CN110998374A - 自适应透镜 - Google Patents

自适应透镜 Download PDF

Info

Publication number
CN110998374A
CN110998374A CN201880043484.4A CN201880043484A CN110998374A CN 110998374 A CN110998374 A CN 110998374A CN 201880043484 A CN201880043484 A CN 201880043484A CN 110998374 A CN110998374 A CN 110998374A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
optical
membrane
lens assembly
overall shape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880043484.4A
Other languages
English (en)
Inventor
皮埃尔·克雷恩
弗拉基米尔·卡尔塔晓夫
尼古拉斯·塔拉罗恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Polight ASA
Original Assignee
Polight ASA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Polight ASA filed Critical Polight ASA
Priority to CN202211387302.XA priority Critical patent/CN115963588A/zh
Publication of CN110998374A publication Critical patent/CN110998374A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G02C7/08—Auxiliary lenses; Arrangements for varying focal length
    • G02C7/081—Ophthalmic lenses with variable focal length
    • G02C7/085—Fluid-filled lenses, e.g. electro-wetting lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/101—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical and mechanical input and output, e.g. having combined actuator and sensor parts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type
    • H10N30/2048—Membrane type having non-planar shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)
  • Adjustment Of Camera Lenses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可调节光焦度的可调透镜。该透镜包括夹在薄的柔性膜和透明后窗之间的可变形的非流体透镜主体，以及用于改变膜和透镜主体的整体形状的致动器系统。膜被预成形为具有至少10μm的矢高或矢状度，使得当致动器系统未被激活时，透镜具有非零光焦度。为了获得透镜的较大的光焦度范围，膜应该优选地由杨氏模量在2‑1.000MPa范围内的材料制成。

