[发明专利]可控光学透镜

说明书

本发明涉及一种可控光学透镜，更具体地使用所谓的电浸湿原理 (也就是公知的电毛细现象)。

电浸湿透镜包括装有两种不可溶混液体例如电绝缘油和水基导电 盐溶液的腔室，这些流体之间的弯月面形成折射率边界并由此实现透 镜的功能。弯月面的形状是电可控的以改变透镜的功率。流体可以包 括液体，蒸汽，气体，等离子体或其混合物。

透镜形状的电控制通过使用外部环形控制电极来获得，并利用电 浸湿效应来控制腔室外部边缘处的弯月面接触角，以此改变弯月面的 形状。

电浸湿透镜基本的设计和操作对本领域技术人员而言是已知的。 作为例子，可参考WO03/069380。

电浸湿透镜很小型并能不使用任何机械移动部件来提供变焦功 能。他们被建议在不同的应用中使用，具体地在空间局限的地方和功 率消耗被定在最小值的地方，例如在移动电话中用作自动聚焦的相机 镜头。

为了提供反馈控制功能，已经认识到检测透镜的条件是可取的。 由于绝缘体(电极和流体之间)的缓慢充电，电压和油-水弯月面的确 切位置之间的关系经常改变，反馈系统能将其补偿。如果变焦透镜使 用多个可变透镜来实现，它就不可能通过多元件的透镜系统从光学测 量唯一地导出透镜特征。因此也就希望能在此系统中测量每一个单独 弯月面的形状。

常规的电浸湿透镜拥有底部电极和圆周形壁电极。已提出测量电 极间的电容来提供有关透镜形状的反馈。具体地，当施加电压时弯月 面的形状和位置发生变化，环形电极的有效尺寸发生变化(此有效尺 寸依赖于水与电极的接触面积，其随弯月面位置的变化而变化)。电 容的最终变化能够被测量，并且此电容已经被认为是对测量透镜的强 度相当准确的参数。

使用测得的电容来确定透镜位置要求绝缘涂层的厚度和介电常数 已知。此厚度受每批次变化的影响。

电容的测量还要求各种模拟电路元件。因为此测量基本上包括分 析充电特征曲线，所以它是一个相对慢的处理，而且还要求特定频率 的波形。因此有必要以节省成本的方式来控制并保持期望的透镜形 状，其与液体的污染无关。

根据本发明，提供一种可控光学透镜系统，包括：

装有第一和第二流体的腔室，流体之间的界面定义透镜表 面；

电极排列，对透镜表面形状进行电控制，此电极排列包括第 一和第二电极；和

电源，为电极排列提供电流；

随时间的过去监测电源提供的电流并导出所提供的电荷的装 置；

监测电极排列中一个电极上的电压的装置；

从期望的透镜功率导出一值来控制提供给电极排列的总电荷 的装置。

本发明的系统中，通过对提供给驱动电极的总电荷的控制来实现 对透镜功率的控制。同样地，透镜的电容是弯月面位置的一个函数， 基于提供给透镜的电荷对透镜的控制提供了一个控制方案，其驱动弯 月面到一个期望的位置。这就意味着此驱动方案与一些透镜特征无 关，但比使用电容检测的反馈控制系统能更容易地实现。

导出值的装置优选地导出一提供的电荷对电压的比值。驱动方案 因此有效地驱动透镜到期望的电容，但不需要电容测量，并且也是一 个最初的驱动方案而不是校正的反馈方案。

电源也优选保持恒定电压，并在达到提供的电荷与电压的导出比 值后，控制电源保持电极之一上的电压。

一旦获得期望的透镜功率，驱动透镜到一个恒定电压以保持此透 镜功率，并且提供电流以补偿漏泄电流。

导出装置包括查找表，并且为执行驱动方案要求的处理功率因此 被保持为最小值。查找表接收有效的电极高度作为输入，该高度依赖 于透镜功率，并提供施加的电荷与电压的比值作为输出。

电极排列包括一驱动电极排列，其包括一底部电极和一侧壁电 极。透镜设计可以是常规的，且第一流体包括水基液体和第二流体包 括油基液体。

本发明还提供驱动可控光学透镜的方法，该透镜包括装有第一和 第二流体的腔室，流体之间的界面定义透镜的表面和用于对透镜表面 的形状进行电控制的电极排列，此电极排列包括第一和第二电极，该 方法包括：

选择期望的透镜功率；

从期望的透镜功率导出一值来控制提供给电极排列的总电荷；

为电极排列提供电流；

随时间的过去监测提供的电流并导出所提供的电荷，并监测电极 排列的电极之一上的电压；和