CN104937446A - 具有放大倍数控制的液体透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液体透镜结构和制造方法。液体透镜包括基板，基板具有延伸穿过基板的通道开口。液滴设置在通道内，以及外壳至少部分地围绕基板，并且形成腔室。液滴位于腔室内，以及第二液体设置在腔室内，并且在第一界面和第二界面处与液滴直接接触或间接接触。第一界面和第二界面分别相对于第一表面和第二表面限定了第一突出液体部分和第二突出液体部分。合起来，第一突出液体部分和第二突出液体部分限定了总突出液体体积。透镜放大倍数控制件设置用于通过增大或减小相对于第一表面和第二表面限定的总突出液体体积来调节液体透镜的放大倍数。

Description

具有放大倍数控制的液体透镜
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年11月16日提交的美国临时专利申请No.61/727,265的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。另外，本申请涉及2011年7月26日提交且于2012年2月2日公开的、名称为“Pinned-Contact,Oscillating Liquid-Liquid Lens and ImagingSystems(固定接触的振荡式液-液透镜和成像系统)”的美国专利申请No.13/190,980和2013年10月23日颁发的、名称为“Reconfigurable,Non-Oscillating Liquid Lens and Imaging Systems(可重构的非振荡式液体透镜和成像系统)”的美国专利证书No.8,564,882，这两者的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明总体涉及自适应光学器件，更具体而言，涉及液体透镜，以及涉及采用液体透镜的成像系统和成像方法。
背景技术
由于机械地移动相机的透镜直至图像位于焦点上存在固有的延迟，因此光学聚焦经常是缓慢的过程。尽管对于透镜材料而言液体被认为是异乎寻常的选择，但将液体透镜应用于需要快速响应的自适应光学器件或用于需要较小的或具有成本效益的光学器件的应用场合日益受到关注。液体透镜能够有利地避免与移动固体透镜相关联的重量增大和制造复杂性。液体透镜的界面因表面张力(其受微米级的重力支配)而具有良好的光学质量，并且提供几近完美的球形界面和光学平滑至分子级的界面。
最近消费级无线通信中图像和多媒体的激增使用极大推动了对轻便、坚固的自适应光学器件的需求。然而，对此类透镜的需求，已经扩张到手机和摄像机之外，到达生物医学传感和成像、用于监测和防御的自主空中和水下车辆、用于微制造的显微镜和自适应光刻技术等先进技术。
发明内容
通过在一个方面中提供一种包括液体透镜的装置克服了现有技术的缺点并且提供了其它优点。液体透镜包括基板，基板包括在基板的第一表面与第二表面之间延伸穿过基板的至少一个通道，并且液滴包括第一液体。液滴部分地设置在延伸穿过基板的至少一个通道的一个通道内；并且液体透镜还包括外壳，外壳至少部分地围绕基板，并且外壳包括腔室。延伸穿过基板的至少一个通道的一个通道位于外壳的腔室内。第二液体设置在腔室内，并且第二液体和包括第一液体的液滴在腔室内在第一界面和第二界面处直接接触或间接接触。第一界面限定相对于基板的第一表面的第一突出液体部分，而第二界面限定相对于基板的第二表面的第二突出液体部分，并且，第一突出液体部分和第二突出液体部分合起来限定总突出液体体积。透镜放大倍数控制件设置用于通过增大或减小相对于基板的第一表面和第二表面限定的总突出液体体积来调节液体透镜的放大倍数。
在另一方面中，提供了一种制造液体透镜的方法，包括：获取基板，基板相对于液滴是非润湿性的；提供至少一个通道，至少一个通道在基板中从基板的第一表面延伸到第二表面；提供液滴，液滴包括延伸穿过基板的至少一个通道的一个通道内的第一液体；提供外壳，外壳至少部分地围绕基板并且包括腔室，延伸穿过基板的至少一个通道的一个通道位于外壳的腔室内；在腔室内设置第二液体，第二液体和包括第一液体的液滴在腔室内在第一界面和第二界面处直接接触或间接接触，第一界面限定相对于基板的第一表面的第一突出液体部分，而第二界面限定相对于基板的第二表面的第二突出液体部分，并且，第一突出液体部分和第二突出液体部分合起来限定总突出液体体积；以及提供透镜放大倍数控制件，透镜放大倍数控制件用于通过增大或减小相对于基板的第一表面和第二表面限定的总突出液体体积来调节液体透镜的放大倍数。
通过本发明的技术实现了其它特征和优点。本发明的其它实施例和方面在本文中被详细描述并且被视为要求保护的发明的一部分。
附图说明
本发明的一个或多个方面被特别指出并作为实例在说明书结束处的权利要求书中明确要求保护。通过阅读以下结合附图的详细描述，将能够更清楚地理解本发明的前述和其它目的、特征和优点，在附图中：
图1A和图1B示出根据本发明的一个或多个方面的包括振荡式液体透镜的装置的一个实施例，其中，透镜的液滴响应于致动器的操作运动被示为：第二液滴部分远离基板的第二表面而突出(在图1A中被放大)，以及第一液滴部分远离基板的第一表面而突出(在图1B中被放大)；
图2是根据本发明的一个或多个方面的包括采用振荡式液-液透镜的成像系统的装置的一个实施例的示意图，并且图2示出物体在焦点上的成像；
图3A和图3B示出根据本发明的一个或多个方面的包括具有透镜放大倍数控制的振荡式液-液透镜的装置的可选实施例；
图3C和图3D示出根据本发明的一个或多个方面的包括具有透镜放大倍数控制的振荡式液-液透镜的装置的另一实施例；
图4是根据本发明的一个或多个方面的采用具有诸如图3A和图3B所示的透镜放大倍数控制的振荡式液-液透镜的成像方法的一个实施例的流程图；
图5A是根据本发明的一个或多个方面的包括可重构液体透镜结构的装置的另一实施例的正视图；
图5B示出根据本发明的一个或多个方面的图5A的可重构液体透镜结构，示出五个示例双稳态毛细管开关元件中的两个从可重构液体透镜的第一(上)腔室部分切换到第二(下)腔室部分，并且图5B示出所得到的液体透镜滴的重构体；
图5C示出根据本发明的一个或多个方面的图5A和5B的可重构液体透镜结构，示出其余的双稳态毛细管开关元件切换到可重构液体透镜的第二(下)腔室部分，并且图5C示出所得到的液体透镜滴的重构体；
图6A是根据本发明的一个或多个方面的包括可重构液体透镜结构的装置的另一实施例的局部平面图；
图6B是根据本发明的一个或多个方面的图6A的可重构液体透镜结构的正视图；
图6C和图6D示出根据本发明的一个或多个方面的图6A和6B的可重构液体透镜结构，示例双稳态毛细管开关元件中的三个被示出为从第一(上)腔室部分过渡到第二(下)腔室部分，并且在图6D中示出所得到的液体透镜滴的重构体；
图6E和图6F示出根据本发明的一个或多个方面的图6C和6D的可重构液体透镜结构，其余的双稳态毛细管开关元件被示出为从第一(上)腔室部分过渡到第二(下)腔室部分，并且在图6F中示出所得到的液体透镜滴的构造；
图7示出根据本发明的一个或多个方面的包括具有透镜放大倍数控制件的可重构液体透镜结构的装置的另一实施例；以及
图8是根据本发明的一个方面的采用具有诸如图7所示的透镜放大倍数控制件的可重构液体透镜结构的成像方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
