CN100516937C - 可变焦透镜 - Google Patents

Abstract

一种用于改变辐射光束的光学装置，所述装置包括：可变焦透镜(1)，其包括第一液体(A)和第二液体(B)，其中所述液体不互溶并且通过液体凹凸透镜(6；106；206；306)彼此分离，该液体凹凸透镜可被配置入被设置为改变输入辐射光束(15；32；33)的预定聚散度的结构，以及焦点控制系统。该光学装置的特征在于：光学装置包括第一转向器，其被设置为在辐射光束经过所述液体凹凸透镜一次后，将所述辐射光束重新定向返回所述液体凹凸透镜；以及第二转向器，其被设置为在辐射光束通过所述凹凸透镜两次后，将所述辐射光束再次重新定向返回所述液体凹凸透镜；其中该结构被设置为再次改变每次重新定向后的辐射光束的聚散度，该再次改变提供具有放大的光焦度的可变焦透镜。

Description

可变焦透镜

技术领域

本发明涉及用于改变辐射光束的光学装置，尤其涉及用于给可变焦透镜提供具有放大的光焦度的光学装置。

背景技术

现有技术中已知可变焦透镜。例如，国际专利申请WO 03/069380公开了一种可变焦透镜，其包括两种通过液体凹凸透镜彼此分离的两种不互溶液体。每种液体具有不同的折射率，并且凹凸透镜用作通过凹凸透镜的辐射光束的透镜。电润湿力(electrowetting force)用于改变凹凸透镜的曲率，以改变透镜的光焦度。透镜在最大光焦度和最小光焦度之间提供不同光焦度的范围。

诸如上述的可变焦透镜可被用于多种应用中，例如照相机和用于扫描光学记录载体的设备，光学记录载体诸如压缩光盘(CD)或传统数字多功能盘(DVD)。在一些应用中，有效光焦度范围太小，并且往往对该应用的整体性能产生限制。

利用电润湿力改变凹凸透镜曲率的可变焦透镜需要施加电压到透镜液体。施加的电压可能相对较大，使不同光焦度之间的切换相对较慢。这会阻碍特定应用的可变焦透镜的性能。

发明内容

本发明的一个目的是提供光学装置，其包括具有放大的光焦度的可变焦透镜。

根据本发明的第一方面，提供用于改变辐射光束的光学装置，所述光学装置包括：

a)可变焦透镜，其包括具有第一折射率的第一液体(A)和具有不同的第二折射率的第二液体(B)，其中所述液体不互溶并且通过液体凹凸透镜彼此分离，该液体凹凸透镜可被配置为改变输入光束的预定聚散度的结构，从而所述结构决定所述透镜的光焦度；以及

b)聚焦控制系统，其被设置为通过所述液体凹凸透镜的结构的改变控制所述光焦度，

其特征在于：光学装置包括第一转向器，其被设置为在辐射光束经过所述液体凹凸透镜一次后，将所述辐射光束重新定向返回所述液体凹凸透镜；以及第二转向器，其被设置为在辐射光束通过所述凹凸透镜两次后，再次将所述辐射光束重新定向返回所述液体凹凸透镜；其中所述结构被设置为每次所述重新定向后进一步改变所述辐射光束的聚散度，所述进一步改变为所述可变焦透镜提供具有放大的光焦度。

液体凹凸透镜结构决定当辐射光束第一次通过凹凸透镜时辐射光束的聚散度如何改变。通过第一和第二转向器对被改变的光束的重新定向使光束第二和第三次通过液体凹凸透镜，导致光束聚散度进一步改变。该结构还决定光束的聚散度如何进一步改变。

