可變形狀透鏡的制作方法

專利名稱：可變形狀透鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可變透鏡，包括這種透鏡的光學設備，以及制造這種透鏡和這種設備的方法。
背景技術：
透鏡是能夠使一種或多種波長的光聚焦(會聚或發散)的設備。術語光理解為包括可見電磁輻射和其他波長的電磁輻射。
可變(或可調)透鏡是這樣一種透鏡，其中能夠可控制地調整該透鏡的一個或多個性質，例如，可以改變透鏡的焦距或位置。
DE19710668描述了一種可變透鏡系統40，如圖1A和1B中所示。透鏡系統40包括充滿流體44的彈性薄膜42。通過泵46控制薄膜中流體44的壓力。虛線表示透鏡系統40的光軸90。薄膜42作為可變透鏡，該透鏡的形狀(以及因此透鏡光焦度(power of lens))根據流體44的壓力而改變。圖1A示出處于低壓下的流體44，即薄膜42形成雙凹透鏡。圖1B示出處于高壓下的流體44，薄膜42形成雙凸透鏡。
這種系統存在許多缺點。由于薄膜表面移動，很難保持良好的光學性質并且容易受振動的影響。此外，其容易受機械疲勞的影響。控制該透鏡的形狀不僅取決于流體44的重力和壓力，而且取決于薄膜42的彈性。因此，獲得所需透鏡形狀的范圍可能是有問題的，特別是在薄膜42的彈性隨時間變化的情況下。此外，彈性薄膜通常不是氣密的，導致流體隨時間從該設備中蒸發。
基于電潤濕設備的可變焦點透鏡也是已知的。電潤濕設備是利用電潤濕現象工作的設備。在電潤濕中，三相接觸角隨外加電壓而改變。三相構成了兩種流體和一種固體。
國際專利申請WO 99/18456描述了利用電潤濕效應的可變焦點透鏡。圖2是這種典型光學設備的橫截面視圖。該設備具有密封空間92(即箱或腔)中封閉的兩種不混溶的流體80、87。術語不混溶表示兩種流體不混合。第一流體80是絕緣體(例如硅油)，第二流體87是導電的(例如水和乙醇的混合物)。第一流體80和第二流體87具有不同的折射率。
可以從電壓源50向兩個電極51、52施加電壓，從而在第一流體87和電極52之間產生電場(絕緣層65防止第二電極52接觸導電的第二流體)。
通過改變施加于第二流體87的電壓，第一流體80和第二流體87之間的界面形狀改變，從而使界面85提供的透鏡功能改變。圖1中的設備具有在絕緣層65之上的由親水劑70的環所圍繞的直徑為D1的防水薄膜60，以定位第一流體80。
該電潤濕透鏡也存在許多缺點。例如，透鏡形狀由可變電壓來限定，同時該透鏡形狀受絕緣層的不均勻性影響。這種構形需要相對較高的電壓來改變界面85的形狀。此外，絕緣層可能要經受充電(特別是在高電壓下)的影響。如果絕緣層不均勻地充電，那么將導致接觸角不等，從而導致非球面的透鏡。此外，這種透鏡不可能從正光焦度透鏡變為負光焦度透鏡(反之亦然)。
本發明實施例的目的在于提供一種可變透鏡，其解決本文中提到或沒有提到的現有技術的一個或多個問題。本發明的另一個目的在于提供包括這種透鏡的光學設備，以及制造這種透鏡和這種設備的方法。

發明內容
在第一方面，本發明提供了一種可變透鏡，包括箱；延伸通過該箱的光軸；該箱包含第一流體和第二流體，這兩種流體在橫斷光軸延伸的彎月面上接觸，該彎月面的周邊固定地位于該箱的內表面上，這兩種流體基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；和至少一個泵，用于通過改變該箱中容納的每一種所述流體的相對體積而可控制地改變彎月面的形狀。
這兩種透鏡之間的彎月面作為透鏡，因此通過改變彎月面的形狀可以很容易地調整透鏡的有效形狀。由于透鏡的光路中不需要機械部件，因此光路不會發生機械磨損和破損。此外，透鏡形狀與電壓變化沒有直接關系，因此使透鏡不依賴于絕緣層中的充電效果。此外，該設計使制造的透鏡可以從正光焦度透鏡調整為負光焦度透鏡(反之亦然)，從而允許寬范圍的設計自由度。
