减少在表面压平变化中由可变形透镜中多个焦点的形成引起的影响的制作方法

减少在表面压平变化中由可变形透镜中多个焦点的形成引起的影响
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求于2021年1月21日提交的第63/140,195号和于2021年6月3日提交的第63/196,327号美国临时专利申请的优先权和权益。这些临时申请中的每一个的公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种可再聚焦透镜系统，特别是涉及一种可弹性变形的多透镜系统，该多透镜系统被配置成由于这种系统的组成透镜(小透镜(lenslet))的表面的轴向部分平坦化(flattening)或压平(applanating)而使其有效焦距连续改变。这种多透镜系统可用作光机械(opto-mechanical)系统的各种应用中的成像透镜和/或物镜。
4.相关技术
5.本领域技术人员将容易理解，可再聚焦透镜系统是一种可操作的成像系统，该可再聚焦透镜系统被配置为通过由于形成和/或改变透镜系统的各个可弹性变形组成小透镜(constituent lenslets)的表面之间的压平的(平坦化或甚至平的)接触表面区域而改变其光焦度来操作。(例如，在美国专利9,848,980；10,191,261；10,307,247；国际专利申请公开wo 2015/134058、wo 2016/022771中讨论了这种可再聚焦透镜系统的示例，仅举几个示例。描述这种透镜系统的操作的这些专利文献中的每一个的公开内容通过引用以其整体并入)。
6.同时，在相关技术的这种透镜系统的操作转变的至少一部分期间(即在重新聚焦过程期间，例如从较短的焦距到较长的焦距)，这种透镜系统可以在不期望地使通过它传播的光的光学波前失真(即，通过引入波前误差)的同时操作，这降低了原本可以实现的光学图像的质量。说明这种波前误差的来源的一种方式是考虑例如相关技术的多小透镜的透镜系统(参见u.s.9,848,980或u.s.10,191,261)在至少一个组成小透镜相对于另一个的压缩期间从这种透镜系统的非压平状态(或较小压平状态)到完全压平状态(或小透镜被压平到更高程度的状态)的操作转变。本领域技术人员将容易理解，在非压平状态，参考透镜系统具有较短的焦距(当透镜系统的相邻小透镜的彼此面对的表面不受应力并且在光轴的一点处彼此接触时)。然而，在部分或甚至完全压平的状态，相同的透镜系统具有更长的焦距(因为与处于非压平状态的相同表面的表面轮廓相比，相邻小透镜的彼此面对的表面之间的基本上所有接触表面区域——或这种表面区域的至少显著部分——至少是平坦化的或甚至是平坦的)。对于整个透镜系统的参与这种操作转变的每个组成的可弹性变形/机械柔韧透镜或小透镜，相应小透镜表面的平坦部分的区域以光轴为中心，并且随着压平度的增加而增加。同时，对于每个相互压平的小透镜，这种平坦的(内部轴向居中的)表面区域被保持弯曲的小透镜表面的(外部)环所限定。可以理解的是，可操作地包括组成小透镜表面的压平部分的透镜系统的光学部分通常限定系统的一个焦距(并因此限定光焦度)，而可操作地包括组成小透镜表面的外部非压平部分的透镜系统的光学部分的特征在于由焦距的不同值
表示的不同光焦度。从透镜表面压平的一个水平或程度到透镜表面压平的另一水平或程度的操作转变过程实际上导致多个焦点的形成(对于整个透镜系统)，这是由于在给定组成小透镜的给定表面中同时存在平坦化/压平表面部分和弯曲表面部分。换言之，在组成小透镜的压平过程中(或类似地，在压平的减小过程中)，在同一透镜系统中存在多于一个光焦度特性表现为透镜系统引入的不希望的波前误差。
7.在实践中，透镜系统的近聚焦状态和远聚焦状态之间的转变的光学波前畸变性质可理解地恶化最佳聚焦(即，在位于近焦点和远焦点极值之间的表面处，并且被选择成使得相应光斑图(spot-diagram)的rms光斑尺寸达到其最小值)的图像质量，从而导致相关技术的可再聚焦透镜系统基本上仅在给定操作转变的极值处(其中组成小透镜的表面或者完全未压平或者完全压平)受到衍射限制。需要解决这一操作缺陷的解决方案。
8.概述
9.本发明的实施例提供了一种用于操作具有光轴的光学系统的方法。该方法包括将入射到具有第一光焦度的光学系统的前表面上的光透过光学系统的组成的第一小透镜和第二小透镜的两个表面的步骤，这两个表面与光轴同轴并且在具有第一接触表面面积并以光轴为中心的第一接触区(region)处彼此接触。该方法还包括以下步骤：通过沿光轴轴向重新定位两个表面中的第一表面以在两个表面中的第一表面和第二表面之间形成第二接触区将光学系统的光焦度从第一光焦度改变为第二光焦度，第二接触区具有基本平坦的表面并且具有不同于第一接触表面面积的第二接触表面面积。
10.该方法可另外包括步骤和/或条件(a)、(b)、(c)和(d)的基本上任意组合。步骤(a)包括如下过程：改变辅助外力，以沿着光轴将至少一个辅助小透镜和组成的第一小透镜和第二小透镜中的选定的小透镜彼此抵靠地压缩，或者放松由至少一个辅助小透镜和选定的小透镜中的一个施加在两者中的另一个上的轴向压力，从而改变至少一个辅助小透镜的表面和选定的小透镜的表面之间的压平接触区域。替代或附加步骤(b)是如下步骤：沿着光轴移位光学系统的至少一个组成小透镜的周向边缘的至少一部分，同时基本上不影响这种至少一个组成小透镜的中心的轴向位置。替代或附加步骤/条件(c)是通过如下情况来定义：通过沿光轴轴向重新定位两个表面中的第一表面来将光学系统的光焦度从第一光焦度改变为第二光焦度的步骤、以及改变辅助外力(即，步骤(a))的步骤中的至少一个步骤包括改变光学系统的组成小透镜的两个彼此面对的表面的第一非球形表面和/或第二非球形表面的压平程度。替代的或附加的步骤(d)需要将径向指向的载荷施加到光学系统的至少一个组成小透镜的周向边缘。在该方法的至少一个实现中，具体地说，在至少涉及步骤(b)的实现中，沿着光轴移位光学系统的至少一个组成小透镜的周向边缘的至少一部分的过程可以包括通过使用在其端部彼此连接的两个组成小透镜的触觉件(haptic)将施加到两个紧邻组成小透镜中的至少一个的轴向力传递到所述周向边缘的目标(至少)一部分来移动光学系统的两个紧邻组成小透镜中的至少一个的周向边缘的至少一部分的过程，或者通过向感兴趣小透镜表面的第一区和第二区之一施加轴向指向的力来移动光学系统的两个紧邻的组成小透镜中的至少一个的感兴趣周向边缘的至少一部分的过程。(这里，第一区和第二区位于所讨论的表面的两个各自不同的径向位置。)至少在该方法的这种特定实现的情况下，传递的步骤可以包括将轴向力施加到具有带内周边的环形区的触觉件上(这里，内周边限定并附接到周向边缘)。
11.在该方法的基本上任何实施例中，改变辅助外力、移位、改变第一非球形表面和/或第二非球形表面压平程度以及施加径向指向的载荷的步骤中的至少一个可以与将光学系统的光焦度从第一光焦度改变到第二光焦度的步骤和/或改变辅助外力的过程基本同时进行。替代地或附加地，并且在该方法的基本上每个和任何实现中，将光学系统的光焦度从第一光焦度改变到第二光焦度、改变辅助外力、移位、改变第一非球形表面和/或第二非球形表面的压平程度以及施加径向指向的载荷的每个步骤都可以可逆地执行。可替代地或附加地，并且基本上在该方法的每个和任何实施例中，移位步骤和/或改变第一非球形表面和/或第二非球形表面的压平程度的步骤，和/或施加径向指向的载荷的步骤、相应的步骤可以仅在光学系统的组成小透镜的子集而不是全部上和/或顺序地(即，在逐对的基础上，其中一对是一对紧邻的组成小透镜)执行。在一个特殊情况下，小透镜的子集可以被定义为包括来自光学系统的全部组成小透镜的每隔一个组成小透镜。替代地或附加地，并且基本上在采用至少步骤(a)的方法的每个和任何实施例中，该方法可以满足以下条件中的至少一个：(i)改变辅助小透镜的表面和选定的小透镜的表面之间的压平接触区域的程度取决于改变辅助外力的程度；以及(ii)当至少一个辅助小透镜和组成第一小透镜和第二小透镜的选定的小透镜不受应力时，至少一个辅助小透镜在至少一个辅助小透镜的表面的轴向点处与所述选定的小透镜接触；以及(iii)改变辅助外力的步骤包括，当多个辅助小透镜不受应力时，将在相应轴向点处彼此接触的所述多个辅助小透镜序列压靠在选定的小透镜上，或者放松由序列和选定的小透镜中的一个施加在另一个上的轴向压力，从而改变多个辅助小透镜表面之间的多个压平接触区域。
12.本发明的实施例还提供了一种光学系统，该光学系统具有光轴，并且至少包括与光轴同轴并具有第一前表面和第一后表面的第一小透镜、以及与第一小透镜同轴设置并具有第二前表面和第二后表面的第二小透镜。(这里，当第一小透镜和第二小透镜不受应力时，第一后表面和第二前表面在轴向点处彼此接触。)光学系统还可以包括：支撑结构，该支撑结构包含支撑至少第一小透镜的第一小透镜支撑元件和/或支撑第二小透镜的第二小透镜支撑元件；第一轴承和/或第二轴承，其相对于彼此和/或支撑结构可移动地连接第一小透镜支撑元件和/或第二小透镜支撑元件，从而使得能够使第一小透镜支撑元件和/或第二小透镜支撑元件基本上平行于光轴平移和/或使施加到各自支撑的第一小透镜和第二小透镜中的至少一个上的应力改变。应力的改变允许使第一后表面和第二前表面中的至少一个压平，并且通过施加使第一小透镜支撑元件和第二小透镜支撑元件中的至少一个相对于另一个推进或缩回的第一外力和/或通过向第一小透镜和/或第二小透镜施加被矢量化为基本上横向于光轴的第二外力，使得能够改变第一后表面和第二前表面之间的以光轴为中心的压平接触区域。另外，光学系统被配置成满足以下要求(1)至(4)中的一个或更多个。根据要求(1)，支撑结构还包括辅助小透镜支撑元件，该辅助小透镜支撑元件支撑至少一个辅助小透镜，该辅助小透镜与光轴同轴，并且当辅助小透镜(1550)和光学系统的第一小透镜和第二小透镜的选定的小透镜不受应力时，辅助小透镜仅在其轴向点处与选定的小透镜的表面接触。(这里，支撑结构还可另外包括辅助轴承，辅助轴承可移动地将辅助小透镜支撑元件连接到支撑结构和/或第一小透镜支撑元件和/或第二小透镜支撑元件，从而能够响应于辅助外力使辅助小透镜支撑元件相对于第一小透镜支撑元件和/或相对于第二小透镜支撑元件平移，从而通过改变辅助外力以沿着光轴将至少一个辅助小透镜和选定的小透镜彼此
