包括弯曲的图像传感器的光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光学系统(1)，包括：第一焦点可调透镜(10)；弯曲的图像传感器(30)，该图像传感器被配置为接收由第一焦点可调透镜(10)聚焦的光(L)；光路(P)，该光路延伸通过第一焦点可调透镜并延伸至弯曲的图像传感器；其中光学系统(1)被配置为，通过将电信号应用至第一焦点可调透镜(10)来调节第一焦点可调透镜(10)的焦距，使得穿越所述光路(P)的光(L)聚焦在图像传感器(30)上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括弯曲的图像传感器的光学系统本专利技术涉及一种包括图像传感器(例如相机)的光学系统。例如根据US20140004644A1、US6,791,072B1、US20120147207A1和US9086558B2，已知了这种系统。当前专利技术潜在的问题在于，提供一种上述类型的光学系统，该光学系统成本低、紧凑并且特别地包括自动聚焦能力。该问题通过具有权利要求1的特征的透镜解决。本专利技术的优选实施方式在随附的权利要求中陈述，并在下文中描述。根据权利要求1，公开了一种光学系统，其包括：-第一焦点可调透镜(即配置为自动调节其焦距的第一透镜)；-弯曲的图像传感器，该弯曲的图像传感器被配置为接收由第一焦点可调透镜聚焦的光；-延伸通过第一焦点可调透镜并延伸至弯曲的图像传感器的光路；其中光学系统被配置为，通过将电信号应用至第一焦点可调透镜来调节第一焦点可调透镜的焦距，使得穿越所述光路的光(例如直接)聚焦在图像传感器上。在本专利技术的上下文中，弯曲的图像传感器是如下图像传感器，包括检测表面，被配置为接收待由图像传感器检测的光，其中所述表面是弯曲的，特别是球状弯曲的。特别地，所述表面/图像传感器包括凹面(弯曲或曲率)，即当沿着光轴进行测量时，图像传感器的中心比图像传感器的边缘更远离第一焦点可调透镜或第二焦点可调透镜。有利地，本专利技术利用了弯曲的图像传感器，其仅要求一个透镜，以将宽视场聚焦在整个传感器上。与其相反，平的图像传感器要求多个透镜，以校正色差和球面像差。因此，使用弯曲的图像传感器连同焦点可调透镜允许光学器件(诸如相机)的低成本和紧凑设计，其特别地包括自动聚焦功能，由于所采用的焦点可调透镜的焦点调整性。此外，这种设置也维持了恒定的焦距比数(F数)，而具有移动的透镜的系统要求更多空间并且具有可变的焦距比数。特别地，所有类型的第一(和第二)焦点可调透镜都可以用于本专利技术。根据一实施方式，第一(或第二)焦点可调透镜包括透明透镜本体，该透镜本体限定完全地填充有透明填充材料(例如透明液体)的容积，其中透镜本体还包括透明且可弹性变形的膜以及透镜成型元件，该透镜成型元件接触膜，并且限定所述膜的区域，该区域具有用于调整透镜的焦距的可调整的曲率。在此，根据一实施方式，第一(或第二)焦点可调透镜包括致动器，该致动器被配置为改变所述曲率，以便调节第一(或第二)可调长度的焦距。举例而言，致动器可以作用在透镜成型元件上、在膜上或在透镜本体上，以便改变膜的所述区域的曲率(该区域也被称为光学活性区域)。也可以使用其他致动原理(也见下文)。特别地，膜可以由下列材料中的至少一种制成：玻璃、聚合物、弹性体、塑料或任何其他透明且可伸展或柔性(易弯曲)的材料。例如，膜可以由硅树脂基聚合物(诸如聚(二甲基硅氧烷)(其也被称为PDMS))或聚合物材料(诸如聚氨酯或双向拉伸(或取向)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(例如“聚酯薄膜(Mylar)”))制成。进一步地，所述填充材料或液体可以是硅油或氟化聚合物。根据本专利技术的一实施方式，光学系统还包括第二焦点可调透镜(即被配置为自动调节其焦距的第二透镜)，其中第二焦点可调透镜被布置在所述光路中，并且其中第二焦点可调透镜被配置为与第一焦点可调透镜一同运行(或共同起作用)，以便将穿越光路的光聚焦在图像传感器上。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜和第二焦点可调透镜各自包括被配置为调节相应的焦距的下列部件中的一个：静电致动器，其使用库仑力来移动流体并且由此使透镜的形状变形；电磁致动器，其使用洛伦兹力来移动流体并且由此使透镜的形状变形；磁致伸缩致动器，其根据流经其的磁通量而膨胀或收缩；压电马达；压电致动器；步进马达；电活性聚合物致动器，诸如介电弹性体致动器。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜包括布置在光路中的透镜本体(也见上文)，以折射穿过透镜本体的光，其中所述透镜本体包括布置在所述光路中的至少一个表面，该至少一个表面被配置为改变其形状，例如从凹形改变为凸形，或者反之亦然，以便调节第一透镜的焦距。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第二焦点可调透镜包括布置在光路中的透镜本体，用于折射穿过透镜本体的光，其中所述透镜本体包括布置在所述光路中的至少一个表面，该至少一个表面被配置为改变其形状，例如从凸形改变为凹形，或者反之亦然，以调节第二透镜的焦距。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，光学系统还包括布置在光路中的至少一个第一校正透镜，该至少一个第一校正透镜是非可变形的，并且包括相对于图像传感器的固定位置，并且由刚性材料制成，并且其中至少一个第一校正透镜被配置为校正单色像差、球面像差、多色像差或其他像差中的一个。在此并且在下文中，非可变形意思是，透镜没有被配置为通过改变其几何形状或折射率来调节其焦距，而是由于相应的透镜的恒定的形状和折射率而包括固定的焦距。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，光学系统还包括布置在光路中的第二校正透镜，该第二校正透镜是非可变形的，并且包括相对于图像传感器的固定位置，并且由刚性材料制成，并且其中第二校正透镜被布置在弯曲的传感器与具有所述可调焦距的第一可调透镜之间，其中优选地，第一焦点可调透镜被布置得比第二可调透镜更靠近图像传感器。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜包括具有可变形部分的膜、邻近所述膜的透明填充材料(例如透明液体，见上文)以及相对于图像传感器的固定位置的校正透镜。