CN109884740A - 一种柔性可变焦镜头、成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性可变焦镜头，包括：柔性变形透镜和夹紧机构，所述夹紧机构从上下方向夹持在所述柔性变形透镜的圆周上，用于受控从边部对所述柔性变形透镜施加变化的挤压力，使所述柔性变形透镜的中部发生形变，而改变其曲率，以实现对焦距的动态调节。本发明的柔性可变焦镜头与目前的固定焦距镜头相比，结构更加简单，体积更加轻薄，可电控变焦，且易于规模生产。

Description

一种柔性可变焦镜头、成像装置

技术领域

本发明涉及光学制造技术领域，更具体地，涉及一种柔性可变焦镜头及带有该柔性可变焦镜头的成像装置。

背景技术

随着相机等便携成像装置的日益小型化，对成像装置中设有的镜头的要求也越来越高。

现有的光学镜头无论采用何种材料制作透镜，其曲率通常都是固定的。因而，当使用相机拍摄不同的景物时，只有通过改变镜头在光轴上的物理位置，来改变拍摄时的焦距。这种变焦方式毫无疑问地对相机体积的进一步缩小形成了制约。

此外，安装有柔性透镜的可穿戴相机，在某些高速垂直运用场合，由于重力作用，会造成柔性透镜的畸变(向重力方向形变)，因而对拍摄质量产生不利影响，从而也制约了可穿戴相机的应用范围。

因此，如何有效地提升镜头的性能，如可变焦，结构更简单，更轻薄等，变得越来越重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种柔性可变焦镜头及带有该柔性可变焦镜头的成像装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种柔性可变焦镜头，包括：柔性变形透镜和夹紧机构，所述夹紧机构从上下方向夹持在所述柔性变形透镜的圆周上，用于受控从边部对所述柔性变形透镜施加变化的挤压力，使所述柔性变形透镜的中部发生形变，而改变其曲率，以实现对焦距的动态调节。

进一步地，所述柔性变形透镜为由柔性固体透光性材料制成的实心透镜，或者，所述柔性变形透镜为内部填充有液体透光性材料的复合结构透镜。

进一步地，所述夹紧机构包括一个上夹板环和一个下夹板环，所述上夹板环和下夹板环从上下方向夹持在所述柔性变形透镜的圆周上；所述上夹板环和下夹板环上设有位移调节机构，所述位移调节机构通过调节所述上夹板环和下夹板环的垂直间距，以对所述柔性变形透镜施加变化的挤压力。

进一步地，所述位移调节机构为均匀设于所述上夹板环和下夹板环之间的多个压电致动器，通过对所述压电致动器施加不同的电压，控制压电致动器产生伸缩位移，带动所述上夹板环和下夹板环相对运动，对所述柔性变形透镜施加变化的挤压力。

进一步地，所述上夹板环和下夹板环于设置所述压电致动器的部位延伸并形成上下相互交叉和转折，所述上夹板环经与所述下夹板环交叉后转折位于所述下夹板环之下，所述压电致动器连接设于交叉点外侧的所述下夹板环和上夹板环之间。

进一步地，还包括：预紧力调节机构，设于所述交叉点内侧的所述上夹板环和下夹板环之间，用于调节所述柔性变形透镜的光学中心位置和对称性。

进一步地，所述预紧力调节机构为多个设于所述交叉点内侧的所述上夹板环和下夹板环之间的弹簧。

进一步地，还包括：控制模块，所述控制模块根据聚焦要求，计算在所述压电致动器上需要的电压并施加。

进一步地，所述控制模块还根据位置传感器的信息和聚焦要求，计算在重力方向需要额外增加的电压并施加到所述压电致动器上，使所述上夹板环和下夹板环产生额外的位移，来抵消重力附加在所述柔性变形透镜上的额外变形。

本发明还提供了一种成像装置，所述成像装置设有上述任何一种的柔性可变焦镜头。

和目前的固定焦距镜头相比，本发明的柔性可变焦镜头，结构更加简单，体积更加轻薄，可电控变焦，且易于规模生产。

附图说明

图1-图2是本发明一较佳实施例的一种柔性可变焦镜头的侧视和顶视方向结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参考图1-图2，图1-图2是本发明一较佳实施例的一种柔性可变焦镜头的侧视和顶视方向结构示意图。如图1和图2所示，本发明的一种柔性可变焦镜头，包括：柔性变形透镜1、夹紧机构2和3、位移调节机构4和预紧力调节机构5等几个主要结构组成部分。

