專利名稱：光學(xué)成像透鏡系統(tǒng)的制作方法
光學(xué)成像透鏡系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的實(shí)施例涉及光學(xué)成像透鏡系統(tǒng)及其安裝構(gòu)造和制造方法。
技術(shù)背景
通常類型的可變焦系統(tǒng)包括多個(gè)固體透鏡，其中可以調(diào)節(jié)兩個(gè)或更多個(gè)透鏡之間 的相對(duì)距離以改變透鏡系統(tǒng)的焦距。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于相對(duì)較大的形狀因子，該相對(duì)較 大的形狀因子限制了包含有可變焦系統(tǒng)的裝置的尺寸。
隨著對(duì)小型化裝置的需求日益增加，期望具有更小的形狀因子和改進(jìn)的性能的光 學(xué)系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及光學(xué)成像透鏡系統(tǒng)，系統(tǒng)具有配置成將源自布置在不同距離 處的目標(biāo)的光線同時(shí)地聚焦在與透鏡組件保持固定距離的第一焦平面上的透鏡組件。目標(biāo) 可以布置在離透鏡組件近的距離處或者接近無(wú)窮遠(yuǎn)的距離處。為了這個(gè)目的，透鏡組件具 有至少一種非均勻光學(xué)特性。
可以設(shè)想不同的構(gòu)造來(lái)在透鏡組件中實(shí)現(xiàn)至少一種非均勻光學(xué)特性。在一個(gè)實(shí)施 例中，至少一個(gè)透鏡可以具有至少一種漸變光學(xué)特性，即漸變透鏡。在另外的實(shí)施例中，至 少一些透鏡具有在每一個(gè)透鏡中基本上均勻的光學(xué)特性，即非漸變透鏡；至少兩個(gè)透鏡具 有至少一種不同的光學(xué)特性。在特定的實(shí)施例中，至少一些透鏡可以沿不同的方向布置。
在特定的實(shí)施例中，可以設(shè)置定位結(jié)構(gòu)來(lái)支撐這些透鏡。在特定的實(shí)施例中，可以 采用合適的致動(dòng)器(如壓電致動(dòng)器)與本發(fā)明的實(shí)施例配合使用以執(zhí)行變焦或聚焦功能。
本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)于提供能夠?qū)⒃醋圆贾迷诓煌嚯x處的目標(biāo)的光線同時(shí)地聚 焦在與離透鏡組件間保持固定距離的第一焦平面上的光學(xué)成像透鏡系統(tǒng)特別有利。因此， 本發(fā)明的實(shí)施例使得成像裝置具有小且緊湊的形狀因子，同時(shí)還提供良好的聚焦以及在一 些應(yīng)用中的變焦功能。


圖IA示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有包括兩個(gè)透鏡的透鏡組件的光學(xué)系統(tǒng)。
圖IB示出與在設(shè)置在像平面的圖像傳感器配合使用的圖IA的實(shí)施例。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有包括多于兩個(gè)透鏡的透鏡組件的光學(xué) 系統(tǒng)。
圖3示出具有包括多個(gè)透鏡的透鏡組件的光學(xué)系統(tǒng)，其中至少一些透鏡沿不同的 方向設(shè)置。
圖4示出具有包括形成在透鏡中的微小缺陷的透鏡組件的光學(xué)系統(tǒng)。
圖5示出具有其中的一個(gè)透鏡與定位結(jié)構(gòu)形成為一體的透鏡組件的光學(xué)系統(tǒng)。
圖6示出一種具有其中的一個(gè)透鏡在裝配位置與定位結(jié)構(gòu)形成為一體的透鏡組 件的光學(xué)系統(tǒng)。
圖7A是壓電致動(dòng)器的側(cè)向截面圖。
圖7B是圖7A中的壓電致動(dòng)器的俯視或仰視圖。
圖7C示出由控制電路產(chǎn)生的輸出電壓圖的示例性曲線。
圖8A和8B分別示出與圖IA和圖3的實(shí)施例配合使用的壓電致動(dòng)器。
圖9A至9C示出適合用作眼睛植入物或處方眼鏡的光學(xué)系統(tǒng)的示例。
具體實(shí)施方式
在接下來(lái)的描述中，闡明了大量的特定細(xì)節(jié)以便透徹地理解本發(fā)明的各種示例性 實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不需要一些或所有的這些特定細(xì)節(jié)的情況 下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。在其它示例中，沒(méi)有詳細(xì)描述眾所周知的工藝操作以不對(duì)所說(shuō)明 的實(shí)施例的相關(guān)方面產(chǎn)生不必要的混淆。在圖中，類似的附圖標(biāo)記表示貫穿在這些圖中的 相同或相似的功能或特征。應(yīng)認(rèn)識(shí)到圖IA-圖1B、圖2-圖6、圖8A-圖8B和圖9A-圖9C 是從與各自的光學(xué)系統(tǒng)的光軸平行的平面上截取的截面圖。
本發(fā)明的實(shí)施例(例如但不限于在圖IA-圖1B、圖2-圖6、圖8A-圖8B和圖9A-圖 9C中示出的)包括透鏡組件，該透鏡組件包括以并置排列的方式布置的多個(gè)透鏡。透鏡可 以是透明基質(zhì)，包括但不限于例如玻璃、環(huán)氧樹脂、聚合物、單體、塑料、適合的光學(xué)材料、光 學(xué)活性物質(zhì)或者是這些材料的組合。形成透鏡的每一種材料可以是可變形的或不可變形 的、彈性的或彈性體的、可壓縮的或/不可壓縮的、或者是非彈性的或固定的。在成品中，至 少一個(gè)透鏡可以是固態(tài)的、或者是柔性形狀的、或者是柔性態(tài)的、或者是液態(tài)的、或者是流 動(dòng)態(tài)的、或者是流動(dòng)形態(tài)的。在透鏡組件的制造期間，可以以氣態(tài)、固態(tài)、或液態(tài)，或者以柔 性形狀來(lái)提供透鏡?？梢圆捎枚喾N方法來(lái)提供并置排列的多個(gè)透鏡，這些方法包括但不限 于對(duì)分離的透鏡基質(zhì)層進(jìn)行耦合、從單透鏡基質(zhì)生長(zhǎng)透鏡基質(zhì)層。
該光學(xué)系統(tǒng)的透鏡組件可進(jìn)行動(dòng)作以將源自不同距離的光線同時(shí)地聚焦在第一 焦平面上。更具體地，可以將源自近距離(如至少幾個(gè)毫米)處的目標(biāo)的平行的、會(huì)聚的或 發(fā)散的光線，以及來(lái)自遠(yuǎn)物或近無(wú)窮遠(yuǎn)距離處的目標(biāo)的平行的或接近平行的光線同時(shí)地聚 焦在第一焦平面上，同時(shí)將聚焦質(zhì)量保持在可接受的容許限度內(nèi)。在特定的實(shí)施例中，第二 焦平面(在其上可以形成近物圖像)和第三焦平面(在其上可以形成遠(yuǎn)物圖像)之間的分 隔距離應(yīng)當(dāng)具有可接受的容許限度，例如至多約士300微米、至少約士300微米。不論光學(xué) 系統(tǒng)是對(duì)近距離處的目標(biāo)、或是對(duì)近無(wú)窮遠(yuǎn)距離處的目標(biāo)、或是對(duì)兩者都聚焦時(shí)，第一焦平 面均可以適當(dāng)?shù)乇３峙c透鏡組件間的固定的距離。因此，當(dāng)對(duì)不同距離處的目標(biāo)聚焦時(shí)，光 學(xué)系統(tǒng)不需要改變透鏡組件與第一焦平面或像平面之間的相對(duì)距離，其中，目標(biāo)的圖像聚 焦在第一焦平面或像平面上以待由圖像傳感器捕捉所聚焦的圖像。換言之，用于形成所捕 捉的布置在不同距離處(包括近距離處和近無(wú)窮遠(yuǎn)距離處)的圖像的第一焦平面相對(duì)于透 鏡組件是固定的。由于當(dāng)進(jìn)行聚焦功能時(shí)不需要透鏡之間的相對(duì)移動(dòng)，因此光學(xué)系統(tǒng)需要 較小的空間和較少的功率?？梢詫⑾衿矫孀鳛閳D像傳感器的一部分提供，圖像傳感器可以 是例如但不限于電荷耦合器件(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CM0Q有源像素傳感器和攝影 膠片。
可以通過(guò)使在透鏡組件中具有至少一種非均勻光學(xué)特性，來(lái)在不調(diào)節(jié)第一焦平面 和透鏡組件之間的相對(duì)距離的情況下實(shí)現(xiàn)近距離處的目標(biāo)和近無(wú)窮遠(yuǎn)距離處的目標(biāo)的同 時(shí)聚焦。為此可以采用多種結(jié)構(gòu)，下文中對(duì)其中一些方式進(jìn)行了說(shuō)明。在一個(gè)實(shí)施例中，至 少一個(gè)透鏡可以具有至少一種漸變光學(xué)特性(還稱為漸變透鏡)，其中根據(jù)預(yù)設(shè)的或非預(yù) 設(shè)的曲線，透鏡的至少一種光學(xué)特性逐漸地或突然地變化?？梢酝ㄟ^(guò)控制透鏡材料的雜質(zhì) 成分，或控制透鏡制造過(guò)程中的溫度曲線或生長(zhǎng)環(huán)境曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)漸變。在另外的實(shí)施例中， 至少一些透鏡的每一個(gè)透鏡中具有大致均勻的光學(xué)特性(也稱為非漸變透鏡)，至少兩個(gè) 透鏡可以具有至少一種不同的光學(xué)特性。在又一個(gè)實(shí)施例中，透鏡組件可以包括漸變透鏡 和非漸變透鏡這兩者。在特定實(shí)施例中，至少兩個(gè)透鏡可以沿不同的方向排列。上述的在 透鏡組件中實(shí)現(xiàn)至少一種非均勻光學(xué)特性的結(jié)構(gòu)以及其它未說(shuō)明的結(jié)構(gòu)通?？梢詰?yīng)用于 本發(fā)明的實(shí)施例，因此在接下來(lái)的關(guān)于每個(gè)實(shí)施例的段落中將不作重復(fù)說(shuō)明。
