專利名稱：：變焦光學(xué)系統(tǒng)、以及具有該變焦光學(xué)系統(tǒng)的相機(jī)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及變焦光學(xué)系統(tǒng)，從變焦光學(xué)系統(tǒng)的物側(cè)觀察，其具有第一固定的透鏡組、以及可調(diào)流體透鏡組，其中，可調(diào)透鏡組包括至少第一和第二可調(diào)流體透鏡，以及安置于第一和第二流體透鏡之間的透鏡光闌。本發(fā)明還涉及包括該變焦光學(xué)系統(tǒng)的相機(jī)裝置，并涉及包括該相機(jī)的圖像捕獲裝置。
背景技術(shù)：
：常規(guī)變焦透鏡包括若干成組的固體透鏡元件，其中，若干透鏡元件可相對于彼此移動，用于執(zhí)行變焦和聚焦。為了避免移動透鏡元件，開發(fā)了使用具有可調(diào)光焦度的透鏡元件的變焦透鏡。文獻(xiàn)WO2004/038480公開了一種包括第一固定透鏡組、第二固定透鏡組和流體透鏡組的變焦透鏡。流體透鏡用于對變焦透鏡進(jìn)行變焦和聚焦。此已知的變焦透鏡的缺點(diǎn)是其光學(xué)質(zhì)量在許多環(huán)境中不能令人滿意，諸如變化的溫度，以及在重力的影響下。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是要提供前序中所指出的那種變焦透鏡，其具有改善的質(zhì)量，尤其是在變化的溫度下，并且其較少受到重力的影響。
發(fā)明內(nèi)容利用一種變焦光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所述目的，從所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的物側(cè)觀察，其具有第一固定的透鏡組、以及可調(diào)流體透鏡組，其中，所述可調(diào)透鏡組包括至少第一和第二可調(diào)流體透鏡，以及安置于所述第一和第二流體透鏡之間的透鏡光闌，其特征在于所述第一固定的透鏡組具有負(fù)光焦度K。通過使第一透鏡組具有負(fù)光焦度，甚至對于大的視角也能夠在變焦透鏡中容易地獲得相對窄的束。這反過來意味著變焦光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡上的光的平均入射角相對小，這對光學(xué)性能是有利的，并且其還意味著，從遠(yuǎn)離物體的方向上觀察時，能夠?qū)⑺泻竺娴耐哥R的直徑制作得更小。因此，流體透鏡也具有小的直徑，這對于它們的光學(xué)質(zhì)量是有利的，因為具有較小直徑的流體透鏡可以包含較少流體，并且對重力影響和溫度差異較不敏感，溫度差異可以引起密度中的差異。此外，提供更緊湊的變焦透鏡本身也是有利的。此優(yōu)點(diǎn)可以用于相機(jī)的裝置和其它裝置，如下面將闡述的。因為許多原因而在所述第一和第二流體透鏡之間安置透鏡光闌。該透鏡光闌可以例如是具有固定的并且通常圓形的孔的板或片。替代地，其可以是可調(diào)光圈，如從例如攝影術(shù)中所知的。首先，一般地，通過截止邊緣光線，透鏡光闌將提高光學(xué)質(zhì)量，邊緣光線比中心光線遭受更多的像差的影響。此外，在兩個流體透鏡之間的位置是由要將光閨和兩個流體透鏡安置得彼此相對靠近的愿望所觸發(fā)的，因為在該情況下，在該流體透鏡的位置處的束直徑相對小。這對于流體透鏡和變焦光學(xué)系統(tǒng)作為整體所能夠?qū)崿F(xiàn)的光學(xué)質(zhì)量是有利的。此外，將流體透鏡安置成彼此相對遠(yuǎn)離對變焦光學(xué)系統(tǒng)的光焦度改變和性能是有利的?？傊诘谝缓偷诙黧w透鏡之間的透鏡光闌的位置是優(yōu)選的，因為在該情況下，能夠獲得以上標(biāo)準(zhǔn)之間的好的折衷。尤其是，所述光焦度K與所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的光焦度S存在如下關(guān)系|K|>0.1|S|。如通常情況，光焦度是焦距的倒數(shù)。