下文将参考附图所示的非限制性实例更全面地说明本发明的各个方面和本发明的某些特征、优点和细节。省略已知结构的描述，以免不必要地使本发明在细节上不清楚。然而，应理解的是，在指出本发明的各方面的同时，仅以举例的方式而非以限制的方式给出详细描述和具体实例。通过阅读本公开内容，在隐含的本发明概念的精神和/或范围内的各种替换、修改、添加和/或重新排列对于本领域技术人员而言将变得明显。
在一个方面中，本文公开了一个显著更快聚焦范例，其中，不是将透镜移动到最终位置，而是使所述透镜的形状连续振荡，并由此使透镜的焦距连续振荡。在振荡周期内，焦距在其值的整个范围上演变，并且采用同步高速传感器，以在不同的焦点处捕获清晰的图像。已经通过实验实现了在小于振荡周期的0.01秒的范围内聚焦。通过使用小(例如，毫米大小)的液体透镜使系统以谐振频率振动来实现这点。通过与振荡式液体透镜组合，同样有利地呈现出了透镜放大倍数控制件。
更具体而言，在一个方面中，本文以举例的方式描述了一种具有振荡焦距的液-液透镜，该液-液透镜可以通过与振荡“同步”地抓图来在给定的范围内捕获任何图像平面。通过使透镜振荡，改变焦距的任务被有效地从机械操纵变换到图像捕获的电子定时，这能够被显著更快地实现。在液体透镜被驱动共振并拥有固定接触线的情况下，对于毫升级液体镜头已经以100Hz证明了高保真成像。通过缩小比例的透镜能够实现显著更快的响应。
虽然某些策略是使得所使用的膜包含液体透镜，但特别感兴趣的是一种仅受限于表面张力本身的液体透镜，主要是因为膜对图像质量具有有害影响以及制取均匀耐用的膜的制造挑战。然而，在实践中甚至难以实施表面张力结合策略，因为重力将光圈限制至几毫米并且蒸发使稳定操作难以超过几分钟。
为解决这些问题，本文公开了液-液透镜结构、采用该液-液透镜结构的成像系统和成像方法，通过实现至少高至30Hz的稳定操作、厘米级光圈、取向独立性、长期稳定性，该液-液透镜结构缓和了前述液体透镜的缺点。通过耦合穿过基板(例如，板)中的第一通道(例如，圆形孔)的第一高折射率液体的两个液滴以及提供围绕板和液体透镜的第二液体(例如，水)来形成液-液透镜，使得透镜系统被外壳(例如，透明的丙烯酸盒)封闭。通过匹配第一液滴的密度(ρD)与周围液体(例如，水(ρW))的密度，毛细管长度(以(ρD-ρW)-1/2计量)可以从几毫米(气体液体透镜(例如，空气中的水透镜)中的典型液体的毛细管长度)增大到几厘米。
为了实现液滴曲率的变化(以实现焦距变化)，期望以非侵入性的方式致动封闭的透镜系统。为此，在基板中设置一个或多个第二通道(或开口)，每个通道容纳不混溶的铁磁流体的两个连接液滴。在相对较小的电磁驱动器放置在外壳外部的情况下，当铁磁流体液滴在基板任一侧上的第一腔室部分和第二腔室部分的固定体积内移动时，铁磁流体滴可以用作使第一液滴(即，液体透镜)移位的“液体活塞”。可以向电磁驱动器(例如，具有铁芯的150匝电磁体)提供振荡电压信号(例如，幅值为3伏)，以产生振荡磁场，这转而产生铁磁流体滴的振荡运动，并由此产生液滴(即，液体透镜)的振荡运动。为简单起见，在一个实施例中，可以使用单个电磁体来扰动单个铁磁流体滴(包括两个耦合的铁磁流体液滴)，使得毛细(即，类似弹簧)作用作为恢复力。
举例来说，图1A和图1B示出根据本发明的一个或多个方面的液体透镜结构(其总体地用100表示)的一个实施例。如图所示，液体透镜结构100(其在本文中被可选地称为液-液透镜结构或简称为液体透镜)包括基板110，基板110具有别相反的第一主表面111和第二主表面112。在存在诸如水等周围液体的情况下，基板110相对于透镜和驱动液体是非润湿性的，并且在一个实例中，基板110包括诸如阳极化铝等疏水性材料。基板110可以本身由这种非润湿性材料形成，或涂覆有非润湿性材料，但不一定在本文所述的一个或多个通道(或开口)内。在所示实例中，基板110包括在第一主表面111与第二主表面112之间延伸穿过的第一通道和第二通道。这些第一通道和第二通道仅作为实例的方式示出。在其它实施方式中，可以为本文所述的液-液透镜系统的液体透镜部分或驱动器部分提供多个通道的阵列。例如，在其它实施方式中可以为结构的液体透镜部分或驱动器部分或这两者提供多个通道，根据需要，各个通道具有相同的横截面面积(例如，相同的直径)或具有不同的横截面面积(例如，不同的直径)。通过将通道设置为具有不同的截面面积或从相同截面面积的通道突出的不同量的液体，耦合液滴的阵列例如可以实现不同的聚焦特性或不同的驱动特性。
在基板110的第一通道内设置有液滴120。举例来说，用于容纳液滴(用作液体透镜系统的透镜部分)的每个通道可以包括穿过基板的筒状孔(或孔洞)，使得每个液滴为一滴透明的液体(例如，硅油)。然而，本领域的技术人员应注意的是，作为选择，也可以采用其它液体作为液体透镜。由于基板110是非润湿性的，因此液滴120不散布在基板上，并且由外壳140(其将在下文描述)所限定的腔室内的液滴120、第二液体130(例如，水)与基板110之间的液-液-固接触线被固定在第一通道的边缘。液滴120可以被表征为包括：第一液滴部分121，其包括远离基板110的第一表面111突出的第一毛细管表面；以及第二液滴部分202(图2A和图2B)，其包括远离基板110的第二表面112突出的第二毛细管表面。在本实施例中，液滴和第二液体直接接触，并且不混溶，使得液滴120的第一毛细管表面和第二毛细管表面是本文所公开的液-液透镜的液-液界面，如上所述，该界面因表面张力而呈近乎完美的球形形状。液滴120的第一液滴部分121和第二液滴部分122通过设置在基板110的保持液滴的第一通道内的液滴120的液体主体部分直接连接(即，相互连接)。
液滴部分的相对曲率产生类似弹簧的力，当力作用在其质量体上时，该力使液滴120变成自然振荡器。按照本发明的一个方面，可以证明，对于一系列参数而言，液滴120可以被协调地驱动，使得液滴部分121、122的形状基本上成球形，以便适用于光学器件。另外，迫使液体透镜与系统共振允许用很少的能量输入使振荡运动持续进行。通过使用非润湿性基板固定接触线来最大程度地减少与移动的接触线、粘度或其它方面相关联的耗散。此外，使该振荡以时间尺度和长度尺度发生，其中，毛细现象平衡惯性，而不是由粘度平衡惯性。液体透镜的固有频率以透镜半径的R-3/2进行计量，结果，可以用适度尺寸的透镜来获得极高频率的响应。
如上所述，图1A和图1B所示出的液-液透镜结构100还包括外壳140、设置在由外壳140所限定的腔室内的第二液体130、驱动器150。在一个实施例中，腔室包括第一腔室部分131和第二腔室部分132，第一腔室部分131和第二腔室部分132均基本上充满了第二液体130。此外，在一个实施例中，外壳140包括底壁、前后两个壁、两个侧壁、顶部(或盖)，该盖可以是可移动的，以允许进入外壳的内部。举例来说，外壳140可以是透明的壳体，侧壁构造成有壁架，以将基板支撑和保持在外壳内。
在一个实施例中，驱动器150构造为非侵入性且间接地振荡位于第一腔室部分131与第二腔室部分132之间的液滴120。作为一个实例，驱动器150可以包括设置于在基板110的第一主表面111与第二主表面112之间延伸的第二通道内的铁磁流体滴151以及电磁驱动器155。举例来说，铁磁流体滴151可以被表征为包括：第一液滴部分152，其包括远离基板110的第一表面111突出的第一毛细管表面；以及第二液滴部分153，其包括远离基板110的第二表面112突出的第二毛细管表面。铁磁流体滴151的第一毛细管表面和第二毛细管表面是所公开的液-液透镜结构中的液-液界面。第一液滴部分152和第二液滴部分153通过设置在穿过基板110的第二通道内的铁磁流体滴151的液体主体部分直接连接(即，相互连接)。