请参考图1和图2。柔性变形透镜1采用柔性高透光性材料制成。其中，柔性变形透镜1可以是由柔性固体高透光性材料制成的实心透镜。或者，柔性变形透镜1也可以是采用柔性固体高透光性高折射率材料作为外部壳体、并在壳体内部填充有液体高透光性高折射率材料的复合结构透镜。

夹紧机构2和3从上下方向夹持在柔性变形透镜1的圆周上，用于受控从柔性变形透镜1的圆周边部对柔性变形透镜1施加变化的挤压力，使柔性变形透镜1的中部发生形变，而改变其曲率，以实现对焦距的动态调节。

请参考图1和图2。作为一具体的实施方式，夹紧机构2和3可包括一个上夹板环2和一个下夹板环3，形成上下对应的一对环形结构。上夹板环2和下夹板环3分别从柔性变形透镜1的上下方向夹持在柔性变形透镜1的圆周上。柔性变形透镜1在上夹板环2和下夹板环3的夹持下可变形(变焦)。

上夹板环2和下夹板环3采用刚性材料制作。

上夹板环2和下夹板环3具有与夹持位置上柔性变形透镜1的凸起轮廓相对应的配合斜坡面。在上夹板环2和下夹板环3相向挤压柔性变形透镜1时，上夹板环2和下夹板环3内侧的斜坡面可以很好贴合柔性变形透镜1的凸起表面，从而能够和缓及均匀地将柔性变形透镜1的材料由边缘向中心挤压，由此可保证柔性变形透镜1良好的弧形轮廓，确保成像质量。

上夹板环2和下夹板环3上设有位移调节机构4。位移调节机构4通过调节上夹板环2和下夹板环3的垂直间距，得以对柔性变形透镜1施加变化的挤压力。

请参考图1和图2。作为一优选的实施方式，位移调节机构4可以采用均匀设于上夹板环2和下夹板环3之间的多个压电致动器4。通过对压电致动器4施加不同的电压，控制压电致动器4产生伸缩位移，即可带动上夹板环2和下夹板环3上下相对运动，从而可对柔性变形透镜1施加变化的挤压力。换言之，压电致动器4提供对上夹板环2和下夹板环3施加挤压力的控制，使柔性变形透镜1成为可电控变焦的透镜。

作为一具体的实施方式，上夹板环2和下夹板环3在设置压电致动器4的部位进行结构延伸，其延伸的部位先相向转折，形成上下相互交叉的状态，然后再经过转折。这样，上夹板环2经与下夹板环3交叉并转折后，就位于下夹板环3之下。压电致动器4就连接设于交叉点外侧的下夹板环3和上夹板环2之间。多个均分的压电致动器4可调节上夹板环2、下夹板环3间的相对位移，来控制柔性变形透镜1改变焦距。

上夹板环2和下夹板环3在相互交叉位置无须相连，只要相互穿过即可。不过，也可以交叉点形成转动支点。

请参考图1和图2。在上夹板环2和下夹板环3上还可设置预紧力调节机构5。具体的，预紧力调节机构5可设于交叉点内侧的上夹板环2和下夹板环3之间，用于调节柔性变形透镜1的光学中心位置和对称性。

作为一具体的实施方式，预紧力调节机构5可采用多个设于交叉点内侧的上夹板环2和下夹板环3之间的可调弹簧5。其中，弹簧5与压电致动器4采用一一对应的配合方式。弹簧5的张力施加在柔性变形透镜1和各压电致动器4上，可调节上夹板环2和下夹板环3相对柔性变形透镜1的预紧力。

作为一优选的实施方式，可如图示，在上夹板环2和下夹板环3的圆周对称四个位置设置结构延伸，并在交叉点两侧分别安装一个压电致动器4和一个弹簧5。通过在四个压电致动器4上施加相同的电压，同时控制四个压电致动器4位移(伸缩)，带动上夹板环2和下夹板环3的相对平动运动，并挤压柔性变形透镜1,使其中间凸起，以达到调节焦距的目的。

