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CN101099102A - 包括微镜的可变焦距透镜 - Google Patents

包括微镜的可变焦距透镜 Download PDF

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CN101099102A
CN101099102A CNA200580046112XA CN200580046112A CN101099102A CN 101099102 A CN101099102 A CN 101099102A CN A200580046112X A CNA200580046112X A CN A200580046112XA CN 200580046112 A CN200580046112 A CN 200580046112A CN 101099102 A CN101099102 A CN 101099102A
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micromirrors
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micromirror
variable focal
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CNA200580046112XA
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金泰县
白祥铉
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Stereo Display Inc
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Angstrom Inc
Stereo Display Inc
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Abstract

一种可变焦距透镜(121)，由具有旋转自由度和/或平移自由度的许多微镜(122)及多个驱动元件组成。关于透镜的操作方法，该驱动元件静电地和/或电磁地控制微镜(122)的位置。通过在微镜之下设置一支持微镜及驱动元件的机械结构，可增加可变焦距透镜的光学效率。通过独立控制各微镜，透镜(121)可校正像差。透镜(121)也可以具有期望的任意形状和/或大小。微镜(122)配置在一平面或具有一预定曲率的曲面中。确定微镜位置的电极可由高导电材料(优选地是金属)制造。微镜的表面材料是由诸如涂有多层介电材料或抗氧化剂的铝、银、及金的高反射性材料制成。

Description

包括微镜的可变焦距透镜
相关申请
本申请是以下美国专利申请的部分延续：申请号10/855,554，申请日 2004年5月27日，名称“Variable Focusing Lens comprisingMicromirrors with One Degree of Freedom Rotation”；申请号10/855,715，申请日2004年5月27日，名称“Variable Focusing Lenscomprising Micromirrors with Two Degrees of Freedom Rotation”；申请号10/855,287，申请日2004年5月27日，名称“Variable FocusingLens comprising Micromirrors with Two Degrees of Freedom Rotationand One Degree of Freedom Translation”；申请号10/857,796，申请日 2004年5月28日，名称“Variable Focusing Lens comprisingMicromirrors with One Degree of Freedom Rotation and One Degree ofFreedom Translation”；申请号10/857,714，申请日2004年5月28日，名称“Array of Micromirror Array Lenses”；申请号10/857,280，申请日 2004年5月28日，名称“Variable Focusing Lens comprisingMicromirrors with One Degree of Freedom Translation”；申请号10/872,241，申请日2004年6月18日，名称“Discretely ControlledMicromirror with Multi-level Positions”；及申请号10/839,039，申请日2004年7月16日，名称“Variable Focal Length Lens and Lens Arraycomprising Discretely Controlled Micromirrors”。
