TW202041892A - 連續對焦期間具有改善的圖像品質的可變透鏡、視頻記錄裝置及包括該可變透鏡和該視頻記錄裝置的系統和方法 - Google Patents

Abstract

一種液體透鏡，可包括腔、設置在腔內的第一液體和設置在腔內的第二液體。藉由調節由第一液體和第二液體限定的可變界面的形狀，可調節液體透鏡的焦點。在以週期性振盪（具有20屈光度的峰谷幅度和2 Hz的頻率）調整液體透鏡的焦點時，於1 ms間隔測量到的液體透鏡的均方根（RMS）波前誤差（WFE）在週期性振盪的一個完整週期中可保持在100 nm或更小。

Description

連續對焦期間具有改善的圖像品質的可變透鏡、視頻記錄裝置及包括該可變透鏡和該視頻記錄裝置的系統和方法

對於相關申請案的交互參照：本申請案根據專利法第28條之規定，主張對於申請於2019年3月18日的美國臨時申請案第62/819,861號的優先權，在此仰賴且併入此美國臨時申請案之內容以作為參考。

本案係關於可變透鏡，更具體地，係關於在連續對焦期間具有改善的圖像品質的可變透鏡，以及視頻記錄裝置，以及包括這種液體透鏡及（或）視頻記錄裝置的系統和方法。

液體透鏡通常包括設置在腔室內的兩種不混溶液體。改變液體所經受的電場，可以改變液體之一相對於腔室壁的潤濕性，從而改變兩種液體之間形成的彎液面的形狀。

本文揭示了可變透鏡、視頻記錄裝置，以及包括這種可變透鏡及（或）視頻記錄裝置的系統和方法。

本文揭示液體透鏡，包括腔、設置在腔內的第一液體和設置在腔內的第二液體。藉由調節由第一液體和第二液體限定的可變界面的形狀，可調節液體透鏡的焦點。在以週期性振盪（具有20屈光度的峰谷幅度和2 Hz的頻率）調整液體透鏡的焦點時，於1 ms間隔測量到的液體透鏡的均方根（RMS）波前誤差（WFE）在週期性振盪的一個完整週期中保持在100 nm或更小。

本文揭示一種記錄視頻的方法，該方法包含：將液體透鏡的焦點從第一焦距調節到第二焦距，且在調整液體透鏡的焦點期間，以至少每秒30幀（fps）的圖像捕獲率捕獲通過液體透鏡並入射到圖像感測器上的圖像光，以記錄視頻。

本文揭示一種視頻記錄裝置，包含：圖像感測器；光學系統，經定位以將圖像對焦在圖像感測器上且包含可變焦點透鏡；以及控制器，控制器可操作以在對焦期間以焦點調節率調節可變焦距透鏡的焦點，並以至少每秒30幀（fps）的圖像捕獲率重複捕獲對焦在圖像感測器上的圖像，以記錄視頻。焦點調節率與圖像捕獲率的比率為0.1屈光度/幀至0.5屈光度/幀。

本文揭示一種電子裝置，包含視頻記錄裝置與相機模組。電子裝置可操作為使用視頻記錄裝置來記錄視頻，並使用相機模塊來捕獲靜態照片。

本文揭示液體透鏡，包括腔、設置在腔內的第一液體和設置在腔內的第二液體。藉由調節由第一液體和第二液體限定的可變界面的形狀，可調節液體透鏡的焦點。在以週期性振盪（具有22屈光度的峰谷幅度和10 Hz的頻率）調整液體透鏡的焦點時，於1 ms間隔測量到的液體透鏡的均方根（RMS）波前誤差（WFE）在週期性振盪的一個完整週期中保持在100 nm或更小。

本文揭示液體透鏡，包括腔、設置在腔內的第一液體和設置在腔內的第二液體。藉由調節由第一液體和第二液體限定的可變界面的形狀，可調節液體透鏡的焦點。在以週期性振盪（具有69屈光度的峰谷幅度和2 Hz的頻率）調整液體透鏡的焦點時，於1 ms間隔測量到的液體透鏡的均方根（RMS）波前誤差（WFE）在週期性振盪的個完整週期中保持在300 nm或更小。

應瞭解到，上文的一般性說明與下文的詳細說明僅為示例性的，且意為提供概觀或框架以期瞭解所請技術標的的本質與特性。包含附加圖式以期進一步瞭解本說明，這些圖式被併入本說明書且構成本說明書的一部分。圖式圖示說明一或更多個具體實施例，並與說明一起用於解釋具體實施例的原理與作業。

現在詳細參照示例性具體實施例，這些具體實施例被圖示說明於附加圖式中。在圖式中儘可能使用相同的元件符號以指代相同或類似的部件。圖式並非必需按比例繪製，而是著重在圖示說明具體實施例的原理上。

包括範圍端點的數值在本文中可以被表示為前綴有用詞「大約」、「近似」等等的近似值。在這種情況下，其他具體實施例包括特定的數值。不管數值是否表示為近似值，本揭示內容中都包括兩個具體實施例：一個表示為近似值，而另一個不表示為近似值。還將理解，每個範圍的端點相對於另一端點以及獨立於另一端點都是重要的。

在各種具體實施例中，液體透鏡包括腔、設置在腔內的第一液體和設置在腔內的第二液體。在一些具體實施例中，藉由調節由第一液體和第二液體限定的可變界面的形狀，可調節液體透鏡的焦點。額外或替代地，在以週期性振盪（具有20屈光度的峰谷幅度和2 Hz的頻率，或10 Hz的較高頻率）調整液體透鏡的焦點時，於1 ms間隔測量到的液體透鏡的均方根（RMS）波前誤差（WFE）在週期性振盪的一個完整週期中保持在100 nm或更小。

在各種具體實施例中，一種記錄視頻的方法，包含：將液體透鏡的焦點從第一焦距調節到第二焦距，且在調整液體透鏡的焦點期間，以至少每秒30幀（fps）的圖像捕獲率捕獲通過液體透鏡並入射到圖像感測器上的圖像光，以記錄視頻。在一些具體實施例中，一種視頻記錄裝置，包含液體透鏡與圖像感測器，視頻記錄裝置包含至少為35％的空間頻率響應（SFR）（根據ISO 12233:2017，在1/4奈奎斯特頻率下測量的，在該液體透鏡的一焦點範圍內直至一最大全場），其中焦距範圍為0屈光度至30屈光度，且最大全場為50度。額外或替代地，調節液體透鏡的焦點包括：以焦點調節率調節液體透鏡的焦點，並且焦點調節率與圖像捕獲率的比率為0.1屈光度/幀至0.5屈光度/幀。

在各種具體實施例中，視頻記錄裝置包括圖像感測器和光學系統，光學系統被定位成將圖像對焦在圖像感測器上並且包括可變焦距透鏡。在一些這樣的具體實施例中，控制器可操作以在對焦期間以焦點調節率調節可變焦距透鏡的焦點，並以至少每秒30幀（fps）的圖像捕獲率重複捕獲對焦在圖像感測器上的圖像，以記錄視頻。在一些具體實施例中，焦點調節率與圖像捕獲率的比率為0.1屈光度/幀至0.5屈光度/幀。這樣的焦點轉變可以實現足夠快速的自動對焦，而不會產生可能由較高速度轉變（例如以高於0.5屈光度/幀的速率，諸如0.75屈光度/幀或1屈光度/幀）引起的圖像模糊。

在一些具體實施例中，當液體透鏡的焦點從第一焦距轉變到第二焦距時，本文所述的液體透鏡能夠維持相對較低的RMS WFE。例如，可以藉由在轉變期間在第一液體和第二液體之間限定的可變界面的相對均勻（例如光滑）的形狀，及（或）通過轉變的可變界面的速度（例如液體透鏡的響應時間），來實現相對較低的RMS WFE。在一些具體實施例中，如本文中所描述的，可由高幀率連續捕獲使圖像光通過液體透鏡而形成的複數個圖像，以記錄視頻（例如高速視頻）。例如，幀率可以足夠高，以使得在液體透鏡的焦點正在轉變的同時捕獲圖像，而不是在捕獲圖像之前等待液體透鏡穩定（例如到特定焦距）。在一些具體實施例中，這樣的視頻可具有如光學系統的SFR所反映的適當的圖像品質（例如，由於在轉變期間液體透鏡的相對較低的RMS WFE）。因此，本文描述的液體透鏡可以使得能夠在連續對焦期間記錄視頻（例如高速視頻）。

