CN100489564C - 可变形光学透镜的制造方法与制造装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造可变形光学透镜的方法，其包括以下步骤：提供一具有开放注液口的腔胚，所述腔胚包括一透镜部和一扩充部，透镜部用于形成可变形光学透镜的腔体，扩充部为透镜部的延伸，所述注液口连通上述透镜部和扩充部；提供填充液体并将所述填充液体先与扩充部接触再经与扩充部接触并由所述注液口注入所述腔胚中；判断所述填充液体是否已经注满所述腔胚；封闭所述腔胚的开放注液口；在所述腔胚的外部沿径向装设焦距调节装置。本发明还提供一种制造这种可变形光学透镜的制造装置。

Description

可变形光学透镜的制造方法与制造装置
【技术领域】
本发明涉及光学透镜领域，尤其涉及一种可变形光学透镜的制造方法与制造装置。
【背景技术】
许多光学产品都需要具备可变焦距的光学系统，例如照相机的镜头、可兼容读取两种以上光盘规格的光驱的读取头等。
通常地，多透镜系统为可变焦距光学系统中实施变焦的主要方式。如图1所示，其为一种焦距可变的多透镜系统10的结构示意图。多透镜系统10由若干光学透镜12、14、16组成，这些光学透镜12、14、16同光轴设置。多透镜系统10工作时，光线依次经过光学透镜12、14、16后被聚焦，此时多透镜系统10的焦平面位于a位置处。当有需要改变多透镜系统10的焦距时，通过一机械装置移动多透镜系统10中的某一光学元件相对于其它光学元件的位置，如将透镜12从位置A处移至图中所示之位置B处，以改变光线在多透镜系统10中各元件之间的传输距离。改变相对位置之后，多透镜系统10的焦平面位置随之改变为b位置处。
多透镜系统10虽然可以实现光学系统的焦距可变，但是改变多透镜系统10的焦距须通过复杂的机械结构进行控制；并且整个系统包含多个光学透镜，不但系统调试比较复杂，而且体积庞大，不利于集成化的需要。
如图2所示，其为一种通过单一透镜实现变焦的光学透镜结构示意图。该透镜20包含液晶材料22，另外还提供一可调电压24，该可调电压24施加于透镜20的两端，改变可调电压24的电压值大小会导致液晶材料22的折射率发生变化，光线经过该透镜20时候即被聚焦至不同位置。
这种光学透镜结构也具有可变焦距，然而采用了价格昂贵的液晶材料，成本较高。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种制造这种可变形光学透镜的方法。
此外，还有必要提供一种可变形光学透镜的制造装置。
一种用于制造可变形光学透镜的方法，其包括以下步骤：
提供一具有开放注液口的腔胚，所述腔胚包括一透镜部和一扩充部，透镜部用于形成可变形光学透镜的腔体，扩充部为透镜部的延伸，所述注液口连通上述透镜部和扩充部；
提供填充液体并将所述填充液体先与扩充部接触再经与扩充部接触并由所述注液口注入所述腔胚中；
判断所述填充液体是否已经注满所述腔胚；
封闭所述腔胚的开放注液口；
在所述腔胚的外部沿径向装设焦距调节装置。
一种用于制造可变形光学透镜的制造装置，包括一固持结构、一装液容器以及一控制单元。所述固持结构用于固持形成可变形光学透镜的腔室的腔胚。所述装液容器用于盛装填充液体，且具有一液体流出通道，所述液体流出通道的端部伸入所述腔胚；填充液体可在所述控制单元的控制下通过所述液体流出通道流入腔胚，所述制造装置还包括一液面探测装置和阀门，所述液面探测装置与所述控制单元电性连接，所述液面探测装置可探测所述腔胚内的液体的液面位置，并将测得的液面位置信号传送到所述控制单元，所述阀门设于所述装液容器的所述液体流出通道上，所述阀门与所述控制单元电性连接，所述控制单元用于在根据所述填充液体的液面位置信号判断出填充液体的液面到达一预定值时，输出一控制信号用于控制阀门将所述填充液体的注入流量减小至原来的50％以下。
本发明之可变形光学透镜的制造装置结构简单；其中设置了控制液体流速及液体流入方式的结构，其制造方法包含了合理的控制液体流速的方法，从而避免了填充液体飞溅引起的飞沫和气泡，可以制成高质量的可变形光学透镜。
【附图说明】
图1为一现有的具有可变焦距的多透镜系统结构示意图。
图2为一现有的可变焦距单透镜结构示意图。
图3为本发明可变形光学透镜的一较佳实施方式的结构示意图。
图4为压电材料的极化形变量与其受到的控制电压大小的关系图。
图5为本发明可变形光学透镜的工作状态示意图。
图6为本发明可变形光学透镜的制造装置结构示意图。
图7为本发明可变形光学透镜的制造方法流程图。
【具体实施方式】
如图3所示，其为本发明可变形光学透镜的一较佳实施方式的结构示意图。可变形光学透镜30包括一腔室304、填充于腔室304内的液体306、设于腔室304两端的两个焦距调节装置302、308以及连接焦距调节装置302、308与腔室304的两连接部310、312。
腔室304由可变形的透光材料制成；填充于腔室304内的液体306亦具有透光的特性。两焦距调节装置302、308分别通过连接部310、312与腔室304相连；焦距调节装置302、308由压电材料制成，其极化形变方向沿可变形光学透镜30的径向设置。
如图4所示，压电材料，如锆钛酸铅〔PZT，Pb(Zr1-xTix)O3〕压电陶瓷、铌镍锆钛酸铅压电陶瓷(PNN)等，具有稳定的逆压电效应，即其可在一可变电压的控制下发生形变。由图4可见，压电材料受电极化所产生的形变幅度X与施加于其上的电压值U的大小成正比关系。当对其施加一第一电压U1时，其发生的形变量为X1；当对其施加一第二电压U2时，其发生的形变量为X2。焦距调节装置302、308可以在一可变电压控制下发生形变，通过连接部310、312带动腔室304变形，可变形光学透镜30的形状得以改变，焦距也随之发生变化。
请同时参看图5，当对焦距调节装置302、308施加第一电压U1时，可变形光学透镜30处于图中实线所示的状态，光线经过该可变形光学透镜30后被聚焦至焦平面c上。当对两个焦距调节装置302、308施加第二电压U2时，压电材料发生形变的幅度变为X2，将会导致可变形光学透镜30发生形变至图4中虚线所示之状态，光线经过该可变形光学透镜30后将会被聚焦至焦平面d上。
可变形光学透镜30可根据实际使用环境选择不同的填充液体306，以使得其对于不同使用环境下的不同波长的光保持适应，供选择的液体可以是水、酒精、水溶性无机盐溶液等液体或者其混合物等。可变形光学透镜30的腔室304可选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料制成，这些材料具有较好的透光性能，且机械性能稳定，在发生受力弹性形变后可以保持其变形状态，直至有外力迫使它再次发生形变，这种机械性能使其在进行光学变换的时候可以具有稳定的光学性能。另外由于压电陶瓷材料的逆压电特性稳定精细，因此这种可变形光学透镜30的焦距控制十分方便，结构简单，且成本较低。
如图6所示，其为本发明可变形透镜制造装置的结构示意图。该制造装置50包括：一固持结构52、一装液容器54、一阀门56、一液面探针58以及一控制单元59。固持结构52用于固定和夹持腔胚51。装液容器54用于装盛可变形透镜之填充液体306。阀门56设于装液容器54的注液通道542上，其通过导线594与控制单元59的阀门信号接口592相连；并且，阀门56可在阀门信号接口592的输出信号控制下开启、关闭或者调整注入腔胚51的填充液体306的流量大小。液面探针58可伸入到腔胚51内部，用于监控腔胚51内填充液体306的液面位置，其通过导线598与控制单元59的探针信号接口596相连，并且将所探测到的液面位置信号通过探针信号接口596传送到控制单元59。
腔胚51被预先制作完成。该腔胚51包括一透镜部512和一扩充部514，透镜部512用于形成可变形光学透镜的腔体，扩充部514为透镜部512的延伸。在填充液体306注入腔胚51的时候，固持结构52可以通过夹持住扩充部514，从而固定整个腔胚51。这样，在注液过程中，固持结构52将会仅仅与扩充部514接触，而不会接触到透镜部512的表面，从而避免了透镜表面的划伤。腔胚51还设有一开放的注液口516，该注液口516连通上述透镜部512和扩充部514。在填充液体306被注入腔胚51时，扩充部514可以多盛装部分填充液体306，使得填充液体306稍稍漫过透镜部512，以保证透镜部512中完全为填充液体306所填充，而不会留有空气，从而避免因空气残留在透镜内与填充液体混杂，出现折射率不均所导致的透镜质量下降的问题。
注液时，装液容器54的注液通道542的端部紧贴在扩充部514的内壁上，填充液体306沿腔胚51的腔壁流入腔胚51中，可以避免填充液体306因与腔胚51相互撞击产生的气泡和飞沫，保证所制作的透镜腔内完全为填充液体306所占据。在腔胚51被填充液体306填满，注液口516被点胶粘合以后，扩充部514将被去除。
