CN105676448B - 一种调焦微镜和一种调焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学元件技术领域，具体涉及一种调焦微镜和一种调焦装置，调焦微镜包括用于反射光线的反光体，反光体用于反射光线的侧面为反光面；还包括隔开设置的导电部件甲和导电部件乙，在导电部件甲和导电部件乙上通同性或者异性电荷时，导电部件甲与导电部件乙之间产生相斥或相吸的力，使反光面发生形变，将导电部件甲和导电部件乙分别接通电源的两电极，调节电源电压就能够调节反光面的曲率，从而调节微镜的焦距，结构简单，操作方便；调焦装置由至少两个调焦微镜拼接而成，使所有调焦微镜的反光面组合形成面积更大的反光面，能够形成焦距可调的微镜阵列。

Description

一种调焦微镜和一种调焦装置

技术领域

本发明涉及光学元件技术领域，具体涉及一种调焦微镜和一种调焦装置。

背景技术

用于将光束进行分割并分别聚焦的微镜阵列是信息光学领域的重要研究内容之一，在光通信、光计算、光互连、光电探测阵列、成像、光束整形与控制、光显示、传感等诸多领域有广泛应用。

传统的微镜在加工制作完成后其焦距是固定的，因而光学性能与功能也就完全确定，不能进行调控。由于控制的需要，近年来可调焦微镜逐渐出现，但是目前的可调焦微镜是通过力、热、电等手段改变镜面形状实现对焦距的调节，如液体型可调焦微透镜，结构复杂且体积大，由此，需要一种结构简单的能够调节微镜焦距的装置。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前可调焦微镜结构复杂的问题，提供一种结构简单的调焦微镜。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种调焦微镜，包括用于反射光线的反光体，所述反光体用于反射光线的侧面为反光面；还包括隔开设置的导电部件甲和导电部件乙，在所述导电部件甲和所述导电部件乙上通同性或者异性电荷时，导电部件甲与导电部件乙之间产生相斥或相吸的力，使所述反光面发生形变。

在本方案中，支撑部件支撑反光体，但是反光体的中央悬空，也就是说，反光体的中央区域没有被支撑部件支撑，导电部件甲和导电部件乙分别接电源的两个电极，使导电部件甲和导电部件乙上带有异性电荷，由此，导电部件甲与导电部件乙之间会相互吸引，随着电源电压的增加，导电部件甲和导电部件乙上的电荷数量增加，导电部件甲逐渐向导电部件乙移动，而导电部件甲固定设置在反光体上且反光体由支撑部件支撑，反光体固定设置导电部件甲的区域在导电部件甲的作用下逐渐向导电部件乙移动，而反光体上与支撑部件相接触的部分不会移动或者移动的位移量小于导电部件甲的移动量，如此，反光体逐渐的凹陷，反光体的反射面变成一个凹下的曲面，并且凹下的曲面的曲率越来越大，由此，实现了反光面的焦距发生变化，如此，能够实现反光体反光焦距的调节。

本方案与现有技术相比，没有液体型变焦微镜所需的密闭空间，整体结构仅有简单的结构体构成，结构更加简单。

作为优选，所述导电部件甲、导电部件乙和反光体相对布置，所述导电部件甲设置在所述导电部件乙和反光体之间，所述导电部件甲设置在所述反光体上，所述导电部件乙与导电部件甲隔开合适距离，如此，当导电部件甲和导电部件乙带上异性电荷之后会相互吸引，由于导电部件甲设置在导电部件乙与反光体之间，并且导电部件甲固定设置在反光体上，如此，反光体与导电部件甲固定的部分会在导电部件甲的带动下向导电部件乙移动，由此反光体会发生凹陷，曲率会发生变化。

作为优选，还包括用于保持所述反光体的外缘部分固定，并使所述反光体中部悬空的支撑部件，也就是说，支撑部件设置在所述反光体侧面的边缘，如此，在同样的吸引力作用下，支撑部件设置在反光体侧面的边缘时，反光体凹下的程度更大，也就是说反光面的曲率更小，焦距调节的范围更大。

作为优选，所述支撑部件为导电体，如此，电流通过支撑部件传递至反光体上的导电部件甲，而不需要专门设置导线，能够进一步简化装置。

作为优选，所述支撑部件为直条形的支撑桩，特别的，为圆柱形的支撑桩，如此，容易制造，制造成本低廉。

作为优选，所述支撑部件包括直条形的支撑横梁，所述支撑横梁的两端均设置有一个支边，这两个支边中的一个支边向反光体延伸形成反光体的支撑部，另一个支边背离反光体延伸形成支撑部件的固定部，如此，与直条形的支撑桩相比，本方案中的支撑部件具有更好地弹性，同样驱动电压下可获得更大调焦范围。

