JP5997148B2 - 再構成可能な非振動液体レンズ及びイメージングシステム - Google Patents
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Description
非振動液体レンズの液体レンズ滴の構成を調節する工程;及び
液体レンズ滴の第一又は第二ドロップレット部分の少なくとも1つを通過するイメージ経路によって、少なくとも1つの画像を取得する工程;
を含み、前記調節工程において、
非振動液体レンズは、基板の第一表面と第二表面との間に延びているチャネルを規定する前記基板を含むものとし;
前記液体レンズ滴は前記チャネル内で少なくとも部分的に保持されるものとのし;
前記液体レンズ滴は、前記基板の前記第一表面から突出している第一キャピラリー部分を含む第一ドロップレット部分と、前記基板の前記第二表面から突出している第二キャピラリー部分を含む第二ドロップレット部分とを含むものとし;
前記液体レンズ滴の前記第一及び第二ドロップレット部分が前記チャネルを通じて連結しているものとし;
前記液体レンズは筐体を更に含むものとし、前記筐体はチャンバを含み、そして、前記基板を少なくとも部分的に包囲するものとし;
前記チャネルは、前記第二液体を含む前記チャンバ内に存在するものとし;
第一液体を含む前記液体レンズ滴と前記第二液体とは、前記チャンバ内で直接又は間接的に接触しているものとし;そして、
調節が、前記第一ドロップレット部分又は前記第二ドロップレット部分の少なくとも1つに力を付与して前記チャネル内の前記液体レンズ滴を再構成させることを含み、それによって、前記液体レンズの焦点距離を調節するものとする。
液体レンズ滴に対して非湿潤性の基板を得る工程;
前記基板の第一表面から第二表面へ延びている少なくとも1つのチャネルを前記基板に提供する工程;
前記基板を貫通して延びている前記少なくとも1つのチャネルの内の1つのチャネル内で少なくとも部分的に保持される、第一液体を含む前記液体レンズ滴を提供する工程、ここで、前記液体レンズ滴は、前記基板の前記第一表面から突出している第一キャピラリー表面を有する第一ドロップレット部分と、前記基板の前記第二表面から突出している第二キャピラリー表面を有する第二ドロップレット部分とを含むものとし、そして、前記第一ドロップレット部分と前記第二ドロップレット部分とが前記の1つのチャネルを通じて連結しているものとする、前記工程;
前記基板を貫通して延びている前記の1つのチャネルを包囲するチャンバを含む筐体を提供する工程、ここで、前記基板の前記第一表面は、前記チャンバの第一チャンバ部分を規定することを容易にし、そして、前記基板の前記第二表面は、前記チャンバの第二チャンバ部分を規定することを容易にするものとする、前記工程;
前記チャンバの前記第一チャンバ部分及び前記第二チャンバ部分内に前記第二液体を配置する工程、ここで、前記第二液体と前記液体レンズ滴とが、前記チャンバ内で直接又は間接的に接触しているものとする、前記工程;及び
前記液体レンズ滴の構成を調節するために、前記液体レンズ滴の前記第一ドロップレット部分また前記第二ドロップレット部分の少なくとも1つへ動作可能なように結合しているアクチュエータを提供する工程、ここで、前記液体レンズ滴の構成の調節が前記液体レンズの焦点距離の調節であるものとする、前記工程;
を含む。
●基板110の第一チャネル113及び第二チャネル114を予め湿らせて、これらのチャネルにおいてそれぞれの液体が湿らせることを確実にする。これを達成するために、基板を貫通するチャネルに、第一液体(第一チャネル113内)又は磁性流体(第二チャネル114内)のそれぞれを付与(swabbed with)することがある。このプロセスの間で、基板110の第一主要表面111及び第二主要表面112には、いずれの流体も接触させない。なぜなら、チャネルの外側に液体が塗布されれば、固定が難しくなるからである。基板を乾燥させ、液体の残余物をそのままにしておき(いずれのチャネル内にもごく少量が存在することが望ましい)、油を使用する場合には、完全に乾燥させない。
●次に、筐体140の側壁2つにおける出っ張り部142より上も含めて、筐体140を非混合性第二流体130で充填する(図1A参照)。液体−液体レンズ構造に部品(piece)を加える際に第二流体があふれ出ることが分かっていて、筐体のチャンバ全体を充填することが可能であることを留意されたい。
●次に、基板110を液体で充填された筐体内に置き、前記基板を斜めに保持して、気泡が前記基板の下に閉じ込められていないことを確実にする。基板を平坦な出っ張り部142に置き、そして、そこへ固定して、非混合性の第二液体が基板を取り囲むことを確実にする。
