CN117178207A - 可调谐透镜中的热膨胀补偿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于补偿可调谐透镜中的热膨胀的方法和器件。特别地，本发明涉及一种包括用于补偿热膨胀的器件的可调谐透镜和一种设备，比如相机模块，该设备包括包含用于补偿热膨胀的器件的可调谐透镜。

Description

可调谐透镜中的热膨胀补偿

技术领域

本发明涉及一种用于补偿可调谐透镜中的热膨胀的方法和器件。特别地，本发明涉及一种包括用于补偿热膨胀的器件的可调谐透镜和一种设备，比如相机模块，该设备包括包含用于补偿热膨胀的器件的可调谐透镜。

背景技术

可调谐透镜的性能受到热诱导效应(thermal induced effect)的影响。

例如，由于温度变化导致的光学系统中的聚焦漂移是众所周知的，并且它限制了装置可以最佳地使用的特定温度范围。

因此，需要补偿温度漂移的影响的解决方案。

通常，由于在可调谐透镜结构的不同元件中使用的材料的不同热膨胀系数(CTE),因此可调谐透镜的光学部分可能发生变形。

例如，当温度在25℃和60℃之间变化时，具有较高CTE的下部膜的支撑结构或挤压结构的存在可能导致场的分量Z的显著位移。

此外，采用基于聚合物的透镜本体的可调谐透镜还可能受到热诱导膨胀的影响。由于聚合物透镜本体的不同CTE，因此当温度升高时，膜之间或膜和下方的基板之间的距离可能增加。因此，光学路径可能改变，并且致动器接口位置可能不同，从而影响可调谐透镜的光学性能。

此外，基于聚合物的透镜本体的折射率也可能随温度而变化，从而导致进一步的光学性能偏移。

其中，多个参数可能有助于热诱导的变化，并且需要用于补偿由于可调谐透镜内的热膨胀诱发的光学变化的影响的系统和方法。

因此，能够补偿热散焦的可调谐透镜将是有利的。

发明目的

本发明的目的是提供一种能够补偿热散焦的可调谐透镜。

本发明的目的也可以被视为提供现有技术的替代方案。

具体而言，可以认为本发明的目的是提供一种能够补偿热散焦的可调谐透镜，该可调谐透镜通过采用用于补偿可调谐透镜的热膨胀的器件来解决现有技术的上述问题。

发明内容

因此，在本发明的第一方面，通过提供一种可调谐或可控制的透镜来实现上述目的和多个其他目的，该透镜包括：第一和第二透明膜；透明的、可变形的、非流体的本体，其位于(比如夹置在)第一和第二透明膜之间；一个或更多个致动器；以及用于补偿可调谐透镜的热膨胀的器件。

可调谐或可控制的透镜是具有可变光焦度的透镜。

第一和第二透明膜是可以对VIS光透明的覆盖构件，即在可见(VIS)光谱范围内具有确定的透射率，使得透镜适用于相机模块。

透明的可变形的非流体透镜本体优选地由弹性材料制成。由于透镜本体是非流体的，因此不需要流体密封的外壳来封装透镜本体以防止其泄漏。

在一些实施例中，可调谐透镜可以包括支撑壁。支撑壁可以被布置成支撑第一透明膜和/或第二透明膜。

当支撑壁存在时，透镜包括在潜在的支撑壁和透明的、可变形的、非流体的本体之间的间隙，比如空气间隙。因此，非流体的本体的运动相对于光学轴线在径向上(即沿着垂直于光学轴线的方向)不受限制。

在一些实施例中，透明的、可变形的非流体的本体包括第一聚合物。

第一聚合物可以是包含可混溶油或油的组合的交联或部分交联聚合物的聚合物网络。

在一些实施例中，透明的、可变形的、非流体的本体由软聚合物制成，该软聚合物可以包括多种不同的材料，比如硅酮、聚合物凝胶、交联或部分交联的聚合物的聚合物网络、以及可混溶油或油的组合。非流体透镜本体的弹性模量可以大于300Pa，从而避免在正常操作中由于重力引起的变形。非流体透镜本体的折射率可以大于1.3，比如在1.35以上。透明的、可变形的、非流体的本体可以具有与第一和第二透明膜的折射率相等、基本相等或接近的折射率，以便减少在透明的、可变形的、非流体的本体的边界处的反射。

一个或更多个致动器被布置成产生可控制的弯曲、倾斜或位移或其组合。根据电或光控制信号(比如由控制系统产生的控制信号)来控制透镜的整体外形的可控变化。

一个或更多个致动器可以被配置为仅产生第一或第二透明膜的可控弯曲。因此，通过致动，第一和/或第二透明膜可以弯曲成凹形或凸形形状，从而向透射通过可调谐透镜的光提供光焦度。

当存在支撑壁时，一个或更多个致动器可以固定到支撑结构，使得位移元件相对于支撑结构移位。

一个或更多个致动器可以是压电致动器。

一个或更多个压电致动器被布置成使得透镜包括由一个或更多个压电致动器包围的构成透镜区域的内部部分，使得光可以无阻碍地穿过透镜区域。透明的、可变形的、非流体的本体被布置成使得其至少覆盖透镜区域，但是也可以朝向第一或第二透明膜的周边延伸超过透镜区域的延伸部。

在一些实施例中，一个或更多个致动器是或包括音圈电机(VCM)。

在一些其他实施例中，一个或更多个致动器是或包括形状记忆合金(SMA)致动器。

SMA是这样一种致动器，其包括响应于温度来改变形状、刚度和固有频率以及其他机械特性的材料。

SMA致动器可以具有线材、弹簧或带的形状。

用于补偿可调谐透镜的热膨胀的器件是任何适于补偿可调谐透镜的热膨胀的器件。

本发明的解决方案旨在解决可调谐透镜内的热膨胀问题，这是通过使材料、结构元件、第一和第二透明膜或透明的、可变形的、非流体的本体具有不同的CTE而产生的。

热膨胀的补偿可以通过透明的、可变形的、非流体的本体内的厚度梯度来实现。

在一些实施例中，用于补偿可调谐透镜的热膨胀的器件包括位于第一和第二透明膜之间的第二聚合物。

热膨胀补偿的一个示例采用在透明的、可变形的非流体的本体内存在至少两种聚合物，即第一和第二聚合物。

第一和第二聚合物可以具有不同的CTE，从而产生第一聚合物层和第二聚合物层。

在一些进一步的实施例中，第一聚合物层和第二聚合物层沿着可调谐透镜的半径具有厚度梯度。

不同的CTE和径向厚度梯度可以在透明的、可变形的非流体的本体内形成平凸形状，从而补偿可能的热膨胀。

可以在第一和第二透明膜中的一个内实现类似的平凸结构，从而导致第一聚合物内沿透镜半径的厚度梯度。因此，第一聚合物膨胀将随着距中心轴线的距离而增加。

因此，在一些实施例中，第二透明膜是平凸膜，从而在第一聚合物中沿着可调谐透镜的半径产生厚度梯度。

作为平凸膜的第二透明膜因此是用于补偿可调谐透镜内的热膨胀的器件。

热膨胀的补偿也可以通过改变可调谐透镜结构内的涂层来实现。

在一些其他实施例中，用于补偿热膨胀的器件包括位于第一和/或第二透明膜上的至少一个涂层。

至少一个涂层可以是涂覆层，例如沉积在第一和/或第二透明膜上的材料的薄膜。

覆盖层、薄膜、薄板或薄片可以与说明书一起使用以指代位于第一和/或第二透明膜上的涂覆层。

在一些实施例中，至少一个涂层是光学透明材料的薄膜，其具有与第一和第二透明膜的CTE不同的CTE。

第一透明膜的CTE与第二透明膜的CTE不同。

至少一个涂层可以是层的堆叠。

在一些实施例中，至少一个涂层可以不是光学透明的。

在一些其他实施例中，至少一个涂层可以施加在可调谐透镜的光学孔径的外侧。

在一些进一步的实施例中，至少一个涂层可以是抗反射涂层。

抗反射涂层被理解为光学透镜的涂层，其减少了光学透镜相对于没有涂层的光学透镜的平均反射。

至少一个涂层可以施加到一个以上的表面上，比如第一和第二透明膜的顶部表面和底部表面。

可以调整至少一个涂层的厚度，以便实现期望的热行为。

在一些进一步的实施例中，用于补偿可调谐透镜的热膨胀的器件包括至少一个位于(比如粘合到)第一和/或第二膜上的结构元件。

至少一个结构元件可以是选定材料的环结构，该环结构通过不同的方式(比如胶水、胶带、激光焊接或其他方式)定位到(比如附接到)第一和/或第二透明膜。

在一些实施例中，至少一个结构元件是挤压结构元件。

挤压结构元件可以是环结构。

挤压结构元件可以附接到第一和/或第二透明膜的相对侧。这种配置可能是有利的，因为逆转了热变形对第一和/或第二透明膜的影响。

在一些实施例中，至少一个结构元件是一个或更多个结构元件。一个或更多个结构元件可以具有不同的CTE，并且可以具有与第一和/或第二透明膜的CTE不同的CTE。

通常地，可以找到具有不同CTE的结构元件、膜和聚合物的特定组合，以便最小化可调谐透镜的热膨胀。

在一些其他实施例中，至少一个结构元件是或包括支撑结构元件。

在一些进一步的实施例中，至少一个结构元件具有止动功能，从而限制第一和/或第二透明膜的变形。

为了允许在特定温度范围的热膨胀并限制在其他温度处的热膨胀，至少一个结构元件可以具有止动功能，例如可以是“硬止动(hard stop)”。

“硬止动”在本文被定义为在热变形下与可调谐透镜的至少一部分接触的机械元件，因此限制了热诱导膨胀。

例如，至少一个结构元件可以是具有间隙(比如空气间隙)的结构，该间隙将支撑结构元件和透明的、可变形的、非流体的本体分隔开。

间隙的存在允许通过透明的、可变形的、非流体的本体的热膨胀实现第一或第二透明膜的一定程度的提升，从而将热膨胀的程度限制在期望水平。

在一些其他实施例中，至少一个结构元件可以是限制环结构，该限制环结构将由于透明的、可变形的、非流体的本体的不期望的热膨胀引起的第一或第二透明膜的变形限制到期望的距离。

在第二方面，本发明涉及一种包括根据本发明的第一方面的可调谐透镜的相机模块(CM)。

在第三方面，本发明涉及一种用于补偿根据本发明的第一方面的可调谐透镜的热膨胀的方法，该方法包括：将透明的、可变形的非流体的本体沉积在第一或第二透明膜上；在所述透明的、可变形的、非流体的本体内沿着可调谐透镜的半径提供厚度梯度。

在第四方面，本发明涉及一种用于补偿可调谐透镜的热膨胀的方法，可调谐透镜包括第一和第二透明膜、位于第一和第二透明膜之间的透明的、可变形的、非流体的本体以及一个或更多个致动器；该方法包括：将透明的、可变形的、非流体的本体沉积在第一或第二透明膜上；在透明的、可变形的、非流体的本体内沿着所述可调谐透镜的半径提供厚度梯度。

本发明的第一方面和其它方面和实施例可以各自与其它方面和实施例中的任何一个组合。本发明的这些或其它方面将参考下文描述的实施例进行说明并且从其中变得清楚。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的可调谐透镜。附图示出了实现本发明的一种方式，并且不应该解释为限制落入所附权利要求集合的范围内的其它可能的实施例。

图1-8是根据本发明的一些实施例的可调谐透镜的横截面或示意图。

图9是根据本发明的一些实施例的包括可调谐透镜的CM的示意图。

图10是根据本发明的一些实施例的方法的流程图。

图11是根据本发明的一些其他实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1是可调谐透镜1的横截面，该可调谐透镜具有夹置在两个透明膜9和11之间的透明的、可变形的聚合物本体10。

挤压结构7存在于两个透明膜9和11的外部表面上。挤压结构7通过胶水8粘合到两个透明膜9和11的外部表面。

图2是可调谐透镜2的示意图，该可调谐透镜具有夹置在两个透明膜之间的透明的、可变形的聚合物本体。

挤压结构12被示出延伸可调谐透镜的光学孔径，以便在可调谐透镜的两侧保留用于放置致动器器件的区域13。挤压结构12粘合到两个透明膜的外部表面。

图3是可调谐透镜3的横截面，该可调谐透镜包括两个透明膜17和20以及通过胶水15粘合到两个透明膜17和20的外部表面的挤压结构16。

可调谐透镜3具有透明的、可变形的本体，该本体包括位于第一和第二透明膜17和20之间的第一聚合物18和第二聚合物19。

第一聚合物18具有不同于第二聚合物19的CTE。

第二聚合物19具有沿着可调谐透镜3的半径的厚度梯度，从而在透明的、可变形的、非流体的本体内以及在第一聚合物18和第二聚合物19之间形成平凸形状。

图4是可调谐透镜4的横截面，其包括具有平凸结构的第一透明膜24和第二透明膜25。

夹置在第一透明膜24和第二透明膜25之间的透明的、可变形的、非流体的聚合物本体23显示出沿着由第二透明膜25的平凸结构引起的半径的厚度梯度。

图5是可调谐透镜5的横截面，该可调谐透镜具有夹置在两个透明膜27和29之间的透明的、可变形的聚合物本体28。

可调谐透镜5具有粘合到底部透明膜29的底部结构30和具有硬止动功能的顶部结构31。

顶部结构31具有空气间隙26，该空气间隙具有止动功能。

由于透明的、可变形的、非流体的本体28的热膨胀，因此空气间隙26的存在允许第一透明膜27的一定程度的提升，从而将热膨胀的程度限制在期望水平。

图6是可调谐透镜6的横截面，该可调谐透镜具有夹置在两个透明膜35和37之间的透明的、可变形的聚合物本体36。

顶部结构33具有限制环结构32，该限制环在具有止动功能的可调谐透镜6的光学孔径上方延伸。

限制环结构32抑制由于透明的可变形的非流体的本体36的不期望的热膨胀而引起的第一透明膜35的变形。

图7是可调谐透镜34的横截面，该可调谐透镜具有夹置在两个透明膜39和49之间的透明的、可变形的聚合物本体38。

挤压结构48存在于两个透明膜39和49的外部表面上。挤压结构48通过胶水50粘合到两个透明膜39和49的外部表面。

可调谐透镜34包括壁结构40，该壁结构可以被布置成支撑第一和/或第二透明膜，也可以不被布置成支撑第一和/或第二透明膜。

壁结构40可以被布置成使得其至少部分地包围非流体的本体38。

图8是可调谐透镜41的横截面，该可调谐透镜具有夹置在两个透明膜43和46之间的透明的、可变形的聚合物本体42。

挤压结构44存在于两个透明膜43和46的外部表面上。挤压结构44通过胶水45粘合到两个透明膜43和46的外部表面。

可调谐透镜41包括壁结构47，该壁结构可以被布置成支撑第一和/或第二透明膜，也可以不被布置成支撑第一和/或第二透明膜。

壁结构47可以被布置成使得其至少部分地包围非流体的本体42。

图9是根据本发明的一些实施例的包括可调谐透镜22的CM 21的示意图。

图10是根据本发明的第三方面的一些实施例的方法的流程图。

根据本发明的第一方面的用于补偿可调谐透镜的热膨胀的方法51包括：

S1，将透明的、可变形的、非流体的本体沉积在第一或第二透明膜上；

S2，沿着所述可调谐透镜的半径在透明的、可变形的、非流体的本体内提供厚度梯度。

图11是根据本发明的一些其他实施例的方法52的流程图。

用于补偿可调谐透镜的热膨胀的方法52，可调谐透镜包括第一和第二透明膜、位于第一和第二透明膜之间的透明的、可变形的非流体的本体以及一个或更多个致动器；该方法包括：

S1，将透明的、可变形的、非流体的本体沉积在第一或第二透明膜上；

S2，沿着所述可调谐透镜的半径在透明的、可变形的、非流体的本体内提供厚度梯度。

尽管已经结合具体实施例描述了本发明，但是不应该将其解释为以任何方式限于所呈现的示例。本发明的范围由所附权利要求书来阐述。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”不排除其它可能的元件或步骤。另外，比如“一”或“一个”等的引用不应该被解释为排除多个。权利要求中关于图中所示元件的参考标记的使用也不应该被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提到的各个特征可以有利地组合，并且在不同权利要求中提到这些特征并不排除特征的组合是不可能的和有利的。

Claims (15)

1.一种可调谐透镜，其包括：

第一和第二透明膜；

位于所述第一和所述第二透明膜之间的透明的、可变形的、非流体的本体；

一个或更多个致动器；

用于补偿所述可调谐透镜的热膨胀的器件，

其中，所述透明的、可变形的、非流体的本体包括第一聚合物，其中用于补偿所述可调谐透镜的热膨胀的所述器件包括位于所述第一和所述第二透明膜之间的第二聚合物，其中所述第一和第二聚合物具有不同的热膨胀系数(CTE)，从而产生第一聚合物层和第二聚合物层，其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层沿着所述可调谐透镜的半径具有厚度梯度。

2.根据权利要求1所述的可调谐透镜，其中所述第一聚合物是交联或部分交联聚合物的聚合物网络，其包括可混溶油或油的组合。

3.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中所述第二透明膜是平凸膜，从而在所述第一聚合物中沿着所述可调谐透镜的半径形成厚度梯度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中用于补偿热膨胀的所述器件包括位于所述第一和/或所述第二透明膜上的至少一个涂层。

5.根据权利要求4所述的可调谐透镜，其中所述至少一个涂层是光学透明材料的薄膜，所述薄膜具有与所述第一和所述第二透明膜的CTE不同的CTE。

6.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中用于补偿所述可调谐透镜的热膨胀的器件包括位于所述第一和/或所述第二膜上的至少一个结构元件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述至少一个结构元件是挤压结构元件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述至少一个结构元件是支撑结构元件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述至少一个结构元件具有止动功能，从而限制所述第一和/或所述第二透明膜的变形。

10.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜，其中所述一个或更多个致动器是压电致动器。

11.根据前述权利要求1-10中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述一个或更多个致动器是音圈电机(VCM)。

12.根据前述权利要求1-10中任一项所述的可调谐透镜，其中，所述一个或更多个致动器是形状记忆合金(SMA)。

13.一种相机模块(CM)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的可调谐透镜。

14.一种用于补偿根据前述权利要求1-12中任一项所述的可调谐透镜的热膨胀的方法，所述方法包括：

将透明的、可变形的、非流体的本体沉积到所述第一或所述第二透明膜上；

沿着所述可调谐透镜的半径在所述透明的、可变形的、非流体的本体内提供厚度梯度。

15.一种用于补偿可调谐透镜的热膨胀的方法，所述可调谐透镜包括第一和第二透明膜、位于所述第一和所述第二透明膜之间的透明的、可变形的非流体的本体以及一个或更多个致动器；所述方法包括：

将透明的、可变形的、非流体的本体沉积到所述第一或所述第二透明膜上；

沿着所述可调谐透镜的半径在所述透明的、可变形的、非流体的本体内提供厚度梯度。