具有兩個(gè)液體透鏡的光學(xué)變焦透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及提供變焦和聚焦可能性的光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]例如依賴于齊焦操作原理或依賴于變焦距操作原理，已經(jīng)提出不同類型的光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)。
[0003]在齊焦光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)中，無(wú)焦子系統(tǒng)提供各種放大或變焦級(jí)別(變焦的)。齊焦光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)的另外的聚焦分段提供各種聚焦位置(聚焦的)。因此，聚焦的是獨(dú)立于變焦的，即當(dāng)改變變焦級(jí)別時(shí)，齊焦光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)通常停留于聚焦中。然而，用于這樣的齊焦光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)的小型化的可能性是相當(dāng)受限的，這對(duì)于諸如智能電話或醫(yī)療內(nèi)窺鏡之類的空間敏感應(yīng)用是特別相關(guān)的。
[0004]在變焦距光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)中，具有可調(diào)相對(duì)位置和/或可調(diào)焦距的兩個(gè)聚焦透鏡被利用于使能變焦和聚焦。通常，當(dāng)改變變焦級(jí)別時(shí)，變焦距光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)不得不重新聚焦。在變焦距光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)更易于小型化的時(shí)候，提供好的光學(xué)質(zhì)量是有挑戰(zhàn)的，特別是當(dāng)使用可調(diào)透鏡(即具有可調(diào)焦距的透鏡)時(shí)。
[0005]WO 2010/103037 Al公開了具有可調(diào)透鏡的光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)，該可調(diào)透鏡具有分離兩個(gè)光學(xué)介質(zhì)的膜。然而，仍可改善這樣的光學(xué)變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是提供具有變焦和聚焦可能性和更好的光學(xué)質(zhì)量的改善的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)更易于小型化以及/或者更易于應(yīng)用在空間敏感應(yīng)用中。
[0007]本目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求所述的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)達(dá)到。
[0008]因此，用于將物平面(其中布置例如待被成像的物體，例如人、建筑物，或醫(yī)療結(jié)構(gòu))成像到像平面(其中布置例如成像傳感器，CCD或CMOS傳感器)上的光學(xué)系統(tǒng)包括所述物平面、所述像平面、以及被布置在所述物平面與所述像平面之間的第一可調(diào)透鏡。
[0009]第一可調(diào)透鏡本身包括由剛性材料制成的第一固定的(S卩，非軸向可移動(dòng)的)容器。在本文中，術(shù)語(yǔ)“剛性材料”涉及例如具有抗拉強(qiáng)度K>2000MPa的聚碳酸酯或環(huán)烯烴聚合物的材料，其特別是可不或僅由光學(xué)系統(tǒng)的可選的致動(dòng)器(參見(jiàn)下文)顯著地變形。第一可調(diào)透鏡此外包括由彈性材料制成的第一可變形膜。在本文中，術(shù)語(yǔ)“彈性材料”涉及例如具有抗拉強(qiáng)度K〈5MPa的彈性體(特別是硅酮或玻璃)的材料，其特別是例如可借助于光學(xué)系統(tǒng)的可選致動(dòng)器(參見(jiàn)下文)來(lái)彈性地變型。因此，通過(guò)使第一可調(diào)透鏡的可變形膜(或其區(qū)域)變形，可改變第一可調(diào)透鏡的焦距。有利地，只有單個(gè)可變形膜連接到(例如密封到)第一可調(diào)透鏡的容器，這簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0010]此外，光學(xué)系統(tǒng)包括被布置在第一可調(diào)透鏡與像平面之間的第二可調(diào)透鏡。第二可調(diào)透鏡本身包括由剛性材料制成的第二固定的容器(參見(jiàn)上面的示例)。第二可調(diào)透鏡此外包括由彈性材料制成的第二可變形膜(參見(jiàn)上面的示例)。因此，例如通過(guò)使第二可變形膜(或其區(qū)域)變形，也可改變第二可調(diào)透鏡的焦距。如在第一可調(diào)透鏡中，有利地，只有單個(gè)膜連接到第二可調(diào)透鏡的容器，這簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0011]由于改變(或“調(diào)諧(tune)”)第一可調(diào)透鏡的和第二可調(diào)透鏡的焦距的可能性，不同的聚焦位置(即聚焦可能性)和不同的變焦級(jí)別(即變焦可能性)的組合被獲得用于光學(xué)系統(tǒng)。這增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)的適用性。
