專利名稱：一種流體鏡頭及其變焦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照像器材或攝影設(shè)備的鏡頭及其變焦裝置，特別是一種流體鏡頭及其變焦裝置。
背景技術(shù)：
鏡頭廣泛應(yīng)用于日常生活、工業(yè)現(xiàn)場、軍事領(lǐng)域等許多場合，照像器材或攝影設(shè)備中都離不開鏡頭，鏡頭的性能往往決定了整個(gè)相關(guān)設(shè)備的使用性能。
目前的鏡頭普遍是玻璃或樹脂材料打磨、拋光或壓制而成的，已經(jīng)形成了一整套完整而成熟的加工工藝和設(shè)計(jì)方法。但此類鏡頭存在結(jié)構(gòu)單一、重量大、體積大、易碎、特種場合使用受限制等問題，在原有工藝和原理的基礎(chǔ)上也是難以解決的。另外，傳統(tǒng)的玻璃鏡頭的變焦裝置有一系列的電動(dòng)、機(jī)械和相應(yīng)控制裝置，結(jié)構(gòu)和控制方法也較復(fù)雜，成本也較高。
近期，荷蘭皇家飛利浦(Philips)公司在2004年的德國漢諾威舉辦的CeBIT展會(huì)上展出了可變焦液體鏡頭系統(tǒng)“FluidFocus”。該專利產(chǎn)品提出了一種手機(jī)的液體鏡頭，這種鏡頭在兩組鏡片間加入了具有導(dǎo)電性能的水溶液和絕緣的硅酮油，這些材料封裝在圓筒型容器中。由于容器內(nèi)側(cè)除底部外均涂有防水薄膜，水溶液會(huì)呈圓頂型聚集在容器中心部分，水溶液和硅酮油之間就會(huì)形成凸?fàn)钋妗＠猛繉拥姆浪噪S著通電而減弱的特性，改變施加電場的強(qiáng)度后，就會(huì)由凸透鏡順利地變成凹透鏡，能夠起到改變球狀曲率的凸透鏡作用。在容器側(cè)面設(shè)置加電的電極，凸?fàn)钋婺軌螂S著施加電壓變化而變化。
該發(fā)明產(chǎn)品從原理上不同于傳統(tǒng)的玻璃和樹脂的鏡頭原理，可以做到較輕、可調(diào)焦，使用直流電壓調(diào)節(jié)焦距，耗電量較小，耐用性較高。
但是，此發(fā)明需要一套電控裝置和控制方法，液體需要較好的密封條件，較傳統(tǒng)的玻璃鏡頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增加，特別是在較低溫度時(shí)可能會(huì)有結(jié)冰等溫度適應(yīng)性問題。
本發(fā)明提出了不同于以上產(chǎn)品的一種新型結(jié)構(gòu)和原理的鏡頭。
本發(fā)明的一種流體鏡頭是利用薄膜在壓力作用下的變形的原理，通過充、放流體來改變薄膜表面的彎曲程度，即薄膜表面的凸、凹狀曲面的曲率半徑，來改變鏡頭的焦距。
本發(fā)明的流體鏡頭和以前的各種鏡頭相比，原理新穎、重量輕、成本較低、制造容易，能夠克服目前大多數(shù)低成本圖像系統(tǒng)存在的定焦缺點(diǎn)，還可以構(gòu)造復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)特殊功能和特殊場合的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種流體鏡頭，它通過在薄膜層間充、放流體介質(zhì)形成薄膜表面的凸凹形狀，實(shí)現(xiàn)鏡頭的功能。它與現(xiàn)有的鏡頭相比具有重量輕、不易破碎、制造容易、成本低、可調(diào)焦等特點(diǎn)，并且能夠構(gòu)成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組合鏡頭應(yīng)用于特殊場合。
本發(fā)明的一種流體鏡頭，是在彈性薄膜之間充、放流體介質(zhì)后，彈性薄膜變形，其表面形成凸或凹的曲面。
改變彈性薄膜之間的充、放的流體介質(zhì)的量，彈性薄膜表面的曲面的曲率半徑發(fā)生變化。
鏡頭之間有串聯(lián)、并聯(lián)、嵌入聯(lián)接、混合聯(lián)接方式。
本發(fā)明中的彈性薄膜是一種透明的介質(zhì)膜。
