CN113933919A - 一种三胶合液体透镜、成像模组及成像模组的变焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三胶合液体透镜、成像模组及成像模组的变焦方法，其中，所述液体透镜包括：弹性薄膜透镜、侧壁和硬质衬底透镜；所述侧壁与所述硬质衬底透镜连接，形成腔室；所述腔室内充满液体，形成液体腔室透镜；所述弹性薄膜透镜与所述侧壁连接，形成所述弹性薄膜透镜、所述液体腔室透镜、所述硬质衬底透镜依次连接的三胶合液体透镜，其中，所述弹性薄膜透镜的边缘厚度与中心厚度不同。这样，当三胶合液体透镜在未受到驱动力的初始状态时，可以通过本身有效改善像差；当三胶合液体透镜受到驱动力时，可以通过改变弹性薄膜透镜和液体腔室透镜的曲率半径来动态调整三胶合液体透镜的整体焦距，从而实现变焦的效果。

Description

一种三胶合液体透镜、成像模组及成像模组的变焦方法

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种三胶合液体透镜、成像模组及成像模组的变焦方法。

背景技术

为了如手机相机、数码相机等光电产品的成像质量，这些光电产品会采用具有多个透镜的成像模组，通过这些透镜实现成像模组的变焦效果，从而提高成像质量，但是，随着人们对光电产品的可携带性和便利性的要求越来越高，这些光电产品越来越趋于小型化和集成化，相应的，也就要求这些光电产品中的成像模组不仅成像质量要高，而且体积要小、质量要轻。

为了达到上述要求，成像模组将多个透镜替换为液体透镜，液体透镜由厚度均匀的弹性薄膜透镜、液体腔室透镜和硬质衬底透镜组成，并通过改变弹性薄膜透镜的表面曲率半径来调整液体透镜的焦距，实现变焦效果。但是，由于弹性薄膜透镜和硬质衬底透镜本身具有较差的光学性能，因此液体腔室透镜为液体透镜主要起到变焦效果的部件。但是，这种液体透镜的初始像差较差，因此，成像模组在液体透镜处于初始状态时的成像效果较差，进一步地，成像模组在使用液体透镜进行变焦时，由于弹性薄膜透镜的厚度均匀且普遍较薄，因此，会限制液体透镜的表面曲率变化范围，从而限制变焦效果，很难达到成像所需的焦距，成像模组像差较大，令成像效果较差。

发明内容

本申请提供了一种液体透镜、成像模组及成像模组的变焦方法，以解决现有液体透镜的初始像差较差，以及成像模组的成像质量较低的问题。

第一方面，本发明提供了一种三胶合液体透镜，所述液体透镜包括：弹性薄膜透镜、侧壁和硬质衬底透镜；所述侧壁与所述硬质衬底透镜连接，形成腔室；所述腔室内充满液体，形成液体腔室透镜；所述弹性薄膜透镜与所述侧壁连接，形成所述弹性薄膜透镜、所述液体腔室透镜、所述硬质衬底透镜依次连接的三胶合液体透镜，其中，所述弹性薄膜透镜的边缘厚度与中心厚度不同。

这样，当三胶合液体透镜在未受到驱动力的初始状态时，可以通过本身有效改善像差；当三胶合液体透镜受到驱动力时，可以通过改变弹性薄膜透镜和液体腔室透镜的曲率半径来动态调整三胶合液体透镜的整体焦距，从而实现变焦的效果。

在一种实现方式中，所述弹性薄膜透镜为平凸镜、平凹镜、双凸镜、双凹镜、衍射透镜或者超表面透镜。

这样，可以根据用户对于成像效果的实际需求，选择不同的弹性薄膜透镜。

在一种实现方式中，所述液体的折射率与所述弹性薄膜透镜或者所述硬质衬底透镜的折射率相等。

这样，具有相同折射率的两个透镜可以看作一个透镜，与另外一个透镜形成一个双胶合透镜，在进行调焦时，可以减少一个透镜在调焦过程中变化的计算过程，从而简化调焦过程。

在一种实现方式中，所述液体的色散值小于或者等于预设色散值。

这样，可以有效将成像后的色差控制在一定的范围内，从而保证成像质量。

在一种实现方式中，所述弹性薄膜透镜的材料为聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，所述硬质衬底的材料为环烯烃共聚物(copolymers ofcycloolefin，COC)。

