特别借助于光学反馈为设备的透镜调焦距的光学设备的制作方法

本发明涉及根据权利要求1所述的光学设备，以及根据权利要求25所述的方法，以及具有权利要求26的特征的接触镜，以及具有权利要求29的特征的光学设备、特别是眼镜(也被称为护目镜)。

背景技术：

这种光学设备包括具有可调整的焦距的透镜，例如，由于透镜的可变形的表面或膜使得表面或膜能呈现多种不同的曲率，其中每种曲率对应于透镜的不同的焦距，或者由于可调整焦距透镜是被设计为使得透镜的折射率能被调整的透镜(例如，局部地)的事实，因此使得透镜能呈现多种不同的焦距。这些透镜也被称为可调焦透镜。进一步，光学设备可包括被设计为调整透镜的焦距的(例如，致动)装置或机构(例如，使透镜的所述表面/膜变形，以使表面/膜呈现所述曲率中的一种，或者局部地改变折射率)。例如，在US61/160,041、WO2010/104904或者WO2009/021344A1中描述了上述类型的透镜。

由于透镜的表面的形状/曲率以及透镜的折射率能受到改变透镜自身的温度或者透镜的环境而影响，因此透镜的焦距也会发生变化。因此，原理上希望能够以简单和稳定的方式来确定可调焦透镜的实际焦距。更进一步，特别地，还希望能够以简单和稳定的方式控制焦距。

技术实现要素：

上述问题通过具有权利要求1的特征的光学设备解决。本发明的优选的实施方式在从属权利要求中描述或在下文中说明。

根据权利要求1，光学设备进一步包括至少一个光源(例如，发光二极管(LED)或激光器)，其被配置为发射通过所述透镜影响(例如，调制或偏转)并且至少照射在第一光敏元件(例如，光电二极管或类似的设备，例如，光敏热电发生器、位置传感设备(PSD)、光电二极管阵列(PDA)、象限二极管(QPD)或者电荷耦合设备(CCD))的光，其中，第一光敏元件被设计为产生与照射在其上的光的强度相对应的输出信号，其中特别地，第一光敏元件被配置为仅测量所述发射的光的强度分布的一部分，即，仅是所述分布的实际上打在至少一个第一光敏元件上的一部分(即，一部分所述光)，其中，光学设备(例如，光源、透镜和至少一个第一光敏元件以及最后其他的光学元件，见下面)被配置为，使得所述透镜的焦距的变化改变了照射在第一光敏元件上的发射的光的强度分布，以致透镜的每种焦距都与由第一光敏元件(或者在其帮助下)产生的特定的(即是，唯一的)第一输出信号对应。

本发明的该原理允许个人制成根据本发明的光学设备/系统，例如，其比所有信号都由光电二极管收集的像散透镜设施更紧凑。

另外，本发明涉及容差非常不敏感的测量方法，因为(至少一个)第一光敏元件(例如，光电二极管)不需要被放置在所述发射的光的(例如，类高斯)强度分布的中心(发射的光能被认为是具有所述强度分布的光束，即，峰或最大值在中心并且向外减弱强度)。有益地，根据本发明的光学设备被特别地设计为，使得焦距的变化改变照射在(至少一个)第一光敏元件上的光的所述强度分布的宽度(例如，半峰全宽)。更进一步，根据本发明的光学设备被特别地设计为，使得焦距的变化移动所述发射的光的强度分布的中心(例如，峰或最大值)，并且因此移动照射在(至少一个)第一光敏元件上的光的强度分布。换言之，焦距的变化改变了在给出的点或区域借助第一光敏元件采集的光的强度。

根据本发明的实施方式，光学设备包括第二光敏元件(或者甚至比两个更多的这种元件)，其中，光源配置为发射被所述透镜影响(例如，调制或偏转)的且照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上的光，其中，第二光敏元件被设计为产生与照射在第二光敏元件上的光的强度对应的第二输出信号，其中，光源、透镜和所述光敏元件被配置为，使得所述透镜的焦距的变化改变照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上的发射的光的强度分布，以致透镜的每种焦距都与由第一光敏元件产生的特定的第一输出信号和由进一步的第二光敏元件产生的特定的第二输出信号相关联。

根据本发明优选的实施方式，光学设备的透镜包括第一焦距和不同的第二焦距(例如，最小和最大焦距)，其中，当透镜被调整为使得其包括所述第一焦距时，强度分布的峰打在第一光敏元件上，并且其中，当透镜被调整为使得其包括所述第二焦距时，所述峰打在第二光敏元件上。

换言之，由于光敏元件仅测量/检测到部分强度分布，即，源自所述光源的光束的部分截面，因此，通过将光学器件设计为使得反射的光的强度分布的峰一次打在第一光敏元件上，并且例如，在另一极端调节状态下打在第二光敏元件上，能增强输出信号。

根据本发明的优选的实施方式，光学设备被配置为，使得所述透镜的焦距的改变使照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上的所述发射的光的强度分布的宽度改变。可选地或另外地，根据本发明的进一步优选的实施方式，光学设备被配置为，使得所述透镜的焦距的改变使照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上的所述发射的光的强度分布的最大值(峰)的位置相对于第一光敏元件和/或第二光敏元件改变/位移(同样见上述)。由于当透镜的焦距被改变时(例如，通过改变透镜的曲率和/或它的折射率而改变)光源的光通过透镜被不同地偏转/调制并且从而不同地照射在光敏元件上的事实，因此，所述输出信号实际上允许在原理上确定透镜的目前的焦距。通过使用用于确定透镜的焦距的进一步的方法并且通过建立了焦距和相应的第一输出信号和/或第二输出信号之间的相关性的、针对相应的焦距测量所述第一输出信号和/或第二输出信号，可容易地执行校准。输出信号可为电流，其能使用它们各自的电流强度被量化。

在存在多个光敏元件(例如，两个这种元件)的情况下，光学设备优选地适用于产生来自单独的(例如，第一和第二)输出信号O1、O2的进一步的输出信号X，例如，X＝(O1－O2)/(O1+O2)，其中，优选地与X对比来校准焦距。然而，还可进行与O1和O2对比的校准。在仅有一个(例如，第一)光敏元件存在的情况下，与O1对比来校准焦距。当控制焦距时，使得O1(针对单个第一光敏元件)接近与要被调整的单独的焦距对应的参考值，而在两个光敏元件的情况下，进一步的输出信号(例如，电流)X(见上述)优选地被自动地确定，并且使其接近与要被调整的单独的焦距对应的参考值。

