CN102944929B - 一种可变焦硅胶透镜及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种可变焦硅胶透镜及其制作方法，硅胶透镜包括双面凸透镜，双面凸透镜的边缘上设置有带环形凹槽的变焦环，在变焦环上设置有拉链，拉链套设在凹槽上，本发明通过将硅胶液体注入特殊模具，并且经过加工处理得到可变焦硅胶透镜，本发明通过从侧面挤压硅胶透镜，改变透镜的两个表面曲率半径，进而实现变焦；该透镜具有高复制性、体积小，重量轻，可以连续变焦，响应速度快，成像质量优异，成本低廉的特点，可广泛应用于数码摄像头、门外窥系统、医学内窥镜、笔记本电脑摄像头和监控系统等。

Description

一种可变焦硅胶透镜及其制作方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其是涉及一种可变焦硅胶透镜及其制作方法。

背景技术

变焦镜头有很多应用，比如在照相时拉进远处的景物、摄像时景物的切换、监控时细节的具体化等等。传统的变焦镜头就是利用镜头中镜片或者镜片组的线性或者非线性移动，使镜头系统焦距发生变化，从而使镜头成像共轭面发生移动的系统。由于镜头成像时，不同共轭面有不同的垂轴放大率，所以在像面上会产生不同大小的景物像。变焦镜头一般包含四个系统，分别称为前固定组、变倍组、补偿组和后固定组。前后固定组通常保持位置不变，变倍组发生线性移动，而补偿组利用凸轮带动以发生非线性移动。一般要求，镜头在变焦时，保持像面位置不动。

当镜头尺寸逐渐减小时，镜头系统实现变焦会比较固难，因为在镜片或镜片组之间必需保留足够的距离，使之移动产生较大的焦距变化以实现变焦。为了克服在微小型情况下无法实现变焦的难题，本发明专利提出了一种新的透镜，即全硅胶透镜。

全硅胶透镜是利用美国道康宁（Dowconing）、中国淳昌（Chunchang）、日本信越（Shin-Etsu）等各种硅胶液体注入到金属、塑料等模具中，在一定条件下风干去水，铸造成硅胶透镜，然后在硅胶透镜的外面套上伸缩可调的金属环、塑料环、发条或各种材质的绳索。在硅胶透镜外套收缩或者放松时，会挤压或释放硅胶透镜的边缘，从而使硅胶透镜改变曲率并最终改变焦距的一种适应性透镜。

由于铸造方法可以制作极小的硅胶透镜，并且焦距可变，可以潜在地应用在微小型透镜上，如手机镜头、数码相机镜头、摄像头、监控镜头、微光机电、芯片实验室等等。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种可变焦硅胶透镜及其制作方法，克服在微小型情况下无法实现变焦的难题。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种可变焦硅胶透镜，包括双面凸透镜，所述的双面凸透镜由弹性材料制成，双面凸透镜的边缘上设置有带环形凹槽的变焦环，在变焦环上设置有调节装置，调节装置套设在凹槽内，通过调节装置控制变焦环直径的改变。

所述的双面凸透镜采用硅胶制成。

所述的变焦环为带有凹槽的金属环或者塑料环中的一种。

所述的金属环上设置有豁口。

所述的塑料环上设置有豁口，采用硬质塑料制成。

所述的调节装置为发条或绳索中的一种。

一种所述的可变焦硅胶透镜的制作方法，包括以下步骤：

一、取硅胶液体，备用；

二、用注射器抽取步骤一中的硅胶液体，注入到双面凸透镜浇注模具中；

三、将步骤二中注入模具的硅胶液体，在模具中风干去水，使其成型之后，从模具中取出得到双面凸透镜；

四、将步骤三中所得到的双面凸透镜进行处理，去除双面凸透镜边缘的不平整或者多余的突起；

五、将步骤四中处理得到的双面凸透镜边缘处套上一个变焦环；

六、在步骤五中所得到双面凸透镜的变焦环上再缠上调节装置，制得可变焦透镜。

所述的步骤三中的风干去水过程，控制风干温度为25-120°。

本发明的有益效果是：本发明通过从侧面挤压硅胶透镜，改变透镜的两个表面曲率半径，进而实现变焦；该透镜具有高复制性、体积小，重量轻，可以连续变焦，响应速度快，成像质量优异，成本低廉的特点，可广泛应用于数码摄像头、门外窥系统、医学内窥镜、笔记本电脑摄像头和监控系统等。

