CN115542438A - 液体式变焦镜头装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体式变焦镜头装置，包括有：第一腔室、压电薄膜层以及第二腔室。所述第一腔室容置第一液体，所述第二腔室容置第二液体。所述压电薄膜层位于所述第一腔室与所述第二腔室之间，且二侧分别具有第一电极层以及第二电极层。其中，藉由所述第一电极层以及所述第二电极层连接电压，使所述压电薄膜层以电压差形成一非平面形状，透过改变曲率半径来改变焦距。由于改变曲率半径采用电控方式，能够实现毫秒级的变化。

Description

液体式变焦镜头装置

技术领域

本发明属于一种变焦镜头装置，特别是指一种利用二种不同液体搭载至少一压电材薄膜的液体式变焦镜头装置。

背景技术

相机的感测器位置一般是设计在光学镜头的有效焦距上，此位置即是物体在远处时通过镜头的聚焦位置，但是当物体越来越靠近相机时，光线会聚焦到影像感测器的后方，造成影像感测器记录到的影像变得模糊，此时便需靠对焦机制来让光线聚焦点重新回到影像感测器上。

如图12所示，是习知镜头与影像感测器的对焦技术实施例示意图。此习知技术将镜头8的有效焦距保持不变，藉由调整镜头8与影像感测器9的距离d来让光线聚焦到影像感测器9上。如体积小的手机照相机就是以音圈马达(Voice Coil Actuator/Voice CoilMotor)移动整个镜头8的位置。不过，音圈马达移动范围有限，而限制了相机对焦范围，使得当手机需要有不同焦段摄影规格时，就同时须搭载不同焦段规格之镜头。

如图13所示，是习知镜头与影像感测器的对焦技术另一实施例示意图。此习知技术将调整镜头8a的有效焦距，将物体因靠近镜头8a所造成的偏移聚焦点重新聚焦到影像感测器9上。习知的照相机多是采用此对焦技术，以机械式马达移动镜头8a内的光学透镜81，控制光学透镜81的相对距离d1以变焦方式达到对焦的效果。

然而，因为移动镜头需要许多精密的电子机械配合，设计上较为繁复且成本昂贵。再者，移动镜头需要耗费不少时间，使用者必须等待实物摄影机对焦的时间。如何去开发出一种体积更小且对焦更快的镜头，一直是业界所努力的目标。

发明内容

本发明之目的在于提供一种液体式变焦镜头装置，其透过搭载压电材薄膜二侧设置不同液体，将压电材薄膜给予电压后产生之压电材弯曲形变，达成快速变焦之功能。

本发明之目的在于提供一种液体式变焦镜头装置，其藉由二压电材薄膜间设置第一液体，其余二侧分别设置第二液体的叠合设计，达到同时具备微距与长焦之功能。

为达到上述目的，本发明提供一种液体式变焦镜头装置，其包括有：一第一腔室、一第一压电薄膜层以及一第二腔室。该第一腔室具有一第一容置空间，该第一容置空间容置一第一液体，该第一腔室二侧分别设置一第一隔离层及一第二隔离层。该第一压电薄膜层二侧分别为一第一电极层以及一第二电极层，且以该第一电极层贴靠该第二隔离层。该第二腔室具有一第二容置空间，该第二容置空间容置一第二液体，该第二腔室二侧分别设置一第三隔离层及一第四隔离层，且以该第三隔离层贴靠该第二电极层。其中，藉由该第一电极层以及该第二电极层连接一电压，使该第一压电薄膜层以电压差形成一非平面形状。

于本发明之一较佳实施例中，该第一隔离层材质为玻璃及三醋酸纤维素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)其中之一，且该第四隔离层材质为玻璃及三醋酸纤维素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)其中之一。

于本发明之一较佳实施例中，该第一电极层材质以及该第二电极层材质可为银、铜、奈米银丝以及氧化铟锡(ITO)其中之一。

于本发明之一较佳实施例中，该第一电极层以及该第二电极层的厚度皆不大于20毫米(mm)。

于本发明之一较佳实施例中，该第一液体为液晶材料(liquid crystalmaterials，LCD)、硅油类、醇类溶液及水其中之一，且该第二液体为液晶材料(liquidcrystal materials，LCD)、硅油类、醇类溶液及水其中之一。