雖然一般地對第一透鏡組的每個負(fù)光焦度都存在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，但是發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于所指定的光焦度，所述優(yōu)點(diǎn)變得清楚和有用。在特別的實(shí)施例中，所述光焦度K與所述光焦度S存在如下關(guān)系IKIX).5問。對于該負(fù)光焦度，設(shè)計變得更加緊湊，具有更加改善的光學(xué)質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)注意，在本申請的上下文中，為非球的透鏡或透鏡系統(tǒng)的光焦度是在透鏡或透鏡系統(tǒng)的中心處取得的，即幾乎總是沿光軸。還應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)是變焦光學(xué)系統(tǒng)，并且此系統(tǒng)所取得光焦度為其最大光焦度，及在其<廣角，配置中。根據(jù)本發(fā)明的變焦光學(xué)系統(tǒng)包括兩個流體透鏡。這容許通過流體透鏡來執(zhí)行變焦功能和聚焦功能。這確保該系統(tǒng)原則上沒有活動的部分，這對有用的壽命、維修等是有利的。當(dāng)然'活動的'于此涉及物理空間中的移位，諸如平移或旋轉(zhuǎn)，而不涉及改變形狀。提供多于兩個流體透鏡也是可能的，例如為了在多于兩個透鏡的范圍上分配變焦和/或聚焦作用，這確保形狀的相對改變不是那么顯著。在實(shí)施例中，第一固定的透鏡組包括單個負(fù)透鏡。這提供非常簡單仍然有效的透鏡系統(tǒng)設(shè)計。提供具有不止一個透鏡的第一固定的透鏡組當(dāng)然也是可能的，這對抑制透鏡像差是有利的。在該情況下，提供具有負(fù)和正透鏡元件、或甚至零焦度元件的組是可能的，只要第一透鏡組的總的光焦度為負(fù)的，并且優(yōu)選地符合上述關(guān)系。在實(shí)施例中，至少所述第一流體透鏡包括至少一個電壓控制的電潤濕裝置。尤其是，至少一個電潤濕裝置包括電潤濕單元，所述電潤濕單元包括第一流體和第二流體，其間具有第一流體-第二流體界面。雖然不是僅有的一種可能，但這是通用、簡單和有效的可控制的流體透鏡，替代方案為例如具有到流體池的流體連接的彈性的和透明的容器，可以使用泵將流體泵浦到該流體池或從該流體池泵浦流體。然而，電潤濕裝置具有的優(yōu)點(diǎn)是其不需要泵，而僅是電壓控制裝置，這是更簡單和更可靠的，并且容器具有固定的形狀并且是更魯棒的，具有低得多的泄漏風(fēng)險。在特別的實(shí)施例中，至少一個電潤濕裝置包括具有兩個第一流體-第二流體界面的電潤濕單元。該單元或流體透鏡具有更多的自由度，并且從而可以給系統(tǒng)提供更好的光學(xué)性質(zhì)。在一個實(shí)施例中，所述第一固定的透鏡組的透鏡與所述至少一個電潤濕單元中的一個的壁集成。在具體實(shí)施例中，所述單個負(fù)透鏡與所述至少一個電潤濕單元中的一個的壁集成。在兩種情況下，光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計變得更簡單，因為不再需要單元的分開的壁，因為其功能由透鏡接管了，尤其是單個負(fù)透鏡。然而，需要注意，在此情況下，在透鏡和流體透鏡之間不存在空氣或其它氣體，這意味著光學(xué)性質(zhì)或多或少劇烈地改變。尤其是在大多數(shù)情況下光焦度降低，既針對為單元的壁的透鏡，也針對流體透鏡。然而，在所需的光焦度不太高的情況下，簡單的設(shè)計可以提供如成本、可靠性等優(yōu)點(diǎn)。在此上下文中，對文獻(xiàn)WO2004/038480進(jìn)行了特別的和明確的引用，該文獻(xiàn)在其第5頁上和圖1和2、第7-9頁的描述中大體上公開了電潤濕單元的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。此描述僅部分地復(fù)制于此，并且許多提到的特征將用于此，而熟練的人們知道使用在參考文獻(xiàn)中公開的知識。在特別的實(shí)施例中，所述透鏡光闌對稱地安置于所述第一流體透鏡和所述第二流體透鏡之間。