诸如具有铁芯的150匝电磁体等电磁驱动器155产生(在一个实施例中)振荡磁场，而这转而产生铁磁流体滴151的振荡运动，并因此(通过不可压缩的第二液体130)产生液滴120(即液体透镜)的振荡运动。与液体透镜滴120一样，铁磁流体滴151的相对曲率产生类似弹簧的力，当力作用在其质量体上时，该力使铁磁流体滴151变成自然振荡器。当铁磁流体滴振荡时，铁磁流体滴151用作“液体活塞”，从而使第二液体130在第一腔室部分131和第二腔室部分132内交替移位，从而驱动液体透镜滴120。在示出的实施例中，(举例来说)采用单个电磁驱动器155来扰动单个铁磁流体滴151，使得毛细作用作为恢复力。然而，如本文所说明的那样，也可以采用多个电磁驱动器来更可靠地控制铁磁流体滴151的振荡。另外，在其它实施方式中，可以设置具有相同的横截面面积(例如，相同的直径)或不同的横截面面积(例如，不同的直径)的多个第二通道。通过将多个第二通道设置为具有不同的横截面面积或从通道突出的不同量的铁磁流体液滴，可以实现用于液体透镜系统的不同驱动特性。
通过阅读本文提供的描述，本领域技术人员应注意的是，在该第一方面中，液滴120的形状(具体而言，液滴的上下界面)通过周边第二液体130的不可压缩的运动随铁磁流体滴151的连续或间歇振荡而连续或间歇地改变，从而产生可以用于聚焦入射光101的自适应液体透镜。例如，参考图1A和图1B，在操作中，当电磁驱动器155处于磁化状态160(其在施加到电磁驱动器155上的振动信号中示出)时，铁磁流体滴151的第一液滴部分152在外壳140的第一腔室部分131内具有更大的体积(如图1A所示)，并且当驱动信号不工作161时(图1B)，如图1B所示，惯性和表面张力使铁磁流体滴151的第二液滴部分153在第二腔室部分132内变大。当电磁驱动器致动来驱动铁磁流体滴151操作达到图1A所示那种程度时，不可压缩的第二液体130操作以迫使液滴120中的更多第一液体进入到在外壳140的第二腔室部分132内延伸的第二液滴部分122中。这转而在聚焦入射光101时产生较长的焦距。在相反的情况下，如图1B所示，当第一液体的大部分位于外壳140的第一腔室部分131内的第一液滴部分121中时，能够实现较短的焦距。这样，液滴120的焦距随着铁磁流体滴振荡而连续变化，这转而改变了入射光101的折射，从而改变了焦点，从而提供了液体透镜中的自适应焦距能力。
可以在各种成像系统内装入和采用本文所公开的液-液透镜结构。图2示出了采用如上面结合图1A至图1B所述的振荡式液-液透镜结构100的成像系统(其总体地用200表示)的一个实施例。如上所述，液-液透镜结构100包括基板110，基板110包括穿过基板且含有至少一个液滴120(其用作液体透镜)的至少一个第一通道和含有至少一个铁磁流体滴151的至少一个第二通道，如本文所描述的那样，该至少一个铁磁流体滴151有利于驱动液体透镜。液-液透镜结构还包括限定了密封腔室的外壳140，该密封腔室包括位于基板相反两侧的第一腔室部分131和第二腔室部分132，第一腔室部分131和第二腔室部分132均填充有诸如水等第二液体。基板是非润湿性的，并且液滴120和铁磁流体滴151固定在穿过基板110的它们各自通道的边缘。
在图2的实例中，成像系统200还包括控制器210，控制器210包括例如通用计算机控制器，通用计算机控制器设置有(例如)逻辑，以控制铁磁流体滴151的振荡，并由此控制液-液透镜结构100的液滴120的振荡以及经由图像传感器220控制一个或多个焦距内的图像的捕获。应注意的是，在本实例中，采用在铁磁流体滴151上方和下方对准的两个电磁驱动器155、155'，以通过在耦合液滴上产生连续的拉力来控制铁磁流体滴的运动，从而如上所述使顶侧体积变大或使底侧体积变大。这转而改变透镜滴在第一腔室部分131或第二腔室部分132内的突出体积。通过这样使透镜滴120进行移位，操纵耦合液滴的曲率半径，这转而改变对象230的焦距。通过将图像传感器220放置在液体透镜的一侧并且将可选的光学元件225放置在另一侧，使得可以聚焦在各种距离处的对象230。
应注意的是，举例来说，图像传感器220设置在外壳140(在一个实施例中，其为透明壳体(或外壳))上方，并且与经过液滴120的图像路径对准，具体而言，该图像路径经过液滴120的第一振荡液滴部分121和第二液滴部分122。另外，图像路径穿过外壳140和任何附加光学元件225(诸如大光圈透镜)，光学元件225可以最佳地与本文所述振荡式液体透镜组合使用。所得到的成像系统具有在限定范围内的焦距，位于该范围内的对象可以在扫描期间被捕获。应注意的是，图像传感器220可以包括任何合适的成像装置。在一个实例中，图像传感器是数字照相机或录像机的一部分。
如上所述，在具有如图2所示的振荡焦距的光学系统中，聚焦工作是变化的。不是操纵固定形状的透镜的位置，而是使图像记录的定时与透镜的振荡同步，并且应当在系统聚焦的时间间隔内拍照。使用今天的高速摄像机能够很容易地实现快速的电子定时。其结果是，与现有光学器件的机械运动相比，能够实现显著更快的自适应透镜。
有利的是，本文所述的振荡式液体透镜比振荡周期更快。通过以其谐振频率驱动系统，例如，透镜的界面保持球形，并且使振荡的幅度达到最大。振荡焦距透镜与高速摄像机的组合还提供了三维(3-D)成像的能力。例如，基于振荡式透镜的显微镜物镜能够在被调查的样品内在不同的深度进行快速扫描。高速摄像机在单个透镜振荡周期内能够获得足够多的图像来通过重叠合法产生3-D图像。这种系统还能够以等于透镜振荡率的帧率获得3-D显微镜影片。作为一个实例，卡西欧所销售的EX-F1高速摄像机也可以与本文所述的振荡式液体透镜组合使用。
图1A至图2的上述液体透镜结构改变对象聚焦于处在固定位置的图像传感器上的距离。然而，对象的放大倍数在聚焦操作期间基本保持不变。这样做的原因是，当两个表面中折射光的一个表面其曲率增大(并由此其放大倍数增大)时，另一表面其曲率同时减小(并因此其放大倍数减小)。这类似于使固体透镜(例如，具有正焦距的双凸透镜)相对于固定对象和成像平面(例如，图像传感器)来回振荡。其结果是，焦点变化，但放大率未变化。
因此，参考图3A和图3B本文公开了一种液体透镜结构(其总体地用300表示)，该液体透镜结构不仅能够以上述方式扫描焦距，而且还可以改变透镜的放大倍数。该结构提供了真正的变焦透镜，该变焦透镜能够被电子控制。在一个实施方式中，除了液体透镜结构300设置有用于可控地调节液体透镜的放大倍数的透镜放大倍数控制件之外，液体透镜结构300类似于上面结合图2所述的液体透镜结构200。
参考图3A，在基板110内设置有与保持液滴120'的第一通道流体连通的内腔301。如图所示，液滴120'的内部液滴部分302朝向基板110的内腔301延伸或延伸到基板110的内腔301中。在所示实施例中，如上面结合图1A至图2所说明的那样，经由保持在穿过基板110的第二通道内的铁磁流体滴151'的控制来控制内部液滴部分302朝向内腔301延伸或延伸到内腔301中的体积。如图所示，内腔301还与保持铁磁流体滴151'的第二通道流体连通，并且铁磁流体滴151'的内部液滴部分303延伸到内腔301中或朝向内腔301延伸。在所示实施例中，液滴120'的内部液滴部分302通过界面液体305与铁磁流体滴151'的内部液滴部分303分离。界面液体305可以是有利于将液滴120'的内部液滴部分302以及铁磁流体滴151'的内部液滴部分303保持固定在基板110的限定内腔301的内壁上的液体。在一个实例中，第二液体130用作界面液体305，第二液体130是设置在第一腔室部分131和第二腔室部分132内的液体。
