CN101639544A - 液体透镜装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体透镜装置及其制造方法。液体透镜装置包括液体透镜元件和固定夹具。液体透镜元件包括主体、透镜面和密封部，其中，主体包括第一基板、第二基板以及设置在第一基板和第二基板之间并形成液体室的第三基板，透镜面由容纳在液体室中并具有不同折射率的两种液体之间的界面形成，并能够被电力地变形，密封部密闭地密封主体。固定夹具与第一基板和第二基板啮合，其中，第一基板和第二基板夹置第三基板。通过本发明，可以提供对其中所容纳的液体具有高密封性能的液体透镜装置。

Description

液体透镜装置及其制造方法

相关申请的交叉参考

本发明包含于2008年7月28日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2008-193640的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及利用电润湿现象的液体透镜装置及其制造方法。

背景技术

已研究了利用电润湿现象的液体透镜。

液体透镜具有在透镜容器中容纳液体的结构。通常，液体透镜由多个构件构成。液体透镜装置由于功耗低和尺寸和重量减小而被预想被安装在诸如相机和移动电话的便携式装置上，并且在许多情况下，液体透镜装置与电子基板等被一起设置。即，需要液体透镜能够(长期)完全密封其中所容纳的液体。

对于液体透镜，已提出了各种用于密封所容纳液体的装置。例如，日本专利翻译公开第2007-519970号(0052段，图9)(下文称作专利文献1)公开了一种具有以下结构的可变焦透镜封装，其中按顺序层叠板状下透镜构件、具有通孔的板状主体以及板状上透镜构件并且通过主体的通孔、下透镜构件和上透镜构件分割用于容纳液体的室的结构。

可变焦透镜封装包括用于通过主体和上透镜构件的外围的弹性来夹置和按压主体和上透镜构件的紧固单元以及用于通过主体和下透镜构件的外围的弹性来夹置和按压主体和下透镜构件的另一紧固单元。这两个紧固单元被交替设置，以在主体外圆围不互相干涉。

通过这些紧固单元，上透镜构件被压向主体并且下透镜构件被压向主体，即，上透镜构件和下透镜构件都被压向主体。

在主体和上透镜构件之间以及在主体和下透镜构件之间，分别设置由橡胶制成的密封环。当将上透镜构件和下透镜构件压向主体时，密封环弹性变形，从而密封液体。

发明内容

然而，在专利文献1公开的可变焦透镜封装中，如上所述，在主体外围交替设置用于上透镜构件和主体的紧固单元以及用于下透镜构件和主体的紧固单元，从而导致对主体不均匀的压力施加。这可能会使主体变形，可能影响透镜的光学特性或对所容纳液体的密封性能。

此外，如果如上所述主体在可变焦透镜封装中变形，并由此液体从容纳液体的室中泄露，则泄露的液体可能到达可变焦透镜封装的外部，因为每个紧固单元并不具有能够密封泄露液体的结构。

鉴于上述情况，期望提供具有对其中所容纳的液体具有高密封性能的液体透镜装置。

根据本发明的实施例，提供了一种包括液体透镜元件和固定夹具的液体透镜装置。

液体透镜元件包括主体、透镜面和密封部。主体包括第一基板、第二基板以及设置在第一基板与第二基板之间并形成液体室的第三基板。透镜面由容纳在液体室中并具有不同折射率的两种液体之间的界面形成，并且能够被电力地变形。密封部密闭地密封主体。

固定夹具与第一基板和第二基板啮合(engage)。第一基板和第二基板夹置第三基板。

通过这种结构，固定夹具通过夹置第一基板和第二基板来密封容纳在液体室中的液体。因此，由于固定夹具没有直接与第三基板啮合，所以防止了主体变形。结果，可以防止由于主体变形而产生的液体泄漏，并提供了具有高密封性能的液晶透镜元件。

