包括可变形透镜元件的装置和方法

专利名称：包括可变形透镜元件的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于组合进光学成像系统内的透镜元件，并且特别涉及到一种包括可变形透镜元件的装置和方法。
背景技术：
例如多焦距透镜和变焦透镜的可变透镜传统上应用了一个或多个不可变形的 (也就是，如玻璃和聚碳酸酯一样刚性的)透镜元件，其被一般由马达提供的力沿着成像轴移动。在最近几年中，无马达电场响应透镜元件已经引起光学系统研究者和设计者日益增长的关注。一种无马达电场响应透镜元件的类型是“流体透镜”透镜元件，其一般包括填满一种或多种具有折射率大于1的流体的刚性或弹性薄膜。流体透镜元件技术已经引起许多光学系统的设计者的关注，他们一般认为传统固体透镜元件和马达装配的系统是笨重的并且消耗能量的。随着对流体透镜元件的提议，已经建议各种方法来改变用于组合进光学系统内的流体透镜元件的光学性质。无论在哪里建议了流体透镜元件，可以将用于改变该透镜元件的光学特性的被建议选择项归类为两个主要种类电湿润和流体注入。根据电湿润的处理过程，提供具有至少两种不溶合的流体的流体透镜元件，并且将电压施加到该流体透镜元件上。作为施加电压的结果，该流体透镜元件的表面张力发生改变，引起在该至少两种流体之间的界面曲率发生改变。根据流体注入的处理过程，提供邻近流体透镜元件的泵，其从该透镜元件内泵进和抽出流体。随着将流体泵进和抽出该透镜元件，该透镜元件的光学特性发生改变。关于用来改变流体透镜元件的光学特性的所述电湿润和流体注入方法的问题都已经被注意到。关于电湿润，已经被注意到的一个问题是随着时间的过去，电流重复地流过该透镜元件易于改变该透镜元件的特性，致使在其中使用了该透镜元件的任何系统是不可
9靠和不稳定的。关于涉及电湿润的建议被注意的另外一个问题是，电湿润常规地涉及提供两种流体。当这两种流体之间的参考系数差别小的时候，该透镜的倍率被降低。关于所述流体注入方法，用来提供这种流体注入的所述泵是必不可少的。其复杂难懂使得制造成本合适的系统和可接受的小型化难以获得。由于被注意到的关于用来改变可变形透镜元件的光学特性的所述电湿润和流体注入方法二者的问题，商业上的设计者在光学系统的设计中几乎全部继续依靠传统马达驱动刚性透镜元件来配置光学系统。然而，用装配在光学系统中的马达驱动刚性透镜元件可达到的最小化和节能仍然是有限的。简而言之，流体透镜，有时候也被称为适应性透镜，包括在具有不同光学折射率的两种流体之间的界面。通过使用外力可以改变该界面的形状，以便穿过该界面的光线能够被引导到以期望的方向加以传播。因此，，流体透镜的光学特性，例如该透镜是用作发散透镜或用作会聚透镜，以及它的焦距，能够响应于该施加的外力而被改变。使用电信号控制该流体透镜操作的流体透镜技术已经被名称不一地描述在Matz 的US专利第2062468号；Berge等人的US专利第6369卯4号；Onuki等人的US专利第6449081号；Tsuboi等人的US专利第67(^483号；Onuki等人的US专利第6806988 号；Nagaoka等人的US专利申请第2004/0218283号；Takeyama等人的US专利专利申请第2004/0228003号；Berge的US专利申请第2005/0002113号和国际专利申请第WO 99/18546、WO 00/58763、和 W003/069380 号中。控制流体透镜操作的其他方法包括使用液晶材料(Nishioka的US专利第6437925 号)、使用压力(Widl的US专利第6081388号)、在可重新配置的透镜中使用弹性体材料(Rogers的US专利第4514048号)、和使用微机电系统(根据首字母也被称为MEMS) (Gelbart 的 US 专利第 6747806 号)。开发流体透镜控制模块的其他尝试可以参见，例如Msaya等人的US专利第 6188526号、de Luca等人的US专利第3161718号、Flint等人的US专利第2300251号、Yao 等人的US专利申请第2005/0014306号、0 ^ Connor等人的US专利申请第2005/0100270 号、Massieu 的 US 专利申请第 2005/0218231 号、Michelet 的 US 专利第 4289379 号、 Viinikanoja的US专利第6936809号；欧洲专利申请EP1674892A1 ；英国专利说明书 GB1327503 ；日本专利第 JP2002243918 号(Olympus Optical 的申请第 JP20010037454 号)； 和国际专利申请公布第W003/071335号中。其他例子包括Shahinpoor的US专利5389222 ；Shahinpoor等人的US专利 6109852 ；Guy 的 US 专利 6542309 ；Pelrine 等人的 US 专利 6376971 ；Ren H.、Fox D.、 Anderson A. 、Wu B.禾口 Wu S-T 在 2006 年的"Tunable-focus liquid lens controlled using a servo motor，，，Optics Express 14(18) 8031-8036 ；Santiago-Alvarado A·、 Gonazalez-Garcia J、Garcia-Luna J、Fernandez-Moreno A、Vera-Diaz W 在 2006 年白勺"Analysis and design of an adaptive lens “ ，Proceedings of SPIE Optics and Photonics 6288 62880S-1-62880S-8 ；Ghosh TK、Kotek R、和 Much J 在 2005 年白勺"Development of layered functional fiber based micro-tubes “ ， National Textile Center Annual Report 1 9 ；Pelrine R>Kornbluh RD、Pei Q>Stanford S、0h S、 Eckerle J、Full RJ、Rosenthal MA、和 Meijer K 在 2002 年的〃 Dielectric elastomerartificial muscle actuators toward biomimetic motion" , Proc SPIE 4695 126-137 ； Chronis N、Liu GL、Jeong K_H、和 Lee LP 在 2003 年的“Tunable liquid-filled microlens array integrated with microfluidic network " , Optics Express 11 (19)2370-2378 ；这里的每一篇都以它全部内容作为引用在此被并入。然而，在目前的系统中，对改进使用流体透镜的系统和方法有持续的需求。透镜和透镜系统可以是固定的或可变化的，并且透镜系统可以包括固定的和/或可变化的透镜。固定的透镜系统和固定的透镜具有固定的和静止焦点，也就是说，焦距和光轴的方向不发生变化。例如，刚性地连接到光学系统的不可变形固体透镜将被自然而然地固定。并且如果该透镜不包括任何其他能够改变该透镜系统焦距和/或该透镜系统的光轴方向的元件，该透镜系统将同样是固定的。一副普通眼镜就是这样的固定透镜系统。在眼镜中的每个透镜是固定的透镜，因为它不能够改变它的焦距或它的光轴方向。