这样，可以利用PDMS和COC优良的光学性能来提高三胶合液体透镜的成像质量。

第二方面，本发明提供了一种成像模组，所述成像模组包括：接收器、处理器、驱动马达、对焦透镜、以及第一方面中所述的三胶合液体透镜；所述接收器、所述处理器和所述驱动马达电连接；所述驱动马达设置于所述三胶合液体透镜中弹性薄膜透镜的上方，用于驱动所述弹性薄膜透镜改变表面曲率半径；所述三胶合液体透镜与所述对焦透镜同轴设置，所述三胶合液体透镜靠近光线入射端。

这样，成像模组可以通过自动接收和处理变焦信号，并根据该变焦信号，来控制驱动马达，进而改变三胶合液体透镜中弹性薄膜透镜和液体腔室透镜的曲率半径，从而实现变焦的效果。

在一种实现方式中，所述驱动马达包括金属线圈和电磁场装置；所述金属线圈与所述弹性薄膜透镜接触；所述电磁场装置设置于所述金属线圈的径向外侧。

这样，可以通过控制金属线圈的上升或者下降，进而调整弹性薄膜透镜和液体腔室透镜的曲率半径的变大或者缩小，并且可以在弹性薄膜透镜处于初始形态时，可以通过金属线圈的上升，改变弹性薄膜透镜的曲率半径，从而实现变焦的效果。

在一种实现方式中，所述驱动马达包括金属线圈、支撑架和电磁场装置；所述金属线圈设置于所述支撑架上；所述金属线圈通过所述支撑架架设于所述弹性薄膜透镜的上方；所述电磁场装置设置于所述金属线圈的径向外侧。

这样，不仅可以通过控制支撑架的上升和下降来控制支撑架与弹性薄膜透镜之间的接触程度，从而改变弹性薄膜透镜和液体腔室透镜的曲率半径，起到变焦的效果，而且，在不需要变焦时，支撑架与弹性薄膜透镜不接触，从而减少由于支撑架自重等对弹性薄膜透镜造成的损伤。

第三方面，本发明提供了一种成像模组的变焦方法，应用于第二方面中所述的成像模组，所述方法包括：接收变焦信号；根据所述变焦信号，调整所述电磁铁装置的通电量，以调节所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力；其中，如果所述变焦信号指示增大焦距，则增加所述电磁铁装置的通电量，以增加所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力；如果所述变焦信号指示减小焦距，则减小所述电磁铁装置的通电量，以减小所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力。

这样，成像模组可以通过自动接收和处理变焦信号，并根据该变焦信号，来控制电磁铁装置的通电量，从而控制电磁铁对金属线圈的吸引力，进而控制金属线圈对弹性薄膜的压力，以改变三胶合液体透镜中弹性薄膜透镜和液体腔室透镜的曲率半径，从而实现变焦的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种液体透镜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜在初始状态时的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜在变焦状态时的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种成像模组的组件电连接关系示意图；

图5提供了一种成像模组的结构示意图；

图6提供了一种成像模组的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种成像模组的变焦方法；

图8为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜的变焦示意图；

图9为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与普通液体透镜在变焦过程中的驱动力对比图；

图10为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与普通液体透镜在变焦过程中的球差对比图；

图11为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的球差对比图；

图12为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的彗差对比图；

图13为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的像散对比图；

图14为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的场曲对比图；

图15为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的畸变对比图；

图16为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的色散对比图。

图示说明：

其中，1-硬质衬底透镜，2-侧壁，3-弹性薄膜透镜，4-腔室，5-接收器，6-处理器，7-驱动马达，71-金属线圈，72-电磁场装置，73-支撑架，8-对焦透镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

变焦是手机相机、数码相机等光电产品的镜头的一个重要能力，镜头(下文用成像模组进行表述)通过变焦可以放大或者缩小需要拍摄的景物，例如变焦倍数越大，能够拍摄的景物就越远，也就是能够放大需要拍摄的景物。成像模组的焦距通常与成像模组内镜片的焦距相关，在一种实现方式中，可以通过改变镜片在成像模组内的相对位置来改变成像模组的焦距，这样，就需要成像模组具有足够的体积，以满足镜片在其内部的位移。但是，对于现今用户对产品的厚度薄、尺寸小、重量轻的要求，保留成像模组的尺寸显然违背用户的需求。在另一种实现方式中，可以通过改变镜片的焦距来实现成像模组变焦的效果，即采用液体透镜作为镜片，通过改变液体在液体透镜中的充满形态，来实现变焦的效果。图1为一种液体透镜的结构示意图，如图1所示，液体透镜包括硬质衬底透镜1、侧壁2、弹性薄膜透镜3，其中，硬质衬底透镜1、侧壁2、弹性薄膜透镜3依次连接，这样，硬质衬底透镜1与弹性薄膜透镜3之间形成腔室4，在腔室4中充满液体，形成液体腔室透镜，这样，可以通过改变弹性薄膜透镜3的曲率半径，进而改变腔室4内液体的形状，从而改变液体腔室透镜的曲率半径，起到改变液体透镜的焦距的效果，进一步可以起到改变液体透镜所在成像模组的焦距的效果。如图1a所示，弹性薄膜透镜3的厚度均匀，因此，其本身不对液体透镜的焦距产生影响，如图1b所示，液体腔室透镜的形状受到弹性薄膜透镜3的约束，当弹性薄膜透镜3呈向上弯曲的形态时，液体腔室透镜相当于一个平凸镜，此时，液体腔室透镜具有一定的焦距，由于弹性薄膜透镜3在形变的过程中几乎不会产生焦距的变化，其形变仅会改变液体腔室透镜的焦距，因此，图1所示的液体透镜相当于仅通过改变一个镜片的焦距来实现变焦的效果。虽然，通过这种方式无需改变镜片在成像模组中的位置，从而有效缩小成像模组的体积，但是通过改变单个镜片的焦距来改变成像模组的焦距的方式，会令成像模组的焦距变化范围受限，难以达到对成像的要求。

实施例一

图2为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜在初始状态时的结构示意图，如图2所示，三胶合液体透镜包括硬质衬底透镜1、侧壁2、弹性薄膜透镜3，侧壁2与硬质衬底透镜1连接，形成腔室4，在腔室4中充满液体之后，充满的液体即形成液体腔室透镜。弹性薄膜透镜3与侧壁2连接之后，可以得到由弹性薄膜透镜3、液体腔室透镜和硬质衬底透镜1依次连接的三胶合液体透镜。其中，可以通过光学胶进行连接。在本实施例中，三胶合液体透镜的初始状态是指三胶合液体透镜的弹性薄膜透镜3不受外力的影响而产生形变的状态。三胶合透镜具有像差小，成像清晰且逼真的特定，本实施例提供的三胶合液体透镜也是一种三胶合透镜，因此，本实施例所提供的三胶合液体透镜也具有三胶合透镜的特点。

其中，弹性薄膜透镜3的边缘厚度与中心厚度不同，如图2所示，以弹性薄膜透镜3为平凸膜为例，弹性薄膜透镜3的中心厚度大于边缘厚度。可知，由于弹性薄膜透镜3的厚度不均匀，因此，光线经过弹性薄膜透镜3之后会产生不同的折射效果，以图2所示的弹性薄膜透镜3为例，该弹性薄膜透镜3对光线具有汇聚功能，也就是说，弹性薄膜透镜3本身具有一定的焦距。这样，即使如图2所示的三胶合液体透镜处于初始状态时，该三胶合液体透镜也会因为弹性薄膜透镜3具有一定的焦距，而对光线具有一定的光学作用，可见，即使成像模组不对三胶合液体透镜进行调焦，也可以对成像具有一定的作用。