透镜的光焦度由聚散度改变程度决定。根据本发明，通过使光束至少通过凹凸透镜第二次和第三次，导致的进一步改变使由透镜提供的光焦度放大。

液体凹凸透镜的改变使可变透镜的光焦度改变，包括放大的光焦度。与现有技术的系统相比，通过凹凸透镜结构中相对较小的改变，可以获得透镜的光焦度的相对较大的改变。

国际专利申请WO 2004/102251公开了一种可调节镜，其中液体凹凸透镜的结构利用电润湿力改变。可调节镜的功能通过反射表面结合凹凸透镜的透镜功能实现。

根据本发明，凹凸透镜的结构可通过电润湿力控制，包括对透镜液体施加电压。因为透镜的光焦度是放大的光焦度，所以比现有技术的系统需要更小的施加电压以获得想要的光焦度。而且，当在不同的凹凸透镜结构之间切换时，与现有技术相比，获得想要的光焦度改变所需电压的改变相对较小。这使透镜光焦度快速切换。

使辐射光束仅通过液体凹凸透镜一次，可以使光束引入色差。通过重新定向光束使得其再一次通过凹凸透镜，引入的色差量减小。这对需要具有最小色差光束的应用有益。

优选地，光学装置被设置为改变通过所述光学装置的辐射光束的偏振，从而改善至少所述第一和第二转向器之一的操作。

第一和第二转向器和与该转向器协作的光学元件可构建为改变辐射光束的偏振。这使得以希望的方式控制辐射光束通过光学装置。

优选地，第一转向器是设置为将所述辐射光束向所述液体凹凸透镜反射的第一镜。

当第一转向器是第一镜，已通过一次凹凸透镜的输入辐射光束被朝向凹凸透镜反射回并通过凹凸透镜。通过再次通过凹凸透镜，聚散度被进一步改变并且光焦度被放大。

优选地，第二转向器是设置为将所述辐射光束向所述液体凹凸透镜反射的第二镜。

当第二转向器是第二镜时，辐射光束在被第一镜反射后可被再次反射以再次通过液体凹凸透镜。

在此再次通过期间，凹凸透镜进一步改变聚散度，这进一步放大透镜的光焦度。放大的光焦度容许提供更有效的光焦度切换。在由电润湿力决定液体凹凸透镜的结构的地方，对特定光焦度所需的施加电压进一步减小。

本发明的光学装置可方便地结合入需要可变焦透镜以提供大范围光焦度和有效快速光焦度切换的应用。

根据本发明的第二方面，提供一种用于采集目标图像的图像采集设备，所述设备包括用于探测目标图像的图像探测系统，以及将目标图像聚焦到所述图像探测系统上的光学系统，其中所述光学系统包括根据本发明的光学装置。

在本发明的第三方面，提供一种包括根据本发明的光学装置的光学变焦镜头系统。

本发明的第四方面提供一种用于扫描光学记录载体的光学扫描设备，所述设备包括：

a)辐射源系统，用于发射辐射光束；

b)探测系统，用于探测承载源于光学记录载体的信息的辐射光束；

c)光学系统，用于将所述发射的辐射光束聚焦在光学记录载体，并在聚焦在所述记录载体之后用于将所述发射的辐射光束聚焦到所述探测系统上，其中所述光学系统包括根据本发明的光学装置。

本发明的其他特点和优点将从以下参照附图对本发明优选实施例的描述中明了，该些优选实施例仅用于示例。

附图说明

图1和图2示出根据现有技术的可变焦透镜；

图3示出根据现有技术的光学装置提供的光焦度；

图4示意性地示出根据本发明的透镜提供的光焦度；

图5示出根据本发明的光学装置提供的放大的光焦度；

图6和7示意性地示出现有技术与本发明的实施例提供的光焦度的关系；

图8和9示出根据本发明不同实施例的光学装置；

图10示意性地示出包括根据本发明实施例的光学装置的图像采集设备；

图11示意性地示出包括根据本发明实施例的光学装置的光学扫描设备。

具体实施方式

图1和2示意性地示出根据现有技术的可变焦透镜1，其被国际专利申请WO 03/069380公开。

可变焦透镜1包括圆柱形第一电极2，其被透明前面元件3和透明后面元件4密封，而形成液体腔5。

液体腔5包含两种不互溶液体，其是电绝缘第一流体A，诸如硅油或烷烃，以及导电第二流体B，诸如含盐溶液的水。两种流体通过液体凹凸透镜6彼此分离，如所示，液体凹凸透镜6具有关于透镜1的光轴OA旋转对称的非球面曲率结构。两种流体优选地具有相等的密度，以便可以独立于可变透镜1的取向控制凹凸透镜6的结构。第一流体A具有第一折射率，第二流体B具有不同的第二折射率。

