[实用新型]一种自动变焦的仿生柔性镜头及光学成像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学与仿生学领域，尤其涉及一种自动变焦的仿生柔性镜头及光学成像系统。

背景技术

据统计我国现有视力障碍人数约为1400万人，占人口总量的1％，与此同时现有医疗技术在恢复视力方面面临着一些考验，其中很大一部分来自硬件的不足。即现有的技术很难制造出与人体高度契合的晶状体、视网膜等视觉结构。因此研究者们将目光投向仿生学领域，对生物眼部工作原理进行了一些模仿，使视觉恢复技术获得一定进步。

现有人工晶状体主要通过硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯、水凝胶等人工合成材料，在模具中制作出合适的焦距，再通过与患者本身视觉器官的融合，实现了单焦点人工晶状体。这种技术的一个主要问题在于晶状体焦距固定，不能同时满足看近、看远两个要求，灵活性较差。

同时近几年新兴的以美国Tetraflex可调节人工晶状体为代表的一系列多焦点人工晶状体也面临着适用条件苛刻、术后易产生眩晕等难题。同时因为现有技术都选择通过人体睫状肌的牵拉来实现人工晶状体的变焦，因此在睫状肌松弛的患者身上很难应用这些新兴技术。

再从可变焦镜头技术来看，现有的应用于摄影、摄像方面的光学镜头，在自动对焦方面一般采用电机(如音圈马达)移动透镜，改变镜头到CCD的位置，并通过图像分析，使镜头收敛到最清晰位置。

例如，公开号为CN103809225A的中国专利文献公开了一种仿生变焦透镜及其驱动装置，利用双胶合屈光物镜与胶体透镜作为屈光装置，通过模仿人眼角膜与晶状体的变焦特性，利用双胶合屈光物镜作为变焦透镜的第一透镜单元，对光线进行预屈光，采用胶体透镜作为第二透镜单元，模拟人眼晶状体，通过在音圈电机两端分别装有物镜固定架和固定套筒，物镜固定架内装有双胶合屈光物镜，压环与音圈电机内环通过螺纹相联接，压环后端面与胶体透镜前表面相接触，固定套筒与胶体透镜壳体相连，音圈电机内环带动压环挤压胶体透镜前表面改变胶体透镜表面曲率，实现在设计要求的变焦范围内连续变焦。

然而这需要复杂的机械结构，在医用领域方面显然是难以实现的。

实用新型内容

本实用新型提供了一种自动变焦的仿生柔性镜头，不含有复杂的机械结构，可实现灵活变焦。

一种自动变焦的仿生柔性镜头，包括：

变形腔，由两透明或局部透明的介电弹性体薄膜连接围成；

透明柔性导体，包覆在所述变形腔的外表面；

透明导电液，密封在所述变形腔内，使两介电弹性体薄膜鼓出。

本实用新型中所述介电弹性体薄膜的局部透明是指围成变形腔的部位是透明的。介电弹性体薄膜是具有高介电常数的弹性体材料，其在外界电刺激下可改变形状或体积，当外界电刺激撤销后，又能恢复到原始形状或体积，从而产生应力和应变，将电能转换成机械能。

本实用新型的变形腔由介电弹性体薄膜围成，变形腔外表面的透明柔性导体和内部的透明导电液分别连接外电路的两端电极，在介电弹性体薄膜的两侧形成电势差，介电弹性体薄膜舒展，变形腔的曲率发生改变，从而实现仿生柔性镜头的自动变焦。

本实用新型不含有复杂的机械结构，通过改变施加在透明柔性导体和透明导电液之间的电压即可实现仿生柔性镜头的自动、灵活变焦。

本实用新型的仿生柔性镜头还包括：

固定框；

弹性固定膜，绷设在固定框上，中部设有镂空区域，所述的变形腔绷设在镂空区域内。

固定框采用刚度较大的材料制成，固定框和弹性固定膜用于固定仿生柔性镜头。变形腔绷设在镂空区域内，弹性固定膜对其有牵拉作用。对变形腔的介电弹性体薄膜两侧施加电压后，介电弹性体薄膜舒张，同时在弹性固定膜的拉力作用下，变形腔的形状发生变化，从而仿生柔性镜头的曲率发生变化，实现变焦。

作为优选，所述的介电弹性体薄膜为VHB膜。所述的介电弹性体薄膜均处于等双轴预拉伸的状态。

仿生柔性镜头焦距的变化范围与介电弹性体薄膜的厚度有关，介电弹性体薄膜越厚则在电场作用下的形变越大，仿生柔性镜头则拥有较大的焦距变化范围。

作为优选，所述的介电弹性体薄膜等双轴预拉伸前的厚度为0.5～2mm。进一步优选的，等双轴预拉伸的比为3×3，具体参数亦可根据实际情况调整。

作为优选，所述的介电弹性体薄膜由外电路提供驱动力；透明导电液连接外电路的正极，透明柔性导体接地。

包覆在变形腔外表面的透明柔性导体接地，而变形腔内部的透明导电液连接外电路的正极，可以增加仿生柔性镜头的安全性。