在另一方面，本發明提供了一種包括可變透鏡的光學設備，該透鏡包括箱；延伸通過該箱的光軸；該箱包含第一流體和第二流體，這兩種流體在橫斷光軸延伸的彎月面上接觸，該彎月面的周邊固定地位于該箱的內表面上，這兩種流體基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；和至少一個泵，用于通過改變該箱中容納的每一種所述流體的相對體積而可控制地改變彎月面的形狀。
在再一個方面，本發明提供了一種制造可變透鏡的方法，該方法包括提供箱，光軸延伸通過該箱；在該箱中放置第一流體和第二流體，使這兩種流體在橫斷光軸延伸的彎月面上接觸，該彎月面的周邊固定地位于該箱的內表面上，這兩種流體基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；以及提供至少一個泵，用于通過改變該箱中容納的每一種所述流體的相對體積而可控制地改變彎月面的形狀。
在又一方面，本發明提供了一種制造光學設備的方法，該方法包括以下步驟提供可變透鏡，該可變透鏡包括箱；延伸通過該箱的光軸；該箱包含第一流體和第二流體，這兩種流體在橫斷光軸延伸的彎月面上接觸，該彎月面的周邊固定地位于該箱的內表面上，這兩種流體基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；和至少一個泵，用于通過改變該箱中容納的每一種所述流體的相對體積而可控制地改變彎月面的形狀。
本發明的其他目的和優點將根據隨附權利要求書闡明的優選特征而顯而易見。


現在通過例子的方式，參照附圖更好地理解本發明，并示出怎樣實現本發明的各個實施例，在附圖中圖1A和1B示出已知可變透鏡的兩種不同構形的示意性橫截面；圖2表示已知類型的電潤濕可變透鏡的示意性橫截面；圖3A和3B分別表示依照本發明第一實施例的可變透鏡的示意性橫截面，以及由該可變透鏡提供的等效光學功能元件；圖4A-4C表示依照本發明另一實施例的可變透鏡的示意性橫截面；圖5表示依照本發明另一實施例的可變透鏡的示意性橫截面；圖6表示依照本發明又一實施例的可變透鏡的示意性橫截面；圖7表示依照本發明另一實施例的可變透鏡的示意性橫截面；圖8表示依照本發明實施例的用于掃描光學記錄載體的包括可變透鏡的設備；以及圖9表示依照本發明實施例的包括可變透鏡的可變焦點圖像捕獲設備。
具體實施例方式
圖3A示出依照本發明第一實施例的可變透鏡。透鏡100可被認為是由兩種不同的元件形成的由兩種流體130、140之間的彎月面150形成的透鏡功能元件，和用于改變該透鏡功能元件的形狀的泵110。
流體是響應于任何力而改變其形狀的物質，其易于流動或符合流體箱的輪廓，并包括氣體、液體、蒸汽、以及能夠流動的固液混合物。
兩種流體130、140基本上是不混溶的，即兩種流體不混和。兩種流體130、140具有不同的折射率。這樣，由于這兩種流體具有不同的折射率，因此通過沿兩種流體接觸面形成的彎月面150來提供透鏡功能。透鏡功能是彎月面150使一種或多種波長的光聚焦(會聚或發散)的能力。在該特定實施例中，假定流體130的折射率高于流體140的折射率。
這兩種流體優選具有基本上相等的密度，以便使重力對透鏡100的作用最小。
流體130、140密封在箱125中。在該實施例中，箱125采取縱向延伸管的形式，該管具有由內表面120限定的側壁。光軸通過該管縱向延伸。在該特定實施例中，管是圓筒形管，具有恒定的圓形橫截面面積，光軸與管軸是同軸的。額外的壁121、122在管的端部延伸以形成密封流體的箱125。箱125中沿光軸90的至少一部分壁121、122是透明的。如果需要，這些壁121、122中的一個或兩個可以呈透鏡形狀。
兩種流體130、140之間的彎月面150橫斷透鏡100的光軸90延伸。術語橫斷表示彎月面與光軸相交(即其跨過光軸延伸)，且不平行于光軸；彎月面150可以以任何所需角度與光軸90相交。管的側壁120限定了彎月面150的周邊。
通常，為了將流體130、140定位在箱125的所需部分中，箱的不同區域對每種流體具有不同的可濕性，因此每種流體將被各自的區域吸引。可濕性是流體潤濕(覆蓋)一個區域的程度。例如，如果流體130是水，而流體140是油，那么壁122的內表面可以是親水的，從而吸引流體130而不吸引流體140。