根据本发明的实施方式，为了控制焦距，光学设备可包括用于改变透镜的焦距的装置或机构(例如，致动装置)。

进一步，按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，为了将透镜的焦距的调整控制到预定的焦距，光学设备包括适于控制所述(致动)装置的控制单元，以使装置改变透镜的焦距(例如，使得透镜的所述表面/膜变形，或者以某种方式改变透镜的折射率)，以致第一输出信号和/或第二输出信号或由第一输出信号和第二输出信号产生的进一步的输出信号接近参考输出信号，其中，所述参考输出信号与所述预定的焦距对应(校准)。

按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，光学设备包括存储器，多种焦距以及各个焦距的参考输出信号被存储于其中。因此，存储器包含用于查找参考输出信号(例如，用于所述进一步的输出信号或用于第一输出信号和/或第二输出信号的参考值)的查找表。例如，在焦距应该被(自动地)调整到使用者或应用需要的特定的焦距的情况下，从所述表获取与所述希望的焦距对应的参考输出信号，并且透镜的焦距(或曲率)被所述(致动)装置调整为使得目前的输出信号(或第一输出信号和/或第二输出信号)接近相应的参考值。这在本发明的框架中被表示为光学反馈。

根据本发明的优选的实施方式，所述光学设备是可调焦透镜设备，其能用于改变激光加工设备的焦点，例如，激光打标设备，其中，加工激光在其打在扫描镜和要被加工的样品上之前被根据本发明的设备调制。进一步，根据本发明的光学设备能是激光加工设备或激光打标设备。

根据本发明的另一优选的实施方式，光学设备是显微镜的一部分(例如，显微镜的物镜或目镜的一部分)，或者形成了这种显微镜。

根据本发明的另一优选的实施方式，光学设备是相机的一部分(例如，物镜的一部分)，或者形成了这种相机。

按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，光学设备进一步包括第一光学元件，其被配置为光源发射的所述光照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上之前反射光源发射的所述光。进一步，该第一光学元件被优选地配置为使得主光学信号通过第一光学元件透射，而基本上不影响所述光学反馈(同样见下文)。

按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，光学元件是透镜的第一盖元件(例如，由玻璃或塑料制成，或者在不被布置在主信号的光路中时由抛光的金属表面制成)，其中，所述第一盖元件和形成透镜的所述表面的可弹性变形的膜界定了填充有流体的透镜的容积(或容器)。这里，透镜的所述膜是透明的(至少对主光学信号)且可弹性膨胀且(基本上二维地)沿延伸平面延伸(膜的垂直于其延伸平面/表面的厚度显著地比膜沿所述延伸平面的尺寸更小)的薄元件。膜能由下面的材料中的至少一种制成：玻璃、聚合物、弹性体、塑料或者任何其他透明且可拉伸的或弹性的材料。例如，膜可由诸如也被称为PDMS的聚二甲基硅氧烷的硅基聚合物或者诸如PET的聚酯材料或双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(例如，“Mylar”)。进一步，所述流体优选地为或包括液态金属、凝胶、液体、气体或能变形的任何透明的、吸收或反射材料。例如，流体可为硅油(例如，双-苯丙基聚二甲基硅氧烷)。另外，流体可包括诸如全氟聚醚(PFPE)惰性流体的氟化聚合物。

按照根据本发明的光学设备的实施方式，透镜的曲率(例如，所述表面/膜的曲率)与流体中的压力成比例。为了调整所述压力并随之调整透镜的曲率/焦距，所述致动装置被设计为将对应的压力施加于透镜的容积(容器)上。例如，致动装置可为电磁致动器(例如，音圈马达)，其包括与磁体相互作用的线圈，该线圈用于将压力施加于透镜的所述容积上。这里，透镜的焦距通过流过致动器的线圈的电流被控制。致动装置还能由步进马达或诸如压电马达的静电致动器或电活性聚合物致动器形成。致动装置还能被设计为磁阻致动器，其将磁阻力施加于容积上，以改变透镜的表面或膜的曲率。进一步，致动装置能由一个或多个致动器组成。还能想到的是，致动装置实际上是手动致动的(例如，通过旋转致动，该旋转通过致动装置被转换成透镜的表面的变形)。

进一步，按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，光学设备包括第二光学元件，其被配置为在光源发射的所述光照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上之前反射光源发射的所述光(再次地，第二光学元件被优选地配置为，使得所述主光学信号通过第二光学元件透射，特别是基本上不影响光学反馈，见下文)。

按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，所述第二光学元件也能为透镜的(第二)盖元件，其中，透镜的所述表面或膜随后被布置在第一盖元件和第二盖元件之间。优选地，所述盖元件被相对于彼此平行地定向。第二光学元件能由与第一光学元件/盖元件相同的材料制成(同样见上述)。

按照根据本发明的光学设备的优选的替代实施方式，第二光学元件是部分反射镜，其相对于第一光学元件或所述透镜倾斜，并且被设计为朝向第一光敏元件和/或第二光敏元件反射由光源发射的所述光，并且透射主光学信号。这里，也可存在透镜的第二盖元件，然而，该第二盖元件随后不被配置为朝向光敏元件直接或间接地反射来自光源的光。

进一步，根据本发明的实施方式，光学设备包括进一步的光源，其中，该进一步的光源被配置为发射被所述透镜影响且照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上的光，使得从所述光源到其中一个光敏元件的每条光路都与从进一步的光源到其中一个光敏元件的对应的光路基本对称，特别是对称。特别地，这允许所有光敏元件和光源效率/灵敏度的标准化。例如，在一个光源(例如，LED)被打开并且存在两个光敏元件的情况下，在两个光敏元件(例如，光电二极管)之间的相关信号可用于测量透镜的偏转(独立于LED的绝对强度之外)。在仅使用一个光敏元件但两个光源(例如，LED)的情况下也同样如此。