附图说明

图1为本发明中可变焦硅胶透镜的结构示意图。

图2为本发明中可变焦硅胶透镜的结构示意图的俯视图。

图3为本发明中双面凸透镜的示意图。

图4为本发明中变焦环的结构示意图。

图5为本发明中变焦环的侧视图。

图6为本发明中模具的安装示意图。

图7为端盖a的仰视图。

图8为端盖a的示意图

图9为端盖b的内部示意图。

图示标记：1、变焦环；2、双面凸透镜；3、凹槽；4、调节装置；5、豁口；6、端盖a；7、透气环；8、注液孔；9、端盖b；10、内表面a；11、内表面b。 

具体实施方式

如图所示，具体实施方式如下：

一种可变焦硅胶透镜，包括双面凸透镜2，所述的双面凸透镜由弹性材料制成，双面凸透镜2的边缘上设置有带环形凹槽3的变焦环1，在变焦环1上设置有调节装置4，调节装置4套设在凹槽3内，通过调节装置4控制变焦环的改变。

所述的双面凸透镜2采用硅胶制成。

所述的变焦环1为带有凹槽3的金属环或者塑料环中的一种，通过强化胶水粘贴固定在双面凸透镜2边缘，以防止在挤压或者放松双面凸透镜2边缘时出现滑动或者脱落现象。

所述的调节装置4为发条或者绳索中的一种，或者采用其它能够控制变焦环1收缩的形式。通过控制调节装置4，给发条或者绳索等一个拉紧或者收缩的控制力，则会挤压或者释放变焦环1，双面凸透镜2的口径就会减小或增加，因此整个硅胶透镜的焦距就会变小或变大。

所述的金属环上设置有豁口5，以便于在调节装置4的控制下豁口9就会缩小或者增大，使金属环的变形，来实现变焦。

所述的塑料环上设置有豁口，采用硬质塑料制成，以便于在调节装置4的控制下豁口9就会缩小或者增大，使金属环的变形，来实现变焦。

最初的双面凸透镜口径为D，经过挤压后口径环状地缩小l。所有可变焦硅胶透镜的参数列于表1；

表1 全硅胶变焦透镜的参数

如果绳索拉伸或者放松的长度为L，则其与半口径变化l 的关系为

                                  

                                             (1)

硅胶透镜最初的焦距为

                            (2)

将整个硅胶透镜分为两个平凸透镜，这两个平凸透镜在整个变焦过程中体积不变，一部分可变焦硅胶透镜边缘比率为x，即可变焦硅胶透镜的边缘厚度为xp。则可变焦硅胶透镜的原体积为

                          (3)

当半口径变化l后，新透镜的体积为

                          (4)

其中

                                     (5)

由体积不变的规律可得，我们记，则有

           (6)

把原透镜的所有参数当成已知量，从方程(6)求解出可得

(7)

把公式(7)代入公式(5)，可以得到，即新透镜前表面曲率半径。用同样的方法可以求解新透镜后表面的曲率半径。用单透镜的焦距公式，可以得到此时新透镜的焦距为

                             (8)

变倍比M定义为原硅胶透镜焦距比上新硅胶透镜焦距，即

                                              (9)

通过以上的推导，我们建立了两个关系，即新透镜焦距和变倍比与绳索拉伸和放松之间的关系，我们通过电机驱动来控制绳索的拉伸和放松长度，可以通过以上的理论模型求解出对应的焦距值和变倍比。

