TW201447469A - 光圈裝置 - Google Patents

Abstract

一種光圈裝置，包括密閉腔體、第一液體、第二液體、第一透明電極、及第二透明電極。密閉腔體包括側壁、第一透光壁、與第二透光壁，第一透光壁與第二透光壁相對。第一液體容納於密閉腔體的容置空間中且位於第一透光壁側，第一液體為透明導電溶液。第二液體容納於密閉腔體的該容置空間中，第二液體與第一液體不混溶，第二液體為不透明或對特定光波波長吸收之非導電溶液。而且，第一透明電極與第一液體接觸，第二透明電極是設置在第一透光壁或第二透光壁外側表面上，且第二透明電極不與第一液體電性接觸。其中，當第一透明電極與第二透明電極通電，第一液體會往第二透光壁中央流動，並使第二液體往密閉腔體的兩側壁移動，從而形成一通光孔。

Description

光圈裝置

本發明是關於一種用於攝影器材中的零件裝置，且特別是關於一種光圈裝置。

光圈和鏡頭是一般攝影器材中所必備的零件，光圈亦稱焦比，是照相機上用來控制鏡頭孔徑大小的部件，以控制景深、鏡頭成像素質、以及和快門協同控制進光量，通常由金屬片等硬式材料製成。鏡頭則是由一塊或者多個透鏡所組成的透鏡組，這些透鏡例如為凹透鏡、凸透鏡，或其組合，多由玻璃或塑膠製成。藉由調整這些透鏡彼此之間的組合與距離，可達到調整透鏡組之解像、焦距…等功效。然而，透鏡組的組合複雜、所需的零件眾多，為了解決這方面的問題，故有液體鏡頭的發明。液體鏡頭可藉由電壓來控制折射率，以達到變焦的功能，一個完整堪用的液體鏡頭模組包括有液體透鏡、光學玻璃或塑膠鏡片與CCD模組等等元件。　
　 目前，光圈的材質多為硬式材質如金屬片，因此機械式的構造讓鏡頭的組裝更加複雜化，同時也讓鏡頭的小型化受到一定程度的限制。
　 而液體鏡頭以液珠(droplet)為鏡片，並利用電濕效應(electro-wetting)控制液珠的形狀和曲率，藉此改變液珠的焦距(focal length)，但是採用電濕效應的透鏡有幾個不可避免的缺點。舉例而言，利用電濕效應控制液滴的方式靈敏度不高較難掌控，液珠曲率無法達到光學鏡頭所要求的精密度，也因此液態鏡頭的發展性受到大幅度的限制。
　 為了避開彼此的缺點，並且找到彼此特點的應用性。本案之創作人將電濕效應的概念導入光圈中，也同時解決了光圈小型化的問題。
題。

為了解決上述之問題，本發明其中一目的在於讓光圈裝置小型化，並讓電濕效應的概念導入光圈中。
　 基於上述目的與其他目的，本發明提供一種光圈裝置，此光圈裝置包括一密閉腔體、一第一液體、一第二液體、至少一第一透明電極、及多個第二透明電極。密閉腔體包括一側壁、一第一透光壁與一第二透光壁，該第一透光壁與該第二透光壁彼此相對，側壁連接於第一透光壁與第二透光壁間，且密閉腔體的內部還具有一容置空間。第一液體容納於密閉腔體的容置空間中且位於第一透光壁側，第一液體為透明導電溶液。第二液體容納於密閉腔體的該容置空間中，該第二液體與該第一液體不混溶，該第二液體為不透明或對特定光波波長吸收之非導電溶液。而且，第一透明電極與該第一液體電性接觸，第二透明電極則是設置在第一透光壁或第二透光壁外側表面上，且第二透明電極不與第一液體電性接觸。其中，藉由對第一透明電極與第二透明電極通電，第一液體會往第二透光壁中央流動，並使第二液體往密閉腔體的兩側壁移動，從而形成一通光孔。
　 在上述之光圈裝置中，密閉腔體的材質為玻璃或塑膠。
　 在上述之第二液體中包括黑色或對特定光波波長吸收之染料。
　 在上述之中第二透明電極，設置於該第一透光壁的外側表面。
    在上述之光圈裝置中，更包括：一第三液體、至少一第三透明電極、及多個第四透明電極，藉由對該第三透明電極與該第四透明電極通電，第三液體會往該第一透光壁中央流動，並使第三液體與第一液體相接觸，從而形成該通光孔。
　 基於上述目的與其他目的，本發明還提供另一種光圈裝置，此光圈裝置包括一密閉腔體，一密閉腔體包括一側壁、一第一透光壁、一第二透光壁，第一透光壁與該第二透光壁彼此相對，側壁連接於該第一透光壁與第二透光壁間，且密閉腔體的內部還具有一容置空間，容置空間容納一第一液體，且位於該第一透光壁側，第一液體為可被極化的液體，第二液體容納於密閉腔體的容置空間中，第二液體與第一液體不混溶，第二液體為不透明或對特定光波波長吸收之非導電溶液。而且多個第一透明電極配置於第一透光壁或第二透光壁外壁上，且第一透明電極不與該第一液體相接觸。其中，藉由對第一透明電極通電，第一液體與各第一電極之間分別形成一第一電位，且透過改變該第一電位，第一液體會往該第二透光壁中央流動，並使第二液體往密閉腔體的兩側壁移動，從而形成一通光孔。
　 在上述之密閉腔體中，材質為玻璃或塑膠。
　 在上述之第二液體中，包括黑色或對特定光波波長吸收之染料。
　 在上述之光圈裝置中，更包括一第三液體，位於該第二透光壁側，其中第三液體為可被極化的液體，多個第二透明電極，第二透明電極是配置於該第二透光壁外壁上，藉由對第二透明電極通電，第三液體與各第二透明電極之間分別形成一第三電位，接著透過分別改變第三電位與第一電位，第三液體會往第一透光壁中央流動，第一液體會往第二透光壁中央流動，使第三液體與第一液體相接觸，從而形成該通光孔。