进一步，根据本发明的实施方式，光学设备包括至少一个滤光器，其被配置为防止第一光源和/或第二光源的光离开或再次进入光学设备和/或透镜。

进一步，根据本发明的实施方式，通过直接使光源(例如，LED)机械地参考光学设备的机械构件(例如，透镜或壳体)并且经由挠性电缆、引线键合连接件或模制的互连设备将它连接到诸如电流源的能量源，和/或通过在组装期间主动地对准光源/LED，可实现一致的(例如，线性或单调的)反馈信号。

进一步，根据本发明的实施方式，光学设备、特别是透镜被配置为通过光散射和/或折射和/或全内反射影响所述发射的光，其中特别地，光学设备、特别是透镜包括用于产生所述光散射的至少一个衍射元件，其中特别地，所述至少一个衍射元件被布置在膜上，或者由光学设备的透镜的膜组成。

进一步，根据本发明的实施方式，光学设备包括与第一光敏元件和/或第二光敏元件(30、40)热接触的至少一个温度传感器(为此，传感器可被布置为紧邻光敏元件)，其中特别地，光学设备被配置为使用所述至少一个温度传感器补偿第一光敏元件和/或第二光敏元件的基于温度的灵敏度。

特别地，在实施方式中，光学设备被配置为通过使用所述至少一个温度传感器测量透镜温度且根据温度呈现第一输出信号和/或第二输出信号的固定的偏移来补偿第一输出信号和/或第二输出信号的温度依赖性(例如，归因于折射率的热引起的变化和/或透镜的一种或多种材料的热膨胀)。

进一步，特别地，在实施方式中，光学设备被配置为通过在多于一个的参考温度下表征透镜、将所述特征存储于存储器并且使用透镜中的所述至少一个温度传感器作为参考来补偿第一输出信号和/或第二输出信号的温度依赖性(例如，归因于折射率的热引起的变化和/或透镜的一种或多种材料的热膨胀)。

进一步，特别地，在实施方式中，光学设备进一步包括加热装置，加热装置被配置为稳定透镜的温度，以减少透镜的温度引起的光学特性的变化，例如，它的焦距，其中特别地，温度被稳定在其已被表征或设计的相同温度。

进一步，关于透镜的温度的感测，本发明的方面涉及通过在恒定功率状态下驱动透镜以将其温度稳定在其已被表征或设计的相同的温度来控制根据本发明的光学设备的透镜的温度。

按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，透镜进一步被设计为使穿过透镜透射的主光学信号沿透镜的光轴聚集或发散，其中，光源、所述光敏元件、特别是所述第一光学元件和/或第二光学元件被相对于透镜布置为，使得所述主光学信号不会影响所述第一输出信号和/或第二输出信号(或者所述进一步的输出信号)，即，不会耦合到来自所述光源的所述光的光路中。

进一步，按照根据本发明的光学设备的优选的实施方式，光学设备被设计为在光源关闭时测量由第一光敏元件和/或第二光敏元件产生的背景噪声，并且从第一输出信号中减去由第一光敏元件测量的所述背景噪声和/或从第二输出信号中减去由第二光敏元件测量的所述背景噪声。

可选地或另外地，为了减少在第一输出信号和/或第二输出信号(或进一步的输出信号)中的(这种)外部噪声，光学设备被配置为使得光源发射调制的光(光学设备可包括与光源互相作用的调制器，以致从光源发射的光被调制，其中调制频率比透镜的表面或膜的形状/曲率的波动/调整频率更大)。为了移除所述不希望的噪声，设备优选地适用于解调输出信号，并且将输出信号带通滤波或低通滤波，这最终移除了所述噪声。

进一步，根据本发明的实施方式，光学设备是被配置为被直接放置在使用者的眼睛的表面上的接触镜或者被佩戴在眼睛的前方的光学设备(例如，一副眼镜或单个眼镜片或者虚拟显示器)或者眼内透镜。

进一步，根据本发明的实施方式，所述光学设备包括至少一个光源、至少一个光敏元件和膜透镜(包括可变形的膜和流体的透镜)、液晶的、基于电湿润的或其他焦距可调整的透镜。

进一步，根据本发明的实施方式，光源、透镜和第一光敏元件被进一步地配置为，使得发射的光在照射在第一光敏元件上之前通过使用者的眼睛的晶状体反射，以使照射在第一光敏元件上的发射的光的强度分布在所述使用者使他的眼睛的晶状体变形时(例如，当聚焦时)或者改变眼睛相对于眼镜或者眼睛表面上的接触镜的位置(例如，在径向方向上)时变化，这可由使用者通过观看附近的物体(例如，他的手)或者向下看来进行。

进一步，通过调整透镜的焦距的方法、特别是使用根据本发明的光学设备、特别是接触镜、要被佩戴在使用者的眼睛前方的光学设备(例如，眼镜)或者眼内透镜解决了本发明强调的问题。

根据权利要求25，根据本发明的方法包括下列步骤：通过光源(例如，LED或激光)发射光，以使所述光被所述透镜(例如，被所述透镜的表面/膜)影响(例如，偏转或调制)，并且仅一部分所述光(即，所述光的强度分布的一部分)至少照射在第一光敏元件上，该部分(局部)取决于透镜的焦距(也见上述)或取决于佩戴光学设备(例如，接触镜或眼镜)的使用者的眼睛的晶状体的形状或者取决于接触镜在使用者的眼睛表面上的位置或者取决于眼睛相对于光学设备/眼镜的位置，其中，在所述光的所述部分照射在第一光敏元件上时，第一光敏元件产生第一输出信号，其中，所述第一输出信号与照射在第一光敏元件上的光的所述部分的强度对应，并且使用第一输出信号作为控制信号优选地自动地将焦距调整到希望的或预定的焦距(例如，用于触发将焦距调整到希望的焦距的致动器)，以使所述第一输出信号(或者在第一输出信号的帮助下确定的进一步的输出信号)接近与所述预定的焦距相关的参考输出信号。

优选地，至少使用进一步的(第二)光敏元件，并且随后进行下面的步骤：通过光源发射光，以使所述光被透镜(例如，被所述透镜的表面/膜)影响(例如，偏转或调制)并且照射在第一光敏元件和/或第二光敏元件上，其中，在(仅)一部分光照射在第一光敏元件上时，第一光敏元件产生第一输出信号，其中，所述第一输出信号与照射在第一光敏元件上的光的部分的强度对应，并且其中，在(仅)所述光的另一部分照射第二光敏元件时，第二光敏元件产生第二输出信号，其中，所述第二输出信号与照射在第二光敏元件上的光的部分的强度对应；并且