固定夹具可通过使用相对于第一基板和第二基板的啮合力来调节液体室的内压。

具有了这种结构，通过使用通过将第一基板和第二基板压向第三基板而获得的压力，可以调节液体室的内压，并且施与压力的固定夹具可以调节内压。

固定夹具可包括第一构件、第二构件和粘合装置。

第一构件具有与第一基板接触的第一保持面和第一粘合面。

第二构件具有与第二基板接触的第二保持面和第二粘合面。

粘合装置使第一粘合面和第二粘合面相互粘合。

具有了这种结构，通过利用粘合装置使第一构件和第二构件相互粘合而形成固定夹具，结果是可以使第一构件和第二构件分别与液体透镜元件接触。

密封部可以被设置在第一基板与第三基板之间的间隙以及第二基板与第三基板之间的间隙中的至少一个中。

通过这种结构，在固定夹具将第一基板和第二基板压向第三基板时，密封部发生变形，结果是可以密封容纳在液体室中的液体。

液体透镜还可以包括加固构件。

加固构件被设置在第一基板与第一构件之间的间隙以及在第二基板与第二构件之间的间隙中的至少一个中，并加固第一基板和第二基板中的一个。

通过这种结构，第一基板或第二基板可以被物理地加固，并且可以防止被损坏。

液体透镜装置还可以包括光学构件。

光学构件具有光学特性，并被设置在第一基板与第一构件之间的间隙以及在第二基板与第二构件之间的间隙中的至少一个中。

通过这种结构，主体可具有光学特性。

可以在液体透镜元件和固定夹具之间设置密封部。

具有了这种结构，当容纳在液体室中的液体从液体透镜元件中泄露时，密封部可以密封液体。即，可以防止液体从液体透镜装置中泄露。

可以在第三基板的外围设置密封部。

具有了这种结构，可以分别调节在将第一基板和第二基板压向第三基板时获得的压力以及用于使密封部变形的压力。

可以在第一构件和第二构件之间设置密封部。

具有了这种结构，通过使用第一构件和第二构件的粘合力，可以使密封部变形，并且可以密封容纳在液体室中的液体。

第一基板可以包括具有三维结构的表面。

具有了这种结构，可以获得具有附加的光学或物理功能的液体透镜装置。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种液体透镜装置的制造方法。该方法包括生产液体透镜元件和确定内压。

生产包括主体和透镜面的液体透镜元件。主体包括第一基板、第二基板以及设置在第一基板和第二基板之间并形成液体室的第三基板，透镜面由容纳在液体室中并具有不同折射率的两种液体之间的界面形成，并且能够被电力地变形。

通过固定家具夹置液体透镜元件的外围以密闭地密封液体透镜元件，从而确定其内压。

如上所述，根据本发明的实施例，可以提供对其中所容纳的液体具有高密封性能的液体透镜装置。

如附图所示，根据以下对本发明的具体实施方式的详细描述，将显而易见本发明的这些及其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的液体透镜装置的外观的透视图；

