專利名稱：一種液體連續(xù)變焦透鏡的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于微光學技術領域，涉及一種液體變焦透鏡，尤其是涉及一種液體連續(xù)變焦透鏡。
背景技術：
傳統(tǒng)的透鏡一般由玻璃或者塑料材質(zhì)制作而成，通過鏡片的半徑、厚度、非球面參數(shù)等調(diào)節(jié)以校正像差，滿足一定的需求。但是，隨著科學技術以及生產(chǎn)、生活的進一步需要， 變焦范圍小、對驅(qū)動電機要求嚴格的傳統(tǒng)透鏡已瀕臨所能達到的尺寸極限，不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，應用受到很大的限制。為了實現(xiàn)變焦透鏡的微型化，目前國內(nèi)外已經(jīng)提出了一些新型變焦微透鏡技術，液體變焦透鏡就是其中一種。液體透鏡是由液體制成，模仿人眼晶狀體的聚焦原理，通過控制液體發(fā)生形狀變化從而引起折射率變化來實現(xiàn)聚焦和變焦。與傳統(tǒng)的透鏡相比，液體變焦透鏡具有體積小、壽命長、成本低、能耗小、易操作、響應速度快等優(yōu)點。液體變焦透鏡在手機、數(shù)碼相機、醫(yī)學內(nèi)窺鏡、望遠鏡和顯微鏡等系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。液體透鏡由液體腔室和彈性薄膜組成，由于液體具有流動性，利用機械外力擠壓液體或者改變液體與液體腔室側(cè)壁間的表面張力使液體的表面形狀發(fā)生改變，液體表面的彈性薄膜的曲率半徑會相應變化，從而形成可變焦的液體透鏡?，F(xiàn)有的液體變焦透鏡主要分為兩種，一種是機械驅(qū)動式液體透鏡，另一種電濕潤式液體透鏡。機械驅(qū)動式液體透鏡透鏡結構復雜、不緊湊、控制精度和可靠性受到很大限制；電濕潤式液體透鏡制作復雜，工藝難度高，并且驅(qū)動電壓較大，已經(jīng)超出了 36V的人體安全電壓。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種結構簡單、操作方便、精度高的液體連續(xù)變焦透鏡。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用如下技術方案一種液體連續(xù)變焦透鏡，其包括旋進裝置、位于旋進裝置上面的上蓋板和位于旋進裝置下面的下蓋板，上蓋板、下蓋板均采用透明材料；旋進裝置由上部的內(nèi)套管和下部的外套管連接組成，外套管內(nèi)孔為上大下小的階梯孔，階梯孔臺階處設置有透明彈性薄膜，夕卜套管下部內(nèi)側(cè)安裝有密封壓環(huán)，透明彈性薄膜由密封壓環(huán)壓緊在外套管上，透明彈性薄膜、 外套管與下蓋板之間形成一腔室，腔室內(nèi)填充有液體。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其上蓋板通過膠水粘接在內(nèi)套管中，下蓋板通過膠水粘接在外套管底部。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其下蓋板底部安裝有壓環(huán)。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其內(nèi)套管下端呈半球形凸起。一種液體連續(xù)變焦透鏡，其包括旋進裝置、位于旋進裝置上面的上蓋板和位于旋進裝置下面的下蓋板，上蓋板、下蓋板均采用透明材料，旋進裝置由上部的內(nèi)套管和下部的外套管連接組成，內(nèi)套管下端面設置有透明彈性薄膜，透明彈性薄膜、外套管與下蓋板之間形成一腔室，腔室內(nèi)填充有液體。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其上蓋板通過膠水粘接在內(nèi)套管上部，下蓋板通過膠水粘接在外套管底部。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其上蓋板、下蓋板為光學玻璃或有機玻璃。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其內(nèi)套管外壁上設有螺紋，外套管內(nèi)壁上設有螺紋，二者通過螺紋配合連接。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其內(nèi)套管上部有一沿上套管徑向外表面向外凸出的凸緣，凸緣上設有防滑紋。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其內(nèi)套管、外套管、密封壓環(huán)以及下蓋板底部的壓環(huán)采用金屬、陶瓷或有機玻璃。