專利名稱：可變形光學透鏡及其制造方法與制造裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學透鏡，尤其涉及一種可變形光學透鏡及其相應的制造方法與制造裝置。
背景技術：
許多光學產(chǎn)品都需要具備可變焦距的光學系統(tǒng)，例如照相機的鏡頭、可兼容讀取兩種以上光盤規(guī)格的光驅(qū)的讀取頭等。
通常地，多透鏡系統(tǒng)為可變焦距光學系統(tǒng)中實施變焦的主要方式。如圖1所示，其為一種焦距可變的多透鏡系統(tǒng)10的結構示意圖。多透鏡系統(tǒng)10由若干光學透鏡12、14、16組成，這些光學透鏡12、14、16同光軸設置。多透鏡系統(tǒng)10工作時，光線依次經(jīng)過光學透鏡12、14、16后被聚焦，此時多透鏡系統(tǒng)10的焦平面位于a位置處。當有需要改變多透鏡系統(tǒng)10的焦距時，通過一機械裝置移動多透鏡系統(tǒng)10中的某一光學元件相對于其它光學元件的位置，如將透鏡12從位置A處移至圖中所示之位置B處，以改變光線在多透鏡系統(tǒng)10中各元件之間的傳輸距離。改變相對位置之后，多透鏡系統(tǒng)10的焦平面位置隨之改變?yōu)閎位置處。
多透鏡系統(tǒng)10雖然可以實現(xiàn)光學系統(tǒng)的焦距可變，但是改變多透鏡系統(tǒng)10的焦距須通過復雜的機械結構進行控制；并且整個系統(tǒng)包含多個光學透鏡，不但系統(tǒng)調(diào)試比較復雜，而且體積龐大，不利于集成化的需要。
如圖2所示，其為一種通過單一透鏡實現(xiàn)變焦的光學透鏡結構示意圖。該透鏡20包含液晶材料22，另外還提供一可調(diào)電壓24，該可調(diào)電壓24施加于透鏡20的兩端，改變可調(diào)電壓24的電壓值大小會導致液晶材料22的折射率發(fā)生變化，光線經(jīng)過該透鏡20時候即被聚焦至不同位置。
這種光學透鏡結構也具有可變焦距，然而采用了價格昂貴的液晶材料，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種結構簡單、成本低廉的可變形光學透鏡。
此外，還有必要提供一種制造這種可變形光學透鏡的方法。
此外，還有必要提供一種可變形光學透鏡的制造裝置。
一種可變形光學透鏡，包括一腔室、填充于所述腔室的填充液體及設于所述腔室外的焦距調(diào)節(jié)裝置。所述焦距調(diào)節(jié)裝置固定于所述腔室上；所述焦距調(diào)節(jié)裝置由壓電材料制成，所述壓電材料的極化形變方向沿所述透鏡的徑向設置，以改變所述腔室的形狀。
一種用于制造可變形光學透鏡的方法，其包括以下步驟提供一具有開放注液口的腔胚；提供填充液體并將所述填充液體經(jīng)由所述注液口注入所述腔胚中；判斷所述填充液體是否已經(jīng)注滿所述腔胚；封閉所述腔胚的開放注液口；在所述腔胚的外部沿徑向裝設焦距調(diào)節(jié)裝置。
一種用于制造可變形光學透鏡的制造裝置，包括一固持結構、一裝液容器以及一控制單元。所述固持結構用于固持形成可變形光學透鏡的腔室的腔胚。所述裝液容器用于盛裝填充液體，且具有一液體流出通道，所述液體流出通道的端部伸入所述腔胚；填充液體可在所述控制單元的控制下通過所述液體流出通道流入腔胚。
本發(fā)明之可變形光學透鏡采用壓電材料作為焦距調(diào)節(jié)裝置，其焦距易于控制、結構簡單、成本低廉。
本發(fā)明之可變形光學透鏡的制造裝置結構簡單；其中設置了控制液體流速及液體流入方式的結構，其制造方法包含了合理的控制液體流速的方法，從而避免了填充液體飛濺引起的飛沫和氣泡，可以制成高質(zhì)量的可變形光學透鏡。

圖1為一現(xiàn)有的具有可變焦距的多透鏡系統(tǒng)結構示意圖。
