CN100472271C - 可变透镜 - Google Patents

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Abstract

本申请描述了一种可变透镜(100；200；300；400；500；600)。该透镜(100；200；300；400；500；600)包括：箱(125)，由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴(90)。该箱(125)包含第一流体(130)和第二流体(140)，所述流体在横断光轴(90)延伸的弯月面(150)上接触。该弯月面(150)的周边由所述侧壁(125)来限制。所述流体(130，140)基本上是不混溶的，并具有不同的折射率。至少一个泵(110；112，114，116，152；422)用于通过改变该箱(125)中容纳的每一种所述流体(130，140)的相对体积而可控制地改变弯月面(150)沿光轴(90)的位置。

Description

可变透镜
技术领域
本发明涉及一种可变透镜，包括这种透镜的光学设备，以及制造这种透镜和这种设备的方法。
背景技术
透镜是能够使一种或多种波长的光聚焦(会聚或发散)的设备。术语光理解为包括可见电磁辐射和其他波长的电磁辐射。
可变(或可调)透镜是这样一种透镜，其中能够可控制地调整该透镜的一个或多个性质，例如，可以改变透镜的焦距或位置。
DE19710668描述了一种可变透镜系统40，如图1A和1B中所示。透镜系统40包括充满流体44的弹性薄膜42。通过泵46控制薄膜中流体44的压力。虚线表示透镜系统40的光轴90。薄膜42作为可变透镜，该透镜的形状(以及因此透镜光焦度(power of lens))根据流体44的压力而改变。图1A示出处于低压下的流体44，即薄膜42形成双凹透镜。图1B示出处于高压下的流体44，薄膜42形成双凸透镜。
这种系统存在许多缺点。由于薄膜表面移动，很难保持良好的光学性质。此外，其容易受机械疲劳的影响。控制该透镜的形状不仅取决于流体44的压力，而且取决于薄膜42的弹性。因此，获得所需透镜形状的范围可能是有问题的，特别是在薄膜42的弹性随时间变化的情况下。此外，弹性薄膜通常不是气密的，导致流体随时间从该设备中蒸发。
基于电润湿设备的可变焦点透镜也是已知的。电润湿设备是利用电润湿现象工作的设备。在电润湿中，三相接触角随外加电压而改变。三相构成了两种流体和一种固体。
国际专利申请WO 99/18456描述了利用电润湿效应的可变焦点透镜。图2是这种典型光学设备的横截面视图。该设备具有密封空间92(即箱或腔)中封闭的两种不混溶的流体80、87。术语不混溶表示两种流体不混合。第一流体80是绝缘体(例如硅油)，第二流体87是导电的(例如水和乙醇的混合物)。第一流体80和第二流体87具有不同的折射率。
可以从电压源50向两个电极51、52施加电压，从而在第一流体87和电极52之间产生电场(绝缘层65防止第二电极52接触导电的第二流体)。
通过改变施加于第二流体87的电压，第一流体80和第二流体87之间的界面形状改变，从而使界面85提供的透镜功能改变。图1中的设备具有在绝缘层65之上的由亲水剂70的环所围绕的直径为D1的防水薄膜60，以定位第一流体80。
该电润湿透镜也存在许多缺点。例如，透镜形状由可变电压来限定，同时该透镜形状受绝缘层的不均匀性影响。这种构形需要较高的电压来改变界面85的形状。此外，绝缘层可能要经受充电(特别是在高电压下)的影响。如果绝缘层不均匀地充电，那么将导致接触角不等，从而导致非球面的透镜。
最后，如固定焦点透镜也存在的一个问题，如果需要保持透镜形状相同，但简单地改变透镜位置，那么必须通过例如昂贵的致动器来机械移动全部设备。可能很难精确控制这种移动，并且这种移动可能很容易受振动以及机械磨损和破损的影响。
本发明实施例的目的在于提供一种可变透镜，其解决本文中提到或没有提到的现有技术的一个或多个问题。本发明的另一个目的在于提供包括这种透镜的光学设备，以及制造这种透镜和这种设备的方法。