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其液體采用水、四氯化碳、甘油、松節(jié)油或橄欖油。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其透明彈性薄膜采用ETFE膜、聚二甲基硅氧烷、PTEF 膜、TPU、乳膠薄膜或SYLGARD 184制作的薄膜。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，設定上套管外徑為b，內(nèi)徑為r，上套管向下推進高度為h，上套管向下推進高度為h使液體邊緣被壓縮，液體的中央部分凸起成球缺狀，球缺高度為d，液體折射率為n，空氣折射率為IV透鏡焦距為f'，透鏡焦距Γ與液體體積變化關系為
(h2-r2}h ； d ^in n0) 3(κ /I0)其中，rf=i-—一f
^3 - γ3> +3^γ6 - r3)2 A2 f由于采用如上所述的技術方案，本實用新型具有如下優(yōu)越性該液體連續(xù)變焦透鏡，其通過上套管上下旋進，擠壓或抽取下腔室內(nèi)液體，在液體總體積不變的情況下，通過液體頂起或收縮使透明彈性薄膜表面凸起或塌陷形成不同曲率半徑，以改變液體透鏡焦距，實現(xiàn)連續(xù)變焦；結構簡單，體積小，質(zhì)量小，光軸穩(wěn)定，連續(xù)變焦，響應迅速，精確度高，操作方便，易于加工，成本低廉，可廣泛應用于數(shù)碼攝像頭、門外窺系統(tǒng)、醫(yī)學內(nèi)窺鏡、筆記本電腦攝像頭和監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖1是本實用新型液體連續(xù)變焦透鏡實施例之一的結構示意圖；圖加是圖1中的透鏡第一種狀態(tài)的焦距變化示意圖；圖2b是圖1中的透鏡第二種狀態(tài)的焦距變化示意圖；圖3是圖1中的透鏡的焦距計算示意圖；圖4是本實用新型液體連續(xù)變焦透鏡實施例之二的結構示意圖；圖中1 一上蓋板；2 —外套管；3 —壓環(huán)；4 一內(nèi)套管；5 —彈性薄膜；6 —密封壓
4環(huán)-J 一液體；8 —下蓋板。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例對本實用新型的技術方案作進一步詳細說明。如圖l、2a、2b所示，為本實用新型的一種結構形式，該液體連續(xù)變焦透鏡，其包括旋進裝置、位于旋進裝置上面的上蓋板1和位于旋進裝置下面的下蓋板8，上蓋板、下蓋板均采用光學玻璃或有機玻璃透明材料；旋進裝置由上部的內(nèi)套管4和下部的外套管2連接組成，內(nèi)套管外壁上設有螺紋，外套管內(nèi)壁上設有螺紋，二者通過螺紋配合連接，外套管內(nèi)孔為上大下小的階梯孔，階梯孔臺階處設置有透明彈性薄膜5，外套管2下部內(nèi)側(cè)安裝有密封壓環(huán)6，透明彈性薄膜5由密封壓環(huán)6壓緊在外套管2上，透明彈性薄膜5、外套管2與下蓋板8之間形成一腔室，腔室內(nèi)填充有液體7;上蓋板通過膠水粘接在內(nèi)套管中，下蓋板通過膠水粘接在外套管底部，下蓋板8底部安裝有壓環(huán)3。由于透明彈性薄膜由密封壓環(huán)壓緊在外套管上，下蓋板由壓環(huán)壓緊在外套管上，因此，整個液體連續(xù)變焦透鏡防水嚴密，裝配簡單方便，可操作性強。上述的內(nèi)套管下端呈半球形凸起，防止內(nèi)套管下端與透明彈性薄膜接觸時損傷薄膜。上述的內(nèi)套管上部有一沿上套管徑向外表面向外凸出的凸緣，凸緣上設有防滑紋，便于使用者手動操作。上述的內(nèi)套管的下端里側(cè)可留有縫隙，以免擠壓著透明彈性薄膜，使之損傷。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其內(nèi)套管4、外套管2、密封壓環(huán)6以及下蓋板8底部的壓環(huán)3采用金屬、陶瓷或有機玻璃。所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其透明彈性薄膜5采用ETFE膜、聚二甲基硅氧烷、PTEF 膜、TPU、乳膠薄膜或SYLGARD 184制作的薄膜。下面結合圖2a、2b詳細說明本實用新型液體連續(xù)變焦透鏡的焦距變化。如圖加所示，當上套管在沒有向下旋進，擠壓腔室內(nèi)液體時，整個液面保持平面， 此時透鏡的焦距為無限大。如圖2b所示，當上套管向下旋進，擠壓腔室內(nèi)液體時，上套管的下端半球形凸起擠壓透明彈性薄膜，占據(jù)透鏡邊緣的液體體積，擠壓邊緣的液體向中心流動，從而鼓起彈性薄膜，使之有一定的曲率半徑，此時，透鏡相當于一個凸透鏡，焦距發(fā)生了變化。如圖3所示，所述的液體連續(xù)變焦透鏡，設定上套管外徑為b，內(nèi)徑為r，液體折射率為n，空氣折射率為Iitl = 1，透鏡焦距為f ；透鏡的焦距無限遠狀態(tài)時，液體表面與透明彈性薄膜呈水平狀態(tài)，入射光線和出射光線平行；旋轉(zhuǎn)內(nèi)套管使之向下推進，推進高度為h，
