TWI449963B - 液體鏡頭及包括該液體鏡頭之鏡頭模組 - Google Patents

Description

液體鏡頭及包括該液體鏡頭之鏡頭模組

本發明涉及鏡頭模組技術領域，尤其涉及一種液體鏡頭及包括該液體鏡頭之鏡頭模組。

自動對焦技術已廣泛應用於相機、攝影機以及影像掃描等成像領域。自動對焦技術使得鏡頭模組能根據物體之遠近自動調整鏡頭模組之對焦鏡片組之位置，以使得鏡頭模組之成像平面上之成像清晰。

習知鏡頭模組中之每個鏡片之形狀及焦平面固定不變，故，只能藉由改變各鏡片之相對位置來達成相機模組焦距之變化，從而使得圖像中之景物達成放大或縮小。

對固態鏡頭模組而言，業界一般採用步進馬達或伺服馬達作為動力源驅動鏡片移動以達到變焦及對焦目的，其雖已具有相對成熟之精確定位技術，但不可避免地存有以下弊端：(1)機械式變焦、對焦鏡頭一般都需相當多之精密機械傳動機構，具有架構複雜、組裝步驟繁瑣、體積大、成本高昂、耗電量大及噪音之缺點，難以滿足當前可攜式成像裝置短、小、輕、薄之發展趨勢；(2)該複數傳動機構於機械運動之傳遞過程中易產生背隙，導致對焦精度不高；(3)可攜式電子裝置之元件大多需通電才能工作，這導致該可攜式電子裝置易因為電磁干擾而影響正常工作。

為適應可攜式成像裝置小型化之需求，近年來新興發展了液體鏡頭。該液體鏡頭一般包括至少兩互不相溶之液體，主要藉由向容納該液體之腔室施加電壓而改變液體之間之介面曲率調節焦距。但這種調節焦距之方法需一直對腔室通電以避免液體之間之介面因重力使曲率變化，功耗仍較大，且仍存有電磁干擾。

有鑑於此，提供一種液體鏡頭及包括該液體鏡頭之鏡頭模組以簡化結構及降低功耗實為必要。

以下結合實施例說明一種液體鏡頭及包括該液體鏡頭之鏡頭模組。

一種液體鏡頭，其包括承載體及光學體。該承載體由透明導電材料製成。該承載體具有與外界相通之腔體。該光學體包括透明密封體及填滿於該透明密封體內之一種透明液體，該光學體收容於該腔體且部分凸出於腔體。

一種鏡頭模組，其包括鏡筒及設於鏡筒內之液體鏡頭。該液體鏡頭包括承載體及光學體。該承載體由透明導電材料製成。該承載體具有與外界相通之腔體。該光學體包括透明密封體及填滿於透明密封體內之一種透明液體，該光學體收容於腔體且部分凸出於腔體。