在本公開中，術(shù)語(yǔ)“光學(xué)特性”包括但不限于折射率、透光系數(shù)、吸收系數(shù)、色散本 領(lǐng)、偏振、拉伸性能、阿貝數(shù)、焦距、屈光力、反射性能、折射性能、光斑大小、分辨率、調(diào)制傳 遞函數(shù)(MTF)、失真和衍射性能。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以提供定位結(jié)構(gòu)以支撐透鏡。在其它特定的實(shí)施例 中，可以不要求定位結(jié)構(gòu)。取決于光學(xué)系統(tǒng)預(yù)期的應(yīng)用，定位結(jié)構(gòu)可以包括耐熱材料，耐熱 材料包括但不限于液晶塑料、黑液晶塑料、環(huán)氧樹脂、聚合物和單體。液晶塑料可以包括玻 璃纖維或釉料。如果需要，定位結(jié)構(gòu)可以包括便于將光學(xué)系統(tǒng)裝配或安裝到外部機(jī)構(gòu)或裝 置的螺紋。定位結(jié)構(gòu)可由透明或不透明(不透光)的材料形成。如果使用耐熱材料，則光 學(xué)系統(tǒng)可以在高溫環(huán)境中(如回流換熱爐中)使用。
圖IA示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)100包括透鏡組件110， 透鏡組件110包括第一透鏡IlOa和與第一透鏡IlOa并置的第二透鏡110b。可以提供定位 結(jié)構(gòu)120(定位結(jié)構(gòu)120如圖所示，但不限于這種結(jié)構(gòu))來(lái)支撐透鏡110a、110b。可以在定 位結(jié)構(gòu)120上設(shè)置螺紋以便于將光學(xué)系統(tǒng)100裝配或安裝到外部機(jī)構(gòu)或裝置上。
圖IB示出與設(shè)置在成像裝置中的像平面配合使用的圖IA的實(shí)施例。如圖IB所 示，可以將來(lái)自近物平行的、會(huì)聚的或發(fā)散的光線，以及來(lái)自近無(wú)窮遠(yuǎn)距離處目標(biāo)的平行的 或接近平行的光線同時(shí)地聚焦在第一焦平面或像平面130上，該第一焦平面或像平面130 可以保持與透鏡組件110間的固定的距離。
圖2示出具有透鏡組件210的光學(xué)系統(tǒng)200，光學(xué)組件210包括多個(gè)透鏡210a、 210b、210c、210d、210e、210f、210g。可以在定位結(jié)構(gòu)220上設(shè)置螺紋以便于將光學(xué)系統(tǒng)200 裝配或安裝到外部機(jī)構(gòu)或裝置上。盡管圖2示出了由七個(gè)透鏡形成的透鏡組件，但應(yīng)當(dāng)認(rèn) 識(shí)到，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以設(shè)想在透鏡組件中具有其它數(shù)量的(即至少為兩個(gè)) 透鏡。
圖3示出具有透鏡組件310的光學(xué)系統(tǒng)300，透鏡組件310包括多個(gè)透鏡，其中至 少一些透鏡沿不同的方向并置?？梢栽诙ㄎ唤Y(jié)構(gòu)320上設(shè)置螺紋以便于將光學(xué)系統(tǒng)300裝 配或安裝到外部機(jī)構(gòu)或裝置上。盡管圖3示出的透鏡組件由在特定方向上排列的多個(gè)透鏡 形成，但在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以設(shè)想其它的方向以及方向的組合。
圖4示出具有透鏡組件410的光學(xué)系統(tǒng)400，其中透鏡410a、410b、410c、410d、 410e、410f、410g中的至少一個(gè)透鏡包括形成在透鏡410a_410g的至少一個(gè)中的多個(gè)微缺陷440?？商孢x地，缺陷可以形成在相鄰?fù)哥R之間的界面處。微缺陷的適當(dāng)?shù)氖纠ǖ?不限于凹坑、雜質(zhì)以及表面起伏。該透鏡組件410可進(jìn)行動(dòng)作以增加或最大化形成在缺陷 440之間的對(duì)比度，從而執(zhí)行自動(dòng)聚焦功能。
