[发明专利]具有可变焦距和对称性的透镜

说明书

技术领域

本发明涉及具有可变焦距的透镜。更加准确地，涉及通过组合两种非互溶液体而形成的透镜，所述液体具有不同的光学指数并在其接触面形成弯月面。该透镜的焦距可通过施加到液体上的电场改变。

对于其中难以集成大量光学系统或者电机的所有设备来说，该电机用于在机械上使光学系统移动，特别有利的是能够利用电动控制迅速且容易地改变透镜的焦距。

本发明可用来制造透镜或光学设备，特别是记录设备如数码相机或手机相机(phonecam)。

背景技术

文献(1)和(2)示出了现有技术的状态，在说明书的结尾给出了该参考文献。

形成透镜弯月面的液体被包含在具有旋转轴线的腔体中，如圆柱形或锥形腔体。光线通过进入和离开圆柱体或截锥体的端面，大致平行于其轴线穿过透镜。这样，由液体形成的弯月面也具有旋转对称性。

所用的流体之一是绝缘流体，而第二流体是导体。

为了改变由液体形成的弯月面的曲率半径，向液体施加电场，其能够改变腔体壁上的液体的可湿性。更加准确地，在导电液体和电极两端施加电场，该电极布置在腔体上并与液体电绝缘。

液体的选择、电极的位置、腔体的形状和施加的电压可确定弯月面的曲率。通过作用在所施加的电场上，能够改变甚至使弯月面的曲率颠倒，以及控制半径。就像腔体一样，电极具有围绕透镜光轴的旋转对称性。这样我们获得了围绕腔体轴线具有旋转对称性的规则弯月面。这对于使透镜产生不失真的图像来说是重要的。

发明内容

本发明是基于这样一种观察，即在上述类型的透镜中，只有小的透镜能够使图像正确地形成。当圆柱形腔体和液体的体积太大时，会发生图像失真。这种失真主要是由于重力的作用，这种重力的作用使液体变形和破坏弯月面围绕腔体轴线的旋转对称性。实际上，具有可变焦距的透镜仅具有几毫米的直径。

这样这些透镜仅仅能够在具有非常小的图像传感器的设备中使用，其带来的危险是具有明显不充分的光学开孔。

附加的难题是由于配备了带有可变焦距的透镜的记录设备能够在几个不同的位置使用，例如相应于景观或肖像框架，或相应于高角度或低角度镜头。这样在重力作用下对图像的干扰是可变的。

本发明的目的是提供一种可变焦距的透镜，其不具有上述的难题。

特别地，一个目的是提供这样一种透镜，其不受地球重力作用的影响，并且其开口直径不受该作用的限制。

另一个目的是使透镜或由透镜产生的图像免受通过透镜上配设的记录设备强加的振动、移动或加速度。

又一个目的是提出一种透镜，其能够使光点在其包围的部分光场上选择性地形成。

为了实现这些目的，更加准确地，本发明的目的是一种可变焦距的透镜，包括：

腔体，所述腔体具有围绕轴线的旋转对称性，并且包含非互溶的且具有不同光学指数的一种第一透明流体和一种第二透明流体，用以形成弯月面，所述第一透明流体和第二透明流体具有不同的导电率，和

改变弯月面的曲率的装置。

根据本发明，改变该弯月面的曲率的装置包括相对所述腔体的轴线施加不对称的电场的装置。

施加到液体上的不对称电场能够用于各种功能。主要功能是即使有重力作用在液体上，也保持弯月面围绕腔体轴线的旋转对称性。换句话说，能够沿垂直方向以及沿与重力方向相反的方向将更强的电场施加到液体上。

另一个功能是特意破坏弯月面围绕腔体轴线的旋转对称性，以使其具有不必与透镜腔体一致的方向光轴。在照相机中，这使得光轴能够自动指向在被捕获图像中选择的兴趣区域。通过改变透镜的总焦距也能够使该区域伴随地增大。

已经参考现有技术的状态描述了该可变焦距的透镜的基本结构。这样，关于非互溶液体、腔体以及一个或多个用于对称性地改变弯月面的曲率的“主”电极的存在，我们可以参考上面提及的文献(1)和(2)。应该注意，用来形成弯月面的液体或流体具有不同的导电率。优选地，两种液体之一是类似于绝缘液体的液体，而第二种液体类似于导体。在下面的描述中，具有最小导电率的液体称为绝缘液体，而具有最大导电率的液体称为导电液体。

在根据本发明的透镜的特殊实施例中，施加不对称电场的装置可包括至少一个围绕腔体径向分段的环形电极，和利用至少一个电极分段选择性地施加至少一个极化电压以局部地改变弯月面的曲率的装置。