具有兩個液體透鏡的光學變焦透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及提供變焦和聚焦可能性的光學系統。
【背景技術】
[0002]例如依賴于齊焦操作原理或依賴于變焦距操作原理，已經提出不同類型的光學變焦透鏡系統。
[0003]在齊焦光學變焦透鏡系統中，無焦子系統提供各種放大或變焦級別(變焦的)。齊焦光學變焦透鏡系統的另外的聚焦分段提供各種聚焦位置(聚焦的)。因此，聚焦的是獨立于變焦的，即當改變變焦級別時，齊焦光學變焦透鏡系統通常停留于聚焦中。然而，用于這樣的齊焦光學變焦透鏡系統的小型化的可能性是相當受限的，這對于諸如智能電話或醫療內窺鏡之類的空間敏感應用是特別相關的。
[0004]在變焦距光學變焦透鏡系統中，具有可調相對位置和/或可調焦距的兩個聚焦透鏡被利用于使能變焦和聚焦。通常，當改變變焦級別時，變焦距光學變焦透鏡系統不得不重新聚焦。在變焦距光學變焦透鏡系統更易于小型化的時候，提供好的光學質量是有挑戰的，特別是當使用可調透鏡(即具有可調焦距的透鏡)時。
[0005]WO 2010/103037 Al公開了具有可調透鏡的光學變焦透鏡系統，該可調透鏡具有分離兩個光學介質的膜。然而，仍可改善這樣的光學變焦透鏡系統的光學質量。
【發明內容】
[0006]因此，本發明的目的是提供具有變焦和聚焦可能性和更好的光學質量的改善的光學系統，該光學系統更易于小型化以及/或者更易于應用在空間敏感應用中。
[0007]本目的通過獨立權利要求所述的光學系統來達到。
[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，或醫療結構)成像到像平面(其中布置例如成像傳感器，CCD或CMOS傳感器)上的光學系統包括所述物平面、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透鏡。
[0009]第一可調透鏡本身包括由剛性材料制成的第一固定的(S卩，非軸向可移動的)容器。在本文中，術語“剛性材料”涉及例如具有抗拉強度K>2000MPa的聚碳酸酯或環烯烴聚合物的材料，其特別是可不或僅由光學系統的可選的致動器(參見下文)顯著地變形。第一可調透鏡此外包括由彈性材料制成的第一可變形膜。在本文中，術語“彈性材料”涉及例如具有抗拉強度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系統的可選致動器(參見下文)來彈性地變型。因此，通過使第一可調透鏡的可變形膜(或其區域)變形，可改變第一可調透鏡的焦距。有利地，只有單個可變形膜連接到(例如密封到)第一可調透鏡的容器，這簡化光學系統的結構。
[0010]此外，光學系統包括被布置在第一可調透鏡與像平面之間的第二可調透鏡。第二可調透鏡本身包括由剛性材料制成的第二固定的容器(參見上面的示例)。第二可調透鏡此外包括由彈性材料制成的第二可變形膜(參見上面的示例)。因此，例如通過使第二可變形膜(或其區域)變形，也可改變第二可調透鏡的焦距。如在第一可調透鏡中，有利地，只有單個膜連接到第二可調透鏡的容器，這簡化光學系統的結構。
[0011]由于改變(或“調諧(tune)”)第一可調透鏡的和第二可調透鏡的焦距的可能性，不同的聚焦位置(即聚焦可能性)和不同的變焦級別(即變焦可能性)的組合被獲得用于光學系統。這增強光學系統的適用性。
[0012]此外，光學系統包括至少一個固定的校正透鏡。所述校正透鏡由剛性材料(參見上面的示例)來制成，并且被布置在第二可調透鏡與像平面之間。通過該固定的校正透鏡校正各種光學像差，例如球面像差、色像差、彗形像差等。因此，改善了光學系統的光學質量和成像屬性。
[0013]在根據本發明的光學系統中，第一可調透鏡進一步包括由至少第一容器和第一膜(或其區域)包圍的第一流體。第二可調透鏡進一步包括由至少第二容器和第二膜(或其區域)包圍的第二流體。第一可調透鏡的第一流體和第二可調透鏡的第二流體中的每個的阿貝數(其指示光學材料的色散)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，光學系統的諸如色像差的光學像差不太明顯以及/或者更易于校正。這導致光學系統的更好的光學性能，并且因此導致光學系統的改善的成像質量。
