[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61/168,523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

本发明涉及可变焦度(power)光学系统。

一些变焦透镜设计对在设计中使用的透镜分组，其中，一组主要用于变焦，第二组主要用于保持图像聚焦，第三组用于保持像平面静止。第四组还可用于形成清晰的图像。聚焦组可被调节以使变焦透镜在任一焦距位置处聚焦而不需要对该变焦透镜的其他焦距重新聚焦。变焦组(或“变化器”)在变焦期间引起显著的放大率变化。稳定像平面的透镜组还可用于提供放大率。

变焦透镜中的期望特征包括高变焦比和广角视场。随着透镜系统的变焦范围增加，通常长度和重量也增加。因为消费产品(诸如蜂窝电话或傻瓜相机)通常小且轻，所以包含在这些产品中的变焦透镜受到尺寸和重量的约束。此外，随着透镜系统的焦距范围增加，通常聚焦问题也常常在广角视场变焦位置处增加。

发明内容

液体透镜单元在腔内包括两种或多种流体。流体接触以形成例如通过电节点可变的表面。流体可以是例如一种或多种气体、一种或多种液体、或一种或多种固体与一种或多种液体的混合物。使用液体透镜单元替换一个或多个移动透镜组导致光路的额外配置选择。液体单元可用于复合变焦透镜系统以利用这些性质的优点。许多傻瓜相机和手机相机不具有用于长透镜的大量空间。使用结合折叠的液体单元或重定向放射轴线允许在这些小的相机封装中提供更好的变焦透镜系统。更大的相机也能够获益。

附图说明

图1A-1D是采用6个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体的表面来提供一系列变焦位置；

图2A-2D是采用5个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体的表面来提供一系列变焦位置；

图3A-3D是采用5个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体的表面来提供一系列变焦位置；

图4A-4D是采用4个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体的表面来提供一系列变焦位置；

图5A-5D是采用3个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体的表面来提供一系列变焦位置；

图6A-6D是采用3个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体的表面来提供一系列变焦位置；

图7A-7D是采用2个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体的表面来提供一系列变焦位置；

图8A-8D是采用1个移动透镜组和2个液体透镜单元的复合变焦透镜系统的光学图，其中通过改变液体表面来提供一系列变焦位置；以及

图9示出具有变焦透镜的相机的框图。

具体实施方式

下面将参照附图进行描述。应理解，在不背离本发明的范围的情况下可使用其它结构和/或实施方式。

液体透镜单元能够在不依靠液体单元的机械运动的情况下改变光路。包括第一和第二接触液体的液体透镜单元可被配置为使得接触液体之间的接触光学表面具有可变形状，该可变形状可相对于液体透镜单元的光轴基本对称。多个透镜元件可沿着公共光轴对齐并被配置为收集从物侧空间发出并传输至像侧空间的放射。液体透镜单元可被插入由沿着公共光轴对齐的多个透镜元件形成的光路中。液体透镜单元的光轴可平行于公共光轴，或其可与公共光轴成一角度或偏离公共光轴。

目前预期的液体透镜系统的折射率之差为约0.2或更大，优选地至少约0.3，在一些实施方式中至少约0.4。水具有约1.3的折射率，且加盐后折射率可变为约1.48。适合的光学油可具有至少约1.5的折射率。即使利用具有较高、较低、或较高和较低折射率的液体，例如较高折射率的油，焦度变化的范围仍然有限。焦度变化的有限范围提供的放大率变化通常比可移动透镜组的放大率变化小。因此，在简单的可变焦度光学系统中，为了提供变焦的同时保持恒定的像面位置，大部分的放大率变化可通过一个可移动透镜组提供，放大率变化期间像面处的大部分散焦补偿可通过一个液体单元提供。