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CN210720791U - 负光功率电润湿光学装置、相机模块、液体快门以及负光功率液体系统 - Google Patents

负光功率电润湿光学装置、相机模块、液体快门以及负光功率液体系统 Download PDF

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CN210720791U
CN210720791U CN201920735068.2U CN201920735068U CN210720791U CN 210720791 U CN210720791 U CN 210720791U CN 201920735068 U CN201920735068 U CN 201920735068U CN 210720791 U CN210720791 U CN 210720791U
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CN
China
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liquid
conductive liquid
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conductive
lens
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Application number
CN201920735068.2U
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约瑟夫·马歇尔·库尼克
肖恩·迈克尔·奥马利
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Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
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Abstract

提供一种负光功率电润湿光学装置。所述负光功率电润湿光学装置包括：具有一折射率的非导电液体；具有第二折射率的导电液体；以及与导电液体和非导电液体均接触的介电表面。非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率，并且其中导电液体与非导电液体不混溶。

Description

负光功率电润湿光学装置、相机模块、液体快门以及负光功率 液体系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年5月21日提交的美国临时申请No.62/674,511的优先权，通过引用将上述申请的内容作为整体结合在此。
技术领域
本公开内容涉及液体透镜，且更具体地，涉及使用低折射率疏水液体的具有负光功率的液体透镜。
背景技术
传统的基于电润湿的液体透镜是基于设置在腔室内的两种不混溶的液体，即油和导电相，后者是水基的。两个液相通常在包括介电材料的隔离基板上形成三重界面。改变施加到液体的电场可以改变其中一种液体相对于腔室壁的润湿性，这具有改变两种液体之间形成的弯月面的形状的效果。此外，在各种应用中，弯月面形状的变化导致透镜焦距的变化。
随着液体透镜扩展到新的和扩大的应用领域，在这些装置中使用的液体制剂能够在各种不同的环境条件下快速响应电压以提供例如自动聚焦和光学图像稳定功能可能是有益的。使用已知液体制剂(尤其是油相)的缺点之一是在一系列波长范围内的折射率的高度分散或变化。寻找具有所需折射率和低色散的油能够实现新的和/或改进的液体透镜应用。
因此，需要液体透镜配置中使用的液体针对所需的折射率提供减小的色差，这可以转化为改进的液体透镜可靠性、性能和制造成本。
实用新型内容
根据本公开内容的一些实施方式，提供一种负光功率电润湿光学装置。负光功率电润湿光学装置包括：具有一折射率的非导电液体；具有第二折射率的导电液体；以及与导电液体和非导电液体均接触的介电表面。非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率，并且其中导电液体与非导电液体不混溶。
根据本公开内容的一些实施方式，提供一种液体快门。液体快门包括负光功率电润湿光学装置，其具有：具有一折射率的非导电液体；具有第二折射率的导电液体；以及与导电液体和非导电液体均接触的介电表面。液体快门还包括：成像透镜；以及位于负光功率电润湿光学装置与成像透镜之间的阻挡构件。非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率，并且其中导电液体与非导电液体不混溶。
根据本公开内容的一些实施方式，提供一种负光功率液体系统。负光功率液体系统包括具有一折射率的非导电液体和具有第二折射率的导电液体。非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率，并且其中导电液体与非导电液体不混溶。
下面的详细描述中将阐述附加的特征和优点，并且对于本领域技术人员来说，这些附加的特征和优点从该描述中将显而易见，或者通过实践如本文所述的实施方式(包括下面的详细描述、权利要求以及附图)而认识到。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解本公开内容和所附权利要求的性质和特征的概述或框架。
包括附图以提供对本公开内容的原则的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图解了一个或多个实施方式，并且与说明书一起用于通过示例的方式解释本公开内容的原则和操作。应当理解，本说明书和附图中披露的本公开内容的各种特征可以以任何和所有组合使用。作为非限制性示例，本公开内容的各种特征可以根据以下实施方式彼此组合。
附图说明
以下是对附图中的各图的描述。各图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简明起见，各图的某些特征和某些视图可能在比例上或在示意图中放大显示。
在附图中：
图1是根据本公开内容一些实施方式的示例性电润湿光学装置的示意性截面图。
图2是提供正光功率的传统液体透镜的示意性截面图。
图3是根据本公开内容一些实施方式的提供倾斜界面的液体透镜的示意性截面图。
图4是根据本公开内容一些实施方式的提供负光功率的液体透镜的示意性截面图。
图5是根据本公开内容一些实施方式的正和负光功率液体透镜的色差的曲线图。
图6A-6C是根据本公开内容一些实施方式的液体快门的示意性截面图。
图7A-7B是根据本公开内容一些实施方式的与光学器件一起定位在手机相机模块中的液体透镜的示意性截面图。
具体实施方式
下面的详细描述中将阐述附加的特征和优点，并且对于本领域技术人员来说，这些附加的特征和优点从该描述中将显而易见，或者通过实践如下文所描述的实施方式以及权利要求和附图而认识到。
如本文所使用的，术语“和/或”，当在列出两个或更多个项目中使用时，意味着可以单独使用所列项目中的任何一个，或者可以使用所列项目中的两个或更多个的任意组合。例如，如果组合物被描述为包含组分A、B和/或C，则该组合物可以仅包含A；仅包含B；仅包含C；包含A和B的组合；包含A 和C的组合；包含B和C的组合；或包含A、B和C的组合。