在一种实现方式中，弹性薄膜透镜3的初始等效焦距可以在-150mm～-15mm和15mm～150mm两个焦距范围内。硬质衬底透镜1的初始等效焦距可以在-1000mm～1000mm的焦距范围内。

进一步地，如果对三胶合液体透镜处于初始状态时的光学性能具有其它要求，也可以采用其它弹性薄膜透镜，如平凸镜、平凹镜、双凸镜、双凹镜、衍射透镜或者超表面透镜，例如，需要对点射的光进行成像，就可以选用双凸镜；需要利用负焦距时，则可以选择双凹镜。

图3为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜在变焦状态时的结构示意图，在本实施例中，三胶合液体透镜的变焦状态是指三胶合液体透镜的弹性薄膜透镜3受到外力的影响而产生形变的状态。如图3所示，在弹性薄膜透镜3受到外力时，例如弹性薄膜透镜3收到挤压力时，腔室4内的液体会给弹性薄膜透镜3施加一个向上的力，从而令弹性薄膜透镜3发生向上弯曲的形变，液体腔室透镜随弹性薄膜透镜3的形变，呈平凸镜的形态。此时，即使弹性薄膜透镜3发生了形变，其也是呈中心厚度大于边缘厚度的形态，因此，对光线具有一定的汇聚作用，也就是具有一定的焦距。同时，液体腔室透镜相当于一个平凸镜，因此，对光线也具有一定的汇聚作用，具有一定的焦距，此时相当于由弹性薄膜透镜3与液体腔室透镜共同影响三胶合液体透镜的焦距。可知，组合形式的透镜可以起到更加显著的变焦效果，例如两个凸透镜组合在一起，可以有效缩短焦距，因此，本实施例提供的三胶合液体透镜可以通过弹性薄膜透镜3与液体腔室透镜起到更加显著的变焦效果。与只有一个液体腔室透镜起到变焦效果的液体透镜相比，例如与图2所提供的液体透镜相比，由于三胶合液体透镜的焦距受到弹性薄膜透镜3与液体腔室透镜的共同影响，因此，本实施例中的弹性薄膜透镜3可以通过较小的形变，即可实现与图2所提供的液体透镜相同的变焦效果。

由本实施例提供的三胶合液体透镜可知，当成像模组的整体尺寸受限时，可以通过三胶合液体透镜完成变焦，从而满足成像所需的焦距效果。同时，由于三胶合液体透镜中弹性薄膜透镜3本身具有一定的焦距，因此，在三胶合液体透镜处于初始状态时，也可以满足一定的成像需求。而且，由于弹性薄膜透镜3与液体腔室透镜同时影响三胶合液体透镜的焦距，因此，可以通过弹性薄膜透镜3较小的形变，得到所需的焦距，可见，三胶合液体透镜的变焦范围更加广，可以满足用户更多的成像要求，同时，由于弹性薄膜透镜3在达到同样的焦距时需要的形变较小，因此，促使弹性薄膜透镜3产生形变的驱动力也相对较小，比较节省驱动力，令变焦更加容易实现，而且，对于三胶合液体透镜中弹性薄膜透镜3的中心部位的厚度等于普通液体透镜中等厚弹性薄膜透镜的厚度时，三胶合液体透镜不仅可以达到与普通液体透镜相同的焦距，而且，由于三胶合液体透镜的弹性薄膜透镜3的四周更加薄，所以在变焦的过程中也更加省力。

进一步地，结合成像模组对尺寸的要求和用户对成像质量的需求，可以选择适当的三胶合液体透镜的面积尺寸，从而满足不同的入射光线数量的要求，同时，可以选择适当的侧壁2的高度，即弹性薄膜透镜3与硬质衬底透镜1之间的距离，以选择不同的液体填充量，从而令液体腔室透镜对应不同的变化范围。