彎月面150的周邊接觸管的側壁的表面120。彎月面的周邊固定地位于表面120上。換句話說，彎月面150的周邊接觸表面120的位置151是固定的，即，將彎月面周邊固定在該表面上。在該特定實施例中，例如在表面120從疏水變為親水的位置151處，通過在位置151處該表面的可濕性突變將彎月面周邊固定在該表面上。
彎月面150的形狀由兩種流體之間的壓力差和圓筒的內徑來確定。所示的彎月面150是凸面(從流體130的角度來觀察)。
泵110與充滿流體的箱125相連，用于將大量的一種或多種流體泵送到箱125或從箱125抽出大量的一種或多種流體。
在該特定實施例中，泵110用于同時增大流體130的體積并減小流體140的體積(反之亦然)，以保持箱125中兩種流體的總體積相同。結果是，由于彎月面的周邊固定在表面120上，所以彎月面150的形狀將改變。
例如，如果向箱125添加額外的流體130，那么彎月面的形狀可變得更凸，即形成由虛線150′表示的彎月面。可替換的是，如果添加額外的流體140，那么該彎月面的形狀可變為由虛線150″表示的形狀，即彎月面變為凹面(從流體130的角度來觀察)。應該理解，通過改變箱125中流體的體積，可以將彎月面的形狀從凸面變為平面、凹面。
希望彎月面的最大曲率出現在彎月面形成半球形時。但是，應該理解，可能存在彎月面移動的閾值壓力，當壓力變大從而克服了彎月面的固定作用時，彎月面隨后移動位置。這種閾值壓力取決于可濕性變化的量。
圖3B表示了當流體130的折射率大于流體140時，由彎月面150提供的有效光學功能元件，即焦距為f的平凸透鏡160的光學功能元件。換句話說，彎月面150有效地提供了透鏡160的功能，其將平行光170(沿著平行于光軸90的方向入射到透鏡上)聚焦到與該透鏡相距f的焦點172。
當彎月面改變形狀時(即，變為圖3A中虛線150′所示的形狀)，那么該有效透鏡功能元件也改變，變為虛線160′所示的形狀。由于彎月面150′比彎月面150更加彎曲，那么該透鏡將具有更大的光焦度，即，具有更短的焦距，從而將平行光170聚焦到與該透鏡距離更短的焦點172′。
在圖3A所示的實施例中，通過表面可濕性變化來固定地定位彎月面150。但是，應該理解，可以使用其他技術來固定彎月面周邊的位置。
例如，圖4A、4B和4C示出依照本發明其他實施例的可變透鏡200、220、240的橫截面視圖。相同的附圖標記表示相似的部件。
可以將設備200的箱125想象為兩個部分(125a，125b)。這兩個部分125a、125b都是圓筒形管，每一個都在一端封閉。這兩個部分125a和125b具有不同的圓形橫截面，其中一個部分(125b)小于另一個部分(125a)。因此，在兩個管接合的地方產生具有外部轉角的臺階(step)。
在該特定實施例中，通過彎月面所接觸的表面120的幾何形狀變化而將該彎月面固定在適當位置。特別是，彎月面的周邊接觸表面120中臺階的轉角(位置151)。幾何形狀的突變足以固定地定位彎月面的周邊。
應該理解，可以利用其他幾何形狀變化來固定地定位彎月面150。優選的是，彎月面所接觸的位置是出現角度突變的表面。角度變化越大(例如邊緣或轉角越急劇或者越尖銳)，彎月面的固定作用越大，因此彎月面所經歷的曲率半徑的變化越大。
舉例來說，圖4B示出設備220，在該設備中，環形物(或環)在內表面120的一部分的周圍延伸。優選的是，環形物的平面垂直于光軸90。該環形物具有三角形橫截面，因此在環的內表面上形成銳角轉角。彎月面接觸該轉角(位置151)。
圖4C示出本發明的可替換實施例，其一般類似于圖4B中所示的實施例。在該特定例子中，該環形物非常薄，因此該環形物的內表面實際上是一個長釘(spike)。彎月面150在該尖銳內表面(位置151)處接觸該環。關于適合于固定彎月面150的位置的其他適當的幾何形狀變化對本領域的技術人員來說是顯而易見的。
如果需要，可以通過改變幾何形狀和改變可濕性來將彎月面150固定在適當位置。例如，在圖4A、4B、4C中，通過在銳角轉角所在位置處箱的可濕性的突變來增強固定作用。
應該理解，能夠以許多方式將流體泵送到箱125中并從箱125中抽吸出來，例如利用機械泵。圖5示出本發明的可替換實施例，其中通過電潤濕進行抽吸。
在圖5所示的設備250中，假定由例如玻璃的親水材料來形成限定箱125的圓筒，該箱包含兩種流體。在該實施例中，第一流體130是水，而第二流體140是油。限定箱125的內表面120的上部122涂有疏水層。結果是，水弄濕玻璃，但是不會弄濕疏水涂層。因此，可濕性的變化將彎月面150的周邊固定在適當位置。應該理解，由彎月面提供的透鏡功能元件的圓周的性質(quality)是由沉積(或者除去，如果涂層首先涂敷到所有內表面上，那么選擇性地除去)涂層的精度來確定的。
例如，可通過車床或通過光刻技術部分地除去材料層。通過許多技術，包括注塑法可獲得幾何形狀的精確變化。
通道116連接兩種不混溶的液體(水和油)。通過該通道116泵送這些液體，因此改變箱125中液體的體積，從而也改變箱中彎月面150的曲率半徑。
在通道116中存在另一個彎月面112，其限定了兩種液體之間的界面。利用電潤濕改變該彎月面112的曲率(因此改變其位置)，結果，改變了箱125中流體的體積。通過在電極114和電極118之間施加電壓來進行電潤濕，從而使兩種流體130、140與通道116的表面之間的三相接觸角改變。
在該特定實施例中，通道116的半徑遠小于箱125的半徑。因此，通道116中彎月面112的接觸角相對較小的變化將導致箱125中彎月面150的接觸角非常大的變化。通道116必須足夠長以適應彎月面112的所需范圍和運動。如果需要，通道116可由例如撓性管的管來形成，或者由第二圓筒(例如可放置在第一圓筒周圍的較大圓筒，類似于圖4中所示的布置)來形成。
圖6示出依照本發明另一實施例的可變透鏡300。在該特定實施例中，限定透鏡的彎月面150的兩種流體130、140是不混溶的，但不一定適合于電潤濕。例如，第一流體130可以是氟化油，第二流體140可以是烴油。氟化油具有非常低的折射率，從而可以獲得兩種流體之間很大的折射率差。
通過可濕性的突變再一次將彎月面150的周邊固定在適當位置。箱125的內表面的上部涂有可由烴油(例如聚乙烯)潤濕的層，該內表面的其余部分涂有可由氟化油(例如特氟隆)潤濕的層。通道116中存在一定體積的水135(稱作“水栓”)。假定烴油140適合于電潤濕，那么可以利用電潤濕來移動通道中的水栓，這通過流體130和140在通道外面的相應移動來反映。因此，通過水栓135提供的抽吸作用，可改變大彎月面150的形狀，由此改變透鏡的光焦度。
這種透鏡300是如何不需要為兩種流體提供透鏡作用的彎月面150以適合于電潤濕的例子，這兩種流體必須僅僅是不混溶的。在該例子中，流體130、140中只有一種適合于電潤濕，為使用電潤濕效應而提供附加流體(栓135)作為泵。但是，應該理解，如果這些流體通過例如機械泵的另一個泵的作用而移動，那么可能的液體的范圍變得更大。因此，適當的設計允許在所選的流體類型中進行更寬地選擇。
圖7示出依照本發明又一個實施例的透鏡350。該透鏡350一般類似于圖5中所示的透鏡250。但是，在該特定實施例中，將中心柱124引入箱125中。柱124在與外部圓筒壁122相同高度(即，垂直于光軸90的相對位置)涂有疏水層122。結果固定住的彎月面150是環形。現在該彎月面沒有引入光焦度，但是引入了球差。彎月面150引入的球差的程度取決于環形彎月面的曲率，球差很可能具有很寬的范圍。因此，可將這種透鏡用作像差校正器。
在該特殊的透鏡350中，柱124采取與光軸90共軸的圓筒形式。但是，應該理解，實際上該柱也可以采取任何所需的形狀，或者位于箱125中任何所需的位置。該柱124可濕性的變化不需要與表面120上的可濕性變化位于同一高度。
各種類型的泵都可用作泵110。例如，國際專利申請WO 02/069016描述了大量如何能夠移動流體的方式，例如電毛細管、差壓電毛細管現象(differential-pressure electro-capillarity)、電潤濕、連續電潤濕、電泳、電滲、介電電泳、電水動抽吸(electrohydrodynamic pumping)、熱毛細管(thermocapillary)、熱膨脹、電介質抽吸或可變的電介質抽吸，這些方式中的任一種都可以用于提供泵110所需的抽吸。可替換的是，泵可以是機械泵。
盡管在上面的實施例中，將管描述為圓形管(即，其具有圓形橫截面)，但是應該理解，實際上，管可以具有任何所需的橫截面，例如正方形、矩形或橢圓形。
同樣，在上面的實施例中，將透鏡描述為由兩種流體形成，流體之間的界面提供透鏡功能元件。但是，應該理解，實際上，該透鏡可包括任何數量的流體。例如，該透鏡可包括由大量水分開的兩種油。因此，產生具有兩個彎月面的雙透鏡，每個彎月面對應于水和一種油之間的界面。可以固定這兩個彎月面中的每一個。通過改變每種流體各自的體積(即，通過改變管中所含的水的體積，以及管中的每種油的體積)，能夠可控制地改變由這兩個彎月面提供的透鏡功能元件。
應該理解，本發明的可變透鏡可構成需要透鏡的任何光學設備的一部分。
圖8示出用于掃描光學記錄載體2的設備1，包括物鏡系統18，該物鏡系統包括依照本發明實施例的可變焦點透鏡。記錄載體包括透明層3，信息層4置于該透明層的一側。通過保護層5來保護該信息層上與透明層相反的一側，使其不受環境影響。透明層面向該設備的一側稱作入射面6。透明層3通過對信息層提供機械支撐而作為記錄載體的基底。
可替換的是，透明層可以僅具有保護信息層的作用，而通過位于信息層另一側上的一層來提供機械支撐，例如通過保護層5，或者通過連接到信息層4的附加信息層和透明層來提供機械支撐。
可以將信息按照在基本上平行、同心或螺旋軌道上設置的可光學檢測的標記的形式存儲在記錄載體的信息層4中。這些標記可以是任何光學可讀的形式，例如反射系數或磁化方向不同于其周圍環境的多個凹坑或多個區域的形式，或這些形式的組合。
掃描設備1包括能夠發射輻射光束12的輻射源11。輻射源可以是半導體激光器。分束器13朝準直透鏡14反射發散的輻射光束12，該準直透鏡將發散光束12變為準直光束15。準直光束15入射在物鏡系統18上。
物鏡系統可包括一個或多個透鏡和/或光柵。物鏡系統18具有光軸19。物鏡系統18將光束17變為會聚光束20，入射在記錄載體2的入射面6上。物鏡系統具有適合于使輻射光束通過透明層3的厚度的球差校正。會聚光束20在信息層4上形成光點21。信息層4反射的輻射形成發散光束22，由物鏡系統18將其轉變為基本上準直的光束23，隨后由準直透鏡14將其轉變為會聚光束24。分束器13通過向檢測系統25透射至少一部分會聚光束24而使正向光束與反射光束分開。檢測系統捕獲該輻射，并將其變為電輸出信號26。信號處理器27將這些輸出信號變為各種其他信號。
這些信號之一是信息信號28，其值代表從信息層4讀取的信息。通過信息處理單元來處理該信息信號以進行誤差校正29。來自信號處理器27的其他信號是聚焦誤差信號和徑向誤差信號。聚焦誤差信號代表光點21和信息層4之間的軸向高度差。徑向誤差信號代表在信息層4的平面內，光點21和光點所遵循的信息層的軌道中心之間的距離。將聚焦誤差信號和徑向誤差信號饋送到伺服電路31中，該伺服電路將這些信號變為分別控制聚焦致動器和徑向致動器的伺服控制信號32。圖中沒有示出這些致動器。聚焦致動器控制物鏡系統18沿聚焦方向33的位置，由此控制光點21的實際位置，從而使其與信息層4的平面基本上重合。徑向致動器控制物鏡18沿徑向34的位置，由此控制光點21的徑向位置，從而使其與信息層4中遵循的軌道的中心線基本上重合。圖中的軌道沿垂直于圖面的方向延伸。
在該特定實施例中，圖8的設備還適合于掃描第二類型的記錄載體，其具有比記錄載體2更厚的透明層。該設備可以使用輻射光束12或具有用于掃描第二類型記錄載體的不同波長的輻射光束。該輻射光束的NA可適于這種類型的記錄載體。相應地，必須適合該物鏡系統的球差補償。