20‧‧‧液體鏡頭

21‧‧‧承載體

22‧‧‧光學體

211‧‧‧底壁

212‧‧‧側壁

213‧‧‧頂壁

214‧‧‧腔體

215‧‧‧通孔

221‧‧‧密封體

222‧‧‧液體

100‧‧‧鏡頭模組

10‧‧‧鏡筒

30‧‧‧壓電驅動裝置

40‧‧‧鏡片組

50‧‧‧間隔體

60‧‧‧鏡頭座

70‧‧‧影像感測器元件

101‧‧‧光孔

223‧‧‧光學部

224‧‧‧擠壓部

31‧‧‧壓電結構

32‧‧‧直流電壓供給器

41‧‧‧第一鏡片

42‧‧‧第二鏡片

43‧‧‧第三鏡片

61‧‧‧容置腔

62‧‧‧第一基座部

63‧‧‧第二基座部

圖1係本技術方案實施例提供之液體鏡頭之示意圖。

圖2係本技術方案實施例提供之液體鏡頭之承載體之示意圖。

圖3係本技術方案實施例提供之鏡頭模組之示意圖。

以下將結合實施例及附圖對本技術方案提供之液體鏡頭及包括該液體鏡頭之鏡頭模組進行詳細說明。

請一併參閱圖1及圖2，本技術方案實施例提供之液體鏡頭20包括承載體21及光學體22。

承載體21具有底壁211、側壁212、頂壁213。頂壁213與底壁211相對且相互平行設置，側壁212設於頂壁213與底壁211之間，並分別與頂壁213與底壁211相連，底壁211、側壁212與頂壁213配合圍合形成腔體214。頂壁213開設有與腔體214相通之通孔215，由此使得腔體214與外界相通。腔體214用於收容光學體22，並使得收容於其中之部分光學體22具有與其匹配之形狀。承載體21可全由透明導電材料製成，亦可僅底壁211由透明導電材料製成。本實施例中，僅底壁211由透明導電材料製成。該透明導電材料可為透明之金屬氧化物或金屬摻雜氧化物，如銦錫氧化物、氧化鋅、氧化錫、銦摻雜一氧化錫、錫摻雜三氧化二鎵、錫摻雜銀銦氧化物、銦錫氧化物、鋅摻雜三氧化二銦、銻摻雜二氧化錫、鋁摻雜氧化鋅等。

光學體22一部分收容於承載體21內，該部分光學體22具有與腔體214匹配之形狀，另一部分光學體22藉由通孔215而凸出於頂壁213。光學體22包括密封體221及填充於密封體221內之一種液體222。

密封體221用於密封液體222，其由軟質透明材質製成。當充滿液體222時，密封體221由於液體222之可流動性而具有不定形狀，置於承載體21內時，密封體221由於受承載體21之擠壓，其形狀 會發生適應性地變化，直至與腔體214形狀相同。該軟質透明材料可為本領域常用之具有較高透光率及較好柔順性之塑膠薄膜或橡膠薄膜，如聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚醯亞胺薄膜或聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜。此外，密封體221亦可由硬質透明材料製成。

液體222可為一導電液體，亦可為一絕緣液體，但必須具有較高之透明度，以不影響光線入射以及圖像之形成。液體222可為本領域常用之材料，例如鹽水、硫酸鈉溶液、矽酮油溶液、溴代十二烷溶液中之一種。液體222之體積大於腔體214之體積，以使填充有液體222之密封體221放置於腔體214時，密封體221受承載體21之擠壓作用而部分凸出於頂壁213。

請參見圖3，本技術方案實施例提供之鏡頭模組100包括鏡筒10、液體鏡頭20、壓電驅動裝置30、鏡片組40、間隔體50、鏡頭座60及影像感測器元件70。其中，液體鏡頭20、鏡片組40、間隔體50沿光軸設於鏡筒10內，壓電驅動裝置30與液體鏡頭20相連。

鏡筒10於光軸方向設有光孔101，以使光線能射入液體鏡頭20。為防止灰塵等雜物進入鏡頭模組100，可於光孔101處設置一透明擋板。鏡筒10可由射出成型方式制得，其材質可選用金屬如銅合金或鋁合金，塑膠如聚丙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯或聚四氟乙烯或其它本領域常用材料。鏡筒10之外壁可設有螺紋，其用於與鏡頭座60所設之螺紋相配合，使得鏡筒10可固定於鏡頭座60。鏡筒10亦可藉由其它方式固定於鏡頭座60。

請一併參閱圖1、圖2及圖3，液體鏡頭20之部分光學體22凸出於頂壁213，由此形成與光孔101對應之光學部223及圍繞於該光學 部223並與光學部223相連之擠壓部224。優選地，光學部223於底壁211之投影與光孔101於底壁211之投影重合。擠壓部224與光學部223相連，且與光學部223具有相同中心軸線。此外，光孔101於底壁211之投影可位於光學部223於底壁211之投影內。

