发明内容
本发明的目的是提供一种光学系统,其能够调节至少一种光学特性,并且易于组装而不需要精细的对准过程。
该目的通过具有权利要求1的特征的光学系统来实现。
有利的实施例在从属权利要求中描述。
根据权利要求1,光学系统包括用于光学元件的固体透镜镜筒,其中透镜镜筒沿着光学系统的光轴延伸,透镜镜筒保持多个光学元件,多个光学元件包括
a)透镜系统,包括至少一个固体透镜,
b)具有可调焦距的第一透镜,其中第一透镜包括填充有透明流体的容器,其中容器包括面向容器的透明底部的可弹性变形且透明的膜,
其中,特别在其轴向端部处,透镜镜筒具有沿着光轴的第一开口和第二开口,用于接收光学系统的入射光和出射光,其中,第一开口和/或第二开口还被配置为接收透镜系统,其中,透镜镜筒具有垂直于光轴延伸的第一槽,其中,第一透镜通过垂直于光轴的第一槽插入到透镜镜筒中。
透镜系统特别地包括多个固体透镜,即刚性透镜,其沿着光学系统的光轴以预定顺序布置。透镜系统还可以包括其它光学元件,例如间隔件、孔径、滤光器等。
在本说明书的上下文中,固体透镜是指具有不能改变的固定焦距的透镜。
光学元件具体地为以下之一:
-固体透镜,特别是由玻璃,塑料或聚合物制成,
-滤光器,例如用于滤除不想要的波长带或减少通过光学系统的光量,
-间隔元件,用于沿光轴将光学元件彼此间隔开,
-孔径元件,用于限制透镜系统在沿着光轴的特定位置处的光学孔径,
-反射镜,特别是半透明反射镜。
在光学系统中,间隔件也可用作孔径元件,反之亦然。
在本说明书的上下文中,术语“透镜镜筒”特别地指被配置成保持并且特别地刚性地保持光学元件的装置。该透镜镜筒尤其具有透镜镜筒壁,以向光学元件提供稳定性及环境保护。
术语“环境保护”具体是指保护光学元件免受环境光、湿气和/或灰尘的影响。
透镜镜筒特别地具有圆柱形内轮廓,圆柱形内轮廓用于包围和保持特别地围绕光轴圆形延伸的光学元件。
透镜镜筒特别地包括金属、塑料或聚合物或由金属、塑料或聚合物构成。
特别地,透镜镜筒沿着光轴笔直延伸,特别地,其中,外镜筒壁具有与光轴正交的圆柱形、半圆柱形或矩形横截面形状。
透镜镜筒特别地被配置为吸收光,特别是在光学系统的图像传感器能够检测到的光的波长范围内的光。为此,透镜镜筒至少在包封光学元件的透镜镜筒的内侧上可以是黑色的。
镜筒具有沿光轴的第一开口和第二开口,使得光可以进入和离开透镜镜筒内的透镜系统。
这些开口中的至少一个被配置成在光学系统的组装期间接收光学元件。因此,至少一个开口具有足够大以容纳光学元件的孔径。
通过用孔径部件覆盖至少一个开口以限制透镜镜筒的孔径,可以在组装之后限制透镜镜筒的开口。
透镜系统特别地通过第一和/或第二开口插入透镜镜筒。
为了组装具有可调焦距的第一透镜,透镜镜筒具有专用的第一槽,该第一槽被配置为特别地以横向方式接收第一透镜,即,第一透镜可以通过所述第一槽并且特别地不通过透镜镜筒的第一开口或第二开口插入透镜镜筒中。因此,第一开口和第二开口特别是与第一槽不同的透镜镜筒的开口。
第一槽特别地布置在透镜镜筒的侧部上。
第一槽是透镜镜筒的开口,特别是垂直于光学系统的光轴定向的透镜镜筒壁中的开口。第一槽被配置成在组装期间特别地借助于垂直插入移动来接收第一透镜。
第一和第二开口特别地被配置为以轴向方式或沿着透镜镜筒的光轴的轴向插入移动来接收透镜系统。
为了将第一和/或第二透镜固定到透镜镜筒,第一和/或第二槽特别地包括接口,该接口特别地被布置成靠近用于提供和接收粘合剂的孔的形式的凹部或开口。第一和/或第二透镜包括用于粘合剂的相应接口。
第一透镜插入光学系统中,并且特别是以相对于光学系统的光轴垂直运动的方式插入透镜镜筒中。
这与特别地通过沿着光轴的运动经由第一或第二开口插入透镜镜筒的透镜系统形成对比。
第一透镜布置成使得其光轴与光学系统的光轴对准,即第一透镜的膜布置在光轴上。
具有可调焦距的第一透镜通过调节可弹性变形膜的曲率来改变其焦距(见下文)。
第一透镜甚至可以通过相应地改变膜曲率而从正透镜切换到负透镜。
通过增加或减小容器中流体上的压力来调节膜的曲率。当流体上的压力增加时,膜被迫使向容器外凸出,其中如果压力减小,则膜被迫使向内弯曲。
根据本发明的一个实施例,容器的透明底部包括刚性化合物或由刚性化合物组成,刚性化合物例如为塑料、聚合物或玻璃。
根据本发明的另一实施例,容器的透明底部包括第二可弹性变形膜或由第二可弹性变形膜组成,该第二可弹性变形膜根据容器中的流体的压力来调节其曲率。
本发明可以应用于各种不同的应用,特别是:眼科设备,例如屈光仪、测厚仪、生物测量仪(biometrie)、视野计、屈光-角膜曲率计(refrakto-keratometer)、透镜分析仪、眼压计、色盲检验镜(anomaloscope)、对比敏感度仪(kontrastometer)、内皮显微镜(endothelmicroscope)、双目视功能仪、OCT、眼膜曲率镜、RTA、机器视觉、照相机、移动电话摄像头、医疗设备、机器人摄像头、虚拟现实或增强现实摄像头、显微镜、望远镜、内窥镜、无人机摄像头、监控摄像头、网络摄像头、汽车摄像头、运动跟踪、双筒望远镜、研究、机动车、投影仪、眼科透镜、测距仪、条形码阅读器等。
根据本发明的另一实施例,第一槽被配置成为第一透镜提供硬止动件,以为光学系统中的第一透镜提供预定定位。
根据本发明的另一实施例,光学系统包括具有可调焦距的第二透镜,其中第二透镜包括填充有透明流体的容器,其中容器包括面向容器的透明底部的可弹性变形且透明的膜,其中透镜镜筒具有垂直于光轴延伸的第二槽,其中第二透镜垂直于光轴通过第二槽插入透镜镜筒中。
第二槽和第二透镜可以根据对于第一槽和第一透镜所公开的实施例来实施,但是不必与第一槽和第一透镜相同。
根据该实施例,为了组装具有可调焦距的第二透镜,透镜镜筒具有专用的第二槽,该第二槽被配置为特别地以横向方式接收第二透镜,即,第二透镜可以通过所述第二槽并且特别地不通过透镜镜筒的第一开口或第二开口插入透镜镜筒中。
第二槽特别地布置在透镜镜筒的侧部上。
特别地,第二槽是透镜镜筒的开口,特别是垂直于光学系统的光轴定向的透镜镜筒壁中的开口。
因此,第二透镜插入光学系统中,并且特别是插入透镜镜筒中,特别地以相对于光学系统的光轴垂直运动的方式。
根据本发明的一个实施例,第二透镜的容器的透明底部包括刚性化合物或由刚性化合物组成,刚性化合物例如为聚合物或玻璃。
根据本发明的另一实施例,第二透镜的容器的透明底部包括第二可弹性变形膜或由第二可弹性变形膜组成,该第二可弹性变形膜根据容器中的流体的压力来调节其曲率。
第一和第二透镜是光学系统的特别不同的部件,特别是在它们的容器之间没有流体连接。
第一和第二槽布置成沿光学系统的光轴并因此沿透镜镜筒轴向移位。
根据一个实施例,光学变焦装置包括在光路中布置在光偏转装置(例如,折叠棱镜或反射镜)前面的刚性透镜,特别是当第一透镜在光学变焦装置的光路中布置在光偏转装置之后时。
根据本发明的另一实施例,为了调节第一和/或第二透镜的焦距,第一和/或第二透镜的膜连接到第一和/或第二透镜的周向刚性透镜成形元件,以限定具有可调膜曲率的膜区域。
透镜成形元件允许第一和/或第二透镜的明确限定的变形,从而例如通过减少由第一和/或第二透镜引起的光学像差而实现更好的光学性能。
根据本发明的另一实施例,第一和/或第二透镜的容器包封填充有流体的透镜容积和填充有流体的贮存器容积,其中贮存器容积连接到透镜容积,特别地,贮存器容积流体连接到透镜容积,其中第一和/或第二透镜的容器包括与第一和/或第二透镜的容器的贮存器容积相邻的可弹性变形的壁构件。
该实施例允许通过远程或外部布置的致动器来调节第一和/或第二透镜的焦距,从而允许光学系统的设计和组装的更好灵活性。
该实施例的另一优点是,膜和透镜贮存器可以与液体透镜的部件(例如致动器)间隔开,所述液体透镜的部件以不期望的方式产生影响透镜的光学性质的热量。
根据本发明的另一实施例,第一和/或第二透镜的容器的可弹性变形的壁构件由第一和/或第二透镜的膜形成。
该实施例允许较不复杂的致动机制。此外,当系统断电时,容器中的压力可以均衡,使得膜应力仅对于操作时间降到最低。
根据本发明的另一实施例,第一和/或第二透镜的容器的贮存器容积在垂直于第一和/或第二透镜的光轴的方向上布置成横向地邻接第一和/或第二透镜的容器的透镜容积。
该实施例提供了远离光轴的组装空间,从而远离温度敏感部件,例如膜。
根据本发明的另一实施例,可变形壁构件和膜布置在容器的同一侧上。
根据本发明的另一实施例,第一透镜的容器包括形成第一透镜的容器的侧壁的框架结构,其中第一透镜的容器的框架结构包括形成第一透镜的容器的透镜容积的第一凹部,该第一凹部被第一透镜的容器的膜覆盖,特别是被第一透镜的容器的壁覆盖,并且其中第一透镜的容器的框架结构包括形成第一透镜的容器的贮存器容积的第二凹部,该第二凹部被第一透镜的容器的壁构件覆盖,特别是被第一透镜的容器的壁覆盖;和/或其中第二透镜的容器包括形成第二透镜的容器的侧壁的框架结构,其中第二透镜的容器的框架结构包括形成第二透镜的容器的透镜容积的第一凹部,第一凹部由第二透镜的容器的膜覆盖,并且具体地由第二透镜的容器的壁覆盖,并且其中第二透镜的容器的框架结构包括形成第二透镜的容器的贮存器容积的第二凹部,贮存器容积由第二透镜的容器的壁构件覆盖,并且特别地由第二透镜的容器的壁覆盖。
根据本发明的另一实施例,第一透镜的框架结构的第一凹部包括形成第一透镜的透镜成形元件的周向边缘;和/或其中第二透镜的框架结构的第一凹部包括形成第二透镜的透镜成形元件的周向边缘。
根据本发明的另一实施例,第一透镜和/或第二透镜包括刚性推板,该刚性推板布置在可弹性变形的壁构件上,特别是布置在壁构件的面向容器外部的一侧上,其中推板被配置成接收使推板向贮存器容积内部或外部移动的外力,以收缩或增大贮存器容积,并且因此通过使膜变形来相应地增大或收缩透镜容积,从而调节第一透镜和/或第二透镜的焦距。
刚性推板特别地在面向致动器的一侧上具有用于接收致动器活塞或销的凹部。
刚性推板允许在壁构件上均匀地提供致动力,从而允许更精确的致动并将致动应力分布在推板的整个区域上。
根据本发明的另一实施例,插入第一和/或第二槽中的第一和/或第二透镜的膜被透镜镜筒包围,并且特别地布置在光轴上,使得第一和/或第二透镜的光轴与透镜镜筒的光轴对准,其中包括贮存器容积和可变形壁构件的容器部分从透镜镜筒突出,特别地径向突出,使得可变形壁构件,特别是推板可从透镜镜筒的外部接近,允许利用外部透镜致动器控制第一和/或第二透镜的焦距,该外部透镜致动器可以或从外部附接到光学系统,并且特别地在单独的组装步骤中。
根据本发明的另一实施例,透镜系统包括至少一个光学元件叠堆,其具有沿着透镜镜筒中的光轴布置并且在透镜镜筒中的光轴上布置的多个堆叠的光学元件。
光学元件叠堆通过透镜镜筒的第一开口或第二开口插入。
在说明书的上下文中,光学元件叠堆特别地指多个光学元件,其邻接地布置成一行。堆叠的光学元件特别地彼此胶合或以其它方式附接,以形成刚性实体。
根据本发明的另一实施例,光学元件叠堆的每个堆叠的光学元件具有固体边沿部分,特别地,其对称地围绕光学元件且特别地围绕光学系统的光轴延伸,其中至少在光学元件的沿着光轴面对的一侧上,所述边沿部分包括接触部分,用于邻接堆叠的光学元件的相邻光学元件的接触部分。
特别地,边沿部分从相应光学元件或光学系统的光轴以预定半径延伸。边沿部分特别地位于光学元件的周向边缘上。
该边沿部分特别地形成为框住光学元件的单独部件。
可替代地,边沿部分与光学元件一体地形成。
每个光学元件包括沿着光轴面对的两侧,一侧例如面向入射光,而相对侧面向沿着光轴的透射光。
光学元件的侧面不必是实体的,而仅仅是用于解决光学元件的几何特性的参考。
接触部分特别地在边沿部分的沿着光轴面对的边缘上。
在接触部分,堆叠的光学元件彼此邻接并固定。
根据本发明的另一实施例,接触部分朝向或远离光轴成圆锥形地倾斜。
接触部分的这种几何形状在堆叠光学元件的组装期间为邻接光学元件提供了自对中效应,这允许特别地以自动或半自动方式快速且可靠地制造光学系统。
根据本发明的另一实施例,堆叠的光学元件的两个相邻光学元件的邻接接触部分是倾斜的,使得两个光学元件的接触部分形成互补的邻接接触表面。
这些接触表面特别是平坦的,使得粘合剂可以以耐用的方式在接触表面处连接两个光学元件。
此外,这种几何形状允许堆叠多个光学元件,其中堆叠顺序可以在倾斜的接触部分中通过不同的倾斜度来“编码”,使得只有当正确的两个光学元件被放置成接触时,接触表面才互补并且适合于通过粘合剂连接。
根据本发明的另一实施例,堆叠的光学元件中的至少一个光学元件的边沿部分具有在光学元件的两侧上朝向和/或远离光轴倾斜的接触部分。
这种光学元件可以位于两个光学元件之间,使得可以组装具有多于两个光学元件的光学元件叠堆。
根据本发明的另一实施例,堆叠的光学元件的相邻光学元件的邻接接触部分形成用于粘合剂化合物的凹部,用于在接触部分处将相邻光学元件彼此固定,特别地,该凹部周向围绕接触部分的接触表面。
凹部特别是用于粘合剂的胶袋,其允许将粘合剂提供到凹部,使得粘合剂可以在接触表面之间流动。
该实施例允许降低光学元件叠堆的制造复杂性。
根据本发明的另一实施例,堆叠的光学元件中的至少一个光学元件是固体透镜,并且透镜的接触部分具有与透镜的表面曲率不同的倾角。
