[发明专利]微量改变透镜赤道直径的可变焦距透镜

说明书

技术领域

本发明涉及可变焦距透镜，特别是涉及弹性变形透镜，其光学能力可通过其赤道直径的微量变化而改变。

背景技术

可变焦距透镜和透镜系统已被广泛地使用，因为它们为应用光学领域中经常出现的问题提供了方便的解决方法。例如，装用这种透镜的光学系统可以在距离透镜的像平面上以可变的焦距形成物体的聚焦距，而不必改变透镜与像平面之间的距离。它们也可以用于提供可变放大倍数的光学系统而不必更换镜片。

已经设计出各种类型的可变焦距透镜。但是，在诸如照相机、望远镜、双筒望远镜和显微镜之类的光学仪器中，目前使用最广的设计是多元透镜，其中，通过沿光轴改变一个或多个元件的内部间隔来改变焦距。

分一类可变焦距镜透是依靠改变单个透镜元件的折射率，通过改变折射表面的曲率来改变透镜材料的折射率来实现。

这种采用单个元件的可变焦距透镜的另一种类型使用一充满流体的腔室，其由曲率可变的柔性薄膜形成。在授予Gordon的1,269,422号美国专利揭示了一种眼镜镜片，其包括一对光学表面，例如系由周缘接在一起的薄玻璃组成，形成一个充有透明液体的腔室。每一镜片装在一个框架上，其可通过打紧一个正切螺丝，以减小框架的圆周而变得较小。据揭示，这种拧紧可增加镜片的折射率。

可变焦距透镜的另一设计使用了具有柔性壁的充有流体的腔室，其中柔性壁的曲率可通过调节腔室中的流体量来改变。这种透镜可以包括一单个气球状物或囊状物，由透明材料制成，被适当折射率的液体胀大。其他有着柔性折射表面的结构，其曲率通过改变透镜体内流体的体积和或压力来调节，也已经被设计出来。例如在授予Wright的3,598,479号美国专利和授予Barnea的4,913,536号美国专利中都揭示了。

其他可变焦距透镜使用弹性变形材料，由各种周围环绕结构所变形，以改变光学表面的曲率。例如在授予Imataki等人的4,783,155号美国专利授予Ikemori的4,784,479号美国专利，授予Baba等人的4,802,746号美国专利以及授予Suda的4,859,041号美国专利中都提示了这种透镜。

在授予Ford等人的4,444,471号美国专利中也揭示了一种可变焦距的弹性坐形透镜，Ford揭示了通过将镜片径向拉伸一定数量，使光学表面的曲率减小，使透镜的折射率降低，以改变弹性双凸镜的焦距。但是，Ford没有讨论或揭示在径向拉伸仅为其直径的百分之几时的弹性透镜的光学能力的变化情况。

授予Baba等人的4,712,882号美国专利揭示了一种可变焦距透镜，包括一透明弹性圆柱体，有一径向变化的折射率，其中，通过径向扩展圆柱体使光学能力下降，由此使透镜处于径向张力下。透镜的径向扩张由环绕透镜圆柱体并与之结合的压电元件来实现。Baba揭示了这种径向扩张也减少了圆柱体端部光学折射表面的正曲率，或引起了负曲率的增加。在Baba的可变焦距透镜中，径向扩展通常是沿圆柱体整个轴线不均匀地进行的。

其他产生可变焦距透镜的方法包括控制做透镜的材料的折射率。例如，在由液晶构成的透镜中，流过液晶的电流变化可产生光学能力能够变化的透镜。其他晶体，其折射率可借助电动或机械方法加以连续改变，也可以用于制造可变焦距透镜。

这些构成可变焦距透镜的以前的方法有着各自特有的缺陷。例如，在多元透镜系统中、移动透镜元件需要较大、较重和较精密构造的机械透镜槽、轨道相连接机构。在用具有可变折射率的材料做成的透镜中，为了保持合适的光学清晰度，其尺寸不得不受到限制。迄今巳提示的任何采用充有流体的气球状物或囊状物的可变焦距透镜都需要贮存器和装置，以使流体流入和流出透镜，这导致不切实际的复杂性。而且，为产生连续可变的透镜散光，已有的透镜必须倾斜或有特殊的形状。

所以，一直需要有一种方法来产生可变焦距透镜，使透镜的球形和散光光学能力可以改变。而无需大的机械运动机构、特殊形状、改变材料的折射率或使用带贮存器的气球状透镜。

发明内容

本发明设计出一种弹性变形的可变焦距透镜，其中，通过将镜片径向拉伸至其直径的百分之几来改变光学能力。透镜包括一个透明弹性体，有着两个相对的光学折射表面，与光轴横切，以及一个围绕光轴边缘并在折射面之间延仲，以及用于佼弹性体的边缘在垂直于光轴的平面上扩展不超过其自然直径约5％数量的装置。本发明还包括一种通过在垂直于透镜光轴的平面上扩展透镜的边缘不超过其自然直径约5％数量以增加弹性变形的透镜的光学能力的方法。

由此，本发明的一个目的是提出一种可变焦距透镜。

本发明进一步目的是提出一种可变焦距透镜，其光学能力借助弹性变形透镜的赤道直径的微量变化而改变。