可变焦距透镜制造技术

本发明专利技术涉及基于磁润湿的可变焦距透镜以及相关设备，其中两种流体在弯月面之上接触，其中一种流体是磁敏感的。弯月面形状通过施加的磁场梯度来控制。在腔壁和弯月面之间的接触角是守恒的。对腔的内壁或外壁特殊成形同时使接触角守恒的实施方案导致可变焦距透镜的较好的透镜形状以及较低级别的透镜畸变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可变焦距透镜，其中焦点通过操控两种流体之间的弯 月面的形状来改变。特别是，本专利技术涉及磁润湿透镜，其中所施加的 磁场的变化引起弯月面形状的变化。可变焦距透镜一般包括流体腔， 所述流体腔含有第一流体和第二流体，这两种流体不混溶并在弯月面 上接触，笫二流体能够在磁场的影响下改变其形状，可变焦距透镜还 包括用于在流体腔的至少一部分上施加梯度磁场的装置。弯月面的形状包括在施加梯度磁场下的曲度(curvature)，弯月面接触腔壁的恒 定接触角的物理要求使该曲度发生畸变，从而使得该曲度包含靠近腔 壁的高度畸变的笫一区域和远离腔壁的低度畸变的第二区域。
技术介绍
WO 03/069380公开了可变焦距透镜，其中用于调整弯月面的机制 是电润湿技术。在这种技术中， 一单元包含在弯月面上接触的两种不 混溶的液体，施加于该单元的电压的变化引起所述液体与该单元的壁 的接触角发生变化，这进而又改变了弯月面界面的形状，在基于磁润湿单元的可变焦距透镜中，向该单元施加梯度磁场。 所存在的液体之一必须能够响应磁场而改变其形状以便引起弯月面曲 度的变化。这种流体例如可以是铁磁流体。在EP04102437. 3 (该申请 在本申请的优先权日尚未公开)中讨论了一种基于磁润湿的可变焦距 透镜。通常将可变焦距透镜结合到空间非常宝贵或者成本是重要的考虑 因素的设备中。这种设备包括固态照明设备、光学设备、具有摄影能 力的移动电话、图像获取设备以及光学记录设备。已知的基于磁润湿的可变焦距透镜的缺点是， 一施加梯度磁场透 镜就发生畸变，特别是透镜边缘发生畸变。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于磁润湿的可变焦距透镜，所述可 变焦距透镜具有较低级别的畸变。根据本专利技术，通过提供一种基于磁润湿的可变焦距透镜来实现这 一目的，所述可变焦距透镜的特征在于，通过补偿壁部分来设置曲度 从而使得在高度畸变的第一区域中的曲度接近于在低度畸变的笫二区域中的曲度的外推(extrapolation),如果铁磁流体或者受梯度磁场影响的任何流体暴露于磁场中，那 么该流体受到在磁场强度增强的方向上的体积力(volume force),这 些力在产生磁场的载流线围附近最强在可变焦距透镜的情况下，最 强的力很可能被发现在容纳这些流体的腔壁处。换句话说，流体所受 的体积力(volumetric force)取决于跨过该腔的径向位置。磁力允 许流体的传送但是对流体(因此弯月面)与腔壁的接触角没有影响。动，即，;的弯月面具有与起始位置交叉的i。通常:在一大量流体中弯月面趋向于球形，当施加梯度磁场时朝着腔壁的方向从球形偏离。总之，流体体积和接触角守恒的结合导致不必要的弯月面边缘行 为，该弯月面边缘行为在施加梯度磁场时减少有效的透镜面积。弯月 面形状的不规则，特别是接近于弯月面边缘的形状的不规则，会将畸 变引入透镜中。根据本专利技术，包含流体的腔的壁在该壁可能与该弯月面接触的区 域被成形。所述壁通过数值计算以笫一近似的方式设计。根据不同的 界面张力首先计算出接触角。然后根据接触角限制、两种液体的恒定 体积的限制以及理想的弯月面形状的假设来计算出第一壁的形状。对 于该第一计算，可以将该弯月面的形状近似为球形。可以进行进一步 的计算，该计算考虑了大量的流体力，或者在给定的实际磁场下，在 笫一壁的形状的模型(prototype)上做试验，以进一步改进壁的形状。在该壁上，接触角保持守恒(物理要求)。壁的形状可以修裁以适合特别的应用或设备。壁的形状允许使边 缘处的理想弯月面形状更精确地守恒，由此更好地控制弯月面的整体 形状，同时使弯月面具有较少的不希望有的边缘畸变。(通过仔细地选 择流体和腔可以将实际接触角选择为所希望的值，接触角是本系统的 守恒特性)。因此可以更容易地、更加逐渐地调节所述弯月面界面的曲 度，并且具有比在直的腔壁的情况下更好的透镜形状。由于减少了边 缘效应，因此所述透镜形状也进一步延伸到元件两端，同时提供较大的有效透镜面积。通过接触角和在弯月面接触该壁的位置处的壁的取 向来确定在零磁场梯度下的曲度。对于90度的接触角来说，上面确定的壁的形状变得使球形弯月面 表面与弯月面曲度无关。因此，对于该特殊情况，总的表面能量与其 曲度无关。因此实际上所需要的改变该曲度的力、磁场和能量将会非 常低。但是，为了弯月面位置的稳定性，较好的是选择磁场不太小。 可替换地或者附加地，可以选择(稍微)偏离90度的接触角或者(稍 微)偏离理想壁的壁以获得充分的稳定性，在本专利技术的另一实施例中，壁部分被细分为叠加在该壁部分的形 状上的可变局部形状的离散区域(discreet region)。代替可能的弯 月面位置的连续范围(spectrum),可以沿着该连续区(continuum) 以特定间隔设置一 系列阶梯。因此腔壁必须以这样的方式整体地成形 以使得允许接触角守恒以及存在的弯月面形状优点，如上所述，但也 存在另外的形状，其与弯月面的离散的、所希望的位置一致。这些另 外的形状可采用许多形式，例如楔形、迷你球形、半球形、棱锥，或 者能够在腔壁处形成弯月面的优选区域的任何其他形状。可以想到的是，壁的离散化(discreetisation)将允许优选的弯 月面位置的小块区域(pocket )。为了在这些稳定状态之间移动，将需 要额外的能量，其比沿着连续区移动需要的更多。因此，这些离散的 位置得到了保护并且是稳定的。由于根据本专利技术的最优化的壁形状， 弯月面形状也比较少地倾向于边缘效应，因此在这些离散的位置处具 有较好的整体形状以及较大的有效透镜面积。离散的位置也可以有利 地防止弯月面界面的不必要的倾斜。通过使弯月面可用的多个位置的 连续区变窄，可以更精确地限定该弯月面在壁处的精确位置，因此在 整个腔上更精确地对准(但是所允许的公差变得更小)。还可以设想到 的是，具有这样一种情况，即接通磁场以提供足够的功率来将弯月面 移动到离散的位置，然后随着弯月面以稳定的方式被固定，切断磁场， 由此使弯月面限制在所希望的曲度和位置。这对于包含可变焦距透镜 的设备的功率损耗具有积极的好处，并且减少了该设备中的热效应。在本专利技术的另一个实施例中，笫二流体包括铁磁流体。原则上， 在本专利技术中可以利用具有足够的磁矩的所有流体。但是，铁磁流体具 有另外的优点，即在梯度磁场中铁磁流体响应为均质磁流体，其移动到最高通量密度的区域。该铁磁流体可以采用多相位流体的形式，其 中磁颗粒保持在胶状悬浮体中。铁磁流体通常是在液体栽体中的子域(sub-domain)磁颗粒的稳 定胶状悬浮体。这些颗粒具有大约10n迈的平均尺寸，涂敷有稳定化的 分散剂(表面活性剂)，其甚至在向铁磁流体施加强磁场梯度时防止颗 粒凝聚 该表面活性剂必须与栽体类型匹配，并且必须克服颗粒之间 的范德瓦尔斯(vanderWaals)吸引力和磁力。胶体的和热的稳定性 对于许多应用来说是关键的，它们受表面活性剂的选择的影响很大。 通常的铁磁流体可以包含5%体积的磁固体、10%体积的表面活性剂， 以及85%体积的载体。在本专利技术的另一个实施例中，用于施加梯度磁场的装置包括至少 两个独立的导电线團。通常利用由单个栽流线圈产生的磁场来实现在 可变焦距透镜中施加磁场。在接触角为90度以及在零磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变焦距透镜，其包括，包括第一流体和第二流体的流体腔，这两种流体是不混溶的并在弯月面上接触，第二流体能够在磁场的影响下改变其形状，还包括用于在流体腔的至少一部分上施加梯度磁场的装置，弯月面的形状包括在施加梯度磁场下的曲度，弯月面接触腔壁的恒定接触角的物理要求使曲度发生畸变，使得该曲度包含靠近腔壁的高度畸变的第一区域和远离腔壁的低度畸变的第二区域，其特征在于，该曲度通过补偿壁部分来设置，从而使得在高度畸变的第一区域中的曲度接近于在低度畸变的第二区域中的曲度的外推。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J鲁格罗克，H饭桑滕，MAH范德阿，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]