将焦距调整到预定的焦距(例如，通过调整透镜的可变形的表面/膜的曲率或透镜的折射率)，以使所述第一输出信号和/或第二输出信号或由第一输出信号和第二输出信号产生的进一步的输出信号(例如，见上述进一步的输出信号X)接近参考输出信号，其中所述参考输出信号与所述预定的焦距对应。

优选地，多个参考输出信号(还见上述)被预存储在查找表中，其分配给与参考输出信号对应的多种焦距中的每种焦距(例如，也见上述)，该参考输出信号优选地借助校准过程来确定，其中，使用进一步的方法来确定相应的焦距，该方法随后产生相应的焦距和第一输出信号和/或第二输出信号或者所述进一步的输出信号之间的相关性，该信号是相应的焦距被设定时预计的信号。

进一步，按照根据本发明的方法的优选的实施方式，由第一光敏元件和第二光敏元件产生的背景噪声在光源不发射光时被测量，其中，从第一输出信号中减去通过第一光敏元件测量的所述背景噪声，和/或其中，从第二输出信号中减去通过第二光敏元件测量的背景噪声。

另外或者可选地，为了减去在第一输出信号和/或第二输出信号中(或者在所述进一步的输出信号中)的外部噪声，所述发射的光可作为调制的光被发射，其中，产生的第一输出信号和/或第二输出信号(或进一步的输出信号)随后被相应地解调，并且通过带宽滤波器或低通滤波器过滤，以便过滤掉在第一输出信号和第二信号中的外部噪声(也见上述)。

根据权利要求26中所述的本发明的进一步的方面，公开了用于视力矫正的接触镜，其中，接触镜被配置为被直接地放置在使用者(例如，佩戴接触镜的人)的眼睛的表面上，其中，接触镜包括：被配置为要受到控制以便调整接触镜的焦距的透镜，并且其中，接触镜进一步包括用于发射光的至少一个光源(优选地为优选地发射红外(IR)光的LED)和用于检测由光源发射的光且用于根据照射在光敏元件上的发射的光的强度分布提供输出信号的至少一个光敏元件(优选地为光电二极管)，其中，当接触镜按照预期被放置在使用者的眼睛的表面上时，所述光源和光敏元件被配置为，使得由光源发射的光在照射在所述光敏元件上之前通过使用者的眼睛的晶状体或使用者的视网膜被反射。

进一步，根据接触镜的优选的实施方式，光源和光敏元件被进一步配置为，使得在使用者的所述眼睛的晶状体的形状改变时和/或当接触镜在眼睛的表面上的位置改变时(例如，径向位移)，照射在光敏元件上的发射的光的强度分布改变，使得所述输出信号也改变。

进一步，按照根据本发明的接触镜的优选的实施方式，接触镜包括用于调整接触镜的焦距(例如，变形或折射率改变)的机构，以及用于控制所述机构的控制单元，其中，控制单元被配置为使用所述输出信号(例如，作为用于致动和/或停用所述焦距调整机构的反馈信号或控制信号)控制所述机构。

优选地，接触镜的透镜由(至少部分)透明的容器形成，该容器包括透明的和可弹性膨胀的膜，其中容器填充有透明的流体，以使光能经由所述膜和所述流体穿过接触镜。可选地，接触镜的透镜由液晶透镜形成。

进一步，膜优选地包括可调整曲率的区域，其包括能借助所述机构调整的曲率，以调整透镜/接触镜的焦距。

根据本发明的进一步的方面，公开了用于视力矫正或虚拟或增强实感的光学设备(例如，眼镜)，其中，光学设备被配置为被放置或佩戴于使用者的眼睛前方，例如，在使用者(例如，佩戴眼镜形式的光学设备的人)的鼻子上，其中，光学设备包括：至少一个透镜，其被配置为受到控制，以便调整至少一个透镜或光学设备的焦距，并且其中，光学设备进一步包括发射光的至少一个光源(优选地为优选地发射IR光的LED)以及至少一个光敏元件(优选地为光电二极管)，光敏元件用于检测由光源发射的光且用于根据照射在光敏元件上的发射的光的强度分布提供输出信号，其中，当使用者佩戴眼镜时，所述光源和所述光敏元件被配置为，使得由光源发射的光在照射在所述光敏元件上之前通过使用者的眼睛的晶状体或是使用者的眼睛的视网膜被反射(所述透镜被布置在该眼睛前方)。

进一步，根据光学设备(例如，眼镜)的优选的实施方式，光源和光敏元件被进一步地配置为，使得照射在光敏元件上的发射的光的强度分布在使用者的所述眼睛的晶状体的形状改变和/或当眼睛的位置改变(例如，向内或向下看)时改变，使得所述输出信号也改变。

进一步，按照根据本发明的眼镜的优选的实施方式，眼镜包括用于调整眼镜的焦距(例如，变形或反射率改变)的机构以及用于控制所述机构的控制单元，其中，控制单元被配置为使用所述输出信号(例如，作为用于致动和/或停用所述焦距调整机构的反馈信号或控制信号)控制所述机构。

进一步，在实施方式中，光学设备可提供仅用于一只眼睛的视力矫正，并且可从而仅包括一个所述的透镜。在另一实施方式中，所述光学设备提供用于两只眼睛的视力矫正，并且可包括用于一只眼睛的透镜以及用于另一只眼睛的进一步的透镜。每个透镜都随后被布置在相关的眼睛的前方。

进一步的透镜还可为可调焦的，并且可被如上述那样构造。进一步的透镜的焦距还可通过上述装置被调整(例如，与所述透镜的焦距同步的调整)。还可设想到的是，每个透镜的焦距都能被独立地调整(例如，每个透镜都包括用于调整焦距的上述装置)。

优选地，光学设备(例如，眼镜)的透镜由(至少部分)透明的容器形成，该容器包括透明的和可弹性膨胀的膜，其中容器填充有透明的流体，以使光能经由所述膜和所述流体穿过镜片。可选地，镜片的透镜由液晶透镜形成。

