用于液体透镜的温度漂移补偿
阅读：645发布：2022-12-16
专利汇可以提供用于液体透镜的温度漂移补偿专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种透镜，该透镜包括限定了填充有透明液体(2)的容积(V)的容器(100)，其中该容器(100)包括：透明且可弹性 变形 的膜(20)和刚性构件(30)，其中，膜(20)和刚性构件(30)界定所述容积(V)；以及透镜成形元件(200)，该透镜成形元件 接触 膜(20)并限定所述膜(20)的一区域(21)，该区域(21)具有可调节 曲率 以用于调节透镜(1)的焦距。根据本发明，该透镜(1)被配置成对由于液体(2)的 温度 升高引起的液体(2)的 热膨胀 和/或液体(2)的折射率的变化进行补偿，以便减少所述透镜(1)的焦距的不期望的热致变化。，下面是用于液体透镜的温度漂移补偿专利的具体信息内容。
1.一种透镜，包括：
-容器(100)，所述容器限定了填充有透明液体(2)的容积(V)，其中，所述容器(100)包括透明且能弹性变形的膜(20)和刚性构件(30)，其中，所述膜(20)和所述刚性构件(30)界定所述容积(V)；以及
-透镜成形元件(200)，所述透镜成形元件接触所述膜(20)并限定所述膜(20)的一区域(21)，所述区域(21)具有可调节曲率以用于调节所述透镜(1)的焦距，
其特征在于：
所述透镜(1)被配置成对由于所述液体(2)的温度升高而引起的所述液体(2)的热膨胀和/或所述液体(2)的折射率的变化进行补偿，以便减少所述透镜(1)的焦距的不期望的热致变化。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述容器(100)还包括用于对所述液体(2)的所述热膨胀进行补偿的环构件(50)，其中，所述环构件(50)连接至所述刚性构件(30)并且沿着延伸平面周向地延伸并且在垂直于所述延伸平面的方向(z)上具有一尺寸。
3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述环构件(50)的线性热膨胀系数是以下中之一：等于、小于或大于所述液体(2)的线性热膨胀系数。
4.根据权利要求2或3所述的透镜，其特征在于，所述环构件(50)与所述液体(2)热接触并且被配置成当所述液体(2)的温度升高时膨胀，使得所述容积(V)增大，其中，所述容积(V)的增大对应于当所述液体(2)的温度升高时发生的所述液体(2)的体积(VL)的增大，使得当所述液体(2)的温度升高时，所述透镜(1)的所述区域(21)的曲率保持恒定。
5.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述容积(V)包括具有第一直径(D1)的第一部段(V1)，并且其中，所述容积(V)包括相邻的第二部段(V2)，所述第二部段具有的第二直径(D2)大于所述第一部段(V1)的第一直径(D1)，并且其中，所述部段(V1、V2)在垂直于所述直径(D1、D2)的方向上具有不同的高度。
6.根据权利要求2至5中的一项所述的透镜，其特征在于，所述刚性构件(30)具有的线性热膨胀系数小于所述环构件(50)的和/或所述液体(2)的所述线性热膨胀系数。
7.根据权利要求2至6中的一项所述的透镜，其特征在于，所述环构件(50)布置在所述刚性构件(30)的周向凹槽(31)中。
8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述环构件(50)在垂直于所述延伸平面的所述方向(D)上从所述凹槽(31)突出，或者其中，所述环构件(50)完全布置在所述凹槽(31)中。
9.根据权利要求2至8中的一项所述的透镜，其特征在于，所述环构件(50)在所述方向(z)上的热膨胀由固定装置(60)抑制，使得所述环构件(50)主要在垂直于所述方向(z)延伸的径向方向(R)上热膨胀。
10.根据权利要求2至8中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)包括双金属致动器(71、72)，所述双金属致动器被配置成使所述环构件(50)或所述容器(100)在所述方向(z)上膨胀，以用于对所述容积中的所述液体的热膨胀进行补偿。
11.根据权利要求2或3所述的透镜，其特征在于，所述容器(100)还包括用于对所述液体(2)的所述热膨胀进行补偿的腔室(80)，所述腔室(80)限定与所述容积(V)分隔开的另外的容积(V3)，所述另外的容积(V3)填充有另外的液体(2')，其中，特别地所述另外的容积(V3)在所述方向(z)上具有的尺寸大于所述液体(2)或容积(V)在相同方向(z)上的尺寸，其中，特别地所述另外的容积(V3)延伸到所述刚性构件(30)的周向凹槽(32)中，并且还由所述环构件(50)和另外的环构件(81)界定，其中，所述环构件(50)在所述方向(z)上从所述凹槽(32)的内边缘(32a)突出并且由在所述方向(z)上从所述凹槽(32)的外边缘(32b)突出的所述另外的环构件(81)包围。
12.根据权利要求2至6中的一项所述的透镜，其特征在于，所述刚性构件(30)包括沿所述延伸平面延伸的基部(300)和在垂直于所述平面的所述方向(z)上从所述基部(300)突出的突出部(301)，其中，所述环构件(50)包围所述突出部(301)，并且其中特别地，所述环构件(50)和所述突出部(301)限定了被所述液体(2)填充的周向间隙(35)，所述间隙(35)形成所述容器(100)的所述容积(V)的一部分。
13.根据权利要求12所述的透镜，其特征在于，所述突出部(301)包括面向所述膜(20)的正面(301a)，其中，所述正面(301a)包括凹部(301b)。
14.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述刚性构件(30)形成面向所述膜(20)的透明光学元件，特别地为校正光学元件，特别地为透镜。
15.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述膜(20)连接至所述环构件(50)且，特别地连接至所述环构件(50)的背离所述刚性构件(30)的正面(50a)。
16.根据权利要求1至9中的一项所述的透镜，其特征在于，所述刚性构件(30)包括用于使光通过所述刚性构件(30)的通孔(303)，其中，所述膜(20)连接至所述刚性构件(30)，并且其中，透明光学元件(90)连接至所述环构件(50)并面向所述膜(20)。
17.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，为了补偿所述液体(2)的所述热膨胀，所述透镜(1)包括与所述液体(2)热接触的第一弹簧装置和第二弹簧装置(5、6)，其中，每个弹簧装置均被预加载荷成抵靠所述膜(20)，使得所述膜处于力平衡位置，其中，所述两个弹簧装置(5、6)在一定的温度范围内具有不同的杨氏模量变化，使得所述膜(20)的所述力平衡位置以下述方式依赖于所述液体(2)的温度：所述方式即对所述液体(2)的所述热膨胀和/或折射率变化进行补偿以便使所述透镜的所述焦距保持恒定。
18.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述容器(100)包括底部(111)，所述底部包括膨胀元件(110)，所述膨胀元件(110)连接至所述刚性元件(30)并且面向所述膜(20)，其中，所述膨胀元件(110)被配置成随着温度升高而膨胀，使得所述容器(100)的所述底部(111)向外弯曲以对所述液体(2)的热膨胀进行补偿。
19.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述容器(100)包括具有负热膨胀系数的收缩元件(112)，其中，所述收缩元件(112)参与界定所述容器(100)的所述容器(V)，使得所述收缩元件(112)随着温度升高而收缩，从而引起所述容器的容积(V)增大，以用于对所述液体(2)的所述热膨胀进行补偿。
20.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述透镜包括泵(120)，所述泵被配置成将不连续量的液体(2)泵送入或泵送出所述容积(V)，以便对由于所述液体(2)的温度升高而同时引起的所述液体(2)的热膨胀和所述液体(2)的折射率的变化进行补偿。
21.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述容积(V)被分成透镜容积(V’)和与所述透镜容积(V’)流动连接的贮存器容积(V”)，其中，所述贮存器容积(V”)被配置成当所述液体(2)的温度升高时膨胀，使得所述贮存器容积(V”)增大，其中，所述贮存器容积(V”)的增大对应于当所述液体(2)的温度升高时发生的所述液体(2)的体积(VL)的增大，使得所述膜(20)的所述区域(21)的曲率在所述液体(2)的温度升高时保持恒定。
22.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)还包括致动器(40)，所述致动器被配置成调节所述膜(20)的所述区域(21)的曲率，以便通过在所述膜(20)上施加力来调节所述透镜(1)的焦距。
23.根据权利要求22所述的透镜，其特征在于，所述致动器被配置成作用于所述膜(20)，以便经由构成杠杆的至少一个弹簧元件(206)来调节所述区域(21)的曲率。
24.根据权利要求21和22所述的透镜，其特征在于，所述致动器(40)被设计成将液体(2)从所述贮存器容积(V”)推出到所述透镜容积(V’)中，以用于调节所述膜(20)的所述区域(21)的曲率。
25.根据权利要求22所述的透镜，其特征在于，所述致动器(40)通过弹簧构件(401、
402)被预张紧成抵靠所述膜(20)，以用于对所述液体(2)的随着温度的所述折射率的变化和/或所述液体(2)的随着温度的热膨胀进行补偿。
26.根据权利要求22所述的透镜，其特征在于，为了对所述液体(2)的所述折射率的变化和/或所述液体(2)的热膨胀进行补偿，所述致动器(40)包括线圈(41)和热耦接至所述液体(2)的温度依赖型电阻器(45)，其中，所述电阻器(45)被配置成使得当所述液体(2)的温度升高时，流过所述线圈(41)的电流：
-减小，使得所述致动器(40)在所述膜(20)上的力也减小，或
-增大，使得所述致动器(40)在所述膜上的力也增大。
27.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)被配置成对由于所述液体(2)的温度变化而引起的所述液体(2)的热膨胀或收缩和/或所述液体(2)的折射率的变化进行补偿，以便减少所述透镜(1)的焦距的不期望的热致变化。
28.根据权利要求27所述的透镜，其特征在于，所述液体(2)的温度变化由所述透镜(1)的外部温度变化和/或所述透镜的至少一个内部热源引起。
29.根据权利要求27或28所述的透镜，其特征在于，所述温度变化导致所述液体(2)的温度的不均匀分布。
30.根据权利要求27至29中的一项所述的透镜，其特征在于，所述温度变化是时间依赖型的。
31.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)包括致动器(40)，所述致动器被配置成调节所述膜(20)的所述区域(21)的曲率，以便调节所述透镜(1)的焦距。
32.根据权利要求31所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)包括控制单元(46)，所述控制单元被配置成提供用于控制所述致动器(40)的控制信号，以便调节所述透镜的所述区域(21)的曲率，其中，所述控制信号被生成使得其补偿所述温度变化。
33.根据权利要求32所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)包括至少一个传感器，其中，所述控制单元(46)被配置成使用来自所述至少一个传感器的值生成所述控制信号，其中，所述至少一个传感器特别地为下述中之一：被配置成测量所述透镜(1)内或靠近所述透镜(1)处的温度的温度传感器(700)；被配置成测量所述致动器(40)或所述膜(20)的位移的位移传感器(702)；被配置成检测所述透镜(1)相对于所述透镜(1)的环境的相对运动或加速度的运动传感器(703)；被配置成测量所述致动器(40)的功率的传感器(704)。
34.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)包括用于存储由所述至少一个传感器测量的所述值的存储器(701)。
35.根据前述权利要求中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)包括通过校准所述透镜(1)获得的并存储在校准数据存储器中的校准数据。
36.根据权利要求32至35中的一项所述的透镜，其特征在于，所述控制单元(46)被配置成执行使用所述值和/或校准数据以及功能模型生成所述控制信号的控制算法(ii、iii)，以便补偿所述温度变化。
37.根据权利要求36所述的透镜，其特征在于，所述控制算法包括至少两个子控制算法(ii、iii)，所述至少两个子控制算法特别地涉及对所述透镜(1)的焦距的热漂移进行补偿的不同方面，所述子控制算法由所述控制单元(46)并行地或串行地执行。