压缩，或者放松由至少一个辅助小透镜和选定的小透镜中的一个施加在另一个上的轴向压力来实现至少一个辅助小透镜的表面和选定的小透镜的表面之间的压平接触区域的改变。此外，在这里，辅助外力的改变压平至少一个辅助小透镜的表面和/或选定的小透镜的表面，并且使得至少一个辅助小透镜的表面和选定的小透镜的表面之间的辅助的接触表面区域能够改变。要求(2)说明了存在于光学系统中的小透镜支撑元件中的至少一个具有对应的第一接触区域和第二接触区域，第一接触区域和第二接触区域在两个相应的不同径向位置处与光学系统的相应小透镜协同工作，并且其中第一接触区域和第二接触区域彼此机械地耦合，以将施加到第一接触区域和第二接触区域中的至少一个的力传递到对应的小透镜上，从而沿着光轴可逆地移位对应的小透镜的周向边缘的至少一部分，同时基本上不影响对应的小透镜的中心的轴向位置。要求(3)描述了光学系统的组成小透镜的两个紧邻的小透镜包含从这两个紧邻的小透镜的周向区径向延伸的相应触觉件或手指状结构，相应的触觉件的尺寸设计成在其相应的端部彼此接触，以将施加到两个紧邻的小透镜中的至少一个的轴向力传递到两个紧邻的小透镜中的至少一个的周向边缘的至少一部分，从而沿着光轴可逆地移位至少所述部分，同时基本上不影响两个紧邻的小透镜中的至少一个的中心的轴向位置。根据要求(4)，两个紧邻的小透镜的彼此面对和接触的表面中的至少一个可以在无应力状态下包括以光轴为中心的非球形表面，并且根据要求(5)，支撑结构可以另外包括可移动地支撑在内部加载器位置和外部加载器位置之间的径向加载器设备(内部加载器位置和外部加载器位置分别限定在距光轴的第一径向距离和距光轴的第二径向距离处，其中第二径向距离大于第一径向距离)。(这里，径向加载器设备附接到第一、第二和至少一个辅助小透镜中的至少一个的相应周向边缘，以向这样的周向边缘施加径向指向的力。)
13.在光学系统的至少一个实现中，支撑结构可以包括在其上限定中空部的壳体单元，并且第一、第二和至少一个辅助小透镜的相应部分可以设置在中空部中，并且第一、第二和辅助支撑元件中的至少一个的相应部分的尺寸可以设计成沿着光轴在中空部中可逆地移位。替代地或附加地，第一、第二和辅助支撑元件中的至少一个的相应部分可以包括活塞，或者中空部的表面可以带有螺纹，螺纹的尺寸设计成引导第一、第二和辅助支撑元件中的至少一个的相应部分。
14.替代地或附加地，并且基本上在至少满足要求(1)的光学系统的每一个实现中，至少一个辅助小透镜可以包括多个辅助小透镜，使得光学系统包括一组四个或更多个组成小透镜，当这四个或更多个组成小透镜不受应力时，每个组成小透镜在其轴向点处接触紧邻的组成小透镜。替代地或附加地，并且至少在满足要求(2)的实施例的情况下，第一接触区域和第二接触区域中的至少一个可以被配置为以光轴为中心的环的一部分。替代地或附加地，并且至少在满足要求(3)的实施例的情况下，触觉件或手指状结构可以包括相应的环形部，每个环形部具有附接到两个紧邻的小透镜的相应小透镜的周向边缘的内周边。替代地或附加地，并且至少在满足要求(4)的实施例的情况下，非球面优选为扁长的非球形表面。
15.本领域技术人员将容易理解，使用如上所述的光学系统的基本上任何实施例来执行上述方法的实施例也在本发明的范围内，并且如此要求保护。
16.附图简述
17.结合未按比例绘制的附图、参考以下具体实施例的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
18.结合未按比例绘制的附图、参考以下具体实施例的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
19.图1a和图1b示出了透镜系统的一个实施例的具有球形表面的两个机械柔顺的组成小透镜的轮廓，其分别对于无应力(非压平)情况和对于基本上完全压平的情况使用abaqus fea软件计算。相对于光轴oa，仅示出了透镜系统的一半。
20.图2a、图2b、图2c和图2d提供了说明对于几个压平水平的图1a、图1b的透镜系统的表面，作为特定表面点离光轴oa的距离的函数的表面凹陷(surface sag)的变化的曲线图。
21.图3a包括示出通过使具有大体为球形表面的小透镜的相互面对的表面压平的过程引入面积平均的光焦度的变化与在具有非球形表面的小透镜的情况下观察到的变化之间的比较的曲线图。图3b包括示出按照相同的压平过程由相同的两对小透镜引入的波前误差的变化之间的比较的曲线图。
22.图4a、图4b、图4c和图4d包括表示对于具有球形表面的一对小透镜和对于具有非球形表面的一对小透镜，由在一对小透镜中的小透镜的轴向压缩(导致小透镜表面压平的变化)导致的表面凹陷轮廓的变化的曲线图，对应于图3a、图3b的曲线。
23.图5a、图5b呈现了分别说明作为示例1、2和3的透镜系统的实施例的组成小透镜的给定一对相互面对的表面(表面ii和iii)的压平的函数的面积平均的光焦度和波前误差的变化的曲线图。
24.图6包含展示了本公开中讨论的透镜系统的不同实施例中对应于面积平均的光焦度的变化的波前误差的变化的比较。
25.图7a、图7b示意性地说明了使用在小透镜外部的支撑环状结构弯曲本发明的透镜系统的实施例的小透镜的原理(图7a)以及整个小透镜中的对应于这种弯曲的应力分布(图7b)。在该实施例中，小透镜的弯曲过程在操作上基本上独立于小透镜的压平过程。
26.图8a、图8b示意性地说明了使用小透镜的结构手指状特征(图8b)来弯曲透镜系统的实施例的小透镜与没有这种结构特征的小透镜相比的原理。在该实施例中，弯曲过程基本上与小透镜的压平过程同时进行并由其驱动。
27.图9a、图9b、图9c和图9d示意性地示出了与没有周向扭矩(torque)诱导手指状触觉件并根据图8a的实施例配置的小透镜110、120的表面凹陷轮廓的变化相比，对应于具有手指状触觉件并根据图8b的实施例配置的小透镜的不同轴向压缩增量/程度(以及因此不同的压平程度)的表面凹陷轮廓的变化。
28.图10a、图10b提供的曲线图分别说明了对于图8a和图8b的实施例，整个透镜系统的相互接触的小透镜对的光焦度的变化和由这种对根据相互面对的表面的压平程度而所得的波前误差。
29.图11a、图11b、图11c、图11d和图11e提供了示出示例1、2和5的小透镜对的几个压平程度(由小透镜对的几个压缩度表示)的光程差(opd)扇形(fan)的曲线图，每个小透镜对根据图8b所示的原理被修改为包括手指状触觉件。
30.图12示意性地说明了在由沿光轴向至少一个小透镜施加外力而引起的一对小透镜的光焦度的增量变化之前、期间或之后向光学系统的一对小透镜的选定的小透镜的周边施加(无论是如所示的径向还是反径向)外力的原理。
31.图13a、图13b、图13c和图13d示出了表示用abaqus fea软件在不同横向加载情况
下模拟一对小透镜的示例的指定轴向压缩的结果的图(map)。
32.图14a、图14b和图14c提供了通过改变这些小透镜的表面ii、iii的压平程度并伴随着(利用施加到小透镜120的周向边缘的径向矢量力的)横向加载以使小透镜120在横向于光轴的方向上拉伸的过程来重新聚焦(包含这种对的整个透镜系统的)小透镜对110、120的过程的定性图示。图14a、图14b、图14c中的每一个在左侧包括表示小透镜120的横向加载类型的表面图，在右侧包括表示作为对110、120的所识别的不同压缩程度(对应于表面ii、iii的不同压平程度，因此对应于小透镜110、120之间的不同大小的平坦接触区和对110、120的不同光焦度)的函数的所识别的zernike像差项的图。
33.图15a和图15b是在侧视图和前视图中示出当系统的相互面对的内表面没有引起压平时包含多个可弹性变形的组成小透镜的变焦透镜系统的实施例的图。
34.图15c和图15d示出了在实施例的单个组成小透镜阵列已经被轴向压缩(即，沿着光轴压缩)之后的图15a、图15b的实施例的侧视图和前视图。
35.图16a、图16b示意性地示出了包括三个组成的可弹性变形小透镜的透镜系统的实施例。
36.通常，图中元素的大小和相对比例可以被设置为不同于实际的大小和相对比例，以适当地促进图的简单性、清晰性和理解。出于同样的原因，不是一幅图中出现的所有元素都一定会显示在另一幅图中。
37.详细描述
38.根据本发明的思想，通过(重新)配置这样的目标透镜系统来解决由目标机械柔顺/可弹性变形透镜系统的组成小透镜的压平过程引入的不希望的光学波前误差的问题，配置透镜系统的方式例如是最初具有大量形成目标透镜系统的组成小透镜(或者在相关情况下，增加组成小透镜的数量)，以具有多个顺序压平的小透镜(每个可选地具有减小的透镜光焦度和减小的变形误差)，这些小透镜组合起来产生整个透镜系统的期望光焦度变化。本发明的思想源于这样的认识，即随着小透镜厚度的减小，由整个透镜系统的给定组成小透镜引入的对波前误差的绝对贡献减小。替代地或附加地，可以通过至少将非球面项添加到组成小透镜的相互面对的压平表面中的至少一个的表面轮廓和/或施加压缩、扭矩和其他应力/力——例如，通过向压平小透镜的边缘施加弯曲力矩(bending moment)(也称为周向边缘力矩)和/或通过沿小透镜的直径定向并因此横向/垂直于光轴的力(无论是拉伸还是压缩，优选地是径向矢量拉伸力)——来修改透镜系统，以最小化转变变形和所产生的波前误差/像差。
39.下面通过考虑机械柔顺的多小透镜的透镜系统的几个相关迭代来说明对相关技术问题的所提出的解决方案的实用性，在每个迭代中，紧邻的组成小透镜的两个彼此面对的表面中的至少一个在静止或稳定状态下(即，当组成小透镜处于无应力下时)彼此接触，并且经受改变这种表面的压平或变平程度的过程。通常，改变给定表面的压平程度的过程通过施加外力来实现，该外力使构造成以给定表面支撑和/或作用于小透镜的结构支撑元件推进或缩回。这种推进或缩回可以例如通过使用一般轴承装置(或简称为轴承)来实现，通常理解为与将相对运动限制为仅期望运动(并且还优选地减少运动部件之间的摩擦)的机器元件有关。例如，请参见en.wikipedia.org/wiki/bearing_(mechanical)。轴承的设计可以例如提供运动部件的自由线性运动或围绕固定轴线的自由旋转；或者，它可以通过控