這一方面確保第一和第二流體透鏡之間的距離最大，并且另一方面確保透鏡光闌最小，并且同時可以在仍然緊湊的設(shè)計中使兩個流體透鏡之間的距離相對大。此大的相互距離對變焦光學(xué)系統(tǒng)的光焦度改變和性能是有利的。此外，對稱的設(shè)計容許具有較小像差的設(shè)計。在具體實(shí)施例中，所述變焦光學(xué)系統(tǒng)還包括第二固定的透鏡組，從所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的物側(cè)觀察，其安置于所述第二流體透鏡之后。提供第二固定的透鏡組容許具有甚至進(jìn)一步改善的光學(xué)質(zhì)量的設(shè)計，特別是在或多或少對稱的設(shè)計的情況下。然而，第二固定的透鏡組通常不象第一固定的透鏡組那樣具有負(fù)光焦度。提供甚至更多的固定的透鏡也是可能的，諸如在第一和第二流體透鏡之間，或提供多于兩個的流體透鏡也是可能的，所有都是為了進(jìn)一步改善或改變所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)，諸如透鏡系統(tǒng)的變焦范圍、光學(xué)質(zhì)量或速度。所述變焦光學(xué)系統(tǒng)還可以包括至少一個折疊式反射鏡，其有利地用于'折疊'光束，從而使得相對于光的原始方向?qū)崿F(xiàn)了更緊湊的設(shè)計。這在多種手持裝置中是有用的，諸如相機(jī)、移動照相電話、網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)等。本發(fā)明還涉及一種相機(jī)裝置，包括根據(jù)本發(fā)明的所述的變焦光學(xué)系統(tǒng)，和安置于所述物側(cè)的相反側(cè)的光敏裝置。光敏裝置可以例如是照相膠片、電荷耦合器件、光二極管陣列。根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)還可以包括其它部分，諸如控制透鏡光闌、變焦功能元件和/或光敏裝置的控制裝置、電源等。需要注意，提供變焦和/或聚焦作用的控制單元也可以設(shè)置有變焦光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及圖像捕獲裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)裝置。具體地，所述圖像捕獲裝置包括移動電話、網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)、個人數(shù)字助理或內(nèi)窺鏡。當(dāng)然，其它圖像捕獲裝置也是可能的，但是特別是這里提到的那些圖像捕獲裝置從根據(jù)本發(fā)明的變焦光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)中獲益，特別是其具有小的直徑的緊湊設(shè)計。圖1圖解地示出了現(xiàn)有技術(shù)流體透鏡的橫截面；圖2圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的變焦光學(xué)系統(tǒng)；圖3圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的變焦光學(xué)系統(tǒng)的另一實(shí)施例；圖4圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)的實(shí)施例；圖5a和b示出了通過圖2的變焦光學(xué)系統(tǒng)的若干光路；以及圖6a、b示出了分別針對長焦和廣角的圖2、5的系統(tǒng)的多色調(diào)制傳遞函數(shù)。具體實(shí)施例方式圖1圖解地示出了現(xiàn)有技術(shù)流體透鏡的橫截面。該透鏡包括形成毛細(xì)管的圓柱形第一電極2，該第一電極2通過透明前部元件4和透明后部元件6密封，以形成含有兩種流體的流體室5。電極2可以是施加于管7的內(nèi)壁上的導(dǎo)電涂層。