CN113785225B - 可变透镜、视频记录装置及包括其的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种液体透镜，可包括腔、设置在所述腔内的第一液体和设置在所述腔内的第二液体。通过调节由所述第一液体和所述第二液体限定的可变界面的形状，可调节所述液体透镜的焦点。在以具有20屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率的周期性振荡调节所述液体透镜的所述焦点时，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在所述周期性振荡的一个完整周期中可保持在100nm或更小。

Description

可变透镜、视频记录装置及包括其的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119要求2019年3月18日提交的美国临时申请第62/819,861号的优先权的权益，该临时申请是本申请的基础并且据此全文以引用的方式并入作为参考。

技术领域

本公开内容涉及可变透镜，并且更具体地，涉及在连续聚焦期间具有改善的图像质量的可变透镜，以及视频记录装置，以及包括这种液体透镜和(或)视频记录装置的系统和方法。

背景技术

液体透镜通常包括设置在腔室内的两种不混溶液体。改变液体所经受的电场，可以改变液体中的一者相对于腔室壁的润湿性，从而改变两种液体之间形成的弯液面的形状。

发明内容

本文公开了可变透镜、视频记录装置，以及包括这种可变透镜和(或)视频记录装置的系统和方法。

本文公开液体透镜，包括腔、设置在腔内的第一液体和设置在腔内的第二液体。通过调节由第一液体和第二液体限定的可变界面的形状，可调节液体透镜的焦点。在以具有20屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率的周期性振荡调节液体透镜的焦点时，以1ms间隔测量到的液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小。

本文公开一种记录视频的方法，所述方法包括：将液体透镜的焦点从第一焦距调节到第二焦距，并且在调节液体透镜的焦点期间，以至少每秒30帧(fps)的图像捕获率捕获通过液体透镜并入射到图像传感器上的图像光，以记录视频。

本文公开一种视频记录装置，包括：图像传感器；光学系统，该光学系统经定位以将图像聚焦在图像传感器上且包括可变焦点透镜；以及控制器，该控制器可操作以在聚焦期间以焦点调节率调节可变焦距透镜的焦点，并且以至少每秒30帧(fps)的图像捕获率重复捕获聚焦在图像传感器上的图像，以记录视频。焦点调节率与图像捕获率的比率为0.1屈光度/帧至0.5屈光度/帧。

本文公开一种电子装置，该电子装置包括视频记录装置和相机模块。电子装置可操作以使用视频记录装置来记录视频，并且使用相机模块来捕获静态照片。

本文公开一种液体透镜，该液体透镜包括腔、设置在腔内的第一液体和设置在腔内的第二液体。通过调节由第一液体和第二液体限定的可变界面的形状，可调节液体透镜的焦点。在以具有22屈光度的峰谷幅度和10Hz的频率的周期性振荡调节液体透镜的焦点时，以1ms间隔测量到的液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小。

本文公开一种液体透镜，该液体透镜包括腔、设置在腔内的第一液体和设置在腔内的第二液体。通过调节由第一液体和第二液体限定的可变界面的形状，可调节液体透镜的焦点。在以周期性振荡(具有69屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率)调节液体透镜的焦点时，以1ms间隔测量到的液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在周期性振荡的个完整周期中保持在300nm或更小。

应了解，上文的一般描述与下文的详细说明仅为示例性的，并且旨在提供概览或框架以了解所要求保护的主题的本质和特性。包括附图以用于进一步了解本说明，这些附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图示出说明一个或多个实施例，并与说明一起用于解释实施例的原理与操作。

附图说明

图1是液体透镜的一些实施例的示意性截面图。

图2是透过液体透镜的第一外层看出的图1所示的液体透镜的一些实施例的示意性前视图。

图3是透过液体透镜的第二外层看出的图1所示的液体透镜的一些实施例的示意性后视图。

图4是表示当液体透镜的焦点扫过一定范围的焦距时液体透镜的一些实施例的图像质量的图。

图5是表示当液体透镜的焦点扫过一定范围的焦距时液体透镜的一些实施例的图像质量的图。

图6是表示当液体透镜的焦点扫过一定范围的焦距时液体透镜的一些实施例的图像质量的图。

图7是视频记录装置的一些实施例的示意性截面图。

图8是示出视频记录系统的一些实施例的方块图。

图9是图7所示的视频记录装置的一些实施例的示意性射线图。

图10A至10N是代表图9所示的视频记录装置的一些实施例的整个场的模型化的空间频率响应(SFR)的图，当液体透镜的焦点扫过如图6所示的焦距范围时。

图11是包括视频记录装置的智能型手机的一些实施例的示意性后视图。

图12是示出用于记录视频的方法的一些实施例的流程图。

具体实施方式

现在详细参照示例性实施例，这些实施例示出于附图中。在附图中尽可能使用相同的附图标记以指代相同或类似的部件。附图并非必需按比例绘制，而是着重在示出说明实施例的原理上。

包括范围端点的数值在本文中可以被表示为前缀有用词“约”、“近似”等等的近似值。在这种情况下，其他实施例包括特定的数值。不管数值是否表示为近似值，本公开内容中都包括两个实施例：一个表示为近似值，而另一个不表示为近似值。还将理解，每个范围的端点相对于另一端点以及独立于另一端点都是重要的。

在各种实施例中，液体透镜包括腔、设置在腔内的第一液体和设置在腔内的第二液体。在一些实施例中，通过调节由第一液体和第二液体限定的可变界面的形状，可调节液体透镜的焦点。另外或替代地，在以具有20屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率，或10Hz的较高频率的周期性振荡调节液体透镜的焦点时，以1ms间隔测量到的液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小。

在各种实施例中，一种记录视频的方法，包括：将液体透镜的焦点从第一焦距调节到第二焦距，并且在调节液体透镜的焦点期间，以至少每秒30帧(fps)的图像捕获率捕获通过液体透镜并入射到图像传感器上的图像光，以记录视频。在一些实施例中，一种视频记录装置，包括液体透镜与图像传感器，视频记录装置包括根据ISO 12233:2017在1/4奈奎斯特频率下测量的在该液体透镜的焦点范围内至少为35％直至最大全场的空间频率响应(SFR)，其中焦距范围为0屈光度至30屈光度，并且最大全场为50度。另外或替代地，调节液体透镜的焦点包括：以焦点调节率调节液体透镜的焦点，并且焦点调节率与图像捕获率的比率为0.1屈光度/帧至0.5屈光度/帧。

在各种实施例中，视频记录装置包括图像传感器和光学系统，光学系统被定位成将图像聚焦在图像传感器上并且包括可变焦距透镜。在一些这样的实施例中，控制器可操作以在聚焦期间以焦点调节率调节可变焦距透镜的焦点，并以至少每秒30帧(fps)的图像捕获率重复捕获聚焦在图像传感器上的图像，以记录视频。在一些实施例中，焦点调节率与图像捕获率的比率为0.1屈光度/帧至0.5屈光度/帧。这样的焦点转变可以实现足够快速的自动聚焦，而不会产生可能由较高速度转变(例如以高于0.5屈光度/帧的速率，诸如0.75屈光度/帧或1屈光度/帧)引起的图像模糊。

