[发明专利]聚合物透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可调的焦距的透镜及用于生产所述透镜的方法，所述透镜包括第一透明层和位于基材(substrate)上的具有选定的折射率的软聚合物或类似物的透明挠性材料。 

背景技术 

随着诸如手机用摄像机、扫描装置和机器视觉的光学设备近来的发展，存在对能够快速调焦的小透镜的需求。在手机的摄像机里，像素数量一直在增加，但对具有足以使用像素的全部优势的质量的小透镜仍然有需求。这除了小尺寸之外，还需要调焦性能，特别是如果摄像机也适用于其他目的，如读取条形码和扫描接近于摄像机的物体的图像时。将调焦性能加到透镜也允许使用较大的孔径(aperture)，因而增加了系统的光敏度，而不会遭受减少的透镜的景深。 

对于多种用途，常规的玻璃透镜已经被认为是太大且太昂贵，并且已经展开了研究以找到其他解决方案。一个有前景的领域是对由软聚合物制造的透镜的研发。这些聚合物具有一些光学性质且可通过静电力、拉伸软聚合物透镜或通过使软聚合物表面成形为得到选定的形状而成形为用于聚焦作用。另一个所提出的解决方案是应用具有缓变折射率(gradedrefractive index)的软聚合物，但这已被证实，以足够好的质量生产将是复杂的。关于这些解决方案的难题是得到曲率和表面连续性都足够好的透镜表面。 

其他所提出的解决方案包括使用装入透镜状的腔中的液体，其中所述腔的形状被调节以便调节透镜的焦距。例示了此项方案的例子在日本专利申请公布号JP2002239769、JP2001257932、JP2000081503、JP2000081504、JP10144975、JP11133210、JP10269599和JP2002243918中论述。另外，这在T.Kaneko等人发表的论文“Quick Response Dynamic Focusing Lens usingMulti-Layered Piezoelectric Bimorph Acutator(使用多层压电双压电晶片致 动器的快速反应动态聚焦透镜)”，Micro-Opto-Mechanicle Systems，RichardR.A.Syms编辑，Proceedings of SPIE，卷4075(2000)中论述。所有这些都基于被限制在作为透镜的腔内的液体，且其中表面中的至少一个可通过作用力而形成。这样做的缺点是被施加于形成透镜的压力不得不压缩液体或者腔，这就需要大的力并可能导致不需要的响应和形成光学表面，或者不得不提供另外的室以便于容纳被挤压到腔外的液体，这使得生产变复杂。由于温度波动的体积变化也可能带来问题。 

发明内容 

因此，本发明的一个目的是提供可以大量生产的小型聚焦透镜和小型设备如手机，同时在距摄像机的大范围的距离内提供足够的光学性能。这按照在独立权利要求中所述的来获得。 

注意本说明书中的术语“软聚合物”是作为广义词来应用的，且可以包括许多不同的材料，如硅和聚合物凝胶。 

使用软聚合物使得生产其中聚合物与空气或其他可压缩气体相接触的透镜成为可能，因而当调整透镜焦距时需要较小的力。使用软聚合物还易于生产，因为聚合物将保持在适当的位置时，即使不同的生产步骤处于不同位置或设施中。而且，所述聚合物具有相当稳定的形状以致于其将保持其位置，即使将其放入气体或类似物一样的腔中。如上所述，这也使得有可能提供可压缩气体的泄漏通道(leakage channel)或可压缩气体气泡，以减少调整透镜所需的必要的力以及减小由环境中的温度波动和压力波动而引起的应变。 

因此，本发明通过利用薄挠性膜和软聚合物的特性，提供了有利的解决方案。 

聚合物的使用因而提供了透镜的简化生产，因为不需要将材料界定在闭合的腔内。因而对变化的温度和压力的响应不成为问题，而且对于作用力的反应是可预知的。 

附图概述 

图1a和图1b阐释了本发明的一个实施方式； 

图2a和图2b阐释了本发明的另一个实施方式； 

图3a和图3b例示了本发明的另一个实施方式； 

图4a和图4b例示了本发明的另一个实施方式； 

图5a和图5b是本发明的另一个实施方式； 

图6a和图6b是本发明的另一个实施方式； 

图7a、图7b和图7c例示了本发明的另一个实施方式；以及 

图8a、图8b和图8c例示了本发明用于生产柱面透镜的实施方式。 

具体实施方式