圖5示出具有透鏡組件510的光學(xué)系統(tǒng)500，其中透鏡510a、510b、510c、510d、 510e、510f、510g中的一個(gè)或居中的一個(gè)與定位結(jié)構(gòu)520形成為一體。在該示例中，定位結(jié) 構(gòu)520可以包括透明材料?？梢詫⒉煌腹獠牧?22施用于(通過(guò)例如但不限于涂覆或外膜 成型)定位結(jié)構(gòu)520的至少一部分上以阻擋來(lái)自特定方向的光線進(jìn)入透鏡組件510。
圖6示出具有透鏡組件610的光學(xué)系統(tǒng)600，其中的一個(gè)或居中的一個(gè)透鏡的與定 位結(jié)構(gòu)620形成為一體。在該示例中，定位結(jié)構(gòu)620可以包括不透光的或透明的材料?？?以使用螺紋旋進(jìn)或其它適當(dāng)?shù)姆绞綄⒐鈱W(xué)系統(tǒng)600安裝或接合至外部裝置650上。透明蓋 652可以布置在靠近透鏡組件610的一個(gè)端部以將光線接收至透鏡組件610中?？梢詫⒉?透光材料6M施用于(通過(guò)例如但不限于涂覆或外膜成型)蓋652的至少一部分來(lái)限定孔 656，通過(guò)孔656的光線可以進(jìn)入透鏡組件610?？梢詫⑾衿矫?30設(shè)置在與透鏡組件610 間的距離適當(dāng)?shù)奈恢锰帲蛘咴O(shè)置在透鏡組件610的第一焦平面上以捕捉聚焦的圖像。
圖IA-圖1B、圖2-圖6的實(shí)施例可以與至少一個(gè)壓電致動(dòng)器配合使用以實(shí)現(xiàn)變焦 和/或聚焦功能。圖7A是壓電致動(dòng)器700的側(cè)向截面圖，壓電致動(dòng)器700可以包括布置或 接合至致動(dòng)基材720(如金屬、聚合物、非金屬和半導(dǎo)體材料)的各相對(duì)的面上的壓電材料 710，致動(dòng)基材720可以接合至透鏡組件的最外層或居中層。當(dāng)經(jīng)由控制電路740將電壓施 加至壓電致動(dòng)器700時(shí)，為了使致動(dòng)基材720達(dá)到最大形變，可以對(duì)布置在致動(dòng)基材720的 相對(duì)面上的壓電材料710進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)極化，以使壓電材料710具有相反的極性。圖7B是 圖7A的壓電致動(dòng)器700的俯視或仰視圖。在圖7B中，致動(dòng)基材720具有開口，以限定通向 布置在其中的透鏡組件的孔。壓電材料710和孔可以設(shè)置為橢圓形、圓形、矩形或任何其它 合適的形狀。
接合至致動(dòng)基材720相對(duì)的面上的壓電材料710可以與適當(dāng)?shù)目刂齐娐?40電連 接，以在致動(dòng)器700被啟動(dòng)時(shí)，在致動(dòng)基材720上產(chǎn)生變形，或者壓縮力和/或解壓力。圖 7C示出控制電路740產(chǎn)生的輸出電壓圖形的示例性曲線。輸出電壓圖形相對(duì)于具有固定極 性的輸入電壓是交變或切換的。更具體地，控制電路配置成響應(yīng)于極性固定的可變輸入而 產(chǎn)生極性交替改變的可變輸出。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以提供直線、曲線、正弦波、方波、三角波、脈 沖波或任何其它表現(xiàn)出極性變化的波形或圖形。
可以從圖像傳感器或自動(dòng)聚焦驅(qū)動(dòng)電路接收控制電路740的輸入電壓。控制電路 740的輸出電壓可以施加至壓電材料(壓電致動(dòng)器)以使致動(dòng)器主體變形來(lái)產(chǎn)生施加至透 鏡上的壓縮力或解壓力。當(dāng)壓電致動(dòng)器700被啟動(dòng)時(shí)，壓電致動(dòng)器700在透鏡上或與透鏡 連接的基質(zhì)層上施壓縮力或解壓力以使透鏡的光學(xué)特性和透鏡的物理特性中的至少一個(gè) 發(fā)生改變。作為物理特性和光學(xué)特性中的至少一個(gè)發(fā)生改變的結(jié)果，透鏡可以變形或者不 變形。在此描述中，術(shù)語(yǔ)“物理特性”包括但不限于質(zhì)量、形狀、體積、密度、熱性質(zhì)、磁性質(zhì)、 硬度、能量轉(zhuǎn)換系數(shù)、長(zhǎng)度、寬度以及曲率半徑。