Description

自适应透镜
技术领域
本发明涉及一种可以在光焦度范围内调节的具有给定非零光焦度(opticalpower)(或等效地，有限焦距)的自适应透镜，以及制造该透镜的方法。
背景技术
随着光学设备(诸如移动电话中的相机、扫描装置和机器视觉)的最新发展，需要能够快速聚焦的小透镜。在移动电话相机中，像素的数量一直在增加，但是需要足够质量的紧凑型透镜来充分利用像素的优势。除了小尺寸之外，这还需要聚焦能力，特别是如果相机还适用于其他目的(诸如读取条形码和扫描相机附近物体的图像)的话。增加透镜的聚焦能力也允许使用更大的孔径，从而增加系统的光灵敏度，而不会受到透镜景深减小的影响。
传统的玻璃透镜被认为对于许多目的来说过于昂贵，即使它们已经被用于一些移动相机中，但是仍然是不可调的，并且已经进行了研究以找到其他解决方案。一个有前途的领域是由软聚合物制成的透镜的开发。它们具有一些光学性质，并且可以通过静电力、拉伸软聚合物透镜成形或者通过使软聚合物表面成形来获得选定的形状，以用于聚焦作用。另一个提出的解决方案是使用折射率缓变的软聚合物，但是这被证明是复杂的，难以生产出足够好的质量。与这些解决方案相关的问题是在曲率和表面连续性质量二者方面获得足够好的透镜表面。
其他提出的解决方案包括使用放置在透镜内部腔体中的液体，其中调节腔体的形状以调节透镜的焦距。日本专利申请公开号JP2002239769、JP2001257932、JP2000081503、JP200081504、JP10144975、JP11133210、JP10269599和JP2002243918中讨论了显示这一点的示例。此外，在T.Kaneko等人的以下论文中对此进行了讨论：“使用多层压电双晶片致动器的快速响应动态聚焦透镜”，微光机械系统，Richard R.A.Syms编辑，SPIE论文集，第4075卷(2000年)。所有这些均基于受限于腔体内的液体，其充当透镜，并且其中至少一个表面可以通过施加的力来成形。这具有以下缺点：为使透镜成形而施加的压力必须压缩流体或腔体，这需要很大的力，或者必须提供额外的腔室来将一部分液体压出腔体。温度波动引起的体积变化也可能导致问题。
上述解决方案的缺点在于它们
·无法提供实时适应
·无法真正提供良好的光学质量
·增加厚度或复杂度，这不适用于微型解决方案，诸如手机中的相机模块
·使用制造困难的液体，导致可靠性和鲁棒性低以及性能不稳定。
许多具有可调焦距的现有技术透镜的缺点是，它们在零或非常小的光焦度范围内可调，这意味着它们必须与传统透镜相结合，以提供必要的放大率/光焦度和图像形成能力。这增加了成本和空间要求。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种适合大规模生产并具有固有非零光焦度的紧凑可调透镜组件。
在第一方面，本发明提供了一种光学透镜组件，其包括：夹在透明后窗和透明柔性膜之间的可变形的非流体的透镜主体，以形成光轴垂直于后窗表面部分的透镜，该膜被预成形为将第一整体形状压印到膜和透镜主体上，由此，透镜具有至少10μm的矢高(sag)；以及致动器系统，用于施加力以将膜和透镜主体的整体形状从第一整体形状改变为第二整体形状，由此，该透镜具有不同的光学特性。
在下文中，将总结许多优选和/或可选的特征、元件、示例和实现。在适用的情况下，关于一个实施例或方面描述的特征或元件可以与其他实施例或方面结合或应用于其他实施例或方面。例如，关于透镜组件应用的结构和功能特征也用作关于该方法的特征，反之亦然。此外，对发明人实现的本发明的基本机理的解释是出于解释的目的而给出的，并且不应用于推断本发明的事后分析。
透明的柔性膜是预成形的，这意味着膜在装配到透镜组件中之前已经获得其形状。当膜与透镜主体和后窗进行装配时，膜将优选地具有钟形(凸形或凹形)，其中心部分具有球形或至少基本上球形的形状，对应于普通透镜表面的形状。这在图3B中示出。当致动器系统未被激活时，即透镜的“默认”、“固有”或“零伏(Volt)”状态，将测量由膜的预成形导致的至少10μm的矢高。在默认状态下具有基本球形形状的中心部分的周缘限定了透镜组件的孔径。
矢高在图2中示出，并且被定义为透镜表面距其弦的高度，由下式给出：
Figure BDA0002340605890000031
其中R是(膜中心部分的)曲率半径，并且D是等于孔径直径的弦长。至少10μm的矢高不限于(第一整体形状的)孔径直径或曲率半径的特定值，并因此容纳不同尺寸和强度的透镜。在进一步的实施方式中，优选的是，该矢高为至少15μm或至少20μm。
矢高与光焦度(OP)有关，如下
Figure BDA0002340605890000032
其中n是透镜主体的折射率。
下表1给出了对于矢高≥10μm且n＝1.57的弦长/孔径直径和光焦度的示例值。
Figure BDA0002340605890000033
表一
在本说明书中，孔径指的是如上定义的透镜组件中的孔径，而不是使用透镜组件的光学装置的实际孔径，该实际孔径通常是可变的。因此，对于给定的孔径大小和透镜主体，矢高和光焦度之间存在直接的相关性，并且在本说明书中它们将互换使用。因此，在替代的表达方式中，本发明的第一方面可以使用光焦度而不是矢高来定义，其中通过第一整体形状，透镜具有相当大的非零第一光焦度。第一光焦度(和孔径大小)的优选值很大程度上取决于使用透镜组件的应用。在优选实施例中，第一光焦度为至少5屈光度，诸如至少10屈光度，诸如至少20屈光度。
第一整体形状的固有矢高或光焦度是有利的，因为大多数现有技术的小型可调透镜具有零或很小的固有光焦度，因此在最大电压下提供了可能为少许屈光度的总光焦度。因此，这种透镜通常必须与具有希望在其周围进行调节的光焦度的标准透镜相结合。这种透镜使用在零伏时平坦或几乎平坦并且通常由玻璃(例如耐热玻璃、蓝宝石、SiO2或BPSG)制成的可变形膜，其中杨氏模量在几十GPa的范围内。这种透镜组件的示例可以在例如WO2008/035983、WO 2010/005315或WO 2014/147060中找到。
