專利名稱：用于數(shù)字圖像獲取的袖珍透鏡和圖像獲取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及用于數(shù)字圖像獲取的透鏡和裝置，且明確地說(shuō)涉及一種具有固定焦距或可變焦距(變焦透鏡)的袖珍配置的透鏡，其用于在例如手機(jī)或PDA的移動(dòng)信息技術(shù)裝置以及具有此透鏡的移動(dòng)信息技術(shù)裝置(尤其是數(shù)據(jù)終端機(jī))中的數(shù)字圖像獲取。
背景技術(shù)：
數(shù)字圖像獲取日益需要袖珍透鏡，即，具有較短總長(zhǎng)度的透鏡。這尤其適用于需要盡可能平坦的裝置幾何形狀的數(shù)據(jù)終端機(jī)(例如，PDA或手機(jī))中的數(shù)字圖像獲取。隨著微電子設(shè)備中增加的集成密度，當(dāng)前也可利用數(shù)百萬(wàn)個(gè)圖像獲取元件在極小的表面上的數(shù)字圖像獲取芯片(同樣例如，CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器)；此也將使得將來(lái)對(duì)于較平坦的移動(dòng)裝置(例如，上述移動(dòng)數(shù)據(jù)終端機(jī))需要高圖像清晰度。因此，對(duì)于具有較短的總長(zhǎng)度的袖珍透鏡存在增長(zhǎng)的需求，所述袖珍透鏡使得能夠具有非常高的圖像清晰度且將盡可能以經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。
作為成像光學(xué)元件的具有成本效益的透鏡尤其在模擬單透鏡相機(jī)(尤其是一次性相機(jī))領(lǐng)域?yàn)槿怂?。因此，例如，US5,581,405揭示一種消色差混合透鏡，其具有由凸透鏡表面制成的折射基本元件，其中一個(gè)透鏡表面上存在可通過(guò)透鏡的壓制成形、用塑料進(jìn)行噴射模制或通過(guò)再加工所述一個(gè)透鏡表面而提供的衍射結(jié)構(gòu)。
EP1193512A2揭示另一衍射光學(xué)元件和由其提供的光學(xué)系統(tǒng)。
US6,157,494和US2005/0068637A1揭示一種袖珍變焦透鏡，其具備用于校正色差的衍射光學(xué)元件。所述透鏡具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且因此不適于在本申請(qǐng)案的意圖內(nèi)作為用于數(shù)字圖像獲取的袖珍透鏡，尤其不適于在例如數(shù)據(jù)終端機(jī)的移動(dòng)應(yīng)用中的數(shù)字圖像獲取。
US6,072,634揭示一種用于數(shù)字相機(jī)的具有固定焦距的袖珍透鏡，其包括通過(guò)用塑料進(jìn)行噴射模制而制造的四個(gè)透鏡，其中衍射光學(xué)結(jié)構(gòu)形成在所述透鏡的一者的一個(gè)表面上以便適當(dāng)?shù)赜绊懮?。衍射透鏡表面安置成接近透鏡中提供的孔徑。為了單透鏡的精確配準(zhǔn)，單透鏡具備外圍結(jié)構(gòu)來(lái)充當(dāng)配準(zhǔn)凸緣(其通過(guò)隨后從所述結(jié)構(gòu)扭開(kāi)而形成)，這是較為復(fù)雜且昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)在于提供一種用于數(shù)字圖像獲取的具有固定或可變焦距的透鏡，其具有袖珍結(jié)構(gòu)并可以經(jīng)濟(jì)且容易的方式生產(chǎn)，且其經(jīng)設(shè)計(jì)使得尤其對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用中的數(shù)字圖像獲取(例如，對(duì)于手機(jī)、移動(dòng)數(shù)據(jù)終端機(jī)(尤其是PDA)中的數(shù)字相機(jī))或?qū)τ谄囶I(lǐng)域中的應(yīng)用(例如，對(duì)于路肩檢測(cè)、對(duì)于個(gè)體或障礙物的檢測(cè)、或?qū)τ诜聪蛐旭倳r(shí)用于圖像獲取的透鏡)能夠具有高圖像清晰度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還將提供一種具有至少一個(gè)此透鏡的數(shù)字圖像獲取裝置。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明從一種用于數(shù)字圖像獲取的具有固定焦距的袖珍透鏡開(kāi)始，所述袖珍透鏡包括兩個(gè)或三個(gè)(優(yōu)選地為兩個(gè))折射光學(xué)元件和至少一個(gè)衍射光學(xué)元件以便將入射光成像到檢測(cè)器陣列上。根據(jù)本發(fā)明，所述透鏡的特征在于成像折射光學(xué)元件提供為復(fù)合或混合透鏡，所述復(fù)合或混合透鏡具有第一透鏡元件，其由玻璃或由光學(xué)陶瓷制成且具有第一折射率；和第二透鏡元件，其由塑料制成且具有小于第一折射率的第二折射率，其中第一透鏡元件安置在第二透鏡元件前方的光束路徑中且位于透鏡的光入口側(cè)。因此，入射光在透鏡的光入口側(cè)已相對(duì)較強(qiáng)地折射，此大大縮減透鏡的總長(zhǎng)度并相當(dāng)程度上減少透鏡的成像誤差。在此種復(fù)合或混合透鏡的情況下，兩個(gè)透鏡元件通過(guò)材料結(jié)合而互連并(例如)通過(guò)噴射模制塑料透鏡或通過(guò)壓制玻璃透鏡而優(yōu)選地提供成單透鏡。材料結(jié)合連接優(yōu)選地通過(guò)結(jié)合來(lái)進(jìn)行，但也可通過(guò)膠粘或玻璃結(jié)合來(lái)進(jìn)行。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明從一種用于數(shù)字圖像獲取的具有可變焦距的袖珍變焦透鏡開(kāi)始，所述袖珍變焦透鏡具有至少兩個(gè)成像光學(xué)元件組和至少一個(gè)衍射光學(xué)元件以便將入射光成像到檢測(cè)器陣列上。根據(jù)本發(fā)明，所述變焦透鏡的特征在于透鏡的一個(gè)光入口側(cè)的元件組的折射元件制造成復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡具有第一透鏡元件，其由玻璃或由光學(xué)陶瓷制成且具有第一折射率；和第二透鏡元件，其由塑料制成且具有小于第一折射率的第二折射率，第一透鏡元件處于第二透鏡元件前方的光束路徑上且位于透鏡的光入口側(cè)。通過(guò)此方法，入射光在透鏡的光入口側(cè)已相對(duì)較強(qiáng)地折射，此大大縮減透鏡的總長(zhǎng)度并相當(dāng)程度上減少透鏡的成像誤差。在此種復(fù)合或混合透鏡的情況下，兩個(gè)透鏡元件通過(guò)材料結(jié)合而互連并(例如通過(guò)噴射模制塑料透鏡或通過(guò)壓制玻璃透鏡)優(yōu)選地提供成單透鏡。材料結(jié)合連接優(yōu)選地通過(guò)結(jié)合來(lái)進(jìn)行，但也可通過(guò)膠粘或玻璃結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