本發(fā)明中的彈性薄膜是一種在氣體或液體等流體壓力作用下，可以產(chǎn)生變形的薄膜材料制成的，可以是塑料、橡膠等高分子材料，類似于制造氣球的橡膠制品的功能，也可以是實(shí)現(xiàn)彈性變形功能的其他材料。該彈性薄膜可以是單層的或多層的結(jié)構(gòu)，薄膜至少為兩層的結(jié)構(gòu)，各層的薄膜厚度、材質(zhì)可以按要求設(shè)計(jì)和選取。若薄膜是均勻結(jié)構(gòu)的，其彈性變形也將是均勻的。
本發(fā)明中產(chǎn)生壓力的流體介質(zhì)可以是氣體或液體等流體物質(zhì)，氣體可以是空氣，或者其他種類的氣體，液體可以是水或其它單質(zhì)、混合物等液態(tài)物質(zhì)，或者是膠體物質(zhì)。本發(fā)明中的“充”流體指的是向彈性薄膜之間填充或灌入流體，本發(fā)明中的“放”流體指的是從彈性薄膜之間放出或抽吸流體。
本發(fā)明中的流體鏡頭的凸透鏡鏡頭的基本結(jié)構(gòu)，就是在至少兩層彈性薄膜之間充滿一定量的流體介質(zhì)，彈性薄膜包裹了流體介質(zhì)后表面成一定的曲率半徑的凸透鏡表面，這樣就可以制成凸透鏡的鏡頭。
本發(fā)明中的流體鏡頭的凹透鏡鏡頭的基本結(jié)構(gòu)，就是在至少兩層彈性薄膜之間加裝一節(jié)不易變形的較硬的中空的圓柱狀物體，中空?qǐng)A柱狀物體的兩端被彈性薄膜分別包裹密封住，當(dāng)從灌滿了流體介質(zhì)的中空?qǐng)A柱狀物體中抽走一定量的流體介質(zhì)后，中空?qǐng)A柱狀物體的兩端的彈性薄膜就會(huì)被向中空?qǐng)A柱狀物體的園柱內(nèi)吸進(jìn)去，形成兩端彈性薄膜的凹曲面，這樣就可以制成凹透鏡的鏡頭。
本發(fā)明的流體鏡頭還可以實(shí)現(xiàn)變焦鏡頭的功能。
增設(shè)一個(gè)存儲(chǔ)囊，讓本發(fā)明中的流體介質(zhì)充滿在薄膜層之間和存儲(chǔ)囊中，流體介質(zhì)在薄膜層之間的空間和存儲(chǔ)囊之間能夠相互流動(dòng)，進(jìn)行流體介質(zhì)的交換和流動(dòng)。
存儲(chǔ)囊是一個(gè)能夠存儲(chǔ)一定量的流體介質(zhì)，其容積大小可變化的的囊式結(jié)構(gòu)的密閉容器，但存儲(chǔ)囊與薄膜層之間的空間是通過連接通道連通的，薄膜層之間的空間和存儲(chǔ)囊構(gòu)成了整體的封閉空間結(jié)構(gòu)。
當(dāng)迫使存儲(chǔ)囊內(nèi)部的空間變小，部分流體介質(zhì)將被擠出存儲(chǔ)囊，通過連接通道流入薄膜層之間的空間，薄膜表面的凸出來的部分的曲率半徑將隨流入的流體介質(zhì)的增加而變小，流體鏡頭的凸透鏡鏡頭的焦距將變短；反之，當(dāng)迫使存儲(chǔ)囊內(nèi)部的空間變大，部分流體介質(zhì)將被吸入存儲(chǔ)囊，薄膜層之間的空間的流體介質(zhì)也將通過連接通道流出，薄膜表面的凸出來的部分的曲率半徑將隨流出的流體介質(zhì)的增加而變大，流體鏡頭的凸透鏡鏡頭的焦距將變長。這就是本發(fā)明的流體鏡頭的變焦的基本原理。
本發(fā)明的一種充氣或充液的流體鏡頭是給薄膜之間進(jìn)行充氣或充液來改變薄膜表面形狀的，從而改變薄膜表面的曲面的曲率半徑，達(dá)到聚焦和變焦功能。
上述單個(gè)鏡頭能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)鏡頭的基本功能，實(shí)現(xiàn)了基本的聚焦、變焦，可以用于照相、攝像等成像器材上。由于流體介質(zhì)的用量可以很少，所以本發(fā)明的流體鏡頭的重量、體積都可以做得很小，特別是充氣的流體鏡頭更是將這一優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來。
為了實(shí)現(xiàn)鏡頭的特殊功能，還可以借助于光學(xué)薄膜制備技術(shù)在薄膜表面用物理或化學(xué)方法涂敷或鍍一層或多層其它的光學(xué)薄膜，能改變其反射、折射、光譜或偏振等光學(xué)性質(zhì)。
本發(fā)明的流體鏡頭，通過鏡頭之間的聯(lián)接結(jié)構(gòu)、大小、表面曲率的不同組合，可以構(gòu)成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鏡頭，實(shí)現(xiàn)其他鏡頭難以實(shí)現(xiàn)的特殊功能。
本發(fā)明的流體鏡頭之間有串聯(lián)、并聯(lián)、嵌入式聯(lián)接、混合聯(lián)接方式。
