具有两个液体透镜的光学变焦透镜制造技术

一种用于将物平面(100)成像到像平面(200)的光学变焦系统(1)，其例如用于智能电话照相机，并且包括两个液体透镜(10、20)及其随后的固定的校正透镜(30、50、60)，所述液体具有大于60的阿贝数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供变焦和聚焦可能性的光学系统。
技术介绍
例如依赖于齐焦操作原理或依赖于变焦距操作原理，已经提出不同类型的光学变焦透镜系统。在齐焦光学变焦透镜系统中，无焦子系统提供各种放大或变焦级别(变焦的)。齐焦光学变焦透镜系统的另外的聚焦分段提供各种聚焦位置(聚焦的)。因此，聚焦的是独立于变焦的，即当改变变焦级别时，齐焦光学变焦透镜系统通常停留于聚焦中。然而，用于这样的齐焦光学变焦透镜系统的小型化的可能性是相当受限的，这对于诸如智能电话或医疗内窥镜之类的空间敏感应用是特别相关的。在变焦距光学变焦透镜系统中，具有可调相对位置和/或可调焦距的两个聚焦透镜被利用于使能变焦和聚焦。通常，当改变变焦级别时，变焦距光学变焦透镜系统不得不重新聚焦。在变焦距光学变焦透镜系统更易于小型化的时候，提供好的光学质量是有挑战的，特别是当使用可调透镜(即具有可调焦距的透镜)时。WO2010/103037A1公开了具有可调透镜的光学变焦透镜系统，该可调透镜具有分离两个光学介质的膜。然而，仍可改善这样的光学变焦透镜系统的光学质量。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供具有变焦和聚焦可能性和更好的光学质量的改善的光学系统，该光学系统更易于小型化以及/或者更易于应用在空间敏感应用中。本目的通过独立权利要求所述的光学系统来达到。因此，用于将物平面(其中布置例如待被成像的物体，例如人、建筑物，r>或医疗结构)成像到像平面(其中布置例如成像传感器，CCD或CMOS传感器)上的光学系统包括所述物平面、所述像平面、以及被布置在所述物平面与所述像平面之间的第一可调透镜。第一可调透镜本身包括由刚性材料制成的第一固定的(即，非轴向可移动的)容器。在本文中，术语“刚性材料”涉及例如具有抗拉强度K>2000MPa的聚碳酸酯或环烯烃聚合物的材料，其特别是可不或仅由光学系统的可选的致动器(参见下文)显著地变形。第一可调透镜此外包括由弹性材料制成的第一可变形膜。在本文中，术语“弹性材料”涉及例如具有抗拉强度K<5MPa的弹性体(特别是硅酮或玻璃)的材料，其特别是例如可借助于光学系统的可选致动器(参见下文)来弹性地变型。因此，通过使第一可调透镜的可变形膜(或其区域)变形，可改变第一可调透镜的焦距。有利地，只有单个可变形膜连接到(例如密封到)第一可调透镜的容器，这简化光学系统的结构。此外，光学系统包括被布置在第一可调透镜与像平面之间的第二可调透镜。第二可调透镜本身包括由刚性材料制成的第二固定的容器(参见上面的示例)。第二可调透镜此外包括由弹性材料制成的第二可变形膜(参见上面的示例)。因此，例如通过使第二可变形膜(或其区域)变形，也可改变第二可调透镜的焦距。如在第一可调透镜中，有利地，只有单个膜连接到第二可调透镜的容器，这简化光学系统的结构。由于改变(或“调谐(tune)”)第一可调透镜的和第二可调透镜的焦距的可能性，不同的聚焦位置(即聚焦可能性)和不同的变焦级别(即变焦可能性)的组合被获得用于光学系统。这增强光学系统的适用性。此外，光学系统包括至少一个固定的校正透镜。所述校正透镜由刚性材料(参见上面的示例)来制成，并且被布置在第二可调透镜与像平面之间。通过该固定的校正透镜校正各种光学像差，例如球面像差、色像差、彗形像差等。因此，改善了光学系统的光学质量和成像属性。在根据本专利技术的光学系统中，第一可调透镜进一步包括由至少第一容器和第一膜(或其区域)包围的第一流体。第二可调透镜进一步包括由至少第二容器和第二膜(或其区域)包围的第二流体。第一可调透镜的第一流体和第二可调透镜的第二流体中的每个的阿贝数(其指示光学材料的色散)大于60，特别是大于80。因此，获得较低色散以用于穿越第一和第二流体的光。因此，光学系统的诸如色像差的光学像差不太明显以及/或者更易于校正。这导致光学系统的更好的光学性能，并且因此导致光学系统的改善的成像质量。作为对这样的更高阿贝数流体的替代，第一可调透镜的第一容器朝向物平面取向。在本文中，术语“朝向……取向”涉及在轴向方向中的配置。换句话说，第一可调透镜的第一容器面向朝向物平面的轴向方向，而不是面对像平面的方向。在本文中，术语“轴向”涉及与“光学上游”(即朝向物平面)平行的方向以及与“光学下游”(即朝向像平面)平行的方向。在光学系统的光轴(参见下文)的直的(例如非折叠的)特殊情况中，该直的光轴限定光学系统的直的轴向方向。