TW201350921A - 液體透鏡以及液體透鏡製作組裝方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種液體透鏡，其包含透鏡封裝結構，並且透鏡封裝結構中形成透鏡室與連接透鏡室之緩衝室。透鏡室中封裝有第一透鏡液與第二透鏡液，且第二透鏡液部份延伸至緩衝室中。第二透鏡液在緩衝室中之部分係由隔絕件覆蓋，並且緩衝室中剩餘空間填充有一氣體。藉由上述設計，可穩定液體透鏡內因環境溫度產生的液壓變化。

Description

液體透鏡以及液體透鏡製作組裝方法

本發明係關於一種液體透鏡以及液體透鏡製作組裝方法，並且特別地，關於一種能穩定內部壓力之液體透鏡及其製作組裝方法。

由於近年來電子科技快速進步，過往大型的電子產品均已小型化而被廣泛地使用在一般日常生活中，同時，單項電子產品為了因應消費者需求，通常會整合多種不同功能於其中，換言之，現今的電子消費產品除了原本即有的功能外，還得輕量化並整合多種附加功能才符合現今電子商品的趨勢。舉例而言，現今的手機相較於過往的手機重量更輕而便於攜帶，並且除了撥打電話的功能外，還具有無線網路、多媒體播放或者是照相攝影等功能。

在上述電子產品的各種功能中，照相攝影功能需要在本體上設置鏡頭來取像。隨著電子產品輕量化及多功能化的趨勢，鏡頭的所佔用空間成為更進一步輕量化或多功能化的研發重點所在。傳統機械式的變焦鏡頭需要有機械結構的部分來調整鏡片間的距離以達到變焦的效果，故鏡頭所佔用的空間難以有效的縮小，而不利於電子產品提升其功能性。

於先前技術中，液體透鏡為一種可調變焦距的透鏡，其係在一個透明的封裝結構中填充入兩折射率不同亦不互 溶的液體，接著利用電場改變兩者間介面之輪廓，使得穿透過此液體透鏡的光線可折射並聚焦於不同的位置。由於液體透鏡不須透過機械結構來變焦，且變焦時僅改變液體的形狀而不須如傳統機械式鏡頭增減鏡片間的距離，因此其佔用體積相較於機械式鏡頭為小，適用於微型的照相或攝影裝置。

當液體透鏡在太陽底下使用或是連續工作時，環境所產生的熱能會使得液體透鏡之各部件膨脹。基於同樣溫度下液體膨脹率大於固體膨脹率的特性，液體透鏡的殼體將會自內部受到較大的壓力，若內部液壓太高，可能導致液體介面的輪廓變形而影響整體透鏡之光學設計，更甚者，可能導致殼體變形或漏液的狀況發生。

在先前技術中，液體透鏡的設計可包含第一腔體與第二腔體，其中，第一腔體是用來容置上述兩透鏡液(第一透鏡液與第二透鏡液)並使兩者間的介面輪廓在腔體中變形，進而形成液體透鏡之光軸。第二腔體與第一腔體可藉液體流道互相連接，使得第二透鏡液能在第一腔體與第二腔體內流動，第二腔體中所剩餘之空間則填充氣體。基於液體不可壓縮而氣體可壓縮的特性，當液體透鏡受熱時，第一腔體內的第一透鏡液與第二透鏡液膨脹量大於殼體的膨脹量，而液體膨脹所增加的體積則壓縮氣體並佔用原本第二腔體中的氣體空間。藉此，液體透鏡的殼體不會承受太大的液壓導致光學特性變化甚至殼體變形或漏液等狀況發生。

上述設計中，為了避免第二腔體內的空氣因受到震動 等因素移動到第一腔體中形成氣泡，進而影響液體透鏡的光學特性，因此連接第一腔體與第二腔體的液體流道必須小於一定程度，例如，直徑小於數十微米以下。然而，一般可用來量產之技術，例如金屬或塑膠射出、金屬鑄壓等，均無法製造此種尺寸的液體通道，而難以降低此種液體透鏡的生產成本。同樣地，第二腔體的尺寸設計也面臨相同問題。此外，此種設計於填充液體進入液體透鏡時必須注意不讓空氣殘留於第一腔體中，再進一步地提升了製程的難度。

除了上述尺寸與空氣殘留的問題之外，由於第二腔體中之第二透鏡液直接接觸氣體，故第二透鏡液會揮發到第二腔體知氣體內直到飽和蒸汽壓。液體的飽和蒸汽壓會隨著溫度而呈指數上升，因此，當環境溫度上升至一定程度後，飽和蒸汽壓仍然會使液體透鏡內部的壓力急劇上升，其造成內部壓力的提升甚至超過液體膨脹所產生的壓力提升。另一方面，當液體透鏡冷卻時，第二腔體內的飽和蒸汽壓下降，使氣體內的蒸氣重新凝結在第二腔體中，但凝結成的液珠不一定會回到第二透鏡液，舉例而言，可能形呈液珠停留在第二腔體的壁面或角落處，而造成透鏡本體的液體變少並影響到液體透鏡的良率。

因此，本發明之一範疇在於提供一種液體透鏡，以解決先前技術之問題。

根據一具體實施例，本發明之液體透鏡包含透鏡封裝 結構，其中可形成透鏡室與緩衝室。液體透鏡還包含有第一透鏡液、第二透鏡液以及隔絕件，第一透鏡液以及第二透鏡液係容置於透鏡室中，第二透鏡液則部分延伸至緩衝室中。隔絕件係容置於緩衝室中，並覆蓋在第二透鏡液之上。此外，緩衝室中剩餘的空間則填充一氣體。

於本具體實施例中，第一透鏡液與第二透鏡液可於透鏡室中形成液體介面，而此液體介面可藉由外加電場改變輪廓，進而調整液體透鏡之焦點。隔絕件係於緩衝室中覆蓋第二透鏡液，令氣體僅接觸隔絕件而不接觸第二透鏡液。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖一A，圖一A係繪示根據本發明之一具體實施例之液體透鏡1的剖面示意圖。如圖一A所示，液體透鏡1包含有一透鏡封裝結構10，其中，透鏡封裝結構10內形成兩個互相連通的腔體，分別為透鏡室100與緩衝室102，並且兩者間透過液體流道104來連接。

於本具體實施例中，透鏡室100內容置有不互溶的第一透鏡液12與第二透鏡液14，兩者間形成一液體介面120。於圖一A中，第一透鏡液12係位於透鏡室100的第一側1000且第二透鏡液14位於對應第一側1000之第二側1002，並且第一側1000與第二側1002均以可透光材質製成。於液體透鏡1中，第一透鏡液12之折射率第二透鏡液 14的折射率不同，因此光經過液體介面120時會產生偏折。藉由控制液體介面120的輪廓，可使通過的光線聚焦在一焦點上，此焦點即為液體透鏡1之焦點。本具體實施例之第一透鏡液12的折射率係大於第二透鏡液14的折射率，因此由第一側1000入射的平行光可於液體介面120折射後，自第二側1002出射並聚焦。藉由調變液體介面120的輪廓使得焦點位置移動，可進一步形成液體透鏡1的光軸。

實務上，液體透鏡可藉電濕潤或界面介電力機制來提供電場，進而使液體介面的輪廓變形以調整液體透鏡之焦距。請再參閱圖一A，透鏡室100的第一側1000是透明的驅動基板180，其可透過電濕潤機制或界面介電力機制對第一透鏡液12與第二透鏡液14提供電場，使得液體介面120的輪廓隨電場變化。透鏡室100的第二側1002係一上蓋182，此上蓋182同時也以透明材料製成，使得光線可通過而聚焦。

第二透鏡液14除了容置於透鏡室100之外，還經過液體流道104延伸到緩衝室102內。緩衝室102內包含有與第二透鏡液14不互溶的隔絕件16，其係覆蓋在第二透鏡液14位於緩衝室102內之部分。緩衝室102內剩餘的空間則填入氣體，此氣體直接與隔絕件16接觸，而第二透鏡液14則由於被隔絕件16所覆蓋，因此並不與氣體直接接觸。

當液體透鏡1於較熱的環境底下操作或是操作一段時間過後，環境溫度會提升使得液體透鏡1的各部件受熱膨脹。第一透鏡液12與第二透鏡液14於透鏡室100中膨脹 所增加的體積，將會使第二透鏡液14再增加流入緩衝室102的量，進一步壓縮緩衝室102中之氣體。由於液體增加的體積可佔有原本氣體之空間，因此液體透鏡1之透鏡室100內的液壓不會過度提高導致光學特性變化甚至殼體變形或漏液等狀況發生。

當液體透鏡1的環境溫度達到較高的溫度時，例如，70℃至80℃，第二透鏡液14的飽和蒸汽壓會大幅提升，但第二透鏡液14於緩衝室102中是被隔絕件16所覆蓋，因此第二透鏡液14並不會揮發至緩衝室102的氣體中。於本具體實施例中，直接接觸氣體之隔絕件16係一低蒸汽壓封裝液，其於較高溫度時，飽和蒸汽壓仍相當低而不易揮發至氣體中。因此，即使液體透鏡1的環境溫度達到70℃至80℃等較高的溫度，緩衝室102內的氣體壓力不會因為液體大量揮發而大幅增加而影響透鏡室100。於實務中，隔絕件16之低蒸汽壓封裝液除了具有低飽和蒸汽壓外，更可具有高黏滯係數以利覆蓋第二透鏡液14，舉例而言，可選用具有高黏滯係數與低飽和蒸汽壓之矽油或礦物油等做為隔絕件16。除了上述低飽和蒸汽壓及高黏滯係數的特性之外，隔絕件16更佳地可選用具有高化學穩定度與無毒等特性之液體。

除了低蒸汽壓封裝液外，上述隔絕件也可選用其他材料，例如塑膠或金屬薄膜片、閉孔發泡材或是可壓縮的高分子材料等，藉以隔絕第二透鏡液與緩衝室中的空氣並對第一透鏡液與第二透鏡提供膨脹的空間。

請參閱圖一B以及圖一C，圖一B係繪示根據本發明 之另一具體實施例之液體透鏡2的剖面示意圖，圖一C係繪示根據根據本發明之又一具體實施例之液體透鏡3的剖面示意圖。如圖一B所示，隔絕件26係為覆蓋在第二透鏡液上的薄膜片。於實務中，此薄膜片可為塑膠，例如Mayler、PE或是PP等，或者是輕金屬薄膜片，例如鋁箔或是錫箔，亦可為上述塑膠與輕金屬的複合薄膜片。於本具體實施例中，薄膜片可防止第二透鏡液24於較高溫度時揮發至緩衝室202導致大幅增加液體透鏡2的內部壓力。本具體實施力之薄膜片實務中也可為多孔性材料，當其孔洞尺寸小於數十微米或數微米時，第二透鏡液24會受到表面作用力的影響，而不易揮發到緩衝室202中。

另一方面，如圖一C所示，緩衝室302中填充有閉孔發泡材36，以作為隔絕件覆蓋在第二透鏡液34之上。由於閉孔發泡材36內有相當多的封閉空間以限制氣體於其中，因此，閉孔發泡材36具相當大的可壓縮性，使第一透鏡液32與第二透鏡液34受熱膨脹所增加的體積可被緩衝。於另一具體實施例中，除了閉孔發泡材之外，也可使用具有可壓縮性的高分子材料作為隔絕件填充於緩衝室中。不論是以薄膜片、閉孔發泡材或是可壓縮高分子材料作為隔絕件，第二透鏡液均不接觸空氣，因此可避免於高溫狀第二透鏡液揮發導致液體透鏡內部壓力升高的狀況。