折射率也是影响透镜焦距的一个因素，在本实施例中，可以选择液体的折射率与弹性薄膜透镜或者所述硬质衬底透镜的折射率相等，当然，也可以选择三者的折射率均不相等。不同的折射率实际上对应于不同的透镜，由于硬质衬底透镜1为平镜，该形状几乎不会影响三胶合液体透镜的焦距，因此，无论硬质衬底透镜1与液体的折射率是否相等，都几乎不会对三胶合液体透镜的焦距产生影响，因此，可以不对硬质衬底透镜1的折射率做过多的讨论，在本实施例中主要针对弹性薄膜透镜3与液体腔室透镜的折射率进行探讨。

在一种实现方式中，基于上文对三胶合液体透镜的描述，液体腔室透镜中的液体与弹性薄膜透镜3的折射率不相等，此时，液体腔室透镜与弹性薄膜透镜3相当于两个透镜，因此，三胶合液体透镜的焦距的变化，会同时受到液体腔室透镜与弹性薄膜透镜3的焦距的影响，也就可以实现较大的变焦范围。

在另一种实现方式中，液体腔室透镜中的液体与弹性薄膜透镜3的折射率也可以相等，此时，液体腔室透镜与弹性薄膜透镜3相当于一个整体透镜，那么，该整体透镜的焦距的变化，主要受到其整体轮廓的变化的影响，在对变焦范围要求较低的情况下，可以采用这种设计方式。

进一步地，色散值也是影响成像质量的主要因素之一，可以通过降低液体的色散值来降低成像的色差，通常，每个色差值均具有对应的色散值，其中，不同透镜的总体色散值可以通过各个透镜的色散值进行测算，对成像的色差的要求底线为一个色差阈值，那么与该色差阈值也存在一个色散值。一般来说，弹性薄膜透镜3与硬质衬底透镜1的材料相对比较固定，多会选择改变液体来改变三胶合液体透镜的色散值，在本实施例中可以将液体对应于色差阈值的色散值称为预设色散值，为了保证成像的质量，就需要液体的色散值小于或者等于该预设色散值。

本发明实施例提供了弹性薄膜透镜3的材料为PDMS，硬质衬底透镜1的材料为COC，由于两者均具有较为优良的光学透过性，因此，可以为较高的成像质量提供基础。同时，还可以根据实际需要选择其他材料作为弹性薄膜透镜3和硬质衬底透镜1，此处不做一一展开。

实施例二

基于实施例一，实施例二提供了一种成像模组，通过动态调节实施例一中提供的三胶合液体透镜，来改变成像模组的成像效果。成像模组包括：接收器5、处理器6、驱动马达7、对焦透镜8和实施例一中提供的三胶合液体透镜。其中，接收器5、处理器6、驱动马达7的关系如图4所示，接收器5、处理器6、驱动马达7电连接。

其中，接收器5用于接收变焦信号，该变焦信号可以是用户通过在成像模组所在的电子产品的显示屏、机身等部位发送的信号指令，例如点击显示屏上的调焦按键、点击机身上的机械按钮等。接收器5可以为一个或多个通信接口，例如铜线接口等。处理器6用于接收接收器5发送的变焦信号，并对该变焦信号进行分析和计算，生成驱动指令，以控制驱动马达7工作。处理器6可以包括一个或者多个处理单元，例如系统芯片(system on a chip，SoC)、中央处理器(central processing unit，CPU)、微控制器(microcontroller，MCU)、存储控制器等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。同时，成像模组中还可以包括存储器，存储器中存储有程序指令，用于处理器进行调用，存储器可以包括一个或者多个存储单元，例如可以包括易失性存储器(volatile memory)，如：动态随机存取存储器(dynamic random access memory，DRAM)、静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)等；还可以包括非易失性存储器(non-volatilememory，NVM)，如：只读存储器(read-only memory，ROM)、闪存(flash memory)等。其中，不同的存储单元可以是独立的器件，也可以集成或者封装在一个或者多个处理器或者通信接口中，成为处理器或者通信接口的一部分。对焦透镜8为成像模组中用于实现对焦成像效果的器件，可以根据需要设置一个或者多个，当然，当三胶合液体透镜可以实现对焦成像时，成像模组中也可以没有对焦透镜8。

