CN109655946B - 可调透镜设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可调透镜设备，包括：透明且弹性可扩展的薄膜、与薄膜相对的光学元件、壁状构件，其中光学元件和薄膜连接到壁状构件，使得形成容积(V)，流体(F)驻留在所述容积(V)中，以及附接到薄膜的透镜塑形构件。根据本发明，透镜设备包括致动器装置，其被设计成使光学元件相对于透镜塑形构件在轴向(A)上移动，以调整驻留在容积(V)内的流体(F)的压力以及随后调整薄膜的弯曲部分，其中所述轴向(A)与由透镜塑形构件跨越的平面垂直，且其中所述致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通过该容积的光转向。此外，本发明涉及一种用于调整透镜设备和用于图像稳定的方法。

Description

可调透镜设备
本申请是2014年10月8日提出的、申请号为201480055427.X、名称为“可调透镜设备”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及可调透镜设备。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。
背景技术
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。
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。
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。
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。
发明内容
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。
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。
通过一种透镜设备来解决该问题。
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。
根据本发明的实施例，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的流体的压力以及随后调整所述薄膜的弯曲部分，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。
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。
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。
一般而言，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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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”)。
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。
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)。此外，流体可以包括氟化高聚物，例如全氟聚醚(PFPE)惰性流体。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
根据本发明的优选实施例，所述可变形的壁形成为波纹管。
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)。
波纹管的皱折可以在结构上由刚性延长构件加强。
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。
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。
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。
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。
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。
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，磁通量引导结构分别连接到承载架。
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。
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。
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。
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相应的通量引导结构。由于系统想要减小磁阻，所以各个的磁通量引导结构将被附接到关联的返回结构以减小两个软磁结构之间的间隙以及减小针对磁通量的阻抗。从而，移动了壁状构件和光学构件。根据各个线圈中的电流，这允许人们沿着所述轴向轴向地移动壁状构件和/或相对于由透镜塑形构件跨越的平面倾斜壁状构件。这样的致动器装置也被称为磁阻致动器。
根据另外的实施例，致动器装置可以包括多个第一电极，特别地，两个、三个或四个，布置在壁状构件中或上，以及相应的多个第二电极连接到承载架，其中各第一电极关联到不同的第二电极且面对或背对各个的第二电极，以在各个关联电极之间存在间隙。通过在各个的第一和第二电极之间施加电压，光学元件可以轴向移动和或相对于所述平面倾斜。
根据本发明的优选实施例，透镜设备包括位置传感器装置，用于检测光学元件或诸如壁状构件之类的连接到光学元件的组件的空间位置，例如，相对于诸如透镜塑形构件的位置之类的参考位置。通过将光学元件的空间位置调整到定义的状态，可以定义光学设备的光学属性。这包括由可变形薄膜形成的透镜的光学功率，和可变棱镜的角度。
当使用磁阻致动器形式的致动器装置时，位置传感器装置可以有利地被设计成使用高频电流信号以通过线圈测量壁状构件/光学元件的空间位置。换句话说，在本发明的一实施例中，致动器装置用于检测壁状构件/光学元件的空间位置，特别地通过被设计成直接检测与通量引导结构740和返回结构700之间的间隙关联的磁阻致动器的磁阻。
当壁状构件由于移动更靠近线圈时，在线圈/返回结构和壁状构件之间的间隙变得更小导致磁场的磁阻减小且从而线圈电感增加，从而其是对所述间隙的宽度以及从而对壁状构件/光学元件的空间位置的测量。该方法的最大优点在于其示出了在输出信号与壁状构件/光学元件的位移(间隙宽度)之间的线性关系。
根据本发明的优选实施例，光学元件是透明的。在该情况下，透镜设备可以是照相机的一部分或其自身可以形成照相机，例如移动电话的照相机。
根据本发明的另一实施例，光学元件被形成为具有面向例如朝向所述容积的反射表面的镜子。例如，所述镜子可以适配成反射通过薄膜进入透镜的光，行经所述容积，撞击镜子且然后朝薄膜反射。
在该情况下，透镜设备可以是扫描仪的一部分或其自身可以形成扫描仪。
此外，光学元件可以包括涂层。
根据本发明的优选实施例，当所述光学元件被形成为镜子时，壁状构件通过接合点连接到滑动布置在套管中的细长的销，其中特别地，所述套管连接到透镜设备和/或所述承载架的壳体。以此方式，光学构件/壁状构件的移动/倾斜可以被安全引导。
根据本发明的优选实施例，透镜设备还包括移动传感器装置，其用于检测例如要抵消的透镜设备的意外迅速移动。移动传感器装置可以被设计成检查偏航移动和/或俯仰运动，即围绕两个正交的轴线旋转，上述轴线各自与光轴/轴向正交。
根据本发明另外的优选实施例，为了提供图像稳定，透镜设备包括与所述移动传感器装置交互的控制单元，该控制单元被设计成根据移动传感器装置检测的要抵消的移动来控制致动器装置，以便光学元件被致动器装置相对于由透镜塑形构件跨越的平面倾斜，以便以抵消所述检测到的意外的迅速移动的方式改变经过透镜设备的入射光的方向。由于意外的移动导致特定图像点的位移，例如在图像传感器的表面上，所以其实可能的，其可以通过倾斜光学元件来补偿且从而改变入射光通过透镜设备的光路，使得相同的对象点与在不想要的移动和倾斜透镜设备之前的图像传感器位置相同的图像传感器位置上结束。
优选地，控制单元被设计成控制致动器装置，以便致动器装置改变由位置传感器装置检测的光学元件的实际的空间位置，以便实际的空间位置接近光学元件的参考空间位置，其中光学元件(且从而入射光束的方向)相对于抵消或补偿(参考上文)意外的快速移动的透镜塑形构件倾斜。在此，或者，致动器装置可以改变由位置传感器装置(例如，余下的光学元件)检测的透镜塑形构件的实际的空间位置。
本发明的另一方面涉及一种用于调整透镜设备的方法，其中特别地，该方法使用根据本发明的透镜设备。
根据本发明的实施例，透镜设备包括透明且弹性可扩展的薄膜、面对或背对薄膜的光学元件、壁状构件，其中光学元件和薄膜连接到壁状构件以便形成容积，流体驻留在所述容积中，且透镜塑形构件来连接到薄膜的外部，其外侧背对所述容积，且其中光学元件(或透镜塑形构件)相对于透镜塑形构件跨越的平面倾斜(或在透镜塑形构件倾斜的情况下，相对于光学元件)，以在棱镜内形成容积以使通过容积的光转向。
该方法可以用于照相机以及扫描仪等。
优选地，也相对于透镜塑形构件在轴向上移动光学元件(反之亦然)，例如，朝向和远离透镜塑形构件)，以调整驻留在容积中的流体的压力以及随后调整所述薄膜的弯曲(特别地，以自动调整透镜的对焦)，其中所述轴向与所述平面(或，根据具体情况，与光学元件)垂直。
优选地，通过沿所述轴向地移动壁状构件或板来移动光学元件。优选地，通过相对于所述平面倾斜所述壁状构件或板来倾斜光学元件。
然而，本发明的另外的方面涉及一种用于提供图像稳定的方法，其中特别地，该方法使用根据本发明的透镜设备。
根据本发明的实施例，透镜设备包括透明且弹性可扩展的薄膜、面对或背对薄膜的光学元件、壁状元件，其中光学元件和薄膜连接到壁状构件以便形成容积，流体驻留在所述容积，且透镜塑形构件连接到薄膜的外部，该外部背对所述容积，其中检测到(例如，通过运动检测装置)要抵消的透镜设备的意外快速移动，且其中根据所述检测到的要被抵消的运动控制致动器装置(例如，通过控制单元)，以便由致动器装置相对于由透镜塑形构件跨越的平面倾斜光学构件(或以便致动器装置相对于光学元件沿其延伸的平面倾斜透镜塑形器)以便以抵消所述检测的运动的方式(也参照上文)改变入射光束经过透镜设备的方向。当倾斜时，致动器装置优选地被设计成(控制成)使得流体中的压力保持不变，以便薄膜的弯曲保持不变。
根据本方法的优选实施例，特别地，用于并行地提供透镜设备的自动对焦，特别地，同时，由致动器装置相对于透镜塑形构件在轴向上移动光学元件(或反之亦然)，例如，朝向或偏离透镜塑形构件，以便调整驻留在容积内的流体的压力以及随后所述薄膜的弯曲，其中所述轴线与由透镜塑形构件跨越的所述平面垂直。
优选地，通过沿所述轴向轴向地移动壁状构件或板在轴向移动光学元件。优选地，通过相对于所述平面倾斜壁状构件或板来使光学元件倾斜。
根据本发明的又一优选实施例，致动器装置包括至少一个磁铁。该至少一个磁铁可以包括第一侧和背离第一侧的第二侧。特别地，至少一个磁铁包括圆周形状或环形，以便至少一个磁铁包括从至少一个磁铁的第一侧延伸到所述第二侧的连续凹处。
特别地，至少一个磁铁(或多个磁铁，参看下文)垂直于在轴向的所述平面被磁化。
此外，特别地，透镜设备包括用于将磁通量向所述磁铁引导的磁通量返回结构。特别地，所述返回结构(同样参照上文可能的材料)沿至少一个磁铁延伸。
在该方面，特别地，返回结构包括圆周形状或环形形状的且特别地沿至少一个磁铁的第一侧或第二侧或面对上述第一侧或第二侧延伸。
此外，特别地，所述致动器装置包括与所述至少一个磁铁关联的至少一个线圈，其中至少一个线圈包括围绕与所述平面或所述光学元件垂直的线圈轴缠绕的导线。特别地，线圈轴与至少一个磁铁的圆柱轴一致或与至少一个磁铁的所述圆柱轴平行。特别地，此外，至少一个磁铁的磁化与所述线圈轴和/或圆柱轴平行。
此外，根据一实施例，所述线圈沿至少一个磁铁延伸且面向至少一个磁铁(其中特别地，所述至少一个线圈面对至少一个磁铁的第一侧或第二侧)，以便当向线圈施加电流时，生成了洛伦兹力，根据在至少一个线圈中的电流方向，导致了至少一个磁铁和至少一个线圈彼此吸引或彼此排斥，特别地，以便相对于透镜塑形构件在轴向上移动光学元件(或反之亦然：以便相对于光学元件在轴向上移动透镜塑形构件，同样参考上文)，以便调整驻留在容积内的流体的压力以及随后所述薄膜的弯曲(所述轴向与透镜塑形构件沿其延伸或光学元件沿其延伸的平面垂直，参照上文)，和/或以相对于所述平面倾斜光学元件，例如，透镜塑形构件(或反之亦然：以相对于光学元件倾斜透镜塑形构件，参见上文)，特别地，以便在棱镜内形成容积以使通过容积的光转向。
