[发明专利]固定接触且振荡的液体-液体镜头和成像系统

说明书

关于联邦资助研究的声明

本发明是根据第HR001-09-1-0052号合同在美国国防部的国防先进研究项目局（DARPA）的支持下做出的。因此，美国政府在本发明中可以具有某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年7月27日提交的美国临时专利申请No.61/368,020的权利，通过引用的方式将该申请的全部内容并入本文中。

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。