[發明專利]透鏡系統

有效

• 申請號: 201080020812.2
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN102439489A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: M·布勒;C·格萊茲爾;D·內德爾;M·阿希萬登
• 申請（專利權）人: 奧普圖恩公司
• 主分類號: G02B3/14
• 分類號: G02B3/14;H04N5/232;G02B9/24;G02B15/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;呂俊剛

根據35U.S.C.§119(e)，本發明享有2009年3月13日提交的No.61/160,012的題為“Zoom?Lens?System?and?Method”的美國臨時申請的優先權，并在此全文引入作為參考。

技術領域

本發明涉及透鏡以及操作透鏡的方法。

背景技術

目前存在運用不同工作原理的多種形式的光學系統。例如，無焦透鏡(afocal?lens)不具備聚焦能力并且將一個光束直徑的平行光轉換為另一個直徑的平行光。通過在無焦系統后加入單獨的聚焦透鏡，就創建了齊焦透鏡(parfocal?lens)。在傳統的變焦鏡頭系統中，僅需前后移動無焦部分的透鏡元件就能獲得變焦效果，同時保持聚焦鏡頭靜止。因此，當變焦倍率/焦距長度改變時，齊焦透鏡保持對焦(in?focus)。

在另一種方法中，可變焦距透鏡系統有時應用于目前的光學系統中。可變焦距系統不是基于將一個光束直徑的平行光轉變為另一個光束直徑的平行光。而是第一可軸向移動的聚焦透鏡使光朝著第二或者第三透鏡(是聚焦透鏡)匯聚或者發散。為了在像平面總是獲得清晰的像，聚焦透鏡不能保持靜止，必須是軸向可移動的或者焦距可調的。因此，當放大率/焦距長度改變時，可變焦距透鏡調整最終聚焦透鏡的位置或者形狀。

無論使用哪種方法，傳統的變焦鏡頭都體積大、價格昂貴、容易出現材料磨損，因為多個光學元件不得不通過使用電動的平動臺(translation?stage)相對于其他元件作軸向移動。由于這種透鏡的工作原理和操作，對它們進行小型化從而用在在手機、醫療內窺鏡或空間狹小的其他設備中的潛力是有限的。

為了克服以前系統中出現的上述缺陷，將使用焦距可調透鏡來取代軸向移動的、固定的不可形變的透鏡。在這些以前的系統中，透鏡的形狀被改變，以改變焦距長度等透鏡的光學性質。

不幸的是，這些以前的方法仍然有一些缺點。更具體地說，由于所選的變焦原理(比如無焦點/齊焦點系統)，或者因為不具備足夠調節范圍的可形變透鏡(比如電潤濕透鏡或者液晶透鏡)的構成或工作原理，這些方法在充分減小軸向長度同時在傳感器上產生高變焦因子以及充分大的圖像尺寸的潛力是有限的。因此，這些以前系統中的缺點限制了它們的應用，并且采用這些以前的方法也不能讓用戶滿意。

附圖說明

為了更好地理解本發明，參考以下詳細描述和附圖，其中：

圖1A和1B包括根據本發明原理的透鏡系統的圖；

圖2A和2B包括根據本發明原理的變焦透鏡系統的框圖；

圖3包括根據本發明原理的透鏡系統的圖；

圖4A、4B、4C和4D是根據本發明多種實施方式的透鏡系統的圖；

圖5A、5B、5C和5D包括根據本發明多種實施方式的透鏡系統的圖；

圖6A和6B包括根據本發明多種實施方式的透鏡系統的圖；

圖7A、7B、7C、7D、7E和7F包括根據本發明多種實施方式的透鏡系統的圖；

圖8A和8B包括根據本發明多種實施方式的透鏡系統的圖；

圖9包括根據本發明多種實施方式的透鏡系統的圖。

在一些具有相同或者相似元件的相關附圖中，為清楚起見，沒有標出一些元件。本領域技術人員會理解這些簡化了的附圖中的元件。還應理解，一些操作和/或步驟可描述或描繪為按照特定的順序發生，同時本領域技術人員實際上并不需要知道順序也會理解這種特殊性。還應理解，這里使用的詞語和表達方式具有通常的意義，與相關領域的詞匯的表達方式是一致的，除非在本文中提前說明了具有特殊的含義。

發明內容

變焦透鏡提供了可形變的透鏡，克服了傳統變焦透鏡和使用可形變透鏡的傳統方法中的缺點。這里的可形變透鏡，舉幾個例子，至少部分地由一個元件來調節，比如靜電致動器、電磁致動器、壓電致動器、磁致伸縮致動器、步進電機或電活性聚合物致動器，這些元件可以提供更大的焦距調節范圍。此外，本文給出的變焦透鏡采用了變焦距操作原理，而不是無焦點/齊焦點原理。在本發明的一個實施例中，使用單個焦距可調透鏡作為單個自動聚焦元件。

在許多實施方式中，包括第一可形變透鏡的緊湊型變焦透鏡由具有可形變部分的膜和填充材料構成。在這些方法中，形變至少部分地通過元件來實現，比如，靜電致動器、電磁致動器、磁致伸縮致動器、壓電電機、步進電機和電活性聚合物致動器。