当光轴被折叠时，轴向方向也以与光轴相同的方式被折叠。通常，在光学系统的旋转对称的透镜的情况中，轴向方向与这些透镜的旋转对称的轴相重合。此外，第一可调透镜的第一膜的至少第一区域朝向像平面取向。换句话说，第一可调透镜包括具有第一容器的侧，以及例如具有可变形膜及其第一区域的相反侧。然后，可调透镜的容器侧朝向物平面取向，同时膜侧朝向像平面取向。因此，光学系统的诸如色像差的光学像差不太明显以及/或者更易于校正。这导致光学系统的更好的光学性能，并且因此导致光学系统的改善的成像质量。两种途径的组合，即具有如下项的光学系统：-具有均大于60(特别是均大于80)的阿贝数的第一和第二可调透镜流体，以及-第一容器的朝向物平面的取向和第一膜(或其第一区域)的朝向像平面的取向是有利的，因为它进一步减小光学像差以及/或者使得它们更易于校正。这导致光学系统的甚至更好的光学性能，并且因此导致光学系统的改善的成像质量。在有利的实施例中，光学系统具有3.4或更快的f数(即，在一般的摄影术标记中，f/3.4＝(f/1)/(sqrt(2)3.5)))。因此，经过光学系统透射更多的光，这有助于改善成像质量并使能减小的景深(其常常被用在美学原因(散景)的摄影中)。在另一个有利的实施例中，至少对于所述第一可调透镜的焦距和所述第二可调透镜的焦距的一个组合，光学系统被构造为将来自所述物平面的平行光线成像到在所述像平面中的焦点。因此，光学系统可被聚焦于“无限远”，这增强光学系统的适用性。在有利的实施例中，至少对于所述第一可调透镜的焦距和所述第二可调透镜的焦距的一个组合，光学系统被构造为将来自物平面(例如来自在物平面中的待被成像的物体的点)的发散光线成像到在像平面中的焦点。在物平面与第一可调透镜之间的轴向距离可小于30mm，特别是小于20mm。因此，光学系统可被聚焦于例如“大镜头(macro)”，这增强光学系统的适用性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统(1)，其用于将物平面(100)成像到像平面(200)，所述光学系统包括：‑所述物平面(100)，‑所述像平面(200)‑第一可调透镜(10)，其布置在所述物平面(100)与所述像平面(200)之间，所述第一可调透镜(10)包括：*第一固定的容器(11)，其由刚性材料制成，*第一可变形膜(12)，其由弹性材料制成，以及*第一流体(15)，其由至少所述第一容器(11)和所述第一膜(12)包围，‑第二可调透镜(20)，其布置在所述第一可调透镜(10)与所述像平面(200)之间，所述第二可调透镜(20)包括：*第二固定的容器(21)，其由刚性材料制成，*第二可变形膜(22)，其由弹性材料制成，以及*第二流体(25)，其由至少所述第二容器(21)和所述第二膜(22)包围，‑至少一个固定的校正透镜(30、40、50、60)，由刚性材料制成，并且被布置在所述第二可调透镜(20)与所述像平面(200)之间，其中所述第一流体(15)和所述第二流体(25)中的每个的阿贝数大于60，特别是大于80。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学系统(1)，其用于将物平面(100)成像到像平面(200)，所
述光学系统包括：
-所述物平面(100)，
-所述像平面(200)
-第一可调透镜(10)，其布置在所述物平面(100)与所述像平面(200)
之间，所述第一可调透镜(10)包括：
*第一固定的容器(11)，其由刚性材料制成，
*第一可变形膜(12)，其由弹性材料制成，以及
*第一流体(15)，其由至少所述第一容器(11)和所述第一膜(12)
包围，
-第二可调透镜(20)，其布置在所述第一可调透镜(10)与所述像平面
(200)之间，所述第二可调透镜(20)包括：
*第二固定的容器(21)，其由刚性材料制成，
*第二可变形膜(22)，其由弹性材料制成，以及
*第二流体(25)，其由至少所述第二容器(21)和所述第二膜(22)
包围，
-至少一个固定的校正透镜(30、40、50、60)，由刚性材料制成，并且
被布置在所述第二可调透镜(20)与所述像平面(200)之间，
其中所述第一流体(15)和所述第二流体(25)中的每个的阿贝数大于
60，特别是大于80。
2.一种光学系统(1)，其用于将物平面(100)成像到像平面(200)，所
述光学系统包括：
-所述物平面(100)，
-所述像平面(200)，
-第一可调透镜(10)，其布置在所述物平面(100)与所述像平面(200)
之间，所述第一可调透镜(10)包括：
*第一固定的容器(11)，其由刚性材料制成，以及
*第一可变形膜(12)，其由弹性材料制成，以及
-第二可调透镜(20)，其布置在所述第一可调透镜(10)与所述像平面