本发明特定实施例的目的在于提供一种可变透镜，其中在工作过程中，光路相对不容易受机械磨损和破损的影响，但是允许同时调整透镜位置和透镜焦点。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种可变透镜，包括：箱，由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴；该箱包含第一流体和第二流体，这两种流体在横断光轴延伸的弯月面上接触，该弯月面的周边由所述侧壁来限制，这两种流体基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；以及至少一个泵，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的相对体积而可控制地改变弯月面沿光轴的位置。
这两种透镜之间的弯月面作为透镜，因此通过移动该弯月面很容易调整该透镜的有效位置。由于透镜的光路中不需要机械部件，因此光路不会发生机械磨损和破损。此外，透镜形状不会经受变化电压的影响，因此使透镜不依赖于绝缘层厚度或组成的不均匀性。并且，不存在绝缘层在高电压下充电的风险。
在另一方面，本发明提供了一种包括可变透镜的光学设备，该透镜包括：箱，由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴；该箱包含第一流体和第二流体，这两种流体在横断光轴延伸的弯月面上接触，该弯月面的周边由所述侧壁来限制，这两种流体基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；以及至少一个泵，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的相对体积而可控制地改变弯月面沿光轴的位置。
在再一个方面，本发明提供一种制造可变透镜的方法，该方法包括：提供箱，该箱由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴；在该箱中提供第一流体和第二流体，使这两种流体在横断光轴延伸的弯月面上接触，该弯月面的周边由所述侧壁来限制，这两个流体基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；以及提供至少一个泵，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的相对体积而可控制地改变弯月面沿光轴的位置。
在又一方面，本发明提供一种制造光学设备的方法，该方法包括以下步骤：提供可变透镜，该可变透镜包括：箱，由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴；该箱包含第一流体和第二流体，这两种流体在横断光轴延伸的弯月面上接触，该弯月面的周边由所述侧壁来限制，这两种流体基本上是不混溶的，并具有不同的折射率；以及至少一个泵，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的体积而可控制地改变弯月面沿光轴的位置。
本发明的其他目的和优点将根据随附权利要求书阐明的优选特征而显而易见。
附图说明
现在通过例子的方式，参照附图更好地理解本发明，并示出怎样实现本发明的各个实施例，在附图中：
图1A和1B示出已知可变透镜的两种不同构形的示意性横截面；
图2表示已知类型的电润湿可变透镜的示意性横截面；
图3A和3B分别表示依照本发明第一实施例的可变透镜的示意性横截面，以及由该可变透镜提供的等效光学功能元件；
图4表示依照本发明第二实施例的可变透镜的示意性横截面；
图5表示依照本发明第三实施例的可变透镜的示意性横截面；
图6A-6C表示用于本发明不同实施例的侧壁的可替换横截面的例子；
图7表示依照本发明第四实施例的可变透镜的示意性横截面；
图8表示依照本发明第五实施例的可变透镜的示意性横截面；