作为优选，所述导电部件甲固定设置在所述反光体的侧面的中央，相比于导电部件甲没有设置在反光体侧面的中央，本方案的反光体凹下的程度更大，也就是说反光面的曲率更小，焦距调节的范围更大。

作为优选，所述反光体与导电部件甲为一体式结构，所述导电部件甲上涂覆有镜面材料形成所述反光面，如此，结构更加简单，稳定牢固。

作为优选，所述导电部件甲和/或所述导电部件乙由导体材料和/或半导体材料制成。

本申请还公开了一种调焦装置，包括至少两个上述调焦微镜，所述调焦微镜依次紧挨布置，使所有调焦微镜的反光面组合形成面积更大的反光面，如此，能够获得更大的反光面，此外，所述的调焦装置可使光束聚焦为一个一维或二维光点阵，从而将光束分割开并可调节点阵聚焦位置，特别的，每个调焦微镜由单独的一个电源控制。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：

1、结构简单：与现有技术相比，没有液体型变焦微镜所需的密闭空间，整体结构仅有简单的结构体构成，结构更加简单；

2、调焦范围更大：由于结构简单因而镜面口径易于缩小，根据焦距计算公式可知在同样变形下口径更小的器件具有更大的调焦范围；

3、调节速度更快：本发明采用静电方式驱动，而静电场的产生与消逝速度很快，另外本发明结构简单镜面口径较小质量较轻，具有较快的响应速度。与之相比，采用热膨胀方式改变镜面曲率的方案实施中有通电、发热、膨胀、散热、收缩的过程，其中尤其散热过程速度较慢，且受环境温度影响很大。另外，采用液晶空间光调制器等方案的调焦微镜由于液晶分子的极慢响应速度因而调节速度更慢。

附图说明

图1为调焦微镜的结构示意图；

图2为图1的零部件组成示意图；

图3为图1的前视剖面图；

图4为图3的另一种状态示意图；

图5为图4的另一种状态示意图；

图6为图5的另一种状态示意图；

图7为图6的另一种状态示意图；

图8为图1的仰视图；

图9为区别于图1的调焦微镜的另一种结构的仰视图；

图10为区别于图1的调焦微镜的另一种结构的仰视图；

图11为区别于图1的调焦微镜的另一种结构的仰视图；

图12为调焦微镜的另一种结构的正视图；

图13为图12的仰视图；

图14为调节装置的结构示意图；

图中标记：1-反光体，2-支撑部件，21-支撑横梁，211支撑部，212-固定部，22-支撑桩，3-导电部件甲，4-导电部件乙。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1～11，一种调焦微镜，包括用于反射光线的反光体1，反光体1用于反射光线的侧面为反光面11；还包括隔开设置的导电部件甲3和导电部件乙4，在导电部件甲3和导电部件乙4上通同性或者异性电荷时，导电部件甲3与导电部件乙4之间产生相斥或相吸的力，使反光面11发生形变。

导电部件甲3、导电部件乙4和反光体1相对布置，导电部件甲3设置在导电部件乙4和反光体1之间，导电部件甲3固定设置在反光体1上，导电部件乙4与导电部件甲3隔开合适距离，该合适距离在反光体1发生最大允许形变时，导电部件甲3和导电部件乙4不接触，如此，当导电部件甲3和导电部件乙4带上异性电荷之后会相互吸引，由于导电部件甲3设置在导电部件乙4与反光体1之间，并且导电部件甲3固定设置在反光体1上，如此，反光体1与导电部件甲3固定的部分会在导电部件甲3的带动下向导电部件乙4移动，由此反光体1会发生凹陷，曲率会发生变化。

还包括用于保持反光体1的外缘部分固定，并使反光体1中部悬空的支撑部件2，也就是说，支撑部件2设置在反光体1侧面的边缘，如此，在同样的吸引力作用下，支撑部件2设置在反光体1侧面的边缘时，反光体1凹下的程度更大，也就是说反光面11的曲率更小，焦距调节的范围更大。

