專利名稱：一種變焦凸透鏡和凹透鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學技術領域中的柱面透鏡，凸透鏡，和凹透鏡。
背景技術：
在光學技術領域，傳統的透鏡只有ー個固定的焦距。網上查得目前巳開發出一種稱之為液體透鏡的產品，該產品采用ー種“電潤濕法”的技木，無需配備其它機械部件就能使透鏡變焦；還有ー種采用兩種液體，使其界面曲率變化，自由改變透鏡的焦點距離，且凸凹曲面間可以轉換，稱新的用途正在豐富多彩中開發，新一代的攝像頭，手機，數碼相機，P D A等產品都將得到充分應用。

發明內容
本發明的目的與上述技術相同，本發明采用一種簡單的物理方法使透鏡變焦。以下詳述本發明的技術方案[一 ]可以變焦的柱面透鏡參見圖1。兩種透鏡主視圖相同，主視圖則共用ー個。圖中，I薄片，2接ロ，3端蓋，4水管，5定位裝置，6水壓裝置，7支承物。透鏡方位以本圖主視圖的方位為準。圖中透鏡，內部是水，(或其它透光液體)，外殼是ー種透光塑料制品，薄片I (透鏡折射面)厚度均勻，具有一定弾性，薄片的左右連接面是接ロ 2，接ロ是ー種薄而柔軟不易拉伸的塑料制品；將透鏡上下兩端密封的管狀封蓋，稱之為端蓋3，端蓋厚度及材質與接ロ相同；薄片左邊接ロ與支承物7連接，支承物上設有水管4，水管右端通過支承物與薄片連通(連通薄片即連通上下薄片所構成的內部空間)；水管另一端與水壓裝置6相連；薄片的右邊接ロ連接定位裝置5。薄片，水管，水壓裝置，連通成ー個密封的容器。[ ニ ]變焦過程上述透鏡中，定位裝置5可以左右移動定位(箭頭所示方向移動)，水壓裝置能使容器內產生水壓。移動定位裝置，薄片向外擴張或收縮，端蓋以中部為主體隨之張合。薄片運動，它的曲率則發生變化。也就是說，透鏡的焦點距離得到了改變。圖中虛線是定位裝置右移到右方極限位置時，透鏡的位置形態，薄片形成平面，曲率為零。同一透鏡兩薄片內凹外凸的最大距離之和，稱為透鏡的“最大擴張量”，以代號M表示；定位裝置的“最大移動距離”以代號N表不。[三]原理定位裝置不動，被壓面(薄片)無法向外擴張(或收縮)，則發生彈性變形。依據力學原理這種形變會朝著擴大容器容積的方向發展，容器內具有足夠的水壓，被壓面則進入極限彈性狀態，構成容器的最大容積，形成一種確定的形態。在本透鏡中，薄片的極限彈性狀態就是圓弧面狀態。 因此，薄片擴張運動，依舊行成標準的圓弧面。[四]柱面凸凹透鏡
見圖2。兩個相同的柱面透鏡，如圖所示，上下重疊，其中ー個水平旋轉90度。通過這樣組合，上方透鏡組成了柱面凸透鏡，下方透鏡則組成了柱面凹透鏡，給它們加以上述變焦裝置，它們就成了變焦凸凹透鏡。此外，若是給上述凹透鏡的薄片留出外擴空間，薄片既可內凹又可外凸，凸凹透鏡則可自由轉換，具有這種功能的透鏡，本文稱之為兩用透鏡。上述三種變焦透鏡，結構基本相同，不同之處是薄片間的距離(薄片曲率為零時的距離)。設同一透鏡，薄片間的距離為H ;上下透鏡，相鄰薄片間的距離為F。則透鏡H為零，該透鏡就是凸透鏡，H大于零F等于零，就是凹透鏡；H和F均大于零，則是兩用透鏡。N (定位裝置的最大移動距離)確定后，薄片最大擴張量M的大小取決于H和F的大小，H和F小于或等于M。


圖1可以變焦的柱面透鏡圖2柱面凸凹透鏡示意3變焦凸透鏡部件組裝及水壓裝置結構圖4變焦凸透鏡的薄片結構及與之相關的元件圖5后壓板結構及與之相關的連接圖6前壓板結構及與之相關的連接圖7透鏡框架結構圖8變焦凹透鏡結構圖9變焦凹透鏡的薄片及與之相關的元件圖10兩用透鏡結構附圖標號總匯I薄片，2接ロ，3端蓋，4水管，5定位裝置，6水壓裝置，7支承物。8直孔，9橫孔，10間隙，11端孔，12端孔，13導向管，14導向桿15旋扭，16墊片，17壓簧，18拉桿，19上壓板，20下壓板，21后壓板，22后壓板，23前壓板，24后框，25框架，26水嚢，27水囊壓板，28鑼桿，29盒底，30方盒，31盒蓋，32托架，33轉動手柄，34注水孔，35水孔閥，36過孔，37過水孔，38過水孔，39過孔，40過水孔，41過水孔，42前框，43M(最大擴張量)，44縱向透鏡，45橫向透鏡，46平面玻璃，47端蓋，48壓板，49直孔，50橫孔，51N(最大移動距離)，52通孔，53前端，54封閉壁，55前板，56過水孔，57過水孔，58擋桿，59端蓋，60框架，61方盒，62水嚢。