●次に、シリンジを使用して、第一液体で第一チャネル113を充填し始めることがある。シリンジの先端をチャネルに対して接触させて、キャピラリー表面が直径にわたって完全に形成されるまで、流体を注入しながら外周の周りで作業する(working around the circumference)ことによって開始する。このことが起こった後で、シリンジ先端を静止させ続け、そして、カラムへ流体を注入することによって、充填手順を完了させることができる。
●結合したドロップレットの各ペアが固定されることを確実にするために、ドロップレットは、チャネルの端部を超えて過充填される必要がある。すべての領域が固定されていない場合、シリンジ先端をチャネルの縁の周囲で円を描くように動かして(より多くの液体を追加しないように)、そして、同様に、基板110の第一主要表面又は第二主要表面に接触させないようにする。
●一連の結合したドロップレットについての固定が確立された後で、体積を設定することができ;例えば、シリンジ上の計量を使用することによって、又は、外観検査を介して、各々の結合したドロップレットの体積を設定することができる。体積の外観検査では、チャネルの半径(a)を把握し、そして、球状キャップの公式化「V=1/6πh(a2+h2)」を使用して、各ドロップレットの高さ(h)を断面図から見出して、体積を決定することができる(例えば、カメラ及びLabViewを使用して達成される)。
●同じ手順をその後に続けて磁性流体滴を確立する。
●結合したドロップレットの両方のセットを充填して固定した後、次に、筐体内で過充填状態(凸面メニスカス)に達するまで、非混合性の第二流体を加えて、結合したドロップレットの2つのセットを分裂させないようにする。
●最後に、筐体140の最上部141を、例えば、筐体上へ斜めに置くことによって、筐体上で固定して、最上部141が密封することにより、レンズシステムに気泡を導入しないように、そして、非混合性の第二液体(すなわち、周囲液体)が移動しないようにすることができる。最上部141を筐体のバランス(balance)に取り付けて、流体密封の密閉されたチャンバを筐体内に形成する。
Claims (24)
- 基板の第一表面と第二表面との間で前記基板を貫通して延びる第一チャネルと前記基板の第一表面と第二表面との間で前記基板を貫通して延びる少なくとも1つの第二チャネルとを含む、前記基板と;
第一液体を含む液体レンズ滴であって、その液体レンズ滴は前記基板を貫通して延びる前記第一チャネル内で保持されるものとし、前記液体レンズ滴は、前記基板の前記第一表面から突出している第一キャピラリー表面を有する第一ドロップレット部分と、前記基板の前記第二表面から突出している第二キャピラリー表面を有する第二ドロップレット部分とを含むものとし、そして、前記第一ドロップレット部分と前記第二ドロップレット部分とが前記の1つのチャネルを通じて連結しているものとする、前記液体レンズ滴と;
前記基板を少なくとも部分的に包囲し、そして、チャンバを含む筐体であって、ここで、前記基板を貫通して延びる前記第一チャネルが、前記筐体の前記チャンバ内に存在しているものとする、前記筐体と;
前記チャンバ内に配置される第二液体であって、ここで、前記第一液体を含む前記液体レンズ滴と前記第二液体とが、前記チャンバ内で動作可能なように結合しているものとする、前記第二液体と;
前記チャンバ内の前記第一チャネル内で前記液体レンズ滴の構成の調節を容易にするアクチュエータであって、ここで、前記アクチュエータが、前記少なくとも1つの第二チャネルのうちの1つの第二チャネルから突出しそこで保持される少なくとも1つの磁性流体滴を含み、その少なくとも1つの磁性流体滴を磁気的に調節することが可能であり、これによって前記チャンバ内に配置される前記第二液体を移動させることを容易にし、その結果前記第二液体に動作可能なように結合される前記液体レンズ滴の構成を調節するものとする、前記アクチュエータと;
を含む、非振動液体レンズ。 - 前記少なくとも1つの磁性流体滴と前記第二液体とが前記チャンバ内で動作可能なように結合しており、その結果、アクチュエータを、筐体のチャンバ内に配置される第二液体を介して、前記第一チャネル内の液体レンズ滴へ動作可能なように結合する、請求項1に記載の非振動液体レンズ。
- 前記少なくとも1つの磁性流体滴を安定な構成で保持するようにアクチュエータを構成し、これによって、選択された非対称構造における液体レンズ滴の維持を容易にする、請求項1に記載の非振動液体レンズ。
