一种可变焦镜头组件及应用其的电子设备
技术领域
本发明涉及成像技术领域，具体涉及一种可变焦镜头组件及应用其的电子设备。
背景技术
镜头组件需要通过移动镜头来实现变焦。传统的全机械式对焦采用人工转动镜头对焦环进行变焦，由于需要人手操作，这种变焦方式只能应用到体积较大的镜头组件中，且手动调节十分不便。为了更加方便地进行变焦，人们希望通过电动方式进行变焦。现有的电动变焦方式通常是采用马达驱动镜头移动，但是这种马达成本较高，且厚度较大，不利于镜头组件和相应的电子设备的小型化。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种可变焦镜头组件及应用其的电子设备，结构简单、体积较小，应用场景广泛。
第一方面，本发明实施例提供了一种可变焦镜头组件，包括：
壳体，具有凸缘；
弹性片，中部具有安装孔，所述安装孔外周具有可形变部分，所述可形变部分的边缘与所述凸缘固定连接；
第一镜片，固定于所述安装孔；以及
至少一个电致形变元件，固定于所述可形变部分，所述电致形变元件围绕所述第一镜片沿螺旋线延伸，所述电致形变元件被配置为受电压激励产生形变，使所述电致形变元件的内侧端部和外侧端部之间产生相对位移。
进一步地，所述螺旋线上的点自内端向外端与安装孔中心的距离逐渐增大。
进一步地，所述弹性片被配置为在所述电致形变元件未被施加电压时处于平展状态。
进一步地，所述螺旋线的中心与所述第一镜片的光轴对齐。
进一步地，所述可变焦镜头组件还包括感光元件，所述感光元件固定于所述第一镜片的一侧，所述第一镜片被配置为将光线引导至所述感光元件。
进一步地，所述可变焦镜头组件还包括：
控制电路，被配置为根据所述感光元件的输出信号对所述电致形变元件施加电压。
进一步地，所述可变焦镜头组件还包括：
定位结构，被配置为定位所述感光元件。
进一步地，所述电致形变元件为一个连续的整体，或者，所述电致形变元件包括沿所述螺旋线设置的多个形变单元。
进一步地，所述可变焦镜头组件包括两个所述电致形变元件，两个所述电致形变元件分别固定于所述弹性片的两侧。
进一步地，所述可变焦镜头组件包括两个电致形变元件，所述两个电致形变元件互相中心对称且不相交。
进一步地，所述壳体还具有固定孔，所述固定孔与所述第一镜片对齐，所述可变焦镜头组件还包括第二镜片，所述第二镜片固定于所述固定孔。
进一步地，所述弹性片由高分子材料或金属材料制成。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括至少一个如第一方面所述的可变焦镜头组件。
本发明实施例提供了一种可变焦镜头组件及应用其的电子设备，可变焦镜头组件包括壳体、弹性片、第一镜片和至少一个电致形变元件，壳体具有凸缘，弹性片中部具有安装孔，第一镜片固定于安装孔，安装孔外周具有可形变部分，可形变部分的边缘固定于凸缘处；电致形变元件固定于可形变部分并围绕第一镜片沿螺旋线延伸，通过对电致形变元件施加电压，使电致形变元件的内侧端部和外侧端部之间产生相对位移，使弹性片发生形变，带动第一镜片轴向移动实现变焦。由此，本发明实施例的可变焦镜头组件结构简单，占用空间小、驱动力较强，能够实现较为精确的调焦。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明第一实施例的一种可变焦镜头组件的立体结构示意图；
图2是本发明第一实施例的一种可变焦镜头组件的俯视图；
图3是本发明第一实施例的一种可变焦镜头组件的剖视图；
图4是本发明第一实施例的一种可变焦镜头组件的工作状态一示意图；
图5是本发明第一实施例的一种可变焦镜头组件的工作状态二示意图；
图6是本发明第一实施例的另一种可变焦镜头组件的俯视图；
图7是本发明第一实施例的又一种可变焦镜头组件的剖视图；