图2是示出根据第一实施例的液体透镜装置的液体透镜元件和固定夹具被分离的状态的透视图；

图3是示出根据第一实施例的液体透镜装置的截面图；

图4是示出根据第一实施例的液体透镜装置的液体透镜元件和固定夹具被分离的状态的截面图；

图5是每个均示出装配根据第一实施例的液体透镜装置的方法的示意图；

图6是示出根据第二实施例的液体透镜装置的截面图；

图7是示出根据第三实施例的液体透镜装置的截面图；

图8是示出根据第四实施例的液体透镜装置的截面图；

图9是示出根据第五实施例的液体透镜装置的截面图；以及

图10是示出根据第六实施例的液体透镜装置的截面图。

具体实施方式

下文将参照附图描述本发明的第一实施例。

图1是示出根据实施例的液体透镜装置1的外观的透视图。

图2是示出根据实施例的液体透镜装置1的液体透镜元件2和固定夹具3被分离的状态的透视图。

如图1和图2所示，液体透镜装置1包括液体透镜元件2和固定夹具3。

由第一构件17和第二构件18构成的固定夹具3内部保持液体透镜元件2。

图3是示出根据实施例的液体透镜装置1的截面图。

图4是示出根据实施例的液体透镜装置1的液体透镜元件2和固定夹具3被分离的状态的截面图。

图3和图4每个均示出了沿图1的点划线A-A′截取的图1所示液体透镜装置的横截面，横截面与图1的页面平行。

如图3所示，在除光学有效区域(稍后描述)之外的液体透镜元件2的外围，设置固定夹具3。

如图3所示，通过粘合构件19粘合第一构件17和第二构件18。

下文将描述根据实施例的液体透镜元件2。

如图3和图4所示，液体透镜元件2包括第一基板4、第二基板5、第三基板6和密封构件7。在液体透镜元件2中，容纳有第一液体8和第二液体9(统称为液体14)。

在液体透镜元件2中，按顺序层叠第一基板4、第三基板6和第二基板5，并且通过形成在第三基板6中的通孔12、第一基板4和第二基板5所形成的空间用作液体容纳室13。

在液体容纳室13中容纳液体14。密封构件7的形状为环形的，并且被设置在使密封构件7可以密封液体透镜元件2中的液体14的位置。

由于电润湿效果，使得根据实施例的液体透镜元件2能够运用光学特性。液体透镜元件2的结构不限于以下结构。

第一基板4和第二基板5形成液体容纳室13，并用作进入液体透镜元件2的入射光和离开液体透镜元件2的出射光的路径。当第一基板4和第二基板5都由诸如玻璃和丙烯酸树脂的具有高透明度的材料制成时，可以减少入射光或出射光的强度损耗。在液体容纳室13侧的第一基板4的表面上，形成与第一液体8接触的配线52并将其连接至外部电源(未示出)。

第三基板6用作液体容纳室13的间壁。第三基板6可以具有多个以阵列形式形成的通孔12。通孔12可以具有圆形、矩形、多边形或环形的形状。第三基板6由合成树脂、金属、玻璃、陶瓷等制成。固定夹具3不与根据该实施例的第三基板6啮合并因此可以由软材料制成。在液体容纳室13侧的第三基板6的表面(液体容纳室13的外表面)上，形成导电层15。作为导电层15的上层，形成绝缘层16。导电层15连接至外部电源(未示出)。

在第三基板6和第一基板4之间设置密封构件7。可以在第三基板6的通孔12的外围部分上或与通孔12分离形成的用于密封构件7的槽中设置密封构件7。密封构件7可以由诸如弹性体、金属和合成树脂的材料制成，使得密封构件7可以密封液体14。密封构件7可以适当地具有圆形、矩形或V形的截面。

例如，导电层15是通过溅射法由氧化锡、ITO(氧化铟锡)等形成的透明薄膜。例如，绝缘层16是具有斥水性的、由聚对二甲苯(聚对二甲苯基树脂)、无机材料等通过CVD(化学汽相沉积)法形成的薄膜。

第一液体8是导电或极性液体。对于第一液体8，可以使用水、电解液、酒精、室温熔盐等。根据该实施例的第一液体8是氯化锂溶液(3.36wt％，绝对折射率为1.34)。

第二液体9是绝缘非水液体。对于第二液体9，可以使用碳水化合物、疏水硅油、氟基材料等。根据该实施例的第二液体9是硅油(由Momentive Performance Materias公司制造的TSF437，绝对折射率为1.49)。

如下制造根据该实施例的液体透镜元件2。

在第三基板6上，通过溅射法形成导电层15。接下来，通过粘接等将第二基板5粘合至第三基板6。在相互粘合的第三基板6和第二基板5上，通过CVD法形成绝缘层16。

在通过第二基板5和第三基板6的通孔12形成的凹部中填充第二液体9和第一液体8。然后，在第三基板6上设置第一基板4。

如上所述构成的液体透镜元件2如下进行操作。

如图3所示，第一液体8和第二液体9形成两种液体的界面14a(透镜面)，例如，其具有通过两种液体之间以及每种液体和绝缘层16(具有斥水性)之间的界面张力所形成的曲面形状。

由于第一液体8和第二液体9的绝对折射率不同，所以进入液体透镜元件2的光由于两种液体的界面14a上的透镜效应而被折射。

通过对导电层15和形成在第一基板4上的配线52施加来自外部电源的电压，在第一液体8和导电层15中存储电荷。当发生电荷之间的吸引时，第一液体8和绝缘层16(作为导电层15的上层)之间的界面张力发生改变，结果是两种液体的界面14a的形状改变(电润湿效果)。