进一步，膜优选地包括可调整曲率的区域，其包括能借助所述机构调整的曲率，以调整透镜/镜片的焦距。

通过调制光源，系统的功率消耗能被大幅减少，其中，调制光源可在本发明的所有的实施方式中完成。

将在下文中给出本发明的进一步详细的说明和其他方面。

附图说明

当考虑下面的详细说明时，本发明将被更好的理解，并且除了上述以外的目的将变得显而易见。该说明参考附图，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的光学设备和方法的实施方式；

图2示意性地示出了光源朝向光敏元件发射的光信号(强度分布)以及由光敏元件产生的对应的输出信号；

图3至4示出了根据本发明的光学设备的进一步的实施方式的示意性的剖视图；

图5示出了测量的反馈信号(即，被透镜影响(例如，反射)且照射在光敏元件上的、来自光源的光)；

图6示出了图3和4中所示的实施方式的变型；

图7至9示出了第一光学元件和第二光学元件以及图6中所示的实施方式的光敏元件的盖元件的反射率和透射率；

图10示出了根据本发明的光学设备的进一步的实施方式的立体剖视图，其涉及第一光学元件和第二光学元件(这里是盖元件/玻璃)上的光源发射的光的反射；

图11示出了根据本发明的光学设备的进一步的实施方式的立体剖视图，其仅涉及第一光学元件(这里是盖元件/玻璃)上的光源发射的光的单次反射；

图12至13示出了根据本发明的光学设备的进一步的实施方式的立体剖视图，其不涉及第一光学元件和第二光学元件(这里是盖元件/玻璃)上的光源发射的光的反射；

图14示出了通过将从光源发射的光调制而将噪声从输出信号中移除的框图；

图15示意性地示出了根据本发明的设备在激光加工系统的光路中的位置；

图16示出了根据本发明的光学设备的进一步的实施方式的示意图，其中，光源和光敏元件被布置在透镜的壳体外侧；

图17示出了使用两个光源和两个光敏元件的光学设备的示意性的构造；

图18示出了根据本发明的光学设备的进一步的实施方式的另一立体剖视图；并且

图19至25示出了接触镜形式的根据本发明的光学设备，其中，由被布置在接触镜中的光源发射的光通过使用者的眼睛的晶状体或者使用者的眼睛的视网膜反射(图23至25)并且随后照射在例如提供用于控制接触镜的焦距的输出信号的光敏元件上，所述接触镜被设置在该眼睛上；并且

图26至28示出了根据本发明的光学设备，其被设计为被戴在使用者的眼睛的前方(例如，眼镜)，其中，由被布置在光学设备中的光源发射的光通过使用者的眼睛的晶状体或者使用者的眼睛的视网膜被反射并且随后照射在例如提供用于控制光学设备的焦距的输出信号的光敏元件上。

具体实施方式

图1和2示出了根据本发明的光学设备1的示意图。特别地，光学设备1被设计为聚集或发散主光学信号(例如，光束，诸如激光束)100。为此，光学设备1包括可调焦透镜10，其具有可变形的表面10a，以使表面10a能呈现多种不同的曲率，如图1的左手侧所示，其与透镜10的不同的焦距f对应。

所述表面10a可由主光信号100能透过的、透镜10的可弹性变形的膜11形成。膜11被布置在光学设备1/透镜10的壳体2中，并且(沿光轴A的方向)面对(透明的)盖元件80的形式的第一光学元件80，其中膜11(其能被设计为上述那样)和所述盖元件80界定填充有流体F的透镜10的容积V(其能被设计为上述那样)。

例如，借助致动装置20，在压力被施加于所述容积上的情况下，由于流体F的基本恒定的容积V使得膜11膨胀并且膜11/表面10a的所述曲率增加，因此流体F的压力增加。同样地，当所述容积V上的压力减小时，流体F的压力减小，使得膜11/表面10a收缩且第一膜的所述曲率减小，如图1的右手侧所示。这里，增加的曲率意味着膜11/表面10a形成更明显凸起的隆起，或者膜11/表面10a从凹陷或平坦的状态变成凸起状态。同样地，减小的曲率意味着膜11/表面10a从明显的凸起状态变成较不明显的凸起状态或者甚至变成平坦或凹陷的状态，或者从平坦或凹陷的状态变成更加明显凹陷的状态。

因此，透镜10的膜11/表面10a的曲率能通过致动装置20被调整，并且透镜10的焦距f随之被调整。

如图1所示，光学设备1进一步包括也被形成为盖元件90的第二(透明)光学元件90，其与第一光学元件平行地延续，以使膜11/表面10a被布置在这两个光学元件80、90之间。

进一步，为了测量和/或控制透镜10的所述焦距f，光学设备1进一步包括光源50(例如，LED)，其中，例如，所述光源50被布置在透镜10的壳体2的横向圆周壁部的内侧上，并且被配置为发射光51，以使所述光51通过第二光学元件被朝向透镜10的表面10a反射，随后通过透镜10被朝向第一光学元件80偏转，随后朝向透镜10的表面10a被反射回来，被透镜10偏转，并且最后根据表面10a的实际曲率，通过第二光学元件90被反射到例如为光电二极管30、40的形式的第一光敏元件30和/或第二光敏元件40上，它们也被相邻/靠近彼此地布置在圆周壁部的所述内侧上(例如，面对光源50)。

优选地，第一光电二极管30被设计为产生与照射在第一光电二极管30上的光51的强度对应的第一输出信号O1(例如，电流的形式)，并且第二光电二极管40被设计为产生与照射在第二光电二极管40上的光51的强度对应的第二输出信号O2。

如图2和5所示，光敏元件30、40的这种构造允许确定透镜10的焦距f，因为表面10a或膜11的每种曲率都产生特定的第一输出信号O1和第二输出信号O2，使得曲率/焦距f能被区分。换言之(参考图5)，根据透镜10的表面10a或膜11的曲率，光51(反馈信号)不同地照射在两个光电二极管30、40上。然而，本发明也对单个光敏元件(例如，光电二极管等)30起作用。优选地，例如，使用两个这种元件(例如，光电二极管)30、40，以考虑光源50的(LED)信号的任何可能的变化。换言之，防止任何老化效应。当存在两个光敏元件时，进一步的输出信号X优选地产生自第一输出信号O1和第二输出信号O2，即是X＝(O1－O2)/(O1+O2)。