用于實(shí)現(xiàn)有利地袖珍的透鏡的合適的材料組合包括折射率n＞1.6的玻璃作為第一折射率材料。合適的玻璃為(例如)具有低Tg的玻璃(例如，Schott的N-LASF47、Sumita的K-VC89或OHARA的S-LAH79)和所有其它光學(xué)玻璃(例如，Schott的N-SF6或N-SF66或LASF35)。作為具有第二折射率的材料，塑料便利地提供n＜1.6的折射率。明確地說(shuō)，此塑料可選自包括以下各項(xiàng)的一組塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
根據(jù)另一實(shí)施例，在折射光學(xué)元件上提供至少一個(gè)衍射光學(xué)元件。便利地，此折射光學(xué)元件為光學(xué)透鏡，或者復(fù)合或混合透鏡，其包括兩個(gè)材料結(jié)合的互連單透鏡。由于根據(jù)本發(fā)明僅提供兩個(gè)或三個(gè)折射光學(xué)元件(明確地說(shuō)為透鏡)，所以與具有更多透鏡的透鏡相比，根據(jù)本發(fā)明的透鏡可生產(chǎn)成具有非常短的總長(zhǎng)度，從而導(dǎo)致構(gòu)造物體積的大大減小。因此，根據(jù)本發(fā)明可進(jìn)一步顯著節(jié)省成本。同時(shí)，可通過(guò)所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件來(lái)有效地彌補(bǔ)成像誤差。
根據(jù)另一實(shí)施例，直接在檢測(cè)器陣列的透明封蓋上或在檢測(cè)器陣列的透明封蓋處制造或提供至少一個(gè)衍射光學(xué)元件。通過(guò)此方法，成像到檢測(cè)器陣列上的光可直接在檢測(cè)器陣列前方被更加適當(dāng)?shù)匦Ｕ?；此進(jìn)一步增強(qiáng)透鏡的重要特征，例如，成像品質(zhì)、圖像對(duì)比度和信號(hào)強(qiáng)度，因?yàn)槌Ｒ?guī)的檢測(cè)器陣列的感光度(尤其是CCD芯片或CMOS芯片的感光度)通常高度依賴于入射光的入射角。較高的感光度使透鏡可能具有較小的總長(zhǎng)度。
明確地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明還可實(shí)現(xiàn)具有較小直徑的透鏡，此在透鏡的相同的焦距比數(shù)(f-number)的情況下有助于進(jìn)一步縮減透鏡長(zhǎng)度。衍射光學(xué)元件直接位于透明封蓋前方或在透明封蓋上的配置或制造還使得可能更加有效地彌補(bǔ)透鏡的色差。
根據(jù)另一實(shí)施例，使衍射光學(xué)元件與透明封蓋成為整體。此可通過(guò)(例如)在透明封蓋中或透明封蓋上用相有源結(jié)構(gòu)(phase-active structure)或類似結(jié)構(gòu)制造衍射光柵(菲涅爾波帶板)來(lái)實(shí)施。衍射光學(xué)結(jié)構(gòu)可通過(guò)沖壓(尤其是熱沖壓)，或通過(guò)透明封蓋表面的其它合適的熱成形，或通過(guò)例如蝕刻(WCE、RIE、IBE、CAIBE)的其它表面構(gòu)造工藝，或通過(guò)激光切除工藝(UV激光、飛秒激光)，或通過(guò)加成的氣相沉積工藝來(lái)實(shí)施。根據(jù)另一實(shí)施例，還可向透明封蓋施加塑料或玻璃膜，并通過(guò)沖壓(尤其是熱沖壓)或通過(guò)其它合適的熱成形來(lái)進(jìn)一步構(gòu)造塑料或玻璃膜以便制造衍射光學(xué)元件。
根據(jù)另一實(shí)施例，復(fù)合透鏡的兩個(gè)透鏡元件制造成單透鏡并通過(guò)材料結(jié)合而互連。
根據(jù)另一實(shí)施例，透鏡的總長(zhǎng)度L小于或等于透鏡的焦距L≤f。因此，根據(jù)本發(fā)明的透鏡顯然在對(duì)于具有固定焦距的袖珍透鏡的設(shè)計(jì)的常規(guī)設(shè)計(jì)限度以下。
根據(jù)另一實(shí)施例，兩個(gè)衍射光學(xué)元件提供或制造在兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件的相對(duì)的邊界表面(界面)處或兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件的相對(duì)的邊界表面(界面)上，所述兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件中的一個(gè)光學(xué)元件是折射光學(xué)元件。
根據(jù)另一實(shí)施例，兩個(gè)衍射光學(xué)元件提供在透鏡中在兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件的邊界表面(界面)處或兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件的邊界表面(界面)上，所述表面背對(duì)著彼此，一個(gè)光學(xué)元件是折射光學(xué)元件。
