CN114578544B - 一种可变光谱膜元件、镜头模组及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变光谱膜元件、镜头模组及设备，其中该可变光谱膜元件包括至少一个单色滤光膜片及与其连接的电极；所述滤光膜片包括压电/电致伸缩膜，其在未通电状态下呈点状且能够伸缩，所述滤光膜片在平行和垂直于入射光方向上的尺寸与所述电极所提供的电压成正比，所述滤光膜片在电压达到最大预设值时呈片状；所述电极设置于所述滤光膜片的边缘。

Description

一种可变光谱膜元件、镜头模组及设备

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，尤其涉及一种可变光谱膜元件、镜头模组及设备。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对智能化的科技产品追求越来越高，而这些智能产品只能通过一定光谱的光。

比如应用智能监控方面的摄像头时，其一般需要全天候地进行工作，由于监控器在白天和黑夜工作时，外界的光线差别较大，而监控器中的摄像头一般仅为单一种类，摄像头不可能全天候适应外界的光线条件。白天使用时，需要过滤掉红外光谱确保色彩不会偏红，行业内的做法都是镀上了一个吸收红外光的蓝膜；或者加一个红外滤光片，理想的状态是在不同的外界条件下，该滤光片需要作相适应的变化，滤光片的这种变化主要是体现在其透光率的变化上，即在白天时，滤光片具有低透光率，在晚上或光线较暗的情形下，滤光片具有高透光率，但实际的上一般会使用滤光片切换装置，当晚上光线微弱的时候需要使用红外成像的时候，通过马达驱动的滤光片切换器切换到可以透过红外光的滤光片。

但是，当监视器在后续的其他场景中需要屏蔽其他光谱时，则很不方便。基于该原因，如何设计一种可变光谱膜元件、镜头模组及设备，成为了目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明公开一种可变光谱膜及吸塑模具，用于解决现有技术中的监控器、摄像机等光学仪器设备中无法变换多种滤光光谱的技术问题问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

提供一种可变光谱膜，所述可变光谱膜元件包括至少一个滤光膜片及与其连接的电极；

所述滤光膜片包括压电/电致伸缩膜，所述滤光膜片在未通电状态下呈点状且能够伸缩，所述滤光膜片在平行和垂直于入射光方向上的尺寸与所述电极所提供的电压成正比，所述滤光膜片在电压达到最大预设值时呈片状；

所述电极设置于所述滤光膜片的一侧。

作为优选的技术方案，所述滤光膜片宽度方向的尺寸及与该宽度方向垂直的长度方向的尺寸均随电压的变化而变化。

作为优选的技术方案，所述滤光膜片在垂直于入射光方向上的尺寸由点状扩张为片状包括255个分量强度，电压的所述最大预设值为2.55V，每0.01V为一个所述分量强度。

作为优选的技术方案，所述滤光膜片的数量为1，所述滤光膜片为红色滤光膜、绿色滤光膜或蓝色滤光膜。

作为优选的技术方案，所述滤光膜片的数量为3，每个所述滤光膜片连接4个所述电极，且3个所述滤光膜片沿入射光的方向顺次叠置。

作为优选的技术方案，3个所述滤光膜片包括红色滤光膜、绿色滤光膜及蓝色滤光膜。

作为优选的技术方案，还包括透明基板，所述透明基板设置于所述滤光膜片的一侧，用于支撑所述滤光膜片，并引导所述滤光膜片扩张时的延伸方向。

本发明还提供了一种可变光谱的镜头模组，包括镜筒、透镜组及感光芯片，还包括如上任一项所述的可变光谱膜元件。

作为优选的技术方案，所述可变光谱膜元件设置于所述镜筒中，且位于所述透镜组与所述感光芯片之间。

本发明还提供了一种可变光谱的设备，所述设备包括如上任一项所述的光谱膜元件。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

(1)本申请在一方面提供了一种可变光谱膜元件，该膜元件使用具备电致伸缩效应的材料作为滤光膜片，并在其边缘设置有电极；特别地，滤光膜片在不通电的初始状态下为点状，此时不滤光，当需要进行滤光时只需要通过电极对其加压，即可使其扩张为片状，以过滤相应的光谱，因此不再需要在光学仪器的镜头组中再进行镀膜或设置滤光片切换装置，不仅简化了镜头组的结构，而且能够更方便的控制光谱的过滤与否。