在本说明书中，可变形的非流体的透镜主体优选地由弹性材料制成。因为透镜主体是非流体的，所以不需要紧密的外壳来固定透镜主体，并且没有泄漏的风险。优选的是，透镜主体是非流体的，因为其具有大于300Pa的弹性模量。在一个优选实施例中，透镜主体由软聚合物制成，其可以包括多种不同的材料，诸如硅树脂、聚合物凝胶、交联或部分交联聚合物的聚合物网络以及可混溶的油或油的组合。使用软聚合物使得生产聚合物与空气或其他可压缩气体接触的透镜成为可能，因此在调节透镜焦距时需要很小的力。它还简化了生产，因为即使不同的生产步骤位于不同的位置或设施，聚合物也将保持原位。如上所述，它还使得提供可压缩气体的泄漏通道或气泡成为可能，以便减小调节透镜必要的所需力，并减小由环境中的温度和压力波动引起的张力。为了不在相对薄且柔软的膜上施加任何压力，透镜主体优选具有上表面部分，该上表面部分的形状对应于预成形膜的形状。
后窗优选是例如SiO2或玻璃的平面透明基板。所述后窗优选地具有面向透镜主体的平坦表面。背对透镜主体的相对表面可以是平坦的，或者可以具有凸面或凹面，例如球形形状，以构成透镜的背面。然而，在其他实施例中，后窗可以是弯曲的基板，诸如球面部分以及非球面形状。
后窗可以形成包括透镜组件(诸如移动电话相机)的装置的盖玻璃。这将减少层数，并通过减少闪光和提高透射率来提高光学质量。后窗可以具有抗反射涂层(ARC)，并且还提供IR滤光功能，可能与透镜主体的滤光特性相结合。在另一个实施例中，后窗形成触摸屏的透明基板的一部分。这种触摸屏在许多电子装置(诸如移动电话、平板电脑、计算机显示器、GPS、媒体播放器、手表等)中是标准的。这种触敏屏幕可以基于不同的触摸屏技术，诸如电阻系统、电容系统、表面声波系统、红外系统等，所有这些都包括在其底部的透明基板。
在可替换的实施例中，在后窗和与透镜主体相对的后窗一侧上的盖玻璃之间添加了额外的聚合物层。与现有技术的解决方案相比，这提供了在透射率和重影方面更紧凑和更好的优点，因为它涉及更少的空气/玻璃接口。它还消除了后窗上的AR涂层的需要。
优选的是，具有膜的第二整体形状的透镜和透镜主体的不同光学特性是矢高和/或光焦度和/或光学像差。这意味着改变整体形状会调整矢高，并从而调整光焦度或像差“位于”透镜的默认第一光焦度“之上”。因此，可以单独使用根据本发明的透镜在几乎任何光焦度附近，进行动态聚焦调节或动态像差校正。
对于给定D和n的特定应用，通常通过可调透镜的光焦度值而不是矢高值来定义可调透镜的动态范围。光焦度范围是透镜可以通过致动器系统获得的最高和最低光焦度之间的差值。由膜的预成形产生的第一光焦度可以是该光焦度范围的终点或者位于该光焦度范围内——在这两种情况下，光焦度被称为是可“围绕”第一光焦度调节的。优选的是，光焦度范围为至少2屈光度或4屈光度，诸如至少6屈光度或优选地至少10屈光度。可以使用上面的等式(2)来计算相应的矢高值范围。
模拟和实验表明，为了使预成形膜提供相当大的光焦度范围，相对于现有技术的玻璃膜，膜应该优选是柔软且非常柔韧的。因此，优选的是，根据第一方面的透镜组件中的预成形膜由杨氏模量在1-10000MPa范围内(诸如在100-10000MPa之间，诸如在100-7000MPa之间，或者例如在100-5000MPa之间)优选地在2-1000MPa范围内的材料形成。
膜可以由大量不同的材料形成，诸如丙烯酸树脂、聚烯烃、聚酯、硅树脂、聚氨酯等。
预成形膜的优选参数范围是：
厚度：5-30μm
矢高：10-500μm
弦长/孔径直径：1-60mm
具有这种厚度的预成形膜如果单独留下可能无法保持其形状。当透镜主体夹在膜和后窗之间时，优选地调节装置的尺寸和透镜主体的大小，使得透镜主体将填充预成形膜下的凸形空间，并从而至少为膜的中心部分提供支撑。
当装配透镜时，膜优选地保持未拉伸，使得第一整体形状仅是透镜主体预成形和填充的结果。通过在压力下将透镜主体插入膜和后窗之间的空间以通过拉伸“升起”该膜来获得整体形状，将导致非常差的动力学性能。
致动器系统用于改变膜和透镜主体的整体形状。致动器系统可以邻接膜以改变整体形状，或者它可以通过另一种结构或介质(诸如保持膜或透镜主体的支撑物或流体)而作用在膜上。在一个优选实施例中，致动器系统包括压电致动器，诸如在中心部分外部的薄膜表面上的PZT。这种压电材料易于形成和控制，并且与晶片级处理技术兼容。因为它们通常将形成为围绕膜的中心部分，所以它们也可以为使用透镜组件的光学装置限定孔径。在另一个优选实施例中，致动器系统包括音圈电机(VCM)，该音圈电机可以提供比压电致动器更大的力和冲程或振幅，并且允许用于更大的孔径或任何其他可以用于施加可能导致预成形膜弯曲的力的装置的空间，该音圈电机可以是压电致动器、静电致动器或任何其他类型的致动器。
在另一个优选实施例中，根据第一方面的透镜组件还包括刚性框架，并围绕透镜主体以支撑膜的周缘。在该实施例中，膜、框架和后窗形成固定透镜主体的腔体。这种刚性框架可以用于几个目的，诸如用于固定膜的支撑物、横向限制透镜主体。框架优选地使用例如硅的晶片级生产技术形成，并且为了用作刚性框架，框架应该形成为与膜相比而言更小变形的。这可以通过几百微米或几毫米厚的硅框架(杨氏模量为数百GPa)获得。可能需要机械装置来确保膜相对于后窗的同心度。这种同心度所需的精度将根据应用、所需的光学质量水平以及使用它的光学系统的每个光学部件的光焦度而变化。
虽然膜优选地固定到框架上，但是后窗可以仅被附接到透镜主体上，从而相对于框架自由浮动。这用于补偿热补偿，因为透镜主体可以膨胀而对膜几乎没有影响或没有影响。在替代实施例中，后窗可以通过软材料而被附接到框架，以形成更封闭和/或更刚性的结构。在这种情况下，透镜主体的热膨胀然后可以用其他方式补偿。
附图说明
图1示出了来自现有技术文献中的可调透镜。
图2示出了根据本发明的透镜组件的各种设计参数。
图3A和B示出了根据本发明优选实施例的透镜组件的俯视图和侧面剖视图。
图4A和B示出了透镜组件实施例的四分之一俯视图。
图5A和B示出了透镜组件实施例的3D视图。
图6A和B是分别示出图4A和B的实施例的光焦度范围相对于薄膜的杨氏模量的依赖性的曲线图。
图7A和B是分别示出图4A和B的实施例在不同电压下膜的变形的曲线图，其中膜的杨氏模量等于44Pa。
图8和9示出了根据本发明不同实施例的替代致动系统。
图10示出了根据本发明实施例的具有额外聚合物层和盖玻璃的透镜组件的剖视图。
具体实施方式
根据本发明优选实施例的透镜组件建立在由poLight AS开发的并且在此通过引用而包括的先前专利申请诸如WO 2008/035983、WO 2010/005315或WO2014/147060中详细描述的T型透镜技术之上，。关于可以与根据本发明的预成形膜一起使用的T型透镜组件的更多细节可以在本文中找到。