根據(jù)另一實(shí)施例，透鏡中的兩個(gè)衍射光學(xué)元件由具有相同折射率的材料制成，兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件之間的中間空間用透明的填充劑材料填充，所述透明的填充劑材料的折射率和阿貝系數(shù)(Abbe coefficient)不同于(明確地說(shuō)，小于)兩個(gè)衍射光學(xué)元件和兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件的折射率。根據(jù)本發(fā)明，利用透明的填充劑材料，可用另一參數(shù)來(lái)適當(dāng)?shù)赜绊懲哥R的成像性質(zhì)，尤其影響色差和色彩衍射效率。
根據(jù)另一實(shí)施例，選擇透明的填充劑材料的折射率和阿貝系數(shù)，從而使兩個(gè)衍射光學(xué)元件的光衍射之間的關(guān)系與將要成像的光的波長(zhǎng)一致。
根據(jù)另一實(shí)施例，中間空間中的填充劑材料是塑料或聚合物，其阿貝系數(shù)小于衍射光學(xué)元件的材料的阿貝系數(shù)，從而透明的填充劑材料指定較強(qiáng)的色散。
根據(jù)另一實(shí)施例，衍射光學(xué)元件由塑料制成。
根據(jù)另一實(shí)施例，衍射光學(xué)元件由選自包括以下各項(xiàng)的群組的塑料制成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂；且用選自上述群組的另一塑料或聚合物來(lái)填充中間空間。
根據(jù)另一實(shí)施例，衍射光學(xué)元件由具有低處理溫度Tg的玻璃制成，優(yōu)選地處理溫度Tg＜1000℃，且更優(yōu)選地處理溫度Tg＜700℃。
根據(jù)另一實(shí)施例，衍射光學(xué)元件由具有低Tg的玻璃形成，所述玻璃選自包括以下各項(xiàng)的群組具有低Tg的玻璃(例如，Schott的N-LASF47、Sumita的K-VC89或OHARA的S-LAH79)和所有其它光學(xué)玻璃(例如，Schott的N-SF6、N-SF66或LASF35)；且用選自包括以下各項(xiàng)的群組的塑料或聚合物來(lái)填充中間空間聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
根據(jù)另一實(shí)施例，衍射光學(xué)元件由凸起的衍射區(qū)形成，所述凸起的衍射區(qū)的最大高度H由H≤Nλ/Δn給定，其中λ表示將要成像的光的最小波長(zhǎng)，Δn是衍射光學(xué)元件的材料的折射率與填充劑材料的折射率的差值的絕對(duì)值，且N是N＝1與N＝20之間的整數(shù)。
根據(jù)另一實(shí)施例，在每一情況下，衍射光學(xué)元件是通過(guò)光學(xué)透鏡或光學(xué)元件的表面的熱成形(尤其通過(guò)熱沖壓)，或例如蝕刻(WCE、RIE、IBE、CAIBE)的其它表面構(gòu)造工藝，或激光切除工藝(UV激光、飛秒激光)，或加成的氣相沉積工藝制成的。
本發(fā)明的另一方面涉及一種數(shù)字圖像獲取裝置(尤其是手機(jī)相機(jī))，其具有用于數(shù)字圖像獲取的檢測(cè)器陣列形式的固體檢測(cè)器且具有如上所述的透鏡。


下文將以舉例的方式并參看附圖來(lái)描述本發(fā)明，從附圖中將容易了解將要實(shí)現(xiàn)的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和目標(biāo)，且其中圖1展示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的透鏡的示意截面圖；圖2展示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的透鏡的示意截面圖；圖3展示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的透鏡的示意截面圖；圖4展示根據(jù)本發(fā)明的透鏡的柵極扭曲；圖5到圖7展示根據(jù)本發(fā)明的透鏡的各種光學(xué)性質(zhì)；圖8展示根據(jù)本發(fā)明的透鏡的透射，其根據(jù)透鏡半徑而應(yīng)用；圖9到圖11對(duì)應(yīng)于圖5到圖7而展示常規(guī)透鏡的各種光學(xué)性質(zhì)，常規(guī)透鏡的光學(xué)透鏡依照根據(jù)圖5到圖7的透鏡的光學(xué)透鏡而制造，但不包括根據(jù)本發(fā)明的衍射光學(xué)元件；圖12a和圖12b以俯視圖并以側(cè)面圖示意地展示具有根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)光學(xué)元件的手機(jī)；圖13展示不具有衍射光學(xué)元件的常規(guī)的袖珍變焦透鏡的示意截面圖；圖14和圖15展示根據(jù)圖13的變焦透鏡的光學(xué)性質(zhì)；圖16展示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的袖珍變焦透鏡的示意截面圖；圖17和圖18展示根據(jù)圖16的變焦透鏡的光學(xué)性質(zhì)；且圖19。
在所有圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或等效的元件或元件群組。
具體實(shí)施例方式
圖1展示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的袖珍透鏡的示意截面圖。根據(jù)圖1，透鏡在檢測(cè)器陣列21上從物體平面到圖像平面的光束路徑的方向上包括第一透鏡1，其提供成平凸透鏡；第二透鏡2，其提供成平凹透鏡；和圓盤(pán)形衍射光學(xué)元件(下文稱為DOE)6。DOE6直接安置在透明封蓋20前方，透明封蓋20充當(dāng)容納在外殼22中的檢測(cè)器陣列21的光學(xué)和機(jī)械保護(hù)，且DOE6由(例如)玻璃或陶瓷圓盤(pán)組成。透明封蓋20可具備濾光器，(例如)用來(lái)過(guò)濾可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍(約400到700納米的波長(zhǎng))以外的光譜范圍，尤其過(guò)濾紅外線輻射(波長(zhǎng)＞700納米)。所有的光學(xué)元件可具備合適的抗反射涂層以便以已知的方式增加透鏡的透射。在不進(jìn)行進(jìn)一步解釋的情況下所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，包含透明封蓋20的外殼22的高度較小，即約為1毫米或更小的量值，以便盡可能制造袖珍的圖像獲取裝置。
根據(jù)圖1，第一透鏡1具有凸面前側(cè)10和與第二透鏡2的平面前側(cè)接觸的平面后側(cè)11，第二透鏡2具備凹面彎曲后側(cè)13。根據(jù)圖1，兩個(gè)透鏡1、2互連以便形成復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡具有由第一折射率材料制成的第一透鏡元件1和由小于第一折射率的第二折射率材料制成的第二透鏡元件2。通過(guò)此方法，衍射透鏡元件1的前側(cè)10處的入射光相對(duì)較強(qiáng)地折射，此有助于根據(jù)本發(fā)明有效地縮減透鏡的總長(zhǎng)度。原則上，兩個(gè)透鏡1、2可通過(guò)膠粘而互連。已證明，將透鏡元件整體地提供成通過(guò)結(jié)合而連接到復(fù)合透鏡的單透鏡是尤其合適的。
已證明，對(duì)于第一透鏡元件1使用玻璃并對(duì)于第二透鏡元件2使用塑料是便利的。因此，第二透鏡元件2可通過(guò)將塑料簡(jiǎn)單地成形(尤其是噴射模制)到以平凸透鏡為基礎(chǔ)的元件的平面后側(cè)上并通過(guò)在低于第一透鏡元件1的玻璃的軟化溫度或處理溫度Tg的溫度下沖壓塑料而制成，藉此減少制造成本。第一透鏡元件1也使得可能提供尤其穩(wěn)定且不易受影響的透鏡表面，明確地說(shuō)所述表面較為抗刮傷并在透鏡的透鏡入口表面處吸引極少污染，這對(duì)于透鏡前方?jīng)]有保護(hù)性透明封蓋的應(yīng)用尤其有利。
為了使由第一和第二透鏡元件1、2制成的復(fù)合透鏡實(shí)現(xiàn)較小的透鏡總長(zhǎng)度，已證明使用較高折射的玻璃類型或甚至光學(xué)陶瓷與低折射的塑料的組合是尤其便利的。下文以舉例的方式詳述第一和第二透鏡元件1、2的材料的以下材料組合。第一折射率材料可為具有低Tg的玻璃，例如，選自包括以下各項(xiàng)的群組的玻璃具有低Tg的玻璃，例如，Schott的N-LASF47、Sumita的K-VC89或OHARA的S-LAH79；和所有其它光學(xué)玻璃，例如，Schott的N-SF6、N-SF66或LASF35；或光學(xué)陶瓷，例如，Murata的Lumicera。且第二折射率材料可(例如，塑料)優(yōu)選地選自包括以下各項(xiàng)的一組塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
根據(jù)圖1，平凸透鏡3具有平面前側(cè)15和凸面彎曲后側(cè)16，且便利地由玻璃制成，但根據(jù)另一實(shí)施例也可由塑料制成。
為了實(shí)現(xiàn)袖珍透鏡設(shè)計(jì)，透鏡之間的中間空間8、9保持最小。根據(jù)另一實(shí)施例，中間空間8、9的至少一者填充有塑料或聚合物。此“填充劑材料”的色散性質(zhì)可進(jìn)一步有利地影響透鏡的光學(xué)成像性質(zhì)。填充劑材料的色散可進(jìn)一步加強(qiáng)或至少部分地彌補(bǔ)透鏡中提供的至少一個(gè)DOE(根據(jù)圖1參考標(biāo)號(hào)6)的波長(zhǎng)依賴性，下文對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)解釋。因此，填充劑材料的選擇使根據(jù)本發(fā)明的另一參數(shù)可用于影響光學(xué)成像性質(zhì)并用于縮減透鏡的總長(zhǎng)度。
圖2展示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的透鏡的截面圖。根據(jù)圖2，第三透鏡3制造成平凹透鏡，其具有凹面彎曲前側(cè)15和平面后側(cè)。根據(jù)圖2，DOE5制造或提供在第三透鏡3的后側(cè)上或直接處于第三透鏡3的后側(cè)處。根據(jù)圖2，透明封蓋20的前側(cè)上或直接在透明封蓋20的前側(cè)處制造或提供有另一DOE。因此，兩個(gè)DOE5、6直接提供在相對(duì)的表面處或相對(duì)的表面上(所謂的“緊密梯級(jí)(close-cascade)”配置)，且可經(jīng)設(shè)計(jì)使得兩個(gè)DOE5、6的衍射效率的波長(zhǎng)依賴性實(shí)質(zhì)上相互完全彌補(bǔ)。同樣在第二實(shí)施例的情況下，至少第二透鏡中間空間9填充有具有合適的色散的填充劑材料，如上文所述。當(dāng)然，第一中間空間8也可填充有具有合適的色散的填充劑材料。
圖3展示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的透鏡的截面圖。根據(jù)圖3，與第一實(shí)施例的情況一樣，第三透鏡3提供為平凸透鏡，其具有平面前側(cè)和凸面彎曲后側(cè)16。如圖3中可看出，第一DOE5制造或提供在第三透鏡3的前側(cè)上或直接處于第三透鏡3的前側(cè)處，從而兩個(gè)DOE5、6制造或提供在鄰近的光學(xué)元件3、20的彼此背對(duì)的邊界表面上或處于鄰近的光學(xué)元件3、20的彼此背對(duì)的邊界表面處。
透鏡中間空間8、9建議用阿貝系數(shù)小于圍限個(gè)別透鏡中間空間的元件材料的塑料或聚合物填充，以便能夠?qū)崿F(xiàn)甚至更大的色散。
透鏡的元件為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的且容納在管狀透鏡管(未圖示)中。盡管圖中未展示，但可主要地在透鏡中間空間8、9中提供合適的孔徑，尤其用于減少散射的光。為了制造透鏡，初始地提供具有折射作用的光學(xué)元件。隨后，便利地通過(guò)將至少一個(gè)DOE直接制造或安置在衍射光學(xué)元件的一者的一個(gè)表面上或檢測(cè)器陣列的透明封蓋的一個(gè)表面上，使至少一個(gè)DOE可用。光學(xué)元件與透明封蓋沿著光軸配準(zhǔn)并安置成彼此精確地平行。隨后，用合適的塑料或聚合物填充透鏡中間空間。通過(guò)此方法，光學(xué)元件的選定的配準(zhǔn)且平行的配置被永久固定。以此方式，根據(jù)本發(fā)明制成具有固定焦距的透鏡。
根據(jù)圖1到圖3的兩個(gè)中間空間也可在不同的加工階段填充，因?yàn)樵诟鶕?jù)圖1到圖3的透鏡的情況下可選擇幾何形狀，使得在填充透鏡中間空間之后，提供相互面平行的表面，所述表面可用來(lái)進(jìn)一步配準(zhǔn)光學(xué)元件以填充另一透鏡中間空間。因此，在根據(jù)圖1到圖3的實(shí)施例的情況下，初始地可用塑料或聚合物填充第二透鏡中間空間9，在此填充之后的情況下，提供具有兩個(gè)面平行的表面(圖1和圖3透明封蓋的后側(cè)和第三透鏡的前側(cè)15)的管狀主體。
盡管上文未更詳細(xì)陳述，但通過(guò)學(xué)習(xí)上述描述所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，折射光學(xué)元件1到3的彎曲表面可任選地制造成球面、非球面或制造成自由形狀的表面。
根據(jù)本發(fā)明，衍射結(jié)構(gòu)可制造成表面相元件(surface phase element)。例如，陳述了菲涅爾波帶板或多項(xiàng)式形狀相元件(polynomial-shaped phase element)，其表面上由變化的周期的二元或發(fā)光或鋸齒結(jié)構(gòu)的配置組成。凸起區(qū)凸出到填充有塑料或聚合物的鄰近的透鏡中間空間中。對(duì)于凸起區(qū)的最大高度H應(yīng)用下式H≤Nλ/Δn，其中λ表示將要成像的光的最小波長(zhǎng)，Δn是衍射光學(xué)元件5、6的材料的折射率與填充劑材料的折射率的差值的絕對(duì)值，且N是1與20之間的整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的衍射結(jié)構(gòu)可通過(guò)構(gòu)造衍射光學(xué)元件的表面(例如，光學(xué)透鏡的表面或檢測(cè)器陣列的透明玻璃或塑料封蓋的表面)而制成。以舉例的方式羅列制造工藝精密模制；包含WCE(濕式化學(xué)蝕刻)、干式蝕刻、IBE(離子束蝕刻)、CAIBE(化學(xué)輔助的離子束蝕刻)的蝕刻；機(jī)械加工；噴射模制；熱沖壓；激光切除。舉例來(lái)說(shuō)，為了熱沖壓的目的，可將另一玻璃或塑料層施加到玻璃或塑料襯底的表面，例如光學(xué)透鏡的表面或檢測(cè)器陣列的透明封蓋的表面，明確地說(shuō)，可將另一玻璃或塑料層旋壓或擠壓在所述表面上，其在低于襯底材料的溫度下融化。當(dāng)然，原則上其它構(gòu)造工藝也可能用來(lái)形成衍射光學(xué)結(jié)構(gòu)。
圖4展示根據(jù)本發(fā)明的透鏡的測(cè)量到的柵極扭曲，所述透鏡的總長(zhǎng)度L＝4.9毫米且焦距f＝6.7毫米。在圖4中展示的尺寸為4.24×4.24毫米的成像平面上，測(cè)量到最大扭曲(柵極扭曲)為0.8％。
圖5到圖7概述根據(jù)本發(fā)明的透鏡的各種光學(xué)性質(zhì)。透鏡具有總長(zhǎng)度L＝4.9毫米(比較圖1)。圖5中展示入射光聚焦到接近中心的光點(diǎn)上且距透鏡中心約3.0毫米遠(yuǎn)。如圖所示，在光軸上(接近中心)確定約2.1μm的點(diǎn)尺寸，且對(duì)于邊界光束約為8.8μm。圖6展示中心光束和入射在距透鏡中心3.0毫米遠(yuǎn)處的光束的調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)(MTF)。最后，圖7展示橫向色差。圖8最后展示對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的透鏡，作為透鏡半徑的因數(shù)的透鏡的透射，其表示為透射光的相對(duì)強(qiáng)度。
圖9到圖11對(duì)應(yīng)于圖5到圖7而展示透鏡的各種光學(xué)性質(zhì)，所述透鏡的光學(xué)透鏡對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖5到圖7的透鏡的光學(xué)透鏡而制造，然而不包括根據(jù)本發(fā)明的衍射光學(xué)元件(DOE)。透鏡的總長(zhǎng)度(比較圖1)為L(zhǎng)＝5.5μm。根據(jù)圖9，測(cè)量到接近中心的點(diǎn)尺寸約7.5μm，且距透鏡中心約3.0毫米距離處的點(diǎn)尺寸約19.1μm。
圖13到圖18涉及常規(guī)袖珍變焦透鏡和根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的袖珍變焦透鏡的并置。圖13展示具有本發(fā)明意義上的衍射元件6的袖珍變焦透鏡，衍射元件6在圖13的右手側(cè)用粗體線表示。衍射光學(xué)元件6直接制造或提供在用于覆蓋檢測(cè)器陣列21(例如，CCD芯片)的透明封蓋圓盤(pán)20上。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員從圖14和圖15中可容易地了解相關(guān)的光學(xué)性質(zhì)。
圖16展示具有可比較的結(jié)構(gòu)和布局的袖珍變焦透鏡作為參照，所述袖珍變焦透鏡不具有衍射光學(xué)元件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員從圖17和圖18中可容易地了解相關(guān)的光學(xué)性質(zhì)。
通過(guò)比較圖13到圖15與圖16到圖18，可容易地看出光學(xué)成像性質(zhì)(尤其關(guān)于色差)的改進(jìn)。明確地說(shuō)，可通過(guò)根據(jù)本發(fā)明令人驚訝的簡(jiǎn)單方式的至少一個(gè)衍射光學(xué)元件來(lái)充分改進(jìn)關(guān)于將要成像的光前方的相的誤差以及色彩誤差。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)學(xué)習(xí)圖13到圖18將了解，衍射元件也還安置在袖珍變焦透鏡的其它透鏡表面上，尤其是在前透鏡的表面上，明確地說(shuō)在其后表面上。