取決于所用的材料，透鏡組件的透鏡在壓電致動(dòng)器700的動(dòng)作下可以是可變形的 或不可變形的、和/或可壓縮的或不可壓縮的。更具體地，可通過(guò)壓電致動(dòng)器產(chǎn)生變形的 透鏡可以是可壓縮的或不可壓縮的；不可通過(guò)壓電致動(dòng)器產(chǎn)生變形的透鏡可以是可壓縮的或不可壓縮的。因此，通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)壓電致動(dòng)器，光學(xué)系統(tǒng)可進(jìn)行動(dòng)作以執(zhí)行變焦功 能。在此描述中，盡管使用壓電致動(dòng)器來(lái)使得能夠在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聚焦和/或變焦功能， 但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以在進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃偷那闆r下使用其它類型的致動(dòng)器(這些致動(dòng)器包括 但不限于音圈馬達(dá)、電磁致動(dòng)器、熱致動(dòng)器、雙金屬致動(dòng)器以及電潤(rùn)濕裝置)。
盡管以上段落和圖7C將控制電路740的輸入和輸出描述為電壓信號(hào)，但應(yīng)當(dāng)理 解，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃偷那闆r下，控制電路740的輸入和輸出可以是電流信號(hào)。
圖8A示出了與圖IA的實(shí)施例配合使用的壓電致動(dòng)器700。圖8B示出了與圖3的 實(shí)施例配合使用的兩個(gè)壓電致動(dòng)器700。類似地，壓電致動(dòng)器700可以用于圖2的實(shí)施例。 當(dāng)壓電致動(dòng)器700被啟動(dòng)時(shí)，壓電致動(dòng)器700對(duì)連接到其上的透鏡施加壓縮力或解壓力，以 通過(guò)使透鏡變形或通過(guò)改變?cè)撏哥R的物理特性來(lái)改變透鏡組件的至少一種光學(xué)特性?？梢?設(shè)置可拉伸材料824以適應(yīng)于透鏡組件中的任何變形。盡管圖8A和圖8B的示例使用了兩 個(gè)壓電致動(dòng)器，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到能夠使用一個(gè)壓電致動(dòng)器。另外，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃偷那闆r 下，還可以針對(duì)透鏡或基質(zhì)層設(shè)想出壓電致動(dòng)器的其它結(jié)構(gòu)或組合。
圖9A至圖9C示出適合用作人眼植入物從而使得不需要眼鏡或處方眼鏡的光學(xué)系 統(tǒng)的示例。在特定實(shí)施例中，圖9A至圖9C的透鏡構(gòu)造可以用在眼鏡或處方眼鏡上從而能 夠在不需要雙焦點(diǎn)透鏡的情況下進(jìn)行近處查看和遠(yuǎn)處查看。
圖9A示出具有透鏡組件910的光學(xué)系統(tǒng)的示例，在透鏡組件910中，以分層并置 排列的方式布置多個(gè)透鏡。透鏡包括透明材料?？梢圆捎蒙鲜龅母鞣N方法來(lái)在透鏡組件910 中實(shí)現(xiàn)至少一種非均勻光學(xué)特性。透鏡組件910可以在植入前是可變形的或彈性的。植入 后，透鏡組件910被眼肌擬6保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，透鏡組件910的形狀通常是固定的，或者 通過(guò)選擇合適的用于制造透鏡的材料而能夠被改變。適當(dāng)?shù)夭贾猛哥R組件910以使得在第 一焦平面930(即與透鏡組件保持固定距離的視神經(jīng)或視網(wǎng)膜)上形成聚焦的圖像。第一 焦平面930可以是也可以不是平坦表面。
圖9B示出具有由定位結(jié)構(gòu)920所支撐的七個(gè)透鏡形成的透鏡組件910的光學(xué)系 統(tǒng)的示例。透鏡包括透明材料，并且定位結(jié)構(gòu)可以是也可以不是透明的。
圖9C示出具有由定位結(jié)構(gòu)920所支撐的兩個(gè)透鏡形成的透鏡組件910的光學(xué)系 統(tǒng)的示例。透鏡包括透明材料，并且定位結(jié)構(gòu)可以是也可以不是透明的。
