本國際專利申請要求在2014年8月8日提交的國際專利申請No.PCT/US2014/050318的優(yōu)先權(quán)。本國際申請還要求在2014年11月6日提交的美國臨時專利申請No.62/076,303和在2014年12月18日提交的美國臨時專利申請No.62/093,909的優(yōu)先權(quán)。

上述專利文件中的每一個的公開內(nèi)容通過引用被整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變焦鏡頭(zoom lens)系統(tǒng)，并且，特別地，涉及多透鏡微距鏡頭(macro lens)系統(tǒng)，多透鏡微距鏡頭系統(tǒng)被配置為使其有效焦距作為系統(tǒng)的構(gòu)成透鏡的表面的軸向部分的展平的結(jié)果連續(xù)變化，在特定情況下，該軸向部分可被整形為扁長非球面。

附圖說明

通過參照下面結(jié)合一般不按比例的附圖的詳細描述，將更充分地理解本發(fā)明，附圖中，

圖1A、圖1B和圖1C提供常規(guī)變焦微距鏡頭的示意性例示；

圖2A和圖2B是以側(cè)視和正視圖例示可變焦鏡頭系統(tǒng)在系統(tǒng)的相互面向的內(nèi)表面沒有導致壓平(applanation)時的實施例的圖；

圖3A和圖3B例示出圖2A和圖2B的實施例在實施例的單獨透鏡的陣列已經(jīng)被軸向壓縮(即，沿軸壓縮)之后的側(cè)視圖和前視圖；

圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、圖4E和圖4F概括了表示本發(fā)明的實施例的操作特性依據(jù)實施例的構(gòu)成透鏡的相互接觸表面的展平程度而改變的數(shù)據(jù)；

圖5是示出微距鏡頭的實施例的光焦度的改變依據(jù)軸向地施加于實施例的構(gòu)成透鏡的壓縮力的依賴性的曲線圖；

圖6是示意性地描繪根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖；

圖7A和圖7B概括了表示本發(fā)明的相關(guān)實施例(包括三個構(gòu)成透鏡)的操作特性依據(jù)實施例的構(gòu)成透鏡的相互接觸表面的展平程度而改變的數(shù)據(jù)；

圖8A和圖8B是以側(cè)視和正視圖例示包括鏡頭的前部子系統(tǒng)和鏡頭的后部子系統(tǒng)(被間隙相互分開)的可變焦鏡頭系統(tǒng)的相關(guān)實施例的圖，這些子系統(tǒng)的焦距可根據(jù)本發(fā)明的實施例單獨地調(diào)整；

圖9A包含表示在前部子系統(tǒng)具有正光焦度、后部子系統(tǒng)具有負光焦度并且前部、后部子系統(tǒng)相對于彼此在伽利略(Galilean)配置中空間協(xié)作的情況下，圖8A、圖8B的實施例的鏡頭的前部、后部子系統(tǒng)的焦距的曲線圖。

圖9B包含表示在前部、后部子系統(tǒng)均具有對應(yīng)的正光焦度并且前部、后部子系統(tǒng)相對于彼此在開普勒(Keplerian)配置中空間協(xié)作的情況下，圖8A、圖8B的實施例的鏡頭的前部、后部子系統(tǒng)的焦距的曲線圖。

圖10A、圖10B給出表示在兩個不同的操作點處的圖9B的實施例的Zemax數(shù)據(jù)；

圖11是示意性地描繪用于操作圖8A、圖8B的實施例的方法的流程圖。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實施例提供可變焦距微距鏡頭系統(tǒng)，該微距鏡頭系統(tǒng)包括(i)第一小透鏡，具有第一光焦度和限定第一小透鏡的通光孔徑的第一旋轉(zhuǎn)對稱光學部分；和(ii)第二小透鏡，具有第二光焦度和限定第二小透鏡的通光孔徑的第二旋轉(zhuǎn)對稱光學部分，使得第一小透鏡和第二小透鏡被共軸設(shè)置，以限定在軸點處的其表面之間的接觸。系統(tǒng)另外包括用于將施加于第一和第二小透鏡中的至少一個的表面的運動傳遞為關(guān)于軸點地壓平所述表面中的至少一個的力的構(gòu)件，使得討論中的表面的壓平的區(qū)域取決于這種運動的程度。系統(tǒng)可裝配有包圍第一和第二小透鏡并且與傳遞運動的構(gòu)件機械地協(xié)作的外殼單元，在特定情況下，該傳遞運動的構(gòu)件可包括相對于外殼在內(nèi)部可移動的活塞。在一個實施例中，鏡頭系統(tǒng)被配置為響應(yīng)于通過所述構(gòu)件傳遞到第一和第二表面中的至少一個的非零力，使得第一小透鏡的第一表面和第二小透鏡的第二表面彼此交互作用，以諸如互相壓平彼此，以限定隨著通過用于傳遞運動的構(gòu)件創(chuàng)建的這種非零力的增加而漸進增加的相應(yīng)的壓平區(qū)域直徑。在特定情況下，第一和第二表面中的任意一個的壓平區(qū)域的直徑的增加過程響應(yīng)于這種力的增加，由壓平區(qū)域的直徑的改變導致的透鏡系統(tǒng)的光學像差被最小化。

在特定情況下，本發(fā)明的微距鏡頭另外包括與第一和第二透鏡共軸設(shè)置并且通過第二透鏡與第一透鏡分開的第三透鏡，第三透鏡具有以光軸為中心的扁長非球面表面。微距鏡頭的這種特定的實現(xiàn)方式包含兩組透鏡，這里，第一和第二組透鏡通過間隙相互分開。第一組包括第一和第二透鏡，第二組包括第三透鏡(并且可選地包括諸如第四透鏡和第五透鏡等的另外的透鏡)。這種特定微距鏡頭裝配有與第二組透鏡可操作地協(xié)作的第二可重新定位元件。第二可重新定位元件被配置為響應(yīng)于第二可重新定位元件的運動而改變第三透鏡的表面的曲率。在微距鏡頭的這種特定實現(xiàn)方式中，微距鏡頭可被設(shè)計尺寸為使得第一組透鏡的焦點與第二組透鏡的焦點一致，同時維持微距鏡頭的后焦點在微距鏡頭的光焦度的整個改變范圍上基本上恒定。第一組透鏡可具有正光焦度，而第二組透鏡具有負光焦度。作為替代方案，第一和第二組透鏡中的每一組可具有對應(yīng)的正光焦度(同時，可選地，第二組透鏡被浸入于折射率高于第三透鏡的折射率的流體中)。

本發(fā)明的實施例另外提供(i)包括上述的微距鏡頭系統(tǒng)和與第一組透鏡光學通信并且通過第二組透鏡與第一組透鏡分開的光學檢測器的光學照相機和(ii)用于操作微距鏡頭的方法。