有利的是，通过增加液体活塞(铁磁流体滴151')与液滴120'之间的内腔连接，可以控制包括第一液滴部分121和第二液滴部分122的体积的瞬时总和在内的液滴总突出体积，从而提供用于改变液体透镜放大倍数的直接手段。如上所述，磁力控制或液体活塞(铁磁流体滴151')还确定两个突出侧之间的液滴分布，也就是说，控制液滴120'在基板的第一通道内的振荡，并由此以上面结合图1A至图2所述的方式控制第一液滴部分121和第二液滴部分122的构造，这有利于控制透镜的焦距。有利的是，通过毛细力的平衡和电磁驱动器155、155'的磁场的差动开启，可以控制液滴的总突出体积(也就是说，第一液滴部分121的体积加上第二液滴部分122的体积)，以同时控制第一腔室部分131和第二腔室部分132内的液滴的放大倍数和振荡，如上所述，这设定了焦距。
通过比较图3A的液体透镜300的位置和图3B的液体透镜300的位置，可以观察放大倍数控制。如上所述，通过调节分别远离基板110的第一表面111和第二表面112突出的液滴120'的总液滴体积来改变放大倍数。具体而言，通过调节液滴120'的内部液滴部分302的延伸到内腔301中或朝向内腔301延伸的体积，可以调节总突出体积。通过控制远离基板110的第一表面111和第二表面112突出的铁磁流体滴151'的总液滴体积，并由此控制铁磁流体滴151'的内部液滴部分303的突出到内腔301中或朝向内腔301突出的体积，可以实现这点。如上所述，在内腔中的液滴与铁磁流体滴之间设置有一层诸如浸液(例如，水)等液体，以便于固定各个内部液滴部分。通过对铁磁流体滴的控制，能够获得如图3A所示的相对较大放大倍数的透镜，或能够获得如图3B所示的相对较小放大倍数的透镜。要注意的一个考虑是，可以针对期望的实施方式适应地设计液体连接相对于其它界面的刚度(正比于曲率半径)。
有利的是，可以同时控制液体透镜的放大倍数和液体透镜的振荡，例如，以控制焦距。如上所述，在一个实施例中，通过如下方式实现这点：在液体透镜的液滴与铁磁流体驱动器之间增加基板内的内部连接，使得液滴的总突出体积被调节或控制，以设定液体透镜的放大倍数。在实践中，例如经由输入到控制铁磁流体液体活塞的电磁驱动器155、155'的信号中的DC漂移，可以实现这点。焦距控制的任务还在于液体活塞经由谐波(AC)信号的振荡运动，对于两个线圈而言，谐波信号应当是90°异相的(整流正弦波)。铁磁流体总是产生吸引力而不管线圈极性的事实是基本原理，并且基本上磁性体的磁力的结果正比于磁场的平方的梯度。
应注意的是，在一个实施例中，本文公开的放大倍数控制利用一层液体(例如，第二液体130)作为液滴的内部液滴部分与铁磁流体滴的内部液滴部分之间的内部连接内的界面。通过保持相同的表面化学性质，同样能够保持固定在内腔内的接触线。作为具体实例，液滴可以包含甲基萘、浸渍(或第二)液态水，并且铁磁流体可以为油基的，并且基板可以为阳极化铝(例如，Al2O3)。这种特定的组合作为电磁控制的快速聚焦的液体透镜结构是有效的。水中的透镜液体(甲基萘)的折射率比率为1.61/1.33＝1.21，这有助实现有效的透镜，而与水透镜在空气中的指数相差不太大。液体透镜的另一重要要求在于：它表现出相对于周围液体的相对较大的界面张力。在甲基萘对水的情况下，界面张力为34dynes/cm，这是一个相当大的值，这表示水的表面张力的近50％。透镜液体选择的其它要求是低粘度。甲基萘具有2.98cP的动态粘度或约3.1倍的水的粘度，并且甲基萘被认为是低粘度液体。此外，甲基萘的密度与水的密度非常匹配，比重为1.02。
应注意的是，图3A和图3B中的致动机构可以被通用化。例如，可以在磁性致动机构中采用永磁体，或在另一方法中，可以采用膜的压电致动。图3C和图3D示出了永磁体致动机构的一个实施例。
除了在图3C和图3D的实施例中用永磁体致动机构(其包括悬置在延伸跨过基板110中的适当尺寸开口的柔性或弹性膜352之内或之上的上永磁体和下永磁体351)替换液体透镜结构300的铁磁流体滴151'之外，图3C和图3D的液体透镜结构300'与结合图3A和图3B所述的液体透镜结构基本相同。如图所示，这些开口(或第二通道)从第一表面111延伸到内腔301以及从第二表面112延伸到内腔301。在本实施例中，内腔301可以填充有第二流体130，第二流体130也填充第一腔室部分131和第二腔室部分132。
在所述的实例中，经由控制器210和电磁驱动器155、155'再次控制放大倍数。具体而言，电磁驱动155，155'被控制为：经由弹性膜352所悬置的永磁体351的定位的选择性控制可以调节液滴120'的总突出体积。例如，如图3C所示，液滴120'的从基板110的第一表面111和第二表面112突出的总液滴体积可以通过由各电磁驱动器155、155'施加相反的磁场来增大和通过(经由各电磁体155、155')对相应永磁体351施加相吸的磁场来减小(如图3D所示)。因此，图3C和图3D所示的永磁体致动机构可以类似地确定两个突出侧之间的液滴分布，也就是说，控制液滴120'在基板的第一通道内的振荡，并由此以上面结合图1A至图3B所述的方式控制第一液滴部分121和第二液滴部分122的构造，如本文所描述的那样，这有利于控制透镜的焦距。然而，经由内腔301内的内部突出部分302增加永磁体致动机构与液滴120'之间的内腔连接有利于控制包括第一液滴部分121和第二液滴部分122的体积的瞬时总和在内的液滴的总突出体积，这提供了用于改变液体透镜放大倍数的直接手段。有利的是，通过电磁驱动器155、155'的磁场的差动开启，可以控制总突出体积(也就是说，液滴的第一液滴部分121的体积加上第二液滴部分122的体积)，以同时控制第一腔室部分131和第二腔室部分132内的液滴的放大倍数和振荡，如上所述，这设定了焦距。例如，经由输入到控制永磁体位置的电磁驱动器155、155'的信号中的DC漂移可以实现这点。致动机构的振荡运动由谐波(AC)信号来控制，如上所述，对于两个线圈而言，谐波信号应当是90°异相的(整流正弦波)。
图4示出了采用如本文所述的振荡式液体透镜的成像方法的一个实施例。成像方法400包括：在步骤410中，使如本文所述的液-液透镜的固定接触液滴振荡，以及在步骤420中，当使液-液透镜振荡或不振荡时，通过控制液滴突出到液-液透镜腔室中的总体积，可以选择性地控制液体透镜的放大倍数。在步骤430中，在使液-液透镜振荡的同时，可以通过振荡的液滴捕获一个或多个图像。具体而言，通过液滴的第一液滴部分和第二液滴部分捕获一个或多个图像，第一液滴部分和第二液滴部分分别在限定有存在液滴的通道的基板的第一表面和第二表面的上方延伸。在步骤440中，将所捕获的图像转发给控制器，控制器包括(在一个实施例中)计算机，计算机包括逻辑，以基于一个或多个图像标准(例如，图像清晰度等)评估所捕获的图像。本领域技术人员部分地使用现有的图像分析软件可以很容易地完成数字图像的评估。在步骤450中，基于评估，选择一个或多个所捕获的图像作为一个或多个最终图像。根据实施方式，可以将最终图像组合成对象的3-D表示。