因为该眼镜不包括实现这种改变的任何附加透镜或其他方法。该眼镜本身是固定透镜系统。这可以和包括两片玻璃透镜的简易望远镜作一个对比。每片都被刚性地连接到望远镜外壳不同的同心部分，在那里可以通过滑动该外壳相对于彼此的同心部分来移动该透镜互相接近或互相远离。每个单独透镜是固定的，它们自然而然地不能改变焦距和光轴的方向。然而，该望远镜整体是个可变的透镜系统，因为滑动该外壳相对于彼此的同心部分通过改变这两个固定透镜之间的距离改变了焦距。相比之下，可变形透镜是本质上可变形的，并且任何包含它的透镜系统同样是本质上可变形的。固定透镜一般由不可变形材料组成，例如玻璃或塑料；或者，如果固定透镜由弹性的或可变形的材料组成，其是不包括任何用于导致它们延长、压缩、弯曲或其他变化形状或变形的方法的透镜系统的一部分。可变形透镜可以由弹性的或可变形的材料组成， 并且，在期望透镜在被延长、压缩、弯曲或其他变形之后能够恢复它的初始状态的情况，其由一个或多个弹性可变形元件组成。可以使用一些类型的力元件来提供改变可变形透镜的界面形状所需的力。应用电信号控制流体透镜操作的流体透镜应用技术已经被描述在Matz的US专利第2，062，468 号、Berge等人的US专利第6，369，954号、Onuki等人的US专利第6，449，081号、Tsuboi 等人的US专利第6，702，483号、Onuki等人的US专利第6，806，988号、Nagaoka等人的US 专利申请公开第2004/0218283号、Takeyama等人的US专利申请公开第2004/0228003号、 Berge的专利公开第2005/0002113号、国际专利申请公开第WO 99/18546,WO 00/58763、和 W003/069380号以及Havens等人的US专利申请公开第20070063048号中。例如，应用在接触区域互相接触并位于绝缘腔室内的第一绝缘流体和第二导电流体组成流体透镜。布置第一电极在该绝缘腔室的壁的外表面，其位于该绝缘流体上面。第二电极连接所述导电流体。 当在第一和第二电极之间建立了电压，产生了电场，其根据所述电湿润原理，改变了相对于绝缘流体容器表面的所述导电流体的湿润特性，以至于所述导电流体使所述绝缘流体移动和变形。因为在两种流体之间的界面形状被改变，获得了焦距、该透镜焦点、或光轴方向的变化。也可以使用微型泵控制系统来控制流体透镜，例如描述在Havens等人的US专利申请公开第20070080280号中。这样的系统可以包括与可变形薄膜有力传递的流体腔室或容器。可以具有单个这样的腔室，其包括机械力元件或被机械力元件作用，例如，活塞，用来推动流体到所述薄膜或从所述薄膜将它抽回来。可选地，可以有一个或多个第二腔室，可以使用其增加流体到主要腔室或从主要腔室抽回流体，该主要腔室与所述薄膜是有力的传递；并且可以使用机械力元件影响流体在主要和次要腔室之间的移动。在这些系统中，当机械力元件可以被电力驱动时，实际施加在界面上以便改变其形状的力是机械的。控制流体透镜操作的其他方法包括使用液晶材料(Nishioka的US专利第6437925 号)、使用压力(Widl的US专利第6081388号)、在可重配置的透镜中使用弹性材料(Rogers 的US专利第4514048号)、和使用微机电系统(根据首字母也被称为MEMS) (Gelbart的US 专利第6747806号)。开发流体透镜控制模块的其他尝试可以参见，例如Msaya等人的US专利第 6188526号、de Luca等人的US专利第3161718号、Flint等人的US专利第2300251号、Yao 等人的US专利申请第2005/0014306号、0 ^ Connor等人的US专利申请第2005/0100270 号、Massieu 的 US 专利申请第 2005/0218231 号、Michelet 的 US 专利第 4289379 号、 Viinikanoja的US专利第6936809号；欧洲专利申请EP1674892A1 ；英国专利说明书 GB1327503 ；日本专利第 JP2002243918 号(Olympus Optical 的申请第 JP20010037454 号)； 和国际专利申请公布第W003/071335号中。其他例子包括Shahinpoor的US专利5389222 ；Shahinpoor等人的US专利 6109852 ；Guy 的 US 专利 6542309 ；Pelrine 等人的 US 专利 6376971 ；Flint 的 US 专利 2，300, 251、DeLuca 的 US 专利第 3，161，718 号、1967 年 2 月 21 日签发给 Alvarez 的 US 专利第 3，305，294 号、Baker 的 US 专利第 3，583，790 号、Ren H.、Fox D.、Anderson Α.、 Wu B.禾口 Wu S-T ^t 2006 "Tunable-focus liquid lens controlled using a servo motor，，，Optics Express 14(18)8031-8036 ；Santiago-Alvarado A. > Gonazalez-Garcia J、Garcia-Luna J、Fernandez-MorenoA> Vera-Diaz W 在 2006 年的"Analysis and design of an adaptive lens“ ， Proceedings of SPIE Optics and Photonics 6288 62880S-1-62880S-8 ；Ghosh TK,Kotek R和Much J在2OO5年的〃 Development of layered functional fiber based micro-tubes" , National Textile Center Annual Report 1 9 ；Pelrine R>KornbIuh RD、Pei Q>Stanford S、0h S、Eckerle J、Full RJ>Rosenthal MA、 禾口Meijer K在2002年的"Dielectric elastomer artificial muscle actuators toward biomimetic motion" ,Proc SPIE 4695 126-137 ；Chronis N.Liu GL,Jeong K_H、和Lee LP 在2003年白勺〃 Tunable liquid-filled microlens array integrated with microfluidic network" ，Optics Express 11(19)2370-2378。这里所有的上述参考都以它们全部内容作为引用在此被并入。

发明内容
能够提供一种包括可变形透镜元件的装置，其中可以通过应用力到所述可变形透镜元件上使可变形透镜元件变形从而改变其中的光学特性。