圖2為一現(xiàn)有的可變焦距單透鏡結構示意圖。
圖3為本發(fā)明可變形光學透鏡的一較佳實施方式的結構示意圖。
圖4為壓電材料的極化形變量與其受到的控制電壓大小的關系圖。
圖5為本發(fā)明可變形光學透鏡的工作狀態(tài)示意圖。
圖6為本發(fā)明可變形光學透鏡的制造裝置結構示意圖。
圖7為本發(fā)明可變形光學透鏡的制造方法流程圖。
具體實施方式如圖3所示，其為本發(fā)明可變形光學透鏡的一較佳實施方式的結構示意圖?？勺冃喂鈱W透鏡30包括一腔室304、填充于腔室304內(nèi)的液體306、設于腔室304兩端的兩個焦距調(diào)節(jié)裝置302、308以及連接焦距調(diào)節(jié)裝置302、308與腔室304的兩連接部310、312。
腔室304由可變形的透光材料制成；填充于腔室304內(nèi)的液體306亦具有透光的特性。兩焦距調(diào)節(jié)裝置302、308分別通過連接部310、312與腔室304相連；焦距調(diào)節(jié)裝置302、308由壓電材料制成，其極化形變方向沿可變形光學透鏡30的徑向設置。
如圖4所示，壓電材料，如鋯鈦酸鉛〔PZT，Pb(Zr1-xTix)O3〕壓電陶瓷、鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PNN)等，具有穩(wěn)定的逆壓電效應，即其可在一可變電壓的控制下發(fā)生形變。由圖4可見，壓電材料受電極化所產(chǎn)生的形變幅度X與施加于其上的電壓值U的大小成正比關系。當對其施加一第一電壓U1時，其發(fā)生的形變量為X1；當對其施加一第二電壓U2時，其發(fā)生的形變量為X2。焦距調(diào)節(jié)裝置302、308可以在一可變電壓控制下發(fā)生形變，通過連接部310、312帶動腔室304變形，可變形光學透鏡30的形狀得以改變，焦距也隨之發(fā)生變化。
請同時參看圖5，當對焦距調(diào)節(jié)裝置302、308施加第一電壓U1時，可變形光學透鏡30處于圖中實線所示的狀態(tài)，光線經(jīng)過該可變形光學透鏡30后被聚焦至焦平面c上。當對兩個焦距調(diào)節(jié)裝置302、308施加第二電壓U2時，壓電材料發(fā)生形變的幅度變?yōu)閄2，將會導致可變形光學透鏡30發(fā)生形變至圖4中虛線所示之狀態(tài)，光線經(jīng)過該可變形光學透鏡30后將會被聚焦至焦平面d上。
可變形光學透鏡30可根據(jù)實際使用環(huán)境選擇不同的填充液體306，以使得其對于不同使用環(huán)境下的不同波長的光保持適應，供選擇的液體可以是水、酒精、水溶性無機鹽溶液等液體或者其混合物等。可變形光學透鏡30的腔室304可選用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料制成，這些材料具有較好的透光性能，且機械性能穩(wěn)定，在發(fā)生受力彈性形變后可以保持其變形狀態(tài)，直至有外力迫使它再次發(fā)生形變，這種機械性能使其在進行光學變換的時候可以具有穩(wěn)定的光學性能。另外由于壓電陶瓷材料的逆壓電特性穩(wěn)定精細，因此這種可變形光學透鏡30的焦距控制十分方便，結構簡單，且成本較低。
如圖6所示，其為本發(fā)明可變形透鏡制造裝置的結構示意圖。該制造裝置50包括一固持結構52、一裝液容器54、一閥門56、一液面探針58以及一控制單元59。固持結構52用于固定和夾持腔胚51。裝液容器54用于裝盛可變形透鏡之填充液體306。閥門56設于裝液容器54的注液通道542上，其通過導線594與控制單元59的閥門信號接口592相連；并且，閥門56可在閥門信號接口592的輸出信號控制下開啟、關閉或者調(diào)整注入腔胚51的填充液體306的流量大小。液面探針58可伸入到腔胚51內(nèi)部，用于監(jiān)控腔胚51內(nèi)填充液體306的液面位置，其通過導線598與控制單元59的探針信號接口596相連，并且將所探測到的液面位置信號通過探針信號接口596傳送到控制單元59。