圖1是液體透鏡100的一些具體實施例的示意性截面圖。在一些具體實施例中，液體透鏡100包括透鏡主體102和形成在透鏡主體中的腔104。第一液體106和第二液體108設置在腔104內。在一些具體實施例中，第一液體106是極性液體或導電液體。額外或替代地，第二液體108是非極性液體或絕緣液體。在一些具體實施例中，第一液體106和第二液體108具有不同的折射率，使得第一液體和第二液體之間的界面110形成透鏡。在一些具體實施例中，第一液體106和第二液體108具有實質相同的密度，這可以幫助避免由於改變液體透鏡100的實體定向（例如由於重力導致）而導致界面110的形狀變化。

在一些具體實施例中，第一液體106和第二液體108在界面110處彼此直接接觸。例如，第一液體106和第二液體108實質上彼此不混溶，使得第一液體和第二液體之間的接觸表面限定界面110。在一些具體實施例中，第一液體106和第二液體108在界面110處彼此分離。例如，第一液體106和第二液體108藉由限定界面110的膜（例如聚合物膜）彼此分開。

在一些具體實施例中，腔104包括第一部分（或頂部空間）104A和第二部分（或底部部分）104B。例如，腔104的第二部分104B由如本文所述的液體透鏡100的中間層中的孔限定。額外或替代地，腔104的第一部分104A由液體透鏡100的第一外層中的凹部限定及（或）如本文所述地設置在中間層中的孔的外部。在一些具體實施例中，第一液體106的至少一部分設置在腔104的第一部分104A中。額外或替代地，第二液體108設置在腔體104的第二部分104B內。例如，第二液體108的實質上全部或一部分佈置在腔104的第二部分104B內。在一些具體實施例中，界面110的周邊（例如與腔側壁接觸的界面邊緣）設置在腔104的第二部分104B內。

可以經由電潤濕來調整界面110。例如，可以在第一液體106和腔104的表面之間施加電壓（例如，如本文所述位於腔的表面附近並與第一液體絕緣的電極），以增加或減小腔表面相對於第一液體的可濕性並改變界面110的形狀。在一些具體實施例中，調整界面110會改變界面的形狀，這改變液體透鏡100的焦距或焦點。例如，焦距的這種改變可使液體透鏡100能夠執行自動對焦功能。額外或替代地，調節界面110相對於液體透鏡100的光軸112傾斜界面。例如，這種傾斜可使液體透鏡100能夠執行光學圖像穩定（OIS）功能。可以在沒有液體透鏡100相對於圖像感測器、固定透鏡或透鏡堆疊、外殼或可以併入液體透鏡的相機模塊的其他部件的實體運動的情況下實現調節界面110。

在一些具體實施例中，液體透鏡100的透鏡主體102包括第一窗口114和第二窗口116。在一些這樣的具體實施例中，腔104設置在第一窗口114和第二窗口116之間。在一些具體實施例中，透鏡主體102包括協作形成透鏡主體的複數個層。例如，在圖1所示的具體實施例中，透鏡主體102包括第一外層118、中間層120和第二外層122。在一些這樣的具體實施例中，中間層120包括貫穿其中形成的孔。第一外層118可以接合到中間層120的一側（例如，物體側）。例如，第一外層118通過接合件134A接合到中間層120。接合件134A可以是黏合劑接合、雷射接合（例如雷射焊接），或能夠將第一液體106和第二液體108保持在腔104內的另一種合適的接合件。額外或替代地，第二外層122可以接合到中間層120的另一側（例如，圖像側）（例如，與第一外層118相對）。例如，第二外層122藉由接合件134B及（或）接合件134C接合到中間層120，每個接合件可以如本文關於接合件134A所描述地配置。在一些具體實施例中，中間層120設置在第一外層118和第二外層122之間，中間層中的孔在相對側上被第一外層和第二外層覆蓋，且至少一部分的腔104被限定在孔內。因此，第一外層118的覆蓋腔104的一部分用作第一窗口114，第二外層122的覆蓋腔的一部分用作第二窗口116。

在一些具體實施例中，腔104包括第一部分104A和第二部分104B。例如，在圖1所示的具體實施例中，腔104的第二部分104B由中間層120中的孔限定，並且腔的第一部分104A設置在腔的第二部分和第一窗口114之間。在一些具體實施例中，第一外層118包括如圖1所示的凹部，腔104的第一部分104A設置在第一外層的凹部內。因此，腔104的第一部分104A設置在中間層120中的孔的外部。

在一些具體實施例中，腔104（例如腔的第二部分104B）是錐形的，如圖1所示，使得腔的橫截面面積沿光軸112在從物側到像側的方向上減小。例如，腔104的第二部分104B包括窄端105A和寬端105B。術語「窄」和「寬」是相對性術語，表示窄端比寬端更窄，或者寬度或直徑更小。這樣的漸縮腔可幫助維持第一液體106和第二液體108之間的界面110沿著光軸112的對準。在其他具體實施例中，腔是漸縮的，使得腔的橫截面積在從物側到像側的方向上沿著光軸增加，或者是非漸縮的，使得腔的橫截面積沿著光軸實質上保持恆定。

在一些具體實施例中，圖像光通過第一窗口114進入液體透鏡100，在第一液體106和第二液體108之間的界面110處折射，並通過第二窗口116離開液體透鏡。在一些具體實施例中，第一外層118及（或）第二外層122包括足夠的透明度以使得圖像光能夠通過。例如，第一外層118及（或）第二外層122包括聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。在一些具體實施例中，第一外層118及（或）第二外層122的外表面是實質平坦的。因此，即使液體透鏡100可以用作透鏡（例如藉由將穿過界面110的圖像光折射），液體透鏡的外表面也可以是平坦的，而不是像固定透鏡的外表面一樣彎曲。這種平坦的外表面可以使將液體透鏡100整合到光學組件（例如透鏡堆疊）中的難度降低。在其他具體實施例中，第一外層及（或）第二外層的外表面是彎曲的（例如，凹面或凸面）。因此，液體透鏡可以包括整合的固定透鏡。在一些具體實施例中，中間層120包括金屬、聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。因為圖像光可以穿過中間層120中的孔，所以中間層可以是透明的或可以不是透明的。

儘管液體透鏡100的透鏡主體102被描述為包括第一外層118、中間層120和第二外層122，但是在本案中包括其他具體實施例。例如，在一些其他具體實施例中，省略了一個或多個層。例如，中間層中的孔可以被構造為不完全延伸穿過中間層的盲孔，並且可以省略第二外層。儘管腔104的第一部分104A在本文中被描述為設置在第一外層118中的凹部內，但是本案中包括其他具體實施例。例如，在一些其他具體實施例中，省略了凹部，並且腔的第一部分設置在中間層中的孔內。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。在一些其他具體實施例中，腔的第一部分部分地設置在中間層中的孔內並且部分地設置在孔的外部。

在一些具體實施例中，液體透鏡100包括與第一液體106電連通的共同電極124。額外或替代地，液體透鏡100包括驅動電極126，驅動電極126設置在腔104的側壁上並且與第一液體106和第二液體108絕緣。可以向共同電極124和驅動電極126提供不同的電壓，以改變界面110的形狀，如本文所述。

在一些具體實施例中，液體透鏡100包括導電層128，導電層128的至少一部分設置在腔104內。例如，導電層128包括在將第一外層118及（或）第二外層122接合到中間層之前施加到中間層120的導電塗層。導電層128可包括金屬材料、導電聚合物材料、另一種合適的導電材料或其組合。額外或替代地，導電層128可以包括單層或複數層，其中一些或全部可以是導電的。在一些具體實施例中，導電層128限定共同電極124及（或）驅動電極126。例如，在將第一外層118及（或）第二外層122接合到中間層之前，可以將導電層128施加到中間層118的實質上整個外表面上。在將導電層128施加到中間層118之後，可以將導電層分割成各種導電元件（例如共同電極124、驅動電極126及（或）其他電氣裝置）。在一些具體實施例中，液體透鏡100在導電層128中包括劃痕130A，以將共同電極124和驅動電極126彼此隔離（例如電隔離）。在一些具體實施例中，劃痕130A包括導電層128中的間隙。例如，劃痕130A是具有大約5μm、大約10μm、大約15μm、大約20μm、大約25μm、大約30μm、大約35μm、大約40μm、大約45μm、大約50μm或所列值定義的任何範圍的寬度的間隙。