10、20、30、40．．．光圈裝置

100、200、300、400．．．密閉腔體

110、210、310、410．．．側壁

112、212、312、412．．．第一透光壁

114、214、314、414．．．第二透光壁

116、216、316、416．．．容置空間

120、120A、120B、220、220A、220B、320、320A、320B、420、420A、420B．．．第一液滴

122、222、322、422．．．第二液滴

226、426．．．第三液滴

130、230、330、430．．．第一透明電極

132、232、432．．．第二透明電極

234．．．第三透明電極

236．．．第四透明電極

140、240、340、440．．．通光孔

圖1所繪示為本發明第一實施例示意圖。
圖2所繪示為本發明第二實施例示意圖。
圖3所繪示為本發明第一實施例作用示意圖。
圖4所繪示為本發明第二實施例作用示意圖。
圖5所繪示為本發明第三實施例示意圖。
圖6所繪示為本發明第四實施例示意圖。
圖7所繪示為本發明第三實施例作用示意圖。
圖8所繪示為本發明第四實施例作用示意圖。

請參閱圖1，圖1所繪示為本實施例之光圈構造的示意圖。其中光圈裝置10包括一密閉腔體100，該密閉腔體100包括一側壁110、一第一透光壁112與一第二透光壁114、一第一透明電極130和多個第二透明電極132，該密閉腔體100的內部還具有一容置空間116，於容置空間116中容納有一第一液體120與一第二液體122，該第一液體120為透明導電溶液，而第二液體122則為不透明非導電且和第一液體120不混溶之液體，該第一透光壁112為潤滑和絕緣的透光材料。在圖1中，第一透光壁112與第二透光壁114彼此相對，而側壁110則連接於第一透光壁112與第二透光壁114間，並在第一透光壁112上設置第一透明電極130和第二透明電極132。接著，將透明導電的第一液體120置於第一透光壁112上，讓該第一透明電極130和該第一液體120直接接觸。
　 因為第一透明電極130直接接觸第一液體120，並提供電壓給該第一液體120，利用調整控制第一透明電極130與第二透明電極132兩者間的電壓差，即可改變該第一液體120與第一透光壁112之間的介面特性和接觸角度，進而改變第一液體120的形狀，所以藉由對第一透明電極130與第二透明電極132通電造成第一透明電極130和第二透明電極132間的電壓差，第一液體120會開始往該第二透光壁114中央流動，且因該第一液體120和該第二液體122不混溶，所以第二液體122會被第一液體推擠，並開始往該密閉腔體100的兩旁側壁112移動。因為第一液體120和第二透光壁116皆可透光，所以當第一液體120和第二透光壁114接觸後會形成一通光孔。請參閱圖1和圖3，當第一液體120形狀由120A變為120B時(如圖3所示)，第一液體120和第二透光壁114接觸的地方會在第二透光壁114上形成一通光孔140（即：可透光區域），使光線可以通過。由上可知，藉由對第一透明電極130和第二透明電極132通以電壓可改變第一液體120的形狀，進而改變通光孔140的大小，從而控制光線通過的多寡。
此外，光圈裝置亦可為如圖2所繪示之構造示意圖。光圈裝置20包括一密閉腔體200，該密閉腔體200包括一側壁210、一第一透光壁212與一第二透光壁214、一第一透明電極230、多個第二透明電極232、一第三透明電極234、及多個第四透明電極236。密閉腔體200的內部還具有一容置空間216，於容置空間216中容納有第一液體220、第二液體222、與第三液體226，第一液體220與第三液體226為透明導電溶液，第二液體222則為不透明或對特定光波波長吸收材料且和該第一液體220、第三液體226不混溶之液體，第一透光壁212與第二透光壁214為潤滑和絕緣的透光材料。