在上文中，所述至少一个线圈可以自始至终仅具有一个缠绕方向。在一实施例中，可能仅存在一个这样的线圈。然后，特别地，线圈沿关联的(例如，单个)磁铁延伸，跟随着所述磁铁的圆周或环形的路线且面对磁铁的一个或另一侧。
此外，在另一实施例中，为了增加磁力及其效率，至少一个线圈包括围绕线圈的内部第二部分的外部第一部分(其中，第二部分以导电的方式连接到第一部分)，其中围绕与所述平面或所述光学元件垂直的所述线圈轴缠绕导线，以便线圈的各部分沿着至少一个磁铁(其中，在该实施例中，可以是单个磁铁)延伸且面向至少一个磁铁，其中在第一部分导体具有与线圈的第二部分中的导体的缠绕方向相反的缠绕方向，使得当向线圈施加电流时，电流在第一方向流入第一部分且在相反的方向流入线圈的第二部分，且根据在所述线圈的所述部分中的电流方向生成将线圈或磁铁朝透镜塑形构件吸引或将线圈或磁铁从透镜塑形构件推开的洛伦兹力。特别地，这允许在上文描述的光学元件和透镜塑形构件之间产生所述轴向移动。
在此，可以不具有电连接的(单个)线圈部分而还可以设置具有相反缠绕方向或相反方向的电流的两个分离的线圈。
根据另外的实施例，特别地，为了相对于光学元件倾斜透镜塑形构件或反之亦然，设置了多个磁铁，然后，特别地，将这些磁铁围绕透镜设备的轴线布置(即，围绕透镜设备的容积或沿所述圆周的返回结构)。然后，特别地，优选地多个线圈中的不同线圈关联到各个磁铁，其面对各个的磁铁(例如，其第一或第二侧)。
在这样的多个磁铁的情况下，线圈无需具有上文描述的所述第一和第二部分。特别地，每一线圈具有特别细长的和/或弯曲的轮廓，跟随着关联的磁铁的(特别细长和/或弯曲)的轮廓(例如，各个磁铁的第一或第二侧的轮廓)，以便在线圈的一(例如，外部)半(该一半特别地沿线圈的细长的维度延伸)电流沿关联磁铁在第一方向上流动，而同时其在线圈的另一(例如内部)半(该另一半特别地也在线圈的细长的维度上延伸)在相反的方向上流动。
在上文中，根据一实施例，壁状构件或壁状构件的至少一部分可以由至少一个磁铁形成。至少一个磁铁(或多个磁铁)可以被支持材料包围。特别地，壁状构件可以通过单个磁铁形成。特别地，然后，光学元件连接到至少一个磁铁(或壁状构件)的第一侧。此外，特别地，然后，所述薄膜连接到至少一个磁铁(壁状构件)的第二侧。此外，在该实施例中，返回结构特别地连接到至少一个磁铁(壁状构件)的第一侧，且光学元件特别地通过返回结构连接到至少一个磁铁(壁状构件)的第一侧。
此外，在该实施例中，至少一个线圈或多个线圈(例如，当具有多个关联的磁铁而且当具有单个关联的磁铁时)由线圈框架支持，特别地，具有圆周或环形形状。特别地，所述线圈框架面对至少一个(或单个)磁铁(例如，薄膜附接到其的磁铁的第二侧)。特别地，透镜塑形构件特别地一体成形的连接到线圈框架。
在上文中，根据另一实施例，壁状构件可以被设计成支持至少一个线圈(或所述多个线圈)，特别地，以便至少一个线圈围绕所述容积。此外，位置传感器装置或反馈传感器，例如，霍尔传感器，用于检测至少一个(或单个)磁铁相对于至少一个(或单个)线圈的空间位置或反之亦然，可以连接到壁状构件。在此，特别地，壁状构件与光学元件和薄膜一起形成用于支持流体以及至少一个线圈或多个线圈以及最终所述传感器的容器(容积)。线圈和壁状构件可以是印刷电路板。
特别地，在该实施例中，至少一个磁铁或多个磁铁连接到透镜塑形构件，特别地，与透镜塑形构件一体成形。
根据另外的实施例，透镜设备包括测量透镜设备的温度的温度传感器。所测量的温度可以用于校准透镜并使其光学功率对温度更不敏感地响应于控制信号。
此外，根据本发明的一实施例，设置场引导板使得在至少一个(或单个)磁铁和场引导板之间的吸引力增强，以便在透镜(例如薄膜)变得转向时，当所述磁铁朝场引导板移动时，上述力增加。
此外，根据一实施例，透镜设备可以形成为所谓的双液体透镜。在此，透镜设备包括在背对利用所述液体充满的所述容积的一侧上的另外的容积，其中利用另外的流体填满了另外的容积。在此，薄膜还划定了所述另外的容积的一侧的界限。这样的结构的优点在于另外的液体避免了例如垂直延伸的薄膜由于重力变得变形的事实。在图31至36中示出了这样的透镜设备的实施例。
特别地，根据本发明的透镜设备可以应用在以下中：照明器材、灯光表演、打印机、医疗设备、纤维耦合、头戴式眼镜、激光处理、生物计量、度量衡学、电子放大器、机器人凸轮、纤维耦合、运动跟踪、内眼镜片、手机、军事、数字照相机、网络摄像机、显微镜、望远镜、内窥镜、双筒望远镜、研究、工业应用、监控摄像机、汽车、投影仪、验眼镜片、视觉系统、侧距仪、条形码扫描器。
附图说明
下文参照附图将描述本发明的另外的特征和优点以及本发明的实施例。
图1-3示出了根据本发明的具有透明光学元件的透镜设备的示意性剖面图，该透镜光学元件与薄膜平行(图1)或相对于薄膜倾斜(图2和3)以使经过可调透镜容积的光束转向；
图4-6示出了图1-3中示出的透镜设备的示意性剖面图，其中除了薄膜的弯曲是通过透明塑形构件对薄膜作用以使光束聚焦的方式调整的之外；
图7-9示出了根据本发明的具有镜子形式的光学构件的另外的透镜设备的示意性剖面图，其中该镜子与薄膜平行(图1)或相对于薄膜倾斜(图2和3)以使通过可调透镜的容积的光束转向；
图10-12示出了图7-9中示出的透镜设备的示意性剖面图，其中除了薄膜的弯曲是通过透镜塑形构件对薄膜作用以使光束聚焦的方式调整的之外；
图13-15示出了根据本发明的具有波纹管和透明光学元件的透镜设备的剖面图；
图16-18示出了根据本发明的具有透明光学元件的另外的透镜设备的不同视图；
图19-20示出了根据本发明的具有镜子形式的光学元件的另外的透镜设备的不同视图；
图21-23示出了可以与根据本发明的透镜设备的致动器装置的磁铁一起使用的磁通量引导结构的示意性剖面；
图24-26示出了可以在本发明的框架中使用的另外的致动器装置的示意图；
图27示出了根据本发明的具有使用具有面对环形磁铁的两个部分的线圈的致动器装置的透镜设备的示意性剖面图和细节；
图28示出了图27中示出的透镜设备以及允许倾斜光学元件的该透镜设备的修改的示意图；
图29示出了如图28中示出的具有另外的场引导板的透镜设备的示意图；