具體實施方式

對于可變焦鏡頭系統(tǒng)的需求很多，其范圍從用于光學工程(諸如，例如，用于出于質(zhì)量控制的目的使用的成像系統(tǒng))到拍攝。

為此，貫穿本說明書對“一個實施例”、“實施例”、“相關(guān)實施例”或類似的語言的提及意味著結(jié)合提及的“實施例”描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書，出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”和類似的語言可能但未必都指代同一實施例。應(yīng)當理解，采用其自身并且可能與附圖結(jié)合的本公開的任何部分都不意在提供本發(fā)明的所有特征的完整描述。

另外，應(yīng)當理解，沒有單個附圖意在或者甚至能夠支撐本發(fā)明的所有特征的完全描述。換句話說，給定的附圖一般僅描述本發(fā)明的特征中的一些，一般不是所有的。出于簡化給定的附圖和討論以及將討論引向在該附圖中表征的特定元件的目的，給定的附圖和包含參照這種附圖的描述的本發(fā)明的相關(guān)聯(lián)部分一般不包含特定示圖的所有元件或者可以在該示圖中給出的所有特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，可能能夠在沒有特定的特征、元件、部件、結(jié)構(gòu)、細節(jié)或特性中的一個或多個的情況下或者通過使用其它的方法、部件、材料等來實踐本發(fā)明。因此，盡管可能未必在描述這種實施例的每一個附圖中示出本發(fā)明的實施例的特定細節(jié)，但是可以暗示在附圖中存在該細節(jié)，除非說明書的上下文另外要求。在其它的情況下，為了避免混淆正被討論的本發(fā)明的實施例的多個方面，公知的結(jié)構(gòu)、細節(jié)、材料或操作可能沒有在給出的附圖中被示出或者被詳細地描述。并且，所描述的本發(fā)明的單個特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何適當?shù)姆绞奖唤M合在一個或多個其它的實施例中。

如本公開所附的權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明意在根據(jù)本公開被整體評價。

本文使用的術(shù)語微距鏡頭和微距鏡頭系統(tǒng)指代被配置并且適合用于例如諸如光學照相機或望遠鏡的光機儀器以及特別地適合于進行拍攝的鏡頭系統(tǒng)。出于本公開的目的，微距鏡頭系統(tǒng)與微透鏡(本文中稱為小的透鏡系統(tǒng)，一般具有僅僅幾毫米(例如，2毫米或3毫米)以及常常小于1毫米的透鏡直徑，例如，諸如人工晶狀體或稱為晶片級光學器件的光學器件或雙凸透鏡)的區(qū)別和差異不僅在于尺寸和結(jié)構(gòu)，而且在于本發(fā)明的實施例的應(yīng)用要求處于微距鏡頭系統(tǒng)的構(gòu)成部件的外部并且容納這些部件，同時使它們保持相互光學通信的微距大小的支撐結(jié)構(gòu)。在本領(lǐng)域中已認識到，微透鏡所特有的操作和材料要求和/或制造工藝不允許在設(shè)計具有合理的成功期望的微距鏡頭時重新使用或者適應(yīng)微透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計和/或特征。事實上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不期望根據(jù)給定的微透鏡系統(tǒng)的原理(例如，通過按比例改變系統(tǒng)的尺寸)構(gòu)造微距鏡頭系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例的微距鏡頭系統(tǒng)的配置特征選擇為從系統(tǒng)的構(gòu)成透鏡中排除微透鏡所特有的那些結(jié)構(gòu)特征(諸如，例如常用于IOL結(jié)構(gòu)中的觸覺部分或雙凸透鏡的起伏表面)。

變焦鏡頭以復雜性為代價向用戶提供可變焦距的便利，并且通過在圖像質(zhì)量、重量、尺寸、孔徑、自動聚焦性能的速度和精度二者、加工質(zhì)量和成本方面的妥協(xié)實現(xiàn)該便利性。例如，所有變焦鏡頭在它們的最大孔徑處，特別是在它們的焦距范圍的極值上，遭受圖像分辨率的如果不明顯也至少輕微的損失。當以大幅面或高分辨率顯示時，這種影響在圖像的角部明顯。變焦鏡頭提供的焦距的范圍越大，則這些妥協(xié)一定變得越夸大。

對于變焦鏡頭存在許多可能的設(shè)計，最復雜的那些具有三十個以上的單獨透鏡元件和多個移動部分。但是，大多數(shù)遵循相同的基本設(shè)計。一般地，它們包括可以或固定(其中它們沿光軸的位置保持相同)或沿透鏡的主體軸向地滑動的大量的單獨構(gòu)成透鏡。當變焦鏡頭的倍率改變時，補償焦平面的任何移動以保持聚焦的圖像清晰?？赏ㄟ^機械手段(在鏡頭的倍率改變的同時移動整個透鏡組件)或者以光學方式(布置焦平面以在鏡頭變焦時盡可能小變化)完成這種補償。

變焦鏡頭的已知的簡單方案(諸如圖1A、圖1B、圖1C中的變焦鏡頭的方案)包括由固定和可移動透鏡元件形成的與標準、固定焦距拍攝鏡頭類似的聚焦鏡頭，該聚焦鏡頭的前面是無焦變焦系統(tǒng)。無焦變焦系統(tǒng)被構(gòu)建為不聚焦光，而是改變行進通過它的光束的大小，并由此改變透鏡系統(tǒng)的總倍率。圖1A、圖1B、圖1C的例子示出由兩個正透鏡L₁和L₃以及在這兩個正透鏡之間的負透鏡L₂形成的失焦系統(tǒng)。透鏡L₃被固定，但透鏡L₁和L₂可按照特定的非線性關(guān)系軸向地移動。當負透鏡L₂從透鏡的前面向其后面移動時，透鏡L₂按拋物線弧向前以及然后向后移動。通過這樣做，變化了系統(tǒng)的總角倍率，從而改變整個變焦鏡頭的有效焦距。在圖1A、圖1B、圖1C所示的三個實例中的每一個中，三透鏡系統(tǒng)是失焦的(不發(fā)散光也不會聚光)，并由此不改變透鏡的焦平面的位置。而在與圖1A、圖1B、圖1C對應(yīng)的點之間，系統(tǒng)不是準確失焦的，但焦平面位置的變化可保持足夠小(在0.01mm的量級上)以不對圖像的清晰度造成顯著的改變。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過將微距鏡頭構(gòu)建為與外部機構(gòu)(被配置為微距鏡頭外殼布置的一部分)可操作地協(xié)作的至少兩個單獨構(gòu)成透鏡的共軸組件，以諸如形成、以及施加力給組件以變化構(gòu)成透鏡的兩個相互面對表面之間的接觸區(qū)域，以及可逆地減小這些相互面對表面中的至少一個在接觸區(qū)域內(nèi)的曲率，來解決改變微距鏡頭的有效焦距的問題。微距鏡頭的單獨透鏡被配置為具有至少一個柔性扁長非球面表面，其曲率可響應(yīng)于外部施加的力而變化(至少在圍繞光軸的區(qū)域中)。