在圖2中，第一透光壁212與第二透光壁214彼此相對，側壁210連接於第一透光壁212與該第二透光壁214間，在第一透光壁212上設置第一透明電極230和第二透明電極232，將第一液體220置於第一透光壁212上，讓第一透明電極230和第一液體220直接接觸，於第二透光壁214上設置第三透明電極234和第四透明電極236，將第三液體226置於第二透光壁214上，讓第三透明電極234和該第三液體226直接接觸。
因為第一透明電極230直接接觸第一液體220，故可提供電壓給該第一液體220，且第三透明電極234直接接觸第三液體226，故可提供電壓給該第三液體226。利用調整控制第一透明電極230與第二透明電極232間的電壓差，即可改變該第一液體220與第一透光壁212之間介面特性和接觸角度，進而改變第一液體220的形狀。同理，藉由調整控制第三透明電極234與第四透明電極236間的電壓差，可改變第三液體226與第二透光壁214之間的介面特性和接觸角度，然後改變第三液體226的形狀。所以，藉由對第一透明電極230與第二透明電極232通電，造成第一透明電極230和第二透明電極232間的電壓差，第一液體220會往第二透光壁中央214流動，第三液體226會往第一透光壁中央212流動，且因第二液體222和第一液體220、第三液體226不混溶，所以第二液體222會被第一液體220和第三液體226推擠，開始往密閉腔體200的兩旁側壁210移動。因為第一液體220、第三液體226、第一透光壁212、第二透光壁214皆可透光，所以當第一液體220和第三液體226接觸時，第一液體220、第三液體226、第一透光壁212和第二透光壁214間會形成一通光孔240。請參考圖2和圖4，第一液體220形狀由220A變為220B(如圖4)，第三液體形狀由226A變為226B(如圖4)，當第一液體和第三液體形狀分別為220B與260B時會彼此相接觸(如圖4)，進而形成通光孔240（即：可透光區域），使光線可以通過。由上可知，藉由對第一透明電極230和第二透明電極232通以電壓，可改變第一液體220的形狀，對第三透明電極234和第四透明電極236通以電壓，可改變第三液體226的形狀進而改變通光孔的大小，從而控制光線通過的多寡。
相較於光圈裝置10，光圈裝置20會更快速的形成通光孔240，故有較快的反應速度，可更快速的去控制光線通過的多寡。
請參閱圖5，圖5所繪示為光圈構造示意圖。其中光圈裝置30包括一密閉腔體300，該密閉腔體300包括一側壁310、一第一透光壁312、一第二透光壁314與多個第一透明電極330，該密閉腔體300內部具有一容置空間316，於該容置空間316中容納有一第一液體320與一第二液體322，該第一液體320為透明可被極化溶液，而第二液體322則為不透明非導電且和第一液體320不混溶之液體，該第一透光壁312為潤滑和絕緣的物體。圖5中第一透光壁312與第二透光壁314彼此相對，該側壁310連接於第一透光壁312與第二透光壁314間，並在第一透光壁312上設置多個第一透明電極330，接著，將透明可被極化的第一液體320置於第一透光壁312上。
第一液體320具有介電特性，也就是在外加電場之下，它們會受到不同程度的極化(polarization)，並因此傾向於順著外加電場的方向來排列。 進一步而言，如果外加電場的空間分佈是不均勻的，那麼這些被極化了的微粒就會受到「介電泳動力(di-electrophoretic force)」影響，進行不同程度的漂移運動。這種可極化的微粒在不均勻的外加電場中所發生的運動，一般稱為「介電泳動」。在圖5中，光圈裝置30中即以「介電泳」的機制來控制第一液體320之幾何形狀。亦即，對多個第一透明電極330通電，該第一液體320與各第一透明電極330之間分別形成各第一電位，透過改變各第一電位將第一液體320極化，經極化後的第一液體320中會包含許多電偶極矩(electric dipole moment)，利用不均勻的電場分佈對電偶極矩造成強弱不一的吸引力，該第一液體320形狀會開始改變，導致該第一液體320會往該第二透光壁314中央流動，直到第一液體320和第二透光壁314接觸，因為第一液體320和第二液體322不混溶，所以該第二液體322會被第一液體320推擠，開始往該密閉腔體300的兩側壁312移動，且因第一液體320和第二透光壁314皆可透光，所以當第一液體320和第二透光壁314接觸後會形成一可透光區域，從而形成一通光孔340。