液體邊緣被壓縮體積為Ft
權利要求1.一種液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其包括旋進裝置、位于旋進裝置上面的上蓋板 (1)和位于旋進裝置下面的下蓋板(8)，上蓋板、下蓋板均采用透明材料；旋進裝置由上部的內(nèi)套管(4)和下部的外套管(2)連接組成，外套管內(nèi)孔為上大下小的階梯孔，階梯孔臺階處設置有透明彈性薄膜(5)，外套管下部內(nèi)側(cè)安裝有密封壓環(huán)(6)，透明彈性薄膜由密封壓環(huán)壓緊在外套管上，透明彈性薄膜、外套管與下蓋板之間形成一腔室，腔室內(nèi)填充有液體 (7)。
2.根據(jù)權利要求1所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其上蓋板(1)通過膠水粘接在內(nèi)套管(4 )中，下蓋板(8 )通過膠水粘接在外套管(2 )底部。
3.根據(jù)權利要求1所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其下蓋板(8)底部安裝有壓環(huán)(3)。
4.一種液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其包括旋進裝置、位于旋進裝置上面的上蓋板 (1)和位于旋進裝置下面的下蓋板(8)，上蓋板、下蓋板均采用透明材料，旋進裝置由上部的內(nèi)套管(4)和下部的外套管(2)連接組成，內(nèi)套管下端面設置有透明彈性薄膜(5)，透明彈性薄膜、外套管與下蓋板之間形成一腔室，腔室內(nèi)填充有液體(7)。
5.根據(jù)權利要求4所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其上蓋板(1)通過膠水粘接在內(nèi)套管(4 )上部，下蓋板(8 )通過膠水粘接在外套管(2 )底部。
6.根據(jù)權利要求1或4所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其內(nèi)套管(4)外壁上設有螺紋，外套管(2)內(nèi)壁上設有螺紋，二者通過螺紋配合連接。
7.根據(jù)權利要求1或4所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其內(nèi)套管上部有一沿上套管徑向外表面向外凸出的凸緣，凸緣上設有防滑紋。
8.根據(jù)權利要求1或4所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其內(nèi)套管、外套管、密封壓環(huán)以及下蓋板底部的壓環(huán)采用金屬、陶瓷或有機玻璃。
9.根據(jù)權利要求1或4所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其液體采用水、四氯化碳、甘油、松節(jié)油或橄欖油。
10.根據(jù)權利要求1或4所述的液體連續(xù)變焦透鏡，其特征是其透明彈性薄膜采用 ETFE膜、聚二甲基硅氧烷、PTEF膜、TPU、乳膠薄膜或SYLGARD 184制作的薄膜。
專利摘要本實用新型公開一種液體連續(xù)變焦透鏡，其包括旋進裝置、位于旋進裝置上面的上蓋板和位于旋進裝置下面的下蓋板，上蓋板、下蓋板均采用透明材料；旋進裝置由上部的內(nèi)套管和下部的外套管連接組成，外套管內(nèi)孔為上大下小的階梯孔，階梯孔臺階處設置有透明彈性薄膜，外套管下部內(nèi)側(cè)安裝有密封壓環(huán)，透明彈性薄膜由密封壓環(huán)壓緊在外套管上，透明彈性薄膜、外套管與下蓋板之間形成一腔室，腔室內(nèi)填充有液體。本實用新型結構簡單，體積小，質(zhì)量小，光軸穩(wěn)定，連續(xù)變焦，響應迅速，精確度高，操作方便，易于加工。
文檔編號G02B3/14GK202256729SQ201120408689
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者崔東慶, 李聰聰, 趙存華, 高常留, 魏大嶺 申請人:洛陽師范學院