自适应透镜制造技术

本发明专利技术涉及一种自适应透镜。该透镜包括夹在薄的柔性膜和透明后窗之间的可变形的非流体透镜主体，以及用于改变膜和透镜主体的整体形状的致动器系统。膜被预成形为具有至少10μm的矢高或矢状度，使得当致动器系统未被激活时，透镜具有非零光焦度。为了获得透镜的较大的光焦度范围，膜应该优选地由杨氏模量在2

【技术实现步骤摘要】
自适应透镜
[0001]本申请是申请号为201880043484.4、申请日为2018年6月28日、专利技术名称为“自适应透镜”的申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种可以在光焦度范围内调节的具有给定非零光焦度(optical power)(或等效地，有限焦距)的自适应透镜，以及制造该透镜的方法。

技术介绍

[0003]随着光学设备(诸如移动电话中的相机、扫描装置和机器视觉)的最新发展，需要能够快速聚焦的小透镜。在移动电话相机中，像素的数量一直在增加，但是需要足够质量的紧凑型透镜来充分利用像素的优势。除了小尺寸之外，这还需要聚焦能力，特别是如果相机还适用于其他目的(诸如读取条形码和扫描相机附近物体的图像)的话。增加透镜的聚焦能力也允许使用更大的孔径，从而增加系统的光灵敏度，而不会受到透镜景深减小的影响。
[0004]传统的玻璃透镜被认为对于许多目的来说过于昂贵，即使它们已经被用于一些移动相机中，但是仍然是不可调的，并且已经进行了研究以找到其他解决方案。一个有前途的领域是由软聚合物制成的透镜的开发。它们具有一些光学性质，并且可以通过静电力、拉伸软聚合物透镜成形或者通过使软聚合物表面成形来获得选定的形状，以用于聚焦作用。另一个提出的解决方案是使用折射率缓变的软聚合物，但是这被证明是复杂的，难以生产出足够好的质量。与这些解决方案相关的问题是在曲率和表面连续性质量二者方面获得足够好的透镜表面。
[0005]其他提出的解决方案包括使用放置在透镜内部腔体中的液体，其中调节腔体的形状以调节透镜的焦距。日本专利申请公开号JP2002239769、JP2001257932、JP2000081503、JP200081504、JP10144975、JP11133210、JP10269599和JP2002243918中讨论了显示这一点的示例。此外，在T.Kaneko等人的以下论文中对此进行了讨论：“使用多层压电双晶片致动器的快速响应动态聚焦透镜”，微光机械系统，Richard R.A.Syms编辑，SPIE论文集，第4075卷(2000年)。所有这些均基于受限于腔体内的液体，其充当透镜，并且其中至少一个表面可以通过施加的力来成形。这具有以下缺点：为使透镜成形而施加的压力必须压缩流体或腔体，这需要很大的力，或者必须提供额外的腔室来将一部分液体压出腔体。温度波动引起的体积变化也可能导致问题。
[0006]上述解决方案的缺点在于它们
[0007]·
无法提供实时适应
[0008]·
无法真正提供良好的光学质量
[0009]·
增加厚度或复杂度，这不适用于微型解决方案，诸如手机中的相机模块
[0010]·
使用制造困难的液体，导致可靠性和鲁棒性低以及性能不稳定。
[0011]许多具有可调焦距的现有技术透镜的缺点是，它们在零或非常小的光焦度范围内可调，这意味着它们必须与传统透镜相结合，以提供必要的放大率/光焦度和图像形成能
力。这增加了成本和空间要求。

