[發(fā)明專利]透鏡系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410663141.1
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN104317052B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)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: 奧普圖恩科技股份公司
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B3/14;H04N5/225;H04N5/232
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權代理有限公司11127
• 代理人: 李輝,呂俊剛

本申請是原案申請?zhí)枮?01080020812.2的發(fā)明專利申請(國際申請?zhí)枺篜CT/EP2010/053025，申請日；2010年3月10日，發(fā)明名稱：透鏡系統(tǒng))的分案申請。

根據(jù)35U.S.C.§119(e)，本發(fā)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(yōu)先權，并在此全文引入作為參考。

技術領域

本發(fā)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(tǒng)。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(tǒng)后加入單獨的聚焦透鏡，就創(chuàng)建了齊焦透鏡(parfocal lens)。在傳統(tǒng)的變焦鏡頭系統(tǒng)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(tǒng)有時應用于目前的光學系統(tǒng)中。可變焦距系統(tǒng)不是基于將一個光束直徑的平行光轉變?yōu)榱硪粋€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(fā)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(tǒng)的變焦鏡頭都體積大、價格昂貴、容易出現(xiàn)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(yī)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(tǒng)中出現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng))，或者因為不具備足夠調節(jié)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(chǎn)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(tǒng)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。

發(fā)明內容

變焦透鏡提供了可形變的透鏡，克服了傳統(tǒng)變焦透鏡和使用可形變透鏡的傳統(tǒng)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(jié)，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(jié)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(fā)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(xiàn)，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。

該透鏡還可包括一個靜態(tài)發(fā)散透鏡，其曲率半徑提供了傳感器上的圖像的足夠放大。例如，半徑可大約為1.5毫米，從而提供很強的負聚焦能力。該透鏡進一步包括第二可形變透鏡，第二可形變透鏡由具有可形變部分的膜和填充材料構成，并充當變焦元件將來自不同場角的光線轉變?yōu)閭鞲衅魃系南Ｍ麍D像尺寸。此外，該透鏡包括傳感器(比如傳感器芯片)，其感測由光學系統(tǒng)形成的像。通過這樣的配置，該透鏡表現(xiàn)出了可形變透鏡的特性并且具有很寬的調節(jié)范圍。此外，該透鏡遵循光學系統(tǒng)的變焦距工作原理，而不是無焦點/齊焦點工作原理(也就是，第二可形變透鏡充當直接將光線聚焦到傳感器芯片上的聚焦元件)。

在其他實施方式中，變焦透鏡包括用來校正單個透鏡或者整個光學系統(tǒng)的單色像差的透鏡元件或者一個或更多個相位板。在一些實施例中，消色差元件被放置在第二可形變透鏡的前面或者后面以校正色差。在另一些實施例中，場補償致平透鏡被放置在第二可形變透鏡后面以校正光學系統(tǒng)的場曲。