图1示出了现有技术的可调节透镜11，其具有夹在后窗3和平坦的柔性膜14之间的可变形体12。此外，在膜上设置有压电薄膜8，当施加电压时，压电薄膜8使膜向上弯曲(虚线)以改变光焦度。
图3A和B示出了根据本发明优选实施例的透镜组件1的俯视图(图3A)和侧面剖视图(图3B)。这里，透镜组件包括夹在后窗3和透明柔性膜4之间的可变形的非流体的透镜主体2，以形成光轴6垂直于后窗的表面部分的透镜。透镜组件的各个部件由通常围绕透镜主体的刚性框架9保持在一起。框架9可以包括单独的零件，其在组件中也提供另一种功能。例如，后窗3也可以用作其他部件的支撑物，并且在这方面可以是框架的一部分。框架9形成带有圆角的方形开口。膜被预成形为将第一整体形状压印到膜和透镜主体，由此，透镜具有至少10μm的最小矢高或相应的第一光焦度。此外，提供致动器系统7，用于施加力以将膜和透镜主体的整体形状从第一整体形状改变为第二整体形状(虚线4a)，由此，透镜具有不同的光学特性。
预成形膜的中心部分具有基本上球形的形状以用作透镜表面，但是可以具有小的差异以校正各种光学像差。膜的预成形形式可以是钟形(图3B)、球形形状(未示出)或其他形状。在钟形膜的情况下，中心部分可以被定义为位于曲线的拐点内，因为外部区域将具有凹形形状，并因此不会有助于聚焦。该中心部分的周缘或其内限定了透镜组件的孔径。一般来说，孔径越大，透镜越大，并且它能收集到的光就越多。
透镜主体2没有完全填充在膜4、框架9和后窗3之间形成的腔体的体积，并且空气或另一种可压缩流体填充了剩余的体积。这允许改变该体积的大小，并从而改变膜的形状。
透镜主体可以具有与预成形膜的形状相对应的形状，使得邻接这些不会改变膜的形状。这可以通过在装配前使透镜主体预成形或者通过在后窗和膜之间注射可塑性材料来完成。在特定实施例中，将液体反应混合物注入后窗和膜之间。然后将透镜放入高温炉中一段特定时间，并且液体反应混合物变成粘弹性的非流体聚合物，其形状为预成形膜的形状。
模拟
已经对图3A和B所示的透镜组件进行了许多模拟，其中致动器系统包括压电PZT薄膜8。在模拟中，PZT薄膜的布局和膜4的杨氏模量是变化的。PZT的电压在0V和40V之间变化，并且光焦度范围等于OP(40V)–OP(0V)。
图4A和B示出了图3A和B中所示的具有两种不同布局的压电薄膜8的透镜组件的四分之一俯视图。在这两种情况下，PZT薄膜中的孔的直径为1.55mm，并形成与膜4的中心部分同心的孔径5。图5A和5B示出了图4A和4B的透镜组件的3D视图，其中有透镜主体2、后窗3和侧壁9。
对于图4A和B的两个实施例，模拟光焦度范围以用于改变膜的杨氏模量。结果被绘制在图6A和B中，其显示了光焦度范围相对于杨氏模量的依赖性。
只要它不会引入任何实质性像差，就希望光焦度范围尽可能大。在优选的光焦度范围为5dpt的情况下，可以看到杨氏模量的优选范围在图6a中为0.8-3000MPa且在图6b中为2-10000MPa。如果优选光焦度范围为10dpt，那么杨氏模量的优选范围在图6a中为2-800MPa且在图6b中为20-1000MPa。在这些实施例的物理实现中，较高的光焦度范围是否会导致膜的中心部分中的散光或不希望的变形，仍有待探索。
图7A和B是分别示出图4A和B的实施例在不同电压下膜变形的曲线图，并且其中膜的杨氏模量等于44MPa。
下表总结了预成形膜和透镜组件的一些可能参数(EFL是有效焦距)。
折射率,n＝1,8
Figure BDA0002340605890000091
Figure BDA0002340605890000101
该表中的参数是可以在根据本发明的透镜组件的设计中使用的示例性值。但是，它们不是优选值，或者绝不是旨在限制本发明的范围。
致动器系统
可以使用致动器，其将主要沿着膜引入压缩/拉伸压力，以使膜变形并引入光学变化。如果致动器对称定位，以使得压力具有围绕光轴的旋转对称性，则它们将主要产生沿光轴的焦点变化。通过设计，致动器可以施加非对称压力并引入圆柱形变形、三叶形变形等。
前面描述的压电薄膜是这种致动器的示例。这些可以是薄膜PZT、块压电或任何其他任何能产生足够的力来弯曲膜的类型。当施加电压时，膜上的压电薄膜受到拉伸应力。该应力使薄膜在横向尺寸上收缩，导致膜弯曲。为了改变中心部分的膜的形状，压电薄膜通常必须布置在框架的开口内，这可能会限制中心部分的大小，从而限制孔径的大小。因此，其他可能的致动器系统有时也是相关的，并且将在下面进行描述。
膜不需要与致动系统直接接触；它可以通过诸如透镜主体的介质。由于膜是柔软的并且由透镜主体支撑，并且由于透镜主体是非流体的，所以使透镜主体变形将改变膜的形状。例如，围绕透镜主体的多个致动器可以同步启动，以挤压透镜主体的腰部并向上推动膜。仅启动一侧的致动器，膜形状将倾斜，且焦点可以横向移动。
图8和9示出了应用不同致动器的实施例。图8示出了使用带状物81和旋转电机82作为致动系统的透镜组件80的侧视图和俯视图。电机的旋转会拉紧/松开带状物，并从而改变膜和透镜主体的整体形状。
图9示出了使用基于VCM(音圈电机)的致动器系统的透镜组件91。致动器系统包括由软的或柔性的保持器93保持在膜4附近的线圈92，以及磁体或可磁化构件94，这里被集成在框架9中。当电流通过线圈92时，感应出与磁体94相互作用以移动线圈的磁场。通过适当布置线圈、磁体和膜，线圈可以用于在膜上沿着期望的方向施加力。图9仅示出了一种示例性布置，线圈和磁体可以被布置成沿不同方向移动。可替换地，线圈92可以被固定，磁体或可磁化构件94可以被可移动地保持。
如果透镜组件被集成到已经具有盖玻璃的装置中，则可能无法将后窗用作盖玻璃，并且需要一种将透镜组件与装置光学对接的方式。图11示出了具有额外的聚合物层33和盖玻璃31的透镜组件32。这里，优选为无源的额外聚合物层33提供了没有任何空气/玻璃接口的柔性光学接口。图11还示出了孔径光阑34，其可以被添加到透镜装置中的任何位置。
应用
根据本发明的透镜组件可以用在用于各种装置特别是移动电话中的相机模块的透镜堆叠中。这将具有不增加厚度的优点。通常堆叠中的第一个透镜是实现这种可变聚焦透镜的最佳位置。
本发明还将允许可以在非零光焦度附近进行调节的较大的可调透镜。这种透镜可用于需要矫正老花眼、近视、散光的人的自适应眼镜，以及像显微镜或望远镜焦平面的科学设备。