在此流體透鏡中，兩種流體由兩種不互溶的液體構(gòu)成，該兩種液體是諸如硅油或烷烴的電絕緣第一流體A(于此也稱作"油")和諸如鹽水溶液的導(dǎo)電第二液體B的形式。優(yōu)選地將兩種液體布置成具有相等的密度，以便透鏡與方向不相關(guān)地運(yùn)作，即不依賴與兩種液體之間的重力影響。這可以通過合適地選擇第一液體組成來實(shí)現(xiàn)；例如可以通過增加分子組成從而提高它們的密度以匹配鹽溶液的密度來更改來垸烴或硅油。注意，根據(jù)本發(fā)明，如在其它附圖中具體化的，較小的流體透鏡在更多的環(huán)境中容許較好的密度匹配，更多的環(huán)境諸如是更寬的溫度范圍。取決于對所使用的油的選擇，油的折射率可以在1.25和1.60之間變化。同樣，取決于所加的鹽的量，鹽溶液的折射率可以在1.33和1.48之間變化。此實(shí)施例中的流體選擇成使得第一流體A比第二流體B具有更高的折射率。第一電極2是內(nèi)半徑典型地在lmm和20mm之間的圓柱。電極2由金屬材料形成并涂覆有絕緣層8，例如聚對二甲苯基的層。絕緣層的厚度在50nm和100jxm之間，典型值位于l|om和lO(im之間。絕緣層8涂覆有流體接觸層10，其減小彎月面與流體室的圓柱壁的接觸角的滯后。流體接觸層優(yōu)選地由非晶碳氟化合物形成，該非晶碳氟化合物諸如是由DuPontW生產(chǎn)的TeflonAF1600。流體接觸層10的厚度在5nm和50,之間。AF1600涂層可以通過電極2的重復(fù)的浸漬涂覆來生產(chǎn)。由此形成厚度基本均勻的同質(zhì)材料層，因為電極的圓柱側(cè)面基本上平行于圓柱電極。通過在浸漬電極的同時將電極沿其軸線方向移入或移出浸漬溶液中來執(zhí)行浸漬涂覆?？梢酝ㄟ^化學(xué)氣相沉積來施加聚對二甲苯基涂層。當(dāng)沒有電壓施加于第一和第二電極之間時，第二流體對流體接觸層IO的潤濕性在彎月面14與接觸層10的相交線兩側(cè)基本上相等。第二、環(huán)形電極12布置在流體室的一端，在此情況下，鄰近后部元件6。第二電極的至少一部分布置在流體室中，使得電極對第二流體B進(jìn)行作用。兩種流體A和B是不互溶的，使得它們往往分成在其間具有彎月面14的兩種流體主體。當(dāng)沒有電壓施加于第一和第二電極2和12之間時，流體接觸層對第一流體A比對第二流體B具有更高的潤濕性。由于電潤濕，第二流體B的潤濕性根據(jù)施加于第一電極和第二電極之間的電壓而變化，這往往改變彎月面在三相線處的接觸角。三相線是流體接觸層10和兩種流體A和B之間的接觸線。彎月面的形狀從而可根據(jù)施加的電壓而變化。如果從具有較高折射率的流體觀察時第一流體和第二流體之間的彎月面是空的，則彎月面稱作凹面。如果流體視為透鏡，如果根據(jù)先前句子中的定義彎月面是凹面，則此透鏡通常稱為凹的?，F(xiàn)在參照圖1，當(dāng)?shù)碗妷篤!，例如0V和20V之間，施加于電極之間時，彎月面采取第一凹的彎月面形狀。在此配置中，在流體B中測得的彎月面和流體接觸層10之間的初始接觸角ai是例如約140。。因為第一流體A比第二流體B具有更高的折射率，所以這里稱作彎月面透鏡的由彎月面形成的透鏡在此配置中具有相對高的負(fù)焦度。通過透鏡1的準(zhǔn)直的束b變得強(qiáng)烈地發(fā)散。為了降低彎月面形狀的凹度，可以在第一和第二電極之間施加較高的電壓。例如，當(dāng)將取決于絕緣層8的厚度的中間電壓V2，例如20V至150V，施加于電極之間時，與圖1中的彎月面相比，彎月面采取具有增大的曲率半徑的第二凹的彎月面形狀。在此配置中，第一流體A和流體接觸層10之間的中間接觸角ot2(未示出)是例如100°。因為第一流體A比第二流體B具有更高的折射率，所以此配置中的彎月面透鏡具有相對低的負(fù)焦度。準(zhǔn)直的束b變得較弱地發(fā)散。為了產(chǎn)生凸的彎月面形狀，可以在第一和第二電極之間施加甚至更高的電壓。例如，當(dāng)將相對高的電壓V3，例如150V至200V，施加于電極之間時，彎月面采取凸的形狀。在此配置中，第一流體A和流體接觸層10之間的最大接觸角a3(未示出)是例如約60。。因為第一流體A比第二流體B具有更高的折射率，所以此配置中的彎月面透鏡具有正焦度。透鏡將準(zhǔn)直的束b轉(zhuǎn)變?yōu)閰R聚的束。