可调透镜设备的制造方法
【专利说明】可调透镜设备
[0001 ] 说明书
[0002]本发明涉及根据权利要求1的前序的可调透镜设备。进一步地，本发明涉及用于调整透镜设备以及用于提供图像稳定或光束偏转和塑形的方法。
[0003]前述种类的透镜设备通常包括透明且弹性可扩展的薄膜、与薄膜相对或面对的光学元件、壁状构件，其中光学元件和薄膜连接到壁状构件，使得形成一容积，其中至少该薄膜、光学元件、和所述壁状构件划定了所述容积(也被称为容器)的界限，流体驻留在所述的容积中，且透镜塑形构件附接到薄膜的外部，该外部背对所述容积。
[0004]可调透镜设备，尤其是用于图像稳定的在现有技术的US20100295987A1中已知，该US20100295987A1描述了成像设备，其中液体透镜包括通过电润湿可变形的不能混合的第一和第二液体之间的液-液界面。
[0005]此外，US20100295987A1公开了一种图像稳定设备和方法，其中致动器对柔性透镜的两侧都起作用，以便倾斜一个且弯曲另一侧。
[0006]此外，EP2338072A1描述了一种电激活透镜，其包括光学元件，该光学元件是弹性固体，其中在将电压应用到光学元件的电极时，后者变形以改变其光学属性。
[0007]基于上述内容，本发明潜在的问题在于提供一种允许用于以简单的方式调整透镜设备的焦距以及用于调整光束方向(例如，为了图像稳定或光束重定向)的透镜设备。
[0008]此外，本发明的一目的在于提供一种用于调整透镜设备的方法以及一种用于图像稳定的方法。
[0009]通过具有权利要求1的特征的透镜设备来解决该问题。
[0010]在相应的子权利要求中说明了以及在下文描述了上述透镜设备的优选实施例。[0011 ]根据权利要求1，透镜设备包括致动器装置，其被设计成在相对于透镜塑形构件的轴向上(例如，朝向并偏离透镜塑形构件)，以调整驻留在容积中以及随后在所述薄膜的弯曲部分的流体的压力，其中所述轴向垂直于由透镜塑形构件跨越的平面，和/或其中所述驱动器装置被设计成相对于所述平面倾斜光学元件，尤其是以在棱镜内形成容积以使得行进通过该容积的光转向。
[0012]特别地，流体驻留在容积中以便以通过调整施加在薄膜上的压力(或力量)(例如，通过透镜塑形构件)来调整薄膜的弯曲部分。特别地，流体完全填充该容积。
[0013]但是，根据本发明的一方面(例如，针对自动对焦应用)，倾斜移动可以是可选的特征，例如仅仅在光学元件和塑形构件之间的(相对)轴向移动是必需的。
[0014]—般而言，根据本发明的一方面，致动器装置可以被设计成使透镜塑形构件在相对于光学元件的轴向上移动。然后，所述轴向是与光学元件延伸的平面垂直(例如，与光学元件垂直)。此外，然后，致动器装置被设计成使透镜塑形元件相对于所述平面(光学元件)倾斜，尤其是在棱镜内形成容积以使通过该容积的光转向。
[0015]在此意义上，特别地，相对于透镜塑形构件在轴向移动光学元件还可以指在这些组件之间相对移动，其中，例如光学元件不动而透镜塑形构件被移动。同样地，在此意义上，特别地，使光学元件相对于所述平面倾斜，尤其是为了在棱镜内形成容积以使通过该容积的光转向，还可以指光学元件不动而所述平面(即，透镜塑形构件)倾斜。
[0016]此外，特别地，透镜塑形构件跨越平面的概念指透镜塑形构件跨越或定义虚构的平面或沿这样虚构的(延伸的)平面延伸。该平面为特别的虚构的平面可以用于定义方向，例如与所述平面垂直的轴向。特别地，还可以陈述轴向与透镜成形器垂直。在实施例中，在透镜成形器是圆周结构的情况下，所述结构或其表面沿所述平面延伸(且从而定义或跨越所述平面)。