38.根据权利要求37所述的透镜，其特征在于，所述控制算法包括第一子控制算法和第二子控制算法(ii、iii)，其中，所述控制单元(46)被配置成串行地执行这两个子控制算法(ii、iii)，其中，在假定所述透镜(1)的液体(2)内的热分布均匀的情况下，所述第一子控制算法(ii)考虑所述液体(2)的温度的时间依赖型变化，特别地为温度梯度，而所述第二子控制算法(iii)考虑所述液体(2)的温度的总体变化。
39.根据权利要求38所述的透镜，其特征在于，所述第一子控制算法(ii)使用描述所述液体(2)的温度的所述时间依赖型变化的功能模型，其中，所述第一子控制算法(ii)被配置成动态地调节所述透镜(1)的焦距，所调节的焦距形成用于所述第二子控制算法(iii)的输入。
40.根据权利要求31所述的透镜，其特征在于，所述致动器(40)包括：用于调节所述透镜(1)的所述膜(20)的所述区域(21)的曲率的至少第一线圈(41)，和围绕所述致动器(40)的所述至少一个第一线圈(41)缠绕的第二线圈(43)。
41.根据权利要求40所述的透镜，其特征在于，所述第二线圈(43)包括多个绕组，其中，所述绕组中的一半(43a)沿一缠绕方向缠绕，而所述绕组的另一半(43b)沿相反的缠绕方向缠绕，使得所述第二线圈(43)不在所述膜(20)上施加任何力，其中，所述透镜(1)被配置成调节流过所述第二线圈(43)的电流，使得所述至少一个第一线圈(41)和所述第二线圈(43)的总消耗功率保持恒定，并且由所述致动器(40)产生的局部热源分布不改变。
42.根据权利要求40所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)被配置成调节所述至少一个第一线圈(41)和所述第二线圈(43)中的电流之间的比，使得总功率恒定并且由所述致动器(40)产生的局部热源分布不改变。
43.根据权利要求31至42中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)的所述致动器(40)被配置成在占空比期间调节所述透镜(1)的所述膜(20)的所述区域(21)的曲率，其中，所述透镜(1)被配置成在相应的占空比之外以不同的功率来驱动所述致动器(40)，其中，所述功率被选择为使得所述致动器(40)的平均总功率保持恒定。
44.根据权利要求31至43中的一项所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)被配置成使用下述中之一对所述液体(2)内的温度梯度进行补偿：所述致动器(40)与所述液体(2)的容器(100)的空间分离；热绝缘；将所述膜(20)布置在透镜成形元件(200)内或上，或者布置在被配置成引起消减的温度梯度的保持装置内或上；由所述透镜(1)包括的加热器(705)，所述加热器(705)被配置成保持透镜温度恒定；主动或被动型冷却装置。
45.根据权利要求31至44中的一项所述的透镜，其特征在于，所述致动器(40)被配置成产生用于调节所述透镜(1)的所述膜(20)的所述区域(21)的曲率的致动器力，其中，所述致动器力的变化导致由膜(20)的依赖于温度的粘弹性引起的膜应变软化。
46.根据权利要求44所述的透镜，其特征在于，所述透镜(1)被配置成测量所述膜(20)的偏转以确定所述膜(20)的所述应变软化，其中，所述控制单元(46)被配置成对温度依赖型应变软化进行补偿。
47.一种光学设备(10)，包括：
-面向彼此的第一透明盖元件和第二透明盖元件(800、801)，
-侧壁(802)，所述盖元件(800、801)经由所述侧壁彼此连接，使得形成容器(803)，-其中，所述容器(803)填充有具有温度依赖型折射率的透明液体(804)，其特征在于，所述光学设备(10)包括三个销组件(900)，所述三个销组件被设计成使所述第一盖元件(800)相对于所述第二盖元件(801)倾斜，以便将所述容器(803)形成为用于使通过所述容器(803)的光(L’)折射的可变棱镜，其中，所述销组件(900)中的至少两个销组件是可调节的，以用于使所述第一盖元件(800)倾斜，并且其中，所述至少两个销组件(900)被配置成经历热膨胀，以对所述液体(804)的折射率(RI)的热漂移进行补偿，以便减少所述光(L’)的所述折射的不期望的热致变化。
48.根据权利要求47所述的光学设备，其特征在于，所述至少两个销组件(900)均具有可调谐的线性热膨胀系数。
49.根据权利要求48所述的光学设备，其特征在于，为了调谐相应销组件(900)的线性热膨胀系数，所述相应销组件(900)由具有不同线性热膨胀系数的至少两种不同材料构成。
50.根据权利要求47至49中的一项所述的光学设备，其特征在于，所述至少两个销组件(900)中的每一个都包括外部销(901)和内部销(902)，其中，所述外部销(901)具有的线性热膨胀系数不同于所述内部销(902)的线性热膨胀系数。
51.根据权利要求50所述的光学设备，其特征在于，所述外部销(901)的线性热膨胀系数小于所述内部销(902)的线性热膨胀系数，或所述内部销的线性热膨胀系数小于所述外部销的线性热膨胀系数。
52.根据权利要求50或51所述的光学设备，其特征在于，所述外部销(901)的外螺纹(901a)与固定至所述第二盖元件(801)的保持装置(903)的内螺纹(903a)接合，所述保持装置(903)面向所述第一盖元件(800)，使得能够通过使所述外部销(901)相对于所述保持装置(903)相应地旋转而使所述外部销(901)朝向所述第一盖元件(801)移动，以便所述外部销(901)包括从所述保持装置(903)朝向所述第一盖元件(800)延伸的可变长度(Lo)的一部分。
53.根据权利要求50至52中的一项所述的光学设备，其特征在于，所述内部销(902)的外螺纹(902a)与所述外部销(901)的内螺纹(901b)接合，使得所述内部销(902)包括从所述外部销(901)朝向所述第一盖元件(800)延伸的可变长度(Li)的一部分，其中，所述内部销(902)的端部部段(904)被配置成与所述第一盖元件(800)相互作用，以用于使所述第一盖元件(800)相对于所述第二盖元件(801)倾斜。
54.根据权利要求50至53中的一项所述的光学设备，其特征在于，所述内部销(902)通过固定装置(905)相对于所述保持装置(903)旋转地固定。
55.根据权利要求52至54所述的光学设备，其特征在于，所述外部销(901)被配置成在第一方向上旋转并从而朝向所述第一盖元件(800)移动，其中，由于所述旋转固定，相应销组件(900)的有效长度(L)减小并且所述第一盖元件(800)的空间位置相应地改变，并且其中，由于所述旋转固定，当所述外部销(901)在所述第一方向上旋转并从而朝向所述第一盖元件(800)移动时，所述外部销(901)的所述部分(Lo)增大并且所述内部销(902)的所述部分(Li)减小。
56.根据权利要求52、53和54或根据权利要求55所述的光学设备，其特征在于，所述外部销(901)被配置成在第二方向上旋转并从而远离所述第一盖元件(800)移动，其中，由于所述旋转固定，相应销组件(900)的有效长度(L)增大并且所述第一盖元件(800)的空间位置相应地改变，并且其中，由于所述旋转固定，当所述外部销(901)在所述第二方向上旋转并从而远离所述第一盖元件移动时，所述外部销(901)的所述部分(Lo)减小并且所述内部销(902)的所述部分(Li)增大。
用于液体透镜的温度漂移补偿
[0001] 本发明涉及一种透镜，该透镜包括限定了一完全地填充透明液体的容积的容器，其中，该容器包括透明且可弹性变形的膜和刚性构件，其中，膜和刚性构件参与界定所述容积，并且其中，透镜还包括接触膜并且限定所述膜的一区域的透镜成形元件，该区域具有用于调节透镜的焦距的可调曲率。
[0002] 液体透镜经常出现的问题在于下述事实：液体随温度升高而膨胀，从而导致膜的所述区域的曲率增大，这最终导致透镜的焦距的热漂移。
[0003] 因此，本发明的根本问题在于提供一种前述类型的且关于透镜的焦距的热漂移这一缺点进行了改进的透镜。
[0005] 根据权利要求1，透镜包括限定了一优选地完全填充透明液体的容积的容器，其中，容器包括透明且可弹性变形的膜、刚性构件以及透镜成形元件(也称为透镜成形器)，其中，膜和刚性构件参与界定所述容积，透镜成形元件接触膜并限定所述膜的一区域，该区域具有用于调节透镜的焦距的可调曲率(特别地，该区域限定透镜的孔径)。特别地，透镜被配置成使光通过膜的所述区域并且通过所述容积，其中，由于液体具有的折射率不同于围绕透镜的介质(例如空气)的折射率这一事实，光在通过膜时根据膜的曲率被偏转。
[0006] 特别地，在实施方案中，根据本发明的透镜被配置成使得透镜的光学部件和用于补偿所述热漂移的装置在通过所述液体彼此耦接的同时彼此局部地分离。
[0007] 此外，优选地，透镜可以包括致动器(见下文)，该致动器被配置成作用于膜或液体上，以用于调节所述区域的曲率并由此调节透镜的焦距。
[0008] 此外，根据本发明，透镜被配置成对由于液体的温度升高而导致的液体的热膨胀(即，由于温度升高引起的膨胀)和/或液体的折射率的变化进行补偿，以便减少透镜的焦距的不期望的热致变化。在本发明的上下文中，对液体的热膨胀和/或液体的折射率的变化进行补偿是指执行所述补偿，使得透镜的焦度在至少30℃的温度范围(例如从20℃至50℃)内变化小于0.5dpt，特别地变化小于0.4dpt，特别地变化小于0.3dpt，特别地变化小于0.2dpt，特别地变化小于0.1dpt。在这个意义上说，恒定的焦距或焦度是指透镜的焦度在所述温度范围内变化小于0.5dpt，特别地变化小于0.4dpt，特别地变化小于0.3dpt，特别地变化小于0.2dpt，特别地变化小于0.1dpt。
[0009] 当透镜的温度变化时，通常液体的体积以及液体的RI改变。特别地，对于透镜处于凸状态时的正膜偏转，体积变化对焦距的效应与RI变化对于焦距的效应相反。对于透镜处于凹状态时的负膜偏转，体积变化对于焦距的效应累积到RI对焦距的效应。
[0010] 因此，在本发明的一些实施方案中，透镜可以被配置成使得对于所设计的焦距或焦距范围而言体积变化和RI对焦距的效应相互抵消，即透镜是自稳定的。
[0011] 特别地，通常存在三种情况：温度诱导的体积变化和温度诱导的RI变化完全彼此相反。在这种情况下，已经实现了补偿。
[0012] 如果温度诱导式的液体体积增大的效应强于RI减小的效应，则温度稳定机构需要抵抗体积变化(即，减小透镜曲率的变化)。
[0013] 此外，如果RI的变化主导了温度诱导式的液体体积增大的效应，则温度稳定机构需要使体积变化放大(即在假定凸透镜的情况下使透镜曲率变化增大)。
[0014] 特别地，本发明的一个目的是与温度无关(即恒定的焦距或焦度)，其中例如，考虑/补偿了体积和RI效应两者。
[0015] 然而，在本发明的一些实施方案中，特别地当透镜的曲率保持足够平坦时，可以仅对体积膨胀进行补偿。
[0016] 此外，在一些实施方案中，可以仅对RI的变化进行补偿。
[0017] 特别地，膜可以由下述材料中的至少一种制成：玻璃、聚合物、弹性体、塑料或任何其他透明且可拉伸或柔性的材料。例如，膜可以由硅树脂基聚合物诸如也称作PDMS的聚(二甲基硅氧烷)制成，或由聚合物材料诸如聚氨酯或双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(例如“Mylar”)制成。
[0018] 此外，所述液体可以是硅油或氟化聚合物。
[0019] 此外，刚性元件与膜相比优选是刚性的。特别地，第一光学元件的刚度是膜的刚度的至少10倍。
[0020] 刚性元件可以由玻璃、塑料、聚合物或金属制成或包括玻璃、塑料、聚合物或金属。
[0021] 透镜成形器可以是注模部件，或者可以由金属、玻璃制成，或者可以包括金属、玻璃，或者它可以是硅(例如蚀刻)成形器。
[0022] 特别地，膜可以由刚性透镜成形器或刚性环且特别地由金属环或金属透镜成形器承载，该刚性透镜成形器或刚性环——特别地为金属环或金属透镜成形器——被配置成吸收/承受膜的张力，以便减小下文描述的(例如PDMS)环构件的变形。
[0023] 根据本发明的实施方案，容器还包括用于补偿液体的所述热膨胀的环构件，其中，所述环构件连接至刚性构件并且沿延伸平面周向地延伸并且具有在垂直于所述延伸平面的方向上的尺寸(例如高度)。特别地，环构件也参与界定容器的所述容积。
[0024] 此外，根据本发明的实施方案，环构件被配置成主要在所述方向上膨胀，使得所述尺寸随着温度升高而增大，特别地比环构件的径向尺寸的增大更显著。
[0025] 此外，根据本发明的实施方案，环构件的线性热膨胀系数是下述之一：等于、小于或大于所述液体的线性热膨胀系数。
[0026] 此外，根据本发明的实施方案，环构件与所述液体热接触，并且被配置成当液体温度升高时膨胀，使得所述容积增大，其中所述容积的增大对应于当液体的温度升高时所发生的液体体积的增大，使得当透镜的温度升高以及因此液体的温度升高时，透镜的所述区域的曲率保持恒定。当膜处于基本平坦的状态时尤其是如此情况。
[0027] 在本发明的上下文中，恒定是指曲率的变化仅导致焦度在至少30℃的温度范围内的变化小于0.5dpt，特别地变化小于0.4dpt，特别地变化小于0.3dpt，特别地变化小于0.2dpt，特别地变化小于0.1dpt。
[0028] 此外，根据本发明的实施方案，所述容积包括可以限定透镜的孔径的第一部段，其中，第一部段具有第一直径，并且其中，所述容积包括相邻的第二部段，该第二部段具有的第二直径大于第一部段的第一直径。优选地，第二部段被布置成使得当环构件由于温度升高而经历膨胀时，第二部段增大，其中特别是第二部段可以具有恒定的容积。
[0029] 此外，优选地，所述第一部段和所述第二部段具有在垂直于所述直径的方向上的不同的高度。