(2)在本申请一种更优选的实施方式中的可变光谱膜元件，其设置有三个滤光膜片，分别为红色滤光膜、蓝色滤光膜及绿色滤光膜，且每一个滤光膜片均连接有一个电极，只要控制不同的滤光膜片进行伸缩，即可过滤不同色光谱。

(3)本申请还提供了一种镜头模组，上述可变光谱膜元件设置于镜头模组的透镜组与感光芯片之间，不需要再对透镜进行镀膜或设置滤光片切换装置即可完成不同光谱的屏蔽。

(4)本申请还进一步提供了一种光学设备，在该设备中设有上述可变光谱膜元件，无需设置滤光片切换装置即可完成不同光谱的屏蔽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1公开的一种优选实施例中可变光谱膜元件的平面结构示意图；

图2为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中可变光谱膜元件的滤光膜片的使用状态图示意图；

图3为本发明实施例1公开的一种优选实施例中可变光谱膜元件的滤光膜片的使用状态图示意图；

图4为本发明实施例2公开的一种优选实施方式中可变光谱的镜头模组的结构示意图。具体包括下述附图标记：

滤光膜片1，红色滤光膜的滤光膜片11，绿色滤光膜的滤光膜片12，蓝色滤光膜的滤光膜片13；电极2，FPC21，基板3，镜筒4，透镜组5，感光芯片6。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，所描述的实施例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。

为解决现有技术中存在的问题，本申请实施例主要提供了一种可变光谱膜元件、镜头模组及设备，其中可变光谱膜元件包括滤光膜片及与其连接的电极，滤光膜片呈点状且能够伸缩，且滤光膜片在垂直于入射光方向上的尺寸与电极所提供的电压成正比，上述滤光膜片在电压达到最大预设值时呈片状；上述电极设置于滤光膜片的边缘。进一步地，前述可变光谱膜元件设置于镜头模组中原滤光片切换装置的位置，用来控制过滤不同的光谱。

实施例1

在目前的光学仪器设备中，当需要进行滤光时，通常的做法一般是直接在镜头模组上镀膜以过滤特定光谱，或者在镜头模组中设置滤光片及滤光片切换装置，当不需要屏蔽某种光谱时，使用滤光片切换装置将滤光片切走，即可完成操作。但是无论是镀膜还是设置滤光片切换装置，如果该光学仪器在后续的场景中需要屏蔽其他的光谱，则很难操作。为解决该问题，本实施例1提供了一种可变光谱膜元件，其中的滤光膜片1形状可变，以控制光学仪器设备按照特定需要屏蔽不用光谱的光。

参考图1-图3，在一种优选实施例中，提供了一种可变光谱膜元件，用于屏蔽不同的光谱。该可变光谱膜元件包括滤光膜片1及与其电连接的电极2，该电极2设置于滤光膜片1的边缘，用于为滤光膜片1提供一定的电压，以使其变形。

在一种优选实施方式中，滤光膜片1在未通电的初始状态下呈点状，此时无法正常滤光，在通电后能够进行扩张，且该滤光膜片1在垂直于入射光方向上的尺寸与前述电极2所提供的电压成正比，当电压达到最大预设值时扩展为片状，此时可以正常滤光；具体的，当滤光膜片1扩展为片状时，可以将其预设为圆形或规则多边形，如矩形，以实现滤光膜片1在扩张时的高效性和简易性。在本实施例中，该可变光谱膜元件在设置于光学仪器设置中时，若使用者无需滤光，则不给其滤光膜片1通电，若需要其进行滤光，则对滤光膜片1给予最大预设电压，使其扩展为可以正常屏蔽通过其光线的片状，以正常滤光。

在一种优选实施例中，上述滤光膜片1为压电/电致伸缩膜，该材料的滤光膜片1具有电致伸缩效应，材料可选择聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)等。该具有电致伸缩效应的滤光膜片1在通电时，其宽度方向的尺寸及与该宽度方向垂直的长度方向的尺寸均随电压的变化而变化，而断电时则恢复原形状。具体的，在本实施例当中，上述滤光膜片1垂直于光线入射方向的尺寸的延展性大于平行于入射光方向的尺寸的延展性，以保证其通电后能够顺利延展为片状，而非其他形状。进一步地，为了避免滤光膜片1在通电扩展时的向不期望的方向倾斜，在滤光膜片1的一侧还设有透明基板3，一方面可以用来支撑滤光膜片1，另一方面可以用来引导滤光膜片1的延伸方向。