参考图5A至图8，还呈现出了各种可重构的非振荡式液体透镜结构，每一个可重构的非振荡式液体透镜结构均具有用于调节液体透镜滴的构造的致动器(或驱动器)，并由此调节可重构的非振荡式液体透镜的焦距。本文所公开的可重构的非振荡式液体透镜结构在构造后是稳定的(或静态的)，并且非常适合低功率应用和那些需要长曝光时间的应用(例如，微光成像)。如下面进一步说明的那样，在某些实施方案中，一旦实现新的透镜构造(即，获得所需的焦距)，就无需进一步的能量或功率输入来维持或保持该液体透镜构造。与具有这种非振荡式液体透镜结构相结合，同样有利地呈现出了透镜放大倍数控制件。
在本发明的另一方面中公开了液-液透镜结构、采用该液-液透镜结构的成像系统和成像方法，这有利地实现了稳定的厘米级光圈、取向独立性、长期稳定性。通过耦合穿过基板(例如，板)中的第一通道(例如，圆形孔)的第一高折射率液体的两个液滴，以及提供围绕板和液体透镜且具有低折射率的第二液体(例如，水)，再次形成液-液透镜，使得透镜系统被外壳(例如，透明的丙烯酸盒)封闭。应注意的是，在一个实例中，透镜滴(例如，甲基萘，具有1.615的折射率)的折射率与周围液体(例如，水，具有1.33的折射率)的折射率的比率为1.21，这显著大于1，并且接近于空气/水透镜的1.33的折射率比率。第一液体和第二液体被选择为不混溶。通过匹配第一液滴的密度(ρD)与周围液体(例如，水(ρW))的密度，毛细管长度(以(ρD-ρW)-1/2计量)可以从几毫米(气体液体透镜(例如，空气中的水透镜)中的典型液体的毛细管长度)增大到几厘米。
为了实现液滴曲率的变化(即，为了实现焦距变化)期望以非侵入性的方式致动封闭的透镜系统。为此，在一个实施例中，致动器设置为包括基板中的一个或多个第二通道(或开口)，每个通道容纳并保持包括两个耦合的铁磁流体液滴的铁磁流体滴。在一个或多个相对较小的电磁驱动器放置(例如)在外壳外部的情况下，可以重构铁磁流体滴，这转而导致在基板任一侧充满不可压缩的第二液体的第一腔室部分和第二腔室部分的固定体积内液体透镜滴随着铁磁流体液滴重构(即，使液体移位)而重构。
在一个实施例中，两个电磁体是对准的，一个在至少一个铁磁流体滴的上面，一个在至少一个铁磁流体滴的下面，以便于例如处于非对称构造的至少一个铁磁流体滴的重构和保持，并由此重构和维持稳定(或静态)的液体透镜滴。在本文所述的另一实施例中，可以将多个铁磁流体滴保持在基板的多个第二通道(或开口)中。多个铁磁流体滴中的每个铁磁流体滴的尺寸对于其通道(或开口)而言足够大，以便用作双稳态毛细管开关元件，例如，通过对与多个铁磁流体滴相关联的一个或多个电磁驱动器施加直流脉冲以转变一个或多个双稳态铁磁流体开关元件的状态，双稳态毛细管开关元件允许可控地重构非振荡式液体透镜。
图5A至图5C示出了这种非振荡式液体透镜500的一个实施例，除了具有多个铁磁流体滴151且每个铁磁流体滴151构造为具有足够的铁磁流体体积来用作双稳态毛细管开关元件之外，非振荡式液体透镜500部分地类似于上面结合图1A至图2所述的振荡式液-液透镜结构。如图所示，在本实施例中，每个铁磁流体滴151由设置在铁磁流体滴上方和下方的相应电磁体对155、155'进行驱动，并且每个铁磁流体滴151设置有比相对于内部保持有液滴的各个通道(或开口)而言的临界体积大的总体积。这又意味着：每个铁磁流体滴用作双稳态毛细管开关元件，并且可以在两个状态中的一个之间进行切换；也就是说，上部状态或下部状态，其中，在上部状态下，较大的铁磁流体体积存在于液体透镜结构的第一腔室部分131中，而在下部状态下，较大的铁磁流体体积存在于液体透镜结构500的第二腔室部分132中。
铁磁流体滴内的铁磁流体在上部状态和下部状态之间的运动相应地影响和控制基板110上方和下方的液体透镜滴120的第一液滴部分121和第二液滴部分122中的第一流体的比例。通过选择性地致动一个或多个铁磁流体滴将铁磁流体滴从例如如图5A所示的上部状态切换至如图5C所示的下部状态，实现了液体透镜滴的重构。这部分地是由于包括上腔室部分131和下腔室部分132的腔室所含第二流体(例如，水)的不可压缩性。可以选择性地对电磁体155、155'通电来调节各个铁磁流体滴151的构造，或更具体而言(在本实例中)在上部状态和下部状态之间切换铁磁流体滴。向铁磁流体滴提供足以用作双稳态毛细管开关元件的体积还提供了这样的进一步的优点：一旦状态被切换为实现了液体透镜滴所需的构造，便无需维持对各个电磁驱动器的通电。
如上所述，举例来说，图5A示出了所有开关元件处于上部状态，而在图5B中，这些开关元件中的两个已切换至下部状态(通过致动相应的电磁体155')。在图5C中，所有开关元件已切换到下部(通过致动相应的电磁体155')。图5C所示的结果为：液体透镜滴的第一液体的最大体积存在于外壳的第一腔室部分131，而最小的第一液体体积存在于第二腔室部分132，这提供了透镜的最短焦距。
进一步举例来说，图6A至图6F示出了另一可重构液体透镜结构的一个实施例以及所示双稳态铁磁流体开关元件的切换。在本实施例中，采用多个铁磁流体滴151，每个铁磁流体滴具有足以用作双稳态毛细管开关元件的铁磁流体体积。每个铁磁流体滴151包括位于相应第二通道中的一对耦合的铁磁流体液滴。在本实施例中，采用单对电磁体155、155'，以及策略性地放置铁磁流体滴151，例如处于从对准的电磁驱动器155、155'的中心轴线向外的螺旋601构造。在图6A和图6B所示的操作实例中，开关元件都设定成处于上部状态，这意味着：液体透镜滴120的第二液滴部分122中的第一液体的体积为最大。当对下部电磁体155'通电时，如图6C和图6D所示，在距离上与对准的电磁体155、155'的中心轴线最接近的开关元件将首先被切换至下部状态，其中，铁磁流体设置在第二液滴部分153中的体积大于设置在第一液滴部分152中的体积。当到达电磁体155'的功率继续增大(且电磁体155无需功率)时，如图6E和图6F所示，所有铁磁流体滴被切换至下部状态。有利的是，在一个或多个铁磁流体滴被切换之后，可以对电磁驱动器155、155'断电，并且液体透镜滴因本实施例所述的铁磁流体滴的双稳态性质而将保持所需形状。
图5A至图6F的上述液体透镜结构改变对象聚焦于处在固定位置的图像传感器上的距离。然而，对象的放大倍数在聚焦操作期间基本保持不变。这样做的原因是，当两个表面中折射光的一个表面其曲率增大(并由此其放大倍数增大)时，另一表面其曲率同时减小(并因此其放大倍数减小)。
图7示出了图5A至图6F的非振荡式液体透镜结构的变型例，其中，焦距和放大倍数这两者可以被改变或控制。在一个实施例中，图7的可重构的非振荡式液体透镜结构700类似于图6A至图6F的非振荡式液体透镜结构，但是对可重构的非振荡式液体透镜结构700进行了下面描述的某些修改，以提供通过增加或减少液滴远离基板的第一表面和第二表面突出的总液滴体积来调节液体透镜滴的放大倍数的透镜放大倍数控制件。
如图7所示，在基板110内设置有与保持液滴120'的第一通道流体连通的内腔701。液滴120'的内部液滴部分702朝向基板110的内腔701延伸或延伸到基板110的内腔701中。经由对保持在基板110中的从基板110的第一表面111或第二表面112延伸到内腔701的各个第二通道内的一个或多个铁磁流体滴151'进行控制来控制内部液滴部分702的体积。如图7所示，铁磁流体滴151'均包括位于内腔701内的内部液滴部分703，而腔室701的其余部分充满界面液体705，例如充满第一腔室部分131和第二腔室部分132的第二液体130。如图所示，在这样的构造中，设置有多对电磁体155、155'和155”、155”'，以对多个上部铁磁流体滴151'和多个下部铁磁流体滴151'进行单独控制。通过切换所需数目的开关(铁磁流体滴)，可以控制第一液滴部分121和第二液滴部分122中的液体透镜滴的比例，从而以类似于上面结合图5A至图6F所述的方式设定液滴的焦距。
