θ O的现有技术层(“ θ 0均勻层”)的例子在图 25Α和25Β中示出。在第十三实施例中能够看出，通过θ O可变层106，以小的电压改变(八￥从32乂减小到低于5. 5V)实现相同的接触角θ的改变，即从40度到81度(曲率半径R的相同的改变)。在表15的下方给出公式Δ θ O/Δ θ = 0.975。在第十三实施例中，如在第i^一实施例中那样，可润湿性的改变的特性由直线表示(见图16B中的示图)。当接触角θ为40度时(此时的界面由实线表示)液体透镜的负焦度变为最大， 当接触角为θ =60度时液体透镜的折光力为“0”，当接触角θ为82度时(此时的界面由虚线表示)液体透镜的正焦度变为最大。θ 0可变层具有这样的特性，所述特性使得在接触角θ为60度时的焦度为“O”的区域附近(即，接触角θ 士7度内)，可润湿性的改变的敏感性线性增大(S卩，疏油性的改变率高)，并且，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV，并且在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为θO时的该θ O的微小改变被设为deo。在这种条件下，d θ 0/dv( S卩，微分值绝对值)变为最大，并且，ν-θ敏感性增强并且较大地改变，以提高速度。θ ο可变层具有这样的特性，所述特性使得在接触角θ为40度和82度并且焦度高的区域的附近(即，接触角θ 士7度内)，可润湿性的改变的敏感性线性减小(即，疏油性的改变率低)。于是，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV，并且在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为Θ0时的该Θ0的微
18小改变被设为deo。在这种条件下，deo/dv(g卩，微分值绝对值)变为最小。ν-θ的敏感性降低以便轻微改变并且ν-θ被高度精确地控制，因而透镜的质量增强。图16Β中的Θ0 线代表三个区域中的线性改变(即，在折光力为0的区域附近倾斜度较大，而在其他区域中较小)。因此，与具有连续曲线的第十实施例中相比，能够以更容易的方式制造θ 0可变层。第十四实施例图17Α是根据第十四实施例(具有圆筒状渐窄电极)的液体透镜的配置图，图17Β 是ν- θ特性示图。ν- θ特性表在表16中给出。渐窄角α为30度，这与第十二实施例中相同。将描述θ 0可变层106的特性。当界面105的端部位于最接近电解质液体101处时的θ 0可变层106的可润湿性为40度(S卩，V = 0时的初始接触角θ 0为θ 00)。当界面105的端部位于最接近非电解质液体102处时的θ 0可变层106的可润湿性(即，V = 0 时的初始接触角θ 0 = θ Omax)被增大为高达80度(即，疏油性增大)。在从40度到80 度的θ 0可变层106的可润湿性的改变范围中，可润湿性的改变如图17Β中的示图的θ 0 曲线所表示的那样。Θ0均勻层(Θ0 = 40度)被用于V = OV到1.5V的范围中；Θ0可变层(θ 0从40度到80度线性改变)被用于V = 1. 5V到3. 5V的范围中；并且，θ 0均勻层(θ 0 = 40度)被用于V = 3. 5V到5V的范围中。θ 0可变层106之下的绝缘层103的厚度、绝缘层103的介电常数和两种液体之间的界面能量与第十二和第十三实施例中的相同。通过θ 0可变层106的该特性，当施加电压从OV增大到5V时，实际接触角θ从40度 (θ = θ 00)改变为 80. 9 度(θ = θ max)(见图 17B 的 θ 线)。具有圆筒状渐窄电极的具有均勻θ 0的现有技术层(“ θ 0均勻层”)的例子在图 25Α和25Β中示出。在第十四实施例中能够看出，通过θ 0可变层106，以小的电压改变(八￥从32乂减小到低于5V)实现相同的接触角θ的改变，即从40度到80. 9度(曲率半径R的相同的改变)。在表16的下方给出公式Δ ΘΟ/Δ θ = 0.979。在第十四实施例中，如在第十一和第十三实施例中那样，可润湿性的改变的特性由直线表示(见图17B中的示图)。当接触角θ为40度时(此时的界面由实线表示)液体透镜的负焦度变为最大，当接触角为θ =60度时液体透镜的折光力为“0”，当接触角θ 为80. 9度时(此时的界面由虚线表示)液体透镜的正焦度变为最大。