在该文件中，诸如第一和第二、顶部和底部、和类似的关系术语仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不必要求或暗示这些实体或动作之间任何实际的这种关系或顺序。
对于本领域技术人员以及制造或使用本公开内容的人员来说，将想到对本公开内容进行修改。因此，应当理解，附图中示出的和上面描述的实施方式仅用于说明性目的，并不旨在限制本公开内容的范围，本公开内容的范围由根据包括等同原则的专利法原则解释的所附权利要求限定。
出于本公开内容的目的，术语“耦接”(以其所有形式)通常意味着两个部件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是本质上固定的或者可以是本质上可移动的。这种连接可以通过两个部件和任何额外的中间构件实现，并且任何额外的中间构件可以彼此一体地形成为单个整体，或者与两个部件一体地形成为单个整体。除非另有说明，这种连接可以是本质上永久性的，或者可以是本质上可移除的或可解除的。
如本文所使用的，术语“约”是指量、尺寸、配方、参数和其他数量和特征不是精确的并且不必是精确的，但可以根据需要近似和/或更大或更小，反映公差、换算系数、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。当术语“约”用于描述值或范围的端点时，本公开内容应被理解为包括所指的具体值或端点。无论说明书中的数值或范围的端点是否记载“约”，数值或范围的端点旨在包括两种实施方式：一种由“约”修饰，一种未由“约”修饰。将进一步理解的是，每个范围的端点无论是与另一个端点相关联还是独立于另一个端点都是有意义的。
如本文所使用的术语“实质上”及其变体旨在表明所描述的特征等于或近似等于一个值或描述。例如，“实质上平坦的”表面旨在表示平坦的或近似平坦的表面。此外，“实质上”旨在表示两个值相等或近似相等。在一些实施方式中，“实质上”可表示彼此之间约10％内的值，例如彼此之间约5％内，或彼此之间约2％内。
本文使用的方向术语——例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部——仅参照所绘制的附图使用，并不旨在暗示绝对定向。
如本文所使用的，术语“所述”、“一”或“一个”表示“至少一个”，并且不应限于“仅一个”，除非明确地相反指出。因此，例如，提及“一个部件”包括具有两个或更多个这样的部件的实施方式，除非上下文另有明确说明。
术语“不可混溶的”和“不混溶的”是指当被添加在一起时不形成均匀混合物或当将一种液体加入另一种液体时最低限度混合的液体。在本说明书和以下权利要求中，当两种液体的部分混溶性低于2％、低于1％、低于0.5％、或低于0.2％时，则认为两种液体是不混溶的，所有值均在给定温度范围内(例如在20℃)测量。本文中的液体在宽温度范围内(例如，包括-30℃至85℃和从-20℃至65℃)具有低的相互混溶性。
如本文所使用的，术语“导电液体”是指液体的导电率为约1×10-3S/m至约1×102S/m、约0.1S/m至约10S/m、或约0.1S/m至约1S/m。如本文所使用的，术语“非导电液体”是指具有很小的导电率或不具有可测量导电率的液体，例如包括小于约1×10-8S/m、小于约1×10-10S/m、或小于约1×10-14S/m的电导率。
除非另有说明，否则本文记录的折射率值记录为在589nm的波长下测量的。
在各个实施方式中，提供一种负光功率电润湿光学装置。负光功率电润湿光学器件包括具有一折射率的非导电液体；具有第二折射率的导电液体；以及与导电液体和非导电液体均接触的介电表面。非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率，并且其中导电液体与非导电液体不混溶。
本文描述的“非导电液体”可以是用作具有负光功率的液体电润湿光学装置中的有源元件的低折射率、低色散、非极性、非导电液体。本文中使用这种低折射率、低色散、非极性、非导电液体来替代正光功率液体透镜中通常使用的高折射率、高色散液体，以代替形成负液体透镜。本文描述的负光功率液体透镜或负光功率电润湿光学装置的使用是重要的，因为它们没有机械部件，而是使用电润湿来致动作为聚焦光学器件的透镜。这些电润湿装置使用双液体系统，其中一种液体用作导光元件，而第二液体用于支撑该导光元件。导光液体通常是油基液体，而第二液体是防冻液体，其通常是导电的和极性的。在传统的液体透镜中，为了制造正透镜，油具有比极性液体高的折射率。通过设计和选择折射率低于各导电液体的折射率的非导电液体，可以制造负光功率电润湿装置或负光功率液体透镜。
如下文更详细地描述的，在图1中，电润湿光学装置或液体透镜的单元通常由两个透明绝缘板和侧壁限定。下板是非平面的，包括圆锥形或圆柱形凹陷或凹槽，其包含非导电或绝缘液体。单元的其余部分填充有导电液体，该导电液体与绝缘液体不混溶，具有不同的折射率和基本相同的密度。一个或多个驱动电极位于凹槽的侧壁上。可以在驱动电极和相应的液体之间引入绝缘薄层，以在具有长期化学稳定性的介电表面上提供电润湿。公共电极与导电液体接触。通过电润湿现象，可以根据施加在电极之间的电压V来改变两种液体之间的界面的曲率。因此，根据所施加的电压，穿过垂直于液滴区域中的板的单元的光束将被或多或少不同程度地散焦。导电液体通常是含盐的水溶液。非导电液体通常是油、烷烃、或烷烃的混合物，可能是卤化的。
在一些实施方式中，可以调节公共电极处的电压与驱动电极处的电压之间的电压差。可以控制和调节电压差以使液体之间的界面(即弯月面)沿着腔的侧壁移动到期望的位置。通过沿着腔的侧壁移动界面，可以改变液体透镜的焦点(例如，屈光度)、倾斜度、像散和/或高阶像差。
液体透镜结构
现在参照图1，提供了示例性液体透镜100的简化横截面图。液体透镜100 的结构不意味着限制，并且可包括本领域中已知的任何结构。在一些实施方式中，液体透镜100可包括透镜主体102和在透镜主体102中形成的腔104。第一液体106和第二液体108可设置在腔104内。在一些实施方式中，第一液体 106可以是极性液体，也称为导电液体。附加地或替代地，第二液体108可以是非极性液体和/或绝缘液体，也称为非导电液体。在一些实施方式中，第一液体106与第二液体108之间的界面110形成透镜。例如，第一液体106和第二液体108可以彼此不混溶并且具有不同的折射率，使得第一液体与第二液体之间的界面110形成透镜。在一些实施方式中，第一液体106和第二液体108 可具有实质上相同的密度，这可有助于避免由于改变液体透镜100的物理取向 (例如，由于重力的作用)而导致的界面110的形状变化。
在图1中描绘的液体透镜100的一些实施方式中，腔104可包括第一部分 (或顶部空间)104A和第二部分(或基座部分)104B。例如，如本文所描述的，腔104的第二部分104B可由液体透镜100的中间层中的孔限定。附加地或替代地，如本文所描述的，腔104的第一部分104A可由液体透镜100的第一外层中的凹槽限定和/或设置在中间层中的孔外部。在一些实施方式中，第一液体106的至少一部分可置于腔104的第一部分104A中。附加地或替代地，第二液体108可置于腔104的第二部分104B内。例如，实质上全部或一部分的第二液体108可置于腔104的第二部分104B内。在一些实施方式中，界面 110的周边(例如，与腔的侧壁接触的界面的边缘)可设置在腔104的第二部分104B内。