在一些实施例中，当液体透镜的焦点从第一焦距转变到第二焦距时，本文所述的液体透镜能够维持相对较低的RMS WFE。例如，可以通过在转变期间在第一液体和第二液体之间限定的可变界面的相对均匀(例如光滑)的形状，和(或)通过转变的可变界面的速度(例如液体透镜的响应时间)，来实现相对较低的RMS WFE。在一些实施例中，如本文中所描述的，可由高帧率连续捕获使图像光通过液体透镜而形成的多个图像，以记录视频(例如高速视频)。例如，帧率可以足够高，以使得在液体透镜的焦点正在转变的同时捕获图像，而不是在捕获图像之前等待液体透镜稳定(例如到特定焦距)。在一些实施例中，这样的视频可具有如光学系统的SFR所反映的适当的图像质量(例如，由于在转变期间液体透镜的相对较低的RMS WFE)。因此，本文描述的液体透镜可以使得能够在连续聚焦期间记录视频(例如高速视频)。

图1是液体透镜100的一些实施例的示意性截面图。在一些实施例中，液体透镜100包括透镜主体102和形成在透镜主体中的腔104。第一液体106和第二液体108设置在腔104内。在一些实施例中，第一液体106是极性液体或导电液体。另外或替代地，第二液体108是非极性液体或绝缘液体。在一些实施例中，第一液体106和第二液体108具有不同的折射率，使得第一液体和第二液体之间的界面110形成透镜。在一些实施例中，第一液体106和第二液体108具有实质相同的密度，这可以帮助避免由于改变液体透镜100的实体定向(例如由于重力导致)而导致界面110的形状变化。

在一些实施例中，第一液体106和第二液体108在界面110处彼此直接接触。例如，第一液体106和第二液体108实质上彼此不混溶，使得第一液体和第二液体之间的接触表面限定界面110。在一些实施例中，第一液体106和第二液体108在界面110处彼此分离。例如，第一液体106和第二液体108通过限定界面110的膜(例如聚合物膜)彼此分开。

在一些实施例中，腔104包括第一部分(或顶部空间)104A和第二部分(或底部部分)104B。例如，腔104的第二部分104B由如本文所述的液体透镜100的中间层中的孔限定。另外或替代地，腔104的第一部分104A由液体透镜100的第一外层中的凹部限定和(或)如本文所述地设置在中间层中的孔的外部。在一些实施例中，第一液体106的至少一部分设置在腔104的第一部分104A中。另外或替代地，第二液体108设置在腔体104的第二部分104B内。例如，第二液体108的实质上全部或一部分设置在腔104的第二部分104B内。在一些实施例中，界面110的周边(例如与腔侧壁接触的界面边缘)设置在腔104的第二部分104B内。

可以经由电润湿来调节界面110。例如，可以在第一液体106和腔104的表面之间施加电压(例如，如本文所述位于腔的表面附近并与第一液体绝缘的电极)，以增加或减小腔表面相对于第一液体的可湿性并改变界面110的形状。在一些实施例中，调节界面110会改变界面的形状，这改变液体透镜100的焦距或焦点。例如，焦距的这种改变可使液体透镜100能够执行自动聚焦功能。另外或替代地，调节界面110相对于液体透镜100的光轴112倾斜界面。例如，这种倾斜可使液体透镜100能够执行光学图像稳定(OIS)功能。可以在没有液体透镜100相对于图像传感器、固定透镜或透镜叠堆、外壳或可以并入液体透镜的相机模块的其他部件的实体运动的情况下实现调节界面110。

在一些实施例中，液体透镜100的透镜主体102包括第一窗口114和第二窗口116。在一些这样的实施例中，腔104设置在第一窗口114和第二窗口116之间。在一些实施例中，透镜主体102包括协作形成透镜主体的多个层。例如，在图1所示的实施例中，透镜主体102包括第一外层118、中间层120和第二外层122。在一些这样的实施例中，中间层120包括贯穿其中形成的孔。第一外层118可以结合到中间层120的一侧(例如，物体侧)。例如，第一外层118通过结合件134A结合到中间层120。结合件134A可以是粘合剂结合、激光结合(例如激光焊接)，或能够将第一液体106和第二液体108保持在腔104内的另一种合适的结合件。另外或替代地，第二外层122可以结合到中间层120的另一侧(例如，图像侧)(例如，与第一外层118相对)。例如，第二外层122通过结合件134B和(或)结合件134C结合到中间层120，每个结合件可以如本文关于结合件134A所描述地配置。在一些实施例中，中间层120设置在第一外层118和第二外层122之间，中间层中的孔在相对侧上被第一外层和第二外层覆盖，并且腔104的至少一部分被限定在孔内。因此，第一外层118的覆盖腔104的一部分用作第一窗口114，第二外层122的覆盖腔的一部分用作第二窗口116。

在一些实施例中，腔104包括第一部分104A和第二部分104B。例如，在图1所示的实施例中，腔104的第二部分104B由中间层120中的孔限定，并且腔的第一部分104A设置在腔的第二部分和第一窗口114之间。在一些实施例中，第一外层118包括如图1所示的凹部，腔104的第一部分104A设置在第一外层的凹部内。因此，腔104的第一部分104A设置在中间层120中的孔的外部。

在一些实施例中，腔104(例如腔的第二部分104B)是锥形的，如图1所示，使得腔的横截面面积沿光轴112在从对象侧到图像侧的方向上减小。例如，腔104的第二部分104B包括窄端105A和宽端105B。术语“窄”和“宽”是相对性术语，表示窄端比宽端更窄，或者宽度或直径更小。这样的渐缩腔可帮助维持第一液体106和第二液体108之间的界面110沿着光轴112的对准。在其他实施例中，腔是渐缩的，使得腔的横截面积在从对象侧到图像侧的方向上沿着光轴增加，或者是非渐缩的，使得腔的横截面积沿着光轴实质上保持恒定。

在一些实施例中，图像光通过第一窗口114进入液体透镜100，在第一液体106和第二液体108之间的界面110处折射，并通过第二窗口116离开液体透镜。在一些实施例中，第一外层118和(或)第二外层122包括足够的透明度以使得图像光能够通过。例如，第一外层118和(或)第二外层122包括聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。在一些实施例中，第一外层118和(或)第二外层122的外表面是实质平坦的。因此，即使液体透镜100可以用作透镜(例如通过将穿过界面110的图像光折射)，液体透镜的外表面也可以是平坦的，而不是像固定透镜的外表面样弯曲。这种平坦的外表面可以使将液体透镜100整合到光学组件(例如透镜叠堆)中的难度降低。在其他实施例中，第一外层和(或)第二外层的外表面是弯曲的(例如，凹面或凸面)。因此，液体透镜可以包括整合的固定透镜。在一些实施例中，中间层120包括金属、聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。因为图像光可以穿过中间层120中的孔，所以中间层可以是透明的或可以不是透明的。

尽管液体透镜100的透镜主体102被描述为包括第一外层118、中间层120和第二外层122，但是在本公开内容中包括其他实施例。例如，在一些其他实施例中，省略一个或多个层。例如，中间层中的孔可以被构造为不完全延伸穿过中间层的盲孔，并且可以省略第二外层。尽管腔104的第一部分104A在本文中被描述为设置在第一外层118中的凹部内，但是本公开内容中包括其他实施例。例如，在一些其他实施例中，省略了凹部，并且腔的第一部分设置在中间层中的孔内。因此，腔的第一部分是孔的上部，而腔的第二部分是孔的下部。在一些其他实施例中，腔的第一部分部分地设置在中间层中的孔内并且部分地设置在孔的外部。