所述的可变焦硅胶透镜的制作方法，包括以下步骤：

一、取硅胶液体，使用的硅胶是美国Dowconing SYLGRAD 184 PDMS作为液体硅胶，GYLGRAD 184硅胶是两瓶一起出售的，一个大瓶装有硅胶基料（silicone elastomer base），一个小瓶装有凝固剂（silicone elastomer current agent），我们按照硅胶基料与凝固剂的比率为10:1混合在一起，这种混合液体一般在室温几个小时后会自动风干凝固成硅胶固体，具有良好的弹性和透过率；

二、用注射器抽取步骤一中的硅胶液体，注入到54钢模具中，所述的注射器为大型针管，所用的54钢模具包括透气环7、模具端盖a6和模具端盖b9，透气环7设置在模具端盖a6、模具端盖b9之间，透气环7上设置有注液孔8，所述的模具端盖a6的内表面a10是一个球面，球面半径为可变焦硅胶透镜的一个表面半径R1，光洁度为8-12级，所述的模具端盖b9的内表面b11是一个球面，球面半径为可变焦硅胶透镜的另一个表面半径R2，光洁度为8-12级中的一种，所述的透气环7采用布料、绵料、木料或者打有小孔的金属和塑料等的一种制成，是一个和凸透镜边缘尺寸一致的圆环；

三、将步骤二中注入模具的硅胶液体，采用加热升温或者恒温装置，设定温度25°-120°之间的任一温度，在模具中风干去水，使其成型之后，从模具中取出得到双面凸透镜；

四、可变焦硅胶透镜，在经过铸造成型之后由于边缘不规整，并具有凸出的边缘在变焦时对变焦存在影响，需要将步骤三中所得到的双面凸透镜进行处理，去除双面凸透镜边缘的不平整或者多余的凸起，以便在均匀地挤压硅胶透镜时产生轴对称系统；

五、为了形成环形挤压，将步骤四中处理得到的双面凸透镜边缘处套上一个变焦环；

六、在步骤五中所得到双面凸透镜的变焦环的外面刻上凹槽，然后在凹槽内，缠上调节装置，通过拉紧或者放松调节装置，则会挤压或者释放变焦环，硅胶透镜的口径就会减小或增加，因此整个硅胶透镜的焦距就会变小或变大，制得可变焦硅胶透镜。

Claims (5)

1.一种可变焦硅胶透镜，包括由硅胶制成的双面凸透镜（2），其特征在于：双面凸透镜（2）的边缘上设置有带环形凹槽（3）的变焦环（1），变焦环通过强化胶水粘贴固定在双面凸透镜（2）的边缘上，且变焦环上设置有豁口（5），在变焦环（1）上设置有调节装置（4），调节装置（4）套设在凹槽（3）内，通过调节装置（4）的收缩压紧双面凸透镜的边缘使其直径减小以控制双面凸透镜（2）焦距的改变。

2.根据权利要求1所述的一种可变焦硅胶透镜，其特征在于：所述的变焦环（1）为带有凹槽（3）的金属环或者塑料环。

3.根据权利要求2所述的一种可变焦硅胶透镜，其特征在于：所述的塑料环采用硬质塑料制成。

4.根据权利要求1所述的一种可变焦硅胶透镜，其特征在于：所述的调节装置（4）为发条或绳索。

5.一种权利要求1所述的可变焦硅胶透镜的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、取硅胶液体，备用；

二、用注射器抽取步骤一中的硅胶液体，注入到双面凸透镜浇注模具中；

三、将步骤二中注入模具的硅胶液体，在模具中风干去水，使其成型之后，从模具中取出得到双面凸透镜；

四、将步骤三中所得到的双面凸透镜进行处理，去除双面凸透镜边缘的不平整或者多余的突起；

五、将步骤四中处理得到的双面凸透镜边缘处套上一个变焦环；

六、在步骤五中所得到双面凸透镜的变焦环上再缠上调节装置，制得可变焦透镜。