在一些具體實施例中，液體透鏡100包括設置在腔104內的絕緣層132。例如，絕緣層132包括在將第一外層118及（或）第二外層122接合到中間層之前施加到中間層120的絕緣塗層。在一些具體實施例中，絕緣層132包括在將第二外層122結合到中間層120之後並且在將第一外層118結合到中間層之前施加到導電層128和第二窗口116的絕緣塗層。因此，絕緣層132覆蓋第二窗口116和腔104的導電層128的至少一部分（例如驅動電極126）。在一些具體實施例中，絕緣層132可以是足夠透明的，以使得圖像光能夠通過第二窗口116，如本文所述。絕緣層132可包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚對二甲苯、另一種合適的聚合或非聚合絕緣材料或其組合。額外或替代地，絕緣層132包括疏水材料。額外或替代地，絕緣層132可以包括單層或複數層，其中一些或全部可以是絕緣的。

在一些具體實施例中，絕緣層132覆蓋驅動電極126的至少一部分（例如，驅動電極的佈置在腔104內的部分）以使第一液體106和第二液體108與驅動電極絕緣。額外或替代地，設置在腔104內的共同電極124的至少一部分未被絕緣層132覆蓋。因此，如本文所述，共同電極124可以與第一液體106電連通。在一些具體實施例中，絕緣層132包括腔104的第二部分104B的疏水表面層。這樣的疏水表面層可以幫助將第二液體108保持在腔104的第二部分104B內（例如藉由在非極性第二液體和疏水材料之間的吸引）及（或）使界面110的周邊能夠沿著疏水表面層移動（例如藉由電潤濕），以改變界面的形狀，如本文所述。

圖2是通過第一外層118觀察的液體透鏡100的示意性前視圖，而圖3是從第二外層122看去的液體透鏡的示意性後視圖。為了清楚起見，在圖2和圖3中，除了一些例外，大抵以虛線圖示接合件，大抵以粗線圖示劃痕，而大抵以較淺的線圖示其他特徵。

在一些具體實施例中，共同電極124被限定在劃痕130A和接合件134A之間，並且共同電極的一部分未被絕緣層132覆蓋，使得共同電極可以如本文所述與第一液體106電連通。在一些具體實施例中，接合件134A被配置為使得在接合件內部（例如在腔104內）的導電層128的部分和接合件外部（例如在腔內）的導電層的部分之間保持電連續性。在一些具體實施例中，液體透鏡100在第一外層118中包括一個或多個切口136。例如，在圖2所示的具體實施例中，液體透鏡100包括第一切口136A、第二切口136B、第三切口136C和第四切口136D。在一些具體實施例中，切口136包括液體透鏡100的被去除第一外層118以暴露導電層128的部分。因此，切口136可以使得能夠電連接到共同電極124，並且在切口處暴露的導電層128的區域可以用作觸點，以使得液體透鏡100能夠電連接到控制器、驅動器或透鏡或相機系統的另一部件。

儘管切口136在本文中被描述為定位在液體透鏡100的拐角處，但是其他具體實施例也包括在本案中。例如，在一些具體實施例中，一個或多個切口設置在液體透鏡的外周內側及（或）沿著液體透鏡的一個或多個邊緣。

在一些具體實施例中，驅動電極126包括複數個驅動電極段。例如，在圖2至圖3所示的具體實施例中，驅動電極126包括第一驅動電極段126A、第二驅動電極段126B、第三驅動電極段126C和第四驅動電極段126D。在一些具體實施例中，驅動電極段圍繞腔104的側壁實質均勻地分佈。例如，每個驅動電極段佔據腔104的第二部分104B的側壁的大約四分之一或一個象限。在一些具體實施例中，相鄰的驅動電極段通過劃痕彼此隔離。例如，第一驅動電極段126A和第二驅動電極段126B藉由劃痕130B彼此隔離。額外或替代地，第二驅動電極段126B和第三驅動電極段126C藉由劃痕130C彼此隔離。額外或替代地，第三驅動電極段126C和第四驅動電極段126D藉由劃痕130D彼此隔離。額外或替代地，第四驅動電極段126D和第一驅動電極段126A藉由劃痕130E彼此隔離。各種劃痕130可以如本文參考劃痕130A所描述的那樣配置。在一些具體實施例中，如圖3所示，各個電極段之間的劃痕延伸超過腔104並延伸到液體透鏡100的背面。這種配置可以確保相鄰的驅動電極段彼此電隔離。額外或替代地，這樣的配置可以使每個驅動電極段具有如本文所述的用於電連接的對應觸點。

儘管在此將驅動電極126描述為被劃分為四個驅動電極段，但是在本案中包括其他具體實施例。在一些其他具體實施例中，驅動電極包括單個驅動電極（例如大抵外接腔的側壁）。例如，包括這樣的單個驅動電極的液體透鏡可以能夠改變焦距，但是不能使界面傾斜（例如僅能自動對焦的液體透鏡）。在一些其他具體實施例中，驅動電極被分成兩個、三個、五個、六個、七個、八個或更多個驅動電極段（例如圍繞腔的側壁實質均勻地分佈）。

在一些具體實施例中，接合件134B及（或）接合件134C被配置為使得在導電層128在相應接合件內的部分與導電層在相應接合件外的部分之間保持電連續性。在一些具體實施例中，液體透鏡100在第二外層122中包括一個或多個切口136。例如，在圖3所示的具體實施例中，液體透鏡100包括第五切口136E、第六切口136F、第七切口136G和第八切口136H。在一些具體實施例中，切口136包括液體透鏡100的被去除第二外層122以暴露導電層128的部分。因此，切口136可以使得能夠電連接到驅動電極126，並且在切口136處暴露的導電層128的區域可以用作觸點，以使得液體透鏡100能夠電連接到控制器、驅動器或透鏡或相機系統的另一部件。

可以將不同的驅動電壓提供給不同的驅動電極段以傾斜液體透鏡的界面（例如，用於OIS功能）。額外或替代地，可以將驅動電壓提供給單個驅動電極，或者可以將相同的驅動電壓提供給每個驅動電極段，以將液體透鏡的界面保持在圍繞光軸的大致球形的方向上（例如，用於自動對焦功能）。

在一些具體實施例中，液體透鏡100在調整液體透鏡焦距時具有足夠快的響應時間，及（或）在焦點轉變期間維持足夠平滑或均勻的界面110，以使得液體透鏡連續地掃過一焦距範圍同時維持相對低的RMS WFE，從而可以在如本文所述的焦點調整期間記錄高速視頻。

例如，當調節液體透鏡100的界面110（例如，以改變液體透鏡的焦距）時，第一液體106和第二液體108需要時間才能移動到它們的調節位置。例如，由於液體相對於彼此及（或）相對於腔104的邊界運動的流體動力學，第一液體106和第二液體108的移動可能需要時間。液體透鏡100的配置和操作可以實現本文所述的快速響應時間及（或）低RMS WFE。例如，液體透鏡100的結構、第一液體106和第二液體108的特性以及用於調節界面110的驅動信號，可以實現本文所述的快速響應時間及（或）低RMS WFE。

在一些具體實施例中，增加液體透鏡100的高度可以改善（例如減少）響應時間。例如，增加界面110和第一窗口114（例如，第一窗口的內表面）之間的距離，及（或）增加界面和第二窗口116（例如，第二窗口的內表面）之間的距離，可以減小響應時間。儘管本案不受理論的限制，但據信更多的液體運動遠離第一液體106及（或）第二液體108的邊界層發生（例如，在第一窗口114及（或）或第二窗口116）的液體透鏡100配置，分別有助於使界面110附近的液體更自由地移動。然而，增加界面110與第一窗口114及（或）第二窗口116之間的距離可能具有遞減的回報。額外或替代地，減小腔104的高度（例如減小液體透鏡100中的第一液體106及（或）第二液體108的量）及（或）減小界面110與第一窗口114及（或）第二窗口116（例如，隨著界面移動而增加阻尼）之間的距離可能是有利的。因此，競爭因素之間的平衡可以用於確定腔104的適當高度（例如第一窗口114和第二窗口116之間的距離）以及液體透鏡100中的第一液體106和第二液體108的體積。

在一些具體實施例中，減小界面110的寬度或直徑可以改善響應時間。例如，減小液體透鏡100的直徑（例如，腔104的窄端105A及（或）寬端105B的直徑）可以減少響應時間。額外或替代地，減小腔104的側壁與光軸112之間的角度可以減小響應時間。儘管本案不受理論限制，但是據信減少在液體透鏡100內移動的第一液體106及（或）第二液體108的量（例如，體積）可以幫助使界面110能夠更快地移動。

在一些具體實施例中，液體透鏡100可以將光學像差引入透射過液體透鏡的光（例如，圖像光）。例如，界面110可以具有在光學上不理想的形狀，其可以引入光學像差（例如彗形、三葉形、像散等）。在一些具體實施例中，液體透鏡100可以被配置為減小光學像差或以其他方式改善液體透鏡的光學性能。

在一些具體實施例中，增加界面110的尺寸可以減小光學像差。例如，相對於窄端105A加寬腔104（例如，藉由增加錐角來加寬形成腔的側壁的截錐）可以減小一些光學像差。儘管本案不受理論限制，但據信最強的光學像差（例如，對於三葉形）發生在界面110的邊緣（例如，界面接觸腔104的側壁的地方）。藉由將界面110的邊緣移到透射到達圖像感測器的光的液體透鏡110的區域之外（例如，在光學孔徑之外），可對到達圖像感測器以產生圖像的光減小光學像差。例如，在保持錐角和淨孔徑相同的同時增加腔104的窄端105A的尺寸，可以減小一些光學像差。

在一些具體實施例中，某些類型的WFE可以增加，而其他類型的WFE可以減少，反之亦然。例如，減小錐角（例如，使腔室104的側壁變陡）可以增加三葉形，同時減小彗形。因此，競爭因素之間的平衡可以用於確定液體透鏡100的參數。

在一些具體實施例中，腔104的形狀可以被配置成平衡或優先考慮液體透鏡100的操作參數（例如，如本文所述使液體透鏡能夠操作用於記錄高速視頻）。例如，腔104的側壁相對於光軸112的角度可以是大約5度、大約10度、大約20度、大約25度、大約30度、大約35度、大約40度、大約45度、大約50度、大約60度、大約70度、大約80度、大約85度之間，或者它們之間的任何角度，或者以這些值的任何組合為邊界的任何範圍，儘管在某些情況下可以使用這些範圍之外的其他角度。

在一些具體實施例中，可以配置液體透鏡100，使得在界面110的轉變期間（例如在調整液體透鏡的焦點期間），第一液體106上的剪切力和第二液體108上的剪切力可以實質平衡。例如，第一液體106和第二液體108上的剪切力可以變化不超過約1％、約2％、約3％、約5％、約7％、約10％、約15％、約20％、約25％、約30％或它們之間的任何值，或由這些值的任何組合限制的任何範圍，儘管可以使用其他值。例如，當界面110移動時，第一液體106的一部分和第二液體108的一部分可以在腔104內移動，而與液體透鏡100中的固定結構相鄰的第二液體108的一部分和第一液體106的一部分（例如第一窗口114及（或）第二窗口116）可以用作第一液體和第二液體的邊界層，其可以阻止運動。在一些具體實施例中，剪切力可以延伸並影響第一液體106和第二液體108在界面110處的運動，這可以減慢液體透鏡100的響應時間。額外或替代地，剪切力可以增加液體透鏡100中的阻尼。剪切力可影響界面110的運動的程度，可以取決於例如第一液體106和第二液體108的黏度、具有固定結構的界面110的面積及（或）與邊界層到界面的距離。在一些具體實施例中，第一液體106可具有1至2mPa*s（在攝氏20度）的黏度及（或）第二液體108可具有2至5mPa*s（在攝氏20度）的黏度。因為第二液體108可以比第一液體106更黏，所以剪切力在第二液體中比在第一液體中更遠離邊界層具有更大的作用。因此，第二液體108的高度可隨著第二液體的黏度相對於第一液體106的黏度增加而增加，以平衡剪切力（例如，在界面110處）。在一些具體實施例中，較大的邊界層面積（例如，液體與固定結構之間的更多接觸面積）可以增加剪切力。因此，可以調節腔104內的第一液體106和第二液體108的相對高度，以解決液體中的邊界層面積。在一些具體實施例中，第一液體106的高度與第二液體108的高度的比率，可以為約10：1、約7：1、約5：1、約3：1、約2：1、約1.5：1、約1：1、約0.75：1、約0.5：1、約0.25：1、約0.1：1，或者它們之間的任何值，或者由這些值的任何組合限制的比率的任何範圍，儘管這些範圍之外的值在某些情況下可以使用。在一些具體實施例中，第二液體108的高度可以比第一液體106的高度大（反之亦然），例如0％（相同大小）、大約5％、大約10％、大約20％、大約30％、約40％、約50％、約75％、約100％、約150％、約200％、約300％或它們之間的任何值，或以這些值的任何組合為界的任何值範圍，儘管可以使用其他值。

在一些具體實施例中，腔104的窄端105A的寬度或直徑與第一液體106的高度及（或）第二液體108的高度的比率，可以為大約25：1、大約20：1、大約15：1、大約12：1、大約10：1、大約8：1、大約6：1、大約5：1、大約4：1、大約3：1、大約2：1、大約1.5：1、大約1.25：1、大約1：1、大約0.9：1、大約0.8：1、大約0.75：1，或它們之間的任何比率值，或由這些比率值的任何組合限制的任何值範圍，儘管在某些實施方式中可以使用這些範圍之外的其他值。如本文所述的液體的高度可以指的是當液體透鏡處於零屈光度的焦點時（例如，當界面平坦時）的液體的高度。腔104的總高度可以是針對第一液體106的高度和第二液體108的高度所揭示的任何值的總和。在一些具體實施例中，腔104的窄端105A的寬度或直徑，可以比第一液體106的高度及（或）第二液體108的高度大0％（相同大小）、大約5％、大約10％、大約20％、大約30％、大約40％、大約50％、大約75％、大約100％、大約150％、大約200％、大約300％、大約350％、大約400％、大約450％、大約500%、約600％、約700％、約800％、約900％、約1000％，儘管可以使用其他值，或是它們之間的任何值，或由這些值的任何組合限定的任何範圍的值。在一些具體實施例中，第一液體106的高度及（或）第二液體108的高度，可以比腔104的窄端105A的寬度或直徑大0％（相同大小）、大約5％、大約10％、約20％、約30％、約40％、約50％、約75％、約100％、約150％、約200％、約300％、約400％、約500％或它們之間的任何值，或儘管可以使用其他值，但這些值的任何組合都可以限制任何範圍的值。

在一些具體實施例中，液體透鏡100被配置為（例如使用本文所述參數）在調整液體透鏡焦距時具有足夠快的響應時間，及（或）在焦點轉變期間維持足夠平滑或均勻的界面110，以使得液體透鏡連續地掃過一焦距範圍同時維持相對低的RMS WFE，從而可以在如本文所述的焦點調整期間記錄視頻（例如高速視頻）。圖4是表示當液體透鏡的焦點掃過一定範圍的焦距時液體透鏡100的一些具體實施例的圖像品質的圖。X軸以毫秒為單位顯示時間。圖表左側的Y軸顯示RMS WFE或峰谷（PV）Zernike係數，均以µm為單位。曲線圖右側的Y軸顯示屈光度中的液體透鏡的焦距（例如，透鏡光焦度）。用於產生圖4中所示的曲線的液體透鏡被如圖1所示配置，並具有3.6mm直徑和55μm厚的第一窗口114、482μm厚的中間層120、腔104的直徑1.85mm的窄端105A、腔側壁與光軸112之間為30度角，以及零屈光度（例如第二液體108的高度）處，第二窗口116和界面110之間的255μm距離。

為了產生圖4所示的圖，以週期性振盪來調節液體透鏡的焦點，PV振幅為20屈光度且頻率為2Hz，導致焦距隨時間變化，這由對焦曲線160表示，其在22屈光度處具有波峰，而2屈光度處有波谷。WFE曲線162圖示了在焦點調節（例如焦點振盪）期間以1ms間隔測量的液體透鏡的RMS WFE。如圖4所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡的RMS WFE保持在70nm或更小。球面像差曲線164圖示在焦點調節（例如焦點振盪）期間以1ms間隔測量的PV球面Zernike係數（

）的絕對值（例如，所確定的係數乘以-1）。如圖4所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，PV球面Zernike係數保持在低於40nm。四面體像差曲線166表示PV垂直四面體Zernike係數（

），其在焦點調節（例如，焦點振盪）期間以1ms間隔測量。如圖4所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，PV垂直四面體Zernike係數保持在低於140nm。

在一些具體實施例中，在以20屈光度的PV振幅和2Hz的頻率在週期性振盪中調整液體透鏡100的焦點時，以1ms間隔測量的液體透鏡的RMS WFE在週期性振盪的一個完整週期中保持在100nm或更小、90nm或更小、80nm或更小，或70nm或更小。額外或替代地，在週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡100的PV球面Zernike係數保持在低於40nm。額外或替代地，在週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡100的PV垂直四面體Zernike係數保持在低於140nm。

圖5是表示當液體透鏡的焦點掃過一定範圍的焦距時液體透鏡100的一些具體實施例的圖像品質的圖。X軸以毫秒為單位顯示時間。圖表左側的Y軸顯示RMS WFE或PV Zernike係數，均以µm為單位。曲線圖右側的Y軸顯示屈光度中的液體透鏡的焦距（例如，透鏡光焦度）。用於產生圖5中所示的曲線的液體透鏡，與用於產生圖4所示曲線的液體透鏡相同。

為了產生圖5所示的圖，以週期性振盪來調節液體透鏡的焦點，PV振幅為22屈光度且頻率為10Hz，導致焦距隨時間變化，這由對焦曲線170表示，其在21屈光度處具有波峰，而-1屈光度處有波谷。WFE曲線172圖示了在焦點調節（例如焦點振盪）期間以1ms間隔測量的液體透鏡的RMS WFE。如圖5所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡的RMS WFE保持在90nm或更小。球面像差曲線174圖示在焦點調節（例如焦點振盪）期間以1ms間隔測量的PV球面Zernike係數（

）的絕對值（例如，所確定的係數乘以-1）。如圖5所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，PV球面Zernike係數保持在低於50nm。四面體像差曲線176表示PV垂直四面體Zernike係數（

），其在焦點調節（例如，焦點振盪）期間以1ms間隔測量。如圖5所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，PV垂直四面體Zernike係數保持在低於180nm。

在一些具體實施例中，在以22屈光度的PV振幅和10Hz的頻率在週期性振盪中調整液體透鏡100的焦點時，以1ms間隔測量的液體透鏡的RMS WFE在週期性振盪的一個完整週期中保持在100nm或更小，或90nm或更小。額外或替代地，在週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡100的PV球面Zernike係數保持在低於50nm。額外或替代地，在週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡100的PV垂直四面體Zernike係數保持在低於180nm。

比較圖4和圖5，可以看出液體透鏡100即使在明顯更快的掃掠時也能夠在整個對焦掃掠中保持低RMS WFE。例如，液體透鏡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、6 Hz、7 Hz、8 Hz、9 Hz、10 Hz或任何列出的值定義的範圍的頻率的週期性振盪的整個完整週期中維持本文所述的RMS WFE。

圖6是表示當液體透鏡的焦點掃過一定範圍的焦距時液體透鏡100的一些具體實施例的圖像品質的圖。X軸以毫秒為單位顯示時間。圖表左側的Y軸顯示RMS WFE或PV Zernike係數，均以µm為單位。曲線圖右側的Y軸顯示屈光度中的液體透鏡的焦距（例如，透鏡光焦度）。用於產生圖6中所示的曲線的液體透鏡，與用於產生圖4與圖5所示曲線的液體透鏡相同。

為了產生圖6所示的圖，以週期性振盪來調節液體透鏡的焦點，PV振幅為69屈光度且頻率為2Hz，導致焦距隨時間變化，這由對焦曲線180表示，其在68屈光度處具有波峰，而-1屈光度處有波谷。WFE曲線182圖示了在焦點調節（例如焦點振盪）期間以1ms間隔測量的液體透鏡的RMS WFE。如圖6所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡的RMS WFE保持在255nm或更小。球面像差曲線184圖示在焦點調節（例如焦點振盪）期間以1ms間隔測量的PV球面Zernike係數（

）的絕對值（例如，所確定的係數乘以-1）。如圖6所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，PV球面Zernike係數保持在低於500nm。四面體像差曲線186表示PV垂直四面體Zernike係數（

），其在焦點調節（例如，焦點振盪）期間以1ms間隔測量。如圖6所示，在整個週期性振盪的一個完整週期中，PV垂直四面體Zernike係數保持在低於400nm。

在一些具體實施例中，在以69屈光度的PV振幅和2Hz的頻率在週期性振盪中調整液體透鏡100的焦點時，以1ms間隔測量的液體透鏡的RMS WFE在週期性振盪的一個完整週期中保持在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。額外或替代地，在週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡100的PV球面Zernike係數保持在低於500nm。額外或替代地，在週期性振盪的一個完整週期中，液體透鏡100的PV垂直四面體Zernike係數保持在低於400nm。

在一些具體實施例中，在以69屈光度的PV振幅和2Hz的頻率在週期性振盪中調整液體透鏡100的焦點時，以1ms間隔測量的液體透鏡的RMS WFE在週期性振盪的一個完整週期的一部分中保持在250nm或更小、200nm或更小、150 nm或更小、140 nm或更小、130 nm或更小、120 nm或更小、110 nm或更小，或100 nm或更小，其中液體透鏡的焦點小於40屈光度、小於30屈光度或小於20屈光度。因此，藉由對焦調節的有用部分（例如，連續對焦掃描），液體透鏡的圖像品質可以是合適的（例如，用於高速視頻記錄）。

在圖4至圖6中圖示的對焦調節期間液體透鏡100的相對較低的RMS WFE（例如，連續對焦掃掠），可以使圖像能夠在界面110處於轉變狀態時被捕獲（例如，無需等待界面穩定或停止移動），這可以使用如本文所述的液體透鏡。

圖7是視頻記錄裝置200的一些具體實施例的示意性截面圖。例如，視頻記錄裝置200可以被配置為可操作為記錄如本文所述的視頻（例如，高速視頻）的相機模塊。在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200包括透鏡組件202。例如，透鏡組件202包括沿光軸對準的第一透鏡組204、液體透鏡100和第二透鏡組206。第一透鏡組204和第二透鏡組206中的每一個可以獨立地包括一個或複數個透鏡（例如，固定透鏡）。

儘管透鏡組件202在本文中被描述為包括液體透鏡100，但是其他具體實施例也包括在本案中。在一些具體實施例中，透鏡組件包括可變焦距透鏡，其可以是液體透鏡（例如液體透鏡100）、流體靜力流體透鏡（例如，包括佈置在柔性膜內的流體或聚合物材料，其曲率是可變的，例如，藉由注入或抽出流體及（或）通過向流體透鏡施加外力）、液晶透鏡，或焦距可以改變的其他類型的透鏡（例如無需平移、傾斜，或相對於圖像感測器移動透鏡組件）。

儘管透鏡組件202在本文中被描述為包括設置在第一透鏡組204和第二透鏡組206之間的液體透鏡100，但是其他具體實施例也包括在本案中。在一些其他具體實施例中，透鏡組件包括沿光軸設置在液體透鏡100的任一側（例如物側或像側）的單個透鏡或單個透鏡組。

在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200包括圖像感測器208。例如，透鏡組件202被定位成將圖像對焦在圖像感測器208上。圖像感測器208可以包括半導體電荷耦合元件（CCD）、互補金屬氧化物半導體（CMOS）、N型金屬氧化物半導體（NMOS）、另一圖像感測元件或它們的組合。圖像感測器208可以偵測由透鏡組件202對焦在圖像感測器上的圖像光，以捕獲由圖像光呈現的圖像。在一些具體實施例中，圖像感測器208可以重複捕獲由圖像光呈現的圖像以記錄視頻（例如高速視頻），如本文所述。