由于光学设备1的构造，因此图2中所示的针对透镜10的不同的焦距f的、光源50的光51的强度分布不仅在焦距改变时改变了其宽度，还在焦距改变时变换了分布51的峰P的位置。由于在本发明的所有实施方式中光敏元件30、40通常被配置为使得它们仅检测来自光源50的光51的强度分布的一部分，因此检测到的光51的强度随着透镜10的焦距改变而显著地改变。尽管仅改变分布的宽度允许识别透镜10的不同的焦距，但是光学设备1能被配置为使得照射在相应的元件30、40上的(反射)光51的峰P移位的特征进一步增强了信号差异。本发明的这些特征也在图5中被示出，其示出了被透镜10聚集或发散的主光信号100，但其明显地不干扰来自光源50的光51(反馈信号)。在图5的左手图片中，与图5的右手图片相比调整了透镜10的不同的焦距f。相应地，在这两张图片中，光敏元件(例如，光电二极管)30、40被信号51以不同的方式击中。

进一步，还能从图5中推断出的是，所述光源50、所述光敏元件30、40并且特别是所述第一光学元件80和/或第二光学元件90被相对于彼此地布置，使得主光学信号(主激光)100不会照射光电二极管30、40，即不会影响所述第一输出信号O1和第二输出信号O2。

现在，为了控制透镜10的焦距f使得透镜10能被自动地调整到预定的焦距，如图1所示，光学设备1包括控制单元60，其适用于控制所述致动装置20，以使致动装置20使得透镜10的所述表面10a变形为，使得所述第一输出信号O1和/或第二输出信号O2接近参考输出信号，其中优选地，透镜10的所述表面10a变形为，使得所述的进一步的输出信号X接近参考输出信号。这些参考输出信号被校准，即，与要被调整的相应的预定焦距f对应。

优选地，光学设备1包括存储器70，多种焦距以及多个对应的参考输出信号被存储于其中，其中，参考输出信号被分配给每种焦距。

能通过使用确定透镜10的焦距的其他方法(例如，夏克哈特曼(Shack-Hartmann)传感器)来建立一侧上的第一输出信号O1和/或第二输出信号O2或者所述进一步的输出信号X与另一侧上的焦距之间的对应性。然后能调整单个焦距，并且对应的第一输出信号O1和第二输出信号O2或进一步的输出信号X被测量，并且例如，随后被存储到存储器70中的所述查找表中。

图3和4示出了根据本发明的光学设备1的进一步的实施方式，其中，透镜10被配置为如图1所示，并且具有第一盖元件80的形式的第一光学元件80、第二盖元件81(与图1中的盖元件90对应)以及第二光学元件90，该第二光学元件90是相对于透镜10和透明的盖元件80、81倾斜的光学窗口(用于光51)，并且其对于沿穿过透镜10的光轴延伸的主光学信号100是部分可透射的，其中，通过第二光学元件90反射的主光学信号100的光被收集到用于吸收所述反射光的激光收集器120中。第一玻璃盖80和第二光学元件90能被主光学信号100穿透，并且反射信号光51。玻璃盖81能被两种光学信号穿透，并且还能被省略。应注意的是，图3和4均示出了膜11的两种不同状态。

现在，与图1中所示的实施方式对比，光源(例如，LED)50被布置为使得光源50所产生的光51通过第二光学元件90被朝向透镜10反射，进入第二盖元件81和透镜10，在第一盖元件80上被朝向第二光学元件90反射，并且随后根据膜11/表面10a的焦距f或曲率被反射到第一光敏元件30和/或第二光敏元件40(例如，光电二极管)上(参考图4的虚线)。

这里，两个光敏元件30、40被集成到印刷电路板中，该印刷电路板还包括图1所示的控制单元60、并且特别是存储器70的接口。

图6(也示出了膜11的两种不同的状态)示出了图4中所示的实施方式的变型，其中，现在与图4对比，光源50也被集成到印刷电路板上，并且因此被布置为与所述光敏元件30、40相邻。在两个实施方式中(图3、4和图6)，印刷电路板被布置在平行于光轴A延伸的、透镜10的壳体2的横向内侧上。更进一步，印刷电路板还具有用于透镜10和光源50的连接件。

结合图6，图7示出了第一光学元件80(第一盖元件)相对于光源50的照射光51的优选的反射率。据此，对于具有750nm至900nm的范围内的波长的光51，反射率优选地基本上为100％，该波长被优选地用于光源50的光51。进一步，如图9所示，对于750nm至950nm的范围内的光，第二光学元件90的优选的反射率同样非常高(将近100％)，从而可确保光51的良好的反射。进一步，如图8所示，图6中所示的实施方式的覆盖光电二极管30、40的盖元件83优选地具有非常良好的透射率，以使光51实际上确定地到达所述的光敏元件30、40。更进一步，对于尤其为532nm和1064nm的主光学信号的典型的波长，具有接近100％的反射率。

图10示出了根据本发明的光学设备1的进一步的实施方式，其基本上被配置为图1所示那样，即，包括透镜10，其具有透明盖元件80、90的形式的第一光学元件80和第二光学元件90，其中限定表面10a的可变形的膜11被布置在所述两个盖元件80、90之间。透镜10/光学设备1的壳体2包括包围膜11的圆周壁部201，其中，第一环形部件202被连接到所述壁部201，该第一环形部件202保持(圆的)第一光学元件80，而且第二环形部件204保持第二光学元件90。进一步，所述第一环形部件202包括圆周边缘区域203，所述膜11被紧固于该圆周边缘区域203。同样地，第二环形部件204包括圆周边缘区域205。通过推动(例如，借助致动装置20)非旋光的外膜部分12，流体F从外部区域被推进中心流体容积部中，并且透镜10变得更加凸起(或者在压力减小时较少地凸起)。这允许个人调整透镜10的焦距f。

如图10所示，光敏元件30、40以及光源50被布置在膜11/表面10a的相同侧上，即，布置在第二环形部件204上，以使光51像相对于图1描述的那样被反射，其中特别地，两个光敏元件30、40被布置为在第二环形部件204的圆周方向上互相相邻，其中它们面对被布置在第二环形部件204的另一侧上的光源50。

