[发明专利]可变焦度光学系统

说明书

相关申请

本申请要求于2009年4月10日提交的第61/168,524号美国临时申请的优先权，该临时申请的全部内容通过引用并入本文并成为本说明书的一部分。

背景技术

本发明涉及采用液体光学器件的可变焦度(power)光学系统。

变焦透镜通常具有三个或更多个移动透镜组以实现变焦和聚焦功能。机械凸轮可连接两个可移动透镜组以进行变焦，第三可移动透镜组可用于聚焦。

变焦范围部分地由可移动透镜元件的移动范围确定。更大的变焦范围可能需要用于透镜元件移动的额外空间。

诸如电荷耦合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器(CIS)的图像传感器通过诸如光电二极管的小的光敏区域收集光。图像传感器可使用微透镜以通过从大的光收集区域收集和聚焦光来改善光敏性。到达微透镜或光敏区域的光的入射角影响光敏区域所收集的光的量，其中在一些角度上接收的光比在其它角度上接收的光更不太可能到达光敏区域。

理想地，光在光敏区域上的入射角是恒定的。然而，当变焦透镜改变焦距时，光的入射角可以改变。因此，当入射角改变时，在变焦位置的范围内移动透镜可能导致不期望的结果。

发明内容

可变焦度光学部件可被用来使光在像面上的入射角的变化最小化。

在一个实施方式中，可变焦度光学系统包括具有至少第一液体透镜单元的第一透镜组、具有至少第二液体透镜单元的第二透镜组、以及被配置为控制光线在传感器上的入射角的第三液体透镜单元。对变焦位置的控制基本至少部分地基于第一液体透镜单元的光焦度的配置和第二液体透镜单元的光焦度的配置。光阑可近似等距地位于第一透镜组的第一表面与第二透镜组的最后表面之间。第一液体透镜单元的直径与第二液体透镜单元的直径大约相同。在一个实施方式中，变焦范围大于约3倍。在一个实施方式中，变焦范围大于约4倍。在一个实施方式中，变焦范围大于约5倍。

在一个实施方式中，光学系统被配置为收集从物空间发出的放射并沿着公共光轴将该放射传输至像空间中的像面。静止在公共光轴上的第一可变焦度光学部件包括至少两种具有不同折射性质的液体和位于两种液体之间的至少一个接触表面。该接触表面的形状被改变以使可变焦度光学部件中的光焦度发生改变，从而导致接近像面上的像点的主光线角的变化。第二可变焦度光学部件包括至少两种具有不同折射性质的液体和位于两种液体之间的至少一个接触表面。该接触表面的形状被改变以减小由改变第一可变焦度光学部件的形状所引起的在像面上的像点处的主光线角的变化。第一可变焦度光学部件的形状可被改变以提供变焦和/或聚焦功能。

在一个实施方式中，可变焦度物镜光学系统使用非轴向移动组。至少一个可变焦度光学部件提供变焦功能，其包括至少两种具有不同折射性质的液体和位于两种液体之间的至少一个接触表面。该接触表面的形状被改变以使可变焦度光学部件中的光焦度发生改变。另一个可变焦度光学部件包括至少两种具有不同折射性质的液体和位于两种液体之间的至少一个接触表面。该接触表面的形状被改变以至少部分地补偿至少部分地由提供变焦功能的可变焦度光学部件所引起的接近像面上的像点的主光线角的变化。

在一个实施方式中，可变焦度光学系统包括具有至少第一液体透镜单元的第一透镜组、具有至少第二液体透镜单元的第二透镜组、以及位于第一透镜组与第二透镜组之间的光阑。穿过第一透镜组、第二透镜组和光阑的光线表示变焦位置，对变焦位置的控制至少部分地基于第一液体透镜单元的光焦度的配置和第二液体透镜单元的光焦度的配置。光阑可近似等距地位于第一透镜组的第一表面与第二透镜组的最后表面之间。在一个实施方式中，变焦范围可大于3倍。在一个实施方式中，变焦范围可大于4倍。在一个实施方式中，变焦范围可大于5倍。

在一个实施方式中，可变焦度物镜光学系统包括至少一个可变焦度光学部件，该至少一个可变焦度光学部件包括至少两种具有不同折射性质的液体和位于两种液体之间的至少一个接触表面。该接触表面的形状被改变以至少部分地补偿接近像面上的像点的主光线角的变化。主光线角的这种变化可至少部分地例如由变焦功能、聚焦功能、或变焦功能和聚焦功能的组合所引起。

附图说明

图1A和1B是描绘了采用液体的可变焦度光学系统中的轴向光束的边缘光线的光学图；

图2A和2B是描绘了采用液体的可变焦度光学系统中的轴向光束的边缘光线和离轴场射束的边缘光线的光学图；

图3A、3B、3C、3D和3E示出光线在像面上的各种入射角；