如上所述，液体透镜的概念在本文中还延伸到利用多个铁磁流体滴151'来控制远离基板110的第一表面111和第二表面112突出的第一液滴部分121和第二液滴部分122的总液滴体积。通过这样做，可以由例如控制器210控制或调节液体透镜的放大倍数。例如，如果当下排中的一定数量的铁磁流体滴或开关向上切换到内腔701中时，上排中的相同数量的铁磁流体滴或开关向上切换(也就是说，进入第一腔室部分131)，则焦距改变。另一方面，如果在上下排中切换的铁磁流体滴或开关的数量不同，则经由对突出到内腔701中或朝向内腔701突出的内部液滴部分702的体积进行控制并由此对远离第一表面和第二表面突出的液滴120'的第一液滴部分121和第二液滴部分122的总液滴体积进行控制来改变放大倍数。通过使用相应对的电磁驱动器施加短暂的直流脉冲可以实现铁磁流体滴151'的切换。应注意的是，上部铁磁流体滴可以以螺旋图案分布，使得它们可以以上述方式通过单对相对的电磁驱动器155、155'进行切换。类似地，如图所示，下排铁磁流体滴或开关中的铁磁流体滴也可以采用螺旋分布，以便由单独的一对电磁体155”、155”'进行控制。
与上面结合图3C和图3D所述的实施例一样，可以在如图7所示的液体透镜结构700中采用可选的致动机构。这些可选的致动机构可以包括例如由跨过相应第二通道延伸的相应弹性膜支撑的永磁体。还应注意的是，在不脱离本发明保护范围的情况下，其它致动机构也是可能的。例如，可以采用相应膜的压电致动，以可控地调节液体透镜的放大倍数。
图8示出了采用如本文所述的振荡式液体透镜的成像方法的一个实施例。成像方法800包括：在步骤810中，非振荡地调节液-液透镜的固定接触液体透镜滴的构造，以调节焦距，以及在步骤820中，必要时，通过控制液滴突出到液-液透镜腔室中的总体积，可以选择性地控制液体透镜的放大倍数。在步骤830中，可以通过液体透镜滴捕获一个或多个图像。具体而言，通过透镜滴的第一液滴部分和第二液滴部分捕获一个或多个图像，第一液滴部分和第二液滴部分分别在包括内部保持有液体透镜滴的通道的基板的第一表面和第二表面的上方延伸。在步骤840中，可以将所捕获的图像可选地转发给控制器，控制器包括(在一个实施例中)计算机，计算机包括逻辑，以基于一个或多个图像标准(例如，图像清晰度等)评估所捕获的图像。本领域技术人员部分地使用现有的图像分析软件可以很容易地完成数字图像的评估。在步骤850中，基于评估，然后可以选择一个或多个所捕获的图像作为一个或多个最终图像。根据实施方式，可以组合最终图像。
应注意的是，在本文参考图1A至图8所述的实施例中，假定液滴包括折射率比周围浸液(也就是说，在第一腔室部分和第二腔室部分内的第二液体)的折射率高的物质。在另一实施例中，液滴可以为浸没在包括高折射率物质的液体内的低折射率物质。例如，在一个实施例中，上述液滴和第二液体物质的实例可以反过来。在这种情况下，可以产生正焦距透镜来执行聚光任务，以便在低折射率物质被高折射率的第二液体围绕或浸没在高折射率的第二液体中的情况下，通过具有液滴或液体透镜中的负弯月透镜来形成图像。
此外，也可以采用被低折射率的第二液体围绕的具有高折射率的液体透镜中的负弯月透镜来产生具有负焦距的透镜，这在成像和其它光学应用中也比较实用。
为了解决这些可能性，所附权利要求讨论了包括第一液体的液滴与设置在腔室内的第二液体之间的第一界面和第二界面。第一界面限定了相对于基板的第一表面的第一突出液体部分，而第二界面限定了相对于基板的第二表面的第二突出液体部分。合起来，第一突出液体部分和第二突出液体部分限定了总突出液体体积，并且总突出液体体积是通过本文所呈现的用于控制液体透镜的放大倍数的透镜放大倍数控制件而增大或减小的体积。应注意的是，根据实施方式，第一界面和第二界面可以包括正弯月透镜界面、负弯月透镜界面、或它们的组合。在正弯月透镜实施方式中，突出液体部分包括如上述实例中的液滴的一部分；而在负弯月透镜实施方式中，突出液体部分包括浸液的一部分，也就是说，突出到含有液滴的一个通道中的第二液体。
总之，通过从图1A至图4的上述讨论，本领域技术人员应注意的是，在一个方面中，本文所述的固定接触的振荡式液-液透镜为寻求焦距快速变化的成像系统提供了一种新颖的解决方案。如本文所述的那样，可以通过非侵入性的振荡驱动方法将液体透镜制造成小而轻的封装件。有利的是，可以在致动机构中采用相对较小的电压电平，从而使液-液透镜的应用变得实用。
在该第一方面中，本文公开了一种可以捕获给定振荡范围内的任何图像平面的具有振荡焦距的液-液透镜。透镜的特征在于穿过筒状通道(或孔)进行耦合的两个液滴部分，使得两个液滴部分具有相对于非润湿性基板的固定接触线。在封闭的腔室中，不可压缩的第二液体围绕液体透镜。可以采用非侵入性的电磁驱动器，以使基板的第二筒状通道(或孔)中的耦合铁磁流体液滴产生振荡。铁磁流体液滴的振荡经由不可压缩的周围液体导致液体透镜滴的相应振荡。液滴部分的曲率变化引起焦距的变化。液滴的相对曲率产生类似弹簧的力，该力使系统变成自然振荡器。由于图像捕捉定时是电子的，因此能够快速实现，使得透镜的频率响应仅受限于系统的谐振频率。所呈现的液体透镜是耦合液滴系统，该系统能够实现用很少的输入进行谐振。当振荡足够快时，透镜可以被认为始终非常及时地接近所需的焦距；因此，呈现出了在液-液透镜后面快速聚焦的思想。
在另一方面中，通过阅读图5A至图8的讨论，本领域技术人员还应注意的是，本文所述的固定接触的可重构非振荡式液-液透镜为寻求焦距快速变化的成像系统提供了一种新颖的解决方案。如本文所述的那样，同样可以通过非侵入性的致动方法将液体透镜制造成小而轻的封装件。有利的是，可以在重构机构中采用相对较小的电压电平，从而使液体透镜的应用变得实用。
在该方面中，公开了一种通过重构可以捕获给定范围内的任何图像平面的具有自适应焦距的液体透镜。透镜的特征在于穿过筒状通道(或孔)进行耦合的两个液滴部分，使得存在相对于非润湿性基板的固定接触线。在封闭的腔室中，不可压缩的第二液体围绕液体透镜。采用非侵入性的电磁驱动器(在一个实施例中)，以调节基板的第二筒状通道(或孔)中的耦合铁磁流体液滴。铁磁流体液滴的调节经由不可压缩的周围液体导致液体透镜滴的相应重构。液滴部分的曲率变化引起焦距的变化。所呈现的液体透镜是耦合液滴系统，该系统可以用很少的输入进行重构。
有利的是，本文提供了与具有振荡焦距的液-液透镜以及可重构的非振荡式液-液透镜实施例组合的透镜放大倍数控制件。在这两种实施方式中，放大倍数控制提供了一种用于可控地调节液滴(即，液体透镜滴)的远离固定液滴的基板的第一表面和第二表面突出的总液滴体积的机制。通过在基板内设置与保持液滴的通道和保持铁磁流体滴的通道流体连通的内腔，使得液滴和铁磁流体滴均具有从相应通道朝向内腔突出或突出到内腔中的内部液滴部分，能够实现上述机制。在一个实施例中，通过在分开两个或更多个内部液滴部分的内腔内设置诸如浸液等界面液体，这些内部液滴部分可以间接接触。经由例如控制器的适当编程来控制各个电磁驱动器可以实现使用所呈现的结构进行放大倍数控制。
与现有方法相比，本文公开的大光圈的自适应液-液透镜提供了独特的优点和能力。使用厘米级光圈透镜能够增加聚光(例如，从直径为1.68mm的空气中液体透镜到直径为10mm的液-液透镜，聚光能力增大了30倍)。与振荡驱动的液体透镜相比，通过重构而非振荡进一步增强了聚光。能效被保持，同时消除了传统上一直困扰先前液体透镜设计的长期稳定性的问题(例如，因蒸发而造成的问题)，一切都在于重力取向几乎不变的设计。