[0012]此外，光學(xué)系統(tǒng)包括至少一個(gè)固定的校正透鏡。所述校正透鏡由剛性材料(參見(jiàn)上面的示例)來(lái)制成，并且被布置在第二可調(diào)透鏡與像平面之間。通過(guò)該固定的校正透鏡校正各種光學(xué)像差，例如球面像差、色像差、彗形像差等。因此，改善了光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)質(zhì)量和成像屬性。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，第一可調(diào)透鏡進(jìn)一步包括由至少第一容器和第一膜(或其區(qū)域)包圍的第一流體。第二可調(diào)透鏡進(jìn)一步包括由至少第二容器和第二膜(或其區(qū)域)包圍的第二流體。第一可調(diào)透鏡的第一流體和第二可調(diào)透鏡的第二流體中的每個(gè)的阿貝數(shù)(其指示光學(xué)材料的色散)大于60，特別是大于80。因此，獲得較低色散以用于穿越第一和第二流體的光。因此，光學(xué)系統(tǒng)的諸如色像差的光學(xué)像差不太明顯以及/或者更易于校正。這導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的更好的光學(xué)性能，并且因此導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的改善的成像質(zhì)量。
[0014]作為對(duì)這樣的更高阿貝數(shù)流體的替代，第一可調(diào)透鏡的第一容器朝向物平面取向。在本文中，術(shù)語(yǔ)“朝向……取向”涉及在軸向方向中的配置。換句話說(shuō)，第一可調(diào)透鏡的第一容器面向朝向物平面的軸向方向，而不是面對(duì)像平面的方向。在本文中，術(shù)語(yǔ)“軸向”涉及與“光學(xué)上游”(即朝向物平面)平行的方向以及與“光學(xué)下游”(即朝向像平面)平行的方向。在光學(xué)系統(tǒng)的光軸(參見(jiàn)下文)的直的(例如非折疊的)特殊情況中，該直的光軸限定光學(xué)系統(tǒng)的直的軸向方向。當(dāng)光軸被折疊時(shí)，軸向方向也以與光軸相同的方式被折疊。通常，在光學(xué)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的透鏡的情況中，軸向方向與這些透鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的軸相重合。此夕卜，第一可調(diào)透鏡的第一膜的至少第一區(qū)域朝向像平面取向。換句話說(shuō)，第一可調(diào)透鏡包括具有第一容器的側(cè)，以及例如具有可變形膜及其第一區(qū)域的相反側(cè)。然后，可調(diào)透鏡的容器側(cè)朝向物平面取向，同時(shí)膜側(cè)朝向像平面取向。因此，光學(xué)系統(tǒng)的諸如色像差的光學(xué)像差不太明顯以及/或者更易于校正。這導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的更好的光學(xué)性能，并且因此導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的改善的成像質(zhì)量。
[0015]兩種途徑的組合，即具有如下項(xiàng)的光學(xué)系統(tǒng):
[0016]-具有均大于60(特別是均大于80)的阿貝數(shù)的第一和第二可調(diào)透鏡流體，以及
[0017]-第一容器的朝向物平面的取向和第一膜(或其第一區(qū)域)的朝向像平面的取向
[0018]是有利的，因?yàn)樗M(jìn)一步減小光學(xué)像差以及/或者使得它們更易于校正。這導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的甚至更好的光學(xué)性能，并且因此導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的改善的成像質(zhì)量。