技术领域
本发明涉及包括多个微镜的可变焦距透镜，其中可控制该微镜的旋转、平移、或旋转及平移。
背景技术
最为广泛使用的传统可变焦距系统使用两个折射透镜。它具有复杂的驱动机构，以控制折射透镜的相对位置及缓慢的反应时间。换句话说，已制造出可变焦距透镜。可变焦距透镜可通过改变透镜形状(如同人类眼睛一般)而制成，此方法已用在以各向同性液体制成的透镜中。
其它透镜已用电可变折射率介质制成，以通过电压梯度而形成传统透镜或梯度系数透镜。电可变折射率使得透镜焦距可为电压所控制。在这一类的透镜中，最先进的可变焦距透镜是液晶可变焦距透镜，它具有复杂的机构来控制焦距。其焦距通过调节折射率来改变。不幸地，它具有缓慢的反应时间，通常是数百毫秒级。即使最快反应的液晶透镜亦须数十毫秒的反应时间，它具有较小的焦距变化及较低的聚焦效率。
为了解决传统焦距透镜的缺点，故提出快速反应的微镜阵列透镜。快速反应的微镜阵列透镜的细节描述于：J.Boyd及G.Cho于2003年出版的“Fast-response Variable Focusing Micromirror ArrayLens”，Proceeding of SPIE卷5055：278-286页。该文献全部内容结合于此以供参考。微镜阵列透镜主要由多个微镜及驱动元件所组成，且使用比液晶可变焦距透镜更为简单的机构来控制聚焦系统。微镜阵列透镜的焦距会因各微镜的替换而改变。但是，该文献仅描述关于设计及控制的基本观念。本发明改进了微镜阵列透镜的设计及控制。本发明扩展了透镜的优点及应用。
发明内容
本发明欲解决传统可变焦距透镜的缺点。
本发明的目的是改进微镜阵列透镜的设计及控制。本发明扩展了透镜的优点及应用。
本发明作为可变焦距透镜，且由许多用以反光的微镜及多个用以控制微镜位置的驱动元件所组成。各微镜具有与镜子相同的功能。因此，该微镜的反射面由以下制造：金属、金属化合物、多层介电材料、或诸如涂上多层介电材料的铝的其它具有高反射性的材料、涂上抗氧化剂的铝、涂上多层介电材料的银、涂上抗氧化剂的银、金、及涂上多层介电材料的金。许多已知的微制程可使微镜表面具有较高的反射性。微镜阵列通过使由一物体之一点散射的所有光具有相同的周期相位且聚焦于成像平面的一点，而作为反射可变焦距透镜而工作。为了实现这个目的，通过驱动元件而静电地和/或电磁地控制微镜，以具有期望位置。通过控制各微镜的平移与旋转，可改变透镜的焦距。
通过微镜的极(polar)阵列可形成微镜阵列透镜。对于极阵列，各微镜具有一扇形形状以增加有效反射区，以便增强光效率。可通过设置一机械结构而提高微镜阵列透镜的光效率，以增加有效反射区，该机械结构可支持微镜及微镜底下的驱动元件。操作微镜的电路可用已知的半导体微电子技术(如，MOS及CMOS)取代。在微镜阵列底下应用微电子电路，可通过移去用于电极垫(electrodepad)及电线的必须区域而增加有效反射区。
微镜被配置成形成一个或多个同心圆以形成轴对称透镜，且相同同心圆上的微镜可通过具有同心圆形的相同电极来控制，或通过已知的半导体微电子技术(如，MOS或CMOS)来独立控制。而且，微镜被配置成形成一个或多个椭圆，且相同椭圆上的微镜可通过具有椭圆形的相同电极来控制，或独立控制。
期望各微镜具有曲率，因为传统反射透镜的理想形状具有曲率。若平面微镜的尺寸足够小，包括平面微镜的透镜的像差亦会很小。这种情况下，微镜就不需要曲率。
透镜可通过独立控制各微镜而校正像差，像差的产生原因是，因物体与其像间的介质的光学效应或透镜系统的缺陷所造成，透镜系统的缺陷使产生的像偏离近轴成像法则。各微镜的独立控制，也可通过以已知的MOS或CMOS技术取代控制所需的电路以及使用已知的微制造方法在微镜之下制造电路来实现。
包括具有可独立控制的两个旋转自由度及一平移自由度的微镜的阵列，可使一透镜具有任意的形状和/或大小。可通过形成任意形状和/或大小的透镜，来任意调节入射光。为了实现此目的，必须通过控制两个旋转自由度及一平移自由度，而使入射光偏斜至任意方向。也需要各微镜的独立平移以满足相位条件。