- 基板の第一表面は、チャンバの第一チャンバ部分を規定することを容易にし、前記基板の第二表面は、前記チャンバの第二チャンバ部分を規定することを容易にし、そして、第二液体が、前記第一チャンバ部分及び前記第二チャンバ部分を実質的に充填する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非振動液体レンズ。
- 第一液体を含む液体レンズ滴と第二液体とが、第一チャンバ部分内で直接接触し、第二チャンバ部分内で直接接触し、そして、非混合性である、請求項4に記載の液体レンズ。
- 前記アクチュエータが少なくとも1つの電磁石を更に含み、この電磁石が、前記少なくとも1つの第二チャネル内で保持される前記少なくとも1つの磁性流体滴の前記磁性流体を前記第一チャンバ部分と前記第二チャンバ部分との間で移動させ、これによって前記チャンバ内の前記第一チャネル内で保持される前記液体レンズ滴の構成を調節し、その結果液体レンズの焦点距離を調節するものとする
、請求項4に記載の非振動液体レンズ。 - アクチュエータが複数の電磁石を更に含み、前記複数の電磁石が、チャンバの第一及び第二チャンバ部分の間で、選択された構成における少なくとも1つの第二チャネル内で保持される少なくとも1つの磁性流体滴の磁性流体を移動させ、そして、このようにして、前記選択された構成において液体レンズ滴を維持する、請求項6に記載の非振動液体レンズ。
- アクチュエータが複数の磁性流体滴を更に含み、前記複数の磁性流体滴は基板の第一表面と第二表面との間で前記基板を貫通して延びている複数の第二チャネル内で保持され、各磁性流体滴は、複数の第二チャネルのそれぞれの第二チャネルの直径に対して規定される臨界体積よりも大きい体積を含み、そして、双安定キャピラリースイッチングエレメントとして機能し、各双安定キャピラリースイッチングエレメントは、前記磁性流体滴が主に前記第一チャンバ部分に存在する第一状態と、前記磁性流体滴が主に第二チャンバ部分に存在する第二状態との間でトグリングすることができ、液体レンズの焦点距離のチューニングを容易にするために、前記複数の磁性流体滴の内の1つの磁性流体滴を前記複数の磁性流体滴の内の別の磁性流体滴とは個別に切り替え可能である、請求項6に記載の非振動液体レンズ。
- アクチュエータが少なくとも1つの双安定キャピラリースイッチエレメントを更に含み、前記双安定キャピラリースイッチエレメントは、チャンバ内に配置され、前記少なくとも1つの双安定キャピラリースイッチエレメントと前記第二液体とが前記チャンバ内で動作可能なように結合し、その結果、前記少なくとも1つの双安定キャピラリースイッチエレメントが、前記チャンバ内に配置される第二液体を介して液体レンズ滴へ動作可能なように結合される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非振動液体レンズ。
- 第一液体が高屈折率液体を含み、そして、第二液体が水を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非振動液体レンズ。
- 前記基板が、第一チャネルでの基板のエッジ部で液滴が固定されたままであることを容易にするように選択される非湿潤性材料を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非振動液体レンズ。
- 筐体が、液体レンズ滴の少なくとも第一ドロップレット部分又は第二ドロップレット部分にわたって配置される透明なハウジング部分を含み、そして、チャンバが密封チャンバである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非振動液体レンズ。
- 非振動液体レンズ及び少なくとも1つのイメージセンサーを含むイメージングシステムであり、
前記非振動液体レンズは:
基板の第一表面と第二表面との間で前記基板を貫通して延びている第一チャネルと前記基板の第一表面と第二表面との間で前記基板を貫通して延びている少なくとも1つの第二チャネルとを含む、前記基板と;
第一液体を含む液体レンズ滴であって、その液体レンズ滴は、前記基板を貫通して延びている第一チャネル内で少なくとも部分的に保持されるものとし、前記液体レンズ滴は、前記基板の前記第一表面から突出している第一キャピラリー表面を有する第一ドロップレット部分と、前記基板の前記第二表面から突出している第二キャピラリー表面を有する第二ドロップレット部分とを含むものとし、そして、前記第一ドロップレット部分と前記第二ドロップレット部分とが前記の1つのチャネルを通じて連結しているものとする、前記液体レンズ滴と;
