CN100419487C

CN100419487C - 透镜系统

Info

Publication number: CN100419487C
Application number: CNB2005100372170A
Authority: CN
Inventors: 萧博元
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: CN1928608A

Abstract

本发明涉及一种透镜系统。所述透镜系统包括一镜筒及一驱动装置。所述透镜系统进一步包括一可变形透镜，所述可变形透镜以弹性材料制成，且所述可变形透镜具有一初始直径。所述镜筒用于容纳所述可变形透镜，所述可变形透镜的光轴与镜筒的对称轴重合，所述镜筒具有一第一端口、一第二端口及一渐扩式侧壁。所述第一端口及所述第二端口位于所述渐扩式侧壁的两端，且所述第一端口的直径大小小于所述第二端口的直径大小，所述可变形透镜的初始直径的大小大于所述第一端口的直径大小且小于所述第二端口的直径大小。所述驱动装置位于所述可变形透镜的一侧，用于驱动所述可变形透镜相对于所述镜筒轴向移动。

Description

透镜系统

【技术领域】

本发明涉及一种透镜系统，尤其涉及一种焦距可调的透镜系统。

【背景技术】

目前，为满足人们的需求，一些光学产品需要具备变焦功能。因此，该等光学产品需要采用焦距可变的透镜系统。例如，使用同一个照相机拍摄不同距离的目标，该照相机的镜头的焦距必须发生改变；又如，使用同一个光驱对多记录层光盘进行读/写操作，该光驱的光学读取头的物镜系统的焦距亦必须发生改变。

对于采用单透镜的透镜系统，其焦距的改变主要通过调整单透镜的焦距来完成。而调整单透镜的焦距所采取的传统技术方案主要有两种，其一为改变透镜折射表面的曲率半径，即改变透镜的外型，如提供一单透镜，其具有一以弹性薄膜制成的腔室，腔室内充满液体或气体，则通过调节腔室内液体或气体的体积即可改变透镜折射表面的曲率半径，从而改变透镜的焦距；其二为改变透镜的折射率，即改变透镜制成材料的物理特性或化学特性，如提供一以液晶材料制成的单透镜，则通过调节液晶材料的控制电压即可改变液晶材料的折射率，从而改变透镜的焦距。对于采用透镜组的透镜系统，其焦距的改变主要通过调整透镜组中单个透镜的焦距或调节透镜系统中各透镜之间的距离来达成。

如图1所示，一种传统的焦距可调的透镜系统100包括一塑料透镜102、一第一玻璃透镜104、一第二玻璃透镜106及一控温装置108。控温装置108具有二导线108a、108b，导线108a缠绕在塑料透镜102的底部边缘，导线108b缠绕在塑料透镜102的顶部边缘。借助控温装置108来控制通过导线108a、108b的电流大小，可调节塑料透镜102的环境温度，使塑料透镜102产生形变。从而导致塑料透镜102的折射表面的曲率半径发生改变，塑料透镜102的焦距因此改变，进而透镜系统100的焦距亦发生改变。

然而，上述各种单透镜或透镜系统焦距的调节方案均存在一些不足之处。对于充入液体或气体的单透镜，需另提供液体或气体储存器及调节装置，以精确控制单透镜中液体或气体的体积，其操作较为不便；对于以液晶材料制成的单透镜，其成本较高。对于上述采用温度控制塑料透镜102形状来改变焦距的透镜系统100，由于温度的调节较慢，造成塑料透镜102形状的变化较慢，导致透镜系统100的焦距变化较慢，调节效率较低。对于仅通过调节透镜组内各透镜之间的间距来改变焦距的透镜系统，其体积往往较大。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一焦距调节迅速的透镜系统。