θ 0可变层具有这样的特性，所述特性使得在接触角θ为60度时的焦度为“0”的区域附近(S卩，接触角θ 士7 度内)，可润湿性的改变的敏感性线性增大(即，疏油性的改变率高)，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV，并且，在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为Θ0时的该θ 0的微小改变被设为d θ 0。在这种条件下，d θ 0/dV( S卩，微分值绝对值)变为最大，并且，V- θ敏感性增强并且较大地改变，以提高速度。在接触角θ为40度和80. 9度并且焦度高的区域的附近(即，接触角θ 士7度内)，使用不具有可润湿性的改变的敏感性的现有技术θ 0均勻层，电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV，并且在没有电压施加的情况下在彼此接触的界面与内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为Θ0时的该θ 0的微小改变被设为d θ 0。在这种条件下， d θ o/dv( S卩，微分值绝对值)变为最小，并且，V-θ敏感性显著降低。在需要在该区域周围进行精细的θ控制时，这是有效的。由于该直线具有三个区域并且两个端部区域是Θ0均勻层，因此液体透镜进一步容易制造。关于第一到第十四实施例与第一和第二比较实施例的考虑在图18和表17中，描述第十四实施例和两个比较实施例中的Δ θ 0/Δ θ与驱动电压Vh/Vk的减小比之间的关系。Δ θ = θ max- θ 00Δ θ 0 = θ Omax- θ 00在界面105的可移动范围中，最大接触角(在非电解质液体102侧)被设为 emax(即，接触角的最大值)，并且，表示该点处的层(即，Θ0可变层106)的可润湿性的没有电压施加的情况下的接触角被设为9 0maX。当V = O即没有施加电压时，与位于最接近电解质液体101处的界面105的接触角θ (即，在电解质液体101侧)被设为θ 0( θ = Θ0，初始接触角)。一般地，施加电压的增大导致增大的接触角θ。因此，θ max是最高施加电压时的值，并且界面端部已移动到最接近非电解质液体的位置。另一方面，Θ00(Β卩，θ = Θ0)是当施加电压值V为0并且界面的端部已位于最接近电解质液体处时的值。在此，θ 0可变层的特性被确定为，使得从电解质液体向着非电解质液体疏油性变高，即可润湿性(当V = 0时的接触角θ 0)逐渐增大。Vh是当使用θ 0 可变层并且接触角θ为θ max时的驱动电压的值。Vk是当使用现有技术θ ο均勻层并且接触角θ为θ max时的驱动电压的值。从图18的示图中可理解以下条件式的特性。Δ θ O/Δ θ > 0. 3使用Δ θ 0的特性处于满足该条件式的范围内的θ O可变层，现有技术θ O均勻层中的驱动电压可减小为80%或更小。Δ θ O/Δ θ >0.7使用Δ ΘΟ的特性处于该范围内的Θ0可变层，现有技术Θ0均勻层中的驱动电压可减小为50%或更小。这产生显著的效果。具有上述特性的液体透镜能够以大约IOV或更小的驱动电压驱动，因而适于被安装在照相机和小的设备上。Δ θ 0/Δ θ > 0. 9使用Δ θ 0的特性处于该范围内的θ 0可变层，现有技术θ 0均勻层中的驱动电压可减小为30%或更小。这产生进一步显著的效果。具有上述特性的液体透镜能够以大约 5V或更小的驱动电压驱动，因而适于被安装在移动设备上。Δ θ 0/Δ θ >0.97使用Δ ΘΟ的特性处于该范围内的Θ0可变层，现有技术Θ0均勻层中的驱动电压可减小为百分之几十或更小。具有上述特性的液体透镜能够以低电压工作。具有上述特性的液体透镜能够以大约2V或更小的驱动电压驱动，因而适于被安装在移动设备和低电压驱动设备上。第十五实施例将描述其中根据本发明的液体透镜与其它光学部件和半导体部件以整合方式被使用的例子。图19示出光学部件的例子，在该光学部件中，使用支撑部件181、182和183，根据本发明的实施例的液体透镜150、常规透镜160(即，由诸如玻璃、塑料或石英等的固体材料制成的透镜)和诸如互补金属氧化物半导体(CM0Q传感器和电荷耦合器件(CCD)元件之类的图像拾取元件170被整合在一起。也可使用多个透镜160并且可使用各种其它形式，其中，例如透镜160和固体透镜 150位于颠倒的位置，并且液体透镜150被夹在透镜160之间。虽然在图19中，三个组件， 即液体透镜150、透镜160和图像拾取元件170被整合在一起，也能够仅液体透镜150和透镜160被整合在一起，或者液体透镜150 (不需要任何其它透镜)和图像拾取元件170被整合在一起。也能够将液体透镜150和支撑部件181整合在一起，并且将整合的产品并入在由透镜160和图像拾取元件170构成的照相机单元的前方。