CN113820765A - 镜头模组及成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种镜头模组及成像系统，该镜头模组包括沿光轴方向并排设置的至少两个液态透镜，每个所述液态透镜内填充有透明的液体且形态可变，以使所述至少两个液态透镜呈现多种不同的焦距。该镜头模组可以实现可多样化的变焦，提升了用户体验。

Description

镜头模组及成像系统

技术领域

本申请涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种镜头模组及成像系统。

背景技术

随着时代发展，人们对图像采集的需求日益提升，摄像头的透镜对最终图像采集的结果尤为关键。液体透镜是根据仿生学原理提出的一种新型光学元件，其由液体材料制作而成，可以动态调整透镜折射率或通过改变其表面形状来改变焦距，无需机械运动装置即可实现变焦，具有体积小、响应速度快、操作简单、无磨损、寿命长、功耗低等优点，因此在手机、数码相机、网络摄像头、内窥镜等光学系统中具有很好的应用前景。

为了对不同距离的物体进行成像，可以采用变焦透镜来调节焦距，但现有的液体透镜只能进行固定倍数的变焦，应用范围较窄。

发明内容

本申请的目的在于提供一种镜头模组及成像系统，该镜头模组可以实现多样化的变焦。

第一方面，本申请实施例提供了一种镜头模组，包括沿光轴方向并排设置的至少两个液态透镜，每个液态透镜内填充有透明的液体且形态可变，以使至少两个液态透镜呈现多种不同的焦距。

在一种可能的实现方式中，液态透镜包括透明的弹性薄膜腔和与弹性薄膜腔连通的供液装置，在第一状态时，供液装置向弹性薄膜腔供应液体，以使弹性薄膜腔处于伸展状态；在第二状态时，液体由弹性薄膜腔返回供液装置，以使弹性薄膜腔处于收缩状态。

在一种可能的实现方式中，至少两个液态透镜内的液体分别具有不同的折射率。

在一种可能的实现方式中，至少两个液态透镜分别具有不同的曲率半径。

在一种可能的实现方式中，至少两个液态透镜的焦距沿远离目标物体的方向逐渐变小，其中，靠近目标物体的液态透镜为广角镜头，远离目标物体的液态透镜为微距镜头。

在一种可能的实现方式中，供液装置包括：固定腔，其内部容纳有液体，固定腔设置有第一开口和第二开口，第二开口与弹性薄膜腔连通，固定腔对应于第二开口的周侧还设置有电磁线圈；调压泵，通过管路与第一开口连通；阀门，设置于第二开口处，电磁线圈通电时，阀门打开，调压泵驱动液体由固定腔流向弹性薄膜腔，电磁线圈断电时，阀门关闭，调压泵将液体由弹性薄膜腔抽回固定腔。

在一种可能的实现方式中，固定腔上还设置有电极，电极与电磁线圈电连接。

在一种可能的实现方式中，至少两个液态透镜的至少两个固定腔通过电极并联设置，其中一个固定腔的电极包括电性相反的第一电极和第二电极，其余固定腔的电极均为第一电极或者第二电极。

在一种可能的实现方式中，弹性薄膜腔包括第一表面和盖合于第一表面的第二表面，以形成容纳液体的容纳空间，其中，第二表面为朝向目标物体凸出的抛物面。

在一种可能的实现方式中，透明的弹性薄膜腔的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一者。

在一种可能的实现方式中，透明的液体为电解质、油性非极性物质或者电解质与油性非极性物质的混合物。

第二方面，本申请实施例还提供了一种成像系统，包括：如前所述的任一种镜头模组；相互连接镜筒和底座，镜筒和底座形成容纳镜头模组的容纳空间，镜筒沿光轴方向设置有与镜头模组对应的光孔；影像感测单元，设置于镜筒内远离光孔的一侧或者固定于底座上，用于将从光孔进入镜头模组后的光信号转换为电信号。

根据本申请实施例提供的镜头模组及成像系统，该镜头模组通过沿光轴方向并排设置的至少两个液态透镜，每个液态透镜内填充有透明的液体且形态可变，以使至少两个液态透镜单独或者任意至少两者的组合而呈现多种不同的焦距，从而可以实现多样化的变焦，提升了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出本申请实施例提供的一种镜头模组处于第一状态时的结构示意图；

图2示出图1所示的镜头模组处于第二状态时的结构示意图；

图3示出示出本申请实施例提供的一种成像系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、镜头模组；11、弹性薄膜腔；12、供液装置；121、固定腔；121a、第一开口；121b、第二开口；122、阀门；123、调压泵；E1、第一电极；E2、第二电极；

2、镜筒；21、光孔；

3、底座；

4、影像感测单元。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1示出本申请实施例提供的一种镜头模组处于第一状态时的结构示意图，图2示出图1所示的镜头模组处于第二状态时的结构示意图。

本申请实施例提供的一种镜头模组1，包括沿光轴方向并排设置的至少两个液态透镜，每个液态透镜内填充有透明的液体且形态可变，以使至少两个液态透镜呈现多种不同的焦距。

如图1和图2所示，该镜头模组1包括沿光轴方向并排设置的三个液态透镜，每个液态透镜内的液体呈水滴状分布。假设该三个液态透镜沿光轴方向分别具有第一焦距、第二焦距和第三焦距。由于每个液态透镜形态可变，当仅具有第一焦距的液态透镜的形态变为工作状态时，其余两个液态透镜的形态变为非工作状态，则该镜头模组1的焦距为第一焦距。同样地，当仅具有第二焦距的液态透镜的形态变为工作状态时，其余两个液态透镜的形态变为非工作状态，则该镜头模组1的焦距为第二焦距；当仅具有第三焦距的液态透镜的形态变为工作状态时，其余两个液态透镜的形态变为非工作状态，则该镜头模组1的焦距为第三焦距。

进一步地，三个液态透镜还可以两两组合或者三者组合，以使镜头模组1分别形成不同的焦距。例如，具有第一焦距的液态透镜与具有第二焦距的液态透镜组合使用，或者具有第一焦距的液态透镜与具有第三焦距的液态透镜组合使用，或者具有第二焦距的液态透镜与具有第三焦距的液态透镜组合使用，或者三个液态透镜共同组合使用。在拍摄目标物体时可以根据目标物体的反馈选择不同焦距的液态透镜，从而可以获得清晰的影像。相对于相关技术中液态透镜只能进行固定倍数的变焦而言，拓展了镜头模组1的适用范围。

根据本申请实施例提供的镜头模组1，通过沿光轴方向并排设置的至少两个液态透镜，每个液态透镜内填充有透明的液体且形态可变，以使至少两个液态透镜单独或者任意至少两者的组合而呈现多种不同的焦距，从而可以实现多样化的变焦，提升了用户体验。

下面结合附图进一步详细描述本申请实施例提供的镜头模组1的具体结构。

在一些实施例中，至少两个液态透镜内的液体分别具有不同的折射率。可选地，透明的液体为电解质、油性非极性物质或者电解质与油性非极性物质的混合物。例如，透明的液体为氟化硅酮油溶液、蒸馏水、硫酸钠溶液、盐水溶液、溴代十二烷溶液、水银中的任一者。由此，至少两个液态透镜分别具有不同的焦距。

在另一些实施例中，至少两个液态透镜分别具有不同的曲率半径。相应地，至少两个液态透镜内的液体可以具有相同的折射率，也可以具有不同的折射率。由此，至少两个液态透镜分别具有不同的焦距。

在一些实施例中，至少两个液态透镜的焦距沿远离目标物体的方向逐渐变小，其中，靠近目标物体的液态透镜为广角镜头，远离目标物体的液态透镜为微距镜头。广角镜头或者微距镜头可以为一个液态透镜，也可以为多个液态透镜的组合。

广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角在90°以上、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜头。由于广角镜头的焦距短，视角大，在较短的拍摄距离范围内，能拍摄到较大面积的景物。微距镜头是一种用作微距摄影的特殊镜头，主要用于拍摄十分细微的物体，如花卉及昆虫等。

在一些实施例中，如图2所示，每个液态透镜包括透明的弹性薄膜腔11和与弹性薄膜腔11连通的供液装置12，在第一状态时，供液装置12向弹性薄膜腔11供应液体，以使弹性薄膜腔11处于伸展状态；在第二状态时，液体由弹性薄膜腔11返回供液装置12，以使弹性薄膜腔11处于收缩状态。

