CN111352177A - 具有轴向顺应部分的可调声学梯度透镜 - Google Patents

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Abstract

一种可调声学梯度(TAG)透镜，包括声波产生元件和在由透镜壳体围绕的壳体腔中的折射流体。透镜壳体包括壳体端，其分别具有窗口构造、壳体端缘部分和增强轴向顺应部分。窗口构造包括窗口和窗口安装部分，其具有沿着轴向方向的整个窗口安装尺寸。增强轴向顺应部分联接在窗口安装部分和壳体端缘部分之间，并且包括减小厚度区域，减小厚度区域的特征在于材料厚度为相关的窗口安装尺寸的至多75％。当将周期驱动信号施加到声波产生元件时，所述轴向顺应部分构造为与壳体端缘部分相比，增强窗口安装部分的轴向挠度。

Description

具有轴向顺应部分的可调声学梯度透镜
技术领域
本公开涉及可调声学梯度透镜，更具体地涉及可调声学梯度透镜在用于检查和尺寸计量的可变焦距透镜系统中的使用。
背景技术
各种类型的多透镜可变焦距(VFL)光学系统可用于观察和精确测量表面高度，并且可包括在显微镜和/或精密机器视觉检查系统中，例如，美国专利No.9,143,674，其通过引用整体并入本文。简而言之，VFL透镜能够分别获取多个焦距的多个图像。一种已知的VFL透镜是可调声学梯度(“TAG”)透镜，其使用流体介质中的声波产生透镜效应。可以通过将TAG透镜共振频率的电场施加到围绕流体介质的振动构件(例如，压电管)来产生声波，以在透镜流体中产生随时间变化的密度和折射率分布，调节其光焦度，从而调节视觉系统的焦距或有效聚焦位置。TAG透镜可以用于以高达几百kHz的共振频率(即，以高速)周期性地调制聚焦位置。这样的透镜可以通过文章“具有可调声学梯度的折射透镜的高速变焦成像”(Optics Letters，第33卷，第18期，2008年9月15日)，以及美国专利8,194,307、9,213,175和9,256,009(每一个都通过引用整体并入本文中)的教导来更详细地理解。可调声学梯度折射率透镜和相关的可控信号发生器可从例如新泽西州普林斯顿的TAG光学公司获得。
TAG透镜的光学性能(例如，聚焦范围)和/或操作稳定性的限制可以相应地限制包括TAG透镜的系统的性能。对于简单的成像应用(例如，主要目的是观察)，此类限制可能不太重要。但是，在计量系统(例如显微镜系统中，其中TAG透镜经过精确校准以使特定的光焦度(或聚焦距离)与共振周期的特定相位相关联)，这种限制对于系统的执行某些检查和尺寸计量功能的精度和范围相对关键。关于这样的应用，期望可以提供关于TAG透镜的光学性能(例如，聚焦范围)和/或操作稳定性方面的改进的构造。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。
提供了一种可调声学梯度(TAG)透镜，其包括可控声波产生元件，折射流体和围绕壳体腔的透镜壳体。一折射流体的操作体积被容纳在壳体腔中，并且，可控声波产生元件围绕穿过该操作体积的光路布置在透镜壳体内部。TAG透镜的轴向方向被定义为平行于光路的光轴OA。该折射流体的操作体积能够响应于声波产生元件施加声波而沿光路改变其折射率，使得当周期性驱动信号被施加到声波产生元件时，TAG透镜被控制以提供对于TAG透镜的周期性调制的光焦度变化。在各个实施方式中，TAG透镜被包括作为视觉系统的一部分，并且对TAG透镜的控制为TAG透镜提供周期性调制的光焦度变化，相应地提供了视觉系统的焦距变化。
在各个实施方式中，透镜壳体包括大致沿轴向方向延伸的壳体壁部分以及大致横向于轴向方向延伸的第一和第二壳体端部。每个壳体端部包括位于中央的窗口构造，所述窗口构造包括沿光路安装在窗口安装部分中的窗口以及至少部分地与壳体壁部分对齐并密封的壳体端缘部分，每个窗口安装部分具有在垂直于光轴且分别与窗口安装部分的最远内和外表面重合的两个平行窗口安装边界平面之间限定的总体窗口安装轴向尺寸(沿轴向方向)。根据本文公开的原理，每个壳体端部进一步包括相应的增强轴向顺应部分，其联接并密封在其相关的窗口安装部分和壳体端缘部分之间，并且将其相关的窗口安装部分保持在适当的位置，并且构造为当周期性驱动信号施加到声波产生元件时，增强其相关的窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向挠曲幅度。在每个壳体端部中，其相应的增强轴向顺应部分包括第一减小厚度区域(例如，在一些实施方式中，对应于壳体端部中的环形凹槽)，第一减小厚度区域的特征在于沿轴向方向减小的材料厚度为其相关的窗口安装部分的整个窗口安装轴向尺寸的至多75％。第一减小厚度区域通常围绕其相关的窗口安装部分以至少270度的对角围绕光轴延伸。在各个实施方式中，第一减小厚度区域可以具有大体上环形的形状，并且在270度到360度范围内的对角上延伸。发明人已经发现，这种构造改善了TAG透镜的聚焦范围和/或操作稳定性(例如，聚焦范围的稳定性和/或与周期性驱动信号相关的共振频率的稳定性)，这保持其光焦度和/或聚焦距离校准相对于其周期性驱动信号的相位的稳定性和精度。任何这样的改进，无论多么小，对于提高基于TAG透镜的计量系统的实用性和精度都是至关重要的。
在一些实施方式中，第一减小厚度区域的特征在于沿着轴向方向的减小的材料厚度是其相关的窗口安装部分的整个窗口安装轴向尺寸的至多65％或至多55％(或更小)。
在一些实施方式中，第一减小厚度区域可以包括第一凹入表面，所述第一凹入表面与第一减小厚度区域共同延伸或大于第一减小厚度区域，并且相对于其相关的壳体端部的相邻表面沿轴向方向向凹入，并且沿轴向方向限制第一减小厚度区域的减小的材料厚度。第一凹入表面可以包括以壳体端部的材料形成的凹槽的表面部分。在一些实施方式中，TAG透镜具有大体上圆柱形的形状，并且在壳体端部的材料中形成的凹槽可以具有大体上环形的形状。
在各种实施方式中，任一壳体端部的第一凹入表面可以位于该壳体端部的外表面或内表面中。在各种实施方式中，任一壳体端部的第二凹入表面可以位于该壳体端部的外表面或内表面中。在一些实施方式中，如果第一凹入表面位于内表面中，则第二凹入表面位于外表面，或者如果第一凹入表面位于内表面，则第二凹入表面位于外表面。然而，这样的实施方式仅是示例性的，而不是限制性的。
在一些实施方式中，在每个壳体端部中，其相关的壳体端缘部分包括限定名义上垂直于光轴的邻接表面平面的部分，并且其相关的窗口安装部分的所有外表面沿着轴向方向相对于邻接表面平面凹入沿轴向方向的距离大于该相关的窗口安装部分的增强的轴向挠曲幅度。
在一些实施方式中，在至少一个壳体端部中，其相关的壳体端缘部分可以包括围绕其周边的安装表面，所述安装表面构造为接收沿垂直于光轴的径向方向在安装表面上施加力的安装元件(例如安装夹具)。所述至少一个壳体端部还可以包括径向应变隔离构造，所述径向应变隔离构造包括径向应变容纳通道或径向顺应弯曲元件中的至少一个，其以至少270度的对角围绕光轴延伸，并且沿径向方向定位在其安装表面及其相关的增强轴向顺应部分的第一减小厚度区域之间。在各个实施方式中，TAG透镜可以包括大体上圆柱形的形状，并且第一减小厚度区域可以是环形区域，并且径向应变容纳通道可以包括形成在该至少一个壳体端部的外表面中的环形凹槽。
在一些实施方式中，每个壳体端部的至少增强轴向顺应部分ACP和窗口构造根据本文公开的各个原理来构造，以提供TAG透镜的共振模式，包括窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向平移，其中，所述共振模式的共振带宽，如窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向平移幅度所指示，包括施加到声波产生元件的周期性驱动信号的频率。
附图说明
图1是包括TAG透镜的成像/检查系统的光学成像部分和控制系统部分的框图。
图2是包括已知特征的TAG透镜的截面图，包括在其中共振时产生的驻声波。
图3是具有透镜壳体的第一示例性实施方式的TAG透镜的截面图，其包括在每个壳体端部中使用增强轴向顺应部分的第一示例性实施方式。
图4是具有透镜壳体的第二示例性实施方式的TAG透镜的截面图，其包括在每个壳体端部中使用增强轴向顺应部分的第二示例性实施方式。
图5是具有透镜壳体的第三示例性实施方式的TAG透镜的截面图，其包括在每个壳体端部中使用增强轴向顺应部分结合径向应变隔离构造的第三示例性实施方式；和
图6A和6B是图5所示的TAG透镜的等轴测图和俯视图，包括外部储器构造的一般实施方式。
具体实施方式
图1和图2的描述提供了关于在工件检查系统中使用的TAG透镜的各种工作原理和应用的简要背景。为了用更深入的解释和理解来补充该简要背景，在先前并入的参考文献和美国专利9,930,243、9,736,355和7,627,162(其每一个通过引用整体并入本文)中更详细地描述了这种操作原理和应用的各个方面。
图1是包括光学成像系统105，照明源130，工件台110和控制系统部分101的成像/检查系统10的框图。在各种实施方式中，成像/检查系统10可以适合于机器视觉主机系统，或者用作独立系统，并且可以根据本文和结合的参考文献中公开的原理进行操作。包括光学成像系统105，照明源130和工件台110的成像/检查系统10通常可以由控制系统部分101控制以对工件20成像或检查。
光学成像系统105包括图像检测器160(例如，照相机)，一个或多个场镜150(例如，包括可互换的物镜)和TAG透镜170A。控制系统部分101可以包括系统管理器电路/例程125，其可以管理输入/输出接口139，以及成像管理器电路/例程180。主机系统或各种单独的显示设备或输入设备等可以连接到输入/输出接口139。在一些实施方式中，工件台110可以包括(可选的)运动控制系统，该运动控制系统使工件相对于光学成像系统105运动。在这样的实施方式中，系统管理器电路和例程125可以包括工件程序产生器和执行器(未示出)，其操作运动控制系统和成像/检查系统10的其他特征，以自动检查工件20，如并入的参考文献中所公开的那样。如图1所示，成像管理器电路/例程180包括或管理照明控制接口132，相机控制接口162和TAG透镜控制接口172。TAG透镜控制接口172可以包括或连接到TAG透镜控制器(例如，在成像管理器电路/例程180的一部分中)，该TAG透镜控制器包括用于控制与由TAG透镜170A提供的周期性聚焦位置调制同步的各种图像曝光的电路和/或例程。在一些实施方式中，TAG透镜控制接口172和TAG透镜控制器可以被合并和/或不可区分。如果适用，照明控制接口132可以控制例如针对相应照明源(例如照明源130)的选择，电源，开/关切换器和选通脉冲时序。在一些实施方式中，照明控制接口132可以包括曝光(频闪)时间控制器，或者可以以其他方式提供频闪时序信号(例如，向照明源130)，使得它们提供与TAG透镜聚焦位置调制的期望相位时序同步的图像曝光频闪时序。相机控制接口162可以控制例如相机构造，曝光时序，以及数据输出等(如果适用)。在一些实施方式中，相机控制接口162可以包括时序控制器，使得相机图像曝光时序与TAG透镜聚焦位置调制的期望相位时序和/或照明时序同步。这些组件中的每一个以及下面描述的其他组件，可以通过一个或多个数据/控制总线和/或应用程序编程接口，或通过各个元件之间的直接连接来互连。
如下面将更详细描述的，成像光路OPATH(沿光轴OA)包括将工件成像光155从工件20传输到图像检测器160的各种光学组件。例如，可将场镜150，TAG透镜170A和图像检测器160全部布置成其光轴对准与工件20的表面相交的相同光轴OA。但是，应当理解，该实施方式仅是示例性的，而不是限制性的。更一般地，成像光路OPATH可以包括平面镜和/或其他光学元件，并且可以采取根据已知原理使用图像检测器(例如，图像检测器160)可操作用于对工件20进行成像的任何形式。在所示的实施方式中，成像光路OPATH包括TAG透镜170A，并且可以用于使用一个或多个工件图像曝光来对工件20的表面进行成像和/或测量。
如前所述，TAG透镜170A的光焦度响应于共振驱动信号(例如，作为来自控制系统部分101的TAG透镜控制接口172的信号线171上的输入)以高频连续变化。有效聚焦位置EFP随之改变。在各种实施方式中，驱动信号是在TAG透镜170A的操作的共振频率处的正弦AC信号。在正弦改变TAG透镜170A的光焦度期间的对应时间或“相位时序”，可获得与有效聚焦位置EFP相对应的焦距Df。标称或“中间”有效聚焦位置可以被认为是组合其光焦度为零的状态下的TAG透镜时场镜150(例如，物镜)的(固定)焦距。可以在共振周期的特定相位或“相位时序”处“照射”照明源130或图像检测器160，以获得聚焦在相应的有效聚焦位置或聚焦距离处的图像曝光。源光134被反射或透射为工件光155，并且用于成像的工件光穿过场镜150和TAG透镜170A并且被图像检测器160(例如，相机)聚集。包括工件20的图像的工件图像曝光被图像检测器160捕获，并且在信号线161上输出到成像管理器电路/例程180(例如，通过相机控制接口162)。在各种实施方式中，图像检测器160可以是已知的电荷耦合装置(CCD)图像传感器或其他形式的相机，并且可以接收入射图像IMG，并且可以将具有预定信号形式的检测到的图像DIMG输出至成像管理器电路/例程180。
已知的基于对比度的聚焦分析方法可以用于分析结果图像并确定它们是否聚焦，和/或可以在系统管理器电路和例程125或成像管理器电路/例程180中使用以进行调整选通相位时序以提供“自动聚焦”操作，该操作提供工件20的聚焦图像。替代地，或另外，这样的基于对比度的聚焦分析方法可以用于从以相应的一组已知相位时序获取的一组图像中识别出最佳聚焦图像，并输出“最佳聚焦”相位时序值。可以利用Z高度(有效聚焦位置)校准数据，其将各个Z高度或有效聚焦位置与各个“最佳聚焦”相位时序相关联。因此，可以基于与其“最佳聚焦”图像相关的相位时序来确定工件20的成像表面部分的表面高度坐标。因此，如果需要，光学成像系统105和/或成像/检查系统10可以用于通过在工件20上扫描来测量或轮廓化工件20。在所结合的参考文献中更详细地描述了这种测量过程的各个方面。
基于前面的描述，关于TAG透镜的光焦度和/或聚焦范围和/或操作稳定性(例如，聚焦范围的稳定性和/或与周期性驱动信号相关的谐振频率的稳定性)，应当理解，这些特性中的任何一个的改进的性能和/或稳定性可以改善成像系统或包括TAG透镜的其他系统的整体性能，和/或在计量系统中使用时提高精度。下面参考图2更详细地描述具有某些已知特征的TAG透镜构造。下面参照图3至图6更详细地描述根据本文公开的原理的构造，这些构造提供了关于TAG透镜的性能和/或稳定性的改进。
图2是包括某些已知特征的TAG透镜170B的横截面图。TAG透镜170B包括透镜壳体210，透镜壳体210包括壳体端部210A(也称为壳体端部CEPt)和组合的壳体壁/壳体端部210B。如图2所示，组合的壳体壁/壳体端部210B包括壳体端部CEPb和壳体壁部CWP。透镜壳体210围绕壳体腔CC。TAG透镜170B还包括可控声波产生元件220和折射流体250。如图2中所示，透镜壳体210的壳体腔CC包括操作体积OPV的折射流体250，并且声波产生元件220(例如，压电振动器)被布置在透镜壳体210内部光路OPATH周围，光路OPATH穿过操作体积OPV。在各种实施方式中(例如，如本文中所示)，透镜壳体210可以是中空的圆柱形壳体，并且可控声波产生元件220可以是安装在透镜壳体210的内部的中空的圆柱形压电振动器。
根据本文使用的约定，后缀“t”通常表示“顶部”壳体端部CEPt的特征，而后缀“b”通常表示“底部”壳体端部CEPb的特征。将理解的是，在本文的各种附图描述中，“顶部”和“底部”的使用仅是为了方便参考以将一个壳体端部与另一个壳体端部区分开。一般而言，如果需要，可以将TAG透镜以倒置或旋转的位置使用。
在各种替代实施方式中，透镜壳体210可以具有其他形状(例如，中空六边形或正方形等)。在各种实施方式中，可控声波产生元件220可以由间隔件260、261和262(例如，仅用于机械支撑的O形环，由弹性体等制成)支撑。在各种实施方式中，一个或多个间隔件260可以设置在可控声波产生元件220的外周表面230与透镜壳体210的内周腔壁215之间(例如，形成间隔SP1)。类似地，一个或多个间隔件261可以设置在可控声波产生元件220的上表面231与透镜壳体210的上内表面217t之间(例如，形成间隔SP2)，并且一个或多个间隔件262可以设置在可控声波产生元件220的下表面232与透镜壳体210的下内表面217b之间(例如，形成间隔SP3)。
在各种实施方式中，由于驱动信号(例如，在外周表面230和内周表面240之间施加的AC电压)，可控声波产生元件220在径向方向上振动。在各种实施方式中，驱动信号通过信号线(例如，从控制系统部分101的TAG透镜控制接口172提供的，图1的信号线171)并且通过电连接器225被施加到声波产生元件220。
在各种实施方式中，可以将在信号线171上提供的驱动信号(例如，包括AC电压)调整为在可控声波产生元件220的内侧上(即，在壳体腔的被内周表面240围绕的部分内)的折射流体250中产生驻声波W的共振频率。在这种情况下，当如代表性振动箭头VA所示使可控声波产生元件220振动时，在折射流体250中产生驻波声W(即，出现同心圆波区域，此处折射率增大和减小)。应当理解，驻声波W产生密度梯度，密度梯度提供大致对应于驻声波W的折射率分布。该折射率分布的中心部分表示为垂直虚线之间的光路OPATH，可用于成像。
如上所述，壳体腔CC(例如，由内周腔壁215以及内表面217t和217b形成)被折射流体250填充。在各种实施方式中，折射流体250可以通过一个或多个入口/出口端口(例如，包括入口/出口端口211)被添加到壳体腔CC中，然后被密封。在各种实施方式中，在期望的操作条件下，整个可控声波产生元件220被浸没在折射流体250中，使得中空圆柱形可控声波产生元件220内的腔(即，被内周表面240包围的)充满折射流体250。透镜壳体210中的竖直狭槽或通道219和径向狭槽或通道218允许折射流体250流过各种间隔件(例如，O形环)以在填充期间和填充之后围绕声波产生元件220的外周表面230。与围绕声波产生元件220的整个外周延伸的间隔SP1不同，将理解的是，径向和竖直通道218和219是离散的通道(例如，在透镜壳体210中通过钻孔或其他方式形成的水平和垂直狭槽)。折射流体250能够从内周表面240内的腔流入径向通道218，并流过由间隔件(例如，间隔件260和262)产生的间隔SP(例如，间隔SP1和SP3)，并进入竖直通道219。以这种方式，折射流体250也能够填充声波产生元件220与内周腔壁215和透镜壳体210的壳体腔CC的上下内表面217t和217b之间的间隔SP1，SP2和SP3，以围绕声波产生元件220的外部。TAG透镜170B还包括顶部和底部窗口214t和214b，顶部和底部窗口214t和214b分别设置在壳体腔CC的上部和下部，并与之密封。穿过TAG透镜170B的中心(例如，以光轴OA为中心)的光路OPATH穿过上部窗口214t和下部窗口214b。
应当理解，先前概述的共振频率是整个系统的特性。如在于2018年6月5日提交的，标题为“用于可调声学梯度透镜的外部储器构造”的共同待决并共同转让的美国专利申请系列16/000,319号(以下称为′319申请)中更详细地描述，其通过引用整体并入本文，共振频率可以对诸如温度和/或压力和/或机械应力等因素的变化敏感。产生的驻声波W的透镜特性可能类似地对这些因素的变化敏感。因此，TAG透镜170B可以不同于用于建立前述校准数据(表征有效聚焦位置EFP或光角度相对于相位时序值的数据)的操作状态，并且结果可能出现高度测量误差。产生的误差可能很小，但在精密测量应用中却很重要。’319申请中公开的各种原理和构造旨在减少上述驱动因素的变化，以及减少由于先前已知和使用的可压缩元件IGV/ICE的类型的运动和/或不足引起的变化等。
关于可压缩元件IGV/ICE，一种构造在图2中由虚线轮廓表示，该虚线轮廓表示旨在被限制在相应的环形凹部中的环形可压缩元件的近似横截面。已知环形可压缩元件IGV/ICE是有意的气体体积或闭孔泡沫元件等。应当强调的是，已知示出为与环形可压缩元件IGV/ICE相对应的环形凹部具有仅基于被认为是可压缩元件IGV/ICE所期望的尺寸的尺寸。通常，已知的环形可压缩元件IGV/ICE已不如其在'319申请中所公开的预期目的，因此，它们的尺寸没有特定的数值范围或合理性。因此，图示为与图2所示的环形可压缩元件IGV/ICE相对应的环形凹口仅是用于说明目的的示意性表示(例如，根据'319申请中公开的说明)。同样，图2所示的壳体端部CEPt的表面216t中所示的凹部的尺寸也没有特定的数值范围或合理性。这种凹部的一个目的是使通过入口/出口211的壳体腔CC的流体填充更容易和/或更整齐。因此，在图2中的壳体端部CEPt的表面216t中示出的凹部仅是示意性表示。
与下面在图3-6B中进一步示出的各种环形凹部不同，在图2中，所示的各种凹部的所示尺寸在本文所公开的意义上未指定或没有意义，并且其功能不旨在影响壳体端部CEPt(210A)的轴向顺应性。为了避免混淆，如本文中其他地方所描述的，将理解的是，图2中的虚线轮廓所示的各个径向狭槽218示出了在间隔件262下方的细径向流动通道，而不是环形凹部。在本文公开之前，尚不希望提供增强的壳体端部CEPt的轴向顺应性，并且现有技术壳体端部CEP中的凹部的尺寸和位置在这方面只是偶然的，没有意义。
如'319申请中所述，为了获得改进的构造，该构造也消除并取代了环形可压缩元件IGV/ICE及其对应的环形凹部，壳体腔CC可以通过流动通道FLC连接(例如，如本文图3，4和5所示)到外部储器构造280(例如，如本文图6A和图6B中所示)，外部储器构造280包括容纳折射流体250的储备体积的可变形外部流体储器。流动通道FLC使得折射流体250能够根据折射流体的膨胀和收缩(例如，由于温度的变化)在壳体腔CC和可变形外部流体储器之间来回流动，这如'319申请所述具有解决各种问题的某些优势。
如将在下面关于图3-6B更详细地描述的，本文公开了各种原理，这些原理旨在改进TAG透镜的光学性能。关于光学性能，如上所述，TAG透镜170的光学透镜化可以通过声波产生元件220(例如，压电圆柱体)的振动运动对折射流体250(例如，硅油)进行循环压缩来实现。当折射流体250经历压力变化时，折射流体250的折射率存在相应的变化，从而导致TAG透镜170的光焦度发生变化(例如，在一些实施方式中最重要的是靠近TAG透镜170的中心光轴OA)。在各种实施方式中，光焦度可以与沿着光轴OA的长度的折射流体250的压缩的积分成比例，从而使得沿着透镜光轴OA的全长的折射流体250的更大平均峰压缩可以导致更高/改进的光焦度。
作为图3-6B的构造的简要概述，在各种实施方式中，可以通过使声波产生元件220沿着光轴OA沿着其全长以较大的平均位移振动，来实现折射流体250的更多压缩。透镜壳体210用于容纳折射流体250，使声波产生元件220与光轴OA保持对准，并提供用于将TAG透镜170安装到光学系统中的结构(例如，其中透镜壳体210，尤其是壳体端部CEP可以被夹紧和/或以其他方式附接到光学系统中的支撑结构或其他部件等)。声波产生元件220通过折射流体250和沿着声波产生元件220的侧边缘、顶边缘和底边缘定位的间隔件260、261和262(例如，用于机械支撑的O形环，由弹性体等制成)两者机械地联接至透镜壳体210。在各种实施方式中，为了使声波产生元件220实现大的位移，可能期望透镜壳体210以支持声波产生元件220沿光轴OA压缩折射流体250的运动的方式或方式振动和/或偏移。
如下面相对于图3-6B更详细地描述的，发明人已经确定期望壳体端部CEP中的一个或两个的中心部分(例如，窗口构造WCF)响应于声波产生元件220的运动和相关联的流体压力而沿着轴向方向略微偏移，使得窗口构造WCF可以与声波产生元件220的运动协作而略微移动(例如，其中增强的轴向挠曲在数十到数百纳米的数量级上)(例如，以增强运动/振动并增加声波产生元件220的运动/振动的整体幅度)，而不是对声波产生元件220的运动起到刚性的抵抗作用。如将在下面更详细地描述的，在各种实施方式中，可以通过在壳体端部CEPt和CEPb中的一个或优选地两个中包括轴向顺应部分ACP来实现/增加/增强这种运动和相应的效果(例如，如图3和图4所示)。如上所述，在各种实施方式中，也可以包括外部储器构造(例如，根据'319申请的教导)(例如，如图6A和6B所示)。
关于本文描述的任何各种构造(例如，关于图3-6B的任何TAG透镜170C-170F)，在一些实施方式中，可能期望调整一个或两个窗口构造WCF及其相关联的增强轴向顺应部分ACP，以及整个TAG透镜系统的其余部分的质量和刚度，以便该系统自然支持声波产生元件220在用于驱动TAG透镜170的(一个或多个)频率下的运动/振动(例如，与之产生共振)。在各种实施方式中，窗口构造WCF和/或支撑它的轴向顺应部分ACP可以构造为具有共振频率，该共振频率可以至少部分地响应于TAG透镜170的操作频率。关于这些考虑，在各种实施方式中，可以期望调整/利用与轴向顺应部分ACP的构造刚度相互作用的窗口构造WCF的尺寸或质量(例如，包括窗口214的相对尺寸)，以便实现窗口构造WCF沿轴向方向的期望的偏移/振动幅度(例如，对于给定的驱动频率)。在各种实施方式中，根据一种设计方法，每个壳体端部CEP的至少增强轴向顺应部分ACP和窗口构造WCF构造为提供TAG透镜的共振模式，包括窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向平移，其中，该共振模式的共振带宽，如窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向平移幅度所指示，包括施加到声波产生元件的周期性驱动信号的频率。通常，所公开的实施方式可以期望地提供一种有效的共振系统，该共振系统实现声波产生元件220的高平均位移/运动/振动(例如，以最小的输入电能等)。
图3是具有透镜壳体210的第一示例性实施方式的TAG透镜170C的截面图，其包括在每个壳体端部CEP中使用增强轴向顺应部分ACP的第一示例性实施方式。将理解的是，在图3和图2中类似地编号或指示的元件可以具有类似或相同的功能和/或构造，并且可以通过与先前的描述类似的方式来理解，除非通过描述或上下文另外指出。因此，下面仅详细描述显着差异和/或新功能。指示具有类似功能和/或构造的元件的该编号方案也被应用于随后的图4-6B。在某些情况下，为避免视觉混乱，在后面的图中省略了明显相似或相同的元件的附图标记，并且更清楚地显示和强调了在这些后面的图中引入的新的或不同的元件。这样的相似或相同的元件可以在各个附图中被识别，并且可以通过与先前的描述类似的方式来理解，除非由描述或上下文另外指出。
类似于TAG透镜170A和170B，图3的TAG透镜170C包括可控声波产生元件220和折射流体250，其中透镜壳体210围绕壳体腔CC。折射流体250的操作体积OPV被容纳在壳体腔CC中，并且可控声波产生元件220围绕穿过操作体积OPV的光路OPATH布置在透镜壳体210内部。折射流体250的操作体积OPV能够响应于声波产生元件220施加声波而沿光路OPATH改变其折射率，使得当周期性驱动信号被施加到声波产生元件时，TAG透镜170C被控制以提供对于TAG透镜170C的周期性调制的光焦度变化。如上所述，在各种实施方式中，TAG透镜170C可以被包括作为视觉系统10的一部分，并且对TAG透镜170C的控制以为TAG透镜170C提供周期性调制的光焦度变化相应地提供了视觉系统10的焦距变化。
如下面将更详细描述的，与图2的TAG透镜170B的一个主要区别在于，图3的TAG透镜170C包括在壳体端部CEPb中的增强轴向顺应部分ACPb和在壳体端部CEPt中的增强轴向顺应部分ACPt，如下面更详细描述的那样。本文所示的TAG透镜可以具有大致圆柱形的形状，并且以下概述的许多功能部件都可以理解为部分或完全环形区域的横截面，其中在所示TAG透镜的左侧和右侧的类似的标号(例如，图3中的CERt)将被理解为指代相同“环形”区域或特征的在直径上相对的部分。
透镜壳体包括大致沿轴向方向延伸的壳体壁部分CWP以及大致横向于轴向方向延伸的顶部和底部壳体端部CEPt和CEPb。顶部壳体端部CEPt包括位于中央的窗口构造WCFt，其包括沿光路OPATH安装在窗口安装部分WMPt中(大约对应于所示支架)的窗口214t，以及至少部分地与壳体壁部分CWP对齐并密封到壳体壁部分CWP(例如通过根据已知方法在其间的接头处紧固和密封)的壳体端缘部分CERt(大约对应于所示支架)。类似地，底部壳体端部CEPb包括位于中央的窗口构造WCFb，其包括沿光路OPATH安装在窗口安装部分WMPb中(大约对应于所示支架)的窗口214b，以及至少部分地与壳体壁部分CWP对齐并密封到壳体壁部分CWP(例如通过在虚线299处与壳体壁部分CWP整体形成并连接到壳体壁部分CWP)的壳体端缘部分CERb(大约对应于所示支架)。
每个窗口安装部分WMPt(或WMPb)具有各自的总体窗口安装轴向尺寸OWMDt(或OWMDb)，该轴向尺寸在垂直于光轴且分别与该窗口安装部分的最远内和外表面重合的两个平行窗口安装边界平面之间限定。
顶部壳体端部CEPt进一步包括相应的增强轴向顺应部分ACPt(大约对应于所示支架)，其联接并密封在其相关的窗口安装部分WMPt和壳体端缘部分CERt之间(例如，通过与其一体形成，如图所示)并且将其相关的窗口安装部分WMPt保持在适当的位置，并且构造为当周期性驱动信号施加到声波产生元件220时，增强其相关的窗口安装部分WMPt相对于其相关的壳体端缘部分CERt的轴向挠曲幅度。类似地，底部壳体端部CEPb还包括相应的增强轴向顺应部分ACPb(大约对应于所示支架)，其联接并密封在其相关的窗口安装部分WMPb和壳体端缘部分CERb之间(例如，通过一体形成，如图所示)，并且将其相关的窗口安装部分WMPb保持在适当的位置，并构造为当周期性驱动信号施加到声波产生元件220时，增强其相关的窗口安装部分WMPb相对于其相关的壳体端缘部分CERb的轴向挠曲幅度。
根据本文公开的原理，在每个壳体端部CEPt(或CEPb)中，各自的增强轴向顺应部分ACPt(或ACPb)包括第一减小厚度的区域RTR1t(或RTR1b)，其特征在于沿轴向方向的减小的材料厚度RMT1t(或RMT1b)为相关的窗口安装部分WMPt(或WMPb)的整个窗口安装轴向尺寸OWMDt(或OWMDb)的至多75％，并围绕其相关的窗口安装部分以至少270度的对角围绕光轴延伸(例如，如图6A和6B更清楚所示)。通常，为了使TAG透镜具有最佳的光学性能，优选使增强轴向顺应部分具有轴向对称性并且对应360度的角度。然而，由于实际考虑(例如，连接器和/或安装考虑等)，可能并非在所有实施方式中都是可行的。在这样的实施方式中，未在整个360度上延伸的“不完整”或折衷的增强轴向顺应部分仍可以提供本文所述的一些益处。
可以期望窗口安装部分在整体窗口安装轴向尺寸OWMDt和OWMDb是相对较厚的(例如8毫米或更大)，以便为脆性的窗口214t和214b及其相关的密封件提供到窗口安装部分WMPt和WMPb的相对刚性和保护性的安装。当在每个壳体端部CEPt和CEPb中都包括增强轴向顺应部分时，发明人已经确定，当减小的材料厚度RMT1t(或RMT1b)减小到整个窗口安装轴向尺寸OWMDt(或OWMDb)的至多75％时，可以获得增强的TAG透镜操作。在一些实施方式中，当减小的材料厚度RMT1t(或RMT1b)减小至整个窗户安装件轴向尺寸OWMDt(或OWMDb)的至多65％或至多55％时，可能是更有利的。这可以受到例如第一减小厚度区域RTR1t(或RTR1b)的宽度和/或形状，增强轴向顺应部分ACPt(或ACPb)中存在多个轴向厚度减小特征或凹槽等的影响。应当理解，TAG透镜以几十或几百kHz的频率操作，并且在这样的频率下，既相对刚性又稳定的透镜结构既是必需的也是期望的。因此，应当理解，“增强顺应”是一个相对术语，旨在根据本文公开和要求保护的原理与在TAG透镜操作频率下将窗口安装部分WMPt和WMPb的轴向挠曲幅度提高几十到几百纳米(与先前已知的TAG透镜结构相比)相关联。
在图3所示的实施方式中，在每个壳体端部CEPt(或CEPb)中，其减小厚度区域RTR1t(或RTR1b)包括第一凹入表面RS1t(或RS1b)，该凹入表面RS1t(或RS1b)与其对应的第一减小厚度区域共同延伸或大于其对应的第一减小厚度区域，并且，其相对于其相关的壳体端部CEPt(或CEPb)的相邻表面沿轴向方向凹入，并且沿轴向方向限制其对应的第一减小厚度区域RTR1t(或RTR1b)的减小的材料厚度。在图3所示的特定实施方式中，第一凹入表面RS1t(RS1b)是平行于相对表面216t(217b)的平坦表面，因此它与其对应的第一减小厚度区域共同延伸。将理解的是，在其他实施例中，如果需要，第一凹入表面(例如，类似于RS1t或RS1b)可以包括弯曲的或倾斜的表面。在这种情况下，第一凹入表面可以大于相应的第一减小厚度区域，其中，仅第一凹入表面的“较深”部分可以满足要求其相应的第一减小厚度区域的厚度为为其相关的整个窗口安装轴向尺寸的至多75％的条件。此外，应当理解，根据第一凹入表面的形状或轮廓，第一减小厚度区域的不同部分可以具有不同的材料厚度。将理解的是，根据本文公开的原理，只要任何这样的部分的不同材料厚度为相关联的整个窗口安装架轴向尺寸(例如，整个窗口安装轴向尺寸OWMDt或OWMDb)的至多75％，则这些部分满足与增强轴向顺应部分ACPt或ACPb的定义和要求有关的先前概述的标准。
在图3所示的实施方式中，壳体端部CEPt(或CEPb)包括窗口安装部分WMPt(或WMPb)，壳体端缘部分CERt(或CERb)和增强轴向顺应部分ACPt(或ACPb)，其全部由单个连续材料件形成，其中，第一凹入表面RS1t(或RS1b)包括在单个连续材料件中形成的凹槽的表面部分。在所示的实施方式中，TAG透镜170C可以具有大体上圆柱形的形状(例如，如图6A和6B所示)，并且在单个连续材料件中形成的凹槽可以是环形凹槽(例如，围绕360度的全部或大部分延伸)。但是，应当理解，在根据本文公开的原理的任何构造的各种其他实施方式中，如果需要的话，壳体端部CEPt(或CEPb)的各种元件可以形成为单独的元件，并且根据已知的方法进行焊接，铜焊或其他方式连接，以形成操作壳体端部。在图3所示的实施方式中，第一凹入表面RS1t位于壳体端部CEPt的内表面217t中，并且第一凹入表面RS1b位于壳体端部CEPb的外表面216b中。然而，这样的构造仅是示例性的，而不是限制性的。更一般地，第一凹入表面可以位于任一壳体端部的内表面或外表面中。
如图3所示，在各种实施方式中，TAG透镜170(例如170C)可以被组装在光学系统中，其中透镜壳体210在壳体端部CEPt和/或CEPb的邻接表面平面ASP上在透镜壳体210的底端和/或顶端上邻接光学系统的其他部件，以便为光学设计目的而沿轴向方向提供指定的或已知的间隔。在图6A和6B中还示出了邻接表面平面ASP。根据本文公开的原理，相关联的窗户构造WCFt或WCFb的窗口安装部分WMPt或WMPb的所有外表面可沿着轴向方向相对于邻接表面平面ASP凹入沿轴向方向的一距离，该距离大于该窗口安装部分的增强的轴向挠曲幅度。这样的构造允许窗口构造WCFt或WCFb相对于壳体端缘部分CERt或CERb移动/振动/偏移(例如，与声波产生元件220共振)，而不会接触可能邻接邻接表面平面ASP的任何配合表面。
如图3所示，TAG透镜170(例如170C)可以包括流动通道FLC，该流动通道FLC使折射流体250能够来回流动到密封系统中的外部储器构造(例如，如图6A和6B所示的外部储器构造280)，其具有解决如先前结合的'319申请中所述的某些问题的优点。在图3的示例实施方式中，所示的流动通道FLC包括可在透镜壳体210C和外部储器构造之间延伸(例如，延伸到储器交换通道REC中)的管TB，折射流体250通过该管TB能够在壳体腔CC和外部储器构造之间来回流动。可以包括一个或多个密封元件SL(例如，密封环)(例如，位于管TB周围并且用于密封透镜壳体210和外部储器构造之间的连接)，以确保折射流体250的密封容纳。可以通过参考′319申请来理解与流动通道FLC和外部储器构造相关的其他方面。
图4是具有透镜壳体210的第二示例性实施方式的TAG透镜170D的截面图，其包括在壳体端部CETt中使用增强轴向顺应部分ACPt的第二示例性实施方式。在先前描述的TAG透镜构造中(例如，在图2和图3中)被相似地编号或描绘的TAG透镜170D的各种特征可以理解为与它们先前描述的对应物相似或类似，除非下面另有指示。
如图4所示，壳体端部CEPt中的增强轴向顺应部分ACPt还包括位于壳体端部CEPt的外表面216t中的第二凹入表面RS2t。第二凹入表面RS2t相对于其相关的壳体端部的相邻表面(例如，表面216t)沿轴向方向凹入，并且围绕其相关的窗口安装部分WMPt以至少270度的对角围绕光轴延伸。在一些实施方式中，可以期望第一凹入表面RS1t和第二凹入表面RS2t都围绕光轴以360度的对角延伸，以提供最佳的可能的无像差的光学性能。
在图4所示的实施方式中，第二凹入表面RS2t被构造为沿着轴向方向与第一凹入表面RS1t的一部分对准，并且第二凹入表面RS2t限定了第一减小厚度区域RTR1t的一部分沿轴向方向的减小的材料厚度(例如，对应于图3中所示尺寸SEP的部分)。因此，将理解的是，第一减小厚度区域RTR1t的一部分具有材料厚度RMT1t，该材料厚度RMT1t为整个窗口安装轴向尺寸OWMDt的至多75％，并且第一减小厚度区域RTR1t的一部分的材料厚度SEP小于材料厚度RMT1t。应当理解，一般而言，这种构造允许更大的设计自由度来构造增强轴向顺应部分。例如，相对于图3所示的TAG透镜170C的增强轴向顺应部分ACPt，所示的实施方式进一步增加了TAG透镜170D的增强轴向顺应部分ACPt的轴向顺应性。它还改变了TAG透镜170D的增强轴向顺应部分ACPt的中性弯曲轴线的位置，以使其与其相关的窗口安装部分WMPt的质心更紧密地对准，这对于减少不想要的不对称(例如，扭转)共振模式形状等是有用的。然而，图4所示的实施方式仅是示例性的，而不是限制性的。在其他实施方式中，类似于第二凹入表面RS2t的第二凹入表面可以构造为沿轴向方向与第一凹入表面RS1t完全对准(使得其相应的减小的材料厚度在各处与尺寸SEP相同)，或者它可以构造为沿轴向方向不与第一凹入表面RS1t的任何部分对准。在后一种构造中，分离距离SEP可以被定义为在垂直于光轴OA并且分别与第一凹入表面和第二凹入表面的最远凹入部分重合的第一和第二平面之间沿着轴向方向的尺寸或距离。在一些这样的构造中，发明人已经确定，如果分离距离SEP为相关的窗口安装部分WMPt的整个窗口安装轴向尺寸OWMDt的至多55％，则可能是有利的。
图4示出了安装表面MSt，该安装表面MSt在其相关联的壳体端缘部分CERt上围绕壳体端部CEPt的周边延伸(除了在电连接器225及其相关联的盖附近)。图4还示出了安装表面MSb，该安装表面MSb在其相关的壳体端缘部分CERb上围绕壳体端部CEPb的周边延伸。在各种实施方式中，TAG透镜可包括这样的安装表面中的一个或两个。安装表面MSt(或MSb)可以构造为接收沿径向方向在安装表面MSt(或MSb)上施加力的安装元件(例如，与安装表面对接的压缩安装夹具)。将理解的是，由这种安装元件施加的力可以以不同于系统校准条件的方式使壳体端缘部分CERt(或CERb)或整个壳体端部CEPt(或CERb)受力或变形，随时间推移而变得不稳定，和/或由于操作温度变化等引起变化。当在精密计量系统中使用TAG透镜时，这种不稳定性可以在最终的光学测量结果中检测到(例如，测量漂移在微米范围内)。
应当理解，尽管在图4中仅在顶部壳体端部CEPt中示出了第二凹入表面RS2t，但是该实施方式仅是示例性的而不是限制性的。在各种实施方式中，任一壳体端部的第一凹入表面可以位于该壳体端部的外表面或内表面中。在各种实施方式中，任一壳体端部的第二凹入表面可以位于该壳体端部的外表面或内表面中。在一些实施方式中，如果第一凹入表面位于内表面中，则第二凹入表面位于外表面，或者如果第一凹入表面位于内表面，则第二凹入表面位于外表面。根据本文公开和要求保护的原理，在增强轴向顺应部分ACP中包括附加凹入表面的这些和其他实施方式是可能的。
发明人已经确定，除了其在增强的径向顺应部分ACPt中的功能之外，如图4所示的位于壳体端部CEPt的外表面216t中的第二凹入表面RS2t可以具有第二功能，其中，其用作径向应变隔离构造RSIC，其沿径向方向位于壳体端缘部分CERt(包括安装表面MSt)和增强轴向顺应部分ACPt的第一减小厚度区域RTR1t之间。根据一种类型的解释或描述，与第二凹入表面RS2t相关联的凹槽或通道可以被认为是径向应变容纳通道RSAC，其允许相邻的壳体端缘部分CERt的微小应变(例如，径向偏移或“滚动”)至少部分容纳或隔离，使得应变将以其他方式传递，使相对顺应的增强径向顺应部分ACPt受力或变形，或壳体端部CEPt的位于径向应变容纳通道RSAC的径向内部的其他结构大大减小。这导致TAG透镜170D的更稳定的操作，并且与本文所公开的增强轴向顺应部分ACP的使用协同作用。总之，根据强调径向应变隔离构造RISC的TAG透镜170D的另一种描述，在一种实施方式中，TAG透镜170D包括大体上圆柱形的形状，并且其第一减小厚度区域RTR1t可以是环形区域，并且其包括径向应变隔离构造RSIC，其沿径向方向位于壳体端缘部分CERt与增强轴向顺应部分ACPt的第一减小厚度区域RTR1t之间。特别地，在所示的实施方式中，径向应变隔离构造RSIC包括径向应变容纳通道RSAC，其是形成在壳体端部CEPt的外表面216t中并且沿径向方向位于壳体端缘部分CERt和增强轴向顺应部分ACPt的第一减小厚度区域RTR1t之间的环形槽(对应于第二凹入表面RS2t)。
基于上面概述的描述和/或解释，可以认识到，图4所示的径向应变隔离构造RSIC仅是示例性的，而不是限制性的。图4中所示的径向应变隔离构造RSIC沿着径向方向位于壳体端缘部分CERt与增强轴向顺应部分ACPt的第一减小厚度区域RTR1t之间。然而，对于如本文所公开的包括如上所述的安装表面MS的TAG透镜，径向应变隔离构造RSIC可以更通常地沿着径向方向在其安装表面MS和其增强轴向顺应部分ACP的第一减小厚度区域RTR1之间以任何期望位置位于壳体端部CEP中。在各种实施方式中，包括围绕其周边的安装表面MS的壳体端部(例如，如上所述)可以包括径向应变隔离构造RISC，该径向应变隔离构造RISC包括径向应变容纳通道RSAC或径向顺应弯曲元件RCBE(以下进一步描述)中的至少一个，其围绕光轴OA以至少270度的对角延伸，并且沿径向方向定位在其安装表面MS及其关联的增强轴向顺应部分ACP的第一减小厚度区域RTR1之间。符合以上概述的描述的一种替代的径向应变隔离构造在下面公开。
图5是具有透镜壳体210的第三示例性实施方式的TAG透镜170E的截面图，其包括在每个壳体端部CEP中使用增强轴向顺应部分ACP结合可以用于一个或两个壳体端部CEP的径向应变隔离构造RISE的第三示例性实施方式。图5所示的壳体端部CEPt和CEPb中的大多数元件和特征与图4所示的相似，并且可以被类似地理解。因此，下面仅描述与图5中所示的径向应变隔离构造RISC相关的显着差异。
如图5所示，径向应变隔离结构RISC包括径向应变隔离通道RSAC和径向顺应弯曲元件RCBE，其每一个被理解为围绕光轴在至少270度的对角上延伸。将理解的是，在一些实施方式中，径向顺应弯曲元件RCBE可包括围绕对角的连续部分，或者在其他实施方式中，其可包括围绕对角延伸的一组部分RCBE'(如图6A和6B所示)。径向应变隔离通道RSAC和/或径向顺应弯曲元件RCBE分别位于沿径向方向在安装表面MS与其相关联的增强轴向顺应部分ACPt(或ACPb)的第一减小厚度区域之间的壳体端部CEPt(或CEPb)中。在所示的实施方式中，TAG透镜170E可以包括大体上圆柱形的形状，并且其第一减小厚度区域RTR1t和RTR1b可以是环形区域，并且径向应变容纳通道RASC可以包括形成在壳体端部CEPt或CEPb的外表面中的环形凹槽。特别地，形成径向应变容纳通道RASC的环形凹槽位于壳体端缘部分CERt或CERb中，并且构造成形成相邻的径向顺应弯曲元件RCBE的内壁，该内壁具有大致环形的形状或构造(例如，如图6A和图6B所示)并且具有作为安装表面MSt或MSb的外周表面。
将理解，根据一种类型的与上述关于图4的类似解释或描述，形成径向应变容纳通道RSAC的环形凹槽允许相邻的径向顺应弯曲元件RCBE的微小应变(例如，径向偏移或“滚动”)至少部分容纳或隔离，使得应变将以其他方式传递，使相对顺应的增强径向顺应部分ACP受力或变形，或壳体端部CEPt的位于径向应变容纳通道RSAC的径向内部的其他结构大大减小。这导致TAG透镜170E的更稳定的操作，并且与本文所公开的增强轴向顺应部分ACP的使用协同作用。
图6A和图6B是与图5所示的TAG透镜170E基本相似或相同的TAG透镜170F的等距视图和俯视图，包括外部储器构造280的一般实施方式，其可以基于包含在先前并入的’319申请中的公开内容来理解。因此，可以在没有进一步描述的情况下将图6A和图6B理解为澄清图，其包括参照本文先前的附图描述的各种相似编号的元件和特征的不同视图。
尽管上面概述的增强轴向顺应部分ACP通过具有改变和减小其“几何截面”特性的“减小厚度”构造以减小增强轴向顺应部分ACP的轴向刚度已经实现了增强轴向顺应性，但是应该理解，通过减小增强轴向顺应部分ACP的弹性模量而不必沿轴向方向减小其厚度可以实现类似的结果。例如，已知诸如壳体端部CEP之类的部件可以由3D打印和烧结的金属粉末制成，以在期望的区域中提供期望的孔隙率，例如，如美国专利申请2006/0211802A1和/或2010/0137990A1等中所公开的那样，其每一个通过引用整体并入本文。已知当通过根据已知方法提供实际和期望的孔隙率百分比的制造技术来实现密度时，金属材料的弹性模量可以非常近似地与其密度成比例。因此，使用这种制造技术，在根据本文公开的原理的一种实施方式中，在每个壳体端部中，至少其各自的增强轴向顺应部分包括金属成分的材料区域，该材料区域的孔隙率将其平均密度降低至无孔密度的至多75％，并且该材料区域围绕其相关的窗口安装部分在围绕光轴的至少270度的对角上延伸。为了描述的目的，将理解的是，这种增强轴向顺应区域可以具有沿轴向方向的形状或突出部，该形状或突出部大致对应于本文公开的各种凹入表面的形状，但是其不需要包括凹入表面，因为通过减小材料模量(而不是横截面)来提高其顺应性。将理解的是，如果需要，其孔隙率或密度在一些实施方式中可以相对均匀，或者在其他实施方式中其可以沿轴向或径向方向渐变。降低密度的多孔材料的使用不必限于增强轴向顺应部分ACP–如果需要，可以在所有壳体端部CEP中使用。
虽然已经图示和描述了本公开的优选实施方式，但是基于本公开，对于本领域技术人员而言，所示出和描述的特征和操作序列的布置中的多种变化将是显而易见的。可以使用各种替代形式来实现这里公开的原理。另外，上述各种实现可以被组合以提供进一步的实施方式。本说明书中提及的所有美国专利和美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。可以修改实现的方面，如果需要的话，采用各种专利和应用的概念来提供进一步的实施方式。
根据以上详细描述，可以对这些实施方式进行这些和其他改变。通常，在所附权利要求中，不应将所使用的术语解释为将权利要求限制为说明书中公开的特定实施方式。而是，应将其解释为包括基于本文公开的原理和教导的所有可能的实施方式以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。

Claims (16)

1.一种可调声学梯度(TAG)透镜，包括：
可控声波产生元件；
折射流体；
围绕壳体腔的透镜壳体，其中：
折射流体的操作体积容纳在壳体腔中，并且，可控声波产生元件围绕穿过操作体积的光路布置在透镜壳体内部，TAG透镜的轴向方向被定义为与光路的光轴平行；并且
折射流体的操作体积能够响应于声波产生元件施加声波而沿光路改变其折射率，使得当周期性驱动信号被施加到声波产生元件时，TAG透镜被控制以提供对于TAG透镜的周期性调制的光焦度变化；并且
透镜壳体包括：
大致沿轴向方向延伸的壳体壁部分，以及
第一壳体端部和第二壳体端部，第一壳体端部和第二壳体端部大致横向于轴向方向延伸，其中，每个壳体端部包括位于中央的窗口构造，所述窗口构造包括沿光路安装在窗口安装部分中的窗口以及至少部分地与壳体壁部分对齐并密封的壳体端缘部分，
其中：
每个窗口安装部分具有在垂直于光轴且分别与窗口安装部分的最远内和外表面重合的两个平行窗口安装边界平面之间限定的总体窗口安装轴向尺寸；并且
每个壳体端部进一步包括相应的增强轴向顺应部分，其联接并密封在其相关的窗口安装部分和壳体端缘部分之间，并且将其相关的窗口安装部分保持在适当的位置，并且构造为当周期性驱动信号施加到声波产生元件时，增强其相关的窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向挠曲幅度，其中：
在每个壳体端部中，各自的增强轴向顺应部分包括第一减小厚度区域，第一减小厚度区域的特征在于沿轴向方向的减小的材料厚度为相关的窗口安装部分的整个窗口安装轴向尺寸的至多75％，并围绕其相关的窗口安装部分以至少270度的对角围绕光轴延伸。
2.根据权利要求1所述的TAG透镜，其中，在每个壳体端部中，所述第一减小厚度区域的特征在于沿轴向方向的减小的材料厚度为其相关的窗口安装部分的整个窗口安装轴向尺寸的至多65％。
3.根据权利要求1所述的TAG透镜，其中，在每个壳体端部中，所述第一减小厚度区域的特征在于沿轴向方向的减小的材料厚度为其相关的窗口安装部分的整个窗口安装轴向尺寸的至多55％。
4.根据权利要求1所述的TAG透镜，其中，在每个壳体端部中，第一减小厚度区域包括第一凹入表面，所述第一凹入表面与第一减小厚度区域共同延伸或大于第一减小厚度区域，并且相对于其相关的壳体端部的相邻表面沿轴向方向凹入，并且沿轴向方向限制第一减小厚度区域的减小的材料厚度。
5.根据权利要求4所述的TAG透镜，其中，壳体端部中的至少一个包括全部由单个连续材料件形成的窗口安装部分、壳体端缘部分和增强轴向顺应部分，其中，第一凹入表面包括在单个连续材料件中形成的凹槽的表面部分。
6.根据权利要求5所述的TAG透镜，其中，所述TAG透镜具有大体上圆柱形的形状，并且在所述单个连续材料件中形成的凹槽是环形凹槽。
7.根据权利要求4所述的TAG透镜，其中，至少一个壳体端部的第一凹入表面位于壳体端部的内表面中。
8.根据权利要求7所述的TAG透镜，其中，包括位于其内表面中的第一凹入表面的至少一个壳体端部的增强轴向顺应部分还包括位于所述壳体端部的外表面中的第二凹入表面，其中，所述第二凹入表面沿轴向方向相对于其相关的壳体端部的相邻表面凹入，并且围绕其相关的窗口安装部分以至少270度的对角围绕光轴延伸。
9.根据权利要求8所述的TAG透镜，其中，所述第二凹入表面是以下之一：
构造为沿轴向方向与第一凹入表面的至少一部分对准，并且第二凹入表面沿轴向方向限制第一减小厚度区域的至少一部分的减小的材料厚度；或
构造为沿轴向方向不与第一凹入表面的任何部分对准，并且分别与第一和第二凹入表面的最远凹入部分重合的第一和第二平面之间的沿轴向方向的分离距离为与其相关的窗口安装部分的整个窗口安装轴向尺寸的至多55％。
10.根据权利要求8所述的TAG透镜，其中，所述第一凹入表面和第二凹入表面包括环形凹入表面，所述环形凹入表面各自以360度的对角围绕所述光轴延伸。
11.根据权利要求1所述的TAG透镜，其中，在每个壳体端部中，其相关的壳体端缘部分包括限定名义上垂直于光轴的邻接表面平面的部分，并且其相关的窗口安装部分的所有外表面沿着轴向方向相对于邻接表面平面凹入的沿轴向方向的距离大于该相关的窗口安装部分的增强的轴向挠曲幅度。
12.根据权利要求1所述的TAG透镜，其中：
在至少一个壳体端部中，其相关的壳体端缘部分包括围绕其周边的安装表面，所述安装表面构造为接收沿垂直于光轴的径向方向在安装表面上施加力的安装元件；并且
所述至少一个壳体端部还包括径向应变隔离构造，所述径向应变隔离构造包括径向应变容纳通道或径向顺应弯曲元件中的至少一个，其以至少270度的对角围绕光轴延伸，并且沿径向方向定位在其安装表面及其相关的增强轴向顺应部分的第一减小厚度区域之间。
13.根据权利要求12所述的TAG透镜，其中：
所述TAG透镜具有大致圆柱形的形状；
第一减小厚度区域是环形区域；并且
所述径向应变容纳通道包括形成在所述至少一个壳体端部的外表面中的环形槽。
14.根据权利要求13所述的TAG透镜，其中，形成所述径向应变容纳通道的所述环形凹槽是以下之一：
定位在壳体端缘部分和第一减小厚度区域之间；或
定位在壳体端缘部分中，并且构造为形成相邻的径向顺应弯曲元件的内壁，所述内壁具有环形形状并且具有作为安装表面的外周表面。
15.根据权利要求1所述的TAG透镜，其中，每个壳体端部的至少增强轴向顺应部分和窗口构造被构造为提供TAG透镜的共振模式，包括窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向平移，其中，所述共振模式的共振带宽，其由窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向平移幅度所指示，包括施加到声波产生元件的周期性驱动信号的频率。
16.一种可调声学梯度(TAG)透镜，包括：
可控声波产生元件；
折射流体；
围绕壳体腔的透镜壳体，其中：
折射流体的操作体积容纳在壳体腔中，并且，可控声波产生元件围绕穿过操作体积的光路布置在透镜壳体内部，TAG透镜的轴向方向被定义为与光路的光轴平行；并且
折射流体的操作体积能够响应于声波产生元件施加声波而沿光路改变其折射率，使得当周期性驱动信号被施加到声波产生元件时，TAG透镜被控制以提供对于TAG透镜的周期性调制的光焦度变化；并且
透镜壳体包括：
大致沿轴向方向延伸的壳体壁部分，以及
第一壳体端部和第二壳体端部，第一壳体端部和第二壳体端部大致横向于轴向方向延伸，其中，每个壳体端部包括位于中央的窗口构造，所述窗口构造包括沿光路安装在窗口安装部分中的窗口以及至少部分地与壳体壁部分对齐并密封的壳体端缘部分，
其中：
每个壳体端部进一步包括相应的增强轴向顺应部分，其联接并密封在其相关的窗口安装部分和壳体端缘部分之间，并且将其相关的窗口安装部分保持在适当的位置，并且构造为当周期性驱动信号施加到声波产生元件时，增强其相关的窗口安装部分相对于其相关的壳体端缘部分的轴向挠曲幅度，其中：
在每个壳体端部中，至少其各自的增强轴向顺应部分包括金属成分的材料区域，该材料区域的孔隙率将其平均密度降低至无孔密度的至多75％，并且该材料区域围绕其相关的窗口安装部分在围绕光轴的至少270度的对角上延伸。
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