图9表示依照本发明实施例的用于扫描包括可变透镜的光学记录载体的设备；以及
图10表示依照本发明实施例的包括可变透镜的可变焦点图像捕获设备。
具体实施方式
图3A示出依照本发明第一实施例的可变透镜。透镜100可被认为是由两种不同的元件形成的：由两种流体130、140之间的弯月面150形成的透镜功能元件，和用于改变该透镜功能元件的位置的泵110。
流体是响应于任何力而改变其形状的物质，其易于流动或符合流体箱的轮廓，并包括气体、蒸汽、液体、以及能够流动的固液混合物。
两种流体130、140基本上是不混溶的，即两种流体不混和。两种流体130、140具有不同的折射率。这样，由于这两种流体具有不同的折射率，因此通过沿两种流体接触面形成的弯月面150来提供透镜功能。透镜功能是弯月面150使一种或多种波长的光聚焦(会聚或发散)的能力。
这两种流体优选具有基本上相等的密度，以便使重力对透镜100的作用最小。
流体130、140密封在箱125中。在该实施例中，箱125采取由内表面或侧壁120限定的纵向延伸管的形式。光轴通过该管纵向延伸。在该特定实施例中，箱是圆筒形管，具有恒定的圆形横截面面积，光轴与管轴是同轴的。额外的壁121、122在管的端部延伸以形成密封流体的箱125。箱125中沿光轴90的至少一部分壁121、122是透明的。
两种流体130、140之间的弯月面150横断透镜100的光轴90延伸。术语横断表示弯月面与光轴相交(即其跨过光轴延伸)，且不平行于光轴；弯月面150可以以任何所需角度与光轴90相交。箱的侧壁120限定了弯月面150的周边。
通常，为了将流体130、140定位在箱125的所需部分中，箱的不同区域对每种流体具有不同的可湿性，如每种流体将被各自的区域吸引。可湿性是流体润湿(覆盖)一个区域的程度.例如，如果流体130是极性流体，而流体140是非极性流体，那么壁122的内表面可以是亲水的，从而吸引极性流体130而不吸引非极性流体140。
弯月面150的形状由弯月面边缘与内表面120的接触角来确定。因此，该弯月面形状取决于表面120的可湿性。所示的弯月面150是凸面(从流体130的角度来观察)，但是该弯月面可以是任何所需的形状，例如，凸面、凹面或基本上是平面。
泵110与充满流体的箱125相连，用于将大量的一种或多种流体泵送到箱125或从箱125抽出大量的一种或多种流体。在该特定实施例中，泵110用于同时增大流体130的体积并减小流体140的体积(反之亦然)，以保持箱125中两种流体的总体积相同。结果，由于添加各自的流体，例如如果添加额外的流体130，弯月面150将沿着光轴90移动，那么该弯月面可以沿光轴移动距离X，到达虚线150′表示的位置。在该特定实施例中，这种移动不改变弯月面的形状(因为表面120具有均匀的可湿性)，仅改变弯月面沿光轴90的位置。
图3B表示了由弯月面150提供的有效光学功能元件，即焦距为f的平凸透镜的光学功能元件。换句话说，弯月面150有效地提供了透镜160的功能，其将平行光170(沿着平行于光轴90的方向入射到透镜上)聚焦到与该透镜相距f的焦点172。
当移动弯月面时(即，到达图3A中虚线150′所示的位置)，那么该透镜的有效位置也移动，到达虚线160′所示的位置。由于弯月面150、150′形状相同，那么它们同样具有相同的等效透镜形状160、160′(因此将具有相同的透镜性质，即相同的光焦度和焦距)。
图3A表示当弯月面从位置150移动到位置150′时，其向左移动距离X。类似地，等效透镜功能元件160′也到达透镜功能元件160的左边。如果图3B的光线图是真空中等效功能元件的图解，那么160′将到达160左边距离为Y的位置，其中Y＝X/n130，n130是流体130的折射率。
图4示出依照本发明第二实施例的可变透镜120。利用相同的附图标记表示相似的部件。如前所述，侧壁120限定了箱。该箱包括弯月面150，该弯月面形成两种基本上不混溶的流体130、140之间的界面。由泵控制弯月面150相对于光轴90的位置。