技术实现思路

[0012]因此，本专利技术的一个目的是提供一种适合大规模生产并具有固有非零光焦度的紧凑可调透镜组件。
[0013]在第一方面，本专利技术提供了一种光学透镜组件，其包括：夹在透明后窗和透明柔性膜之间的可变形的非流体的透镜主体，以形成光轴垂直于后窗表面部分的透镜，该膜被预成形为将第一整体形状压印到膜和透镜主体上，由此，透镜具有至少10μm的矢高(sag)；以及致动器系统，用于施加力以将膜和透镜主体的整体形状从第一整体形状改变为第二整体形状，由此，该透镜具有不同的光学特性。
[0014]在下文中，将总结许多优选和/或可选的特征、元件、示例和实现。在适用的情况下，关于一个实施例或方面描述的特征或元件可以与其他实施例或方面结合或应用于其他实施例或方面。例如，关于透镜组件应用的结构和功能特征也用作关于该方法的特征，反之亦然。此外，对专利技术人实现的本专利技术的基本机理的解释是出于解释的目的而给出的，并且不应用于推断本专利技术的事后分析。
[0015]透明的柔性膜是预成形的，这意味着膜在装配到透镜组件中之前已经获得其形状。当膜与透镜主体和后窗进行装配时，膜将优选地具有钟形(凸形或凹形)，其中心部分具有球形或至少基本上球形的形状，对应于普通透镜表面的形状。这在图3中示出。当致动器系统未被激活时，即透镜的“默认”、“固有”或“零伏(Volt)”状态，将测量由膜的预成形导致的至少10μm的矢高。在默认状态下具有基本球形形状的中心部分的周缘限定了透镜组件的孔径。
[0016]矢高在图2中示出，并且被定义为透镜表面距其弦的高度，由下式给出：
[0017][0018]其中R是(膜中心部分的)曲率半径，并且D是等于孔径直径的弦长。至少10μm的矢高不限于(第一整体形状的)孔径直径或曲率半径的特定值，并因此容纳不同尺寸和强度的透镜。在进一步的实施方式中，优选的是，该矢高为至少15μm或至少20μm。
[0019]矢高与光焦度(OP)有关，如下
[0020][0021]其中n是透镜主体的折射率。
[0022]下表1给出了对于矢高≥10μm且n＝1.57的弦长/孔径直径和光焦度的示例值。
[0023][0024][0025]表1
[0026]在本说明书中，孔径指的是如上定义的透镜组件中的孔径，而不是使用透镜组件的光学装置的实际孔径，该实际孔径通常是可变的。因此，对于给定的孔径大小和透镜主体，矢高和光焦度之间存在直接的相关性，并且在本说明书中它们将互换使用。因此，在替代的表达方式中，本专利技术的第一方面可以使用光焦度而不是矢高来定义，其中通过第一整体形状，透镜具有相当大的非零第一光焦度。第一光焦度(和孔径大小)的优选值很大程度上取决于使用透镜组件的应用。在优选实施例中，第一光焦度为至少5屈光度，诸如至少10屈光度，诸如至少20屈光度。
[0027]第一整体形状的固有矢高或光焦度是有利的，因为大多数现有技术的小型可调透镜具有零或很小的固有光焦度，因此在最大电压下提供了可能为少许屈光度的总光焦度。因此，这种透镜通常必须与具有希望在其周围进行调节的光焦度的标准透镜相结合。这种透镜使用在零伏时平坦或几乎平坦并且通常由玻璃(例如耐热玻璃、蓝宝石、SiO2或BPSG)制成的可变形膜，其中杨氏模量在几十GPa的范围内。这种透镜组件的示例可以在例如WO 2008/035983、WO2010/005315或WO 2014/147060中找到。
[0028]在本说明书中，可变形的非流体的透镜主体优选地由弹性材料制成。因为透镜主体是非流体的，所以不需要紧密的外壳来固定透镜主体，并且没有泄漏的风险。优选的是，透镜主体是非流体的，因为其具有大于300Pa的弹性模量。在一个优选实施例中，透镜主体由软聚合物制成，其可以包括多种不同的材料，诸如硅树脂、聚合物凝胶、交联或部分交联聚合物的聚合物网络以及可混溶的油或油的组合。使用软聚合物使得生产聚合物与空气或其他可压缩气体接触的透镜成为可能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学透镜组件(1)，包括：
‑
透明且柔性膜(4)，其中所述柔性膜由杨氏模量在2MPa和1000MPa之间的范围中的材料形成；
‑
透明后窗(3)；
‑
被夹在所述透明后窗(3)和所述透明且柔性膜(4)之间的透明的、可变形的、非流体的透镜主体(2)，以形成光轴(6)垂直于所述透明后窗的表面部分的透镜，其中所述非流体的透镜主体由交联或部分交联的聚合物的聚合物网络、和可混溶的油或油的组合制成，并且其中所述非流体的透镜主体具有大于300Pa的弹性模量；所述透明且柔性膜被预成形为：将第一整体形状压印到所述透明且柔性膜和所述非流体的透镜主体上，由此，所述透镜具有至少10μm的矢高，其中利用所述第一整体形状，所述透镜具有显著的非零第一光焦度，其中当所述致动器系统未被激活时，所述透镜具有至少10μm的矢高，并且其中所述柔性膜具有1至60mm之间的孔径直径；
‑
被布置成支撑所述膜的周缘的刚性框架(9)；以及
‑
致动器系统(7)，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔，
申请(专利权)人：珀莱特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：