在一些实施例中，液体透镜100包括与第一液体106电连通的共同电极124。另外或替代地，液体透镜100包括驱动电极126，驱动电极126设置在腔104的侧壁上并且与第一液体106和第二液体108绝缘。可以向共同电极124和驱动电极126提供不同的电压，以改变界面110的形状，如本文所述。

在一些实施例中，液体透镜100包括导电层128，导电层128的至少一部分设置在腔104内。例如，导电层128包括在将第一外层118和(或)第二外层122结合到中间层之前施加到中间层120的导电涂层。导电层128可包括金属材料、导电聚合物材料、另一种合适的导电材料或其组合。另外或替代地，导电层128可以包括单层或复数层，其中一些或全部可以是导电的。在一些实施例中，导电层128限定共同电极124和(或)驱动电极126。例如，在将第一外层118和(或)第二外层122结合到中间层之前，可以将导电层128施加到中间层118的实质上整个外表面上。在将导电层128施加到中间层118之后，可以将导电层分割成各种导电组件(例如共同电极124、驱动电极126和(或)其他电气装置)。在一些实施例中，液体透镜100在导电层128中包括划痕130A，以将共同电极124和驱动电极126彼此隔离(例如电隔离)。在一些实施例中，划痕130A包括导电层128中的间隙。例如，划痕130A是具有约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约25μm、约30μm、约35μm、约40μm、约45μm、约50μm或所列值定义的任何范围的宽度的间隙。

在一些实施例中，液体透镜100包括设置在腔104内的绝缘层132。例如，绝缘层132包括在将第一外层118和(或)第二外层122结合到中间层之前施加到中间层120的绝缘涂层。在一些实施例中，绝缘层132包括在将第二外层122结合到中间层120之后并且在将第一外层118结合到中间层之前施加到导电层128和第二窗口116的绝缘涂层。因此，绝缘层132覆盖第二窗口116和腔104的导电层128的至少一部分(例如驱动电极126)。在一些实施例中，绝缘层132可以是足够透明的，以使得图像光能够通过第二窗口116，如本文所述。绝缘层132可包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚对二甲苯、另一种合适的聚合或非聚合绝缘材料或其组合。另外或替代地，绝缘层132包括疏水材料。另外或替代地，绝缘层132可以包括单层或复数层，其中一些或全部可以是绝缘的。

在一些实施例中，绝缘层132覆盖驱动电极126的至少一部分(例如，驱动电极的设置在腔104内的部分)以使第一液体106和第二液体108与驱动电极绝缘。另外或替代地，设置在腔104内的共同电极124的至少一部分未被绝缘层132覆盖。因此，如本文所述，共同电极124可以与第一液体106电连通。在一些实施例中，绝缘层132包括腔104的第二部分104B的疏水表面层。这样的疏水表面层可以帮助将第二液体108保持在腔104的第二部分104B内(例如通过在非极性第二液体和疏水材料之间的吸引)和(或)使界面110的周边能够沿着疏水表面层移动(例如通过电润湿)，以改变界面的形状，如本文所述。

图2是通过第一外层118观察的液体透镜100的示意性前视图，而图3是从第二外层122看去的液体透镜的示意性后视图。为了清楚起见，在图2和图3中，除了一些例外，大抵以虚线示出结合件，大抵以粗线示出划痕，而大抵以较浅的线示出其他特征。

在一些实施例中，共同电极124被限定在划痕130A和结合件134A之间，并且共同电极的一部分未被绝缘层132覆盖，使得共同电极可以如本文所述与第一液体106电连通。在一些实施例中，结合件134A被配置为使得在结合件内部(例如在腔104内)的导电层128的部分和结合件外部(例如在腔内)的导电层的部分之间保持电连续性。在一些实施例中，液体透镜100在第一外层118中包括一个或多个切口136。例如，在图2所示的实施例中，液体透镜100包括第一切口136A、第二切口136B、第三切口136C和第四切口136D。在一些实施例中，切口136包括液体透镜100的被去除第一外层118以暴露导电层128的部分。因此，切口136可以使得能够电连接到共同电极124，并且在切口处暴露的导电层128的区域可以用作触点，以使得液体透镜100能够电连接到控制器、驱动器或透镜或相机系统的另一部件。

尽管切口136在本文中被描述为定位在液体透镜100的拐角处，但是其他实施例也包括在本公开内容中。例如，在一些实施例中，一个或多个切口设置在液体透镜的外周内侧和(或)沿着液体透镜的一个或多个边缘。

在一些实施例中，驱动电极126包括多个驱动电极段。例如，在图2至图3所示的实施例中，驱动电极126包括第一驱动电极段126A、第二驱动电极段126B、第三驱动电极段126C和第四驱动电极段126D。在一些实施例中，驱动电极段围绕腔104的侧壁实质均匀地分布。例如，每个驱动电极段占据腔104的第二部分104B的侧壁的约四分中的一者或一个象限。在一些实施例中，相邻的驱动电极段通过划痕彼此隔离。例如，第一驱动电极段126A和第二驱动电极段126B通过划痕130B彼此隔离。另外或替代地，第二驱动电极段126B和第三驱动电极段126C通过划痕130C彼此隔离。另外或替代地，第三驱动电极段126C和第四驱动电极段126D通过划痕130D彼此隔离。另外或替代地，第四驱动电极段126D和第一驱动电极段126A通过划痕130E彼此隔离。各种划痕130可以如本文参考划痕130A所描述的那样配置。在一些实施例中，如图3所示，各个电极段之间的划痕延伸超过腔104并延伸到液体透镜100的背面。这种配置可以确保相邻的驱动电极段彼此电隔离。另外或替代地，这样的配置可以使每个驱动电极段具有如本文所述的用于电连接的对应触点。

尽管在此将驱动电极126描述为被划分为四个驱动电极段，但是在本公开内容中包括其他实施例。在一些其他实施例中，驱动电极包括单个驱动电极(例如大抵外接腔的侧壁)。例如，包括这样的单个驱动电极的液体透镜可以能够改变焦距，但是不能使界面倾斜(例如仅能自动聚焦的液体透镜)。在一些其他实施例中，驱动电极被分成两个、三个、五个、六个、七个、八个或更多个驱动电极段(例如围绕腔的侧壁实质均匀地分布)。

在一些实施例中，结合件134B和(或)结合件134C被配置为使得在导电层128在相应结合件内的部分与导电层在相应结合件外的部分之间保持电连续性。在一些实施例中，液体透镜100在第二外层122中包括一个或多个切口136。例如，在图3所示的实施例中，液体透镜100包括第五切口136E、第六切口136F、第七切口136G和第八切口136H。在一些实施例中，切口136包括液体透镜100的被去除第二外层122以暴露导电层128的部分。因此，切口136可以使得能够电连接到驱动电极126，并且在切口136处暴露的导电层128的区域可以用作触点，以使得液体透镜100能够电连接到控制器、驱动器或透镜或相机系统的另一部件。

可以将不同的驱动电压提供给不同的驱动电极段以倾斜液体透镜的界面(例如，用于OIS功能)。另外或替代地，可以将驱动电压提供给单个驱动电极，或者可以将相同的驱动电压提供给每个驱动电极段，以将液体透镜的界面保持在围绕光轴的大致球形的方向上(例如，用于自动聚焦功能)。

在一些实施例中，液体透镜100在调节液体透镜焦距时具有足够快的响应时间，和(或)在焦点转变期间维持足够平滑或均匀的界面110，以使得液体透镜连续地扫过焦距范围同时维持相对低的RMS WFE，从而可以在如本文所述的焦点调节期间记录高速视频。