透镜200基本上对应于圆锥形筒123(例如外箱)，该筒包括同心放置的圆筒124(例如内箱，其具有侧壁120形式的内表面)。圆筒124与圆锥形筒123中其余的液体开放连接。在该实施例中，第一流体130是极性或导电液体(例如，水，或添加盐以增加其导电性的水)，流体140是不导电的(例如硅油或烷烃)。环形电极116优选与第一流体130电接触，尽管其也可以通过覆盖该电极的绝缘层与该流体电容耦合。圆柱电极114、112覆盖有电绝缘层113。
设备200的大部分内表面通过优先由流体140润湿的材料层覆盖，远离覆盖壁122和电极116并优先由流体130润湿的表面。例如，如果130是水，那么覆盖壁122和电极116的表面是亲水的，从而吸引水，并保持水的体积位于正确位置。该设备的其余内表面是疏水的。
电润湿可用于增大两个圆筒123、124之间的空间中的弯月面152的曲率半径。这可通过在电极116和电极112、114之间施加电压来实现(如果需要，可以向电极112、114施加相同的电势)。
根据拉普拉斯定律，液体内部的压力取决于液体之间的界面的曲率半径。如果将两种液体限制在圆筒中，那么压力变化不会引起流动。但是，如在该特定实施例中，圆筒124的两个端部互连，从而形成闭合回路，则液体流动变为可能。这种液体流动可改变两种流体之间的弯月面150的位置。弯月面150的平移可认为是透镜位置的平移，因此可用于进行聚焦。
两个圆筒123、124之间的弯月面152的半径增大将引起弯月面上压力差减小。因此，液体130、140移动，从而减小弯月面152的半径，即，其沿着圆筒123、124之间空间较小的方向移动(即，图4中所示情况的向上的方向)。液体之间的界面152继续移动，直到圆筒123、124之间的空间小到足以恢复原始半径为止。由于流体130、140的总体积在透镜中是恒定的，那么弯月面152的向上运动将导致弯月面150在由表面120限定的箱中对应的向下运动。由于弯月面150沿光轴90设置，那么，其对应于由弯月面150提供的透镜有效位置的变化。在该特定实施例中，表面120基本上平行于光轴，因此，透镜功能元件仅仅改变位置，而不会改变透镜的性质。
图5示出本发明的可替换的实施例。该结构通常与图4中所示的结构类似，但是在该特定实施例中，将形成透镜的弯月面限制在由表面120限定的圆锥形箱中，而将压力产生的弯月面152限制在平行壁之间。
该透镜300的工作原理一般与透镜200相同。因此，利用该电润湿效应来改变弯月面152的曲率半径，导致了弯月面150位置的随后变化。但是，在该特定实施例中，弯月面150的半径随位置函数而变化，即，如果弯月面向下移动(在图5所示的情况)，那么透镜的半径增大，从而导致透镜屈光度(lens strength)减小。因此，该特殊透镜300的设计允许同时改变透镜功能元件的屈光度和位置。透镜屈光度随位置的变化可通过适当的设计选择来控制，即通过控制箱的表面120相对于光轴90的倾斜角进行控制。
优选的是，在图4和5所示的设备中，圆锥形筒具有相对于光轴90较小的倾斜角(例如小于10°，更优选的是小于5°)。换句话说，该圆锥形筒几乎是直筒。这具有小的电压变化导致弯月面的大位移从而补偿曲率变化的优点。因此，具有小的倾斜角提供了需要相对较低电压来发挥作用的设备。
如果需要，圆筒的表面可以都彼此平行(例如，两个圆筒都平行于光轴)。在这种情况下，在两个弯月面之间(即在弯月面150和弯月面152之间)将出现不稳定的平衡。但是，通过利用反馈系统，通过根据保持弯月面150的位置的需要而利用电润湿效应移动弯月面152，可将光学弯月面150保持在适当位置。
可替换的是，应该理解，如果一个圆筒的倾斜角相对较大(例如相对于光轴成45°或60°)，那么需要相对较大的电压变化来提供该弯月面的大位移。这允许非常精确地布置该弯月面的位置。
应该理解，上面的各个实施例仅仅是作为例子而提供的，各种可替换的设计都将落入本发明的范围内。
例如，在上面的各个实施例中，假定由侧壁120限定的箱具有圆形横截面。但是，应该理解，实际上该箱可以是任何所需的横截面，即，正方形、矩形、圆形或椭圆形。该横截面不需要关于光轴90对称.