图30示出了根据本发明的透镜设备的示意性剖面图，其中透镜塑形构件连接到致动器的磁铁，该致动器相对于由壁状构件支撑的至少一个线圈移动该磁铁，该壁状构件还在薄膜的帮助下支撑流体且光学元件分别连接到壁状构件；
图31示出了根据本发明的透镜设备的剖面图，其是图30中示出的透镜设备的修改；
图32示出了根据本发明的透镜设备的剖面图，其是图31中示出的透镜设备的修改；
图33示出了根据本发明的具有充满流体的两个容积的四个不同透镜(称为双液体透镜)的示意性剖面图；
图34示出了图33中示出的透镜设备的示意性剖面图；
图35示出了图34中示出的透镜设备的修改；以及
图36示出了图33中示出的透镜设备的示意性剖面图。
具体实施方式
图1至3示出了根据本发明的可调透镜设备1的示意性剖面图。透镜设备1包括透明且弹性可扩展的薄膜10、面对或背对薄膜10的透明(例如，平面的)光学元件20、具有矩形板形式的壁状构件300，在板的中心中形成有连续的圆形凹处301，其中凹处301从板的第一侧300a延伸到板的第二侧300b，其中第二侧300b背对第一侧300a。刚性的光学元件20连接到第一侧300a，而所述薄膜10连接到第二侧300b，以便形成至少由薄膜10、光学元件20、和所述板划定界限的容积或容器V。容积V利用透明的流体F完全填满。光学元件20、在其中驻留流体F的所述容积V以及薄膜10形成了可调透镜。为了调节弯曲，特别地该透镜的焦点，透镜设备1还包括附接到薄膜10的外部10a的透镜塑形构件11，其中外部10a背对所述容积V。从而，透镜塑形构件11划定了薄膜10的光学激活以及弹性可扩展的(例如，圆形)区域10c，其中特别地，所述区域10c延伸到透镜塑形构件11的(例如，圆周)内缘，且其中特别地，所述区域10c包括要调整的薄膜10的所述弯曲。透镜塑形构件11可以形成为用于生产球面可调透镜的环形(例如，圆形)框架，但是也可以具有其他几何形状。例如，具有两个平行相对的线性框架构件(即，彼此面对的两个框架构件)的透镜塑形构件可以用于生成可调圆柱透镜。
如图1至3中所示出的，透镜设备1包括致动器装置40，该致动器装置40被设计成相对于跨越透镜塑形构件11的平面(即，透镜塑形构件11定义所述虚构的平面或在所述虚构的平面中或沿所述虚构的平面延伸)倾斜光学元件20，其允许人们给予在光学元件20之下的容积V棱镜的形式，以便通过容积V的光如图2和3中所指示的转向。这可以用于图像稳定以及扫描。
当透镜设备1在照相机中使用或被用作为照相机时，在图像传感器52的表面上的图像点(cf.例如图16)可能由于透镜设备1的意外迅速移动而被偏移。这可以通过在关联到对象点的入射光束A’与在相反方向的图像传感器52的表面之间偏移该相交点来抵消。由于此，透镜设备1可以包括用于检测要被抵消的透镜设备1的所述意外的迅速移动的移动传感器，其中透镜设备1还可以包括连接到移动传感器装置的控制单元，其中控制单元被设计成根据由移动传感器装置检测的要被抵消的移动控制致动器装置40，以便由致动器装置40相对于由透镜塑形构件11跨越的平面(即，透镜塑形构件沿该平面延伸)倾斜该光学元件20，以便以抵消所述所检测的移动的方式改变关联到对象点的入射光束A’的路线，即，由于透镜设备1的迅速及意外的移动导致的图像传感器的表面(或图像平面)上的对象点的偏移由关联到对象点的所述入射光束A’和在相反方向上的图像传感器(图像平面)的相交点的偏移补偿。
如在图4至6中所示出的，根据本发明的透镜设备1还能够通过利用透镜塑形构件11挤压薄膜10同时使薄膜10变形。这可以通过相同的致动器装置40的方式来实现，该致动器装置也被设计成在相对于透镜塑形构件11的轴向A(垂直于与由透镜塑形构件11跨越/定义的平面)上移动光学元件20，以调整驻留在容积V内部的流体F的压力以及随后所述薄膜的弯曲(也参见上文)。特别地，这允许人们改变在两个凸出的弯曲、或两个不同的凹入的弯曲之间的、或甚至在凸出和凹入的弯曲之间的弯曲。从而，可以非常有效地改变可调透镜的焦点。优选地，致动器装置40被设计成对壁状构件300动作，以在轴向移动光学元件20以及相对于固定的透镜塑形构件11倾斜光学元件20。
图7到9还示出了根据本发明的透镜设备1的倾斜移动，其中，与图1至6相对比，透镜设备1现在包括镜子形式的光学元件20，其具有面向可调透镜的容积V的反射表面。在此，倾斜光学元件20允许扫描2D图像平面。
如在图10至12中所示出的，这还可以结合使薄膜10变形，以调整可调透镜的焦点，如前面针对4至6所讨论的，以便可以进行3D扫描。
图13至15示出了图1至6中示出的类型的透镜设备1，其可以形成照相机的一部分，特别地移动电话的照相机。另外，所述设备1包括环形波纹管30，其连接附接到薄膜10的外部10a的透镜塑形构件11从而定义将所述区域10c定义到邻近平面的凹处301的板的第二侧300b。波纹管30具有沿透镜塑形构件11延伸的两个圆周区域31，如在图13中所示出的，区域31通过沿透镜塑形构件11延伸的环形皱折32彼此连接。这允许沿轴向A收缩和延长波纹管30，且从而允许平面/光学元件20的显著的倾斜移动/轴向移动。在图14中示出了由于板朝透镜塑形构件11的轴向移动导致的收缩的波纹管30。因此，薄膜10的所述区域10c发展成显著的凸出的膨胀。在图13示出了导致薄膜10的平面区域10c的波纹管30的更细长的状态。此外，图15示出了由于板/光学元件20朝透镜塑形构件100的轴向移动导致的与薄膜10的区域10c的凸出隆起结合的倾斜的板/光学元件20。
如在图13至15中所指示的，透镜塑形构件11还连接到承载架50，其面对板的第二侧300b。所述承载架50可以包括诸如透镜堆51和/或图像传感器52之类的光学组件或形成为上述光学组件(cf.图16)。从而，透镜塑形构件11被固定且仅通过所述致动器装置40的方式由轴向移动/倾斜板来完成光学元件20相对于透镜塑形构件11的轴向移动和倾斜。
如从图10至13可以看见的，致动器40包括被集成到沿圆形凹处301的板中的四个导电线圈41，其中每一线圈41沿圆形凹处301从其两个相邻的线圈41等距间隔开。
致动器装置40还包括四个磁铁42，其中每一磁铁42与线圈41中的一个关联，其中所述磁铁42连接到承载架50且邻近关联的线圈41布置，其中各个磁铁42在径向上比关联的线圈41向外更远地布置。
所述磁铁42被设计成与分别关联的线圈41相互作用，使得当向线圈41施加电流时，根据各个电流的方向，各个线圈41或者朝向承载架50或远离承载架50移动。