前記基板を少なくとも部分的に包囲し、そして、チャンバを含む筐体であって、ここで、前記基板を貫通して延びる前記第一チャネルが、前記筐体の前記チャンバ内に存在しているものとする、前記筐体と;
前記チャンバ内に配置される第二液体であって、ここで、前記第一液体を含む前記液体レンズ滴と、前記第二液体とが、前記チャンバ内で動作可能なように結合しているものとする、前記第二液体と;
前記チャンバ内の前記第一チャネル内で前記液体レンズ滴の構成の調節を容易にするアクチュエータであって、ここで、前記アクチュエータが、前記少なくとも1つの第二チャネルのうちのの1つの第二チャネルから突出しそこで保持される少なくとも1つの磁性流体滴を含み、その少なくとも1つの磁性流体滴を磁気的に調節することが可能であり、これによって前記チャンバ内に配置される前記第二液体を移動させることを容易にし、その結果前記第二液体に動作可能なように結合される前記液体レンズ滴の構成を調節するものとする、前記アクチュエータと;
を含む前記液体レンズであり、そして、
前記少なくとも1つのイメージングセンサーは、少なくとも1つのイメージング経路へ結合しているものとし、そして、前記イメージング経路は、前記第一チャネル内の前記液体レンズ滴の前記第一及び第二ドロップレット部分を通過して、前記液体レンズ滴の前記第一及び前記第二ドロップレット部分を通じて画像を取得するものとする、前記イメージングセンサーである、
前記イメージングシステム。 - 前記少なくとも1つの磁性流体滴と前記第二液体とが前記チャンバ内で動作可能なように結合しており、その結果、アクチュエータが、筐体のチャンバ内に配置される第二液体を介して、前記第一チャネル内で保持される液体レンズ滴へ動作可能なように結合する、請求項13に記載のイメージングシステム。
- 前記少なくとも1つの磁性流体滴を安定な構成で保持するようにアクチュエータを構成し、これによって、選択された非対象構造において液体レンズ滴を維持することを容易にする、請求項13に記載のイメージングシステム。
- 基板の第一表面はチャンバの第一チャンバ部分を規定することを容易にし、前記基板の第二表面は前記チャンバの第二チャンバ部分を規定することを容易にし、第二液体は前記第一チャンバ部分及び前記第二チャンバ部分を実質的に充填する、請求項13〜15のいずれか1項に記載のイメージングシステム。
- 第一液体を含む液体レンズ滴と前記第二液体とが、前記第一チャンバ部分内で直接接触し、前記第二チャンバ部分で直接接触し、そして、非混合性である、請求項16に記載のイメージングシステム。
- 前記アクチュエータが少なくとも1つの電磁石を更に含み、この電磁石が、前記少なくとも1つの第二チャネル内で保持される前記少なくとも1つの磁性流体滴の前記磁性流体を前記第一チャンバ部分と前記第二チャンバ部分との間で移動させ、これによって前記チャンバ内の前記第一チャネル内で保持される前記液体レンズ滴の構成を調節し、その結果、液体レンズの焦点距離を調節するものとする
、請求項16に記載のイメージングシステム。 - アクチュエータが少なくとも1つの双安定キャピラリースイッチエレメントを更に含み、前記双安定キャピラリースイッチエレメントは、チャンバ内に配置され、前記少なくとも1つの双安定キャピラリースイッチエレメントと前記第二液体とが前記チャンバ内で動作可能なように結合し、その結果、前記少なくとも1つの双安定キャピラリースイッチエレメントが、前記チャンバ内に配置される第二液体を介して液体レンズ滴へ動作可能なように結合される、請求項13〜15のいずれか1項に記載のイメージングシステム。
- 筐体が、液体レンズ滴の第一ドロップレット部分又は第二ドロップレット部分の少なくとも1つにわたって配置される透明なハウジング部分を含み、そして、チャンバが密封チャンバである、請求項13〜15のいずれか1項に記載のイメージングシステム。
- 液体レンズの非振動液体レンズ滴の構成を調節する工程;及び
前記液体レンズ滴の第一又は第二ドロップレット部分の少なくとも1つを通過するイメージ経路を介して少なくとも1つの画像を取得する工程;
を含むイメージング方法であって、前記調節工程において、