Claims (11)

1.一种光学透镜组件(1)，包括：
-透明且柔性膜(4)，其中所述柔性膜由杨氏模量在5MPa和10.000MPa之间的范围中的材料形成；
-透明后窗(3)；
-被夹在所述透明后窗(3)和所述透明柔性膜(4)之间的透明的、可变形的、非流体的透镜主体(2)，以形成光轴(6)垂直于所述透明后窗的表面部分的透镜；
所述透明且柔性膜被预成形为：将第一整体形状压印到所述透明且柔性膜和所述非流体的透镜主体上，由此，所述透镜具有至少10μm的矢高，其中利用所述第一整体形状，所述透镜具有显著的非零第一光焦度；
-被布置成支撑所述膜的周缘的刚性框架(9)；以及
-致动器系统(7)，用于施加力以将所述膜和所述透镜主体的整体形状从所述第一整体形状改变为第二整体形状，由此，所述透镜具有不同的光学特性；其中所述致动器系统包括在所述透明且柔性膜的表面上的压电致动器(8)。
2.根据权利要求1所述的光学透镜组件，其中，当所述致动器系统未被激活时，诸如处于所述透镜的零伏状态时，所述透镜具有至少10μm的矢高。
3.根据前述权利要求中任一项所述的光学透镜组件，其中所述柔性膜具有5至30μm的厚度、10至500μm之间的矢高和1至60mm之间的孔径直径。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学透镜组件，其中所述非流体的透镜主体具有大于300Pa的弹性模量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学透镜组件，其中所述非流体的透镜主体由交联或部分交联的聚合物的聚合物网络、和可混溶的油或油的组合制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学透镜组件，其中具有所述第一整体形状的透镜具有至少15μm或至少20μm的矢高。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学透镜组件，其中，预成形的膜的中心部分具有基本球形的形状，并且该中心部分的周缘限定了所述透镜组件的孔径。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学透镜组件，其中，对于所述第一整体形状，至少10μm的矢高对应至少5屈光度的第一光焦度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的光学透镜组件，其中不同的光学特性是矢高和/或光焦度和/或光学像差。
10.根据权利要求7和9所述的光学透镜组件，其中不同的光学特性包括光焦度，并且其中所述透镜具有带有第二整体形状的第二光焦度，并且其中所述第一光焦度和第二光焦度之间的差，即光焦度范围，是至少2屈光度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学透镜组件，其中所述透镜主体具有上表面部分，所述上表面部分被成形为具有与所述预成形的膜的形状对应的形状。
CN201880043484.4A 2017-06-30 2018-06-28 自适应透镜 Pending CN110998374A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211387302.XA CN115963588A (zh) 2017-06-30 2018-06-28 自适应透镜