第二电极7是环形的，并被设置在液体腔5的一端，这样，邻近于后面元件4。第二电极7被设置为至少一部分在液体腔5中以便所述电极作用于第二液体B。

凹凸透镜6的结构决定透镜1提供的光焦度。聚焦控制系统8被设置为通过改变这种结构来控制光焦度。控制系统8电连接到第一电极2和第二电极7，并通过改变施加到第一电极2和第二电极7的电压V来改变该结构。由于凹凸透镜电润湿力，第一电极2的液体接触层9的润湿性，通过第二液体B在由控制系统8施加的电压V下改变。这改变凹凸透镜6在三相线(液体接触层9和两种流体A和B之间的接触线)的接触角α。

图1示出从前面元件3观看时，具有凸曲率结构的凹凸透镜6，凸曲率通过施加电压V获得。透镜1具有输入路径IP和输出路径OP，其彼此分离并与光轴OA重合。辐射光束10沿输入路径IP进入透镜1，并具有预定聚散度。该光束沿光轴OA通过，由控制系统8配置凹凸透镜6，凹凸透镜6改变辐射光束的聚散度。被改变的光束沿输出路径OP从透镜1出射。

图2示出具有不同结构的凹凸透镜6，其具有凸曲率并与减小的接触角α对应。控制系统8施加不同电压V，以获得该结构，并且通过透镜1的辐射光束的聚散度被不同地改变。

根据国际专利申请WO 03/069380描述可变焦透镜的其他特点和原理，其内容通过参考并入此处。

图3和图5示出与所述现有技术的光学装置的操作相比，用于具有预定聚散度的辐射光束15的本发明的光学装置的操作原理。

图3示出根据使用图1和2描述的现有技术的可变焦透镜的操作。当从前面元件3观看时凹凸透镜6具有凸曲率的结构，并且第一和第二液体A和B具有折射率，以便通过凹凸透镜6的辐射光束的聚散度被凹凸透镜6会聚以提供正光焦度。

可以通过透镜的焦距测量光焦度。图3示意性地示出现有技术的可变焦透镜的焦距F₁。辐射光束15，如边缘辐射光线所示，沿光轴OA通行并穿过凹凸透镜6，凹凸透镜6将光束聚焦在焦点16。焦距F₁是沿光轴OA从液体凹凸透镜6至焦点16而得到的。

图4示意性地示出如何定义相对较厚的透镜提供的焦距FT。

输入辐射光束的边缘光线R_m被相对较厚的透镜L_T折射到光轴OA上的焦点19。沿光轴OA从交叉点P至焦点19的距离为厚透镜L_T的焦距F_T。交叉点P位于边缘光线R_m的输入路径(如果边缘光线延伸而未被透镜L_T折射)，以及边缘光线R_m的输出路径(如果边缘光线延伸返回透镜L_T而未被透镜L_T折射)之间的交叉处。

图5示意性地示出根据本发明的光学装置，其包括根据使用图1、2和3描述的现有技术的可变焦透镜的可变焦透镜。

该实施例的透镜的特征和元件与先前所述相似，并且使用增加100的相同参考标记表示，此处也应当使用相应描述。

根据本发明，光学装置包括第一转向器，其被设置为在辐射光束经过凹凸透镜106一次后，将所述辐射光束重新定向返回凹凸透镜106。该装置还包括第二转向器，其被设置为在辐射光束通过凹凸透镜106两次后，将所述辐射光束再次重新定向返回凹凸透镜106。凹凸透镜结构被设置为在每次重新定向后进一步改变辐射光束的聚散度，并且该进一步改变设置为提供具有放大的光焦度的可变焦透镜。

在以下所述的本发明的实施例中，第一转向器是设置为将辐射光束向液体凹凸透镜106反射的第一镜，第二转向器是设置为将辐射光束朝液体凹凸透镜106反射的第二镜。第一和第二镜设置在光轴OA上，并且每个具有反射面14，17。

图5是示意性的，并且为了清楚说明而仅示出第一和第二镜的反射面14，17。第一和第二反射面14，17均是朝向凹凸透镜106，垂直于光轴OA的平面。

图5示意性地示出光学装置的操作原理。彼此相邻地示出了本发明的三个光学装置以便各光轴相互重合。示为左侧光学装置的第一光学装置的第一反射面14和示为中间光学装置的第二光学装置的第一反射面14重合。第二光学装置的第二反射面17示为与示为右侧光学装置的第三光学装置的第二反射面17重合。

从前面元件103观看时，凹凸透镜106具有凸曲率，并且第一和第二液体A和B具有折射率以便经过凹凸透镜106的辐射光束的聚散度被凹凸透镜106会聚以提供正光焦度。在不同实施例中，凹凸透镜发散辐射光束以提供负光焦度。

应当理解图中示出的第二和第三光学装置是虚拟装置，其被示为显示如果光学装置被虚拟地关于反射面展开，光束经过该光学装置的状态。

在操作中，辐射光束在沿输入路径IP经过并通过凹凸透镜106之后，由第一镜反射以便再次通过凹凸透镜106。凹凸透镜结构被设置为进一步改变辐射光束的聚散度。第二镜再次反射辐射光束，使其再次经过凹凸透镜106，这进一步改变光束聚散度。在这个示例中，凹凸透镜106将辐射光束会聚在焦点18。

图5示意性地示出根据本发明的光学装置的焦距F₂。焦距F₂与利用图4示出的相对较厚的透镜提供的焦距的定义一致。焦距F₂为沿平行于光轴OA的方向，从交叉点20至焦点18而获得。交叉点20位于光束15输入路径(如果光束15延伸而未被凹凸透镜106折射)，以及光束15的输出路径(如果光束15延伸返回装置中而未被凹凸透镜106折射)之间的交叉处。凹凸透镜106对辐射光束的进一步改变给可变焦透镜提供放大的光焦度，并且这使得本发明提供的焦距F₂小于现有技术提供的焦距F₁。

对于利用图3和5描述的光学装置，第一液体A的折射率n_A＝1.35，第二液体B的折射率n_B＝1.5。形成在液体腔105中的两种液体A和B之间的凹凸透镜的半径r为2mm。根据现有技术的焦距F₁为13.33mm，根据本发明的焦距F₂为4.97mm。

第一液体A和第二液体B沿光轴OA的厚度改变可变焦透镜的焦距。在该示例中，第一液体A的厚度为1mm，第二液体B的厚度为0.5mm。当与光学装置的焦距F相比，两种液体A和B的厚度较小时，根据现有技术的透镜焦距F₁，近似依照关系式1：

$F_1=\frac{r}{n_B-n_A}---\left(1\right)$

根据本发明提供的透镜的焦距F₂，近似依照关系式2：

$F_2=\frac{r}{3(n_B-n_A)}---\left(2\right)$

利用关系式1和2，计算出分别根据现有技术和本发明的焦距F₁和F₂分别大约为13.33mm和4.44mm。

在第二液体B的厚度比先前所述更大的另一些实施例中，该厚度进一步改变光学装置提供的焦距。

已经说明了液体凹凸透镜106具有凸曲率，其会聚经过凹凸透镜106的辐射光束。液体凹凸透镜106可以可选地构建为发散经过凹凸透镜106的辐射光束。与现有技术相比，在这样的实施例中，可变焦透镜的光焦度也得到放大。聚散度的改变由第一和第二液体A，B的折射率以及施加的电压V决定。凹凸透镜106可通过控制系统构建为具有凹曲率或平面结构。液体折射率和/或液体材料可与所述的那些不同。

