CN108873317B - 电磁致动柔性变焦透镜 - Google Patents
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Abstract
一种电磁致动的柔性变焦透镜，包括透镜；其使用具有透光性、柔性和延展性的硅橡胶材料制成；第一电磁铁，其固定于所述透镜的周缘部分；第二电磁铁，其环绕于所述第一电磁铁的周围，当所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通电时，所述第二电磁铁对所述第一电磁铁的作用力能够使所述透镜产生变形，从而改变所述透镜的焦距。在本发明的电磁致动的柔性变焦透镜中，通过第二电磁铁施加径向作用力来改变透镜弧面的曲率，从而改变透镜的焦距。这种柔性变焦透镜体积小巧、结构简单、造价低廉。
Description
技术领域
本发明涉及光学透镜领域，尤其涉及一种电磁致动的柔性变焦透镜。
背景技术
目前，透镜的变焦需要沿轴向移动透镜组中透镜，从而改变透镜间距离，进而改变透镜组的焦距。利用这样的变焦方式制作的透镜组需要使用多个透镜，因此体积和重量较大，结构复杂，造价较高。
发明内容
为了弥补上述缺点，本发明旨在提出了一种体积小巧、结构简单、造价低廉的电磁致动的柔性变焦透镜。
一种电磁致动的柔性变焦透镜，包括
透镜；
第一电磁铁，其固定于所述透镜的周缘部分；
第二电磁铁，其环绕于所述第一电磁铁的周围，当所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通电时，所述第二电磁铁对所述第一电磁铁的作用力能够使所述透镜产生变形，从而改变所述透镜的焦距。
在至少一个实施方式中，当所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通电时，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁之间的相互作用力为排斥力，所述排斥力的方向通过所述透镜的轴心并且沿所述透镜的径向。
在至少一个实施方式中，所述第二电磁铁为环状，当所述第二电磁铁通电时，所述第二电磁铁的内环部分和所述第二电磁铁的外环部分具有不同的磁性。
在至少一个实施方式中，所述透镜为圆形，所述透镜与所述第二电磁铁同轴。
在至少一个实施方式中，所述透镜为圆形盘状体，所述盘状体的上下表面为圆弧面。
在至少一个实施方式中，所述圆弧面为外凸的圆弧面，从而使所述透镜构成为凸透镜。
在至少一个实施方式中，在所述第一电磁铁和所述第二电磁铁断电的状态下，所述圆弧面的曲率最小，即所述透镜具有最大的焦距。
在至少一个实施方式中，所述第一电磁铁为扇形电磁铁，当所述第一电磁铁通电时，所述第一电磁铁的外弧部分和所述第一电磁铁的内弧部分具有不同的磁性。
在至少一个实施方式中，所述第一电磁铁沿所述透镜的周向均匀分布设置有6个。
在至少一个实施方式中，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的电磁力大小是通过调节缠绕在电磁铁上的线圈的电流强度实现的。
在本发明的电磁致动的柔性变焦透镜中，通过第二电磁铁施加径向作用力来改变透镜弧面的曲率，从而改变透镜的焦距。这种柔性变焦透镜体积小巧、结构简单、造价低廉。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施方式的电磁致动的柔性变焦透镜的结构示意图。
图2示出了根据本发明的实施方式的电磁致动的柔性变焦透镜的凸透镜的侧视图。
图3示出了根据本发明的实施方式的电磁致动的柔性变焦透镜的第二电磁铁的结构示意图。
附图标记说明
1 透镜 11 上弧面 12 下弧面 2 第一电磁铁 21 内弧部分 22 外弧部分 3 第二电磁铁 31 内环部分 32 外环部分。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
如图1所示，电磁致动的柔性变焦透镜包括透镜、第一电磁铁和第二电磁铁，当第一电磁铁和第二电磁铁通电后，第二电磁铁对第一电磁铁的排斥力能够使透镜受到压缩，从而改变透镜的弧面的曲率，调节透镜的焦距。
下面就透镜、第一电磁铁和第二电磁铁分别进行说明：
透镜
如图2所示，透镜1为圆形盘状的凸透镜。透镜1采用例如PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷，一种有机硅聚合物)的硅橡胶材料制成，这种材料具有透光性、柔性和延展性。透镜1受到外力作用时，能够产生弹性变形。
在一种可能的实施方式中，透镜1可以是由硅橡胶材料形成实心的透镜1，即透镜1的外凸的上弧面11和下弧面12之间是实心的。
在另一种可能的实施方式中，透镜1内可以填充透光的介质，在透镜1的外凸的上弧面11和下弧面12之间形成空腔，空腔内可以填充透光的介质。
第一电磁铁
如图1所示，第一电磁铁2为扇形，扇形的内弧部分21与透镜1的周缘部分贴合，使第一电磁铁2固定于透镜1的周缘部分。在该实施方式中，6个第一电磁铁2沿透镜1的周向均匀分布，从而在保证透镜结构简单、紧凑的前提下，又能保证透镜在变形时受力均匀。第一电磁铁2在断电时无磁性，在通电时，扇形的第一电磁铁2的内弧部分21和第一电磁铁2的外弧部分22具有不同的磁性。
第二电磁铁
如图3所示，第二电磁铁3为环形，透镜1和第一电磁铁2位于第二电磁铁3的环形限定的区域内。第二电磁铁3在断电时无磁性，在通电时，第二电磁铁3的内环部分31和外环部分32具有不同的磁性。第二电磁铁3与第一电磁铁2相对一侧具有相同磁性，使第一电磁铁2和第二电磁铁3之间具有相互作用的排斥力。
下面说明柔性变焦透镜的变焦工作原理：