在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200包括殼體210。例如，如圖7所示，透鏡組件202及（或）圖像感測器208安裝在殼體210中。這樣的配置可以幫助維持透鏡組件202和圖像感測器208之間的正確對準。在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200包括蓋212。例如，蓋212位於殼體210上。蓋212可以幫助保護及（或）屏蔽透鏡組件202、圖像感測器208及（或）殼體210。在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200包括與透鏡組件202相鄰（例如在透鏡組件的物側的端部）設置的透鏡蓋214。透鏡蓋214可以幫助保護透鏡組件202（例如第一鏡片組204）免受刮擦或其他損壞。

在一些具體實施例中，可變焦距透鏡（例如液體透鏡100）的視場（FOV）在焦點調節（例如參考圖4至6描述的對焦掃描）期間保持實質恆定。例如，液體透鏡100的FOV在整個週期性振盪的一個完整週期中保持實質恆定。可以藉由缺少液體透鏡100及（或）光學系統202相對於圖像感測器208的實體運動（例如在平行於光軸的方向上平移）來實現這種恆定的FOV。額外或替代地，這種恆定的FOV可以實現改變液體透鏡100的焦點而無需補償入射在圖像感測器208上的所得圖像的邊緣處的變化（例如，由隨著變化的焦點而變化的FOV引起的變化）。藉由不補償這種變化而可以節省的處理能力，可以幫助實現本文所述的高速視頻記錄。

圖8是圖示視頻記錄系統300的一些具體實施例的方塊圖。在一些具體實施例中，視頻記錄系統300包括可變焦距透鏡，例如液體透鏡100。在一些具體實施例中，視頻記錄系統300包括控制器304。控制器304可以被配置為向液體透鏡100的共同電極124提供共同電壓，並且向液體透鏡的驅動電極126提供驅動電壓。可以藉由共同電壓和驅動電壓之間的電壓差，來控制液體透鏡100的界面110的形狀及（或）液體透鏡的界面的位置。在一些具體實施例中，共同電壓及（或）驅動電壓包括振盪電壓信號（例如方波、正弦波、三角波、鋸齒波或另一振盪電壓信號）。在一些這樣的具體實施例中，共同電壓和驅動電壓之間的電壓差包括均方根（RMS）電壓差。額外或替代地，使用脈衝寬度調變（例如藉由操縱差動電壓信號的工作比例）、脈衝幅度調變（例如藉由操縱差動電壓信號的幅度）、另一種合適的控制方法或以上之組合，來操縱共同電壓和驅動電壓之間的電壓差。

在各種具體實施例中，控制器304可包括通用處理器、數位信號處理器、特定應用積體電路、現場可編程閘陣列、類比電路、數位電路、伺服器處理器、以上之組合或其他現在已知或以後開發的處理器中的一個或多個。控制器304可以實現各種處理策略中的一種或多種，例如多處理、多任務、並行處理、遠端處理、集中式處理等。控制器304可以響應於或可操作來執行作為軟體、硬體、積體電路、韌體、微代碼等的一部分存儲的指令。

在一些具體實施例中，視頻記錄系統300包括溫度感測器306，溫度感測器306可以被整合到液體透鏡100、視頻記錄裝置200或視頻記錄系統的另一組件中。溫度感測器306可以被配置為偵測視頻記錄裝置200內（例如液體透鏡100內）的溫度，並產生指示偵測到的溫度的溫度信號。在一些具體實施例中，共同電壓與驅動電壓之間的電壓差至少部分地基於由溫度感測器產生的溫度信號，溫度信號能夠補償隨著溫度變化而改變的液體透鏡的電特性及（或）實體特性。這種補償可以幫助實現本文描述的液體透鏡的改進的速度和圖像品質。

在一些具體實施例中，視頻記錄系統300包括加熱裝置308，加熱裝置308可以被整合到液體透鏡100、視頻記錄裝置200或視頻記錄系統的另一組件中。加熱裝置308可經配置以將熱量引入視頻記錄裝置200（例如液體透鏡100），以提高視頻記錄裝置或其一部分的溫度。這種加熱可以幫助實現本文描述的液體透鏡的改進的速度和圖像品質。

圖9是視頻記錄裝置200的一些具體實施例的示意性射線圖。在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200包括透鏡組件202，透鏡組件202包括沿著光軸對準的第一透鏡組204、液體透鏡100和第二透鏡組206。在圖9所示的具體實施例中，第一透鏡組204包括兩個固定透鏡，第二透鏡組206包括三個固定透鏡。在其他具體實施例中，第一和第二透鏡組可以包括更多或更少的透鏡。在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200包括圖像感測器208和紅外（IR）截止濾光器210，並且透鏡組件202被定位成通過IR截止濾光器將圖像對焦到圖像感測器上。在圖9所示的具體實施例中，圖像感測器208包括1/3.2英寸光學格式感測器（例如，對角線長度為5.68毫米、寬度為4.54毫米、高度為3.42毫米、面積為15.5平方毫米、像素尺寸約1 µm的感測器）。

圖10A至10N是代表圖9所示的視頻記錄裝置200的整個場的模型化的SFR的圖，當液體透鏡100的焦點掃過如圖6所示的焦距範圍時。為了產生圖10A至圖10N中所示的圖，以每毫米110線對（lp/mm）的頻率對視頻記錄裝置的SFR建模，頻率等於圖像感測器的1/4奈奎斯特頻率，其可以基於圖像感測器的像素間距來確定。在圖10A至圖10N所示的圖中，X軸圖示以mm為單位的Y場（例如，水平場），並且Y軸圖示SFR。應當注意，圖10A至圖10N所示的Y欄位編號是代表圖像感測器的一半的半場編號（例如，Y軸上的零代表圖像感測器的水平中心）。因此，可以藉由將報告的半場編號乘以2來確定全場編號，並且圖像感測器另一半的SFR資料將是圖中所示資料的鏡像。以mm為單位的Y場表示圖像感測器上的位置（例如，水平位置）。可以使用以下公式（1）將以mm為單位的Y場轉換為弧度（或度）：

(1), 其中，Y是以毫米為單位的Y場，ƒ是以毫米為單位的視頻記錄裝置的透鏡系統的焦距，而θ是以弧度為單位的Y場（例如，視場）。額外或替代地，以mm為單位的Y場可以表示為圖像感測器的寬度的百分比。

在圖10A至10N中，實線（下部的線對）表示SFR，虛線（上部的線對）表示理想的SFR。因此，當液體透鏡掃過焦距範圍時，SFR和理想SFR在整個視場之間的距離可以指示圖像感測器捕獲的圖像的光學品質。對於每對線，上線對應於弧矢SFR，下線對應於切線SFR。

圖10A表示焦點為0屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置200的SFR。圖10B表示焦點為5屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10C表示焦點為10屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10D表示焦點為15屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10E表示焦點為20屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10F表示焦點為25屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10G表示焦點為30屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10H表示焦點為35屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10I表示焦點為40屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10J表示焦點為45屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10K表示焦點為50屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10L表示焦點為55屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10M表示焦點為60屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。圖10N表示焦點為68屈光度的液體透鏡100的影像記錄裝置的SFR。

如圖10A至圖10N所示，隨著液體透鏡100的焦點掃過焦距範圍，視頻記錄裝置200的SFR隨著場的增加和焦距的增加而減小。然而，如本文所述，在焦點轉變期間液體透鏡100的改善的圖像品質，可以使視頻記錄裝置200具有合適的圖像品質（例如，如由SFR反射的）直到最大場（例如，針對預期應用的最大關注場）及（或）在焦點範圍內（例如針對預期應用的關注焦點範圍）。在一些具體實施例中，視頻記錄裝置200在焦點範圍上的最大場上保持至少35％、至少40％、至少50％、至少60％或至少70％的SFR。例如，最大場可以是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。額外或替代地，最大場可以是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。在一些具體實施例中，最大場可以表示如本文所述的最大半場。因此，最大全場可以是所列值的兩倍（例如，以mm或度為單位的所列值）。額外或替代地，對焦範圍可以是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組合所界定的範圍。在一些具體實施例中，可以如ISO 12233：2017「攝影-電子靜態圖片成像-解析度和空間頻率響應」中所述來測量SFR。額外或替代地，可以在1/4奈奎斯特頻率下測量SFR。