本领域的技术人员应注意的是，本文中所呈现的耦合液滴系统也可以应用于许多应用场合，包括具有视频录制能力的移动电话、录像机和其它小而轻的消费产品。其它应用包括高速自适应成像、摄像机、通过透镜阵列实现的其它3-D图像重建、重构性要求不高但重点在于能耗的应用。例如，其它应用包括用于监测和防御的自主式微型飞行器，该微型飞行器受益于在许多方向上而不仅仅在视力前方(或下方)的成像能力。所呈现的具有相对小的尺寸和高能效的液-液透镜适合于在这种小飞行器上安装几个这样的透镜，以通过快速聚焦能力实现在所有方向上的成像。
如将被本领域的技术人员认识到的那样，上述控制器的各个方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，控制器的各方面可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)、或组合了在本文中统称为“电路”、“模块”或“系统”的软件和硬件方面的实施例。此外，控制器的各个方面可以采取体现在一个或多个具有计算机可读程序代码的计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以为计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以为例如但不限于电子、磁、光或半导体的系统、装置或设备、或前述各项任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体实例(非穷举列表)包括以下：具有一条或多条导线的电接头、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、磁存储设备、或前述各项任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备相关的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可以包括具有计算机可读程序代码的传播数据信号，例如，在基带中或作为载波的一部分。这种传播信号可以采取任何各种形式，包括但不限于电磁、光学、或它们任何合适的组合。计算机可读信号介质可以为不是计算机可读存储介质并且可以通信、传播或传送由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备相关的程序的任何计算机可读介质。
体现在计算机可读介质上的程序代码可以使用合适的介质进行传送，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等、或者前述各项任何合适的组合。
用于执行本发明各方面的操作的计算机程序代码可以以包括诸如Java、Smalltalk、C++等面向对象的编程语言和诸如“C”编程语言或类似的编程语言等传统的程序化编程语言的一种或多种编程语言的任何组合的形式写入。
上面参考根据本发明的实施例的方法的流程图和/或框图、装置(系统)和计算机程序产品对本发明的各个方面进行了描述。但应理解的是，可以通过计算机程序指令来实现流程图和/或框图的某些块和流程图和/或框图中的块的组合。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图的一个块或多个块中指定的功能/动作的手段。
这些计算机程序指令还可以存储在能够引导计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备的计算机可读介质中，从而以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生一种制造产品，该制造产品包括实现了在流程图和/或框图的一个块或多个块中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令也可以被加载到计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上，以使将要在计算机、其它可编程装置或其它设备上执行的一系列操作步骤产生实现处理的计算机，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图的一个块或多个块中指定的功能/动作的处理。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的某些块可以代表包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码的模块、段或部分。还应注意的是，在一些可选的实施方式中，方框中指出的功能可以不以图中指出的顺序发生。例如，实际上，连续示出的两个块基本上可以同时执行，或者根据所涉及的功能性，有时可以以相反的顺序执行各个块。还应注意的是，可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现框图和/或流程图的某些块和框图和/或流程图中的块的组合。
本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非意在限制本发明。如本文所使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“所述”也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应理解的是，术语“包括”(以及任何形式的包括，例如“包括”和“包括有”)、“具有”(以及任何形式的具有，例如“具有”和“具备”)、“包含”(以及任何形式的包括，例如“包含”和“包含有”)、“含有”(以及任何形式的含有，例如“含有”和“包含有”)是开放式的连系动词。其结果是，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或装置具有这些一个或多个步骤或元件，但不限于仅拥有这些一个或多个步骤或元件。同样地、“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的设备的方法或元件的步骤具有这些一个或多个特征，但不限于仅拥有这些一个或多个特征。另外，以某种方式构造的设备或结构以至少这种方式进行构造，但也可以以未列出的方式进行构造。
所有装置或步骤的相应结构、材料、动作和等同体加上下面权利要求书中的功能元件(如果有的话)意在包括用于与如具体要求保护那样的其它要求保护的元件组合来执行功能的任何结构、材料或动作。出于说明和描述的目的，呈现了本发明的描述，但并非意在进行穷举或将本发明限制于所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言将变得明显。

Claims (17)

1.一种装置，包括：
液体透镜，包括：
基板，其包括在所述基板的第一表面与第二表面之间延伸穿过所述基板的至少一个通道；
液滴，其包括第一液体，所述液滴部分地设置在延伸穿过所述基板的所述至少一个通道的一个通道内；
外壳，其至少部分地围绕所述基板并且包括腔室，延伸穿过所述基板的所述至少一个通道的所述一个通道位于所述外壳的所述腔室内；
第二液体，其设置在所述腔室内，所述第二液体和包括所述第一液体的所述液滴在所述腔室内在第一界面和第二界面处直接接触或间接接触，所述第一界面限定相对于所述基板的所述第一表面的第一突出液体部分，而所述第二界面限定相对于所述基板的所述第二表面的第二突出液体部分，所述第一突出液体部分和所述第二突出液体部分合起来限定总突出液体体积；以及