6个第一电磁铁2沿透镜1的周向均匀分布在透镜1的周缘部分，第二电磁铁3对第一电磁铁2的排斥力大小相等，并且排斥力的方向均通过透镜1的轴心，使得透镜1能够均匀变形。当通过第一电磁铁2和/或第二电磁铁3的线圈的电流强度增大时，第一电磁铁2和第二电磁铁3之间的排斥力增大。透镜1受到周缘的6个第一电磁铁2受到排斥力的挤压会导致透镜1表面的曲率增大，进而调节透镜1的焦距。
沿透镜1的径向对透镜1施加压力，使透镜1受压力变形，压力在一定范围内时，透镜1的弧面的轮廓可以近似为球面。
透镜的焦距可以根据焦距公式计算得出，焦距公式：
焦距公式中f为透镜1的焦距，nl为透镜1的折射率，nm为空气的折射率，R1为透镜1的上弧面11的半径，R2为透镜的下弧面12的半径，其中R1为正值、R2为负值。
在第一电磁铁2和第二电磁铁3断电的状态下，透镜不会受到外力，这种状态下的透镜1的弧面的曲率最小，即半径最大，透镜1具有最大的焦距。当第一电磁铁2和第二电磁铁3通电时，透镜1受到来自多个方向均匀的压力，使得透镜1两侧的弧面的半径绝对值减小，根据上述焦距公式，透镜1的焦距减小。因此，根据要求的焦距变化范围设计透镜1时，应当按照要求的最大焦距设计透镜两侧的弧面半径。
在一种可能的实施方式中，透镜1的上弧面11和下弧面12的半径相同。
在该实施方式中，第一电磁铁2和第二电磁铁3之间产生相互作用的排斥力，排斥力可以使透镜1具有稳定性，受到外界干扰时能自行恢复原状。
当第一电磁铁2和第二电磁铁3之间为相互作用的排斥力时，如果透镜1受到扰动而发生径向移动，会使透镜1一侧的第一电磁铁2靠近第二电磁铁3，相对侧的第一电磁铁2远离第二电磁铁3。那么在两个电磁铁相互靠近的一侧，透镜1受到的排斥力就会增大，在两个电磁铁相互远离的一侧，透镜1受到的排斥力就会减小，从而使得透镜1回到稳定状态。
但是，当第一电磁铁2和第二电磁铁3之间为相互作用的吸引力时，如果透镜1受到扰动而发生径向移动时，会使透镜1一侧的第一电磁铁2靠近第二电磁铁3，相对侧的第一电磁铁2远离第二电磁铁3。那么在两个电磁铁相互靠近的一侧，透镜1受到的吸引力就会增大，在两个电磁铁相互远离一侧，透镜1受到的吸引力就会减小。透镜1会移向吸引力增大的一侧，使透镜1无法回到稳定状态，也就无法抵抗外界的干扰。
当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种改变和变型，而不脱离本发明的范围。
(1)在上述实施方式中，仅以设置6个第一电磁铁2为例说明本发明，然而本发明不限于此，第一电磁铁2的数量可以根据实际需要调整。
例如，减小第一电磁铁2的扇形的圆心角，有利于在透镜1的周向上设置更多个第一电磁铁2，从而提高第一电磁铁2在透镜1的周向上的密度，使透镜1受压缩时的变形更均匀。
(2)在上述实施方式中，第二电磁铁3为环状，然而本发明不限于此，第二电磁铁可以包括多块扇形电磁铁，多块扇形电磁铁围成圆环状，使每块第二电磁铁对应一块第一电磁铁2。
Claims (9)
1.一种电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，包括
透镜；
第一电磁铁，其固定于所述透镜的周缘部分；
第二电磁铁，其环绕于所述第一电磁铁的周围，当所述第一电磁铁和所述第二电磁铁通电时，所述第二电磁铁对所述第一电磁铁的排斥力能够使所述透镜受到沿所述第二电磁铁的径向的作用力而产生变形，改变所述透镜的弧面的曲率，从而改变所述透镜的焦距，所述排斥力的方向通过所述透镜的轴心并且沿所述透镜的径向。
2.根据权利要求1所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，所述第二电磁铁为环状，当所述第二电磁铁通电时，所述第二电磁铁的内环部分和所述第二电磁铁的外环部分具有不同的磁性。
3.根据权利要求2所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，所述透镜为圆形，所述透镜与所述第二电磁铁同轴。
4.根据权利要求3所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，所述透镜为圆形盘状体，所述盘状体的上下表面为圆弧面。
5.根据权利要求4所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，所述圆弧面为外凸的圆弧面，从而使所述透镜构成为凸透镜。
6.根据权利要求5所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，在所述第一电磁铁和所述第二电磁铁断电的状态下，所述圆弧面的曲率最小，即所述透镜具有最大的焦距。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，所述第一电磁铁为扇形电磁铁，当所述第一电磁铁通电时，所述第一电磁铁的外弧部分和所述第一电磁铁的内弧部分具有不同的磁性。
8.根据权利要求7所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，所述第一电磁铁沿所述透镜的周向均匀分布设置有6个。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的电磁致动的柔性变焦透镜，其特征在于，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的电磁力大小是通过调节缠绕在电磁铁上的线圈的电流强度实现的。
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