图8是本发明第二实施例的可变焦镜头组件的剖视图；
图9是本发明第三实施例的可变焦镜头组件的俯视图；
图10是本发明第五实施例的电子设备的结构示意图。
附图标记说明：
1-壳体；11-凸缘；12-固定孔；2-弹性片；3-第一镜片；41-电致形变元件；41a-形变单元；41b-形变单元；42-电致形变元件；43-电致形变元件；44-电致形变元件；45-电致形变元件；5-感光元件；6-第二镜片；A-可变焦镜头组件；B-机壳。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1-图3分别是本实施例的一种可变焦镜头组件的立体结构示意图、俯视图和剖视图。如图1-图3所示，本实施例的可变焦镜头组件包括壳体1、弹性片2、第一镜片3和至少一个电致形变元件41。壳体1具有凸缘11。弹性片2中部具有安装孔，第一镜片3固定于安装孔。安装孔的外周具有可形变部分，可形变部分的外边缘固定于凸缘11。电致形变元件41固定于可形变部分上，且电致形变元件41围绕第一镜片3沿螺旋线向外延伸。电致形变元件41受电压激励产生形变，从而使电致形变元件41的内侧端部和外侧端部之间产生相对位移，使弹性片2产生形变，从而带动第一镜片3移动。
壳体1的外形可以形成为任意的形状、例如圆柱体、立方体或其他适于使用的形状，通常可以根据可变焦镜头组件所需安装的空间进行对应的设计。由于镜片的轮廓边缘通常呈圆形，壳体1的外形也可以形成为圆环、空心圆柱等形状，既能提高壳体1的整体强度，也有利于缩小可变焦镜头组件的整体尺寸。例如本实施例中的壳体1可以为轴向上具有开口的空心圆柱，壳体1的一端具有基本呈环形的突出于底面的凸缘11，凸缘11的高度与预定的第一镜片3沿轴向移动的距离范围相匹配，为第一镜片3的移动提供足够的空间。弹性片2的可形变部分的边缘固定于凸缘11，固定的方式包括但不限于粘接、焊接等方式。凸缘11可以为连续的一个整体，也可以包括相互之间具有间隙的几个部分，以能够对弹性片2的边缘进行良好的固定为宜。为避免弹性片2与壳体1连接后因壳体1内外气压不平衡而影响可变焦镜头组件的正常工作，壳体1上还可以设置气孔。
弹性片2采用弹性较好并具有一定的机械强度的材料制成。所述弹性是指物体发生形变后能够恢复原来大小和形状的性质。在本申请中，弹性片的弹性是指弹性片在受到电致形变元件施加的预定范围的外力，外力撤销后弹性片能够基本恢复到原来的大小和形状。由于物体的弹性限度与温度相关，因此，在选择弹性片2的材料时，应保证在可变焦镜头组件的正常工作温度范围内，弹性片2的弹性变形量足以带动第一镜片3在所需要的距离范围内移动。可选地，弹性片2可以是高分子材料制成的薄片(例如热塑性弹性体材料制成的薄片)或金属薄片(例如铜基合金薄片、不锈钢薄片等)。所述“片”或“薄片”是指厚度尺寸远小于其他两个方向上的尺寸的结构。弹性片2的厚度可以是均一的，也可以根据需要将不同位置的厚度设置为不同，例如将弹性片2中部的厚度设置为大于外缘的厚度，将弹性片2中部的厚度设置为小于外缘的厚度等等。
弹性片2可以根据可变焦镜头组件的设置场景以及壳体1和凸缘11的形状形成为合适的形状，例如矩形、圆形、椭圆形等。在本实施例中，弹性片2形成为圆形，能够使得弹性片2的张力较为均衡。
弹性片2的中部具有安装孔，安装孔的大小与第一镜片3的大小相适应。优选地，安装孔与圆形弹性片2同心，能够避免由于可形变部分的变形量不平衡而使第一镜片3在变焦时发生光轴偏斜，影响成像效果。第一镜片3可以通过粘接、焊接、紧固件连接或其他方式固定于安装孔处。
优选地，如图3所示，当电致形变元件41未被施加电压时，弹性片2的可形变部分处于平展状态，避免因可变焦镜头组件的放置姿态不同而影响第一镜片3的位置，从而影响成像的稳定性。由此，在弹性片2与壳体1和第一镜片3之间进行安装时，应使弹性片2具有一定的预张力，避免因第一镜片3、电致形变元件41所受重力的影响使得可变焦镜头组件在以不同姿态放置时第一镜片3与壳体1的相对位置发生较大的变动，从而提升可变焦镜头组件的防抖性能。具体的预张力的数值可以根据第一镜片3、电致形变元件41的重量和对防抖性能的需求程度进行设置。
电致形变元件41可以由任意的能够提供给足够的形变量的电致形变材料制成。电致形变材料是指在一定电压下能够发生形状变化的一类材料，主要包括电致伸缩材料和压电材料两类。例如，本实施例的电致形变元件41可以采用压电材料制成，但电致形变元件41的材料不限于压电材料。下面以电致形变元件41由压电材料制成为例进行说明。
压电材料是一种具有压电效应的材料，压电效应的原理是：如果对压电材料在一定方向上施加压力，压电材料内部会产生极化现象，并在它的两个相对表面之间产生电位差，这种现象称为正压电效应；反之，如果在压电材料的极化方向上施加电场，压电材料会发生相应的机械形变，电场去掉后，压电材料的形变随之消失，这种现象称为逆压电效应。根据逆压电效应，当对压电材料制成的电致形变元件41施加一定的电压时，电致形变元件41产生相应的形变，且电致形变元件41的形变量与所施加的电压呈正相关。
电致形变元件41固定于弹性片2的表面上，例如可以采用粘接、焊接等方式进行固定。优选地，电致形变元件41应避免采用脆性较大的材料制成，防止电致形变元件41因受到外力冲击或随弹性片2的形变发生弯折时断裂，影响可变焦镜头组件的正常工作。
电致形变元件41围绕在第一镜片3外周并沿螺旋线延伸，且螺旋线的中心与第一镜片3的光轴对齐。弹性片2的表面在未受到外力时的自然状态下可视为平面，螺旋线为弹性片2表面上的平面螺旋线。所述螺旋线的类型可以是阿基米德螺线、等角螺线、双曲螺线等。优选地，所述螺旋线为阿基米德螺线。阿基米德螺线又称等速螺线，是一个点匀速离开一个固定点的同时又以固定的角速度绕该固定点转动而产生的轨迹。采用阿基米德螺线可以减小电致形变元件41结构最大处尺寸，有利于缩小镜头组件的整体尺寸。
电致形变元件41的形变方向具有指向第一镜片3的分量，当电致形变元件41被施加电压而产生形变时，弹性片2与电致形变元件41连接的一侧表面随之产生相应的拉伸或压缩。在一个动点自螺旋线的外端向内端的行进过程中，动点与安装孔中心的距离逐渐缩小，因此，当电致形变元件41沿着螺旋线的延伸方向伸长或缩短时，所述伸长或缩短的形变具有指向安装孔中心或从安装孔中心指向外侧的分量。由此，当电致形变元件41被施加电压而产生形变时，可形变部分能够产生径向上的张力。由于第一镜片3可视为刚性体且弹性片2的外缘与壳体1的凸缘11固定连接，所以穿孔处能相对于弹性片2的边缘部分发生外凸或内凹，从而能够使第一镜片3产生沿光轴方向的位移，从而实现变焦。
图4和图5是如图3所示的可变焦镜头组件的工作状态示意图。具体地，如图3所示，以电致形变元件41固定于弹性片2的上表面为例，当电致形变元件41未被施加电压时，弹性片2的可形变部分处于平展状态，此时第一镜片3处于中立位；如图4所示，当对电致形变元件41施加预定方向的直流电时，电致形变元件41伸长，使得与之连接的弹性片2的上表面发生伸张，由于弹性片2的外缘与壳体1的凸缘11固定连接，弹性片2中部相对于外周向下凹陷；如图5所示，当对电致形变元件41施加相反方向的直流电时，电致形变元件41缩短，使得与之连接的弹性片2的上表面发生收缩，由于弹性片2的外缘与壳体1的凸缘11固定连接，弹性片2的中部相对于外周向上凸起。
图6是本发明实施例的另一种可变焦镜头组件的俯视图。电致形变元件可以为一个连续的整体(参照图1和图2)，或者，电致形变元件也可以包括沿螺旋线设置的多个形变单元。沿螺旋线设置的多个形变单元可视为将一个完整的电致形变元件41在预定的一个或多个位置处进行分割，使之形成多个相互之间具有一定的结构独立性的形变单元。相邻的两个形变单元的端部之间可以具有一定的间隙。例如图6中的电致形变元件包括两个形变单元41a和41b，形变单元41a的内侧端部和形变单元41b的外侧端部之间具有一定的间隙。多个形变单元之间可以并联或串联，或者多个形变单元也可以相互独立地被施加电压。不同的形变单元可以具有不同的压电特性，由此可以使弹性片2的不同部分产生不同大小的形变，或者根据需要使弹性片2的一部分发生形变而另一部分不发生形变，有利于根据可变焦镜头组件的放置姿态、使用环境的不同对弹性片2的各部分形变进行调节，使成像效果更加稳定。
在一种可选的实施方式中，可变焦镜头组件还包括感光元件5。感光元件5是利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的一种功能器件。感光元件5固定于第一镜片3的一侧并与第一镜片3具有预定的距离，感光元件5与第一镜片3对齐，且感光元件5与使得第一镜片3能够将光线引导至感光元件5。在本实施例中，感光元件5可以采用电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)或其他类型的适用的感光元件5，本发明对此不做限定。
感光元件5可以设置在壳体1的内侧，也可以设置在壳体1的外侧。当感光元件5设置在壳体1底部外侧时，壳体1底部具有相应的透光结构以使第一镜片3所汇聚的光线能够到达感光元件5。所述透光结构可以是穿孔、透明材料等。
可变焦镜头组件还包括定位结构(图中未示出)，用于定位感光元件5。例如，感光元件5设置于保护壳内，保护壳上设置卡扣，壳体1上具有相应的卡槽，通过卡扣和卡槽连接来实现感光元件5的定位。当然，本领域技术人员也可以通过设置其他形式的定位结构来实现感光元件5的定位。
可变焦镜头组件还包括控制电路。控制电路与电致形变元件41电连接，向电致形变元件41施加一定的电压。控制电路还可以与感光元件5连接，接收并处理感光元件5的输出信号。控制电路根据感光元件5的输出信号对电致形变元件41施加相应的电压。例如，控制电路根据感光元件5的输出信号检测聚焦度，并通过激励电致形变元件41来控制第一镜片3的位置从而自动地进行对焦。控制电路可以采用任何已知的对焦方法进行自动对焦，本发明对此不做限制。
壳体1还可以具有固定孔12，可变焦镜头组件还包括第二镜片6，第二镜片6通过粘接、焊接、卡扣连接或其他方式固定于固定孔12中，即第二镜片6与感光元件5之间的距离为固定不变的。第二镜片6可以是透镜、柱镜、滤光片等，本发明对此不作限定。固定孔12与安装孔对齐，使得第一镜片3和第二镜片6对齐。光线经由第一镜片3和第二镜片6被引导至感光元件5处。
图7是本发明实施例的又一种可变焦镜头组件的剖视图。如图7所示，本领域技术人员根据需要，可以设置多个第一镜片3、多个弹性片2和对应的多个电致形变元件41，例如图7中的可变焦镜头组件包括两个第一镜片3。多个弹性片2间隔预定的距离设置，且多个弹性片2基本平行。多个第一镜片3的位置对齐，具体地，多个第一镜片3的光轴对齐。与不同的第一镜片3对应的电致形变元件41可以串联、并联或分别与控制电路连接。由此，可变焦镜头组件具有复合镜头系统，通过调节两个第一镜片3的位置，可以改变由两个第一镜片3所共同构成的镜头系统的倍率，提高可变焦镜头组件的变焦倍数范围。
本发明实施例的可变焦镜头组件包括壳体、弹性片、第一镜片和至少一个电致形变元件，壳体具有凸缘，弹性片中部具有安装孔，第一镜片固定于安装孔，安装孔外周具有可形变部分，可形变部分的边缘固定于凸缘处；电致形变元件固定于可形变部分并围绕第一镜片沿螺旋线延伸，通过对电致形变元件施加电压，使电致形变元件的内侧端部和外侧端部之间产生相对位移，使弹性片发生形变，带动第一镜片轴向移动实现变焦。由此，本发明实施例的可变焦镜头组件结构简单，占用空间小、驱动力较强，能够实现较为精确的调焦。
实施例二：
图8是本发明实施例的可变焦镜头组件的俯视图。如图8所示，本实施例的可变焦镜头组件包括两个电致形变元件，即电致形变元件42和电致形变元件43，两个电致形变元件42和43分别固定于弹性片2的两侧。两个电致形变元件42和43可以完全相同，也可以不同。在工作时，两个电致形变元件可以被同时施加电压或对其中的一个电致形变元件施加电压。当需要对第一镜片3进行较大幅度的调节时，可以对电致形变元件42和43同时施加电压，使得弹性片2一侧的电致形变元件伸长而另一侧的电致形变元件收缩，即弹性片2的一侧表面被拉伸而另一侧表面被压缩，由此弹性片2的中部向被压缩的一侧表面所在的方向弯曲，带动第一镜片3运动。设置两个电致形变元件可以有效地提升变焦范围。
本发明实施例的可变焦镜头组件的壳体1、弹性片2、第一镜片3等部件的结构以及相互之间的连接关系与实施例一中的基本一致，在此不再赘述。
实施例三：
图9是本发明实施例的可变焦镜头组件的俯视图。如图9所示，本实施例的可变焦镜头组件包括两个电致形变元件，即电致形变元件44和电致形变元件45，电致形变元件44和45以中心对称的方式设置在弹性片2的同一侧表面上，且两个电致形变元件互不相交。由此，两个电致形变元件形成平面双螺旋结构。优选地，电致形变元件44和45均沿阿基米德螺线延伸，能够减小电致形变元件结构最大处的尺寸。
在工作时，电致形变元件44和电致形变元件45被施加相同方向的电流，则弹性片2的形变效果为两个电致形变元件所单独驱动的弹性片2形变量的正向叠加。设置两个中心对称的电致形变元件能够在基本不增加可变焦镜头组件的体积的情况下，增加电致形变元件总体的驱动力，从而增大可变焦镜头组件焦距调节的范围。
本发明实施例的可变焦镜头组件的壳体1、弹性片2、第一镜片3等部件的结构以及相互之间的连接关系与实施例一中的基本一致，在此不再赘述。
实施例四：
本实施例的可变焦镜头组件包括四个电致形变元件，具体地，可变焦镜头组件包括两组如实施例三所述的电致形变元件，每组电致形变元件包括如实施例三所述的电致形变元件44和电致形变元件45。两组电致形变元件分别设置于弹性片2的两侧。在需要变焦时，控制电路向其中的一个或多个形变元件施加预定的电压，使得弹性片2向预定的方向发生形变，从而调节第一镜片3的位置。设置四个电致形变元件能够进一步增大驱动力，扩大可变焦镜头组件的变焦范围。
本发明实施例的可变焦镜头组件的壳体1、弹性片2、第一镜片3等部件的结构以及相互之间的连接关系与实施例一中的基本一致，在此不再赘述。
实施例五：
实施例一至实施例四中的可变焦镜头组件可以应用于电子设备中，所述电子设备可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、游戏机、智能手表、行车记录仪等需要设置镜头组件以实现照相和/或摄录像功能的任何形式的电子设备。下面以电子设备为手机为例进行说明，但电子设备的具体形式并不仅限于手机。
图10是本发明实施例的电子设备的结构示意图。如图10所示，本发明实施例的电子设备包括机壳B和可变焦镜头组件A。可变焦镜头组件A与机壳B固定连接，通常可以将可变焦镜头组件A收容于机壳B的内部。当然，也可以将可变焦镜头组件A部分露出于机壳B，例如将第一镜片3露出于机壳B。机壳B具有与第一镜片3对应的透明覆盖物(例如玻璃)，使得外部光线能够透过该透明覆盖物射入第一镜片3，感光元件5将第一镜片3汇聚的光线转换为电信号以成像。通过设置本发明至少部分实施例的可变焦镜头组件，有利于电子设备的超薄化、轻量化设计。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
