具有焦距變化的光學設備制造技術

本發明專利技術題為“具有焦距變化的光學設備”。本發明專利技術涉及一種具有焦距變化的光學設備(100)，該光學設備包括：?第一可變形膜(1)，?第二可變形膜(2)，?支撐件(3)，膜(1,2)中的每個膜的相應周邊錨定區域(1c)被連接到該支撐件(3)，?恒定體積的流體(4)，該恒定體積的流體(4)被包封在第一膜和第二膜之間，?位于第一膜(1)的錨定區域(1c)和中心部分(1b)之間的第一膜的區域(1a)的致動設備(5)，該第一膜(1)被配置為通過在單一偏轉方向上施加電致動電壓而變形，以便使流體體積中的一些流體體積發生位移。第一膜(1)的中心部分(1b)具有足夠的硬度，使得：?從其中致動設備(5)不活動的靜止位置，在向致動設備(5)施加小于閾值的電致動電壓時第一膜(1)僅在第一方向上變形，并且第二膜(2)變形，以吸收由第一膜(1)的變形導致的流體位移，以便使第一膜上的流體的壓力最小化，以及?在向致動設備(5)施加大于閾值的電致動電壓時，第一膜的致動區域(1a)保持在第一方向上變形，在由致動設備(5)使流體(4)發生位移的壓力的作用下，第一膜(1)的中心部分(1b)在與第一方向相反的第二方向上變形。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及具有焦距變化的光學設備，以及此類光學設備的焦距變化的方法。
技術介紹
為了在包括具有固定焦距的若干個透鏡的緊湊光學系統中集成光學縮放功能，可能讓人感興趣的是尤其是在使光學系統的厚度最小化方面，為至少一個光學設備集成可變焦距，以產生焦距的主要變化。一些光學設備確保放大率的變化，并且其他光學設備必須要鏈接到固定光學系統或具有可變焦距的其他設備，以確保縮放功能。對于具有微型相機的應用程序而言，尤其是對于為移動電話設計的相機而言，目的是設計一種具有可變焦距的緊湊且廉價的光學設備。工作于發散模式或聚光模式中的設備是尤其有利的，因為其得益于焦距的更寬范圍的變化。響應于這種需求，例如基于電潤濕技術[1]或基于液晶[2]已開發出了基于液體的具有可變焦距的不同類型的設備。其他解決方案基于對受到流體壓力作用的可變形膜的使用，每個膜形成屈光度。兩個膜通常用于提升設備的光焦度。在這些設備中，膜在由流體位移導致的流體壓力作用下發生變形。在一些應用程序中，獨立于另一個膜來致動兩個膜中的每個膜，每個膜與包封流體的腔體相關聯，該腔體通過襯底與另一個膜分隔開，并具有其自身的致動設備[3,4]。在該膜中的一個膜上施加的流體壓力可與另一個膜不同。在圖1A和圖1B中呈現了透鏡的不同配置，其中在每個膜的周邊處布置旨在用于改變焦距的致動器。圖1A示出了雙凸聚光透鏡，其可為對稱的或不對稱的。該設備包括支撐件3和在兩個膜之間延伸的剛性板31，兩個可變形膜1,2在相應周邊錨定區域1c,2c中被連接到支撐件3。每個膜1,2與支撐件3和板31限定相應恒定體積的流體41,42。由于有剛性板31插置于流體41和42的體積之間，因此兩個膜的變形彼此獨立。每個膜1,2具有被布置在每個膜的中心部分1b,2b和錨定區域1c,2c之間的相應中間區域1a,2a上的致動設備5,5’。兩個膜1,2的致動器5,5’朝膜和流體41,42(在箭頭方向上)偏轉，以形成圖1A中所示的雙凸配置。圖1B對應于雙凹發散透鏡，其可為對稱地或不對稱的。該設備的結構類似于圖1A的設備，每個膜的致動設備5,5’能夠在與圖1A的方向相反的方向(在箭頭方向)上偏轉，以形成此類配置。在兩個屈光度功能彼此獨立的程度上，還可能獲得聚光透鏡(凸平面或聚光凹凸透鏡)或發散透鏡(凹平面或發散凹凸透鏡)的很多其他配置。圖2A至圖2C示出了表現出類似于圖1A結構的光學設備的另一個示例，其中膜2確保聚光功能(利用致動設備5’在朝流體的一個方向上的偏轉)，并且膜1確保發散功能(利用致動設備5在相反方向上的的偏轉)，每個膜與獨立體積的流體41，42相關聯。由圖1A-圖1C和圖2A-圖2C中的相同的附圖標記指定的元件是類似的。圖2A示出了靜止時的采用初始無限大焦距的示例的光學設備。圖2B示出了該光學設備被致動以便成為聚光的：出于這一目的，不激活致動設備5并且僅激活致動設備5’，以便朝流體42偏轉，從而獲得凸平面聚光透鏡。圖2C示出了該光學設備被致動以便成為發散的：出于這個目的，不激活致動設備5’并且僅激活致動設備5，以便朝流體41偏轉，從而獲得凹平面發散透鏡。在其他應用程序中，兩個膜由被包封在所述膜之間的恒定體積的流體耦接[5-10]，兩個膜受到相同的流體壓力。圖3A和圖3B示出了此類光學設備。相對于圖1A至圖2C所示的設備，圖3A和圖3B中的設備不包含分隔與每個膜相關聯的流體體積的板。因此該設備包含以力學方式耦接膜1和2的單個恒定體積的流體4。在這些設備中，兩個膜的致動設備5,5’共同用于修改被施加到膜中的每個膜的流體壓力。在致動設備5,5’朝流體4偏轉時，壓力增大并且兩個膜1,2變成凸面(聚光設備，參見圖3A)。當致動設備5,5’在與流體4相反的方向上偏轉時，兩個膜1,2變成凹面(發散設備，參見圖3B)。為了從靜止位置產生可具有正焦距和負焦距的變化的光學系統，致動設備必須要在兩個方向上起作用。然而，此類致動實現起來很復雜。實際上，致動器需要的電壓通常高于30V(在[3]中提到了電壓+/-40V)。在現有設備中，將壓電材料的厚層粘結到每個膜上，這涉及到復雜的制造方法并給設備的幾何結構和膜施加一定數量的限制。然而，可使用MEMS技術來執行此類雙向致動。應當使用能夠在兩個方向上變形的任何材料，但這些材料(例如，AlN)在致動方面效率較低，或者應當使用包括兩層PZT陶瓷(鋯鈦酸鉛)的雙壓電致動器。給出具有高制造成本的PZT陶瓷，這后一種選擇成本特別高昂。圖2A至圖2C所示的設備可通過使用在單個方向上操作的致動器而交替地成為聚光和發散的。通過疊加兩個單層膜設備構成的此類設備的缺點在于，其提供的焦距變化比圖1A-圖1B和圖3A-圖3B所示的設備產生的變化小的多。實際上，在聚光配置中單個屈光度是活動的，并且在發散配置中另一個屈光度是活動的。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是設計一種在更大范圍上產生焦距變化并實現簡單致動(尤其是產生低的電致動電壓)的光學設備，該設備緊湊且制造簡單。根據本專利技術，提出了一種具有焦距變化的光學設備，該光學設備包括：-第一可變形膜，-第二可變形膜，-支撐件，該膜中的每個膜的相應周邊錨定區域被連接到該支撐件，-恒定體積的流體，該恒定體積的流體被包封在第一膜和第二膜之間，該流體產生第一膜和第二膜的力學耦接，-位于第一膜的錨定區域和中心部分之間的第一膜的區域的致動設備，該第一膜被配置為通過在單一偏轉方向上施加電致動電壓而變形，以便使流體體積中的一些流體體積發生位移，該流體位移可能使得第一膜的中心部分變形，該光學設備的特征在于第一膜的中心部分具有足夠的硬度，使得：-從其中致動設備不活動的靜止位置，在向致動設備施加小于閾值的電致動電壓時，第一膜僅在第一方向上變形，并且第二膜變形，以吸收由第一膜變形導致的流體位移，以便使第一膜上的流體的壓力最小化，以及-在向致動設備施加大于閾值的電致動電壓時，第一膜的致動區域保持在第一方向上變形，在由致動設備使流體發生位移的壓力的作用下，第一膜的中心部分在與第一方向相反的第二方向上變形。有利的是，第二膜表現出比第一膜的中心部分小的硬度。根據一個實施方案，該光學設備進一步包括位于膜的錨定區域和中心部分之間的第二膜的致動區域的致動設備，該膜被配置為通過施加電致動電壓而變形。根據一個實施方案，第二膜的致動設備能夠根據施加到設備的電致動電壓而在兩個相反方向上變形。根據一個實施方案，在其靜止配置中，第一膜的中心部分是平面的。根據一個實施方案，該光學設備包括在兩個膜之間延伸并包括至少一個流體通道開口的襯底，使得在襯底的任一側上該流體壓力相同。第一膜和/或第二膜的材料可以是硅氧烷樹脂或包含硅的礦物質材料。根據一個有利的實施方案，第一膜的致動設備包括至少一個壓電致動器。根據本專利技術的一個實施方案，第一膜和第二膜是反射的。可以有利地選擇第一膜的硬度，使得在膜上未施加流體壓力時向致動設備施加電致動電壓使得膜的致動區域和中心區域變形，致動區域和中心部分之間的接合部的任一側上的對膜的切線被組合。根據一個實施方案，第一膜的可變形部分的直徑不同于第二膜的可變形部分的直徑。根據另一個實施方案，第一膜的可變形部分的直徑與第二膜的可變形部分的直徑相同。另一目的涉及用于光學設備的焦距變化的方法，該光本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有焦距變化的光學設備(100)，包括：?第一可變形膜(1)，?第二可變形膜(2)，?支撐件(3)，所述膜(1,2)中的每個膜的相應周邊錨定區域(1c)被連接到所述支撐件(3)，?恒定體積的流體(4)，所述恒定體積的流體(4)被包封在所述第一膜和所述第二膜之間，所述流體(4)產生所述第一膜和所述第二膜的力學耦接，?第一膜的位于所述第一膜(1)的錨定區域(1c)和中心部分(1b)之間的區域(1a)的致動設備(5)，所述致動設備(5)被配置為通過在單一偏轉方向上施加電致動電壓而變形，以便使流體體積中的一些流體體積發生位移，流體的所述位移易于使得所述第一膜的所述中心部分(1b)變形，所述光學設備(100)的特征在于所述第一膜(1)的所述中心部分(1b)具有足夠的硬度，使得：?從其中所述致動設備(5)不活動的靜止位置，在向所述致動設備(5)施加小于閾值的電致動電壓時，所述第一膜(1)僅在第一方向上變形，并且所述第二膜(2)變形，以吸收由所述第一膜(1)的變形導致的流體位移，以便使所述第一膜上的流體的壓力最小化，以及?在向所述致動設備(5)施加大于所述閾值的電致動電壓時，所述第一膜的致動區域(1a)保持在所述第一方向上變形，在被所述致動設備(5)位移的流體(4)的壓力的作用下，所述第一膜(1)的所述中心部分(1b)在與所述第一方向相反的第二方向上變形。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.12.20 FR 13632561.一種具有焦距變化的光學設備(100)，包括：-第一可變形膜(1)，-第二可變形膜(2)，-支撐件(3)，所述膜(1,2)中的每個膜的相應周邊錨定區域(1c)被連接到所述支撐件(3)，-恒定體積的流體(4)，所述恒定體積的流體(4)被包封在所述第一膜和所述第二膜之間，所述流體(4)產生所述第一膜和所述第二膜的力學耦接，-第一膜的位于所述第一膜(1)的錨定區域(1c)和中心部分(1b)之間的區域(1a)的致動設備(5)，所述致動設備(5)被配置為通過在單一偏轉方向上施加電致動電壓而變形，以便使流體體積中的一些流體體積發生位移，流體的所述位移易于使得所述第一膜的所述中心部分(1b)變形，所述光學設備(100)的特征在于所述第一膜(1)的所述中心部分(1b)具有足夠的硬度，使得：-從其中所述致動設備(5)不活動的靜止位置，在向所述致動設備(5)施加小于閾值的電致動電壓時，所述第一膜(1)僅在第一方向上變形，并且所述第二膜(2)變形，以吸收由所述第一膜(1)的變形導致的流體位移，以便使所述第一膜上的流體的壓力最小化，以及-在向所述致動設備(5)施加大于所述閾值的電致動電壓時，所述第一膜的致動區域(1a)保持在所述第一方向上變形，在被所述致動設備(5)位移的流體(4)的壓力的作用下，所述第一膜(1)的所述中心部分(1b)在與所述第一方向相反的第二方向上變形。2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于所述第二膜(2)表現出比所述第一膜的所述中心部分(1b)更小的硬度。3.根據權利要求1或2中一項所述的設備，其特征在于其進一步包括第二膜的位于所述第二膜的所述錨定區域(2c)和中心部分(2b)之間的致動區域(2a)的致動設備(5’)，所述致動設備(5’)被配置為通過施加電致動電壓而變形。4.根據權利要求3所述的設備，其特征在于所述第二膜(2)的所述致動設備(5’)能夠根據被施加到所述設備的所述電致動電壓而在兩個相反方向上變形。5.根據權利要求1至3中一項所述的設備，其特征在于在其靜止配置中，所述第一膜(1)的所述中心部分(1b)是平面的。6.根據權利要求5所述的設備，其特征在于其包括在兩個膜之間延伸并包括至少一個流體通道開口的襯底，使得在所述襯底的任一側上流體壓力相同。7.根據權利要求1至6中一項所述的設備，其特征在于所述第一膜和/或所述第二膜的材料是硅氧烷樹脂或包含硅的礦物質材料。8.根據權利要求1至7中一項所述的設備，其特征在于所述第一膜的所述致動設備(5)包括至少一個壓電致動器。9.根據權利要求1至8中一項所述的設備，其特征在于所述第一膜或所述第二膜是反射的。10.根據權利要求1至9中一項所述的設備，其特征在于選擇所述第一膜的硬度，使得在所述第一膜上未施加流體壓力時向所述致動設備(5)施加電致動電壓，使得第一膜的致動區域(1a)和所述中心部分(1b)變形，所述致動區域(1a)和所述中心部分(1b)之間的接合部的任一側上的對所述第一膜的切線被組合。11.根據權利要求1至10中一項所述的設備，其特征在于所述第一膜的可變形部分(1a,1b)的直徑不同于所述第二膜的可變形部分(2a,2b)的直徑。12.根據權利要求1至10中一項所述的設備，其特征在于所述第一膜的可變形部分(1a,1b)的直徑與所述第二膜的可變形部分(2a,2b)的直徑相同。13.一種成像設備，所述成像設備包括根據權利要求1至12中一項所述的至少一個光學設備(100)。14.一種用于光學設備(100)的焦距變...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·博里斯，
申請(專利權)人：韋伯斯特資本有限責任公司，
類型：發明
國別省市：美國;US