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，校正透镜在光沿着所述光路穿过第一可调透镜的区域中接触第一焦点可调透镜的填充材料，并且特别地被配置为校正单色或多色像差。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，校正透镜由刚性材料构建而成，诸如玻璃、塑料或聚合物(这些材料也可以用于在此所描述的另外的校正透镜)。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜是液晶基焦点可调透镜。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜是电润湿基焦点可调透镜。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜是声学调制基焦点可调透镜。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜是可调整的菲涅耳透镜。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜包括用于调节第一焦点可调透镜的焦距的压电致动器、(例如玻璃)膜以及可变形聚合物层。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，第一焦点可调透镜具有热补偿装置，该热补偿装置被配置为最小化第一焦点可调透镜的焦距的热漂移。进一步地，根据本专利技术的一实施方式，光学系统被配置为使用一算法来调整第一焦点可调透镜(或诸如所述第二透镜的任何其他焦点可调透镜)的焦距，该算法使用校准数据、温度(例如相应的焦点可调透镜的温度)或另一反馈信号来设定控制信号的对应值，以获得期望的焦距。本专利技术可用在下列领域之中的各种领域中：移动电话、机器视觉、数码相机、OCT、眼科设备、眼底相机、医疗设备、飞行时间相机、显微镜、内窥镜、监控摄像机、汽车、机器人凸轮、ADAS、测距仪、条形码阅读器等。下面将给出本专利技术的进一步解释及其他方面和特征。当考虑接下来的详细说明时，将会更好地理解本专利技术，并且除了上文中阐述的那些目的之外的目的也会变得显而易见。参考附图进行这样的说明，在附图中：图1示出了根据本专利技术的光学系统的示意图，其包括第一焦点可调透镜和弯曲的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统(1)，包括：‑第一焦点可调透镜(10)，‑弯曲的图像传感器(30)，所述弯曲的图像传感器被配置为接收由所述第一焦点可调透镜(10)聚焦的光(L)；‑光路(P)，所述光路延伸通过所述第一焦点可调透镜并延伸至所述弯曲的图像传感器；‑其中所述光学系统(1)被配置为，通过将电信号应用至所述第一焦点可调透镜(10)来调节所述第一焦点可调透镜(10)的焦距，使得穿越所述光路(P)的光(L)聚焦在所述图像传感器(30)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.04 EP 16150108.51.一种光学系统(1)，包括：-第一焦点可调透镜(10)，-弯曲的图像传感器(30)，所述弯曲的图像传感器被配置为接收由所述第一焦点可调透镜(10)聚焦的光(L)；-光路(P)，所述光路延伸通过所述第一焦点可调透镜并延伸至所述弯曲的图像传感器；-其中所述光学系统(1)被配置为，通过将电信号应用至所述第一焦点可调透镜(10)来调节所述第一焦点可调透镜(10)的焦距，使得穿越所述光路(P)的光(L)聚焦在所述图像传感器(30)上。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统(1)还包括第二焦点可调透镜(40)，其中所述第二焦点可调透镜(40)被布置在所述光路(P)中，并且其中所述第二焦点可调透镜(40)被配置为与所述第一焦点可调透镜(10)一同运行，以将穿越所述光路(P)的光(L)聚焦在所述图像传感器(30)上。3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一焦点可调透镜(10)和/或所述第二焦点可调透镜(40)各自包括以下被配置为调节相应的焦距的部件中的一个：致动器装置(3)、静电致动器装置、电磁致动器装置、磁致伸缩致动器装置、压电致动器装置、压电马达、步进马达、电活性聚合物致动器装置。4.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一焦点可调透镜(10)包括布置在所述光路(P)中的透镜本体(11)，用于折射穿过所述透镜本体(11)的光(L)，其中所述透镜本体(11)包括布置在所述光路(P)中的至少一个表面(11a)，所述至少一个表面(11a)被配置为改变其形状，特别地，从凹形改变为凸形，或者反之亦然。5.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第二焦点可调透镜(40)包括布置在所述光路(P)中的透镜本体(41)，用于折射穿过所述透镜本体(41)的光(L)，其中所述透镜本体(41)包括布置在所述光路(P)中的至少一个表面(41a)，所述至少一个表面(41a)被配置为改变其形状，特别地，从凸形改变为凹形，或者反之亦然。6.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统(1)还包括布置在所述光路(P)中的至少一个第一校正透镜(20)，所述至少一个第一校正透镜(20)是非可调的，并且包括相对于所述图像传感器(30)的固定位置，并且由刚性材料制成，优选地，由具有固定折射率的材料制成，并且其中所述至少一个第一校正透镜(20)被配置为校正单色像差、球面像差或多色像差中的一个。7.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统(1)还包括布置在所述光路(P)中的第二校正透镜(50)，所述第二校...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼努埃尔·阿施万登，
申请(专利权)人：奥普托图尼康苏默尔股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH