焦距可变透镜设备的制作方法

本发明涉及一种焦距可变透镜设备。

背景技术：

作为焦距可变透镜设备，例如已经开发了一种使用美国专利2010-0177376说明书中描述的原理的液体透镜系统(下文中简称为透镜系统)的设备。该透镜系统通过将由压电材料形成的圆筒状的振动构件浸入透明液体中而形成。在该透镜系统中，当ac电压施加到振动构件的内周面和外周面时，振动构件在厚度方向上膨胀和收缩并使振动构件内的液体振动。通过根据液体的固有频率来调节所施加的电压的频率，在液体中形成同心驻波，并且形成以振动构件的中心轴线为中心的具有不同折射率的同心区域。因此，在该透镜系统中，当光沿着振动构件的中心轴线通过时，光根据针对各个同心区域的折射率而遵循漫射或会聚的路径。

焦距可变透镜设备被配置为使得上述透镜系统和用于聚焦的物镜(诸如通常凸透镜或透镜组等)在同一光轴上排列。当在通常物镜处发出平行光时，穿过透镜的光聚焦在相隔预定焦距的焦点位置处。另一方面，当在与物镜同轴排列的透镜系统处发出平行光时，光被透镜系统漫射或会聚，并且通过物镜的光聚焦在相对于(当没有透镜系统时的)原始焦点位置偏移更远或更近的位置处。因此，在焦距可变透镜设备中，施加透镜系统中输入的驱动信号(在液体内部产生驻波的频率的ac电压)，并且驱动信号的幅度增大/减小，由此可以如期望地将焦距可变透镜设备的焦点位置控制在固定范围(通过透镜系统以物镜的焦距为标准基准可以增大/减小的预定变化范围)内。

如上所述，在使用该透镜系统的焦距可变透镜设备中，可以周期性地改变焦点位置。在通过这种类型的焦距可变透镜设备来构造诸如显微镜系统等的观察系统的情况下，优选地，即使焦距发生变化，倍率也不会波动。换句话说，寻求将具有透镜系统的光学系统布置在远心光学系统中，以使得即使在透镜系统的透镜光学能力(lenspower)改变时也不改变显微镜系统的总倍率。

如图3所示，具有透镜系统的远心光学系统包括在光轴(例如，在同一光轴a)上排列的物镜91、成像透镜92以及透镜系统93。具体地，远心区间形成在物镜91和成像透镜92之间，并且将透镜系统93布置在物镜91和成像透镜92之间。此时，物镜91(焦距fo)的后侧焦点位置与透镜系统93的主点位置pp1共轭。另外，成像透镜92(焦距ft)的前侧焦点位置与透镜系统93的主点位置pp2共轭。然后，必须将光阑(换句话说，远心光阑)布置在物镜的后侧焦点位置。然而，将光阑布置在透镜系统93内的主点位置pp1处使得物理光阑元件布置在透镜系统93内的液体中，由此妨碍了透镜系统93内的液体的共振并且可能会损坏作为透镜系统93的功能。

作为响应，如图4所示，在具有物镜91、成像透镜92和透镜系统93的远心光学系统中，通过添加中继透镜94、95(焦距f1，f2)并进行物镜91的出射光瞳(后侧焦点位置)的中继，光阑96的配置位置和透镜系统93的配置位置分离，光阑96可以安装在透镜系统93的外部。然而，由于向焦距可变透镜设备添加中继透镜94和95，因此焦距可变透镜设备的光轴长度增加，这使得难以将焦距可变透镜设备用于诸如显微镜系统等的观察系统。

技术实现要素：

本发明提供一种远心且紧凑的焦距可变透镜设备。

根据本发明的焦距可变透镜设备包括：物镜和成像透镜，所述物镜和成像透镜沿着同一光轴排列；前侧透镜系统和后侧透镜系统，所述前侧透镜系统和后侧透镜系统设置在所述光轴上的所述物镜和所述成像透镜之间的区间中，并且根据输入的驱动信号而改变折射率；以及光阑，所述光阑设置在所述光轴上的所述前侧透镜系统和所述后侧透镜系统之间的区间中。

