固定接触且振荡的液体-液体镜头和成像系统的制作方法

专利名称：固定接触且振荡的液体-液体镜头和成像系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及自适应光学装置，并且更具体地涉及液体镜头以及使用该液体镜头的成像系统和成像方法。
背景技术：
由于在机械地移动照相机的镜头直到图像焦点对准过程中所固有的延迟，因此光学聚焦通常是一个缓慢的过程。虽然液体被认为是镜头材料的奇特选择，然而对于需要快速响应的自适应光学器件的应用领域、或者需要小型的或具有成本效益的光学器件的应用领域对液体镜头存在兴趣。液体镜头有利地避免了与移动固体镜头相关的重量增加以及制造复杂性。液体镜头的界面因表面张力而具有良好的光学性能，在亚毫升量级中表面张力相比重力占主要地位，并且提供近乎完美球形的且光学光滑至分子级的界面。近来消费水平的无线通信中图像和多媒体的使用的激增激起了对轻型和耐用的自适应光学器件的追求。然而，对这种镜头的需要超越手机和便携式摄像机而延伸至生物医学感测和成像、用于侦察和防御的自主式空中和水下工具、用于微制造的显微镜术和自适应光刻等方面的先进技术。

发明内容
在一个方面中，通过提供液体镜头而克服现有技术的缺点并且提供另外的优点。该液体镜头包括基板和包含第一液体的液滴，其中基板包括在基板的第一表面和第二表面之间延伸贯穿基板的至少一个通道。液滴布置于延伸贯穿基板的至少一个通道当中的一个通道内，并且包括第一小滴部分和第二小滴部分，第一小滴部分具有从基板的第一表面突出的第一毛细表面，第二小滴部分具有从基板的第二表面突出的第二毛细表面。第一小滴部分和第二小滴部分通过所述一个通道连接。液体镜头还包括外壳，外壳至少部分地包围基板并且外壳包括腔室。延伸贯穿基板的至少一个通道当中的所述一个通道位于外壳的腔室内。第二液体布置于腔室内，并且第二液体和包含第一液体的液滴在腔室内直接接触或间接接触。提供驱动器以对延伸贯穿基板的所述一个通道内的液滴进行振荡。在另一个方面中，提供一种成像系统，其包括液体镜头和至少一个图像传感器。液体镜头包括基板和包含第一液体的液滴，其中基板包括在基板的第一表面和第二表面之间延伸贯穿基板的至少一个通道。液滴布置于延伸贯穿基板的至少一个通道当中的一个通道内，并且包括第一小滴部分和第二小滴部分，第一小滴部分具有从基板的第一表面突出的第一毛细表面，第二小滴部分具有从基板的第二表面突出的第二毛细表面。第一小滴部分和第二小滴部分通过所述一个通道连接。液体镜头还包括外壳，外壳至少部分地包围基板并且外壳包括腔室，其中延伸贯穿基板的至少一个通道当中的所述一个通道位于外壳的腔室内。第二液体布置于腔室内，并且第二液体和包含第一液体的液滴在腔室内直接接触或间接接触。提供驱动器以对延伸贯穿基板的所述一个通道内的液滴进行振荡。至少一个成像传感器耦合至穿过所述一个通道中的液滴的第一小滴部分和第二小滴部分的至少一个成像路径，以用于通过振荡的液滴的第一小滴部分和第二小滴部分来拍摄图像。在又一个方面中，提供一种成像方法，其包括步骤:对液体镜头的液滴进行振荡，其中液体镜头包括基板，基板限定了在其第一表面和第二表面之间延伸的通道，液滴被置于通道内，液滴包括第一小滴部分和第二小滴部分，第一小滴部分包括从基板的第一表面突出的第一毛细表面，第二小滴部分包括从基板的第二表面突出的第二毛细表面，其中，液滴的第一小滴部分和第二小滴部分通过通道连接，液体镜头还包括外壳，外壳至少部分地包围基板并且外壳包括腔室，一个通道位于腔室内，并且腔室包括第二液体，第二液体和包含第一液体的液滴在腔室内直接接触或间接接触，并且其中，振荡步骤包括向第一小滴部分或第二小滴部分的至少一者施加振荡力以对通道内的液滴进行振荡；以及经由穿过液滴的第一小滴部分或第二小滴部分的至少一者的图像路径来拍摄至少一个图像。在再一个方面中，提供一种制造液体镜头的方法，其包括步骤:获得基板，基板相对于液滴是非湿润的；在基板中提供从基板的第一表面延伸至第二表面的至少一个通道；在延伸贯穿基板的至少一个通道当中的一个通道内提供包含第一液体的液滴，液滴包括第一小滴部分和第二小滴部分，第一小滴部分具有从基板的第一表面突出的第一毛细表面，第二小滴部分具有从基板的第二表面突出的第二毛细表面，第一小滴部分和第二小滴部分通过所述一个通道连接；提供包括腔室的外壳，腔室封闭延伸贯穿基板的所述一个通道，基板的第一表面有利于限定腔室的第一腔室部分，基板的第二表面有利于限定腔室的第二腔室部分；将第二液体置于腔室的第一腔室部分和第二腔室部分内，第二液体和液滴在腔室内直接接触或间接接触。通过本发明的技术实现了另外的特征和优点。本发明的其它实施例和方面在本文中进行了详细描述并且被认为是要求保护的发明的一部分。


在说明书的结论处的权利要求中，本发明的一个或多个方面作为示例被特别指出并明确要求保护。通过下文结合附图所做出的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点是显而易见的，在附图中:图1A是根据本发明的一个或多个方面的液体-液体镜头的一个实施例的横截面图示；图1B是根据本发明的一个或多个方面的示出了图1A的液体-液体镜头的组装的局部分解等距视图；图2A和图2B示出了根据本发明的一个或多个方面的图1A的液体-液体镜头实施例的液滴响应于驱动器的操作移动，其中图2A放大地示出了具有从基板第二表面突出的第二毛细表面的第二小滴部分，并且图2B放大地示出了具有从基板第一表面突出的第一毛细表面的第一小滴部分；图3是根据本发明的一个或多个方面通过施加于图示镜头结构的右侧上的铁磁流体滴的电磁信号而驱动的固定接触且振荡的液体-液体镜头的时序；图4A是根据本发明的一个或多个方面采用振荡液体-液体镜头的成像系统的一个实施例的示意图，并示出了对位于焦点上的对象的成像；图4B示出了根据本发明的一个或多个方面包括振荡液体-液体镜头的封装成像系统的一个实施例(例如，电话中的照相机);图4C示出了根据本发明的一个或多个方面的沿着图4B的线4C-4C获取的封装成像系统，并在其中示出了采用振荡液体-液体镜头的成像系统的另一个实施例；图4D示出了根据本发明的一个或多个方面的包括振荡液体-液体镜头的成像系统的另一个实施例(例如，扫描光学显微镜);图5A以图表的方式示出了根据本发明的一个或多个方面的用于振荡液体-液体镜头的光学模型的结果，并且以黑色曲线示出聚焦的物距，其中以灰色阴影表示相应景深，并且两个目标被置于焦点范围扫描的极限附近，该极