[0017]特别地，当沿轴向移动光学元件时，透镜塑形构件相应地压薄膜或拉薄膜。
[0018]当透镜塑形构件由于光学元件/壁状构件朝固定的透镜塑形构件移动导致压薄膜时，由于导致薄膜扩展的流体的体积基本不变导致了流体压力增加且薄膜的所述弯曲增加。同样地，当透镜塑形构件较少地推薄膜或甚至拉薄膜时，流体压力降低，导致薄膜收缩且薄膜的所述弯曲减少。从而，增加弯曲指薄膜可能发展出更加显著的凸隆起，或薄膜从凹的或平的状态变成凸的状态。同样地，减小的弯曲指薄膜从明显的凸的状态变成更不明显的凸的状态或甚至平的或凹的状态，或从平的或凹的状态变成更明显的凹的状态。
[0019]从而，换句话说，本发明通过仅在轴向相对于透镜塑形构件移动一个组件使薄膜变形来实现自动对焦和图像稳定，在此为光学元件(或诸如连接到其的壁状构件之类的元件)，且通过倾斜所述组件，从而提供可调的棱镜。
[0020]从而，有利地，本发明允许使用相同的致动器，其用于使薄膜变形，也用于x-y扫描(用于图像稳定以及用于光束转向的扫描仪的构造)，而同时薄膜仍然可以被附接到固定的透镜塑形元件。这也允许避免用于聚焦的可变透镜表面的横向位移，导致了整个光学系统更好的光学质量。
[0021]当倾斜时，致动器装置优选地被设计成被控制使得流体中的压力保持不变，以便薄膜的弯曲在倾斜壁状构件/光学元件时保持不变。
[0022]薄膜可以由以下材料中的至少一个制成:玻璃、聚合物、弹性体、塑料或任何其它透明和可伸展的或柔性材料。例如，薄膜可以由基于硅树脂的聚合物制成，例如也被称为PDMS的涤纶(二甲基硅氧烷)或例如PET或双向拉伸的聚乙烯对苯二酸盐之类的聚酯材料(例如，“聚酯薄膜”)。
[0023]此外，薄膜可以包括涂层。此外，薄膜还可以结构化，例如包括结构化的表面。
[0024]此外，所述流体优选地是或包括液体金属、凝胶、液体、气体、或可以变形的任何透明的、吸收性的或反射性的材料。例如，流体可以是硅油(例如，双-苯丙基聚二甲基硅氧烷)ο此外，流体可以包括氟化高聚物，例如全氟聚醚(PFPE)惰性流体。
[0025]此外，与薄膜相比，光学元件优选地是刚性的。优选地，光学元件由以下几项构成或包括:玻璃、塑料、聚合物、或金属。其可以包括或可以形成为具有折射、衍射和/或反射结构的(例如，玻璃)平面窗、透镜、镜子、微结构化元件。
[0026]此外，根据本发明的优选实施例，光学元件可以包括涂层(例如，抗反射)。
[0027]根据本发明的优选实施例，致动器装置被设计成轴向移动光学元件以及同时将其倾斜。优选地，以便轴向移动和倾斜移动可以被定义成控制变量。
[0028]根据本发明的优选实施例，致动器装置被设计成对壁状构件动作，以轴向移动光学元件以及以倾斜光学元件。或者，致动器装置被设计成对透镜塑形构件动作，以移动和/或使透镜塑形构件倾斜。此外，就上文描述的意义而言，致动器装置可以被设计成在光学元件和透镜塑形构件之间生成相对移动，其中光学元件和透镜塑形元件沿轴向相对彼此移动或相对彼此倾斜。
[0029]根据本发明的优选实施例，通过具有连续凹处(例如，在板的中心中，该凹处从壁状构件的第一侧向壁状的第二侧延伸，其中第二侧背对第一侧，其中优选地光学元件连接到第一侧以覆盖所述凹处，且其中优选地，所述薄膜连接到所述壁状构件的第二侧)的矩形板形成壁状构件。