圖19展示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的固定焦距的袖珍透鏡。袖珍透鏡包括凸凹前透鏡1和安置在透明封蓋20前方的平凸透鏡3。如圖19中所展示，衍射光學(xué)元件5直接提供在前透鏡1的后側(cè)11上。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，衍射光學(xué)元件也可提供在根據(jù)本發(fā)明的透鏡(例如，圖1中所展示的前透鏡)的前端處混合或復(fù)合透鏡的表面的一者(尤其是后側(cè))上。因此，由于在前透鏡的表面上提供衍射光學(xué)元件，所以袖珍透鏡的總長(zhǎng)度的有利縮減可與低色差結(jié)合。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地了解，根據(jù)本發(fā)明的透鏡可用于消費(fèi)型光學(xué)元件、產(chǎn)業(yè)光學(xué)元件的領(lǐng)域中或甚至汽車領(lǐng)域中的任何光學(xué)裝置中。以下以舉例的方式羅列例如手機(jī)、PDA、便攜式數(shù)據(jù)終端機(jī)的移動(dòng)數(shù)字裝置的透鏡。圖12詳細(xì)展示此應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。根據(jù)圖12，手機(jī)30包括通過(guò)鉸鏈互連的下部部分31和上部部分32，下部部分以已知的方式包括鍵盤(pán)33和用于手機(jī)功能的選擇器切換鍵34，所述手機(jī)功能例如，打電話、SMS、PDA、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)下載、照相。根據(jù)本發(fā)明，在上部部分32的前側(cè)處提供顯示器，且在后側(cè)上提供透鏡36。
參考標(biāo)號(hào)列表1 透鏡
2 透鏡3 透鏡5 衍射光學(xué)元件6 衍射光學(xué)元件8 透鏡中間空間9 透鏡中間空間10 透鏡1的前側(cè)11 透鏡1的后側(cè)13 透鏡2的后側(cè)15 透鏡3的前側(cè)16 透鏡3的后側(cè)20 透明封蓋21 檢測(cè)器陣列22 外殼30 手機(jī)31 下部部分32 上部部分33 鍵盤(pán)34 選擇器切換鍵35 顯示器36 透鏡
權(quán)利要求
1.一種具有固定焦距的袖珍光學(xué)玻璃，其具有兩個(gè)或三個(gè)折射光學(xué)元件(1到3)和至少一個(gè)衍射光學(xué)元件(5、6)以便將入射光成像到一檢測(cè)器陣列(21)上，至少一個(gè)衍射光學(xué)元件(6)被提供在一折射光學(xué)元件(1到3)上，所述袖珍光學(xué)玻璃的特征在于所述光學(xué)玻璃的一折射光學(xué)元件提供為一復(fù)合光學(xué)玻璃，所述復(fù)合光學(xué)玻璃具有一第一光學(xué)玻璃元件(1)，其由一玻璃或光學(xué)陶瓷制成且具有一第一折射率；和一第二光學(xué)玻璃元件(2)，其由一塑料制成且具有一小于所述第一折射率的第二折射率，所述第一光學(xué)玻璃元件(1)位于所述第二光學(xué)玻璃元件(2)前方的光束路徑上且位于所述光學(xué)玻璃的一光入口側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述塑料選自包括以下各項(xiàng)的一組塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述復(fù)合光學(xué)玻璃的所述兩個(gè)光學(xué)玻璃元件(1、2)提供成一單光學(xué)玻璃并通過(guò)材料結(jié)合而互連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件(6)直接被制造或提供在用于覆蓋所述檢測(cè)器陣列(21)的一透明封蓋(20)上或用于覆蓋所述檢測(cè)器陣列(21)的一透明封蓋(20)處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件與所述透明封蓋(21)成為整體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件形成在所述復(fù)合光學(xué)玻璃的一表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件通過(guò)沖壓或熱沖壓或通過(guò)熱形成所述透明封蓋的一表面或一成像折射光學(xué)元件的一表面而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述光學(xué)玻璃的一總長(zhǎng)度L小于或等于所述光學(xué)玻璃的一焦距L≤f。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其具有兩個(gè)衍射光學(xué)元件，其中所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(5、6)提供或制造在兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)的相對(duì)的邊界表面中或兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)的相對(duì)的邊界表面上，所述兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件中的一個(gè)光學(xué)元件是一折射光學(xué)元件(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(5、6)由一具有相同折射率的材料制成，且其中在所述兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)之間的一中間空間(9)用一透明的填充劑材料填充，所述透明的填充劑材料的一折射率不同于所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(3、20)的折射率和所述兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)的折射率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中選擇所述透明的填充劑材料的所述折射率和厚度，從而使所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(3、20)的光衍射效率對(duì)于將要成像的光的波長(zhǎng)的依賴性可以忽略。