[发明专利]像差减小的可调节流体透镜

说明书

流体透镜包括位于两个透明板之间的折射界面，其中一个板的至少一个表面具有固定曲率半径，该固定曲率半径被配置为补偿由流体透镜产生的像差。折射界面可以由在两种不混溶液体之间形成的弯月面形成，或者由位于两种流体之间的膜形成。用于减小流体透镜的像差的方法包括确定一个板的至少一个表面的固定曲率半径，该固定曲率半径足以补偿由流体透镜产生的像差。

本申请要求2016年6月22日提交的美国临时申请第62/353,034号的优先权的权益，该申请的内容通过引用整体结合于此。

背景技术

1.领域

本公开涉及具有减小的像差的可调节流体透镜。

2.技术背景

通过控制流体之间的可变形折射界面，透射流体透镜使用两种或更多种流体来产生无限可变透镜而无需任何移动部件。流体透镜的一种是液体透镜。在液体透镜中，折射界面由在两种不混溶液体之间形成的弯月面提供。弯月面的形状由电润湿力确定，该电润湿力由施加的电压控制。流体透镜的另一种是基于膜的透镜。在基于膜的透镜中，折射界面由位于两种流体(两种液体、液体和气体或气体混合物、两种气体或气体混合物等)之间的膜提供，膜的形状由压电致动控制。

在操作期间流体透镜的折射界面的形状是球形或近似球形，并且本质上跨透射光束的像场产生三阶球面像差。球面像差使得与透镜轴平行但远离透镜轴的光束聚焦在与靠近轴的光束略微不同的位置。这表现为图像的模糊。随着光焦度(optical power)增加，像差变得更加显著。具有高屈光度折射元件的流体透镜特别容易受到不可接受的高球面像差的影响。

期望开发一种流体透镜，其显著地减小球面像差和/或在一定程度上补偿透镜内可调节折射界面固有的像差。还期望减小像差，而不向透镜系统引入额外的复杂或高成本元件，并且不会使制造和组装过程过于复杂。

发明内容

在一些实施例中，具有减小的像差的流体透镜包括位于两个透明板之间的折射界面。两个透明板中的至少一个透明板的表面具有固定曲率半径，该固定曲率半径校正或补偿由流体透镜中的折射界面的形状产生的像差。该固定曲率半径可以补偿各种像差，但是特别适合于补偿由折射界面的球面形状产生的球面像差。

透明板可具有任何合适的配置。在一些实施例中，一个透明板包括具有固定曲率半径的单个表面。在其他实施例中，两个透明板都包括具有固定曲率半径的一个或多个表面。一个或多个弯曲表面可以位于流体透镜的外部或内部。

流体透镜可以是任何类型的流体透镜。在一些实施例中，流体透镜是液体透镜。在其他实施例中，流体透镜是基于膜的透镜。在其他实施例中，流体透镜可以是相对高的屈光度透镜，其特别容易受到诸如球面像差之类的像差的影响。

用于减小流体透镜的像差的方法可以包括确定至少一个透明板的表面的固定曲率半径，该固定曲率半径被配置为补偿由流体透镜产生的像差。实现此目的的一种方式是选择曲率半径，该曲率半径最佳地补偿在流体透镜处于中间和/或典型的光焦度时由该流体透镜产生的像差轮廓。这在常用或中间光焦度下提供最有效的像差减小，同时仍然在流体透镜的光焦度的上限和下限处提供一定量的像差减小。

确定透明板的表面的曲率半径的另一种方法是首先确定(a)在流体透镜在其光焦度的上限处或附近时最佳地补偿该流体透镜的像差轮廓的曲率半径和(b)最佳地补偿该流体透镜的光焦度的下限处或附近的像差轮廓的曲率半径，然后选择曲率半径，使得其在(a)和(b)之间。

提供本发明内容以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的概念的选集。发明内容和背景技术并非旨在标识所公开主题的关键概念或基本方面，也不应用于缩小或限制权利要求的范围。例如，权利要求的范围不应基于所述主题是否包括发明内容中提到的任何或所有方面和/或解决背景技术中提到的任何问题来限制。

附图说明

结合附图公开了优选实施例和其他实施例，其中：