前記液体レンズは、基板の第一表面と第二表面との間で前記基板を貫通して延びる第一チャネルと前記基板の第一表面と第二表面との間で前記基板を貫通して延びる少なくとも1つの第二チャネルを含む前記基板を含むものとし、前記液体レンズ滴は前記第一チャネル内で少なくとも部分的に保持されるものとし、前記液体レンズ滴は、前記基板の前記第一表面から突出している第一キャピラリー表面を含む第一ドロップレット部分と、前記基板の前記第二表面から突出している第二キャピラリー表面を含む第二ドロップレット部分とを含むものとし、前記液体レンズ滴の前記第一及び第二ドロップレット部分は前記第一チャネルを通じて連結しているものとし、前記液体レンズは筐体を更に含むものとし、前記筐体は、チャンバを含み、そして、前記基板を少なくとも部分的に包囲するものとし、第一チャネルが第二液体を含む前記チャンバ内に存在するものとし、第一液体を含む前記液体レンズ滴と前記第二液体とが前記チャンバ内で動作可能なように結合しているものとし、前記液体レンズは、更に、前記チャンバ内の前記第一チャネル内で前記液体レンズ滴の構成の調節を容易にするアクチュエータを含み、ここで、前記アクチュエータが、前記少なくとも1つの第二チャネルのうちの1つの第二チャネルから突出しそこで保持される少なくとも1つの磁性流体滴を含み、その少なくとも1つの磁性流体滴を磁気的に調節することが可能であり、これによって前記チャンバ内に配置される前記第二液体を移動させることを容易にし、その結果前記第二液体に動作可能なように結合される前記液体レンズ滴の構成を調節するものとし、そして、調節は、前記第一ドロップレット部分又は前記第二ドロップレット部分の少なくとも1つに第二液体を介して力を付与して、前記第一チャネル内で前記液体レンズ滴を再構成させて、それによって前記液体レンズの焦点距離を調節するもとのする、
前記イメージング方法。 - 第一液体を含む液体レンズ滴と前記第二液体とが、前記チャンバ内で直接接触し、そして、非混合性である、請求項21に記載のイメージング方法。
- 液体レンズを製造する方法であって:
液体レンズ滴に対して非湿潤性の基板を得る工程;
前記基板の第一表面から第二表面へ延びている第一チャネルを前記基板に提供し、そして前記基板の第一表面から第二表面へ延びている少なくとも1つの第二チャネルを前記基板に提供する工程;
第一チャネル内に、第一液体を含む前記液体レンズ滴を提供する工程、ここで、前記液体レンズ滴は、前記基板の前記第一表面から突出している第一キャピラリー表面を有する第一ドロップレット部分と、前記基板の前記第二表面から突出している第二キャピラリー表面を有する第二ドロップレット部分とを含むものとし、前記第一ドロップレット部分と前記第二ドロップレット部分とが前記第一チャネルを通じて連結しているものとする、前記工程;
前記基板を貫通して延びている前記の1つのチャネルを包囲するチャンバを含む筐体を提供する工程、ここで、前記基板の前記第一表面は、前記チャンバの第一チャンバ部分を規定することを容易にし、前記基板の前記第二表面は、前記チャンバの第二チャンバ部分を規定することを容易にし、前記第一ドロップレット部分が前記チャンバの前記第一チャンバ部分内にあり、そして、前記第二ドロップレット部分が前記チャンバの前記第二チャンバ部分内にあるものとする、前記工程;
前記チャンバの前記第一チャンバ部分及び前記第二チャンバ部分内に第二液体を配置する工程、ここで、前記第二液体と前記液体レンズ滴とが、前記チャンバ内で動作可能なように結合しているものとする、前記工程;及び
前記少なくとも1つの第二チャネル内に保持される少なくとも1つの磁性流体滴を含むアクチュエータを提供する工程、ここで、前記少なくとも1つの磁性流体滴と前記第二液体とが前記チャンバ内で動作可能なように結合し、その結果前記アクチュエータが、前記液体レンズ滴の構成を調節するために、前記液体レンズ滴の前記第一ドロップレット部分又は前記第二ドロップレット部分の少なくとも1つへ動作可能なように結合するものであり、そして前記液体レンズ滴の構成の調節が前記液体レンズの焦点距離の調節であるものとする、前記工程;
を含む、前記方法。 - 第一液体を含む液滴と第二液体とが、非混合性であり且つ直接接触しており、前記基板の第一表面がチャンバの第一チャンバ部分を規定することを容易にし、前記基板の第二表面が前記チャンバの第二チャンバ部分を規定することを容易にし、前記第二液体が前記第一チャンバ部分及び前記第二チャンバ部分を実質的に充填し、そして、アクチュエータを提供する工程が:前記少なくとも1つの第二チャネル内で前記少なくとも1つの磁性流体滴を提供し、この結果、前記少なくとも1つの磁性流体滴が前記チャンバの前記第一及び第二チャンバ部分の間で調節される際に、前記チャンバの前記第一及び第二チャンバ部分内で前記液体レンズ滴を移動させるものとする、前記工程;及び
前記少なくとも1つの磁性流体滴を少なくとも1つの前記第二チャネル内で調節するための電磁石を提供する工程であって、それによって前記第一チャネル内で前記液体レンズ滴を再構成する、前記工程;
を含む、請求項23に記載の方法。
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