例如，在雙層BD(藍光盤)盤中，兩個信息層位于0.1mm和0.08mm深度處；因此它們通常相隔0.02mm。當從一層到另一層重新聚焦時，由于信息層的深度差，產生大約200mλ的不需要的球差，需要對其進行補償。這通過在物鏡系統18中引入球差使這兩個球差抵消來實現。
在本發明的一個實施例中，通過利用依照本發明的可變透鏡，通過改變入射在物鏡系統18上的光束15的準直在物鏡系統18中引入球差。可以將這種可變透鏡加入作為光束15的光路中的額外設備，或者該可變透鏡構成透鏡14的一部分(例如，透鏡14是復合透鏡)。通過改變可變透鏡中彎月面的形狀，能夠根據需要將光束15從平行變為略微會聚或發散，從而引入所需的球差。
圖9說明包括依照本發明可替換實施例的透鏡的可變焦點圖像捕獲設備400。
設備400包括復合可變焦點透鏡，該透鏡包括多個表面形成的圓柱形管120、凸出的前透鏡404和凸出的后透鏡406。兩個透鏡和管密封的空間形成圓柱形流體箱125。流體箱125容納第一和第二流體130和140。這兩種流體沿彎月面150接觸。如前所述，根據泵422供給箱的每種流體各自的體積，彎月面形成可變形狀的彎月透鏡。
前透鏡404是高折射塑料制成的凸-凸透鏡，如聚碳酸酯或環烯烴共聚物(COC)，其具有正光焦度。該前透鏡的至少一個表面是非球面，以提供所需的初始聚焦特性。后透鏡元件406由低色散塑料制成，如COC，并包括充當像場致平器(field flattener)的非球面透鏡表面。后透鏡元件的其他表面可以是平面、球面或非球面。
將消炫光闌(glare stop)416和孔徑光闌418添加到透鏡的前面。像素化(pixellated)圖像傳感器420位于透鏡后面的傳感器平面中，所述傳感器如CMOS(互補金屬氧化物硅)傳感器陣列。
泵422依照圖像信號的聚焦控制處理所得到的聚焦控制信號來驅動透鏡，從而提供無窮和10cm之間的物體范圍(object range)。
前透鏡元件404優選與管形成為一個單獨主體，所述管由后透鏡406封閉以形成密封單元。第二透鏡元件406可相對于圖8中所示的元件而伸長，透鏡元件406的平坦后表面可以由成角度的鏡面來代替，優選成45°角，從而使圖像傳感器420置于透鏡下面，以便減小透鏡的尺寸。
前透鏡404和后透鏡406的內表面可以涂有保護層，以避免制成透鏡的材料與流體130和140不相容。保護層也可以具有抗反射特性。
根據上面的例子，應該理解，在本發明的各個實施例中，提供了一種可變透鏡，其中通過可控制地改變兩種流體之間的彎月面形狀可以很容易地調整該透鏡的形狀。由于光路中不需要機械組件，因此光路不會遭受機械磨損和破損。此外，可以具有具有正光焦度或負光焦度之間調整該透鏡。
權利要求
1.一種可變透鏡(100；200；220；240；250；300；350)，包括-箱(125)；-延伸通過該箱(125)的光軸(90)；-該箱包含第一流體(130)和第二流體(140)，所述流體在橫斷光軸(90)延伸的彎月面(150)上接觸，該彎月面(150)的周邊固定地位于該箱(125)的內表面(120)上，所述流體(130，140)實質上是不混溶的，并具有不同的折射率；和-至少一個泵(110)，用于通過改變該箱(125)中容納的每一種所述流體(130，140)的相對體積而可控制地改變彎月面(150)的形狀。
2.如權利要求1所述的透鏡，其中通過所述表面(120)的至少一個特性的變化來固定地定位該彎月面(150)的周邊。
3.如權利要求2所述的透鏡，其中該變化是表面(120)的幾何形狀變化。
4.如權利要求2或3所述的透鏡，其中該變化是所述表面(120)的可濕性變化。
5.如前面任一項權利要求所述的透鏡，其中泵(110)利用下面至少一個來工作電毛細管、差壓電毛細管、電潤濕、連續電潤濕、電泳、電滲、介電電泳、電水動抽吸、機械抽吸、熱毛細管、熱膨脹、電介質抽吸、或可變的電介質抽吸。
6.如前面任一項權利要求所述的透鏡，其中箱(125)具有圓形、矩形或橢圓形橫截面。
7.如前面任一項權利要求所述的透鏡，其中該透鏡進一步包括柱(124)，其在箱(125)中延伸，并接觸彎月面(150)的周邊，該彎月面的周邊固定地位于該柱的表面上。
8.如前面任一項權利要求所述的透鏡，其中該箱(125)進一步包含第三流體，該第三流體在橫斷光軸(90)延伸的第二彎月面上與第二流體接觸，該第二彎月面的周邊固定地位于箱(125)的內表面(120)上，第二流體(140)和第三流體實質上是不混溶的，并具有不同的折射率。
9.如前面權利要求8所述的透鏡，其中該第三流體和第一流體(130)是相同的材料。
10.一種光學設備(1；400)，包括可變透鏡(100；200；220；240；250；300；350)，該透鏡包括-箱(125)；-延伸通過該箱(125)的光軸(90)；-該箱(125)包含第一流體(130)和第二流體(140)，所述流體在橫斷光軸(90)延伸的彎月面(150)上接觸，該彎月面(150)的周邊固定地位于該箱(125)的內表面(120)上，所述流體(130，140)實質上是不混溶的，并具有不同的折射率；和-至少一個泵(110)，用于通過改變該箱(125)中容納的每一種所述流體(130，140)的相對體積而可控制地改變彎月面(150)的形狀。
11.如權利要求10所述的光學設備，其中該設備是光學掃描設備(1)，以用于掃描光學記錄載體(2)的信息層(4)，該設備包括用于產生輻射光束(12，15，20)的輻射源(11)，和用于將該輻射光束(12，15，20)會聚在信息層(4)上的物鏡系統(18)。
12.如權利要求10所述的光學設備，其中該設備是可變焦點圖像捕獲設備(400)。
13.一種制造可變透鏡(100；200；220；240；250；300；350)的方法，該方法包括-提供箱(125)，光軸(90)延伸通過該箱；-在箱(125)中放置第一流體(130)和第二流體(140)，使得這兩種流體(130，140)在橫斷光軸(90)延伸的彎月面(150)上接觸，該彎月面(150)的周邊固定地位于該箱(125)的內表面(120)上，所述流體(130，140)實質上是不混溶的，并具有不同的折射率；和-提供至少一個泵(110)，用于通過改變該箱(125)中容納的每一種所述流體(130，140)的相對體積而可控制地改變彎月面(150)的形狀。
14.一種制造光學設備(1；400)的方法，該方法包括以下步驟-提供可變透鏡(100；200；220；240；250；300；350)，該可變透鏡包括-箱(125)；延伸通過該箱(125)的光軸(90)，該箱(125)包含第一流體(130)和第二流體(140)，所述流體在橫斷光軸(90)延伸的彎月面(150)上接觸，該彎月面(150)的周邊固定地位于該箱(125)的內表面(120)上，所述流體(130，140)實質上是不混溶的，并具有不同的折射率；和-提供至少一個泵(110)，用于通過改變該箱(125)中容納的每一種所述流體(130，140)的相對體積而可控制地改變彎月面(150)的形狀。
全文摘要
一種可變透鏡(100；200；220；240；250；300；350)包括箱(125)，光軸(90)延伸通過該箱(125)。該箱(125)包含第一流體(130)和第二流體(140)，所述流體在橫斷光軸(90)延伸的彎月面(150)上接觸。該彎月面(150)的周邊固定地位于箱(125)的內表面(120)上。所述流體(130，140)基本上是不混溶的，并具有不同的折射率。泵(110)用于通過改變該箱(125)中容納的每一種所述流體(130，140)的相對體積而可控制地改變彎月面(150)的形狀。
文檔編號G11B7/135GK1788226SQ200480013032
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月12日 優先權日2003年5月14日
發明者S·庫伊佩, B·H·W·亨德里克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司