CN109425918B - 液体透镜 - Google Patents

Abstract

液体透镜可以具有腔室，该腔室被配置为例如通过改善倾斜响应时间和/或通过减少光学像差来改善液体透镜的性能。腔室可具有符合截锥形状的侧壁。可以通过平衡竞争因素来选择锥角、宽端直径和窄端直径。液体透镜可包括两种流体，并且可选择流体填充率以改善液体透镜的性能。在一些实施例中，侧壁可以符合球体的一部分。

Description

液体透镜

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求享有于2017年9月1日提交的美国临时申请No.62/553,466的优先权的权益，其内容通过引用的方式整体并入本文。

通过引用并入

于2015年12月1日授权并且题为LIQUID LENS ARRAYS的美国专利No.9,201,174通过引用的方式整体并入本文。该专利的副本随附于附录A。

技术领域

本文公开的一些实施例涉及可变焦距透镜，例如液体透镜。

发明内容

以下出于说明性目的概述某些示例性实施例。实施例不限于本文所述的特定实施方式。实施例可以包括几个新颖特征，其中没有一个特征单独负责其期望的属性或者对于实施例是必不可少的。

本文公开的各种实施例可以涉及可变焦距透镜，其可以包括腔室、容纳在腔室中的第一液体、以及容纳在腔室中的第二液体。第一液体和第二液体可以基本上不混溶，以在第一液体和第二液体之间形成液体界面。液体透镜可以具有一个或多个第一电极，其可以与第一和第二液体隔离。一个或多个第一电极可以设置在透镜中的相应的一个或多个位置处(例如，四个象限中的四个电极)。液体透镜可以包括与第一液体电连通的一个或多个第二电极。液体界面的位置可以至少部分地基于施加到电极的电压而变化。液体透镜可以包括第一窗口和第二窗口。腔室可以设置在第一窗口和第二窗口之间，以沿着穿过第一液体和第二液体之间的液体界面的光路传送光。腔室可以成形以提高可变焦距透镜的性能。

液体界面可以响应于传递到电极的信号而倾斜，使得液体界面的光轴相对于可变焦距透镜的结构轴成光学倾斜角。对于从0度的光学倾斜角转换到0.6度的光学倾斜角(例如，响应于阶跃函数输入)，可变焦距透镜(例如，具有0屈光度的液体界面)可以具有约100ms或更快、约80ms或更快、约70ms或更快、约60ms或更快、约50ms或更快、约40ms或更快、约30ms或更快、约20ms或更快、约10ms或更快、或至少约5ms、或其间的任何范围或值的10％至90％响应时间。当液体界面在光学倾斜从0度转换到0.6度的10％和90％之间移动时，可变焦距透镜可输出的光具有总波前误差为约600nm或更小、约500nm或更小、约400nm或更小、约300nm或更小、约200nm或更小、或至少约150nm或其间的任何值或范围的光学像差。

可变焦距透镜的腔室可以具有约2.0mm或更小、约1.0mm或更小、约0.75mm或更小、约0.6mm或更小、或至少约0.5mm、或其间的任何值或范围的高度。腔室可以包括具有截锥形状的侧壁。侧壁可相对于可变焦距透镜的结构轴成约20度或更多、约25度或更多、约30度或更多、约35度或更多、约40度或更多、约50度或更多、约60度或更多、或85度或更少、或其间的任何值或范围的角度。

腔室可以包括侧壁，侧壁具有基本上与球体一致的形状。侧壁的顶部可以与球体的中心对齐。可变焦距透镜可以具有侧壁，该侧壁具有具有第一直径的窄开口和具有第二直径的宽开口，并且第二直径与第一直径的比率可以在约4比1和约1.1比1之间。第二直径与第一直径的比率可为约4比1、约3比1、约2比1、约1.75比1、约1.5比1、约1.25比1、约1.2比1、约1.15比1、或其间的任何值或范围。

所述可变焦距透镜可包括侧壁，所述侧壁具有具有第一直径的窄开口和具有第二直径的宽开口，其中，所述液体界面在0屈光度且没有光学倾斜角时具有第三直径，并且第三直径与第一直径的比率可在约3比1和约1.05比1之间。第三直径与第一直径的比率可为约3比1、约2.5比1、约2比1、约1.75比1、约1.5比1、约1.25比1、约1.2比1、约1.15比1、约1.1比1、约1.05比1、约1.03比1、或其间的任何值或范围。

本文公开的各种实施例可以涉及根据本文公开的各种实施例的具有图像传感器和可变焦距透镜的相机系统。可变焦距透镜可以输出光以通过图像传感器产生图像。在光学倾斜期间，由可变焦距透镜输出的光可以具有总波前误差为约500nm或更小、约400nm、约300nm或更小、约200nm或更小、约150nm或更小、或其间的任何值或范围的光学像差。如本文所述，图像传感器可以具有像素尺寸为1.4微米或更小的像素，但是可以使用其他像素尺寸。

各种实施例可涉及具有腔室的液体透镜，所述腔室包括具有截锥形状的侧壁，截锥具有窄端和宽端。截锥的窄端可以具有约1.5mm至约2.2mm、或约1.7mm至约2.0mm、或1.8mm至1.85mm的直径。截锥的宽端具有约2mm至约3mm、或约2.25mm至约2.75mm、或约2.4mm至约2.5mm的直径。截锥可以具有约400微米至约600微米、或约450微米至约550微米的锥体高度。侧壁可相对于截锥的结构轴成约20度至约40度、或约25度至约35度、或至少约30度的锥角。液体透镜可以具有容纳在腔室中的第一液体和容纳在腔室中的第二液体。第一液体和第二液体可以基本上不混溶，以在第一液体和第二液体之间形成液体界面。液体透镜可以具有设置在截锥的宽端上方的第一窗口。第一窗口可以与截锥的宽端间隔开约20微米至约70微米、或约30微米至约60微米、或约40微米至约50微米的锥体上方高度。液体透镜可以具有设置在截锥的窄端下方的第二窗口。腔室可以设置在第一窗口和第二窗口之间，以沿着与液体界面、第一窗口和第二窗口相交的光路传送光。在一些实施方式中，液体透镜可以具有设置在液体透镜中的第一象限并与第一和第二液体隔离的第一绝缘电极，设置在液体透镜中的第二象限并与第一和第二液体隔离的第二绝缘电极，设置在液体透镜中的第三象限并且与第一和第二液体隔离的第三绝缘电极，设置在液体透镜中的第四象限并且与第一和第二液体隔离的第四绝缘电极。液体透镜可以具有与第一液体电连通的公共电极。液体界面的位置可以至少部分地基于施加到公共电极和绝缘电极的一个或多个电压。液体界面可以响应于在绝缘电极之间施加的不同电压而倾斜，使得液体界面的光轴相对于结构轴成光学倾斜角。

对于从0度的光学倾斜角转换到0.6度的光学倾斜角(例如，响应于阶跃函数输入)，液体透镜(例如，具有0屈光度或平坦的液体界面)具有约100ms或更短、约75ms或更短、约60ms或更短、约50ms或更短、约40ms或更短、约30ms或更短、或至少约25ms、或其间的任何值或范围的10％至90％响应时间。当液体界面从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度(例如，响应于阶跃函数输入)时，液体透镜(例如，具有0屈光度或平坦的液体界面)可输出的光具有总波前误差为约500nm或更小、约400nm或更小、约300nm或更小、或至少约250nm、或其间的任何值或范围的光学像差。当液体界面从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度(例如，响应于阶跃函数输入)时，液体透镜(例如，具有0屈光度或平坦的液体界面)可以在25ms之后输出具有总波前误差为约400nm或更小、约350nm或更小、约250nm或更小、或至少约200nm、或其间的任何值或范围的光学像差的光。当液体界面从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度(例如，响应于阶跃函数输入)时，液体透镜(例如，具有0屈光度或平坦的液体界面)可以在25ms之后输出具有约200nm或更小、约150nm或更小、约125nm或更小、约100nm或更小、或至少约50nm、或其间的任何值或范围的彗形光学像差的光。当液体界面从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度(例如，响应于阶跃函数输入)时，液体透镜(例如，具有0屈光度或平坦的液体界面)可以在25ms之后输出具有约400nm或更小、约300nm或更小、约200nm或更小、或至少约100nm、或其间的任何范围或值的三叶形光学像差的光。

当液体界面是平坦的时，第一液体可以具有第一液体高度，第二液体可以具有第二液体高度。第一液体高度和第二液体高度变化不超过约30％、约20％、约15％、约10％、约5％、约3％、约2％、约1％或基本上0％、或其间的任何值或范围。当液体界面是平坦的时，液体界面的活性部分和液体界面的非活性部分之间的比例可以在约2比1和约4比1之间，或者在约2.5比1和约3.5比1之间。

本文公开的各种实施例可涉及液体透镜，其可以包括：形成腔的腔室，腔具有约600微米或更小的腔高度；腔室中包含的第一液体；以及腔室中包含的第二液体。第一液体和第二液体可以基本上不混溶，以在第一液体和第二液体之间形成液体界面。液体透镜可以具有与第一和第二液体隔离的多个绝缘电极和与第一液体电连通的公共电极。液体界面的位置可以至少部分地基于施加到电极的电压。液体界面可以响应于在绝缘电极之间施加的不同电压而倾斜，以产生光学倾斜角。液体透镜(例如，具有0屈光度或平坦的液体界面)可被配置为当液体界面从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度(例如，响应于阶跃函数输入)时，在25ms之后输出具有总波前误差为约350nm或更小、约325nm或更小、约300nm或更小、约275nm或更小、约250nm或更小、或其间的任何范围或值的光学像差的光。

腔室可以具有截锥形状的侧壁，并且侧壁可以相对于截锥的结构轴成至少约20度、至少约25度的锥角、至少约30度、或约40度或更小、或其中的任何值或范围的锥角。腔室可以具有截锥形状的侧壁，截锥形状具有宽端和窄端。宽端的直径与窄端的直径之间的比率在约1和约2之间，或在约1.2和约1.5之间，或其中的任何范围或值。多个绝缘电极可以包括设置在液体透镜中的四个相应象限中的四个绝缘电极。在一些实施例中，液体透镜可以仅具有四个绝缘电极，其在一些情况下可以被独立驱动。

对于从0度的光学倾斜角转换到0.6度的光学倾斜角(例如，响应于阶跃函数输入)，液体透镜(例如，具有0屈光度或平坦形状的液体界面)具有在约20nm和约100ms之间、或约25ms和约75ms之间、或约50ms和约70ms之间、或任何这些值之间的任何值或范围的10％至90％响应时间。当液体界面从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度(例如，响应于阶跃函数输入)(例如，具有0屈光度的液体界面)时，液体透镜可以在25ms之后输出具有总波前误差为约200nm和约400nm之间、或在约250nm和约350nm之间、或在约275nm和约325nm之间的光学像差的光。当液体界面是平坦的时，第二液体的高度可以是腔高度的约40％至约60％、或约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、或其间的任何值或范围。当液体界面是平坦的时，液体界面的中心区域处的活性部分与液体界面的周边区域处的非活性部分之间的比率可以在约2比1和约4比1之间，或者在约2.5比1和约3.5比1之间、或其中的任何值或范围。

本文公开的各种实施方案可涉及液体透镜，所述液体透镜具有腔室、容纳在腔室中的第一液体和容纳在腔室中的第二液体。第一液体和第二液体可以基本上不混溶，以在第一液体和第二液体之间形成液体界面。液体透镜可以具有一个或多个绝缘电极，其可与第一和第二液体隔离，以及公共电极，与第一液体电连通。液体界面的位置可以至少部分地基于施加到电极的电压。液体界面可以在液体界面的中心区域处具有活性部分，其透射由液体透镜输出的光以产生图像。液体界面可以在液体界面的周边区域处具有非活性部分，其对图像基本上没有贡献。非活性部分占据平坦液体界面面积的至少约15％、或至少约20％、或至少约22％、或至少约24％、或50％或更少。非活性部分占据平坦液体界面面积的至少约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、或任何这些值之间的任何值或范围。

腔室可以具有截锥形状的侧壁，截锥形状具有窄端和宽端，所述宽端的直径与所述窄端的直径之间的比率可在约1.1比1和约2比1之间、约1.2比1和约1.5比1、或其中的任何值或范围。腔室可以具有截锥形状的侧壁，并且侧壁可相对于截锥的结构轴成约20度至约40度、或约25度至约35度、或其中的任何范围或值的锥角。一个或多个绝缘电极可以包括设置在液体透镜中的四个相应象限中的四个绝缘电极。液体界面可以响应于施加在绝缘电极之间的不同电压而倾斜，使得液体界面的光轴相对于液体透镜的结构轴成光学倾斜角。对于从0度的光学倾斜角转换到0.6度的光学倾斜角(例如，响应于阶跃函数输入)(例如，具有0屈光度的液体界面)，液体透镜具有在约25nm和约75ms之间的10％至90％响应时间，尽管也可以应用其他响应时间，如本文所公开的。当液体界面从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度(例如，响应于阶跃函数输入)(例如，具有0屈光度的液体界面)时，液体透镜可以在25ms之后输出具有总波前误差为350nm或更小、或325nm或更小、或300nm或更小、或约250nm和约300nm之间、或其中的任何值或范围的光学像差的光。当液体界面是平坦的时，第二液体的高度可以是腔高度的约40％至约60％、或腔高度的约45％至约55％。

倾斜响应时间、光学像差和物理尺寸等的各种附加值和范围可以应用于液体透镜，即使没有具体列举。例如，本文公开的各种曲线图显示了作为时间函数的光学像差。关于在液体界面倾斜25ms之后的光学像差量来说明一些示例性实施例。然而，这些曲线图显示了在各种其他时间的光学像差量，即使没有具体详细说明，其也被认为是本公开内容的一部分。应当理解，可以使用各种其他液体透镜设计，例如具有所公开的各种实施例之间的物理特性，这可以产生归属于具体讨论的各种实施例之间的性能。

附图说明

将参考以下附图详细讨论某些实施例，其中相似的附图标记在通篇中指代类似的特征。提供这些图是出于说明性目的，并且实施例不限于图中所示的具体实施方式。

图1A是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图1B是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图2A示出了具有四个象限电极的液体透镜的示例性实施例。

图2B是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图3是相机系统的示例性实施例的示意图。

图4是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图5是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图6示出了具有含有活性部分和非活性部分的液体界面的液体透镜的示例。

图7是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图8是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图9A、10A、11A、12A、13A、14、15A、16A、17A和23A是示出液体透镜的示例性实施例的倾斜反应时间的曲线图。

图9B、10B、11B、12B、13B、15B、16B、17B和23B是示出液体透镜的示例性实施例的彗形光学像差的曲线图。

图9C、10C、11C、12C、13C、15C、16C、17C和23C是示出液体透镜的示例性实施例的三叶形光学像差的曲线图。

图9D、10D、11D、12D、13D、15D、16D和17D是示出液体透镜的示例性实施例的总计波前误差的曲线图。

图18A和18B是示出液体透镜的示例性实施例的彗形光学像差的曲线图。

图19A是示出液体透镜的示例性实施例的倾斜响应时间的曲线图。

图19B是示出液体透镜的示例性实施例的聚焦响应的曲线图。

图20是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图21是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

图22是液体透镜的示例性实施例的横截面图。

具体实施方式

图1A是可变焦距透镜10的示例性实施例的截面图，其可以是液体透镜。图1A的液体透镜10以及本文公开的其他液体透镜可以具有与'174专利中公开的液体透镜相同或相似的特征，并且可以使用与'174专利中公开的相似的技术来制造。液体透镜10可以具有腔12，腔12包含至少两种基本上不混溶的流体(例如，液体)，例如第一流体14和第二流体16，形成流体界面(例如，液体界面)15。第一流体14可以是导电的，第二流体16可以是电绝缘的。在一些实施例中，第一流体14可以是极性流体和/或水溶液。在一些实施例中，第二流体16可以是油。第一流体14可以具有比第二流体16更高的介电常数。下窗口18(例如，有时称为第一窗口)可以包括透明板，可位于腔12下方，并且上窗口20(例如，有时称为第二窗口)可以包括透明板，可位于腔12上方。尽管本文使用术语下窗口18和上窗口20，但是应该理解液体透镜10可以以各种取向定位，这些取向可以与示例图中所示的取向不同，包括下窗口18定位在高于上窗口20的位置(例如，图1A中所示的位置上下颠倒)。第一至少一个电极22可以通过绝缘材料24与腔12中的流体14和16隔离。第二电极26可以与第一流体14电连通。例如，在一些实施例中，第二电极26与第一流体14电连通。电极26可以与第一流体14直接电接触。而在其他实施例中，第二电极26可以与第一流体14例如通过电容耦合间接电连通，而第二电极26和第一流体14之间没有直接接触。

可以在电极22和26之间施加电压以控制流体14和16之间的流体界面15的形状，例如以改变液体透镜10的焦距。图1A示出了在电极22和26之间没有施加电压的第一状态中的液体透镜10，图1B示出了在电极22和26之间施加有电压的第二状态中的液体透镜10。腔室12可以具有由疏水材料制成的一个或多个侧壁。例如，绝缘材料24可以是疏水的。在一些实施例中，绝缘材料24可以是聚对二甲苯，其可以是绝缘的和疏水的。在一些实施例中，可以使用单独的疏水层。当不施加电压时，侧壁上的疏水材料可以排斥第一流体14(例如，水溶液)，使得第二流体16(例如，油)可以覆盖侧壁的相对大的区域，例如以产生图1A所示的流体界面15的形状。当经由第二电极26在第一电极22和第一流体14之间施加电压时，第一流体14可以被吸引到第一电极22和/或第一流体14对侧壁上的疏水材料的润湿性可以增加，这可以沿侧壁向下驱动流体界面15的位置，使得更多的侧壁区域与第一流体14接触。可以通过在电极22和26之间施加不同的电压量来将流体界面15驱动到各种不同的位置。

图2A示出了液体透镜10的示例性实施例的平面图。在一些实施例中，第一至少一个电极22可以包括位于液体透镜10周围的不同位置的多个电极22a-d。例如，液体透镜10可以具有四个电极22a、22b、22c和22d，它们可以位于液体透镜10的四个象限中。在其他实施例中，第一至少一个电极22可以包括各种数量的电极(例如，1个电极、2个电极、4个电极、6个电极、8个电极、12个电极、16个电极、32个电极或更多、或其间的任何值)。可以独立驱动电极22a-d(例如，施加有相同或不同的电压)，这可以用于将流体界面15定位在液体透镜10的不同象限上的不同位置。

图2B示出了穿过电极22a和22d截取的截面图。如果向电极22a施加比电极22d的电压更大的电压，则可以在电极22a的象限处进一步沿侧壁向下拉动流体界面15，这可以使流体界面15倾斜，例如如图2B所示。液体透镜10的光轴30可以通过向电极22a-d施加不同的电压而以各种不同的方向相对于液体透镜10的结构轴28倾斜并且倾斜各种不同的量。结构轴28可以是液体透镜10或其一部分的(例如，腔12的、截锥的等)旋转对称轴。结构轴28可以穿过窗口18、20中的一个或两个的中心，或者穿过腔12的中心。液体透镜10的结构轴28可以被认为是液体透镜的纵轴。当流体界面15具有旋转对称的形状时，例如，如图1A和1B所示，和/或当电极22a-d由相同的电压电平驱动时，和/或当流体界面15没有倾斜时，结构轴28可以位于液体透镜10的光轴30上。液体透镜10的光轴30与液体透镜10的结构轴28之间的光学倾斜角32的方向和/或大小可以通过驱动电极22a-d来控制，以更改流体界面15的形状。相机系统可以使用光学倾斜来提供光学图像稳定、离轴聚焦等。在一些情况下，可以向电极22a-d施加不同的电压以补偿施加到液体透镜10的力。使得液体透镜10保持轴上聚焦。穿过倾斜流体界面15的光30可以朝向光学倾斜角32相对于光进入液体透镜10所沿着的方向成角度的方向会聚或偏离其发散。流体界面15可以倾斜产生光学倾斜角32的物理倾斜角34。光学倾斜角32和物理倾斜角34之间的关系至少部分地取决于流体14和16的折射率。例如，在一些实施例中，第一流体14可以具有在约1.35和约1.42之间，或在约1.37和约1.4之间(例如，约1.38或1.39)的折射率，而第二流体16可以具有在约1.45和约1.55之间，或在约1.47至约1.52之间(例如，约1.49或1.5)的折射率。第一流体14和第二流体16的折射率之间的差可以在约0.07和0.15之间，在约0.09和约0.13之间(例如，约0.11)。在一些实施例中，可以使用具有不同折射率的各种其他流体。结合从0度转换到0.6度的光学倾斜来讨论本文的各种实施例。在一些实施例中，这可以对应于流体界面15的物理倾斜从0度到约8度的转换。

图3示出了相机系统300的示例性实施例，其可以包括可变焦距透镜10，例如液体透镜。可变焦距透镜10可以与本文描述的其他可变焦距透镜类似或相同。相机系统300可以结合到移动电子设备中，例如智能电话、移动电话、平板电脑、笔记本电脑等。在一些实施例中，相机系统300可以用于专用相机设备中，例如傻瓜相机、数码单反相机(DSLR)或任何其他合适类型的相机。在一些实施例中，相机系统300可以结合到其他设备或系统中，例如小汽车或其他汽车或机动车辆等。

相机系统300可以包括图像传感器302，其可以是电荷耦合器件(CCD)传感器，或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，或任何其他合适类型的图像传感器。图像传感器302可以接收光并生成电信号以产生电子图像。在一些实施例中，图像传感器302可以包括摄影胶片，其可曝光以在摄影胶片上产生图像。数字图像传感器302可以具有多个传感器像素，其可以具有在约0.5微米和约10微米之间的像素尺寸。例如，图像传感器302的像素可以具有约0.5微米、约0.6微米、约0.7微米、约0.8微米、约0.9微米、约1.0微米、约1.1微米、约1.2微米、约1.5微米、约2微米、约2.5微米、约5微米、约7.5微米、约8微米、约9微米、或约10微米、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围的像素尺寸，尽管在一些情况下可以使用这些范围之外的值。图像传感器302的像素密度可以为约1000像素/mm²、约1200像素/mm²、约1500像素/mm²、约2500像素/mm²、约5000像素/mm²、约10,000像素/mm²、约25,000像素/mm²、约50,000像素/mm²、约100,000像素/mm²、约250,000像素/mm²、约500,000像素/mm²、约750,000像素/mm²、约850,000像素/mm²、约900,000像素/mm²、约950,000像素/mm²、或约1,000,000像素/mm²、或约2,000,000像素/mm²、或约3,000,000像素/mm²、或约4,000,000像素/mm²、或约5,000,000像素/mm²、或其间的任何值、或由这些的任何组合限制的任何范围值，尽管在一些情况下可以使用这些范围之外的值。

可变焦距透镜(例如，液体透镜)10可以将光引导到图像传感器302以产生图像。相机系统300可以包括一个或多个透镜元件304的堆叠，其可以固定在适当位置，并且可以定位在可变焦距透镜10和图像传感器302之间。一个或多个透镜元件304可以包括各种透镜类型，例如双凸面、平凸面、正弯月面、负弯月面、平凹面、双凹面、双面透镜、非球面透镜元件和消色差透镜元件等的任何组合。透镜元件304可以对引导到图像传感器302的光进行各种光学操作，例如聚焦、散焦和减少光学像差。在一些实施方式中，可以省略一个或多个透镜元件304，并且液体透镜10可以在没有中间光学元件的情况下将光引导到图像传感器302。在一些实施例中，液体透镜10可以位于一个或多个透镜元件304和图像传感器302之间。在一些实施例中，液体透镜10可以位于透镜元件304之间。在一些实施例中，相机系统300可以包括第二可变焦距透镜10，并且透镜系统可以使用两个可变焦距透镜10来实现相机变焦功能(例如，光学变焦功能)。

壳体306可以相对于图像传感器302定位可变焦距透镜10和/或一个或多个透镜元件304。壳体306可以是封闭结构，或者被配置为定位相机系统300的元件的任何其他合适的支撑结构。一个或多个透镜元件302的光轴29可以与液体透镜10的结构轴28对准，当没有光学倾斜角32应用于液体时，光轴29也可以与液体透镜10的光轴30对准。在将光学倾斜角32应用于液体透镜10时，液体透镜10的光轴30可以相对于一个或多个透镜元件304的光轴29成角度。光轴29可以与图像传感器相交302，例如在其中心区域。在一些实施例中，一个或多个反射光学元件(例如，镜子)可用于例如在液体透镜10和图像传感器302之间重定向相机系统300中的光。

相机系统300可以包括控制器310。控制器310可以被配置为操作可变焦距透镜10，例如以调节焦距和/或焦点方向。例如，控制器310可以被配置为利用被配置为实现特定焦距和/或焦点方向的电压来驱动液体透镜10的电极。控制器310可以控制图像传感器302。例如，控制器310可以处理从图像传感器302接收的信号以产生图像。控制器310也可用于控制其他部件，例如快门(例如，图3中未示出的物理快门或在选择时间使能图像传感器302以实现快门功能的电子快门)，或者用户接口312等。在一些实施例中，控制器310可以操作包含相机系统300的设备的其他功能，例如智能电话或平板电脑上的其他功能等。在一些实施例中，不同的控制器可以用于控制可变焦距透镜10、图像传感器302、用户接口312以及相机系统300或结合设备的其他部件中的一个或多个。

相机系统300可以包括用户接口312，其可以被配置为从用户接收输入，诸如通过一个或多个按钮、开关、拨号盘、麦克风、触摸屏或其他用户输入元件。用户接口312可以接收：用于生成图像、一系列图像或视频的命令；用于改变相机设置的输入；用于启用、禁用或设置诸如自动对焦、光学图像稳定和/或变焦这样的特征的参数的命令。用户接口312可以被配置为例如通过一个或多个显示屏、扬声器、打印机或其他信息输出元件向用户输出信息。用户接口312可以显示由相机系统拍摄的图像，或者正在成像的区域的预览，或者关于相机系统的设置的信息。在一些实施例中，用户输入和输出元件可以组合，例如用于触摸屏显示器。

相机系统300可以包括存储器314，其可以是非暂时性计算机可读存储器314。控制器310可以包括一个或多个计算机硬件处理器，其可以执行存储在存储器314中的计算机可读指令以实现本文描述的操作和特征。存储器314可用于存储由相机系统300生成的图像。存储器314可用于存储关于相机系统300的设置和参数的信息和/或由此生成的图像。在一些实施例中，相机系统300可以包括多个存储器模块，这些存储器模块可以共享或者可以专用于各储存类型。例如，第一存储器模块可用于存储计算机可执行指令，其在某些情况下可以是只读的，第二存储器模块可用于存储由相机系统300生成的图像。

相机系统300可以包括运动传感器316，其可以提供关于相机系统300的运动的信息。例如，运动传感器316可以是加速度计、陀螺仪传感器或可以响应于相机系统300的运动而提供信息的任何其他合适类型的运动传感器316。运动传感器316可以与可变焦距透镜10一起使用以实现光学图像稳定特征。运动传感器316可以向控制器310提供运动信息，并且控制器310可以驱动可变焦距透镜以至少部分地补偿由运动传感器316检测到的相机系统300的运动。例如，如果相机系统300在使用期间抖动，则运动传感器316可以测量该运动并向控制器提供关于相机系统300的移动的信息，例如移动方向和/或移动量。举例来说，运动传感器316可以提供指示相机系统300已经向下旋转一定量的信息。控制器310可以确定用于驱动液体透镜10以至少部分地补偿相机运动(例如，通过倾斜流体界面15)的参数。本文公开的一些示例涉及倾斜流体界面15以产生0.6度的光学倾斜。控制器310可以使用查找表或公式来确定要施加到液体透镜10的四个电极22a的电压以产生光学倾斜(例如，在该示例中为0.6度的向上光学倾斜)。在一段时间之后，运动传感器316可以提供更新的运动信息(例如，周期性地)，并且控制器310可以相应地调节液体透镜10。物理倾斜和光学倾斜之间的关系可以至少部分地取决于第一流体14(例如，极性流体)和第二流体16(例如，非极性流体)的折射率之间的差。

相机系统300可以包括自动聚焦系统318。例如，自动聚焦系统318可以使用相位检测、图像对比度检测或激光距离检测，或任何其他合适的技术，来提供用于确定如何驱动液体透镜10的焦距的信息。控制器310可以接收信息并且可以确定如何驱动液体透镜10以实现适当的焦距。举例来说，自动聚焦系统318可以确定图像目标距离相机系统5米。控制器310可以使用该信息来确定如何驱动液体透镜10，使得相机系统300实现5米的焦距。例如，控制器310可以使用查找表或公式来确定要施加到液体透镜10的电极的电压，以实现液体透镜10的适当焦距。控制器310可以使用液体透镜10来同时控制焦距(例如，用于自动聚焦)和焦点方向(例如，用于光学图像稳定)。相机系统300可以包括用于向相机系统300的部件(例如控制器310、液体透镜10、传感器等)提供电力的电源320。在一些实施例中，电源320可以是电池。

当液体透镜10移动流体界面15，例如改变焦距和/或焦点方向时，液体透镜10中的流体14和16花费时间来移动位置。例如，参考图1B和2B，如果光学图像稳定系统将液体透镜10从没有光学倾斜角(例如，如图1B所示)改变为具有向左方向的光学倾斜角32(例如，如图2B所示)，第一流体12中的一些将向左移动而第二流体14中的一些将向右移动。在一些情况下，光学图像稳定可以使光学倾斜角32在不同方向之间来回移动，例如以补偿相机系统300的抖动。液体透镜10的焦距的变化也花费时间。例如，参考图1A和1B，当施加电压以流体界面15从图1A的静止状态驱动到图1B的驱动状态时，第一流体14中的一些朝向腔12的侧面移动，第二流体16中的一些朝向腔12的中间移动。例如由于流体相对于彼此和/或相对于腔室12的边界移动的流体动力学，液体透镜10中的流体14和16的漂移会花费时间。

本文公开的一些实施例涉及液体透镜，其被配置为改善响应时间(例如，通过减少响应时间以使液体透镜10更快)。例如，增加液体透镜10的高度可以改善响应时间。例如，增加流体界面15和下窗口18之间的距离和/或增加流体界面15和上窗口20之间的距离可以减少响应时间以使液体透镜10更快。尽管本公开内容理论上不受理论，但认为在发生更多流体移动处移动流体界面15远离窗口18和20处的流体14和16的边界层中的一个或两个使得接近流体界面15的流体能够更自由地移动。因此，在一些情况下，增加液体透镜10中的流体14和/或16的量可以改善响应时间。增加流体界面15与窗口18和/或20之间的距离可以改善响应时间，但是可以具有递减的收益。而且，在一些情况下，减小腔高度，减少液体透镜10中的流体14和/或16的量，或减小流体界面15与窗口18和/或20之间的距离以增加液体界面移动时的阻尼可能是有利的。因此，竞争因素之间的平衡可用于确定液体透镜10的适当腔高度和流体量。

减小流体界面15的宽度可以改善响应时间(例如，降低响应时间)。例如，减小液体透镜10的直径(例如，在下窗口18处的腔室12的窄端处的光学孔径的直径)和/或使腔室12变窄(例如，截锥)可以减小液体透镜10的响应时间。在一些情况下，减小锥角402(例如，使侧壁更陡)可以减小响应时间以加速液体透镜。尽管本公开内容理论上不受限制，但认为减少在液体透镜内移动的流体量使得液体透镜10能够更快地响应焦距和/或焦点方向的变化。

在一些情况下，液体透镜10可以将光学像差引入透射穿过液体透镜10的光。流体界面15的形状可以具有光学上不理想的形状，这可以引入光学像差。在一些情况下，当液体界面倾斜至光学倾斜角32时，流体界面15的形状可以引入光学像差，例如彗差、三叶形、像散等。在一些实施例中，液体透镜10具有用于控制流体界面15的形状的有限数量的电极(例如，图2A和2B中的四个电极22a-d)，其在某些情况下可以防止流体界面15实现最佳形状。例如，在两个相邻电极(例如，如图2A所示的电极22a和22b)之间的过渡区域处，流体界面15可受到两个相邻电极的影响。特别是当相邻电极被驱动到显著不同的电压时(例如，相邻电极之间的电压差约为1伏、约1.5伏、约2伏、约2.5伏、约3伏、约4伏或更高，或其间的任何数值或范围，尽管其他电压值并且根据液体透镜的配置产生实质误差)，相邻电极的竞争效应可以导致相邻电极之间的过渡区域处的流体界面15引入包括三叶形的光学像差。

本文公开的一些实施例涉及液体透镜，其被配置为减小光学像差或以其他方式改善液体透镜的光学性能。使用附加电极可以缓和电极之间过渡区域处的电压电平变化。例如，液体透镜10可以具有8或16个电极而不是图2A中所示的4个电极22a-d，并且可以减小相邻电极之间的电压差，从而减少来自液体透镜10的光学像差。如本文所讨论的，可以使用各种数量的电极。

在一些情况下，增加流体界面15的尺寸可以减少光学像差。例如，相对于光学孔径加宽液体透镜10的腔室12(例如，通过增加锥角402来加宽形成腔室12的侧壁的截锥)可以减少一些光学像差。尽管本公开内容理论上不受限制，但认为最强的光学像差(例如，对于三叶形)发生在流体界面15的边缘处(例如，流体界面15最靠近电极22a-d的地方)。通过将流体界面15的边缘进一步移动到透射到达图像传感器302的光的液体透镜15的区域(例如，光学孔径)之外，可以减少对于到达图像传感器302以产生图像的光的光学像差。液体界面的将产生较强光学像差的部分(例如，来自三叶形)对于液体界面的周边部分中的图像传感器可以是“隐藏”的。增加液体透镜10的直径可以减少光学像差。例如，增加截锥的窄开口的尺寸(例如，窄直径404)同时保持锥角402相同可以减少一些光学像差。尽管本公开内容理论上不受限制，但认为增加与电极22a-d间隔开的流体界面15的面积，和/或增加从电极22a-d到流体界面15的中心的距离可以减小流体界面15上由于电极22a-d之间的电压转换而造成的整体变形。

在一些情况下，某些类型的波前误差可以增加而其他类型的波前误差减小，反之亦然。例如，减小锥角402(例如，使侧壁陡峭)可以增加三叶形，同时减少彗差。当流体界面15倾斜时，较大的液体界面可以产生更多的泵送。较大的液体界面可能花费较长的时间来稳定，这会随着时间的推移而增加整体彗差。较大的锥角402可导致流体界面15更多的移动以产生相同量的物理倾斜34或光学倾斜32，这可产生更多的彗差。因此，竞争因素之间的平衡可用于确定液体透镜10的参数。

图4和图5示出了可变焦距透镜10(例如液体透镜)的示例性实施例的截面图。液体透镜10可以对于至少一部分腔室12具有截锥结构。在一些实施例中，液体透镜10可以具有相对宽的截锥，这可以减少一些光学像差(例如，三叶形)对使用液体透镜产生的图像的影响。在一些实施例中，液体透镜10可以具有相对窄的截锥，这可以减少一些光学像差(例如，彗差)，并且可以改善响应时间。可以选择腔12的形状(例如，包括截锥结构)以平衡或优先化液体透镜10的操作参数。截锥的侧壁可以相对于结构轴28成锥角402。本文公开的液体透镜10的锥角402可以为约5度、约10度、约20度、约25度、约30度、约35度、约40度、约45度、约50度、约60度、约70度、约80度、约85度、或其间的任何角度、或这些角度值的任何组合所限定的任何角度范围，但在某些情况下可使用这些范围之外的其它角度。在一些实施方式中，腔室12的至少一部分可以具有圆柱形状(例如，具有0度的角度402)。

截锥结构可以具有具有窄直径404的窄部分(例如，在下窗口18处的截锥端部处的相对窄的开口)和具有宽直径406的宽部分(例如，在最接近上窗口20的截锥端部处的相对宽的开口)。宽部分直径406与窄部分直径404的比率可以是约1.1比1、约1.2比1、约1.3比1、约1.4比1、约1.5比1、约2.0比1、约2.5比1、约3.0比1、约3.5比1、约4.0比1、约4.5比1、约4.8比1、约5.0比1、或其间的任何比值、或由这些比值的任何组合限定的任何比率范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值。

当处于0屈光度时(例如，当水平横跨垂直于结构轴28的平面时)，流体界面15可以具有平坦流体界面直径408。在一些实施例中，以增大的电压驱动流体界面可以使流体界面直径408随着沿截锥的侧壁向下驱动流体界面15的边缘而减小。降低施加到液体透镜的电压可以使流体界面直径408随着流体界面15的边缘沿截锥的侧壁向上移动而增加。图4和5示出了处于平坦状态的流体界面，其不能产生光功率(例如，0屈光度)。平坦流体界面直径408与窄直径404之间的比率可为约1.02比1、约1.05比1、约1.07比1、约1.08比1、约1.09比1、约1.1比1、约1.2比1、约1.5比1、约2.0比1、约2.5比1、约3.0比1、约3.5比1、约4.0比1、约4.5比1、约4.8比1、约5.0比1、或其间的任何比率值、或由这些比值的任何组合限定的任何比率范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值。截锥的宽直径406与平坦流体界面直径408之间的比率可以是约1.02比1、约1.05比1、约1.07比1、约1.08比1、约1.09比1、约1.1比1、约1.2比1、约1.5比1、约2.0比1、约2.5比1、约3.0比1、约3.5比1、约3.8比1、约4.0比1、约4.5比1、约5比1、或其间的任何比率值、或由这些比值的任何组合限定的任何比率范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值。

截锥的窄部分可以为用于产生图像的光提供光学孔径，在一些情况下，进入液体透镜10的光的一部分不通过光学孔径输出以产生图像。例如，一些光可以通过上窗口20进入液体透镜10，可以穿过流体界面，并且可以照射在截锥的侧壁上，或者液体透镜中的某个其他结构上，使得光不通过液体透镜10的下窗口18输出。应该理解，在一些实施方式中，光可以在另一个方向上通过液体透镜传播，穿过下窗口18，穿过流体界面15，并穿过上窗口20。截锥的窄部分(例如，端部)在该实施方式中也可以提供光学孔径。

参考图6，其示出了液体透镜10的俯视图，流体界面15可以具有活性流体界面部分15a和非活性流体界面部分15b。光可以穿过活性流体界面部分15a并且可以由液体透镜10输出以产生图像。非活性流体界面部分15b基本上对从液体透镜10输出以用于产生图像的光没有贡献。应当理解，穿过非活性流体界面部分15b的一些少量光可以从液体透镜10输出并且有助于产生图像，例如如果光从液体的一种或多种部件反射或散射。在一些实施例中，穿过活性流体界面部分15a的光可以从液体透镜10输出而不被液体透镜10反射和/或散射。在一些实施例中，穿过活性流体界面部分15a的大部分光可以从液体透镜10输出以产生图像，和/或穿过非活性流体界面部分15b的大部分光不从液体透镜10输出以产生图像。在一些实施方式中，穿过非活性流体界面部分15b的大部分光可被液体透镜吸收或反射、散射或以其他方式改变方向而无助于产生图像。活性流体界面部分15a可以包括流体界面15的中心部分，如图6中所见的。非活性流体界面部分15b可以包括流体界面15的周边部分，如图6中所见的。非活性流体界面部分15b可以围绕活性流体界面部分15a。当将流体界面15驱动到不同位置时，活性和非活性的流体界面15的量可以改变。例如，当施加更多电压以沿着侧壁向下驱动流体界面15时，活性流体界面部分15a的面积可以增加。当施加的电压减小或停止时，流体界面15可以沿侧壁向上移动，这可以增加非活性流体界面部分15b的面积。当流体界面15是平坦的(例如，0屈光度而不倾斜)时，活性流体界面部分15a的面积与非活性流体界面部分15b的面积比率可以是约0.2比1、约0.3比1、约0.4比1、约0.5比1、约0.6比1、约0.7比1、约0.8比1、约0.9比1、约1比1、约1.5比1、约2比1、约2.5比1、约3比1、约3.5比1、约4比1、约4.5比1、约5比1、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管在一些实施方式中可以使用这些范围之外的其他比率。非活性部分15b可以占据流体界面面积(例如当平坦时)的至少约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约60％、约70％、约80％或更多、或其间的任何值、或由此限制的任何范围，尽管其他配置也是可能的。活性部分15a可以占据流体界面面积(例如当平坦时)的至少约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约60％、约70％、约80％、或更多、或其间的任何值、或由此限制的任何范围，尽管其他配置也是可能的。

在一些实施例中，例如通过增加锥角402以加宽腔12的截锥结构和/或通过添加更多的第二流体16来提高平坦流体界面的水平面，来增加非活性流体界面部分15b的面积，这可以减少光学像差，例如通过将更多的光学像差推入非活性流体界面部分15b。例如，与图2B的液体透镜相比，图4的液体透镜10可以被配置为对于透射穿过液体透镜10的光减少某些类型的光学像差(例如，三叶形)。图4的液体透镜10可以具有更宽的锥角402(例如，45度，尽管可以使用各种其他锥角，诸如30度、或60度、或更大)和更高的流体界面15，这可以减少由流体界面15的活性部分15a产生的某些光学像差(例如，三叶形和/或像散)的量。

然而，图4的液体透镜10可以具有比图2B的液体透镜更慢的响应时间。例如，图4实施例的较大流体界面15可能需要更多时间来改变位置，因为移动比图2B实施例中更多的流体。图5的液体透镜可以被配置为具有比图4的液体透镜更快的响应时间。液体透镜10可以具有锥体高度410，其可以是腔12的截锥部分沿着平行于结构轴28的线的高度。液体透镜10可以具有锥体上方高度412，其可以是沿着平行于结构轴28的线在截锥上方的腔12的高度。总腔室高度可以是例如锥体高度410和锥体上方高度412的总和。液体透镜10可以具有第一流体高度414，其可以是流体界面15(例如，当平坦时，例如在0屈光度下并且不倾斜)和上窗口20之间沿着与结构轴28平行的线的距离。液体透镜10可以具有第二流体高度416，其可以是流体界面15(例如，当平坦时，例如在0屈光度下并且不倾斜)和下窗口18之间沿着与结构轴28平行的线的距离。总腔室高度可以是第一流体高度414和第二流体高度416的总和。

通过比较图4和5可以看出，图5的液体透镜10具有比图4的实施例更大的总腔室高度。在图5的示例性实施例中，锥体上方高度412更大，并且流体界面水平面升高(例如，通过在图5中使用比图4中更多的第二流体16)。较大的第一流体高度414可以使得在流体界面15附近具有最大流体移动的区域与上部窗口20间隔更远，并且因此进一步远离上部窗口处的边界层流体，这可以使流体界面15附近的流体能够更快地移动(例如，响应于施加到液体透镜10的电压的变化)。较大的第二流体高度416可以使得在流体界面15附近具有最大流体运动的区域与下部窗口18间隔更远，并因此进一步远离下部窗口处的边界层流体，这可以使流体界面15附近的流体能够更快地移动(例如，响应于施加到液体透镜10的电压的变化)。许多变化都是可能的。例如，通过在截锥结构和上窗口20之间使用较大的电极26或间隔物，可以增加锥体上方高度412。可以使用较大的锥体高度410来增加腔12的总高度，这可以用于增加第一流体高度414和第二流体高度416中的一个或两个。在一些实施例中，截锥形状可以延伸腔12的整个高度。

在一些情况下，彗差可以随着液体透镜的腔高度增加而增加。例如，在保持流体界面在中间(或任何其他比例位置)的同时增加腔高度可以导致更大的流体界面。在某些情况下，增加的腔高度可以通过减少稳定时间来减少彗差。在某些情况下(例如，如果腔高度增加到稳定时间的收益递减点)，较大的流体界面可以产生更多的彗差(例如，当流体界面15倾斜时)。可以平衡竞争因素以确定液体透镜的参数。

可以使用各种液体透镜结构。图7示出了液体透镜10的示例性实施例，其可以包括与本文公开的其他液体透镜以及'174专利中描述的各种特征类似或相同的特征。结合图4-6的液体透镜描述的相同测量、距离、尺寸、比率和功能可以应用于图7的实施例。图7的液体透镜10可以被配置为出于与本文例如结合图4-6讨论的那些相似的原因而提供低光学像差。上窗口20可以具有变窄的中心部分，该中心部分可以弯曲以适应液体透镜10中的压力变化(例如，诸如由温度变化引起的)和/或对液体透镜10的冲击(例如，由于包含液体透镜的设备的下落引起的)。在图7中，上窗口20可以是透明材料板(例如玻璃)，并且可以从上窗口20的两侧移除(例如，通过蚀刻或任何其它合适的技术)材料。上窗口20可以具有顶侧的凹槽和底侧的凹槽。当上窗口20未弯曲时，可以测量诸如第一流体高度414、锥体上方高度412和/或总腔室高度的测量值。参考图8，在一些实施例中，上窗口20可以具有形成在窗口20的内侧部分(例如，底侧)上的凹槽。在一些情况下，上窗口20的外侧部分(例如，顶侧)可以是齐平的或平坦的。为了制造窗口20，可以仅从窗口20的内侧部分(例如，底侧)移除材料(例如，通过蚀刻)而不从窗口20的外侧部分(例如，顶侧)移除材料。在一些实施例中，从窗口20的内侧部分

(例如，底侧)移除比外侧部分(例如，顶侧)更多的材料，以在内侧部分(例如，底侧)上形成比窗口20的外侧部分(例如，顶侧)上的凹槽更大(例如，更深)的凹槽。液体透镜10的窗口20的内侧部分(例如，底侧)上的凹槽可以增加腔室高度，如本文所讨论的，这可以改善液体透镜响应时间或其他液体透镜性能参数。

在各种实施例中，截锥结构的窄开口可以具有约0.25mm、约0.5mm、约0.75mm、约1.0mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.7mm、约1.75mm、约1.8mm、约1.85mm、约1.9mm、约1.95mm、约2.0mm、约2.1mm、约2.25mm、约2.5mm、约3mm、约3.5mm、约4.0mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围的窄直径404，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值，例如较大规模的透镜。截锥结构的宽开口可以具有约0.5mm、约1.0mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2.0mm、约2.25mm、约2.5mm、约2.75mm、约3mm、约3.5mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7.5mm、约10mm、约12.5mm、约15mm、约20mm、约30mm、约40mm、约50mm、约60mm、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围的宽直径406，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值，例如较大规模的透镜。平坦流体界面(例如，0屈光度且没有光学倾斜角)可以具有约0.3mm、约0.5mm、约0.75mm、约1.0mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2.0mm、约2.25mm、约2.5mm、约3mm、约3.5mm、约4.0mm、约5mm、约6mm、约7.5mm、约10mm、约15mm、约20mm、约25mm、约30mm、约40mm、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围的直径408，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值，例如较大规模的透镜。

锥体高度410可以为约0.1mm、约0.2mm、约0.25mm、约0.3mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.6mm、约0.75mm、约1.0mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2.0mm、约2.5mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约12mm、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值，例如较大规模的透镜。锥体上方高度412可以为约5微米、约10微米、约20微米、约25微米、约30微米、约35微米、约40微米、约45微米、约50微米、约55微米、约60微米、约65微米、约75微米、约100微米、约125微米、约150微米、约175微米、约200微米、约250微米、约300微米、约350微米、约400微米、约500微米、约700微米、约1.0mm、约1.5mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约7mm、约8mm、约10mm、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值，例如较大规模的透镜。锥体高度410与锥体上方高度412的比率可以为约20比1、约17比1、约15比1、约13比1、约12比1、约11比1、约10比1、约9比1、约8比1、约7比1、约5比1、约3比1、约2比1、约1.5比1、约1比1、约0.75比1、约0.5比1、约0.25比1、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值。锥体高度410可以比锥体上方高度412(或反之亦然)大约0％(相同尺寸)、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50。％、约75％、约100％、约150％、约200％、约300％、约400％、约500％、约700％、约1,000％、约1,500％、约2,000％或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管可以使用这些范围之外的值。

第一流体高度414(例如当流体界面是平坦的时测量的，如本文所讨论的)可以具有约0.1mm、约0.15mm、约0.2mm、约0.25mm、约0.3mm、约0.35mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.75mm、约1.0mm、约1.25mm、约1.5mm、约2.0mm、约3.0mm、约4.0mm、约5.0mm、约6.0mm的值、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值，例如较大规模的透镜。第二流体高度416(例如当流体界面是平坦的时测量的，如本文所讨论的)可以具有约0.1mm、约0.15mm、约0.2mm、约0.25mm、约0.3mm、约0.35mm、约0.4mm、约0.5mm、约0.75mm、约1.0mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm、约2.0mm、约2.5mm、约3.0mm、约4.0mm、约5.0mm、约6.0mm的值、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值，例如较大规模的透镜。

液体透镜10可以被配置为使得当液体透镜10移动流体界面15(例如，调节焦距和/或倾斜界面15)时，第一流体14上的剪切力和第二流体16上的剪切力可以平衡。在一些实施例中，第一和第二流体的剪切力可以变化不超过约1％、约2％、约3％、约5％、约7％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围，尽管可以使用其他值。例如，当液体透镜10移动流体界面15(例如，以产生0.6度的光学倾斜)时，第一流体14中的一些和第二流体16中的一些可以在液体透镜中移动。与液体透镜10中的固定结构(例如，下窗口18和/或上窗口20)相邻的流体14、16可以用作流体14、16的边界层，其可以阻挡移动。在一些情况下，剪切力可以延伸到并影响流体在流体界面处的移动，这可以减缓液体透镜10的响应时间。在一些情况下，剪切力可以增加液体透镜10中的阻尼。剪切力可以影响流体界面15的移动的程度可以取决于流体的粘度、与固定结构的界面的面积、和/或从边界层到流体界面15的距离。液体透镜10可以被配置为使得流体界面15处的第一流体14的剪切力和流体界面15处的第二流体16的剪切力可以平衡，可以基本相等，或者可以彼此相差上述数量或范围。举例来说，第一流体14可以是极性流体并且可以具有1至2mPa*s(20摄氏度)的粘度，第二流体16可以是非极性流体并且可以具有2至5mPa*s(20摄氏度)的粘度。因为第二流体16比第一流体14更粘稠，剪切力可以在第二流体16中比第一流体14中从边界层更远处具有更大的影响。第二流体高度416可以随着第二流体16的粘度相对于第一流体14的增加而增加以平衡剪切力(例如，在流体界面15处)。在一些实施例中，更多边界层区域(例如，流体和固定结构之间的更多接触区域)可以增加剪切力，并且可以调整流体14、16的高度414、416以考虑到流体14、16中的边界层区域。第一流体高度414与第二流体高度416的比率可以是约10比1、约7比1、约5比1、约3比1、约2比1、约1.5比1、约1比1、约0.75比1、约0.5比1、约0.25比1、约0.1比1、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的比率的任何范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围之外的值。在一些实施例中，第二流体高度416可以比第一流体高度414大(或反之亦然)例如0％(相同尺寸)、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约75％、约100％、约150％、约200％、约300％、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的值的任何范围，尽管可以使用其他值。

截锥的窄部分直径404与第一流体高度414和/或第二流体高度416的比率可以是约25比1、约20比1、约15比1、约12比1、约10比1、约8比1、约6比1、约5比1、约4比1、约3比1、约2比1、约1.5比1、约1.25比1、约1比1、约0.9比1、约0.8比1、约0.75比1、或其间的任何比率值、或由这些比率值的任何组合限定的值的任何范围，尽管在一些实施方式中可以使用这些范围之外的其他值。总腔室高度可以是针对锥体高度410和锥体上方高度412公开的任何值的总和，或者是针对第一流体高度414和第二流体高度416公开的任何值的总和。截锥的窄部分直径404可以比第一流体高度414和/或第二流体高度416大0％(相同尺寸)、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约75％、约100％、约150％、约200％、约300％、约350％、约400％、约450％、约500％、约600％、约700％、约800％、约900％、约1,000％、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的值的任何范围，尽管可以使用其他值。在一些实施例中，第一流体高度414和/或第二流体高度416可以比截锥的窄部分直径404大0％(相同尺寸)、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约75％、约100％、约150％、约200％、约300％、约400％、约500％、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的值的任何范围，尽管可以使用其他值。

预期本公开内容包括基于本文公开的部件的尺寸的各种其他比率，以及基于本文列出的比率的各种部件尺寸。例如，在第一特征被公开为具有尺寸X1或X2并且第二特征被描述为具有尺寸Y1或Y2的情况下，本公开内容还预期公开了第一特征与第二特征之间的比率为X1比Y1、X1比Y2、X2比Y1和/或X2比Y2的实施例。比率可以缩放到大于或小于本文所述值的尺寸，例如用于更大或更小规模的液体透镜。本文公开的一些实施例可以涉及液体透镜10，其尺寸适于与智能电话或其他手持设备一起使用。在一些实施例中，液体透镜可以是本文所述尺寸的约5倍、约10倍、约20倍、或约100倍，或其间的任何尺寸。在一些实施例中，相同比例的部件尺寸可应用于较大的液体透镜。在一些实施例中，液体透镜响应时间和光学像差的原理可以缩放并应用于较大的液体透镜。液体透镜的响应时间可取决于液体透镜10的固有频率、液体透镜内的声速(其可以是液体透镜10中的流体的函数)、液体透镜10的几何形状和/或液体透镜10的阻尼比中的一个或多个。

图9A-9D是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态时来自具有不同锥角402的液体透镜的数据的图表。图9A-9B的液体透镜具有四个电极22a-d，截锥结构具有1.8mm的窄直径404、600微米的锥体高度、以及对于630微米的腔高度具有30微米的锥体上方高度。线502对应于具有30度的锥角402的液体透镜10。线504对应于具有40度的锥角402的液体透镜10。线506对应于具有50度的锥角402的液体透镜10。线508对应于具有60度的锥角402的液体透镜10。

图9A显示了液体透镜的响应时间。X轴对应于以秒为单位的时间，Y轴对应于以0.6度光学倾斜的百分比为单位的光学倾斜。本文提供了各种曲线图，示出了示例性液体透镜的平坦流体界面的倾斜，但是类似的曲线图可以应用于弯曲流体界面倾斜以提供光功率。从图9A中可以看出，具有30度较窄锥角的液体透镜具有最快的响应时间，并且随着锥角增加，响应时间变得更慢。具有60度锥角的液体透镜的响应时间最慢。可以使用各种技术来确定响应时间。10％至90％的技术可以将响应时间确定为液体透镜10从转换的10％变化到90％(例如，响应于阶跃函数输入)所花费的时间量。例如，对于从0度光学倾斜角32到0.6度光学倾斜角32的转换，10％至90％响应时间可以是液体透镜10从0.06度的光学倾斜角32变为0.54度(例如，响应于目标光学倾斜输入中从0度到0.6度的突然变化)所花费的时间量。

图9B示出了液体透镜的彗形光学像差。X轴对应于以秒为单位的时间，Y轴对应于以微米为单位的来自液体透镜的光输出的彗形光学像差的波前误差。从图9B中可以看出，具有30度较窄锥角的液体透镜具有最大的彗形光学像差，具有约0.41微米的峰值，并且随着锥角402增加，彗形光学像差减小。具有40度锥角的液体透镜具有约0.36微米的峰值彗差。具有50度锥角的液体透镜具有约0.31微米的峰值彗差。具有60度锥角的液体透镜具有约0.22微米的峰值彗差。尽管本公开内容不受理论限制，但是认为较宽的锥角使得流体界面的更多周边在视图中被“隐藏”，使得对于较宽的锥角可以看到较少的彗形光学像差。然而，具有较大锥角的液体透镜可能需要较长时间才能稳定，这会随着时间的推移而增加总体彗差。具有30度锥角的液体透镜(例如，线502)在约17ms后可达到约0.1微米的彗差。具有40度锥角的液体透镜(例如，线504)约20ms可以达到约0.1微米的彗差。具有50度锥角的液体透镜(例如，线506)约24ms可以达到约0.1微米的彗差。具有约60度锥角的液体透镜(例如，线508)约30ms可以达到约0.1微米的彗差。通过比较线502、504、506和508的曲线下的面积，可以看出下锥角可以产生较小的总体彗差。

图9C示出了液体透镜的三叶形光学像差。X轴对应于以秒为单位的时间，Y轴对应于以微米为单位的来自液体透镜的光输出的三叶形光学像差的波前误差。在图9C中，三叶形的Y轴上的负数表示图表上空间上较低的值对应于更多的三叶形光学像差。从图9C中可以看出，具有30度较窄锥角的液体透镜具有最大的三叶形光学像差，稳定在约-0.27微米处，并且三叶形光学像差随着锥角402增加而减小。具有40度锥角的液体透镜具有稳定在约-0.24微米处的三叶性。具有50度锥角的液体透镜具有稳定在约-0.21微米处的三叶形。具有60度锥角的液体透镜具有稳定在约-0.17微米处的三叶形。

图9D示出了除位移和倾斜之外来自光学像差的总波前误差。在本文公开的各种实施例中，总波前误差不包括位移或倾斜，因为位移和倾斜可用于调节流体界面的聚焦，并且不是非预期的误差。X轴对应于以秒为单位的时间，Y轴对应于以微米为单位的波前误差。从图9D中可以看出，具有30度较窄锥角的液体透镜具有最大的波前误差，并且随着锥角402的增加，波前误差减小。在一些情况下，随着锥角增加，彗差可以增加，而三叶形(例如，对于图像传感器可见的)可以减小。在一些情况下，三叶形的减小可以多于彗差的增加，使得增加锥角具有减小总计波前误差的整体效果。如图9A-9D所示，增加锥角402可以改善液体透镜10的光学质量，例如通过减少光学像差。然而，增加锥角402可以增加响应时间以减慢液体透镜10。

图10A-10D是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态时来自具有不同锥角402的液体透镜的数据的图表。用于图10A-10B的液体透镜与用于图9A-9D的液体透镜相同，除了用于图10A-10D的液体透镜的截锥具有2.0mm的窄直径404。锥体高度为600微米，锥体上方高度为30微米，腔高为630微米。线510对应于具有30度的锥角402的液体透镜10。线512对应于具有40度的锥角402的液体透镜10。线514对应于具有50度的锥角402的液体透镜10。线516对应于具有60度的锥角402的液体透镜10。

图10A类似于图9A，示出了随着锥角402变宽，液体透镜的响应时间减慢。图9A与图10A的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到2.0mm导致液体透镜10的响应时间增加，表示液体透镜10减慢。

图10B类似于图9B，示出了随着液体透镜10的锥角402变大以使截锥结构变宽，峰值彗形光学像差减小。然而，随着锥角402增加以使锥体变宽，可以随时间的推移增加总体彗形光学像差。图9B至10B的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到2.0mm导致峰值彗形光学像差减小。然而，增加窄直径404导致总体彗差随时间增加。

图10C类似于图9C，示出了随着液体透镜10的锥角402变大以使腔12的截锥结构变宽，三叶形光学像差减小。图9C与10C的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到2.0mm导致三叶形光学像差减小。

图10D类似于图9D，示出了随着液体透镜10的锥角402变大以使腔12的截锥结构变宽，除了位移和倾斜之外来自光学像差的波前误差减小。图9D与图10D的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到2.0mm导致波前误差减小。在一些情况下，三叶形的减少可以多于彗差的增加，使得增加锥角具有减小总计波前误差的整体效果。

图11A-11D是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态(例如，响应于阶跃函数输入信号)时来自具有不同锥角402的液体透镜的数据的图表。用于图11A-11B的液体透镜与用于图9A-9D的液体透镜相同，除了用于图11A-11D的液体透镜的截锥具有2.2mm的窄直径404。锥体高度为600微米，锥体上方高度为30微米，腔高为630微米。线520对应于具有30度的锥角402的液体透镜10。线522对应于具有40度锥角402的液体透镜10。线524对应于具有50度锥角402的液体透镜10。线526对应于具有60度锥角402的液体透镜10。

图11A类似于图9A，示出了随着锥角402变宽，液体透镜的响应时间减慢。图10A和图11A的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从2.0mm增加到2.2mm导致液体透镜10的响应时间进一步增加，表示液体透镜10进一步减慢。

图11B类似于图9B，示出了随着液体透镜10的锥角402变大以使截锥结构变宽，峰值彗形光学像差减小。然而，随着锥角402增加以使锥体变宽，可以随时间的推移增加总体彗形光学像差。图10B与图11B的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从2.0mm增加到2.2mm导致峰值彗形光学像差进一步减小。然而，增加窄直径404导致总体彗差随时间增加。

图11C类似于图9C，示出了随着液体透镜10的锥角402变大以使腔12的截锥结构变宽，三叶形光学像差减小。图10C与11C的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从2.0mm增加到2.2mm导致三叶形光学像差进一步减小。

图11D类似于图9D，示出了随着液体透镜10的锥角402变大以使腔12的截锥结构变宽，除了位移和倾斜之外来自光学像差的波前误差减小。图10D与图11D的比较表明，将液体透镜10的窄直径404从2.0mm增加到2.2mm导致波前误差减小。在一些情况下，三叶形的减少可以多于彗差的增加，使得增加锥角具有减小总计波前误差的整体效果。

如图9A-11D所示，增加窄部分直径404(例如，其可以作为光学孔径操作)可以改善光学质量，例如通过减少总计光学像差，但是也可以增加响应时间，或者减慢液体透镜10。通过加宽窄直径形成的较宽孔径也可以具有其他光学益处，例如允许更多光线通过液体透镜以产生图像。较大的孔径可以使图像能够更快地生成(例如，更快的快门速度)，并且可以减少移动模糊。较大的孔径还可以改善相机系统的视场特性(例如，以在由相机系统生成的图像中产生散景效果)

图12A-12D是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态(例如，响应于阶跃函数输入信号)时来自液体透镜10中截锥结构的窄直径404具有不同尺寸的液体透镜的数据的图表。用于图12A-12D的液体透镜具有30度的锥角402，600微米的锥体高度和123微米的锥体上方高度，723微米的腔高度。对于图12A-12D，第二流体高度416具有175微米的值，可以在流体界面15是平坦的(例如，0屈光度且没有倾斜)时测量该值。线530对应于具有1.8mm的窄直径404的液体透镜10。线532对应于具有2.0mm的窄直径404的液体透镜10。线534对应于具有2.2mm的窄直径404的液体透镜10。线536对应于具有2.5mm的窄直径404的液体透镜10。线538对应于具有3.0mm的窄直径404的液体透镜10。

图12A类似于图9A、10A和11A，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，液体透镜的响应时间增加，或液体透镜减慢。图12B类似于图9B、10B和11B，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，峰值彗形光学像差减小。然而，增加窄直径404导致总体彗差随时间增加。图12C类似于图9C、10C和11C，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，三叶形光学像差减小。图12D类似于图9D、10D和11D，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，除了位移和倾斜之外来自光学像差的总计波前误差减小。在一些情况下，三叶形的减少可以多于彗差的增加，使得增加锥角具有减小总计波前误差的整体效果。

图13A-13B是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态(例如，响应于阶跃函数输入信号)时，来自液体透镜10中截锥结构的窄直径404具有不同尺寸的液体透镜的数据的图表。用于图13A-13D的液体透镜与用于图12A-12B的液体透镜相同，除了用于图13A-13B的液体透镜的第二流体高度416是250微米，相比于用于图12A-12D中使用的液体透镜的175微米。因此，比较图12A-12D与图13A-13D可以说明增加第二流体16(例如油)的高度416的效果。对于图13A-13D，液体透镜具有30度的锥角402，600微米的锥体高度和123微米的锥体上方高度。线540对应于具有1.8mm的窄直径404的液体透镜10。线542对应于具有2.0mm的窄直径404的液体透镜10。线544对应于具有2.2mm的窄直径404的液体透镜10。线546对应于具有2.5mm的窄直径404的液体透镜10。线548对应于具有3.0mm的窄直径404的液体透镜10。

图13A类似于图12A，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，液体透镜的响应时间增加，或液体透镜减慢。图12A与图13A的比较表明，增加第二流体16的高度416可以减少响应时间，表示液体透镜加速。因此，向液体透镜添加额外的流体和/或增加液体透镜的高度可以改善响应时间，使得液体透镜更快，这可能是令人惊讶的结果。可以预期，增加液体透镜中的流体量会使液体透镜减慢。增加第二流体的量可以使流体界面定位在锥体上方更高的位置，这可以导致更大的流体界面，并且可以预期这个更大的流体界面将更慢(例如，具有更长的响应时间)。然而，如本文所讨论的，发现增加第二流体的高度可以加速透镜(例如，减少响应时间)。

增加底部窗口和流体界面之间的距离(例如，通过增加第二流体的高度)可以改善响应时间，但是随着添加额外的流体可以具有递减的收益。而且，如果添加额外体积的第二流体以使流体界面定位在顶部窗口附近，则响应时间可以增加(例如，由于顶部窗口处的边界条件下的剪切力)。而且，在一些情况下，液体透镜可以设计成具有增大的阻尼，例如通过将流体界面定位成更靠近一个或两个窗口。因此，竞争因素之间的平衡可用于确定要使用的流体量和流体界面的位置。在一些情况下，液体透镜可以被配置为使得平坦流体界面可以定位在腔12的高度的大约一半处。在一些情况下，液体透镜可以被配置(例如，具有流体体积)为使得平坦流体界面可以定位在腔高度的约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％或更多，或其间的任何值或范围，尽管其他配置是可能的。在一些情况下，流体界面的实际位置可取决于流体界面的曲率，这可影响将产生最快响应时间的流体体积。例如，如果液体透镜具有大部分或全部凹陷的流体界面移动范围(例如，从第一流体到第二流体)，例如图1A中，那么流体界面的中心区域(例如，与腔体侧壁处的边界条件隔开)可以相对靠近底部窗口18。在该实施例中，增加第二流体16的体积可能是有利的，这可以使流体界面远离底部窗口18，其可以改善响应时间(例如，通过将流体界面的中心区域朝向液体透镜的平均移动范围的腔12的中间定位)。如果液体透镜具有大部分或全部凸起的流体界面移动范围(例如，从第一流体到第二流体)，例如图1B中，那么流体界面的中心区域(例如，与腔室侧壁处的边界条件隔开)可以相对靠近顶部窗口20。在一些实施例中，减小第二流体16的体积可能是有利的，这可以降低流体界面以远离顶部窗口20，其可以改善响应时间(例如，通过将流体界面的中心区域朝向液体透镜的平均运动范围的腔的中间定位)。

图13B类似于图12B，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，峰值彗形光学像差减小。然而，增加窄直径404导致总体彗差随时间增加。图12B与图13B的比较表明，增加第二流体16的高度416可以减小液体透镜10的峰值彗形光学像差。还可以通过增加第二流体16的高度416来减小总体彗差(例如，将流体界面朝向腔高度的中心移动)。图13C类似于图12C，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，三叶形光学像差减小。图12C与图13C的比较表明，增加第二流体16的高度416可以减少液体透镜10的三叶形光学像差。例如，将流体界面15沿侧壁向上移动可以导致流体界面的更多周边对于图像传感器是隐藏的，因此三叶形(其在周边可能最明显的)对结果图像的影响较小。图13D与图12D类似，示出了随着液体透镜10的窄直径404从1.8mm增加到3.0mm，除了位移和倾斜之外的光学像差的总计波前误差减小。图12D与图13D的比较表明，增加第二流体16的高度416可以减少液体透镜10的波前误差。

在一些情况下，添加更多的第二流体(例如，油)以增加第二流体16的高度416可以改善液体透镜的响应时间和光学质量，例如通过减少光学像差。然而，可以限制第二流体高度416可以增加的量。在一些实施方式中，液体透镜10的可用高度受限制，例如在诸如智能电话或平板电脑的紧凑电子设备中。在一些情况下，第二流体16可以是液体透镜的相对昂贵的部件，并且在一些情况下，添加更多量的第二流体16可以在改善液体透镜10的速度和/或光学质量方面具有递减的收益。在一些情况下，对于第二流体高度，增加第二流体高度达2毫米可以在液体透镜中产生速度提高。其他透镜配置，例如使用不同粘度的不同流体，可以在其他高度处具有递减的收益。在一些实施例中，添加太多的第二流体16可导致不可接受的颜色分割，尤其是当流体界面15倾斜到光学倾斜角32时。在一些实施例中，光学特征可用于抵消或防止颜色分割。如在图12A-13D中可以看到的，增加第二流体高度416对于减少响应时间比减少光学像差具有更显著的效果。在一些情况下，较宽的锥角402(例如，50度、60度或更大)可以导致第二流体高度416的增加更有效地减少光学像差，例如通过推动流体界面15的边缘更远离液体透镜10的中心，从而将流体界面15的边缘移出视场。

图14是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态(例如，响应于阶跃函数输入信号)时来自液体透镜中的第一流体高度414具有不同尺寸的液体透镜的数据的图表。对于图14，液体透镜的锥角402为50度，锥体高度为600微米，窄直径404为1.8毫米。图14的图表包括对应于具有30微米、60微米、90微米、120微米、150微米、180微米、240微米和300微米的锥体上方高度412的液体透镜的线。增加上锥体上方高度412(和整个腔高度)可以使第一流体高度414增加，这可以增加流体界面15和上窗口20之间的距离。标记为550的线对应于具有30微米的锥体上方高度的液体透镜，标记为552的线对应于具有300微米的锥体上方高度的液体透镜。由于空间限制，未标记图14中550和552之间的线，但对应于60微米、90微米、120微米、150微米、180微米和240微米的锥体上方高度(从下向上工作)。图14示出了增加第一流体14的高度414(例如，通过增加液体透镜中的锥体上方高度412)可以减少响应时间以加速液体透镜10。因此，向液体透镜添加额外的流体和/或增加液体透镜的高度可以改善响应时间，使液体透镜更快，这是令人惊讶的结果。可以预期，增加液体透镜中的流体量会使液体透镜减慢。然而，如本文所讨论的，发现增加第一流体的高度加速透镜(例如，减少响应时间)。

图15A-15D是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态(例如，响应于阶跃函数输入信号)时来自液体透镜中的第一流体高度414具有不同尺寸的液体透镜的数据的图表。对于图15A-15D，液体透镜的锥角402为30度，锥体高度为600微米，窄直径404为1.8mm，第二流体高度416为175微米。线560对应于具有30微米的锥体上方高度的液体透镜。线562对应于具有100微米的锥体上方高度的液体透镜。线564对应于具有200微米的锥体上方高度的液体透镜。增加锥体上方高度412可以使第一流体高度414增加，这可以增加流体界面15和上窗口20之间的距离。

图15A示出了类似于图9A的响应时间，示出了随着第一流体高度414增加(例如，通过增加锥体上方高度412)，响应时间减小，或液体透镜加速。第一流体高度414可以通过其他结构变化而增加，例如通过增加锥体高度410。图15B示出具有30微米、100微米和200微米的锥体上方高度的液体透镜具有大约相同量的峰值彗差。总体彗差(例如，曲线图15B中的曲线下方的面积)对于较大的锥体上方高度可以较低(例如，线564)，并且对于较小的锥体上方高度可以较高(例如，线560)，升高小的程度。图15C示出了具有30微米、100微米和200微米的锥体上方高度的液体透镜可以具有大约相同量的三叶形光学像差。图15D示出了具有30微米、100微米和200微米的锥体上方高度的液体透镜可以具有大约相同量的不包括位移和倾斜的光学像差的波前误差。

图16A-16D是显示来自与用于图15A-15D的液体透镜相同的液体透镜的数据的图表，不过图16A-16D的液体透镜具有250微米的第二流体高度416，与图15A-15D中的175微米不同。因此，将图15A-15D与图16A-16D进行比较可以说明改变液体透镜10中的第二流体高度416的效果。对于图16A-16D，液体透镜具有30度的锥角402，锥体高度为600微米，窄直径404为1.85毫米，第二流体高度416为250微米。线570对应于具有30微米的锥体上方高度的液体透镜。线572对应于具有100微米的锥体上方高度的液体透镜。线574对应于具有200微米的锥体上方高度的液体透镜。增加锥体上方高度412可以使第一流体高度414增加，这可以增加流体界面15和上窗口20之间的距离。

图16A示出了类似于图9A的响应时间，示出了随着第一流体高度414增加(例如，通过增加锥体上方高度412)，响应时间减小，或液体透镜加速。图15A与图16A的比较表明，将第二流体高度416从175微米增加到250微米可以导致响应时间减小，表示液体透镜加速。图16B显示具有30微米、100微米和200微米的锥体上方高度的液体透镜具有大约相同量的峰值彗差。总体彗差(例如，曲线图16B中的曲线下方的面积)对于较大的锥体上方高度可以较低(例如，线574)，并且对于较小的锥体上方高度可以较高(例如，线570)，相差较小的程度。图15B与图16B的比较表明，将第二流体高度416从175微米增加到250微米可以减少彗形光学像差，在一些情况下仅减小相对小的程度。图16C示出了具有30微米、100微米和200微米的锥体上方高度的液体透镜可以具有大约相同量的三叶形光学像差。图15C与16C的比较表明，将第二流体高度416从175微米增加到250微米可以减少三叶形光学像差，在一些情况下仅仅减小相对小的程度。图16D示出了具有30微米、100微米和200微米的锥体上方高度的液体透镜可以具有大约相同量的不包括位移和倾斜的光学像差的波前误差。图15D与16D的比较表明，将第二流体高度416从175微米增加至250微米可以减少不包括位移和倾斜的光学像差的波前误差，在一些情况下仅仅减小相对较小的程度。

在一些实施例中，液体透镜10可以具有腔室12，腔室12包括截锥(例如，取决于取向的倒置截锥)结构。当流体界面15不倾斜时，流体界面15的边缘可以具有圆形形状。当流体界面15倾斜到光学倾斜角32时，流体界面15的边缘可以具有椭圆形状，这会使液体透镜10的光学系统降级。例如，流体界面15的椭圆形状可以导致穿过液体透镜10透射的光中的像散。在一些情况下，与具有较大锥角402(例如，更倾斜的侧壁)的腔形状相比，对于具有较低锥角402(例如，较陡的侧壁)的腔形状，像散可能更严重。因此，可以平衡各种因素以确定液体透镜的性质。

图17A-17D是示出当液体透镜从无光学倾斜的状态(例如，平坦流体界面)转换为具有0.6度光学倾斜角32的状态(例如，响应于阶跃函数输入信号)时来自具有不同锥体高度410和不同流体量的液体透镜的数据的图表。用于图17A-17D的液体透镜具有1.8mm的窄直径，30度的锥角和30微米的锥体上方高度。对于线580、582和584，液体透镜具有0.5的填充率，其中平坦流体界面位于腔的中间，并且第一流体高度基本上等于第二流体高度。对于线590、592和594，液体透镜具有0.6的填充率，其中平坦流体界面位于腔高度的60％(例如，第一流体高度与第二流体高度之间的比率为4比6)。对于线580和590，液体透镜的锥体高度为400微米(腔高度为430微米)。对于线582和592，液体透镜的锥体高度为500微米(腔高度为530微米)。对于线584和594，液体透镜的锥体高度为600微米(腔高度为630微米)。

图17A类似于图9A，示出了随着锥体高度(和腔高度)增加，液体透镜的响应时间改善。图17A还示出了0.5的填充率产生比0.6的填充率更快的响应时间。图17B类似于图9B，可以通过增加锥体高度(和腔高度)来减小随时间的推移的总体彗形光学像差。图17B还示出了，对于0.5的填充率，总体彗差可以比对于0.6的更低。对于线580的液体透镜，在约45ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线582的液体透镜，在约26ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线584的液体透镜，在约17ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线590的液体透镜，在约58ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线592的液体透镜，在约29ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线594的液体透镜，在约20ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线580的液体透镜，在约25ms后彗差可以稳定到约0.17微米。对于线582的液体透镜，在约25ms后彗差可以稳定到约0.1微米。对于线584的液体透镜，在约25ms后彗差可以稳定到约0.06微米。对于线590的液体透镜，在约25ms后彗差可以稳定到约0.18微米。对于线592的液体透镜，在约25ms后彗差可以稳定到约0.12微米。对于线594的液体透镜，在约25ms后彗差可以稳定到约0.07微米。

图17C类似于图9C，示出了具有相同流体填充率的情况下，随着锥体高度(和腔高度)增加，三叶形光学像差可以减小。具有相同填充率的较高腔高度可以将流体界面定位在侧壁上方较高处，这可以导致对于图像传感器是“隐藏”的流体界面的较大周边区域。图17C还示出了将填充率从0.5改变到0.6可以减小三叶形。将填充比从0.5改变到0.6可以使流体界面在腔中向上移动，增加对于图像传感器是“隐藏”的流体界面的周边部分的尺寸。在一些情况下，增加填充比可以增加某个光学像差(例如，彗差)，同时减少其他光学像差(例如，三叶形)。可以平衡竞争因素以选择液体透镜的流体填充率。图17D类似于图9D，示出了总波前误差(除了位移和倾斜)。从图17D中可以看出，通过将锥体高度从400微米(线580和590)增加到500微米(线582和592)，并进一步通过将锥体高度增加到600微米(线584和594)，可以减小波前误差。对于600微米的锥体高度(线584和594)，将填充率从0.5增加到0.6可以减小总体波前误差。对于500微米的锥体高度(线582和592)，将填充率从0.5增加到0.6可以减小总体波前误差。对于400微米的锥体高度(线580和590)，对于0.5和0.6的填充率，波前误差大致相同。对于线580的液体透镜，在约25ms后波前误差可为约0.35微米。对于线582的液体透镜，在约25ms后波前误差可为约0.31微米。对于线584的液体透镜，在约25ms后波前误差可为约0.28微米。对于线590的液体透镜，在约25ms后波前误差可为约0.35微米。对于线592的液体透镜，在约25ms后波前误差可为约0.31微米。对于线594的液体透镜，在约25ms后波前误差可为约0.28微米。

本文提供了各种示例，其具有响应于阶跃函数倾斜输入而测量的光学像差，该阶跃函数倾斜输入突然从0度光学倾斜改变为0.6度光学倾斜(例如可以使用大约8度的物理倾斜角来实现)。在某些情况下，当实现光学图像稳定时，倾斜输入可以更像是正弦输入而不是阶跃函数输入。例如，持有相机(例如，在智能电话上)的人的手可以以大致正弦图案抖动(例如，以大约10Hz)。

流体填充率可以相对于整个腔高度或锥体高度。第二流体的高度可以是锥体高度或腔高度的25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％或者其间的任何值或范围，尽管其他配置也是可能的。

图18A-18B示出了由具有各种腔高度的液体透镜的正弦倾斜输入信号产生的彗形光学像差的曲线图。图18A和18B的液体透镜具有1.8mm的窄直径，30度的锥角，0.5的填充率和30微米的锥体上方高度。线650表示频率为10Hz的正弦倾斜输入。线652表示锥体高度为600微米的液体透镜(例如，腔高度为630微米)。线654表示锥体高度为700微米的液体透镜(例如，腔高度为730微米)。线656表示锥体高度为800微米的液体透镜(例如，腔高度为830微米)。线658表示锥体高度为900微米的液体透镜(例如，腔高度为930微米)。随着腔高度从630微米增加到930微米(例如，通过增加锥体高度)，可以减小彗形光学像差。在图18B中，线660表示锥体高度为900微米的液体透镜(例如，腔高度为930微米)。线662表示锥体高度为1,000微米的液体透镜(例如，腔高度为1,030微米)。线664表示锥体高度为1,100微米的液体透镜(例如，腔高度为1,130微米)。线666表示锥体高度为1,200微米的液体透镜(例如，腔高度为1,230微米)。随着腔高度从930微米增加到1,230微米(例如，通过增加锥体高度)，可以减少彗形光学像差，但是该彗差减少远小于由630微米和930微米之间的腔高度变化导致的彗差减少。增加腔高度可以对于改善光学质量(例如，通过减少彗差)具有递减的收益。在该特定示例中，与在930微米以下增加腔高度相比，在930微米以上增加腔高度时，彗差的增量改善显著减小。其他配置也是可能的，其在不同的腔高度处可以具有递减的收益。

在一些实施例中，液体透镜10可以具有基本上符合球体形状的侧壁，其可在倾斜时改善流体界面15的边缘的形状。在某些位置，弯曲的侧壁可能不完全符合假想球体的形状，例如由于制造公差或微小的调整。例如，弯曲侧壁可以与假设球体相差不超过约15％、约10％、约5％或约3％，或其间的任何值或范围，但是在一些实施例中可以使用其他值。在一些实施例中，侧壁可以基本上符合椭圆体形状、卵形形状或其他弯曲形状。

图19A示出了从0度光学倾斜驱动到朝向透镜几何形状的最大光学倾斜角的四个液体透镜的数据。图19B示出了从无光功率状态驱动到约66屈光度的光功率的四个液体透镜的数据。线670对应于具有30度的锥角，2mm的窄直径，350微米的锥体高度和30微米的腔上方高度(腔高度为380微米)的液体透镜。线672对应于类似的液体透镜，但具有400微米的锥体高度(腔高度为430微米)。线674对应于类似的液体透镜，但具有450微米的锥体高度(腔高度为480微米)。线676对应于类似的液体透镜，但具有600微米的锥体高度(腔高度为630微米)。图19A和19B示出了600微米的锥体高度(线676)可以产生最快的倾斜响应时间，但是阻尼最小(例如，可以导致过冲和/或振荡)。450微米的锥体高度可以产生较慢的倾斜响应时间，但更大的阻尼(例如，可以减少过冲和/或振荡)。400微米的锥体高度可以产生更慢的倾斜响应时间，但更大的阻尼。350微米的锥体高度可以产生四个液体透镜中的最慢倾斜响应时间，但最大的阻尼(可以减少过冲并减少振荡)。如图19B中可见的，由于减小腔高度而增加的阻尼可以具有递减的收益。当确定液体透镜的参数(例如腔高度)时，可以考虑竞争因素。

图20是液体透镜10的示例性实施例的截面图，其中，腔室12的至少一部分包括符合球体的一部分的侧壁。液体透镜腔室12的截锥结构可以具有弯曲的侧壁，其可以符合球体的一部分的形状。由侧壁的形状限定的假想球体在图20中以虚线示出。侧壁可以具有从宽开口移动到窄开口的尺寸连续减小的宽度。在一些实施例中，宽开口可以与假想球体的中心对准，如图20所示。假想球体的中心在图20中以水平虚线示出。如果流体界面15横跨球体的中心定位，则当倾斜以具有光学倾斜角时，流体界面15的边缘将保持圆形形状。然而，流体界面15可以与球体的中心间隔开，使得流体界面15可以具有空间来倾斜和/或沿侧壁上下移动，以改变液体透镜10的焦距和/或焦点方向。当流体界面15倾斜时，流体界面15的边缘可呈现非圆形形状。然而，与液体透镜具有用以形成截锥结构的直的侧壁的情况相比，该非圆形形状更接近于圆形形状。因此，能够符合假想球体的一部分的形状的弯曲侧壁可以改善液体透镜10的光学性能。

流体界面15越接近假想球体的中心定位，倾斜的流体界面15的边缘的形状就越接近圆形，这可以改善光学质量。然而，流体界面15越接近假想球体的中心定位，流体界面具有的倾斜移动范围就越小。可以平衡竞争因素以确定液体透镜的配置，例如以满足特定的性能参数。在一些实施例中，相比于与结构轴28相交的球体的边缘，流体界面15在平坦时(例如，0屈光度且没有光学倾斜角)可以更接近球体的中心。在图20中，距离602是从平坦流体界面15到假想球体中心的距离，距离604是从平坦流体界面15到与液体透镜10的结构轴28相交的假想球体边缘的距离，其中，流体界面15位于假想球体的中心和假想球体的边缘之间，该边缘与液体透镜10的结构轴28相交。距离604与距离602的比率可以是约5比1、约4比1、约3比1、约2.5比1、约2比1、约1.5比1、约1.25比1、约1.1比1、约1比1、约0.9比1、约0.8比1、或约0.75比1、或其间的任何值或由任何上述值限定的任何范围，尽管可以使用这些范围之外的值。距离604可以比距离602大(或反之亦然)例如0％

(相同尺寸)、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约75％、约100％、约150％、约200％、约300％或其间的任何值，或由这些值的任何组合限定的任何值范围，尽管可使用其它值。从平坦流体界面15到假想球体中心的距离602可以是假想球体半径的约3％、约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、或约45％，或其间的任何数值或范围。

在一些情况下，限定侧壁形状的球体区域可以偏离球体的中心，如图21中所示，其可以具有加宽侧壁相对于平行于结构轴28的线的角度606的效果，这可以减小光学像差，类似于加宽锥角402，如本文所讨论的。

图22示出了液体透镜10的示例性实施例，其中，流体界面15位于限定了侧壁的形状的假想球体的中心。当流体界面15倾斜到光学倾斜角32时，流体界面的第一侧(例如，图22中的右侧)可以定位在球体中心下方，并且流体界面的第二侧(例如，与第一侧相对)(例如，图22中的左侧)可以定位在球体中心上方。图22的液体透镜10可以具有由基础部分612和悬垂部分610形成的腔的侧壁，基础部分612和悬垂部分610可以例如使用粘合剂或粘结剂或制造工艺而联接在一起。许多变化都是可能的。侧壁可以符合其他弯曲形状，例如环形、椭圆形、卵形等。

图23A-23C是示出来自具有不同锥角402的液体透镜的数据的图表。线680对应于5度的锥角。线682对应于10度的锥角。线684对应于20度的锥角。线686对应于30度的锥角。线688对应于40度的锥角。图23A-23C的液体透镜具有1.85mm的窄直径、500微米的锥体高度、30微米的锥体上方高度(例如，总腔高度为530微米)和0.5的填充率。在图23A-23C中，液体透镜从无光学倾斜的状态(例如，具有0屈光度光功率的平坦流体界面)转换为具有1度光学倾斜角32的状态(例如，响应于阶跃函数输入信号)。第一和第二流体的折射率之差为0.11。

图23A类似于图9A，示出了随着锥角减小(例如，以形成更陡的侧壁)，液体透镜的响应时间改善。例如，线680的液体透镜(例如，锥角为5度)可具有约28ms的10％至90％响应时间。线682的液体透镜(例如，锥角为10度)可具有约30ms的10％至90％响应时间。线684的液体透镜(例如，锥角为20度)可具有约36ms的10％至90％响应时间。线686的液体透镜(例如，锥角为30度)可具有约45ms的10％至90％响应时间。线688的液体透镜(例如，锥角为40度)可具有约58ms的10％至90％响应时间。

图23B类似于图9B，示出了可以通过减小锥角来减小随时间的推移的总体彗形光学像差。对于线680的液体透镜(例如，锥角为5度)，在约21ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线682的液体透镜(例如，锥角为10度)，在约23ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线684的液体透镜(例如，锥角为20度)，在约26ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线686的液体透镜(例如，锥角为30度)，在约30ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于线688的液体透镜(例如，锥角为40度)，在约35ms后彗差可以稳定到0.1微米。对于具有较高锥角的液体透镜，可降低峰值彗差。尽管本公开理论上不受限制，但应当认为，更多的导致彗差的初始流体界面形变“隐藏”在由较大的锥角引起的较大流体界面的光学孔径之外。

图23C类似于图9C，示出了通过增大锥角，三叶形光学像差可以减小。对于线680的液体透镜(例如，锥角为5度)，峰值三叶形可以为约0.6微米且可以(例如，在约0.1秒后)稳定到约0.53微米。对于线682的液体透镜(例如，锥角为10度)，峰值三叶形可以为约0.58微米且可以(例如，在约0.1秒后)稳定到约0.51微米。对于线684的液体透镜(例如，锥角为20度)，峰值三叶形可以为约0.53微米且可以(例如，在约0.1秒后)稳定到约0.47微米。对于线686的液体透镜(例如，锥角为30度)，峰值三叶形可以为约0.47微米且可以(例如，在约0.1秒后)稳定到约0.425微米。对于线688的液体透镜(例如，锥角为40度)，峰值三叶形可以为约0.42微米且可以(例如，在约0.1秒后)稳定到约0.38微米。

正如这里所讨论的，增大锥角可以减小三叶形光学像差。然而，增大锥角也可以对液体透镜具有副作用，例如增大像散、增大彗差、和/或减慢液体透镜的响应时间。因此，当确定液体透镜的锥角和其他物理参数(例如，锥体高度、腔高度、孔径大小，等等)时要考虑竞争因素。在一些实施例中，可以将约15度至约45度、约20度至约40度、约25度至约35度、或约30度的锥角用于在这些竞争因素之间具有平衡的液体透镜，当然也可以使用其他构造。

使用本文公开的原理，可以将液体透镜10设计为优化液体透镜10的一个或多个参数。例如，可以将液体透镜10设计为具有快速响应时间，同时牺牲由于像差造成的一定量的光学质量。可以将液体透镜设计为具有高光学质量(例如，通过减少光学像差)，同时具有稍微慢一些的响应时间。可以将液体透镜设计为不太紧凑(例如，具有更大的腔室高度和/或更大的宽度)，这使得液体透镜与具有类似光学质量的其他液体透镜相比能够具有改进的光学质量和相对快的响应时间。在一些实施例中，对于光学倾斜角从0度转换到0.6度(例如，响应于从0度突然变为0.6度的阶跃函数输入信号)，液体透镜10可以具有约400ms、约300ms、约250ms、约200ms、约150ms、约100ms、约75ms、约60ms、约50ms、约40ms、约30ms、约25ms、约20ms、约15ms、约10ms、约5ms、或其间的任何值、或由这些值的任何组合限制的任何范围的10％至90％响应时间。液体透镜10可以被配置为当液体透镜10从无倾斜转换(例如，响应于阶跃函数输入)为0.6度的光学倾斜，或到0.6度的光学倾斜的90％，或向着0.6度的光学倾斜的10％至90％，或在转换25ms之后，输出具有约500nm、约400nm、约350nm、约300nm、约250nm、约200nm、约175nm、约150nm或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围(但也可以使用其他值)的来自光学像差的波前误差(例如，在图像获取时间期间的最大值或平均值)的光，不包括位移或倾斜(由于它们用于改变液体透镜10的焦距和焦点方向，因此不被认为是误差)。液体透镜10可以被配置为当液体透镜10从无倾斜转换(例如，响应于阶跃函数输入)为0.6度的光学倾斜，或到0.6度的光学倾斜的90％，或向着0.6度的光学倾斜的10％到90％，或在转换25ms之后，输出具有500nm、约400nm、约350nm、约300nm、约250nm、约200nm、约175nm、约150nm、约125nm、约100nm、约75nm、约50nm、约40nm、约30nm、约20nm、约10nm或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围(但也可以使用其他值)的来自光学像差的彗形波前误差(例如，在图像获取时间期间的最大值或平均值)的光，不包括位移或倾斜(由于它们用于改变液体透镜10的焦距和焦点方向，因此不被认为是误差)。液体透镜10可以被配置为当液体透镜10从无倾斜转换(例如，响应于阶跃函数输入)为0.6度的光学倾斜，或到0.6度的光学倾斜的90％，或向着0.6度的光学倾斜的10％至90％，或在转换25ms之后，输出具有约500nm、约400nm、约350nm、约300nm、约250nm、约200nm、约175nm、约150nm或其间的任何值、或由这些值的任何组合限定的任何范围(但也可以使用其他值)的来自光学像差的三叶形波前误差(例如，在图像获取时间期间的最大值或平均值)的光，不包括位移或倾斜(由于它们用于改变液体透镜10的焦距和焦点方向，因此不被认为是误差)。

在一些实施例中，当使用具有高像素密度的图像传感器时，液体透镜可被配置为具有较小的波前误差。例如，如果不包括位移或倾斜的来自光学像差的最大(或图像采集时间期间的平均)波前误差为200nm或者更小，则发现具有像素尺寸为1微米的像素的图像传感器具有良好的图像质量。如果不包括位移或倾斜的来自光学像差的最大(或图像采集时间期间的平均)波前误差为300nm或者更小，则发现具有像素尺寸为1.2微米的像素的图像传感器具有良好的图像质量。如果不包括位移或倾斜的来自光学像差的最大(或图像采集时间期间的平均)波前误差为375nm或者更小，则发现具有像素尺寸为1.3微米的像素的图像传感器具有良好的图像质量。相机系统可以使用液体透镜来产生每微米像素尺寸约200nm、约225nm、约250nm、约275nm或约300nm或其间的任何值或范围的波前误差的图像，虽然其他设计是可能的。液体透镜10可以具有约100微米、约200微米、约300微米、约400微米、约500微米、约600微米、约700微米、约800微米、约900微米、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.7mm、约2.0mm、约2.5mm、约3.0mm、约4.0mm、约5.0mm、约7mm、约10mm、或其间的任何值或由这些值的任何组合限定的任何范围的腔室高度，但是可以使用其他值，例如对于较大规模的液体透镜，如本文所讨论的。液体透镜10可以具有约200微米、约300微米、约400微米、约500微米、约600微米、约700微米、约800微米、约900微米、约1mm、约1.1mm、约1.2mm、约1.3mm、约1.4mm、约1.5mm、约1.7mm、约2.0mm、约2.5mm、约3.0mm、约4.0mm、约5.0mm、约7mm、约10mm、或其间的任何值或由这些值的任何组合限定的任何范围的的总高度(例如，包括窗口)，虽然可以使用其它值，例如对于较大规模的液体透镜，如本文所讨论的。

对于光学倾斜角从0度转换到0.6度(例如，响应于阶跃函数输入信号)，液体透镜10可以具有约100ms或更快的10％至90％响应时间，以及约500nm或更小的不包括位移或倾斜的来自光学像差的波前误差。对于光学倾斜角从0度转换到0.6度(例如，响应于阶跃函数输入信号)，液体透镜10可以具有约60ms或更快的10％至90％响应时间，以及约400nm或更小的不包括位移或倾斜的来自光学像差的波前误差。对于光学倾斜角从0度转换到0.6度(例如，响应于阶跃函数输入信号)，液体透镜10可以具有约50ms或更快的10％至90％响应时间，以及约300nm或更小的不包括位移或倾斜的来自光学像差的波前误差。对于光学倾斜角从0度转换到0.6度(例如，响应于阶跃函数输入信号)，液体透镜10可以具有约40ms或更快的10％至90％响应时间，以及约200nm或更小的不包括位移或倾斜的来自光学像差的波前误差。对于光学倾斜角从0度转换到0.6度(例如，响应于阶跃函数输入信号)，液体透镜10可以具有约20ms或更快的10％至90％响应时间，以及约400nm或更小的不包括位移或倾斜的来自光学像差的波前误差。对于光学倾斜角从0度转换到0.6度(例如，响应于阶跃函数输入信号)，液体透镜10可以具有约15ms或更快的10％至90％响应时间，以及约500nm或更小的不包括位移或倾斜的来自光学像差的波前误差。其他实施例可以包括被配置为具有在这些示例之间的响应时间和波前误差值的液体透镜。上述各种实施例可以具有约5mm或更小、约4mm或更小、约3.0mm或更小、或约2.0mm或更小、或约1.5mm或更小、或约1.0mm或更小、或约0.75mm或更小、或约0.6mm或更小、或约0.5mm或更小、或约0.4mm或更小、或约0.3mm或更小、或其间的任何值或范围的腔室高度，但也可使用其它尺寸。

本文描述的原理和优点可以在各种装置中实现。这种装置的示例可以包括但不限于消费电子产品，消费电子产品的部件，电子测试设备等。本文描述的原理和优点涉及透镜。具有透镜的示例性产品可以包括移动电话(例如，智能电话)、医疗保健监视设备、诸如汽车电子系统的车载电子系统、网络摄像头、电视、计算机监视器、计算机、手持计算机、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、冰箱、DVD播放器、CD播放器、数字视频录像机(DVR)、便携式相机、相机、数码相机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、手表、时钟等。此外，装置可以包括未完成的产品。

在一些实施例中，本文描述的方法、技术、微处理器和/或控制器由一个或多个专用计算设备实现。专用计算设备可以被硬件连接以执行这些技术，或者可以包括数字电子设备，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)，其被持久地编程以执行技术，或者可以包括一个或多个通用硬件处理器，其被编程为根据固件、存储器、其他储存器或组合中的程序指令执行技术。指令可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或任何其他形式的非暂时性计算机可读储存介质中。这种专用计算设备还可以将定制的硬连线逻辑、ASIC或FPGA与定制编程相结合以实现这些技术。专用计算设备可以是台式计算机系统、服务器计算机系统、便携式计算机系统、手持设备、网络设备或包含硬件连接和/或程序逻辑以实现这些技术的任何其他设备或设备的组合。

本文描述的微处理器或控制器可以由操作系统软件协调，例如iOS、Android、Chrome OS、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows Server、WindowsCE、Unix、Linux、SunOS、Solaris、iOS、Blackberry OS、VxWorks或其他兼容的操作系统。在其他实施例中，计算设备可以由专有操作系统控制。传统的操作系统控制和调度用于执行的计算机进程，执行存储器管理，提供文件系统、网络连接、I/O服务，以及提供用户接口功能，例如图形用户界面(“GUI”)等。

本文描述的微处理器和/或控制器可以使用定制的硬步线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或使微处理器和/或控制器成为专用机器的程序逻辑来实现本文描述的技术。根据一个实施例，响应于执行包含在存储器中的一个或多个序列指令，由图3的控制器310执行本文公开的技术的部分。这些指令可以从诸如储存设备的另一储存介质读入存储器。包含在存储器中的指令序列的执行使处理器或控制器执行本文描述的处理步骤。在替代实施例中，可以使用硬连线电路代替软件指令或与软件指令相结合。

此外，结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块和模块可以用设计为执行本文所述功能的机器来实施或执行，机器例如是处理器设备、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合。处理器设备可以是微处理器，但是在可替换方案中，处理器设备可以是控制器、微控制器或状态机、它们的组合等。处理器设备可以包括被配置为处理计算机可执行指令的电路。在另一实施例中，处理器设备包括FPGA或其他可编程设备，其执行逻辑操作而不处理计算机可执行指令。处理器设备还可以实施为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP内核或任何其他这样的配置。尽管本文主要关于数字技术进行了描述，但是处理器设备也可以主要包括模拟部件。例如，本文描述的一些或所有渲染技术可以用模拟电路或混合模拟和数字电路实现。

除非上下文明确另有要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应以包含性的意义来解释，而不是排他或穷举的意义；也就是说，是“包括但不限于”的意义。本文通常使用的词语“耦合”或“连接”是指可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。另外，当在本申请中使用时，词语“此处”、“上方”、“下方”和类似含义的词语应当指代本申请的整体而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，使用单数或复数的具体实施方式中的词语也可以分别包括复数或单数。两个或多个项目的列表中提及的词语“或”旨在涵盖对该词语的所有以下解释：列表中的任何项目，列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合。本文提供的所有数值旨在包括测量误差范围内的类似值。

尽管本公开内容包含某些实施例和示例，但本领域技术人员将理解，该范围超出了具体公开的实施例，延伸到其他替代实施例和/或用途以及其明显的修改和等同物。另外，虽然已经详细示出和描述了实施例的若干变型，但是基于本公开内容，其他修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。还预期可以进行实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然属于本公开内容的范围内。应当理解，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或替换，以便形成实施例的变化模式。本文公开的任何方法不需要按照所述顺序执行。因此，意图是范围不应受上述特定实施例的限制。

条件语言，例如，除其他之外，“可以”、“可能”或“或许”，除非另有明确说明，或者在所使用的上下文中以其他方式理解，通常旨在表达某些实施例包括，而其他实施例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示特征、元素和/或步骤以任何方式是一个或多个实施例必需的，或者一个或多个实施例必须包括逻辑，用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或步骤是否包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中执行。本文使用的标题仅是为了方便读者，并不意味着限制范围。

此外，虽然本文描述的设备、系统和方法可以容许各种修改和替代形式，但是其具体示例已在附图中示出并且在本文中详细描述。然而，应该理解，本发明不限于所公开的特定形式或方法，相反，本发明将覆盖属于所述的各种实施方式的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。此外，本文与实施方式或实施例有关的任何特定特征、方面、方法、属性、特性、质量、属性、元素等的公开可以在本文阐述的所有其他实施方式或实施例中使用。本文公开的任何方法不需要按照所述顺序执行。本文公开的方法可以包括从业者采取的某些操作；但是，这些方法还可以明确地或隐含地包括这些操作的任何第三方指令。

本文公开的范围还涵盖任何和所有重叠、子范围及其组合。诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”、“在...之间”等语言包括所述的数字。在诸如“约”或“大约”的术语之后的数字包括所引用的数字并且应该基于环境来解释(例如，在这种环境下尽可能准确，例如±5％，±10％，±15％等)。例如，“约3.5mm”包括“3.5mm”。在诸如“基本上”的术语之后的短语包括所述的短语，并且应该基于环境来解释(例如，在这种环境下尽可能多)。例如，“基本上恒定”包括“恒定”。除非另有说明，否则所有测量均在标准条件下，包括环境温度和压力。

Claims (25)

1.一种液体透镜，包括：

腔室，所述腔室包括具有截锥形状的侧壁，所述截锥具有窄端和宽端，其中，所述截锥的窄端具有1.7mm至2.0mm的直径，所述截锥的宽端具有2.25mm至2.75mm的直径，其中，所述截锥具有400微米至600微米的锥体高度，及其中，所述侧壁相对于所述截锥的结构轴成20度至40度的锥角；

容纳在所述腔室中的第一液体；

容纳在所述腔室中的第二液体，其中，所述第一液体和所述第二液体填充所述腔室并且不混溶，以在所述第一液体和所述第二液体之间形成液体界面；

设置在所述截锥的所述宽端上方的第一窗口，其中，所述第一窗口与所述截锥的所述宽端间隔开20微米至70微米的锥体上方高度；

设置在所述截锥的所述窄端下方的第二窗口，其中，所述腔室设置在所述第一窗口和所述第二窗口之间，以沿着与所述液体界面、所述第一窗口和所述第二窗口相交的光路传送光；

第一绝缘电极，设置在所述液体透镜中的第一象限并与所述第一和第二液体隔离；

第二绝缘电极，设置在所述液体透镜中的第二象限并与所述第一和第二液体隔离；

第三绝缘电极，设置在所述液体透镜中的第三象限并与所述第一和第二液体隔离；

第四绝缘电极，设置在所述液体透镜中的第四象限并与所述第一和第二液体隔离；及

公共电极，与所述第一液体电连通，其中，所述液体界面的位置至少部分地基于施加到所述公共电极和所述绝缘电极的电压，其中，所述液体界面响应于在所述绝缘电极之间施加的不同电压而倾斜，使得所述液体界面的光轴相对于所述结构轴成光学倾斜角。

2.一种液体透镜，包括：

腔室，形成腔，所述腔具有600微米或更小的腔高度，所述腔室包括具有截锥形状的侧壁，所述截锥具有窄端和宽端，并且所述宽端的直径与所述窄端的直径之间的比率在1.1比1和2比1之间，所述侧壁相对于所述截锥的结构轴成20度至40度的锥角；

所述腔室中包含的第一液体；

所述腔室中包含的第二液体，其中，所述第一液体和所述第二液体填充所述腔室并且不混溶，以在所述第一液体和所述第二液体之间形成液体界面；

多个绝缘电极，与所述第一和第二液体隔离并且包括设置在所述液体透镜中的四个相应象限中的四个绝缘电极；及

公共电极，与所述第一液体电连通，其中，所述液体界面的位置至少部分地基于施加到所述公共电极和所述绝缘电极的电压，其中，所述液体界面响应于在所述绝缘电极之间施加的不同电压而倾斜，以产生光学倾斜角，其中，所述液体透镜被配置为当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，在25ms之后输出具有总波前误差为350nm或更小的光学像差的光。

3.根据权利要求1所述的液体透镜，其中，所述液体界面在液体界面的中心区域处具有活性部分，所述活性部分透射由所述液体透镜输出的光以产生图像，其中，所述液体界面在液体界面的周边区域处具有非活性部分，所述非活性部分对图像没有贡献，其中，所述非活性部分占据平坦液体界面面积的至少20％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，对于响应于阶跃函数输入而从0度的光学倾斜角转换到0.6度的光学倾斜角，所述液体透镜具有100ms或更短的10％至90％响应时间。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，对于响应于阶跃函数输入而从0度的光学倾斜角转换到0.6度的光学倾斜角，所述液体透镜具有75ms或更短的10％至90％响应时间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，对于响应于阶跃函数输入而从0度的光学倾斜角转换到0.6度的光学倾斜角，所述液体透镜具有至少25ms的10％至90％响应时间。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜输出具有总波前误差为500nm或更小的光学像差的光。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜输出具有总波前误差为400nm或更小的光学像差的光。

9.根据权利要求7所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜输出具有总波前误差为至少250nm的光学像差的光。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有总波前误差为400nm或更小的光学像差的光。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有总波前误差为350nm或更小的光学像差的光。

12.根据权利要求10所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有总波前误差为至少200nm的光学像差的光。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有150nm或更小的彗形光学像差的光。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有125nm或更小的彗形光学像差的光。

15.根据权利要求13所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有至少50nm的彗形光学像差的光。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有400nm或更小的三叶形光学像差的光。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有300nm或更小的三叶形光学像差的光。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面响应于阶跃函数输入而从光学倾斜0度移动到光学倾斜0.6度时，所述液体透镜在25ms之后输出具有至少100nm或更小的三叶形光学像差的光。

19.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面平坦时，所述第一液体具有第一液体高度，所述第二液体具有第二液体高度，及其中，所述第一液体高度和所述第二液体高度变化不超过20％。

20.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面平坦时，所述液体界面的活性部分和所述液体界面的非活性部分之间的比例在2比1和4比1之间。

21.根据权利要求2所述的液体透镜，其中，当所述液体界面平坦时，所述第二液体的高度是所述腔高度的40％至60％。

22.根据权利要求1至3中任一项所述的液体透镜，其中，当所述液体界面平坦时，所述液体界面的中心区域处的活性部分与所述液体界面的周边区域处的非活性部分之间的比率在2比1和4比1之间。

23.根据权利要求3所述的液体透镜，其中，所述非活性区域占据平坦时的液体界面的至少24％。

24.根据权利要求3或23所述的液体透镜，其中，所述非活性区域占据平坦时的所述液体界面的50％或更少。

25.根据权利要求3所述的液体透镜，其中，所述液体界面响应于施加在所述绝缘电极之间的不同电压而倾斜，从而所述液体界面的光轴相对于所述液体透镜的结构轴成光学倾斜角。

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