在一些具體實施例中，電子裝置包括視頻記錄裝置200。例如，電子裝置可以是智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦、可穿戴裝置、擴增實境（AR）裝置、虛擬實境（VR）裝置、數位相機、視頻聊天裝置、動作相機裝置或其他合適的電子設備。圖11是包括視頻記錄裝置200的智慧型手機400的一些具體實施例的示意性後視圖。在一些具體實施例中，智慧型手機400包括相機模塊402。視頻記錄裝置200和相機模塊402可以被配置為執行不同的功能。例如，智慧型手機400可用於使用視頻記錄裝置200記錄視頻，並使用相機模塊402捕獲靜態照片。額外或替代地，視頻記錄裝置200可以是不同於相機模塊402的專用視頻記錄裝置。這樣的設計可以使得視頻記錄裝置200可以被配置用於改進的視頻記錄（例如，高速視頻記錄），並且相機模塊402可以被配置用於改善的靜態攝影。

儘管視頻記錄裝置200被描述為結合到電子設備中，但是其他具體實施例也包括在本案中。例如，在其他具體實施例中，車輛（例如汽車、卡車、摩托車、飛機、公共汽車、火車、船隻、無人機或用於人或物體的另一種交通工具）包括視頻記錄裝置200。

儘管視頻記錄裝置200在本文中被描述為記錄視頻，但是其他具體實施例也包括在本案中。在一些具體實施例中，視頻記錄裝置能夠記錄靜止圖像或視頻和靜止圖像兩者。例如，視頻記錄可以記錄靜止圖像及（或）可以藉由循序捕獲複數個靜止圖像來記錄視頻。

圖12是圖示用於記錄視頻的方法500的一些具體實施例的流程圖。在一些具體實施例中，方法500包括在步驟502處將液體透鏡100的焦點從第一焦距調節到第二焦距。在一些具體實施例中，方法500包含在步驟504處，在調整液體透鏡的焦點期間，以至少每秒30幀（fps）的圖像捕獲率捕獲通過液體透鏡100並入射到圖像感測器208上的圖像光，以記錄視頻。例如，圖像捕獲速率是至少240幀/秒（fps）、至少480 fps或至少960 fps。本文所述的液體透鏡100的響應時間及（或）相對較低的RMS WFE，可以幫助實現如此高的圖像捕獲率（例如，高速視頻記錄），同時保持所得視頻的圖像品質。例如，包括液體透鏡100和圖像感測器208的視頻記錄裝置200包括如本文所述的SFR，這可以實現所得到的視頻品質。

在一些具體實施例中，調整液體透鏡100的焦點包含：由一焦點調節率調節液體透鏡的焦點。額外或替代地，焦點調整率與圖像捕獲率的比率是0.1屈光度/幀、0.2屈光度/幀、0.3屈光度/幀、0.4屈光度/幀、0.5屈光度/幀，或由以下任一項所界定的任何範圍列出的值。例如，焦點調節率與圖像捕獲率的比率為0.1屈光度/幀至0.5屈光度/幀。將焦點調整率與圖像捕獲率的比率保持在0.5屈光度/幀或以下可以幫助避免視頻模糊（例如，在視頻的單個幀上焦點變化太大）。

在一些具體實施例中，本文描述的方法、技術、微處理器及（或）控制器，由一個或多個專用計算裝置實施。專用計算裝置可以是硬連線式以執行這些技術，或者可以包括數位電子裝置（諸如一個或多個特定應用積體電路（ASIC）或場可編程閘陣列（FPGA）），數位電子裝置被持續性地編程以執行技術，或者可以包括一個或多個通用硬體處理器，通用硬體處理器被編程為根據韌體、記憶體、其他儲存器或組合中的程序指令執行技術。指令可位於RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、可移除式碟片、CD-ROM，或任何其他形式的非暫態性電腦可讀取儲存媒體。這種專用計算裝置還可以將自訂的硬連線邏輯、ASIC或FPGA與自訂編程相結合，以實現這些技術。專用計算設備可以是桌上型電腦系統、伺服器電腦系統、可攜式電腦系統、手持式裝置、網路裝置或併入硬連線及（或）程式邏輯以實施這些技術的任何其他裝置或裝置的組合。

本文描述的處理器及（或）控制器可以由作業系統軟體協調，諸如iOS、Android、Chrome OS、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows Server、Windows CE、Unix、Linux、SunOS、Solaris、iOS、Blackberry OS、VxWorks，或其他兼容的作業系統。在其他具體實施例中，計算裝置可以由專有作業系統控制。傳統的作業系統控制和調度電腦程序以供執行、執行記憶體管理、提供文件系統、網路、I/O服務，以及提供使用者介面功能（諸如圖形使用者介面（GUI））等。

本文描述的處理器及（或）控制器，可以使用自訂的硬連線邏輯、一個或多個ASIC或FPGA、韌體及（或）程式邏輯（其使微處理器及（或）控制器成為專用機器），來實施本文描述的技術。在一些具體實施例中，響應於執行包含在記憶體中的一個或多個序列指令，由處理器（例如微處理器）及（或）其他控制器元件執行本文揭示的技術的部分。這些指令可以從另一儲存媒體（諸如儲存裝置）讀入記憶體。包含在記憶體中的指令序列的執行，可使處理器或控制器執行本文描述的處理步驟。在替代具體實施例中，可以使用硬連線電路系統代替軟體指令或與軟體指令組合。

此外，結合本文揭示的具體實施例描述的各種說明性邏輯模塊和模組，可以由諸如處理器裝置、數位信號處理器（DSP）、特定應用積體電路（ASIC）、現場可編程閘陣列（FPGA）或其他可編程邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、分立硬體部件，或被設計用於執行本文所述功能的以上之任何組合的機器來實現或執行。處理器裝置可以是微處理器，或者，處理器裝置可以是控制器、微控制器或狀態機、他們的組合等。在一些具體實施例中，處理器裝置可以包括被配置為處理電腦可執行指令的電路系統。額外或替代地，處理器裝置可包括FPGA或其他可編程裝置，其執行邏輯作業而不處理電腦可執行指令。處理器裝置還可以實施為計算裝置的組合，例如DSP和微處理器、複數個微處理器、一個或多個微處理器結合DSP內核，或任何其他這樣的配置的組合。儘管這裡主要關於數位技術進行了描述，但是處理器裝置也可以主要包括類比部件。例如，本文描述的一些或所有技術，可以在類比電路或混合類比和數位電路系統中實施。

在本發明技術領域中具有通常知識者將顯然瞭解到，可對所請技術標的進行各種修改與變異，而不脫離所請技術標的的精神與範圍。因此，除了根據所附申請專利範圍及其均等範圍以外，所請技術標的不受限制。

100:液體透鏡 102:透鏡主體 104:腔 106:第一液體 108:第二液體 110:界面 112:光軸 114:第一窗口 116:第二窗口 118:第一外層 120:中間層 122:第二外層 124:共同電極 126:驅動電極 128:導電層 132:絕緣層 160:對焦曲線 162:WFE曲線 164:球面像差曲線 166:四面體像差曲線 170:對焦曲線 172:WFE曲線 174:球面像差曲線 176:四面體像差曲線 180:對焦曲線 182:WFE曲線 184:球面像差曲線 186:四面體像差曲線 200:視頻記錄裝置 202:透鏡組件 204:第一透鏡組 206:第二透鏡組 208:圖像感測器 210:殼體 212:蓋 214:透鏡蓋 300:視頻記錄系統 304:控制器 306:溫度感測器 308:加熱裝置 400:智慧型手機 402:相機模塊 500:方法 502:步驟 504:步驟 104A:第一部分 104B:第二部分 105A:窄端 105B:寬端 126A:第一驅動電極段 126B:第二驅動電極段 126C:第三驅動電極段 126D:第四驅動電極段 130A:劃痕 130B:劃痕 130C:劃痕 130D:劃痕 130E:劃痕 134A:接合件 134B:接合件 134C:接合件 136A:第一切口 136B:第二切口 136C:第三切口 136D:第四切口 136E:第五切口 136F:第六切口 136G:第七切口 136H:第八切口