在圖IA-圖1B、圖2-圖6、圖8A-圖8B、圖9A-圖9C中示出的上述實(shí)施例和其它 沒(méi)有明確說(shuō)明的實(shí)施例中，透鏡組件可進(jìn)行動(dòng)作以將波長(zhǎng)在不可見(jiàn)波譜范圍內(nèi)的紅外線轉(zhuǎn) 換成波長(zhǎng)在可見(jiàn)波譜范圍內(nèi)的光線，以形成高質(zhì)量的圖像。更具體地，所形成的圖像是使用 來(lái)自目標(biāo)的光線及經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的光線(即從紅外線轉(zhuǎn)換來(lái)的光線)這兩者而形成的。
為圖示清楚起見(jiàn)，所示出的透鏡組件在相鄰的透鏡或基質(zhì)層或漸變層之間具有明 確界定的邊界。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，還可以不那么清晰地界定相鄰的透鏡或基質(zhì)層之間的邊界。具 體地，可以以漸進(jìn)的方式產(chǎn)生透鏡間光學(xué)特性的變化。
另外，漸變透鏡可以具有與由多個(gè)透鏡形成并具有至少一種不同光學(xué)特性的復(fù)合 透鏡相同的光學(xué)效果。理論上，多個(gè)透鏡中的每一個(gè)可以具有較小的厚度(例如，具有原子 層的厚度)，因此可以認(rèn)為漸變透鏡是由大量的或接近無(wú)窮多個(gè)的很薄的透鏡構(gòu)成的。
本發(fā)明的實(shí)施例可應(yīng)用于多種光學(xué)應(yīng)用，這些應(yīng)用包括但不限于條形碼閱讀器、 數(shù)字照相機(jī)、模擬照相機(jī)、移動(dòng)電話攝像頭、使用膠卷的照相機(jī)以及眼睛植入物。這些數(shù)字和模擬照相機(jī)可以用于下述的裝置和應(yīng)用中，這些裝置和應(yīng)用包括但不限于自動(dòng)照相機(jī)、 監(jiān)控照相機(jī)、遠(yuǎn)程控制照像機(jī)、遠(yuǎn)程控制裝置、移動(dòng)裝置照相機(jī)、膠囊內(nèi)窺鏡照像機(jī)、內(nèi)窺鏡 照像機(jī)、醫(yī)療應(yīng)用中使用的照像機(jī)、在望遠(yuǎn)鏡中使用的照像機(jī)、在空間應(yīng)用中使用的相機(jī)。
下面說(shuō)明如上述實(shí)施例中說(shuō)明的光學(xué)系統(tǒng)的制造方法?？梢酝ㄟ^(guò)例如，雙色模制 或模內(nèi)裝飾來(lái)分別模制定位結(jié)構(gòu)和第一透鏡。定位結(jié)構(gòu)或居中的透鏡可以是也可以不是首 先模制的。隨后，可以通過(guò)將第一透鏡和第二透鏡以并置排列的方式布置在定位結(jié)構(gòu)中來(lái) 形成具有非均勻光學(xué)特性的透鏡組件。適當(dāng)?shù)剡x擇透鏡的材料以使得第一和第二透鏡中的 至少一個(gè)具有漸變光學(xué)特性。另外，可替選地，第一和第二透鏡中的至少一個(gè)可以是非漸變 透鏡。上述方法是示例性的，應(yīng)當(dāng)理解，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃偷那闆r下可以使用其它的制造方 法。
在考慮本發(fā)明的說(shuō)明書和實(shí)踐的情況下，本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人 員而言變得明顯。此外，為了表述清楚的目的使用了特定的術(shù)語(yǔ)，但不是為了限制所公開的 實(shí)施例。上述的實(shí)施例和特征應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明由隨附的權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括透鏡組件，所述透鏡組件包括以并置排列方式布置的多個(gè)透鏡，所述透鏡組件具有至 少一種非均勻光學(xué)特性，其中所述透鏡組件能夠進(jìn)行動(dòng)作以將源自多個(gè)距離的多條光線同 時(shí)地聚焦在與所述透鏡組件保持固定距離的第一焦平面上。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少一個(gè)透鏡具有至少 一種漸變光學(xué)特性。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的具有至少一種漸變光學(xué) 特性的所述至少一個(gè)透鏡具有與由具有至少一種不同的光學(xué)特性的另外多個(gè)透鏡形成的 復(fù)合透鏡相同的光學(xué)效果。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少兩個(gè)透鏡具有至少 一種不同的光學(xué)特性，并且所述多個(gè)透鏡中的所述至少兩個(gè)透鏡是非漸變透鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡的所述至少兩個(gè)透鏡沿不同 的方向布置。