也能够通过液体透镜150和多个透镜160的组合的产品来构成变焦透镜。液体透镜可被做得紧凑液体透镜可与具有其它功能的部件整合，以提供具有多种功能的紧凑的产品。因而，液体透镜可被应用于数字照相机、配备有照相机的移动电话、 诸如监视照相机之类的网络照相机以及诸如投影仪之类的光学部件。第十六实施例将描述其中根据本发明的实施例的液体透镜被应用于数字照相机的例子。图20是示出数字照相机的外部的示意图，其中，根据本发明的至少一个实施例的液体透镜被应用于该数字照相机。数字照相机包括拍摄透镜201、取景器202、闪光发射单元203和快门开关204。图21是图20中所示的数字照相机的主要部分的框图。图21中所示的数字照相机包含与常规透镜160组合的液体透镜150。穿过透镜160和液体透镜150的光经由孔径 163和快门162在图像拾取元件170上形成图像。液体透镜150、孔径163和快门162由来自照相机控制单元2102的控制信号控制。根据本实施例的数字照相机能够以低电压驱动液体透镜，并且，可减小噪声对图像拾取元件170的不利影响；因而可记录优秀的图像。虽然图21中所示的其它部件在数字照相机领域中是常见的，但是以下将简短地对其进行描述。信号处理单元2104执行模拟信号处理。A/D转换器2105将模拟信号转换成数字信号。图像存储器2106存储数字信号。图像处理单元2107例如执行信号变换和信号校正。主CPU2108控制数字照相机的所有操作。CPU 2108例如通过执行在R0M2109中存储的控制程序，控制图像处理单元2107和照相机控制单元2102。RAM 2110提供用于执行程序的工作空间。图像存储器2111存储要显示在像素显示单元2112上的拍摄的图像。 压缩和扩展处理单元2117对图像存储器2106中的图像信息进行编码。经编码的数据经由 I/F 2118被存储在存储卡2119中。照相机控制单元2102响应于来自操作开关2113的操纵信号而执行各种操作。当按压快门开关204时，照相机控制单元2102将信号发送到照明控制单元2115，该照明控制单元2115于是执行诸如开启闪光灯203之类的预定操作。第十七实施例将描述其中根据本发明的实施例的液体透镜被应用于配备有照相机的移动电话的拍摄透镜的例子。图22是示出包含根据本发明的液体透镜的移动电话的主要部分的示意图。在图 22中所示的配备有照相机的移动电话中，根据本发明的液体透镜150被用于照相机2234的拍摄透镜单元2210中，并且图像聚焦在诸如CXD之类的图像拾取元件170上。
根据本发明的液体透镜能够以低电压驱动并且可以被做得紧凑这对于移动电话的用户是有利的，移动电话被要求是紧凑的和轻重量的，因为用户可省却频繁对电池充电的不便。虽然图22中所示的其它部件在配备有照相机的移动电话的领域中是常见的，但是以下将简短地对其进行描述。配备有照相机的移动电话包括控制单元2240，其包括CPU 2241和ROM 2242 ；连接到控制单元2240的天线2231和无线电单元2232 ；麦克风2233、接收机2235和图像存储单元2236，在其中存储用照相机2234拍摄的图像；以及操作键2237、 诸如IXD之类的显示单元2238、和在用照相机拍摄时使用的快门键2239。第十八实施例将描述其中根据本发明的液体透镜被应用于网络照相机的例子。图23A是包含根据本发明的液体透镜的网络照相机的外部的示意图。图2 是网络照相机系统的电路框图。在图23A中示出透镜单元2301、照相机云台单元2302和覆盖透镜单元2301的覆盖件2350。如图2 所示，本实施例的一个特征是根据本发明的液体透镜150被包含作为构成透镜单元2301的透镜之一。如图2 所示，透镜单元160、液体透镜 150和图像拾取元件170沿光轴布置，并且，图像拾取元件170的输出经由放大器2314连接到图像处理电路2315和聚焦处理电路2316。用于驱动透镜单元2301的摇摆(panning)方向驱动电机2321和倾斜(tilt)方向驱动电机2322被设置在照相机云台单元2302中。图像处理电路2315的输出连接到照相机云台单元2302中的网络处理电路2323，并且，聚焦处理电路2316的输出连接到CPU 2324。 CPU2324的输出经由网络处理电路2323连接到外部LAN 2331，并且，个人计算机2332连接到 LAN 2331。CPU 2324的输出经由摇摆驱动电路2325和倾斜驱动电路23 连接到驱动电机 2321和2322，以将驱动信号提供给这些电路。CPU23M还连接到液体透镜驱动电路2317。 液体透镜150被液体透镜驱动电路2317驱动，并且控制聚焦。由于根据本发明的液体透镜可以被做得紧凑，因此根据本实施例的网络照相机也可被做得紧凑。根据本实施例的网络照相机可在网络照相机自身可被隐藏的状态下拍摄远程图像因而，网络照相机可被用作例如用于在休闲场所隐蔽拍摄现场图像的监视照相机和用作安全照相机。表1 第一实施例的V- θ特性表