通过参考下面描述的附图，可以更好地理解这里描述的特征。这些附图对于取代用来一般性地阐述发明原理的标记和强调不是必需的。在附图中，各个视图之中使用相同的数字来指示相同的部分。图1是聚焦装置(聚焦模块)的分解组合组合视图，该聚焦装置(聚焦模块)包括以所述可变形透镜元件可以被变形以便改变所述透镜元件的光学特性这种方式排列的可变形透镜；图2是图1所述聚焦装置的组合视图，表示所述可变形透镜元件包括凸透镜表面的状态下的所述装置；图3是图1所述聚焦装置的组装视图，表示所述可变形透镜元件包括名义上平面表面的状态下的所述装置；图4是表示图1-3所述可变形透镜元件的可选实施方式的剖视图；图5是表示图1-3所述可变形透镜元件的可选实施方式的剖视图；图6是结合绝缘电致动聚合体驱动装置的聚焦装置的分解透视组合组合视图；图7是结合可变形透镜元件和中空步进马达的聚焦装置的分解透视视图；图8是图7所示聚焦装置的剖视图；图9是表示在一个实施方式中的中空步进马达操作的透视图；图10是在一个实施方式中的可变形透镜元件的分解透视组合组合视图；图11是阐述图10所示的所述可变形透镜元件的组合剖视侧面视图；图12是阐述如图10所示的所述可变形透镜元件突出部分的详细剖视侧面视图；图13是阐述可变形透镜元件的组合侧面视图，该可变形透镜元件具有一对包括各自可变形薄膜的相反光入射和光出射透镜表面；图14是如图13所示的结合可变形透镜元件的聚焦装置的组合侧面视图，第一驱动装置用来变形所述可变形透镜元件的第一可变形透镜表面，而第二驱动装置用来变形所述可变形透镜元件的第二可变形透镜表面；图15是结合弹性可变形材料构件的可变形透镜元件的组合侧面视图；图16是结合弹性可变形材料构件的可变形透镜元件另一个实施方式的组合侧面视图；图17是包括弹性可变形材料构件和在其上保护涂层的可变形透镜元件的侧面视图；图18是具有可变形透镜元件和一对柔性构件驱动装置的聚焦装置的组合侧面视图，其中所述柔性构件是适合充分地与所述可变形透镜元件的形状一致；图19是图18所示聚焦装置的分解透视组合组合视图；图20和图21是阐述对于可变形透镜构件典型外力施加位置的力施加图，表示以成像轴方向看的可变形透镜元件的前视图；图22-M是阐述结合至少一个可变形透镜元件的各种透镜组合组合的侧面原理图；图25是可以结合可变形透镜元件的典型成像终端的电子方框图；图沈是用来阐述在一个实施方式中成像终端操作的典型方面的时序图；图27是阐述在一个实施方式中能够被成像终端执行的自动对焦算法的流程图；图28是具有手持外壳的手持移动终端的前透视图，在其上可以结合并且支承如
13图25所示的元件；[下面是如在US专利申请第11/781901号中充分介绍的正文，其包括如在US专利申请第60/875245号中充分介绍的正文]图四是聚焦模块的一个实施方式的剖视图；图30是从右侧面看图四的聚焦模块；图31是从左侧面看图四的聚焦模块；图32和33表示在充分垂直于所述聚焦薄膜平面的方向上施加在所述聚焦薄膜上的压力的效果；图34和35表示在充分平行于所述聚焦薄膜平面的方向上施加在所述聚焦薄膜上的压力的效果；图36是该变形元件的图；图37表示具有非对称半月板的聚焦流体；图38表示所述聚焦模块的圆柱形元件；图39是表示具有流体内部体积的圆柱上表面对应于该圆柱高度减小的凸起变形的侧面透视图；图40是表示具有流体内部体积的圆柱上表面对应于该圆柱直径减小的凸起变形的侧面透视图；图41和42阐述当它由图41和图42所示的初始形状通过垂直压缩/水平拉伸发生变形时的所述变形元件；图43表示表现为像漏斗形状的所述变形元件；图44-47表示所述变形元件的各种运动范围和方向；图48和49表示双凸起电致动聚合体薄膜透镜；图50表示结合多个可变形聚焦薄膜的组合透镜组合；图51和52表示具有电致动聚合体变形元件的常规透镜；图53是表示阅读器的图；图M是表示图53的阅读器控制电路的更详细的图；图55是显示总体效果微处理器系统的光学阅读器的方框图，该系统对于本发明的各种实施方式是有用的；图56是表示用于操作具有包括反馈的可调焦系统的系统的处理的流程图；图57是表示用于操作具有不包括反馈的可调焦系统的系统的处理的流程图；图58是表示用于流体透镜系统的整流电源的电路图；图59是表示图58的整流电源的操作方式的时序图；图60和61是手持阅读器的图；图62是与计算机通信的手持阅读器的图；图63是用于具有本发明的特征的校准装置校准处理的流程图；图64是表示对应于多个手持阅读器的校准曲线的图；图65是表示适于与手持阅读器一起使用的电源的实施方式的图；图66是阐述手持阅读器的操作方式的时序图；图67-69是表示用于手持阅读器的带有包含弹性体的底座的流体透镜的截面14
图70是阐述现有技术的可变形角棱镜的图；图71是描述当使用电湿润现象操作时，现有技术的流体透镜的截面图；图72是表示被配置为允许调节光轴的流体透镜实施方式的截面图MOO ；图73是该同一流体透镜的平面原理视图；图74是表示流体透镜和各种允许调节光轴方向的元件之间关系的原理示意图；图75是流体透镜的可选实施方式的原理图；图76是配电器模块的可选实施方式的原理图；图77是表示流体透镜和一对角速度传感器之间关系的原理示意图；图78-82是根据本发明原理适于使用的其他现有技术的流体透镜的截面图；图83表示典型驱动电路的原理方框图；图84和85表示正向穿过流体透镜的LED模发射能量的图；图86、87和88表示在各种配置中包括激光器3110、准直透镜3120、和流体透镜 3130的激光扫描的图；[如在US专利申请第11/781901号中充分介绍的正文结束]图89具有薄膜的装置的原理图；图90是图89的装置在呈凸起形状之后的原理图；图91是具有容器和流体元件的装置的原理图；图92是在可选情况下图89的装置的原理图；图93-96可变形构件的原理视图，阐述在可选实施方式中的力元件的定位；图97具有压力元件的装置的原理图；图98是在可选情况下图97的装置的原理图；图99是表示具有压力元件的装置的可选实施方式的原理图；图100是表示具有压力元件的装置的可选实施方式的原理图；图101是具有活塞的装置的原理图；图102是在可选实施方式中具有活塞的装置的原理图；图103是具有主要流体容器和次要流体容器的原理图；图104是在另一个实施方式中具有次要流体容器的装置的原理图；图105是阐述能够应用在装置中的力的方向的原理图；图106是阐述压力元件形状的原理图；图107-110是压力元件可选形状的原理图；图111是表示具有压力元件的装置的原理图；图112是在可选实施方式中表示具有压力元件的装置的原理图；图113是阐述在可选情况下图110的装置的原理图；图114是阐述在可选情况下图113的装置的原理图；图115是表示具有以径向向外方向施加力的压力元件的装置的原理图；图116是在可选情况下图115的装置的原理图；图117是表示具有尤其能够应用反作用力的压力元件的装置的原理图；图118是具有可变形构件的装置的原理图；图119是具有可选流体元件的装置的原理图120是具有多个分离力元件的装置的原理图；图121是在一个实施方式中具有声音线圈的装置的原理图；图122是在另一个实施方式中具有声音线圈的装置的原理图；图123是在另一个实施方式中具有声音线圈的装置的原理图；图124是在另一个实施方式中具有声音线圈的装置的原理图；图125是在第一种情况下图124的装置的原理图；图126是在第二种情况下图124的装置的原理图；图127是在一个实施方式中具有多个可变形表面的装置的原理图；图1 是在另一个实施方式中具有多个可变形表面的装置的原理图；图129是具有边界元件的装置的原理图；图130是在另一个元件中具有边界元件的装置的原理图；图131是具有凸起表面的装置的原理图；图132是具有外壳的装置的原理图；图133和134是应用本发明的部件的手持阅读器的图；图135是表示根据本发明的原理，可变形透镜与各种允许调节光轴方向的元件之间的关系的原理图；图136是表示根据本发明的原理，可变形透镜与一对角速度传感器之间的关系的原理图。