如上所述，因为第一液体8和第二液体9的绝对折射率不同，所以表现出不同于没有施加电压时的光学特性。即，可以获得通过施加电压而改变光学特性的透镜。

根据该实施例的固定夹具3固定或限定液体透镜元件2的第一基板4、第二基板5和第三基板6的相对位置，并使密封部7弹性地变形，从而密闭地密封液体容纳室13，由此防止容纳在液体容纳室13中的液体14泄露。

如图2所示，固定夹具3由第一构件17、第二构件18和粘合元件19构成。

第一构件17朝向第三基板6按压第一基板4，而第二构件18朝向第三基板6按压第二基板5。

第一构件17包括与第一基板4接触的保持面17a和与第二构件18啮合的粘合面17b。保持面17a具有穿过液体透镜元件2的光从其穿过的孔17c。第一构件17由金属、合成树脂等制成。

第二构件18包括与第二基板5接触的保持面18a和与第一构件17啮合的粘合面18b。保持面18a穿过液体透镜元件2的光从其穿过的孔18c。第二构件18由金属、合成树脂等制成。

第一构件17和第二构件18被形成为在液体透镜元件2上安装第一和第二构件17和18的状态下不相互干涉。根据该实施例的固定夹具3被形成以在固定夹具3被安装在液体透镜元件2上的状态下将第二构件18的粘合面18b设置在液体透镜元件2与第一构件17的粘合面17b之间。此外，固定夹具3被形成以使第一构件17和第二构件18可以覆盖液体透镜元件2的外围(除孔17c和孔18c之外)。

第一构件17和第二构件18在按压液体透镜元件2的状态下(稍后描述)相互粘合，从而可以维持按压状态。通过粘接、焊接、螺丝紧固等来维持按压状态。根据该实施例的固定夹具3的粘合面17b和粘合面18b被粘合至液体透镜元件2的整个外围表面。因此，产生均匀的啮合力。结果，可以防止液体透镜元件2的基板变形，并且可以抑制由于基板变形而引起的液体泄漏和对光学透镜的影响。

将描述根据该实施例的液体透镜装置1的制造方法。

图5是每个均示出根据该实施例的液体透镜装置1的制造方法的示意图。

如图5A所示，通过按压机构B向液体透镜元件2施加压力。在向第三基板6按压第一基板4的方向和向第三基板6按压第二基板5的方向上施加压力。当按压液体透镜元件2时，密封构件7弹性变形。

如图5B所示，设置第一构件17以使保持面17a与第一基板4接触，并设置第二构件18以使保持面18a与第二基板5接触。

如图5C所示，通过按压机构C，分别朝向第一基板4和第二基板5按压第一构件17和第二构件18。通过粘合构件19使粘合面17a和粘合面18a粘合。

直到获得通过粘合构件19进行的粘合面17a和粘合面18a的稳定粘合，否则按压机构C维持按压操作。结果，形成了图3所示的液体透镜装置1。例如，在热固树脂、UV固化树脂、压敏粘合剂等被用于粘合构件19的情况下，在图5C所示的状态下执行粘合剂的固化处理。在完成粘合剂的固化处理时，释放按压机构C的按压操作。可以预先在第一或第二构件17或18的粘合面上涂覆粘合剂。可选地，在第一和第二构件17和18粘合之后，可以在第一和第二构件17和18的相对粘合面之间的区域中填充粘合剂。

将给出对如上所述构成的液体透镜装置1的操作的描述。

在根据该实施例的液体透镜装置1中，当固定夹具3的第一构件17将第一基板4压向第三基板6而固定夹具3的第二构件18将第二基板5压向第三基板6时，密封部7产生变形，通过由此产生的反作用力来密闭地密封液体14。此时，液体14压缩，由此改变了液体14的内压。