(200)之间，所述第二可调透镜(20)包括：
*第二固定的容器(21)，其由刚性材料制成，以及
*第二可变形膜(22)，其由弹性材料制成，
-至少一个固定的校正透镜(30、40、50、60)，其由刚性材料制成，并
且被布置在所述第二可调透镜(20)与所述像平面(200)之间，
其中所述第一可调透镜(10)的所述第一容器(11)朝向所述物平面(100)
取向，以及
其中所述第一可调透镜(10)的所述第一膜(12)的至少第一区域(12a)
朝向所述像平面(200)取向。
3.根据权利要求2所述的光学系统(1)，
其中所述第一可调透镜(10)包括第一流体(15)，所述第一流体(15)
由至少所述第一容器(11)和所述第一膜(12)包围，
其中所述第二可调透镜(20)包括第二流体(25)，所述第二流体(25)
由至少所述第二容器(21)和所述第二膜(22)包围，
其中所述第一流体(15)和所述第二流体(25)中的每个的阿贝数大于
60，特别是大于80。
4.根据前述权利要求中的任一个所述的光学系统(1)，其中至少对于所
述第一可调透镜(10)的焦距(f1)与所述第二可调透镜(20)的焦距(f2)
的一个组合，所述光学系统(1)被构造为将来自所述物平面(100)的平行光
线成像到在所述像平面(200)中的焦点(201)。
5.根据前述权利要求中的任一个所述的光学系统(1)，其中在所述物平
面(100)与所述第一可调透镜(10)之间的距离小于30mm，特别是小于20mm，
以及
其中至少对于所述第一可调透镜(10)的焦距(f1)与所述第二可调透镜
(20)的焦距(f2)的一个组合，所述光学系统(1)被构造为将来自所述物
平面(100)的发散光线成像到在所述像平面(200)中的焦点(201)。
6.根据前述权利要求中的任一个所述的光学系统(1)，其中所述光学系

\t统(1)被构造为提供连续的多个变焦级别和连续的多个聚焦位置。
7.根据前述权利要求中的任一个所述的光学系统(1)
其中所述第二可调透镜(20)的所述第二膜(22)包括朝向所述像平面(200)
取向的第二区域(22a)，
其中所述第二可调透镜(20)的所述第二容器(21)朝向所述物平面(100)
取向，以及
特别是其中所述第一可调透镜(10)的所述第一膜(12)包括第一区域(12a)
或所述第一区域(12a)，以及
其中所述第一可调透镜(10)的所述第一膜(12)的所述第一区域(12a)
和所述第二可调透镜(20)的所述第二膜(22)的所述第二区域(22a)被构
造为呈现凸形和凹形。
8.根据权利要求7所述的光学系统(1)，其中，至少在所述光学系统(1)
的第一变焦级别中，所述第一区域(12a)呈现凸形，以及所述第二区域(22a)
呈现凹形。
9.根据权利要求8或9中的任一个所述的光学系统，其中，至少在所述
光学系统(1)的第二变焦级别中，所述第一区域(12a)呈现凹形，以及所述
第二区域(22a)呈现凸形。
10.根据前述权利要求中的任一个所述的光学系统(1)，所述光学系统(1)
进一步包括至少一个致动器(70)，特别是两个制动器(70、71)，特别是如下
项的组中的：
-静电致动器，
-电磁致动器，
-电活性聚合物致动器，
-压电致动器，以及
-流体泵致动器，
其中所述第一可调透镜(10)的所述第一膜(12)的至少第一区域(12a)
或至少所述第一区域(12a)和所述第二可调透镜(20)的所述第二膜(22)
的至少第二区域(22a)或至少所述第二区域(22a)被构造为由所述至少一个
致动器(70)来变形，使得所述第一可调透镜(10)的焦距(f1)或所述焦距

\t(f1)以及所述第二可调透镜(20)的焦距(f2)或所述焦距(f2)能借助于
所述致动器(70)来改变。
11.根据前述权利要求中的任一个所述的光学系统(1)，其中所述光学系
统(1)包括由刚性材料制成的至少3个，特别是至少4个，特别地精确地4
个固定的校正透镜(30、40、50、60)，并且特别是其中所述固定的校正透镜
(30、40、50、60)被布置在所述第二可调透镜(20)与所述像平面(200)
之间。
12.根据权利要求11所述的光学系统(1)，其中所述固定的校正透镜(30、
40、50、60)的光学表面，特别是所有光学表面，具有2mm或更大的最小绝
对曲率半径值。
13.根据权利要求11到12中的任一个所述的光学系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼努埃尔·阿施万丹，迈克尔·比埃勒，马丁·索尔特，
申请(专利权)人：奥普托图尼股份公司，楼氏有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH