CN101512412A - 降低渐晕的光学滤波器设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种光学滤波器设备(10)包括其中溶解了遮光材料的半透明介质(14)，用于过滤入射光。所述光学滤波器具有延伸通过所述半透明介质的光轴(16)。该半透明介质具有基本上平行于所述光轴的厚度分布。该厚度分布决定了在所述光学滤波器设备的不同位置通过该光学滤波器的光路的长度。光路的长度决定了透射率。所述光学滤波器设备还包括用于控制所述介质的厚度分布以便控制所述光学滤波器设备的透射率分布的控制装置(26，32)。

Description

降低渐晕的光学滤波器设备和方法

技术领域

本发明涉及降低出现在光学系统中的渐晕的方法并且涉及用于降低渐晕的光学设备。

背景技术

光学系统表现出渐晕。渐晕导致与透镜的中心相比，不同量的光在透镜的外边缘透射。因此，渐晕影响透镜形成的图像。这在像相机那样的设备中尤其是个问题。

渐晕可能因光学原理而造成，因而是光学系统所固有的(此后称为自然渐晕)。渐晕也可能具有人为的性质，例如归因于诸如透镜之类的光学元件的安装。人为的渐晕可以通过使用小的孔径来降低。

本领域中已知的是，通过施加中性密度中心滤波器来降低渐晕。这种中性密度中心滤波器在外边缘处相比于中心具有不同的透射特性，从而降低了渐晕。然而，该滤波器不适用于适应可能由例如孔径变化而引起的渐晕的变化、例如由于变焦而引起的光学系统的变化等等。

希望的是具有适于克服上述缺点的光学设备。因此，本发明的目的是提供适用于降低渐晕并且适用于适应光学系统的变化的方法和光学滤波器设备。

发明内容

在一个方面中，本发明提供了依照权利要求1的光学设备。该光学设备包括半透明的介质。在该半透明的介质中，溶解了遮光材料。该遮光材料遮挡了至少一部分入射到光学滤波器设备上的光。遮挡的光的量取决于通过光学滤波器设备的介质的光路。如果该光路短，那么少量的光被遮挡；如果该光路较长，那么大量的光被遮挡。该光路取决于光学滤波器设备的介质的厚度。在本申请中，将介质的厚度限定为基本上平行于光轴的方向上的介质的尺寸，所述光轴延伸通过光学滤波器设备。介质的厚度可能在光学滤波器设备的表面上变化，所述表面基本上垂直于光轴。因此，此后，可能提及介质的厚度分布。介质的厚度分布决定光学滤波器设备的透射率分布。为了控制透射率分布，提供了用于控制介质的厚度分布的控制装置。

在一个实施例中，遮光材料可以是光吸收材料，例如选自包括染料和色素的组的材料。在另一个实施例中，遮光材料可以是反光材料，例如反射云母薄片。遮光材料还可以是光吸收材料和反光材料的组合。遮光材料可以遮挡具有任何波长的光或者可以只遮挡光谱的一部分。遮光材料可以遮挡可见光和/或可以遮挡非可见光，例如红外辐射和紫外辐射。

在一个实施例中，所述控制装置包括用于使用电润湿来控制厚度的电极。在另一个实施例中，所述半透明介质保持在至少部分半透明的容器中。该容器具有开口，所述开口由至少部分半透明的弹性材料所覆盖。所述控制装置包括用于控制容器中的半透明介质的量的泵。在其他的实施例中，所述控制装置可以使用磁力或压电式力或者任何其他合适的技术来控制厚度的分布。

在一个实施例中，光学滤波器设备包括具有溶解于其中的光吸收材料的第一半透明介质以及第二半透明介质，所述第一和第二半透明介质保持在至少部分半透明的容器中，并且其中所述控制装置包括用于控制第一和第二半透明介质之间形成的弯月面的形状的装置。通过第一半透明介质的光路决定了光学滤波器设备的透射率。第二半透明介质填充所述容器。通过控制第一和第二半透明介质之间的弯月面的形状，控制了第一半透明介质的厚度分布以及从而光学滤波器设备的透射率分布。如果第一和第二半透明介质具有基本上相同的折射率，那么弯月面的形状不影响通过的光的方向。因此，光学滤波器设备不具有透镜效果，而只有滤波效果。

在本发明的另外的方面中，提供了依照权利要求9的方法。该方法降低了光学系统中的渐晕。依照本发明的光学滤波器设备用来在该滤波器设备的中心附近过滤较多的光并且在该滤波器设备的外周界附近过滤较少的光，从而在通过该光学滤波器设备滤波之后提供了均匀的光分布。

应当指出的是，依照本发明的光学滤波器设备还适用于其他类型的滤波，例如校正其他光学效果和/或创建特定的光效果。此外，所述光学滤波器设备的上述垂直于光轴的表面可以具有任何类型的形状，例如圆形、方形等等，或者任何任意的形状。

附图说明

此后，将参照附图更加详细地阐述本发明，所述附图示出了非限制性实施例，其中

图1示出了依照本发明的光学滤波器设备的第一实施例的截面；

图2示出了依照本发明的光学滤波器设备的第二实施例的截面；

图3A-3C示出了依照本发明的光学滤波器设备的第三实施例的截面，其分别具有第一、第二和第三透射率分布；以及

图4A-4C分别示出了图3A-3C中示出的实施例的第一、第二和第三透射率分布。

具体实施方式

在附图中，相似的附图标记表示相似的部件和/或特征。图1示意性地示出了依照本发明的光学滤波器设备10的第一实施例。光学滤波器设备10包括其上设置了半透明介质14的半透明基底12。在该半透明介质中，溶解了诸如染料、色素或反射材料之类的遮光材料。光轴16延伸通过介质14。弯月面18在介质14上形成。介质14的厚度，即基本上平行于光轴16的尺寸在光轴16处最大，并且随着离开光轴16的距离的增大而减小。当光入射到光学滤波器设备10上时，在光轴16附近通过的大量光被吸收或反射，从而被过滤，而在光学滤波器设备10的外周界附近通过的光只有少量被吸收或反射。应当指出的是，由于介质14的形状的原因，特别是由于弯月面18的形状的原因，通过光学滤波器设备10的光不仅被滤波，而且光学滤波器设备10还对所述光具有透镜效果。

依照本发明，可以控制介质14的厚度分布以便控制光学滤波器设备10的透射率分布。使用诸如电润湿之类的适当的技术或者本领域技术人员清楚的任何其他的技术，可以改变弯月面18，从而将弯月面18的形状改变成例如弯月面形状20。与具有形状18的弯月面相比，当弯月面具有形状20时，介质14的厚度分布使得较少的光在光轴16附近被遮挡并且较多的光在光学滤波器设备10的周界附近被遮挡。

图2示出了依照本发明的光学滤波器设备10的另一个实施例。光学滤波器设备10包括其中提供了开口24的容器22。光轴16延伸通过容器22。因此，容器22至少在光轴16附近是半透明的。开口24由半透明弹性弯月面18覆盖。容器22填充有其中溶解了遮光材料的介质14。提供了泵设备26，以便将介质14从容器22泵浦到贮存器28，或者从贮存器28泵浦到容器22。

通过控制弯月面18的形状，容器22的开口24附近的介质14的厚度分布是可控的。通过将介质14从贮存器28提供给容器22，弯月面18将获得不同的形状，例如形状20。因此，可以像希望的那样控制和调节穿过弯月面18的光的透射率分布。

图3A-3C示出了依照本发明的光学滤波器设备10的另外的实施例。光学滤波器设备10包括光轴16延伸通过的容器30。容器30容纳具有溶解于其中的遮光材料的第一半透明介质14。容器30还容纳第二半透明介质34。第一和第二半透明介质14、34一起填充容器30。弯月面18在第一和第二介质14、34之间形成。弯月面18的周界耦合到弯月面控制元件32。弯月面控制元件32在基本上平行于光轴16的方向上是可移动的。可以使用任何适当的技术(例如使用磁力和/或压电式力)来移动弯月面控制元件32。由于第一半透明介质的体积和第二半透明介质的体积不能改变，因而弯月面控制元件32的位置决定了弯月面18的形状。弯月面18的形状决定了容器30中的第一和第二介质14、34的分布，如图3A、图3B和图3C中的弯月面控制元件32的第一、第二和第三位置分别所示。弯月面18的第一、第二和第三位置分别导致相应的第一、第二和第三透射率分布。

图4A-4C分别示出了分别与图3A-3C中的弯月面18的第一、第二和第三位置相应的第一、第二和第三透射率分布。在图4A-4C中，示出了透射率曲线图。沿着水平轴，绘出了垂直于光轴16的平面内的位置。特别地，示出了中心位置C和外周界处的位置OP。在图3A-3C中，中心位置C与光轴16重合。沿着竖直轴，绘出了相对透射率。

参照图3A和图4A，光学滤波器设备10的透射率在与光轴16重合的中心C处相对较高。在光轴16附近，第一介质14的厚度较小。因此，第二介质34的厚度较大。由于第一介质14容纳了遮光材料，因而通过第一介质14的光路决定了透射率。由于通过第一介质14的光路较短，因而透射率较高。随着离开光轴16的距离的增大，第一介质14的厚度增大(图3A)。因此，随着朝向外周界OP离开中心C的距离的增大，透射率减小(图4A)。

参照图3B和图4B，第一介质在光轴16附近的厚度相对较大，导致中心C附近的透射率小。第一介质14的厚度随着相对于光轴16的距离的增大而减小，导致透射率随着朝向外周界OP相对于中心C的距离的增大而增大。

参照图3C和图4C，第一介质14的厚度等于容器30在平行于光轴16的方向上的尺寸。因此，透射率在光轴16附近最小。一定量的光是否可以在光轴16附近通过取决于溶解在第一介质14中的遮光材料遮挡的量以及第一介质14中的遮光材料的浓度。在图4C中，示出透射率约为零。

在图3A-3C中示出的实施例中，只要第一介质14的折射率和第二介质34的折射率基本上相等，那么光学滤波器设备10的光学效果可以限于滤波器效果。在这种情况下，穿过光学滤波器设备10的光在弯月面18处将不被折射，而是笔直通过。因此，图3A-3C的实施例不具有透镜效果。

在上文中，已经公开了依照本发明的设备的若干实施例。在所示出的实施例中，透射率分布是围绕光学滤波器设备的光轴和/或中心对称的。应当指出的是，在光学系统中，系统的光轴不必与光学滤波器设备的中心重合。此外，厚度分布和相应的透射率分布不必是对称的，这取决于用来控制厚度分布的技术和控制装置。

尽管本文公开了本发明的详细的实施例，但是应当理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，其可以以各种形式来实现。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应当被解释成起限制作用，而仅仅是权利要求书的基础以及用于教导本领域技术人员以几乎任何适当的详细结构来不同地使用本发明的代表性基础。特别地，在所示出的实施例中使用的控制弯月面的形状以及从而控制所述介质的厚度分布的技术可以在单个实施例中加以组合。

此外，本文使用的术语和短语并不意在起限制作用；而是提供本发明的可理解的描述。本文使用的措词“一”或“一个”被限定为一个或多于一个。本文使用的措词“另一个”被限定为至少第二个或更多个。本文使用的措词“包含”和/或“具有”被限定为包括(即开放语言)。本文使用的术语“耦合”被限定为连接，但是不一定是直接地耦合，并且不一定是有线地耦合。

Claims (9)

1.光学滤波器设备(10)，包括：

-其中溶解了遮光材料的半透明介质(14)，光轴(16)延伸通过该半透明介质，该半透明介质具有基本上平行于所述光轴的厚度分布；

-控制装置(26，32)，其用于控制所述介质的厚度分布以便控制所述光学滤波器设备的透射率分布。

2.依照权利要求1的光学滤波器设备，其中所述遮光材料是光吸收材料，例如选自包括染料和色素的组的材料。

3.依照权利要求1的光学滤波器设备，其中所述遮光材料是反光材料，例如反射云母薄片。

4.依照权利要求1的光学滤波器设备，其中所述控制装置包括用于使用电润湿来控制所述厚度分布的电极。

5.依照权利要求1的光学滤波器设备，其中所述半透明介质保持在至少部分半透明的容器(22)中，该容器具有开口(24)，所述开口由至少部分半透明的弹性材料(18)所覆盖，并且其中所述控制装置包括用于控制所述容器中的半透明介质的量的泵(26)。

6.依照权利要求1的光学滤波器设备，其中该光学设备包括具有溶解于其中的光吸收材料的第一半透明介质(14)以及第二半透明介质(34)，所述第一和第二半透明介质保持在至少部分半透明的容器(30)中，并且其中所述控制装置包括用于控制第一和第二半透明介质之间形成的弯月面(18)的形状的装置。

7.依照权利要求6的光学滤波器设备，其中第一和第二半透明介质具有基本上相同的折射率。

8.依照权利要求6的光学滤波器设备，其中所述弯月面的周界固定到弯月面控制元件，该弯月面控制元件可以在基本上平行于所述光轴的方向上移动。

9.降低光学系统中的渐晕的方法，所述光学系统包括依照前面的权利要求中任何一项的光学滤波器设备，该方法包括控制所述光学滤波器设备的厚度分布，使得所述光学滤波器设备在该光学滤波器设备的中心附近的透射率低于在该光学滤波器设备的外周界附近的透射率。

Images