根据本发明的另一实施例,边沿部分在沿着光轴的轴向方向上从光学元件突出。
根据本发明的另一实施例,堆叠的光学元件中的至少一个光学元件是形成为具有圆柱壁的圆柱体的间隔元件或孔径元件,其中圆柱体沿着光轴延伸,并且圆柱壁包括接触部分。
间隔元件可以是透明的,其中孔径元件包括至少一个不透明部分。
间隔元件例如布置在固体透镜之间,以在透镜之间提供预定距离。
间隔元件和/或孔径元件包括接触部分,并且因此可以像光学叠堆的任何其他光学元件那样以自对中的方式组装在光学元件叠堆中,从而降低了组装期间的复杂性。
根据本发明的另一实施例,透镜镜筒具有镜筒内壁,其中镜筒内壁围绕透镜系统延伸,其中镜筒内壁接触透镜系统并且被配置为利用形成在镜筒内壁中的三个在方位角上规则地间隔开的平面部分将透镜系统径向地对中于光轴上。
作为堆叠的光学元件的接触部分的附加或替代,可以实施该实施例。
三个平坦部分特别是以割线方式“切短”镜筒内壁的圆形几何形状,并因此被配置为在光学元件上施加轻微的夹持力。因此,镜筒内壁不是完美的圆形。
三个平坦部分提供用于透镜系统的集成对准工具。
根据本发明的另一实施例,透镜系统的至少一个光学元件或堆叠的光学元件中的至少一个光学元件具有边沿部分(如上所定义的),该边沿部分包括具有垂直于透镜镜筒的光轴定向的接触表面的接触部分,其中所述光学元件与透镜镜筒的对应接触表面邻接并且特别地与透镜镜筒的对应接触表面抵接,以沿着透镜镜筒的光轴对准透镜系统或堆叠的光学元件。
透镜镜筒的垂直接触表面有助于使具有光学元件的透镜系统与垂直接触表面沿着光轴对准。
该实施例允许快速和精确地组装光学系统。
根据本发明的另一实施例,透镜系统的至少一个固体透镜具有孔径元件,其中孔径元件布置在固体透镜的形成为垂直于光轴的环形区域的一部分上,其中所述区域位于至少一个固体透镜的边沿部分的径向向内的位置,特别地其中所述区域由所述区域和边沿部分之间的周向台阶径向地限制。
该实施例允许堆叠的光学元件之间的孔径必须相对靠近地间隔开。
根据本发明的另一实施例,光学系统包括特别地布置在透镜镜筒处的图像传感器。
根据本发明的另一实施例,光学系统包括布置在透镜镜筒处的图像传感器,该透镜镜筒特别地包括光学元件叠堆,其中包括具有可调焦距的第一透镜的第一槽布置在距图像传感器第一预定距离处,特别地其中透镜系统,特别地光学元件叠堆在第一透镜和图像传感器之间布置在光轴上。
根据本发明的另一实施例,光学系统包括布置在透镜镜筒处并且特别地附接到透镜镜筒的图像传感器,其中透镜镜筒包括具有堆叠的光学元件的两个光学元件叠堆,第一光学元件叠堆和第二光学元件叠堆,其中具有可调焦距的第一透镜布置在距图像传感器第一预定距离处,其中具有可调焦距的第二透镜布置在距图像传感器第二预定距离处,其中第一光学元件叠堆在第一透镜和图像传感器之间布置在光轴上,其中第二光学元件叠堆在第一透镜和第二透镜之间布置在透镜镜筒的光轴上,特别地使得光学系统形成光学变焦系统,特别地其中变焦借助于第一透镜和第二透镜的可调焦距而可调节。
根据本发明的另一实施例,第二预定距离是第一预定距离的两倍大,使得包括第一透镜和第二透镜的第一槽和第二槽沿着光轴彼此等距地布置。
该实施例特别允许使用相同或类似的致动器类型来致动第一和第二透镜的焦距,因为在该几何结构中通常需要类似的焦距变化。
根据本发明的另一实施例,折叠反射镜或折叠棱镜布置在透镜镜筒处,并且特别地附接到透镜镜筒。
术语“折叠反射镜”或“折叠棱镜”具体是指反射镜或棱镜的功能,即折叠光学系统的光路。折叠反射镜(fold mirror)在本领域中有时被称为折叠式反射镜(foldingmirror)或折叠型反射镜(folded mirror)。
反射镜可以(与反射镜框架一起)胶合到透镜镜筒,以提供刚性光学系统。
该实施例允许在具有预定空间和布局几何形状的设备中布置光学系统,该设备尤其紧凑并且挤满了其他部件,例如移动电话。
根据本发明的另一实施例,折叠反射镜是可调反射镜,其被配置成特别主动地光学稳定光学系统。
该实施例允许将光学系统结合在具有摄像头的移动手持设备中,例如移动电话。主动稳定可以借助于闭环控制来实现。
根据本发明的另一实施例,透镜镜筒包括具有突起和/或凹部的对中结构,其中折叠反射镜或折叠棱镜包括互补对中结构,该互补对中结构包括与透镜镜筒的对中结构的凹部配合的突起和/或用于接收透镜镜筒的对中结构的突起的凹部,使得能够将折叠反射镜或折叠棱镜布置和附接到透镜镜筒的预定位置。
该实施例允许快速、自动和可靠地组装光学系统,可能省略光学对准步骤。
根据本发明的另一实施例,透镜镜筒包括横向开口,用于插入对准工具或粘合剂,以用于将光学元件固定在透镜镜筒中。
该实施例允许在透镜系统插入透镜镜筒的情况下微调光学系统。
根据本发明的另一实施例,第一和/或第二狭槽具有用于第一和/或第二透镜的硬止动部分,用于在预定位置将第一和/或第二透镜与所述硬止动部分邻接。
该实施例允许第一和第二透镜在透镜镜筒中的精确组装以及明确限定的位置和取向。
硬止动部分特别地与透镜镜筒,特别是与第一和/或第二槽一体地形成。
根据本发明的另一实施方式,透镜镜筒被包括在围绕透镜镜筒布置的夹持装置中,其中夹持装置沿着光轴在透镜镜筒上施加夹持力,以向光学系统提供附加的稳定性,特别是在刚度和硬度方面。
夹持装置特别地包括金属或聚合物或由金属或聚合物组成。
夹持装置可以形成为壳体,以提供对环境影响(例如灰尘、湿气或光)的额外保护。
根据本发明的另一实施方式,第一透镜包括致动器,该致动器被配置为作用于第一透镜的容器的可弹性变形的第一壁构件,以将流体从第一透镜的贮存器容积泵送到第一透镜的透镜容积中,或者从第一透镜的透镜容积泵送到第一透镜的贮存器容积中,以改变第一透镜的膜的所述区域的曲率,并且由此改变第一透镜的焦距。
致动器特别是音圈致动器、磁阻致动器或压电致动器,其具有用于在容器的可变形壁构件上施加力的可移动致动器活塞。
根据本发明的另一实施方式,第二透镜包括致动器,该致动器被配置为作用于第二透镜的容器的可弹性变形的第二壁构件,以将流体从第二透镜的贮存器容积泵送到第二透镜的透镜容积中,或者从第二透镜的透镜容积泵送到第二透镜的贮存器容积中,以改变第二透镜的膜的所述区域的曲率,并且由此改变第二透镜的焦距。
致动器特别是音圈致动器、磁阻致动器或压电致动器,其具有用于在容器的可变形壁构件上施加力的可移动致动器活塞。
根据本发明的另一实施例,第一和/或第二透镜的容器包括组装结构,组装结构允许第一和/或第二透镜的致动器在横向移位的第一组装位置与容器邻接,其中组装结构被配置成允许致动器从所述第一组装位置朝向可变形壁构件横向移动到在可变形壁构件上对中的第二位置,第一组装位置保持致动器的致动活塞与可变形壁构件之间的安全间隙,其中组装结构被配置成仅当致动器处于第二位置时,允许致动器特别地平行于透镜镜筒的光轴轴向移动到第三位置,在第三位置处,致动器活塞与可变形壁构件邻接,特别地与推板邻接,特别地其中组装结构被配置成将致动器锁定在第三位置。
该实施例允许光学系统的安全和无破坏的组装,特别是关于对第一和/或第二透镜的可变形壁构件的损坏方面。
根据本发明的另一实施例,透镜镜筒包括具有矩形外横截面的部分,使得镜筒的刚度增加。
根据本发明的另一实施例,至少一个,特别地所有包括在透镜系统中的光学元件,更特别地所有光学元件(即还有第一透镜和第二透镜),围绕光学系统的光轴延伸,其中光学元件的外轮廓,特别是与光轴正交的横截面,具有圆形截面和至少一个平面或非圆形截面,特别地两个平面或非圆形截面,其中至少一个平面或非圆形截面邻接圆形截面,其中透镜镜筒具有沿着光轴的至少一个部分,其呈现相同的横截面,以便将光学元件与平面或非圆形截面配合。
该实施例为透镜镜筒中的至少一个光学元件提供预定取向,该至少一个光学元件也被称为D-cut光学元件。非圆形截面可以是突起和挤出部或凹口。因此,D-cut光学元件至少在一个截面中偏离圆形外轮廓,使得光学元件的旋转对称性被破坏。该截面被称为平面或非圆形。
根据该实施例的透镜镜筒特别地具有用于包封和保持D-cut光学元件的非圆柱形内轮廓。
内轮廓特别地为沿着透镜镜筒的光轴对D-cut元件的形状进行挤压。
根据一个实施例,平面截面遵循圆的割线,该圆是由围绕光学元件的圆形截面的完整虚拟延续部分所限定的。
根据另一实施例,边沿部分沿着光学元件的D-cut轮廓延伸。
根据本发明的另一实施例,透镜镜筒在其镜筒壁中具有开口,所述开口覆盖有织物,用于保护光学系统免受灰尘和环境影响,但允许空气交换。
根据本发明的问题还通过一种用于光学系统的组装方法来解决,该方法包括以下步骤:
a)通过透镜镜筒的第一开口和/或第二开口将透镜系统插入透镜镜筒中,
b)将第一透镜插入第一槽中,
c)将用于第一透镜的致动器组装到第一透镜和透镜镜筒,
d)将折叠反射镜附接到透镜镜筒,
e)将图像传感器附接到透镜镜筒。
根据该方法的另一实施例,透镜系统包括第一和第二光学元件叠堆,其中在插入透镜系统的第一步骤中,第一光学元件叠堆通过透镜镜筒的第一开口插入透镜镜筒中,并且在插入透镜系统的第二步骤中,第二光学元件叠堆通过透镜镜筒的第二开口插入透镜镜筒中。
根据该方法的另一实施例,在该方法的步骤d)之前,将第二透镜插入透镜镜筒的第二槽中,并且将用于第二透镜的致动器附接至第二透镜和透镜筒。
具体地,下面结合附图描述示例性实施例。附图被附加到权利要求书,并且伴随有解释所示实施例的各个特征和本发明的方面的文本。在附图中示出和/或在附图的所述文本中提及的每个单独的特征可以(也以单独的方式)并入与根据本发明的设备相关的权利要求中。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的光学系统1的示例性实施例的示意性分解横截面。光学系统1包括沿光学系统1的光轴100延伸的透镜镜筒2。插入透镜镜筒2的透镜系统5由两个不同的光学元件叠堆51、52、第一光学元件叠堆51和第二光学元件叠堆52组成,其中两个叠堆51、52的每个包括多个固体透镜53和间隔件54。第一光学元件叠堆51通过镜筒2的第一开口22插入镜筒2,其中第二光学元件叠堆52通过透镜镜筒2的第二开口22'插入。透镜镜筒2的第一开口22位于面对来自折叠反射镜4的入射光的一侧,其中透镜镜筒2的第二开口22'位于与第一开口22相对的一侧,即在面对光学系统1的图像传感器9的一侧。
在光学系统1的组装状态下,折叠反射镜4附接到透镜镜筒2,并且图像传感器9例如通过粘合剂附接到透镜镜筒2。
透镜镜筒2包括用于接收第一可调透镜6和第二可调透镜7的第一槽24(例如参见图2)和第二槽25(例如参见图2)。
第一可调透镜6在本说明书的上下文中也称为第一透镜6,其具有可调焦距。第二可调透镜7也具有可调焦距。
第一和第二透镜6、7各自具有容器62、72,其包封具有透明流体的贮存器。
贮存器在容器62、72的透镜容积处覆盖有充当可调透镜表面的可弹性变形的膜61、71。
与膜61、71相对,容器62、72包括透明底部67、77。在该示例中,底部67、77是刚性底部。
第一和第二透镜6、7各自包括垂直地延伸穿过膜61、71的光轴。
第一透镜6和第二透镜7的容器62、72从第一透镜6和第二透镜7的光轴100横向延伸到一侧。容器62、72包括贮存器容积(未示出),其相对于膜61、71下方的透镜容积(未示出)横向偏移地布置。贮存器容积和第一和/或第二透镜6、7的透镜容积直接流体连接或以连通的方式连接,例如借助于将贮存器容积与透镜容积分开的第三膜。
贮存器容积由可变形壁部分63、73覆盖,其中在该示例中,壁构件63、73由可弹性变形的膜61、71形成。
膜61、71与以圆形方式围绕膜61、71的透镜成形装置连接,使得膜61、71能够围绕光轴100对称地凸出或弯曲。
可变形壁部分63、73连接到容器壁66、76。可变形壁部分63、73位于与膜61、71相同的一侧上。在可变形壁构件63、73上布置有推板(未示出),该推板被配置成通过致动器活塞(未示出)移动。推板可以胶合到可变形壁构件。
当致动器活塞将推板推向贮存器容积时,所述容积随着可变形壁构件63、73朝向贮存器容积凸出而收缩。因此,膜61、71经受将膜61、71驱动到透镜容积外的力,从而调节第一和/或第二透镜6、7的焦距。
在组装状态下或在组装期间,第一透镜6和第二透镜7通过透镜镜筒2的横向布置的槽24、25插入透镜镜筒2(例如,参见图2)。这允许第一和第二透镜6、7,光学元件叠堆51、52,图像传感器9和折叠反射镜4的独立且快速的组装。
透镜镜筒2提供对灰尘、湿气和光以及其它环境影响的保护。透镜镜筒2形成为壳体,并被配置成将光学元件3保持和固定在光学系统1中。透镜镜筒2是光学系统1的硬质和刚性部件,以为组装的光学元件3提供稳定性。
由于第一和第二透镜6、7的容器62、72的横向移动的贮存器容积,致动器68、78布置在透镜镜筒2的外部。这种布局提供了第一和第二透镜6、7的光学作用区域,即膜61、71,透镜容积和透明底部67、77之间的改进的热隔离。由相应的致动器68、78产生的热量可以更有效地消散到透镜镜筒2的外部,并且不直接连接到第一和/或第二透镜6、7的光学作用区域。
由于容器62、72的特定布局而导致的第一和第二透镜6、7的光学作用区的改进的热隔离允许更紧凑和稳健的光学系统。
光学系统1的折叠反射镜4是用于光学图像稳定的致动折叠反射镜。
如图2所示,第一和第二透镜6、7插入第一和第二槽24、25中,而没有致动器68、78,这允许简化的组装。
在组装期间,系统1的光轴100特别地沿着重力矢量定向,从而最小化重力下垂,使光学系统1更接近其标称性能。
第一和第二透镜6、7以及透镜系统5的最终对准可以通过激光器或光心装置和多轴台系统来完成。
第一和第二透镜6、7用粘合剂胶合到透镜镜筒2。用于第一和第二透镜6、7的槽24、25具有专用的胶袋和接口26,第一和第二透镜6、7停止并胶合到该专用的胶袋和接口。
透镜镜筒2可以由塑料或金属制成,例如通过注射成型、机加工(例如EDM)、增材制造等。
图3示出了包括多个固体透镜53的光学元件叠堆51、52的分解图。每个透镜53包括一体地形成的边沿部分55,其具有至少一个接触部分56用于邻接透镜53。在叠堆的左侧和右侧的两个固体透镜53每个包括一个接触部分56,其具有朝向光轴100和朝向布置在中间的透镜53倾斜的接触表面57。中间透镜包括两个接触部分56和两个接触表面57。接触表面57向光轴100倾斜,使得它们形成与左右透镜53的接触表面57互补的表面57。因此,在三个透镜53的组装状态下,透镜53在接触表面57处邻接,并利用接触表面57胶合在一起。由于圆锥形倾斜的接触表面57,当三个透镜53在接触部分56处接触时,它们自动对中。例如,通过在振动振荡器装置上垂直堆叠透镜53,使得透镜53自动对准,可以便于组装。
边沿部分55的面向光轴100外侧并且朝向透镜镜筒2的平坦区域28可以用于例如通过粘合剂将堆叠透镜53固定到透镜镜筒2。
图4A示出了处于组装状态的光学元件叠堆51、52,其中叠堆51、52不仅包括透镜53,还包括间隔元件54。图4B以分解图示出了叠堆。叠堆的所有光学元件53、54在它们的边沿部分55具有邻接和互补的接触表面57,用于相对于叠堆的其它光学元件53、54自对准光学元件53、54。
可以看出,两个邻接的光学元件53、54的接触部分56形成用于粘合剂的凹部57b。这些凹部57b也被称为胶袋,因为粘合剂可以被提供到这些凹部57b以在接触表面57之间迁移并且将表面57彼此胶合。
即使在叠堆51、52的组装状态下,这些凹部57b也可以从外部接近,这允许叠堆的快速且简单的组装。因此,可以在透镜镜筒2的外部或内部将该叠堆组装并胶合在一起。为此,透镜镜筒2可以包括用于提供粘合剂的预定开口29。
应明确指出,在该示例中示出的间隔件54和透镜53的特定组合不限制由邻接的光学元件3、53、54形成的凹部57b的一般原理。
图5示出了在透镜镜筒2内部的组装的光学元件堆叠。可以看出,面向透镜镜筒2的平坦区域28可以用于将光学元件53胶合到透镜镜筒内壁27。
此外,在透镜镜筒2的第二开口22'侧,透镜镜筒2在其内侧具有垂直于光轴100定向的接触表面。最右边的光学元件53r也具有接触部分56,其具有垂直于光轴100延伸的接触表面57a,使得最右边的光学元件53r可以停在透镜镜筒2的接触表面处。这种几何形状允许自对准,特别是沿着光学元件叠堆的光轴100与透镜镜筒2自对准。例如,由于图像传感器9以预定距离布置在第二开口22'处,所以透镜在透镜镜筒2内沿光轴100的位置也是非常重要的。最右边的光学元件53r在面对邻接的光学元件53的一侧上还具有倾斜的接触表面57,以如上所述地自对准邻接的光学元件53。
图6示出了透镜镜筒2的三个在方位角上的平坦部分27a,其被配置成将圆形光学元件3固定在透镜镜筒2内的特定方位。这种几何形状具有的优点是,与完全圆形的透镜镜筒壁27的几何形状相比,光学元件3和透镜镜筒2之间的接触区域被清楚地限定。
平坦部分27a是与透镜镜筒2的横截面的其余轮廓对齐的圆的割线。
还可以看出,透镜镜筒2可以具有不同于外轮廓(在该示例中为矩形)的内横截面(这里几乎为圆形),从而为透镜镜筒2提供增加的刚度。
图7示出了具有附接到固体透镜53的孔径元件59a的组装的光学元件叠堆的示意性横截面。透镜53具有垂直于光轴100延伸的环形区域58。该区域58用于在两个透镜53之间布置和胶合薄孔径59a,这两个透镜必须沿着光轴100彼此间隔得如此近,以至于孔径元件59a不能形成为具有接触部分56的单独光学元件3。
在组装光学元件叠堆之前,将这种孔径59a附接到透镜53。