进一步，光学设备1可包括至少一个滤光器54，其被配置为防止第一光源50的(特别地，还有当存在时的进一步的光源52的)光离开或重新进入光学设备1和/或透镜10。特别地，第二光学元件90可设置有这种滤光器54。该滤光器还可被使用在这里所描述的其他的实施方式中。图11示出了图10中示出的实施方式的变型，其中，光敏元件30、40和光源50被布置为，使得光51在行进到光敏元件30、40时仅通过第一光学元件80反射(且通过透镜10偏转)。特别地，光敏元件30、40现在被布置为在垂直于第一光学元件80和第二光学元件90延续的光轴的方向上彼此相邻。在该实施方式中，光源50和光敏元件30、40在可调透镜10的不具有流体F的一侧上，使得组装过程更简单。更进一步，光51跨越膜11/表面10a两次，产生更强的光学效果，并且从而产生更强的反馈信号。

图12和13示出了图10中所示的实施方式的变型，其中，光敏元件30、40和光源50被布置为，使得光51在行进到光敏元件30、40时仅通过透镜10偏转。为此，与图11对比，相对于被布置为像相对于图11描述的那样的光敏元件30、40，光源50现在被布置在膜11的另一侧上。

进一步，在图12和13中，透镜10可被配置为通过光散射和/或折射来影响所述发射的光51，其中，特别是光学设备1、尤其是透镜10可包括用于产生所述光散射的至少一个衍射元件，其中特别地，所述至少一个衍射元件55被布置在膜11上，或者由膜11组成。该元件55也可被使用在其他实施方式中。

图16示出了根据本发明的光学设备1的进一步的实施方式的示意图，其中，光源50以及第一光敏元件30和第二光敏元件40(例如，光电二极管)被布置在透镜10的壳体2的外侧，其原理上被构造为如图1所示的那样。这里，光源50和光电二极管30、40被布置在第一光学元件80(例如，玻璃盖)的一侧上，光敏元件30、40也被布置在这一侧上，即，在与玻璃盖80平行延续的平面中彼此相邻，其中，第一光敏元件30被布置在第二光敏元件40上方，以使第二光敏元件40被布置在第一光敏元件30和光轴之间。透镜10的膜11被布置在第一玻璃盖80和第二玻璃盖90之间(流体F被布置在第一玻璃盖80和膜11之间)，其中，第二光学元件(第二玻璃盖)90能够反射光51。为了最终将来自光源50的光51反射回光敏元件30、40，存在镜部88，其在玻璃盖80的也布置元件30、40和光源50的所述侧上与玻璃盖的平面平行地延伸。

在图16中，示出了透镜10的三种不同的焦距的上述结构。在较低一行中的各个图片示出了照射在元件30、40上的光51的对应的强度分布。

进一步，如图14所示，为了减少外部噪声(其能在所有实施方式中传导)，由光源50产生的光51通过调制器300调制，以使光51的强度S_l采取例如

S_l＝V_l·sin(ω·t)

的形式，其中，ω是调制频率。自适应光学器件，即，透镜10，在调整曲率时如下那样改变所述强度：

S_o＝f(x)·V_l·sin(ω·t)

其中内部噪声f(y)被加入到该信号，其随后读出：

S_d＝f(x)·V_l·sin(ω·t)+f(y)

该强度通过光敏装置30、40检测。

为了移除噪声f(y)，解调器301被配置为通过将函数sin(ω·t)乘以检测到的强度S_d对该信号进行解调，得出

S_de＝f(x)·V_l·sin(ω·t)·sin(ω·t)+f(y)·sin(ω·t)

其对应于

S_de＝(1/2)·f(x)·V_l－f(x)·V_l·(1/2)·cos(2·ω·t)+f(y)·sin(ω·t)现在，随着频率2·ω和ω变化的部分能通过对应的带通或低通滤波器110被过滤出来。以致保留干净的输出信号

S_s＝(1/2)·f(x)·V_l。

最后，图15示出了根据本发明的光学设备1在激光加工系统中的可能的应用。在这方面，图15示出了激光打标装备1形式的光学系统1，其被设计为将设备1的激光器400产生的激光束100聚集到对象404的三维表面上。为此，产生的激光束100被发送穿过用于加宽激光束100的直径(例如，加宽到5mm的直径)的可选的光束扩展器401。现在，为了集中/聚集激光束100，如这里描述的那样具有可调整焦距f(例如，在+400mm至-600mm的范围中)的根据本发明的透镜10能被定位于光路中，在光束扩展器401的前方、在光束扩展器401中或者在光束扩展器后方(在用于将激光束100偏转到所述对象404的表面上的镜装置402的前方)。在通过透镜10聚集/集中激光束100之后，激光束100通过镜装置402被朝向F-Theta透镜403偏转，并且随后聚集于所述对象404的表面上。由于镜装置402和可调焦透镜10，激光束100能如图15所示那样在三个维度x、y、z中被聚集。镜装置402(例如，被安装于x-y Galvo扫描仪上的镜)能为可围绕两个独立的轴线枢转(在两个维度中)的单个镜，或者能由可各自围绕轴线枢转的两个镜组成，两个轴线相对于彼此垂直。在这种光学系统1中，F-theta透镜还能被省略，或者额外的透镜能被添加到激光束100的光路中，例如，从而实现小光斑尺寸。

进一步，图17示出了使用两个光源50、52(例如，LED)和两个光敏元件(30、40)的构造。该构造可与这里描述的所有实施方式结合地使用。特别地，这里，从光源50到光敏元件30、40的其中一个的每条光路T11、T12都与从进一步的光源52到光敏元件30、40的其中一个的对应的光路T21、T22对称。有益地，这允许所有光敏元件30、40和光源效率/灵敏度的标准化。

进一步，图18示出了根据本发明的光学设备1的进一步的实施方式，其包括透镜10，该透镜10具有透明的盖元件80、90的形式的第一光学元件80和第二光学元件90，其中，限定表面10a的可变形的膜11被布置在所述两个盖元件80、90之间。进一步，光学元件1包括具有包围膜11的圆周壁部201的壳体2，其中，第一环形部件202被连接到所述壁部201，该第一环形部件202保持(圆的)第一光学元件80，而且第二环形部件204保持第二光学元件90。进一步，所述第一环形部件202包括圆周边缘区域203，所述膜11被紧固到该圆周边缘区域203。