腔胚51被預先制作完成。該腔胚51包括一透鏡部512和一擴充部514，透鏡部512用于形成可變形光學透鏡的腔體，擴充部514為透鏡部512的延伸。在填充液體306注入腔胚51的時候，固持結構52可以通過夾持住擴充部514，從而固定整個腔胚51。這樣，在注液過程中，固持結構52將會僅僅與擴充部514接觸，而不會接觸到透鏡部512的表面，從而避免了透鏡表面的劃傷。腔胚51還設有一開放的注液口516，該注液口516連通上述透鏡部512和擴充部514。在填充液體306被注入腔胚51時，擴充部514可以多盛裝部分填充液體306，使得填充液體306稍稍漫過透鏡部512，以保證透鏡部512中完全為填充液體306所填充，而不會留有空氣，從而避免因空氣殘留在透鏡內(nèi)與填充液體混雜，出現(xiàn)折射率不均所導致的透鏡質(zhì)量下降的問題。
注液時，裝液容器54的注液通道542的端部緊貼在擴充部514的內(nèi)壁上，填充液體306沿腔胚51的腔壁流入腔胚51中，可以避免填充液體306因與腔胚51相互撞擊產(chǎn)生的氣泡和飛沫，保證所制作的透鏡腔內(nèi)完全為填充液體306所占據(jù)。在腔胚51被填充液體306填滿，注液口516被點膠粘合以后，擴充部514將被去除。
如圖7所示，其為本發(fā)明可變形透鏡之制造方法流程。首先，步驟600，將腔胚51固定到固持結構52上。步驟602，將液面探針58伸入到腔胚51內(nèi)且液面探針58的端部處于腔胚51的注液口516以下位置。步驟604，控制單元59通過閥門信號接口592輸出閥門開啟指令至閥門56。步驟606，閥門56開啟進行注液，液面探針58實時監(jiān)控腔胚51內(nèi)填充液體306的液面位置，通過探針信號接口596將液面位置信號傳輸?shù)娇刂茊卧?9。
步驟608，控制單元59判斷液面位置是否到達注滿位置的90％，如尚未到達注滿位置的90％，則閥門56保持開啟繼續(xù)注液，并繼續(xù)由液面探針58實時監(jiān)控腔胚51內(nèi)填充液體306的液面位置，直至液面位置到達注滿位置的90％；如已經(jīng)到達注滿位置的90％，則進入步驟610，通過閥門信號接口592發(fā)出指令驅(qū)使閥門56流量減半，液面探針58繼續(xù)監(jiān)控液面位置，并將信號傳回到控制單元59。步驟612，控制單元59判斷液面位置是否已經(jīng)到達注滿位置，如尚未到達注滿位置，則繼續(xù)進行注液；如液面位置已經(jīng)到達注滿位置，則執(zhí)行步驟614，控制單元59經(jīng)由閥門信號接口592發(fā)出控制指令至閥門56，關閉閥門56，注液結束。步驟616，液面探針58退出腔胚51，固持結構52松開已注滿填充液體306的腔胚51。
將腔胚51取下固持結構52后，進入到步驟618，將注液口516進行點膠粘合，并去除擴充部514，形成充滿填充液體306的腔室。步驟620，再在充滿了填充液體306的腔室兩側沿徑向裝上二連接部、二焦距調(diào)節(jié)裝置，即最終制作成為可變形光學透鏡。
注液過程中，如果一直以不變的流速將填充液體306注入腔胚51中，則須在腔胚51中已經(jīng)注滿填充液體306的時候立即停止注入，然而這樣勢必較難控制閥門56立即關閉、填充液體306立即停止流入腔胚51內(nèi)，可能會造成填充液體306的浪費。為提高精確度、避免浪費，有必要在填充液體306將要注滿腔胚51的時候降低填充液體306的流速。從制程的實際考慮，當液面位置到達注滿位置的90％以上時有必要減小注入液體的流速；關于流速減小的幅度，則應控制在原流速的一半以下為宜。