同样，假定形成箱的表面120相对于光轴90成预定角度倾斜，或者平行于光轴90。但是，应该理解，可以使用任何所需的定向或表面变化。例如，图6A表示了形成该箱的表面120a的横截面视图，该表面相对于光轴90的倾斜角随着沿光轴的位置而改变，即，表面120a的横截面是弯曲的。
图6B表示了可替换的构形，其中，形成该箱的一部分表面120b相对于光轴倾斜，而所述一部分表面基本上相对于光轴平行。
图6C表示了形成该箱的表面120c的另一种可替换的布置，其中，该表面最初与光轴相距预定距离，这些表面沿光轴顺着距离逐渐朝光轴方向倾斜，然后远离光轴倾斜。
各种类型的泵都可用作泵110。例如，国际专利申请WO 02/069016描述了大量如何能够移动流体的方式，例如电毛细管、差压电毛细管现象(differential-pressure electro-capillarity)、电润湿、连续电润湿、电泳、电渗、介电电泳、电水动抽吸(electrohydrodynamic pumping)、热毛细管(thermocapillary)、热膨胀、电介质抽吸或可变的电介质抽吸，这些方式中的任一种都可以用于提供泵110所需的抽吸。可替换的是，也可以使用机械泵。
应该理解，本发明的可变透镜可以形成需要透镜的任何光学设备的部件，或者实际上，上面描述的透镜元件可以形成较大透镜组的部件。
例如，变焦透镜中的至少一个透镜组可包括依照本发明实施例的透镜。变焦透镜是焦距连续可变、同时保持固定焦平面从而提供对对象的可变放大的透镜(通常是照相机镜头)。变焦透镜通常包括两个独立的可变透镜组。
在上面的各个实施例中，假定箱的表面120具有基本上均匀的可湿性。但是，如果需要，可以被动地(例如通过具有涂层，表面120的可湿性随着沿光轴的距离而改变)，或通过利用电润湿效应改变弯月面150与表面120接触的接触角来改变表面120的可湿性。通过改变透镜的曲率半径，这种效应可用于将透镜屈光度变为所需屈光度。这种透镜可用作变焦透镜，这是因为可以独立地调整该透镜的位置以及光焦度。
图7表示依照本发明另一个实施例的透镜500。该透镜结构一般与图4中所示的透镜200类似。但是，提供了额外的电极(在该例子中是圆柱电极514)以利用电润湿效应改变弯月面150与表面120接触的接触角。绝缘体(例如表面120)覆盖电极514。这使得弯月面150的半径变化独立于弯月面152的半径变化。因此，可通过在电极112/114和116之间提供电压，并在电极116和514之间提供电压来可控制地改变由弯月面150提供的透镜功能元件的半径和位置。例如，可将弯月面150的位置和形状变为由虚线150″所示的位置和形状。这样，可以通过改变弯月面150的曲率来改变透镜的焦距，同时通过移动弯月面150的位置仍然将物体保持在焦点上。这允许构造变焦透镜，其中光必须只穿过一个可变界面。
图8示出依照本发明另一个实施例的透镜600。该透镜形状一般与图5中所示透镜300类似，在表面120之下增加了额外的电极614。圆锥电极614用于改变弯月面150与表面120的接触角。在该特定实施例中，弯月面150的半径(因此由该弯月面提供的透镜功能元件的半径)不仅取决于电极614的电压，而且取决于弯月面150的位置。如果弯月面150向下移动，那么半径(因此该透镜屈光度)将减小。对于表面120的一定倾斜角，可以将物体保持在焦点上，同时通过只改变一个电压来放大和缩小。
依照本发明的透镜可用在多种应用和设备中。
图9示出用于扫描光学记录载体2的设备1，包括物镜系统18，该物镜系统包括依照本发明实施例的可变焦点透镜。记录载体包括透明层3，信息层4置于该透明层的一侧。通过保护层5来保护该信息层上与透明层相反的一侧，使其不受环境影响。透明层面向该设备的一侧称作入射面6。透明层3通过对信息层提供机械支撑而作为记录载体的基底。
可替换的是，透明层可以仅具有保护信息层的作用，而通过位于信息层另一侧上的一层来提供机械支撑，例如通过保护层5，或者通过连接到信息层4的附加信息层和透明层来提供机械支撑。
可以将信息按照在基本上平行、同心或螺旋轨道上设置的可光学检测的标记的形式存储在记录载体的信息层4中。这些标记可以是任何光学可读的形式，例如反射系数或磁化方向不同于其周围环境的多个凹坑或多个区域的形式，或这些形式的组合。
扫描设备1包括能够发射辐射光束12的辐射源11。辐射源可以是半导体激光器。分束器13朝准直透镜14反射发散的辐射光束12，该准直透镜将发散光束12变为准直光束15。准直光束15入射在物镜系统18上。