限用虚线来表示；图5B示出了根据本发明的一个或多个方面的通过对利用图5A中标记的两个目标的振荡液体-液体镜头(用作光学序列的物镜)所拍摄的图像的清晰度进行分析而获得的实验数据；图6A是根据本发明的一个或多个方面的液体-液体镜头结构的局部图示，其中重力(g)的方向显示为从上至下；图6B是根据本发明的一个或多个方面的图6A的液体-液体镜头的局部图示，其中使重力(g)的方向转向显示为从右至左；图7是根据本发明的一个或多个方面的液体-液体镜头的另一个实施例的横截面图示；图8A是根据本发明的一个或多个方面的包括镜头基板的液体-液体镜头的局部图示；图8B是根据本发明的一个或多个方面的包括镜头基板的液体-液体镜头的替换实施例的局部图示；图8C是根据本发明的一个或多个方面的包括镜头基板的液体-液体镜头的另一个实施例的局部图示；以及图8D是根据本发明的一个或多个方面的示出图8A至图8C所示的液体-液体镜头的共振频率相对液滴体积的图表，并且插入图表示出了图8A至图SC所示的每个构造的试验测得的频率响应；以及图9是根据本发明的一个方面的采用振荡液体-液体镜头的成像方法的一个实施例的流程图。
具体实施例方式本文中公开的是极大地加快了的聚焦的范例，其中，不是将镜头移动至最终位置，而是使所述镜头的形状连续振荡，并因此使其焦距连续振荡。在振荡周期中，焦距在其全部范围值中演变，并且同步高速传感器被用来拍摄不同焦点处的清晰图像。已实验性地实现了 0.0l秒范围内的聚焦，其小于振荡周期。这是通过使采用小(例如，毫米大小)液体镜头的系统在其共振频率下振动而得以实现的。更具体地，本文中通过示例方式进行描述的是具有振荡焦距的液体-液体镜头，其通过与振荡“同步地”抓拍图像可以在给定范围内拍摄任何图像平面。通过振荡镜头，改变焦距的任务有效地从机械操纵转换到图像拍摄的电子定时，图像拍摄的电子定时可以被显著更快地实现。对于在共振处驱动并且以固定接触线(pinned contact line)为特征的毫升量级的液体镜头而言已展示了 IOOHz频率的高保真度成像。理论预测已表明:通过尺寸减小的镜头使显著更快响应成为可能。虽然某些策略已使用隔膜来容纳液体镜头，然而特别感兴趣的是液体镜头仅受到其自身表面张力约束，主要是因为隔膜对图像质量的不利影响以及在生产均匀持久的隔膜方面的制造挑战。然而，即使表面张力束缚策略在实践中也是不合适的，因为重力将孔径限制为数毫米并且几分钟以后蒸发阻止了稳定的操作。为解决这些问题，本文中公开的是液体-液体镜头结构以及使用该液体-液体镜头结构的成像系统和方法，其通过实现至少高达30Hz的稳定操作、厘米量级的孔径、取向独立和长期稳定性而减轻先前液体镜头的缺点。液体-液体镜头通过以下方式形成:使两小滴的第一高折射率液体通过基板(例如，板)中的第一通道(例如，圆孔)耦合并且提供包围板和液体镜头的诸如水之类的第二液体，其中镜头系统由外壳(例如，透明丙烯酸塑料盒)封闭。通过使第一液体的小滴的密度(P D)与诸如水之类的周围液体的密度(Pw)相匹配，毛细长度(与(P D- P w)4/2成比例)可以从毫米(对于气液镜头中的典型液体而言，例如空气中的水镜头)增加至厘米。为了引起小滴曲率的变化(为了实现焦距变化)，期望以非侵入方式致动封闭的镜头系统。为了这个目的，在基板中提供一个或多个第二通道(或开口)，第二通道中每一个均容纳两小滴不相容的铁磁流体。利用置于外壳外部的相对较小电磁驱动器，当铁磁流体小滴在基板的任一侧上的固定容积的第一和第二腔室部分内移动时，铁磁流体滴可以作为“液体活塞”来使第一液滴(即，液体镜头)移动。可以向电磁驱动器(例如，具有铁芯的150圈电磁体)提供振荡电压信号(例如，振幅为3伏特)以产生振荡磁场，振荡磁场进而产生铁磁流体滴的振荡运动，以及随后产生液滴(即，液体镜头)的振荡运动。简言之，单一电磁可用于扰乱单一铁磁流体滴(包括两个耦合的铁磁流体小滴)，其中毛细(即，类似弹性力)作用成为回复力。下面参考附图，附图未按比例绘制，并且为便于理解而被简化，其中所有不同附图所使用的相同附图标记指相同或相似部件。图1A示出根据本发明的一个或多个方面的由100概括表示的液体镜头结构的一个实施例。液体镜头结构100 (其在本文中可替换地称为液体-液体镜头结构)包括基板110，基板110具有相对的第一主表面111和第二主表面112。基板110在周围存在诸如水之类的液体的情况下相对于镜头和驱动器液体是非湿润的，并且在一个示例中包括诸如阳极电镀铝之类的疏水性材料。基板110本身可以由这样的非湿润材料形成，或者可以涂覆有非湿润材料，但不必在本文中所描述的一个或多个通道(或者开口)中也进行涂覆。在图示的示例中，基板110包括在第一主表面111和第二表面112之间延伸贯穿基板110的第一通道113和第二通道114。这些第一通道113和第二通道114仅显示作为示例。在其它实施方式中，多个通道的阵列可以提供用于本文中所述的液体-液体镜头系统的液体镜头部分或驱动器部分。例如，在其它实施方式中，多个通道可以提供用于该结构的液体镜头部分或驱动器部分或者其两者，每个通道根据需要具有共同的横向横截面面积(例如，共同的直径)、或者具有不同横向横截面面积(例如，不同直径)。通过提供具有不同横截面面积的通道，或者使不同量的液体从相同横截面面积的通道突出，耦合小滴的阵列可以实现不同聚焦特性或不同驱动特性。将液滴120置于基板110的第一通道113内。作为示例,容纳液滴的每个通道(用作液体镜头系统的镜头部分)可以包括贯穿基板的圆柱形孔(或钻孔)，其中每个液滴是一滴透明液体，例如，硅油。然而，本领域技术人员将会注意到:其它液体可替换地用作液体镜头。因为基板110是非湿润的，因此液滴120在基板上不扩散，并且在由外壳140 (下文描述)和基板110限定的腔室内的液滴120、第二液体130 (例如，水)之间的液体-液体-固体接触线被固定在第一通道113的边缘121处。液滴120特征在于包括第一小滴部分201(参见图2A和图2B)和第二小滴部分202，第一小滴部分201包括从基板110的第一表面111突出的第一毛细表面，并且第二小滴部分202 (图2A和图2B)包括从基板110的第二表面112突出的第二毛细表面。在该实施例中，液滴和第二液体为直接接触并且是不相容的，其中液滴120的第一和第二毛细表面是本文中公开的液体-液体镜头的液体至液体界面表面，并且如上所述因为表面张力而呈近乎完美的球形形状。液滴120的第一小滴部分201和第二小滴部分202通过置于基板110的第一通道113内的液滴120的液体主体部分直接相连(即，互连)。