三胶合液体透镜需要依靠外力来进行形变，其中，驱动马达就是为三胶合液体透镜提供外力的装置。

在一种实现方式中，图5提供了一种成像模组的结构示意图，如图5所示，驱动马达7设置于三胶合液体透镜中弹性薄膜透镜3的上方，用于驱动弹性薄膜透镜3改变表面曲率半径；三胶合液体透镜与对焦透镜8同轴设置，三胶合液体透镜靠近光线入射端。驱动马达7包括金属线圈71和电磁场装置72，其中，金属线圈71与弹性薄膜透镜3接触，电磁场装置72设置于金属线圈71的径向外侧。

在另一种实现方式中，图6提供了一种成像模组的结构示意图，其中，与图5相比，图6中的驱动马达包括金属线圈71、支撑架73和电磁场装置72；金属线圈71设置于支撑架73上；金属线圈71通过支撑架73架设于弹性薄膜透镜3的上方；电磁场装置72设置于金属线圈71的径向外侧。可见，与图5相比，金属线圈71并不会与弹性薄膜透镜3直接接触。

基于上文公开的两种成像模组，图7为本发明实施例提供的一种成像模组的变焦方法，如图7所示，所述方法包括：

S1、接收变焦信号；

S2、根据所述变焦信号，调整所述电磁铁装置的通电量，以调节所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力；

其中，如果所述变焦信号指示增大焦距，则增加所述电磁铁装置的通电量，以增加所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力；如果所述变焦信号指示减小焦距，则减小所述电磁铁装置的通电量，以减小所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力。

具体地，对于图5所示的成像模组，接收器5接收到变焦信号之后，经过处理器6处理该变焦信号，以得到驱动指令，并将该驱动指令发送至驱动马达7，驱动马达7接收到驱动指令之后，令电磁场装置72通电，此时，电磁场装置72产生磁力，就可以用于吸引或者排斥金属线圈71。具体地，当电磁场装置72与金属线圈71之间存在排斥力时，则可以令金属线圈71对弹性薄膜透镜3产生挤压力，此时，弹性薄膜透镜3向金属线圈71的内环处凸起，液体腔室透镜形成平凸镜结构，弹性薄膜透镜3和液体腔室透镜的曲率半径均减小，焦距均变大。此时，如果电磁场装置72的通电量减小，则电磁场装置72与金属线圈71之间的排斥力减小，相应的，金属线圈71对弹性薄膜透镜3的压力减小，弹性薄膜透镜3和液体腔室透镜的曲率半径也就增大，对应的焦距变小。在一种情况中，如果三胶合液体透镜处于初始状态时，电磁场装置72与金属线圈71之间产生吸引力，则金属线圈71会在吸引力的作用下，给弹性薄膜透镜3施加一个向上的牵引力，弹性薄膜透镜3会沿着牵引力向上弯曲，从而改变弹性薄膜透镜3和液体腔室透镜的曲率半径及焦距。具体地，可以根据实际的变焦信号，改变电磁铁装置的通电量和通电极性。