[0030] 特别地，所述第一直径和所述第二直径平行于所述延伸平面延伸，使得由于温度升高引起的环的所述尺寸的小幅增大将致使由于相对大的第二直径而引起的所述容积相对大的增大。这构成了有效的杠杆效应。
[0031] 此外，根据本发明的实施方案，特别地如果液体随着温度升高而具有负的折射率变化，则刚性构件具有的线性热膨胀系数小于环构件和/或所述液体的线性热膨胀系数，并且如果液体随着温度升高而具有正的折射率变化，则刚性构件具有的线性热膨胀系数小于环构件和/或所述液体的线性热膨胀系数。
[0032] 此外，根据本发明的实施方案，环构件布置在刚性构件的周向凹槽中，以抑制由于温度升高引起的环构件的径向膨胀，使得环构件主要在所述其高度的方向上膨胀。
[0033] 此外，根据本发明的实施方案，环构件在垂直于所述延伸平面的所述方向上从所述凹槽突出。可替换地，环构件可以完全布置在所述凹槽中，即不会从所述凹槽突出。
[0034] 此外，根据本发明的实施方案，通过固定装置来抑制环构件在所述方向上的热膨胀，使得环构件主要在垂直于所述方向延伸的径向方向上热膨胀。
[0035] 此外，根据本发明的实施方案，透镜包括双金属致动器，该双金属致动器被配置成使环构件或容器在所述方向上膨胀以补偿所述容积中的液体的热膨胀。
[0036] 此外，根据本发明的实施方案，容器还包括用于补偿液体的所述热膨胀的腔室，该腔室限定与所述容积分隔开的另外的容积，该另外的容积填充有另外的液体(特别地，该另外的液体可以与透镜的所述容积中的液体相同，其中待被偏转的光通过所述容积)。
[0037] 优选地，在实施方案中，所述另外的容积具有的在所述方向上的尺寸大于所述容积中的液体或所述容积在相同方向上的尺寸，其中特别地，所述另外的容积延伸到刚性构件的周向凹槽中，并进一步由所述环构件和用于补偿所述容积中的液体的所述热膨胀的另外的环构件界定，其中，所述环构件在所述方向上从凹槽的内边缘突出并且被在所述方向上从凹槽的外边缘突出的另外的环构件包围。换言之，腔室由包括所述两个环构件的周向壁构件界定。
[0038] 此外，根据本发明的实施方案，刚性构件包括沿着所述延伸平面延伸的基部和在垂直于所述延伸平面的所述方向上从所述基部突出的突出部(或圆顶)，其中，所述环构件包围所述突出部。
[0039] 优选地，在实施方案中，环构件和所述突出部限定了被所述液体填充的周向间隙，该间隙形成容器的所述容积的一部分。
[0040] 此外，在实施方案中，基部包括围绕所述突出部周向延伸的梯级，以便使环构件相对于所述突出部居中。优选地，在实施方案中，基部包括用于接收使环构件附接至基部的胶的另外的周向梯级，以便所述胶不会由于毛细力而被吸入到所述间隙中。
[0041] 此外，根据本发明的实施方案，所述突出部包括面向所述膜的正面，其中，所述正面包括凹部，使得在凹部的底部和膜之间的液体层比在凹部的形成正面的边界区和膜的相反区之间的液体层厚。通过该凹部，可以形成所述容积的所述第一部段和所述第二部段，其中，第一部段对应于凹部的容积，并且第二部段对应于第一部段顶部上的液体层，即在突出部的正面和膜之间。因此，当环构件膨胀时，由于第二部段的直径(或覆盖区)大于该容积的第一部段的直径(或覆盖区)，所以第二部段经历相当大的容积增大。
[0042] 此外，根据本发明的实施方案，刚性构件形成面向膜的透明光学元件。特别地，在实施方案中，刚性构件形成校正光学元件，例如透镜。
[0043] 此外，对此，在实施方案中，刚性构件包括背对面向膜的那侧(例如背离所述突出部的正面)的另外侧，其中所述另外侧包括凹部，该凹部的底部具有弯曲的表面，以用于偏转通过刚性构件的光。
[0044] 此外，根据本发明的实施方案，膜连接至环构件。优选地，在实施方案中，膜连接至环构件的背离刚性构件的正面。
[0045] 此外，根据本发明的实施方案，刚性构件包括用于使光通过刚性构件的通孔形式的孔径，其中，膜连接至刚性构件，并且其中，透明光学元件(例如，由塑料或玻璃制成)连接至环构件，特别地连接至环构件的正面，并且面向膜。此处，液体布置在膜和光学元件之间，这界定了所述容积。
[0046] 此外，根据本发明的实施方案，为了补偿流体的所述热膨胀，透镜包括与液体热接触的第一弹簧装置和第二弹簧装置，其中，每个弹簧装置都被预加载荷成抵靠膜，使得膜处于力平衡位置。优选地，所述两个弹簧装置包括随温度的不同的杨氏模量变化，使得膜的所述力平衡位置以对液体的所述热膨胀和/或折射率变化进行补偿的方式取决于液体的温度。换言之，由于所述弹簧装置的弹性特性的温度依赖性，膜的平衡位置偏移，使得由于温度升高引起的液体体积的增大通过使保持液体的容器的容积增大或通过改变透镜成形元件的位置来进行补偿。
[0047] 此外，根据本发明的实施方案，容器包括一底部，该底部包括透明膨胀元件(例如包括聚碳酸酯)，该膨胀元件连接至刚性元件并且面向膜，其中，膨胀元件被配置成随着温度升高而膨胀，使得容器的所述底部向外弯曲以补偿液体的热膨胀。由于该向外弯曲，透镜的所述容积增大，从而对液体本身的容积的增大和/或折射率的变化进行补偿。
[0048] 此外，根据本发明的实施方案，容器包括具有负热膨胀系数的收缩元件，其中，收缩元件参与界定容器的所述容积，使得收缩元件随着温度升高而收缩，从而引起容器的容积增大，以补偿液体的所述热膨胀。
[0049] 根据本发明的另外的实施方案，透镜包括泵，该泵被配置成将不连续量的液体泵入或泵出容器的容积，以便对由于液体的温度升高而同时引起的液体的热膨胀和液体的折射率的变化进行补偿。
[0050] 此外，根据本发明的实施方案，所述容积被分成透镜容积(即邻近膜的所述区域的容积，待被透镜偏转的光通过该容积)和与所述透镜容积流动连接的贮存器容积，其中，贮存器容积被配置成在液体的温度升高时膨胀，使得所述贮存器容积增大，其中，所述贮存器容积的增大对应于液体的温度升高时液体的体积的增大，使得在透镜/液体的温度升高时，膜的所述区域的曲率保持恒定(参见上面的“恒定曲率”的定义)，以便透镜的焦距(或焦度)不变(即，保持恒定，同样参见上文)。
[0051] 此外，根据本发明的实施方案，刚性构件包括透镜筒部段和从透镜筒部段突出的贮存器部段，其中，贮存器部段包围贮存器容积，并且其中，透镜筒部段包围透镜容积。
[0052] 此外，根据本发明的实施方案，容器还包括环构件，其中，所述环构件连接至刚性构件，特别地连接至贮存器部段的正面。
[0053] 此外，根据本发明的实施方案，该刚性构件沿着例如平行于透镜的光轴延展的延伸平面周向地延伸，并且具有在垂直于所述延伸平面的方向上的尺寸(例如高度)。此外，特别地，该环构件参与界定所述贮存器容积。
[0054] 此外，根据本发明的实施方案，该环构件与所述液体热接触并且被配置成当液体的温度升高时膨胀，使得所述贮存器容积增大，其中，所述贮存器容积的增大对应于当液体的温度升高时所发生的液体的体积的增大，使得当透镜的温度升高并因此液体的温度升高时膜的所述区域的曲率或透镜的焦距或焦度保持恒定(如上所述)。
[0055] 此外，根据本发明的实施方案，该环构件被配置成主要在所述方向上膨胀，使得所述尺寸随着温度升高而增大，特别地比环构件的径向尺寸的增大更显著。
[0056] 此外，根据本发明的实施方案，同样在此处，环构件的线性热膨胀系数等于或小于(但也可以大于)所述液体的线性热膨胀系数。此外，根据本发明的实施方案，刚性构件具有的线性热膨胀系数小于环构件和/或所述液体的线性热膨胀系数。
[0057] 此外，根据本发明的实施方案，透镜还包括致动器，该致动器被配置成调节膜的所述区域的曲率，以通过在膜上施加力来调节透镜的焦距。
[0058] 此外，根据本发明的实施方案，致动器被配置成作用在透镜成形元件上或膜的边界区上，以调节所述曲率可调区域的曲率。
[0059] 在一个实施方案中，透镜成形器附接至环构件并且被配置成可轴向移动(例如在所述方向上或在光轴的方向上)。此处，透镜成形器可以通过致动器轴向移动，以便调节膜的所述区域的曲率。
[0060] 在另一实施方案中，透镜成形器附接至膜并且具有的半径小于环构件的半径/直径并且可轴向移动。此处，透镜成形器可以通过致动器在所述轴向方向上移动。
[0061] 在又一实施方案中，透镜成形器附接至膜并且在轴向方向上(即在所述方向上或在光轴的方向上)固定，其中，致动器被配置成作用在膜的(例如外部)边界区以使膜的由透镜成形器限定的所述区域变形。
[0062] 此外，根据本发明的实施方案，致动器被设计成将液体从透镜容积中推出到所述贮存器容积中或从所述贮存器容积推出到透镜容积中，以调节膜的所述区域的曲率(例如，用于调节透镜焦距或用于对液体的所述热膨胀和/或液体的所述折射率变化进行补偿)。
[0063] 此外，在实施方案中，所述致动器包括活塞，该活塞被配置成压靠贮存器容积的可变形壁，该壁特别地连接至环构件，其中，所述壁包括周向边界区和中央可变形部分，其中特别地，边界区具有的线性热膨胀系数小于环构件和/或所述液体的线性热膨胀系数。特别地，边界区的所述系数对应于刚性构件/贮存器部段的系数。
[0064] 此外，根据本发明的实施方案，致动器借助于弹簧构件被预张紧成抵靠膜，以用于对液体的随温度的折射率变化进行补偿。例如，弹簧构件的弹簧常数随着温度而变化，使得致动器在较低的温度下效率较低，从而在透镜处于凸状态的情况下补偿液体的较高的折射率。
[0065] 此外，在实施方案中，附接至致动器的温度依赖型弹簧不仅补偿了凸状态下还补偿了凹状态下折射率的变化，以保持焦度恒定。稳定图像所需的倾斜随着温度升高而增大，因为折射率随着温度升高而降低。因此，附接至致动器的弹簧优选地在越高的温度下越软，以便在稳定期间原位补偿温度效应。
[0066] 此外，根据本发明的实施方案，为了补偿液体的所述折射率变化，所述致动器包括线圈和热耦接到液体的温度依赖型电阻器，其中，电阻器被配置成使得当液体的温度升高时，流过线圈的电流减小，使得致动器在膜上的力也减小。此处，特别地，致动器还包括当电流流过线圈时与线圈相互作用的磁体，使得通过致动器将调节膜的所述区域的曲率的力施加在膜上。
[0067] 此外，根据实施方案，透镜被配置成对由于液体的温度变化而引起的液体的热膨胀或收缩和/或液体的折射率(RI)的变化进行补偿，以便减少透镜的焦距的不期望的热致变化。
[0068] 特别地，在实施方案中，所述液体温度的变化是由透镜的外部温度变化(即来自透镜环境的热或冷，这优选地使用液体的均匀温度分布进行建模)和/或至少一个内部热源或散热器(例如，用于调节透镜的膜的所述区域的曲率的致动器，该致动器以动态方式将热引入到液体中，这优选地使用非均匀的温度分布来进行建模)引起。特别地，这是指所述热源或散热器可以在空间上局部化。
[0069] 此外，在实施方案中，特别地由于在透镜内部产生的效应(例如由内部热源诸如由电流驱动的致动器或散热器因透镜主体内使用的不同的热传导和热绝缘材料所导致的不均匀的散热而产生的热)所引起的所述温度的变化导致液体温度分布不均匀。
[0070] 此外，在实施方案中，当内部热源可以开启和关闭并且可以改变其热功率时，所述温度的变化是时间依赖型的。特别地，时间依赖型是指温度的变化随时间变化。
[0071] 特别地，该温度的变化不是一致性地时间依赖型性的，而是相对于透镜内的任意两个随意空间位置发散和/或会聚。
[0072] 此外，同样参见上文，根据实施方案，透镜包括致动器，该致动器被配置成调节膜的所述区域的曲率，以便调节透镜的焦距(例如通过将力施加在膜上)。
[0073] 此外，在实施方案中，透镜包括控制单元，该控制单元被配置成提供用于控制所述致动器的控制信号，以便调节透镜的曲率(并且最终调节透镜的所述焦距/焦度)，其中，所述控制信号被生成使得其补偿所述温度的变化，以便减少透镜的焦距的所述不期望的热致变化，即，以便保持透镜的焦度恒定，不随液体的温度而变化。
[0074] 此外，在实施方案中，透镜包括至少一个传感器，其中控制单元被配置成使用来自该至少一个传感器的值来生成所述控制信号，其中，所述至少一个传感器为下述之一：被配置成测量透镜内部或靠近透镜的且优选地在液体附近的特定和限定位置处的温度的温度传感器、被配置成测量透镜的致动器相对于透镜的容器的位移(或致动器的均衡状态/关闭状态)或被配置成测量膜的偏转(例如相对于其平衡状态)的位移传感器(例如，Hall传感器或光学传感器)、被配置成检测透镜相对于环境的可以量化的相对运动或加速度的运动传感器、被配置成测量所述致动器的功率的传感器。当然，根据本发明的透镜也可以包括若干传感器，例如，上述传感器的随意选择。
[0076] 此外，根据实施方案，透镜可以包括校准数据，该校准数据通过校准透镜(例如，在透镜的制造期间)或者在最终使用情况下以某些重复间隔重新校准透镜获得并且存储在透镜的校准数据存储器(例如半导体存储器，特别地为非易失性存储器)中，该校准数据存储器可以由存储有所述传感器值的相同存储器形成。
[0078] 优选地，控制算法包括可以由控制单元并行地或串行地执行的、涉及对透镜的焦距/焦度的热漂移进行补偿的不同方面的若干子控制算法。
[0079] 此外，根据本发明的实施方案，控制算法包括第一子控制算法和第二子控制算法(或控制回路)，其中，控制单元被配置成串行地执行这两个子控制算法，其中，在假定透镜的液体内的热分布均匀的情况下，第一子控制算法考虑特别地由于透镜内至少一个时间依赖型局部热源(例如，致动器)引起的液体的温度的时间依赖型(即，动态的)变化和液体内的对应的温度梯度，而第二子控制算法考虑(例如由于透镜的环境的温度变化引起的)液体的温度的总体变化(同样参见上文)。
[0080] 此外，根据实施方案，第一子控制算法使用描述液体温度的所述时间依赖型变化的功能模型(例如，通过评估若干n阶滞后元件的总和)，其中所述第一子控制算法被配置成动态地调节透镜的焦距(或焦度)(例如，通过从设定的焦距减去由第一子控制算法计算出的漂移校正)，该经过如此校正的焦距然后形成用于所述第二个子控制算法的输入。