請注意，圖一B以及圖一C所示之具體實施例之液體透鏡2、3中的其他單元，係與液體透鏡1中的相對應單元大體上相同，故於此不再贅述。

如上所述，由於在較高溫時，液體透鏡1內部的壓力 不會過度升高，因此透鏡封裝結構10即使以金屬材料或是塑膠材料等固體材料製成也不會產生變形或漏液的狀況。舉例而言，透鏡封裝結構10可以鋅合金、鋁合金、不鏽鋼或是銅合金等金屬材料製成，也可以低吸水率之工程塑膠如LCP、PC、PEEK、POM或PEI等塑膠材料製成。

請再參閱圖一A，圖一A之透鏡封裝結構10進一步包含有密封蓋1020設置於緩衝室102的側面，此密封蓋1020可用來密封緩衝室102與透鏡室100，使內部的第一透鏡液12、第二透鏡液14、隔絕件16以及氣體不會漏出。由於密封蓋1020係接觸緩衝室102中之氣體部分，因此密封蓋1020以及透鏡封裝結構10中與密封蓋1020接觸的表面均為乾燥表面，使得所採用的密封技術可不受限制。舉例而言，密封蓋1020可透過AB膠、常溫固化膠、矽膠或是無氧密封膠等直接進行膠合。若透鏡封裝結構10以金屬材料製成，密封蓋1020亦可選用同樣材料並以雷射焊接、電阻焊接、超音波金屬焊接、電焊或是氣體焊接等焊接技術進行接合。若透鏡封裝結構10以塑膠材料製成，密封蓋1020可同為塑膠材料並透過超音波塑膠焊接或電阻加熱塑膠焊接等進行接合，亦可為鋁膜並透過高週波熱熔技術進行接合。

緩衝室102中之隔絕件16除了可防止第二透鏡液14接觸氣體之外，也可避免氣體穿過液體流道104進入透鏡室100，導致透鏡室100中形成氣泡而阻礙光線行進。

圖一A之液體透鏡1可簡易地組裝。請參閱圖二A至圖二E，圖二A至圖二E係繪示圖一A之液體透鏡1的製 作組裝方法的流程示意圖。如圖二A所示，液體透鏡1之透鏡封裝結構10內形成透鏡室100，其第一側1000與第二側1002上接合驅動基板180與上蓋182，密封蓋1020則尚未對緩衝室102緩衝室102的開口1022進行密封。如圖二B所示，可先將第二透鏡液14自開口1022注入透鏡封裝結構10中，於重力作用下，第二透鏡液14會充滿整個透鏡室100而無氣體殘留，並部分滿出透鏡室100而進入緩衝室102。接著，如圖二C所示，將第一透鏡液12注入透鏡室100中並使其附著於驅動基板180上，而在兩透鏡液間形成液體介面120。如圖二D所示，將隔絕件16自開口1022注入緩衝室102中，使其覆蓋於第二透鏡液14上。最後，如圖二E所示，以密封蓋1020密封開口1022，完成液體透鏡1之組裝。

如前所述，隔絕件16可防止緩衝室102內的氣體進入透鏡室100，因此，液體流道104能設計成可量產之尺寸，而不需如同先前技術中設計成數十微米直徑等微小尺寸來防止氣體進入透鏡室100。由於液體流道104的尺寸較大，上述第一透鏡液12與第二透鏡液14可利用點液針頭輕易地注入於透鏡室100。整個組裝過程亦可在一般大氣環境中進行，故緩衝室102中的氣體係為空氣。如上述各步驟可知，本具體實施例之液體透鏡1相較於先前技術，可在大氣環境下簡易地組裝而不需特別的組裝環境，例如負壓或是液體環境，即可避免緩衝室102內的氣體進入透鏡室100。

綜上所述，本發明之液體透鏡其透鏡封裝結構內形成 有透鏡室與緩衝室，其中透鏡室內容置有第一透鏡液與第二透鏡液以形成透鏡本體，且第二透鏡液透過液體流道而部分延伸到緩衝室內。緩衝室中容置有覆蓋在第二透鏡液上之隔絕件，使第二透鏡液不直接接觸緩衝室內之氣體。相較於先前技術，本發明利用隔絕件，可防止液體透鏡處於較高的環境溫度下液體揮發至氣體中導致內部壓力大幅上升的狀況發生。此外，本發明之液體透鏡中液體流道的尺寸不須限制於微小尺寸，而可利用量產技術來製作達到低成本的效果。更甚者，本發明之液體透鏡可在常溫常壓的環境下簡易地組裝，且可採用常用的密封技術，進而簡化製程的難度以利量產。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1、2、3‧‧‧液體透鏡