制施加在运动部件上的法向力的矢量来阻止运动。轴承大致根据操作类型、允许的运动或施加到零件上的载荷(力)的方向进行分类。可用于本公开中讨论的目的的轴承布置的示例包括：线性轴承；滑动轴承，其中一个机械元件如圆筒或活塞被重新定位在另一个机械元件如中空管状元件内；利用一对螺纹的轴承；铰链；利用压电晶体的装置(contraption)；和液压系统；伺服马达，仅举几例。在至少一种情况下，本文讨论的轴承操作以建立给定表面的基本平行于光轴的自由度。在至少一个特定实施例中，改变给定小透镜的压平程度的过程与仅沿着光轴的方向启用和/或执行的运动相关联并由该运动引起。
40.在改变压平程度的过程中，改变主体小透镜表面与紧邻的透镜的紧邻表面的接触的平坦化或平坦的区域，从而提供透镜系统的光焦度的变化，并因此允许透镜系统的重新聚焦。任选地，当相应的小透镜被轴向压缩时，进行紧邻的小透镜的至少一个表面的渐进压平或平坦化(使用任何适用的结构机构，例如在例如u.s.9,848,980或u.s.10,191,261中讨论的那些例子)。代表由透镜系统的这种迭代引起的波前误差的品质因数之间的比较令人信服地证明，与前一次迭代相比，在一次迭代中引入的结构特征确实减少了波前误差，从而提高了光学成像的质量。讨论的进展如下。为了简单起见，考虑的第一个是透镜系统的最简单配置，该透镜系统包括多个柔顺小透镜，每个小透镜具有传统的大致为球形表面。接下来的第二透镜系统结构包括对这种第一设计的关于这两个小透镜的彼此面对的表面的轮廓的修改，因为非球面项被添加到表面轮廓(在一个特定的情况下，以便将表面的轴向部分成形为以光轴为中心的扁长的非球面表面部分)，以响应于外部施加的力，与第一透镜系统的光学像差相比，减少在这种系统的压平过程中观察到的光学像差。在接下来的步骤中，将第一设计的双小透镜系统与包含三个小透镜(每个小透镜具有简单的球形表面)的第三结构进行比较，以证明在具有额外光学透镜元件的系统的压平过程中引入的光学像差由于这种额外光学透镜元件的存在而减小。进一步提出了在设计中使用增加数量的组成小透镜以继续减少波前像差的概念，因为稍后会检查包含七个组成小透镜的透镜系统，表明由于七透镜系统的压平过程而引入的波前误差小于由于三个小透镜的透镜系统的压平而引入的波前误差。(基于这些演示，本领域普通技术人员将容易理解，整个透镜系统中的组成小透镜的数目的基本上任何增加——与最初的第一次设计相比，无论是增加1个小透镜、2个小透镜、3个小透镜、或n》3个小透镜——必然导致有问题的波前误差减少，从而为基于几个演示示例的所提出的方法的推广提供实际支持。此外，还提供了在整个透镜系统中围绕小透镜边缘的机械力矩的引入如何影响波前误差的演示。(应当理解，在实践中，周向力矩的引入可以单独使用，或者与整个透镜系统中组成小透镜的数目的增加一起使用。)进一步考虑横向加载的示例，其中提供了沿着至少一个组成小透镜的横向(径向)方向施加机械力如何影响这种小透镜的特定像差模式的演示。具体地，透镜系统的各种横向加载显示出诱导特定像差zernike模式的潜力。(同样，本领域技术人员将容易理解，可以在增加透镜系统中的组成小透镜的数目和/或引入周向力矩的任何一种情况下同时采用横向加载方法。
41.当这些不同的透镜系统配置被认为是压平的(通过引入组成小透镜的轴向定向压缩，例如，以u.s.10,191,261中讨论的方式；为此，压平的实际实现在这里没有任何实质性的细节)，当压缩水平(即，压平的程度)变化时，模拟小透镜的整个表面区域上的平均光焦度和光学波前像差。如下面将看到的，在纯轴向压缩，示出了将非球面项添加到给定设计的小透镜表面的球面轮廓导致与通过压平重新聚焦透镜系统的过程相关联的波前误差峰值
for engineers and university students,science(或任何其他版本)。在一个示例中，根据光学科学中接受的惯例，如果曲面的顶点位于其曲率中心的左侧，则曲率半径和曲率本身具有正号；如果顶点位于曲率中心的右侧，则曲率半径和曲率本身具有负号。
47.如本领域中已知的，当小透镜的表面表示球体的表面的一部分时，小透镜的表面被认为是大致球形的，而术语非球形表面或类似术语通常定义并指代在所识别的界限内在空间上偏离球形表面的表面。例如，参见en.wikipedia.org/wiki/aspheric_lens。
48.术语“压平(applanation))”、“压平(applanate)”、“平坦化(flattening)”、“平坦化(flatten)”和类似术语通常指这样的过程或动作，其结果是所讨论的对象的表面曲率被减小，即，该表面被平坦化或压平(导致表面的曲率与曲率的初始值相比至少减小，和/或在特定情况下，导致表面基本上是平的或平面的)。术语“全等(congruent)”，在关于所选择的第一和第二元素被使用时，指定这些元素在叠加时基本上在所有点重合。
[0049]-结构表面的编号——在描述本发明的透镜系统的实施例或这种系统的子集中的元件或部件的顺序时，除非另有说明，否则在本文通常遵循以下约定。在操作中和/或安装时，沿着从对象入射到透镜系统上的光的方向观察透镜组件的顺序定位的结构元件的表面的顺序是升序，其中这些表面被称为第一表面(或表面1、表面i)、第二表面(或表面2、表面ii)、第三表面(或表面3、表面iii)、第四表面(或表面4、表面iv)和其他表面(如果存在的话)。因此，通常，本发明实施例的结构元件(例如单独光学元件)的表面以数字标记，从对应于透镜系统的前部并且面向或甚至接近对象的表面开始，到对应于组件的后部并且接近像平面的表面结束。因此，术语“后面(behind)”指的是空间中在其他东西位置后面的位置，并且暗示从透镜组件的前面看，一个元件或物体在另一个元件或物体的后面。类似地，术语“在
……
前面”指的是从组件的前面看，相对于特定元件的向前的地方或位置。如本领域技术人员将理解的，例如透镜被配置为通过其前表面接收光(从环境介质入射到其上的光)。如本领域技术人员将容易理解的，当表面的顺序和/或单独元件的参数与特定讨论的配置相比改变时，透镜系统的光学特性和操作的改变可能是剧烈的和不可预测的，并且需要单独考虑。换句话说，给定透镜系统和/或其组成元件(小透镜)相对于入射光的取向的任意和/或假设的变化在对对象成像方面不能提供与已经配置了这种给定透镜系统的结果等效或相似的结果。
[0050]
所述方法一般涉及光学领域(诸如例如，用于人体或动物身体外部的各种成像应用的物镜或透镜系统)，并且在至少一个示例中，表示要在人体或动物身体或其部分外部执行的非医学和/或非治疗方法——例如，调节用于形成给定对象的光学图像的透镜系统的焦距的方法，调节光学物镜的焦距的方法。
[0051]
示例1：具有大致为球形表面的两个小透镜系列
[0052]
第一个考虑的方案包括包含两个简单的同轴小透镜(见表1)的透镜系统，这两个小透镜在无应力(非压平)状态下彼此面对的表面ii和iii在轴向点处彼此接触(u.s.10,191,261的图4a提供了这种易于可视化配置的示意性参考)。
[0053]
表1：
[0054]
设计1：两个小透镜曲率半径：表面轮廓：小透镜1-表面i：119.177mm凸的小透镜1-表面ii：785.827mm凸的
小透镜2-表面iii：63.952mm凸的小透镜2-表面iv：166.640mm凹的
[0055]
从该初始配置开始，其中两个组成小透镜仅具有轴上的接触点并且不受应力，透镜系统被认为沿着轴被压缩，从而发生表面ii和iii的逐渐增加的相互压平(以与在u.s.10,191,261中讨论的相同的技术方式)，图1a和图1b示出了用fea模拟的针对以下状态的透镜系统轮廓：未压平状态(图1a；在光轴oa 104上的两个小透镜之间只有一个单一的接触点p)；和表面ii和iii的基本完全压缩(压平)状态(图1b)，其中表面ii和iii被认为基本上在任何径向点彼此接触。图2a、图2b、图2c和图2d是示出对于这种透镜系统的表面的几个逐渐增加的压平水平的，作为特定表面点与光轴oa的分离的函数的表面凹陷值的变化的曲线图。这里，对应于“增量1”的压平程度小于对应于“增量2”的压平程度，并且对应于“增量3”的压平程度大于对应于“增量2”的压平程度。表2总结了由具有不同表面ii、iii压平程度的透镜系统的实施例引入的波前误差(rms opd wfe)。压平的程度由组成小透镜的轴向压缩水平表示，该水平表示为通过压平去除的表面ii和iii之间的凹陷百分比。(增加的压缩％可以被认为是随着彼此接触的表面ii、ii的面积增加)。这里，总结了透镜系统的基本无应力状态(0％的压缩/压平)、基本完全压平状态(表面ii、ii的100％的区域压平)和几种中间状态下的波前误差。可以观察到，随着压平程度的逐渐增加，透镜系统的平均光焦度降低(这是由于小透镜的平坦化)，并且相应的总波前误差数字也降低，这也是由于对组成小透镜表面的非压平部分的这种波前误差的贡献的降低。
[0056]
表2：
[0057]
设计1rms opd wfe：面积平均的光焦度：0％压缩(仅zemax)：0.0028波10.04屈光度10％压缩(zemax+fea)：1.333波9.04屈光度30％压缩(zemax+fea)：12.31波6.86屈光度60％压缩(zemax+fea)：9.44波4.02屈光度100％压缩(仅zemax)：0.0008波1.28屈光度
[0058]
示例2：具有相互面对的非球形表面的两个小透镜系列
[0059]
为了演示将非球面项添加到示例1的透镜系统的组成小透镜的表面的空间轮廓中如何影响在增加透镜系统的总焦距的过程(其对应于增加小透镜的压平的过程；或者相反，在透镜系统的焦距减小的过程中，对应于小透镜压平程度减小的过程)期间存在的波前误差，示例1的透镜系统的改进实施例被认为是将相应的二次曲线项(conic term)添加到表面ii、ii的表面轮廓中——参见表3——从而将这些表面改进为本领域中通常理解的光学扁长的非球形表面。通过与表1的类比，表3描述了如此修改的透镜系统的无应力(非压平)状态，其中彼此面对的表面ii和iii仅在轴向点处彼此接触。
[0060]
表3：
[0061][0062]