液体透镜100(参见图1)的界面110可以经由电润湿来调节。例如，可以在第一液体106与腔104的表面(例如，如本文所述的位于腔104的表面附近并且与第一液体106绝缘的一个或多个驱动电极)之间施加电压，以增加或降低腔104的表面相对于第一液体106的润湿性并改变界面110的形状。在一些实施方式中，调节界面110以改变界面110的形状，这改变了液体透镜100 的焦距或焦点。例如，这种焦距的改变可以使液体透镜100能够执行自动聚焦功能。附加地或替代地，调节界面110使界面相对于液体透镜100的光轴112 倾斜。例如，这种倾斜可使液体透镜100除了提供像散变化或者高阶光学像差校正之外，还能够执行光学图像稳定(OIS)功能。调节界面110不需要液体透镜100相对于图像传感器、固定透镜或透镜堆叠、壳体或其中可结合有液体透镜100的相机模块的其他部件进行物理移动即可实现。
在一些实施方式中，液体透镜100的透镜主体102可包括第一窗口114 和第二窗口116。在一些这样的实施方式中，腔104可设置在第一窗口114与第二窗口116之间。在一些实施方式中，透镜主体102可包括共同形成透镜主体的多个层。例如，在图1所示的实施方式中，透镜主体102可包括第一外层 118、中间层120和第二外层122。在一些这样的实施方式中，中间层120可包括穿过其中形成的孔。第一外层118可以结合至中间层120的一侧(例如，物侧)。例如，第一外层118可在结合部134A处结合至中间层120。结合部 134A可以是粘合剂结合、激光结合(例如，激光焊接)、机械闭合、或能够将第一液体106和第二液体108保持在腔104内的任何其他合适的结合。附加地或替代地，第二外层122可以结合至中间层120的另一侧(例如，成像侧)。例如，第二外层122可在结合部134B和/或结合部134C处结合至中间层120，结合部134B和134C的每一者都可以按照本文关于结合部134A所描述的进行配置。在一些实施方式中，中间层120可设置在第一外层118与第二外层122 之间，中间层中的孔的相对两侧可被第一外层118和第二外层122覆盖，且腔 104的至少一部分可被限定在孔内。因此，覆盖腔104的第一外层118的一部分可用作第一窗口114，覆盖腔的第二外层122的一部分可用作第二窗口116。
在一些实施方式中，腔104可包括第一部分104A和第二部分104B。例如，在图1所示的实施方式中，腔104的第二部分104B可由中间层120中的孔限定，腔的第一部分104A可设置在腔104的第二部分104B与第一窗口114 之间。在一些实施方式中，第一外层118可包括如图1所示的凹槽，腔104 的第一部分104A可设置在第一外层118的凹槽内。因此，腔104的第一部分 104A可设置在中间层120中的孔外部。
在一些实施方式中，腔104(例如，腔104的第二部分104B)可如图1 所示是锥形的，使得腔104的截面积沿着光轴112在从物侧到成像侧的方向上减小。例如，腔104的第二部分104B可包括窄端105A和宽端105B。术语“窄”和“宽”是相对术语，意味着窄端105A比宽端105B窄。这样的锥形腔可有助于保持第一液体106和第二液体108之间的界面110沿着光轴112的对准。在其他实施方式中，腔104是锥形的，使得腔104的截面积沿着光轴在从物侧到成像侧的方向上增加，或者是非锥形的，使得腔104的截面积沿着光轴保持基本恒定。
在一些实施方式中，图像光可通过第一窗口114进入图1中描绘的液体透镜100，可在第一液体106与第二液体108之间的界面110处折射，并且可通过第二窗口116离开液体透镜100。在一些实施方式中，第一外层118和/或第二外层122可包括足够的透明度以使图像光通过。例如，第一外层118和/或第二外层122可包括聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。在一些实施方式中，第一外层118和/或第二外层122的外表面可实质上是平坦的。因此，即使液体透镜100可以用作透镜(例如，通过折射穿过界面110的图像光)，液体透镜100的外表面也可以是平坦的，而不像固定透镜的外表面那样弯曲。在其他实施方式中，第一外层118和/或第二外层122的外表面可以是弯曲的(例如，凹形或凸形)。因此，液体透镜100可包括集成固定透镜。在一些实施方式中，中间层120可包括金属、聚合物、玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料。因为图像光可以经由中间层120中的孔穿过，所以中间层120可以是透明的或不透明的。
在一些实施方式中，液体透镜100(参见图1)可包括与第一液体106电连通的公共电极124。附加地或替代地，液体透镜100可包括设置在腔104的侧壁上并与第一液体106和第二液体108绝缘的一个/或多个驱动电极126。如本文所述描述的，可以向公共电极124和驱动电极126提供不同的电压以改变界面110的形状。
在一些实施方式中，液体透镜100(参见图1)可包括导电层128，导电层128的至少一部分设置在腔104内。例如，导电层128可包括在将第一外层 118和/或第二外层122结合至中间层之前施加至中间层120的导电涂层。导电层128可包括金属材料、导电聚合物材料、其他合适的导电材料或其组合。附加地或替代地，导电层128可包括单层或多层，其中一些或全部层可以是导电的。在一些实施方式中，导电层128可限定公共电极124和/或驱动电极126。例如，在将第一外层118和/或第二外层122结合至中间层之前，可以将导电层128施加至中间层120的基本上整个外表面。在将导电层128施加至中间层120之后，导电层可以被分割成各种导电元件(例如，公共电极124和/或驱动电极126)。在一些实施方式中，液体透镜100可包括导电层128中的划线130A，以将公共电极124和驱动电极126彼此隔离(例如，电隔离)。在一些实施方式中，划线130A可包括导电层128中的间隙。例如，划线130A是宽度为约5μm、约10μm、约15μm、约20μm、约25μm、约30μm、约35μm、约 40μm、约45μm、约50μm或由列出的值限定的任何范围的间隙。
同样如图1中所示，液体透镜100可包括设置在腔104内的、位于驱动电极层顶部上的绝缘元件132。例如，绝缘元件132可包括在将第一外层118和 /或第二外层122结合至中间层之前施加至中间层120的绝缘涂层。在一些实施方式中，绝缘元件132可包括在将第二外层122结合至中间层120之后且在将第一外层118结合至中间层之前施加至导电层128和第二窗口116的绝缘涂层。因此，绝缘元件132可覆盖腔104内的导电层128的至少一部分和第二窗口116。在一些实施方式中，如本文所描述的，绝缘元件132可以是足够透明的，以使图像光能够穿过第二窗口116。
在图1中描绘的液体透镜100的一些实施方式中，绝缘元件132可覆盖驱动电极126的至少一部分(例如，设置在腔104内的驱动电极的部分)，以使第一液体106和第二液体108与驱动电极绝缘。附加地或替代地，设置在腔 104内的公共电极124的至少一部分可以未被绝缘元件132覆盖。因此，如本文所描述的，公共电极124可与第一液体106电连通。在一些实施方式中，绝缘元件132可包括腔104的第二部分104B的疏水表面层。如本文所描述的，这种疏水表面层可有助于将第二液体108保持在腔104的第二部分104B内(例如，通过非极性第二液体与疏水材料之间的吸引力)和/或使界面110的周边能够沿着疏水表面层移动(例如，通过电润湿)以改变界面的形状。
为了提供宽范围的焦距、倾斜角、和/或像散变化，导电液体与非导电液体之间的光学指数的显著差异是有益的。通过用低折射率和低色散液体代替传统液体透镜中使用的高折射率、非极性液体，可以实现色差的减小，这可以在用于自动聚焦和光学图像稳定的光学系统中包括液体透镜的相机装置中提供改善的图像质量。折射率可以比极性液体折射率低，通常>0.08或以上，以产生显著的光功率。然而，由于折射率较低，界面现在提供负光功率。这种负光功率产生的操作机会不适用于正液体透镜。示例包括用作快门或反射显示器或用于成像虚拟对象。下面提供这两种相应液体的描述和相应的材料特性。