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述中間空間(9)中的所述填充劑材料是一塑料或一聚合物，其阿貝系數(shù)小于所述衍射光學(xué)元件(5、6)的所述材料的阿貝系數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由塑料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由選自一包括以下各項(xiàng)的群組的一塑料制成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂；且其中用一不同的塑料或聚合物來(lái)填充所述中間空間(9)。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由一具有一低處理溫度Tg的玻璃制成，優(yōu)選地具有一處理溫度Tg＜1000℃，且更優(yōu)選地具有一處理溫度Tg＜700℃。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由一玻璃制成；且其中用選自一包括以下各項(xiàng)的群組的一塑料或一聚合物來(lái)填充所述中間空間(9)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由光學(xué)陶瓷制成；且其中用一選自一包括以下各項(xiàng)的群組的塑料或聚合物來(lái)填充所述中間空間(9)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由衍射的凸起區(qū)形成，所述衍射光學(xué)元件的一最大高度H由H≤Nλ/Δn給定，λ是所述將要成像的光的最小波長(zhǎng)，Δn是所述衍射光學(xué)元件(5、6)的所述材料的所述折射率與所述填充劑材料的所述折射率的一差值的一絕對(duì)值，且N是N＝1與N＝20之間的一整數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)通過(guò)一光學(xué)光學(xué)玻璃(1到3)或一光學(xué)元件(20)的一個(gè)表面的熱成形，尤其是熱沖壓而制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的袖珍光學(xué)玻璃，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)分別是在一光學(xué)光學(xué)玻璃(1到3)或一光學(xué)元件(20)上通過(guò)例如尤其是WCE、RIE、IBE或CAIBE的蝕刻的一表面構(gòu)造工藝，或通過(guò)激光切除工藝，尤其是通過(guò)UV激光或飛秒激光的激光切除工藝，或通過(guò)加成的氣相沉積工藝而制成的。
21.一種用于數(shù)字圖像獲取的具有可變焦距的袖珍變焦透鏡，其具有至少兩個(gè)成像光學(xué)元件組和至少一個(gè)衍射光學(xué)元件以便將入射光成像到一檢測(cè)器陣列上，所述袖珍變焦透鏡的特征在于所述透鏡的一光入口側(cè)的一元件組的一折射光學(xué)元件提供成一復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡具有一第一透鏡元件，其由一玻璃或光學(xué)陶瓷制成且具有一第一折射率；和第二透鏡元件，其由一塑料制成且具有一小于所述第一折射率的第二折射率，所述第一透鏡元件處于所述第二透鏡元件前方的光束路徑上且位于所述透鏡的所述光入口側(cè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其中所述塑料選自包括以下各項(xiàng)的一組塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其中所述復(fù)合透鏡的所述兩個(gè)透鏡元件(1、2)提供成一單透鏡并通過(guò)材料結(jié)合而互連。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其中所述至少一個(gè)衍射光學(xué)元件(6)直接被制造或提供在用于覆蓋所述檢測(cè)器陣列(21)的一透明封蓋(20)上或用于覆蓋所述檢測(cè)器陣列(21)的一透明封蓋(20)處。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件與所述透明封蓋(21)成為整體。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件形成在所述復(fù)合透鏡的一表面上。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件通過(guò)沖壓或熱沖壓或通過(guò)熱形成所述透明封蓋的一表面或一成像折射光學(xué)元件的一表面而形成。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其中所述透鏡的一總長(zhǎng)度L小于或等于所述透鏡的一焦距L≤f。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其具有兩個(gè)衍射光學(xué)元件，其中所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(5、6)提供或制造在兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)的相對(duì)的邊界表面中或兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)的相對(duì)的邊界表面上，所述兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件中的一個(gè)光學(xué)元件是一折射光學(xué)元件(3)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的袖珍變焦透鏡，其中所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(5、6)由一具有相同折射率的材料制成，且其中在所述兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)之間的一中間空間(9)用一透明的填充劑材料填充，所述透明的填充劑材料的一折射率不同于所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(3、20)的折射率和所述兩個(gè)鄰近的光學(xué)元件(3、20)的折射率。