这里，当透镜系统经受轴向压缩并且表面ii、iii彼此逐渐平坦化时，当表面在界面处平坦化并且表面的非球面性被去除时，它们的表面轮廓变得更加扁平，从而允许系统在更宽的压平条件范围内接近衍射受限性能，如表4中总结的波前误差数字所证明的。
[0063]
表4：示例2的波前误差和面积平均的光焦度：
[0064]
设计2rms opd wfe：面积平均的光焦度：0％压缩(仅zemax)：0.0032波10.03屈光度10％压缩(zemax+fea)：0.9681波9.08屈光度30％压缩(zemax+fea)：8.9155波6.86屈光度60％压缩(zemax+fea)：7.7089波3.96屈光度100％压缩(仅zemax)：0.0008波1.28屈光度
[0065]
从表2和表4中总结的结果的比较中，本领域技术人员将容易地认识到，在双小透镜设计的表面ii、iii的表面轮廓上增加扁长的非球面项实质上减少了在增加或减小透镜系统的焦距的过程中由不完全压平的表面ii、ii引起的残余波前误差。虽然仅示出了几个离散的压平程度的波前误差(这是出于示出非常大数量的压平步骤是不切实际的原因)，但是应当理解，由于将组成小透镜的相互面对的表面配置为扁长的非球面表面而不是大致为球形表面而导致的波前误差减小的这种趋势和观察到的趋势通常仍然有效。
[0066]
参考图3a、图3b和图4a、图4b、图4c和图4d，通过比较示例1和2的透镜系统的光学性能的附加细节，可以获得对示例2的透镜系统所提供的优点的更多了解。图3a、图3b是基本上表示表2、4中总结的结果的曲线图。如示例1的设计所预期的，当透镜系统经历压缩时，观察到面积平均的光焦度从10.0屈光度到1.25屈光度的平滑单调转变。在未压缩和完全压缩的结束状态下，光学像差的量也完全在衍射限制范围内。当示例1的设计经历轴向压缩(～表面ii和iii的压平)时，波前像差增加并在某个中间压缩量处达到峰值。值得注意的是，将图4a至图4d的x轴的数值标度与图2a至图2d的数值标度进行比较，显示出尽管在示例2中向表面ii、iii添加非球面项实际上不影响表面沿整个半径的物理轮廓，但是这种添加减少了透镜系统由于被压缩(或者相反，由于压缩被去除)而经历的焦距转变期间的波前像差量。
[0067]
示例3：具有大致为球形表面的三个小透镜系列
[0068]
在该示例中，机械柔顺透镜系统的实施例通过与示例1类似的方式来配置，除了使用三个组成小透镜而不是两个组成小透镜。图16a和图16b提供了这种易于可视化配置的示意性参考。这里，具有大致为球形表面的初始一对小透镜110、120由辅助小透镜1630补充。
[0069]
所示的小透镜110、120、1630中的紧邻的小透镜在无应力状态下彼此物理接触。换句话说，小透镜110和120在表面ii和iii的轴向点o、o’处接触，小透镜120、1630在表面iv和v的轴向点o”、o
”’
处接触。对应于组成小透镜120、120、1630的内表面的曲率半径增加的(通
过向表面vi施加朝向表面i的轴向力而引起，同时小透镜110固定在壳体线束中)应力状态下的小透镜110、120、1630的示意性形状在图16b中示出，其中内表面ii、ii、iv和v的平坦化区域示意性地且不按比例地总体标记为1644。(应当理解，具有整个透镜系统的三个以上顺序设置的单独组成小透镜的实施例将以基本相似的方式构造)。
[0070]
图16a、图16b的实施例被构造成在非压平时具有约10屈光度的衍射限制，而在基本上完全压平时具有约1.25屈光度的衍射限制。然而，由于额外的第三小透镜的存在，允许在设计中有额外的自由度，这在该示例中表现为当组成小透镜的两对相互面对的表面中只有一对完全压平而另一对没有完全压平时，要求系统具有规定的面积平均的光焦度(在该示例中为约5.71屈光度)的衍射限制。换言之，在这种设计中，一对以上的组成小透镜——即，其中相互压平表面是表面ii和iii的一对小透镜110和120，以及其中相互压平的表面是表面iv和v的一对小透镜120和1630——的可用性不仅提供了减少在透镜系统的可逆压平过程中的波前误差的机会，这是由于与示例1和2相比增加了组成小透镜的总数，而且还有机会通过仅压平现有组成小透镜对的每隔一对的相互面对的表面而不是压平透镜系统内部的每一对相互面对的表面来减少这种误差。可以理解的是，在实践中，为了独立于且不影响该透镜系统的剩余部分来控制仅一对紧邻的小透镜的设定压缩量(以及因此，可用的两对组成小透镜的相互面对的表面中仅一对的压平)，小透镜的壳体、固定机构和/或轴向压缩应该允许三个小透镜的中间的可逆固定。(在组成小透镜的数量超过三个的相关设计中，独立于其它相互面对的表面的压平来实现所选择的一对相互面对的表面的压平的一般方法将遵循相同的逻辑。)
[0071]
表5示出了示例3的透镜系统在无应力(非压平)状态下的处方参数。
[0072][0073]
表6：由示例3的透镜系统对于组成小透镜的不同对的相互面对的表面的不同压平状态引入的波前误差的模拟结果：
[0074][0075][0076]
表7：示例3的透镜系统的对于组成小透镜的不同对的相互面对的表面的不同压平状态的面积平均的光焦度的模拟结果：
[0077][0078]
值得注意的是，与示例1的设计相比，向透镜系统添加额外的小透镜明显地降低了波前误差的峰值。应当理解，尽管示例3的设计仅向整个透镜系统添加了一个辅助组成小透镜，但这种修改的趋势和趋向随着添加一个以上的组成小透镜而保持，如下面的示例4所示。替代地或另外地，组成小透镜数量的增加可以与组成小透镜的相互面对的表面对中的至少一个的表面的空间轮廓的修改相结合(如在示例2中考虑的)，以进一步减少在调整/改
变透镜系统的光焦度的过程中的波前误差。
[0079]
示例4：具有大致为球形表面的七个小透镜系列
[0080]
如本领域技术人员现在所理解的，增加整个透镜系统中的组成小透镜的数量的想法意味着，在相关实施例中，可以将多个辅助小透镜添加到示例1的基础系统中，使得整个光学系统包括一组四个或更多个组成小透镜，当这四个或更多个组成小透镜不受应力时，每个组成小透镜在相应的轴向点处接触紧邻的组成小透镜。
[0081]
该示例的实施例采用了将机械柔性透镜系统中的组成小透镜的数量甚至进一步增加到(有些任意地)七个透镜的想法，以证明小透镜数量的持续增加不可避免地导致在近聚焦状态(对应于透镜系统中没有压平或没有应力的情况)到远聚焦状态(对应于透镜系统中基本完全压平和最大应力的情况)之间重新聚焦透镜系统的过程期间(由于组成小透镜的至少一对相互面对的表面的压平而引起的)波前误差的减小。换句话说——尽管该实施例未在附图中示出——与示例1的实施例相比，整个透镜系统另外包括5(五)个辅助小透镜的序列，当这些多个辅助小透镜不受应力时，每个辅助小透镜在相应的轴向点接触紧邻的组成小透镜。
[0082]
本示例的透镜系统的七重(7个小透镜)模型是按照与示例1和4相同的原理设计的：在无应力状态下，紧邻的小透镜的彼此面对的表面仅在沿着光轴的轴向点处彼此接触。每个光学表面被认为是球形表面。七重镜的参数范围从透镜系统完全压缩时的1.25屈光度到透镜系统无应力时的10.0屈光度。这里，保持紧邻的小透镜之间的不同对相互面对的表面或界面的顺序压缩的假设(已经在示例4中考虑过)，选择表面曲率半径，使得整个透镜系统的光焦度在整个压平过程中逐界面以相等的步长前进。在这里，为了简单起见，我们首先使所有表面大致为平面的(～完全压平的透镜系统)，然后对第一个和最后一个表面(表面i和xiv)求解曲率半径(roc)，总系统屈光度为1.25。然后锁定表面i和xiv的roc值。然后，最后一对小透镜的相互面对的表面的参数(最后的内部界面；小透镜6和7的表面xii和xiii)被认为是变量，并且获得了1.25d和1.46d的总系统光焦度的解。该过程继续进行，直到确定透镜系统所有14个表面的roc。所得到的七重镜如表8所示。
[0083]
表8：示例4的透镜系统的针对不受应力(非压平)状态的处方参数。
[0084][0085][0086]
表9：针对组成小透镜的不同的相互面对的表面对的不同压平状态，由示例4的透镜系统引入的波前误差的(在zemax中的)模拟结果：
[0087][0088]
使用fea通过三个测试水平(10％、30％和60％位移，如示例1和3)压缩/压平小透镜的相互面对的表面对中的每一个将导致18个不同的模拟。为了减少模拟次数，只考虑了这种设计的一对组成小透镜。然后，通过与示例1和3类似的fea压缩分析来转变这一对，并且通过具有该轮廓的其他压缩阶段来近似rms-opd-wfe数值。为了举例，选择小透镜1和2的组合。
[0089]
表10：选择用于表示示例4的透镜系统的各种内部小透镜对的小透镜1和2的参数：
[0090] 小透镜的前表面的roc小透镜的后表面的roc小透镜1+90.406mm(表面i)+121.014mm(表面ii)小透镜2+90.406mm(表面iii)+121.014mm(表面iv)
ꢀꢀꢀꢀ
未压平的：完全压平：有效焦距：335.715mm652.912mm光焦度：2.98d1.53drms-opd-wfe：0.0028波0.0018波
[0091]
在接下来的步骤中，对小透镜1/小透镜2对的三个中间压缩水平进行fea(总表面凹陷位移的10％、30％、60％，对应于这些小透镜的表面ii和iii的三个压平水平)。表11显示了表面ii和iii之间界面的fea的定量结果。
[0092]
表11：
[0093][0094]
由于透镜系统的几个离散示例1至4的结果/演示不仅演示了不同数量的组成小透镜，而且还演示了紧邻的小透镜的相互面对的表面的表面轮廓的有意偏差，引入该偏差是
为了减少波前误差，本领域技术人员现在能够概括所考虑的设计之间的比较，以得出图6的曲线图。这里，为了产生2d曲线，对于示例3和4的实施例，假设顺序的逐界面压缩方案。
[0095]