具體實施例方式以下結合附圖和具體的實施例，詳述本發明ー變焦凸透鏡圖中1薄片，2接ロ，3端蓋，4水管，5定位裝置，6水壓裝置，7支承物，43M，51N。圖中縱向透鏡44和橫向透鏡45共用一個水壓裝置8，無論多少透鏡，水壓置都可共用。圖中透鏡H為零，F大于零，M43如圖中箭頭所示；變焦凸透鏡由兩個透鏡組成，因此，它的最大擴張量為2M。設弦長(虛線所示)為T，弧長為C，則N = C-T。以下分述各零部件結構(I)薄片及與之相關的零部件見圖4。圖中1薄片，2接ロ，3端蓋，19上壓板，20下壓板，21后壓板，22后壓板，8直孔，9橫孔，10間隙，11端孔，12端孔。如圖所示一種模具成形的塑料制品，正方形的薄片I邊長加接ロ尺寸為C，厚度約0. 3毫米；與薄片上下方相連的接ロ 2，厚度約0. 15毫米，寬度約0.8毫米(厚度及寬度與薄片大小有關，沒有完全確定的值)；與下方接ロ相連的是定位裝置的上壓板19和下壓板20，上下壓板內側設有半圓形槽與上方接ロ相連的是前述支承物的后板壓21板和后壓板22，后壓板內側也設有半圓形槽；間隙10是エ藝間隙，為脫模而設，也是個并不完全確定的值；薄片左右兩邊連接的是端蓋3，端蓋厚度與接ロ 2相同，管狀端蓋邊寬等于或大于M。設T = 20毫米，C = 20. 94毫米，圓弧半徑為20毫米，則N =
0.94暈米，M = 5. 36暈米。完全成型的上下壓板及后壓板結構見圖5或圖6。圖中8直孔，9橫孔，14導向桿，18拉桿，21后壓板，22后壓板，23前壓板。如圖所示兩片后壓板上下相合，以膠水固定，構成方形條板，它們的半圓槽則構成直孔8，橫孔9 ;上壓板21與下壓板22上下相合，以膠水固定，它們的半圓形槽則構成端孔11和12。(2)定位裝置見圖3。定位裝置由導向管13，導向桿14，旋扭15，墊片16，壓簧17，拉桿18，上壓板19，下壓板20，前壓板23及框架25構成。前壓板23與上下壓板相連，以膠水沾合固定；端孔11與端孔12成エ藝孔，被前壓板封閉；前壓板中部設有拉桿18，拉桿前端設有鑼紋，后端是光桿，拉桿兩邊設有導向桿14 ;框架上設有兩端通空的導向管13供導向桿14裝入；拉桿18通過框架上的過孔39 (參見圖7)，帶有鑼紋的外端伸出框架，外端裝有壓簧17，壓簧上方設有墊片16，墊片上方設有帶內鑼紋的旋扭15。(3)支承物兩片后壓板構成的條板與框架25相連，以膠水固定，構成前述支承物7。(4)水壓裝置見圖3。圖中26水囊，27水囊壓板，28鑼桿，29盒底，30方盒，31盒蓋，32托架，33轉動手柄，34注水孔，35水孔閥，36過孔，37過水孔，38過水孔，42前框，43M，44縱向透鏡，45橫向透鏡，46平面玻璃。圖中，水壓裝置在透鏡左側與透鏡連成一體；水壓裝置的外殼是個方盒30，盒底29與透鏡的框架以膠水連接固定；方盒內的水囊26容積等于或大于2倍薄片最大容積；水囊底部與盒底29相連，頂部由水囊壓板27將水囊密封；水囊壓板上設有鑼桿28，鑼桿通過盒蓋31中央的通孔伸出盒體，外部的鑼桿上設有轉動手抦33 ;盒蓋31上設有鑼桿托架32，托架中央設有供鑼桿通過的過孔36 ;框架上方設有注水孔34，通過該孔可向水囊及薄片注水；水孔閥35是注水孔的閥門；盒底上的過水孔37與框架上的過水38相通。其它水孔的連接參見圖7或圖4或圖5。圖7是框架(剖去前框)的立體示意圖。圖中25框架，34注水孔，38過水孔，40過水孔，41過水孔，24后框。過水孔38右邊連接橫向透鏡后壓板上的直孔8 (見圖4和圖5);過水孔40左邊與盒底上的另ー個過水孔相連，右邊與縱向透鏡后壓板上的橫孔9相通(見圖5)橫孔通過直孔與薄片相通；注水孔34通過縱向透鏡上的直孔8和橫孔9，與水囊和薄片相通。(5)變焦過程及操作方法如圖所示薄片擴張達到極限，定位裝置移至左方極限位置(標號51所示空間是它的最大移動距離N)，水囊被壓縮到下死點。顯然在該裝置中，轉動旋扭33，帶動鑼桿28及水囊壓板27，水囊26產生伸縮運動，透鏡的薄片則會產生擴張(或收縮)運動(端蓋也隨之張合)。由于定位裝置中設有壓簧，薄片獲得了拉力，使薄片內具有一定的水壓，運動中的薄片則依舊保持圓弧面狀態。就這樣，透鏡產生了變焦。此外，轉動旋扭15，調整壓簧拉カ大小，能使縱向透鏡和橫向透鏡薄片的擴張(或收縮)量相等。透鏡的注水方法是打開水孔閥35，通過注水孔34向內注水，水滿孔ロ后關閉水孔閥。(6)倍率差及其它說明1透鏡縱向與橫向的圖像放大倍率不等，本文稱之為倍率差，可控的倍率差有其實用價值。本透鏡縱向及橫向的放大倍率分別由它的縱向透鏡和橫向透鏡控制，調整它們的旋扭15，可令縱向透鏡與橫向透鏡薄片的擴張量不等，則產生倍率差。而這種倍率差是可控的。2前框42上設有平面坡璃46 (普通凸透鏡或凹透鏡)。3水壓裝置設在透鏡之外，可咸小透鏡體積。ニ變焦凹透鏡見圖8。圖中圖中I薄片，2接ロ，導向管13，導向桿14，旋扭15，墊板16，壓簧17，拉桿18，24后框，25框架，42前框，43M，46平面玻璃，47端蓋，48壓板，49直孔，50橫孔，51N，52 通孔，53前端，54封閉壁，55前板，56過水孔，57過水孔，58檔桿。如圖所示的凹透鏡，構結與凸透鏡基本相同，不同的是，H大于零F等于零。因此，相關結構有所改變(保留上述凸透結構，只變相關尺寸也是可行的，但改變優于不變)。以下詳述凹透鏡的不同之處，相同之處則不重述。1凹透鏡的薄片及與之相關的零部件結構參見圖9。圖中I薄片，2接ロ，47端蓋，48壓板，49直孔，50橫孔，52通孔，53前端，54封閉壁。如圖所示與薄片上方接ロ相連的方形條板稱之為壓板48，壓板中部設有通孔52，左端設有直孔49和橫孔50 ;與薄片下方接ロ相連的是薄片的前端53，前端壁厚與薄片相等；與薄片兩側相連的是端蓋47，左方端蓋下方與前端53相連，上方與壓板48相連；右方端蓋下方與前端相連，上方與封阻壁54相連；前端53的另一面與前板55相連。2定位裝置見圖8。如圖所示前壓板55是定位裝置上ー塊方形條板，形狀與前端相同，其右面中央設有拉桿18，拉桿兩邊設有導向桿14，前壓板左面設有兩根擋桿58(凹透鏡的水壓裝置產生負壓，防止端蓋向內收縮進入薄片，因而設立阻擋桿)。前壓板55裝入前端53以膠水連接固定。3水孔之間的連接見圖8。橫向透鏡壓板48與框架相連(以膠沾接)；橫向透鏡壓板上的通孔52右邊與薄片連通，左邊與框架上的過水孔41連通(見圖7)，又與水壓裝置盒底上的過水孔56連通；縱向透鏡壓板上的直孔49左邊與框架上的過水孔40連通，又連通盒底上的過水孔57，直孔右邊與橫孔50相通，橫孔與其薄片連通；框架上的注水孔34，通過縱向透鏡壓板上的橫孔和直孔，與水囊及薄片相通；過水孔38被框架封閉成エ藝孔。三兩用透鏡參見圖10。圖中，I薄片，15旋扭，33轉動手柄，59端蓋，60框架，61方盒，62水囊。如圖所示該透鏡結構與凹透鏡相同，不同之處是H和F均大于零。薄片間距增大，與之關的尺寸也都相應的増大，如框架，方盒，水囊，端蓋，尺寸均有増大。圖中虛線是薄片最大外擴位置，M等于2H等于2F。
權利要求