具体实施例方式这里在一个实施方式中描述用于组合进光学成像系统内的可变形透镜元件，其中可以施加力到所述可变形透镜元件的表面来改变所述透镜元件的光学特性。相应地这里也描述一种改变光学成像系统的光学特性的方法，包括将可变形透镜元件组合进光学成像系统内的步骤；施加力到所述透镜元件的表面来改变所述透镜元件的光学特性的步骤。关于所描述的装置和方法，可变形透镜元件形状上的极小变化能够导致可变形透镜元件的光学特性很大的改变。所描述的可变形透镜元件装置和方法提供很多优点。例如，相对于目前可用的只结合了不可变形(刚性的)透镜元件的光学系统，当要求显著地减少透镜元件的移动量来产生光学特性期望的变化时，目前所描述的装置和方法在光学特性上提供重要的改变。通过显著地减少用来产生光学特性期望的变化的透镜元件的移动量，所描述的装置和方法便于成像系统的进一步小型化，并且减少设计的光学系统的能量消耗。上述优点被提供在高可靠性的、容易制造的光学系统中，其并不表现出与前面提及的基于光学系统的电湿润和流体注射流体透镜相关的可靠性和制造复杂性缺点。这里描述了具有能够被施加到其外表面的力产生变形的可变形透镜元件的各种装置。图1示出了描述的装置和方法的示例性实施例。在图1的实施例中，通过可变形薄膜3、隔离元件2和边界元件1的组合提供可变形透镜元件10，其可以通过一片不可变形玻璃、和聚焦流体(未示出)或其他具有折射率大于1的可变形物质(例如，弹性可变形体积)来提供。可以将该聚焦流体或其他可变形物质放置在由如在图2和3中所见的可变形薄膜3、隔离元件2和透明边界元件1的组合限定的凹部8中(如在图2和3中所见的)。关于图1的其余元件，提供这些其余元件来施加力到透镜元件10的外表面上。参考图1的特别实施例，提供压力元件4 (在这里它的特别实施例是指“推力环”)用来连接可变形薄膜 3，以及驱动元件(驱动装置)20用来驱动压力元件4。在图1实施例中的驱动装置20由离子传导电致动聚合体(EAP)提供。在图1实施例中的驱动装置20包括第一传导元件6a、 第二传导元件6b和插在第一传导元件6a和第二传导元件6b之间包括多个标签状元件fe 的可变形元件5。第一传导元件6a包括电接头(从图1的视图中看被隐藏)，第二传导元件6b也包括电接头6c。图1的装置，其应用于把图像聚焦在成像平面上，可以被称为“聚焦模块”或“聚焦装置”，可以进一步包括外壳7用来容纳元件10、4、20。再参考驱动装置20 的可变形元件5，可变形元件5可以包括一层或多层的传导聚合物材料，以便标签状元件fe 响应施加到传导元件6a和6b的电信号，大体上在轴15的方向上弯向可变形透镜元件10。 图2和3中示出了图1描述的装置100的组合形式侧视图。为了改变可变形透镜元件10的光学特性，可以施加电压到第一传导元件6a和第二传导元件6b的电接头来致使标签状元件fe弯曲。如在图2和3中的组合形式侧视图指示的，可以设置标签状元件fe接合压力元件4以便当标签状元件fe弯向可变形薄膜3时， 压力元件4施加力到可变形薄膜3的外表面。如在图1-3的视图指示的，可变形透镜元件 10可以包括提供在可变形薄膜3所示的实施例中的大体上圆形表面和可以包括贯穿反向透镜表面(提供在薄膜3外表面和边界元件1所示的实施例中)的中心的轴15。另外，压力元件4可以是环形的，以便压力元件4能够在与透镜元件10的轴15同空间延伸的方向上在多个在空间上远离轴15并且布置在轴15外周围的多个点应用力。可以调节装置100 以便当标签状元件如弯向可变形薄膜3时，薄膜3在与施加的力的相反方向上凸出而定义凸透镜表面，如图2所示。在图2和3的实施例中，装置100有两种状态，称为，“关断”状态，其中标签状元件5a将压力元件4偏压向薄膜3，以便致使薄膜3凸出而定义凸透镜表面，以及描述在图 3的“开启，，状态，其中标签状元件fe将压力元件4拉离开可变形薄膜3，以便允许可变形薄膜3呈现为如正好在图3中所见到的大体上扁平并且非凸出的结构。为了提供如图2和 3所描述的控制，可以提供电致动聚合体驱动装置20以便当确定的电压被施加到电致动聚合体驱动装置20的电接头时，在存在到驱动装置20的接头的电压情况下，标签状元件fe 正常偏向可变形薄膜3，并且当在正好如在图3所见到的平面结构中时，是在与薄膜3的平面平行的方向上(大体上与轴15垂直)偏向的。在图2和3描述的实施例中，从传导元件 6a和6b去除电压致使标签状元件fe将压力元件4推向薄膜3，指示薄膜3在那里附近凸出改变可变形透镜元件10的光学特性。进一步关于图1-3的实施例，示出可变形透镜元件10包括横向贯穿延伸的轴15， 以及驱动装置20以大体上与轴15同空间延伸的方向上施加力到可变形透镜元件10的表面。另一方面，示出图1-3实施例的压力元件4将在空间上远离轴15并且布置在轴15外周围的多个接触位置上接触可变形透镜元件10。参考图4和5的实施例，在图4和5的实施例中，如图2和3所示的透明边界元件1及第一和第二平面表面110和111被用具有光强度的边界元件1所取代。图4实施例的边界元件1具有非曲面的(平面的)第一表面 112和凸出第二表面113。图5实施例的边界元件1具有凹陷第一表面114和凸出第二表面 115。
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在图1-3中，描述了通过施加力到所述透镜元件外表面来移动可变形透镜元件10 的第一装置，现在这里描述可以应用力到可变形透镜元件10以便致使可变形透镜元件的光学特性(例如，透镜元件表面曲率、焦距)改变的可选装置。现在参考图6的分解组合组合视图，显示和描述了聚焦装置100的可选实施例。在图6的实施例中，这里通过更详细全面描述的模块化组合提供可变形透镜元件10，并且在图6的实施例中通过绝缘电致动聚合体驱动装置20提供驱动装置20(在图1-3的实施例中示出为由离子传导电致动聚合体驱动装置提供)。参考图6实施例的驱动装置20，驱动装置20可以包括柔性构件21、弹簧23、止动件25和用来供应电压给柔性构件21的柔性电路板27。参考柔性构件21，柔性构件21可以包括插入在柔性电极之间的绝缘薄膜材料，所述柔性电极可以由例如悬浮在聚合物基体上的传导碳颗粒提供。当提供电压到该柔性电极，柔性构件21在垂直于电场线的方向上延伸。弹簧23来以偏向可变形透镜元件10的方向偏压柔性构件21。所示由常规绕线弹簧提供的弹簧23可以由例如受压流体或弹性泡沫塑料代替。关于止动件25，当弯曲电路27提供电压给具有顶部的柔性构件21时，止动件25运作来将弹簧23保持在相对于柔性构件21 的确定位置。当供应电源给弯曲电路27，其运作在这里被更全面地描述，柔性构件21膨胀以便在透镜元件10的方向上推动柔性构件21。更特别地，当供应电源给弯曲电路27，柔性构件21将压力元件4推向可变形透镜元件10。在那里由驱动装置20驱动的压力环4使可变形透镜元件10变形从而改变可变形透镜元件10的光学特性。如在图1-3的实施例中， 可以调节压力元件4(示出为由环结构产生的)来在可变形透镜元件10外周周围的多个位置接触可变形透镜元件10。这些多个接触位置被限定为在可变形透镜元件10的轴15外周周围并且空间上远离轴15。如在图1-3的实施例中，调节在图6实施例的装置100以便通过大体上在轴15的方向上、在限定在轴15外周周围的可变形透镜元件10上的多个接触点施加力，改变可变形透镜元件10的光学特性。参考图6的聚焦装置的其他方面，可以使用定制尺寸和形状来容纳图6实施例所示模块化组合组合形式的可变形透镜元件10的外壳17和能够适合于被猛然扣在螺钉19a、 19b、19c和19d上的盖18来封装聚焦装置100。外壳17可以具有多个如所示的与元件21、 25和柔性电路27的孔匹配的螺纹孔。可以将螺钉19a、19b、19c和19d钻入穿过匹配贯穿孔，并旋进所示外壳17的螺纹孔以组装装置100。可以调节聚焦装置100以便一个或多个螺钉19a、19b、19c和19d在柔性电路板27和柔性构件21之间传导电流。