在某些应用如在透镜相对于系统光轴的倾斜配置中，优选地，独立控制透镜的微镜，其中该透镜包括具有两个旋转自由度，或两个旋转自由度及一平移自由度的微镜，并且该微镜被沿着椭圆而配置，且被沿着透镜的椭圆而配置的电极所控制，该透镜包括具有一旋转自由度，或一旋转自由度及一平移自由度的微镜。
此外，该微镜可配置在具有一预定曲率的曲面中而不是平面中，以利于通过透镜的小旋转获得大数值孔径。
在一改进中，电极可由具有高电导率的材料(优选地是金属)所制造，以减少电线的电阻。
本发明的优点是：(1)因为各微镜的质量很小，所以微镜阵列透镜的反应时间很快；(2)因为可通过增加微镜的最大旋转角度，而实现大数值孔径变化，故透镜具有大的焦距变化；(3)透镜具有高的光学聚焦效率；(4)透镜可具有大孔径，且不损失光学性能。因为微镜阵列透镜由分离的微镜所组成，透镜尺寸的增加并不会造成因透镜形状误差所造成的像差的增加；(5)因为大量生产的优点，所以透镜的成本低廉；(6)该透镜可校正像差；(7)该透镜使聚焦系统更为简单；(8)该透镜可具有任意的形状和/或大小。
虽然仅简要概述本发明，然而仍可通过后面的附图、详细描述及所附权利要求来完整了解本发明。
附图说明
本发明的这些及其它特征、方面及优点可通过参照附图而更加了解，其中
图1是示出了微镜阵列透镜的剖面侧视图的第一实施例的示意图；
图2是示出了由许多微镜及驱动元件所制成的微镜阵列透镜的多种结构之一的平面示意图；
图3是示出了微镜阵列透镜如何作用为透镜的示意图；
图4是示出了微镜的两个旋转轴及一平移轴的示意图；
图5(a)-5(b)是示出了包括六角形微镜的透镜的示意图；
图6是示出了包括矩形微镜的圆柱形透镜的示意图；
图7是示出了包括三角形微镜的圆形透镜的示意图；
图8是示出了传统微镜阵列透镜的剖面侧视图的第二实施例的示意图；
图9是示出了包括只具有一个旋转自由度的微镜的微镜阵列透镜如何作用为透镜的示意图；
图10是示出了包括只具有一个旋转自由度的微镜及驱动元件的圆形微镜阵列透镜的平面示意图；
图11是示出了包括矩形微镜的圆柱形透镜的示意图；
图12是示出了传统微镜阵列透镜的剖面侧视图的第三实施例的示意图；
图13是示出了包括具有两个旋转自由度的微镜的微镜阵列透镜如何作用为透镜的示意图；
图14是示出了由许多微镜及驱动元件所制成的微镜阵列透镜的多种结构之一的平面示意图；
图15是示出了微镜的两个旋转轴的示意图；
图16(a)-16(b)是示出了包括六角形微镜的透镜的示意图；
图17是示出了包括矩形微镜的圆柱形透镜的示意图；
图18是示出了包括三角形微镜的圆形透镜的示意图；
图19是示出了微镜阵列透镜的剖面侧视图的第四实施例的示意图；
图20是示出了由许多微镜及驱动元件所制成的微镜阵列透镜的多种结构之一的平面示意图；
图21是示出了微镜阵列透镜如何作用为透镜的示意图；
图22是示出了包括矩形微镜的圆柱形透镜的示意图；
图23是示出了能通过菲涅耳(Fresnel)衍射理论而聚焦的区板的第五实施例的示意图；
图24是示出了传统微镜阵列透镜如何作用为透镜的示意图；
图25是示出了使用菲涅耳衍射的微镜阵列透镜的平面及剖面的示意图；
图26是示出了微镜阵列透镜的多种结构之一的示意图；
图27是示出了包括具有纯平移的微镜的微镜阵列透镜的剖面侧视图的示意图；
图28是示出了包括具有纯平移的六角形微镜的微镜阵列透镜的实例的示意图；
图29是示出了位于曲面上的一微镜阵列透镜的剖面侧视图的示意图；
图30是示出了具有配置在椭圆上的微镜及电极的微镜阵列透镜的平面示意图；及
图31是示出了包括分段电极的微镜的示意图。
具体实施方式
以下美国专利申请，申请号10/855,554、10/855,715、10/855,287、10/857,796、10/857,714、10/857,280、10/872,241、及10/893,039等，其全部内容结合于此以供参考。
第一实施例如图1至7所示。
图1示出了微镜阵列透镜111的原理。欲制成理想的透镜有两个条件。第一个为会聚条件，即由一物体的一点所散射的所有光应会聚于成像面的一点。第二个为相同相位条件，即所有会聚光在成像面上应具有相同相位。为了满足该理想透镜条件，传统反射透镜112的表面形状被形成为使由一物体的一点所散射的所有光会聚至成像面的一点，且使所有会聚光的光程长度相同。