在本发明中，来自工件(测量对象)的光从物镜、前侧透镜系统、光阑向后侧透镜系统引导，并且可以经由成像透镜在图像检测元件等上形成图像。然后，通过根据输入的驱动信号周期性地改变前侧透镜系统和后侧透镜系统的折射率，可以改变作为焦距可变透镜设备的焦距。在本发明中，物镜和成像透镜排列在光轴上的适当位置处，由此可以以远心的方式配置物镜和成像透镜之间的(布置前侧透镜系统、光阑和后侧透镜系统的)区间之间。因此，在前侧透镜系统和后侧透镜系统的焦距周期性地变化的情况下，可以防止倍率的变化。此外，透镜系统被分成前侧和后侧两个，并且光阑布置在前侧和后侧之间的区间中，因此，在从物镜到成像透镜的远心区间中，透镜系统和光阑可以布置在一起，以在无需单独添加中继透镜的情况下构建紧凑的光学系统。

在本发明的焦距可变透镜设备中，优选地，前侧透镜系统和后侧透镜系统共用相同的标准，并且各透镜系统连接到输入同一驱动信号的驱动控制装置。在本发明中，由于前侧透镜系统和后侧透镜系统共用相同的标准，因此通过从驱动控制装置输入同一驱动信号，可以精确且容易地获得各个透镜系统的共振状态。此时，作为前侧透镜系统和后侧透镜系统，优选使用各自具有作为焦距可变透镜设备的透镜系统(焦距可变元件)所需的1/2透镜光学能力的两个透镜系统。

本发明提供一种远心且紧凑的焦距可变透镜设备。

附图说明

在以下的详细说明中，通过本发明的典型实施例的非限制性示例的方式参考所述的多个附图来进一步说明本发明，其中在附图的多个视图中，相同的附图标记表示相似的部件，并且其中：

图1是根据本发明的实施例的焦距可变透镜设备的示意图；

图2是示出本实施例中使用的具有光阑的透镜系统的示意图；

图3是示出具有传统透镜系统的远心光学系统的示意图；以及

图4是示出具有传统中继透镜的远心光学系统的示意图。

具体实施方式

这里所示的细节是举例，并且仅用于例示性地论述本发明的实施例的目的，并且是为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的说明而呈现的。在这方面，没有尝试以比本发明的基本理解所需的细节更详细的方式示出本发明的结构细节，其中利用附图所进行的说明使得在实践中如何能够实现本发明的各种形式对于本领域技术人员而言是明显的。

以下参考附图来描述本发明的实施例。在图1中，本实施例的焦距可变透镜设备1包括在光轴a上排列的物镜11和成像透镜12、以及透镜系统单元20。物镜11和成像透镜12之间的区间是远心的，并且透镜系统单元20布置在物镜11和成像透镜12之间。物镜11(焦距fo)的后侧焦点位置与透镜系统单元20的主点位置pp1共轭。

在图2中，透镜系统单元20包括前侧透镜系统21和后侧透镜系统22。光阑23夹在这些透镜系统21和22之间。这些透镜系统21、22和光阑23在同一光轴(并入焦距可变透镜设备1时的光轴a)上排列。

透镜系统21包括圆筒状的壳体210，并且透明部211设置在壳体210的光轴a穿过的部分中。在壳体210内部，圆筒状的振动器213经由间隔件212同轴地支撑。间隔件212是由具有吸振性的合成橡胶制成的o形环等，并且振动器213由能够通过外部施加的电压而振动的压电材料形成。在壳体210的内部填充有诸如硅树脂等的液体214，并且振动器213浸入液体214中。

透镜系统22包括与透镜系统21(壳体210、透明部221、间隔件212、振动器213和液体214)相同的壳体220、透明部221、间隔件222、振动器223和液体224。换句话说，透镜系统21和22共用相同的标准并且成对布置。可以与透镜系统21和22一起获得焦距可变透镜设备1所需的透镜光学能力。

在透镜系统21和22的振动器213和223中，分别连接有信号线215和225。信号线215和225分别连接到设置在透镜系统单元20外部的透镜系统控制装置30(驱动控制装置)。透镜系统控制装置30例如经由信号线215和225将例如大约70khz的高频驱动信号施加到例如振动器213和223。施加到振动器213和223的驱动信号的诸如电压和频率等的特性是相同的。

在透镜系统21和22中，振动器213和223通过所施加的驱动信号而振动，并在液体214和224内产生同心驻波。因此，透镜系统21和22的焦距周期性地变化。透镜系统21和22具有同样的结构并且驱动信号相同，因此，各透镜系统的焦距是相同的。

光阑23是在中央形成有透光孔的圆盘状的板材，并且夹在透镜系统21和22的壳体210和220之间。这里，可以在壳体210和220之间设置间隔。光阑23可以固定到壳体210和220中的任一个或每一个，或者通过使壳体210和220彼此靠近而被压紧。此外，光阑23以及透镜系统21和22可以通过分别支撑相应的单独支撑体而共同排列在同一光轴a上。另外，光阑23可以布置在将物镜11和透镜系统21组合的情况下的后侧焦点位置处。

在上述的本实施例中，来自工件(被测物体)的光从物镜11、前侧透镜系统21、光阑23向后侧透镜系统22引导，并且可以经由成像透镜12在图像检测元件等上形成图像。然后，通过根据来自透镜系统控制装置30的输入驱动信号周期性地改变前侧透镜系统21和后侧透镜系统22的折射率，可以改变作为焦距可变透镜设备的焦距。

在本实施例中，物镜11和成像透镜12设置在光轴a上的适当位置，由此可以以远心的方式配置物镜11和成像透镜12之间的区间(设置有前侧透镜系统21、光阑23和后侧透镜系统22的区间)。因此，即使在前侧透镜系统21和后侧透镜系统22的焦距周期性地变化的情况下，也可以防止倍率改变。此外，透镜系统被分成前侧透镜系统21和后侧透镜系统22两个，并且光阑23设置在前侧透镜系统21和后侧透镜系统22之间的区间中，因此，在从物镜11到成像透镜12的远心区间中，透镜系统21和22以及光阑23可以布置在一起，以在无需单独添加中继透镜的情况下提供紧凑的光学系统。

在本实施例中，由于前侧透镜系统21和后侧透镜系统22共用相同的标准，因此通过从透镜系统控制装置(透镜系统控制器)30输入相同的驱动信号，可以精确且容易地获得针对各个透镜系统的共振状态。在本实施例中，两个透镜系统21、22和光阑23一体地形成以配置透镜系统单元20，因此，不需要进行针对各个元件的排列调节并可以容易地向焦距可变透镜设备1并入该单元或者在维护时容易地对焦距可变透镜设备1进行处理。

本发明不限于上述实施例，并且包括能够实现本发明的优点的范围内的修改。在上述实施例中，两个透镜系统21、22和光阑23一体地形成以配置透镜系统单元20。然而，组合两个透镜系统21、22和光阑23不是必须的，并且作为焦距可变透镜设备1的光学元件，各个元件可以与作为其它光学元件的物镜11和成像透镜12一起由诸如焦距可变透镜设备1的框等的结构来支撑。

在本实施例中，前侧透镜系统21和后侧透镜系统22共用相同的标准，并且从透镜系统控制装置30分别输入相同的驱动信号，然而，向透镜系统21和22的驱动信号可以前后不同，并且前侧透镜系统21和后侧透镜系统22可以具有彼此不同的标准。然而，前侧和后侧共用相同标准的透镜系统21和22并且由相同的驱动信号驱动，由此可以使包括各个元件的焦距的光学特性一致，并且可以容易地进行处理。

本发明涉及一种焦距可变透镜设备。

注意，已提供的上述示例仅用于说明的目的，并且决没有被构造成对本发明的限制。尽管已参考典型实施例说明了本发明，但应当理解，这里已使用的词语是用于描述和说明的词语，而不是用于进行限制的词语。在没有背离本发明的各方面的精神和范围的情况下，可以在如当前陈述和修改的权利要求书的界限内进行改变。尽管这里已参考特定结构、材料和实施例说明了本发明，但本发明并不意图局限于这里所公开的细节；相反，本发明扩展至诸如处于所附权利要求书的范围内等的在功能上等同的所有结构、方法和用途。

本发明不限于上述实施例，并且可以在没有背离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月19日提交的日本申请2017-202784的优先权，在此通过引用明确包含其全部内容。