需要注意，優(yōu)選地，在實(shí)際實(shí)施例中，將包括如上述的流體透鏡的裝置調(diào)節(jié)為僅使用所述范圍中的低的和中間的電壓。也就是說，將施加的電壓限制為使得絕緣層中的電場強(qiáng)度小于20V&m，并且不使用引起流體接觸層的充電、并且因此引起流體接觸層的退化的過高的電壓。還需要注意，初始低電壓配置將根據(jù)流體(液體)A和B的選擇、根據(jù)它們的表面張力而發(fā)生變化。通過選擇具有較高表面張力的油，和/或通過增加諸如乙二醇的組分到鹽溶液中，這降低表面張力，能夠減小初始接觸角。在任何情況下，保持較低的焦度配置，使得彎月面為凹面，并且能夠不使用過高的電壓而產(chǎn)生相對寬范圍的透鏡焦度。雖然在以上范例中流體A比流體B具有更高的折射率，但是流體A也可以比流體B具有更低的折射率。例如，流體A可以是(全)氟化的油，其比水具有更低的折射率。在此情況下，優(yōu)選地不使用非晶含氟聚合物層，因為其可以溶解在氟化的油中。替代的流體接觸層是例如石蠟涂層。圖2圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的變焦光學(xué)系統(tǒng)。于此，20為第一負(fù)透鏡，而22和40為兩個流體透鏡，該兩流體透鏡分別具有第一流體28和44、分別具有第二流體30和46、且分別具有彎月面或流體界面32和48。24、42是第一、第二外殼，而26、50可以是例如保護(hù)窗口。附加的透鏡34安置于透鏡光闌36之前。附加的透鏡52和56安置于屏幕60之前。第一透鏡20具有負(fù)光焦度，優(yōu)選地顯著的負(fù)光焦度，即絕對值為整個系統(tǒng)的光焦度的至少約10%。透鏡20示為單透鏡，然而兩部分或更復(fù)雜的透鏡也是可能的，只要整個透鏡組具有負(fù)光焦度就行。流體透鏡22和40—般對應(yīng)于圖1的流體透鏡電潤濕單元，具有外殼和具有中間彎月面的流體。未示出的是單元中的相關(guān)電極(也未示出)之間的電壓源。然而，所示出的是附加的透鏡元件34、52以及54，它們可以用于提供更好的光學(xué)性能，或例如更期望的焦距范圍。此外，設(shè)置透鏡光闌36，其一般設(shè)置在通過光學(xué)系統(tǒng)的光束的最小直徑部分處，并且其通常用于通過將束的大多數(shù)帶有像差的邊緣光線截止來提高光學(xué)質(zhì)量。透鏡光闌可以具有固定的直徑，或是可調(diào)的光圈等。需要注意，存在兩個流體透鏡，其容許變焦，即改變焦距以使視場更大或更小，也容許聚焦，即確保在期望的位置提供清晰的圖像，在此情況下期望的位置為屏幕60，其是可選的，例如在相機(jī)中。為了非常精確，因為在此情況下，不存在活動的部件，聚焦歸結(jié)為選擇兩個流體透鏡的光焦度，使得在屏幕60上提供清晰的圖像。然而，此聚焦動作對總的光焦度只具有小的影響?？蛇x的屏幕60可以是光敏膜、電荷耦合器件等。其可以用于捕獲由變焦光學(xué)系統(tǒng)觀察到的圖像。圖3圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的變焦光學(xué)系統(tǒng)的另一實(shí)施例。于此，第一固定的透鏡組包括透鏡120和122。還存在流體透鏡124、140和150，以及透鏡光闌139。流體透鏡124包括前部元件126、第一電極部分128和第二電極部分130，并包含第一流體132、第二流體134和第三流體136，三種流體之間具有彎月面138-1和138-2。第二和第三流體透鏡140和150各包含第一流體142、152和第二流體144、154。這里，第一固定透鏡組包括不止一個透鏡元件，并且其總的光焦度為負(fù)的。為了提高光學(xué)質(zhì)量，這是有用的，尤其是因為透鏡元件的直徑相當(dāng)大。需要注意，在此圖和其它圖中，除第一透鏡元件外的所有透鏡元件的直徑能夠制作得較小，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。然而，為了圖樣的清楚，這沒有繪示出。第一流體透鏡包含第一、第二和第三流體，具有兩個彎月面。三種流體可以不同，但是使第一和第三流體相同也是可能的。也可以將第一流體作為固定的透鏡元件。