支撑部件2为导电体，如此，电流通过支撑部件2传递至反光体1上的导电部件甲3，而不需要专门设置导线，能够进一步简化装置。

如图12和13，支撑部件2为直条形的支撑桩22，特别的，为圆柱形的支撑桩，如此，容易制造，制造成本低廉。

或者，如图1～12，支撑部件2包括直条形的支撑横梁21，支撑横梁21的两端均设置有一个支边，这两个支边中的一个支边向反光体1延伸形成反光体1的支撑部211，另一个支边背离反光体1延伸形成支撑部件2的固定部212，如此，与直条形的支撑桩22相比，本方案中的支撑部件2可获得更大调焦范围。

导电部件甲3固定设置在反光体1的侧面的中央，相比于导电部件甲3没有设置在反光体1侧面的中央，本方案的反光体1凹下的程度更大，也就是说反光面11的曲率更小，焦距调节的范围更大。

反光体1与导电部件甲3为一体式结构，导电部件甲3上涂覆有镜面材料形成反光面11，如此，结构更加简单，稳定牢固，镜面材料，是制造光学反射镜面的材料，通常需要在表面加镀一层抛光性能好的材料（如化学镀镍层），再进行光学精密加工。

导电部件甲3和/或导电部件乙4由导体材料和/或半导体材料制成。

在实施例中，导电部件甲3和导电部件乙4分别接电源的两个电极，使导电部件甲3和导电部件乙4上带有异性电荷，由此，导电部件甲3与导电部件乙4之间会相互吸引，随着电源电压的增加，导电部件甲3和导电部件乙4上的电荷数量增加，导电部件甲3逐渐向导电部件乙4移动，而导电部件甲3固定设置在反光体1上且反光体1由支撑部件2支撑，反光体1固定设置导电部件甲3的区域在导电部件甲3的作用下逐渐向导电部件乙4移动，而反光体1上与支撑部件2向接触的部分不会移动或者移动的位移量小于导电部件甲3的移动量，如此，反光体1逐渐的凹陷，反光体1的反射面变成一个凹下的曲面，并且凹下的曲面的曲率越来越大，由此，实现了反光面的焦距发生变化，如此，能够实现反光体1反光焦距的调节。

参照图1和图3，为本申请在正常放置没有加电驱动时的状态，此时入射平行光经过微镜反射后的反射光仍然为平行光。如果给导电部件甲3和导电部件乙4分别加正负电压，在导电部件甲3和导电部件乙4二者之间将会产生静电吸引力，则导电部件甲3会被吸引向下运动，带动与之固定连接的支撑部件2弯曲，变到如图4所示的状态。在这个运动过程中，反光体1的反光面11一直是平的，仅仅只是上下运动而不会发生变形，因而入射平行光经过反射后仍然为平行光，与图3中的情形一样。

随着施加电压增大，导电部件甲3向下的移动量越来越多。当电压达到一定程度后，导电部件甲3的下表面边缘将与支撑部件2的上表面接触，如图5所示。此时由于受支撑部件2的上表面阻挡，导电部件甲3与支撑部件2接触的部分无法进一步向下运动，向下的运动量达到最大值。此时对入射光的反射仍然与图3和图4相同。

进一步增大驱动电压后，导电部件甲3受到导电部件乙4的吸引力将进一步增大。由于导电部件甲3的边缘部分被支撑部件2支撑而中间部分悬空，吸引力将会导致中间部分向下变形而边缘部分不变，即导电部件甲3的上表面变为向下凹的球面，同时，由于反光体1是涂覆在导电部件甲3上表面的一层镜面材料，因此，反光体1的反光面11也变为向下凹的球面，从而可对入射光实现反射聚焦，如图6所示。由光学设计理论可知聚焦长度即焦距为反光体1的反光面11曲率半径的一半。

若进一步增大驱动电压，导电部件甲3中间部分向下变形将会更多，反光体1的反光面11的曲率半径进一步减小，如图7所示。显然此时焦距也会进一步减小，从而实现对微镜焦距的自主可控调节。

在使用完毕后，撤去施加在导电部件甲3和导电部件乙4上面的电压，则静电吸引力消失，由于导电部件甲3自身的弹性，其将会重新变平，支撑部件2也会由于自身的弹性变回如图1所示的状态，整个结构将回到最初的位置，即恢复到图1所示的状态，从而可以实现反复使用。

本申请提出的可调焦微镜的导电部件甲3可以是多边形或圆形，也就是说反光体1的反方面可以是多边形或圆形，图1所示的为四边形导电部件甲3的微镜的三维结构，反光面11也是四边形的，图10和图11则分别给出了导电部件甲3为六边形和圆形时的微镜结构仰视图，相应的，图10和图11的反光面11也分别是为六边形和圆形。