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括支撐所述透鏡組件的定位結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位結(jié)構(gòu)和所述透鏡中的一個(gè)透鏡形 成為一體。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位結(jié)構(gòu)包括透明材料。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位結(jié)構(gòu)的至少一部分是不透光的。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位結(jié)構(gòu)包括耐熱材料。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述耐熱材料包括耐高溫的液晶塑料。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液晶塑料包括多種玻璃釉料和多種 玻璃纖維中的一種。
13.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡組件在回流換熱爐中使用。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括接合至所述多個(gè)透鏡中的一個(gè)透 鏡的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器用于改變所述一個(gè)透鏡的物理特性和光學(xué)特性的至少之一，以執(zhí) 行變焦功能和聚焦功能中的至少一個(gè)。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，作為改變物理特性和光學(xué)特性的至少之 一的結(jié)果，所述透鏡中的至少一個(gè)透鏡是不可變形的和可變形的其中之一。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少一個(gè)透鏡在所述 致動(dòng)器的作用下是不可變形的，并且所述多個(gè)透鏡中的所述至少一個(gè)透鏡是不可壓縮的透 鏡和可壓縮的透鏡中的一種。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少一個(gè)透鏡在致動(dòng) 器的作用下是可變形的，并且所述多個(gè)透鏡中的所述至少一個(gè)透鏡是不可壓縮的和可壓縮 的中的一種。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述物理特性是質(zhì)量、形狀、體積、密度、 熱性質(zhì)、磁性質(zhì)、硬度、能量轉(zhuǎn)換系數(shù)、長(zhǎng)度、寬度和曲率半徑中的一種。
19.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述致動(dòng)器包括安裝在致動(dòng)基材的多個(gè) 相對(duì)的面上的多種壓電材料，所述壓電材料和所述致動(dòng)基材具有穿過(guò)所述壓電材料和所述 致動(dòng)基材的開口，用于在其中布置所述透鏡組件，所述致動(dòng)器用于在所述致動(dòng)基材上施加壓縮力和解壓力中的一種。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述致動(dòng)器包括控制電路，所述控制電路 用于將電壓施加至接合在所述致動(dòng)基材上的壓電材料，所述控制電路被配置成響應(yīng)于極性 固定的可變輸入而產(chǎn)生極性交替改變的可變輸出。
21.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少一個(gè)透鏡包括多個(gè) 缺陷，所述透鏡組件能夠進(jìn)行動(dòng)作以增加形成在缺陷之間的圖像的對(duì)比度，從而執(zhí)行自動(dòng) 聚焦功能。
22.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡組件能夠進(jìn)行動(dòng)作以將紅外線轉(zhuǎn) 換成波長(zhǎng)在可見(jiàn)波譜范圍內(nèi)的經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的光線，從而將經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的光線聚焦在所述第一焦 平面上。