因為，已闡明其具有負(fù)的光焦度，所以這意味著元件120和122也能夠省去，而作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。然而，光焦度會降低，因為存在從例如玻璃元件132到流體的過渡，而不是從玻璃元件120、122到空氣、并從空氣到流體132的過渡。此外，為了具有更多的設(shè)計自由度，使第一流體透鏡具有兩個彎月面是有益的，尤其是因為在透鏡140和150中存在另外兩個彎月面。這確保不必每個流體透鏡都具有極值光焦度，或光焦度劇烈地改變，使得可以保持低的電功率和電壓。透鏡光闌139安置于兩個流體透鏡124和140之間，優(yōu)選地在束的直徑最小的位置。另一標(biāo)準(zhǔn)可以是透鏡光闌和流體透鏡之間的距離，以及流體透鏡之間的相互距離。熟練的人們于是會選擇最佳的折衷方案。為了控制流體透鏡124中的三種流體，可以在前部元件126和第一電極部分128之間以及在第一電極部分126和第二電極部分128之間施加電壓，每種情況下都根據(jù)已知的技術(shù)。相同情況類似地對其它流體透鏡的流體142、144、152和154適用。示出的實(shí)施例具有高的通用性，具有相對低的功率消耗，以及低的控制電壓。圖4圖解地示出了根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)的實(shí)施例。其包括第一透鏡元件200;第一折疊式反射鏡202;以及具有第一和第二流體透鏡206和214的外殼204，第一和第二流體透鏡206和214具有第一流體208、216以及第二流體210、218。還示出了透鏡光闌212以及第二折疊反射鏡220和屏幕222。折疊式反射鏡也可以是彎曲的，因此增加了光學(xué)系統(tǒng)的光焦度。與圖3中所示的實(shí)施例的主要差異是存在兩個折疊式反射鏡202和220，它們?nèi)菰S將束的路徑重新定向。例如，相機(jī)可以包括總的外殼，其類似于平的盒子，側(cè)壁一般平行于外殼204的兩個側(cè)壁，如圖樣中所示。在此情況下，第一元件200和屏幕222于是也平行于側(cè)壁。兩個折疊式反射鏡于是也容許束平行于側(cè)壁前進(jìn)以到達(dá)較大的長度部分。這無疑地容許平的相機(jī)，其是所期望的。圖5a和b示出了在廣角設(shè)定(5a)和長焦設(shè)定(5b)中通過圖2的變焦光學(xué)系統(tǒng)的若干光路。也示出了透鏡光闌36，透鏡光闌36安置于附加的透鏡34的面上，因此近似對稱地安置于流體透鏡22和40之間。為完整之故，還示出了隔離(closeoff)流體透鏡中的流體的兩個板62和64。清楚可見的是，在'廣角'和<長焦'設(shè)定中，流體透鏡具有不同的彎月面。也清楚可見的是第一透鏡元件后的光束相當(dāng)窄，同時仍容許大的視場(廣角)，并且同時束中的和多個光學(xué)部分上的光線的入射角的入射角仍然相當(dāng)小。所有這些確保在多種條件下好的光學(xué)質(zhì)量，多種條件諸如是變化的溫度、震動等。這里示出的實(shí)施例是1.6X變焦透鏡，并具有焦距f^一3.09mm的固定的負(fù)透鏡20。因此，光焦度為K二一0.324mm—1。廣角配置中的透鏡系統(tǒng)的焦距為2.088mm，因此總的光焦度S=0.479mm"。因此K和S無疑滿足關(guān)系IKI〉0.5問。如上述，根據(jù)本發(fā)明的變焦光學(xué)系統(tǒng)具有相對窄的束路徑。這給予了相對好的光學(xué)性質(zhì)，但是在某些情況下也可以導(dǎo)致相對大的系統(tǒng)長度。然而這在許多情況下不成為問題，諸如內(nèi)窺鏡等，并且其可以與諸如圖4中的那些折疊式反射鏡低效。在多數(shù)情況下，獲得好的光學(xué)質(zhì)量以及根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的更小的直徑將是最重要的優(yōu)點(diǎn)。下表中，給出了圖5的實(shí)施例的透鏡數(shù)據(jù)。表1透鏡表面數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>于此，下述設(shè)定適用于兩個極值變焦角度。