[发明专利]一种具有多层结构的柔性可调透镜及变倍光学系统

权利要求书

1.一种具有多层结构的柔性可调透镜，其特征在于：包括刚体透镜(3012)、内导流环(3013)、多流道玻璃透镜(3014)、弹性薄膜(3015)和外固定环(3011)；

所述的外固定环(3011)内侧从左向右依次同轴固定着刚体透镜(3012)、内导流环(3013)、多流道玻璃透镜(3014)和弹性薄膜(3015)；刚体透镜(3012)的右端面与内导流环(3013)的左端面相接触；多流道玻璃(3014)固定于内导流环(3013)和弹性薄膜(3015)间，将外固定环(3011)内部分成两个相通的腔体，光学液体(3016)则充满两个腔体；所述的内导流环(3013)上有若干细长的直角形孔道；所述的多流道玻璃透镜(3014)呈双凸状，边缘区域有与直角形孔道相对应的通孔；通过内导流环(3013)和多流道玻璃透镜(3014)的细孔，光学液体(3016)可在两个腔体间流动；

所述的柔性可调透镜在未受到外力挤压时为平凸透镜，当弹性薄膜(3015)受外力挤压变形时，成为双凸透镜。

2.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的柔性可调透镜，其特征在于：所述的刚体透镜(3012)采用透明的有机玻璃(PMMA)材料制作，为凹面朝向像侧的弯月形球面镜片。

3.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的柔性可调透镜，其特征在于：所述的光学液体(3016)的折射率Ng满足条件：1.50<Ng<1.60。

4.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的柔性可调透镜，其特征在于：多流道玻璃透镜折射率Nd大于光学液体折射率Ng。

5.根据权利要求1所述的一种具有多层结构的柔性可调透镜，其特征在于：所述的弹性薄膜(3015)由透明的有机硅(PDMS)材料制成，且薄膜中间区域薄于周边区域。

6.一种变倍光学系统，其特征在于：包括自左向右同轴排列的预屈光透镜组(1)、光阑(2)、柔性可调节变倍透镜组(3)和后屈光透镜组(4)；

所述的预屈光透镜组(1)包括自左向右同轴排列的第一透镜(101)、第二透镜(102)、第三透镜(103)和第四透镜(104)，其中第一透镜(101)和第三透镜(103)为焦距为负、凹面朝像侧的弯月形球面镜片，第二透镜(102)和第四透镜(104)为焦距为正的双凸球面透镜；

所述的柔性可调节变倍透镜组(3)包括同轴排列的第一柔性可调透镜(301)、第一环形超声波电机(302)、第一传动压环(303)、第二柔性可调透镜(304)、第二环形超声波电机(305)和第二传动压环(306)；所述第一柔性可调透镜(301)和第二柔性可调透镜(304)均采用权利要求1所述的具有多层结构的柔性可调透镜；

所述的第一环形超声波电机(302)的内环与第一传动压环(303)的外侧面通过螺纹相联结，第一柔性可调透镜(301)右端面的弹性薄膜与第一传动压环(303)的左端面相接触，第一传动压环(303)通过弹性薄膜作用于第一柔性可调透镜(301)使其右端面曲率半径发生变化；

所述的第二环形超声波电机(305)的内环与第二传动压环(306)的外侧面通过螺纹相联结，第二柔性可调透镜(304)左端面的弹性薄膜与第二传动压环(306)的右端面相接触，第二传动压环(306)通过弹性薄膜作用于第二柔性可调透镜(304)使其左端面曲率半径发生变化；

所述的后屈光透镜组(4)包括自左向右同轴排列的第五透镜(401)、第六透镜(402)和第七透镜(403)，所述的第五透镜(401)是焦距为正、凹面朝向物侧的弯月形球面镜片，所述的第六透镜(402)是焦距为负、凹面朝向像侧的弯月形球面镜片，所述的第七透镜(403)为焦距为正的双凸球面透镜，第六透镜(402)和第七透镜(403)胶合在一起形成胶合镜片。

7.根据权利要求6所述的一种变倍光学系统，其特征在于：所述的第一柔性可调透镜(301)的右端面和第二柔性可调透镜(304)的左端面间的初始距离L满足关系：L＝fr1+fr2，其中fr1为第一柔性可调透镜(301)的后焦距，fr2为第二柔性可调透镜(304)的前焦距；在初始状态，通过环形超声波电机调节两个柔性可调透镜的焦距使其满足fr1＝fr2，则此时第一柔性可调透镜(301)和第二柔性可调透镜(304)组成无焦系统，且倍率a＝fr2/fr1＝1；在倍率调节过程中，保持第一柔性可调透镜的后焦距fr1和第二柔性可调透镜的前焦距fr2之和等于L，通过协同控制两柔性可调透镜的表面形状，调节柔性可调透镜的焦距，进而改变系统的倍率。