可选地，弹性薄膜腔11包括第一表面和盖合于第一表面的第二表面，以形成容纳液体的容纳空间，其中，第二表面为朝向目标物体凸出的抛物面，第一表面可以为平面，也可以为抛物面。每个液态透镜的具有抛物面的第二表面靠近目标物体一侧，对光线起到会聚的作用，根据液态透镜的抛物面的曲率不同可以具有不同的焦距。

本申请实施例中，镜头模组1通过至少两个液态透镜各自的形态变化实现不同焦距的切换。具体来说，如图1所示，三个液态透镜的弹性薄膜腔11处于伸展状态时的形状为凸透镜，其靠近目标物体的第二表面为前凸的抛物面，凸透镜可以将实物影像汇聚到凸透镜的另一侧形成实像。如图2所示，弹性薄膜腔11处于收缩状态时，液态透镜无法用于拍摄。在实际使用时，根据目标物体与镜头模组1之间的距离反馈，选择合适的焦距，并对各个液态透镜的形态进行匹配，从而快速切换至需要的焦距。

由于弹性薄膜腔11的形态可变，需要具备一定的弹性变形能力。可选地，透明的弹性薄膜腔11的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一者。

进一步地，供液装置12包括：固定腔121、调压泵123和阀门122。

固定腔121内部容纳有液体，固定腔121设置有第一开口121a和第二开口121b，第二开口121b与弹性薄膜腔11连通，固定腔121对应于第二开口121b的周侧还设置有电磁线圈(图中未示出)。

调压泵123通过管路与第一开口121a连通，阀门122设置于第二开口121b处，电磁线圈通电时，阀门122打开，调压泵123驱动液体由固定腔121流向弹性薄膜腔11，电磁线圈断电时，阀门122关闭，调压泵123将液体由弹性薄膜腔11抽回固定腔121。

在一个示例中，调压泵123为液压泵，用于向固定腔121供应液体，并与阀门122配合驱动液体在固定腔121与弹性薄膜腔11之间往复流动。在另一个示例中，调压泵123为气泵，根据阀门122的开启与关闭调整气压，从而驱动液体在固定腔121与弹性薄膜腔11之间往复流动。

调压泵123还可以为其他任何合适的泵，诸如静电泵(例如蠕动泵)、拉链致动器、梳状驱动器、共振静电泵、压电泵(例如弯曲压电)、双金属泵、双稳态或三稳态泵、电润湿泵、分子泵、采用电活性聚合物的泵、S形膜片致动器、电磁和热致动泵等，根据具体的需求而定，不再赘述。

进一步地，固定腔121上还设置有电极，电极与电磁线圈电连接。

可选地，至少两个液态透镜的至少两个固定腔121通过电极并联设置，其中一个固定腔121的电极包括电性相反的第一电极E1和第二电极E2，其余固定腔121的电极均为第一电极E1或者第二电极E2。其中，第一电极E1和第二电极E2中的任一者为正电极，第一电极E1和第二电极E2中的另一者为负电极。

如图2所示，位于光轴方向前端的液态透镜的固定腔121上设置有第一电极E1和第二电极E2，其中第一电极E1为公用电极，其余固定腔121的电极均为第二电极E2，每个液态透镜的第二电极E2与第一电极E1分别连接至对应的电磁线圈的负极端和正极端，从而为电磁线圈供电，进而控制阀门122的开启或者关闭。

图3示出示出本申请实施例提供的一种成像系统的结构示意图。

如图3所示，本申请实施例还提供了一种成像系统，包括：如前所述的任一种镜头模组1、相互连接镜筒2和底座3，以及影像感测单元4。

镜筒2和底座3形成容纳镜头模组1的容纳空间，镜筒2沿光轴方向设置有与镜头模组1对应的光孔21。影像感测单元4设置于镜筒2内远离光孔21的一侧或者固定于底座3上，用于将从光孔21进入镜头模组1后的光信号转换为电信号，从而获取数字图像信号。影像感测单元4可以为电荷耦合元件或者互补金属氧化物半导体元件。