例如，可以调节柔性电路板27和柔性构件21以便螺钉19b将柔性电路板27的电压端子连接到柔性构件 21的第一柔性电极，并且柔性电路板27和柔性构件21可以进一步被调节以便螺钉19c在柔性构件21的第二柔性电极和柔性电路27之间完成传导路径。现在参考图7-9的实施例，在图7-9实施例中驱动装置20由中空步进电机提供。 参考在图7-9实施例中由中空步进电机提供的驱动装置20的运作，通过线圈31或线圈33 其中之一或二者供应电流致使被可螺纹连接地容纳在固定条盒37的中空转子35以这样的方式旋转，根据施加到线圈31和线圈33的信号以沿着轴15的任一方向向前旋转转子35。 以在图1-6实施例所示的方式，可以定型转子35以便转子35的末端或传送由转子35产生的力的结构元件在放置在轴15外周周围并且在其中空间上远离轴15的多个位置接触到可变形透镜元件10的表面。当致使图7-9实施例的转子35旋转时，当转子35在这样的位置与可变形透镜元件10接触时，转子35大体上在轴15的方向上应用力以使得可变形透镜元件10的光学特性改变。如图7-8所示，驱动装置20产生的力可以被压力元件4传输给透镜元件10。在图7-9实施例中，压力元件4可以具有相反的销如，其完全插在形成在条盒 37内的成型拉长细缝39上，以便限制压力元件4的旋转。进一步关于图7-9实施例的聚焦装置100，聚焦装置100可以进一步包括所示的螺旋地容纳在条盒35内的帽38。帽38具有透明内部(未示出)以允许光线从那里通过，并且当促使转子35施加力到可变形透镜元件10的外表面时形成限制可变形透镜元件10移动的止动件。现在进一步描述在图7-9的中空步进电机实施例中的驱动装置20的运作。在一个实施例中，中空步进电机通常其特征在于具有永久磁铁装配的内部条盒，形成该电机的转子部分。在一个实施例中，中空步进电机其特征进一步在于具有线圈装配外部条盒，支撑该内部条盒(转子)。中空步进电机相对于其他类型电机表现为尺寸变小，并且允许透镜元件位置的精确调整。在一个实施例中，中空步进电机的内部条盒部分可以包括螺纹，其被可螺旋地容纳在外部条盒的螺纹中。具有这样的螺纹布置，该电机可以相对于基于齿轮的电机装置维持高的冲击力。在一个实施例中，与外部条盒相关的用来接纳内部条盒的螺纹可以包括补充配置的螺纹，以便将内部条盒通过摩擦力的方式并且无需施加外部能量维持在关于外部条盒37的位置。因此，可以通过简单地通过避免供应电流到透镜驱动线圈，控制透镜布置来维持在确定的位置。通过比较，在某些实施例中令人满意的可选驱动装置，需要输入功率来维持固定透镜布置。因此，在一个实施例中，中空步进电机的主要优点是减少功率消耗。关于外部条盒37，外部条盒37可以包括一组相应于内部条盒35的线圈32，一组线圈32包括第一线圈31和第二线圈33。另外，外部条盒37包括齿41，用来啮合内部条盒35的齿43。当致使内部条盒35 转动时，内齿41和齿43的组合提供内部条盒35沿着轴15的移动。参考图9进一步描述示例性中空步进电机的运作。内部条盒35可以具有南北交互极性的永久磁铁45，其交替地形成在内部条盒35的圆周周围。第一线圈31可以具有由缺口 51定义的交互的齿47、49。当电流以正方向流经线圈31，相反极性的磁场形成在连续相邻的齿，例如线圈31的齿47、49。当电流以相反方向流经线圈31，相反极性的磁场再次形成在线圈31连续相邻的齿，除了磁场的极性与正向电流流过期间它的极性是相反的。类似地，第二线圈33可以具有由缺口 59定义的交互的齿55、57。当电流以正方向流经线圈33， 相反极性的磁场形成在连续相邻的齿。当电流以相反方向流经线圈33，相反极性的磁场再次形成在线圈33连续相邻的齿，除了磁场的极性与正向电流流过期间它的极性是相反的。为了旋转内部条盒35，可以在第一和第二线圈31、33中在正向和反向以时序协调方式施加电流，来在期望的方向使内部条盒35，直到达到内部条盒35期望的位置。当线圈 31和线圈33的齿具有确定的极性，可以发现内部条盒35将具有相对于外部条盒37的确定位置，以便其中的永久磁铁对准线圈31和线圈33的齿。因此，使用图7-9中的驱动装置 20，可以实现透镜元件的精确定位。关于参考图7-9描述的电机被称为中空步进电机，因为可以实现内部条盒35相对于外部条盒37的离散步进位置，其中该条盒的永久磁铁与具有确定极性的线圈齿对准。关于图7-9实施例示出的以压力元件4、驱动装置20的方式被大体上环状地定型的内部条盒35末端可以充分地以图1-3和图6实施例的方式来操作。也就是说，在图7-9 中示出的驱动装置20可以大体上在轴15的方向上施加力。关于该力的施加，可以将在图 5中示出的可变形透镜元件10连接到限定在可变形透镜元件10外表面的在空间上远离轴 15并且布置在轴15外周周围的多个点的多个接触位置。这里结合图10-17描述了可变形透镜元件10的各种结构的特别实例，其可以被替换为已经描述的聚焦装置100的任意一个实施例。在图10实施例中，可变形透镜元件10包括第一夹持元件63、第二夹持元件65，并且可变形薄膜3插在第一夹持元件63和第二夹持元件65之间。第一夹持元件63和第二夹持元件65的每一个可以如所示的是透明的(光学透明的)及盘状的，并且可以包括各自圆形布置的互锁齿。特别地在所示实施例中，如在图11-12正好见到的，夹持元件63包括三个圆形齿环64，而夹持元件65包括一对圆形布置齿环66，其啮合到夹持元件63的齿。当在夹持元件63和夹持元件65的每一个上提供本实施例所示的多个圆形环，可以发现较少数目齿环的存在将辅助夹持元件63和夹持元件65之间的支持力，例如在夹持元件之一仅有单个圆形齿环。在这种方式下，薄膜3被夹持在夹持元件63和夹持元件65之间。关于图10-12的可变形透镜元件的组合，夹持元件65可以被匹配地压在夹持元件 63上，并且然后在那里可以被用超声波焊接。在另一方面夹持元件63和夹持元件65可以具有完整的舌和槽啮合表面，在那里可以形成超声波焊接。在图10-12的实施例，夹持元件 63包括圆形槽71 (图10-12)以及夹持元件65包括圆形舌73 (图10-12)。然而，在可选实施例中，可以调换该舌和槽的位置。可以用例如适用于该夹持元件的材料的粘合剂补充或取代在舌和槽之间接口的超声波焊接。可以用具有光放大系数的曲面构件取代如图11实施例所示的平面光学透明窗口 67。这里用来与如图10-12所示的可变形透镜元件一起使用的可选窗口可以具有例如如图4 (表面112和113)和图5 (表面114和115)所示元件1的曲面。在另一方面，夹持元件63可以具有允许光线从那里通过的透明壁67并且可以具有充分的厚度来限定用于容纳聚焦流体或另一种可变形物质的凹部8。在夹持元件63和夹持元件65被超声波焊接后，可以通过孔75将具有折射率大于1的聚焦流体(在那里可变形透镜元件结合了聚焦流体)注入到凹部8。在填满凹部后，可以将孔75密封。关于夹持元件63和夹持元件65，夹持元件63和夹持元件6的每一个可以由固定不可变形材料形成。此外，夹持元件65可以定义孔77以允许力提供元件(例如压力元件4，或者如果删除压力元件4情况下驱动装置20)接触薄膜3。图13示出和描述了可变形透镜元件10的另一个实施例。在图13实施例中，可变形透镜元件10具有一对可变形透镜表面，称为由第一可变形薄膜3限定的第一表面和由第二可变形薄膜3 1艮定的第二表面。以图10-12的可变形透镜元件10方式构造图13实施例的可变形透镜元件10，除了支撑变可形薄膜3的夹持元件63被重复并且夹持元件63 被修改用来容纳可变形薄膜3、，并且第二夹持元件65在其中的相反侧。