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的袖珍變焦透鏡，其中選擇所述透明的填充劑材料的所述折射率和厚度，從而使所述兩個(gè)衍射光學(xué)元件(3、20)的光衍射效率對(duì)于將要成像的光的波長(zhǎng)的依賴性可以忽略。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的袖珍變焦透鏡，其中所述中間空間(9)中的所述填充劑材料是一塑料或一聚合物，其阿貝系數(shù)小于所述衍射光學(xué)元件(5、6)的所述材料的阿貝系數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由塑料制成。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由選自一包括以下各項(xiàng)的群組的一塑料制成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂；且其中用一不同的塑料或聚合物來(lái)填充所述中間空間(9)。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由一具有一低處理溫度Tg的玻璃制成，優(yōu)選地具有一處理溫度Tg＜1000℃，且更優(yōu)選地具有一處理溫度Tg＜700℃。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由一玻璃制成；且其中用選自一包括以下各項(xiàng)的群組的一塑料或一聚合物來(lái)填充所述中間空間(9)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由光學(xué)陶瓷制成；且其中用一選自一包括以下各項(xiàng)的群組的塑料或聚合物來(lái)填充所述中間空間(9)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基甲基丙烯酰亞胺(PMMI)、聚苯乙烯(PS)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)、環(huán)烯共聚物(COC)、環(huán)烯聚合物(COP)、甲基戊烯共聚物(PMP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞安酯、脂族聚亞安酯和硅樹(shù)脂。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)由衍射的凸起區(qū)形成，所述衍射光學(xué)元件的一最大高度H由H≤Nλ/Δn給定，λ是所述將要成像的光的最小波長(zhǎng)，Δn是所述衍射光學(xué)元件(5、6)的所述材料的所述折射率與所述填充劑材料的所述折射率的一差值的一絕對(duì)值，且N是N＝1與N＝20之間的一整數(shù)。
39.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)通過(guò)一光學(xué)透鏡(1到3)或一光學(xué)元件(20)的一個(gè)表面的熱成形，尤其是熱沖壓而制成。
40.根據(jù)權(quán)利要求21所述的袖珍變焦透鏡，其中所述衍射光學(xué)元件(5、6)分別是在一光學(xué)透鏡(1到3)或一光學(xué)元件(20)上通過(guò)例如尤其是WCE、RIE、IBE或CAIBE的蝕刻的一表面構(gòu)造工藝，或通過(guò)激光切除工藝，尤其是通過(guò)UV激光或飛秒激光的激光切除工藝，或通過(guò)加成的氣相沉積工藝而制成的。
41.一種數(shù)字圖像獲取裝置，其具有一用于數(shù)字圖像獲取的檢測(cè)器陣列(21)，所述數(shù)字圖像獲取裝置的特征在于根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡(36)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的數(shù)字圖像獲取裝置，其提供成一手機(jī)相機(jī)(30)或一移動(dòng)信息技術(shù)裝置。
43.一種數(shù)字圖像獲取裝置，其具有一用于數(shù)字圖像獲取的檢測(cè)器陣列(21)，所述數(shù)字圖像獲取裝置的特征在于根據(jù)權(quán)利要求21所述的透鏡(36)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的數(shù)字圖像獲取裝置，其提供成一手機(jī)相機(jī)(30)或一移動(dòng)信息技術(shù)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)字圖像獲取的具有固定或可變焦距的袖珍透鏡。根據(jù)本發(fā)明，透鏡的折射光學(xué)元件或透鏡的光入口側(cè)的一組元件提供為復(fù)合透鏡，所述復(fù)合透鏡具有第一透鏡元件，其由玻璃或光學(xué)陶瓷制成且具有第一折射率；和第二透鏡元件，其由塑料制成且具有小于第一折射率的第二折射率，第一透鏡元件位于第二透鏡元件前方的光束路徑上且位于透鏡的光入口側(cè)。所述透鏡還包括至少一個(gè)衍射光學(xué)元件。利用制造為袖珍型的透鏡，成像誤差因此可通過(guò)簡(jiǎn)單的方法而最小化。直接在透明封蓋上或處于透明封蓋處的衍射光學(xué)元件優(yōu)選地被制造或提供以便覆蓋檢測(cè)器陣列。本發(fā)明的另一方面涉及一種具有此透鏡的數(shù)字圖像獲取裝置。
文檔編號(hào)G02B1/04GK1971339SQ200610110900
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者埃德加·帕夫洛夫斯基, 馬蒂亞斯·布林克曼, 沃爾弗拉姆·貝耶爾 申請(qǐng)人:史考特公司