[0014]作為對這樣的更高阿貝數流體的替代，第一可調透鏡的第一容器朝向物平面取向。在本文中，術語“朝向……取向”涉及在軸向方向中的配置。換句話說，第一可調透鏡的第一容器面向朝向物平面的軸向方向，而不是面對像平面的方向。在本文中，術語“軸向”涉及與“光學上游”(即朝向物平面)平行的方向以及與“光學下游”(即朝向像平面)平行的方向。在光學系統的光軸(參見下文)的直的(例如非折疊的)特殊情況中，該直的光軸限定光學系統的直的軸向方向。當光軸被折疊時，軸向方向也以與光軸相同的方式被折疊。通常，在光學系統的旋轉對稱的透鏡的情況中，軸向方向與這些透鏡的旋轉對稱的軸相重合。此夕卜，第一可調透鏡的第一膜的至少第一區域朝向像平面取向。換句話說，第一可調透鏡包括具有第一容器的側，以及例如具有可變形膜及其第一區域的相反側。然后，可調透鏡的容器側朝向物平面取向，同時膜側朝向像平面取向。因此，光學系統的諸如色像差的光學像差不太明顯以及/或者更易于校正。這導致光學系統的更好的光學性能，并且因此導致光學系統的改善的成像質量。
[0015]兩種途徑的組合，即具有如下項的光學系統:
[0016]-具有均大于60(特別是均大于80)的阿貝數的第一和第二可調透鏡流體，以及
[0017]-第一容器的朝向物平面的取向和第一膜(或其第一區域)的朝向像平面的取向
[0018]是有利的，因為它進一步減小光學像差以及/或者使得它們更易于校正。這導致光學系統的甚至更好的光學性能，并且因此導致光學系統的改善的成像質量。
[0019]在有利的實施例中，光學系統具有3.4或更快的f數(S卩，在一般的攝影術標記中，f/3.4=(f/l)/(sqrt(2)3.5)))。因此，經過光學系統透射更多的光，這有助于改善成像質量并使能減小的景深(其常常被用在美學原因(散景)的攝影中)。
[0020]在另一個有利的實施例中，至少對于所述第一可調透鏡的焦距和所述第二可調透鏡的焦距的一個組合，光學系統被構造為將來自所述物平面的平行光線成像到在所述像平面中的焦點。因此，光學系統可被聚焦于“無限遠”，這增強光學系統的適用性。
[0021]在有利的實施例中，至少對于所述第一可調透鏡的焦距和所述第二可調透鏡的焦距的一個組合，光學系統被構造為將來自物平面(例如來自在物平面中的待被成像的物體的點)的發散光線成像到在像平面中的焦點。在物平面與第一可調透鏡之間的軸向距離可小于30mm，特別是小于20mm。因此，光學系統可被聚焦于例如“大鏡頭(macro)”，這增強光學系統的適用性。在物平面與第一可調透鏡之間的其它距離也是可能的。
[0022]在有利的實施例中，光學系統被構造為提供連續多個變焦級別(S卩，連續可調整的變焦級別)和連續多個聚焦位置(即，連續可調整的聚焦)。這通過連續地調諧第一和第二可調透鏡的焦距來獲得。因此，可提供不僅離散的變焦級別以及/或者聚焦位置，這增強光學系統的適用性。
[0023]在另一個有利的實施例中，光學系統的第二可調透鏡的第二容器朝向物平面取向。第二可調透鏡的第二膜的至少第二區域朝向像平面取向。換句話說，第二可調透鏡的容器側朝向物平面取向，同時具有第二可調透鏡的第二區域的膜側朝向像平面取向。這導致光學系統的甚至更好的光學性能，并且因此導致光學系統的改善的成像質量。
[0024]所述第一可調透鏡的第一膜的所述第一區域和第二可調透鏡的第二膜的第二區域中的每個被有利地構造為呈現凸形和凹形。這意味著，兩個膜區域可呈現凸形和凹形二者。因此，獲得可獲得的變焦級別和聚焦位置的更多個組合，并且增強光學系統的適用性。
[0025]在這樣的情況中，至少當光學系統在諸如遠程變焦級別的第一變焦級別中時，當第二區域呈現/是凹形時，第一區域有利地呈現(或換句話說，它處于)凸形。
[0026]有利地，至少當光學系統在諸如廣角變焦級別的第二變焦級別中時，當第二區域呈現/是凸形時，第一區域可呈現/是凹形。
[0027]換句話說，第一膜和第二膜有利地具有反向的偏轉狀態。因此，獲得了光學系統的改善的光學質量，并且減小了像差，更易于校正，以及/或者它們至少部分補償彼此。
[0028]光學系統的又另一個有利實施例包括至少一個致動器，特別是兩個致動器，有利地如下項中的組:
[0029]-靜電