[發(fā)明專利]具有焦距變化的光學(xué)設(shè)備

有效

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• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN106062586B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·博里斯
• 申請（專利權(quán)）人: 韋伯斯特資本有限責(zé)任公司
• 主分類號: G02B3/14
• 分類號: G02B3/14;G02B26/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 袁玥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有焦距變化的光學(xué)設(shè)備，以及此類光學(xué)設(shè)備的焦距變化的方法。

背景技術(shù)

為了在包括具有固定焦距的若干個透鏡的緊湊光學(xué)系統(tǒng)中集成光學(xué)縮放功能，可能讓人感興趣的是尤其是在使光學(xué)系統(tǒng)的厚度最小化方面，為至少一個光學(xué)設(shè)備集成可變焦距，以產(chǎn)生焦距的主要變化。

一些光學(xué)設(shè)備確保放大率的變化，并且其他光學(xué)設(shè)備必須要鏈接到固定光學(xué)系統(tǒng)或具有可變焦距的其他設(shè)備，以確?？s放功能。

對于具有微型相機(jī)的應(yīng)用程序而言，尤其是對于為移動電話設(shè)計的相機(jī)而言，目的是設(shè)計一種具有可變焦距的緊湊且廉價的光學(xué)設(shè)備。

工作于發(fā)散模式或聚光模式中的設(shè)備是尤其有利的，因?yàn)槠涞靡嬗诮咕嗟母鼘挿秶淖兓?/p>

響應(yīng)于這種需求，例如基于電潤濕技術(shù)[1]或基于液晶[2]已開發(fā)出了基于液體的具有可變焦距的不同類型的設(shè)備。

其他解決方案基于對受到流體壓力作用的可變形膜的使用，每個膜形成屈光度。

兩個膜通常用于提升設(shè)備的光焦度。

在這些設(shè)備中，膜在由流體位移導(dǎo)致的流體壓力作用下發(fā)生變形。

在一些應(yīng)用程序中，獨(dú)立于另一個膜來致動兩個膜中的每個膜，每個膜與包封流體的腔體相關(guān)聯(lián)，該腔體通過襯底與另一個膜分隔開，并具有其自身的致動設(shè)備[3，4]。

在該膜中的一個膜上施加的流體壓力可與另一個膜不同。

在圖1A和圖1B中呈現(xiàn)了透鏡的不同配置，其中在每個膜的周邊處布置旨在用于改變焦距的致動器。

圖1A示出了雙凸聚光透鏡，其可為對稱的或不對稱的。

該設(shè)備包括支撐件3和在兩個膜之間延伸的剛性板31，兩個可變形膜1，2在相應(yīng)周邊錨定區(qū)域1c，2c中被連接到支撐件3。每個膜1，2與支撐件3和板31限定相應(yīng)恒定體積的流體41，42。由于有剛性板31插置于流體41和42的體積之間，因此兩個膜的變形彼此獨(dú)立。

每個膜1，2具有被布置在每個膜的中心部分1b，2b和錨定區(qū)域1c，2c之間的相應(yīng)中間區(qū)域1a，2a上的致動設(shè)備5，5’。

兩個膜1，2的致動器5，5’朝膜和流體41，42(在箭頭方向上)偏轉(zhuǎn)，以形成圖1A中所示的雙凸配置。

圖1B對應(yīng)于雙凹發(fā)散透鏡，其可為對稱地或不對稱的。

該設(shè)備的結(jié)構(gòu)類似于圖1A的設(shè)備，每個膜的致動設(shè)備5，5’能夠在與圖1A的方向相反的方向(在箭頭方向)上偏轉(zhuǎn)，以形成此類配置。

在兩個屈光度功能彼此獨(dú)立的程度上，還可能獲得聚光透鏡(凸平面或聚光凹凸透鏡)或發(fā)散透鏡(凹平面或發(fā)散凹凸透鏡)的很多其他配置。

圖2A至圖2C示出了表現(xiàn)出類似于圖1A結(jié)構(gòu)的光學(xué)設(shè)備的另一個示例，其中膜2確保聚光功能(利用致動設(shè)備5’在朝流體的一個方向上的偏轉(zhuǎn))，并且膜1確保發(fā)散功能(利用致動設(shè)備5在相反方向上的的偏轉(zhuǎn))，每個膜與獨(dú)立體積的流體41，42相關(guān)聯(lián)。由圖1A-圖1B和圖2A-圖2C中的相同的附圖標(biāo)記指定的元件是類似的。

圖2A示出了靜止時的采用初始無限大焦距的示例的光學(xué)設(shè)備。

圖2B示出了該光學(xué)設(shè)備被致動以便成為聚光的：出于這一目的，不激活致動設(shè)備5并且僅激活致動設(shè)備5’，以便朝流體42偏轉(zhuǎn)，從而獲得凸平面聚光透鏡。

圖2C示出了該光學(xué)設(shè)備被致動以便成為發(fā)散的：出于這個目的，不激活致動設(shè)備5’并且僅激活致動設(shè)備5，以便朝流體41偏轉(zhuǎn)，從而獲得凹平面發(fā)散透鏡。

在其他應(yīng)用程序中，兩個膜由被包封在所述膜之間的恒定體積的流體耦接[5-10]，兩個膜受到相同的流體壓力。

圖3A和圖3B示出了此類光學(xué)設(shè)備。相對于圖1A至圖2C所示的設(shè)備，圖3A和圖3B中的設(shè)備不包含分隔與每個膜相關(guān)聯(lián)的流體體積的板。因此該設(shè)備包含以力學(xué)方式耦接膜1和2的單個恒定體積的流體4。

在這些設(shè)備中，兩個膜的致動設(shè)備5，5’共同用于修改被施加到膜中的每個膜的流體壓力。

在致動設(shè)備5，5’朝流體4偏轉(zhuǎn)時，壓力增大并且兩個膜1，2變成凸面(聚光設(shè)備，參見圖3A)。

當(dāng)致動設(shè)備5，5’在與流體4相反的方向上偏轉(zhuǎn)時，兩個膜1，2變成凹面(發(fā)散設(shè)備，參見圖3B)。

為了從靜止位置產(chǎn)生可具有正焦距和負(fù)焦距的變化的光學(xué)系統(tǒng)，致動設(shè)備必須要在兩個方向上起作用。

然而，此類致動實(shí)現(xiàn)起來很復(fù)雜。

實(shí)際上，致動器需要的電壓通常高于30V(在[3]中提到了電壓+/-40V)。

在現(xiàn)有設(shè)備中，將壓電材料的厚層粘結(jié)到每個膜上，這涉及到復(fù)雜的制造方法并給設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)和膜施加一定數(shù)量的限制。