图8示出了具有等距布置的第一和第二透镜6、7的光学变焦系统1的示意性分解横截面。这种变焦系统1是图1所示的光学系统1的特例。因此,在此不再重复图1中已经解释的元件和特征。
光学变焦系统1具有图像传感器9、第一和第二透镜6、7,它们彼此以预定距离布置。第一透镜6布置在沿着光轴的第一预定距离101a处,其中第二透镜7布置在沿着光轴到图像传感器9的第二距离处,其中第二距离101b是第一预定距离101a的两倍大。因此,镜筒(未示出)的槽相应地布置在透镜镜筒2上。
在到图像传感器9的这些特定距离101a、101b处布置透镜6、7允许使用相同的致动器类型。
变焦系统1具有靠近第一固体透镜的孔径光阑59a。这允许紧凑的变焦系统。
图9示出了穿过具有用于提供粘合剂的孔29的透镜镜筒2的示意性剖视图。孔29布置在光学元件3、53、54的边沿部分55的平坦区域28上。使得提供给孔29的粘合剂通过孔29渗出,并且在透镜镜筒内壁27和光学元件3、53、54的平坦区域28之间迁移,以将光学元件3、53、54固定到透镜镜筒2。
在提供粘合剂之后,可以用适当的布或化合物覆盖孔29,以提供对灰尘和湿气的防护。
镜筒2可具有横向孔,以允许通过轻微推动固体透镜53/间隔件54来定位所述固体透镜53/间隔件54。可以将镜筒2定位成光轴100竖直指向,并且可以使用振动台将顺序插入的固体透镜53/间隔件54锁定在它们的最终位置。元件之间的胶合使用专用气隙。可替代的胶合方案包括镜筒2壁上的通孔。最后的胶合步骤可以在最后的透镜和透镜镜筒2之间的叠堆的外边沿上进行。
图10示出了致动器68、78到光学系统1的组装过程。在透镜系统5被提供并固定到透镜镜筒2之后,第一和第二透镜6、7插入通过第一和第二槽24、25。
第一和第二透镜6、7的容器的包括可变形壁构件63、73的部分在透镜镜筒2的外部。
透镜镜筒2包括引导凹口21,其被配置成通过由空心箭头指示的横向移动在第二位置接收致动器68、78,致动器68、78具有被设计成邻接引导凹口21的部分。
从也称为配合区域的第二位置,致动器可以借助于系统的引导凹口21平行于(由空心箭头指示)光轴100移动,以在第三位置与第一和第二透镜6、7的可变形壁构件63、73邻接并且潜在地接合(即配合)。仅在第三位置,致动器活塞与可变形壁构件63、73或布置在壁构件63、73上的推板之间形成接触。
在第三位置中,致动器68、78可以分别锁定到光学系统1或胶合到透镜镜筒2和/或第一和第二透镜6、7。
这允许组装具有不同致动器和/或可调透镜和/或透镜系统的多个不同光学系统。本发明提供一种可快速且容易地组装的模块化光学系统。这是本发明的新颖和有利的方面。
利用引导凹口21,致动器68、78在其相应的可调透镜6、7和下一个元件(其它可调透镜/图像传感器)之间的空间中侧向滑动到镜筒2。这些凹口21还确保致动器68、78在组装到镜筒2之后的机械稳定性。致动器68、78上凹口21和配合区域之间的间隙允许补偿制造公差并帮助组装。
用于将致动器线圈相对于框架保持在其参考/静止位置的夹具,也用作硬止动件,以在将致动器68、78定位/胶合到其可调透镜6、7时使公差最小化。然后将致动器68、78推靠在其配合的可调透镜6、7上,胶合至可调透镜活塞,然后胶合在引导凹口21上的配合区域上。
因此,第一和/或第二透镜6、7,透镜镜筒2和致动器68、78形成了抵抗机械冲击的特别刚性的系统。
致动器68、78被配置为提供平行于系统1的光轴100的致动力。
可变形壁构件63、73被配置为接收平行于光轴100的致动力。
为了将折叠反射镜4布置在透镜镜筒2的正确位置处,透镜镜筒2在沿着光轴100面对的一侧包括配合销23和/或配合孔23,参见例如图11。
折叠反射镜4包括相应的配合孔23和/或销23,其被配置为将折叠反射镜4定位在镜筒2的预定方向和位置上。可以将粘合剂提供到配合销23和孔23。这允许将折叠反射镜4简单地组装到光学系统1。
使用配合孔23/配合销23将折叠反射镜4或棱镜推靠在镜筒端部上以用于精确对准和稳定性。在镜筒折叠反射镜4或棱镜之间的接合面上进行胶合。
图12示出了包括夹持装置8(虚线)的光学系统1的示意性横截面。夹持装置8向透镜镜筒2施加夹持力,特别是沿着光轴100,因此提供了额外的稳定性。
夹持装置8可以形成为壳体,以提供保护以免受灰尘和其它外部影响。
塑料或金属夹具可被插入在该透镜镜筒2周围而不增加高度,但可强化该模组本身。整个组件可以胶合在一起,特别是在存在孔的地方,以确保气密和防尘。