变焦透镜制造技术

一种微镜阵列透镜，其由多个具有一个旋转自由度和一个平移自由度的微镜及致动零件组成。作为反射变焦（距）透镜，微镜的阵列使得由物体的一点所散射的所有光线具有相同周期相位并且会聚于像平面的一点。作为用于透镜的操作方法，所述致动零件静电地和／或电磁地控制微镜的位置。通过在微镜下设置机械结构可增加该微镜阵列透镜的光学效率，其中机械结构支持微镜和致动零件。已知的半导体微电子技术可消除因电极垫和电线所引起的有效反射区损失。通过独立控制各个微镜，透镜可校正像差。通过已知的半导体微电子技术可独立控制各个微镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种变焦(距)透镜，其包括具有一个旋转自由度(degree of freedom rotation)以及一个平移自由度(degree offreedom translation)的微镜。
技术介绍
最为广泛使用的传统变焦距透镜系统为使用二个折射透镜的系统。其具有复杂的驱动机制以控制二个折射透镜的相对位置和缓慢的反应时间(响应时间，response time)。可替换地，制造变焦透镜。变焦透镜可通过改变透镜形状(如同人类眼睛一样)而制成；这个方法已用于由各向同性液体制成的透镜。其它透镜则用电变焦折射率媒介制成，以产生传统透镜或借助于电压梯度的梯度折射率透镜(gradient index lens)。电变焦折射率使得透镜焦距为电压所控制。在这一类透镜中，最先进的变焦透镜是液晶变焦透镜，这具有复杂的机制来控制焦距。其焦距可通过调节折射率来改变。不幸地，其通常具有缓慢的反应时间(以数百毫秒级计)。即使最快反应的液晶透镜也需数十毫秒的反应时间，而其具有较小的焦距变化和较低的聚焦效率。为了解决传统焦距透镜的缺点，提出了快速反应的微镜阵列透镜。快速反应的微镜阵列透镜描述在J.Boyd and G.Gho，2003，‘Fast-response Variable Focusing Micromirror Array Lens’，Proceeding of SPIE Vol.5055278-286中。该文献以引用的方式全部并入本文中作为参考。微镜阵列透镜主要由多个微镜和致动零件组成，并且使用较液晶变焦透镜更为简单的机制来控制聚焦系统。微镜阵列透镜的焦距会因各个微镜的位移(移动，displacement)而改变。然而，该文献仅描述关于设计和控制的基本概念。本专利技术改善了微镜阵列透镜的设计和控制。本专利技术也加强了透镜的优点和适用性。
技术实现思路
本专利技术希望解决传统变焦透镜的缺点。本专利技术的目的是，改善微镜阵列透镜的设计和控制。本专利技术强化了透镜的优点和适用性。传统的微镜阵列透镜描述在J.Boyd and G.Gho，2003，‘Fast-response Variable Focusing Micromirror Array Lens’，Proceeding of SPIE Vol.5055278-286中。本专利技术用作变焦透镜，并且由多个微镜和多个致动零件(制动元件，actuating component)组成，其中微镜用来反射光线，而致动零件用来控制微镜的位置。各个微镜的功能与镜子相同。因此，微镜的反射面由金属、金属化合物、多层介电材料、或其它具有高反射性的材料制成。许多已知的微型制造工艺(microfabrication process)可使微镜表面具有较高的反射性。通过使由物体的一点散射的所有光线具有相同相位(periodical phase)并且聚焦于像平面(image plane)的一点，该微镜阵列用作反射变焦透镜。为了达到这个目的，微镜能通过致动零件进行静电地和/或电磁地控制，以移到所需要的位置。通过控制各个微镜的平移与旋转可改变焦距。通过微镜的极阵列可形成微镜阵列透镜。为了形成极阵列，各个微镜的形状为扇形，以增加有效反射区，以便增强光效率。使用具有曲率的微镜可降低微镜阵列透镜的像差。可通过在微镜下设置机械结构而改善微镜阵列透镜的光效率以增加有效反射区(反射面积，reflective area)，其中机械结构支持微镜和致动零件。操作微镜的电路可用已知的半导体微电子技术(如MOS和CMOS)取代。在微镜阵列下使用(施加)微电子电路，通过移去用于电极垫和电线的必须区域可增加有效反射区。