1.一種由上下圓弧面構成的柱面透鏡，兩個這樣的透鏡上下重疊，其中一個水平旋轉90度，其特征在于兩透鏡由薄片，接口，端蓋，水管，定位裝置，水壓裝置，支承物構成，同一透鏡薄片間距為H，上下透鏡相鄰薄片的間距為F，薄片的最大擴張量為M，端蓋邊寬等于或大于M，縱向透鏡薄片的上邊和下邊與端蓋相連，左邊和右邊與接口相連，左邊接口與支承物相連，支承物上設有水管，水管一端通過支承物連通薄片，水管另一端與水壓裝置相連，右邊接口與定位裝置相連，橫向透鏡零部件的連接方式與縱向透鏡相同。
2.根據權利要求1所述的透鏡，其特征在于透鏡H為零F大于零，其右邊接口與定位裝置的上壓板和下壓板相連，上下壓板內側設有兩個半圓形槽，壓板內側相合，構成方形條板，半圓形槽在條板中構成兩個端孔。
3.根據權利要求1或2所述的透鏡，其特征在于與透鏡左邊接口相連的支承物，由框架及兩片后壓板構成，后壓板內側設有半圓形槽，后壓板內側相合后，構成方形條板，半圓形槽在條板中構成直孔和橫孔，兩片后壓板構成的方形條板與框架相連。
4.根據權利要求1所述的透鏡，其特征在于水壓裝置在透鏡左側與透鏡連成一體，水壓裝置的外殼是個方盒，盒底與透鏡的框架連接，方盒內設有水囊，容積等于或大于縱向和橫向透鏡薄片最大容積的總和，水囊底部與盒底相連，頂部由水囊壓板將水囊密封，水囊壓板上設有鑼桿，鑼桿通過盒蓋中央的通孔伸出盒體，盒體外的鑼桿上設有轉動手抦，盒蓋上設有鑼桿托架，托架中央設有供鑼桿通過的過孔，框架上方設有注水孔，注水孔上設有水孔閥，盒底上的兩個過水孔與框架上的兩個過水孔相通。
5.根據權利要求1所述的透鏡，其特征在于與透鏡右邊接口相連的定位裝置由導向管，導向桿，旋扭，墊片，壓簧，拉桿，上壓板，下壓板，及前壓板構成，其中，前壓板與上下壓板構成的條板相連，前壓板中部設有拉桿，兩邊設有導向桿，拉桿前端設有鑼紋，后端是光桿，拉桿通過框架上的過孔伸出框架，伸出部分裝有壓簧，壓簧上設有墊片，墊片上方裝有帶內鑼紋的旋扭，框架上設有兩個兩端通空的導向管，前壓板上的兩根導向桿分別裝入兩個導向管的管孔。
6.根據權利要求1所述的透鏡，其特征在于連通水壓裝置的水管就是后壓板上的直孔，橫孔，及框架上的兩個過水孔，框架下方的過水孔左邊與盒底上的一個過水孔相通，右邊連接橫向透鏡后壓板上的直孔，框架上方的過水孔左邊連通盒底上的另一亇過水孔，右邊與縱向透鏡后壓板上的橫孔相通，橫孔通過直孔與其薄片相通，注水孔通過縱向透鏡上的直孔和橫孔，與水囊及縱向透鏡的薄片相通。
7.根據權利要求1所述的透鏡，其特征在于透鏡H大于零，F等于零，薄片上方接口與壓板相連，壓板中部設有通孔，左端設有一個直孔，兩個橫孔，與薄片下方接口相連的是薄片的前端，前端與定位裝置中的前板相連，薄片兩側連接的是端蓋，左方端蓋下方與前端相連，上方與壓板相連；右方端蓋下方與前端相連，上方與封阻壁相連，前端的另一面與前板相連，支承物由壓板及與它相連的框架構成，連通水壓裝置的水管就是壓板上的直孔，橫孔，通孔，及框架上的兩個過水孔，橫向透鏡壓板上的通孔右邊與薄片連通，左邊與框架上的過水孔連通，又與水壓裝置盒底上的過水孔連通，縱向透鏡壓板上的直孔左邊與框架上的過水孔連通，又連通盒底上的另一個過水孔，直孔右邊與橫孔相通，橫孔與其薄片連通，注水孔通過縱向透鏡壓板上的直孔和橫孔與水囊及縱向透鏡的薄片相通。
8.根據權利要求1或2或7所述的透鏡，其特征在于H和F均大于零。
全文摘要
一種柱面凸凹透鏡，焦距可以自由變化，功能可以相互轉換；該透鏡內部是水，外殼是透光薄片，此外，該透鏡設有接口，端蓋，水管，水囊…等輔助裝置；它的用途十分廣泛透相機，望遠鏡，圖影儀，各類射燈…幾乎所有光學設備都可應用。
文檔編號G02B3/14GK103048708SQ20111030761
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者向啟明 申請人:向啟明