壓電驅動裝置30包括壓電結構31及直流電壓供給器32。

壓電結構31可為採用電子束熱蒸鍍等技術沉積於擠壓部224表面之壓電陶瓷薄膜層，亦可為藉由膠合黏結等機械固定方式固定於擠壓部224表面之壓電陶瓷片。壓電結構31具機電轉換功能，可將施加其上之電能轉換為相應之機械能，故，壓電結構31於電場作用下可發生一定形狀之機械形變。由於鋯鈦酸鉛(Pb(ZrTi)O₃，簡稱PZT)具有較高靈敏度，且易於物體表面黏貼或內部嵌埋，故壓電結構31優選由鋯鈦酸鉛製成。

直流電壓供給器32一端與接觸於壓電結構31之電極(圖未示)相連，另一端與設於底壁211之電極(圖未示)相連，用於根據需要於壓電結構31及底壁211之間提供直流電壓，從而使得壓電結構31於其極化方向產生直流電場，而帶動擠壓部224產生機械形變。直流電壓供給器32可為DC/DC轉換器或AC/DC轉換器，本實施例中，採用DC/DC轉換器。壓電結構31之機械形變與施加其上之電場強度E成正比例關係，可用下述簡單公式表示壓電結構31之機械形變量與電場強度E之比例關係：S=dE，S為壓電結構31於某一電場強度E時之形變量，d為壓電結構31之壓電常數。由上述公式可知，若要使壓電結構31發生一定之形變S時，可施加電場強度E為S/d之直流電場。

當給壓電結構31施加一與極化方向相同(或相反)之電場時，由 於電場方向與極化方向相同(或相反)，起著極化強度增大(或減小)之作用，使壓電結構31引起沿極化方向增長(或縮短)之機械形變。本實施例中，壓電結構31之極化方向垂直於擠壓部224與壓電結構31相連之表面，直流電壓供給器32提供與壓電結構31極化方向相同之電場，從而使得壓電結構31具有垂直於擠壓部224與壓電結構31相連之表面方向之機械形變。

鏡片組40之個數及各鏡片之種類根據實際需要而定。本實施例中，鏡片組40包括第一鏡片41、第二鏡片42及第三鏡片43。

第一鏡片41及第二鏡片42可為球面鏡片或非球面鏡片，第一鏡片41及第二鏡片42以本領域常見之互卡方式固定於鏡筒10內，還可本領域常見之其它方式固定於鏡筒10內，如點膠或於鏡筒10內壁設置螺紋。

第三鏡片43為濾光片，用於消除因紅外線引起之色偏，其既可為紅外濾光片，亦可為紅外-紫外複合之濾光片。鏡片組40亦可不設置第三鏡片43。

間隔體50設於第一鏡片41與第二鏡片42之間、液體鏡頭20與第一鏡片41之間以及第二鏡片42與第三鏡片43之間，用以控制光通量之大小及間隔相鄰兩光學元件。間隔體50可為本領域常用之光圈或間隔環。

鏡頭座60具有容置腔61，用於容納固定鏡筒10及影像感測器元件70。鏡頭座60具有第一基座部62及與第一基座部62相連之第二基座部63。第一基座部62內壁設有螺紋，其與鏡筒10之外壁之螺紋相配合，用於將鏡筒10固定於鏡頭座60。第二基座部63可用於與 其它元件或裝置相連，如連接於封裝有影像感測器元件之電路板。

影像感測器元件70可設於鏡筒10內，亦可設於鏡頭座60。本實施例影像感測器元件70收容於容置腔61，其將從光孔101進入液體鏡頭20，並依次透過鏡片組40之光訊號轉換成電訊號，從而獲取數位圖像訊號。影像感測器元件70可為電荷耦合元件或互補金屬氧化物半導體元件。

鏡頭模組100還可進一步包括套設於鏡頭座60之外表面之電磁遮罩套，以進一步遮罩外界電磁波對影像感測器元件70之干擾，從而提升成像品質。該電磁遮罩套之材料選自銅、鋁、銀、鎳、鈦及不銹鋼等之其中一種，其厚度根據實際需要設計，優選為1微米至50微米。