优选的，为了避免电极2在滤光膜片1扩张后阻挡其光线通路，因此将电极2设置于滤光膜片1的边缘，如图1所示。进一步地，在滤光膜片1四周的端点都设有一个电极2，全部电极2的走线围绕滤光膜片1的四周汇集于其中一端，并通过FPC(柔性电路板)21与控制装置连接，通过对四个电极2中任意两个相对的电极施加电压，即可控制滤光膜片1的面积或厚度的改变；在滤光膜片1的变形过程中，以四个电极2走线最终汇总后的FPC21处为锚定点，进行体积/表面积的变化。具体的，在本实施例中，本领域人员可以知晓的是，由于所要应用的具体使用场景不同，因此滤光膜片1的具体大小、形状、材质也会相应进行改变，且目前具有电致伸缩效应的材料可选择性较多，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，滤光膜片1的具体尺寸及可电致伸缩的材料可以自由裁量，在此不作赘述。

优选的，滤光膜片1在垂直于入射光方向上的尺寸由点状扩张为片状的过程中，包括255个分量强度，电压的最大预设值为2.55V，每0.01V为一个分量强度。进一步地，当滤光膜片1受到最大预设电压并扩展到最大尺寸时，该尺寸的大小需要保证：当可变光谱膜元件安装入光学仪器设备中后，通过镜头的入射的光线能被全部过滤。

在一种实施例中，可变光谱膜元件中只设置有一个滤光膜片1及4个电极2，滤光膜片1可以选择红色滤光膜、绿色滤光膜或蓝色滤光膜中的一种，当需要滤光时即对其进行通电，当不需要滤光时则停止通电，使其收缩为点状，保证全部光谱的进入。

参考图2及图3，而在另外一种更优选的实施例当中，可变光谱膜元件包括三个滤光膜片1，每个滤光膜片1连接4个电极2，4个电极2分别控制滤光膜片1在宽度方向及与该宽度方向垂直的长度方向上的形变，且三个滤光膜片1沿入射光的方向顺次叠置；具体的，三个滤光膜片1为红色滤光膜、绿色滤光膜及蓝色滤光膜，由于自然界中所有的颜色都可以用红、绿、蓝(RGB)这三种颜色频率的不同强度组合而得，因此选择前述三种滤光膜。

在本实施例中，红色滤光膜、绿色滤光膜及蓝色滤光膜在未通电的初始状态均为点状，此时若想使其通过所有的光谱，则同时对三个滤光膜片1施加预设电压，使其均扩展为同比例面积的片状，混合后则为白光，此时所有光谱均可通过；若想屏蔽蓝光光谱，则仅对蓝色滤光膜的滤光膜片13施加电压使其扩张，以实现蓝光光谱的过滤；相应的，若要实现红光或绿光光谱的屏蔽，则对相应的滤光膜片1施加电压使其扩张，以过滤相应的光谱；若想过滤黄光光谱，则对红色滤光膜的滤光膜片11和绿色滤光膜的滤光膜片12施加电压使其扩张，而蓝色滤光膜的滤光膜片13则不通电，如图2、图3，此时即可实现黄光光谱的过滤。若是想屏蔽其他颜色的光谱，在将不同的滤光膜片1扩张至相同面积后，对滤光膜片1平行于入射光的方向施加电压，使特定的滤光膜片1在平行于入射光方向的尺寸增大，调整不同的混合比例以得到期望的光谱。

进一步地，在本实施例中，无论滤光膜片1宽度方向的尺寸，还是与该宽度方向垂直的长度方向的尺寸，其具体扩张面积与施加的电信号一一对应，也即某一个特定的电信号仅对应唯一的型变量，且某个型变量对应唯一的电压信号。