即，通过第一构件17和第二构件18的粘合力或密封构件7的变形量，同时调节液体14的内压和密封性能。

由于根据该实施例的第一构件17和第二构件18可以覆盖液体透镜元件2的外围，因此可以通过使用如合成树脂粘合剂的具有液体密封性能的构件作为粘合构件19来提供具有密封性能的固定夹具3。

例如，如果密封构件7被损坏或劣化并且液体14从液体容纳室13中泄露，那么固定夹具3就起到备用密封装置的作用。换句话说，即使作为液体透镜的功能丧失，但仍能够防止液体14泄露到液体透镜装置1的外部并防止损坏包括配线基板的其他结构。

在根据该实施例的液体透镜装置1中，通过固定夹具3固定第一基板4和第三基板6。因此，可以构造液体透镜元件2而不在基板之间额外设置粘合层。通过这种结构，可以减小液体透镜元件2的厚度，结果是可以减少穿过液体透镜元件2的光量的损失。

液体14的内压被限定，因此，根据该实施例的液体透镜装置1几乎不会受到诸如大气压和水压的外压变化或由温度变化引起的内压变化的影响。

以下将描述本发明的第二实施例。

在下列描述中，将简化或省略与根据第一实施例的液体透镜装置相同的结构和功能的描述，并且主要描述不同点。

图6是示出根据实施例的液体透镜装置20的截面图。

如图6所示，根据该实施例的液体透镜装置20的液体透镜元件21包括第一基板22和第二基板23。在第一基板22上，形成三维结构22a。在第二基板23上，形成三维结构23a。注意，可以在第一基板22和第二基板23中的至少一个上形成三维结构。

三维结构22a和23a可具有光学功能或诸如增强机械强度功能的物理功能。例如，每个三维结构的形状并不限于图6所示的凸透镜形状，而是可以替代地为三维结构以用作菲涅耳透镜、微透镜阵列或棱镜。此外，通过分别延展三维结构22a和23a的厚度以适合第一构件17的孔17c和第二构件18的孔18c，可以提高液体透镜元件21的强度而不增加液体透镜装置20的厚度。

以下将描述本发明的第三实施例。

图7是示出根据实施例的液体透镜装置24的截面图。

如图7所示，根据该实施例的液体透镜装置24的液体透镜元件25包括功能附加构件26和功能附加构件27。

功能附加构件26被设置在第一基板4和第一构件17之间，而功能附加构件27被设置在第二基板5和第二构件18之间。注意，功能附加构件可以被设置在第一基板4和第一构件17之间的间隙以及第二基板5和第二构件18之间的间隙中的至少一个中，并且功能附加构件的数量可根据需要改变。

对于功能附加构件26和功能附加构件27的每一个，可以使用具有光学功能或诸如增强机械强度的物理功能的功能构件，例如，光学片或加固片。

通过分别在第一基板4和第二基板5的外侧设置功能附加构件26和功能附加构件27，除液体透镜元件的可变焦功能之外，还可以提供集光功能或偏光功能。此外，还可以提高耐从液体透镜装置24的外部(通过孔17c或孔18c)施以的冲击的耐久性(液体14的密封性能)。此外，可通过使用固定夹具3与液体透镜元件整体地形成功能附加构件26和27。因此，可以容易地装配部件并提高装置的集成性能。

以下将描述本发明的第四实施例。

图8是示出根据实施例的液体透镜装置28的截面图。

如图8所示，根据该实施例的液体透镜装置28的液体透镜元件29包括设置在第三基板30的外围部分的环形密封构件31。

通过在第三基板30的外围部分设置环形密封构件31，在基板30的侧面上施加用于密闭密封的压缩力。可根据第二构件18的尺寸来调节压缩力，并且可以根据第一构件17与第二构件18的粘合力来调节液体14的内压。即，可以相互独立地调节液体14的内压和对密封构件31的压缩力。