导电液体
可以改变用于制造负光功率电润湿装置的导电液体，以提供高于非导电液体的折射率的第二折射率。在一些实施方式中，导电液体的第二折射率大于 1.40、大于1.42、大于1.44、大于1.46、大于1.48、或大于1.50。在一些实施方式中，可以配制和/或选择导电液体以具有比非导电液体高的折射率值，同时可以另外调节导电液体以匹配低折射率导电液体的其他性质，诸如粘度和温度。例如，在一些实施方式中，可以调节单丙二醇(MPG)和/或乙二醇以满足粘度要求，同时可以添加诸如LiBr之类的盐添加剂以提高期望应用所需的折射率。在一些实施方式中，可通过添加水溶性锗化合物来增加导电液体的折射率，所述水溶性锗化合物例如包括锗盐或有机锗化合物。
在一些实施方式中，导电液体可以是水溶液。在其他实施方式中，导电液体可不包括水。在一些实施方式中，导电液体可包括基于导电液体的总重量的约0.01％w/w至约100％w/w、约0.1％w/w至约50％w/w、约0.1％w/w至约25％w/w、约0.1％w/w至约15％w/w、约1％w/w至约10％w/w、或约 1％w/w至约5％w/w的水。在一些实施方式中，导电液体可包括基于导电液体的总重量的约0.01％w/w至约100％w/w、约1％w/w至约100％w/w、约 1％w/w至约50％w/w、约50％w/w至约100％w/w、约75％w/w至约95％ w/w、或约2％w/w至约25％w/w的盐。在一些实施方式中，水和/或极性溶剂可与包括有机盐和/或无机盐在内的一种或多种不同的盐混合。如本文所提及的术语“离子盐”是指在水中完全解离或实质上解离的盐(诸如乙酸根阴离子和阳离子)。同样，如本文所提及的术语“可电离盐”是指在化学、物理、或物理化学处理后在水中完全或实质上解离的盐。在这些类型的盐中使用的阴离子的示例包括但不限于卤离子、硫酸根、碳酸根、碳酸氢根、乙酸根、2- 氟乙酸根、2,2-二氟乙酸根、2,2,2-三氟乙酸根、2,2,3,3,3-五氟丙酸根、三氟甲磺酸根、氟离子、六氟磷酸根、三氟甲烷磺酸根、及其混合物。在这些类型的盐中使用的阳离子的示例包括但不限于碱金属/碱土金属和金属阳离子，例如，钠、镁、钾、锂、钙、锌、氟化铵(例如，N-(氟甲基)-2-羟基-N,N-二甲基-乙铵)、及其混合物。在一些实施方式中，上述阴离子和阳离子的任何组合可用于导电液体中。
在一些实施方式中，使用至少一种有机和/或无机离子盐或可电离盐以赋予水导电性并降低混合液的凝固点。在一些实施方式中，离子盐例如可包括硫酸钠、乙酸钾、乙酸钠、溴化锌、溴化钠、溴化锂及其组合。在其他实施方式中，离子盐可包括氟化盐，所述氟化盐包括氟化有机离子盐。在一些实施方式中，有机和无机离子盐和可电离盐可包括但不限于乙酸钾、氯化镁、溴化锌、溴化锂、氯化锂、氯化钙、硫酸钠、三氟甲磺酸钠、乙酸钠、三氟乙酸钠和类似物、以及它们的混合物。
包括氟化有机离子盐在内的氟化盐可以有利地保持导电液体的相对较低的折射率，同时促进导电液体的物理性质的改变，诸如降低导电液体的凝固点。与传统的氯化盐不同，氟化盐也可以表现出对构成电润湿光学装置的单元的材料(例如，钢、不锈钢或黄铜部件)的腐蚀减少。
导电液体中使用的水优选尽可能纯，即不含或实质上不含任何其它可能改变电润湿光学装置的光学性质的不希望的溶解组分。在一些实施方式中，使用在25℃下具有约0.055μS/cm的电导率或18.2MOhm的电阻率的超纯水 (UPW)来形成导电液体。
在一些实施方式中，导电液体可包括防冻剂或凝固点降低剂。诸如盐、醇、二醇、和/或二元醇之类的防冻剂的使用使得导电液体在约-30℃至约+85℃、约-20℃至约+65℃、或约-10℃至约+65℃的温度范围内保持液态。在一些实施方式中，在导电液体和/或非导电液体中使用醇和/或二元醇添加剂可有助于在宽温度范围内于两种液体之间提供稳定的界面张力。根据导电液体和所得液体透镜期望的应用和性质，导电液体可包括小于约95重量％、小于约90重量％、小于约80重量％、小于约70重量％、小于约60重量％、小于约50重量％、小于约40重量％、小于约30重量％、小于约20重量％、小于约10重量％、或小于约5重量％的防冻剂。在一些实施方式中，导电液体可包括大于约95 重量％、大于约90重量％、大于约80重量％、大于约70重量％、大于约60 重量％、大于约50重量％、大于约40重量％、大于约30重量％、大于约20 重量％、大于约10重量％、或大于约5重量％的防冻剂。在一些实施方式中，防冻剂可以是二元醇，例如包括单丙二醇、乙二醇、1,3-丙二醇(丙撑二醇或TMG)、甘油、二丙二醇及其组合。在使用二元醇的一些实施方式中，二元醇可具有200g/mol至2000g/mol、200g/mol至1000g/mol、350g/mol至600 g/mol、350g/mol至500g/mol、375g/mol至500g/mol的重均分子量(Mw)，或其混合物。在一些实施方式中，二元醇可以是二聚体、三聚体、四聚体、或 2至100个单体二醇或三醇单元(包括其间的所有整数)的任何组合。
在一些实施方式中，导电液体可包括至少一种粘度控制剂，即粘度调节剂。粘度调节剂可包括本领域已知的任何化合物或混合物，并且例如可包括醇、二元醇、二醇醚、多元醇、聚醚多元醇和类似物、或其混合物。在一些实施方式中，粘度调节剂例如可包括乙醇、乙二醇(EG)、单丙二醇(MPG)、1,3- 丙二醇、1,2,3-丙三醇(甘油)、及其混合物。在一些实施方式中，粘度调节剂具有小于约130g/mol的分子量。在一些实施方式中，相同或不同的醇、二醇和/或二元醇可分别被用作防冻剂或粘度控制剂。
在一些实施方式中，导电液体可包括杀生物剂以防止诸如细菌、真菌、藻类、微藻和类似的有机元素的发展，所述有机元素可能使光学电润湿装置的光学特性劣化，特别是在通过电润湿驱动透镜的情况下。杀生物剂不应改变或最小程度地改变导电液体所需的光学特性(例如透明度和折射率)。杀生物剂化合物包括本领域已知的那些化合物，并且例如可包括2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮 (MIT)和1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)。
非导电液体
用于制造本文披露的负光功率电润湿光学装置的非导电液体的折射率可小于1.40、小于1.39、小于1.38、小于1.37、小于1.36、小于1.35、小于1.34、小于1.33、小于1.32、小于1.31、或小于1.30。在一些实施方式中，非导电液体的折射率小于1.40。非导电液体的折射率可比导电液体的第二折射率小至少 0.06、小至少0.07、小至少0.08、小至少0.09、小至少0.1、小至少0.11、小至少0.12、小至少0.13、小至少0.14、或小至少0.15。在一些实施方式中，非导电液体的折射率比导电液体的第二折射率小至少0.08。在其他实施方式中，非导电液体的折射率比导电液体的第二折射率小至少0.1。在一些实施方式中，非导电液体可以具有比导电液体低的折射率值，同时可以另外调节非导电液体以匹配具有较高的第二折射率的导电液体的其他物理性质，诸如给定温度或温度范围内的粘度和密度。