本发明的实施例令人信服地表明，在柔顺透镜系统的实施例中，增加小透镜的数量，减小了由透镜系统在近聚焦状态和远聚焦状态之间的重新聚焦过程期间由于压缩至少一对组成小透镜以压平这对小透镜的相互面对的表面而引入的波前误差的峰值(与具有较少数量的组成小透镜的透镜系统的峰值相比)。例如，曲线iii表示当图16a、图16b的系统1600在两个主要的连续步骤中被压平时波前误差的变化。首先，只有一对紧邻的组成小透镜(例如，对110、120)被压平，这对应于未压平系统1600的初始光焦度从对应于曲线iii的点iii-a的光焦度降低到对应于曲线iii的点iii-b的光焦度。在压平的第一阶段，波前误差首先增加到对应于曲线iii的第一“峰值”的值，然后减小到基本上为零(在点iii-b处)。然后，组成小透镜对120、1630被压平以使表面iv、v处的接触区域平坦化，这对应于整个系统1600的光焦度从对应于曲线iii的点iii-b的光焦度进一步降低到对应于曲线iii的点iii-c的光焦度。在系统1600的压平的这一阶段，波前误差的变化也经历初始增加(曲线iii的第二个峰值)和随后的减小(在终点iii-c处)。
[0096]
类似地，在示例4的系统的顺序应用时(对于所有紧邻的小透镜对不同时进行，而是一对一对地进行)，示例4的系统的光焦度从对应于初始光焦度的值(对于未压平的系统，曲线iv的点iv-a)一直降低到对应于当组成小透镜的所有对彼此面对的表面基本上完全压平时的情况的值(参见点iv-c)。如曲线iii和iv的部分的多个“峰”和曲线iii和iv的这些部分之间的“间隙”(在间隙内波前误差值被减小到最小值)所表明的，处于静止(无应力)状态的相应透镜系统的未压平表面可以被设计成使得给定的n小透镜系统(n》2)具有多个空压缩(压平)状态，波前误差最小。这些空状态对应于界面未压缩或完全压平的情况(当假设顺序压缩方案时)。替代地或附加地，可以修改组成小透镜的相互压平和彼此面对的表面的空间轮廓，以在这种表面的轴向部分中引入扁长的非球面轮廓，从而进一步减小波前误差。
[0097]
示例5：多小透镜的透镜系统经受施加到小透镜边缘的扭矩以使这种小透镜弯曲
[0098]
在相关实施例中，其实现可以与前面示例的任何实施例相结合，多小透镜的透镜系统的至少一个小透镜通过压平这种透镜系统的内表面而进行重新聚焦，被适当地利用或配置成使得用户能够在透镜系统的重新聚焦过程的同时或在这种重新聚焦之前或立即在已经实现了一定程度的重新聚焦之后，向小透镜的周向边缘部分施加力矩/扭矩以弯曲该小透镜。图7a和图7b给出了边缘力矩致动器(通常构造为轴承并且在该示例中构造为推环(push ring)元件)的实施例710的一部分的示意图，该边缘力矩致动器与包含/容纳在支撑结构中的整个透镜系统的给定小透镜720的周边部分接触，支撑结构的一部分被示为730。为了说明的简单性，仅示出了整个装置的一半，其中推环710具有小于支撑结构元件730的直径的直径。推环元件710和小透镜720之间的接触区域或区被示为710a，而小透镜支撑元件730和小透镜720之间的接触区域或区被示为730a。(在该配置中，可以理解的是，接触区710a和730a具有大致为环形的形状)。接触区710a、730b相对于光轴104位于不同的径向位置。
[0099]
图7b示出了当推环710朝向保持基本固定的支撑结构730轴向重新定位时，整个小透镜720的弯曲应力的空间分布，由此指示施加到小透镜720的机械载荷。在图7b中，图7a所示的装置旋转90度。(应理解，在相关实施例中，元件730可被配置为边缘力矩致动器的一部
分，而元件710可被配置为小透镜支撑结构的一部分——将扭矩施加到整个透镜系统的至少一个小透镜的周边上的原理不改变，而不管边缘力矩致动器的特定实现的细节。)
[0100]
因此，本发明的实施例包括光学系统，其至少一个小透镜支撑元件具有对应的第一和第二接触区域或区，第一和第二接触区域或区在两个相应的不同径向位置处与光学系统的各自支撑的小透镜协同工作。这种第一和第二接触区域优选地彼此机械地耦合，以将施加到这些区域中的至少一个的力传递到小透镜上，从而沿着光轴可逆地移位小透镜的周向边缘的至少一部分，同时基本上不影响小透镜中心的轴向位置。
[0101]
类似地，图8a和图8b分别以横截面方式示意性地示出了作为整个透镜系统的一部分的小透镜110和120的一对100的示例，其表面ii和iii是部分压平的，并且为了比较，示出了在其他方面分别与小透镜810、820基本光学相同的小透镜810、820的结构修改对800。如图8b所示，与图8a相比，小透镜810，820现在具有力矩诱导延伸部或“手指”或触觉件810a、820a，其尺寸设计成使得当轴向指向的力施加到小透镜810、820中的至少一个以重新聚焦对800时，触觉件的彼此面对的端部(触觉件的彼此面对的端部通常在小透镜810、820中的任何一个还没有发生压平时的稳态或无应力配置中彼此接触)相互推压，从而产生施加到小透镜810、820中的至少一个的周边上的扭矩并弯曲小透镜810、820中的至少一个。这种弯曲效果是通过沿着光轴移位这些小透镜中的至少一个的周向区(周向边缘)的至少一部分而产生的，同时基本上不影响被弯曲的小透镜的中心的轴向位置。
[0102]
可理解地，为了提供对小透镜的扭矩的最佳施加，触觉件810a、820a可以可选地构造成相对于光轴104旋转对称。例如，在至少一种情况下，触觉件810a、820a可以被尺寸化——如沿着光轴104观察——为具有基本环形形状的环或带。在该特定实施例中，触觉件810a、820a中的每一个具有相应的内周边，相应的触觉件沿着该内周边附接到相应小透镜(810或820)的周向边缘。
[0103]
图9a、图9b、图9c和图9d示意性地示出了与没有周向扭矩诱导触觉件/“手指”的小透镜110、120的表面凹陷轮廓相比，对应于小透镜810、820的不同轴向压缩增量a、b、c和d(～不同的压平程度)的表面凹陷轮廓的变化。图9a至图9d的相应曲线与图4a至图4d的相应曲线之间的比较说明了归因于施加到示例5的小透镜的周向扭矩的存在的差异。
[0104]
图10a、图10b提供的曲线图分别示出了整个透镜系统的彼此接触的小透镜对的光焦度的变化和由这种对根据彼此面对的表面(在对(110、120)和(810、820)的情况下的表面ii和iii)的压平程度而引入的所得波前误差。本领域技术人员将很容易理解，将施加到小透镜上的周向扭矩与基于压平的一对小透镜的重新聚焦过程结合使用导致波前误差的减小。
[0105]
如现有技术中已知的，图11a、图11b、图11c、图11d和图11e中描绘的对于示例1、2和5的实施例(后者表示根据图8b在结构上被修改以包括力矩诱导触觉件/延伸部810a、820a的示例1的实施例)的光程差(opd)扇形的比较示出了(对于这些示例的组成小透镜的表面ii、iii的不同的压平程度的)波前误差减小的表现，表现为opd扇形的变化。这里使用以下简写符号：1＝示例1；2＝示例2；5＝示例5。
[0106]
根据本发明的思想，扭矩可以施加到透镜系统的小透镜的周向边缘的至少一个点，并且优选地边缘的多个点或部分，和/或这种扭矩的施加在相应透镜系统的一部分的增量压平之前或优选地同时或之后实现(并且不管透镜系统中小透镜的数量，也不管被压平
[0113]
这里，发现小透镜的给定表面的轮廓的凹陷基本上与角坐标余弦的平方线性。假设要模拟的小透镜的方位角特性是抛物面的，因此可以使用这种插值方案(基于角度余弦的平方)。图13a、图13b、图13c和图13d示出了在不同情况下用abaqus fea软件模拟小透镜对110、120的指定轴向压缩的结果的屏幕截图：在没有横向载荷的情况下(图13a)，横向载荷导致小透镜的边缘位移50微米(图13c)，横向载荷导致小透镜的边缘位移100微米(图13b)，以及在横向载荷导致小透镜的边缘位移150微米的情况下。
[0114]
图14a、图14b、图14c提供了改变(包含这种一对小透镜的整个透镜系统的)一对小透镜110、120的表面ii、iii的压平程度的过程的定性说明，改变压平程度过程伴随着横向加载(利用施加到小透镜120的周向边缘的径向矢量力)以在横向于光轴oa的方向上拉伸小透镜120。每一个图14a、图14b、图14c在相应附图左侧包括表示小透镜120的横向载荷类型的表面曲线图，以及表示作为所识别的对110、120的不同压缩程度(对应于表面ii、iii的不同压平程度，因此对应于小透镜110、120之间不同大小的接触平坦区和对110、120的不同光焦度)的函数的所识别的zernike像差项的曲线图。
[0115]
这里，所述的是相关技术中已知的zernike圆多项式(因此，这里不进行任何详细讨论)，zernike圆多项式数学地描述了相对可以被构建为其零均值的平面即单位圆的平面的3-d波前偏差(即，相对作为径向坐标ρ和角坐标θ的变化的函数的多项式的零值的偏差)，其被定义为任一侧上的偏差之和(符号彼此相反)等于零的表面。每个多项式描述表面偏差的特定形式；它们的组合和可以产生大量更复杂的表面形状，这些形状可以拟合至特定形式的波前偏差(像差)。如本领域已知的，原则上，通过包括足够数量的zernike多项式(通常称为项)，可以以期望的精度程度描述任何波前变形。
[0116]
图14a的表面曲线示出了在两个径向相对的点处向小透镜120的边缘施加横向加载力以例如在这些点处沿垂直于光轴的两个相对方向拉伸小透镜120的情况，而由对110、120引入的散光的变化在图14a的右侧的图中示出。图14b的表面曲线示出了这样的情况，其中横向加载力仅在一点处施加到小透镜120的边缘(同时保持小透镜120在光轴上居中)，从而导致小透镜120沿着其直径单向拉伸，而由对110、120引入的彗差的变化呈现在图14a的右侧。图14c的表面曲线图示出了当横向加载力在小透镜120的外周的每个点上径向地施加到小透镜120的周边上时的情况，由此导致小透镜120以全向方式远离光轴拉伸，而由对110、120引入的球面像差示于右侧。
[0117]
通过使用zemax模拟zernike像差获得的这些结果证明，通过将导致小透镜表面压平的轴向定向力与横向施加到所提供的光轴上的加载力组合/耦合，不仅可以改变/管理与指定的横向加载几何形状相对应的所识别的zernike像差，而且可以改变/管理其它的zernike像差，并且适当的小透镜致动器方案就位。
[0118]