請參考圖5和圖7，當第一液體320形狀變為320B時(如圖7所示)，可在第二透光壁314上會形成一通光孔340（即：可透光區域），使光線可以通過。由上可知，藉由對多個第一透明電極330通以不同電壓，可改變第一液體320的形狀，進而改變通光孔的大小，從而控制光線通過的多寡。
此外，光圈裝置亦可為如圖6所繪示之構造示意圖。光圈裝置40包括一密閉腔體400，該密閉腔體400包括一側壁410、一第一透光壁412與一第二透光壁414、多個第一透明電極430和多個第二透明電極432，密閉腔體400的內部還具有一容置空間416，於容置空間416中容納有第一液體420、第二液體422與第三液體426，第一液體420與第三液體426皆為透明可被極化溶液，第二液體422則為不透明非導電，且和第一液體420、第三液體426不混溶之液體，第一透光壁412與第二透光壁414為潤滑和絕緣的透光材料。
圖6中第一透光壁412與第二透光壁414彼此相對，側壁410連接於第一透光壁412與第二透光壁414間，在第一透光壁412上設置多個第一透明電極430，將第一液體420置於第一透光壁412上，於第二透光壁414上設置多個第二透明電極432，將第三液體426置於第二透光壁414上。
利用對多個第一透明電極430通電和多個第二透明電極432通電，第一液體420與各第一電極430之間分別形成各第一電位，第三液體426與各第二透明電極432之間分別形成各第三電位透過改變各第三電位，分別將第一液體420和第三液體426極化，經極化後的第一液體420中會包含許多電偶極矩(electric dipole moment)，利用不均勻的電場分佈對電偶極矩造成強弱不一的吸引力，該第一液體420和第三液體426形狀會開始改變，導致該第一液體420會往第二透光壁414中央流動，第三液體426會往第一透光壁412中央流動，直到第一液體420和第三液體426接觸，且因第二液體422和第一液體420、第三液體426不混溶，所以第二液體422會被第一液體420和第三液體426推擠，開始往密閉腔體400的兩旁側壁410移動。因為第一液體420、第三液體426、第一透光壁412、第二透光壁414皆可透光，所以當第一液體420和第三液體426接觸時，第一液體420、第三液體426、第一透光壁412、第二透光壁414間會形成一通光孔440。請參考圖6和圖8，第一液體420形狀由420A變為420B(如圖8)，第三液體426形狀由426A變為426B(如圖8)，當第一液體和第三液體形狀分別為420B與426B時第一液體420和第三液體426會彼此相接觸(如圖8所示)，進而形成通光孔440（即：可透光區域），使光線可以通過。
由上可知，藉由多個第一透明電極430通電和多個第二透明電極432通電，可分別改變第一液體420和第三液體426改的形狀，進而改變通光孔440的大小，從而控制光線通過的多寡。
相較於光圈裝置30，光圈裝置40會更快速的形成通光孔440，故有較快的反應速度，可更快速的去控制光線通過的多寡。
在上述實施例中第二液體為不透明非導電液體，因黑色染料可吸收幾乎大部分可見光，所以通常是在第二液體中添加黑色染料以使其呈現不透明。但是，在某些情況下，第二液體也不限為不透明非導電液體，也可為對特定光波波長吸收之非導電溶液。例如，如果外部光源所發出的光僅為藍光時，則在第二液體中使用非藍色(例如：紅色、綠色)染料便可將外部光源所發出的光阻絕。此外，當使用者想用本發明的光圈裝置來控制紅外光(IR)或紫外光(UV)是否能通過時，亦可選擇只吸收紅外光或紫外光染料來作為第二液體，在這樣的情況下當光圈關閉時可見光可通過，但紅外光與紫外光則會被吸收而無法通過，但當光圈打開時便可使可見光、紅外光與紫外光通過。