本發(fā)明的流體鏡頭之間的串聯(lián)，是指鏡頭的相對(duì)位置是沿軸線方向按一定的間隔分布的，各鏡頭相互獨(dú)立。
本發(fā)明的流體鏡頭之間的并聯(lián)，是指鏡頭按平面分布的，各鏡頭相互獨(dú)立。
本發(fā)明的流體鏡頭之間的嵌入式聯(lián)接，是指鏡頭相互交叉，一個(gè)鏡頭的局部或整體嵌入到另一個(gè)鏡頭之中，各鏡頭不是相互獨(dú)立的。
本發(fā)明的流體鏡頭之間的混合聯(lián)接方式，是指鏡頭的聯(lián)接方式為串聯(lián)、并聯(lián)、嵌入式聯(lián)接的組合方式。
通過上述的流體鏡頭之間的不同聯(lián)接方式后形成的新的流體鏡頭將能夠形成新的功能，能夠在一些復(fù)雜場合有特殊的應(yīng)用。


圖1為單個(gè)流體鏡頭的凸透鏡鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為流體鏡頭變焦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為單個(gè)流體鏡頭的凹透鏡鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為流體鏡頭串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為流體鏡頭并聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為流體鏡頭嵌入式聯(lián)接的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為流體鏡頭混合聯(lián)接的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例如圖1所示為單個(gè)流體鏡頭的凸透鏡鏡頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的薄膜2和薄膜4之間為流體介質(zhì)1，連接面3、連接面5為上下兩層薄膜的結(jié)合部，且結(jié)合部不能泄漏流體介質(zhì)。流體介質(zhì)可以為氣體、液體、膠體等流動(dòng)物質(zhì)。
對(duì)于“曲率半徑”的定義，經(jīng)典的數(shù)學(xué)教科書都有對(duì)三維曲面的曲率半徑詳細(xì)的注釋。
如圖1中的上下兩層薄膜2、4之間灌充流體介質(zhì)1后，薄膜表面就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的向外的變形。由于薄膜2、4可產(chǎn)生彈性變形，流體介質(zhì)1的量越多，變形也越大，變形后的薄膜2、4表面的曲率半徑就越小，鏡頭就越凸，鏡頭的焦距就越短。
圖2中的上下兩層薄膜2、4之間增加了一節(jié)中空的園柱體6，薄膜2、4與園柱體6緊密連接，使得中間的流體介質(zhì)1不會(huì)泄漏出去。減少園柱體6內(nèi)的流體介質(zhì)1的量，即抽吸出去一部分流體介質(zhì)1，在園柱體6內(nèi)的空間就會(huì)形成負(fù)壓，有彈性的兩層薄膜2、4就會(huì)被向園柱體6腔內(nèi)吸入，在薄膜2、4的表面就會(huì)生成凹陷，形成凹面，從而可構(gòu)成單個(gè)流體鏡頭的凹透鏡鏡頭。
由于薄膜2、4可產(chǎn)生彈性變形，流體介質(zhì)1的量越少，薄膜2、4表面的變形也會(huì)越大，薄膜2、4表面就會(huì)越凹，凹表面的曲率半徑就越小，鏡頭的焦距就越短。
根據(jù)上述凸、凹透鏡的形成的原理，可以增加一個(gè)控制裝置來控制流體鏡頭中的介質(zhì)的量，進(jìn)而控制透鏡的焦距，實(shí)現(xiàn)流體鏡頭的變焦功能。
對(duì)于凸透鏡而言如圖3中的存儲(chǔ)囊7為內(nèi)部存儲(chǔ)的流體通過連接通道8與薄膜2、4的薄膜層之間相通，薄膜層之間的空間和存儲(chǔ)囊7構(gòu)成了整體的封閉空間結(jié)構(gòu)。當(dāng)迫使存儲(chǔ)囊7內(nèi)部的空間變小，部分流體介質(zhì)將被擠出存儲(chǔ)囊7，通過連接通道8流入薄膜層之間的空間，薄膜2、4表面的凸出來的部分的曲率半徑將隨流入的流體介質(zhì)量的增加而變小，流體鏡頭的凸透鏡鏡頭的焦距將變短；反之，當(dāng)迫使存儲(chǔ)囊7內(nèi)部的空間變大，部分流體介質(zhì)將被吸入存儲(chǔ)囊7，薄膜2、4層之間的空間的流體介質(zhì)也將通過連接通道8流出，薄膜2、4表面的凸出來的部分的曲率半徑將隨流出的流體介質(zhì)的增加而變大，流體鏡頭的凸透鏡鏡頭的焦距將變長。