应当理解，通过改变组成小透镜的至少一对相互面对的表面的压平程度来操作透镜系统(包括多个可弹性变形小透镜以改变这种系统的光焦度(焦距))的一般提出的方法可以结合系统的组成小透镜上的任何和/或每一个附加/辅助作用，以减小原本在没有这种附加作用的情况下将伴随光学系统的重新聚焦过程的波前误差。在这些附加动作中，至少有将预定的非球面度添加到被压平的小透镜表面的空间轮廓，和/或以这样的形式实现相同的光学系统，其中组成小透镜的数量显著增加，同时以其他方式在无应力状态下保持整个系统的光焦度基本相同，和/或通过相对于光轴弯曲被压平的小透镜来改变被压平的小
透镜的空间轮廓，和/或向被压平的小透镜的外周的至少一部分施加径向矢量力以影响由这种小透镜引入的预定光学像差。
[0119]
通常，弯曲小透镜以及向被压平的小透镜的外周的至少一部分施加径向矢量力的每个和/或每一个附加/辅助动作通常可以在通过沿轴线向系统的至少一个小透镜施加外力而导致系统的光焦度变化增加的增量重聚焦动作之后立即执行，或者基本上与这种重聚焦动作同时执行，或者在这种增量重聚焦动作之后马上执行。在整个光学系统的小透镜上执行的每个动作可以用包含这样的小透镜的支撑结构(在至少一种情况下，支撑结构可以由至少部分封闭光学系统的整体壳体结构限定)的适当的对应部分和计算机处理器或微处理器或电子电路来执行，计算机处理器或微处理器或电子电路被编程为向这种支撑结构施加刺激，以使得所述部分能够在预定方向(轴向和/或径向，取决于实现的细节)上移动/平移，从而向感兴趣的小透镜施加相应的外力。
[0120]
不涉及到迄今为止所讨论的整体光学系统的实施例的组成小透镜系列的任何特定示例，而仅仅是为了示意性地说明本发明的整体系统的一种可能的实施方式，图15a、图15b、图15c和图15d提供了根据本发明的思想构造和可操作的多小透镜变焦透镜系统的一个实施例1500的侧视图和前视图的示意性说明。通常，本发明的透镜系统包括多个独立小透镜(如小透镜1510、1520、1530、1540所示)的序列(阵列)，这些小透镜围绕光轴(这里如1550所示)顺序且同轴地设置在壳体1560内，壳体1560具有在其中限定中空体积的外壳。透镜1510的前表面(表面i，未标记)对应于透镜系统的前面。单独透镜1510、1520、1530和1540设置在中空部中，并由支撑结构支撑，该支撑结构的尺寸设计成支撑透镜系统(1510、1520、1530、1540)，并表示为1562(但为了说明的简单性，在图中没有与壳体分开示出。可选但优选地，支撑结构1562包括单独的小透镜支撑元件——通常表示为1562a、1562b
…
1562n，但为了说明的简单性，也没有与壳体/支撑结构分开示出)。壳体1560可以在壳体1560的前部1564处配备有适当的止动元件(未示出)，以将组成小透镜保持在壳体的中空部内。如图15a的具体示例所示，每两个紧邻的小透镜在相应的轴向点处彼此邻接，使得这两个紧邻的小透镜的相互面对的表面在相应的轴向点处彼此接触。例如，如所示，系统的表面ii、iii(分别对应于透镜1510、1520)在轴向点c处接触，而系统的表面vi、vii(分别对应于透镜1530、1540)在轴向点s处接触。为了说明的简单性，没有指示系统1500的表面iv和v(分别为小透镜1520的后表面和小透镜1530的前表面)。小透镜组1530、1540可以表示在本公开的其他地方提到的多个辅助小透镜。根据本发明的思想，本发明的透镜系统1500的一对相互接触的表面中的至少一个表面可以是非球形表面。例如，表面ii、iii中的至少一个可以具有围绕轴线1550的非球面轮廓。具有非球形表面(或非球面)的小透镜在本领域中被称为其表面轮廓不是球体或圆柱体的一部分(即，不是球形或圆柱形表面的一部分)的小透镜。非球面的表面轮廓通常被定义为表示表面在离光轴给定距离处从顶点的位移的函数。这种函数的参数包括曲率半径和顶点处定义的二次曲线常数(或二次曲线参数)。术语表面用于表示两个介质之间的边界或有形元素的边界或空间限制；表面被理解为有长度和宽度但没有厚度。
[0121]
在壳体1560的后部，示出为致动活塞1570的小透镜支撑元件和/或轴承配合(如本领域中已知的)，以例如允许由于活塞1570沿着轴线1550的移动而向小透镜序列施加压力或轴向力。图15a和图15b示出了当轴承1570处于由系统的小透镜和活塞表面之间没有相互作用的轴向力限定的中立位置时实施例1500的状态。在这些情况下，如图15b的前视图所
示，透镜系统的任何内表面基本上没有平坦化或压平(换句话说，每个组成透镜1510、1520、1530和1540保持其原始无应力形状)。在操作中(并且参考图15c、图15d)，轴承1570沿着轴线1550致动——例如，沿着箭头1574所指示的方向致动，以向系统1500的单独透镜施加轴向定向(沿着光轴定向)的压力。总的来说，根据本发明的思想，当透镜系统除了第一小透镜和第二小透镜(1510，1520)的基础对之外还包括至少一个辅助小透镜(1530，1540)时，光学系统的支撑结构包括辅助轴承，辅助轴承可移动地将辅助小透镜支撑元件连接到支撑结构和/或第一小透镜支撑元件和/或第二小透镜支撑元件，从而能够响应于辅助外力使辅助小透镜支撑元件(以及因此相应的辅助小透镜)相对于第一小透镜支撑元件和/或相对于第二小透镜支撑元件平移，从而通过改变辅助外力来沿着光轴将至少一个辅助小透镜和选定的小透镜彼此挤压，或者放松由至少一个辅助小透镜和选定的小透镜中的一个施加在两个中的另一个上的轴向压力，来改变至少一个辅助小透镜的表面和从第一小透镜和第二小透镜中选择的小透镜的表面(辅助小透镜在轴向点处与选定的小透镜接触)之间的压平接触区域。
[0122]
应当理解，根据特定的设计，给定光学系统中的支撑结构可以包括多个小透镜支撑元件和/或相应的轴承，以明智地将压力施加到系统的任何预定的组成小透镜上——例如，施加到最外面的透镜1540上(由此产生沿着光轴1550定向并轴向压缩透镜1510、1520、1530和1540的组合的力f1574)，或者施加到系统中的另一个小透镜上，或者施加到系统的多个组成小透镜上——但不一定是全部。这个概括的概念在图15a、图15b中用附加的标记1570a、1570b
……
1570n来表示，这些标记旨在表示各个小透镜支撑元件/轴承，每个小透镜支撑元件/轴承被构造成与系统的特定组成小透镜协作以施加相应的轴向力1574a、1574b
……
1574n。在一个具体实现中，例如，轴承1570可以构造成仅向小透镜1520施加压力，从而轴向压缩透镜1510和1520，以平坦化或增加相互面对的表面ii、iii中的至少一个的曲率半径。在另一种具体情况下，如在图15a中，轴承1570被构造成通过向靠近轴承1570的最外小透镜1540施加轴向力来压缩实施例1500的整组的组成小透镜。结果，根据由轴承1570的移动引起的轴向施加的力的强度，紧邻的小透镜的彼此面对的表面中的至少一个变形，因为在这样的表面上，形成了轴向居中的压平(即，以光轴为中心并且与独立小透镜的形状相比平坦化)区域1580。平坦化区域1580的半径(以及因此区域1580的表面面积)随着力f的增大而增大，并且当力f的强度减小时减小。图15d示出了这样的压平区域1580的进展1580a，其中相应的半径ri随着力f的增加而增加。
[0123]
应当理解，在一个实施例中，两个紧邻的小透镜的两个彼此面对的表面被配置成至少在系统的光轴处和/或围绕光轴的相应区域处改变它们的曲率。在图15a、图15b、图15c、图15d的系统的至少一个实现中，响应于活塞1570的重新定位，两个表面ii和iii的曲率和/或两个表面iv和v的曲率和/或两个表面vi和vii的曲率可以减小或增大，这取决于相对于透镜系统1500的前部的这种重新定位的方向。可以理解的是，至少一个组成小透镜表面的轴向居中区域1580的平坦化过程是可逆且可重复的。为此，组成小透镜的材料用作弹簧，与活塞1570处致动压力的降低成比例地反转透镜的致动。
[0124]
在一个具体实现中，壳体1560可以是由刚性材料(例如，金属)制成的圆柱形构造，而轴承1570等的致动圆柱体可以由具有大于1000kpa的弹性模量的光学透明材料(例如，聚甲基丙烯酸甲酯pmma)制成。小透镜系列中的第一小透镜1510也可以制成具有高弹性模量
(例如pmma的弹性模量)的刚性。内部组成小透镜的其余部分(如所示，透镜1520、1530和1540)可以由弹性模量在0.1kpa至100kpa范围内的更软的材料构成，例如硅树脂、丙烯酸树脂或胶原树脂(collamer)。在轴承朝向系统1500的前部移动时，至少一个内表面(诸如例如，表面ii和/或表面iii和/或表面vi)可以在刚性轴承1570和刚性小透镜1510之间被压缩，从而随着表面在增大的直径2ri上平坦化，逐渐抵消这些表面对整个透镜系统1500的光焦度贡献，如图15c所示。任选地但优选地，这样的可变形表面可以被定尺寸为非球面(例如，扁长非球面)，具有这样的二次曲线常数，以i)增加这种表面的球形度，作为从给定表面的顶点开始的由力f引起的机械压缩引起的逐渐压平的结果；ii)最小化表面的压平部分(以轴线1550为中心)和围绕这种压平区域的小透镜表面的部分之间的空间过渡的不连续性，以及(iii)最小化在整个光焦度变化范围内的光学像差，使得当透镜系统的相互面对的内表面逐渐压平时，所讨论的非球形表面的形状变得更加平面。应当理解，就本公开中其它地方讨论的示例而言，图16a的实施例的小透镜1510、1520可以对应于小透镜110、120可以表示。
[0125]