对于图6所示的成像模组，接收器5接收到变焦信号之后，经过处理器6处理该变焦信号，以得到驱动指令，并将该驱动指令发送至驱动马达7，驱动马达7接收到驱动指令之后，令电磁场装置72通电，此时，电磁场装置72产生磁力，就可以与金属线圈71之间产生吸引力和排斥力。具体地，当电磁场装置72与金属线圈71之间存在排斥力时，则金属线圈71会对支撑架73施加一个向下的作用力，支撑架73随着该作用力向下移动，进而与弹性薄膜透镜3接触，并随着继续下压对弹性薄膜透镜3产生挤压力，此时，弹性薄膜透镜3在中心处凸起，液体腔室透镜形成平凸镜结构，弹性薄膜透镜3和液体腔室透镜的曲率半径均减小，焦距均变大。此时，如果电磁场装置72的通电量减小，则电磁场装置72与金属线圈71之间的排斥力减小，相应的，金属线圈71对支撑架73的作用力减小，那么支撑架73在该作用力下对弹性薄膜透镜3的压力减小，弹性薄膜透镜3和液体腔室透镜的曲率半径也就增大，对应的焦距变小。但是，在图5所提供的成像模组中，由于支撑架73与弹性薄膜透镜3不接触，因此，即使金属线圈71受到电磁场装置72向上的吸引力带动支撑架73向上移动，支撑架73也无法带动弹性薄膜透镜3向上弯曲。但是，由于支撑架73或者金属线圈71等不与弹性薄膜透镜3始终接触，因此，可以减轻对弹性薄膜透镜3的损伤，以延长弹性薄膜透镜3的使用寿命。

图8为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜的变焦示意图，如图8a所示，成像模组处于初始状态时，光源发射的光线经过成像模组和对焦透镜8在感光元件上成像，此时，虽然能够成像，但是成像较小；如图8b所示，为了增大成像，可以通过上述过程改变成像模组中三胶合液体透镜的焦距，令其焦距变小，从而令经过三胶合透镜透射的光线照射于对焦透镜合适的位置，以增加其在感光元件上的成像尺寸。

由上文可知，由于三胶合液体透镜的焦距同时受到弹性薄膜透镜3和液体腔室透镜的焦距的影响，因此，弹性薄膜透镜3可以用较小的形变实现较大的变焦效果，弹性薄膜透镜3的形变量即对应外界施加的驱动力，例如驱动马达7施加的驱动力，图9为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与普通液体透镜在变焦过程中的驱动力对比图，图9绘制了三胶合液体透镜和弹性薄膜透镜等厚的普通液体透镜(以下简称普通液体透镜)在达到相同焦距时所需要的驱动压强(驱动力的决定因素)，以弹性薄膜透镜3材料为PDMS，液体为水溶液，硬质衬底透镜1的材料为COC，弹性薄膜透镜3为平凸膜，非球面端面面型参数为，二次项：-0.025，四次项：-0.0009548，六次项：0.00029226，初始等效焦距为50mm，中心膜厚为0.3mm，侧壁2厚度为1mm，硬质衬底透镜1厚度为0.4mm为例。其中，线a代表普通液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。可见，焦距从16mm-150mm的范围内，相比于普通液体透镜，三胶合液体透镜可以减少2000Pa的驱动压强。由此，三胶合液体透镜在变焦时所需的驱动力要远小于普通液体透镜。

同时，图10为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与普通液体透镜在变焦过程中的球差对比图，图10绘制了三胶合液体透镜和普通液体透镜在达到相同焦距时成像的球差(成像质量通常用像差来表征，其中，球差为像差中比较有代表性的参数)，仍以图9对应的弹性薄膜透镜3为例，其中，线a代表普通液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。可见，在变焦范围为16mm-150mm时，普通液体透镜的球差最大为-2λ，三胶合液体透镜的球差最大为0.6λ，相比于普通液体透镜，三胶合液体透镜的球差大幅度降低，由于，球差越小，成像质量越高，可见，三胶合液体透镜的成像质量远高于普通液体透镜。

进一步地，普遍会将弹性薄膜透镜为标准球面结构(以下简称标准液体透镜)时所对应的像差作为标准值，以验证液体透镜的成像质量是否符合标准。为了验证三胶合液体透镜的成像质量是否符合标准液体透镜的成像质量，以弹性薄膜透镜3材料为PDMS，液体为水和甘油混合液(液体与PDMS的折射率相等)，硬质衬底透镜1的材料为COC，弹性薄膜透镜3为凸平膜，非球面端面面型参数为，二次项：0.041666，四次项：0.001248，六次项：-0.00039853，初始等效焦距为30mm，中心膜厚为0.45mm，侧壁2厚度为1mm，硬质衬底透镜1厚度为0.4mm为例，进行了关于像差中六个参数的相关测试，并得到如下结果：

图11为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的球差对比图，其中，线a代表标准液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。图12为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的彗差对比图，其中，线a代表标准液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。图13为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的像散对比图，其中，线a代表标准液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。图14为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的场曲对比图，其中，线a代表标准液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。图15为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的畸变对比图，其中，线a代表标准液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。图16为本发明实施例提供的一种三胶合液体透镜与标准液体透镜在变焦过程中的色散对比图，其中，线a代表标准液体透镜，线b代表三胶合液体透镜。如图11-16可见，相较于标准液体透镜，三胶合液体透镜的整体球差性能都很好，在18mm到正无穷的变焦范围内，三胶合液体透镜的球差最大为0.1λ，而标准液体透镜的球差最大为0.4λ；三胶合液体透镜的整体彗差性能相较于标准液体透镜要好60％；三胶合液体透镜的像散、场曲和畸变性能与标准液体透镜接近；虽然，三胶合液体透镜的色差性能差于标准液体透镜，但是，可以通过采用低色散液体来进行校正，因此，影响不大。综上所述，三胶合液体透镜的成像质量完成符合并高于标准液体透镜的成像质量。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三胶合液体透镜，其特征在于，所述液体透镜包括：弹性薄膜透镜、侧壁和硬质衬底透镜；

所述侧壁与所述硬质衬底透镜连接，形成腔室；

所述腔室内充满液体，形成液体腔室透镜；

所述弹性薄膜透镜与所述侧壁连接，形成所述弹性薄膜透镜、所述液体腔室透镜、所述硬质衬底透镜依次连接的三胶合液体透镜，其中，所述弹性薄膜透镜的边缘厚度与中心厚度不同。

2.根据权利要求1所述的液体透镜，其特征在于，所述弹性薄膜透镜为平凸镜、平凹镜、双凸镜、双凹镜、衍射透镜或者超表面透镜。

3.根据权利要求1或2所述的液体透镜，其特征在于，所述液体的折射率与所述弹性薄膜透镜或者所述硬质衬底透镜的折射率相等。

4.根据权利要求1-3中任一所述的液体透镜，其特征在于，所述液体的色散值小于或者等于预设色散值。

5.根据权利要求1-4中任一所述的液体透镜，其特征在于，所述弹性薄膜透镜的材料为聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，所述硬质衬底透镜的材料为环烯烃共聚物(copolymers of cycloolefin，COC)。

6.一种成像模组，其特征在于，所述成像模组包括：接收器、处理器、驱动马达、对焦透镜、以及如权利要求1-5中任一所述的三胶合液体透镜；

所述接收器、所述处理器和所述驱动马达电连接；

所述驱动马达设置于所述三胶合液体透镜中弹性薄膜透镜的上方，用于驱动所述弹性薄膜透镜改变表面曲率半径；

所述三胶合液体透镜与所述对焦透镜同轴设置，所述三胶合液体透镜靠近光线入射端。

7.根据权利要求6所述的成像模组，其特征在于，所述驱动马达包括金属线圈和电磁场装置；

所述金属线圈与所述弹性薄膜透镜接触；

所述电磁场装置设置于所述金属线圈的径向外侧。

8.根据权利要求6所述的成像模组，其特征在于，所述驱动马达包括金属线圈、支撑架和电磁场装置；

所述金属线圈设置于所述支撑架上；

所述金属线圈通过所述支撑架架设于所述弹性薄膜透镜的上方；

所述电磁场装置设置于所述金属线圈的径向外侧。

9.一种成像模组的变焦方法，其特征在于，应用于如权利要求6-8中任一所述的成像模组，所述方法包括：

接收变焦信号；

根据所述变焦信号，调整所述电磁铁装置的通电量，以调节所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力；

其中，如果所述变焦信号指示增大焦距，则增加所述电磁铁装置的通电量，以增加所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力；如果所述变焦信号指示减小焦距，则减小所述电磁铁装置的通电量，以减小所述金属线圈对所述弹性薄膜透镜的作用力。

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