像差减小的可调节流体透镜制造技术

流体透镜包括位于两个透明板之间的折射界面，其中一个板的至少一个表面具有固定曲率半径，该固定曲率半径被配置为补偿由流体透镜产生的像差。折射界面可以由在两种不混溶液体之间形成的弯月面形成，或者由位于两种流体之间的膜形成。用于减小流体透镜的像差的方法包括确定一个板的至少一个表面的固定曲率半径，该固定曲率半径足以补偿由流体透镜产生的像差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】像差减小的可调节流体透镜本申请要求2016年6月22日提交的美国临时申请第62/353,034号的优先权的权益，该申请的内容通过引用整体结合于此。
技术介绍
1.领域本公开涉及具有减小的像差的可调节流体透镜。2.技术背景通过控制流体之间的可变形折射界面，透射流体透镜使用两种或更多种流体来产生无限可变透镜而无需任何移动部件。流体透镜的一种是液体透镜。在液体透镜中，折射界面由在两种不混溶液体之间形成的弯月面提供。弯月面的形状由电润湿力确定，该电润湿力由施加的电压控制。流体透镜的另一种是基于膜的透镜。在基于膜的透镜中，折射界面由位于两种流体(两种液体、液体和气体或气体混合物、两种气体或气体混合物等)之间的膜提供，膜的形状由压电致动控制。在操作期间流体透镜的折射界面的形状是球形或近似球形，并且本质上跨透射光束的像场产生三阶球面像差。球面像差使得与透镜轴平行但远离透镜轴的光束聚焦在与靠近轴的光束略微不同的位置。这表现为图像的模糊。随着光焦度(opticalpower)增加，像差变得更加显著。具有高屈光度折射元件的流体透镜特别容易受到不可接受的高球面像差的影响。期望开发一种流体透镜，其显著地减小球面像差和/或在一定程度上补偿透镜内可调节折射界面固有的像差。还期望减小像差，而不向透镜系统引入额外的复杂或高成本元件，并且不会使制造和组装过程过于复杂。
技术实现思路
在一些实施例中，具有减小的像差的流体透镜包括位于两个透明板之间的折射界面。两个透明板中的至少一个透明板的表面具有固定曲率半径，该固定曲率半径校正或补偿由流体透镜中的折射界面的形状产生的像差。该固定曲率半径可以补偿各种像差，但是特别适合于补偿由折射界面的球面形状产生的球面像差。透明板可具有任何合适的配置。在一些实施例中，一个透明板包括具有固定曲率半径的单个表面。在其他实施例中，两个透明板都包括具有固定曲率半径的一个或多个表面。一个或多个弯曲表面可以位于流体透镜的外部或内部。流体透镜可以是任何类型的流体透镜。在一些实施例中，流体透镜是液体透镜。在其他实施例中，流体透镜是基于膜的透镜。在其他实施例中，流体透镜可以是相对高的屈光度透镜，其特别容易受到诸如球面像差之类的像差的影响。用于减小流体透镜的像差的方法可以包括确定至少一个透明板的表面的固定曲率半径，该固定曲率半径被配置为补偿由流体透镜产生的像差。实现此目的的一种方式是选择曲率半径，该曲率半径最佳地补偿在流体透镜处于中间和/或典型的光焦度时由该流体透镜产生的像差轮廓。这在常用或中间光焦度下提供最有效的像差减小，同时仍然在流体透镜的光焦度的上限和下限处提供一定量的像差减小。确定透明板的表面的曲率半径的另一种方法是首先确定(a)在流体透镜在其光焦度的上限处或附近时最佳地补偿该流体透镜的像差轮廓的曲率半径和(b)最佳地补偿该流体透镜的光焦度的下限处或附近的像差轮廓的曲率半径，然后选择曲率半径，使得其在(a)和(b)之间。提供本
技术实现思路
以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的概念的选集。
技术实现思路
和
技术介绍
并非旨在标识所公开主题的关键概念或基本方面，也不应用于缩小或限制权利要求的范围。例如，权利要求的范围不应基于所述主题是否包括
技术实现思路
中提到的任何或所有方面和/或解决
技术介绍
中提到的任何问题来限制。附图说明结合附图公开了优选实施例和其他实施例，其中：图1是具有减小的像差的流体透镜的一个实施例的剖视图，其中顶部透明板的外表面具有凹形形状。图2是像差减小的流体透镜的另一实施例的剖视图，其中顶部透明板的外表面具有凸形形状。图3是像差减小的流体透镜的另一实施例的剖视图，其中底部透明板的外表面具有凹形形状。图4是像差减小的流体透镜的另一实施例的剖视图，其中底部透明板的外表面具有凸形形状。图5是像差减小的流体透镜的另一实施例的剖视图，其中顶部透明板的外表面具有凹形形状，并且底部透明板的外表面具有凸形形状。图6是像差减小的流体透镜的另一实施例的剖视图，其中顶部透明板的外表面具有凸形形状，并且底部透明板的外表面具有凹形形状。图7是不补偿像差的传统液体透镜的模拟调制传递函数(MTF)图。图8是具有如图1所示的流体透镜的配置的液体透镜的模拟调制传递函数(MTF)图。具体实施方式图1示出流体透镜10的一个实施例，其包括位于第一或顶部透明板14和第二或底部透明板16之间的腔室12(透明板也可称为盖板、盖玻璃、盖窗、或窗)。腔室12封围位于第一流体20和第二流体22之间的折射界面或折射元件18。应当理解，流体透镜10可以是任何合适类型的流体透镜，包括液体透镜、基于膜的透镜等。同样地，流体透镜10中的流体20、22可以是任何合适类型的流体，包括但不限于液体、气体、凝胶和凝胶状材料。