10、20、30‧‧‧透鏡封裝結構

12、22、32‧‧‧第一透鏡液

14、24、34‧‧‧第二透鏡液

16、26、36‧‧‧隔絕件

100、200、300‧‧‧透鏡室

102、202、302‧‧‧緩衝室

104、204、304‧‧‧液體流道

120、220、320‧‧‧液體介面

180、280、380‧‧‧驅動基板

182、282、382‧‧‧上蓋

1000、2000、3000‧‧‧第一側

1002、2002、3002‧‧‧第二側

1020、2020、3020‧‧‧密封蓋

1022‧‧‧開口

圖一A係繪示根據本發明之一具體實施例之液體透鏡的剖面示意圖。

圖一B係繪示根據本發明之另一具體實施例之液體透鏡的剖面示意圖。

圖一C係繪示根據本發明之又一具體實施例之液體透鏡的剖面示意圖。

圖二A至圖二E係繪示圖一之液體透鏡的製作組裝方法的流程示意圖。

1‧‧‧液體透鏡

10‧‧‧透鏡封裝結構

12‧‧‧第一透鏡液

14‧‧‧第二透鏡液

16‧‧‧隔絕件

100‧‧‧透鏡室

102‧‧‧緩衝室

104‧‧‧液體流道

120‧‧‧液體介面

180‧‧‧驅動基板

182‧‧‧上蓋

1000‧‧‧第一側

1002‧‧‧第二側

1020‧‧‧密封蓋

Claims (8)

1. 一種液體透鏡，包含：一透鏡封裝結構，該透鏡封裝結構中形成一透鏡室以及連接該透鏡室之一緩衝室；一第一透鏡液，容置於該透鏡室中；一第二透鏡液，容置於該透鏡室中並部分延伸至該緩衝室，該第二透鏡液與該第一透鏡液間形成一液體介面；一隔絕件，容置於該緩衝室並覆蓋於該第二透鏡液上；以及一氣體，容置於該緩衝室中並接觸該隔絕件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液體透鏡，其中該隔絕件包含低蒸汽壓封裝液、薄膜片、閉孔發泡材以及可壓縮高分子材料的其中之一者。
3. 如申請專利範圍第2項所述之液體透鏡，其中該薄膜片包含塑膠薄膜片以及輕金屬薄膜片中的至少一者。
4. 如申請專利範圍第2項所述之液體透鏡，其中該低蒸汽壓封裝液包含矽油及礦物油中之至少一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之液體透鏡，其中該透鏡封裝結構包含一驅動基板設置於該透鏡室之一第一側，該驅動基板係用以控制該第一透鏡液變形，以控制該液體介面之輪廓形狀。
6. 如申請專利範圍第5項所述之液體透鏡，其中該透鏡封裝結構包含一透明上蓋設置於該透鏡室之一第二側，且該第 二側係相對於該第一側，該驅動基板係一透明基板。
7. 如申請專利範圍第1項所述之液體透鏡，其中該透鏡封裝結構進一步包含一液體流道，該液體流道係連通該透鏡室及該緩衝室。
8. 一種液體透鏡製作組裝方法，用來製作組裝一液體透鏡，該方法包含下列步驟：於一透鏡封裝結構中形成一透鏡室以及連接該透鏡室之一緩衝室，並且該緩衝室包含一開口連通至該透鏡封裝結構之外；將該開口朝上並自該開口注入一第二透鏡液至該透鏡封裝結構中，使該第二透鏡液充滿該透鏡室並部分延伸至該緩衝室；自該開口注入一第一透鏡液至該透鏡室中；自該開口容置一隔絕件於該緩衝室內，並使該隔絕件覆蓋於該第二透鏡液上；以及密封該開口以完成該液體透鏡。