[0081] 此外，根据本发明的又一实施方案，致动器包括至少第一线圈和第二线圈，该第一线圈用于调节膜的所述区域的曲率，其中，致动器向第一线圈施加电流以产生作用于膜的力，以便调节所述曲率，该第二线圈围绕致动器的所述至少一个第一线圈缠绕。
[0082] 此外，根据本发明的实施方案，透镜的致动器被配置成以相对于时间尺度毫秒、秒、分钟、小时或者天或特别地甚至更长的时间间隔的恒定的功率模式操作，使得透镜的局部热源例如致动器(特别是透镜的所有热源)在达到其稳态热分布之后不随时间改变。
[0083] 此处，特别地，第二线圈可以包括多个绕组，其中，一半绕组在一缠绕方向上缠绕，而另一半绕组缠绕在相反方向上缠绕，使得第二线圈在电流施加到第二膜上时不施加任何力到膜上。优选地，透镜被配置成调节流过第二线圈的电流，使得第二线圈和致动器的至少一个第一线圈的总消耗功率保持恒定，并且由致动器产生的局部热源分布不变。
[0084] 此外，在恒功率模式操作的替代实施方案中，所述第二线圈不需要在两个相反的方向上缠绕，但是透镜被配置成调节所述至少一个第一线圈的电流和所述第二线圈的电流之间的比，使得总消耗功率是恒定的，并且所述比确保致动器的净力可以改变并用于调节透镜的焦距。
[0085] 此外，根据恒定功率模式操作的实施方案，透镜的致动器被配置成在占空比期间调节膜的所述区域的曲率(即，透镜的致动器仅在其一小部分时间被使用，这由调节所述曲率所需的时间来限定)，其中，透镜被配置成在相应占空比之外以不同的功率来驱动致动器，其中，所述功率被选择成使得致动器的平均总功率保持恒定，并且使得由致动器形成的局部加热源不随时间改变其特性，从而导致时间无关的局部热源。
[0086] 此外，根据又一实施方案，透镜被配置成使用下述方式之一来补偿液体内的温度梯度：致动器与液体容器的空间分离；热绝缘；将膜布置在透镜成形元件内或上，或者布置在引起消减梯度的一些其他透镜保持器内或上；由透镜包括的加热器，该加热器被配置成保持透镜温度恒定；主动或被动型冷却装置，例如强制对流或自然对流。
[0087] 优选地，加热器可以被布置成靠近或热耦接到透镜的一个、一些或任何光学相关部件。特别地，在实施方案中，加热器被布置成靠近液体，或者在液体中，或者与透镜的液体热接触。
[0088] 此外，如上所述，透镜可以包括致动器，该致动器被配置成产生用于调节透镜的膜的所述区域的曲率的致动器力，其中，所述致动器力的变化不仅可以导致局部加热源而且还导致由膜材料的依赖于温度的粘弹性引起的膜应变软化。
[0089] 此处，根据实施方案，透镜可以被配置成测量膜的偏转以确定膜的所述应变软化(特别地借助于透镜的膜位置敏感传感器)，其中，所述控制单元被配置成在控制所述致动器/透镜的焦距时还对温度依赖型应变软化进行补偿。
[0090] 此外，根据本发明的另一方面，公开了一种光学设备，该光学设备包括：第一和第二透明(并且特别地为平坦的)盖元件，其中，所述两个盖元件面向彼此；(例如柔性的)侧壁，所述盖元件经由该侧壁彼此连接以形成容器，其中，所述容器填充有具有温度依赖型折射率(RI)的透明液体。根据本发明，光学设备包括三个销组件，这些销组件被设计成使第一盖元件相对于第二盖元件倾斜，以便将容器形成为用于使通过容器(例如通过第二盖元件、液体以及第一盖元件或反之亦然)的光折射的可变棱镜，其中，所述销组件中的至少两个是可调节的，以使所述第一盖元件相对于第二盖元件倾斜，并且其中，所述至少两个销组件被配置成经历热膨胀，以对液体的折射率的热漂移进行补偿，从而减少所述光的所述折射的不期望的热致变化。
[0091] 特别地，该光学设备有利地解决了下述具体问题：提供一可调谐棱镜，该可调谐棱镜的对通过上述光学设备的光束的屈光力(即偏转)在可调谐棱镜的液体温度变化的情况下也可以保持稳定，其中所述液体温度变化会改变所述液体的折射率并因此改变通过棱镜的光由于折射而被偏转的角度。
[0092] 优选地，根据实施方案，至少两个销组件均具有可调谐的线性热膨胀系数(CLTE)。
[0093] 此外，根据光学设备的实施方案，为了调谐相应的销组件的线性热膨胀系数，相应的销组件由具有不同的线性热膨胀系数的至少两种不同的材料构成。
[0094] 优选地，根据实施方案，至少两个销组件中的每个都包括外部销和内部销，其中，外部销具有的线性热膨胀系数不同于内部销的线性热膨胀系数。
[0095] 优选地，在实施方案中，外部销的线性热膨胀系数小于内部销的线性热膨胀系数。但是，根据具体情况，外部销的线性热膨胀系数也可以大于内部销的线性热膨胀系数。
[0096] 此外，根据实施方案，外部销的外螺纹与固定到第二盖元件的保持装置的内螺纹接合，该保持装置面向第一盖元件，使得能够通过使外部销相对于保持装置相应地旋转而使外部销朝向第一盖元件移动，以便外部销包括从保持装置朝向第一盖元件延伸的可变长度的一部分。
[0097] 此外，根据实施方案，内部销的外螺纹与外部销的内螺纹接合，使得内部销包括从外部销朝向盖元件延伸的可变长度的一部分，其中，内部销的端部部段被配置成与第一盖元件相互作用，以使第一盖元件相对于第二盖元件倾斜，特别地，所述端部部段可以机械地连接至第一盖元件。
[0098] 此外，根据实施方案，相应的可调节销组件的内部销相对于保持装置旋转固定。
[0099] 有利地，这允许调节所述两个销组件的有效长度，以调节第一盖元件相对于第二盖元件的倾斜，并且此外改变相应的可调节销组件的所述外部销和内部销的所述部分的种类。
[0100] 特别地，详细地，外部销被配置成在第一方向上旋转，并由此朝向第一盖元件移动，其中，由于所述旋转固定，相应的销组件的有效长度减小，并且第一盖元件的空间位置相应地改变，并且其中，由于所述旋转固定，当所述外部销在第一方向上旋转并由此朝向所述第一盖元件移动时外部销的所述部分增大并且内部销的所述部分减小，导致相应的销组件的可调谐线性热膨胀系数相应地改变。
[0101] 此外，特别地，外部销还被配置成在与第一方向相反的第二方向上旋转，从而远离第一盖元件移动，其中，由于所述旋转固定，相应的销组件的有效长度增大，并且第一盖元件的空间位置相应地改变，并且其中，由于所述旋转固定，当外部部分在第一方向上旋转并由此远离第一盖元件移动时，外部销的所述部分减小并且内部销的所述部分增大，从而导致相应的销组件的可调谐线性热膨胀系数相应地改变。
[0102] 在另一实施方案中，也可以具有下述情况(例如通过相应地设计销的螺纹的螺距)：当外部销在第一方向上旋转并且远离第一盖移动时，相应的销组件的有效长度减小，而当外部销在第二方向上旋转并且朝向第一盖部件移动时，相应的销组件的有效长度增大。
[0103] 本发明可用于各种领域，包括眼科设备，诸如综合验光仪、折射计、测厚仪、生物测量仪、周边测量仪、折光-角膜散光计、折射透镜分析仪、张力计、色盲检验器(anomaloscop)、对照仪(contrastometer)、内皮显微镜(endothelmicroscope)、色盲查验器(anomaloscope)、视力筛查仪器(binoptometer)、OCT(光学相干断层扫描)、rodatests、检眼镜、RTA(实时分析器)或用于照明、机器视觉、激光处理、移动电话摄像机、灯光表演、打印机、度量衡、头戴眼镜、医疗设备、机器人凸轮、运动跟踪、显微镜、望远镜、内窥镜、双筒望远镜、研究、监测摄像机、汽车、投影仪、眼透镜、测距仪、条码阅读器、网络摄像头。
[0104] 下面将给出本发明的进一步解释和其他方面及特征。
[0106] 图1示出了根据本发明的透镜的实施方案的示意性截面视图，该透镜具有布置在透镜的透明刚性构件的凹槽中的环构件；
[0107] 图2示出了根据本发明的透镜的实施方案的示意性截面视图，该透镜具有围绕刚性构件的突出部的环构件，其中，透镜包括具有线圈和磁体的致动器，其中，磁体连接至透镜成形器并且线圈连接至透镜的外壳；
[0108] 图3示出了图2所示的透镜的变型的示意性截面视图；
[0109] 图4示出了图1所示的透镜的变型的示意性截面视图，其中，刚性构件包括具有用于将刚性构件形成在透镜本身中的弯曲底部的凹部；
[0110] 图5示出了根据本发明的透镜的实施方案的示意性截面视图，其中，刚性构件包括通孔，并且其中，环构件完全布置在刚性构件的凹槽内；
[0111] 图6示出了根据本发明的透镜的实施方案的示意性截面视图，其中，刚性构件包括从刚性构件的基部突出的突出部，该突出部被环构件包围；
[0112] 图7示出了图6所示的透镜的变型，其中，基部包括两个周向梯级，以用于使环构件居中并接收用于将环构件附接至基部的胶；
[0113] 图8示出了图6所示的透镜的另外的变型，其中，所述突出部包括面向膜的凹部；
[0114] 图9示出了本发明的实施方案的示意性截面视图，该实施方案包括具有突出部的刚性构件和围绕该突出部的环构件，其中，环成形器附接至环构件；
[0115] 图10示出了表示环构件随温度膨胀的图表；
[0116] 图11示出了表示环构件膨胀(无滑动边界条件)的图表。
[0117] 图12示出了表示环构件膨胀(具有滑动边界条件)的图表。
[0118] 图13示出了本发明的实施方案的示意性截面视图，该实施方案包括包围刚性构件的突出部的环构件和连接至该环构件的透镜成形器，其中，容积包括第一部段和第二部段，该第一部段限定透镜的孔径，该第二部段具有的覆盖区(footprint)比第一部段大，该第二部段在透镜的径向方向上延伸至环构件；
[0119] 图14示出了图13所示的实施方案的变型的示意性截面视图；
[0120] 图15示出了图14所示的实施方案的变型的示意性截面视图；
[0121] 图16示出了图1所示的实施方案的变型的示意性截面视图；
[0122] 图17示出了图16所示的实施方案的变型的示意性截面视图；
[0123] 图18示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括填充有用以补偿透镜的焦度的热漂移的液体的另外的腔室；
[0124] 图19示出了表示腔室随温度膨胀的图表；
[0125] 图20示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，环构件被固定装置约束，使得环构件随着温度升高而在径向方向上膨胀；
[0126] 图21示出了表示环构件随着温度径向膨胀的图表；
[0127] 图22示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括双金属致动器；
[0128] 图23示出了图22所示的透镜的变型的示意性截面视图；
[0129] 图24示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括与膜相互作用的两个弹簧装置；
[0130] 图25示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括膨胀元件，特别地包括聚碳酸酯；
[0131] 图26示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括具有负热膨胀系数的收缩元件；
[0132] 图27示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括用于调节膜的中心区域的曲率的致动器，其中，所述致动器借助于弹簧构件被预张紧成抵靠膜，以对液体的折射率的热漂移或液体的体积变化进行补偿；
[0133] 图28示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括用于同时对膨胀和Rl变化进行补偿的不连续容积泵；
[0134] 图29示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的示意性截面视图，其中，透镜包括透镜筒形式的刚性构件，贮存器部段从该刚性构件突出以容纳用于液体的贮存器，其中可以将液体从该贮存器液体推入透镜容积中或从透镜容积中抽出并转移至贮存器容积；
[0135] 图30示出了根据本发明的透镜的实施方案的截面视图以及显示各个部件的分解图；
[0136] 图31示出了根据本发明的透镜的另外的实施方案的截面视图以及显示各个部件的分解图；
[0137] 图32示出了图31的部件；
[0138] 图33示出了利用致动器的电流控制式线圈来补偿液体的折射率的热漂移的电路；
[0140] 图35示出了在环构件的CTE大于液体的CTE的情况下图6所示的实施方案的变型；
[0141] 图36示出了根据本发明的透镜的示意图，其中，由于透镜的致动器生成的热量产生了影响液体和液体的折射率的温度梯度；
[0142] 图37示出了根据本发明的控制算法的示意图示，该控制算法用于控制根据本发明的透镜的致动器，以对外部热源以及内部热源且特别地对膜的粘弹性变化进行补偿；
[0143] 图38示出了根据本发明的透镜的焦度随时间的累积漂移值(dpt)(实线曲线C1)。在该图中，通过具有不同幅度和不同时间常数的三个一阶滞后元件(虚线)的总和对累积漂移值建模(实线曲线C2)；
[0144] 图39示出了根据本发明的透镜的示意性截面视图，该透镜包括透镜的致动器的用于接收电流的第二虚设线圈，使得致动器的所有线圈中的总电力是恒定的；
[0145] 图40示出了根据本发明的光学设备(可调谐棱镜)的示意性截面视图；
[0146] 图41示出了通过由玻璃容器中的液体构成的棱镜的光束由于因温度变化ΔT导致的液体折射率RI的变化而引起的光束角度漂移(表)；
[0147] 图42展示了由本发明实现的光束角度漂移的减小；
[0148] 图43示出了根据本发明的光学设备(可调谐棱镜)的实施方案的示意性截面视图；以及
[0149] 图44示出了根据本发明的光学设备(可调谐棱镜)的实施方案的立体图。
[0150] 图1示出了根据本发明的透镜1的实施方案，该透镜包括容器100，该容器限定了填充有透明液体2的容积V。容器100包括透明且可弹性变形的膜20、透明刚性构件30及环构件50，其中，膜20、刚性构件30以及环构件50界定所述容积V。
[0151] 此处，透明刚性构件30和膜20沿假想的延伸平面延伸并且在透镜1的光轴O所沿着延伸的方向z上面向彼此(所述光轴O和所述方向z垂直于所述延伸平面延伸)，其中，液体2布置在膜20和刚性构件30之间。环构件50形成容器100的沿着所述延伸平面延伸的周向侧壁并且具有在所述方向z上延伸的高度或尺寸。特别地，光轴O形成环构件50的圆柱轴线。
[0152] 此外，环构件50包括背离刚性构件30的周向正面50a。膜20利用该膜的边界区附接至所述正面，其中，特别地为环状且特别地为圆形构件的形式的透镜成形元件200附接至膜20的边界区，使得膜20的边界区布置在所述正面50a和透镜成形器200之间。透镜成形器200围绕透镜成形器200的开口，并且沿着例如圆线接触膜。因此，透镜成形器限定了区域21(由所述线界定)，该区域覆盖透镜成形器200的所述开口并且构成膜20的曲率可调区域21。在透镜成形器是圆形环状构件的情况下，所述区域21可以呈现球面曲率。相应地，透镜1在该情况下是球面透镜。
[0153] 当然，透镜成形器200还可以包括用于产生其它曲率的其他接触线。
[0154] 特别地，环构件50和透镜成形器200可以分别具有(中空)圆柱形状。
[0155] 为了调节所述区域21的曲率，环构件50能够在方向z上(即，在光轴O的方向上)弹性变形，并且透镜成形器200被配置成在方向z上或在方向Z的逆方向上移动(即，沿着透镜1的光轴O)。通过透镜成形器200的这种轴向移动，可以将如所期望的那样调节所述曲率的力施加到膜上。这是由于容积V被不可压缩的液体2填充的事实，使得透镜成形器200的倾向于使容积200压缩的轴向移动由于填充所述容积V的不可压缩液体2而引起膜20的所述区域21的凸曲率增大。同时，透镜成形器200的倾向于使容积V膨胀的轴向移动引起膜的所述区域21的曲率减小。可以通过填充到容积V中的液体2的量来调节膜21的平衡位置或曲率。因此，可以根据所述区域21的曲率来使沿着光轴O通过膜的所述区域21、容积V以及刚性构件30的光偏转。因此可以通过调节所述区域21的曲率来调节透镜1的焦距。可以手动地或者借助于本文描述的以及下面进一步描述的致动器40使透镜成形器200轴向地移动。此外，如上所述，透镜成形器200也可以以其他方式作用在膜20上，以便对在此处限定了透镜1的孔径的所述区域21的所述曲率进行调节。
[0156] 然而，在使用透镜1期间，透镜1的温度以及因此位于容器200的所述容积V内的液体2的温度可能由于各种原因而变化且特别地为升高。这种升高的温度引起液体2的体积VL增大，并因此导致透镜1的所述区域21的(例如凸的)曲率增大，从而导致焦距减小。此外，当温度变化(例如升高)时，液体2的折射率(RI)可能发生变化(例如减小)。通常，当材料(此处为液体2)的温度上升时，RI减小，使得透镜的焦度减小，即焦距增大。
[0157] 因此，透镜1被配置成对由于液体2的温度升高而引起的液体2的这种热膨胀和/或液体2的折射率的变化进行补偿，以便减少透镜1的焦距的不期望的热致变化。
[0158] 特别地，为了实现图1所示的实施方案中对液体2的体积VL的热漂移的补偿，环构件50被布置在刚性构件30的周向凹槽31中，使得环构件50以其正面50a向前的方式在所述方向z上从所述凹槽突出。特别地，刚性构件30可由聚碳酸酯制成，其中，所述环构件50(即容器100的侧壁)可由可模制到所述凹槽31中的硅树脂构成。
[0159] 此外，环构件50具有比较高的线性热膨胀系数(CTE)，例如，类似于或小于液体2的线性热膨胀系数(其可以从容积值导出)，而刚性构件30具有的线性CTE小于液体2和环构件50的线性CTE(然而，环构件50的CTE也可以大于液体2的线性热膨胀系数，参见下图35)。
[0160] 因此，在沿着所述延伸平面延伸的径向方向R(即，垂直于方向z或光轴O的方向)上，由于刚性构件30的线性CTE较小，刚性构件30的膨胀小于液体2的膨胀。通常，这将导致液体容器100的容积V变化，其中，由液体2的增大的固有体积VL(液体的固有体积的增大快于液体容器100的实际容积V的增大)引起的膜20的区域21的曲率增大导致透镜焦度的不期望的热变化。
[0161] 然而，本文中，环构件50的尺寸被设计成使得其由于温度的升高而在z方向上的膨胀使容器100的容积V增大，其中该容积V的增大大致对应于液体2的体积VL的增大。这样，当透镜1/液体2的温度改变时，所述区域21的曲率保持基本恒定，特别是无限大。特别地，环构件50在z方向上的尺寸/高度大于容积V中的液体2在相同方向z上的高度。因此，考虑到z方向上的线性膨胀，如果透镜1的容器100的侧壁(环构件)50和液体2的线性CTE例如相等，则该透镜的容器的侧壁(环构件)的膨胀将大于液体2的膨胀。
[0162] 特别地，为了使环构件50在z方向上的膨胀相对于液体2放大，可以如上所述通过将环构件50布置在所述凹槽31中来限制环构件50的侧向膨胀(即，在径向方向R上的膨胀)，使得膨胀的一部分被重新引导到所述方向z上。这样，环构件50在z方向上的膨胀可以高于实际的线性CTE，即，可以根据需要使环构件50在z方向上的热膨胀放大。
[0163] 优选地，将环构件50(例如硅树脂)模制到所述凹槽中，以特别地使得没有空气被捕获在凹槽31内。此外，可以利用注射器针头穿过环构件50将液体2注入到容积V中来将该液体填充到容器的容积V中。
[0164] 然而，要注意，环构件50的CTE也可以大于液体2的CTE，如图35所示。此处，具有最小的热膨胀的刚性光学构件30(例如塑料透镜)与膜20之间的在光路中的距离比在布置有环构件的边缘上的距离更大，这允许了对液体2的容积V的温度诱导式增大的补偿，尽管环构件50的CTE比液体2的CTE高。图2和图3示出了借助于致动器40为透镜成形器200提供致动的不同方式。要注意，在图2和图3中，环构件50未如图1所示那样被布置在刚性构件30的凹槽31中。然而，图2和图3的概念也可以容易地应用于图1所示的实施方案。
[0165] 根据图2，与参照图1所述的构造类似，透镜1包括容器100，该容器限定填充有透明液体2的容积V，其中，所述容器100包括透明且可弹性变形的膜20、透明的刚性构件30以及环构件50，其中，膜20、刚性构件30以及环构件50界定所述容积V。
[0166] 像先前所述，透明刚性构件30和膜20沿着假想延伸平面延伸并且在透镜1的光轴O所沿着延伸的方向z上面向彼此(所述光轴O和所述方向z垂直于所述延伸平面延伸)。液体2布置在膜20和刚性构件30之间。环构件50形成容器100的沿着所述延伸平面延伸的周向侧壁并且具有在所述方向z上延伸的高度或尺寸，其中与图1不同，环构件50没有布置在刚性构件30的凹槽中，而是包围着在z方向上从刚性构件30的基部300突出的刚性构件30的突出部301，这将在下面详细地描述。
[0167] 此外，环构件50在z方向上的尺寸(高度)大于容器100的容积V中的液体2的高度，其中，如结合图1所述，膜20附接在透镜成形器200和环构件50的正面50a之间。
[0168] 致动器40包括线圈41和磁体42以及能量源和用于控制致动器40的控制单元，该能量源和控制单元在图2中未示出。控制单元被配置成向线圈41施加电流或电压，使得由线圈41生成的电流/磁场与所述磁体42的磁场F、F'相互作用，以便使导磁的透镜成形器200产生轴向移动。为此，透镜成形器200在径向方向R上延伸超过环构件50，并且磁体42(或若干磁体)连接至透镜成形器200的下侧200a的由此生成的自由部分，该下侧200a在z方向上面向刚性构件30。
[0169] 在z方向上，在z方向上磁化的磁体42面向磁场返回结构400的、用于引导由磁体42产生的磁场的周向底部区401。该底部区401垂直于光轴O/方向z延伸并且界定磁场返回结构400的开口403，穿过膜20、容积V以及刚性构件30的光可以通过该开口离开透镜1。此外，底部区401可以支撑刚性构件30的基部300。
[0170] 返回结构400还包括侧向区402(返回结构400因此包括L形轮廓或截面)，该侧向区从底部部分401的外边缘突出并包围磁体42、透镜成形器200、环构件50、所述容积V、膜20以及线圈41。背离返回结构400的底部部分401的侧向部分402的正面连接至透明盖元件(例如盖玻璃)101，该透明盖元件垂直于光轴O/方向z延伸并且在方向z上朝向并保护膜20。盖元件101和返回结构400提供透镜1的外壳。
[0171] 此外，线圈41围绕刚性构件30的基部300的外围周向地延伸，并且布置在由返回结构400的侧向部分402和底部部分401形成的拐角中。线圈41被布置成从磁体42径向向外，使得磁体42的磁场的第一部分F包括在线圈41的附近沿径向方向R延伸的磁场线。因此，磁体42的磁场的该部分F在电流流过线圈41(由控制单元控制)时生成作用于磁体42并由此作用于透镜成形器200的轴向(Lorentz)力，该轴向力沿着z方向/光轴O延伸，并且根据电流在周向线圈41中的方向将透镜成形器200沿着所述轴向方向z推离与线圈耦接的刚性构件30或沿着所述轴向方向z推向该刚性构件30。在第一种情况下，膜20的所述中心区域21的曲率减小，而在第二种情况下，由于容器100的容积V中的(不可压缩的)液体2的存在，膜的所述中心区域的曲率增大。
[0172] 此外，磁体42的磁场包括第二部分F'，该第二部分包括沿着轴向方向(即沿着z方向或光轴O)延伸并且影响返回结构400的底部部分401的磁场线。该磁场F'导致吸引力(将透镜成形器拉向刚性构件39)，当容积V被压缩时，该吸引力增大，从而导致负反弹。特别地，由于磁场线“喜欢”闭合(低能量状态)这一事实而致使所述力具有吸引性，所以磁体被向下拉动。当磁体自身降低时，随着气隙减小磁体会被更强烈地向下拉动。
[0173] 图3示出了图2所示实施方案的变型，其中，与图2不同，返回结构400现在仅包括形成圆柱体的侧向部分400，其中，盖元件101被附接至返回结构的一个正面(如前所述)，而刚性构件30附接至返回结构400的另一正面。此外，刚性构件30的基部300包括容纳线圈41的周向梯级302。由于返回结构400的底部区401缺失，因此没有如图2所示的实施方案中的由场部分F'所产生的吸引力。
[0174] 图4示出了本发明的另外的实施方案，它是图1所示实施方案的变型。此处，刚性构件30另外包括具有底部304a的凹部304，该凹部构成刚性构件30的允许对通过该表面区304a进入或离开透镜1的光进行偏转的凸面区。因此，通过在刚性构件30中形成经限定的凹部，可以设置构成透镜1的一部分的校正光学元件，该校正光学元件被配置成以限定的方式对通过透镜1的光进行偏转。
[0175] 作为图1至图4的替代方案，图5示出了环构件50可以不从刚性构件30的凹槽31中突出。在这种情况下，根据图5，刚性的周向构件51可以连接至环构件50的正面50a。该正面50a可以被布置成与凹槽31的边界区齐平，或者可以被布置成完全位于凹槽31内，其中，刚性的周向构件然后从凹槽31中突出。
[0176] 特别是在刚性构件30不透明的情况下，刚性构件可以包括通孔303(例如，限定透镜1的孔径)，其中，膜20附接至在刚性构件的一侧上界定所述通孔的边界区，刚性构件的该侧背离于布置在另一侧上并连接至刚性的周向构件51的透明盖元件101。这样，提供了具有容积V的容器100，其中，所述容积V由膜20、刚性构件30、透明盖元件101、周向构件51以及特别地由环构件50界定。此处，液体2布置在膜20和盖元件101之间，使得光可以经由通孔303、膜20、容积V以及盖元件101而穿过透镜1。
[0177] 在图5中未示出透镜成形器，但是该透镜成形器可以接触膜20的背离盖元件101的外侧，以便限定膜20的所述曲率可调区域(例如沿着如上所述的圆形接触线)。该透镜成形器(例如环形或圆形构件)可以借助于致动器在如本文所描述的轴向方向上移动，即在z方向上(或沿着光轴O)移动，该轴向方向垂直于膜20并垂直于覆盖元件101延伸。由于该轴向移动，由透镜成形器限定的膜20的所述区域21的曲率可调节。
[0178] 此外，膜20附接至周向膜承载件201(例如膜承载环)，其中，膜的边界区布置在刚性构件(即，在通孔303的边界区之间)和膜承载件201之间。特别地，如果膜20适合于生产过程，则膜被预先组装在膜承载件201上。
[0179] 此外，通过在保持透镜的孔径303不变的同时使环构件50和周向构件51的半径或直径增大，可以增强补偿效应。然后，环构件在轴向方向上的相对小的膨胀使得容积V产生相对大的增大。换言之，容积V包括第一部段V1和相邻的第二部段V2，该第一部段邻近膜20并具有与孔径303的直径相对应的第一直径D1，该相邻的第二部段具有轴向构件51的较大(第二)直径D2。优选地，第二部段V2被形成为保持尽可能薄以使光学液体2的总量最小化的薄间隙。特别地，该实施方案在z方向上的空间有限但是径向方向R上的空间可用的情况下是有利的。
[0180] 图6示出了根据本发明的透镜1的另一实施方案，这是图1中所示的实施方案的变型，并且涉及也用于图1和图2所示的实施方案中的刚性构件30的某一构造。与图1不同，环构件50未布置在刚性构件30的凹槽31中，而是搁置在刚性构件的基部300上，该基部垂直于光轴O/方向z延伸并且包围从基部300朝向膜20突出的圆柱形突出部301。换言之，该实施方案包括独立式环构件50。
[0181] 此外，如涉及图6所示的实施方案的变型的图7所示，基部300可以包括围绕突出部301延伸的周向梯级52，该梯级52被配置成使得环构件50相对于突出部301居中，其中，梯级
52被配置成以形状配合的方式容纳环构件50的内边缘，使得环构件围绕突出部300并且在径向方向R上与突出部300仅分隔开一围绕突出部300延伸的小间隙55。
52被配置成以形状配合的方式容纳环构件50的内边缘，使得环构件围绕突出部300并且在径向方向R上与突出部300仅分隔开一围绕突出部300延伸的小间隙55。
[0182] 此外，基部300可以包括另外的周向梯级53，该梯级在径向方向上被布置成比梯级52更向外，其中，将胶54施加到该另外的梯级53以便将环构件50结合到基部300。由于该另外的梯级53，所述胶54由于毛细力而不能流入间隙54中。可以存在允许吸收任何多余液体的另外的梯级。
[0183] 此外，液体容器100的径向膨胀小于液体2的径向膨胀，因为前者受到刚性构件30的线性CTE的限制，环构件50在z方向上的线性膨胀可以用于补偿液体的体积VL的热膨胀，因为环构件50在z方向上的尺寸(高度)充分大于液体2在该方向z上的平均高度。如前所述，将环构件50在z方向上的尺寸选择为使得环构件50的温度诱导式膨胀所产生的容器的容积V的增大优选地与液体体积VL的增大相匹配，从而使得膜20的中心区域的曲率不受透镜1/液体2的温度升高的影响。特别地，在膜平坦的情况下，透镜的焦度将基本上保持为零。
[0184] 刚性构件30可以由聚碳酸酯或另一光学透明材料制成。
[0185] 图8示出了图6所示实施方案的另外的变型，其中与图6不同，刚性构件30的突出部301不包括面向膜的平坦正面301a，而是包括构成凹部301b的正面301a。
[0186] 由于该凹部301b，容器的所述容积V包括具有第一直径D1的第一部段V1，即凹部的容积，和相邻的第二部段V2，该相邻的第二部段具有的第二直径D2大于第一部段V1的第一直径D1。因此，由于较大的第二直径D2，环构件50在z方向上的小的膨胀导致容积V的相对大的增大。
[0187] 换言之，在通过增大容器深度低的区(外侧凹部301b)来限制容器的容积V的同时，通过增大容积V的直径D2来放大环构件50的膨胀效应。
[0188] 图9示出了对应于图6的根据本发明的透镜的实施方案，其中，在图9中还示出了如先前所述附接至环构件50的正面50a的透镜成形器200，其中，膜20的边界区布置在刚性构件50的正面50a与透镜成形器200之间。
[0189] 图10示出了针对如图9所示的环构件50的实施方案的环构件50的典型位移场(z分量)，这指示了环构件在z方向上的膨胀(例如，在透镜温度升高60℃时环构件在z方向上的高度从2.5mm增大到2.545mm)。
[0190] 图10指示了通过将环构件50在z方向上的高度选择为大于液体层2的(平均)厚度来使环构件50在z方向上的膨胀放大。此处，环构件50可以由聚合物制成。
[0191] 此外，图11和图12示出了针对环构件从凹槽31突出的实施方案的位移场(z分量)。此处，环构件50的膨胀通过不允许其侧向地膨胀而被放大，使得由于其不可压缩性而需要在z方向上移动。图11示出了没有滑动边界条件(NSBC)的情况，即环构件50附接至凹槽31的边壁，而图12示出了具有滑动边界条件(SBC)的情况，其中，环构件50可以相对于凹槽31的所述边壁滑动。
[0192] 图13示出了图8所示类型的另外的实施方案，其中此处，与图8不同，在刚性构件30的突出部301之间不存在间隙。此外，与图8不同，刚性构件包括第一周向外部部件34及内部透明部件(例如玻璃)33，该第一周向外部部件包括(周向)基部300和(周向)突出部301，该内部透明部件布置在由突出部301形成的通孔中，其中内部部件33包括在z方向上(即，在光轴O的方向上)的较小的高度，使得在透镜容器100的容积V的相邻第二部段V2具有较大的第二直径D2的同时，刚性构件30再次形成对应于容积V的具有第一直径D1的第一部段V1的凹部301b。此处，容积V的第二部段V2由环构件50侧向界定，以便环构件50在z方向上的小的膨胀使第二容积部段V2产生相对大地增大。换言之，在通过增大容器深度低的区(在与所述内部部件33相邻的所述凹部或区301b外)限制容器的容积V的同时，还通过使环构件50的半径/(第二)直径D2增大来使环构件的膨胀效应放大。
[0193] 再次，如前所述，透镜成形器可以连接至环构件50的正面50a，其中，膜20的边界区布置在所述正面50a和透镜成形器200之间。
[0194] 此外，图14示出了根据本发明的透镜1的实施方案，该实施方案可以被视为图6所示的实施方案的反向版本。
[0195] 此处，刚性构件30特别地为不透明的，但是包括通孔303(例如，限定透镜1的孔径)。刚性构件30还包括周向基部300和在轴向方向z上从所述基部300朝向透明盖元件101(例如盖玻璃)突出的突出部301。当环构件50搁置在刚性构件30的基部300上并且包围突出部301时，突出部301和基部300包围通孔303，其中，环构件50在轴向方向z上突出超过刚性构件30的突出部301。此外，膜20附接至刚性构件30，即附接至刚性构件30的基部300的背离盖元件101的那侧，使得其覆盖所述通孔303，同时透明盖元件101利用盖元件101的基部102连接至环构件50的正面50a，使得在突出部301的正面301a和盖元件101的基部102之间形成周向间隙V2。
[0196] 光学液体2被填充到透镜1的容器100的容积V中，该容积V由形成所述容器100的膜20、盖元件101、刚性构件30以及环构件50界定，其中，液体2在z方向上布置在盖元件101和膜20之间。因此，光可以通过通过膜20、通过位于所述容积中的液体2以及通过盖元件101而穿过透镜1。
[0197] 此外，盖元件101包括突出部103，该突出部从盖元件101的基部102突出到由周向刚性构件30限定的通孔303中。
[0198] 因为液体2在所述间隙(第二容积部段)V2——在刚性构件30的突出部301的正面301a与盖元件101的基部102之间——中沿着径向R延伸直至环构件50，其中该环构件的内部直径D2显著大于通孔303(第一容积部段V1)的直径D1，所以根据上述原理环构件50在轴向方向(z方向或光轴O的方向)上的膨胀被放大。
[0199] 在图14中未示出的透镜成形器(例如环形或圆形构件)可以接触膜20的背离盖元件101的外侧，并且因此可以限定能够根据本文所述的原理调节曲率的曲率可调区域。
[0200] 图15示出了图14所示的实施方案的变型，其中，与图14不同，盖元件101不包括所述突出部103，而是仅包括连接至如上所述的环构件50的正面50a的平坦基部或主体101。同样在此处，容积V包括第一部段V1和相邻的第二部段V2，其中该第一部段对应于具有(第一)内部直径D1的通孔303，该相邻第二部段具有对应于环构件50的内部直径的较大(第二)直径D2，使得环构件50在轴向方向(z方向或光轴O的方向)上的相对小的膨胀引起如上所述的容积V的相对大的增大，这允许如上所述补偿液体2的体积VL的热漂移。
[0201] 图16示出了图14所示的实施方案的变型，其中，与图14不同，刚性构件30不包括突出部301，而是包括周向凹槽31，环构件50被布置在该周向凹槽中，使得环构件在轴向方向以其正面50a转而连接至所述盖元件101的方式从凹槽31中突出。
[0202] 图17示出了图16所示的实施方案的变型，其中，盖元件101现在不包括突出部103，而是包括面向膜20的平坦侧。
[0203] 图18和图19涉及根据本发明的透镜1的实施方案，其中，使用单独的液体腔室80来对透镜1的容器100的主容积V的膨胀进行补偿。
[0204] 根据图18，透镜1包括容器100，该容器限定了填充有透明液体2的容积V，其中，容器100还包括透明且可弹性变形的膜20和刚性构件30。膜20和刚性构件30在轴向方向(即z方向或透镜1的光轴O的方向)上面向彼此并界定所述容积V，其中，液体2在所述轴向方向上布置在膜20和透明刚性构件30之间。
[0205] 刚性构件30包括在面向膜20的一侧上的周向凹槽31，其中，现在环构件50在轴向方向z上从凹槽的内边缘突出。环构件50的背离刚性构件30的正面50a连接至膜20的边界区。因此，该环构件50还界定容器100的容积V并且形成容器100的周向侧壁。此外，透镜包括从周向凹槽31的外边缘突出的另外的环构件81，使得腔室80形成在两个环构件50、81之间，该腔室80延伸到凹槽中并且因此在轴向方向z上具有的高度/尺寸大于液体2在所述方向上的高度。另外的环构件81还包括连接至膜20的边界区的正面81a。如上所述，透镜成形器200连接至环构件50、81的正面50a、81a，使得膜20的边界区布置在正面50a、81a和透镜成形器200之间。腔室80也填充有液体2'，该液体2'可以与填充到透镜1的所述容积V中的液体相同。
[0206] 在透镜1的温度上升的情况下，液体2'的温度也会上升，这引起腔室80中的液体2'的体积膨胀，进而导致环构件在轴向方向z上的膨胀，该膨胀用于补偿位于容积V中的液体的体积VL温度诱导式增大，如图19所示，图19示出了用于z分量的位移场。此处，通过使腔室/液体2'在轴向方向z上的高度/尺寸大于主容积V中的液体层2在相同方向z上的厚度来放大刚性构件/液体2在轴向方向Z上的膨胀。
[0207] 图20和图21涉及下述类型的实施方案：在这样类型的实施方案中对透镜的周向环构件或侧壁构件50的膨胀的补偿不是发生在透镜1的轴向方向(光轴O的方向z的方向)上，而是发生在径向方向R上，以便使环构件50向外凸出。
[0208] 透镜1包括容器100，该容器包括垂直于透镜1的光轴O延伸的透明刚性构件30和沿着刚性构件30延伸且在透镜的轴向方向(即z方向或光轴O的方向)上面向刚性构件的膜20。容器100还包括连接至刚性构件并且形成容器100的周向侧壁的环构件50。膜20连接至环构件50，使得容器100的填充有光学液体2的容积V由刚性构件30、环构件50以及膜20界定。
[0209] 现在，与前面描述的实施方案不同的是，透镜1包括固定装置60，该固定装置被设计成通过将膜20刚性地连接至固定装置60来抑制环构件50在透镜1的轴向方向z上的膨胀。此处，固定装置的材料被选择为使得其具有足够小的CTE，以便固定装置60的膨胀小于液体
2或环构件50的膨胀。环构件50现在被配置成使得当透镜1/液体2的温度升高时该环构件径向地膨胀/凸出，使得容器100的容积V增大的量与液体2的体积VL的温度诱导式的增大相匹配。环构件50可以由聚合物形成。
2或环构件50的膨胀。环构件50现在被配置成使得当透镜1/液体2的温度升高时该环构件径向地膨胀/凸出，使得容器100的容积V增大的量与液体2的体积VL的温度诱导式的增大相匹配。环构件50可以由聚合物形成。
[0210] 图21示出了针对侧向容器壁50向外部屈曲的z分量的位移场。
[0211] 图22和图24涉及根据本发明的透镜的实施方案，其中对光学液体2的体积的热漂移的补偿是通过双金属致动器来补偿的。这种致动器包括连接在一起的两种不同的金属，使得它们在被加热时由于其不同的线性CTE而产生机械位移。
[0212] 根据图22，透镜1包括容器100，该容器包括垂直于透镜1的光轴O延伸的透明刚性构件30和沿着刚性构件30延伸并且在透镜的轴向方向(即，z方向或光轴O的方向)上朝向该刚性构件的膜20。容器100还包括环构件50，该环构件连接至刚性构件并且形成容器100的周向侧壁。膜20连接至环构件50，使得容器100的填充有光学液体2的容积V由刚性构件30、环构件50以及膜20界定。
[0213] 现在，为了使环构件50在透镜1的轴向方向上的尺寸/高度扩张，透镜包括双金属致动器71，该双金属致动器经由刚性耦接装置73将刚性构件30连接至环构件50，其中，双金属致动器71从刚性构件30径向地向外(在径向方向R上)延伸，其中，双金属致动器的外端部段74连接至刚性耦接装置，该刚性耦接装置又转而连接至环构件50的正面50a，该正面50a背离刚性构件30。此处，耦接装置73特别地包括L形轮廓或截面，其中该L形轮廓或截面具有在轴向方向上延伸的第一部分75(从双金属致动器71开始)和在径向方向R上延伸的第二部分76。
[0214] 当双金属致动器71由于透镜1/液体2的温度升高而被加热时，从透镜的中心观察，该双金属致动器在透镜的轴向方向上向上弯曲，从而使环构件50在轴向方向上膨胀，这导致了容器100的可以容纳液体2增大的体积VL的更大的容积V。
[0215] 有利地，双金属致动器可以被布置成从容积V径向地向外，从而允许减小透镜1在轴向方向上的安装空间。
[0216] 此外，图23示出了图22所示实施方案的变型，其中与图22不同，耦接装置的第二部分76被第二双金属致动器72取代，使得现在的耦接装置73被减小成在透镜1的轴向方向上延伸的圆柱形构件73，该构件73将两个双金属致动器彼此连接。现在，当双金属致动器71、72被加热时，彼此弯曲远离导致环构件在透镜1的轴向方向(即，z方向或光轴O的方向)上的膨胀增大。
[0217] 图24示出了根据本发明的透镜1的实施方案，其中，根据温度对膜20的平衡位置进行调节，以补偿由于透镜1/液体2温度升高而引起的液体2的体积增大。
[0218] 为此，透镜1包括容器100，该容器限定了填充有体积VL的液体2的容积V，其中，容器100包括垂直于透镜1的光轴O(即垂直于z方向或透镜1的轴向方向)延伸的透明刚性构件30、形成容器100的侧壁的环构件50以及连接至环构件50的膜20，该膜面向刚性构件30。
[0219] 透镜1还包括与液体2热接触的第一弹簧装置5和第二弹簧装置6，其中，每个弹簧装置5、6均被预加载荷成抵靠膜20，使得膜处于力平衡位置，其中，所述两个弹簧装置5、6在一定温度范围内具有不同的杨氏模量变化，使得膜20的所述力平衡位置实际上以对液体2的所述热膨胀和/或折射率变化进行补偿的方式依赖于液体2的温度。
[0220] 特别地，第一弹簧装置布置在容积V中并且被预加载荷成在压缩状态下抵靠膜20并且具有随温度的相对小的杨氏模量变化，而第二弹簧装置从另一侧压靠膜20并且具有随温度的相对大的杨氏模量变化。特别地，第一弹簧装置5由钢且特别是不锈钢制成，而第二弹簧装置6特别地由Ti或Al制成。
[0221] 图25示出了根据本发明的透镜的实施方案，其中，对液体的体积VL的温度漂移的补偿借助于被配置成向外凸出的膨胀元件110来实现。
[0222] 此处，透镜1包括具有透明底部111的容器100，该透明底部包括膨胀元件110，该膨胀元件110连接至周向刚性元件30，该周向刚性元件形成容器100的侧壁并且面向连接至该侧壁30的膜20。
[0223] 容器100包括填充有光学液体2的容积V，其中，所述容积V由膜20、侧壁30以及底部元件111和膨胀元件110界定。
[0224] 膨胀元件110与液体热接触，并被配置成随着温度升高而膨胀，使得容器100的所述底部111向外弯曲，从而致使用于容纳增大的液体体积VL的容积V增大并且特别地还补偿RI的变化，以便透镜的焦距或焦度保持恒定。
[0225] 图26示出了根据本发明的透镜的实施方案，其中，通过收缩元件112来实现对液体的体积VL的热漂移的补偿，即，当加热时材料112收缩并且补偿液体膨胀。
[0226] 为此，透镜1包括具有透明刚性构件30的容器100，该透明刚性构件如关于图6所描述的那样形成，其中，所述刚性构件30的突出部301被周向收缩元件112包围，该周向收缩元件又转而由容器的周向侧壁113包围，该周向侧壁连接至刚性构件30并且连接至面向刚性构件30的膜20。此处，容器100包括由光学液体2填充的容积V，其中，容积V由刚性构件30、由收缩元件112、由侧壁113以及由膜20界定。
[0227] 收缩元件112与液体2热(例如直接)接触并且被配置成当透镜1/液体2的温度升高时收缩，使得在保持膜21的中心区的曲率恒定且特别地为平坦的同时，使容器100的容积V增大，从而能够容纳体积VL增大的液体2。在该实施方案中，收缩元件112包括负线性CTE。
[0228] 图27示出了根据本发明的透镜的实施方案，该实施方案允许补偿液体2的折射率(RI)的热漂移。
[0229] 为此，透镜1包括容器100，该容器限定了填充有透明液体2的容积V，其中，容积V由膜20界定，该膜包括通过接触膜20的透镜成形器200限定的中心区域21。此外，透镜1包括致动器40，该致动器被配置成特别地经由透镜成形器200作用在膜20上，以便调节所述区域21的曲率(同样参见上文)。
[0230] 此处，致动器(例如透镜成形器200)通过弹簧装置401、402被预张紧成抵靠膜20，以用于补偿液体2的折射率随温度的所述变化和液体体积的变化，其中，弹簧装置401、402的弹簧常数被选择为使得其随着温度而改变，使得致动器40在较低的温度下不那么有效或更加有效，以补偿更有效或不那么有效的光学液体2。
[0231] 特别地，透镜成形器200借助于所述弹簧装置401、402被预张紧成抵靠膜200。此处，可以将膜20布置在透镜的顶部以及(可替代地)底部上。
[0232] 图28示出了根据本发明的透镜1的实施方案，该实施方案也允许对温度诱导式的液体体积VL的变化以及RI的变化进行补偿。
[0233] 特别地，透镜包括泵120，该泵被配置成将不连续量的液体2泵入或者泵出透镜的容器100的容积V，借助于此，透镜的曲率可以被调节以补偿由于液体2的温度升高而同时引起的液体2的固有体积VL的热膨胀和液体2的折射率的变化。
[0234] 图29示出了根据本发明的透镜1的另外的实施方案，其中，特别地，该透镜1也使用调节透镜1的膜20的中心区域21的曲率的泵机构和补偿液体2的体积VL的热漂移和液体2的RI的热漂移的机构。
[0235] 特别地，透镜包括容器100，该容器包围容积V，该容积被分成透镜容积V’和与所述透镜容积V’流动连接的贮存器容积V”，其中，贮存器容积V”被配置成当液体2的温度升高时膨胀(参见例如下文)，使得所述贮存器容积V”增大，其中，所述贮存器容积V”的增大对应于当液体2的温度升高时发生的液体2的体积VL的增大，使得膜20的所述区域21的曲率被调节，以便当透镜1/液体2的温度改变时透镜的焦距保持基本恒定。
[0236] 特别地，容器100包括刚性构件30，该刚性构件包括在透镜的轴向方向上(即，在z方向或光轴O的方向上)延伸的圆柱透镜筒部段310和在径向方向R上从透镜筒部段310突出的、垂直于透镜1的轴向方向延伸的贮存器部段311，其中，贮存器部段311包围贮存器容积V”，并且其中，透镜筒部段310包围透镜容积V’。在透镜筒部段310中，透镜容积V’进一步由通过环构件200(例如透镜成形器)承载的膜20和面向该膜的透明光学元件101界定。透镜筒部段310可以包括面向所述光学元件101的另外的透明光学元件101’。
[0237] 此外，容器100包括环构件50，其中，所述环构件50连接至贮存器部段311的背离筒部段310的正面311a，其中，特别地，环构件50布置在形成于所述正面311a中的凹槽315中。此外，环构件50沿着平行于透镜1的光轴O延展的延伸平面周向地延伸。此外，环构件50还界定了贮存器容积V”并且与所述液体2热接触。为了补偿液体体积VL的热漂移，环构件50被配置成当液体2的温度升高时在径向方向R上膨胀，使得所述贮存器容积V”增大，其中，所述贮存器容积V”的增大基本上与当液体2的温度升高时发生的液体2的体积VL的增大相匹配，以便当透镜1的温度以及因此液体2的温度升高时，透镜的膜20的所述区域21的曲率基本保持不变(除了透镜的折射率的变化以外)。
[0238] 此外，透镜1包括致动器40，该致动器被配置成调节膜20的所述区域21的曲率，以通过在膜20上施加力来调节透镜1的焦距。此处，致动器被设计成将液体从所述贮存器容积V”推出到透镜容积V’中，以调节膜的所述区域21的曲率。在主动式温度补偿系统中，该致动还可用于补偿流体的热膨胀和RI的热漂移。为此，控制单元可以被配置成根据透镜1中测量的温度相应地控制致动器。
[0239] 如图29所示，致动器40可以包括活塞44，该活塞被配置成压靠贮存器容积V”的可变形膜314，该膜314特别地连接至环构件50，其中，所述膜314包括周向边界区313和不可变形部分312，该不可变形部分充当用于环构件50的膨胀的杠杆。
[0240] 图30至图32示出了根据本发明的透镜1的另外两个实施方案，这两个实施方案使用了不同的措施来补偿液体的体积VL的热漂移和液体2的RI的热漂移。
[0241] 图30示出了根据本发明的透镜1的实施方案，该透镜包括如关于图6所描述那样构造的容器100，其中，膜20由透镜成形器200接触，该透镜成形器构成随着温度变得更软的顺应性透镜成形器结构210的一部分，使得其实现了对RI的热漂移的补偿。
[0242] 详细地，该结构210(参见图32)包括周向承载件205，该承载件205围绕的透镜成形器200经由弹簧构件206耦接到该周向承载件，其中，每个弹簧构件206形成或构成用于使透镜成形器200在透镜1的轴向方向上移动的杠杆。此处，透镜成形器200被形成为圆柱形环。杠杆206布置在承载件205的相应凹部205a中，并且相对于透镜成形器200切向延伸，其中，杠杆206均经由在径向方向R上延伸的第一销206a连接至透镜成形器200并经由偏离第一销
206a的第二销206b连接至承载件205，以产生杠杆效应，该杠杆效应能够在透镜成形器200上依然生成足够强的力的同时实现较低的致动器力。该杠杆效应的益处还在于更精细地控制透镜成形器运动，同时允许更大的线圈运动。杠杆206被配置成利用线圈41致动以使透镜成形器200轴向移动，以便调节膜20的由透镜成形器200限定的中心区域21的曲率。
206a的第二销206b连接至承载件205，以产生杠杆效应，该杠杆效应能够在透镜成形器200上依然生成足够强的力的同时实现较低的致动器力。该杠杆效应的益处还在于更精细地控制透镜成形器运动，同时允许更大的线圈运动。杠杆206被配置成利用线圈41致动以使透镜成形器200轴向移动，以便调节膜20的由透镜成形器200限定的中心区域21的曲率。
[0243] 此外，包括刚性构件30、环构件50以及膜20的容器100被一结构围绕，该结构包括顶部环磁体42a、底部环磁体42b以及用于引导线圈41的磁通的垫圈形式的返回结构600(参见下文)，该垫圈600在透镜1的轴向方向(z方向或光轴O的方向)上布置在环磁体42a、42b之间。该结构转而又被连接至杠杆206的所述(声音)线圈41围绕。
[0244] 此外，透镜1包括用于引导顶部环磁体42a和底部环磁体42b的磁通的顶部返回结构500，该顶部返回结构500与周向部分502一起搁置在顶部环磁体42a上并且包括在透镜1的轴向方向上从所述部分502朝向容器100突出的热交换片503。
[0245] 此外，底部环磁体42b搁置在垫圈601上，该垫圈转而又搁置在结构210上，该结构转而又搁置在另外的垫圈602上，该另外的垫圈包括用于结构210的杠杆206的凹部602a。所述结构210搁置在盖环603的周向部分604上，该盖环包括在透镜1的轴向方向上从周向部分604突出的(远离容器100的)筒夹具605。筒夹具605用于将透镜连接至另外的部件诸如透镜筒。
[0246] 图31示出了根据本发明的透镜1的另外的实施方案，该实施方案也允许补偿液体2的体积VL的热漂移和液体2的RI的热漂移两者。
[0247] 此处，根据图16所示的实施方案的原理构造容器100，其中此处，结构210的透镜成形器200(参见图32)接触容器100的膜20并且限定膜20的区域，该区域的曲率将由致动器调节以调谐透镜1的焦距。此外，根据图31和图32的透镜1包括如前所述的包括部件500、42a、600、41、42b的相同致动器。然而要注意，垫圈601不存在于图31的实施方案中，并且底部环磁体42b直接搁置在包括用于杠杆206的所述凹部602a的垫圈602上。此外，与图30不同，透镜成形器200是从上方接触膜，而不是如图30中的情况一般从下方接触膜。关于图31和图32中所示的透镜1的实施方案，用于致动透镜成形器200的致动器如下工作。线圈在由环磁体
42b和42a产生的磁场中移动。由线圈产生的在透镜成形器上的力取决于由环磁体产生的磁场的强度和施加到线圈的电流。
42b和42a产生的磁场中移动。由线圈产生的在透镜成形器上的力取决于由环磁体产生的磁场的强度和施加到线圈的电流。
[0248] 虽然基于液体的可调谐透镜1的热容积膨胀可以通过如本文所述的容器设计来补偿，但是另外的热效应是液体2的折射率(RI)的变化。
[0249] 对此，图33和图34示出了本发明的涉及控制致动器40的线圈41(同样参见上文)以便可以对液体2的RI的热漂移和随着温度的体积膨胀进行补偿的实施方案。
[0250] 对于大多数液体2，当温度升高时，折射率减小，使得在光进入液体2时被更少地偏转。
[0251] 此外，对透镜焦距的影响取决于透镜偏转(透镜偏转越高，折射率变化的效应越大)。因此，为了在温度范围内具有恒定的焦距，当温度升高时，必须使透镜偏转增大；因此，当温度升高时，推动膜20的致动器力必须增大。根据液体体积VL的热膨胀和容积V的相应膨胀，针对不同的温度需要不同的推力。
[0252] 在图33所示的一个实施方案中，透镜1包括电流控制的致动器40(例如音圈致动器)，即，焦距由所述控制单元使用预定义的电流与焦距长度关系来进行控制，其中，通过添加与致动器线圈41电并联的温度敏感电阻45来补偿折射率变化。电阻器45必须以其温度接近于液体2的温度的方式热耦接到透镜1。此外，可以添加电阻器R1和R2。通过选择电阻器45、R1以及R2的合适的值和温度系数，可以对补偿进行校准，使得随着温度升高，渐增的电流流过致动器线圈41并且致动器40的力增大。
[0253] 类似地，如果对致动器的电压进行控制，则如果相应地设置了电阻器45、R1和R2的值，这些电阻器可以被布置成与致动器线圈41电串联，如图34所示。
[0254] 要注意的是，以上描述的各种实施方案也可以彼此组合，特别是为了构造下述透镜1，所述透镜允许补偿液体的体积VL的温度相关的漂移，即，液体的体积VL的热漂移，以及液体2的折射率(RI)的热漂移两者。
[0255] 此外，如图36至图39所示，本发明也可以用于/适于因为温度和温度依赖型粘弹性引起的动力学效应而使透镜1的焦度发生变化的情况。
[0256] 通常，如图36所示，光学透镜1可以通过使膜20偏转来调谐，并且可以包括用于实现该目的致动器40，其中，透镜1的期望焦度/焦距可以通过使用致动器40调节膜偏转且特别是调节所述区域21的曲率来实现。
[0257] 透镜1可能经受温度依赖型变化，诸如环境温度、温度诱导的透镜1的折射率RI变化，材料膨胀系数的变化或液体体积的变化。作为第一估计，可以假定在整个透镜1中温度是均匀的，并且透镜1内部没有发生温度分布或梯度。然而，本发明还允许处理不均匀的温度分布和时间依赖型的温度变化。
[0258] 特别地，当调谐液体透镜1时可能发生时间依赖型的温度效应。特别地，随时间变化的空间上局部化的热源或当透镜1被机械地夹持/保持在具有不均匀热传递的装备中时，可能引起温度梯度。此外，可以用于透镜1的膜20的聚合物材料的粘弹性可以是温度依赖的。
[0259] 对透镜1的调谐通常可以通过将经限定的电功率施加到适当的电致动器40以引起致动器力变化来实现。作为示例，在电磁致动器的情况下，可以改变线圈电流。这引起充当局部热源的致动器40的散热变化。位于透镜1容器中的液体2附近的致动器的局部热源引起液体2内部的热对流，从而引起液体2内的时间依赖型的温度梯度TG。
[0260] 此外，当透镜1被具有不同于空气的热扩散系数的材料夹持时，或者夹具由多种材料构成，其中这些材料中的一些是隔热的并且其中一些是热传导的时，会产生恒定但是定向的温度梯度，这可能导致下述情况：在生产期间的透镜校准不同于用户处的实际情况，而且可能无法达到期望的焦度。
[0261] 总之，液体透镜系统1可以暴露于环境温度变化以及致动器40的内部加热。施加的电流的任何变化都会改变消耗的功率(散热)并因此改变相应的温度梯度。
[0262] 还考虑液体2内的不均匀的温度分布并特别地补偿这些动力学效应，提出了一种补偿方案，该补偿方案在本发明的实施方案中特别地被实施成控制算法，该控制算法可以通过透镜的被配置成控制致动器40并由此控制透镜1的焦度的控制单元46来执行。
[0263] 为此，液体透镜1可具有基于来自传感器诸如温度传感器700、位移传感器702(霍尔传感器和光学传感器)、运动传感器703、用于测量电机功率704的装置的值的反馈系统。此外，透镜也可以包括加热器705以影响透镜1的温度。
[0264] 此外，液体透镜可具有存储器701以保存由所述传感器测量的过去的传感器值。
[0265] 此外，液体透镜1可以具有通过在生产期间校准透镜1或者通过在原位并且在其最终应用中循环地校准透镜而获得的校准数据。
[0266] 根据实施方案，使用如图37所示的利用如上所述的基于功能模型的信息的控制算法来对透镜1进行调谐并补偿所述时间依赖型的温度变化。
[0267] 特别地，控制算法可以包括集中在不同方面的若干子控制算法，以对可能并联和串联作用的焦度的漂移进行补偿。
[0268] 图37详细示出了根据本发明的这种控制算法的一个迭代步骤n，其中编号(i)至(iv)对应于由算法执行的连续步骤。
[0269] 详细地，根据图37，所提出的漂移补偿的示例性描绘的方案包括两个串联作用的控制回路。
[0270] 假定透镜液体2内热量分布均匀，子控制算法ii考虑了由于时间依赖型的局部热源引起的透镜液体2内部的时间依赖型的(动态的)变化和热梯度，而子控制算法iii则考虑了环境温度变化。
[0271] 特别地，漂移补偿可以基于例如通过若干n阶滞后元件的和描述液体温度的动态变化的函数。它动态地调节作为由第二子控制算法iii提供的静态温度漂移计算iii的输入的焦度。
[0272] 对此，图38示出了对可以利用根据本发明的控制算法来估计的、以dpt为单位的总漂移补偿随着时间的三个不同贡献。
[0273] 局部透镜温度的动态变化可以具有不同的时间尺度，可以取决于所施加的功率的大小，并且可以具有方向依赖性，即，在相对于减小的线圈功率增大时可以有所不同。
[0274] 此外，在实施方案中，根据本发明的控制算法(特别地呈现在图37中)可以计算控制信号，该控制信号可以是用于电流控制器的输入信号或用于另一控制算法的设置信号，例如可以被配置成用于控制膜的位置/偏转并且可以利用透镜1的所有传感器值的PI D控制器。
[0275] 然而，作为基本估计，可以忽略局部热效应和局部变化，并且温度补偿可以被缩减到考虑例如折射率变化、材料参数的温度依赖型变化、液体体积变化等的控制算法iii。
[0276] 特别地，在实施方案中，通过比较若干传感器值的信号，可以估计这些值彼此相对于期望值的差异并估计动态效应，并相应地调谐透镜以保持焦度恒定。
[0277] 在本发明的实施方案中，可以在校准中确定漂移补偿的功能参数。
[0278] 通过将待校准的透镜1暴露在这些特定的环境条件下来对这些效应的补偿进行校准，同时记录这些条件和所得到的光学系统特性两者。
[0279] 可以通过在不同的温度下使用不同的恒定致动器力来使透镜/膜20偏转，并且可以测量相应的传感器值。
[0280] 在校准过程中，透镜液体内部的热梯度保持恒定。
[0281] 在另外的校准中，可以测量在限定时间内焦度的漂移，并且可以同时记录所有必要的传感器值。
[0282] 利用适合的函数对所记录的传感器值、施加的功率和测量的焦度进行拟合产生可以被保存的透镜1的漂移参数。
[0283] 此外，在实施方案中，在透镜1内部的不同位置处的诸如靠近致动器40和/或在液体2和/或透镜容器100附近的若干温度传感器可以被实施为直接测量温度梯度。特别地，理想的是，这些温度传感器在热源和液体之间的直接路径上应尽可能彼此远离。
[0284] 然后从记录的校准数据导出补偿算法。
[0285] 此外，在本发明的实施方案中，如图39所示，第二线圈43围绕致动器线圈41缠绕。第二线圈43在第一方向上具有一半的绕组43a，并且在相反的方向上具有另一半的绕组
43b，从而导致零致动器净力。
43b，从而导致零致动器净力。
[0286] 由于第二线圈43不施加任何力，因此流过第二线圈43的电流可被调节，使得致动器线圈41和第二线圈43的总消耗功率保持恒定，并且局部热源分布不发生变化。
[0287] 在本发明的另外的实施方案中，所述第二线圈43不需要在两个方向上缠绕。可以调节线圈41和43的电流之间的比，使得总电流是恒定的，并且该比确保致动器40的净力可以更改。
[0288] 此外，在本发明的实施方案中，致动器力的变化不仅导致局部热源，而且还导致由依赖于温度的粘弹性引起的膜应变软化。
[0289] 此处，在突然变化和恒定应力下，可变形膜可能表现出粘弹性蠕变和随后的粘弹性松弛。
[0290] 粘弹性可以是温度依赖的和时间依赖型的，并且也可以在将透镜调谐到期望的焦度时被考虑(例如，在根据本发明的控制算法中)。
[0291] 特别地，膜20的偏转的突然增大导致膜20的蠕变(膜的偏转比预期少)，而当施加恒定的致动器力时其随着时间缓慢地松弛至期望的膜偏转。在膜20的蠕变之后对致动器40的补偿/抵消导致恒定的焦度。
[0292] 膜偏转的突然减小导致随时间缓慢变硬的膜20的松弛。
[0293] 使用位置敏感传感器或者通过测量透镜1的膜20的偏转，可以在控制透镜1时补偿该温度依赖型粘弹性。
[0294] 特别地，可以实施如上所述的控制算法，以使用功能模型诸如若干n阶滞后元件的和来对温度依赖型粘弹性进行建模。粘弹性蠕变和粘弹性松弛的时间常数可以不同。
[0295] 此外，结合图36至图39描述的控制原理和相关特征也可以应用于本文所述的其他实施方案。
[0296] 此外，图40至图44还涉及本文所述的本发明的另一方面，即可调谐棱镜形式的光学设备10，该光学设备可以使用包含两个透明覆盖元件800、801的并填充有光学流体或液体804的柔性主体或容器803创建。可以通过控制覆盖元件800、801跨越的两个光学平面来修改棱镜角度。
[0297] 这样的系统10可以通过多种方法致动：一简单的解决方案是固定一个平面801并使用三个销组件900(其中至少两个是可调节的)来限定自由平面800(参见图40、图42、图43或图44)。
[0298] 通过在图41中的上部左手侧陈述的等式给出了通过如图41的上部所示出的这样的棱镜10的光束L'的折射，其中，光束L'垂直于一个表面801进入棱镜10。
[0299] 如果棱镜的几何形状在温度变化期间保持恒定，则折射是温度的取决于折射率的热灵敏度的函数。
[0301] 作为示例，在图41的下部表格中详细地描述了也用于液体透镜的通过针对具有n＝1.29和dn/dt＝-3.30E-04的液体804的温度变化引起的漂移。
[0302] 假定棱镜10由销900致动，则系统对液体804的RI变化的灵敏度可以通过销900的热膨胀来抵消。此处，如果销900的CLTE等于1.13E-03(每摄氏度)，则可以使系统10的热漂移最小化。
[0303] 第一被动补偿可以通过销膨胀的差(ΔΤ×CLTE×ΔL)来实现，参见图42。
[0304] 在图42下部的表中陈述了在具有CLTE＝1.13E-03(每摄氏度)的致动器(销900)的情况下所计算出的漂移，并且该计算出的漂移的光束角漂移降低了高达24倍。
[0305] 然而，难以提供合适的具有CLTE 1.13E-03(每摄氏度)的致动材料。因此，本发明特别旨在放大CLTE较低的材料的热膨胀。
[0306] 作为利用有效的销长度差ΔL的替代，特别建议在有效长度上以与对棱镜10的调谐成比例的方式调谐相应销900的CLTE。
[0307] 这可以通过使销或销组件900由例如两种不同的材料构成来实现。内部销902由固定装置905旋转地锁定，并且(例如用定制螺纹)旋拧到相应销组件900的外部销901中。两个销组件900的有效长度L随着外部销901被缠绕和被解缠绕而改变。
[0308] 假定外部销901的CLTE非常低并且与内部销902的CLTE相比可以忽略不计，如果满足以下要求，上述特定补偿将近似地实现：
[0309] ΔLi×CLTEi(内部销)＝ΔL×CLTE(必需)。
[0310] 特别地，这导致了图43和图44所示的实施方案的基本设计。
[0311] 此处，优选地，仅调节外部销901。
[0312] 优选地，内部销901和外部销902由CLTE显著不同的材料制成(在上述实施例中，为了计算的目的，不锈钢已用作相应外部销901的材料，而聚酰胺(特别是尼龙或聚酰胺6.6，CAS编号：32131-17-2)已用作相应内部销902的材料)。
[0313] 此外，内部销902优选地被旋转固定(由绿线表示)。相应的固定装置905可以被形成为如图44所示的防止内部销902旋转的板。由于所述固定装置905，在外部销转动时，两个螺纹都是启用的。
[0314] 拧松可以利用其外螺纹901a接合保持装置903的内螺纹903a的外部销901导致相应销组件900的有效销长度L增大。同时，内部销902的外螺纹902a接合外部销901的内螺纹901b，并且内部销902的有效长度Li由于内部销902的旋转固定而延长。
[0315] 优选地，根据实施方案，内部销902的外螺纹902a具有的螺距不同于且特别地为大于外部销901的外螺纹901a的螺距(特别地所述螺纹具有相同的方向)。
[0316] 特别地，该关系取决于可能随着温度而降低或增大的折射率RI以及取决于外部销901和内部销902的CLTE。
[0317] 在液体804的RI随着温度升高而降低并且内部销901具有较高CLTE(与外部销901相比)的情况下，那么在实施方案中(针对所有的致动销组件900)内部销902的螺纹902a所具有的螺距将大于外部销901的螺纹901a的螺距。
[0318] 特别地，在销900由单一材料制成的情况下，内部销和外部销的螺距比是材料的CLTE和所需的CLTE的函数。使用不同的销901、902的情况下，其是内部销902和外部销901的CLTE和所需CLTE的函数(在典型的液体804和不锈钢/尼龙销900的情况下，例如可能产生1.08的螺距比)。
[0319] 特别地，根据本发明的在每个可调节销组件900中使用内部销902和外部销901的双销方法模拟使用单一材料的单销解决方案。有利地，该方法允许产生原本在单一材料中难以获得的大的有效CLTE。取决于它们的长度和螺距，可以实现更大的CLTE(参见计算)，并且可以成功补偿折射率变化。
[0320] 随着销组件长度L增大，销901、902的比改变(从而有效的CLTE改变)。
[0321] 本文呈现的图像和计算代表内部销902比外部销901具有更高的CLTE的情形。然而，如果需要，可以容易地对此进行颠倒。
[0322] 以下计算可用于确定上面讨论的螺距比：t＝温度
[0323] Co＝外部销901的CLTE x＝自变量，例如，时间、倾斜角度
[0324] Ci＝内部销902的CLTE
[0325] Ceq＝dL(x)的等效CLTE
[0326] Pi＝内部销螺距
[0327] Po＝外部销螺距
[0328] Rp＝螺距比＝Pi/Po
[0329] dL(t)＝dt(Ci·Li+Co·Lo)
[0330] For dL(t,x):
[0331] dL(t,x)＝dt·(Ci·Li(t,x)+Co·Lo(t,x))
[0332] Lo(x)＝Lo(0)-dL_(x)/(Rp-1)
[0333] Li(x)＝Li(0)+dL_(x)·Rp/(Rp-1)
[0334] dL(t,x)＝dt(Co·(Lo(0)-dL_(x)/(Rp-1))+Ci·(Li(0)+dL(x)·Rp/(Rp-1)))[0335] ＝dt(Ci·Li(0)+Co·L(0))+dt·dL(x)((Ci·Rp-Co)/(Rp-1))
[0336] ∴dL(t,x)-dL(t,0)＝dt·dL(x)((Ci·Rp-Co)/(Rp-1))
[0337] 即，由长度差dL(x)引起的热膨胀是Rp、Co以及Ci的函数，因此在单种材料作用的操作范围内是恒定的：
[0338] CLTEequivalent＝Ceq＝((Ci·Rp-Co)/(Rp-1))
[0339] 并且可以针对所期望的有效CLTEequiv(Ceq)计算螺距比：
[0340] Ceq＝((Ci·Rp-Co)/(Rp-1))
[0341] ∴Ceq·Rp-Ceq＝(Ci·Rp-Co)
[0342] ∴Rp＝(Ceq-Co)/(Ceq-Ci)
[0343] 综上，本发明允许提高控制分辨率(在以上呈现的实施例中为12倍)，从而避免对非常精细的螺距螺纹的需求。
[0344] 通过使用相等的螺距，该方法也可以用于制造具有可调谐CLTE的恒定长度的杆状件。
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