在图13实施例中，可以发现可变形透镜元件10具有如关于图10-12实施例描述的用来牢固地支撑薄膜的齿，以及形成于其中的用来牢固地支撑与夹持元件关联的夹持元件的圆形舌和槽扣。关于中心夹持元件63、的窗口 67 \以及可变形透镜元件10结合进聚焦流体的位置，可以形成窗口 67、以便将用来保持聚焦流体的第一和第二流体紧密凹部限定在图13的可变形透镜元件10内。可选地，该第一和第二流体凹部可以以例如通过形成于窗口 67、上的孔的形式进行流体传输。而且，可以删除窗口 67 ^并且凹部可以通过由中心夹持元件63、最内部圆齿环定义的孔进行流体传输。关于图14，图14示出结合进如图13所示可变形透镜元件10的聚焦装置100的实施例，其中可变形透镜元件10的光入射和光出射表面都是可变形的。关于图14的实施例， 聚焦装置100可以具有一对布置在包括可变形薄膜3和可变形薄膜3、的可变形透镜元件 10两侧的驱动装置20。可以如所示布置第一驱动装置20来施加力到可以定义可变形透镜元件10光进入表面的可变形薄膜3的外表面上，以及可以如所示布置第二驱动装置20来施加力到可以定义可变形透镜元件10光射出表面的可变形薄膜3、的外表面上。在图14 的实施例中，第一和第二驱动装置20都可以具有参考图1-3实施例描述的特征。例如可以布置两个驱动装置20以便将驱动装置20的孔16布置在可变形透镜元件10的轴15周围。 可以进一步安排每个驱动装置20以便在大体上以与轴15共同延伸的方向施加由驱动装置 20产生的力到透镜元件10，以及进一步以便可变形透镜元件10的可变形表面接触空间上远离轴15并且布置在轴15外周周围的多个接触位置。在结合进图13的透镜元件10的光学系统的一个实施例中，薄膜3可以形成该透镜元件的光入射表面以及薄膜3、可以形成光出射表面。在另一个实施例中，透镜薄膜3 ^形成该透镜元件的光入射表面以及透镜薄膜3形成该透镜元件的光出射表面。进一步关于聚焦装置100，在一个实施例中，可以发现第一和第二驱动装置20具有以这样的方式实际上布置在可变形透镜元件10的轴15中心周围的孔16 驱动装置的第一个在大体上与轴15同向延伸的方向施加力到该透镜元件的光入射可变形透镜表面，而驱动装置的第二个在大体上轴15的方向施加力到可变形透镜元件10的光出射表面。可以发现与在图14中所示的适当驱动装置一起布置的图13的可变形透镜元件 10可以被控制表现出多种透镜元件结构，例如平面-凸状、平面-凹状、双凸状、双凹状、 凹-凸状、凹-凸透镜、具有不相等表面放大系数的双凸状。关于在可变形透镜元件10的各种实施例中的可变形薄膜3和薄膜3、，该可变形薄膜可以包括无孔光学透明弹性材料。一种用于薄膜3和薄膜3 1 勺合适材料是可来自于 DOff CORNING类型的SYLGARD 184硅弹性体。关于在各种实施例中描述的凹部8，可以用光学透明聚焦流体填充凹部8。选择具有相对高折射率的聚焦流体将减少获得预定焦距变化所需要的变形量。在一个实例中，合适的折射率将是在大约1. 3到1. 7的范围中。在期望增加获得预定焦距变化所需要变形量的地方，选择具有更小折射率的聚焦流体是有利的。例如，在一些实施例中，在被选驱动装置20产生相对粗略移动的地方，可以选择具有低折射率的聚焦流体。合适的聚焦流体(光学流体)的一个实例是可从SANT0LIGHT获得的SL-5^7 OPTICAL FLUID，折射率为1.67。进一步关于各种实施例的凹部8，可以用可选的具有折射率大于1的可变形光学透明物质以流体形式填充所述凹部，其当凹部8比该物质具有更大的体积时不呈现为它的各自凹部8的形状。例如，可以将能够在它的整个使用寿命内充分地保持它的不受压形状的可变形形状保持材料布置在可变形透镜元件10的各种实施例的每一个中的凹部8内。在一个实例中，可以提供硅凝胶作为在它的整个使用寿命过程中充分地保持它的不受压形状的弹性可变形形状保持材料。可以将弹性可变形硅凝胶布置在任何所述实施例的凹部8内。为了制造与这里描述的可变形透镜元件10—起使用的合适硅凝胶，可以将液体硅填充到具有期望形状的最终凝胶构件的容器中并且随后被固化。在一个实例中，可以将液体硅填充到凹部8形状的模具中，在其中将布置进硅凝胶构件，并且随后被固化直到硅凝胶形成。此外，关于弹性可变形构件的制造，可以用金刚石单点车削的铝和电镀镍来准备模芯。所述凹部可以具有将被制造的该弹性可变形透镜元件的相反的形状。接下来，可以准备硅凝胶混合物，例如DOW CORNING JCR 6115、两部分Heat Cure硅凝胶。将JCR 6115 CLEAR A和JCR 6115 CLEAR B两部分混合形成混合物。可以对该混合物抽取真空以减少形成于其中的气泡。用该准备好的流体硅凝胶，可以将该流体硅凝胶注模到所述模芯。然后在高温下可以将该流体硅凝胶进行固化。其中在使用来自于DOW CORNING的JCR 6115的液体硅时，该液体硅在175度被加热5分钟可以被固化。然后可以检查该完成的硅凝胶透镜以确定其是否无缺陷并且在门区域周围的额外材料可以被去除。可选地，该最终的弹性可变形构件可以被旋转地涂上例如来自于DOW CORNING的SYLGARD 184的薄膜材料以提高耐久性。在下面的表A中概述了能够被用来形成作为在可变形透镜元件或零件中的弹性可变形构件的多种材料。在每个示例性实施例中，构成可变形透镜元件的主体(包括某些实例中是整个弹性可变形透镜元件)的材料具有小于Siore A 60的硬度大小。表 A
权利要求
1.一种用于透镜组合的装置，所述装置包括具有轴和可变形表面的可变形透镜元件，其至少一部分传播形成图像的光线；以及被布置用来施加力到所述可变形表面的力施加结构构件；其中调节所述装置以便所述力施加结构构件能够施加推力或拉力中的至少一个到所述可变形表面。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述力施加结构构件被调整为在多个力施加点施加力到所述可变形表面，多个力施加点被形成在空间上远离所述轴并且布置在所述轴外周围的环形图案上。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述力施加结构构件被调整为在多个力施加点施加力到所述可变形表面，多个力施加点被形成在所述轴周围的区域图案上。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述力施加结构构件是驱动装置。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述力施加结构构件是传输由驱动装置产生的力的结构构件。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述力施加结构构件大体上在所述轴的方向上施加力。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述可变形表面部分地定义保持聚焦流体的腔。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述可变形透镜元件的主体包括弹性可变形材料构件，并且其中所述可变形透镜元件没有聚焦流体。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述装置被调节以便所述结构构件能够将所述推力和所述拉力二者都施加到所述可变形表面。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述装置被调节以便所述结构构件能够将拉力施加到所述可变形表面。
11.一种用于透镜组合的装置，所述装置包括具有轴和可变形表面的可变形透镜元件，其至少一部分传播形成图像的光线；以及被布置用来施加力到所述可变形表面的力施加结构构件；其中所述装置被调节以便所述力施加结构构件能够施加推力到所述可变形表面，致使所述可变形透镜构件的厚度沿着与所述成像轴平行的多条虚拟线逐渐变小。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述装置被调节以便当施加推力到所述可变形表面，所述可变形表面在所述轴周围的所述可变形表面的一个区域中向外凸出。
13.如权利要求11所述的装置，其中所述装置被调节以便所述可变形透镜构件的所述厚度沿着其而逐渐变小的所述多条虚拟线，不包括与所述成像轴平行并且在由空间上远离所述轴并且布置在所述轴外周围的环形图案限定的区域内与所述可变形表面相交的多条虚拟线。
14.如权利要求11所述的装置，其中所述多条虚拟线包括布置在所述轴周围的虚拟线。
15.一种用于透镜组合的装置，所述装置包括具有轴和可变形表面的可变形透镜元件，其至少一部分传播形成图像的光线；以及被布置用来施加力到所述可变形表面的力施加结构构件；其中所述装置被调节以便所述力施加结构构件能够施加下面的一个或多个力到所述可变形表面(a)致使所述可变形表面在所述轴周围的所述可变形表面的一个区域向外凸出的推力；和(b)致使所述可变形表面形状改变的拉力。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述可变形表面能够形成凹面结构并且其中所述拉力使所述可变形表面的凹度变大。
17.如权利要求15所述的装置，其中所述可变形表面能够形成凸起结构并且其中所述推力使所述可变形表面的凸度变大。
18.如权利要求15所述的装置，其中所述装置被调节以便所述力施加构件能够施加所述推力和所述拉力中的每一个到所述可变形表面上。
19.如权利要求15所述的装置，其中所述推力和所述拉力中的至少一个由电致动聚合体驱动装置产生。
20.如权利要求15所述的装置，其中所述推力和所述拉力中的至少一个是大体上在所述轴的方向上被施加的。
21.如权利要求15所述的装置，其中所述可变形透镜元件的主体包括弹性可变形材料构件。
22.如权利要求15所述的装置，其中所述可变形表面部分限定了填充聚焦流体的腔。
23.如权利要求15所述的装置，其中所述推力导致所述可变形透镜元件的厚度沿着与所述轴平行并且空间上远离所述轴的虚拟线变小。
24.如权利要求15所述的装置，其中所述推力导致所述可变形透镜元件的厚度沿着与所述轴平行并且空间上远离所述轴的多条虚拟线变小，所述多条虚拟线被布置在所述轴的外周围。
25.一种用于透镜组合的装置，所述装置包括具有轴和可变形表面的可变形透镜元件，其至少一部分传播形成图像的光线；以及被布置用来施加力到所述可变形表面的力施加结构构件；其中所述装置被调节以便所述力施加结构构件能够施加推力到所述可变形表面致使所述可变形透镜元件的厚度沿着所述轴变小。
26.如权利要求25所述的装置，其中所述力施加构件被配置为在包括所述轴周围区域的多个力施加点施加所述推力到所述可变形表面，所述力施加构件对形成图像的光线的传播是透明的。
27.如权利要求25所述的装置，其中所述可变形透镜元件在其中没有受压力情况下正常是凸起的。
28.如权利要求25所述的装置，其中所述力施加结构构件在充分地由所述可变形表面的整个区域上限定的多个点施加力到所述可变形表面。
29.如权利要求25所述的装置，其中所述可变形透镜元件的主体由弹性可变形材料构件提供。
30.如权利要求25所述的装置，其中所述力由具有布置在所述轴周围的光学透明区域的电致动聚合体驱动装置产生。
31.如权利要求25所述的装置，其中所述力由包括充分符合所述可变形表面形状的柔性构件的电致动聚合体驱动装置产生，该柔性构件具有布置在所述轴周围的光学透明区域。
32.如权利要求25所述的装置，其中所述装置被调节以便所述推力是大体上在所述轴的方向上被施加的。
33.一种用于聚焦图像的装置，所述装置包括具有轴的可变形透镜元件，其中所述可变形透镜元件的主体包括具有至少一个普通凸透镜表面的弹性可变形构件；以及用来使所述可变形透镜元件变形的驱动装置，该驱动装置具有适用于与所述凸透镜表面形状充分符合的柔性构件并且具有无涂层区域或位于所述轴周围的孔其中一个，调节该聚焦装置以便通过改变应用到所述柔性构件的电压改变所述普通凸透镜表面的凸度。
34.如权利要求33所述的装置，其中所述弹性可变形构件具有小于大约邵氏A60的硬度。
35.如权利要求33所述的装置，其中所述弹性可变形构件具有小于大约邵氏A20的硬度。
36.如权利要求33所述的装置，其中所述弹性可变形构件包括硅凝胶。
37.如权利要求33所述的装置，其中所述可变形透镜元件是一个由所述弹性可变形构件组成的一片元件。
38.如权利要求33所述的装置，其中所述柔性构件是插入一对柔性电极之间的柔性构件。
39.一种用于聚焦图像的装置，所述装置包括具有轴的可变形透镜元件，其中所述可变形透镜元件的主体包括具有至少一个凸透镜表面的弹性可变形构件；以及用来施加力到所述可变形透镜元件使所述可变形透镜元件变形并且改变所述可变形透镜元件的光学特性的驱动装置。
40.如权利要求39所述的装置，其中所述驱动装置具有布置在所述轴周围的孔，所述驱动装置从包括离子传导电致动聚合体驱动装置、绝缘电致动聚合体驱动装置和中空步进电机的组中选择出来。
41.如权利要求39所述的装置，其中所述可变形透镜元件具有可变形表面，所述可变形表面的至少一部分传输形成图像的光线，并且其中所述聚焦装置包括施加由所述驱动装置产生的力到所述可变形表面的力施加结构构件。
42.如权利要求39所述的装置，其中所述力施加结构构件是所述驱动装置。
43.一种用在光学成像系统中的装置，所述装置包括具有可变形光线入射表面和相对的可变形光线出射表面的可变形透镜元件，该可变形透镜元件具有穿过所述可变形光线入射表面和所述相对的可变形光线出射表面各自中心的轴；用来使所述可变形光线入射表面变形以改变所述可变形透镜元件的光学特性的第一驱动装置；和用来使所述相对的可变形光线出射表面变形以改变所述可变形透镜元件的光学特性的第二驱动装置。
44.如权利要求43所述的装置，其中所述第一和第二驱动装置中的至少一个是电致动聚合体驱动装置。
45.如权利要求43所述的装置，其中所述第一和第二驱动装置中的至少一个具有定位在所述轴周围的孔。
46.如权利要求43所述的装置，其中调节所述装置以便通过推力环将由所述第一和第二驱动装置中的至少一个产生的力传输到所述可变形透镜元件。
47.如权利要求43所述的装置，其中所述可变形透镜元件包括一片弹性可变形构件。
48.如权利要求43所述的装置，其中所述可变形透镜元件具有凹部和放置在所述凹部的聚焦流体。
49.如权利要求43所述的装置，其中所述聚焦装置包括定义所述光线入射表面的第一可变形薄膜及定义所述第二光线入射表面的第二可变形薄膜、窗口、由所述第一可变形薄膜和所述窗口限定的第一凹部及由所述第二可变形薄膜和所述窗口限定的第二凹部、以及放置在所述第一和第二凹部中的每一个之中的聚焦流体。
50.如权利要求43所述的装置，其中调节所述装置以便在空间上离散并且设置在所述轴外周围的多个点施加由所述第一和第二驱动装置中的至少一个产生的力到所述可变形透镜元件。
51.一种用于聚焦图像的装置，所述装置包括可变形透镜元件；和提供作用力使所述可变形透镜元件变形的力元件。
52.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形透镜元件包括可变形薄膜和流体容纳区域。
53.如权利要求52所述的装置，其中所述可变形薄膜包括可变厚度。
54.如权利要求52所述的装置，其中所述可变形薄膜包括从其边缘到其中心的可变厚度。
55.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形薄膜没有流体容纳部分。
56.如权利要求51所述的装置，其中所述力元件施加磁力。
57.如权利要求51所述的装置，其中所述力元件包括产生磁场的声音线圈。
58.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形透镜元件包括圆柱体的壁，且其中所述作用力包括施加到所述圆柱体的壁外部的力。
59.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形力元件包括聚合体驱动装置。
60.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形透镜元件包括可变形薄膜，并且其中所述透镜模块包括在所述可变形薄膜的圆周周围的非连续点上施力的力施加元件。
61.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形透镜元件包括流体容纳部，并且其中所述力元件包括用于移动所述流体容纳部的流体的活塞。
62.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形透镜元件包括可变形薄膜，并且其中所述作用力包括在所述可变形薄膜上径向向外延伸的力。
63.如权利要求51所述的装置，其中所述力元件包括压电元件。
64.如权利要求51所述的装置，其中所述作用力包括以第一方向施加到所述可变形透镜元件的第一力，和以第二方向施加到所述可变形透镜元件的第二力，所述第二方向与所述第一方向不平行。
65.如权利要求51所述的装置，其中所述可变形透镜模块包括力施加元件，所述力施加元件包括用于接触所述可变形透镜元件的圆形边缘。
66.如权利要求1至65中任一所述的装置，其中所述装置被布置于便携移动电话的成像系统中。
67.如权利要求1至65中任一所述的装置，其中所述装置被布置于条形码阅读器的成像系统中。
68.一种方法包括将具有轴的可变形透镜元件结合进光学系统，所述可变形透镜元件具有可变形表面， 所述可变形表面的至少一部分传播形成图像的光线；以及在所述表面的多个力施加点施加力到所述可变形透镜元件的所述可变形表面来改变所述光学系统的光学特性，其中所述施加步骤包括使用用来施加所述力的力施加结构构件的步骤。
69.如权利要求68所述的方法，其中所述多个力施加点定义了在所述轴周围的二维区域。
70.如权利要求68所述的方法，其中所述力是指向远离所述可变形透镜元件方向的拉力。
71.一种方法包括将具有轴的可变形透镜元件结合进光学系统，所述可变形透镜元件具有可变形透镜表面，所述可变形透镜表面的至少一部分传播形成图像的光线；以及施加拉力到所述可变形透镜元件的所述可变形表面来改变所述光学系统的光学特性， 其中所述施加步骤包括大体上在所述轴的方向上施加所述拉力的步骤。
72.如权利要求71所述的方法，其中所述施加步骤包括在空间上远离所述轴并且布置在所述轴外周围的多个点施加所述拉力的步骤。
73.—种可变形透镜元件包括第一夹持元件，该第一夹持元件包括具有允许光线从中通过的光学表面的刚性透明构件；可变形薄膜；第二夹持元件，与所述第一夹持元件背靠背夹持所述可变形薄膜以便所述可变形薄膜与所述刚性透明光学表面相对放置；由所述可变形薄膜与所述第一夹持元件限定的凹部；以及具有设置在所述凹部内的折射率大于1的可变形物质。
74.如权利要求73所述的可变形透镜元件，其中所述可变形物质由弹性可变形构件提{共。
75.如权利要求73所述的可变形透镜元件，其中所述可变形物质包括聚焦流体。
76.如权利要求73所述的可变形透镜元件，其中所述光学表面是具有光学放大率的弯曲表面。
77.如权利要求73所述的可变形透镜元件，其中所述光学表面是平面的光学表面。
78.如权利要求73所述的可变形透镜元件，其中所述第二夹持元件被超声焊接到所述第二夹持元件。
79.如权利要求73所述的可变形透镜元件，其中所述夹持元件中的至少一个具有环形的齿环，用来增加所述第一和第二夹持元件之间的定位力。
80.一种聚焦模块包括 边界元件，聚焦元件，所述聚焦元件进一步包括 ( )流体，和 ( )可变形薄膜，所述流体被夹在所述边界元件和所述可变形薄膜之间；以及压力元件，其中所述压力元件能够通过在所述边界元件的方向上按压所述可变形薄膜使所述聚焦元件变形。
81.一种聚焦模块包括 边界元件，聚焦薄膜，聚焦流体，被夹在所述边界元件和所述聚焦薄膜之间；以及变形元件，接触所述聚焦薄膜。
82.—种聚焦模块包括 边界元件，隔离元件， 聚焦薄膜，聚焦流体，被夹在所述边界元件和所述聚焦薄膜之间；以及变形元件，接触所述聚焦薄膜。
83.一种聚焦模块包括 圆柱体，具有⑴顶表面， ( )底表面，(iii)外壁，和(iv)在其中的流体内部体积；以及所述圆柱体外部的变形元件，所述变形元件能够施加压力在所述顶表面上，从而使所述顶表面变形。
84.一种聚焦模块，按顺序包括 边界元件，聚焦元件，和变形元件。
85.如权利要求84所述的聚焦模块，其中所述变形元件直接与所述聚焦元件接触。
86.如权利要求84所述的聚焦模块，其中所述变形元件通过至少一个中间元件作用到所述聚焦元件上。
87.如权利要求86所述的聚焦模块，其中所述至少一个中间元件包括压力元件。
88.如权利要求87所述的聚焦模块，其中所述变形元件压在所述压力元件上，并且所述压力元件与所述聚焦元件相接触，从而传输力到所述聚焦元件。
89.一种透镜模块包括透镜元件，所述透镜元件包括i.工作流体元件，包括实质上光学透明流体；以及 .光学非流体元件，包括具有第一和第二表面的弹性可变形构件并且在其中至少一部分是实质上光学透明的，仅有一个所述表面朝向所述工作流体元件；以及iii.光轴，穿过所述工作流体元件和所述光学非流体元件；力元件，能够提供作用力充分地使所述弹性可变形构件变形，并且可操作地连接到所述弹性可变形构件，以便将由所述力元件提供的力至少部分地传输到所述弹性可变形构件；其中由所述力元件提供的力按顺序从所述力元件、到达朝向远离所述工作流体元件的所述弹性可变形构件的表面、到达所述工作流体元件。
90.一种透镜模块包括透镜元件，所述透镜元件包括i.工作流体元件，包括实质上光学透明的流体； .光学非流体元件，包括弹性可变形构件并且在其中至少一部分是实质上光学透明的；以及iii.光轴，穿过所述工作流体元件和所述光学非流体元件；力元件，能够提供作用力充分地使所述弹性可变形构件变形，并且可操作地连接到所述弹性可变形构件，以便将由所述力元件提供的力至少部分地传输到所述弹性可变形构件；所述力元件被布置为与所述弹性可变形构件有圆周对称关系。
全文摘要
应用在透镜组件中的装置，该装置包含可变形透镜元件，所述可变形透镜元件具有轴和可变形表面，所述可变形表面的至少一部分传输图像以形成光线，还包括力施加结构构件，设置所述力施加结构构件以用于向所述可变形表面施加力，其中调节该装置以便所述力施加结构构件能够施加推力或拉力中的至少一个到该可变形表面上。
文档编号G02B3/14GK102436018SQ201110437420
公开日2012年5月2日 申请日期2007年12月14日 优先权日2006年12月15日
发明者元军·P·王, 威廉·H·海温斯, 晨·冯, 李建华 申请人:手持产品公司