此外，如在图12至15中所示出的，为了引导磁铁42的磁通量，针对每一磁铁42设置磁通量引导结构70，其中每一磁通量引导结构70包括，如在图21中所示出的，沿轴向A延伸的第一臂72以及通过结构70的第三臂73连接到第一臂的相对的平行的第二臂74(即，臂72面对臂74)，其中第三臂73与轴向A垂直地延伸且将第一臂72的较低端连接到第二臂74的较低端。结构70还包括第二臂74的端部区域71，其中四个端部区域71中的每一个通过在平面中形成的关联的孔302以及进入或通过相应的关联的线圈41突出。邻近各个第一臂72布置磁铁42，以便相应磁铁42的磁化指向第二臂74且以便各个磁铁42布置在各个第一臂72和各个线圈41之间。
如在图22和23中所示出的，其他的磁通量引导结构70也是可能的。图22示出了具有两个相对的磁铁42、42’(即磁铁42面对磁铁42’)的另外的结构70，其是图21中示出的结构70的修改。在图22中，第三臂73还朝与第一臂72和第二臂74平行的第四臂75延伸，其中第二臂74现在从第三臂73的中心突出且布置在第一和第四臂72、75之间。另外的磁铁42’布置地邻接第四臂75且在第四臂75和第二臂74之间，其中另外的磁铁42的磁化指向第二臂74。
此外，图23中示出的结构70是图21中示出的结构70的修改。在图23中，磁铁42布置在第三臂73上，其中容纳关联线圈41的所述端部区域71布置在磁铁42的顶部，其中磁铁42的磁化现在指向结构70的所述端部区域71。
为了检测光学元件20/板的实际空间位置，透镜设备1包括位置传感器装置60。该传感器装置60可以形成为布置在板上的霍尔传感器62，特别地，在板的第二侧300b上，并检测连接到承载架50的关联的信号磁铁61，该信号磁铁61面对或背对其关联的霍尔传感器62。特别地，各个信号磁铁61相对于关联的霍尔传感器62径向向外布置。
透镜设备1可以包括这样的霍尔传感器62和信号磁铁61对，其中信号磁铁61沿承载架50的外围等距间隔开。同样地，霍尔传感器62沿板的外围等距间隔开。
当然，也可以利用其它的位置传感器装置，例如电容传感器、磁阻传感器、或应变传感器。
图16至18示出了另外的透镜设备1，其中可以形成照相机的部分，特别是手机的照相机。透镜设备1如针对图13至15所描述的设计，不同之处在于现在省略了波纹管30。在此，薄膜10直接附接到板的第二侧300b，例如如从图17可以看见的。
如在图16中所示出的，可以通过软线80的方式实现电连接到板的线圈41和/或位置传感器装置62，其提供了一种用于通过应变传感器的方式测量光学元件20/板的空间位置的方式，其中这样的应变传感器附接到每一软线80。如果通过致动器装置40的方式来改变板的空间位置(参见上文)，则软线80将变形，这可以通过所述应变传感器的方式来检测。
最后，图19和20示出了根据本发明的另外的透镜设备1，其如针对图16至19描述的来构造，不同之处在于光学元件20现在形成为具有面对可调透镜的容积V的反射表面的镜子。此外，与图16至19相对比，线圈41布置在板的第一侧300a上。
在图19至20中示出的透镜设备1可以形成3D扫描仪的用于扫描图像的部分。为了安全引导板的移动，这一点上文已经进行了描述，板通过滚珠形式的接合点93连接到滑动布置在套管90中的细长销91。优选地，套管90连接到设备1和/或所述承载架50的壳体。此外，电连接到板优选地通过四个软线92的方式实现，上述软线从壁状构件300尤其是从线圈41延伸。软线92包括一些松弛，以便其不干扰板的运动。优选地，软线92从板向套管90延伸，其中其被固紧到套管90。
在图24中示出了可以用于轴向移动和/或倾斜透镜设备1的板/光学元件20的致动器装置的另外的实施例。据此，致动器装置包括多个，特别地，两个、三个或四个刚性连接到承载架50的导电线圈41。优选地，线圈41各自布置地邻近关联的磁通量返回结构700(例如，由诸如钢之类的有磁力的软材料制成)。磁通量返回结构700可以包括在各个线圈41的任一侧横向延伸的区域720、730以及突出到各个线圈41的区域710。在图25中示出了修改，其中每一磁通量返回结构700具有横向延伸即在径向上比各个线圈41更远地向内的区域720，以及突出到各个线圈41的区域710。在此，每一线圈41具有在板的扩展平面中突出到板之上的区域，线圈41的各个区域不在返回结构的区域侧面。
致动器装置还包括布置在板中或上的相应的多个磁通量引导结构740，其中每一磁通量引导结构740与不同的线圈41关联，且面对或背对各个线圈41/磁返回结构700，以便在在一侧的各个返回结构700/线圈41与在另一侧的关联的磁通量引导结构740之间存在间隙。多个磁通量引导结构740还可以由一个有磁力的软部分制成。对于返回结构700而言，这也是相同的，即，还可以存在面对或背对线圈的单个磁通量引导结构，其布置在单个磁通量返回结构700附近。
现在，当电流流经线圈41时，磁通量被引导通过各个返回结构700和各个通量引导结构740。由于系统想要减小磁阻，所以各个磁通量引导结构740将被吸引到关联的返回结构700，以减小在两个有磁力的软结构之间的间隙以及以减小针对磁通量的阻抗。从而，移动了板和光学元件20。根据各个线圈41中的电流，这允许人们沿所述轴向移动板和/或针对由透镜塑形构件11跨越/定义的平面倾斜板。这样的致动器装置也被称为磁阻致动器。
致动器装置的该实施例具有线圈41和霍尔传感器62可以安装在承载架50上(cf.，例如图16)的优点，即，在针对固定光学器件51的透镜镜筒的固定位置处且不需要柔性连接80。此外，需要更少的组件。在此情况下，信号磁铁61将被附接到可移动/可倾斜的板，其包括通量引导结构740或由通量引导结构740形成。此外，不需要永磁铁(除了霍尔传感器之外)。缺点是仅吸引力是可行的。此外，可以通过直接检测与改变磁通引导结构740与返回结构700之间的间隙关联的磁阻致动器的可变磁阻来替代霍尔传感器。
根据如图26中所示出的可以用于轴向移动和/或倾斜板30/光学器件20的致动器装置的又一实施例，致动器装置可以包括多个第一(顶部)电极810、特别是两个、三个或四个，布置在板中或上，以及刚性地连接到承载架50的相应的多个第二电极800，其中各第一电极810与不同的第二电极800关联且面对或背对各个第二电极800，以便在分别关联的电极810、800之间存在间隙。通过在各个第一和第二电极810、800之间施加电压，板/光学元件20可以相对于由透镜塑形构件11跨越/定义的所述平面轴向移动和或倾斜。从而，除了磁致动之外，静电致动也是可能的。此外，致动器电极810、800可以用于通过读出电极之间的电容值检测电极之间的距离。
图27示出了根据本发明的另外的可调透镜设备1的示意性剖面图。如先前的，透镜设备1包括透明且弹性可扩展的薄膜10、面对或背对薄膜10的透明(例如，平面的)光学元件20、具有在磁铁中心中形成的连续圆形凹处301的环形磁铁形式的壁状构件300，其中凹处301从磁铁的第一侧延伸到磁铁的第二侧，其中该磁铁的第二侧远离其第一侧。此外，磁铁在轴向上被磁化(在轴向A)。刚性光学元件20通过板状的环形磁通量返回结构305连接到磁铁的第一侧，该板状的环形磁通量返回结构305用于将返回的磁通量引导回磁铁且其位于光学元件20和磁铁之间。所述薄膜10连接到磁铁的第二侧300b，以便形成容积或容器V，其至少由薄膜10、光学元件20、形成所述容器的圆周壁状构件300的所述磁铁以及且返回结构305(其也形成容器壁的部分)限定。如先前所描述的，容积V完成利用透明的流体F填满。光学元件20、由驻留在其内有流体F的所述容积V以及薄膜10形成可调透镜。为了调整弯曲，特别地，透镜的焦点，透镜设备1还包括附接到薄膜10的外部10a的透镜塑形构件11，其外部10a背对所述容积V。从而，透镜塑形构件11限定了薄膜10的光学激活和弹性可扩展(例如，圆形)区域10c，其中特别地，所述区域10c延伸到透镜塑形构件11的(例如，圆周)内缘，且其中特别地，所述区域10c包括要调整的薄膜10的所述弯曲。透镜塑形构件11可以形成为环形(例如，圆形)框架，以生产球形可调透镜，而且其也可以具有任何其他的几何结构(参见上文)。
此外，透镜设备1包括致动器装置40，其在图27的右侧上详细示出。所述致动器装置40被设计成相对于与由透镜塑形构件11定义的平面垂直的轴向A生成光学元件的轴向移动。从而，透镜设备1可以在自动对焦应用中使用，其中透镜的焦点(即，薄膜10的弯曲)可以通过在轴向相对于透镜塑形构件11移动光学元件20如先前描述的控制。
针对此，在所述磁铁之外，致动器设备40包括线圈400，其由面对磁铁的第二侧300b的环形线圈框架406承载，且其相对于磁铁同轴布置。透镜塑形器11连接到线圈框架406，特别地，一体成形，且从线圈框架406向薄膜10突出，以如上文所描述的与其接触。此外，线圈框架406围绕与磁铁的凹处301对齐的凹处，以便光能够在轴向A通过容积V和线圈框架406。
如在图28中所示出的，特别地，在右手侧的下方，线圈400在线圈框架406圆周地延伸且还沿着磁铁延伸(与磁铁同轴)且面对后者的第二侧300b，以便磁铁布置在线圈400和磁通量返回结构305之间。
此外，在图27中示出的实施例中且在图28的左手侧下方以及在图28的左手侧上方，线圈400包括围绕线圈轴缠绕的导体，该线圈轴与轴向A一致(即，与所述平面或与所述透镜塑形构件11垂直)，其中线圈400包括围绕线圈400的内部第二部分402的外部第一部分401，其中导体围绕所述线圈轴缠绕，以便线圈400的所述两个部分401、402沿磁铁延伸且面对磁铁的第二侧300b。现在，如在图28中所指示的，在左手侧下方，在所述第一部分401中，导体具有与线圈400的第二部分402中的导体的缠绕方向相反的缠绕方向，以便当向线圈400施加电流时，电流在第一部分401中在一方向流动(出投影平面)以及在线圈400的第二部分402中在相反的方向(流入投影平面)流动。根据在线圈400的所述部分401、402中电流的方向，这生成了导致磁铁和线圈400以如在图27的右手侧指示的非常有效的方式彼此吸引或彼此排斥。通过这样的磁线圈配置，光学元件20可以在轴向A移向透镜塑形构件11和移离透镜塑形构件11，即用于增加薄膜10的弯曲，以如图28中所指示的例如在中上面板中改变焦点。
在图28的右手侧下方示出了磁线圈配置的修改。除了根据需要例如当透镜设备1被用作自动对焦透镜时在轴向移动光学元件之外，该修改还允许相对于平面倾斜光学元件20(即，透镜塑形构件11)。在该修改中，代替单个磁铁透镜设备1的致动器装置40包括多个磁铁303，例如三个磁铁303，如在图28的右手侧下方上示出的，其沿环形返回结构305布置，即围绕容积V，以便其例如沿返回结构305或容积V的外围均衡间隔开(或换句话说，围绕光学设备1的中央轴A布置)。所有的三个磁铁303在轴向A上被磁化。在此，每一磁铁303包括第一和第二侧303a、303b，其中第二侧303b背对第一侧303a，其中返回结构305连接到第一侧303a，同时薄膜10附接到磁铁303的第二侧303b。磁铁303植入到返回结构305中或者后者可以简单地连接到磁铁303的第一侧303a。磁铁303形成围绕透镜的填满容积V的流体的壁状构件300的部分。如在图28的右手侧下方上所指示的，磁铁303的第二侧303b还可以各自包括特定轮廓，例如细长的弯曲的轮廓，其顺着各个磁铁303所附接的环形(圆形)返回结构305的一部分的轮廓。
现在，代替单个线圈400，透镜设备1包括与磁铁303的数量对应的多个线圈403(在此，例如3个线圈403)，其中多个线圈的每一个线圈403与不同的磁铁303关联，其中各个线圈403在轴向A上面对关联的磁铁303。
特别地，所述线圈403中的每一个包括模仿关联的磁铁303的第二侧303b的轮廓的外部轮廓，例如，每一线圈可以包括细长的、弯曲的轮廓，以便在各个线圈403的外部的一半403a中，电流在沿关联的磁铁303的第一方向上流动，而其在各个线圈403的内部的另一半中在相反的方向流动。从而，当向线圈403中的一个施加电流时，根据在所述线圈403中电流的方向，生成使得关联的磁铁303与所述线圈403彼此吸引或彼此排斥的洛伦磁力。这允许相对于由透镜塑形构件11跨越的平面或相对于透镜塑形构件11自身倾斜光学元件20，其允许人们在光学元件20下给予棱镜形式的容积V，使得通过容积V的光如图28中所指示的在右手上方的面板中转向。这可以例如用于图像稳定，如上文所描述的。当然，如果所有的线圈403以对称的方式致动，则薄膜10的弯曲可以被改变，此外，由于光学元件20相对于透镜塑形构件11轴向移动，使得自动对焦功能可以与图像稳定结合。
除非另有说明，否则上文描述的磁线圈配置(单个线圈和单个磁铁以及多个线圈和磁铁)两者都可以应用到下文将描述的实施例。此外，拥有具有单个磁铁和多个线圈的配置也是可能的。