例如，当调节液体透镜100的界面110(例如，以改变液体透镜的焦距)时，第一液体106和第二液体108需要时间才能移动到它们的调节位置。例如，由于液体相对于彼此和(或)相对于腔104的边界运动的流体动力学，第一液体106和第二液体108的移动可能需要时间。液体透镜100的配置和操作可以实现本文所述的快速响应时间和(或)低RMS WFE。例如，液体透镜100的结构、第一液体106和第二液体108的特性以及用于调节界面110的驱动信号，可以实现本文所述的快速响应时间和(或)低RMS WFE。

在一些实施例中，增加液体透镜100的高度可以改善(例如减少)响应时间。例如，增加界面110和第一窗口114(例如，第一窗口的内表面)之间的距离，和(或)增加界面和第二窗口116(例如，第二窗口的内表面)之间的距离，可以减小响应时间。尽管本公开内容不受理论的限制，但据信更多的液体运动远离第一液体106和(或)第二液体108的边界层发生(例如，在第一窗口114和(或)或第二窗口116)的液体透镜100配置，分别有助于使界面110附近的液体更自由地移动。然而，增加界面110与第一窗口114和(或)第二窗口116之间的距离可能具有递减的回报。另外或替代地，减小腔104的高度(例如减小液体透镜100中的第一液体106和(或)第二液体108的量)和(或)减小界面110与第一窗口114和(或)第二窗口116(例如，随着界面移动而增加阻尼)之间的距离可能是有利的。因此，竞争因素之间的平衡可以用于确定腔104的适当高度(例如第一窗口114和第二窗口116之间的距离)以及液体透镜100中的第一液体106和第二液体108的体积。

在一些实施例中，减小界面110的宽度或直径可以改善响应时间。例如，减小液体透镜100的直径(例如，腔104的窄端105A和(或)宽端105B的直径)可以减少响应时间。另外或替代地，减小腔104的侧壁与光轴112之间的角度可以减小响应时间。尽管本公开内容不受理论限制，但是据信减少在液体透镜100内移动的第一液体106和(或)第二液体108的量(例如，体积)可以帮助使界面110能够更快地移动。

在一些实施例中，液体透镜100可以将光学像差引入透射过液体透镜的光(例如，图像光)。例如，界面110可以具有在光学上不理想的形状，其可以引入光学像差(例如彗形、三叶形、像散等)。在一些实施例中，液体透镜100可以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。

在一些实施例中，增加界面110的尺寸可以减小光学像差。例如，相对于窄端105A加宽腔104(例如，通过增加锥角来加宽形成腔的侧壁的截锥)可以减小一些光学像差。尽管本公开内容不受理论限制，但据信最强的光学像差(例如，对于三叶形)发生在界面110的边缘(例如，界面接触腔104的侧壁的地方)。通过将界面110的边缘移到透射到达图像传感器的光的液体透镜110的区域的外(例如，在光学孔径的外)，可对到达图像传感器以产生图像的光减小光学像差。例如，在保持锥角和净孔径相同的同时增加腔104的窄端105A的尺寸，可以减小一些光学像差。

在一些实施例中，某些类型的WFE可以增加，而其他类型的WFE可以减少，反之亦然。例如，减小锥角(例如，使腔室104的侧壁变陡)可以增加三叶形，同时减小彗形。因此，竞争因素之间的平衡可以用于确定液体透镜100的参数。

在一些实施例中，腔104的形状可以被配置成平衡或优先考虑液体透镜100的操作参数(例如，如本文所述使液体透镜能够操作用于记录高速视频)。例如，腔104的侧壁相对于光轴112的角度可以是约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度之间，或者它们之间的任何角度，或者以这些值的任何组合为边界的任何范围，尽管在某些情况下可以使用这些范围的外的其他角度。

在一些实施例中，可以配置液体透镜100，使得在界面110的转变期间(例如在调节液体透镜的焦点期间)，第一液体106上的剪切力和第二液体108上的剪切力可以实质平衡。例如，第一液体106和第二液体108上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％或它们之间的任何值，或由这些值的任何组合限制的任何范围，尽管可以使用其他值。例如，当界面110移动时，第一液体106的一部分和第二液体108的一部分可以在腔104内移动，而与液体透镜100中的固定结构相邻的第二液体108的一部分和第一液体106的一部分(例如第一窗口114和(或)第二窗口116)可以用作第一液体和第二液体的边界层，其可以阻止运动。在一些实施例中，剪切力可以延伸并影响第一液体106和第二液体108在界面110处的运动，这可以减慢液体透镜100的响应时间。另外或替代地，剪切力可以增加液体透镜100中的阻尼。剪切力可影响界面110的运动的程度，可以取决于例如第一液体106和第二液体108的粘度、具有固定结构的界面110的面积和(或)与边界层到界面的距离。在一些实施例中，第一液体106可具有1至2mPa*s(在摄氏20度)的粘度和(或)第二液体108可具有2至5mPa*s(在摄氏20度)的粘度。因为第二液体108可以比第一液体106更粘，所以剪切力在第二液体中比在第一液体中更远离边界层具有更大的作用。因此，第二液体108的高度可随着第二液体的粘度相对于第一液体106的粘度增加而增加，以平衡剪切力(例如，在界面110处)。在一些实施例中，较大的边界层面积(例如，液体与固定结构之间的更多接触面积)可以增加剪切力。因此，可以调节腔104内的第一液体106和第二液体108的相对高度，以解决液体中的边界层面积。在一些实施例中，第一液体106的高度与第二液体108的高度的比率，可以为约10：1、约7：1、约5：1、约3：1、约2：1、约1.5：1、约1：1、约0.75：1、约0.5：1、约0.25：1、约0.1：1，或者它们之间的任何值，或者由这些值的任何组合限制的比率的任何范围，尽管这些范围的外的值在某些情况下可以使用。在一些实施例中，第二液体108的高度可以比第一液体106的高度大(反之亦然)，例如0％(相同大小)、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约75％、约100％、约150％、约200％、约300％或它们之间的任何值，或以这些值的任何组合为界的任何值范围，尽管可以使用其他值。

在一些实施例中，腔104的窄端105A的宽度或直径与第一液体106的高度和(或)第二液体108的高度的比率，可以为约25：1、约20：1、约15：1、约12：1、约10：1、约8：1、约6：1、约5：1、约4：1、约3：1、约2：1、约1.5：1、约1.25：1、约1：1、约0.9：1、约0.8：1、约0.75：1，或它们之间的任何比率值，或由这些比率值的任何组合限制的任何值范围，尽管在某些实施例中可以使用这些范围的外的其他值。如本文所述的液体的高度可以指的是当液体透镜处于零屈光度的焦点时(例如，当界面平坦时)的液体的高度。腔104的总高度可以是针对第一液体106的高度和第二液体108的高度所公开的任何值的总和。在一些实施例中，腔104的窄端105A的宽度或直径，可以比第一液体106的高度和(或)第二液体108的高度大0％(相同大小)、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1000％，尽管可以使用其他值，或是它们之间的任何值，或由这些值的任何组合限定的任何范围的值。在一些实施例中，第一液体106的高度和(或)第二液体108的高度，可以比腔104的窄端105A的宽度或直径大0％(相同大小)、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％或它们之间的任何值，或尽管可以使用其他值，但这些值的任何组合都可以限制任何范围的值。