視場和焦距分別是對'廣角，為80°和2.088mm(所以S二0.479mm")和對長焦為50°和3.474mm(所以S=0.287mm-1)。第一透鏡為非球面透鏡。這不是必需的，但是提供了更好地校正球差和其它像差的能力。在此情況下，透鏡表面描述為偏離球面表面的多項式展開。均勻的非球面表面模型僅使用極坐標(biāo)的偶次冪來描述非球面性。在此特定透鏡情況下的表面下陷由以下方程給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>其中，Z為以毫米計的表面下陷，r以毫米計的極坐標(biāo)，c為曲率=1/半徑=0.132mm"，k=錐形常數(shù)(此情況下k-O)，oti=0mm國1，a3=0.0049762mm'3，a5=0.0005190mm-5。此外，因為流體透鏡具有固定的體積，所以厚度將為曲率的函數(shù)。對于極值半徑，即長焦和廣角，其數(shù)值在下表中給出。表2'長焦'和'廣角'中的彎月面上的數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>對于根據(jù)圖5和表1和2的變焦光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例，一些光學(xué)性質(zhì)如圖6a、b中所示。圖6a示出了在0°、15°和25。的視場針對長焦配置的多色調(diào)制傳遞函數(shù)，而圖6b示出了在0。、24。和40。的視場針對廣角配置的多色調(diào)制傳遞函數(shù)。所示出的是作為空間頻率的函數(shù)的、在從435.8至656.3nm的波長范圍上進(jìn)行了平均的正切曲線("T")和弧矢曲線("S")。能夠看到針對長焦的對于(0°，S)、(0°，T)以及(15°，S)的曲線大部分重合。此外，更重要的是，在多數(shù)情況下，MTF足夠大，能提供滿意的分辨率。例如，當(dāng)使用VGA芯片作為傳感器來探測像素大小為3pm的圖像時。因此，最大的分辨率將為166周/毫米。實(shí)際上，如果在此最大分辨率的約1/3處，即在50周慮米處，MTF至少0.5在軸上且至少0.4不在軸上，則其是足夠的。如圖6a和b中能看到的，這是所有示出的廣角設(shè)定的視場的情況，也是所有長焦設(shè)定的視場的情況。這表明利用此類型的變焦透鏡能夠達(dá)到好的光學(xué)質(zhì)量，該變焦透鏡沒有活動的部分并且可以制作的非常緊湊。上述實(shí)施例不是意在限定本發(fā)明，而僅是為促進(jìn)對本發(fā)明的理解。除非相反地闡明，實(shí)施例的特征可以進(jìn)行任何期望的組合。此外，熟練的人們將能夠在所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)更改本發(fā)明。權(quán)利要求1、一種變焦光學(xué)系統(tǒng)，從所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的物側(cè)觀察，其具有第一固定的透鏡組(20；120，122；200)、以及可調(diào)流體透鏡組(22，40；124，140，150；206，214)，其中，所述可調(diào)透鏡組包括至少第一(22；124；206)和第二(40；140，150；214)可調(diào)流體透鏡，以及安置于所述第一和第二流體透鏡之間的透鏡光闌(36；139；212)，其特征在于，所述第一固定的透鏡(20；120，122；200)組具有負(fù)光焦度K。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光焦度K與所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的光焦度S存在如下關(guān)系-.|K|〉0.1|S|。3、根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的變焦光學(xué)裝置，其中，所述光焦度K與所述光焦度S存在如下關(guān)系IKI〉0.5問。