小滴部分的相对曲率产生类似弹性力的力，随着力作用在液滴120的质量上而使液滴120成为自然振荡器。根据本发明的一个方面，可证明:对于一定参数范围可以协调地驱动液滴120，使得小滴部分201、202的形状本质上是球形的并因此适于光学器件。此外，迫使液体镜头处于系统共振允许以非常小的能量输入使振荡运动可持续。通过利用非湿润基板固定接触线可以使与动接触线、粘滞性或其它因素相关联的损耗最小化。此外，使振荡以毛细作用与惯性平衡(与粘滞性相对)的时间尺度和长度尺度出现。液体镜头的自然频率与镜头的半径R_3/2成比例，并因此，利用适度大小的镜头可以获得非常高频的响应。如所述，图1A的图示液体-液体镜头结构100还包括外壳140、布置在由外壳140限定的腔室内的第二液体130、以及驱动器150。在一个实施例中，该腔室包括第一腔室部分131和第二腔室部分132，这两个腔室部分中的每一个均实质填充有第二液体130。在一个实施例中，外壳140包括底壁、前和后两个壁、两个侧壁以及顶部(或盖)，所述顶部(或盖)可移除以允许进入外壳的内部，如图1B所不。在一个实施例中，夕卜壳140是透明壳体,其中侧壁配置有壁架142以将基板支撑和保持在外壳内。在一个实施例中，驱动器150配置成在第一腔室部分131和第二腔室部分132之间非侵入性、间接地振荡液滴120。作为一个示例，驱动器150可以包括布置在第二通道114内的铁磁流体滴151以及电磁驱动器152，第二通道114在基板110的第一主表面111和第二主表面112之间延伸。通过示例，铁磁流体滴151的特征可以在于包括第一小滴部分210(参见图2A和图2B)和第二小滴部分211 (参见图2A和图2B)，第一小滴部分210包括从基板110的第一表面111突出的第一毛细表面，第二小滴部分211包括从基板110的第二表面112突出的第二毛细表面。铁磁流体滴151的第一和第二毛细表面是所公开的液体-液体镜头结构中的液体-液体界面表面。第一小滴部分210和第二小滴部分211通过布置于基板110的第二通道114内的铁磁流体滴151的液体主体部分而直接相连(即，互连)。电磁驱动器152 (例如,具有铁芯的150圈电磁体)产生振荡磁场,振荡磁场进而产生铁磁流体滴151的振荡运动，以及随后(经由不能压缩的第二液体130)产生液滴120(即，液体镜头)的振荡运动。如同液体镜头滴120，铁磁流体滴151的相对曲率产生类似弹性力的力，随着力作用在铁磁流体滴151的质量上而使铁磁流体滴151成为自然振荡器。铁磁流体滴151用作“液体活塞”，从而当铁磁流体滴振荡时使第二液体130交替地在第一腔室部分131和第二腔室部分132内移动，因此驱动液体镜头滴120。在图示实施例中，采用单一电磁驱动器152 (通过示例)以扰乱单一铁磁流体滴151，其中毛细作用为回复力。然而，如下文进一步解释说明的，多个电磁驱动器可用于更积极地控制铁磁流体滴151的振荡。另夕卜，在其它实施中，可以提供多个第二通道114，具有共同横向横截面面积(例如，共同的直径)、或者不同横向横截面面积(例如，不同直径)。通过提供具有不同横截面面积的多个第二通道114，或者使不同量的铁磁流体滴从通道突出，可以实现液体镜头系统的不同驱动特性，如下文进一步解释说明的。本领域技术人员通过本文提供的描述将注意到:液滴120的形状(特别是液滴的上和下界面)是连续的，或者通过铁磁流体滴151的连续或间歇振荡经由周围第二液体130的不能压缩的运动而连续地或间歇地改变，由此产生可用于聚焦入射光101的自适应液体镜头。图1B示出了根据本发明的一个或多个方面用于组装液体-液体镜头结构100的一个实施例。需要注意的是，该制造结构和方法仅通过示例而提供。制造过程可以包括:使基板110的第一通道113和第二通道114预先变湿以确保那些通道中的各个液体将潮湿。为了实现这一点，用相应的第一液体(第一通道113中)或铁磁流体(第二通道114中)擦洗贯穿基板的通道。在该过程中，基板110的第一主表面111和第二主表面112不与任一种流体接触，因为如果液体擦洗到通道的外部，则使固定变得困难。使基板干燥，同时留下剩余液体(仅少量液体应在任一通道中)，当使用油时基板将不会完全干燥。然后，使外壳140填充满不相容的第二流体130 (参见图1A)，并且在外壳140的两个侧壁中的壁架142上方也填充满第二流体130。需要注意的是，填充外壳的整个腔室是可接受的，知道的是当零件增加至液体-液体镜头结构时第二流体将溢出。然后，基板110被置于液体填充的外壳内，其中以一定角度保持基板以确保在基板下未截留有气泡。基板被置于平的壁架142上并固定至壁架142，从而确保不相容的第二液体包围基板。接下来，注射器可用于开始用第一液体填充第一通道113。通过使注射器尖端接触至通道并围绕圆周作业同时注射流体而开始，直到横穿直径完全形成毛细表面。在这出现之后，可以通过保持注射器尖端静止不动并将流体注射到柱中来进行填充步骤。然后，针对铁磁流体滴重复该过程。为了确保每对耦合小滴被固定，小滴必须过充超出通道的端部。如果所有区域未固定，则使注射器尖端围绕通道缘边以圆形运动方式进行移动(不增加更多的流体)，同样不与基板110的第一主表面或第二主表面接触。
在一组耦合小滴的固定建立之后，体积可以设定。例如，通过使用对注射器的测量，或通过视觉检查，每个耦合小滴的体积可以设定。对于体积的视觉检查，从轮廓获得每个小滴的高度(h)，由于知道通道的半径(a)，并利用球冠的公式V=IA^h (a2+h2)，因此可以确定体积(例如，使用照相机和LabView实施)。接下来是相同步骤以建立铁磁流体滴。在两组耦合小滴被填充并固定之后，随后加入不相容的第二液体(即，周围液体)，以便不扰乱耦合小滴，直到外壳内达到过充条件(凸弯月面)。最后，可以将外壳140的顶部141固定至外壳上,例如,通过将顶部141以一定角度向下放置于外壳上以便不向镜头系统增加气泡，并且在它密封时使不相容的第二液体(即，周围液体)移动。顶部141被附着为达到外壳的平衡，以在外壳内形成不透流体的密封腔室。如所述，图2A和图2B示出根据本发明的一个或多个方面的可变焦距的液体-液体镜头结构100的操作。在操作中，当电磁驱动器152处于磁化状态220(在施加于电磁驱动器152的振荡信号中示出)下时，铁磁流体滴151的第一小滴部分210在外壳140的第一腔室部分131内具有较大体积(如图2A所示)，以及当驱动器信号停止作用221时(图2B)，惯性和表面张力使铁磁流体滴151的第二小滴部分211在第二腔室部分132内变得较大，如图2B所示。当电磁驱动器起作用以对铁磁流体滴151进行操作至图2A所示的程度时，不能压缩的第二液体130操作以迫使液滴120中更多的第一液体进入在外壳140的第二腔室部分132内延伸的第二小滴部分202。这进而在聚焦入射光101中产生较长焦距。在相反条件下，即大部分第一液体处于外壳140的第一腔室部分131内的第一小滴部分201中，获得较短焦距，如图2B所示。以这种方式，液滴120的焦距随着铁磁流体滴振荡而连续地变化，这进而使入射光101的折射发生变化，并因此使焦点发生变化，从而提供液体镜头中的自适应焦距能力。