在一些实施例中，液体透镜100被配置为(例如使用本文所述参数)在调节液体透镜焦距时具有足够快的响应时间，和(或)在焦点转变期间维持足够平滑或均匀的界面110，以使得液体透镜连续地扫过焦距范围同时维持相对低的RMS WFE，从而可以在如本文所述的焦点调节期间记录视频(例如高速视频)。图4是表示当液体透镜的焦点扫过一定范围的焦距时液体透镜100的一些实施例的图像质量的图。X轴以毫秒为单位示出时间。图表左侧的Y轴示出RMS WFE或峰谷(PV)Zernike系数，均以μm为单位。曲线图右侧的Y轴示出屈光度中的液体透镜的焦距(例如，透镜光焦度)。用于产生图4中所示的曲线的液体透镜被如图1所示配置，并且具有3.6mm直径和55μm厚的第一窗口114、482μm厚的中间层120、腔104的直径1.85mm的窄端105A、腔侧壁与光轴112之间为30度角，以及零屈光度(例如第二液体108的高度)处，第二窗口116和界面110之间的255μm距离。

为了产生图4所示的图，以周期性振荡来调节液体透镜的焦点，PV振幅为20屈光度且频率为2Hz，导致焦距随时间变化，这由聚焦曲线160表示，其在22屈光度处具有峰，而2屈光度处有谷。WFE曲线162示出了在焦点调节(例如焦点振荡)期间以1ms间隔测量的液体透镜的RMS WFE。如图4所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜的RMS WFE保持在70nm或更小。球面像差曲线164示出在焦点调节(例如焦点振荡)期间以1ms间隔测量的PV球面Zernike系数

的绝对值(例如，所确定的系数乘以-1)。如图4所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，PV球面Zernike系数保持在低于40nm。四面体像差曲线166表示PV垂直四面体Zernike系数/>

其在焦点调节(例如，焦点振荡)期间以1ms间隔测量。如图4所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，PV垂直四面体Zernike系数保持在低于140nm。

在一些实施例中，在以20屈光度的PV振幅和2Hz的频率在周期性振荡中调节液体透镜100的焦点时，以1ms间隔测量的液体透镜的RMS WFE在周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小、90nm或更小、80nm或更小，或70nm或更小。另外或替代地，在周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜100的PV球面Zernike系数保持在低于40nm。另外或替代地，在周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜100的PV垂直四面体Zernike系数保持在低于140nm。

图5是表示当液体透镜的焦点扫过一定范围的焦距时液体透镜100的一些实施例的图像质量的图。X轴以毫秒为单位示出时间。图表左侧的Y轴示出RMS WFE或PV Zernike系数，均以μm为单位。曲线图右侧的Y轴示出屈光度中的液体透镜的焦距(例如，透镜光焦度)。用于产生图5中所示的曲线的液体透镜，与用于产生图4所示曲线的液体透镜相同。

为了产生图5所示的图，以周期性振荡来调节液体透镜的焦点，PV振幅为22屈光度且频率为10Hz，导致焦距随时间变化，这由聚焦曲线170表示，其在21屈光度处具有峰，而-1屈光度处有谷。WFE曲线172示出了在焦点调节(例如焦点振荡)期间以1ms间隔测量的液体透镜的RMS WFE。如图5所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜的RMS WFE保持在90nm或更小。球面像差曲线174示出在焦点调节(例如焦点振荡)期间以1ms间隔测量的PV球面Zernike系数

的绝对值(例如，所确定的系数乘以-1)。如图5所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，PV球面Zernike系数保持在低于50nm。四面体像差曲线176表示PV垂直四面体Zernike系数/>

其在焦点调节(例如，焦点振荡)期间以1ms间隔测量。如图5所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，PV垂直四面体Zernike系数保持在低于180nm。

在一些实施例中，在以22屈光度的PV振幅和10Hz的频率在周期性振荡中调节液体透镜100的焦点时，以1ms间隔测量的液体透镜的RMS WFE在周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小，或90nm或更小。另外或替代地，在周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜100的PV球面Zernike系数保持在低于50nm。另外或替代地，在周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜100的PV垂直四面体Zernike系数保持在低于180nm。

比较图4和图5，可以看出液体透镜100即使在明显更快的扫掠时也能够在整个聚焦扫掠中保持低RMS WFE。例如，液体透镜100可以在具有本文所述的PVR幅度(例如20屈光度至22屈光度)和2Hz、3Hz、4Hz、5Hz、6Hz、7Hz、8Hz、9Hz、10Hz或任何列出的值定义的范围的频率的周期性振荡的整个完整周期中维持本文所述的RMS WFE。

图6是表示当液体透镜的焦点扫过一定范围的焦距时液体透镜100的一些实施例的图像质量的图。X轴以毫秒为单位示出时间。图表左侧的Y轴示出RMS WFE或PV Zernike系数，均以μm为单位。曲线图右侧的Y轴示出屈光度中的液体透镜的焦距(例如，透镜光焦度)。用于产生图6中所示的曲线的液体透镜，与用于产生图4与图5所示曲线的液体透镜相同。

为了产生图6所示的图，以周期性振荡来调节液体透镜的焦点，PV振幅为69屈光度且频率为2Hz，导致焦距随时间变化，这由聚焦曲线180表示，其在68屈光度处具有峰，而-1屈光度处有谷。WFE曲线182示出了在焦点调节(例如焦点振荡)期间以1ms间隔测量的液体透镜的RMS WFE。如图6所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜的RMS WFE保持在255nm或更小。球面像差曲线184示出在焦点调节(例如焦点振荡)期间以1ms间隔测量的PV球面Zernike系数

的绝对值(例如，所确定的系数乘以-1)。如图6所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，PV球面Zernike系数保持在低于500nm。四面体像差曲线186表示PV垂直四面体Zernike系数/>

其在焦点调节(例如，焦点振荡)期间以1ms间隔测量。如图6所示，在整个周期性振荡的一个完整周期中，PV垂直四面体Zernike系数保持在低于400nm。

在一些实施例中，在以69屈光度的PV振幅和2Hz的频率在周期性振荡中调节液体透镜100的焦点时，以1ms间隔测量的液体透镜的RMS WFE在周期性振荡的一个完整周期中保持在300nm或更小、290nm或更小、280nm或更小、270nm或更小、260nm或更小，或255nm或更小。另外或替代地，在周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜100的PV球面Zernike系数保持在低于500nm。另外或替代地，在周期性振荡的一个完整周期中，液体透镜100的PV垂直四面体Zernike系数保持在低于400nm。

在一些实施例中，在以69屈光度的PV振幅和2Hz的频率在周期性振荡中调节液体透镜100的焦点时，以1ms间隔测量的液体透镜的RMS WFE在周期性振荡的一个完整周期的一部分中保持在250nm或更小、200nm或更小、150nm或更小、140nm或更小、130nm或更小、120nm或更小、110nm或更小，或100nm或更小，其中液体透镜的焦点小于40屈光度、小于30屈光度或小于20屈光度。因此，通过聚焦调节的有用部分(例如，连续聚焦扫描)，液体透镜的图像质量可以是合适的(例如，用于高速视频记录)。

在图4至图6中示出的聚焦调节期间液体透镜100的相对较低的RMS WFE(例如，连续聚焦扫掠)，可以使图像能够在界面110处于转变状态时被捕获(例如，无需等待界面稳定或停止移动)，这可以使用如本文所述的液体透镜。

图7是视频记录装置200的一些实施例的示意性截面图。例如，视频记录装置200可以被配置为可操作以记录如本文所述的视频(例如，高速视频)的相机模块。在一些实施例中，视频记录装置200包括透镜组件202。例如，透镜组件202包括沿光轴对准的第一透镜组204、液体透镜100和第二透镜组206。第一透镜组204和第二透镜组206中的每者可以独立地包括一个或多个透镜(例如，固定透镜)。

尽管透镜组件202在本文中被描述为包括液体透镜100，但是其他实施例也包括在本公开内容中。在一些实施例中，透镜组件包括可变焦距透镜，其可以是液体透镜(例如液体透镜100)、流体静力流体透镜(例如，包括设置在柔性膜内的流体或聚合物材料，其曲率是可变的，例如，通过注入或抽出流体和(或)通过向流体透镜施加外力)、液晶透镜，或焦距可以改变的其他类型的透镜(例如无需平移、倾斜，或相对于图像传感器移动透镜组件)。

尽管透镜组件202在本文中被描述为包括设置在第一透镜组204和第二透镜组206之间的液体透镜100，但是其他实施例也包括在本公开内容中。在一些其他实施例中，透镜组件包括沿光轴设置在液体透镜100的任一侧(例如对象侧或图像侧)的单个透镜或单个透镜组。

在一些实施例中，视频记录装置200包括图像传感器208。例如，透镜组件202被定位成将图像聚焦在图像传感器208上。图像传感器208可以包括半导体电荷耦合组件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、N型金属氧化物半导体(NMOS)、另一图像感测组件或它们的组合。图像传感器208可以侦测由透镜组件202聚焦在图像传感器上的图像光，以捕获由图像光呈现的图像。在一些实施例中，图像传感器208可以重复捕获由图像光呈现的图像以记录视频(例如高速视频)，如本文所述。

在一些实施例中，视频记录装置200包括壳体210。例如，如图7所示，透镜组件202和(或)图像传感器208安装在壳体210中。这样的配置可以帮助维持透镜组件202和图像传感器208之间的正确对准。在一些实施例中，视频记录装置200包括盖212。例如，盖212位于壳体210上。盖212可以帮助保护和(或)屏蔽透镜组件202、图像传感器208和(或)壳体210。在一些实施例中，视频记录装置200包括与透镜组件202相邻(例如在透镜组件的对象侧的端部)设置的透镜盖214。透镜盖214可以帮助保护透镜组件202(例如第一镜片组204)免受刮擦或其他损坏。

在一些实施例中，可变焦距透镜(例如液体透镜100)的视场(FOV)在焦点调节(例如参考图4至6描述的聚焦扫描)期间保持实质恒定。例如，液体透镜100的FOV在整个周期性振荡的一个完整周期中保持实质恒定。可以通过缺少液体透镜100和(或)光学系统202相对于图像传感器208的实体运动(例如在平行于光轴的方向上平移)来实现这种恒定的FOV。另外或替代地，这种恒定的FOV可以实现改变液体透镜100的焦点而无需补偿入射在图像传感器208上的所得图像的边缘处的变化(例如，由随着变化的焦点而变化的FOV引起的变化)。通过不补偿这种变化而可以节省的处理能力，可以帮助实现本文所述的高速视频记录。

图8是示出视频记录系统300的一些实施例的方块图。在一些实施例中，视频记录系统300包括可变焦距透镜，例如液体透镜100。在一些实施例中，视频记录系统300包括控制器304。控制器304可以被配置为向液体透镜100的共同电极124提供共同电压，并且向液体透镜的驱动电极126提供驱动电压。可以通过共同电压和驱动电压之间的电压差，来控制液体透镜100的界面110的形状和(或)液体透镜的界面的位置。在一些实施例中，共同电压和(或)驱动电压包括振荡电压信号(例如方波、正弦波、三角波、锯齿波或另一振荡电压信号)。在一些这样的实施例中，共同电压和驱动电压之间的电压差包括均方根(RMS)电压差。另外或替代地，使用脉冲宽度调变(例如通过操纵差动电压信号的工作比例)、脉冲幅度调变(例如通过操纵差动电压信号的幅度)、另一种合适的控制方法或以上的组合，来操纵共同电压和驱动电压之间的电压差。

在各种实施例中，控制器304可包括通用处理器、数字信号处理器、特定应用集成电路、现场可编程门阵列、模拟电路、数字电路、服务器处理器、以上的组合或其他现在已知或以后开发的处理器中的一个或多个。控制器304可以实现各种处理策略中的一种或多种，例如多处理、多任务、并行处理、远程处理、集中式处理等。控制器304可以响应于或可操作来执行作为软件、硬件、集成电路、固件、微代码等的一部分存储的指令。

在一些实施例中，视频记录系统300包括温度传感器306，温度传感器306可以被整合到液体透镜100、视频记录装置200或视频记录系统的另一组件中。温度传感器306可以被配置为侦测视频记录装置200内(例如液体透镜100内)的温度，并产生指示侦测到的温度的温度信号。在一些实施例中，共同电压与驱动电压之间的电压差至少部分地基于由温度传感器产生的温度信号，温度信号能够补偿随着温度变化而改变的液体透镜的电特性和(或)实体特性。这种补偿可以帮助实现本文描述的液体透镜的改进的速度和图像质量。

在一些实施例中，视频记录系统300包括加热装置308，加热装置308可以被整合到液体透镜100、视频记录装置200或视频记录系统的另一组件中。加热装置308可经配置以将热量引入视频记录装置200(例如液体透镜100)，以提高视频记录装置或其一部分的温度。这种加热可以帮助实现本文描述的液体透镜的改进的速度和图像质量。

图9是视频记录装置200的一些实施例的示意性射线图。在一些实施例中，视频记录装置200包括透镜组件202，透镜组件202包括沿着光轴对准的第一透镜组204、液体透镜100和第二透镜组206。在图9所示的实施例中，第一透镜组204包括两个固定透镜，第二透镜组206包括三个固定透镜。在其他实施例中，第一和第二透镜组可以包括更多或更少的透镜。在一些实施例中，视频记录装置200包括图像传感器208和红外(IR)截止滤光器210，并且透镜组件202被定位成通过IR截止滤光器将图像聚焦到图像传感器上。在图9所示的实施例中，图像传感器208包括1/3.2英寸光学格式传感器(例如，对角线长度为5.68毫米、宽度为4.54毫米、高度为3.42毫米、面积为15.5平方毫米、像素尺寸约1μm的传感器)。

图10A至10N是代表图9所示的视频记录装置200的整个场的模型化的SFR的图，当液体透镜100的焦点扫过如图6所示的焦距范围时。为了产生图10A至图10N中所示的图，以每毫米110线对(lp/mm)的频率对视频记录装置的SFR建模，频率等于图像传感器的1/4奈奎斯特频率，其可以基于图像传感器的像素间距来确定。在图10A至图10N所示的图中，X轴示出以mm为单位的Y场(例如，水平场)，并且Y轴示出SFR。应当注意，图10A至图10N所示的Y字段编号是代表图像传感器的一半的半场编号(例如，Y轴上的零代表图像传感器的水平中心)。因此，可以通过将报告的半场编号乘以2来确定全场编号，并且图像传感器另一半的SFR数据将是图中所示资料的镜像。以mm为单位的Y场表示图像传感器上的位置(例如，水平位置)。可以使用以下公式(1)将以mm为单位的Y场转换为弧度(或度)：

Y＝f tanθ (1),

其中，Y是以毫米为单位的Y场，f是以毫米为单位的视频记录装置的透镜系统的焦距，而θ是以弧度为单位的Y场(例如，视场)。另外或替代地，以mm为单位的Y场可以表示为图像传感器的宽度的百分比。

在图10A至10N中，实线(下部的线对)表示SFR，虚线(上部的线对)表示理想的SFR。因此，当液体透镜扫过焦距范围时，SFR和理想SFR在整个视场之间的距离可以指示图像传感器捕获的图像的光学质量。对于每对线，上线对应于弧矢SFR，下线对应于切线SFR。

图10A表示焦点为0屈光度的液体透镜100的视频记录装置200的SFR。图10B表示焦点为5屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10C表示焦点为10屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10D表示焦点为15屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10E表示焦点为20屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10F表示焦点为25屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10G表示焦点为30屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10H表示焦点为35屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10I表示焦点为40屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10J表示焦点为45屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10K表示焦点为50屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10L表示焦点为55屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10M表示焦点为60屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。图10N表示焦点为68屈光度的液体透镜100的视频记录装置的SFR。

如图10A至图10N所示，随着液体透镜100的焦点扫过焦距范围，视频记录装置200的SFR随着场的增加和焦距的增加而减小。然而，如本文所述，在焦点转变期间液体透镜100的改善的图像质量，可以使视频记录装置200具有合适的图像质量(例如，如由SFR反射的)直到最大场(例如，针对预期应用的最大关注场)和(或)在焦点范围内(例如针对预期应用的关注焦点范围)。在一些实施例中，视频记录装置200在焦点范围上的最大场上保持至少35％、至少40％、至少50％、至少60％或至少70％的SFR。例如，最大场可以是1.0毫米、1.1毫米、1.2毫米、1.3毫米、1.4毫米、1.5毫米、1.6毫米、1.7毫米、1.8毫米、1.9毫米、2.0毫米、2.1毫米、2.2毫米、2.3毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.7毫米、2.8毫米、2.9毫米、3.0毫米、3.1毫米、3.2毫米、3.3毫米、3.4毫米、3.5毫米、3.6毫米、3.7毫米、3.8毫米、3.9毫米或4.0毫米。另外或替代地，最大场可以是5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度或75度。在一些实施例中，最大场可以表示如本文所述的最大半场。因此，最大全场可以是所列值的两倍(例如，以mm或度为单位的所列值)。另外或替代地，聚焦范围可以是0屈光度至5屈光度、10屈光度、15屈光度、20屈光度、25屈光度、30屈光度、35屈光度、40屈光度、45屈光度、50屈光度、55屈光度或任何列出值的任意组合所界定的范围。在一些实施例中，可以如ISO 12233：2017“摄影-电子静态图片成像-分辨率和空间频率响应”中所述来测量SFR。另外或替代地，可以在1/4奈奎斯特频率下测量SFR。

在一些实施例中，电子装置包括视频记录装置200。例如，电子装置可以是智能电话、平板计算机、膝上型计算机、可穿戴装置、增强现实(AR)装置、虚拟现实(VR)装置、数字相机、视频聊天装置、动作相机装置或其他合适的电子设备。图11是包括视频记录装置200的智能电话400的一些实施例的示意性后视图。在一些实施例中，智能型手机400包括相机模块402。视频记录装置200和相机模块402可以被配置为执行不同的功能。例如，智能型手机400可用于使用视频记录装置200记录视频，并使用相机模块402捕获静态照片。另外或替代地，视频记录装置200可以是不同于相机模块402的专用视频记录装置。这样的设计可以使得视频记录装置200可以被配置用于改进的视频记录(例如，高速视频记录)，并且相机模块402可以被配置用于改善的静态摄影。

尽管视频记录装置200被描述为结合到电子设备中，但是其他实施例也包括在本公开内容中。例如，在其他实施例中，车辆(例如汽车、卡车、摩托车、飞机、公共汽车、火车、船只、无人机或用于人或物体的另一种交通工具)包括视频记录装置200。

尽管视频记录装置200在本文中被描述为记录视频，但是其他实施例也包括在本公开内容中。在一些实施例中，视频记录装置能够记录静止图像或视频和静止图像两者。例如，视频记录可以记录静止图像和(或)可以通过循序捕获多个静止图像来记录视频。

图12是示出用于记录视频的方法500的一些实施例的流程图。在一些实施例中，方法500包括在步骤502处将液体透镜100的焦点从第一焦距调节到第二焦距。在一些实施例中，方法500包括在步骤504处，在调节液体透镜的焦点期间，以至少每秒30帧(fps)的图像捕获率捕获通过液体透镜100并入射到图像传感器208上的图像光，以记录视频。例如，图像捕获速率是至少240帧/秒(fps)、至少480fps或至少960fps。本文所述的液体透镜100的响应时间和(或)相对较低的RMS WFE，可以帮助实现如此高的图像捕获率(例如，高速视频记录)，同时保持所得视频的图像质量。例如，包括液体透镜100和图像传感器208的视频记录装置200包括如本文所述的SFR，这可以实现所得到的视频质量。

在一些实施例中，调节液体透镜100的焦点包括：由焦点调节率调节液体透镜的焦点。另外或替代地，焦点调节率与图像捕获率的比率是0.1屈光度/帧、0.2屈光度/帧、0.3屈光度/帧、0.4屈光度/帧、0.5屈光度/帧，或由以下任一项所界定的任何范围列出的值。例如，焦点调节率与图像捕获率的比率为0.1屈光度/帧至0.5屈光度/帧。将焦点调节率与图像捕获率的比率保持在0.5屈光度/帧或以下可以帮助避免视频模糊(例如，在视频的单个帧上焦点变化太大)。

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装置实施。专用计算装置可以是硬接线的以执行这些技术，或者可以包括数字电子装置(诸如一个或多个特定应用集成电路(ASIC)或场可编程门阵列(FPGA))，数字电子装置被持续性地编程以执行技术，或者可以包括一个或多个通用硬件处理器，该通用硬件处理器被编程为根据固件、存储器、其他存储设备或组合中的程序指令执行技术。指令可位于RAM存储器、闪存存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、缓存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM，或任何其他形式的非瞬时性计算机可读取存储介质。这种专用计算装置还可以将自定义的硬接线逻辑、ASIC或FPGA与自定义编程相结合，以实现这些技术。专用计算设备可以是桌面计算机系统、服务器计算机系统、便携计算机系统、手持式装置、网络装置或并入硬联机和(或)程序逻辑以实施这些技术的任何其他装置或装置的组合。

本文描述的处理器和(或)控制器可以由操作系统软件协调，诸如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，计算装置可以由专有操作系统控制。传统的操作系统控制和调度计算机程序以供执行、执行存储器管理、提供文件系统、网络、I/O服务，以及提供用户接口功能(诸如图形用户接口(GUI))等。

本文描述的处理器和(或)控制器，可以使用自定义的硬接线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和(或)程序逻辑(其使微处理器和(或)控制器成为专用机器)，来实施本文描述的技术。在一些实施例中，响应于执行包括在存储器中的一个或多个序列指令，由处理器(例如微处理器)和(或)其他控制器组件执行本文公开的技术的部分。这些指令可以从另一存储介质(诸如存储装置)读入存储器。包括在存储器中的指令序列的执行，可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，可以使用硬接线电路系统代替软件指令或与软件指令组合。

此外，结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑模块和模块，可以由诸如处理器装置、数字信号处理器(DSP)、特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、分立硬件部件，或被设计用于执行本文所述功能的以上的任何组合的机器来实现或执行。处理器装置可以是微处理器，或者，处理器装置可以是控制器、微控制器或状态机、它们的组合等。在一些实施例中，处理器装置可以包括被配置为处理计算机可执行指令的电路系统。另外或替代地，处理器装置可包括FPGA或其他可编程装置，其执行逻辑操作而不处理计算机可执行指令。处理器装置还可以实施为计算装置的组合，例如DSP和微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核心，或任何其他这样的配置的组合。尽管这里主要关于数字技术进行了描述，但是处理器装置也可以主要包括模拟部件。例如，本文描述的一些或所有技术，可以在模拟电路或混合模拟和数字电路系统中实施。

在本领域技术人员将清楚，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可对所要求保护的主题进行各种修改和变化。因此，所要求保护的主题仅受根据所附权利要求书和其等效范围的限制。

Claims (25)

1.一种液体透镜，包括：

腔；

第一液体，所述第一液体设置在所述腔内；和

第二液体，所述第二液体设置在所述腔内；

其中通过调节由所述第一液体和所述第二液体限定的可变界面的形状，可调节所述液体透镜的焦点；并且

其中在以具有20屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率的周期性振荡调节所述液体透镜的所述焦点时，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在所述周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小。

2.如权利要求1所述的液体透镜，其中所述周期性振荡包括在22屈光度处的峰和在2屈光度处的谷。

3.如权利要求1所述的液体透镜，其中所述周期性振荡包括在15屈光度处的峰和在-5屈光度处的谷。

4.如权利要求1所述的液体透镜，其中在所述周期性振荡的所述一个完整周期中，所述液体透镜的视场(FOV)保持实质恒定。

5.如权利要求1所述的液体透镜，其中所述第一液体和所述第二液体在所述界面处彼此接触。

6.如权利要求1所述的液体透镜，其中所述第一液体和所述第二液体在所述界面处通过膜彼此分离。

7.如权利要求1至6中任一项所述的液体透镜，其中在所述周期性振荡的所述一个完整周期中，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的所述RMS WFE保持在80nm或更小。

8.如权利要求1至6中任一项所述的液体透镜，其中在所述周期性振荡的所述一个完整周期中，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的所述RMS WFE保持在70nm或更小。

9.如权利要求1至6中任一项所述的液体透镜，包括：

共同电极，所述共同电极与所述第一液体电连通；和

驱动电极，所述驱动电极与所述第一液体和所述第二液体中的每者绝缘；

其中通过调节在所述共同电极与所述驱动电极之间的电压以调节由所述第一液体和所述第二液体限定的所述可变界面的所述形状，可调节所述液体透镜的所述焦点。

10.如权利要求9所述的液体透镜，其中所述驱动电极设置在所述腔的一侧壁上。

11.如权利要求10所述的液体透镜，其中所述驱动电极包括实质上围绕所述腔的所述侧壁的单个驱动电极。

12.如权利要求10所述的液体透镜，其中所述驱动电极包括围绕所述腔的所述侧壁实质均匀地分布的多个驱动电极。

13.一种记录视频的方法，所述方法包括：

将液体透镜的焦点从第一焦距调节到第二焦距；和

在调节所述液体透镜的所述焦点期间，以至少每秒30帧(fps)的图像捕获率捕获通过所述液体透镜并入射到图像传感器上的图像光，以记录所述视频，

其中所述液体透镜包括腔、设置在所述腔内的第一液体和设置在所述腔内的第二液体；

其中调节所述液体透镜的所述焦点包括调节由所述第一液体和所述第二液体限定的可变界面的形状；并且

其中在以具有20屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率的周期性振荡调节所述液体透镜的所述焦点时，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在所述周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述图像捕获率是至少240fps。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述图像捕获率是至少960fps。

16.如权利要求13所述的方法，其中：

包括所述液体透镜和所述图像传感器的视频记录装置包括根据ISO12233:2017在1/4奈奎斯特频率下测量的在所述液体透镜的焦点范围内至少35％直至最大全场的空间频率响应(SFR)；

所述焦点范围是0屈光度到30屈光度；并且

所述最大全场为50度。

17.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其中：

所述调节所述液体透镜的所述焦点包括：以焦点调节率调节所述液体透镜的所述焦点；并且

所述焦点调节率与所述图像捕获率的比率为0.1屈光度/帧至0.5屈光度/帧。

18.一种视频记录装置，包括：

图像传感器；

光学系统，所述光学系统定位成将图像聚焦在所述图像传感器上并且包括可变焦距透镜；和

控制器，所述控制器可操作以：

在聚焦期间以焦点调节率调节所述可变焦距透镜的焦点；和

在所述聚焦期间以至少每秒30帧(fps)的图像捕获率重复捕获聚焦在所述图像传感器上的所述图像，以记录视频；

其中所述焦点调节率与所述图像捕获率的比率为0.1屈光度/帧至0.5屈光度/帧；

其中所述可变焦距透镜包括液体透镜，所述液体透镜包括腔、设置在所述腔内的第一液体和设置在所述腔内的第二液体；

其中通过调节由所述第一液体和所述第二液体限定的可变界面的形状，可调节所述液体透镜的焦点；并且

其中在以具有20屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率的周期性振荡调节所述液体透镜的所述焦点时，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在所述周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小。

19.如权利要求18所述的视频记录装置，包括：

根据ISO 12233:2017在1/4奈奎斯特频率下测量的在所述可变焦距透镜的焦点范围内至少为35％直至最大全场的空间频率响应(SFR)；

其中所述焦点范围是0屈光度到30屈光度；并且

其中所述最大全场为50度。

20.如权利要求18所述的视频记录装置，其中所述图像捕获率为至少240fps。

21.如权利要求18所述的视频记录装置，其中所述图像捕获率为至少960fps。

22.一种电子装置，包括：

如权利要求18至21中任一项所述的视频记录装置；和

相机模块；

其中所述电子装置可操作以使用所述视频记录装置来记录所述视频，并且使用所述相机模块来捕获静态照片。

23.一种液体透镜，包括：

腔；

第一液体，所述第一液体设置在所述腔内；和

第二液体，所述第二液体设置在所述腔内；

其中通过调节由所述第一液体和所述第二液体限定的可变界面的形状，可调节所述液体透镜的焦点；并且

其中在以具有22屈光度的峰谷幅度和10Hz的频率的周期性振荡调节所述液体透镜的所述焦点时，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在所述周期性振荡的一个完整周期中保持在100nm或更小。

24.一种液体透镜，包括：

腔；

第一液体，所述第一液体设置在所述腔内；和

第二液体，所述第二液体设置在所述腔内；

其中通过调节由所述第一液体和所述第二液体限定的可变界面的形状，可调节所述液体透镜的焦点；并且

其中在以具有69屈光度的峰谷幅度和2Hz的频率的周期性振荡调节所述液体透镜的所述焦点时，以1ms间隔测量到的所述液体透镜的均方根(RMS)波前误差(WFE)在所述周期性振荡的一个完整周期中保持在300nm或更小。

25.如权利要求24所述的液体透镜，其中在所述周期性振荡的所述一个完整周期的其中所述液体透镜的所述焦点小于40屈光度的一部分中，以所述1ms间隔测量到的所述液体透镜的所述RMS WFE保持为100nm或更小。

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