物镜系统可包括一个或多个透镜和/或光栅。物镜系统18具有光轴19。物镜系统18将光束17变为会聚光束20，入射在记录载体2的入射面6上。物镜系统具有适合于使辐射光束通过透明层3的厚度的球差校正。会聚光束20在信息层4上形成光点21。信息层4反射的辐射形成发散光束22，由物镜系统18将其转变为基本上准直的光束23，随后由准直透镜14将其转变为会聚光束24。分束器13通过向检测系统25透射至少一部分会聚光束24而使正向光束与反射光束分开。检测系统捕获该辐射，并将其变为电输出信号26。信号处理器27将这些输出信号变为各种其他信号。
这些信号之一是信息信号28，其值代表从信息层4读取的信息。通过信息处理单元来处理该信息信号以进行误差校正29。来自信号处理器27的其他信号是聚焦误差信号和径向误差信号。聚焦误差信号代表光点21和信息层4之间的轴向高度差。径向误差信号代表在信息层4的平面内光点21和光点所遵循的信息层的轨道中心之间的距离。将聚焦误差信号和径向误差信号馈送到伺服电路31中，该伺服电路将这些信号变为分别控制聚焦致动器和径向致动器的伺服控制信号32。图中没有示出这些致动器。聚焦致动器控制物镜系统18沿聚焦方向33的位置，由此控制光点21的实际位置，从而使其与信息层4的平面基本上重合。径向致动器控制物镜18沿径向34的位置，由此控制光点21的径向位置，从而使其与信息层4中遵循的轨道的中心线基本上重合。图中的轨道沿垂直于图面的方向延伸。
在该特定实施例中，图9的设备还适合于扫描第二类型的记录载体，其具有比记录载体2更厚的透明层。该设备可以使用辐射光束12或具有用于扫描第二类型记录载体的不同波长的辐射光束。该辐射光束的NA可适于这种类型的记录载体。相应地，必须适合该物镜系统的球差补偿。
例如，在双层DVR(数字视频记录)盘中，两个信息层位于0.1mm和0.08mm深度处；因此它们通常相隔0.02mm。当从一层到另一层重新聚焦时，由于信息层的深度差，产生大约200mλ的不需要的球差，需要对其进行补偿。这通过在物镜系统18中引入球差使这两个球差抵消来实现。
在本发明的一个实施例中，通过利用依照本发明的可变透镜，通过改变入射在物镜系统18上的光束15的准直而在物镜系统18中引入球差。可以将这种可变透镜加入作为光束15的光路中的额外设备，或者该可变透镜构成透镜14的一部分(例如，透镜14是复合透镜)。通过改变可变透镜中弯月面的位置，能够根据需要将光束15从平行变为略微会聚或发散，从而引入所需的球差。
图10说明包括依照本发明可替换实施例的透镜的可变焦点图像捕获设备400。
设备400包括复合可变焦点透镜，该透镜包括多个表面形成的圆柱形管120、凸出的前透镜404和凸出的后透镜406。两个透镜和管密封的空间形成圆柱形流体箱125。流体箱125容纳第一和第二流体130和140。这两种流体沿弯月面150接触。如前所述，根据泵422供给箱的每种流体各自的体积，弯月面形成可变位置的弯月透镜。
前透镜404是高折射塑料制成的凸-凸透镜，如聚碳酸酯或环烯烃共聚物(COC)，其具有正光焦度。该前透镜的至少一个表面是非球面，以提供所需的初始聚焦特性。后透镜元件406由低色散塑料制成，如COC，并包括充当像场致平器(field flattener)的非球面透镜表面。后透镜元件的其他表面可以是平面、球面或非球面。
将消炫光阑(glare stop)416和孔径光阑418添加到透镜的前面。像素化(pixellated)图像传感器420位于透镜后面的传感器平面中，所述传感器如CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器阵列。
泵422依照图像信号的聚焦控制处理所得到的聚焦控制信号来驱动透镜，从而提供无穷和10cm之间的物体范围(object range)。
前透镜元件404优选与箱形成为一个单独的主体，所述箱由后透镜406封闭以形成密封单元。第二透镜元件406可相对于图8中所示的元件伸长，透镜元件406的平坦后表面可以由成角度的镜面来代替，优选成45°角，从而使图像传感器420置于透镜下面，以便减小透镜的尺寸。
前透镜404和后透镜406的内表面可以涂有保护层，以避免制成透镜的材料与流体130和140不相容。保护层也可以具有抗反射特性。
通过上面的例子，应该理解，在本发明的各个实施例中，提供了一种可变透镜，其中通过移动弯月面可以很容易地调整透镜的有效位置。通过适当地设计透镜的箱的表面，也可以在移动透镜的同时调整透镜的形状(因此调整焦距)。由于光路中不需要机械组件，因此光路不会遭受机械磨损和破损。

Claims (12)

1.一种可变透镜(100；200；300；500；600)，包括：