在一些实施方式中，非导电液体包括具有5至约40个碳原子的烷基、具有5至约40个碳原子的氟化烷基、硅油、氟化硅油、硅烷、氟化硅烷、全氟聚醚(PFPE)、硅氧烷、氟化硅氧烷、含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯(PVF)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、全氟甲基乙烯基醚、全氟化含氟弹性体、或其组合。在其他实施方式中，非导电液体包括具有5至约20个碳原子的直链烷基、具有5至约20个碳原子的支链烷基、具有5至约20个碳原子的直链氟化烷基、具有5至约20个碳原子的支链氟化烷基、硅油、氟化硅油、硅烷、氟化硅烷、全氟聚醚(PFPE)、硅氧烷、氟化硅氧烷、含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯(PVF)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、全氟甲基乙烯基醚、全氟化含氟弹性体、或其组合。
如本文所使用的，“烷基”包括具有5至约40个碳原子的直链和支链烷基，并且在一些实施方式中，具有5至约20个碳原子的直链和支链烷基，或者在其他实施方式中，具有5至约12个碳原子的直链和支链烷基。如本文所使用的，“烷基”可包括如下定义的环烷基。烷基可以是取代的或未取代的。直链烷基的示例包括正戊基、正己基、正庚基、和正辛基。支链烷基的示例包括但不限于异丙基、仲丁基、叔丁基、新戊基、和异戊基。代表性的取代的烷基可以用例如氨基、巯基、羟基、氰基、烷氧基、和/或卤素基团(诸如F、 Cl、Br和I基团)取代一次或多次。在一些实施方式中，烷基可以用例如氰基、烷氧基、和氟基团取代一次或多次。如本文所使用的，术语卤代烷基是具有一个或多个卤素基团的烷基。在一些实施方式中，卤代烷基是指全卤代烷基。
环烷基是环状烷基，诸如但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。在一些实施方式中，环烷基具有3至8个环原子，而在其他实施方式中，环碳原子数为3至5、6或7。环烷基可以是取代的或未取代的。环烷基进一步包括多环环烷基，诸如但不限于降冰片基、金刚烷基、冰片基、莰烯基(camphenyl)、异莰烯基和蒈烯基(carenyl)基团；和稠合环，诸如但不限于萘烷基(decalinyl)和类似基团。环烷基还包括被如上文所定义的直链或支链烷基取代的环。代表性的取代的环烷基可被单取代或取代多于一次，诸如但不限于：2,2-；2,3-；2,4-；2,5-；或者2,6-二取代环己基，或单-、二-、或三-取代的降冰片基或环庚基基团，其可以被例如烷基、烷氧基、氨基、巯基、羟基、氰基和/或卤素基团取代。
在一些实施方式中，硅油和氟化硅基油可用于提供折射率小于1.4的非导电液体。折射率小于1.4的示例性硅油包括以商品名
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000143
Oils 47 (Bluestar Silicones)销售的那些硅油。硅油和氟化硅油都可以通过控制聚合度来改变其数量和重均分子量，从而改变其粘度和折射率。这些油具有如下所示的基本化学结构，并根据链长进行设计。在一些实施方式中，非导电液体包括具有式(I)的硅油化合物和/或具有式(II)的氟化硅油化合物：
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000141
其中n为0或大于0的整数。
在一些实施方式中，全氟聚醚化合物可用于提供折射率小于1.4的非导电液体。折射率小于1.4的示例性全氟聚醚化合物包括以商品名
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000144
HT PFPE(Solvay)销售的那些。全氟聚醚化合物提供另一类非导电液体，其具有宽范围的粘度值和密度，用于与其他非导电液体匹配和共混，以选择性地匹配导电液体的物理性质。在一些实施方式中，非导电液体包括具有式(III)的全氟聚醚化合物：
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000142
其中x和y各自是大于0的整数。在一些实施方式中，x的范围为约50 至约500,000、约50至约50,000、约50至约5,000、或约50至约500。在一些实施方式中，y的范围为约50至约500,000、约50至约50,000、约50至约 5,000、或约50至约500。
在一些实施方式中，氟化脂族化合物可用于提供折射率小于1.4的非导电液体。折射率为1.238-1.330的示例性氟化脂族化合物包括以商品名 FLUORINERTTM(由3MTM生产)销售的那些。FLUORINERTTM系列包括： FC-87、FC-72、FC-84、FC-77、FC-3255、FC-3283、FC-40、FC-43、FC-70 和FC-5312，其中该系列的运动粘度(cs)范围从低至0.4cs到高达14.0cs。氟化脂族化合物提供另一类非导电液体，其具有宽范围的粘度值和密度，用于与其他非导电液体匹配和共混，以选择性地匹配导电液体的物理性质。氟化脂族化合物代表适合于形成液体透镜的负透镜部分的另一类非导电液体。
在一些实施方式中，硅烷和硅烷低聚物，包括以商品名
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000152
(由EVONIK生产)销售的那些，提供了另一类化学物质，其可以是足够疏水的并且具有小于1.4的折射率。硅烷和硅烷低聚物提供另一类非导电液体，其具有宽范围的粘度值和密度，用于与其他非导电液体匹配和共混，以选择性地匹配导电液体的物理性质。在一些实施方式中，非导电液体包括氟化硅烷化合物。在一些实施方式中，氟化硅烷化合物是如下式(IV)中提供的三氯 (1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷(FOTS)。在一些实施方式中，非导电液体包括具有式(IV)的氟化硅烷化合物：
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000151
本文披露的非导电液体可包括一种或多种低折射率化合物，包括具有5 至约40个碳原子的烷基、具有5至约40个碳原子的氟化烷基、硅油、氟化硅油、硅烷、氟化硅烷、全氟聚醚(PFPE)、硅氧烷、氟化硅氧烷、含氟聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯(PVF)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、全氟甲基乙烯基醚、全氟化含氟弹性体、或其组合。根据所需的应用和非导电液体的相应特性，非导电液体可包括约50％w/w至约100％ w/w的低折射率化合物。在一些实施方式中，非导电液体可包括约50％w/w 至约100％w/w、约50％w/w至约95％w/w、5％w/w至约95％w/w、或约 25％w/w至约75％w/w的任何一种或多种低折射率化合物。在一些实施方式中，可以将额外的非反应性化合物(例如油、高粘度或低粘度液体、油溶性固体等)分别添加到非导电液体中，以改变所配制的非导电液体的折射率和电学性质。
本文披露的非导电液体和相应的低折射率化合物可在有利于液体透镜/电润湿光学装置(特别是在宽温度范围内使用的那些装置)的各种温度范围内有利地提供改进的性能。在较高温度下的性能改进包括温度大于45℃、大于50 ℃、大于55℃、大于60℃、大于65℃、大于70℃、大于75℃、大于80℃。本文所描述的非导电液体和相应的低折射率化合物有助于改善液体透镜/电润湿光学装置的透射恢复时间。