圖3只是畫出了凸透鏡的變焦裝置示意圖，對(duì)于凹透鏡而言，也同樣可以增加存儲(chǔ)囊7、連接通道8來實(shí)現(xiàn)焦距的變化。
總之，在上述的流體鏡頭和相應(yīng)的變焦裝置中，通過控制存儲(chǔ)囊7中的流體介質(zhì)1的多少，就可以控制透鏡焦距的長短。而存儲(chǔ)囊中7的流體介質(zhì)1的控制可直接或間接進(jìn)行擠壓或拉伸存儲(chǔ)囊7的殼體即可，或者設(shè)計(jì)其他機(jī)械結(jié)構(gòu)也可方便實(shí)現(xiàn)。
圖4為流體鏡頭的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，各單個(gè)流體鏡頭的軸線朝一個(gè)方向或平行(一般是軸線重合的)，鏡頭的對(duì)稱線平行。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡一般多采用此種結(jié)構(gòu)。
圖5為流體鏡頭的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，各單個(gè)流體鏡頭9、10等的軸線朝一個(gè)方向，對(duì)稱線分布在一個(gè)平面或與同一個(gè)曲面11相切。
圖6為流體鏡頭的嵌入聯(lián)接方式的結(jié)構(gòu)，單個(gè)流體鏡頭12、13的鏡頭體相互嵌入到對(duì)方的鏡頭體內(nèi)部，相互包含對(duì)方的鏡頭的一部分或全部。
圖7為流體鏡頭的混合聯(lián)接方式，單個(gè)流體鏡頭14、15、16并聯(lián)或嵌入在一起，同時(shí)又和其他流體鏡頭總體串聯(lián)在一起，構(gòu)成混合聯(lián)接方式。
以上各種連接方式下，添加存儲(chǔ)囊7和連接通道8后的流體鏡頭也都可以單獨(dú)或同時(shí)實(shí)現(xiàn)變焦。
權(quán)利要求
1.一種流體鏡頭，其特征在于在彈性薄膜之間充、放流體介質(zhì)后，彈性薄膜變形，其表面形成凸或凹曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種流體鏡頭，其特征在于改變彈性薄膜之間的充、放的流體介質(zhì)的量，彈性薄膜表面的曲面的曲率發(fā)生變化。
3.一種流體鏡頭，其特征還在于鏡頭之間有串聯(lián)、并聯(lián)、嵌入聯(lián)接、混合聯(lián)接方式。
全文摘要
本發(fā)明的一種流體鏡頭是利用薄膜(2)、(4)在壓力作用下的變形的原理，通過存儲(chǔ)囊(7)、連接通道(8)充、放流體介質(zhì)(1)來改變薄膜(2)、(4)表面的彎曲程度，即改變薄膜表面的凸、凹狀曲面的曲率半徑，來改變鏡頭的焦距。鏡頭之間有串聯(lián)、并聯(lián)、嵌入聯(lián)接、混合聯(lián)接方式。本發(fā)明的流體鏡頭和以前的各種鏡頭相比，原理新穎、不易破碎、重量輕、成本較低、制造容易，還可以構(gòu)造復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)特殊功能和特殊場合的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明提出了不同于傳統(tǒng)鏡頭產(chǎn)品的一種新型結(jié)構(gòu)和原理的鏡頭，可廣泛應(yīng)用于照像器材或攝影設(shè)備，特別是一次性相機(jī)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)鏡頭場合。
文檔編號(hào)G02B7/04GK1776463SQ200510129928
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者許宏 申請(qǐng)人:許宏