-箱(125)，由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴(90)；
-该箱(125)包含第一流体(130)和第二流体(140)，所述流体在横断光轴(90)延伸的弯月面(150)上接触，该弯月面的周边由所述侧壁(125)来限制，所述流体(130，140)是不混溶的，并具有不同的折射率；和
-至少一个泵(110；112，114，116，152；422)，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的相对体积而可控制地改变弯月面(150)沿光轴(90)的位置。
2.如权利要求1所述的透镜(100；200；300；500；600)，其中泵(110；112，114，116，152；422)利用下面至少一个来工作：电毛细管、差压电毛细管、电润湿、连续电润湿、电泳、电渗、介电电泳、电水动抽吸、热毛细管、热膨胀、电介质抽吸、机械抽吸、或可变的电介质抽吸。
3.如前面任一项权利要求所述的透镜(100；200；300；500；600)，其中箱(125)的内表面(120)的可湿性纵向改变。
4.如权利要求1或者2所述的透镜(100；200；300；500；600)，其中箱(125)的内表面(120)的可湿性设置为通过电润湿效应使其可控制地改变。
5.如权利要求1或者2所述的透镜(100；200；300；500；600)，其中箱(125)具有圆形横截面。
6.如权利要求1或者2所述的透镜(100；200；300；500；600)，其中限定箱(125)的内表面(120)的至少一个侧壁不平行于光轴(90)。
7.如权利要求1或者2所述的透镜(100；200；300；500；600)，其中该透镜是变焦透镜。
8.一种光学设备(1；400)，包括可变透镜(100；200；300；500；600)，该透镜包括：
-箱(125)，由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴(90)；
-该箱(125)包含第一流体(130)和第二流体(140)，所述流体在横断光轴(90)延伸的弯月面(150)上接触，该弯月面的周边由所述侧壁来限制，所述流体是不混溶的，并具有不同的折射率；和
-至少一个泵(110；112，114，116，152；422)，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的相对体积而可控制地改变弯月面(150)沿光轴(90)的位置。
9.如权利要求8所述的光学设备，其中该设备是光学扫描设备(1)，以用于扫描光学记录载体(2)的信息层(4)，该设备包括用于产生辐射光束(12，15，20)的辐射源(11)，和用于将该辐射光束会聚在信息层(4)上的物镜系统(18)。
10.如权利要求8所述的光学设备，其中该设备是可变焦点图像捕获设备(400)。
11.一种制造可变透镜(100；200；300；500；600)的方法，该方法包括：
-提供箱(125)，该箱由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴(90)；
-在该箱(125)中提供第一流体(130)和第二流体(140)，使得所述流体(130，140)在横断光轴(90)延伸的弯月面(150)上接触，该弯月面的周边由所述侧壁(125)来限制，所述流体(130，140)是不混溶的，并具有不同的折射率；和
-提供至少一个泵(110；112，114，116，152；422)，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的相对体积而可控制地改变弯月面沿光轴的位置。
12.一种制造光学设备(1；400)的方法，该方法包括以下步骤：
-提供可变透镜，该可变透镜包括：
-箱(125)，由至少一个侧壁确定，并具有纵向延伸通过该箱的光轴(90)；
-该箱(125)包含第一流体(130)和第二流体(140)，所述流体在横断光轴(90)延伸的弯月面(150)上接触，该弯月面(150)的周边由所述侧壁(90)来限制，所述流体(130，140)是不混溶的，并具有不同的折射率；和
-至少一个泵(110；112，114，116，152；422)，用于通过改变该箱中容纳的每一种所述流体的相对体积而可控制地改变弯月面沿光轴的位置。
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