在一些实施方式中，非导电液体可另外包括有机或无机(矿物)化合物或其混合物。这种有机或无机化合物的示例包括烃、Si基单体或低聚物、Ge基单体或低聚物、Si-Ge基单体或低聚物、高折射率聚苯醚化合物、低折射率氟化或全氟化烃、或其混合物。在一些实施方式中，非导电液体的有机和/或无机化合物可包括六甲基二硅烷、二苯基二甲基硅烷、氯苯基三甲基硅烷、苯基三甲基硅烷、苯基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、聚二甲基硅氧烷、四苯基四甲基三硅氧烷、聚(3,3,3-三氟丙基甲基硅氧烷)、3,5,7-三苯基九甲基-五硅氧烷、 3,5-二苯基八甲基四硅氧烷、1,1,5,5-四苯基-1,3,3,5-四甲基-三硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、六甲基二锗烷、二苯基二甲基锗烷、苯基三甲基锗烷。在一些实施方式中，非导电液体的有机和/或无机化合物可包括六甲基二锗烷、二苯基二甲基锗烷、六乙基二锗烷、石蜡、或其组合。例如，石蜡油
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000161
P包括由Exxon Mobil生产和市售的烃的混合物。
已经发现，本文披露的用于负光功率液体透镜/电润湿光学应用的低折射率非导电液体(油)能够提供宽范围的焦距、倾斜角和/或像散变化。为了实现这些益处，非导电液体应满足以下性质中的至少一个或多个：1)与导电液体相比显著较低的折射率；2)在液体透镜的工作温度范围内与导电液体匹配或类似的密度；3)在液体透镜的工作温度范围内与导电液体的低混溶性；4) 相对于非导电液体的每种组分和亲核水基电解质(导电液体)的化学稳定性； 5)足够的粘度以匹配或达到液体透镜所需的响应时间。使用如本文所披露的材料可以实现用于非导电液体/流体中的液体材料的新组合，其满足上述五个标准中的每一个，同时能够在静态和/或变化环境中的宽温度范围内在液体透镜/电润湿光学装置中保持这些性质。
考虑到上述标准，在负光功率电润湿光学装置中使用的非导电液体和导电液体被设计成当它们组合在一起时不混溶，并且这些液体被配制成彼此的粘度和密度密切匹配。每种液体的粘度也可以仔细匹配，特别是在温度范围方面。另外，折射率可以作为波长的函数而改变，并且在此也可以考虑与该属性的密切匹配。在一些实施方式中，非导电和导电液体的组合可以降低固有的可见光吸收。因此，可以利用如本文所定义的一系列不同的液体体系、组合物或混合物来满足上面列出的要求，特别注意非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率。在一些实施方式中，非导电液体是油，而导电极性液体是含有盐的防冻液，通常是水。在一些实施方式中，为了使非导电液体组分(透镜的材料部分，用于改变入射光束以获得所需焦点)具有小于1.4的低折射率，非导电液体可含有氟原子。在一些实施方式中，非导电液体和导电液体的折射率之差为约0.1。在一些实施方式中，导电液体可以掺杂盐以改善其导电性，而在其他实施方式中，盐可以充当凝固点抑制剂，使盐具有双重目的。
关于折射率参数，在一些实施方式中，非导电液体可具有小于1.40、小于 1.39、小于1.38、小于1.37、小于1.36、小于1.35、小于1.34、小于1.33、小于1.32、小于1.31、或小于1.30的折射率。在其他实施方式中，非导电液体可具有约1.40、约1.39、约1.38、约1.37、约1.36、约1.35、约1.34、约1.33、约1.32、约1.31、或约1.30的折射率。在一些实施方式中，导电液体与非导电液体之间的折射率之差(Δη)可为约0.04至约0.2或约0.08至约0.15。该光学应用的光学指数范围包括诸如可变焦距、倾斜度、像散补偿和期望折射率之类的特征，以平衡与范围相对应的精度。在一些实施方式中，导电液体和非导电液体之间的Δη可大于0.08、大于0.10、大于0.15、大于0.20、或大于0.25。两种液体之间折射率的较高差异非常适合于以下光学应用，包括诸如变焦、可变焦距或倾斜度之类的特征的装置；可变照明装置，其中照明取决于两种液体之间的折射率差异；和/或光学装置，其中可以执行光轴的倾斜，例如用于光束偏转或图像稳定应用。
关于密度参数，使非导电液体的密度与导电液体的密度实质上匹配可有助于提供在各种倾斜角下具有宽范围焦距的多功能液体透镜/电润湿光学装置。在一些实施方式中，在包括约-30℃至约85℃或约-20℃至约65℃的宽温度范围内，非导电液体和导电液体之间的密度差(Δρ)可以低于0.1g/cm3、低于 0.01g/cm3、或低于3.10-3g/cm3。
关于混溶性参数，所披露的导电和非导电液体被认为是不可混溶的。在一些实施方式中，导电液体和非导电液体的部分混溶性可以低于2％、低于1％、低于0.5％、或低于0.2％，其中这些值中的每一个可以在例如包括-30℃至85 ℃、或-20℃至65℃的宽温度范围内测得。
关于稳定性参数，非导电液体在约-10℃至约+65℃、约-20℃至约+65℃、或约-30℃至约+85℃的温度范围内保持液态。此外，非导电液体可能不会显示任何可检测的与导电液体中使用的亲核水基电解质反应或分解的迹象。最后，相应的导电液体和非导电液体的各个组分相对于彼此也是化学稳定的，即在装置的功能温度范围内，存在导电和非导电液体的其他化合物的情况下，它们没有或实质上没有化学反应。
关于粘度参数，在一些应用中可能需要低粘度的非导电液体，因为预期粘度较低的液体能够响应通过液体透镜/电润湿光学装置的单元施加的变化电压。水基导电层的粘度通常较低，并且对电压变化响应迅速。在一些实施方式中，如在-20℃和+70℃范围内的所有温度下测得的，非导电液体的粘度可小于 40cs、小于20cs、或小于10cs。
在一些实施方式中，在546nm处的折射率为1.2909且阿贝数为101.3的非导电液体可与第二折射率为1.3887且阿贝数为58.568的导电液体耦合以形成负液体透镜或负光功率电润湿装置。通过将四个电极上的负电压施加到该负光功率电润湿装置，可以改变非导电液体与导电液体之间的液体界面以产生 +10屈光度的负曲率(正光功率)或者可以施加电压以产生达至少-30屈光度的正曲率(负光功率)。在一些实施方式中，负光功率电润湿装置可产生达至少-10屈光度、至少-20屈光度、至少-30屈光度、至少-40屈光度、或至少-50屈光度的正曲率(负光功率)。
现在参照图2，示出了提供正光功率的传统液体透镜100的示意性截面图。传统液体透镜100包括位于顶窗114和底窗116之间的第一液体106(例如，极性液体)和第二液体108(例如，油或非极性液体)。当光被引导通过顶窗 114，并通过液体透镜100的第一液体106、第二液体108和相应的界面110 (参见图1)投射时，由于第二液体108的折射率大于第一液体106的第二折射率，因此液体透镜100通过电压增加而产生正光功率。因此，如图所示，穿过液体透镜100的光在通过第一液体106和第二液体108之间的界面110时聚焦。
现在参照图3，示出了根据本公开内容一些实施方式的提供倾斜界面的液体透镜100的示意性截面图。类似于图2中提供的结构，液体透镜100包括位于顶窗114和底窗116之间的第一液体106(例如，极性液体)和第二液体108 (例如，油或非极性液体)。图3示出了液体透镜100向上移动并施加电压以使液体界面110(参见图1)倾斜以补偿绿光并使图像居中的实施方式。由于色散，蓝光140没有被完全补偿并且以相对于绿光的略微正的角度离开。此外，由于色散，红光144也没有被完全补偿并且以相对于绿光的略微负的角度离开。总之，当光被引导通过顶窗114，并通过液体透镜100的第一液体106、第二液体108和相应的界面110投射时，如图所示，绿光和中心图像被调节，但蓝光140和红光144均被分散。
图4是示出根据本公开内容一些实施方式的提供负光功率的液体透镜的示意性截面图。类似于图2中提供的结构，液体透镜100包括位于顶窗114 和底窗116之间的第一液体106(例如，极性液体)和第二液体108(例如，油或非极性液体)。当光被引导通过顶窗114，并通过液体透镜100的第一液体106、第二液体108和相应的界面110(参见图1)投射时，由于非导电液体液体的折射率小于导电液体的第二折射率，因此液体透镜100通过电压增加而产生负光功率。因此，如图所示，穿过液体透镜100的光在通过第一液体 106和第二液体108之间的界面110时散焦。
图5是根据本公开内容一些实施方式的正和负光功率液体透镜的色差的曲线图。使用传统的液体(传统的液体透镜)(具有正值的实线位置)和本发明的液体(本发明的液体透镜)(由具有正值的虚线标记)的蓝光和绿光之间的图像高度分离的差异来说明色差。此外，当使用本发明的液体时，红光和绿光之间的图像高度分离的差异也减小。当应用光学图像稳定时，通过使用低折射率非导电液体，这种减少的波长间的图像高度分离改善了(高度降低)约 50％。减小的色差可以减少图像模糊并提高图像质量。
图6A-6C是根据本公开内容一些实施方式的液体快门的示意性截面图。液体快门包括负光功率电润湿光学装置100，所述负光功率电润湿光学装置 100具有：具有折射率的非导电液体；具有第二折射率的导电液体；以及与导电液体和非导电液体均接触的介电表面。液体快门还包括物镜148、成像透镜 156、以及位于负光功率电润湿光学装置100与成像透镜156之间的阻挡构件 152。非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率，并且导电液体与非导电液体不混溶。参照图6A，当没有电压施加到液体透镜100时，液体快门被激活，并且光线被阻挡构件152阻挡。例如，可以阻止被阻挡构件152阻挡的光线入射到成像透镜156上，成像透镜156重新聚焦光以将图像160投射在传感器或其他光接收构件上。参照图6B，液体快门被去激活，并且光线利用负光功率电润湿光学装置100被散焦并且被折射以绕过阻挡构件152并且投射到成像透镜156上，成像透镜156重新聚焦光以将图像160投射在传感器或其他光接收构件上。参照图6C，激活的快门(图6A)的图像和去激活的快门(图 6B)的图像被叠加以强调两种照明配置，展示了阻挡构件152与成像透镜156 的结合使用。
仍然参照图6A-6C，由于液体透镜100中的导电液体和非导电液体都具有相对较低的折射率和低色散，因此与使用较高折射率油的传统液体透镜相比，引入的色差得到了显著改善。这一方面对于使用液体透镜100进行光学图像稳定的应用尤其重要，因为它显著减少了稳定期间引入的像差。由于在这些实施方式中使用的非导电液体具有比导电液体的第二折射率低的折射率，所以液体透镜100在施加电压时以负光功率操作。负光功率电润湿光学器件实现了需要超出无限远(虚拟对象)的聚焦的新应用。如果负光功率电润湿光学装置能够在施加电压时聚焦在无限远物体上(负光功率配置)，则负光功率电润湿光学装置能够通过降低液体透镜的电压在较短的物体距离处聚焦，从而作为自动聚焦元件工作。如果负光功率液体透镜100与诸如图6A-6C中所示的物镜148 和成像透镜156之类的辅助光学器件耦合，还可以作为高效液体快门操作。这种高效液体快门由于没有机械部件而使快门具有长寿命，因而具有特殊价值。此外，这些液体快门的切换速率可以是毫秒级或非常快。在一些实施方式中，液体快门具有小于25毫秒、小于20毫秒、小于15毫秒、小于10毫秒、或小于5毫秒的切换时间。负光功率电润湿光学装置的设计可能需要最小的电流和相应的功率来驱动负功率电润湿光学装置；因此，在电润湿光学装置的寿命期间，功耗可以相对较低。
根据一些实施方式，电润湿光学装置包括用于施加交流电压的电压源，以改变在导电液体与非导电液体之间形成的弯月面，以控制透镜的焦距。在一些实施方式中，电润湿光学装置进一步包括用于控制透镜的驱动器或类似的电子装置，其中透镜与驱动器或类似的电子装置集成在液体透镜中。在其他实施方式中，电润湿光学装置可包括结合有至少一个驱动器或类似的电子装置的多个透镜。
电润湿光学装置可用作可变焦距液体透镜、光学变焦、眼科装置、具有可变光轴倾斜的装置、图像稳定装置、光束偏转装置、可变照明装置、和使用电润湿的任何其他光学装置，或作为上述装置的一部分。在一些实施方式中，液体透镜/电润湿光学装置可以被结合或安装在任何一个或多个设备中，例如包括相机透镜、手机显示器、内窥镜、遥测仪、牙科相机、条形码读取器、光束偏转器、和/或显微镜。
在一些实施方式中，负功率电润湿光学装置可用于前置摄像头。在使用负功率电润湿光学装置的前置摄像头应用中，低光功率配置可用于近距离(手臂距离)，而在较长距离处(例如在自拍杆距离处)可能需要较高的负光功率。使用负功率电润湿光学装置可以获得在较近距离处使用低光功率和在较长距离处使用较高光功率的功率配置。此外，这种负功率电润湿光学装置可以实现降低或减小的色差。在其他实施方式中，负功率电润湿光学装置可以用于切换应用，包括但不限于光纤、光纤通信、电光开关或切换、光逻辑存储器、光学互连、传感器、光波导和波导阵列接口、嵌入式光学接口、和类似者。
实施例
下表提供了各种不同的非导电液体，其具有各种不同范围的粘度、密度和折射率。在一些实施方式中，非导电液体可以混合并共混在一起，以满足负光功率电润湿装置的规格和所需特性。如目前已知和实践的那样，由于这些非导电液体组分的低折射率，这些非导电液体组分中没有一种被用于或将被用于正光功率液体透镜设计中。尽管可以选择诸如乙腈之类的一些化合物以提供 1.3405的低折射率，但是必须平衡各种其他重要的物理性质，诸如混溶性、粘度和密度，以提供功能性负光功率电润湿装置。在本文披露的实施方式中，负光功率电润湿装置的非导电液体(油)可以是足够疏水的，以与导电液体相分离，同时保持折射率低于1.40。表1中提供了如本文所述的可单独使用或以任意组合使用的非导电液体的示例。
表1
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000221
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000231
现在参照图7A-7B，示出了位于手机相机模块中的液体透镜100的示意性截面图。参照图7A，液体透镜100和相应的光学器件被设计成使得当向液体透镜100施加驱动电压时无限远处的物体被聚焦，在液体透镜100中，非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率并且其中导电液体与非导电液体不混溶。类似于先前提供的结构，液体透镜100包括位于顶窗114和底窗116 之间的第一液体106(例如，极性液体)和第二液体108(例如，油或非极性液体)。当光被引导通过顶窗114，并通过液体透镜100的第一液体106和第二液体108以及相应的界面110投射时，由于非导电液体的折射率小于导电液体的第二折射率，因此液体透镜100通过电压增加而产生负光功率。在一些实施方式中，液体透镜100可被包括在图7A和7B中描述的相机模块中，液体透镜100或负光功率电润湿光学装置可以如本文所述改变。
仍然参照图7A-7B，负功率液体透镜100周围的光学器件包括第一固定光学透镜164、第二固定光学透镜168、第三固定光学透镜172、第四固定光学透镜176、第五固定光学透镜180、第六固定光学透镜184、光谱滤光器188 和相机传感器192。液体透镜100包括位于顶窗114和底窗116之间的第一液体106和第二液体108。参照图7B，位于手机相机模块中的液体透镜100的结构和相应的光学器件与图7所描述的相同。在图7B中，降低液体透镜100的电压，以对距离小于无限远的物体(诸如位于10cm处的物体)实现自动聚焦。