图3示出了本文中所公开的液体-液体镜头的可操作示例。需要注意的是，在本文所描述的结构中，三重接触线(即，液体-液体-固体接触线)固定在贯穿基板形成的每个通道(或开口)的周边处。这些固定接触线消除了在许多其它自适应液体镜头策略中遇到的与前进和后退接触线相关联的粘滞性损耗。然而，通过驱动该装置处于系统共振可以提高装置的总效率。在图3的示例中，该系统在共振下振荡，并且液滴120 (例如，硅油液体镜头)的运动和瞬时形状受到铁磁流体滴151的控制，其中水(图未示)围绕封闭系统中的两组耦合小滴。在该示例中，第一和第二小滴通道的直径均为5_，并且受到小于5伏特(峰峰值)的驱动。在图3所考虑的情况下，包括周围水(图未示)的液体镜头系统在8.6Hz处展示了共振行为，图3示出了一个完整的周期。本文中所公开的液体-液体镜头结构可以结合并用于各种成像系统中。图4A示出了采用振荡液体-液体镜头结构100 (如上文结合图1A至图3所描述的)的整体由400表示的成像系统的一个实施例。如所述，液体-液体镜头结构100包括基板110，基板110包括贯穿基板的含有至少一个液滴120 (用作液体镜头)的至少一个第一通道，以及含有至少一个铁磁流体滴151 (便于驱动液体镜头)的至少一个第二通道，如本文中所描述。液体-液体镜头结构还包括限定密封腔室的外壳140，密封腔室包括位于基板的相对侧的第一腔室部分131和第二腔室部分132，两个腔室部分均填充有第二液体，例如，水。基板是非湿润的，并且液滴120和铁磁流体滴151被固定在贯穿基板110的它们各自的通道的边缘处。在图4A的示例中，成像系统400还包括控制器410，例如包括通用目的计算机控制器410，其设有(例如)逻辑电路以控制铁磁流体滴151的振荡并因此控制液体-液体镜头结构100的液滴120的振荡，以及经由图像传感器420控制对一个或多个聚焦图像的拍摄。需要注意的是，在该示例中，在铁磁流体滴151的上方和下方对准地采用两个电磁驱动器152、152’，以通过对耦合小滴产生顺序拉力来控制铁磁流体滴的运动，从而使顶侧体积变得较大或者使底侧体积变得较大，如上文所解释说明的。这进而改变了镜头液滴进入第一腔室部分131或第二腔室部分132中的突出体积。通过如此使镜头液滴120移动，操纵耦合小滴的曲率的半径，曲率半径进而改变对象430的焦距。通过将图像传感器420置于液体镜头的一侧，并将可选光学部件425置于另一侧，可以聚焦处于各种位置处的对象430。需要注意的是，在图示示例中，图像传感器420被置于外壳140 (在一个实施例中为透明壳体(或外壳))的上方，并且与穿过液滴120 (具体地，穿过液滴120的第一振荡小滴部分201和第二小滴部分202)的图像路径对准。此外，图像路径穿过外壳140、以及任何附加光学部件425 (例如，大孔径镜头)，附加光学部件425可以与本文中所描述的振荡液体镜头一起使用。产生的成像系统具有限定范围内的焦距，其中在扫描期间可以拍摄位于该范围内的对象。需要注意的是，图像传感器420可以包括任何合适的成像装置。在一个示例中，图像传感器是数字照相机或摄像机的一部分。如上所述，在具有如图4A所示的振荡焦距的光学系统中，聚焦的任务发生变化。不是操纵固定形状的镜头的位置，而是图像记录的定时将与镜头的振荡同步，并且在系统聚焦期间的时间间隔内拍摄照片。使用今天的高速照相机可以容易地实施快速电子定时。结果是:自适应镜头比现有光学器件的机械移动显著快得多。本文中所描述的液体镜头的振荡速度比振荡周期快。例如，通过以系统的共振频率驱动系统，可使镜头的界面保持球形，并且使振荡幅度最大化。振荡焦距镜头与高速照相机的组合还提供了三维(3-D)成像的能力。例如，基于振荡镜头的显微镜物镜能够在调查样品内部不同深度处进行快速扫描。高速照相机将在单一镜头振荡周期内获得足够图像以通过去卷积产生3-D图像。这样一种系统还将以与镜头振荡速率相等的帧速率获得3-D显微镜电影。作为一个不例，EX-Fl高速照相机(由Casio推向市场)将与本文中所描述的振荡液体镜头一起使用。图4B和图4C示出了在电话450 (例如，电话照相机)中实施的图4A的成像系统。如图4C的局部横截面图中所在一个实施例中液体-液体镜头结构100可以置于图像传感器420和可选光学部件425之间。铁磁流体滴151的运动以及随后的液滴120 (S卩，液体镜头)的运动由单一电磁驱动器152引起(在该示例中)。通过进一步示例，如本文中所描述的液体-液体镜头结构将用于如图4D所示的显微镜470内。在该成像系统中，液体-液体镜头结构100被置于目镜471 (或图像传感器)和物镜(包括光学部件425)之间。通过引起液滴120 (即，液体镜头)的焦距的变化，观察器472 (或者，可替换地，为自动成像传感器)可以扫描目标对象430的各种深度。为支持分析，对如本文中所描述的厘米量级的液体-液体镜头的光学性能进行评估。具体地，获得用于振荡液体-液体镜头的理论光学模型(光学序列中具有附加静止元件)的结果，如图5A所示。通过黑曲线500示出聚焦的物距,其中相应的景深显示为灰色501。两个目标被置于聚焦范围扫描的极端502、503附近。在该图表中，通过实的黑曲线500示出在单一振荡周期期间聚焦的物距。图5B示出通过对经由如本文中所述的液体-液体镜头结构拍摄的图像的清晰度进行分析而获得的实验数据。具体地，通过放置液体-液体镜头作为图5A所确定的两个目标502、503的光学序列的物镜来获得数据。两个对象的最大清晰度完全异相，曲线505对应于503处的对象，而曲线506对应于502处的对象，这如同从模型所预期的。图6A和图6B示出了具有不同重力取向的液体-液体镜头的不变性。在图6A中，液体-液体镜头结构示出具有平行于重力矢量(g)方向的光学轴线，而图6B示出了具有垂直于重力矢量(g)取向的光学轴线的液体-液体镜头结构。通过保持重力邦德数Btl < 1，表面张力相对于重力将占优势。因此，可以使小滴保持它们的球形形状，而不考虑重力的方向。在图6A和图6B中，局部示出所述液体-液体镜头系统，包括具有液滴120 (用作液体镜头)和铁磁流体滴151 (用作驱动器)的基板110。如上文解释说明的，两滴均包括具有第一和第二小滴部分的耦合小滴，第一和第二小滴部分分别延伸至基板110的第一和第二主表面的上方和下方。就该构造而言，对于图6A和图6B中示出的两种情况从曲率的均匀(球形)半径所测得的最大偏差小于1%。通过使液体-液体镜头系统中使用的流体密度匹配而可以进一步增强对于重力取向的不变性。通过进一步示例，图7示出了图1A至图3的液体-液体镜头结构100，其具有图4A的成像系统实施例的双电磁驱动器152、152’。该液体-液体镜头结构是双受力结构，其中包括铁磁流体滴151且占用基板110中的第二通道的耦合铁磁流体小滴受到布置于铁磁流体滴的上方和下方的电磁驱动器152、152’的控制。具体地，可以向电磁驱动器152、152’提供彼此异相180°的电压以驱使铁磁流体滴振荡，进而通过填充液体-液体镜头结构的第一腔室部分131和第二腔室部分132的不能压缩的浸没液体130的相应移动而将铁磁流体滴的振荡传递至液滴120 (即，液体镜头)。结果是可控地聚焦入射光101的自适应液体镜头，如本文中所描述的。随着对网络视频日益增长的兴趣，对于给定图像面实现每秒30帧的成像速率将是感兴趣的。当小滴振荡时，每个图像面可以被聚焦两次(当小滴朝向对象移动时聚焦一次，以及当其远离对象行进时聚焦一次)。因此，超过15Hz的系统共振是高度期望的。一种增强液体-液体镜头系统的共振频率的方式是使系统中的有效弹性力变硬。由于表面张力(在液体镜头和驱动器部分中)是主导弹性力，因此增加毛细效应(通过小滴)将增加整个系统的共振频率。减小镜头大小可能会达不到预期目标，因此用较小驱动器的阵列进行致动是一个可能的解决方案。图8A至图8C示出三种不同基板(B卩，基板110 (图8A)、基板110’(图8B)和基板110”(图8C))，其可用于如本文中所描述的液体-液体镜头结构中。在图8A中，基板110与上文结合图1A至图7所述的基本相同，其中第一通道113和第二通道114设置成贯穿基板110以容纳形成液滴120和铁磁流体滴151的各个耦合小滴，如图8A所示。通过示例，图8A至图8C的三个基板中的通道113是具有5mm孔径(以及无量纲化体积V/Vsph=0.5，其中Vsph是直径与孔相同的球体体积)的5mm孔径通道。在图8B中，示出三个第二通道114’，其容纳三个不同的耦合的铁磁流体滴151’。在图8C的示例中，七个第二通道114”设置在基板110”中，其用于容纳七个不同的铁磁流体滴151”。通过示例，图8A中通道114的半径可以是2.5mm,图8B中通道114’的半径可以是1.5mm,以及图8C中通道114”的半径可以是1.25mm。图8D示出了图8A至图8C所示的三种液体-液体镜头系统构造的实验测得的频率响应(针对每种情况通过最大振幅归一化)，其中向电磁驱动器提供3伏特振幅的谐波输入。示出了驱动较小驱动器的阵列显著增加了整个系统频率响应，即，通过使用较小驱动器的阵列可以获得显著较高的共振频率。例如，通过小的小滴阵列进行驱动，能获得超过30Hz(与针对范围内每个焦距的每秒60次扫描相对应)的共振频率。实现了液体-液体镜头的实验和理论模型之间的良好一致性。图9示出采用如本文中所述的振荡液体镜头的成像方法的一个实施例。成像方法900包括:使如本文中所述的液体-液体镜头的固定接触液滴振荡910 ；以及在振荡液体-液体镜头的同时，通过振荡液滴来拍摄一个或多个图像920。具体地，通过液滴的第一小滴部分和第二小滴部分拍摄一个或多个图像，第一小滴部分和第二小滴部分分别延伸出基板的第一和第二表面，其中存在液滴的通道由基板限定。拍摄图像被转送至控制器，控制器包括(在一个实施例中)具有逻辑电路以基于一个或多个图像标准(例如，图像清晰度)对拍摄图像进行评估930的计算机。本领域技术人员在某种程度上使用现有图像分析软件可以容易地完成数字图像的评估。然后，基于评估选择一个或多个拍摄图像作为一个或多个最终图像940。取决于实施方式，最终图像可以组合成对象的3-D表示。本领域技术人员将注意到:本文中所述的固定接触且振荡的液体-液体镜头提供了寻求焦距快速变化的成像系统的新的解决方案。可以利用非侵入性振荡驱动方法以小且轻质封装来制造液体镜头，如本文中所描述的。有利地，相对较小电压水平可用于启动机构，从而使液体-液体镜头的应用变得实用。本文中公开的是具有能够拍摄给定振荡范围内的任何图像面的振荡焦距的液体-液体镜头。镜头的特征在于通过圆柱形通道(或孔)耦合的具有紧靠非湿润基板的固定接触线的两个小滴部分。不能压缩的第二液体在封闭腔室中包围液体镜头。非侵入电磁驱动器可用于使基板中第二圆柱形通道(或孔)内的耦合的铁磁流体滴振荡。铁磁流体滴的振荡经由不能压缩的周围液体引起液体镜头小滴的相应振荡。小滴部分的曲率的变化弓I起焦距的变化。小滴的相对曲率产生使系统成为自然振荡器的类似弹性力的力。由于图像拍摄定时是电子的，因此它得以快速实现，使得镜头的频率响应仅受到系统的共振频率的限制。提出的液体镜头是耦合的小滴系统，可以以非常小的输入使耦合的小滴系统在共振处振荡。当振荡足够快时，镜头可被认为总是适时地非常接近于期望焦距；因此，在液体-液体镜头后提出了快速聚焦的想法。有利地，使用本文中公开的液体-液体镜头结构可以获得厘米量级的孔径。在规模足够小使得重力不占优势的情况下，耦合小滴的液体镜头(具有固定接触线)相对于表面张力平衡流体惯性，并且可以使系统振荡。实验结果表明毫米量级的液体镜头、甚至厘米量级的镜头是可行的。本文中公开的大孔径快速自适应液体-液体镜头相对于现有方法提供独特的优点和能力。对于厘米量级孔径的镜头而言，通过不同驱动策略产生超过30Hz(S卩，帧捕获速率高达60Hz)的振荡来增加光聚集是可能的(例如，从空气中1.68mm直径液体镜头至IOmm直径液体-液体镜头，光聚集能力增加了 30倍)。能量效率得到保持，同时在重力取向几乎不变的所有设计中消除了先前空气中液体(liquid-1n-air)镜头设计在传统上所困扰的长期稳定性问题(例如，因为蒸发)。本领域技术人员将注意到:本文提出的耦合小滴镜头系统可应用于很多应用中，包括移动电话、摄像机、以及具有视频记录能力的其它小的轻质消费产品。其它应用包括高速自适应成像、可携式摄像机、以及针对较小要求应用(重点在于能耗)的通过镜头阵列和可重构性的其它3-D图像再现。例如，其它应用包括用于侦察和防御的自主微型飞行器，其将受益于许多方向的而不仅仅是直视前方(或下方)的成像能力。所提出的液体-液体镜头的相对较小尺寸和较高能量效率适于将数个这些镜头安装于这样小的飞行器中，以一直沿所有方向实现成像。如本领域技术人员将理解的，上述控制器的各个方面可以实施为系统、方法或计算机程序产品。因此，控制器的各个方面可以呈完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微码等)、或组合软件和硬件方面的实施例(本文中通常均称为“电路”、“模块”或“系统”)的形式。此外，控制器的各个方面可以呈包括在一个或多个计算机可读介质(具有包括在其上的计算机可读程序代码)中的计算机程序产品的形式。可以采用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电子、磁、光学或半导体系统、设备或装置，或上述任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)包括如下:具有一个或多个电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置、或上述任何合适的组合。在本文献的上下文中，计算机可读存储介质可以是包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用或与指令执行系统、设备或装置结合使用的程序的任何有形介质。计算机可读信号介质可以包括例如以基带或作为载波的一部分传播的数据信号，其中计算机可读程序代码包括于传播的数据信号中。这样的传播信号可以呈各种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质但能够通信、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或与指令执行系统、设备或装置结合使用的程序的任何计算机可读介质。包括在计算机可读介质上的程序代码可以通过使用合适的介质进行传输，所述合适的介质包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等，或上述任何合适的组合。可以用一个或多个编程语言的任何组合来写入用于执行本发明的各个方面的操作的计算机程序代码，所述编程语言包括面向对象编程语言(例如Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(例如“C”编程语言或类似编程语言)。上文参考根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程示和/或框图对本发明的各个方面进行描述。将理解的是:可以通过计算机程序指令来实施流程示和/或框图的某些方框，以及流程示和/或框图中方框的组合。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以生产机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实施流程图和/或框图的方框中指定的功能/动作的手段。
这些计算机程序指令还可以存储在能够指导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式起作用的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令可以生产包括实施流程图和/或框图的方框中指定的功能/动作的指令的制品。计算机程序指令还可以加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上，以在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列可操作步骤，从而产生计算机实现处理，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供了用于实施流程图和/或框图的方框中指定的功能/动作的处理。附图中的流程图和框图示出了根据本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的构造、功能性和操作。就这一点而言，流程图或框图中某些方框可以代表代码的模块、节段或部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意的是，在一些可供选择的实施方式中，方框中提及的功能可以不按照附图所述的顺序出现。例如，事实上可以基本同时执行连续示出的两个方框，或者有时以相反的顺序执行这些方框，这取决于涉及的功能性。还将注意的是:框图和/或流程示的某些方框、以及框图和/或流程示中方框的组合可以由执行特定功能或动作的基于硬件的专用系统、或专用硬件和计算机指令的组合进行实施。本文中使用的术语仅仅是为了描述具体实施例的目的，而不是旨在限制本发明。如本文中使用的，单数形式“一”和“所述”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出。还将理解的是:术语“包括”、“具有”和“包含”是开放式连系动词。因此，“包括”、“具有”或“包含” 一个或多个步骤或元件的方法或装置拥有那些一个或多个步骤或元件，但不限于仅拥有那些一个或多个步骤或元件。同样，“包括”、“具有”或“包含”一个或多个特征的方法的步骤或装置的元件拥有那些一个或多个特征，但不限于仅拥有那些一个或多个特征。此外，以某种方式配置的装置或结构至少以该方式进行配置，但还可以以未列出的方式进行配置。所附权利要求中的所有手段或步骤外加功能元件的相应结构、材料、动作和等同物(若有的话)旨在包括与具体要求保护的其它要求保护元件结合执行功能的任何结构、材料或动作。为了图示和说明的目的，已给出本发明的描述，但不是旨在以公开的形式穷举或限制本发明。在不背离本发明的范围和精神的情况下许多变型和变化对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
权利要求
1.一种液体镜头,包括: 基板，其包括在所述基板的第一表面和第二表面之间延伸贯穿所述基板的至少一个通道; 包含第一液体的液滴，所述液滴布置于延伸贯穿所述基板的所述至少一个通道当中的一个通道内，所述液滴包括第一小滴部分和第二小滴部分，所述第一小滴部分具有从所述基板的所述第一表面突出的第一毛细表面，所述第二小滴部分具有从所述基板的所述第二表面突出的第二毛细表面，所述第一小滴部分和所述第二小滴部分通过所述一个通道连接; 外壳，其至少部分地包围所述基板并且包括腔室，延伸贯穿所述基板的所述至少一个通道当中的所述一个通道位于所述外壳的所述腔室内； 布置于所述腔室内的第二液体，所述第二液体与包含所述第一液体的所述液滴在所述腔室内直接接触或间接接触；以及 驱动器，其用于振荡所述一个通道内的所述液滴。
2.根据权利要求1所述的液体镜头，其中所述基板的所述第一表面有利于限定所述腔室的第一腔室部分，并且所述基板的所述第二表面有利于限定所述腔室的第二腔室部分，并且其中所述第二液体实质填充所述第一腔室部分和所述第二腔室部分。
3.根据权利要求2所述的液体镜头，其中所述第二液体和包含所述第一液体的所述液滴在所述第一腔室部分内直接接触，并且在所述第二腔室部分内直接接触。
4.根据权利要求1所述的液体镜头，其中所述驱动器经由布置于所述外壳的所述腔室内的所述第二液体操作性地耦合至所述一个通道内的所述液滴。
5.根据权利要求1所述的液体镜头，其中所述驱动器包括振荡器，所述振荡器操作性地耦合至所述液滴的所述第一小滴部分或所述第二小滴部分中至少一者，以用于使所述一个通道内的所述液滴振荡，其中所述振荡器允许所述一个通道内的所述液滴连续或间歇地振荡，并因此允许所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分连续或间歇地振荡。
6.根据权利要求1所述的液体镜头，其中所述第二液体与包含所述第一液体的所述液滴直接接触且不相容。
7.根据权利要求6所述的液体镜头，其中延伸贯穿所述基板的所述一个通道是延伸贯穿所述基板的第一通道，并且其中所述基板的所述第一表面有利于限定所述腔室的第一腔室部分，并且所述基板的所述第二表面有利于限定所述腔室的第二腔室部分，所述第二液体实质填充所述第一腔室部分和所述第二腔室部分，并且其中所述驱动器包括: 至少一个铁磁流体滴，其布置于在所述基板的所述第一表面和所述第二表面之间延伸贯穿所述基板的至少一个第二通道中，当所述至少一个铁磁流体滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分之间振荡时，所述至少一个铁磁流体滴使所述液滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分内移动；以及 电磁驱动器，其用于使所述至少一个第二通道内的所述至少一个铁磁流体滴振荡，并因此使所述第一通道内的所述液滴振荡。
8.根据权利要求7所述的液体镜头，其中所述驱动器包括布置于在所述基板的所述第一表面和所述第二表面之间延伸贯穿所述基板的多个第二通道中的多个铁磁流体滴，其中所述多个铁磁流体滴中的每个铁磁流体滴的体积小于延伸贯穿所述基板的所述第一通道内的所述液滴的体积，当所述多个铁磁流体滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分之间振荡时，所述多个铁磁流体滴使所述液滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分内移动。
9.根据权利要求7所述的液体镜头，其中所述电磁驱动器是第一电磁驱动器，并且其中所述驱动器还包括第二电磁驱动器，所述第一电磁驱动器和所述第二电磁驱动器一起使所述至少一个第二通道内的所述至少一个铁磁流体滴振荡，并因此使所述第一通道内的所述液滴振荡。
10.根据权利要求1所述的液体镜头,其中所述第一液体包括高折射率流体,并且所述第二液体包括水。
11.根据权利要求1所述的液体镜头，其中选择所述第一液体、所述第二液体和所述基板以有利于使所述液滴保持固定在所述基板位于所述一个通道的边缘处。
12.根据权利要求1所述的液体镜头，其中所述外壳包括至少布置于所述液滴的所述第一小滴部分或所述第二小滴部分之上的透明壳体部分，并且其中所述腔室是密封腔室。
13.一种成像系统，所述成像系统包括: 液体镜头，其包括: 基板，其包括在所述基板的第一表面和第二表面之间延伸贯穿所述基板的至少一个通道； 包含第一液体的液滴，所述液滴布置于延伸贯穿所述基板的所述至少一个通道当中的一个通道内，所述液滴包括第一小滴部分和第二小滴部分，所述第一小滴部分具有从所述基板的所述第一表面突出的第一`毛细表面，所述第二小滴部分具有从所述基板的所述第二表面突出的第二毛细表面，所述第一小滴部分和所述第二小滴部分通过所述一个通道连接; 外壳，其至少部分地包围所述基板并且包括腔室，延伸贯穿所述基板的所述至少一个通道当中的所述一个通道位于所述外壳的所述腔室内； 布置于所述腔室内的第二液体，所述第二液体和包含所述第一液体的所述液滴在所述腔室内直接接触或间接接触；和 驱动器，其用于振荡延伸贯穿所述基板的所述一个通道内的所述液滴；并且 所述成像系统还包括: 至少一个成像传感器，其耦合至穿过所述一个通道中的振荡的所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分的至少一个成像路径，以用于通过振荡的所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分来拍摄图像。
14.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述至少一个成像传感器操作性地耦合到至少一个图像路径，以用于在所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分连续或间歇地振荡的同时通过振荡的所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分来拍摄图像。
15.根据权利要求13所述的成像系统，还包括控制器，所述控制器耦合至所述驱动器并且配置成控制所述基板的所述一个通道内的所述液滴的振荡。
16.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述液体镜头是固定接触且振荡的液体镜头。
17.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述基板的所述第一表面有利于限定所述腔室的第一腔室部分，并且所述基板的所述第二表面有利于限定所述腔室的第二腔室部分，并且其中所述第二液体实质填充所述第一腔室部分和所述第二腔室部分，并且其中所述第二液体与包含所述第一液体的所述液滴在所述第一腔室部分内直接接触、在所述第二腔室部分内直接接触、并且是不相容的。
18.根据权利要求13所述的成像系统，其中延伸贯穿所述基板的所述一个通道是延伸贯穿所述基板的第一通道，并且所述驱动器包括: 至少一个铁磁流体滴，其布置于在所述基板的所述第一表面和所述第二表面之间延伸贯穿所述基板的至少一个第二通道中，当所述至少一个铁磁流体滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分之间振荡时，所述至少一个铁磁流体滴使所述液滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分内移动；以及 电磁驱动器，其用于使所述至少一个第二通道内的所述至少一个铁磁流体滴振荡，并因此使所述第一通道内的所述液滴振荡。
19.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述外壳包括布置于所述液滴的所述第一小滴部分或所述第二小滴部分中至少一者之上的透明壳体部分，并且其中所述腔室是密封腔室。
20.一种成像方法，其包括步骤: 对液体镜头的液滴进行振荡，所述液体镜头包括基板，所述基板限定了在其第一表面和第二表面之间延伸的通道，所述液滴被置于所述通道内，所述液滴包括第一小滴部分和第二小滴部分，所述第一小滴部分包括从所述基板的所述第一表面突出的第一毛细表面，所述第二小滴部分包括从所述基板的所述第二表面突出的第二毛细表面，其中所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分通过所述通道连接，所述液体镜头还包括外壳，所述外壳至少部分地包围所述基板并且包括腔室，一个通道位于所述腔室内，并且所述腔室包括第二液体，所述第二液体与包含第一液体的所述液滴在所述腔室内直接接触或间接接触，并且其中所述振荡步骤包括向所述第一小滴部分或所述第二小滴部分的至少一者施加振荡力以对所述通道内的所述液滴进行振荡；以及 经由穿过所述液滴的所述第一小滴部分或所述第二小滴部分的至少一者的图像路径来拍摄至少一个图像。
21.根据权利要求20所述的成像方法，还包括步骤: 通过振荡的所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分来拍摄多个图像； 基于至少一个图像标准来评估所拍摄的图像；并且 基于所述评估来选择至少一个所拍摄的图像作为最终图像。
22.根据权利要求21所述的成像方法，其中所述拍摄步骤发生在振荡的所述液体镜头的整个振荡周期，并且所述评估步骤包括从所述多个图像选择至少一个聚焦图像。
23.一种制造液体镜头的方法，其包括步骤: 获得基板，所述基板相对于液滴是非湿润的； 在所述基板中提供从所述基板的第一表面延伸至第二表面的至少一个通道； 在延伸贯穿所述基板的所述至少一个通道当中的一个通道内提供包含第一液体的所述液滴，所述液滴包括第一小滴部分和第二小滴部分，所述第一小滴部分具有从所述基板的所述第一表面突出的第一毛细表面，所述第二小滴部分具有从所述基板的所述第二表面突出的第二毛细表面，所述第一小滴部分和所述第二小滴部分通过所述一个通道连接；提供包括腔室的外壳，所述腔室封闭延伸贯穿所述基板的所述一个通道，所述基板的所述第一表面有利于限定所述腔室的第一腔室部分，所述基板的所述第二表面有利于限定所述腔室的第二腔室部分，其中所述第一小滴部分位于所述腔室的所述第一腔室部分中，并且所述第二小滴部分位于所述腔室的所述第二腔室部分中；以及 将第二液体置于所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分内，所述第二液体和所述液滴在所述腔室内直接接触或间接接触。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括将驱动器操作性地耦合至所述一个通道内的所述液滴的所述第一小滴部分或所述第二小滴部分中的至少一者，以用于振荡所述液滴，并因此振荡所述液滴的所述第一小滴部分和所述第二小滴部分，其中振荡所述液滴有利于在不同焦距处通过所述液体镜头拍摄图像。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二液体与包含所述第一液体的所述液滴直接接触且不相容，以及延伸贯穿所述基板的所述一个通道是延伸贯穿所述基板的第一通道，并且其中所述基板的所述第一表面有利于限定所述腔室的第一腔室部分，并且所述基板的所述第二表面有利于限定所述腔室的第二腔室部分，所述第二液体实质填充所述第一腔室部分和所述第二腔室部分，并且其中操作性地耦合所述驱动器的步骤包括: 提供至少一个铁磁流体滴，将所述至少一个铁磁流体滴置于在所述基板的所述第一表面和所述第二表面之间延伸贯穿所述基板的至少一个第二通道内，当所述至少一个铁磁流体滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分之间振荡时，所述至少一个铁磁流体滴使所述液滴在所述腔室的所述第一腔室部分和所述第二腔室部分内移动；并且提供电磁驱动器，所述电磁驱动器用于振荡所述至少一个第二通道内的所述至少一个铁磁流体滴，并因此振荡所述第一`通道内的所述液滴。
全文摘要
提供一种振荡的液体镜头以及使用该镜头的成像系统和方法。液体镜头包括基板，基板具有延伸贯穿基板的通道开口。液滴布置在通道内，并且液滴的尺寸被确定为具有第一小滴部分和第二小滴部分，第一小滴部分包括从第一基板表面突出的第一毛细表面，第二小滴部分包括从第二基板表面突出的第二毛细表面。液体镜头还包括外壳，外壳至少部分地包围基板并且包括腔室。液滴驻留于腔室内，液体镜头包括布置于腔室内并与液滴直接或间接接触的第二液体，并且液体镜头还包括用于振荡通道内的液滴的驱动器。
文档编号G02B3/12GK103201653SQ201180036939
公开日2013年7月10日 申请日期2011年7月26日 优先权日2010年7月27日
发明者阿米尔·H·希尔莎, 伯纳德·A·马卢因, 迈克尔·J·福格尔, 程丽丽, 约瑟夫·D·奥列斯 申请人:伦斯勒理工学院