权利要求
1.一种液体透镜，包括容器，具有内壁并且被配置为容纳液体；电解质液体和非电解质液体，所述电解质液体和非电解质液体之间形成界面，并且，所述电解质液体和非电解质液体被容纳在所述容器中；以及电压施加单元，向电解质液体施加电压，其中，所述电解质液体和非电解质液体之间的界面的形状通过向电解质液体的电压施加而被改变，根据所述容器的内壁上的、所述界面的端部与所述内壁接触的位置，所述内壁具有与非电解质液体的变化的亲和性，以及内壁的非电解质液体所位于的侧的该亲和性低于内壁的电解质液体所位于的侧的该亲和性。
2.根据权利要求1的液体透镜，其中，所述内壁沿着液体透镜的光轴方向具有变化的亲和性。
3.根据权利要求1的液体透镜，其中，所述容器的形状是圆筒状的，并且，圆筒状容器的中心轴和液体透镜的光轴彼此一致。
4.根据权利要求3的液体透镜，其中，沿包含圆筒状容器的中心轴的平面所截取的圆筒状容器的截面是渐窄的。
5.根据权利要求1的液体透镜，其中，满足Δθ 0/Δ θ >0.3,其中，Δ θ 0 = θ Omax- θ 00，Δ θ = θ max- θ 00，其中，θ max是彼此接触的界面和内壁之间的接触角的最大值，θ Omax是获得接触角的所述最大值的位置处的并且没有施加电压的情况下的接触角，并且，θ 00是没有施加电压并且所述界面位于最接近所述电解质液体处的情况下的接触角。
6.根据权利要求5的液体透镜，其中，在液体透镜的折光力为0的区域附近由电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dv并且在没有施加电压的情况下当彼此接触的界面和内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为Θ0时该θ0的微小改变被设为d θ 0的情况下，deo/dv成为最大。
7.根据权利要求5的液体透镜，其中，在液体透镜的正折光力变为最大或负折光力变为最小的位置附近由电压施加单元施加的电压V的微小改变被设为dV并且在没有施加电压的情况下当彼此接触的界面和内壁之间的在非电解质液体侧的接触角为9 0时该9 0的微小改变被设为d θ 0的情况下，d θ 0/dV成为最小。
8.根据权利要求1的液体透镜，其中，所述内壁由形成的层构成。
9.根据权利要求8的液体透镜，其中，所述层是通过用能量线照射由亲油材料形成的层而形成的，所述能量线的照射量根据位置而改变。
10.根据权利要求1的液体透镜，其中，在所述容器中容纳的所述电解质液体和所述非电解质液体相互不能融合。
11.一种透镜，在该透镜中，根据权利要求1的液体透镜和固体透镜彼此被整合。
12.—种照相机，包含根据权利要求1的液体透镜。
13.根据权利要求12的照相机，其中，所述照相机是数字照相机。
14.根据权利要求12的照相机，其中，所述照相机是网络照相机。
15.一种配备有照相机的移动电话，包含根据权利要求1的液体透镜。
16.一种液体透镜，包括容器，具有内壁并且被配置为容纳液体；和电压施加单元，被配置为向所述容器中容纳的液体施加电压，其中，电解质液体和非电解质液体被容纳在所述容器中，所述电解质液体和非电解质液体之间形成接触界面，所述接触界面的形状响应于所述电压施加单元施加的电压而改变， 根据所述容器的内壁上的、所述界面的端部与所述内壁接触的位置，所述内壁具有与非电解质液体的变化的亲和性，以及内壁的非电解质液体所位于的侧的该亲和性低于内壁的电解质液体所位于的侧的该亲和性。
全文摘要
本发明提供液体透镜和包含液体透镜的设备。液体透镜包括容器，具有内壁并且被配置为容纳液体；电解质液体和非电解质液体，所述电解质液体和非电解质液体之间形成界面，并且，所述电解质液体和非电解质液体被容纳在所述容器中；以及电压施加单元，向电解质液体施加电压。电解质液体和非电解质液体之间的界面的形状通过电压施加而被改变。根据所述容器的内壁上的、所述界面的端部与所述内壁接触的位置，所述内壁具有与非电解质液体的变化的亲和性；以及内壁的非电解质液体所位于的侧的该亲和性低于内壁的电解质液体所位于的侧的该亲和性。
文档编号G02B26/02GK102385077SQ20111024068
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年8月25日
发明者吴信哲, 小川涼, 山崎章市 申请人:佳能株式会社