23.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少一個(gè)透鏡包括玻 璃、環(huán)氧樹脂、聚合物、單體、塑膠、光學(xué)材料以及光學(xué)活性材料中的一種。
24.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)特性是折射率、透光系數(shù)、吸收系 數(shù)、色散本領(lǐng)、偏振、拉伸性能、阿貝數(shù)、焦距、屈光力、反光性能、折射性能、光斑大小、分辨 率、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)、失真以及衍射性能中的一種。
25.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡組件布置在條形碼閱讀器、數(shù)字 照相機(jī)、模擬照相機(jī)以及紅外照相機(jī)中的其中之一中。
26.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)布置在眼睛植入物和處方眼鏡中 的其中之一中。
27.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少一個(gè)透鏡是固態(tài)的。
28.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡是固態(tài)的。
29.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)透鏡中的至少一個(gè)是柔性形狀、 柔性態(tài)、氣態(tài)、流動(dòng)態(tài)以及流動(dòng)狀中的一種。
30.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二焦平面和第三焦平面之間的分隔距離 具有至少大約士300微米的容許限度，其中，在所述第二焦平面上形成近物圖像，在所述第 三焦平面上形成遠(yuǎn)物圖像。
31.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二焦平面和第三焦平面之間的分隔距離 具有至多大約士300微米的容許限度，其中，在所述第二焦平面上形成近物圖像，在所述第 三焦平面上形成遠(yuǎn)物圖像。
32.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括透鏡組件，所述透鏡組件包括以并置排列方式布置的多個(gè)透鏡，所述透鏡中的至少一 個(gè)透鏡具有漸變光學(xué)特性，其中所述透鏡組件能夠進(jìn)行動(dòng)作以將源自多個(gè)距離的多條光線 同時(shí)地聚焦在與所述透鏡組件保持固定距離的第一焦平面上。
33.一種制造光學(xué)系統(tǒng)的方法，包括分別模制定位結(jié)構(gòu)和第一透鏡；以及形成具有非均勻光學(xué)特性的透鏡組件，包括以并置排列的方式將所述第一透鏡和第二 透鏡布置在所述定位結(jié)構(gòu)中。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，形成具有非均勻光學(xué)特性的透鏡組件還包括布置具有漸變光學(xué)特性的所述第一透鏡和所述第二透鏡中的至少之一，以實(shí)現(xiàn)所述非 均勻光學(xué)特性。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，形成具有非均勻光學(xué)特性的透鏡組件還 包括布置具有至少一種不同的光學(xué)特性的所述第一透鏡和所述第二透鏡，以實(shí)現(xiàn)所述非均 勻光學(xué)特性。
全文摘要
公開了一種光學(xué)成像透鏡系統(tǒng)，其中透鏡組件(110)可進(jìn)行動(dòng)作以將源自不同距離的光線同時(shí)地聚焦在與透鏡組件(110)保持固定距離的第一焦平面上。為了這個(gè)目的，該透鏡組件(110)可以有至少一種非均勻光學(xué)特性。
文檔編號(hào)G02B3/14GK102037384SQ200980114018
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者埃朗加·費(fèi)爾南多, 梅德哈·達(dá)爾馬蒂拉克, 薩曼·達(dá)爾馬蒂拉克 申請(qǐng)人:梅德哈·達(dá)爾馬蒂拉克, 薩曼·達(dá)爾馬蒂拉克