本發(fā)明所提供的可變形透鏡易于控制焦距、結構簡單、成本低廉；該可變形透鏡的制造裝置結構簡單，操作方便；所使用的制造方法可以避免填充液體飛濺引起的氣泡和飛沫，可以制成質(zhì)量較高的透鏡。
權利要求
1.一種可變形光學透鏡，包括一腔室、填充于所述腔室的填充液體及設于所述腔室外的焦距調(diào)節(jié)裝置，所述焦距調(diào)節(jié)裝置固定于所述腔室上，其特征在于所述焦距調(diào)節(jié)裝置由壓電材料制成，所述壓電材料的極化形變方向沿所述透鏡的徑向設置，以改變所述腔室的形狀。
2.如權利要求1所述的可變形光學透鏡，其特征在于所述壓電材料由鋯鈦酸鉛壓電材料及鈮鎳鋯鈦酸鉛壓電陶瓷組成的組中選取制成。
3.如權利要求1所述的可變形光學透鏡，其特征在于所述填充液體由水、酒精、水溶性無機鹽溶液組成的組中選取。
4.如權利要求1所述的可變形光學透鏡，其特征在于所述可變形光學透鏡還包括兩連接部，所述焦距調(diào)節(jié)裝置通過所述連接部與所述腔室相連。
5.一種用于制造如權利要求1所述的可變形光學透鏡的方法，其包括以下步驟提供一具有開放注液口的腔胚；提供填充液體并將所述填充液體經(jīng)由所述注液口注入所述腔胚中；判斷所述填充液體是否已經(jīng)注滿所述腔胚；封閉所述腔胚的開放注液口；在所述腔胚的外部沿徑向裝設焦距調(diào)節(jié)裝置。
6.如權利要求5所述的制造方法，其特征在于所述制造方法還包括以下步驟提供一液面探針及一控制單元，所述液面探針監(jiān)控所述填充液體的液面位置，并通過一數(shù)據(jù)接口將所述填充液體的液面位置信號傳送到所述控制單元。
7.如權利要求6所述的制造方法，其特征在于所述制造方法還包括以下步驟所述控制單元根據(jù)所述填充液體的液面位置信號判斷填充液體的液面是否到達一預定值，若到達，則輸出一控制信號，所述控制信號用于將所述填充液體的注入流量減小至原來的50％以下。
8.一種用于制造如權利要求1所述的可變形光學透鏡的制造裝置，其特征在于所述制造裝置包括一固持結構、一裝液容器以及一控制單元；所述固持結構用于固持形成可變形光學透鏡的腔室的腔胚；所述裝液容器用于盛裝填充液體，且具有一液體流出通道，所述液體流出通道的端部伸入所述腔胚；填充液體可在所述控制單元的控制下通過所述液體流出通道流入腔胚。
9.如權利要求8所述的制造裝置，其特征在于所述制造裝置還包括一液面探測裝置，所述液面探測裝置與所述控制單元電性連接，所述液面探測裝置可探測所述腔胚內(nèi)的液體的液面位置，并將測得的液面位置信號傳送到所述控制單元。
10.如權利要求9所述的制造裝置，其特征在于所述制造裝置還包括一閥門，所述閥門設于所述裝液容器的所述液體流出通道上，所述閥門與所述控制單元電性連接；并可根據(jù)所述液面位置信號產(chǎn)生一控制信號，并將所述控制信號傳送至所述閥門。
全文摘要
一種可變形光學透鏡，包括一腔室、填充于腔室的填充液體及設于腔室外的焦距調(diào)節(jié)裝置。焦距調(diào)節(jié)裝置固定于腔室上；焦距調(diào)節(jié)裝置由壓電材料制成，壓電材料的極化形變方向沿透鏡的徑向設置，以改變腔室的形狀。本發(fā)明的可變形光學透鏡焦距易于控制、結構簡單、成本低廉。本發(fā)明還提供一種制造這種可變形光學透鏡的制造裝置和制造方法。
文檔編號C04B35/462GK1949005SQ20051010040
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權日2005年10月13日
發(fā)明者蕭博元 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司