图29示出了图27和28中示出的实施例的修改，其中除了这些实施例之外，根据图29的透镜设备1包括环形场引导板407，其在背对磁铁的线圈框架406的一侧上相对于线圈框架406同轴设置。当由于由通过线圈400的电流产生的洛伦兹力导致了磁铁朝线圈400向下移动时，磁铁开始越来越被场引导板407吸引。该吸引力有助于使薄膜10变形，支持洛伦兹力且从而使得透镜设备1更有效。此外，场引导板407还有助于磁屏蔽设备1。
图30示出了根据本发明的另外的透镜设备1。在此，与图27至29相对比，返回结构305的第一侧连接的环形磁铁连接到透镜塑形构件11，其从磁铁向薄膜10向下突出且从上面与薄膜10接触，该薄膜10继而连接到圆周壁状构件406，其也承载面对磁铁的第二侧300b的线圈400(或线圈403)。在此，环形壁状构件406与薄膜10和光学构件20一起形成了针对流体F的容积V的容器，其中光学元件20在背对薄膜10连接到的壁状构件406的该侧的一侧上连接到壁状构件406或为壁状构件406的组成部分(例如，多层印刷电路板)。为了检测可以如上文描述的可以用于控制致动器装置40的磁铁的移动，设置了霍尔传感器408，其可以布置在壁状构件406上。在图29中示出的实施例中，磁铁和连接到其的透镜塑形构件11如上文所描述的被致动器装置相对于光学元件20在轴向移动和/或倾斜，而在图27到29中，其是其他的方式。
图31示出了在图30中示出的实施例的修改，其中与图30相对比，线圈400是统一的绕线方向的线圈，其布置在环形磁铁的第一侧上，而返回结构布置在磁铁的第二侧上。在此，线圈400通过围绕磁铁的轴向延伸垫片409连接到返回结构305。
此外，图32示出了在图31中示出的实施例的修改，其中省略了返回结构305且透镜塑形构件11由环形磁铁自身形成。
图33示出了在具有一个可变形薄膜10和两个液体容积V、V’的配置中，四种相对于薄膜10布置磁铁和线圈400的不同方式。通过选择两种具有不同折射率但是相同密度的液体F、F’,可以构造对重力不敏感的透镜。
图34详细示出了图33中示出的在左手侧下方上的配置。在此,薄膜10布置在从上面接触薄膜10的环形顶部透镜塑形构件11a与从下面接触薄膜10的(相同的)底部透镜塑形构件11b之间。薄膜10进一步支撑在圆周顶部垫片410与圆周底部垫片411之间,其中透明顶部玻璃20形式的光学元件20连接到顶部垫片410,以便顶部垫片410、顶部玻璃20和薄膜10形成利用(顶部)流体F填充的(顶部)容积V，且其中透明底部玻璃21形式的另外的光学元件21连接到底部垫片411，以便底部垫片411、底部玻璃21和薄膜10形成利用(底部)液体F’填充的(底部)容积V。现在，为了根据上文所描述的原理使薄膜10变形，顶部透镜塑形构件11a连接到驻留在容积V中的环形顶部磁铁，且底部透镜塑形构件11b连接到在轴向A面对顶部磁铁的环形底部磁铁300’且其相对于顶部磁铁同轴布置，其中两个透镜塑形构件11a、11b在轴向A布置在顶部磁铁和底部磁铁300’之间。此外，顶部磁铁和底部磁铁300’在轴向(在轴向A上)磁化。在此，顶部磁铁、底部磁铁300’中的每一个可以利用关联的线圈即顶部线圈400、以及底部线圈400’致动，其可以各自布置在印刷电路板(PCB)上或嵌入到印刷电路板(PCB)中，其中关联到顶部磁铁的顶部线圈400可以布置在顶部玻璃20上，以便其面对顶部磁铁，且其中与底部磁铁300’关联的底部线圈400’可以布置在底部玻璃21上，以便其面对底部磁铁300’。特别地，顶部磁铁、底部磁铁300’和关联的线圈400、400’可以如上文针对图27和28所描述的来配置。如果顶部和底部线圈400、400’连接以便两个线圈400、400’导致顶部磁铁、底部磁铁300’向上或向下移动，则可以实现非常有效率的磁铁的致动。
此外，图35示出了图34中示出的实施例的修改，其中与图34相对比，顶部磁铁、顶部透镜塑形构件11a和顶部线圈400被省略。
图36详细示出了在图33的左手侧下方上示出的配置。在此，从上面接触薄膜10的环形透镜塑形构件11也用作用于承载线圈400的线圈框架，线圈400嵌入到透镜塑形构件11中。为了向线圈400提供电气连接，透镜塑形构件11连接到接触弹簧412，通过接触弹簧，透镜塑形构件连接到圆周顶部垫片410和圆周底部垫片411。此外，在轴向A上，透镜塑形构件/线圈框架11布置在环形顶部磁铁和环形底部磁铁300’之间，其中顶部磁铁连接到顶部返回结构305，其继而连接到顶部玻璃20，该顶部玻璃20连接到顶部垫片410，且其中底部磁铁300’连接到底部返回结构305’，其继而连接到底部玻璃21，其连接到底部垫片411。顶部磁铁和底部磁铁300’这两者可以在轴向A被磁化。现在，圆周可变形顶部壁(例如，以顶部波纹管的形式)413从顶部磁铁向透镜塑形构件11延伸，以便形成利用顶部液体F填充的顶部容积V，且其由顶部玻璃21、顶部波纹管413和薄膜10限定。同样地，圆周可变形底部壁(例如，底部波纹管的形式)414从底部磁铁300’向透镜弹簧构件11延伸，以便形成利用底部流体F’填充的底部容积V’，且其利用底部玻璃21、底部波纹管414和薄膜10限定。
在具有两个容积V、V’和在其内的流体F、F’的实施例中，流体在折射率方面可能不同但是在密度上类似。特别地，另外的(底部)流体F’可以是上文描述的流体中的一个。具有两个充满流体的容积和在其之间的薄膜10的特别的优点在于可以几乎完全地移除重力感应的昏迷且透镜对震动更不敏感。
此外，在此，根据上文描述的原理，可以移除透镜塑形构件11以使用线圈400和顶部磁铁、底部磁铁300’将薄膜11变形。
最后，所示出的图33的左手侧上方和右手侧上方的实施例是图34中示出的实施例的修改，其中在图33的左手侧上方示出的实施例与图34的实施例对应，其区别在于顶部线圈400设置在邻近顶部玻璃200的顶部容积V内，且底部线圈400’设置在邻近底部玻璃21的底部容积内。此外，图33中在右手侧上方示出的实施例与在左手侧上方示出的实施例对应，但是现在顶部线圈已经利用顶部磁铁改变了位置，同时底部线圈已经利用底部磁铁改变了位置。

Claims (19)

1.一种透镜设备，包括：
-透明且弹性可扩展的薄膜(10)，
-面对薄膜(10)的光学元件(20)，
-壁状构件(300)，其中光学元件(20)和薄膜(10)连接到壁状构件(300)，使得形成容积(V)，
-驻留在所述容积(V)的流体(F)，以及
-透镜塑形构件(11)，附接到薄膜(10)，
其特征在于，