透镜放大倍数控制件，其用于通过增大或减小相对于所述基板的所述第一表面和所述第二表面限定的所述总突出液体体积来调节所述液体透镜的放大倍数。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：致动器，其用于使所述液滴在所述一个通道内振荡，尽管所述液滴在所述一个通道内振荡，但所述透镜放大倍数控制件仍提供对液体透镜放大倍数的控制。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括：致动器，其用于非振荡地调节所述液滴的构造，以调节所述液体透镜的焦距，其中，所述液体透镜的放大倍数和所述液体透镜的焦距这两者都能够被调节。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述透镜放大倍数控制件包括位于所述基板内且与延伸穿过所述基板的所述至少一个通道的所述一个通道流体连通的内腔，所述液滴还包括从所述一个通道朝向所述内腔突出的内部液滴部分，并且所述透镜放大倍数控制件通过控制从所述基板的所述一个通道朝向所述内腔突出的所述内部液滴部分的体积来控制相对于所述基板的所述第一表面和所述第二表面的所述总突出液体体积。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述基板中的所述至少一个通道包括至少一个第一通道，并且所述透镜放大倍数控制件还包括：
至少一个铁磁流体滴，其部分地设置在所述基板中的至少一个第二通道内，所述至少一个铁磁流体滴的一个铁磁流体滴包括延伸到所述内腔中的内部液滴部分，所述液滴的所述内部液滴部分和所述一个铁磁流体滴的所述内部液滴部分在所述内腔内直接接触或间接接触；以及
至少一个电磁驱动器，其用于可控地调节延伸到所述内腔中的所述至少一个铁磁流体滴的所述一个铁磁流体滴的所述内部液滴部分的体积，从而控制朝向所述内腔突出的所述液滴的所述内部液滴部分的体积，并由此控制相对于所述基板的所述第一表面和所述第二表面的所述总突出液体体积，并且所述致动器包括所述至少一个电磁驱动器。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述液滴的所述内部液滴部分和所述一个铁磁流体滴的所述内部液滴部分在所述内腔内经由设置在所述内腔内的界面液体间接接触。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述界面液体包括所述第二液体，所述第二液体在所述基板的所述内腔内将所述液滴的所述内部液滴部分和所述一个铁磁流体滴的所述内部液滴部分分开。
8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述基板中的所述至少一个通道包括至少一个第一通道，并且所述透镜放大倍数控制件还包括：
至少一个可变形表面，其延伸跨过在所述基板中延伸至所述内腔的至少一个第二通道；
界面液体，其设置在所述内腔内，其中，所述至少一个可变形表面和所述液滴的所述内部液滴部分经由所述界面液体间接接触；
驱动器，其用于可控地调节所述至少一个可变形表面的位置，从而控制朝向所述内腔突出的所述液滴的所述内部液滴部分的体积，并由此控制相对于所述基板的所述第一表面和所述第二表面的所述总突出液体体积，并且所述致动器包括所述驱动器。
9.根据权利要求4所述的装置，其中，所述基板的所述第一表面有利于限定所述腔室的第一腔室部分，而所述基板的所述第二表面有利于限定所述腔室的第二腔室部分，并且所述第二液体基本上充满所述第一腔室部分和所述第二腔室部分。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第二液体和包括所述第一液体的所述液滴不混溶，在所述第一腔室部分内直接接触，并且在所述第二腔室部分内直接接触。
11.根据权利要求2或3所述的装置，还包括：至少一个成像传感器，其耦合在经过所述一个通道中的所述液滴的至少一个成像路径上，以通过所述液滴捕获图像。
12.根据权利要求3所述的装置，其中，所述致动器包括保持在位于所述基板内且在所述第一表面与所述内腔之间或在所述第二表面与所述内腔之间延伸的多个第二通道中的多个铁磁流体滴，每个铁磁流体滴包括比相对于所述多个第二通道的相应第二通道的直径限定的临界体积大的体积，并且用作双稳态毛细管开关元件，每个双稳态毛细管开关元件能够在所述铁磁流体滴主要位于所述腔室内的第一状态与所述铁磁流体滴主要位于所述基板的所述内腔内的第二状态之间切换，并且所述多个铁磁流体滴的一个铁磁流体滴能够独立于所述多个铁磁流体滴的另一铁磁流体滴进行切换，以便于所述液体透镜的焦距的调整，并且所述透镜放大倍数控制件包括所述致动器，并且通过选择性地切换所述多个铁磁流体滴以调节相对于所述基板的所述第一表面和所述第二表面的所述总突出液体体积，来调节所述液体透镜的放大倍数。
13.一种制造液体透镜的方法，包括：
获取基板，所述基板相对于液滴是非润湿性的；
提供至少一个通道，所述至少一个通道在所述基板中从所述基板的第一表面延伸到第二表面；
提供所述液滴，所述液滴包括延伸穿过所述基板的所述至少一个通道的一个通道内的第一液体；
提供外壳，所述外壳至少部分地围绕所述基板并且包括腔室，延伸穿过基板的所述至少一个通道的所述一个通道位于所述外壳的所述腔室内；
在所述腔室内设置第二液体，所述第二液体和包括所述第一液体的所述液滴在所述腔室内在第一界面和第二界面处直接接触或间接接触，所述第一界面限定相对于所述基板的所述第一表面的第一突出液体部分，而所述第二界面限定相对于所述基板的所述第二表面的第二突出液体部分，所述第一突出液体部分和所述第二突出液体部分合起来限定总突出液体体积；以及
提供透镜放大倍数控制件，所述透镜放大倍数控制件用于通过增大或减小相对于所述基板的所述第一表面和所述第二表面限定的所述总突出液体体积来调节所述液体透镜的放大倍数。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：致动器，其用于使所述液滴在所述一个通道内振荡，尽管所述液滴在所述一个通道内振荡，但所述透镜放大倍数控制件仍提供对液体透镜放大倍数的控制。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：致动器，其用于非振荡地调节所述液滴的构造，以调节所述液体透镜的焦距，其中，所述液体透镜的放大倍数和所述液体透镜的焦距这两者都能够被调节。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，提供所述透镜放大倍数控制件包括向所述基板提供与延伸穿过所述基板的所述至少一个通道的所述一个通道流体连通的内腔，所述液滴还包括从所述一个通道朝向所述内腔突出的内部液滴部分，并且所述透镜放大倍数控制件通过控制从所述基板的所述一个通道朝向所述内腔突出的所述内部液滴部分的体积来控制相对于所述基板的所述第一表面和所述第二表面限定的所述总突出液体体积。
17.根据权利要求14或15所述的方法，还包括：提供至少一个成像传感器，所述至少一个成像传感器耦合在经过所述一个通道中的液体透镜滴的第一液滴部分和第二液滴部分的至少一个成像路径上，以通过所述液体透镜滴的所述第一液滴部分和所述第二液滴部分捕获图像。
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