根據(jù)本發(fā)明的相關(guān)實施例，通過提供其中的至少兩個在位于微距鏡頭的軸上的點處接觸的共軸排列(陣列)的單獨構(gòu)成透鏡并且利用用于軸向壓縮該透鏡的陣列的至少一部分的構(gòu)件使得在軸上點處接觸的透鏡的至少一個表面響應(yīng)于軸向地施加壓力(并且可選地響應(yīng)于系統(tǒng)的部件的微小軸向移動)而變形以增加這些表面在關(guān)于軸的區(qū)域中的曲率半徑，來解決變化多元件微距鏡頭的焦距的問題。

結(jié)構(gòu)表面的編號。在描述本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)或這種系統(tǒng)的子集的實施例中的元件或部件的次序時，除非另外說明，否則本文一般遵循以下的慣例。在操作中和/或當安裝時，從物體開始沿入射在透鏡系統(tǒng)上的光的方向觀看的透鏡組件的依次定位的結(jié)構(gòu)元件的表面的次序為升序，其中，這些表面被稱為第一表面(或表面1、表面I)、第二表面(或表面2、表面II)、第二表面(或表面3、表面III)、第四表面(或表面4、表面IV)和其它表面(如果這些表面存在的話)。例如，在圖1A、圖1B、圖1C的情況下，光的入射方向被指示為z軸。因此，一般地，本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)元件(諸如各單獨光學元件)的表面被數(shù)字標記，以對應(yīng)于與透鏡系統(tǒng)的前面部分并且接近物體的表面開始，以對應(yīng)于組件的后面部分并且接近像平面的表面結(jié)束。因此，術(shù)語“在…后面”指代在空間上跟隨其它某物的位置的位置，并且表明，當從透鏡組件的前面觀看時，該一個元件或物體處于另一個元件或物體的后面。類似地，術(shù)語“在…前面”指代從組件的前面觀看時相對于特定元件靠前的地點或位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，配置透鏡使得諸如通過表面I接收光(從環(huán)境介質(zhì)入射于透鏡上)；當表面的次序和/或各單獨元件的參數(shù)相比于特定的配置改變時，光學特性的改變和微距鏡頭的操作可能是急劇且不可預測的，并且需要分開的考慮。換句話說，給定的微距鏡頭或其構(gòu)成元件相對于入射光的取向的任意改變相對于物體成像不提供與已被配置的這種給定的微距鏡頭等同或類似的結(jié)果。

出于本公開和所附的權(quán)利要求的目的，應(yīng)用于特定的特性或質(zhì)量描述符的術(shù)語“基本上”意味著“大部分”、“主要地”、“在很大程度上但未必完全相同”，以諸如合理地指示近似的語言并且描述特定的特性或描述符，使得其范圍被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。使用該術(shù)語既不暗示也不提供用于無定性(undefiniteness)以及用于向特定的特性或描述符添加數(shù)值限制的任何基礎(chǔ)。例如，提到基本上與基準線或平面平行的矢量或線要被解釋為沿與基準線或平面的方向相同或者非常臨近(例如，具有相對基準方向的被考慮為是本領(lǐng)域中實際上典型的角度偏差)的方向延伸的這種矢量或線。作為另一例子，在提到特定表面時使用術(shù)語“基本上展平”，暗示在眼前的特定情形下，這種表面可具有如本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的那樣被定尺寸并且被表達的某種程度的不展平和/或粗糙度。在本領(lǐng)域中已知，術(shù)語“球面表面”一般指的是形成球的表面的一部分的表面，而術(shù)語非球面表面或類似的術(shù)語一般指的是在識別的邊界內(nèi)空間地偏離球面表面的表面。

例子I：一般考慮

圖2A、圖2B、圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的想法構(gòu)建和可操作的可變焦微距鏡頭系統(tǒng)的實施例1400的側(cè)視圖和前視圖的示意性例示。一般地，本發(fā)明的微距鏡頭包括在外殼1460內(nèi)依次設(shè)置并且關(guān)于光軸(示為1450)共軸的多個單獨透鏡(示為透鏡1410、1420、1430、1440)的組(train)(陣列)，其中外殼1460具有限定在外殼1460中的中空體積的外殼體。透鏡1410的前表面(表面I，沒有標記)與微距鏡頭的前面對應(yīng)。單獨透鏡1410、1420、1430和1440被設(shè)置在中空中。一般地，外殼1460在前面部分1460A處裝配有適當?shù)淖柚乖?未示出)，以保持透鏡處于外殼的中空內(nèi)。如圖所示，每兩個直接相鄰的透鏡在相應(yīng)的軸點處相互鄰接，使得這兩個直接相鄰透鏡的互相面對表面在軸點處相互接觸。例如，如圖所示，系統(tǒng)的表面II、III(分別與透鏡1410、1420對應(yīng))在軸點C處接觸，而系統(tǒng)的表面VI、VII(分別與透鏡1430、1440對應(yīng))在軸點S處接觸。根據(jù)本發(fā)明的想法，本發(fā)明的微距鏡頭系統(tǒng)的互相接觸表面對的表面中的至少一個是扁長非球面表面。例如，表面II、III中的至少一個關(guān)于軸1450具有扁長非球面輪廓。具有非球面表面(或非球面)的透鏡在本領(lǐng)域中認為是表面輪廓不是球形或圓柱形的一部分(或球面表面或圓柱形表面)的透鏡。非球面的表面輪廓通常被定義為表示在距離光軸給定距離處表面距頂點的位移的函數(shù)。這種函數(shù)的參數(shù)包括曲率半徑和在頂點處限定的圓錐常數(shù)(或圓錐參數(shù))。扁長非球面是圓錐常數(shù)的值處于-1與0之間的非球面表面。術(shù)語表面被用于指示兩個介質(zhì)之間的邊界或者可觸知元件的邊界或空間限制；表面被理解為具有長度和寬度但不具有厚度。

在外殼1460的后面部分上，致動活塞1470被配合(在本領(lǐng)域中已知)，以諸如允許作為沿軸1450移動活塞1470的結(jié)果向透鏡組施加壓力。圖2A和圖2B例示活塞1470處于中立位置時的實施例1400的狀態(tài)，中立位置由系統(tǒng)的透鏡與活塞的表面之間沒有交互作用的軸向力限定。在這些情境下，如圖2B的前視圖所示，基本上沒有透鏡系統(tǒng)的內(nèi)部表面的中的任意一個被展平(換句話說，構(gòu)成透鏡1410、1420、1430和1440中的每一個維持其原本的形狀)。在操作中(以及參照圖3A、圖3B)，活塞1470沿軸1450(例如以箭頭1474標示的方向被致動)以諸如向系統(tǒng)1400的單獨透鏡施加軸向指向的(沿光軸方向指向的)壓力。