图6示意性地示出在垂直轴Y₁上标出的光焦度改变量(ΔFP)与在水平轴X₁上标出的获得一定光焦度的改变量所花的时间(t)之间的关系。第一关系R₁与现有技术的可变焦透镜对应，第二关系R₂与根据本发明的光学装置对应。轴Y₁和X₁上的单位是任意的。

与第一关系R₁相比时，第二关系R₂显示出本发明的装置提供一定光焦度改变所花的时间量一般少于现有技术的可变焦透镜提供相同光焦度改变所花的时间量。

图7示意性地示出在垂直轴Y₂上标出的光焦度改变量(ΔFP)与在水平轴X₂上标出的获得一定光焦度的改变量所需的电压(V)之间的关系。第三关系R₃与现有技术的可变焦透镜对应，第四关系R₄与根据本发明的光学装置对应。轴Y₂和X₂上的单位是任意的。

与第三关系R₃相比时，第四关系R₄显示出本发明的装置提供一定光焦度改变所需的电压量一般少于现有技术的可变焦透镜提供相同光焦度改变所需的电压量。

图8示意性地示出根据本发明的实施例的光学装置。该实施例的特征和元件与先前所述特征相似，并且使用相似的参考标记加200表示。此处也应当使用相应的说明。

在这个实施例中，液体凹凸透镜206结构会聚辐射光束。光学装置包括第一四分之一波片22，第一镜，其是偏振相关镜24，第二四分之一波片26，以及第二镜，其是部分透射镜28。第二四分之一波片26位于后面元件204和偏振相关镜24之间。偏振相关镜24的反射面217具有反射涂层，例如3M^TM生产的双重亮度增强膜(DBEF)。

辐射光束32沿光轴OA行进，并在一旦沿输入路径IP通过后，具有第一偏振方向的线偏振，该线偏振被第一四分之一波片22改变为圆偏振，例如右旋圆偏振。部分透射镜28被设置为允许至少部分辐射光束32通过部分透射镜28。辐射光束32通过液体凹凸透镜206且第二四分之一波片26将右旋圆偏振改变为沿第二方向的线偏振，该第二方向垂直于第一偏振方向。辐射光束32被第一反射面214反射，并且通过第二四分之一波片26，其将沿第二方向的偏振改变为右旋圆偏振。然后，辐射光束32第二次通过液体凹凸透镜206，并被部分透射镜28反射回凹凸透镜206以第三次通过凹凸透镜206。部分透射镜28反射光束，将右旋圆偏振改变为左旋圆偏振，左旋圆偏振然后被第二四分之一波片26改变为沿第一方向的偏振。偏振相关镜24的反射面214被设置为允许至少部分再次反射的辐射光束通过偏振相关镜24并且沿输出路径OP。

在另一实施例中，第一和第二液体A，B可以包括使液体凹凸透镜206作为部分透射镜的材料。在这样的实施例中，不需要第一镜。

在上述实施例中，偏振相关镜24被设置为通过选择具有一定偏振的辐射来控制再次反射的光束通过偏振相关镜，且部分透射镜28被设置为通过允许部分辐射光束通过部分透射镜来控制输入辐射光束通过部分透射镜28。在另一些实施例中，偏振相关镜和部分透射镜可与所述的不一样。

图9示意性地示出根据本发明不同实施例的光学装置，其中光学装置为反射折射系统的形式。该实施例的特征与元件与之先前所述相似，并且使用相似的参考标记加300表示。此处也应当使用相应的说明。

在这个实施例中，当从前面元件303观看时液体凹凸透镜306的结构为凸曲率，其发散辐射光束。第二镜的形状被设置为使得至少部分输入辐射光束一旦沿输入路径IP通过后不照射到第二镜，该第二镜在这个实施例中为具有朝向凹凸透镜306的平坦反射面317的环形镜34。该环形镜34具有内部孔36，其是透明的并且具有垂直于光轴OA的半径，该半径小于腔5的垂直于光轴OA的半径。第一镜37的形状被设置为以使至少一部分辐射光束在被第二镜34反射后不照射第一镜37。第一镜37具有垂直于光轴OA的半径，该半径小于柱状液体腔5的垂直于光轴OA的半径。在该示例中，第一镜37位于光轴OA上，与前面元件303相邻，第二镜34位于光轴OA上，与后面元件304相邻。

辐射光束33沿光轴OA行进，一旦经过输入路径IP，通过内部孔36和液体凹凸透镜306。在这个实施例中，可变焦透镜与对前面实施例所述的设置具有不同取向，以使辐射光束在通过内部孔36之后在到达凹凸透镜306之前，通过后面元件304和第二液体B。辐射光束33通过前面元件303，并被第一反射面314反射回通过液体凹凸透镜306。部分光束被第二反射面317再次反射回通过凹凸透镜306并行进到第一镜37的周围边缘38一侧。输出光束具有环形强度截面，其以输出路径OP为中心。

在另一实施例中，辐射光束可以沿与前面的实施例所述相对的方向通过装置，以使得部分输入辐射光束通过周围边缘38，并在反射和再次反射后，通过内部开口36从装置输出。

在另一实施例中，利用图9描述的装置的第一镜可以可选地为另一具有外部边界的环形镜，该外部边界的半径垂直于光轴OA，并小于环形镜34的半径。凹凸透镜发散通过孔36的输入辐射光束，以便另一环形镜将辐射光束反射到环形镜34上以进一步反射，以将光束输出通过另一环形镜的外部边界。

在另一实施例中，该装置可以与前面实施例所述相似，但是辐射光束沿相反方向通过以便至少部分输入辐射光束通过另一环形镜的外部边界并在被环形镜反射、被另一环形镜再次反射之前被凹凸透镜会聚并通过内部孔36输出。

在另一实施例中，其中第一和第二镜都是环形的，辐射光束通过第二镜的孔并且被凹凸透镜发散后由第一镜的反射面反射以便再次通过凹凸透镜。然后第二镜的反射面再次反射辐射光束，以便光束被重新定向为通过第一镜的中央孔并离开该装置。为了控制光束这样通过装置，第一和/或第二镜的反射面可以不是平面的，而是曲面的。

图10示意性地示出图像采集设备，例如照相机。该设备具有光轴OA，承载目标图像的辐射光束沿其通过。该设备具有光学系统，其具有变焦镜头系统，包括根据前面利用图8描述的两个光学装置48，50。每个液体凹凸透镜具有彼此结合的结构，用于将变焦系数引入由辐射光束承载的图像中。光学系统还具有物镜系统44，用于将变焦图像聚焦到用于探测目标图像的图像探测系统46。光学系统进一步包括透镜51，其改变辐射光束以确保该光束正确地聚焦到探测系统46上。在可选的图像采集设备中，两个光学装置中的每一个与前面利用图9所述的装置一致。

光学装置可以包括在变焦镜头系统中，其与参照图10所述的不同。一个示例是变焦镜头系统包括至少一个可切换光学元件，其包括具有被设置为作用于通过变焦镜头系统的辐射光束的部件的波前改变装置。可切换元件还包括第一液体和第二液体。该第一液体和第二液体具有彼此不同的折射率，并且彼此不互溶。可切换元件具有第一模式和第二模式。在第一模式中，可切换元件具有液体结构，在其中第一液体覆盖波前改变装置部分，在第二模式中，可切换元件具有不同的液体结构，在其中替换为第二液体覆盖波前改变装置部分。可切换元件可利用切换系统，其例如可以向至少第一和第二液体之一施加电压，从而在第一和第二模式之间切换。可切换元件将变焦系数引入通过变焦镜头系统的辐射光束。元件处于第一模式时被引入的变焦系数与元件处于第二模式时被引入的变焦系数不同。

图11示意性地示出用于扫描具有信息层54的光学记录载体52的光学扫描设备。该设备具有辐射源系统56，用于沿光轴OA发射预定波长的辐射光束。辐射光束被光学系统聚焦在信息层54，该光学系统包括如前面利用图8描述的装置的光学装置58和第一物镜系统53。聚焦的辐射光束被信息层54反射，并且分束器62将承载源于信息层54的信息的辐射光束导向光学系统的第二物镜系统63，其将辐射光束聚焦到被设置为探测辐射光束的探测系统64。

在可选的光学扫描设备中，光学装置被替换为如前面利用图9描述的装置。

上述实施例应理解为示出本发明的示例。可以想象本发明的另一些实施例。例如，所述光学元件的规格可以不同。第一或第二镜的反射面可以不是平面，而可以是凸面，凹面或这些的结合，并且还可相对于光轴不同地取向。此外，第一镜或第二镜可以具有与所述不同的形状，或者用于形成反射面的材料可以是不同的。

已描述了凹凸透镜会聚辐射光束的实施例。在这样的实施例中，凹凸透镜可被可选地构建为发散辐射光束。在凹凸透镜发散辐射光束的所述实施例中，凹凸透镜可被可选地构建为会聚辐射光束。已述的凹凸透镜具有旋转对称结构。凹凸透镜可被构建为关于光轴非旋转对称。

对于每个所述实施例，经过输入路径的辐射光束具有预定聚散度，其是一种准直的聚散度。可选地，输入光束可以是会聚性的或发散性的。

已描述了使用具有偏振的光束来控制光束通过装置的实施例。这改善了转向器的操作。该装置可以操作具有与所述辐射光束不同的偏振的辐射光束，并且可以将该装置设置为不同地改变光束的偏振。

在前面所述实施例中，输入和输出路径与光轴重合。可选地，输入和光学路径可以关于光轴具有与所述的不同定位，以便路径与光轴不重合。

描述了包括两个转向器以便辐射光束三次通过凹凸透镜的装置的实施例。转向器可以不是所述的镜，而可以是可选的用于重新定向光束的光学元件。此外，装置可以包括另外的转向器以便光束通过凹凸透镜三次以上。

对于前面所述的实施例，辐射光束的光线每次相对于光轴以不同径向位置和/或相对于凹凸透镜以不同入射角通过该凹凸透镜。这些入射角和/或这些径向位置的改变使得聚散度的改变发生变化。可以想象，可以将装置设置为使辐射光束光线以与那些已述的不同入射角和/或在不同径向位置通过凹凸透镜。可选地，可以将凹凸透镜构建为不改变光束聚散度。

由焦距表示的、本发明所提供的放大的光焦度的量可以与前面所述的不同。为了实现这一点，液体A、B的折射率，沿光轴OA的液体厚度以及腔的半径可与前面所述的那些不同。

本发明被描述为与利用电润湿力的可变焦透镜相关。可选地，该装置可以包括不使用电润湿力的不同类型的可变焦透镜。

已经描述了包括光学装置的设备。这样的设备可以与描述的那些不同，并且可以包括根据本发明不同实施例的光学装置。

可以想象光学装置的另外的应用。例如在希望改变照明区域大小的地方，光学装置可包括在诸如手电筒的照明设备中。装置可被结合在包括照相机的设备中，诸如移动电话、照相和摄影机、医疗设备、数据记录和读取设备、识别设备以及自动设备。还可以将该装置包括在望远镜中。

装置的实施例，例如利用图9所述的反射折射系统，可以不使用偏振辐射光束操作。这样的装置可以方便地用于需要与偏振无关的操作的应用中，例如照相机中。这些装置通常对通过装置的辐射光束引入低色差。辐射光束多次通过凹凸透镜使得引入光束的色差总量最小化。

应当理解关于任一实施例描述的任何特征可被单独或与所述其它特征结合使用，并且还可结合任何其它实施例的一个或多个特征或结合任何其他实施例使用。此外，不脱离本发明所附权利要求定义的范围，还可以采用上述没提到的等效方式或改变形式。

Claims (14)

1、用于改变辐射束的光学装置，所述光学装置包括：

a)可变焦透镜(1)，包括具有第一折射率的第一液体(A)和具有不同的第二折射率的第二液体(B)，其中所述液体不互溶并且通过液体凹凸透镜(6；106；206；306)彼此分离，该液体凹凸透镜被配置为具有改变输入辐射光束(15；32；33)的预定聚散度的结构，从而所述结构决定所述透镜的光焦度；以及

b)焦点控制系统(8；108；208；308)，其被设置为通过所述液体凹凸透镜的结构的改变来控制所述光焦度，

其特征在于：所述光学装置包括第一转向器，其被设置为在所述辐射光束经过所述液体凹凸透镜一次后，将所述辐射光束重新定向返回液体凹凸透镜；以及第二转向器，其被设置为在所述辐射光束通过所述凹凸透镜两次后，将所述辐射光束再次重新定向返回所述液体凹凸透镜；其中所述结构被设置为每次所述重新定向后进一步改变所述辐射光束的聚散度，将所述进一步改变设置为给所述可变焦透镜提供放大的光焦度。

2、如权利要求1所述的光学装置，其中所述液体凹凸透镜结构被设置为会聚通过所述液体凹凸透镜的辐射光束。

3、如权利要求1所述的光学装置，其中所述液体凹凸透镜结构被设置为发散通过所述液体凹凸透镜的辐射光束。

4、如前面任一权利要求所述的光学装置，其中所述光学装置被设置为改变通过所述光学装置的辐射光束的偏振以便改善所述第一和第二转向器中至少一个的操作。

5、如权利要求1至3中任一项所述的光学装置，其中所述第一转向器是第一镜(24；38)，其被设置为朝所述液体凹凸透镜反射所述辐射光束。

6、如权利要求5所述的光学装置，其中所述第一镜的形状被设置为使得至少部分所述被再次重新定向的辐射光束不会照射到所述第一镜。

7、如权利要求5所述的光学装置，其中所述第一镜被设置为允许至少部分所述被再次重新定向的辐射光束通过所述第一镜，并且所述第一镜被设置为控制所述再次重新定向的辐射光束通过所述第一镜。

8、如权利要求1至3中任一项所述的光学装置，其中所述第二转向器是第二镜(22；34)，其被设置为朝所述液体凹凸透镜反射所述辐射光束。

9、如权利要求8所述的光学装置，其中所述第二镜的形状被设置为使得至少部分所述输入辐射光束不会照射到所述第二镜。

10、如权利要求9所述的光学装置，其中所述第二镜是环形的。

11、如权利要求8所述的光学装置，其中所述第二镜被设置为允许至少部分所述输入辐射光束通过所述第二镜，并且所述第二镜被设置为控制所述输入辐射光束通过所述第二镜。

12、一种用于采集目标图像的图像采集设备，所述设备包括用于探测目标图像的图像探测系统(46)和设置为将所述目标图像聚焦到所述图像探测系统上的光学系统，其中所述光学系统包括如权利要求1至11中任一项所述的光学装置(48；50)。

13、一种光学变焦镜头系统，包括如权利要求1至11中任一项所述的光学装置。

14、一种用于扫描光学记录载体的光学扫描设备，所述设备包括：

a)辐射源系统(56)，用于发射辐射光束；

b)探测系统(64)，用于探测承载来自于光学记录载体(52)的信息的辐射光束；以及

c)光学系统，用于将所述发射的辐射光束聚焦在光学记录载体上，并在聚焦在所述记录载体上之后将所述发射的辐射光束聚焦到所述探测系统上，其中所述光学系统包括如权利要求1至11中任一项所述的光学装置(58)。

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