更进一步，如图17和18所示，光学设备1可包括至少一个温度传感器56(或者针对每个光敏元件(例如，光电二极管)30、40有多个这种温度传感器56)，其与第一光敏元件30和/或第二光敏元件40热接触，其中特别地，光学设备1被配置为使用所述至少一个温度传感器56补偿第一光敏元件30和/或第二光敏元件40的基于温度的灵敏度。这种温度传感器56和补偿方法也可存在于其他实施方式中。

通过推动(例如，借助致动装置20)非旋光的外膜部分12，流体F从外部区域被推动到中心流体容积部中，并且透镜10(即膜11的内部)变得更凸起(或者当压力减小时较少地凸起)。这允许个人调整透镜10的焦距f。

如图18所示，光敏元件30、40被布置在透镜10的外部，而光源50穿过膜11照射光敏元件30、40，以致发射的光51在照射在元件30、40上之前在第二盖元件90上被反射。

进一步，图19至22示出了本发明的方面和实施方式的剖视图，其中，这里，光学设备形成接触镜1，其被配置为被直接放置到使用者的眼睛301的表面300a上，即，放置在眼睛300的瞳孔的顶部。接触镜1至少包括透镜10，其被配置为被变型为调整接触镜的焦距。

进一步，接触镜1包括用于发射光51的光源50(特别是IR光，以使眼睛不受干扰)以及光敏元件30，该光敏元件30可为光电二极管，其用于检测发射自光源50的光51，并且用于根据照射在光敏元件30上的发射的光51的强度提供输出信号。

根据本发明，所述光源50和所述光敏元件30布置在接触镜1上，使得在接触镜被使用者正确地佩戴时，光源50发射的光51在照射在所述光敏元件30上之前通过使用者的眼睛300的晶状体301被反射。

优选地，光源50和光敏元件30被进一步配置为，使得照射在光敏元件30上的发射的光51的强度分布在使用者的所述眼睛300的晶状体301的形状改变和/或当眼睛300的表面300a上的接触镜1的位置改变时(即，由于接触镜1的径向位移，使得接触镜在径向方向上偏离中心)变化，以致所述输出信号也变化。

如图19至22所示，例如，源50和元件30的这种布置能通过模拟发射的光来建立。

进一步，接触镜1优选地包括用于调整透镜10的焦距的机构303，以及用于控制所述机构303的控制单元304，其中，控制单元被配置为使用所述输出信号控制所述机构303。

详细地，图19示出了眼睛300对于0D(屈光度)的调节状态，其中，光敏元件的输出信号与源强度(即，由光源50发射的光51的强度)的0.68％的光强度对应。

进一步，在图20中，眼睛300的调节是2D，其中，光敏元件的输出信号与源强度的0.63％的光强度对应。

最后，图21与眼睛300的0D的调节状态对应，其中，现在接触镜已经在眼睛300的表面300a上径向位移0.5mm的量，这能通过使用者聚焦附近的对象来实现。例如，接触镜能被设计为使得透镜在使用者向下或朝向鼻子看时移动。这里，输出信号与源强度的0.39％的光强度对应。

因此，来自光敏元件30的输出信号能被有益地用于控制接触镜1，特别是控制接触镜1的焦距。

作为对比，图22示出了从光源50延伸的所有光射线。

图23至25也示出了接触镜形式的光学设备1，其被布置在使用者(例如，佩戴接触镜1的人)的眼睛300的表面300a上，其中，此时，光源50和光敏元件30被配置为，使得由光源50发射的、穿过放置有接触镜1的眼睛300的晶状体301的光51特别地通过所述晶状体301偏转，并且随后在所述眼睛的视网膜300b上被反射，并且经由晶状体301(光51在此处被特别地再次偏转)行进回到光敏元件30。

这里，图23示出了在视网膜300b上反射的发射的光51打到光敏元件30上的情况，而在图24中，由于晶状体301通过接触镜1的使用者变形(例如，通过使其聚焦而变形)，因此发射的光51较少照射在光敏元件30上。进一步，如图25所示，还能通过使眼睛300的表面300a上的接触镜的位置移动来在光敏元件上实现较少的光51。这种移动能如上述那样通过使用者实现。因此，同样在发射的光通过视网膜300b引导的情况下，光敏元件30的输出信号能用于如上述那样控制接触镜1。

进一步，图26至28示出了本发明的方面和实施方式的剖视图，其中这里，光学设备1被设计为被佩戴于使用者的眼睛300的前方，例如，形成眼镜1，例如，其被配置为放置在使用者的鼻子上。光学设备1至少包括透镜10，透镜10被配置为被变型为调整光学设备(例如，眼镜)的焦距。

进一步，光学设备1包括用于发射光51(特别是IR光，以使眼睛不受干扰)的光源50以及光敏元件30，该光敏元件30可为光电二极管，其用于检测来自光源50的发射的光51，并且用于根据照射在光敏元件30上的发射的光51的强度提供输出信号。

根据本发明，所述光源50和所述光敏元件30被布置在光学设备1或眼镜1的框架上或者被布置在眼镜1上，使得在光学设备1(例如，眼镜)被使用者正确地佩戴时，由光源50发射的光51在照射在所述光敏元件30上之前通过使用者的眼睛300、特别地通过眼睛300的晶状体301、角膜300c或视网膜300b被反射。

优选地，光源50和光敏元件30被进一步配置为，使得照射在光敏元件30上的发射的光51的强度分布在使用者的所述眼睛300的晶状体301的形状改变时和/或当使用者的眼睛300的位置相对于光学设备1改变(即，由于向下或向内看而改变)时改变，使得所述输出信号也改变。

例如，如图26至28所示，源50和元件30的这种布置能通过模拟发射的光来建立。

进一步，光学设备(例如，眼镜)1优选地包括用于调整透镜10的焦距的机构303和用于控制所述机构303的控制单元304，其中控制单元304被配置为使用所述输出信号控制所述机构303。

详细地，图26示出了眼睛300对于0D(屈光度)的调节状态。

进一步，在图27中，眼睛300的调节是2D。

最后，图28与眼睛300的0D的调节相对应，其中，现在，眼球已相对于光学设备1或相应的眼镜片转动。

因此，来自光敏元件30的输出信号能被有益地用于控制光学设备或眼镜1，特别是控制光学设备或眼镜1的焦距。