可以理解，取決于特定的設(shè)計，活塞1470可被具體地構(gòu)建為或者向最外面的透鏡1440施加壓力(由此創(chuàng)建沿著箭頭1474指向的力F并且軸向壓縮透鏡1410、1420、1430和1440的組合)或者向系統(tǒng)中的另一透鏡施加壓力。(在一個特定的實現(xiàn)中，例如，活塞1470可被構(gòu)建為向透鏡1420施加壓力，由此軸向壓縮透鏡1410和1420，以諸如使其展平或者增加互相面對表面II、III中的至少一個的曲率半徑)。但是，在一般的情況下，如圖3A所示，活塞1470通過向接近活塞1470的透鏡1440施加軸向指向力來壓縮實施例1400的整個透鏡組。作為結(jié)果，并且依據(jù)由活塞1470的移動導致的軸向施加力的強度，直接相鄰透鏡的相互面對表面中的至少一個變形，使得，在這種表面上，形成以軸為中心的壓平的(即，以光軸為中心，并且與獨立的透鏡的形狀相比，被展平的)區(qū)域1480。展平的區(qū)域1480的半徑依據(jù)增加的力F而增加。圖3B例示出具有依據(jù)增加的力F而增加的分別對應(yīng)的半徑R_i的這種區(qū)域1480的演進1480A。

應(yīng)當理解，在一個實施例中，兩個直接相鄰透鏡的相互面對表面均被配置為至少在系統(tǒng)的光軸處和/或圍繞系統(tǒng)的光軸的分別對應(yīng)的區(qū)域處改變它們的曲率。在圖2A、圖2B、圖3A、圖3B中的系統(tǒng)的一個實現(xiàn)方式中，表面II和III的曲率均響應(yīng)于活塞1470朝著微距鏡頭1400的前面的重新定位而減小。

作為活塞1470沿相對方向的重新定位的結(jié)果，至少一個構(gòu)成透鏡的表面的以軸為中心的區(qū)域1480的展平過程是可逆和可重復的。為此，透鏡材料用作與活塞1470處的致動壓力的減小成比例地逆轉(zhuǎn)透鏡的致動的彈簧。

在一個特定的實現(xiàn)中，外殼1460是由剛性材料(例如，金屬)制成的圓柱形結(jié)構(gòu)，而活塞1470的致動氣缸由具有大于1000kPA的彈性模量的光學透明材料(例如，諸如聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)制成。透鏡系列中的第一透鏡1410也可制成是具有高的彈性模量(諸如PMMA的彈性模量)的剛性的。內(nèi)部透鏡中的剩余的透鏡(如圖所示，透鏡1420、1430、1440)由諸如具有在0.1kPa～100kPa的范圍內(nèi)的彈性模量的硅樹脂、丙烯酸或collamer的軟得多的材料構(gòu)造。如圖3B所示，至少一個內(nèi)部表面(例如，諸如表面II和/或表面III)在活塞朝著系統(tǒng)1400的前面移動時在剛性活塞1470與剛性透鏡1410之間被壓縮，由此隨著該表面展平到增加的直徑2R_i上(如圖3B所示)，漸進地否定這種表面對整個透鏡系統(tǒng)1400的光焦度的貢獻。可選地但優(yōu)選地，這樣的可變形表面被設(shè)計尺寸為扁長非球面，具有這樣的圓錐常數(shù)，以使得i)作為由于力F引起的機械壓縮所導致的漸進地壓平的結(jié)果，從給定表面的頂點開始，增加這種表面的球形度；ii)最小化表面的壓平的部分(以軸1450為中心)與透鏡表面的環(huán)繞這種壓平的區(qū)域的部分之間的空間過渡的不連續(xù)性；以及iii)最小化貫穿整個光焦度的改變范圍的光學像差，使得當微距鏡頭的互相面對的內(nèi)部表面被漸進地壓平時，討論中的扁長非球面表面的形狀變得更扁平。

合理地選擇材料、厚度和透鏡表面曲率，使得串聯(lián)表面的漸進地“步進”或“分階段”壓平在透鏡焦度的整個幅度上接近球面透鏡。換句話說，討論中的相鄰的相對透鏡表面中的至少一個被限定為使得：在壓平的區(qū)域的直徑響應(yīng)于力F的增加而增加的過程期間，由這種直徑上的變化導致的整個光學系統(tǒng)的光學像差被最小化。相對于外殼殼體的尺寸，合理地選擇活塞尺寸，以便以均勻的方式圍繞活塞的凸緣環(huán)限定由活塞施加于微距鏡頭的構(gòu)成透鏡的壓力。取決于構(gòu)成透鏡的大小和透鏡材料的剛度，可通過使用壓電晶體、液壓系統(tǒng)、伺服電動機或機械螺紋機構(gòu)等施加致動力(這里僅列舉幾種)。構(gòu)成透鏡中的任意一個(特別是表面作為根據(jù)本發(fā)明的實施例施加致動力的結(jié)果被展平的透鏡)可被包括折射率小于透鏡材料的折射率的外殼中空填充流體(液體或氣體，例如，空氣)的環(huán)境介質(zhì)包圍。在這種情況下，通過增加從外部施加于微距鏡頭的壓力，導致微距鏡頭的總光焦度減小。作為替代方案，在特定的實施例中，構(gòu)成透鏡被設(shè)置在諸如硅油的折射率比透鏡材料的折射率更高的流體(例如，諸如硅油)中，以依據(jù)施加于微距鏡頭的壓力逆轉(zhuǎn)屈光光焦度的改變方向。在該后一種情況下，表面被展平的微距鏡頭的給定構(gòu)成透鏡響應(yīng)于其表面的展平的增加而漸進地增加其光焦度。

在相關(guān)的實施例中，微距鏡頭被構(gòu)建為一系列的多個(沿光軸)空間分開的非平移透鏡(non-translating lens)子系統(tǒng)，這些透鏡子系統(tǒng)中的每一個可沿光軸可逆地以及獨立地被壓縮，以創(chuàng)建放大系統(tǒng)和/或傳感器/眼睛聚焦系統(tǒng)。通過被設(shè)計尺寸以具有共同的焦點的空間相互分開的透鏡子系統(tǒng)提供例子。一般地，可在維持這種共同的焦點的同時，響應(yīng)于想要的倍率構(gòu)建(一個或多個)透鏡組件的致動壓力。另外，傳感器(光學檢測器)可被設(shè)置(不管是可重新定位還是在固定位置中)在整個微距鏡頭的焦平面附近。

根據(jù)本發(fā)明的想法構(gòu)建的壓平型可變焦微距鏡頭系統(tǒng)被配置為在高達60屈光度的光焦度的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)操作。如果實施例1400的6個內(nèi)部表面(表面II、III、IV、V、VI和VII)中的每一個平均向系統(tǒng)1400的總光焦度貢獻約10屈光度的光焦度，則例如通過圖3B所示的分階段壓平來否定由這6個內(nèi)部表面提供的光焦度貢獻，使透鏡系統(tǒng)的光焦度減少約60屈光度。一般地，為了最大化可變光焦度的范圍，微距鏡頭系統(tǒng)要求例如幾克的最小致動力，并且，在一些實現(xiàn)中，要求構(gòu)成透鏡約100微米的軸向移動。由本發(fā)明的實施例的活塞施加的致動力在一個實施例中利用壓電晶體或常規(guī)的壓力致動器(出于解釋簡化的原因，沒有示出)來實現(xiàn)。

例子II：多透鏡實施例

如圖4A的特定實施例所示，具有光軸1904的微距鏡頭1900由兩個軸向接觸的透鏡1910、1920形成。在圖4A中示出處于未加壓狀態(tài)(即，當互相接觸的表面II、III不變形時)的布局1900的設(shè)計參數(shù)?？梢岳斫猓瑯擞洖椴Ａ?Glass)的數(shù)據(jù)欄一般包含用于單獨透鏡的材料，該材料可與玻璃材料不同并且可以包括例如塑料材料。在該特定情況下，例如，透鏡1910和1920均由硅樹脂制成。

圖4A、圖4B、圖4C、圖4E和圖4F描繪(相同實施例1900的)構(gòu)成透鏡1910、1920二者的變形和圖像質(zhì)量依據(jù)通過支撐微距鏡頭1900的外殼結(jié)構(gòu)(未示出)的活塞機構(gòu)可逆地施加于表面IV并且軸向地(沿透鏡1900的光軸)指向表面III的壓縮力的演進。在圖5中示出微距鏡頭1900的光焦度的改變對這種軸向力的強度的對應(yīng)依賴性。對于變形的演進的步驟中的每一步驟，在插圖中，伴隨描述透鏡1910、1920的組的數(shù)據(jù)(標為“透鏡數(shù)據(jù)編輯器”)和這兩個透鏡的示意圖，提供光學傳遞函數(shù)(OTF)的曲線圖。

如圖4A所示，在微距鏡頭系統(tǒng)1900的未加壓狀態(tài)中(即，當構(gòu)成的單獨透鏡1910、1920在它們之間沒有任何交互作用力的情況下在軸點P處接觸時)，表面II、III的形狀在它們的頂點的區(qū)域中是具有相應(yīng)的圓錐常數(shù)-12和-15的扁長非球面，而這些表面的球面曲率的半徑分別為-44mm和44mm。對應(yīng)于半徑值以及對應(yīng)的頂點的圓錐常數(shù)的改變，在離散的步驟中示出將表面II、III展平的效果。表面II、III的漸進的壓平造成它們的半徑改變?yōu)閳D4E中的(-500mm、500mm)，以及，在圖4F中，表面II、III的近軸區(qū)域被示為基本上遍及其表面被壓平(被展平)。如圖5所示，以施加小于1.6克的微小軸向力的令人驚奇地小的操作代價，該二透鏡微距鏡頭系統(tǒng)1900指定跨21.7屈光度范圍的總光焦度改變和從約445線每mm(圖4A)到約225線每mm等(圖4F)的調(diào)制傳遞函數(shù)的截止頻率的對應(yīng)改變。圖5的力-光焦度曲線示出利用有限元分析獲取的數(shù)據(jù)。

圖6給出本發(fā)明的實施例的操作方法的示意性流程圖。這里，實施例的操作可以或者通過利用與微距鏡頭的外殼協(xié)作的諸如活塞(在特定的實現(xiàn)方式中)的外部壓縮組件來壓縮單獨構(gòu)成透鏡的組(已在步驟1710中被預組裝成得到的微距鏡頭的光學組)或者可替代地通過在步驟1710中形成這種組件來開始而被啟動。本發(fā)明的實施例的微距鏡頭的形成步驟包括使第一和第二透鏡的表面相互協(xié)作，以諸如在軸點處(即，在表面的頂點處，其中頂點位于光軸上)建立這些表面之間的接觸。在特定的實現(xiàn)方式中，相互接觸表面中的至少一個可被整形為扁長非球面。在步驟1720處，改變微距鏡頭軛具(harness)的元件的操作狀態(tài)以產(chǎn)生沿光軸施加于微距鏡頭的構(gòu)成透鏡上的矢量力。操作狀態(tài)的改變可包括例如位置的改變(在機械活塞或壓縮器的情況下)、(施加至壓電元件的)電壓的改變、壓力的改變(在氣動元件的情況下)。這樣形成的矢量力被轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)的透鏡，以改變系統(tǒng)的直接相鄰透鏡的互相面對表面的接觸區(qū)域，從而在步驟1730處導致互相接觸表面中的至少一個的曲率的改變。在特定的實施例中，展平的步驟可伴隨這種表面中的至少一個的軸向部分的曲率的減小(1740)。可選地，在步驟1740處，當這樣展平的表面是扁長非球面表面時，扁長非球面表面的軸向部分的曲率被有意地比扁長非球面表面的外周部分(包圍軸向部分)的曲率更多地改變。

例子III：多透鏡實施例

在透鏡組(圖7A、圖7B)中包括三個共軸設(shè)置的透鏡的相關(guān)實施例800展示了在類似的表面壓平演進中當實施例的內(nèi)部表面被完全壓平(展平)時出現(xiàn)的43.4屈光度焦度改變。與圖4A～4F的實施例1900相比較，這要求增加外殼軛具布置中的活塞1450的軸向重新定位的范圍。為了簡化例示，示出的實施例800沒有外殼軛具和活塞/壓縮器布置。圖7A示出具有光軸804的三透鏡實施例800的布局，其中，透鏡810、820和830中的直接相鄰透鏡在未加壓的狀態(tài)下相互物理接觸。換句話說，透鏡810和820在表面II和III的軸點O、O′處接觸，以及，透鏡820、830在表面IV和V的軸點O″、O″′處接觸。圖7A還提供表示針對該實施例的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的曲線840和針對這種未加壓狀態(tài)的Zemax透鏡數(shù)據(jù)。在圖7B中示出與透鏡800的內(nèi)部表面的曲率半徑從模量44mm增加到模量300mm對應(yīng)的加壓狀態(tài)中(通過將透鏡810固定在外殼軛具中的同時向表面VI施加軸向指向表面I的力導致的)的透鏡810、820、830的形狀，這里，內(nèi)部表面II、II、IV和V的展平區(qū)域被示意性并且不整體按比例地標為844。應(yīng)當理解，具有多于三個的依次設(shè)置的單獨透鏡的實施例會以基本上類似的方式被構(gòu)建，在這種情況下，可以實現(xiàn)焦距的甚至更大的改變。

如上面已經(jīng)討論的，圖5的曲線圖例示出利用活塞1470來相互壓平具有兩個構(gòu)成透鏡的實施例(諸如圖4A～4F的實施例1900)的表面II、III所要求施加的軸向力依據(jù)透鏡系統(tǒng)的光焦度的改變的依賴性。進一步參照圖2(A、B)、圖3(A、B)，示出了，隨著組中的透鏡的數(shù)目和因為本發(fā)明的軸向壓縮器(活塞)的操作而變形的內(nèi)部表面的數(shù)目的增加，通過使包含多于兩個的單獨透鏡的實施例(例如，圖7A、圖7B的實施例800)的內(nèi)部表面中的每一個與僅具有兩個單獨透鏡的實施例(例如，實施例1900)的內(nèi)部表面變形到相同的程度，則在外殼1460中并且通過活塞1470驅(qū)動的透鏡系統(tǒng)的光焦度的總改變增加。

同時，施加具有相同模量的軸向指向矢量力(向共軸透鏡組)的結(jié)果取決于組中的透鏡的數(shù)目而不同。例如，比較第一微距鏡頭(僅包含單個透鏡)與第二微距鏡頭(包含具有互相展平的相對表面的多個構(gòu)成單獨透鏡，這些透鏡彼此完全相同并且其中的每一個與第一微距鏡頭的單個透鏡相同)：當選擇軸向指向矢量力以使得完全展平構(gòu)成透鏡的互相面對的內(nèi)部表面時，處于未加壓狀態(tài)的具有兩個構(gòu)成透鏡的第二微距鏡頭的總光焦度可減少50％；處于未加壓狀態(tài)的具有三個構(gòu)成透鏡的第二微距鏡頭的總光焦度可減少約67％；并且，處于未加壓狀態(tài)的具有四個構(gòu)成透鏡的第二微距鏡頭的總光焦度可減少約75％。

例子IV：包含多個獨立的多透鏡子系統(tǒng)的微距鏡頭

圖8A、圖8B示出被構(gòu)建為形成微距鏡頭的相關(guān)實施例1600，其中微距鏡頭被配置為作為壓平構(gòu)成實施例1600的透鏡的表面的結(jié)果而提供大的光焦度變化。利用本實施例，可實現(xiàn)的光焦度變化的范圍高達60屈光度。

系統(tǒng)1600的光學組包含于由外殼殼體1604限定的相同的圓柱體積1604A中，并且包含關(guān)于光軸1608共軸連結(jié)的透鏡子系統(tǒng)1610、1620。根據(jù)本發(fā)明的想法，透鏡子系統(tǒng)1610包括各自具有多個透鏡的至少兩個序列。透鏡子系統(tǒng)中的一個的光焦度具有與另一子系統(tǒng)的光焦度的符號相反的符號。在實施例1600的特定例子中，子系統(tǒng)1610具有總的正光焦度，并且包括多個單獨透鏡(示為三個透鏡1610A、1610B、1610C)，這些透鏡中的至少兩個具有在未加壓狀態(tài)下(即，在沒有施加于這種多個透鏡的軸向壓力的情況下)在軸點處相互接觸的相對表面。另一方面，子系統(tǒng)1620被示為整體地以及作為子系統(tǒng)具有負光焦度并且利用間隙1630與子系統(tǒng)1620分開的一組透鏡1620A、1620B、1620C。透鏡1620A、1620B、1620C中的至少兩個具有在未加壓的狀態(tài)下在軸點處相互接觸的表面。這種微距鏡頭的操作要求沿光軸1608施加幾克的最小致動力；透鏡1600在沒有移動透鏡或移動所使用的檢測器元件(與這種透鏡光學通信，未示出)的情況下獲得20倍的光學變焦，以捕獲圖像。另外，可合理地完成約100微米的軸向透鏡移動，以最大化透鏡焦度變化的范圍。在一個實施例中，僅有的諸如矢量力的驅(qū)動力影響被施加于子系統(tǒng)1610、1620，以i)致動微距鏡頭的變焦；ii)在檢測器上聚焦圖像。在操作尺寸方面，認識到根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的具有6mm的入射光瞳的20倍光學變焦鏡頭1600限定約拇指指甲大小(約7mm×10mm)的軸向足跡(表示微距鏡頭沿光軸1608投影到與光軸垂直的平面上的區(qū)域)，具有低至2.0的F數(shù)和在全變焦下范圍從約40度到約12度的全視場(FOV)。

在一個實施例中，可致動在單獨的透鏡組1610、1620中的透鏡，使得一組透鏡的致動不連接或者影響另一組透鏡的致動。例如，如圖所示，可通過構(gòu)建用于向系統(tǒng)1600的光學組施加軸向壓力的構(gòu)件為可一次一個地或者同時地在外殼殼體1604內(nèi)單獨地操作并且不相互干擾的兩個活塞1670A和1670B的組合來實現(xiàn)它。(實踐中，可例如通過均為“現(xiàn)貨供應(yīng)”可用的簡單的壓電晶體或壓力致動器實現(xiàn)它。)

在一個實施例中，剛性外殼圓柱(蓋子)1604和光學透明剛性致動氣缸1670A、1670B由具有大于1000kPa的彈性模量的材料(例如，諸如聚甲基丙烯酸甲酯或者PMMA)制成。內(nèi)部的、第一和第二子系統(tǒng)中的任意一個子系統(tǒng)中的單獨透鏡由比外殼和/或活塞的材料軟得多的材料制成，材料諸如是具有0.1kPa～100kPa的彈性模量的硅樹脂、丙烯酸或collamer(折射率的值大致在從1.3到1.5的范圍內(nèi))。

透鏡子系統(tǒng)1610是根據(jù)在本公開中討論的原理配置的正的壓平型透鏡子系統(tǒng)，使得其折射力隨著施加于子系統(tǒng)的透鏡的軸向壓力的增加而減小。在一個實現(xiàn)方式(在圖8A中示出)中，第二透鏡子系統(tǒng)(子系統(tǒng)1620)是在開普勒配置中的正透鏡裝置，其中，單獨透鏡1620A、1620B、1620C的表面之間的空間被空氣填充。在相關(guān)的實施例(未示出)中，子系統(tǒng)1620是相對于子系統(tǒng)1610設(shè)置的在伽利略配置中的負透鏡裝置。(在子系統(tǒng)1620具有負光焦度并且與正子系統(tǒng)1610一起形成伽利略布置的這種負焦度子系統(tǒng)的實施例的特定情況下，子系統(tǒng)1620由被填充空間1673的高折射率流體而不是空氣分開的正透鏡形成。)利用活塞獨立地操作第一和第二透鏡子系統(tǒng)中的每一個的壓縮以產(chǎn)生倍率并且在檢測器(未示出)上聚焦圖像。

內(nèi)部的壓平表面在剛性活塞元件與剛性蓋子的一部分(諸如活塞1670A與部分1680；或者活塞1670B與部分1682)之間被壓縮。內(nèi)部的相互面對的單獨透鏡表面(相對表面)針對彼此地壓平(展平)，以形成以光軸為中心的展平區(qū)域的演進，該展平區(qū)域具有依據(jù)矢量力的強度的漸進地更大的半徑。隨著表面在增加的直徑上壓平，透鏡表面的這種曲率的變化導致漸進地否定這些表面對總透鏡系統(tǒng)的焦度貢獻。以類似的方式，負透鏡系統(tǒng)與正系統(tǒng)具有相同的結(jié)構(gòu)，除了透鏡被諸如硅油(折射率為約1.5)的高折射率流體間隔開。

在一種特定的情況下，外殼部分1680、1682中的至少一個是環(huán)形的(被設(shè)計尺寸為使得直接相鄰透鏡的僅外周部分可與這種部分接觸)。在另一特定情況下，當外殼由光學透明材料制成時，外殼殼體的部分1680、1682可被構(gòu)建為跨著光軸和直接相鄰透鏡(在圖8A的例子中，為透鏡1610A、1620A)的通光孔徑而橫向延伸的實心部分。通過這樣配置，外殼的識別部分可被整形為光學透鏡自身并且被合理地設(shè)計尺寸以對微距鏡頭的總光學組做貢獻。在這種特定的情況下，透鏡1610A、1620A可以分別與部分1680、1682物理接觸。透鏡1610A、1620A的入射光面對表面形成關(guān)于光軸對稱的展平區(qū)域(被壓平)，其中壓平區(qū)域的半徑依據(jù)活塞1670A、1670B從它們對應(yīng)于透鏡的未加壓狀態(tài)的初始位置沿軸1608的增加的單向重定位而漸進地增加。外殼的識別的部分的這種特定配置允許利用由于將作為相應(yīng)的透鏡的組中的外表面的以及否則根本不會被使用的透鏡表面壓平而引起的總微距鏡頭的光焦度的另外的改變。

子系統(tǒng)1610、1620中的至少一個內(nèi)的內(nèi)部相對透鏡表面中的至少一個被整形為限定例如扁長非球面表面，使得機械壓縮(開始于矢量力被軸向地施加于子系統(tǒng)的透鏡以限定其中的應(yīng)力的時刻，在表面的頂點處)隨著相對表面壓平，增加表面的曲率半徑和界面的球度，以及最小化給定壓平表面的展平部分(以軸1608為中心)與這種表面的周圍的外周部分之間的過渡的不連續(xù)性以及相關(guān)的光學像差。變化材料、厚度和透鏡表面曲率，使得串聯(lián)表面的漸進的“步進”壓平在透鏡焦度的整個幅度上接近球面透鏡。透鏡材料用作與致動壓力的減小成比例地逆轉(zhuǎn)透鏡的致動的彈簧。

圖9A提供對于在伽利略配置中串聯(lián)設(shè)置以產(chǎn)生最高10倍的光學倍率的前部子系統(tǒng)和后部子系統(tǒng)1620A、1620B中的每一個的可變透鏡焦度的曲線圖。依據(jù)利用6mm直徑前部透鏡子系統(tǒng)1610的建模限定可變焦度曲線；透鏡1610A停抵在外殼的部分1680上。透鏡1620的直徑也被選擇為6mm。透鏡1610的后表面(表面VI)與后透鏡1620的前表面(表面VII)之間的分隔被選擇為5mm。透鏡1620A停抵在外殼的部分1682上。微距鏡頭1600至檢測器的后焦距被定義為5mm。

圖9B提供對于在開普勒配置中串聯(lián)設(shè)置以產(chǎn)生最高20倍的光學倍率的前部和后部子系統(tǒng)1620A、1620B中的每一個的可變透鏡焦度的曲線圖。依據(jù)利用6mm直徑前透鏡子系統(tǒng)1610的Zemax^TM建模限定可變焦度曲率；透鏡1610A停抵在外殼的部分1680上。透鏡1620的直徑也被選擇為6mm。透鏡1610的后表面(表面VI)與后透鏡1620的前表面(表面VII)之間的分隔被選擇為8mm。透鏡1620A停抵在外殼的部分1682。微距鏡頭1600至檢測器的后焦距被定義為5mm。

圖10A和圖10B例示在開普勒配置中由相對于彼此取向的正透鏡子系統(tǒng)1610和負透鏡子系統(tǒng)1620限定的微距鏡頭的操作參數(shù)。圖10A例示未加壓狀態(tài)(其中，微距鏡頭1600的總有效焦距等于10mm)，而圖10B例示加壓狀態(tài)，該加壓狀態(tài)源自子系統(tǒng)1610、1620中的至少一個的構(gòu)成透鏡中的至少一個的表面中的至少一個的軸向區(qū)域的展平。在這種加壓狀態(tài)中的微距鏡頭的有效焦距為42mm。(標記R、G、B指示在Zemax中設(shè)定的主要默認紅色，綠色和藍色波長處的光的透射。)圖10A、圖10B的數(shù)據(jù)示出在使子系統(tǒng)1610、1620之間的距離維持為常數(shù)且使微距鏡頭1600的最后(后)表面與像平面之間的分隔維持恒定時在該微距透鏡組的光焦度改變的連續(xù)范圍中的兩個離散點處的倍率改變。

圖11給出根據(jù)參照圖8A、圖8B在上面一般性討論的開普勒或伽利略配置構(gòu)建的實施例的操作方法的示意性流程圖。通過在步驟1120處利用分別對應(yīng)的多個外部壓縮組件(例如，諸如活塞)軸向壓縮多組的單獨構(gòu)成透鏡中的至少一組(這些組中的每一個已在步驟1110中被預組裝成得到的微距鏡頭的光學組)，啟動實施例的操作。分別對應(yīng)的活塞與微距鏡頭的外殼可操作地協(xié)作。

作為替代方案，通過在步驟1110處相對于彼此共軸地定位多個空間分開的單獨構(gòu)成透鏡的組來初始化方法，以形成微距鏡頭。當多組透鏡中的第一組被構(gòu)建為具有正光焦度且多組透鏡中的第二組被構(gòu)建為具有負光焦度時，得到的微距鏡頭被構(gòu)建為具有伽利略配置。當多組透鏡中的第一組和第二組中的每一個具有對應(yīng)的正光焦度時，得到的微距鏡頭被構(gòu)建為具有伽利略配置。在步驟1110處形成微距鏡頭可包括通過將整體地具有正光焦度的一組透鏡嵌入折射率超過制造這種透鏡的材料的折射率的介質(zhì)中來形成作為組整體地具有負光焦度的單獨透鏡的組。本發(fā)明的實施例的微距鏡頭的形成步驟包括使給定組的透鏡中的多個透鏡中的第一和第二透鏡的表面相互協(xié)作，以在軸點處(即，在表面的頂點處，其中定點位于光軸上)建立這些表面之間的接觸。

在一個實現(xiàn)方式中，相互接觸表面中的至少一個可以是扁長非球面表面。(具體地，這種表面中的至少一個的直接接近光軸的一個空間限制部分具有由具有在-1～0的范圍內(nèi)的值的圓錐常數(shù)限定的形狀)。在步驟1120處，改變微距鏡頭軛具的元件的操作狀態(tài)以產(chǎn)生沿光軸施加于微距鏡頭的構(gòu)成透鏡的矢量力。操作狀態(tài)的變化可包括例如位置的變化(在機械活塞或壓縮器的情況下)、(施加于壓電元件上的)電壓的變化、壓力的變化(在氣動元件的情況下)。這樣形成的矢量力被轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)的透鏡，以改變系統(tǒng)的直接相鄰透鏡的互相面對表面的接觸區(qū)域，導致在步驟1130處互相接觸表面中的至少一個的曲率的改變。在特定的實施例中，展平的步驟可伴隨這種表面中的至少一個的軸向部分的曲率的減小(1140)?？蛇x地，在步驟1140處，當這樣展平的表面是扁長非球面表面時，扁長非球面表面的軸向部分的曲率可被有意地比扁長非球面表面的外周部分(包圍軸向部分)的曲率更多地改變。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，用于操作根據(jù)本發(fā)明的想法的微距鏡頭(至少具有第一和第二透鏡)的方法一般包括(i)使入射在微距鏡頭的前表面上的光透射通過微距鏡頭的(在以光軸為中心的第一接觸區(qū)域處相互接觸的)兩個表面，以形成第一圖像，該第一接觸區(qū)域具有第一表面面積；和(ii)以沿著光軸的第一方向相對于兩個表面中的第二個軸向地重新定位兩個表面中的第一個，以在兩個表面中的第一個與第二個之間形成第二接觸區(qū)域，第二接觸區(qū)域具有第二表面面積，第一表面面積和第二表面面積相互不同。在特定的實現(xiàn)方式中，軸向重新定位的步驟在不改變第一和第二構(gòu)成透鏡的軸向位置的情況下被完成。該方法還包括以沿光軸的第二方向(與第一方向相對)相對于兩個表面中的第二個軸向重新定位兩個表面中的第一個，以在兩個表面中的第一個與第二個之間形成第三接觸區(qū)域，其中，第三接觸區(qū)域具有第三表面面積(可選地，等于第一表面面積)。作為替代方案，或者，另外地，該方法包括從微距鏡頭外部的元件(例如第一和第二構(gòu)成透鏡中的至少一個的外周部分的外部)傳遞機械能量的步驟和/或使入射光透射通過具有第二接觸區(qū)域的微距鏡頭以形成第二圖像的步驟。方法還包括作為相對于兩個表面中的第二個軸向重新定位兩個表面的第一個的步驟的結(jié)果而改變兩個表面中的第一個與第二個中的至少一個的圓錐常數(shù)的值的步驟和/或改變兩個表面中的第一個與第二個中的至少一個的曲率的步驟。實際的重新定位的步驟可包括增加由兩個表面中的一個表面沿光軸施加于兩個表面中的所述另一個表面的矢量力以使得第二表面面積比第一表面面積更大，和/或展平具有兩個表面中的第一個與第二個中的至少一個表面的頂點的表面以將第二接觸區(qū)域限定為具有展平的表面。方法還可包括通過在兩個表面中的第一個與第二個的頂點之間形成接觸來限定第一接觸區(qū)域，其中兩個表面中的第一個的頂點是扁長非球面表面的頂點。在特定的情況下，當微距鏡頭包括與第一和第二透鏡共軸設(shè)置并且與第一和第二透鏡通過間隙分開的第三透鏡時，方法另外包括使入射光透射通過這種第三透鏡的表面并且展平該表面的一部分的步驟，該部分相對于光軸對稱。

本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，根據(jù)本發(fā)明的微距鏡頭的想法，一個、兩個或更多的單獨的壓平透鏡元件被共軸定位于獨立致動的活塞/氣缸外殼布置中，該活塞/氣缸外殼布置被設(shè)計尺寸以穩(wěn)定和維持這些多個透鏡元件的位置并且被構(gòu)建為向分階段的壓平表面施加均勻的壓力以諸如變化壓平表面中的每一個中的壓平區(qū)域的直徑。響應(yīng)于想要的輸出(諸如微距鏡頭像差的減輕和/或焦距)，限定施加于壓平型微距鏡頭系統(tǒng)的壓力的量?；钊麣飧淄鈿び赏ㄟ^透鏡孔徑的光學透明材料和沿外殼的“桶”的光吸收表面(例如，暗顏料)構(gòu)成。構(gòu)成可包括諸如剛性玻璃或丙烯酸(諸如PMMA)的材料。壓平型透鏡在前面被描述為具有非球面表面的機械軟材料，以創(chuàng)建分階段的壓平。響應(yīng)于改變的壓力，分階段地將透鏡的表面的非球面性壓平以及同心，使變形的像差最小化并且有助于利用微距鏡頭形成的圖像的光學質(zhì)量。以均勻的方式圍繞活塞的凸緣環(huán)的周圍(即，施加于微距鏡頭的外周部分或其部件)施加活塞壓力。取決于構(gòu)成透鏡的和壓平型透鏡材料的剛度，可通過壓電晶體、液壓系統(tǒng)、伺服電動機或機械螺紋機構(gòu)施加致動壓力。各壓平透鏡組件可為正或負，并且被嵌入于(被包圍在)環(huán)境介質(zhì)中，該環(huán)境介質(zhì)包括折射率或者高于或者低于制造壓平型透鏡的材料的折射率的流體。換句話說，給定壓平型透鏡的光焦度可響應(yīng)于通過諸如活塞的外部元件施加于透鏡的壓力而增加或減小(即，與未加壓狀態(tài)相比，變得更正的或更負的)。

獨立致動的透鏡組件可被放置在一系列的兩個或更多個的非平移透鏡中，以創(chuàng)建放大系統(tǒng)和傳感器/眼睛聚焦系統(tǒng)。在一種情況下，該系列的透鏡被形成為失焦系統(tǒng)，其中該系列中的透鏡的組具有共同的焦點。這種系列的透鏡可被設(shè)計尺寸，以將透射通過該系列的光聚焦于相對于微距鏡頭的最后的透鏡元件的想要的固定位置處的傳感器上。微距鏡頭的第一和第二(或更多)構(gòu)成透鏡元件以及檢測器或傳感器在靜止、固定的位置中操作，以產(chǎn)生諸如放大、聚焦和像差減輕的協(xié)作輸出。

在本公開所附的權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明意在根據(jù)本公開被整體評價。公開的多個方面或者這些方面的多個部分可通過以上未列出的方式被組合。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為限于所公開的實施例。