仍然参照图7A-7B，对于位于具有80°视场和孔径为F/1.9的相机模块光学系统内部的负光功率电润湿装置的模拟使用的光学设计描述总结在下面提供的表2中：
表2
表面数 半径 厚度 玻璃折射率
物体 无限 无限
1: 3.05089 0.327851 1.546
2: 87.08640 0.023537
停止 无限 0.000000
4: 无限 0.125000 1.525
5: 无限 0.230000 1.2909:101.3
6: -12.00000 0.150000 1.389:58.57
7: 无限 0.100000 1.525
8: 无限 0.02000
9: 2.87655 0.346054 1.546
10: 2.27905 0.132495
11: -4.37484 0.695409 1.546
12: -3.72145 0.291455
13: -1.26028 0.302801 1.649
14: -3.40920 0.100000
15: 2.70936 0.934360 1.546
16: -1.79567 0.487366
17: -2.98395 0.300000 1.546
18: 0.89690 0.456602
19: 无限 0.210000 1.519
20: 无限 0.150000
IMG: 无限 -0.038492
由相机模块、第一固定光学透镜164、第二固定光学透镜168、第三固定光学透镜172、第四固定光学透镜176、第五固定光学透镜180、第六固定光学透镜184、和光谱滤光器188的相应表面限定的表面1-2和表面9-18的福布斯多项式描述分别在下面的表3-14中提供：
表3
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000251
表4
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000252
表5
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000261
表6
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000262
表7
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000271
表8
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000272
表9
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000281
表10
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000282
表11
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000291
表12
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000292
表13
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000301
表14
Figure DEST_PATH_GDA0002359327490000302
尽管已经出于说明目的阐述了示例性实施方式和实施例，但是前述描述并不旨在以任何方式限制本公开内容和所附权利要求的范围。因此，在不实质背离本公开内容的精神和各种原则的情况下，可以对上述实施方式和实施例做出变化和修改。所有这些修改和变化旨在包括在本公开内容的范围内并由所附权利要求保护。

Claims (17)

1.一种负光功率电润湿光学装置，包括：
具有一折射率的非导电液体；
具有第二折射率的导电液体；和
与所述导电液体和所述非导电液体均接触的介电表面，
其中所述非导电液体的折射率小于所述导电液体的第二折射率，并且其中所述导电液体与所述非导电液体之间的界面形成透镜。
2.根据权利要求1所述的电润湿光学装置，其中所述非导电液体包括具有式(I)的硅油化合物和/或具有式(II)的氟化硅油化合物：
Figure DEST_PATH_FDA0002359327480000011
其中n为0或大于0的整数。
3.根据权利要求1所述的电润湿光学装置，其中所述非导电液体包括具有式(III)的全氟聚醚化合物：
Figure DEST_PATH_FDA0002359327480000012
其中x和y各自是大于0的整数。
4.根据权利要求1所述的电润湿光学装置，其中所述非导电液体包括具有式(IV)的氟化硅烷化合物：
Figure DEST_PATH_FDA0002359327480000021
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电润湿光学装置，其中所述非导电液体的折射率小于1.40。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的电润湿光学装置，其中所述非导电液体的折射率比所述导电液体的第二折射率小至少0.08。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的电润湿光学装置，其中所述非导电液体在20℃的密度为1.00g/cm3至1.10g/cm3。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的电润湿光学装置，其中所述非导电液体在20℃的粘度为约2cs至约10cs。
9.一种相机模块，包括根据权利要求1-4中任一项所述的电润湿光学装置。
10.一种液体快门，包括：
负光功率电润湿光学装置，包括：
具有一折射率的非导电液体；
具有第二折射率的导电液体；和
与所述导电液体和所述非导电液体均接触的介电表面；
成像透镜；和
位于所述负光功率电润湿光学装置与所述成像透镜之间的阻挡构件，
其中所述非导电液体的折射率小于所述导电液体的第二折射率，并且其中所述导电液体与所述非导电液体之间的界面形成透镜。
11.根据权利要求10所述的液体快门，其中所述液体快门具有小于10毫秒的切换时间。
12.根据权利要求10-11中任一项所述的液体快门，其中所述非导电液体的折射率小于1.40。
13.根据权利要求10-11中任一项所述的液体快门，其中所述非导电液体的折射率比所述导电液体的第二折射率小至少0.08。
14.一种负光功率液体系统，包括：
具有一折射率的非导电液体；和
具有第二折射率的导电液体，
其中所述非导电液体的折射率小于所述导电液体的第二折射率，并且其中所述导电液体与所述非导电液体不混溶。
15.根据权利要求14所述的负光功率液体系统，其中所述非导电液体包括具有式(II)的全氟聚醚化合物：
Figure DEST_PATH_FDA0002359327480000031
其中x和y各自是大于0的整数。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的负光功率液体系统，其中所述非导电液体的折射率小于1.40。
17.根据权利要求14-15中任一项所述的负光功率液体系统，其中所述非导电液体的折射率比所述导电液体的第二折射率小至少0.08。
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