一种透镜系统，包括一镜筒及一驱动装置。所述透镜系统进一步包括至少一可变形透镜，所述可变形透镜以弹性材料制成，且所述可变形透镜具有一初始直径。所述镜筒用于容纳所述透镜，所述可变形透镜的光轴与镜筒的对称轴重合，所述镜筒具有一第一端口、一第二端口及一渐扩式侧壁。所述第一端口及所述第二端口位于所述渐扩式侧壁的两端，且所述第一端口的直径大小小于所述第二端口的直径大小，所述可变形透镜的初始直径的大小大于所述第一端口的直径大小且小于所述第二端口的直径大小。所述驱动装置位于所述可变形透镜的一侧，用于驱动所述可变形透镜相对于所述镜筒轴向移动。

与现有技术相比，由于本发明提供的透镜系统采用一驱动装置来驱动所述可变形透镜在渐扩式镜筒中移动，以此来改变所述可变形透镜的焦距，进而改变所述透镜系统的焦距，整个调焦操作简单明晰且效率较高。又，所述可变形透镜以聚碳酸酯材料等弹性材料制成，所述透镜系统的成本较低。而在操作中，所述可变形透镜在所述透镜系统中所处位置发生变化，且其自身焦距亦发生变化，此二点原因共同导致所述透镜系统的焦距发生改变。因此，相对于现有仅改变透镜位置的透镜系统，所述透镜系统的体积相对较小。

【附图说明】

图1为传统的焦距可调的透镜系统的结构示意图。

图2为本发明第一较佳实施方式的可调焦的透镜系统的结构示意图。

图3为本发明的第一较佳实施方式的真空吸笔的结构示意图。

图4A为本发明第一较佳实施方式的透镜系统调焦前的光路示意图。

图4B为本发明第一较佳实施方式的透镜系统调焦后的光路示意图。

图5为本发明第二较佳实施方式的焦距可调的透镜系统的结构示意图。

图6A为本发明第二较佳实施方式的透镜系统调焦前的光路示意图。

图6B为本发明第二较佳实施方式的透镜系统调焦后的光路示意图。

【具体实施方式】

如图2所示，本发明第一较佳实施方式揭示了一可调焦的透镜系统200。所述透镜系统200包括：一镜筒210、一可变形透镜220、一真空吸笔250及一传动装置260。可变形透镜220位于镜筒210内。真空吸笔250与镜筒210相邻设置且可伸入至镜筒210中。传动装置260通过一支杆262与真空吸笔250相连。

镜筒210呈一圆台状外形，其具有一第一端口212、一第二端口214、一渐扩式侧壁216，第一端口212及第二端口214分别位于渐扩式侧壁216的两端，第一端口212具有一直径d1，第二端口214具有一直径d2，且d1小于d2。

可变形透镜220设置于镜筒210内，且垂直于镜筒210的轴线299。可变形透镜220具有一第一表面222及一第二表面224，其中第一表面222靠近镜筒210的第一端口212，第二表面224靠近镜筒210的第二端口214。可变形透镜220是以聚碳酸酯材料制成的塑料透镜，可以在受到外界压力的情况下发生弹性形变。可变形透镜220未发生弹性形变时，其具有一初始直径d3及一初始焦距f1。其中，初始直径d3位于镜筒210的第一端口212的直径d1及第二端口214的直径d2之间。

如图3所示，真空吸笔250包括一吸嘴252、一空腔254及一真空泵256，空腔254位于吸嘴252及真空泵256之间。工作时，以吸嘴252贴附于可变形透镜220的表面224上，以真空泵256对空腔254进行抽取真空处理，使空腔254内气压降低，以使吸嘴252与可变形透镜220的表面224之间产生强大的吸附力。因此，真空吸笔250将与可变形透镜220紧密的连在一起。传动装置260通过支杆262与真空吸笔250相连，以驱使真空吸笔220沿镜筒210的轴线299移动。

请结合参阅图4A及图4B，以便更好地了解透镜系统200的调焦原理及过程。

如图4A所示，未进行调焦操作前，可变形透镜220位于A处。一平行光束217由镜筒210的第二端口214射向镜筒210。可变形透镜220将平行光束217聚焦至轴线299上的C处。A处及C处之间的距离即为可变形透镜220的初始焦距f1。