除了导电部件甲3之外，导电部件乙4也可以为任意边数的多边形或圆形，，图10和图11分别给出了导电部件乙4为六边形和圆形时的情形。另外，导电部件乙4的形状并不一定要与导电部件甲3的形状相对应，图11即是导电部件甲3为圆形而导电部件乙4为五边形的情形。

本申请提出的可调焦微镜的支撑部件2可以为直的或者弯的，图10和图11分别给出了支撑部件2为直的和弯的时的情形。另外，支撑部件2的直或弯并不一定与导电部件甲3是否为圆形相对应，图9即是导电部件甲3为圆形而支撑部件2为直的时的情形。同理，支撑部件2的直或弯也并不一定与导电部件乙4是否为圆形相对应，图11即是导电部件乙4为五边形而支撑部件2为弯的时的情形。

支撑部件2无论是直的还是弯的，其数量均可为三根、四根、五根乃至更多根，图10即是支撑部件2为直的且有六根的情形，而图1～8和图11即是支撑部件2有四根的情形。另外，支撑部件2的根数并不一定要与导电部件甲3或者导电部件乙4的边数量相对应，图11即是支撑部件2有四根而导电部件乙4为五边形的情形。

实施例2：

如图12～13，一种调焦微镜，包括圆板形的反光体1，圆柱形的支撑桩22，圆柱形的导电部件甲3和圆柱形的导电部件乙4，四个支撑桩22固定支撑着反光体1，反光体1的上表面是反光面11，反光体1的下表面中央固定设置一个导电部件甲3，在导电部件甲3的正下方，固定设置有一个导电部件乙4，导电部件甲3与导电部件乙间隔一段距离。本实施例是实施例1的另一种 变形，与实施例1主要的不同之处在于反光体不再是涂覆层，而是一个整块的反光体，导电部件甲是固定设置在反光体下表面的中央，除此之外，实施例1中的其他特征变种均可应用于实施例2。

实施例3：

如图14所示，一种调焦装置，包括至少两个上述调焦微镜，所述调焦微镜依次紧挨布置，使所有调焦微镜的反光面组合形成更大的反光面，如此，能够获得更大的反光面，能够实现可调焦微镜阵列，此外，所述的调焦装置可使光束聚焦为一个一维或二维光点阵，从而将光束分割开并可调节点阵聚焦位置，同样的方式就可实现成千上万乃至上百万个可调焦微镜组成的阵列，特别的，每个调焦微镜由单独的一个电源控制。

凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种调焦微镜，其特征在于，包括用于反射光线的反光体，所述反光体用于反射光线的侧面为反光面；还包括隔开设置的导电部件甲和导电部件乙，在所述导电部件甲和所述导电部件乙上通同性或者异性电荷时，导电部件甲与导电部件乙之间产生相斥或相吸的力，使所述反光面发生形变，

还包括用于保持所述反光体的外缘部分固定，并使所述反光体中部悬空的支撑部件，所述支撑部件包括直条形的支撑横梁，所述支撑横梁的两端均设置有一个支边，这两个支边中的一个支边向反光体延伸形成反光体的支撑部，另一个支边背离反光体延伸形成支撑部件的固定部。

2.根据权利要求1所述的调焦微镜，其特征在于，所述导电部件甲、导电部件乙和反光体相对布置，所述导电部件甲设置在所述导电部件乙和反光体之间，所述导电部件甲设置在所述反光体上，所述导电部件乙与导电部件甲隔开合适距离。

3.根据权利要求1或2所述的调焦微镜，其特征在于，所述支撑部件为导电体。

4.根据权利要求1或2所述的调焦微镜，其特征在于，所述导电部件甲固定设置在所述反光体的侧面的中央。

5.根据权利要求1或2所述的调焦微镜，其特征在于，所述反光体与导电部件甲为一体式结构，所述导电部件甲上涂覆有镜面材料形成所述反光面。

6.根据权利要求1或2所述的调焦微镜，其特征在于，所述导电部件甲和/或所述导电部件乙由导体材料和/或半导体材料制成。

7.一种调焦装置，其特征在于，包括至少两个权利要求1～6任意一项所述的所述调焦微镜，所述调焦微镜依次紧挨布置，使所有调焦微镜的反光面组合形成面积更大的反光面。