操作包含多个柔顺(可弹性变形)组成小透镜的透镜系统(光学系统)的相关方法包括：在改变至少一个组成小透镜的内表面的压平程度的过程中，由于沿着光轴重新定位至少一个组成小透镜的至少一个表面的结果，重新聚焦透镜系统的过程，并且由一个或更多个处理步骤来补充，该处理步骤的实现允许用户减小由这种改变压平程度引起的波前误差——如在上面给出的示例中所考虑的。具体地，用于操作具有光轴的光学系统的方法的实施例包括步骤(a)，将入射到具有第一光焦度的光学系统的前表面上的光透过光学系统的组成的第一小透镜和第二小透镜的两个表面(小透镜与光轴同轴并且在具有第一接触表面面积并且以光轴为中心的第一接触区处彼此接触)。该方法还包括步骤(b)，通过沿光轴轴向重新定位两个表面中的第一表面以在两个表面中的第一表面和第二表面之间形成第二接触区，将光学系统的光焦度从第一光焦度改变为第二光焦度。(这里，第二接触区具有基本平坦的表面并且具有不同于第一接触表面面积的第二接触表面面积)。该方法还包括以下附加步骤中的一个或更多个：步骤(c)，改变辅助外力以沿着光轴将至少一个辅助小透镜和组成的第一小透镜和第二小透镜中的选定的小透镜彼此抵靠地压缩，或者放松由至少一个辅助小透镜和选定的小透镜中的一个施加在另一个上的轴向压力，从而改变至少一个辅助小透镜的表面和选定的小透镜的表面之间的压平接触区域；以及步骤(d)，沿着光轴移位光学系统的至少一个组成小透镜的周向边缘的至少一部分，同时基本上不影响所述至少一个组成小透镜的中心的轴向位置。示例5提供了步骤(d)的替代但相关实现的非限制性实施例。附加地或替代地，可以实现该方法的这种实现，其中步骤(b)和(c)中的至少一个包括改变光学系统的组成小透镜的两个彼此面对的表面的第一非球形表面和/或第二非球形表面的压平程度。此外，替代地或附加地，将径向指向载荷施加到光学系统的至少一个组成小透镜的周向边缘的步骤(f)与步骤(a)和(b)一起使用。如上所述，步骤(c)和/或(d)和/或(e)和/或(f)与步骤(a)和(b)的组合允许用户减小由透镜系统在操作中引入的光学波前误差。
[0126]
无论附图中是否示出了特定的处理器/微处理器/电子电路(其可用于控制所讨论的透镜系统的实施例的重新聚焦的操作过程)，这样的微处理器由存储在存储器中的指令控制。存储器可以是适于存储控制软件或其他指令和数据的随机存取存储器(ram)、只读存
储器(rom)、闪存或任何其他存储器，或其组合。本领域技术人员还应容易理解，定义本发明功能的指令或程序可以以多种形式传送到处理器，包括但不限于永久存储在不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储器设备，例如rom，或可由计算机i/o附件读取的设备，例如cd-rom或dvd盘)上的信息、可变地存储在可写存储介质(例如，软盘、可移动闪存和硬盘驱动器)上的信息、或者通过通信介质(包括有线或无线计算机网络)传送给计算机的信息。此外，虽然本发明可以用软件来实现，但是实现本发明所必需的功能可以可选地或可替换地使用固件和/或硬件部件来部分或全部实现，固件和/或硬件部件诸如组合逻辑、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他硬件或硬件、软件和/或固件部件的某种组合。
[0127]
为了本公开和所附权利要求的目的，类型“元件a和/或元件b”的表达具有覆盖具有单独元件a、单独元件b或元件a和b结合在一起的实施例的含义，并且如此，旨在等同于“元件a和元件b中的至少一个”。
[0128]
在整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“相关实施例”或类似语言的提及意味着结合所提到的“实施例”描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”以及类似语言的出现可以但不一定都指同一实施例。应当理解，本公开的任何部分，无论是单独还是可能与附图相结合，都不旨在提供本发明所有特征的完整描述。在本说明书中，已经以使得能够编写清晰和简明的说明书的方式描述了实施例，但是意在并且将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，实施例可以不同地组合或分离。特别地，应当理解，本文描述的所有特征适用于本发明的所有方面。
[0129]
当本公开参考相应的附图描述本发明的特征时(其中，在可能的情况下，相似的数字代表相同或相似的元件)，所描绘的结构元件通常不按比例，并且为了强调和理解的目的，某些部件相对于其他部件被放大。应当理解，没有单个附图旨在支持本发明所有特征的完整描述。换句话说，给定的附图通常仅描述了本发明的一些特征，而通常不是全部特征。至少出于简化给定附图和讨论以及将讨论引向该附图中的特定元素的目的，给定附图和包含参考该附图的描述的本公开的相关部分通常不包含特定视图的所有元素或可以在该视图中呈现的所有特征。本领域技术人员将认识到，本发明可以在没有一个或更多个特定特征、元件、部件、结构、细节或特征的情况下实施，或者使用其他方法、部件、材料等来实施。因此，尽管本发明的实施例的特定细节可能不一定在描述这种实施例的每个附图中示出，但是该特定细节在附图中的存在可以被暗示，除非描述的上下文另有要求。在其他情况下，公知的结构、细节、材料或操作可以不在给定的附图中示出或详细描述，以避免模糊所讨论的本发明实施例的方面。此外，本发明的所描述的单个特征、结构或特性可以在一个或更多个另外的实施例中以任何合适的方式组合。
[0130]
此外，如果包括示意性流程图，则逻辑流程的所描绘的顺序和标记的步骤指示所呈现的方法的一个实施例。可以设想在功能、逻辑或效果上等同于所示方法的一个或更多个步骤或其部分的其他步骤和步骤顺序。在不失去一般性的情况下，处理步骤或特定方法发生的顺序可以或可以不严格遵守所示的相应步骤的顺序。
[0131]
为了本公开和所附权利要求的目的，使用术语“基本上”、“近似”、“大约”和类似术语来指代手头的值、元素、属性或特征的描述符旨在强调所提及的值、元素、属性或特征，尽
管不一定与所述的完全相同，但出于实际目的，仍将被认为是由本领域技术人员所述的。当应用于特定特性或质量描述符时，这些术语意味着“大部分”、“主要”、“相当”、“大体上”、“基本上”、“在很大或显著程度上”、“大部分但不一定完全相同”，以便合理地表示近似的语言并描述特定特性或描述符，使得其范围将被本领域普通技术人员理解。在描述选定的特征或概念时使用这一术语既不意味着也不提供任何不确定性的基础，也不为特定的特性或描述符增加数字限制。如本领域技术人员所理解的，这种值、元素或性质的精确值或特性与所述值、元素或特性的实际偏差可以在由实验测量误差定义的范围内变化，该实验测量误差在使用本领域中用于这种目的的公认测量方法时是典型的。仅作为示例，对基本平行于基准线或平面的矢量或直线或平面的提及应被解释为沿着与基准线或平面相同或非常接近的方向或轴线延伸的这种矢量或线(相对参考方向或轴线的角度偏差被认为是本领域中实际典型的，例如在0和15度之间，更优选在0和10度之间，甚至更优选在0和5度之间，最优选在0和2度之间)。术语“大致为刚性的”在用于指为所讨论的装置提供机械支撑的壳体或结构元件时，通常标识这样的结构元件，其刚性高于该结构元件支撑的装置的刚性。作为另一示例，关于特定表面使用术语“基本平坦”意味着这种表面可以具有一定程度的非平坦度和/或粗糙度，其大小和表达是本领域技术人员在目前特定情况下通常理解的。例如，术语“大约”和“约”，当用于参考数值时，表示相对于指定值的正负20％的范围，更优选正负10％，甚至更优选正负5％，最优选正负2％。
[0132]
本公开所附权利要求中所述的本发明旨在根据本公开的整体来评估，包括参考的现有技术中公开的特征。
[0133]
附图标记一览表
[0134]
100 透镜系统的至少一部分
[0135]
104 光轴
[0136]
110、120 透镜系统的组成小透镜
[0137]
710、730轴承/小透镜支撑元件
[0138]
710a、730a轴承/小透镜支撑元件和相应小透镜之间的接触区域
[0139]
800 透镜系统的至少一部分
[0140]
810、820 透镜系统的组成小透镜
[0141]
810a、820a来自小透镜/触觉件的力矩诱导延伸部
[0142]
1500光学系统
[0143]
1510、1520、1530、1540光学系统的组成小透镜
[0144]
1550 光轴
[0145]
1560 壳体
[0146]
1562 支撑结构
[0147]
1562a、1562b
……
1562n各自小透镜的支撑元件
[0148]
1564壳体前部
[0149]
1570、1570a、1570b
……
1570n轴承
[0150]
1574、1574a、1574b
……
1574n轴向指向的力
[0151]
1600 透镜系统的至少一部分
[0152]
1630 透镜系统的组成小透镜
[0153]
i、ii、iii、iv、v、vi、vii等透镜系统的组成小透镜的表面。

技术特征：
1.一种用于操作具有光轴的光学系统的方法，所述方法至少包括以下步骤：将入射到具有第一光焦度的光学系统的前表面上的光透过所述光学系统的组成的第一小透镜和第二小透镜的两个表面，所述两个表面与所述光轴同轴并且在具有第一接触表面面积并以所述光轴为中心的第一接触区处彼此接触；通过沿所述光轴轴向重新定位所述两个表面中的第一表面以在所述两个表面中的第一表面和第二表面之间形成第二接触区，将所述光学系统的光焦度从所述第一光焦度改变为第二光焦度，所述第二接触区具有基本平坦的表面并且具有不同于所述第一接触表面面积的第二接触表面面积；其特征在于，所述方法还包括以下步骤中的至少一个：(1a)改变辅助外力以使至少一个辅助小透镜和所述组成的第一小透镜和第二小透镜中的选定的小透镜沿着所述光轴彼此抵靠地压缩，或者放松由所述至少一个辅助小透镜和所述选定的小透镜中的一个施加在另一个上的轴向压力，从而改变所述至少一个辅助小透镜的表面和所述选定的小透镜的表面之间的压平接触区域；和/或(1b)沿着所述光轴移位所述光学系统的组成的小透镜中的至少一个小透镜的周向边缘的至少一部分，同时基本上不影响组成的小透镜中所述至少一个小透镜的中心的轴向位置；和/或(1c)其中，以下中的至少一项包括改变所述光学系统的组成的小透镜的两个彼此面对的表面中的第一非球形表面和/或第二非球形表面的压平程度：所述通过沿所述光轴轴向重新定位所述两个表面中的第一表面将所述光学系统的光焦度从所述第一光焦度改变为所述第二光焦度，以及所述改变所述辅助外力；和/或(1d)向所述光学系统的组成的小透镜中的至少一个小透镜的周向边缘施加径向指向的载荷。2.根据权利要求1所述的方法，替代的(1b)的特征在于：所述沿着所述光轴移位所述光学系统的组成的小透镜中的至少一个小透镜的周向边缘的至少一部分包括：通过将施加到所述光学系统的两个紧邻的组成小透镜中的至少一个小透镜的轴向力经由在其端部彼此连接的所述两个组成小透镜的触觉件传递到所述周向边缘的至少一部分，来移动所述两个紧邻的组成小透镜中的所述至少一个小透镜的周向边缘的所述至少一部分，或者通过向所述光学系统的两个紧邻的组成小透镜中的至少一个小透镜的表面的第一区和第二区中的一个区施加轴向指向的力来移动所述两个紧邻的组成小透镜中的所述至少一个小透镜的周向边缘的所述至少一部分，其中所述第一区和所述第二区位于所述表面的两个各自不同的径向位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传递包括将所述轴向力施加到具有带内周边的环形区的触觉件上，其中所述内周边限定所述周向边缘并附接到所述周向边缘。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述改变辅助外力、所述可逆移位、所述改变所述第一非球形表面和/或所述第二非球形表面的压平程度以及所述施加径向指向的载荷中的至少一项基本上与所述将所述光学系统的光焦度从所述第一光焦度改变到所述第二光焦度和/或所述改变所述辅助外力同时进行。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述光学系统的光焦度从所述第一光焦度改变到所述第二光焦度、所述改变辅助外力、所述移位、所述改变所述第一非球形表面和/或所述第二非球形表面的压平程度以及所述施加径向指向的载荷中的每一个都可逆地进行。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述移位的步骤和/或所述改变所述第一非球形表面和/或所述第二非球形表面的压平程度的步骤、和/或所述施加径向指向的载荷的步骤、相应的步骤仅在所述光学系统的组成的小透镜的子集而不是全部组成的小透镜上执行。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述子集包括来自所述光学系统的所述全部组成的小透镜的每隔一个的组成的小透镜。8.根据权利要求1-7中任一项的方法，替代的(1a)的特征在于：(8a)所述改变所述辅助小透镜的表面和所述选定的小透镜的表面之间的压平接触区域的程度取决于所述改变辅助外力的程度，和/或(8b)当所述至少一个辅助小透镜和所述选定的小透镜不受应力时，所述至少一个辅助小透镜在所述至少一个辅助小透镜的表面的轴向点处与所述组成的第一小透镜和第二小透镜中的所述选定的小透镜接触，和/或(8c)所述改变辅助外力包括将多个辅助小透镜的序列压靠在所述选定的小透镜上或放松由所述序列和所述选定的小透镜中的一个施加在另一个上的轴向压力，从而改变所述多个辅助小透镜的表面之间的多个压平接触区域，当所述多个辅助小透镜不受应力时所述多个辅助小透镜在相应的轴向点上彼此接触。9.一种光学系统，其具有光轴并且至少包括：第一小透镜(1510)，其与所述光轴(1550)同轴并具有第一前表面(i)和第一后表面(ii)，第二小透镜(1520)，其与所述第一小透镜(1510)同轴设置并具有第二前表面(iii)和第二后表面(iv)，其中，当所述第一小透镜和所述第二小透镜不受应力时，所述第一后表面(ii)和所述第二前表面(iii)在所述光轴上的轴向点处彼此接触；支撑结构(1562)，其包括支撑所述第一小透镜(1510)的第一小透镜支撑元件(1562a)和支撑所述第二小透镜(1520)的第二小透镜支撑元件(1562b)，第一轴承(1570a)和/或第二轴承(1570b)，其相对于彼此和/或所述支撑结构可移动地连接所述第一小透镜支撑元件和/或所述第二小透镜支撑元件，从而使得所述第一小透镜支撑元件和/或所述第二小透镜支撑元件能够基本上平行于所述光轴平移和/或改变施加到分别支撑的第一小透镜和第二小透镜中的至少一个小透镜的应力，其中，所述应力的改
变允许使所述第一后表面和所述第二前表面中的至少一个压平，并且通过施加使所述第一小透镜支撑元件(1510)和所述第二小透镜支撑元件(1520)中的至少一个相对于另一个推进或缩回的第一外力和/或通过向所述第一小透镜(10)和/或第二小透镜(20)施加被矢量化为基本上横向于所述光轴的第二外力，使得能够改变所述第一后表面和所述第二前表面之间以所述光轴(2)为中心的压平接触区域，其特征在于，所述光学系统满足下列条件中的一个或更多个：(9a)所述支撑结构(1562)还包括辅助小透镜支撑元件(1562c)，所述辅助小透镜支撑元件支撑至少一个辅助小透镜(1530)，所述至少一个辅助小透镜与所述光轴(1550)同轴，并且当所述辅助小透镜(1550)和所述光学系统的所述第一小透镜和所述第二小透镜中的选定的小透镜(1520)不受应力时，所述辅助小透镜仅在其轴向点处与所述选定的小透镜的表面接触，其中所述支撑结构还包括辅助轴承，所述辅助轴承可移动地将所述辅助小透镜支撑元件(1562c)连接到所述支撑结构和/或所述第一小透镜支撑元件(1562a)和/或所述第二小透镜支撑元件(1562b)，从而能够响应于辅助外力实现所述辅助小透镜支撑元件(1562c)相对于所述第一小透镜支撑元件(1562a)和/或相对于所述第二小透镜支撑元件(1562b)的平移，从而通过改变辅助外力以沿着所述光轴将所述至少一个辅助小透镜和所述选定的小透镜彼此抵靠地压缩或者放松由所述至少一个辅助小透镜和所述选定的小透镜中的一个施加在另一个上的轴向压力，来实现所述至少一个辅助小透镜的表面(v)和所述选定的小透镜的表面(iv)之间的压平接触区域的改变；其中所述辅助外力的改变使所述至少一个辅助小透镜的表面和/或所述选定的小透镜的表面压平，并且使得所述至少一个辅助小透镜(1530)的表面和所述选定的小透镜的表面之间的辅助的接触表面区域能够改变；和/或(9b)所述光学系统中存在的小透镜支撑元件(1562a、1562b、1563c)中的至少一个具有对应的第一接触区域(710a)和第二接触区域(730a)，所述第一接触区域和第二接触区域在两个相应的不同径向位置处与所述光学系统的对应的小透镜(720)协同工作，并且其中所述第一接触区域(710a)和所述第二接触区域(730a)彼此机械地耦合，以将施加到所述第一接触区域和所述第二接触区域中的至少一个的力传递到所述对应的小透镜(720)上，从而沿着所述光轴可逆地移位所述对应的小透镜的周向边缘的至少一部分，同时基本上不影响所述对应的小透镜的中心的轴向位置；和/或(9c)所述光学系统的组成的小透镜的两个紧邻的小透镜(810，820)包括从所述两个紧邻的小透镜的周向区径向延伸的相应的触觉件(810a，820a)，所述相应的触觉件尺寸设计成在其相应的端部彼此接触，以将施加到所述两个紧邻的小透镜中的至少一个小透镜的轴向力传递到所述两个紧邻的小透镜中的至少一个小透镜的周向边缘的至少一部分，从而沿着所述光轴可逆地移位至少所述部分，同时基本上不影响所述两个紧邻的小透镜中的至少一个小透镜的中心的轴向位置；和/或(9d)其中，所述两个紧邻的小透镜的彼此面对和接触的表面中的至少一个在无应力状态下包括以所述光轴为中心的非球形表面；
和/或(9e)其中所述支撑结构还包括可移动地支撑在内部加载器位置和外部加载器位置之间的径向加载器设备，其中所述内部加载器位置限定在距所述光轴的第一径向距离处，并且所述外部加载器位置限定在距所述光轴的第二径向距离处，其中所述第二径向距离大于所述第一径向距离，其中所述径向加载器设备附接到所述第一小透镜、所述第二小透镜和所述至少一个辅助小透镜中的至少一个小透镜的相应周向边缘，以向所述周向边缘施加径向指向的力。10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，所述支撑结构包括壳体单元，所述壳体单元上限定中空部，所述第一小透镜、所述第二小透镜和所述至少一个辅助小透镜的相应部分设置在所述中空部中，并且其中所述第一支撑元件、第二支撑元件和辅助支撑元件中的至少一个支撑元件的相应部分的尺寸设计成沿着所述光轴在所述中空部中可逆地移动。11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，所述第一支撑元件、所述第二支撑元件和所述辅助支撑元件中的至少一个支撑元件的相应部分包括活塞，或者其特征在于，所述中空部的表面带有螺纹，所述螺纹的尺寸设计成引导所述第一支撑元件、所述第二支撑元件和所述辅助支撑元件中的至少一个支撑元件的所述相应部分。12.根据权利要求9至11中任一项所述的光学系统，备选(9a)，其特征在于，所述至少一个辅助小透镜包括多个辅助小透镜，使得所述光学系统包括一组四个或更多个组成的小透镜，当所述四个或更多个组成的小透镜不受应力时，每个组成的小透镜在其轴向点处接触紧邻的组成小透镜。13.根据权利要求9至12中任一项所述的光学系统，备选(9b)，其特征在于，所述第一接触区域(710a)和所述第二接触区域(730a)中的至少一个是以所述光轴(104)为中心的环的至少一部分。14.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统，备选(9c)，其特征在于，所述触觉件包括相应的环形部，每个环形部具有附接到所述两个紧邻的小透镜的相应小透镜的周向边缘的内周边。15.根据前述权利要求中的一项所述的光学系统，备选(9d)，其特征在于，所述非球形表面是扁长的非球形表面。16.根据权利要求9至15中的一项所述的光学系统的用途，所述光学系统用来执行根据权利要求1至8中的一项所述的方法。

技术总结
容纳(可再聚焦)透镜系统，该透镜系统包括沿光轴顺序设置的多个可弹性变形小透镜，并且透镜系统具有光焦度，该光焦度是通过响应于由外部元件轴向施加到透镜上的力的变化而改变组成小透镜之间的接触区域的压平程度来改变，该外部元件与透镜系统壳体和/或小透镜支撑元件连接或形成透镜系统壳体和/或小透镜支撑元件的一部分。用于以减小由重新聚焦过程引入的光学波前误差从而改善透镜系统的成像特性的方式操作透镜系统的方法。方式操作透镜系统的方法。方式操作透镜系统的方法。


技术研发人员：肖恩
受保护的技术使用者：科内克瑟斯透镜公司
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2023/8/21