了进一步提高密封性能，必要时，为可以在第一基板4和第三基板30之间或第一基板4和固定夹具3的第一构件17之间形成密封层。

以下将描述本发明的第五实施例。

图9是示出根据实施例的液体透镜装置32的截面图。

如图9所示，根据该实施例的液体透镜装置32的密封构件33被环状地形成并设置在液体透镜元件34的外侧。

根据该实施例的液体透镜装置32包括具有比第三基板36和第一基板35更大面积的第二基板37。密封构件33可以设置在第二基板37上并与第三基板36相邻。

根据该实施例的固定夹具38包括第一构件39和第二构件40。第一构件39和第二构件40对密封构件33施加压力，并且通过粘合构件41来粘合第一构件39和第二构件40，结果是可以密封液体透镜元件34的液体14。密封构件33设置在液体透镜元件34的外侧，因此液体透镜元件34具有简单的结构。

以下将描述本发明的第六实施例。

图10是示出根据实施例的液体透镜装置42的截面图。

如图10所示，根据该实施例的液体透镜元件43的密封构件44设置在如根据第五实施例的液体透镜装置32的位置上。

根据该实施例的液体透镜装置42包括具有比第三基板46和第一基板45更大面积的第二基板47。密封构件44可以设置在第二基板47上并且可以与第三基板46相邻。第三基板46在其第二基板47的一侧具有倾斜部46a。倾斜部46a支持密封构件44并朝向第二基板47倾斜。

根据该实施例的固定夹具48具有第一构件49和第二构件50。第一构件49和第二基板47按压密封构件44，并通过粘合构件51粘合第一构件49和第二构件50，结果是可以密封液体透镜元件43的液体14。

通过调节倾斜部46a的倾斜角度，可以适当地设定液体14的内压和对密封构件44的压缩力。

本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。

Claims (11)

1.一种液体透镜装置，包括：

液体透镜元件，包括主体、透镜面和密封部，其中，所述主体包括第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板和所述第二基板之间并形成液体室的第三基板，所述透镜面由容纳在所述液体室中并具有不同折射率的两种液体之间的界面形成并能够被加电变形，所述密封部密闭地密封所述主体；以及

固定夹具，与所述第一基板和所述第二基板啮合，其中，所述第一基板和所述第二基板夹置所述第三基板。

2.根据权利要求1所述的液体透镜装置，

其中，所述固定夹具通过使用针对所述第一基板和所述第二基板的啮合力来调节所述液体室的内压。

3.根据权利要求2所述的液体透镜装置，

其中，所述固定夹具包括：

第一构件，具有第一粘合面和与所述第一基板接触的第一保持面，

第二构件，具有第二粘合面和与所述第二基板接触的第二保持面，以及

粘合装置，用于使所述第一粘合面和所述第二粘合面相互粘合。

4.根据权利要求3所述的液体透镜装置，

其中，所述密封部被设置在所述第一基板和所述第三基板之间的间隙以及在所述第二基板和所述第三基板之间的间隙中的至少一个中。

5.根据权利要求4所述的液体透镜装置，还包括：

加固构件，设置在所述第一基板和所述第一构件之间的间隙以及在所述第二基板和所述第二构件之间的间隙中的至少一个中，并加固所述第一基板和所述第二基板中的一个。

6.根据权利要求4所述的液体透镜装置，还包括：

光学构件，具有光学特性，所述光学构件被设置在所述第一基板和所述第一构件之间的间隙以及在所述第二基板和所述第二构件之间的间隙中的至少一个中。

7.根据权利要求3所述的液体透镜装置，

其中，所述密封部被设置在所述液体透镜元件和所述固定夹具之间。

8.根据权利要求7所述的液体透镜装置，

其中，所述密封部被设置在所述第三基板的外围。

9.根据权利要求8所述的液体透镜装置，

其中，所述密封部被设置在所述第一构件和所述第二构件之间。

10.根据权利要求1所述的液体透镜装置，

其中，所述第一基板包括具有三维结构的面。

11.一种液体透镜装置的制造方法，包括：

生产包括主体和透镜面的液体透镜元件，所述主体包括第一基板、第二基板以及设置在所述第一基板和所述第二基板之间并形成液体室的第三基板，所述透镜面由容纳在所述液体室中并具有不同折射率的两种液体之间的界面形成，并能够被加电变形；以及

通过固定夹具夹置所述液体透镜元件的外围以密闭地密封所述液体透镜元件，并且确定其内压。

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