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17179006 2017-06-30
EP17179023 2017-06-30
EP17179006.6 2017-06-30
EP17179023.1 2017-06-30
PCT/EP2018/067386 WO2019002448A1 (en) 2017-06-30 2018-06-28 ADAPTIVE LENS

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211387302.XA Division CN115963588A (zh) 2017-06-30 2018-06-28 自适应透镜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110998374A true CN110998374A (zh) 2020-04-10

Family

ID=62815025

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880056027.9A Active CN111033321B (zh) 2017-06-30 2018-06-28 用于光学图像稳定和聚焦调节的透镜配件
CN201880043484.4A Pending CN110998374A (zh) 2017-06-30 2018-06-28 自适应透镜
CN202211387302.XA Pending CN115963588A (zh) 2017-06-30 2018-06-28 自适应透镜

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880056027.9A Active CN111033321B (zh) 2017-06-30 2018-06-28 用于光学图像稳定和聚焦调节的透镜配件

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211387302.XA Pending CN115963588A (zh) 2017-06-30 2018-06-28 自适应透镜

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11693159B2 (zh)
EP (2) EP3646067A1 (zh)
JP (3) JP7063921B6 (zh)
KR (2) KR102624410B1 (zh)
CN (3) CN111033321B (zh)
AU (1) AU2018294509B2 (zh)
BR (1) BR112019027960A2 (zh)
WO (2) WO2019002448A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021249180A1 (zh) * 2020-06-11 2021-12-16 京东方科技集团股份有限公司 Ar/vr眼镜
CN115209034A (zh) * 2021-04-12 2022-10-18 深圳市万普拉斯科技有限公司 摄像模组及电子设备

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12013551B2 (en) * 2016-09-23 2024-06-18 Webster Capital, LLC Stop structure for optical module
US11693159B2 (en) * 2017-06-30 2023-07-04 Polight Asa Adaptive lens
CN110266838A (zh) * 2019-06-11 2019-09-20 Oppo（重庆）智能科技有限公司 摄像头组件及其制造方法、电子设备及其装配方法
US11974041B2 (en) * 2019-06-13 2024-04-30 Lg Innotek Co., Ltd. Shaper unit and image stabilization device
US20220260856A1 (en) * 2019-08-07 2022-08-18 Polight Asa Spectacles with sandwiched polymer structure
CN112584001B (zh) * 2019-09-27 2023-06-02 华为技术有限公司 摄像模组及终端设备
CN110908021B (zh) * 2019-11-25 2021-06-15 Oppo广东移动通信有限公司 挤压式液体透镜及镜头模组
CN110954978B (zh) * 2019-11-25 2021-06-15 Oppo广东移动通信有限公司 挤压式液体透镜及镜头模组
DE102020113832A1 (de) * 2020-05-22 2021-11-25 Optotune Ag Kontaktlinse und Verfahren zur Herstellung einer Kontaktlinse
KR20230042016A (ko) 2020-06-22 2023-03-27 포라이트 에이에스에이 플렉셔 조인트를 통해 작용되는 제어 가능한 렌즈
CN114200558B (zh) * 2021-02-04 2023-06-02 广州立景创新科技有限公司 变焦透镜模块
CN117178219A (zh) 2021-03-30 2023-12-05 珀莱特股份有限公司 具有可变光功率或可变波束偏转的光学设备的基于传感器的控制
WO2023141615A2 (en) * 2022-01-21 2023-07-27 MEMS Drive (Nanjing) Co., Ltd. Mems deformable lens assembly and process flow

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3712145A1 (de) * 1986-04-11 1988-03-17 Canon Kk Optisches bauelement mit veraenderlicher brennweite
WO2009010559A1 (fr) * 2007-07-19 2009-01-22 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif optique a moyens d'actionnement d'une membrane déformable compacts
CN101715561A (zh) * 2007-02-12 2010-05-26 珀莱特公司 具有可变焦距的柔性透镜组件
CN102317839A (zh) * 2009-02-13 2012-01-11 阿德伦丝必康公司 变焦液体填充透镜设备
CN102879900A (zh) * 2012-09-11 2013-01-16 电子科技大学 基于压电逆效应的变焦微透镜
CN105223635A (zh) * 2015-10-21 2016-01-06 苏州大学 一种利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法
WO2016009078A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 Polight As A tunable microlens with a variable structure element
CN106170719A (zh) * 2014-03-20 2016-11-30 韦伯斯特资本有限责任公司 包括具有减少响应时间的可变形膜的光学设备