透镜可通过独立控制各个微镜而校正像差，像差的产生原因是，因物体与其图像之间的介质的光学影响或透镜系统的缺陷所造成，后者使得其图像会不遵守傍轴成像(paraxial imagery)的原理(规则)。各个微镜的独立控制也可通过用已知的MOS或CMOS技术来取代进行控制所需的电路、以及使用已知微型制造方法在微镜下制造电路来完成。为了达到本专利技术的目的，本专利技术特别提供了一种变焦透镜，其包括多个具有一个旋转自由度和一个平移自由度的微镜。通过使用半导体微电子技术可在微镜下构建控制电路系统。将所有的微镜排列于一个平面(flat plane)，并将微镜排列成至少一个(一个或多个)同心圆以形成透镜。各个同心圆上的微镜可通过与该同心圆对应的至少一个电极加以控制。通过相同电极控制具有相同位移(移动，displacement)的微镜。微镜的形状为扇形。微镜的反射面基本上是平的。可替换地，微镜的反射面具有曲率。微镜的曲率是可控制的。可通过电热力(electrothermal force)或静电力(electrostatic force)来控制微镜的曲率。在微镜下设置可支持微镜和致动零件的机械结构。微镜可独立地被控制。该透镜是调适(适应性，adaptive)的光学零件，并且该透镜补偿因物体和其图像之间的介质所造成的光线相位误差、校正像差、校正成像系统的缺陷，其造成图像不遵守傍轴成像规则；或不需肉眼可见的机械运动，即可通过透镜使不位于光学轴上的物体成像。控制透镜以分别满足用于红光、绿光、和蓝光(RGB)各自波长的相同相位条件(same phase condition)，以获得彩色图像。可替换地，控制透镜以满足用于红光、绿光、和蓝光(RGB)中一种波长的相同相位条件，以获得彩色图像。可替换地，通过将红光、绿光、和蓝光的最小公倍数波长用作用于相位条件的有效波长而满足用于彩色成像的相同相位条件。微镜的形状可以是矩形，以及方形等。通过静电力和/或电磁力可致动微镜。微镜的表面材料是具有高反射性的材料。微镜的表面材料包括金属、以及金属化合物等。同样，微镜的表面可用多层介电材料制成。本专利技术的优点是(1)因为各个微镜的重量很轻，所以微镜阵列透镜的反应时间很快；(2)因为可通过增加微镜的最大旋转角度而实现较大数值的孔径(光圈，aperture)变化，因而透镜的焦距变化较大；(3)透镜的光学聚焦效率很高；(4)透镜具有大尺寸孔径同时不失去其光学性能。因为微镜阵列透镜由分离的微镜组成，所以透镜尺寸的增加并不会产生因透镜形状误差所造成的像差的增加；(5)因为大量生产的优点，因此透镜的成本低廉；(6)该透镜可校正像差；(7)该透镜使聚焦系统更为简单。虽然本专利技术仅作简要概述，然而仍可通过附图、详细叙述及其所附权利要求书来完整了解本专利技术。附图说明本专利技术的各种特征、观点和优点可由参照后面的附图所示而更加了解，其中图1的示意图示出了微镜阵列透镜的侧剖面。图2的平面示意图示出了由多个微镜和致动零件所制成的微镜阵列透镜的一种结构。图3的示意图示出了微镜阵列透镜如何用作透镜。图4的示意图示出了包括矩形微镜的圆柱状透镜。具体实施例方式图1图示描述了微镜阵列透镜11的原理。制成理想的透镜有二个条件。第一为会聚条件(converging condition)，即由物体的一点所散射的所有光线应会聚于像平面的一点。第二为相同相位条件(same phase condition)，即所有会聚光线在像平面上应具有相同相位。为了满足理想透镜条件，将传统反射透镜12的表面形状形成为这样的形状使物体的一点所散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变焦透镜，包括多个具有一个旋转自由度和一个平移自由度的微镜，其中所述微镜的反射表面用具有高反射率的材料如金属、金属化合物、多层介电涂层或其它的高反射性材料制成，其中所述微镜的所述一个旋转自由度和一个平移自由度被控制，以改变所述透镜的焦距和满足用于光线的相同相位条件，其中所述透镜是折射性（菲涅耳）透镜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰县，白祥铉，
申请(专利权)人：立体播放有限公司，埃斯壮有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]