TW202215078A - 通過撓性關節驅動之可控透鏡 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種具有可變的光功率之可控透鏡，該透鏡包括一第一及第二覆蓋件(111、112)、一透明可變形非流體本體(105)為夾設於該第一及第二透明覆蓋件之間，以使得該第一及第二透明覆蓋件及非流體本體組成一透鏡，一個或多個驅動器，其被配置成用以在沿著該光軸方向的位移，以及連接該驅動器位移元件及該第一覆蓋件的一個或多個彈性元件(130、130a、130_1、130_2)，其中至少一部分的一個或多個彈性元件中之每一個皆是被配置成用以回應介於該第一透明覆蓋件及該驅動器位移元件之間的一相對徑向位移之彈性變形。

Description

通過撓性關節驅動之可控透鏡

本發明係關於一種具有可變焦距長度的透鏡，例如，適用於小型相機可變透鏡。

使用可變焦距長度的透鏡於相機及其他的電子裝置中是非常有利的，因為此種透鏡可以取代具有用以移動透鏡以完成可變焦距長度的構成之多透鏡系統。可變焦距長度的透鏡可使用於提昇該電子裝置的效能及/或適用於減少尺寸。仍然需要一種用以提昇該效能及該可變透鏡的品質的需求，例如，減少該透鏡的波前誤差性能。

本發明之一目的係在於提昇可變焦距長度透鏡。尤其，本發明之一目的在於特別提供一可適用的致動器機制，包括以不會導致可造成發生像差及波前誤差之該薄膜變形的一方式而將致動器動力傳送到透鏡薄膜。

根據本發明之一第一觀點，提供一種可控透鏡，其具有可變的光功率，該透鏡包括：

一第一覆蓋件及一第二覆蓋件，其中該第一及第二覆蓋件中之一個是透明的，以及其他的該第一及第二覆蓋件是透明的或反射的；

一透明可變形非流體本體，其被夾設介於該第一及第二覆蓋件之間，以使得該第一及第二透明覆蓋件及非流體本體組成一透鏡，其具有與該第一及第二覆蓋件及該非流體本體交叉的一光軸；

一個或多個驅動器，其包括複數個驅動器位移元件，其被配置成將以平行或實質平行於該光軸的一方向位移；

一個或多個彈性元件，連接該驅動器位移元件及該第一覆蓋件，其中至少一部分，例如，一個或多個彈性元件中一彈性部分之每一個皆被配置成用以回應介於該第一覆蓋件及該驅動器位移元件之間的一相對徑向位移的彈性變形，其中一個或多個彈性元件中之每一個皆具有在徑向的一第一剛度及在該光軸方向的一第二剛度，其中該第一剛度係小於該第二剛度。

該彈性元件的剛度可以是一彈性剛度，例如，該彈簧的彈性系數或一黏彈性剛度。該剛度可以是由該彈性元件尺寸及彈性材料特性的組合所給定的，例如，該材料的楊氏模數。該第一及第二剛度給予該在徑向及該軸向(沿著該光軸)的變形、及導致該徑向變形之該徑向力或扭矩、以及導致軸向變形之該軸向力間之關係。

有利地，藉由連接該致動器輸出及該覆蓋件，亦即，該透鏡薄膜，藉由一彈性連接件，其可被設計成用以回應該覆蓋件的至少在該徑向之一彎曲的彈性變形，因該致動器所引起之該覆蓋件的該徑向拉伸是經由該彈性元件所累積。經由該相對徑向位移可理解到：該相對徑向位移的至少一成分在該徑向是具有垂直於該光軸的一方向。

該彈性元件係包括一結構，其為具有一可彎曲的形狀，被設計成在該徑向彎曲，亦即，朝向該光軸，同時，該結構是不易彎曲或不可彎曲、或只允許輕微的壓縮或拉伸，在沿著該光軸的該軸向，其中該設計的前提是該第一或徑向剛度小於該第二或軸向剛度。

該彈性變形可以是包括在一朝向該光軸的一徑向之變形，因一扭矩而在一旋轉方向之變形。徑向變形可以是包括從0.05μm到500μm之範圍的變形，例如，從0.1μm到250μm的範圍；從0.1μm到50μm的範圍；從0.5μm到50μm的範圍；從1μm到25μm的範圍；從2μm到500μm的範圍；從5μm到500μm的範圍；從5μm到250μm的範圍；例如，從7μm到150μm的範圍。。

該第一覆蓋件是一第一透明覆蓋件，及該第二覆蓋件是一第二透明覆蓋件或一第二反射覆蓋件中之任一者。或者，該第一覆蓋件是一第一透明覆蓋件或一第一反射覆蓋件中之任一者；以及該第二覆蓋件是一第二透明覆蓋件。

根據一具體例，該彈性元件之每一個係被配置成用以回應作用於與圍繞該光軸的路徑相切的一軸的一扭矩一之彈性變形，其中該扭矩係由介於該第一覆蓋件及該驅動器位移元件之間的相對徑向位移所引發的。

有利地，該彈性元件係能夠支撐一旋轉組件，具有由該第一覆蓋件的彎曲所引起的低彈性阻抗。

根據一具體例，每一個彈性元件具有固定於該第一覆蓋件之一第一部分及固定於該致動器位移元件或固定於該驅動器位移元件中之至少一個的一第二部分；其中該第一及第二部分為彈性連接，例如，經由該彈性元件的部分，其被配置成用以回應該相對位移位移之彈性變形。

有利地，該固定連接提供一剛性連接以允許該致動器動力高效轉移到該第一覆蓋件。

該第一及第二部分可以是經由被配置成用以彈性變形之該一個或多個彈性元件之有關的彈性部分彈性連接，該第一及第二部分可形成該彈性元件之更多個彈性部分，例如，回應介於該第一透明覆蓋件及該驅動器位移元件之間的該相對徑向位移之不變形、或不易變形的部分。因此，該第一及第二部分可以以彈性來區別該彈性元件的該彈性部分，例如，對抗介於該第一透明覆蓋件及該驅動器位移元件之間的該相對徑向位移之一較低彈性(高剛度)。

根據一具體例，該彈性元件的第一部分為連接於該第一覆蓋件的在分布於沿著圍繞該光軸的一路徑之分離位罝。

例如，該一個或多個驅動器可以是被配置成用以產生一沿著環繞該第一覆蓋件的該光軸之一路徑的力，以產生該第一及/或第二覆蓋件之一可控曲率變化。

根據一具體例，每一個彈性元件具有在該徑向之一第一彈簧常數及在該光軸方向之一第二彈簧常數，其中該第一彈簧常數為小於該第二彈簧常數。

根據一具體例，該可控透鏡包括連接該驅動器位移元件及該第二覆蓋件的一個或多個其他的彈性元件。

因此，該可控透鏡可以包括：一第一彈性元件及一第二彈性元件，彼等分別位於使得它們面向該第一及第二覆蓋件的位置。

根據一具體例，每一個彈性元件包括一彈性黏著劑。替代地或附帶地，該彈性元件包括一非金屬材料或一黏彈性材料，其中的彈性黏著劑只是一實施例而已。

有利地，一黏膠或黏著劑可以使用來做為該彈性組件或與例如彈性樞紐、撓性結構及其他的彈簧元件之其他形式的彈性組件一同組合。

根據一具體例，每一個彈性元件係包括一個或多個彈簧元件，其中每一個彈簧元件係包括該第一部分。

根據一具體例，每一個彈性元件係包括一支撐元件，其中該支撐元件包括該第二部分。該支撐元件可以被配置來做為適用於複數個該位移元件、及/或該一個或多個彈性元件的每一個之複數個該彈性部分一共同支撐。

因此，該支撐元件，例如，一力量分布支撐元件可以用來連接複數個位移元件及/或複數個該該彈性部分，例如，彈簧元件。根據一具體例，該彈簧元件中之每一個係構成為個別的彈簧元件。因此，每一個彈簧元件可以不依存於其他的彈簧元件而獨立變形。

根據一具體例，該支撐元件係位於比該彈簧元件還更徑向靠近於該光軸的位置。

根據一具體例，該可控透鏡包括連接該驅動器位移元件及該第一覆蓋件的一第一彈性元件、及/或連接其他的驅動器位移元件及該第二覆蓋件的一第二彈性元件。

根據一具體例，每一個彈性元件包括一個或多個彈簧元件,及一彈性材料，例如，一彈性黏著劑，其連接於該第一及/或第二部分。

有利地，彈簧元件與其他的彈性材料的組合可以提昇該彈性元件用以提供回應在該徑向的變形、及回應轉動，該轉動為例如圍繞一與該透鏡的周圍相切的軸之轉動的一低剛度之能力；同時，在相同時間亦用以提供回應該致動器位移元件的位移方向，例如，沿著該光軸之一高剛度的能力。

本發明之第二觀點係關於一電子裝置，其包括如該第一觀點所述之一可控透鏡。例如，該電子裝置可以是一相機模組或如本說明書所列舉之其他的裝置。

該電子裝置包括一控制系統，其用於提供功率之及控制該一個或多個驅動器以產生該透鏡之可控變化的光功率。該控制系統可以構成為用以在該透鏡之預定的光功之間移動。該控制系統可以包括：一電子電路及/或一數位處理器，其被配置成適用於產生該控制或功率信號，選擇性地適用於得到用於決定該控制或功率信號之量測數據，及適用於利用一前饋或回饋控制演算法基於該量測數據及參考數值，例如，所想要的該透鏡之光功率來控制該驅動器。

本發明之第三觀點係關於將根據該第一觀點之該可控透鏡用於成像、投射光、光束掃描、光偵測及其他目的等。

通常，本發明之該不同的觀點及具體例可以是以在本發明的範圍內之可能使用的方式加以組合及耦合。本發明之這些及其他的觀點，特徵、及/或益處將因參考後述之具體例而變為明顯及闡明。

圖1A及圖1B係顯示一可控制的可變焦矩長度透鏡100之一側視圖及一俯視圖。

該透鏡100包括一第一覆蓋件111、及一第二覆蓋件112。該第一及第二覆蓋件中之至少一個係構成為可被由驅動器所提供的力量所彎曲。在一實施例,中，該第一及第二覆蓋件111、112兩者皆為透明覆蓋件，例如，玻璃或塑膠製。

用於取代兩個透明覆蓋件111、112，該第一及第二覆蓋件中之任一者可以是提供有例如一反射金屬層，藉以提供全面或部分反射，以使得該入射光射被反射回到該相對的透明覆蓋件。為了方便起見，在此處的實施例及具體例中參照為透明覆蓋件111、112。

該透鏡100係包括被夾設於該第一及第二透明覆蓋件111、112之間的一透明可變形非流體本體105。該非流體本體205為突出於該第一及第二覆蓋件111、112之該向內的表面。

該第一及第二透明覆蓋件111、112及非流體本體105組成具有與該第一及第二透明覆蓋件及非流體本體交叉之一光軸150的一透鏡。該光軸可以定義為通過該第一及第二透明覆蓋件111、112及該非流體本體105之中心的軸，而且它是正交於該覆蓋件之一個平面，該光軸可以是以傳統的光學定義來界定的。

該透明可變形非流體的透鏡本體105較佳為是由一彈性材料所製成的。因為該透鏡本體是非流體的，沒有流體緊密外殼(fluid-tight enclosure)而需要封住該透鏡本體以避免它洩露。在一較佳具體例中，該透鏡本體是由一軟性聚合物所製成的，其可以包括數個不同的材料，例如，聚矽氧、聚合物凝膠、一交聯或部分交聯聚合物的聚合物絡合物、以及一混溶油或組合油。該非流體的透鏡本體之彈性模數可以是大於300Pa，藉此以避免因正常作業下的重力所引起之變形。該非流體的透鏡本體之該折射率可以是大於1.3。該非流體本體205可以具有等於或實質等於或接近於該第一及第二覆蓋件111、112的折射率之一折射率，以減少在該非流體本體105的邊界之反射。

該透明覆蓋件111、112可以是由大量的不同材料所製成的，例如，壓克力、聚烯烴、聚酯、聚矽氧、聚胺基甲酸酯、玻璃及其他。該第一及第二覆蓋件111、112中之至少一個是被配置成用以具有適合於可被該驅動器121之致動而彎曲變形的一剛度。通常，該第一及/或該第二覆蓋件111、112的材料可以是由一具有介於5MPa及100GPa之範圍間的一楊氏模數之材料所形成，以提供所需要的剛度。例如，矽酸硼玻璃的楊氏模數為63GPa，以及熔融二氧化矽玻璃的楊氏模數為72GPa。

該第一及/或第二覆蓋件111、112之彎曲是至少部分由於來自該透鏡本體105之不同的徑向作用力，其影響該覆蓋件111、112的彎曲(Sag)及因此光功率不是沒有改變彎曲(Sag)而只垂直壓縮該透鏡本體而已。對於此種該透鏡本體105對該覆蓋件的曲率之作用效應的全部解釋已描述於WO2019002524A1中並在本文中列入參考。

該透鏡100更進一步包括：一個或多個驅動器121，其包括有複數個驅動器位移元件122，其被配置成用以在平行或實質平行於該光軸150的一方向位移。

該一個或多個驅動器121是被配置成用以在該第一or該第二覆蓋件111、112產生一沿著環繞該光軸150的一路徑151的力量，例如，在該第一或該第二覆蓋件111、112的表面上之一環。該一個或多個驅動器可以是被配置成使得該位移元件作用於如圖所示之向外表面，或作用於該第一及第二覆蓋件111、112中之一或兩個的向內表面。

例如，該驅動器121可以是線性位移驅動器,例如，線性壓電或電磁馬達、壓電致動懸臂驅動器、形狀記憶合金線性螺旋驅動或線性聲音線圈驅動器，其被配置成用以施加一位移於數個點，此處所例示的是沿著該路徑151之8個點。

在一實施例中，該彈性元件130係構成為一圍繞該光軸的黏膠(toroid)環或環形，例如，配置成沿著該路徑151。一力量分布環，例如，一金屬環或一由其他的足夠剛性材料製的環，以使得被配置於環形黏膠環的頂部之該環在軸方向不彎曲或實質不彎曲。該力量分布環可以是內嵌於該支撐元件302(請閱該支撐元件別處的描述)。二或多個位移元件(被一個或多個驅動器所致動)為被配置成用以使該力量分布環在該軸方向位移以造成該第一或第二覆蓋件的彎曲。在此一實施例中，由彈性黏膠所形成的該環形彈性元件130在該軸方向可以具有在0.05mm到0.2mm之範圍的一厚度，例如，0.1mm；以及該環形本體的寬度(內徑與外徑間之差，亦即，該環厚度)在0.1mm到0.5mm之範圍，例如，0.2mm。當固化或硬化時，該黏膠以楊氏模數表示的剛度，可以是在2到200MPa,之範圍，例如，25MPa。

在一實施例中，該驅動器為固定於一固定支撐190以使得該位移元件122相對於該支撐190位移。同樣地，該非致動覆蓋件，例如，如圖2A-2B中所示之該第二覆蓋件112可以是被一固定支撐190所支撐，除非該第二覆蓋件112是被其他的驅動器121之其他的驅動器位移元件122所致動。

在一實施例中，該一個或多個驅動器是被配置成用以作用在該第一及第二覆蓋件111、112之內向表面，該驅動器121可以是經由該彈性元件而連接於該覆蓋件，同時該位移元件122為經由該彈性元件而連接於該相對覆蓋件。以此方式，該驅動器的位移將造成該覆蓋件兩者的彎曲。或者，該驅動器121，亦即，該部件係構成為固定，其被固定於一固定支撐190，同時該位移元件122為連接於該第一及第二覆蓋件111、112中之一個的內向表面。不是連接於該位移元件之其他的覆蓋件可以是連接於該固定支撐190.

該驅動器可以是被配置於該第一及第二覆蓋件111、112之間，亦即，只夾設於該第一及第二覆蓋件111、112之間。

該路徑151可以環繞該透明可變形非流體本體205以使得該非流體本體205被如例示的該路徑151所圍繞。然而，該路徑151也位於該非流體本體205的延伸處之內。該驅動器121也可以是位於使得他們作用於該第一或第二覆蓋件111、112的邊緣之處，或者位於接近於該邊緣之處。

該驅動器121為被配置成用以產生該位移，沿著在正交於或實質正交於該覆蓋件111、112的表面之該路徑151。在本文中，實質正交可以隱含相對於該正交的偏差，至高為例如10-15度。介於該線性位移方向及該覆蓋件的表面之間的角度之角度變異是依存於該覆蓋件的彎曲而產生的。

如以下所詳細描述，該驅動器的作用依照由該驅動器所提供的力量、扭矩或位移而改變該第一及/或該第二覆蓋件的曲率。因此，藉由控制該驅動器，該彎曲及因此該透鏡100的光功率是可以被控制的。假定該驅動器為被配置成連接於該第一覆蓋件，而該第二覆蓋件亦可以彎曲，或反之亦然，根據該覆蓋件的該厚度或剛度。亦可以是該驅動器為被配置成連接於該第一覆蓋件111，但該第一覆蓋件111具有一高剛度，以使得主要該第二覆蓋件112是因該致動器作用於該第一覆蓋件111的位移而被彎曲。在此例中，該第二覆蓋件112可以是被一固定支撐190所支撐著。

應注意的是該驅動器121可以是被配置成作用於該第一或該第二覆蓋件111、112中之任一者。也能夠是該驅動器121為被配置成用作用於該第一及第二覆蓋件121、122兩者，以使得兩者的覆蓋件皆因該驅動器121的作用而被迫彎曲，可以使驅動器的任一邊為可獨立地控制，亦即，使得施加於該覆蓋件中之一個的該位移/力量是獨立地施加於其他者。

該驅動器121的該驅動器位移元件122為經由彈性元件130而連接於該第一透明覆蓋件。

該彈性元件130為回應該第一透明覆蓋件111及該驅動器位移元件122間之相對位移而彈性變形。

根據一具體例，該彈性元件130包括一彈性材料，例如，一彈性黏著劑。據此，介於每一個該驅動器位移元件122及該覆蓋件121、122間之彈性連接可以是經由膠合程序來完成，以及經由確保在致動器位移元件122及該覆蓋件111、112間之一特定距離與配向以使之在該黏著劑的硬化期間被維持著，例如，藉由施加一特定容積的黏著劑。

例如，連接一單一致動器位移元件122及該覆蓋件121、122中之一個的由彈性黏膠所製的一單一彈性元件130可以是形成為一圓柱，例如，桶狀元件及在軸方向(沿著該光軸)具有0.01mm到1mm之範圍的一厚度，以及在垂直於該軸方向(亦即，該徑向)具有0.02mm到2mm之範圍的一寬度或半徑。該黏膠以楊氏模數表示之的剛度可以是2到200MPa之範圍，例如，25MPa。

通常，該彈性黏膠連接可以具有0.01-5.00mm的範圍之一厚度，在該徑向具有0.02-2.00mm之範圍的一寬度，以及由具有1-1000MPa的範圍之楊氏模數的黏膠所製成。

圖2A係顯示該彈性元件130之一個的變形能力。該xyz固定座標系統是相對於該彈性元件130的一起始位置而被定義的，例如，當該彈性元件130是處於一非變形狀態。在此一實施例中，該z軸為平行於該光軸150.

在該例示的該左側，該第一覆蓋件111具有一起始曲率，其可以是由於預定形狀曲率或由於該致動器位移元件122的一起始位移。於在該彈性元件130及該第一覆蓋件111的界面之該第一覆蓋件111的一接觸點281具有xz座標x0、z0.

在該例示的該右側，該致動器121為被控制成用以使該致動器位移元件122沿著該z軸移動或延伸一距離ΔL1。該位移使該第一覆蓋件111產生一彎曲或額外的彎曲，因該接觸點281朝向該光軸的一徑向位移而使得該接觸點281從x0、z0起移動到x1、z1，即一位移沿著現地xyz座標系統的x-軸，以及因沿著該z軸的一位移。

由於該第一透明元件111的該彎曲，在該彈性元件130及該第一覆蓋件111間之界面為繞著該y軸旋轉，即，通常繞著與圍繞該光軸150的路徑151相切的一軸而旋轉。

如所例示，該彈性元件130係構成為用以回應該第一透明覆蓋件111元件及該致動器位移元件122之間的該相對徑向位移而在該徑向彈性變形，在此處為沿著該x-軸。

此外，該彈性元件130係構成為用以回應作用於該y-軸、或該切線軸的該扭矩Ty而彈性變形。該扭矩Ty是因該第一透明元件111的彎曲所產生的，其包括環繞該y-軸的轉動；或通常是由於在該第一透明覆蓋件及該致動器位移元件之間的相對位移。

較佳地，該彈性元件130具有一低剛度，用以回應在該徑向的變形及回應例如繞著該切線軸轉動之轉動，此處為該y軸。一低剛度較佳是為了允許該第一透明元件111彎曲而不被暴露於表面應力，它能夠不適當地影響該第一透明元件的曲率，因而使得該修正曲率造成波前誤差增加。該不想要的應力是由於例如來自該彈性元件130的作用於該徑向及環繞該切線軸或y軸之力量及扭矩所引起的。

另一方面，較佳者是該彈性元件具有一高剛度在該致動器位移元件122的位移方向，亦即，沿著該z-軸或沿著該光軸150，藉以將該致動器位移傳送到該覆蓋件。

因此，根據一具體例，該彈性元件係在該徑向具有一第一彈簧常數k1、以及在該光軸方向150具有一第二彈簧常數k2，其中該第一彈簧常數k1為大於該第二彈簧常數k2。

下表提供了變形尺寸的實施例，有關該第一或第二透明覆蓋件111、112所產生的光學功率及直徑。該直徑可以是特定為截然相反的驅動器位移元件122間之距離。該彎曲高度界定為從該彎曲的覆蓋件111、112的頂點到該非變形的覆蓋件之距離。

光學功率(dpt)	覆蓋件直徑(mm)	彎曲高度(mm)	徑向變形(µm)
10	10	0.125	1.55
100	2	0.05	1.25
100	10	1.25	158.75

因此，該表之數值提供了該彈性元件130的徑向及旋轉變形之實施例。

該彈性元件130可以定義為一結構，其具有固定於該第一或第二透明覆蓋件一第一部分201(例如，在圖2A中之接觸於該覆蓋件111的表面)，以及固定於該致動器位移元件的一第二部分202(例如，在圖2A中之接觸該致動器位移元件122的表面)。該第一及第二部分201、202為彈性連接的，以使得他們可以相對於另一者而彈性位移，例如，在朝向該光軸的該徑向。該彈性元件130可以是由一彈性材料整體製造而成的，例如，矽、聚合物、金屬、塑膠及其他的材料。

如圖1B及本文中其他的實施例所示，該彈性元件130的該第一部分201為在分布於沿著圍繞該光軸的一路徑之分離位罝連接於該第一透明覆蓋件。

通常，該一個或多個彈性元件130應該是被構成為用以允許在給定的位置產生變形，亦即，在一致動器位移元件122的位置，其他的彈性元件130在其他的位置之獨立或實質獨立變形。因此，該一個或多個彈性元件130中之至少一部分，例如，該第一部分201應該是被配置成用以使第一部分201在其他的位置之獨立或實質獨立變形。明顯地，這是可以在個別的彈性元件130為用於如圖1A中之每一個致動器位移元件122之時達成。然而，此目的亦可以在該彈性元件130構成為具有複數個可變形部分時達成，例如，複數個該第一部分201不是個別及獨立地連接於一對應的複數個驅動器位移元件122。

圖2B係顯示一替代解決方案用以避免在該第一或第二覆蓋件111、112產生應力。根據此替代解決方案，可控透鏡100係構成為具有一滑動接觸239，以取代該彈性元件130.

該滑動接觸239可以是由一低摩擦接觸而體現於該致動器位移元件122及該第一或第二覆蓋件111、112之間。該摩擦接觸可以是理解成一對的低摩擦接觸，例如，該致動器位移元件122的接觸部件可提供相對於該第一or第二覆蓋件111、112的表面之低摩擦或足夠的低摩擦。實施例係包括聚乙烯及其他的塑膠。因此，該滑動接觸239不需要由個別的元件來組成，但可以包含該致動器位移元件122及該第一或第二覆蓋件111、112之間的直接接觸。或者，該滑動接觸可以是由貼附於該致動器位移元件122的端部之低摩擦材料來組成。

該滑動接觸304係構成為用以使該滑動接觸239在該覆蓋件因該致動器位移元件122該z-軸的位移ΔL1而彎曲時，能夠於該第一及第二覆蓋件111、112的表面滑動。在此實施例中，該位移產生該第一覆蓋之件一彎曲或額外的彎曲，以使得該接觸點281因該接觸點281朝向該光軸的一徑向位移，亦即，沿著該現地xyz座標系統之該x-軸的一位移，以及因沿著該z軸之一位移，而從x0，z0移動到x1，z1。在該彎曲期間，該滑動接觸239滑動如圖2B所示之該覆蓋件的表面。

圖3A-3C係顯示一彈性元件130的一實施例，其構成為具有具複數個彈簧元件301形式之複數個可變形的部分。

該彈簧元件301包括該第一部分201。例如，該第一部分201可以是由該懸臂結構的端面所體現，其體現該彈簧元件。回應第一或第二覆蓋件111、112的彎曲，該懸臂結構彎曲。該懸臂結構的彎曲包括該懸臂器朝向該光軸之傾斜的組合。因此，該懸臂彈簧301之彎曲促進該彈性元件130用以提供回應在該徑向之變形的一低剛度，以及回應轉動之一低剛度，例如，繞著該切線軸或該y-軸轉動。

該彈簧元件301中之每一個皆與鄰近彈簧元件分離以使得該彈簧元件301中之每一個而獨立或實質獨立於鄰近的彈簧元件301。因此，該彈簧元件係構成為個別的彈簧元件。

該彈性元件包括一支撐元件302。如主要所示，該驅動器位移元件122皆被配置成用以作用在該支撐元件302的表面。因此，該支撐元件302包括該第二部分202並構成為適用於複數個該位移元件122的一共同支撐，亦即，複數個該位移元件122皆被配置成用以一同地作用於該支撐元件302，亦即，以使得該位移元件122的位移為一同地傳送到該支撐元件。

替代地或額外地，包括該第二部分202之該支撐元件302係構成為適用於複數個該彈簧元件301的一共同支撐，或通常一彈性元件130的複數個彈性部分(例如，彈性黏著劑部分)皆被配置成用以一同地作用於該支撐元件302，亦即，複數個彈簧元件301或彈性部分皆一同地連幹於該支撐元件302，亦即，以使得該彈簧元件301或彈性部分的作用力為一同地傳送到該支撐元件。

在此實施例中，該第二部分202為構成該彈性元件130的一更剛性的部分，亦即，一部分，例如，一端部，其至少具有一比該彈性元件130的該彈性部分之徑向彈性係數k1還更高的彈性係數。同樣地，該第一部分201也能夠構成該彈性元件130的更大剛性部分。

在此實施例中，該支撐元件302係形成為一具有適用於該透鏡100的隙縫(aperture)之洞的環形結構。

在圖3A-3C之該彈性元件130可以是整體形成的。在其他的實施例中，該彈簧元件301係由不同於該支撐元件的材料所製成的。

在此實施例中，該第一及第二覆蓋件111、112的每一個皆是經由該上部第一彈性元件130及該下部第二彈性元件130a而獨立地致動的。

圖4A-4D係顯示一構成為具有複數個彈簧元件301的彈性元件130之其他的實施例。

如圖4B及4D所示，該彈簧元件301係形成為U-形元件。一該彈簧元件301的端部包括該第一部分201。

該彈簧元件301的該U-形設計允許徑向移動，以及該接觸點的y-軸傾斜(參照圖2)，亦即，該第一部分201。彈簧元件301的該橫截面厚度可以從該第一部分201到該第二部分202變化以達成所想要該第一及第二彈簧常數k1、k2的性質。由於該彈簧元件301在該光軸方向150的厚度t(圖4C)，在該光軸方向的該彈簧常數k2可以是大於在該徑向的一該彈簧常數k1。又，圍繞該y-軸(參照圖2)的該扭轉的彈簧常數可以是製成為相對於該第二彈簧常數k2是足夠低的。

該非對稱設計及該第一部分201的偏心位置，其中該覆蓋件111、112是被支撐以促進該y-軸傾斜。亦即，當該第一部分201經歷一壓力，該非對稱設計支撐因該覆蓋件111、112的彎曲所引起之傾斜。

圖4C係顯示該彈性元件130係形成為一平的結構，具有包括有突出的第一部分201之端部，以使得該第一部分201在該光軸方向150距離該彈性元件130之其他的部分。由於該突出的第一部分201，該第一及/或第二覆蓋件111、112可連接於該第一部分201，同時由該突出的第一部分在該覆蓋件及該彈性元件130之間提供一淨空(clearance)。

特別地，由該彈簧301之例如該突出的第一部分201之突出部分所提供的淨空，可讓該覆蓋件111、112彎曲，同時仍然確保在該覆蓋件及該支撐元件302的內周緣之間的淨空，其中該最低的淨空發生在該覆蓋件之最大彎曲處。

又，在此實施例中，該彈簧元件301係構成為個別的彈簧元件。

在此實施例中，複數個彈性元件130_1、130_2係被配置成使得該複數個彈性元件130_1、130_2的內周緣形成一適用於該透鏡100之隙縫(aperture)構成的洞。

在此實施例中，每一個彈性元件130包括兩個彈簧301，雖然每一個彈性元件130可以具有一個或多個彈簧301，及在圖3A-3C中，例如，構成為使得單一彈性元件130形成一該透鏡的隙縫(aperture)構成之洞。

同樣地，對於圖3A-3C，每一個彈性元件130包括一支撐元件302。該驅動器位移元件122為經由該彈性元件130的該第二部分202而連接於支撐元件302。

因此，在此實施例中，該支撐元件302中之每一個皆構成為一適用於複數個該彈簧元件301或該彈性元件130的彈性部分之共同支撐for。如所示，位移元件122為以一對一連接於該支撐元件302，但是，該支撐元件302之每一個可以替代地構成為適用於複數個位移元件的一共同支撐。

在圖4A-4D及其他的設計中之該支撐元件130可以是整體形成的，例如，藉由射出成形、3D列印、或經由其他的方法形成之一MEMS結構。

該彈性元件130的一部分構成之該支撐元件302係位於比該彈簧元件301還更靠近該光軸150的位置。

在圖3A-3C及4A-4D之該彈性元件130可以是構成為使得該彈性元件130以及該一個或多個彈簧元件301也包括一彈性材料，例如，一彈性黏著劑，連接於該第一及/或第二部分201、202，以使得該第一部分201經由該黏著劑固定在該致動器位移元件122，及/或使得該第二部分202為固定於該第一或第二覆蓋件111、112。彈簧元件301及彈性材料的組合，例如，黏著劑，被提供來分別地連接該第一及/或第二部分201、202與該位移元件122及該覆蓋件111、112，可以具有提昇該彈性元件130回應該覆蓋件111、112的彎曲而變形之能力的益處，以使得在該覆蓋件中產生應力得以減少。

圖6A-6C顯示該彈性元件130的一替代構成。圖6A係顯示該彈性元件130包括一環形狀之結構，其包括該第二部分202。圖6A-6B只原則上例示：該驅動器位移元件122為固定於該第二部分。該彈性元件包括複數個彈簧元件301，其皆被構成為樞紐結構。該彈簧元件為經由它們的第一部分101而連接於該第一覆蓋件111。

圖6C係顯示一該樞扭結構601、602，其為經由沿著定義該樞扭軸的方向創造出一薄厚度而形成。該例示的xyz座標系統為相對於經由該環結構而被固定於該第二部分202的表面202a所界定的。

因此，該彈簧元件301包括一第一樞扭結構601，定義一旋轉軸，其可使之繞著該y-軸、或繞著一與圍繞該光軸150的該路徑151相切的軸而旋轉。該第一樞扭結構601因此支撐：繞著介於該第一透明覆蓋件111及該驅動器位移元件122之間的y-軸而相對旋轉。換句話說，該第一樞扭結構為被配置成用以回應圍繞該y-軸的扭矩Ty而彈性變形，產生在該第一透明覆蓋件及該驅動器位移元件之間的相對位移。

該彈簧元件301為進一步包括一第二樞扭結構602以定義一旋轉軸，其可使得圍繞該z-軸旋轉及因而支撐。由於該彈簧元件301沿著該y-軸、該z-軸旋轉延伸，該第二樞扭結構602產生徑向運動，以及因此而支撐介於該第一透明覆蓋件111及該驅動器位移元件122之間的該相對徑向位移。

該第一及第二樞扭結構601、602的旋轉剛度係視材料剛度而定，以及因此而依照所需要而設計，但顯然具有一喜愛的限制值。同樣地，該樞扭結構可以設計成在該z-軸方向具有一高剛度，經由設計而沿著該樞扭軸將該第一及第二樞扭結構601、602分級為一足夠高的長度。

有利地，該y-軸及z-軸旋轉為由提供解耦旋轉的該第一及第二樞扭結構601、602所提供。

圖7係顯示具有第一及第二樞扭結構601、602之一替代彈簧結構301,相當於圖6C，但在一構成中，可使得沿著該z-軸為一較低高度。在圖7及圖6C之該兩個第二樞扭結構602允許該彈簧元件301的該第一部分201徑向位移，亦即，在該x方向，沒有圍繞該z-軸旋轉。

圖8總結該彈性元件130的需求。因此，該例示左側為例示該彈性元件130、或該彈性元件的一部分，包括該彈簧元件301，在該致動器121不產生力，亦即，F=0的狀態。因此，該第一覆蓋件111是處於它的曲率沒有被該驅動器所改變的狀態。

在該右側例示中，該致動器位移元件曾被激活而導致ΔL1的z-軸位移。該z-軸位移產生一非零平衡力F1(亦即，在該覆蓋件的固定彎曲狀態)，因至少一部分由第一覆蓋件111的彎曲所引起之在該z-方向的作用力。由該致動器121所產生的該z-軸位移導致該第一覆蓋件111如所示之誇大的彎曲。除了該ΔL1z-軸位移以外，該彎曲還造成該第一部分201一沿著該x-軸的徑向位移，以及該第一部分201繞著該y-軸的一旋轉。本文所描述的該彈性元件130之不同的實施例對於該致動器位移元件122的位移提供相同的回應，即，徑向位移及一旋轉以支撐該第一或第二覆蓋件111的彎曲。

圖5係顯示一電子裝置500的橫截面視圖；例如，一智能手機、一平板、或桌機的一部分、或其他的裝置。該裝置500可以包括：一相機模組501，其被配置成適合於將光成像於一影像感測器經由一隙縫502。該可控透鏡100形成一相機模組501的一部分及選擇地形成其他的透鏡及該影像感測器。該電子裝置500的實施例包括可攜式電腦、智能手機、手錶、平板、相機、具有可變透鏡之眼鏡、被配置成適用於掃描距離、影像的量測裝置、被配置成適用於由掃描光束來產生影像的影像投射器。因此，該透鏡100可以適用於各種不同的目的，例如，成像、光及影像之投射、光束掃描、光偵測、激光雷達掃描(Lidar scanning)及其他。

100:透鏡 101:第一部分 105:非流體本體 111:第一覆蓋件 112:第二覆蓋件 121:驅動器 122:位移元件 130:彈性元件 130a:第二彈性元件 130­_1:彈性元件 130_2:彈性元件 150:光軸 151:路徑 190:固定支撐 201:第一部分 202:第二部分 202a:表面 281:接觸點 301:彈簧元件 302:支撐元件 500:電子裝置 501:相機模組 502:隙縫 601:第一樞扭結構 602:第二樞扭結構 x:軸 x0:座標 x1:座標 y:軸 z:軸 z0:座標 z1:座標 Ty:扭矩 ΔL1:距離 t:厚度

本發明之具體例將只以實施例、參考附圖的方式來加以描述；其中，該附圖包括： 圖1A-1B係顯示一可控制的可變焦矩長度透鏡, 圖2A係顯示該可變的透鏡之彈性元件中之一個的變形能力。 圖2B係顯示一適用於該驅動器及該第一覆蓋件間之基於一滑動接觸的接觸替代解決方案。 圖3A-3C係顯示一彈性元件的一第一實施例。 圖4A-4D係顯示一彈性元件的一第二實施例。 圖5係顯示包括有該可變的透鏡之一電子裝置。 圖6A-6C係顯示基於彈性樞紐結構之一彈性元件的一第三實施例。 圖7係顯示一彈簧元件的一另外的實施例；以及 圖8係例示該彈性元件的該主要需求。

105:非流體本體

111:第一覆蓋件

112:第二覆蓋件

130:彈性元件

130a:第二彈性元件

130_1:彈性元件

130_2:彈性元件

202:第二部分

301:彈簧元件

Claims (16)

1. 一種可控透鏡(100)，其可改變光功率，該透鏡包括： 一第一覆蓋件(111)及一第二覆蓋件(112)，其中該第一覆蓋件或第二覆蓋件中的一個是透明的，該第一覆蓋件或第二覆蓋件中的另一個是透明或反光的； 一透明可變形非流體本體(105)，該非流體本體被夾在該第一覆蓋件和該第二覆蓋件之間，使該第一覆蓋件和該第二覆蓋件與該非流體本體構成一透鏡，該透鏡的光軸(150)與該第一覆蓋件、該第二覆蓋件、及該非流體本體相交； 一個或以上驅動器(121)及複數個驅動器位移元件(122)，該複數個驅動器位移元件被設置成可以在平行於或基本平行於光軸的方向上位移； 一個或多個彈性元件(130、130a、130_1、130_2)連接驅動器位移元件與第一覆蓋件，其中一個或多個彈性元件中之每一個的至少一部分被布置成用以回應介於第一覆蓋件和驅動器位移元件(122)間之相對徑向位移而彈性變形；其中 一個或多個元件之每一個皆在徑向具有一第一剛度及在光軸方向具有第二剛度，其中該第一剛度為小於該第二剛度。
2. 如請求項1所述之可控透鏡，其中一個或多個彈性元件中之每一個皆被配置成用以回應一圍繞與限制該光軸的路徑相切的一扭矩(Ty)而彈性變形；其中該扭矩是由介於該第一覆蓋件及該驅動器位移元件之間的相對徑向位移所產生的。。
3. 如前述請求項中任一項所述之可控透鏡，其中一個或多個彈性元件中之每一個皆具有固定於第一覆蓋件該的至少一個第一部分(201)及固定於該驅動器位移元件中之至少一個的一第二部分(202)，其中該第一及第二部分為彈性連接。
4. 如請求項3所述之可控透鏡，其中 該可控透鏡包括：該一個或多個彈性元件(130)中之複數個該第一部分(201)，其中該第一部分為與在其沿著圍繞該光軸的一路徑(151)分布之分離位置的該第一覆蓋件(101)連接。
5. 如請求項1所述之可控透鏡，其中一個或多個彈性元件中之每一個皆具有在徑方向的一第一彈簧常數(k1)及在該光軸方向的一第二彈簧常數(k2)，其中該第一彈簧常數(k1)為小於該第二彈簧常數(k2)。
6. 如請求項1所述之可控透鏡，其中該驅動器為固定於一 固定支撐(190)以使得該位移元件(122)為相對於該固定支撐位移。
7. 如請求項1所述之可控透鏡，其中該可控透鏡包括連接該驅動器位移元件(122)及該第二覆蓋件(112)的一個或多個其他的彈性元件(130a)。
8. 如請求項1所述之可控透鏡，其中一個或多個彈性元件中之每一個皆包括一彈性黏著劑。
9. 如請求項1所述之可控透鏡，其中一個或多個彈性元件(130)中之每一個皆包括一個或多個彈簧元件(301)，其中每一個彈簧元件包括該第一部分(201)。
10. 如請求項9所述之可控透鏡，其中每一個該彈簧元件係構成為個別的彈簧元件。
11. 如請求項1所述之可控透鏡，其中一個或多個彈性元件中之每一個皆包括：一支撐元件(302)，被配置成做為複數個該位移元件(122)及/或該一個或多個彈性元件之每一個的複數個該彈性部分之共同支撐，其中該支撐元件包括該第二部分(202)。
12. 如請求項11所述之可控透鏡，其中該支撐元件係位於比該彈簧元件還更徑向靠近於該光軸的位置。
13. 如請求項1所述之可控透鏡，其中該可控透鏡包括：連接該驅動器位移元件及該第一覆蓋件(111)的一第一彈性元件(130)、及連接於其他的驅動器位移元件之一第二彈性元件(130a)，包括該可控透鏡及該第二覆蓋件(112)。
14. 如請求項1所述之可控透鏡，其中一個或多個彈性元件中之每一個皆包括一個或多個彈簧元件(301)、及連接於該第一及/或第二部分(201、202)之一彈性材料，例如，彈性黏著劑。
15. 一種電子裝置，包括如請求項1所述之可控透鏡(100)。
16. 一種如請求項1所述之可控透鏡(100)的應用，其適用於成像、投射光、光束掃描、光偵測及其他等。

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