圖1是液體透鏡的一些具體實施例的示意性截面圖。

圖2是圖1所示的液體透鏡的一些具體實施例的示意性前視圖，透過液體透鏡的第一外層看出。

圖3是圖1所示的液體透鏡的一些具體實施例的示意性後視圖，透過液體透鏡的第二外層看出。

圖4是表示當液體透鏡的焦點掃過一定範圍的焦距時液體透鏡的一些具體實施例的圖像品質的圖。

圖5是表示當液體透鏡的焦點掃過一定範圍的焦距時液體透鏡的一些具體實施例的圖像品質的圖。

圖6是表示當液體透鏡的焦點掃過一定範圍的焦距時液體透鏡的一些具體實施例的圖像品質的圖。

圖7是視頻記錄裝置的一些具體實施例的示意性截面圖。

圖8是圖示視頻記錄系統的一些具體實施例的方塊圖。

圖9是圖7所示的視頻記錄裝置的一些具體實施例的示意性射線圖。

圖10A至10N是代表圖9所示的視頻記錄裝置的一些具體實施例的整個場的模型化的空間頻率響應（SFR）的圖，當液體透鏡的焦點掃過如圖6所示的焦距範圍時。

圖11是包括視頻記錄裝置的智慧型手機的一些具體實施例的示意性後視圖。

圖12是圖示用於記錄視頻的方法的一些具體實施例的流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

160:對焦曲線

162:WFE曲線

164:球面像差曲線

166:四面體像差曲線

Claims (27)

1. 一種液體透鏡，包括： 一腔； 佈置在該腔內的一第一液體；和 佈置在該腔內的一第二液體； 其中藉由調節由該第一液體和該第二液體限定的一可變界面的一形狀，可調節該液體透鏡的一焦點；和 其中，在以一週期性振盪（具有20屈光度的一峰谷幅度和2 Hz的一頻率）調整該液體透鏡的該焦點時，於1 ms間隔測量到的該液體透鏡的一均方根（RMS）波前誤差（WFE）在該週期性振盪的一個完整週期中保持在100 nm或更小。
2. 如請求項1所述之液體透鏡，其中該週期性振盪包括在22屈光度處的一波峰和在2屈光度處的一波谷。
3. 如請求項1所述之液體透鏡，其中該週期性振盪包括在15屈光度處的一波峰和在-5屈光度處的一波谷。
4. 如請求項1所述之液體透鏡，其中在該週期性振盪的整個一個完整週期中，該液體透鏡的一視場（FOV）保持實質恆定。
5. 如請求項1所述之液體透鏡，其中該第一液體和該第二液體在該界面處彼此接觸。
6. 如請求項1所述之液體透鏡，其中該第一液體和該第二液體在該界面處藉由一膜彼此分離。
7. 如請求項1至6之任一項所述之液體透鏡，其中在該週期性振盪的一個完整週期中，以1 ms間隔測量到的該液體透鏡的該RMS WFE保持為80nm或更小。
8. 如請求項1至6之任一項所述之液體透鏡，其中在該週期性振盪的一個完整週期中，以1 ms間隔測量到的該液體透鏡的該RMS WFE保持為70nm或更小。
9. 如請求項1至6之任一者所述之液體透鏡，包含： 一共同電極，該共同電極與該第一液體電連通；和 一驅動電極，該驅動電極與該第一液體和該第二液體中的每一個絕緣； 其中，藉由調節該共同電極和該驅動電極之間的該電壓以調節由該第一液體和該第二液體限定的該可變界面的該形狀，可調節該液體透鏡的該焦點。
10. 如請求項9所述之液體透鏡，其中該驅動電極設置在該腔的一側壁上。
11. 如請求項10所述之液體透鏡，其中該驅動電極包括實質上圍繞該腔的該側壁的一單個驅動電極。
12. 如請求項10所述之液體透鏡，其中該驅動電極包括圍繞該腔的該側壁實質均勻地分佈的複數個驅動電極。
13. 一種記錄一視頻的方法，該方法包含以下步驟： 將一液體透鏡的一焦點從一第一焦距調節到一第二焦距；和 在調整該液體透鏡的該焦點期間，以至少每秒30幀（fps）的一圖像捕獲率捕獲通過該液體透鏡並入射到一圖像感測器上的圖像光，以記錄該視頻。
14. 如請求項13所述之方法，其中該圖像捕獲率是至少240fps。
15. 如請求項13所述之方法，其中該圖像捕獲率是至少960fps。
16. 如請求項13所述之方法，其中： 一種視頻記錄裝置，包含該液體透鏡與該圖像感測器，該視頻記錄裝置包含至少為35％的一空間頻率響應（SFR）（根據ISO 12233:2017，在1/4奈奎斯特頻率下測量的，在該液體透鏡的一焦點範圍內直至一最大全場）； 該焦點範圍是0屈光度到30屈光度；和 該最大全場為50度。
17. 如請求項13至16中任一項所述的方法，其中： 該調整該液體透鏡的該焦點之步驟包含以下步驟：由一焦點調節率調節該液體透鏡的該焦點；和 該焦點調節率與該圖像捕獲率的一比率為0.1屈光度/幀至0.5屈光度/幀。
18. 一種視頻記錄裝置，包括： 一圖像感測器； 一光學系統，該光學系統定位成將一圖像對焦在該圖像感測器上並包括一可變焦距透鏡；和 一控制器，可用於： 在一對焦期間以一焦點調節率調節該可變焦距透鏡的一焦點；和 在該對焦期間以至少每秒30幀（fps）的一圖像捕獲率重複捕獲對焦在該圖像感測器上的該圖像，以記錄一視頻； 其中該焦點調節率與該圖像捕獲率的一比率為0.1屈光度/幀至0.5屈光度/幀。
19. 如請求項18所述之視頻記錄裝置，包括： 至少為35％的一空間頻率響應（SFR）（根據ISO 12233:2017，在1/4奈奎斯特頻率下測量的，在該可變焦距透鏡的一焦點範圍內直至一最大全場）； 其中該焦點範圍是0屈光度到30屈光度；和 其中該最大全場為50度。
20. 如請求項18所述之視頻記錄裝置，其中該圖像捕獲率為至少240fps。
21. 如請求項18所述之視頻記錄裝置，其中該圖像捕獲率為至少960fps。
22. 如請求項18所述之視頻記錄裝置，其中： 該可變焦距透鏡包括一液體透鏡，該液體透鏡包括一腔、設置在該腔內的一第一液體和設置在該腔內的一第二液體；和 藉由調節由該第一液體和該第二液體限定的一可變界面的一形狀，可調節該液體透鏡的一焦點。
23. 如請求項22所述之視頻記錄裝置，其中在以一週期性振盪（具有20屈光度的一峰谷幅度和2 Hz的一頻率）調整該液體透鏡的該焦點時，於1 ms間隔測量到的該液體透鏡的一均方根（RMS）波前誤差（WFE）在該週期性振盪的一個完整週期中保持在100 nm或更小。
24. 一種電子裝置，包括： 如請求項18至23中的任一項所述之視頻記錄裝置；和 一相機模塊； 其中該電子裝置可操作為使用該視頻記錄裝置來記錄該視頻，並使用該相機模塊來捕獲一靜態照片。
25. 一種液體透鏡，包括： 一腔； 佈置在該腔內的一第一液體；和 佈置在該腔內的一第二液體； 其中藉由調節由該第一液體和該第二液體限定的一可變界面的一形狀，可調節該液體透鏡的一焦點；和 其中，在以一週期性振盪（具有22屈光度的一峰谷幅度和10 Hz的一頻率）調整該液體透鏡的該焦點時，於1 ms間隔測量到的該液體透鏡的一均方根（RMS）波前誤差（WFE）在該週期性振盪的一個完整週期中保持在100 nm或更小。
26. 一種液體透鏡，包括： 一腔； 佈置在該腔內的一第一液體；和 佈置在該腔內的一第二液體； 其中藉由調節由該第一液體和該第二液體限定的一可變界面的一形狀，可調節該液體透鏡的一焦點；和 其中，在以一週期性振盪（具有69屈光度的一峰谷幅度和2 Hz的一頻率）調整該液體透鏡的該焦點時，於1 ms間隔測量到的該液體透鏡的一均方根（RMS）波前誤差（WFE）在該週期性振盪的一個完整週期中保持在300 nm或更小。
27. 如請求項26所述之液體透鏡，其中在該週期性振盪的該一個完整週期的一部分中（其中該液體透鏡的該焦點小於40屈光度），以該等1 ms間隔測量到的該液體透鏡的該RMS WFE保持為100nm或更小。

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