[0019]在有利的實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)具有3.4或更快的f數(shù)(S卩，在一般的攝影術(shù)標(biāo)記中，f/3.4=(f/l)/(sqrt(2)3.5)))。因此，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)透射更多的光，這有助于改善成像質(zhì)量并使能減小的景深(其常常被用在美學(xué)原因(散景)的攝影中)。
[0020]在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，至少對(duì)于所述第一可調(diào)透鏡的焦距和所述第二可調(diào)透鏡的焦距的一個(gè)組合，光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為將來(lái)自所述物平面的平行光線成像到在所述像平面中的焦點(diǎn)。因此，光學(xué)系統(tǒng)可被聚焦于“無(wú)限遠(yuǎn)”，這增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)的適用性。
[0021]在有利的實(shí)施例中，至少對(duì)于所述第一可調(diào)透鏡的焦距和所述第二可調(diào)透鏡的焦距的一個(gè)組合，光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為將來(lái)自物平面(例如來(lái)自在物平面中的待被成像的物體的點(diǎn))的發(fā)散光線成像到在像平面中的焦點(diǎn)。在物平面與第一可調(diào)透鏡之間的軸向距離可小于30mm，特別是小于20mm。因此，光學(xué)系統(tǒng)可被聚焦于例如“大鏡頭(macro)”，這增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)的適用性。在物平面與第一可調(diào)透鏡之間的其它距離也是可能的。
[0022]在有利的實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為提供連續(xù)多個(gè)變焦級(jí)別(S卩，連續(xù)可調(diào)整的變焦級(jí)別)和連續(xù)多個(gè)聚焦位置(即，連續(xù)可調(diào)整的聚焦)。這通過(guò)連續(xù)地調(diào)諧第一和第二可調(diào)透鏡的焦距來(lái)獲得。因此，可提供不僅離散的變焦級(jí)別以及/或者聚焦位置，這增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)的適用性。
[0023]在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)的第二可調(diào)透鏡的第二容器朝向物平面取向。第二可調(diào)透鏡的第二膜的至少第二區(qū)域朝向像平面取向。換句話說(shuō)，第二可調(diào)透鏡的容器側(cè)朝向物平面取向，同時(shí)具有第二可調(diào)透鏡的第二區(qū)域的膜側(cè)朝向像平面取向。這導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的甚至更好的光學(xué)性能，并且因此導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)的改善的成像質(zhì)量。
[0024]所述第一可調(diào)透鏡的第一膜的所述第一區(qū)域和第二可調(diào)透鏡的第二膜的第二區(qū)域中的每個(gè)被有利地構(gòu)造為呈現(xiàn)凸形和凹形。這意味著，兩個(gè)膜區(qū)域可呈現(xiàn)凸形和凹形二者。因此，獲得可獲得的變焦級(jí)別和聚焦位置的更多個(gè)組合，并且增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)的適用性。
[0025]在這樣的情況中，至少當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)在諸如遠(yuǎn)程變焦級(jí)別的第一變焦級(jí)別中時(shí)，當(dāng)?shù)诙^(qū)域呈現(xiàn)/是凹形時(shí)，第一區(qū)域有利地呈現(xiàn)(或換句話說(shuō)，它處于)凸形。
[0026]有利地，至少當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)在諸如廣角變焦級(jí)別的第二變焦級(jí)別中時(shí)，當(dāng)?shù)诙^(qū)域呈現(xiàn)/是凸形時(shí)，第一區(qū)域可呈現(xiàn)/是凹形。
[0027]換句話說(shuō)，第一膜和第二膜有利地具有反向的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，獲得了光學(xué)系統(tǒng)的改善的光學(xué)質(zhì)量，并且減小了像差，更易于校正，以及/或者它們至少部分補(bǔ)償彼此。
[0028]光學(xué)系統(tǒng)的又另一個(gè)有利實(shí)施例包括至少一個(gè)致動(dòng)器，特別是兩個(gè)致動(dòng)器，有利地如下項(xiàng)中的組:
[0029]-靜電