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60111201A (ja) * 1983-11-21 1985-06-17 Canon Inc 光学素子
JP3109815B2 (ja) * 1990-05-16 2000-11-20 キヤノン株式会社 像安定撮影レンズ系
JP3400270B2 (ja) 1996-11-08 2003-04-28 株式会社デンソー 積層型圧電アクチュエータおよび可変焦点レンズ装置
JPH10269599A (ja) 1997-03-26 1998-10-09 Denso Corp 光ピックアップ装置
JPH11133210A (ja) 1997-10-30 1999-05-21 Denso Corp 可変焦点レンズ
JP4078575B2 (ja) 1998-06-26 2008-04-23 株式会社デンソー 可変焦点レンズ装置
JP4144079B2 (ja) 1998-09-04 2008-09-03 株式会社デンソー 可変焦点レンズ
JP2001257932A (ja) 2000-03-09 2001-09-21 Denso Corp 撮像装置
JP2002243918A (ja) 2001-02-14 2002-08-28 Olympus Optical Co Ltd 可変焦点レンズ、光学特性可変光学素子及び光学装置
US7646544B2 (en) * 2005-05-14 2010-01-12 Batchko Robert G Fluidic optical devices
JP2002239769A (ja) 2001-02-21 2002-08-28 Denso Corp レーザ加工装置及びレーザ加工方法
EP1625438B1 (en) * 2003-05-09 2012-10-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrowetting cells
EP1709477A1 (en) * 2004-01-30 2006-10-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Variable focus lens package
DE102004011026A1 (de) * 2004-03-04 2005-09-29 Siemens Ag Adaptives optisches Element mit einem Polymeraktor
US8064142B2 (en) * 2005-05-14 2011-11-22 Holochip Corporation Fluidic lens with reduced optical aberration
JP4894366B2 (ja) 2006-06-14 2012-03-14 株式会社ニコン ブレ補正装置および光学機器
US7643217B2 (en) * 2006-08-10 2010-01-05 Panasonic Corporation Varifocal lens device
JP2010501890A (ja) * 2006-08-24 2010-01-21 エージェンシー フォー サイエンス， テクノロジー アンド リサーチ 可変焦点ズームレンズ
NO326372B1 (no) * 2006-09-21 2008-11-17 Polight As Polymerlinse
EP2074444B1 (en) * 2006-10-11 2017-08-30 poLight AS Design of compact adjustable lens
KR20100015320A (ko) * 2007-02-12 2010-02-12 포라이트 에이에스 휴대용 카메라에서 안정화된 영상을 제공하기 위한 장치
US20110158617A1 (en) * 2007-02-12 2011-06-30 Polight As Device for providing stabilized images in a hand held camera
WO2009123606A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-08 Louisiana Tech Univ. Research Foundation As A Division Of The Louisiana Tech Univ. Foundation, Inc. Wide-angle variable focal length lens system
US8254034B1 (en) * 2008-03-31 2012-08-28 Rhevision Technology, Inc. Fluidic adaptive lens with a lens membrane having suppressed fluid permeability
JP2009271095A (ja) 2008-04-08 2009-11-19 Eamex Co 可変焦点レンズ、オートフォーカス装置、および撮像装置
WO2009120152A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-01 Innovative Nano Systems Pte. Ltd. Variable optical systems and components
US8310772B2 (en) * 2008-07-11 2012-11-13 Polight As Method and arrangement for reducing thermal effects in compact adjustable optical lenses
US8559115B2 (en) * 2008-11-17 2013-10-15 Holochip Corporation Fluidic stabilized focus device
US8699141B2 (en) * 2009-03-13 2014-04-15 Knowles Electronics, Llc Lens assembly apparatus and method
US9164202B2 (en) * 2010-02-16 2015-10-20 Holochip Corporation Adaptive optical devices with controllable focal power and aspheric shape
US8282004B2 (en) * 2009-04-29 2012-10-09 Hand Held Products, Inc. Focusing apparatus and terminal comprising variable focus lens assembly
US8366002B2 (en) 2010-05-26 2013-02-05 Hand Held Products, Inc. Solid elastic lens element and method of making same
EP2239600A1 (en) * 2010-06-02 2010-10-13 Optotune AG Adjustable optical lens
FR2962557B1 (fr) * 2010-07-12 2013-06-07 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un dispositif a membrane emprisonnant un fluide
FR2965068B1 (fr) * 2010-09-21 2013-07-19 Commissariat Energie Atomique Dispositif a membrane deformable par actionnement a temps de reponse reduit
US20120092775A1 (en) * 2010-10-15 2012-04-19 E-Vision, Llc Systems, Devices, and/or Methods for Managing Variable Power Fluidic Lens
KR101912093B1 (ko) * 2010-10-29 2018-10-26 삼성전자 주식회사 광학 장치
US20120300171A1 (en) * 2011-05-27 2012-11-29 Pixeloptics, Inc. Programmable Ophthalmic Lenses
US9726862B2 (en) * 2012-11-08 2017-08-08 DynaOptics LTD, A Public Limited CO. Lens assemblies and actuators for optical systems and methods therefor
GB201301764D0 (en) * 2013-01-31 2013-03-20 Adlens Ltd Actuation of fluid-filled lenses
EP2781939B1 (en) 2013-03-18 2015-11-04 poLight AS Deformable polymeric lens
KR20150018924A (ko) * 2013-08-09 2015-02-25 한국전자통신연구원 가변형 광학 소자
EP2860556A1 (en) * 2013-10-08 2015-04-15 Optotune AG Tunable Lens Device
FR3015699B1 (fr) * 2013-12-20 2016-02-05 Wavelens Dispositif optique pour stabilisation d'images
CN106104358B (zh) * 2014-01-28 2019-10-08 阿达普蒂卡有限责任公司 用于自适应光学器件的可变形透镜结构
US9224022B2 (en) * 2014-04-29 2015-12-29 Hand Held Products, Inc. Autofocus lens system for indicia readers
US9681053B2 (en) * 2014-07-08 2017-06-13 Apple Inc. Single piece optical image stabilization actuator coil assembly
WO2016133278A1 (ko) * 2015-02-17 2016-08-25 한국기술교육대학교 산학협력단 폴리머 기반 가변 렌즈 및 이를 위한 전기활성 폴리머와 그 제조 방법
FR3039901B1 (fr) 2015-08-04 2017-09-08 Essilor Int Lentille de puissance optique variable, ensemble optique comprenant une telle lentille et dispositif de compensation visuelle comprenant un tel ensemble optique
GB2542638A (en) * 2015-09-28 2017-03-29 Adiens Ltd An adjustable fluid-filled lens assembly and method for assembling the same
CA3001477A1 (en) * 2015-11-06 2017-05-11 Powervision, Inc. Accommodating intraocular lenses and methods of manufacturing
US10535961B2 (en) * 2016-04-26 2020-01-14 Ryan E. Cote Electrical cables having integrated and manually controllable identification and illumination light sources
IT201700029980A1 (it) * 2017-03-17 2018-09-17 Dynamic Optics S R L Fast adaptive lens for the correction of optical aberrations
US11693159B2 (en) * 2017-06-30 2023-07-04 Polight Asa Adaptive lens