以真空吸笔250吸附在可变形透镜220上并与之紧密相连，传动装置260通过支杆262驱使真空吸笔250移动，进而使真空吸笔250推动可变形透镜220沿镜筒210的轴线299由A处移至B处，而后将真空吸笔250由可变形透镜上拆除并移至镜筒210外部。

如图4B所示，由于镜筒210的渐扩式侧壁216在B处的直径小于渐扩式侧壁216在A处的直径，故可变形透镜220在B处将受到渐扩式侧壁216的挤压。如前所述，可变形透镜220受到外界压力时会发生弹性形变，因此，可变形透镜220的第一表面222及第二表面224的曲率半径将减小。此时，由镜筒210的第二端口214处向镜筒210内投射平行光束217。平行光束217由位于镜筒210的轴线299上B处的可变形透镜220聚焦至轴线299上的D处。轴线299位于B处及D处之间的距离即为可变形透镜220的调变焦距f1’。因此，对透镜系统200进行调焦操作后，可变形透镜220的焦距由初始焦距f1减小为调变焦距f1’。

由于上述较佳实施方式的透镜系统200采用真空吸笔250及传动装置260来驱动可变形透镜220在渐扩式镜筒210中移动，致使可变形透镜220受压改变外形，以此来改变可变形透镜220的焦距，整个调焦操作简单明晰且效率得到提高。又，可变形透镜220可采用聚碳酸酯材料等弹性材料制成，透镜系统200的成本得以降低。

如图5所示，本发明第二较佳实施方式揭示了一可调焦的透镜系统400。此透镜系统400包括：一镜筒410、一第一、第二、第三透镜420、430、440、一真空吸笔450及一传动装置460。第一、第二、第三透镜420、430、440依次设置于镜筒410中。其中，第一、第二、第三透镜420、430、440中至少一个为可变形透镜，而本实施方式中，第一透镜420为一可变形透镜，第二、第三透镜430、440为玻璃透镜。真空吸笔450与镜筒410相邻设置且可伸入至镜筒410中。传动装置460通过一支杆462与真空吸笔450相连。

镜筒410呈一圆台状外形，其具有一第一端口412、一第二端口414、一渐扩式侧壁416及一轴线499，第一端口412及第二端口414分别位于渐扩式侧壁416的两端，第一端口412具有一直径d4，第二端口414具有一直径d5，且d4小于d5。

第一透镜420垂直于镜筒410的轴线499且靠近镜筒410的第二端口414。第一透镜420可为一会聚透镜，且具有相对的一第一表面422及一第二表面424，其中第一表面422靠近镜筒410的第一端口412。第一透镜420可为聚碳酸酯材料制成的塑料透镜，可以在受到外界压力的情况下发生弹性形变。第一透镜420在未发生弹性形变时，具有一初始直径d6及一初始焦距f2。其中，初始直径d6大于镜筒410的第一端口412的直径d3且小于第二端口414的直径d4。

第二透镜430可为一发散透镜，与第一透镜420相邻设置，且垂直于镜筒410的轴线499。

第三透镜440可为一会聚透镜，其靠近镜筒410的第一端口412，且垂直于镜筒410的轴线499。

真空吸笔450及传动装置460与上述本发明第一较佳实施方式所揭示的透镜系统200所采用的真空吸笔250及传动装置260完全相同。

请结合参看图6A图6B以便更好地了解透镜系统400的调焦原理及过程。

如图6A示，未进行调焦操作前，第一透镜420位于H处，且具有一初始焦距f2，第一透镜420的焦点位于轴线499上的L处。一平行光束417由镜筒410的第二端口414射向镜筒410，先经第一透镜420会聚后入射至第二透镜430，再经第二透镜430发散后入射至第三透镜440，后由第三透镜440会聚至轴线499上的J处。其中，H处及L处之间的距离即为可变形透镜的初始焦距f2，H处及J处之间的距离即为透镜系统的初始焦距f3。

以真空吸笔450吸附在第一透镜420上并与之紧密相连，传动装置460通过支杆462驱使真空吸笔450移动，从而使真空吸笔450推动第一透镜420沿轴线499由H处移至I处，而后将真空吸笔450由可变形透镜上拆除并移至镜筒410外部。