10．．．光圈裝置

100．．．密閉腔體

110．．．側壁

112．．．第一透光壁

114．．．第二透光壁

116．．．容置空間

120、120A、120B．．．第一液滴

122．．．第二液滴

130．．．第一透明電極

132．．．第二透明電極

140．．．通光孔

Claims (10)

1. 一種光圈裝置，包括：
   一密閉腔體，包括一側壁、一第一透光壁與一第二透光壁，該第一透光壁與該第二透光壁彼此相對，該側壁連接於該第一透光壁與該第二透光壁間，且該密閉腔體的內部還具有一容置空間；
   一第一液體，容納於該密閉腔體的該容置空間中且位於該第一透光壁側，該第一液體為透明導電溶液；
   一第二液體，容納於該密閉腔體的該容置空間中，該第二液體與該第一液體不混溶，該第二液體為不透明或對特定光波波長吸收之非導電溶液；
   至少一第一透明電極，與該第一液體電性接觸；及
   多個第二透明電極，設置在該第一透光壁或該第二透光壁外側表面，且該第二透明電極不與該第一液體電性接觸；其中，藉由對該第一透明電極與該第二透明電極通電，該第一液體會往該第二透光壁中央流動，並使該第二液體往該密閉腔體的兩側壁移動，從而形成一通光孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光圈裝置，其中該密閉腔體的材質為玻璃或塑膠。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光圈裝置，其中該第二液體包括黑色或對特定光波波長吸收之染料。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光圈裝置，其中該第二透明電極是設置於該第一透光壁的外側表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光圈裝置，更包括：
   一第三液體，位於該第二透光壁側，該第三液體為透明導電溶液；
   至少一第三透明電極，是與該第三液體電性接觸且位於該第二透光壁側；及
   多個第四透明電極，是位於該第二透光壁側的外側表面上；
   其中，藉由對該第三電極與該第四透明電極通電，該第三液體會往該第一透光壁中央流動，並使該第三液體與該第一液體相接觸，從而形成該通光孔。
6. 一種光圈裝置，包括：
   一密閉腔體，包括一側壁、一第一透光壁與一第二透光壁，該第一透光壁與該第二透光壁彼此相對，該側壁連接於該第一透光壁與該第二透光壁間，且該密閉腔體的內部還具有一容置空間；
   一第一液體，容納於該密閉腔體的該容置空間中且位於該第一透光壁側，該第一液體為可被極化的液體；及
   一第二液體，容納於該密閉腔體的該容置空間中，該第二液體與該第一液體不混溶，該第二液體為不透明或對特定光波波長吸收之非導電溶液；及多個第一透明電極，配置於該第一透光壁或該第二透光壁中；
   其中，藉由對該第一透明電極通電，該第一液體與各該第一透明電極之間分別形成一第一電位，且透過改變該第一電位，該第一液體會往該第二透光壁中央流動，並使該第二液體往該密閉腔體的兩側壁移動，從而形成一通光孔。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光圈裝置，更包括多個第二透明電極，其中該第一透明電極是配置於該第一透光壁中，該第二透明電極是配置於該第二透光壁中，藉由對該第二透明電極通電，該第一液體與各該第二透明電極之間分別形成一第二電位，且透過改變該第二電位與該第一電位，該第一液體會往該第二透光壁中央流動，並使該第二液體往該密閉腔體的兩側壁移動，從而形成該通光孔。
8. 如申請專利範圍第6項所述之光圈裝置，其中該密閉腔體的材質為玻璃或塑膠。
9. 如申請專利範圍第6項所述之光圈裝置，其中該第二液體包括黑色或對特定光波波長吸收之染料。
10. 如申請專利範圍第6項所述之光圈裝置，更包括：
    一第三液體，位於該第二透光壁側，該第三液體為可被極化的液體；及
    多個第二透明電極，該第二透明電極是配置於該第二透光壁外側表面上，藉由對該第二透明電極通電，該第三液體與各該第二透明電極之間分別形成一第三電位；
    其中，透過分別改變該第三電位與該第一電位，該第三液體會往該第一透光壁中央流動，該第一液體會往該第二透光壁中央流動，使該第三液體與該第一液體相接觸，從而形成該通光孔。