柔性变形透镜1受压时，其中间的凸起量比例于上夹板环2，下夹板环3相对平动位移量，即四个压电致动器4的位移(伸缩)量。通过四个均分的预紧力可调弹簧5调节预紧力,可调节光学中心的位置和对称性。

上述器件结构可通过一控制模块进行控制。控制模块可根据聚焦要求，计算出在压电致动器4上需要的电压，并施加给各压电致动器4。通过在各个压电致动器4上施加相同的电压，同时控制各个压电致动器4位移(伸缩)，带动上夹板环2和下夹板环3的相对平动运动，并挤压柔性变形透镜1，使其中间凸起，以达到调节焦距的目的。

此外，在某些垂直运动场合，由于重力作用，会造成柔性变形透镜1的畸变(在向重力方向形变)。此时，控制模块还可根据位置传感器的信息和聚焦要求，在各个压电致动器4上施加不同的电压，通过上夹板环2，下夹板环3在各个方向不同的位移，来修正补偿重力对柔性变形透镜1变形的影响。即控制模块可计算出在重力方向需要额外增加的电压，并施加到各压电致动器4上，使上夹板环2和下夹板环3增加产生额外的位移，来抵消重力附加在柔性变形透镜1上的额外变形。

上述的柔性可变焦镜头可设置在成像装置上，构成镜头具有电控变焦功能的成像装置。成像装置例如可以是各种数码相机。

与目前的固定焦距镜头相比，本发明的柔性可变焦镜头，结构更加简单，体积更加轻薄，可电控变焦，且易于规模生产。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性可变焦镜头，其特征在于，包括：柔性变形透镜和夹紧机构，所述夹紧机构从上下方向夹持在所述柔性变形透镜的圆周上，用于受控从边部对所述柔性变形透镜施加变化的挤压力，使所述柔性变形透镜的中部发生形变，而改变其曲率，以实现对焦距的动态调节。

2.根据权利要求1所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，所述柔性变形透镜为由柔性固体透光性材料制成的实心透镜，或者，所述柔性变形透镜为内部填充有液体透光性材料的复合结构透镜。

3.根据权利要求1所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，所述夹紧机构包括一个上夹板环和一个下夹板环，所述上夹板环和下夹板环从上下方向夹持在所述柔性变形透镜的圆周上；所述上夹板环和下夹板环上设有位移调节机构，所述位移调节机构通过调节所述上夹板环和下夹板环的垂直间距，以对所述柔性变形透镜施加变化的挤压力。

4.根据权利要求3所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，所述位移调节机构为均匀设于所述上夹板环和下夹板环之间的多个压电致动器，通过对所述压电致动器施加不同的电压，控制压电致动器产生伸缩位移，带动所述上夹板环和下夹板环相对运动，对所述柔性变形透镜施加变化的挤压力。

5.根据权利要求4所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，所述上夹板环和下夹板环于设置所述压电致动器的部位延伸并形成上下相互交叉和转折，所述上夹板环经与所述下夹板环交叉后转折位于所述下夹板环之下，所述压电致动器连接设于交叉点外侧的所述下夹板环和上夹板环之间。

6.根据权利要求5所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，还包括：预紧力调节机构，设于所述交叉点内侧的所述上夹板环和下夹板环之间，用于调节所述柔性变形透镜的光学中心位置和对称性。

7.根据权利要求6所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，所述预紧力调节机构为多个设于所述交叉点内侧的所述上夹板环和下夹板环之间的弹簧。

8.根据权利要求4-7任一所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，还包括：控制模块，所述控制模块根据聚焦要求，计算在所述压电致动器上需要的电压并施加。

9.根据权利要求8所述的柔性可变焦镜头，其特征在于，所述控制模块还根据位置传感器的信息和聚焦要求，计算在重力方向需要额外增加的电压并施加到所述压电致动器上，使所述上夹板环和下夹板环产生额外的位移，来抵消重力附加在所述柔性变形透镜上的额外变形。

10.一种成像装置，其特征在于，所述成像装置设有权利要求1-9任一所述的柔性可变焦镜头。