如图6B所示，由于镜筒410的渐扩式侧壁416在I处的直径小于渐扩式侧壁416在H处的直径，故第一透镜420在I处将受到渐扩式侧壁416的挤压。如前所述，第一透镜420受到外界压力时会发生弹性形变，因此，第一透镜420的第一表面422及第二表面424的曲率半径将减小，其焦点移至轴线499上的M处。平行光束417由镜筒410的第二端口414射向镜筒410，先经第一透镜420会聚后入射至第二透镜430，再经第二透镜430发散后入射至第三透镜440，后由第三透镜440会聚至轴线499上的K处。轴线499位于I处及M处之间的距离即为第一透镜420的调变焦距f2’，轴线499位于I处及K处之间的距离即为透镜系统400的调变焦距f3’。因此，对透镜系统400进行调焦操作后，透镜系统400的焦距由初始焦距f3减小为调变焦距f3’。

由于上述第二较佳实施方式的透镜系统400采用真空吸笔450及传动装置460来驱动第一透镜420在渐扩式镜筒410中移动，致使第一透镜420受压改变外形，以此来改变第一透镜420的焦距，进而改变透镜系统400的焦距，整个调焦操作简单明晰且效率得到提高。又，第一透镜420可采用聚碳酸酯材料等弹性材料制成，透镜系统400的成本得以降低。而操作中，除第一透镜420受压改变焦距此原因外，第一透镜420在透镜系统400中所处位置发生变化为导致透镜系统400的焦距产生变化的另一原因。因此，相对于一般仅仅采用改变透镜位置来进行调焦的透镜系统，上述本发明之第二较佳实施方式的透镜系统400的体积相对较小。

上述第一及第二较佳实施方式的透镜系统200及400采用的真空吸笔250、450及传动装置260、460亦可以其它具有类似功能的驱动装置替代。而透镜系统200及400采用的可变形透镜220及420亦可以其它弹性材料制成，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。

所以，在本技术领域的普通技术人员应当认识到，在没有脱离本发明精神的情况下所作出各种等效的变化和修改，只要在本发明的实质精神范围内，都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims

1. 一种透镜系统，包括一镜筒及一驱动装置，其特征在于：所述透镜系统进一步包括一可变形透镜，且所述可变形透镜具有一初始直径；所述镜筒用于容纳所述可变形透镜，所述可变形透镜的光轴与镜筒的对称轴重合，所述镜筒具有一第一端口、一第二端口及一渐扩式侧壁，所述第一端口及所述第二端口位于所述渐扩式侧壁的两端，且所述第一端口的直径大小小于所述第二端口的直径大小，所述可变形透镜的初始直径的大小大于所述第一端口的直径大小且小于所述第二端口的直径大小；所述驱动装置位于所述可变形透镜的一侧，用于驱动所述可变形透镜相对于所述镜筒轴向移动。

2. 如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：所述可变形透镜的表面具有一初始曲率半径，当所述可变形透镜位于所述可变形透镜的初始位置与所述第一端口之间时，所述可变形透镜的表面的曲率半径小于其初始曲率半径。

3. 如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：对应于所述可变形透镜在所述可变形透镜的初始位置与所述第一端口之间所处的不同位置，所述可变形透镜的表面具有不同的曲率半径。

4. 如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：所述可变形透镜为弹性材料。

5. 如权利要求4所述的透镜系统，其特征在于：所述弹性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯材料。

6. 如权利要求4所述的透镜系统，其特征在于：所述弹性材料为聚甲基丙烯酸甲酯材料。

7. 如权利要求4所述的透镜系统，其特征在于：所述弹性材料为聚碳酸酯材料。

8. 如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：所述驱动装置包括一真空吸笔及一传动装置，该传动装置通过一支杆与该真空吸笔相连。

9. 如权利要求1所述的透镜系统，其特征在于：所述透镜系统进一步包括一玻璃透镜，所述玻璃透镜位于所述可变形透镜及所述第一端口之间。