4、根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的變焦光學(xué)裝置，其中，所述第一固定的透鏡組(20;120，122;200)包括單個負(fù)透鏡(20;200)。5、根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的變焦光學(xué)裝置，其中，至少所述第一流體透鏡(22;124;206)包括至少一個電壓控制的電潤濕裝置。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的變焦光學(xué)裝置，其中，至少一個電潤濕裝置包括電潤濕單元，所述電潤濕單元包括第一流體(28，44;132，142，152;208，216)和第二流體(30，46;134，144，154;210，218)，且兩者之間具有第一流體-第二流體界面(32，48;138-1，138-2)。7、根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的變焦光學(xué)裝置，其中，至少一個電潤濕裝置包括具有兩個第一流體-第二流體界面(138-1，138-2)的電潤濕單元(124)。8、根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的變焦光學(xué)裝置，其中，所述第一固定的透鏡組(20;120，122;200)的透鏡與所述至少一個電潤濕單元中的一個的壁集成。9、根據(jù)權(quán)利要求4所述的變焦光學(xué)裝置，其中，所述單個負(fù)透鏡(20;200)與所述至少一個電潤濕單元中的一個的壁集成。10、根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的變焦光學(xué)裝置，其中，所述透鏡光闌(36;139;212)對稱地安置于所述第一流體透鏡(22;206)和所述第二流體透鏡(40;214)之間。11、根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的變焦光學(xué)裝置，還包括第二固定的透鏡組(52，54)，從所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的物側(cè)觀察，其安置于所述第二流體透鏡(40)之后。12、根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的變焦光學(xué)裝置，還包括至少一個折疊式反射鏡(202，220)。13、一種相機(jī)裝置，包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的變焦光學(xué)系統(tǒng)，和相對所述物側(cè)安置的光敏裝置(60;222)。14、一種圖像捕獲裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的相機(jī)裝置。15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像捕獲裝置，其中，所述圖像捕獲裝置包括移動電話、網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)、個人數(shù)字助理或內(nèi)窺鏡。全文摘要本發(fā)明提供一種變焦光學(xué)系統(tǒng)，其包括兩個流體透鏡(22，40)和具有負(fù)光焦度的第一固定的透鏡組(20)，所述第一固定的透鏡組(20)安置于所述變焦光學(xué)系統(tǒng)的物側(cè)。第一負(fù)透鏡(20)確保所述變焦光學(xué)系統(tǒng)中的束相對窄，這容許另外的元件，尤其是流體透鏡(22，40)的直徑更小，這對于它們的光學(xué)質(zhì)量和它們對溫度差異、重力影響等的敏感性是有利的。文檔編號G02B3/14GK101490583SQ200780026471公開日2009年7月22日申請日期2007年7月2日優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司