[0030]根据本发明的优选实施例，透镜塑形构件连接到壁状构件，优选地通过可变形的壁连接到壁状构件的第二侧。根据本发明的另一优选实施例，透镜塑形元件可以通过可变形的壁连接到光学元件。优选地，然后，可变形的壁延伸通过壁状构件/板的凹处到光学元件且从而划定了所述容积(代替凹处内侧)的界限。
[0031]根据本发明的优选实施例，所述可变形的壁形成为波纹管。
[0032]优选地，所述波纹管包括多个区域，其中优选地每两个相邻局域通过皱折彼此连接，以便所述相邻的区域可以围绕各个的皱折彼此朝向和远离的折叠，特别地，以便当将光学元件朝向透镜塑形构件移动/倾斜时，所述相邻的区域朝向彼此地被折叠(至少在光学元件和透镜塑形构件彼此接近的区域中)，且使得当将光学元件远离透镜塑形构件移动/倾斜时，所述相邻区域彼此远离地折叠(至少在光学元件和透镜塑形构件彼此远离的区域中)。
[0033]波纹管的皱折可以在结构上由刚性延长构件加强。
[0034]在本发明的优选实施例中，波纹管包括两个周边区域，其通过波纹管的单独周边皱折连接。
[0035]根据本发明的优选实施例，透镜塑形构件划定了薄膜的光激活且弹性可扩展的(例如，圆形的)区域的界限，其中特别地，所述区域延伸到透镜塑形构件的内边缘(例如圆周)，且其中特别地，所述区域包括要调整的所述薄膜的该弯曲。
[0036]根据本发明的优选实施例，透镜塑形构件严格连接到承载架，其中特别地，该承载架面向壁状构件的第二侧。所述承载架可以包括光学组件或可以由光学组件形成。光学组件可以由图像传感器和/或透镜堆形成或可以包括图像传感器和/或透镜堆，其中特别地，所述透镜堆布置在图像传感器(例如，CCD传感器)和薄膜之间。
[0037]根据本发明的优选实施例，致动器装置包括多个导电线圈，特别地，至少三个线圈、或四个线圈，其布置在壁状构件上或被集成到壁状构件中，特别地，沿着该凹处。优选地，每一线圈沿着凹处从其两个相邻的线圈等距间隔开。
[0038]根据本发明的优选实施例，致动器装置包括连接到承载架的磁铁装置。优选地，所述磁铁装置包括分别连接到承载架的多个磁铁，其中每一磁铁优选地与不同的线圈关联。优选地，所述磁铁装置或所述磁铁被设计成与所述线圈交互，以便当向线圈施加电流时，根据各个电流的方向，各个线圈或者朝承载架移动(沿所述轴向)或远离承载架移动(沿所述轴向)。壁状构件/板的位移与电流成正比。
[0039]根据本发明的优选实施例，针对每一磁铁提供了用于塑造由各个磁铁生成的磁通量的磁通量引导结构(例如，由诸如例如铁之类的磁性的软磁材料制成)，其中，每一磁通量引导结构包括突出通过壁状构件的关联孔并进入到或通过关联到各个磁铁的线圈的端区域。优选地，磁通量弓I导结构分别连接到承载架。
[0040]根据另外的实施例，致动器装置包括多个，特别地，两个、三个或四个连接到承载架的导电线圈。优选地，各线圈邻近关联的磁通量返回结构(例如，由诸如例如钢之类的磁性的软磁材料制成)布置。
[0041]此外，优选地，致动器装置包括布置在壁状构件中或上的相应的多个磁通量引导结构，其中每一磁通量引导结构与不同的线圈关联，且面对或背对相应的线圈/磁返回结构，以便在各个的返回结构/线圈和关联的磁通量引导结构之间存在间隙。
[0042]但是，根据另外的实施例，致动器装置仅包括面向或背对线圈的单个磁通量引导结构也是也可行的(例如，壁状构件自身可以形成磁通量引导结构)。此外，根据另外的实施例，致动器装置仅包括与所述线圈相邻的单个返回结构也是可形的。
[0043]现在，当电流流经线圈时，磁通量被引导通过各个的返回结构和