实施例2

参考图4，本实施例提供了一种可变光谱的镜头模组，该镜头模组包括镜筒4、透镜组5及感光芯片6，实施例1中所述的可变光谱膜元件设置在于镜筒4中，且位于透镜组5与感光芯片6之间。在本实施例中，不需要再对透镜进行镀膜或设置滤光片切换装置即可完成不同光谱的屏蔽，且由于可变光谱膜元件的结构相比现有技术中的滤光片切换装置更加简单，因此可以进一步缩小镜头模组的体积及简化制作工艺。

实施例3

在本实施例，提供了一种可变光谱的设备，该设备包括如实施例1所述的光谱膜元件或如实施例2所述的镜头模组。具体的，该可变光谱的设备可以作为监视系统、红外线装置、自动光学检测设备、医疗器材/设备、激光装置、紫外曝光设备、紫外线装置、紫外激发设备等。

本发明具有以下优点：

(1)本申请在一方面提供了一种可变光谱膜元件，该膜元件使用具备电致伸缩效应的材料作为滤光膜片，并在其边缘设置有电极；特别地，滤光膜片在不通电的初始状态下为点状，此时不滤光，当需要进行滤光时只需要通过电极对其加压，即可使其扩张为片状，以过滤相应的光谱，因此不再需要在光学仪器的镜头组中再进行镀膜或设置滤光片切换装置，不仅简化了镜头组的结构，而且能够更方便的控制光谱的过滤与否。

(2)在本申请一种更优选的实施方式中的可变光谱膜元件，其设置有三个滤光膜片，分别为红色滤光膜、蓝色滤光膜及绿色滤光膜，且每一个滤光膜片均连接有一个电极，只要控制不同的滤光膜片进行伸缩，即可过滤不同色光谱。

(3)本申请还提供了一种镜头模组，上述可变光谱膜元件设置于镜头模组的透镜组与感光芯片之间，不需要再对透镜进行镀膜或设置滤光片切换装置即可完成不同光谱的屏蔽。

(4)本申请还进一步提供了一种光学设备，在该设备中设有上述可变光谱膜元件，无需设置滤光片切换装置即可完成不同光谱的屏蔽。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种可变光谱膜元件，其特征在于，所述可变光谱膜元件包括至少一个单色滤光膜片及与其连接的电极；

所述滤光膜片包括压电/电致伸缩膜，所述滤光膜片在未通电状态下呈点状且能够伸缩，所述滤光膜片在平行和垂直于入射光方向上的尺寸与所述电极所提供的电压成正比，所述滤光膜片在电压达到最大预设值时呈片状；

所述电极设置于所述滤光膜片的一侧。

2.根据权利要求1所述的可变光谱膜元件，其特征在于，所述滤光膜片宽度方向的尺寸及与该宽度方向垂直的长度方向的尺寸均随电压的变化而变化。

3.根据权利要求2所述的可变光谱膜元件，其特征在于，所述滤光膜片在垂直于入射光方向上的尺寸由点状扩张为片状包括255个分量强度，电压的所述最大预设值为2.55V，每0.01V为一个所述分量强度。

4.根据权利要求1所述的可变光谱膜元件，其特征在于，所述滤光膜片的数量为1，所述滤光膜片为红色滤光膜、绿色滤光膜或蓝色滤光膜。

5.根据权利要求1所述的可变光谱膜元件，其特征在于，所述滤光膜片的数量为3，每个所述滤光膜片连接4个所述电极，且3个所述滤光膜片沿入射光的方向顺次叠置。

6.根据权利要求5所述的可变光谱膜元件，其特征在于，3个所述滤光膜片包括红色滤光膜、绿色滤光膜及蓝色滤光膜。

7.根据权利要求1所述的可变光谱膜元件，其特征在于，还包括透明基板，所述透明基板设置于所述滤光膜片的一侧，用于支撑所述滤光膜片，并引导所述滤光膜片扩张时的延伸方向。

8.一种可变光谱的镜头模组，包括镜筒、透镜组及感光芯片，其特征在于，还包括如权利要求1-7任一项所述的可变光谱膜元件。

9.根据权利要求8所述的镜头模组，其特征在于，所述可变光谱膜元件设置于所述镜筒中，且位于所述透镜组与所述感光芯片之间。

10.一种可变光谱的设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求1-7任一项所述的光谱膜元件。