透镜设备包括致动器装置(40)，所述致动器装置(40)被设计成使透镜塑形构件(11)相对于光学元件(20)在轴向(A)移动，以调整驻留在容积(V)内的流体(F)的压力以及随后调整薄膜(10)的弯曲部分，其中所述轴向(A)与光学元件(20)沿其延伸的平面垂直，且其中所述致动器装置(40)被设计成相对于所述平面倾斜透镜塑形构件(11)，将容积(V)形成为棱镜以使通过该容积(V)的光转向，
其中所述透镜塑形构件(11)划定所述薄膜(10)的光激活且弹性可扩展区域(10c)的界限，其中所述区域(10c)延伸到所述透镜塑形构件(11)的内边缘，并且其中所述区域(10c)包括要调整的所述薄膜(10)的所述弯曲部分，
其中所述致动器装置(40)包括多个磁铁(303)，所述多个磁铁(303)围绕所述容积(V)布置，
并且其中所述致动器装置(40)包括多个线圈(403)，其中所述多个线圈中的每个线圈与不同磁铁关联，其中各个线圈包括围绕垂直于所述平面或所述光学元件(20)的线圈轴缠绕的导体，其中各个线圈沿相应的磁铁延伸且面向该相应的磁铁，以便当向各个线圈(403)施加电流时，根据在各个线圈(403)中的电流的方向，生成导致各个线圈(403)和相应的磁铁(303)彼此吸引或彼此排斥的洛伦兹力，其中所述多个磁铁(303)形成所述壁状构件(300)的一部分或者所述壁状构件承载面向相应的磁铁(303)的线圈(403)。
2.根据权利要求1所述的透镜设备，其特征在于，致动器装置(40)被设计成在轴向移动透镜塑形构件(11)且同时使其倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，致动器装置(40)被设计成作用于透镜塑形构件上，以在轴向移动透镜塑形构件(11)以及以倾斜透镜塑形构件。
4.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，透镜设备(1)包括用于检测透镜塑形构件(11)的空间位置的位置传感器装置(60)。
5.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，光学元件(20)是透明的。
6.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，各个磁铁(303)包括第一侧(303a)和第二侧(303b)，其中第二侧(303b)背对第一侧(303a)。
7.根据权利要求6所述的透镜设备，其特征在于，各个磁铁在垂直于所述平面的轴向(A)上被磁化。
8.根据权利要求6所述的透镜设备，其特征在于，各个线圈(403)由具有圆周或环形形状的线圈框架(406)支撑，其中线圈框架(406)面向相应的磁铁(303)，且其中透镜塑形构件(11)连接到线圈框架(406)。
9.根据权利要求6所述的透镜设备，其特征在于，壁状构件被设计成支撑相应的线圈(403)。
10.根据权利要求6所述的透镜设备，其特征在于，各个磁铁(303)连接到透镜塑形构件(11)。
11.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，透镜设备(1)包括反馈传感器(408)，所述反馈传感器(408)被设计成测量各个线圈(403)相对于相应的磁铁(303)的位移或其被设计成测量各个磁铁(303)相对于相应的线圈(403)的位移。
12.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，透镜设备(1)包括被设计成测量透镜设备的温度的温度传感器。
13.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，设置场引导板(407)，使得建立在各个磁铁(303)和场引导板(407)之间的吸引力增强，以便在薄膜(10)变得转向时，当各个磁铁(303)朝场引导板(407)移动时，上述吸引力增大。
14.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，光学元件(20)形成为具有反射表面的镜子。
15.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，透镜设备(1)包括用于检测要被抵消的透镜设备(1)的移动的移动传感器装置。
16.根据权利要求15所述的透镜设备，其特征在于，透镜设备(1)包括连接到移动传感器装置的控制单元，该控制单元被设计成根据由移动传感器装置检测到的要被抵消的移动来控制致动器装置(40)，使得透镜塑形构件(11)由致动器装置(40)相对于所述平面倾斜，以便以抵消所检测到的所述移动的方式改变通过透镜设备(1)的入射光束(A’)的方向。
17.根据权利要求1或2所述的透镜设备，其特征在于，透镜设备(1)包括在薄膜(10)的背对所述容积(V)的一侧上的另外的容积(V’)，其中另外的容积(V’)填充有另外的流体(F’)。
18.一种用于调整透镜设备(1)的方法，其使用根据前述权利要求中的一项的透镜设备，其中透镜设备(1)包括透明且弹性可扩展的薄膜(10)、面对薄膜(10)的光学元件(20)、壁状构件(300)以及连接到薄膜(10)的透镜塑形构件(11)，其中光学元件(20)和薄膜(10)连接到壁状构件(300)，使得形成容积(V)，流体(F)驻留在所述容积(V)中，其中透镜塑形构件(11)相对于光学元件(20)沿其延伸的平面倾斜以将容积(V)形成为棱镜以使经过容积(V)的光转向，且其中，透镜塑形构件(11)在轴向(A)上相对于光学元件(20)移动，以调整驻留在容积(V)内的流体(F)的压力以及随后调整所述薄膜(10)的弯曲部分，其中所述轴向(A)与光学元件(20)沿其延伸的所述平面垂直。
19.一种用于图像稳定的方法，其使用根据权利要求1至13、15、16、17中的一项的透镜设备，其中透镜设备(1)包括透明且弹性可扩展的薄膜(10)、面对薄膜(10)的光学元件(20)、壁状构件(300)以及连接到薄膜(10)的透镜塑形构件(11)，其中光学元件(20)和薄膜(10)连接到壁状构件(300)，使得形成容积(V)，流体(F)驻留在所述容积(V)中，其中检测要被抵消的透镜设备(1)的移动，且其中根据要被抵消的所检测到的移动来控制致动器装置(40)，使得透镜塑形构件(11)由致动器装置(40)相对于光学元件(20)沿其延伸的平面倾斜，以便以抵消所检测到的所述移动的方式改变通过透镜设备(1)的入射光束(A’)的方向。
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