于本发明之一较佳实施例中，该第一压电薄膜层材质为聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)。

于本发明之一较佳实施例中，该变焦镜头装置更包括有：一第二压电薄膜层、一第三腔室以及一第三压电薄膜层。该第二压电薄膜层二侧分别为一第三电极层以及一第四电极层，且该第二压电薄膜层贴靠该第一隔离层。该第三腔室具有一第三容置空间，该第三容置空间容置该第一液体，该第三腔室二侧分别设置一第五隔离层及一第六隔离层，且以该第六隔离层贴靠第二压电薄膜层。该第三压电薄膜层二侧分别为一第五电极层以及一第六电极层，且该第三压电薄膜层贴靠该第五隔离层。其中，藉由该第三电极层以及该第四电极层连接一电压，使该第二压电薄膜层形成一曲面形状，且该第五电极层以及该第六电极层连接一电压，使该第三压电薄膜层以电压差形成一非平面形状。

于本发明之一较佳实施例中，该变焦镜头装置更包括有：一第四压电薄膜层以及一第四腔室。该第四压电薄膜层二侧分别为一第七电极层以及一第八电极层，且以该第八电极层贴靠该第一隔离层。该第四腔室具有一第四容置空间，该第四容置空间容置该第二液体，该第四腔室二侧分别设置一第七隔离层及一第八隔离层，且以该第八隔离层贴靠该第七电极层，该第七隔离层材质为玻璃及三醋酸纤维素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)其中之一。其中，藉由该第七电极层以及该第八电极层连接一电压，使该第四压电薄膜层以电压差形成一非平面形状。

于本发明之一较佳实施例中，该液体式变焦镜头装置更包括有：一第一储液槽、一第二储液槽以及一第三储液槽，该第一储液槽与该第一腔室远离重力一端的一腔壁相连接，该腔壁具有一第一通孔，使该第一储液槽与该第一容置空间相导通。该第二储液槽与该第二腔室远离重力一端的一腔壁相连接，该腔壁具有一第二通孔，使该第二储液槽与该第二容置空间相导通。该第三储液槽与该第四腔室远离重力一端的一腔壁相连接，该腔壁具有一第三通孔，使该第三储液槽与该第四容置空间相导通。

附图说明

图1为本发明液体式变焦镜头装置第一较佳实施例正视结构示意图。

图2为本发明液体式变焦镜头装置第一较佳实施例施以第一状态电压示意图。

图3为本发明液体式变焦镜头装置第一较佳实施例施以第二状态电压示意图。

图4为本发明液体式变焦镜头装置第二较佳实施例正视结构示意图。

图5为本发明液体式变焦镜头装置第二较佳实施例施以第一状态电压示意图。

图6为本发明液体式变焦镜头装置第二较佳实施例施以第二状态电压示意图。

图7为本发明液体式变焦镜头装置第三较佳实施例正视结构示意图。

图8为本发明液体式变焦镜头装置第三较佳实施例施以第一状态电压示意图。

图9为本发明液体式变焦镜头装置第三较佳实施例施以第二状态电压示意图。

图10为本发明液体式变焦镜头装置第四较佳实施例正视结构示意图。

图11为本发明液体式变焦镜头装置第四较佳实施例施以电压示意图。

图12为习知镜头与影像感测器的对焦技术实施例示意图。

图13为习知镜头与影像感测器的对焦技术另一实施例示意图。

附图标记为：

1、1a、1d、2、3、4～液体式变焦镜头装置

11、11b～第一腔室

111、111a～第一隔离层

112～第二隔离层

113～第一容置空间

114～第一通孔

12、12b～第二腔室

121～第三隔离层

122～第四隔离层

123～第二容置空间

124～第二通孔

13～第一压电薄膜层

131～第一电极层

132～第二电极层

21～第四压电薄膜层

211～第七电极层

212～第八电极层

22、22b～第四腔室

221～第七隔离层

222～第八隔离层

223～第四容置空间

224～第三通孔

31～第一储液槽

32～第二储液槽

33～第三储液槽

41～第二压电薄膜层

411～第三电极层

412～第四电极层

42～第三腔室

421～第三容置空间

422～第五隔离层

423～第六隔离层

43～第三压电薄膜层

431～第五电极层

432～第六电极层

6～第一液体

7～第二液体

8、8a～镜头

81～光学透镜

9～影像感测器

d～距离

d1～相对距离

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，兹绘图就本创作较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解，但须注意的是，所述内容不构成本发明的限定。另外，本说明书中，使用“～”表示的数值范围系指将“～”前后所记载的数值作为下限值及上限值而包含的范围。又，在本说明书中阶段性记载的数值范围中，以某个数值范围记载的上限值或下限值可置换为其他阶段的记载的数值范围的上限值或下限值。又，本说明书中所记载的数值范围中，某个数值范围中所记载的上限值或下限值可置换为实施例所示的值。又，本说明书中的“步骤”这一术语不仅为独立的步骤，即使在无法与其他步骤明确地区别的情况下，只要可达成该步骤的所期望的目的，则亦包含于本术语中。此外，尽管用语「步骤」及/或「方块」在本文或图式中可用于暗指所采用的方法的不同要素，然而除非明确陈述个别步骤的次序且除明确陈述个别步骤的次序以外，该些用语不应被解释为暗示在本文中所揭露的各种步骤中或各种步骤之间的任何特定次序。

请参阅图1至图3所示，其为本发明液体式变焦镜头装置第一较佳实施例正视结构示意图，以及施以第一状态及第二状态电压示意图。本发明液体式变焦镜头装置1，其包括有：一第一腔室11、一第一压电薄膜层13以及一第二腔室12。该第一腔室11具有一第一容置空间113，该第一容置空间113容置一第一液体6，该第一液体6为液晶材料(liquid crystalmaterials，LCD)、硅油类、醇类溶液及水其中之一，该第一腔室11二侧分别设置一第一隔离层111及一第二隔离层112，该第一隔离层111材质为玻璃及三醋酸纤维素(Tri-acetylCellulose，TAC)其中之一。

该第一压电薄膜层13材质为聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)。该第一压电薄膜层13二侧分别为一第一电极层131以及一第二电极层132，且以该第一电极层131贴靠该第二隔离层112，该第一电极层131材质以及该第二电极层132材质可为银、铜、奈米银丝以及氧化铟锡(ITO)其中之一，且该第一电极层131以及该第二电极层132的厚度皆不大于20毫米(mm)。

该第二腔室12具有一第二容置空间123，该第二容置空间123容置一第二液体7，该第二液体7为液晶材料(liquid crystal materials，LCD)、硅油类、醇类溶液及水其中之一，且与该第一液体6为不同介电常数液体(如醇类溶液具有较高介电常数，而硅油类具有较低介电常数)。该第二腔室12二侧分别设置一第三隔离层121及一第四隔离层122，且以该第三隔离层121贴靠该第二电极层132，该第四隔离层122材质为玻璃及三醋酸纤维素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)其中之一。其中，藉由该第一电极层131以及该第二电极层132连接一电压，使该第一压电薄膜层13以电压差形成一非平面形状。如图2所示，以该第四隔离层122邻靠入光面，该第一压电薄膜层13形成一凹透镜，将光线进行发散。而如图3所示，以该第四隔离层122邻靠入光面，该第一压电薄膜层13形成一凸透镜，将光线进行聚焦。透过电控方式改变电压强度，藉此改变曲率半径来改变焦距，且采用电控方式，能够实现毫秒级的变化。以上本发明液体式变焦镜头装置1形变速度远比传统光学镜头的机械控制更快，不仅可大幅提升对焦速度，且受力后的精细形面变化即可迅速确定焦点，可以大幅降低长焦微距功能，使体积更小。

请参阅图4至图6所示，其为本发明液体式变焦镜头装置第二较佳实施例正视结构示意图，以及施以第一状态及第二状态电压示意图。本发明液体式变焦镜头装置2较佳实施例中，为上述液体式变焦镜头装置1a实施例更包括有一第四压电薄膜层21以及一第四腔室22形成为二压电薄膜层的一三明治结构，而上述液体式变焦镜头装置1a在此就不再多加赘述，不同的地方在于本发明液体式变焦镜头装置2实施例中，由于该第一隔离层111a并非为直接的出光面，因此该第一隔离层111a材质不必为玻璃及三醋酸纤维素(Tri-acetylCellulose，TAC)其中之一所制成，在此先予叙明。