另外，成像系统还可以包括套设于底座3外周侧的电磁屏蔽套，以屏蔽外界电磁波对影像感测单元4的干扰，从而提升成像质量。

在一些实施例中，该镜头模组1还可以与玻璃材质的传统光学镜头组合使用，以发挥传统光学镜头与液态透镜各自的优势，提高成像效果。

根据本申请实施例提供的成像系统，包括如前所述的镜头模组1，该镜头模组1通过沿光轴方向并排设置的至少两个液态透镜，每个液态透镜内填充有透明的液体且形态可变，以使至少两个液态透镜单独或者任意至少两者的组合而呈现多种不同的焦距，从而可以实现多样化的变焦，提升了用户体验。

该成像系统可以广泛应用于例如条码读取、包装分类、安保和显示装置等需要在多个位置进行对焦的场景中，例如、扫描设备、工业相机等。另外，由于透镜模组结构紧凑，占用空间小，该成像系统还可以应用于手机、平板电脑、游戏机、可穿戴式装置、数码相机、网络摄像头、内窥镜等电子设备中。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种镜头模组，其特征在于，包括沿光轴方向并排设置的至少两个液态透镜，每个所述液态透镜内填充有透明的液体且形态可变，以使所述至少两个液态透镜呈现多种不同的焦距。

2.根据权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，所述至少两个液态透镜内的液体分别具有不同的折射率。

3.根据权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，所述至少两个液态透镜分别具有不同的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，所述至少两个液态透镜的焦距沿远离目标物体的方向逐渐变小，其中，靠近所述目标物体一侧的所述液态透镜为广角镜头，远离所述目标物体的一侧的所述液态透镜为微距镜头。

5.根据权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，每个所述液态透镜包括透明的弹性薄膜腔和与所述弹性薄膜腔连通的供液装置，在第一状态时，所述供液装置向所述弹性薄膜腔供应液体，以使所述弹性薄膜腔处于伸展状态；在第二状态时，所述液体由所述弹性薄膜腔返回所述供液装置，以使所述弹性薄膜腔处于收缩状态。

6.根据权利要求5所述的镜头模组，其特征在于，所述供液装置包括：

固定腔，其内部容纳有液体，所述固定腔设置有第一开口和第二开口，所述第二开口与所述弹性薄膜腔连通，所述固定腔对应于所述第二开口的周侧还设置有电磁线圈；

调压泵，通过管路与所述第一开口连通；

阀门，设置于所述第二开口处，所述电磁线圈通电时，所述阀门打开，所述调压泵驱动液体由所述固定腔流向所述弹性薄膜腔，所述电磁线圈断电时，所述阀门关闭，所述调压泵将液体由所述弹性薄膜腔抽回所述固定腔。

7.根据权利要求6所述的镜头模组，其特征在于，所述固定腔上还设置有电极，所述电极与所述电磁线圈电连接。

8.根据权利要求6所述的镜头模组，其特征在于，所述至少两个液态透镜的至少两个所述固定腔通过所述电极并联设置，其中一个所述固定腔的所述电极包括电性相反的第一电极和第二电极，其余所述固定腔的所述电极均为所述第一电极或者所述第二电极。

9.根据权利要求5所述的镜头模组，其特征在于，所述弹性薄膜腔包括第一表面和盖合于所述第一表面的第二表面，以形成容纳所述液体的容纳空间，其中，所述第二表面为朝向目标物体凸出的抛物面。

10.根据权利要求5所述的镜头模组，其特征在于，所述透明的弹性薄膜腔的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任一者。

11.根据权利要求1所述的镜头模组，其特征在于，所述透明的液体为电解质、油性非极性物质或者电解质与油性非极性物质的混合物。

12.一种成像系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至11任一项所述的镜头模组；

相互连接镜筒和底座，所述镜筒和所述底座形成容纳所述镜头模组的容纳空间，所述镜筒沿所述光轴方向设置有与所述镜头模组对应的光孔；

影像感测单元，设置于所述镜筒内远离所述光孔的一侧或者固定于所述底座上，用于将从所述光孔进入所述镜头模组后的光信号转换为电信号。

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