使用本實施例之液體鏡頭模組100進行兩段式變焦以近拍時，只需利用直流電壓供給器32施加壓電結構31一個與壓電結構31極化方向相同且強度適當之直流電場即可使壓電結構31產生形變，以驅動與壓電結構31相連之擠壓部224產生相應之機械形變，從而改變光學部223形狀，使其達到近拍焦距所需曲率。當需遠焦距拍攝時，停止直流電壓供給器32之工作，使壓電結構31及光學體22形變回復，即可使鏡頭模組100達到遠拍時之焦距。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

20‧‧‧液體鏡頭

21‧‧‧承載體

211‧‧‧底壁

213‧‧‧頂壁

10‧‧‧鏡筒

30‧‧‧壓電驅動裝置

40‧‧‧鏡片組

50‧‧‧間隔體

60‧‧‧鏡頭座

70‧‧‧影像感測器元件

101‧‧‧光孔

223‧‧‧光學部

224‧‧‧擠壓部

31‧‧‧壓電結構

32‧‧‧直流電壓供給器

41‧‧‧第一鏡片

42‧‧‧第二鏡片

43‧‧‧第三鏡片

61‧‧‧容置腔

62‧‧‧第一基座部

63‧‧‧第二基座部

Claims (10)

1. 一種液體鏡頭，其包括承載體及光學體，其改進在於，該承載體由透明導電材料製成，該承載體具有與外界相通之腔體，該光學體包括透明密封體及填滿於該透明密封體內之一種透明液體，該光學體收容於該腔體且部分凸出於腔體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液體鏡頭，其中，透明密封體由軟質材料製成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之液體鏡頭，其中，該軟質材料選自聚甲基丙烯酸甲酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚醯亞胺薄膜或聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
4. 如申請專利範圍第1項所述之液體鏡頭，其中，該承載體包括底壁、側壁及與底壁相對且平行之頂壁，該側壁設於底壁及頂壁之間並與底壁及頂壁相連，該底壁、側壁及頂壁圍合形成腔體，該頂壁設有與腔體連通之通孔，該光學體部分從該通孔凸出於腔體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之液體鏡頭，其中，該液體選自鹽水、硫酸鈉溶液、矽酮油溶液及溴代十二烷溶液中之一種。
6. 如申請專利範圍第4項所述之液體鏡頭，其中，該透明導電材料選自銦錫氧化物、氧化鋅、氧化錫、銦摻雜一氧化錫、錫摻雜三氧化二鎵、錫摻雜銀銦氧化物、銦錫氧化物、鋅摻雜三氧化二銦、銻摻雜二氧化錫、鋁摻雜氧化鋅中之一種。
7. 一種鏡頭模組，其包括鏡筒及設於鏡筒內之如申請專利範圍第1~6任一項所述之液體鏡頭，該鏡筒於光軸方向設有光孔，該凸出於腔體之部分光學體與光孔相對，以使從光孔進入之光線透過該液體鏡頭。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鏡頭模組，其中，該凸出於腔體之部分光學體包括與光孔相對之光學部及圍繞且連接於光學部之擠壓部，該鏡頭模組進一步包括壓電驅動裝置，該壓電驅動裝置包括壓電結構及直流電壓供給器，該壓電結構設於該擠壓部之表面，該直流電壓供給器與壓電結構相連，用於提供與該壓電結構極化方向相同或相反之直流電場。
9. 如申請專利範圍第8項所述之鏡頭模組，其中，該壓電結構為壓電陶瓷薄膜層或壓電陶瓷片。
10. 如申請專利範圍第8項所述之鏡頭模組，其中，該鏡頭模組進一步包括用於收容鏡筒之鏡頭座，該鏡頭座之外表面套設有電磁遮罩套。