在流体透镜10是液体透镜的那些实施例中，流体20、22是通常光学透明、不混溶、具有不同折射率并且具有相同密度的液体。流体20、22中的一种通常是导电的而另一种是不导电的，例如含水液体和油性液体。折射界面18是在不混溶流体20、22之间形成的弯月面。可以通过电润湿来调节折射界面18的形状，以产生高光学质量的可变焦距。液体透镜可提供许多优点。一个优点是调节透镜焦点所需的能量的量相对较小。另一个优点是透镜能够在凸透镜形状和凹透镜形状之间无缝转换，切换时间以毫秒为单位。又一个优点是透镜具有极强的抗冲击性和抗振性，因为它含有两种密度匹配的液体，并且没有外部活动部件。又一个优点是两种液体20、22之间的边界形成极其光滑和规则的表面，使得液体透镜适用于诸如医学成像、微型相机和电信系统之类的精密应用。在流体透镜10是基于膜的透镜的那些实施例中，膜形成折射界面18并物理地分离流体20、22。膜形式的物理屏障的存在使得可以使用具有广泛变化的性质的流体20、22。例如，流体20、22可以是液体、气体、凝胶等的任何组合，无论它们是否彼此不混溶、具有相同的密度等。基于膜的透镜提供许多与液体透镜有关的上述优点相同的优点。返回图1，第一透明板14具有非平面的外表面24和平面的内表面26。第二透明板16具有均为平面的外表面28和内表面30。第一透明板14的外表面24具有固定曲率半径，该固定曲率半径被配置为补偿由折射界面18产生的像差。具体地，外表面24的曲率的几何形状被配置为产生与由流体20、22之间的折射界面18产生的球面像差相反作用的像差。取决于腔室12中的折射界面18的预期曲率取向，第一透明板14的外表面24的曲率半径可以是正的或负的。外表面24的曲率半径应该是与折射界面18的曲率半径相反的符号，以便校正或补偿由流体透镜10产生的像差。外表面24的曲率半径可以是球形或非球形。球面曲率是优选的，因为它可以在任何给定的光焦度下完全或几乎完全校正像差。然而，使用非球面曲率可以在各种光焦度下实现有用的校正程度。当透镜以高焦度(高屈光度值)操作时，可以具体选择第一透明板14的外表面24的曲率半径以校正和/或最小化整个流体透镜组件10的球面像差。还可以基于用于形成第一透明板14的材料的折射率来优化曲率半径。在施加的球形曲率的典型情况下，对于不同折射率的材料将需要不同的曲率半径。可以计算和优化外表面24的曲率半径，以便在透镜焦度的整个预期操作范围内平衡性能。这最小化整个操作范围内而不是单个透镜焦度下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流体透镜，包括：折射界面，该折射界面位于封围在腔室中的第一流体和第二流体之间；第一透明板，该第一透明板包括具有固定曲率半径的表面；第二透明板；其中所述折射界面位于所述第一透明板和所述第二透明板之间；并且其中所述固定曲率半径被配置为补偿由所述流体透镜产生的像差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.22 US 62/353,0341.一种流体透镜，包括：折射界面，该折射界面位于封围在腔室中的第一流体和第二流体之间；第一透明板，该第一透明板包括具有固定曲率半径的表面；第二透明板；其中所述折射界面位于所述第一透明板和所述第二透明板之间；并且其中所述固定曲率半径被配置为补偿由所述流体透镜产生的像差。2.如权利要求1所述的流体透镜，其特征在于，具有所述固定曲率半径的所述表面面向所述流体透镜的外部。3.如权利要求2所述的流体透镜，其特征在于，所述第一透明板是平凹的。4.如权利要求2所述的流体透镜，其特征在于，所述第一透明板是平凸的。5.如权利要求1所述的流体透镜，其特征在于，所述第一透明板是非球面的。6.如权利要求1所述的流体透镜，其特征在于，所述折射界面包括具有与所述表面的所述固定曲率半径的符号相反的符号的曲率半径。7.如权利要求1所述的流体透镜，其特征在于，所述流体透镜能在整个光焦度范围内调节，并且其中所述固定曲率半径具有与在所述流体透镜具有为整个光焦度范围的10％至90％的光焦度时所述流体透镜的像差轮廓至少近似相等且相反的像差轮廓。8.如权利要求1所述的流体透镜，其特征在于，所述流体透镜能在整个光焦度范围内调节，并且其中所述固定曲率半径在以下曲率半径之间：(a)第一曲率半径，其具有与在所述流体透镜具有不超过整个光焦度范围的10％的光焦度时所述流体透镜的像差轮廓至少近似相等且相反的像差轮廓；以及(b)第二曲率半径，其具有与在所述流体透镜具有为整个光焦度范围的至少90％的光焦度时所述流体透镜的像差轮廓近似相等且相反的像差轮廓。9.如权利要求1所述的流体透镜，其特征在于，所述第一透明板和所述第二透明板各自包括面向所述透镜的外部的外表面和面向所述透镜的内部的内表面，并且其中所述第一透明板的所述内表面和所述第二透明板的所述内表面是平面的。10.如权利要求1所述的流体透镜，其特征在于，所述第一透明板和所述第二透明板各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·M·卡兰，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US