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3712145A1 (de) * 1986-04-11 1988-03-17 Canon Kk Optisches bauelement mit veraenderlicher brennweite
CN101715561A (zh) * 2007-02-12 2010-05-26 珀莱特公司 具有可变焦距的柔性透镜组件
WO2009010559A1 (fr) * 2007-07-19 2009-01-22 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif optique a moyens d'actionnement d'une membrane déformable compacts
CN102317839A (zh) * 2009-02-13 2012-01-11 阿德伦丝必康公司 变焦液体填充透镜设备
CN102879900A (zh) * 2012-09-11 2013-01-16 电子科技大学 基于压电逆效应的变焦微透镜
CN106170719A (zh) * 2014-03-20 2016-11-30 韦伯斯特资本有限责任公司 包括具有减少响应时间的可变形膜的光学设备
WO2016009078A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 Polight As A tunable microlens with a variable structure element
CN105223635A (zh) * 2015-10-21 2016-01-06 苏州大学 一种利用非均匀薄膜设计和制作非球面液体透镜的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021249180A1 (zh) * 2020-06-11 2021-12-16 京东方科技集团股份有限公司 Ar/vr眼镜
CN115209034A (zh) * 2021-04-12 2022-10-18 深圳市万普拉斯科技有限公司 摄像模组及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
AU2018294509A1 (en) 2020-02-13
US11231528B2 (en) 2022-01-25
JP2020525821A (ja) 2020-08-27
AU2018294509B2 (en) 2024-01-18
EP3646068A1 (en) 2020-05-06
CN115963588A (zh) 2023-04-14
US20200310006A1 (en) 2020-10-01
KR20200021531A (ko) 2020-02-28
JP2020525822A (ja) 2020-08-27
WO2019002448A1 (en) 2019-01-03
BR112019027960A2 (pt) 2020-07-14
JP7063921B6 (ja) 2022-06-28
CN111033321B (zh) 2022-10-18
JP2023085482A (ja) 2023-06-20
CN111033321A (zh) 2020-04-17
JP7063921B2 (ja) 2022-05-09
EP3646067A1 (en) 2020-05-06
KR102624410B1 (ko) 2024-01-11
US11693159B2 (en) 2023-07-04
US20210141126A1 (en) 2021-05-13
WO2019002524A1 (en) 2019-01-03
JP7304292B2 (ja) 2023-07-06
KR20200018699A (ko) 2020-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110998374A (zh) 自适应透镜
Ren et al. Introduction to adaptive lenses
EP3032297B1 (en) Liquid lens system
US8605361B2 (en) Fluidic lens with reduced optical aberration
KR101496157B1 (ko) 중합체 렌즈
JP2004198636A (ja) 光学系及びそれを用いた光学装置
JP2007108791A (ja) 光学装置
JP2005106855A (ja) 屈曲光学系用レンズ筐体
Yongchao Development of solid tunable optics for ultra-miniature imaging systems
JP2006053274A (ja) 光学系及びそれを備えた光学装置
JP2006053275A (ja) 光学系
JP2006106329A (ja) 光学装置
US9140897B2 (en) Optical system, optical module and method of manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200410