该第四压电薄膜层21二侧分别为一第七电极层211以及一第八电极层212，且以该第八电极层212贴靠该第一隔离层111a。该第四腔室22具有一第四容置空间223，该第四容置空间223容置该第二液体7，该第四腔室22二侧分别设置一第七隔离层221及一第八隔离层222，且以该第八隔离层222贴靠该第七电极层211。由于该第七隔离层221为出光面，因此该第七隔离层221材质为玻璃及三醋酸纤维素(Tri-acetyl Cellulose，TAC)其中之一。其中，藉由该第七电极层221以及该第八电极层222连接一电压，使该第四压电薄膜层21以电压差形成一非平面形状。

由于本发明液体式变焦镜头装置2为一三明治结构，中央容置该第一液体6，而二侧分别容置该第二液体7，因此该第一压电薄膜层13和该第四压电薄膜层21会同时向中央进行凸出或凹入，使本发明液体式变焦镜头装置2形成凹透镜或凸透镜效果。如图5和图6所示，在该第七电极层221以及该第八电极层222连接不同电压，将该第四压电薄膜层21形成为不同曲率，因而造成不同的焦距，产生变焦的效果。

请参阅图7至图9所示，其为本发明液体式变焦镜头装置第三较佳实施例正视结构示意图，以及施以第一状态及第二状态电压示意图。本发明液体式变焦镜头装置3较佳实施例中，为上述液体式变焦镜头装置2实施例的改良，与上述实施例不同的地方在于，该第一腔室11b远离重力一端的一腔壁具有一第一通孔114，该第二腔室12b远离重力一端的一腔壁具有一第二通孔124，该第四腔室22b远离重力一端的一腔壁具有一第三通孔224，其余与上述液体式变焦镜头装置2相同，在此就不再多加赘述，合先叙明。

本发明液体式变焦镜头装置3较佳实施例中，该液体式变焦镜头装置3更包括有：一第一储液槽31、一第二储液槽32以及一第三储液槽33。该第一储液槽31与该第一腔室11b相连接，该第一储液槽31以该第一通孔114与该第一容置空间113相导通。该第二储液槽与该第二腔室12b相连接，该第二储液槽32以该第二通孔124与该第二容置空间123相导通。该第三储液槽33与该第四腔室22b相连接，该第三储液槽33以该第三通孔224与该第四容置空间223相导通。

如图8和图9所示，本发明液体式变焦镜头装置3为一三明治结构，中央容置该第一液体6，而二侧分别容置该第二液体7，因此该第一压电薄膜层13和该第四压电薄膜层21会同时向中央进行凹入时，将挤压该第一液体6，使该第一液体6通过该第一通孔114进入该第一储液槽31中。而该第一压电薄膜层13和该第四压电薄膜层21会同时向中央进行凸出时，将分别挤压二侧该第二液体7，使该第二液体7分别通过该第二通孔124进入该第二储液槽32，以及通过该第三通孔224进入该第三储液槽33中。

请参阅图10至图11所示，其为本发明液体式变焦镜头装置第四较佳实施例正视结构示意图，以及施以电压示意图。本发明液体式变焦镜头装置4较佳实施例中，为上述液体式变焦镜头装置1d实施例更包括有：一第二压电薄膜层41、一第三腔室42以及一第三压电薄膜层43，该液体式变焦镜头装置4形成为三压电薄膜层的一三明治结构，而上述液体式变焦镜头装置1d在此就不再多加赘述，不同的地方在于将上述液体式变焦镜头装置1d实施例中分别位于该第一压电薄膜层13d二侧的该第一电极层131d以及该第二电极层132d，调整在该第一压电薄膜层13d的二端，但其电控方式及功效并无改变，在此先予叙明。

该第二压电薄膜层41二侧分别为一第三电极层411以及一第四电极层412，且该第二压电薄膜层41贴靠该第一隔离层111。该第三腔室42具有一第三容置空间421，该第三容置空间421容置该第一液体6，该第三腔室42二侧分别设置一第五隔离层422及一第六隔离层423，且以该第六隔离层423贴靠第二压电薄膜层41。该第三压电薄膜层43二侧分别为一第五电极层431以及一第六电极层432，且该第三压电薄膜层43贴靠该第五隔离层422。其中，藉由该第三电极层411以及该第四电极层412连接一电压，使该第二压电薄膜层41形成一曲面形状，且该第五电极层431以及该第六电极层432连接一电压，使该第三压电薄膜层43以电压差形成一非平面形状。在实际操作上，可以将该液体式变焦镜头装置4形成同时具有凸面镜及凹透镜的光学聚焦镜头效果。

透过上述的详细说明，即可充分显示本发明的目的及功效上均具有实施的进步性，极具产业的利用性价值，完全符合发明专利要件，爰依法提出申请。唯以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种液体式变焦镜头装置，其特征在于，其包括有：

第一腔室，具有第一容置空间，所述第一容置空间容置第一液体，所述第一腔室二侧分别设置第一隔离层及第二隔离层；

第一压电薄膜层，二侧分别为第一电极层以及第二电极层，且以所述第一电极层贴靠所述第二隔离层；

第二腔室，具有第二容置空间，所述第二容置空间容置第二液体，所述第二腔室二侧分别设置第三隔离层及第四隔离层，且以所述第三隔离层贴靠所述第二电极层；

其中，藉由所述第一电极层以及所述第二电极层连接电压，使所述第一压电薄膜层以电压差形成非平面形状。

2.如权利要求1所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述第一隔离层材质为玻璃及三醋酸纤维素其中之一，且所述第四隔离层材质为玻璃及三醋酸纤维素其中之一。

3.如权利要求1所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述第一电极层材质以及所述第二电极层材质可为银、铜、奈米银丝以及氧化铟锡其中之一。

4.如权利要求1所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述第一电极层以及所述第二电极层的厚度皆不大于20毫米。

5.如权利要求1所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述第一液体为液晶材料、硅油类、醇类溶液及水其中之一，且所述第二液体为液晶材料、硅油类、醇类溶液及水其中之一。

6.如权利要求1所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述第一压电薄膜层材质为聚偏二氟乙烯。

7.如权利要求1所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述变焦镜头装置更包括有：

第二压电薄膜层，二侧分别为第三电极层以及第四电极层，且所述第二压电薄膜层贴靠所述第一隔离层；

第三腔室，具有第三容置空间，所述第三容置空间容置所述第一液体，所述第三腔室二侧分别设置第五隔离层及第六隔离层，且以所述第六隔离层贴靠第二压电薄膜层；

第三压电薄膜层，二侧分别为第五电极层以及第六电极层，且所述第三压电薄膜层贴靠所述第五隔离层；

其中，藉由所述第三电极层以及所述第四电极层连接电压，使所述第二压电薄膜层形成曲面形状，且所述第五电极层以及所述第六电极层连接电压，使所述第三压电薄膜层以电压差形成非平面形状。

8.如权利要求1所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述变焦镜头装置更包括有：

第四压电薄膜层，二侧分别为第七电极层以及第八电极层，且以所述第八电极层贴靠所述第一隔离层；

第四腔室，具有第四容置空间，所述第四容置空间容置所述第二液体，所述第四腔室二侧分别设置第七隔离层及第八隔离层，且以所述第八隔离层贴靠所述第七电极层；

其中，藉由所述第七电极层以及所述第八电极层连接电压，使所述第四压电薄膜层以电压差形成非平面形状。

9.如权利要求8所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述第七隔离层材质为玻璃及三醋酸纤维素其中之一。

10.如权利要求8所述的液体式变焦镜头装置，其特征在于，所述液体式变焦镜头装置更包括有：

第一储液槽，与所述第一腔室远离重力一端的腔壁相连接，所述腔壁具有第一通孔，使所述第一储液槽与所述第一容置空间相导通；

第二储液槽，与所述第二腔室远离重力一端的腔壁相连接，所述腔壁具有第二通孔，使所述第二储液槽与所述第二容置空间相导通；

第三储液槽，与所述第四腔室远离重力一端的腔壁相连接，所述腔壁具有第三通孔，使所述第三储液槽与所述第四容置空间相导通。

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