如图7所示，其为本发明可变形透镜之制造方法流程。首先，步骤600，将腔胚51固定到固持结构52上。步骤602，将液面探针58伸入到腔胚51内且液面探针58的端部处于腔胚51的注液口516以下位置。步骤604，控制单元59通过阀门信号接口592输出阀门开启指令至阀门56。步骤606，阀门56开启进行注液，液面探针58实时监控腔胚51内填充液体306的液面位置，通过探针信号接口596将液面位置信号传输到控制单元59。
步骤608，控制单元59判断液面位置是否到达注满位置的90％，如尚未到达注满位置的90％，则阀门56保持开启继续注液，并继续由液面探针58实时监控腔胚51内填充液体306的液面位置，直至液面位置到达注满位置的90％；如已经到达注满位置的90％，则进入步骤610，通过阀门信号接口592发出指令驱使阀门56流量减半，液面探针58继续监控液面位置，并将信号传回到控制单元59。步骤612，控制单元59判断液面位置是否已经到达注满位置，如尚未到达注满位置，则继续进行注液；如液面位置已经到达注满位置，则执行步骤614，控制单元59经由阀门信号接口592发出控制指令至阀门56，关闭阀门56，注液结束。步骤616，液面探针58退出腔胚51，固持结构52松开已注满填充液体306的腔胚51。
将腔胚51取下固持结构52后，进入到步骤618，将注液口516进行点胶粘合，并去除扩充部514，形成充满填充液体306的腔室。步骤620，再在充满了填充液体306的腔室两侧沿径向装上二连接部、二焦距调节装置，即最终制作成为可变形光学透镜。
注液过程中，如果一直以不变的流速将填充液体306注入腔胚51中，则须在腔胚51中已经注满填充液体306的时候立即停止注入，然而这样势必较难控制阀门56立即关闭、填充液体306立即停止流入腔胚51内，可能会造成填充液体306的浪费。为提高精确度、避免浪费，有必要在填充液体306将要注满腔胚51的时候降低填充液体306的流速。从制程的实际考虑，当液面位置到达注满位置的90％以上时有必要减小注入液体的流速；关于流速减小的幅度，则应控制在原流速的一半以下为宜。
本发明所提供的可变形透镜易于控制焦距、结构简单、成本低廉；该可变形透镜的制造装置结构简单，操作方便；所使用的制造方法可以避免填充液体飞溅引起的气泡和飞沫，可以制成质量较高的透镜。

Claims (4)

1.一种用于制造可变形光学透镜的方法，其包括以下步骤：
提供一具有开放注液口的腔胚，所述腔胚包括一透镜部和一扩充部，透镜部用于形成可变形光学透镜的腔体，扩充部为透镜部的延伸，所述注液口连通上述透镜部和扩充部；
提供填充液体并将所述填充液体先与扩充部接触再经由所述注液口注入所述腔胚中；
判断所述填充液体是否已经注满所述腔胚；
封闭所述腔胚的开放注液口；
在所述腔胚的外部沿径向装设焦距调节装置。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述制造方法还包括以下步骤：提供一液面探针及一控制单元，所述液面探针监控所述填充液体的液面位置，并通过一数据接口将所述填充液体的液面位置信号传送到所述控制单元。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述制造方法还包括以下步骤：所述控制单元根据所述填充液体的液面位置信号判断填充液体的液面是否到达一预定值，若到达，则输出一控制信号，所述控制信号用于将所述填充液体的注入流量减小至原来的50％以下。
4.一种用于制造可变形光学透镜的制造装置，其特征在于：所述制造装置包括：一固持结构、一装液容器以及一控制单元；所述固持结构用于固持形成可变形光学透镜的腔室的腔胚；所述装液容器用于盛装填充液体，且具有一液体流出通道，所述液体流出通道的端部伸入所述腔胚；填充液体可在所述控制单元的控制下通过所述液体流出通道流入腔胚，所述制造装置还包括一液面探测装置和阀门，所述液面探测装置与所述控制单元电性连接，所述液面探测装置可探测所述腔胚内的液体的液面位置，并将测得的液面位置信号传送到所述控制单元，所述阀门设于所述装液容器的所述液体流出通道上，所述阀门与所述控制单元电性连接，所述控制单元用于在根据所述填充液体的液面位置信号判断出填充液体的液面到达一预定值时，输出一控制信号用于控制阀门将所述填充液体的注入流量减小至原来的50％以下。
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