配置在平面的微镜阵列可满足两个条件而成为一透镜。各微镜113旋转以会聚散射的光。因为微镜阵列透镜111的所有微镜113如图1所示配置于平面中，所以通过微镜旋转所会聚的光的光程长度会不同。即使会聚光的光程长度不同，因为光的相位具有周期性，所以通过调整相位可满足相同的相位条件。
图2示出了微镜阵列透镜121的平面图。微镜122具有与镜子相同的功能。因此，微镜122的反射表面是以金属、金属化合物、多层介电材料、或具有高反射性的其它材料所制成。许多已知的微制程可制造具有高反射性的表面。各微镜122如已知的一样，通过驱动元件123而被静电地和/或电磁地控制。在轴对称透镜情况下，微镜阵列透镜121具有微镜122的极阵列。各微镜122具有扇形形状以增加有效反射区，这增加了光效率。该微镜配置为形成一个或多个同心圆，以形成轴对称透镜，且在相同同心圆上的微镜可通过相同电极来控制，或通过已知的半导体微电子技术(如，MOS或CMOS)而独立控制。
支持各反射微镜122及驱动元件123的机械结构设置于微镜122下面，以增加有效反射区。而且，操作微镜的电路可用已知的半导体微电子技术(如，MOS及COMS)取代。在微镜阵列底下应用微电子电路，可通过移去用于电极垫及电线(其用于供应驱动电源)的必须区域，而增加有效反射区。
图3示出了微镜阵列透镜131如何成像。任意散射的光132、133通过控制微镜134的位置而被会聚于成像面的一点P。通过平移微镜134可将任意光132、133的相位调整为相同。所需的平移位移至少为光波长的一半。
期望各微镜134具有一曲率，因为传统反射透镜112的理想形状具有一曲率。若平面微镜的尺寸足够小，则包括平面微镜134的透镜的像差亦很小。此时，微镜就不需要曲率。
微镜阵列透镜131的焦距f可通过控制各微镜134的旋转及平移来改变。
图4示出了微镜141的两个旋转自由度及一平移自由度。包括具有独立控制的两个旋转自由度142、143及一平移自由度144的微镜141的阵列可形成具有任意形状和/或大小的透镜。可通过形成任意形状和/或大小的透镜而任意调节入射光。为了实现此目的，必须通过控制两个旋转自由度142、143而将入射光偏斜至一任意方向。各微镜的独立平移144亦必须满足相位条件。
在图5(a)、5(b)、6及7中，微镜的旋转量由箭头152的长度表示，且呈现微镜旋转方向的外形梯度方向由箭头152的方向表示。图5(a)显示包括六角形微镜151的可变焦距圆柱形透镜。图5(b)显示包括六角形微镜151的可变焦距圆形透镜153。可变焦距圆形透镜153的形状、位置及大小，可通过独立控制具有两个旋转自由度及一个平移自由度的微镜151而改变。在图5(b)及7中，控制非透镜元件的微镜以使由微镜155反射的光不影响成像或聚焦。
即使图5(a)-5(b)显示了六角形微镜151，也可使用扇形、矩形、正方形、或三角形的微镜阵列。包括扇形微镜的阵列适用于轴对称透镜。图6显示包括矩形微镜162的可变焦距圆柱形透镜161。包括正方形或矩形微镜162的阵列适用于相对于平面中一个轴对称的透镜，如圆柱形透镜161。具有相同旋转的微镜可通过相同电极来控制，或通过已知的半导体微电子技术(如，MOS或CMOS)而独立控制。
图7显示包括三角形微镜172的可变焦距圆形透镜171。如同包括六角形微镜的阵列一样，包括三角形微镜172的阵列适用于具有任意形状和/或大小的透镜。
微镜阵列透镜是自适应的光学元件，因为可通过独立控制微镜的平移144及旋转142、143而改变光的相位。自适应的光学微镜阵列透镜需要单独地寻址微镜的二维阵列。为实现此目的，必须将微镜与芯片上电子结合。为实现此目的，具有已知的微电子电路的晶圆级微镜整合是必要的。
微镜阵列透镜可校正相位误差，因为自适应的光学元件可校正因物体与其像间的介质所造成的光相位误差，和/或校正透镜系统的缺陷，透镜系统的缺陷使其像偏离近轴成像的法则。例如，通过调整微镜的平移144及旋转142、143，微镜阵列透镜可校正因光学倾斜所导致的相位误差。
微镜阵列透镜所满足的相同相位条件包含单色光的假设。因此，为了获得彩色图像，控制微镜阵列透镜以分别满足红、绿及蓝(RGB)各波长的相同相位条件，且成像系统可使用带通滤波器，以制造具有红、绿及蓝(RGB)波长的单色光。
若彩色光电传感器用做成像系统(其使用微镜阵列透镜)中的成像传感器，则可通过处理来自红光、绿光、及蓝光(RGB)成像传感器(含或不含带通滤波器)的电信号而获得彩色图像，该成像传感器应与微镜阵列透镜的控制同步化。为了使从一物体散射的红光成像，控制微镜阵列透镜以满足红光的相位条件。在操作期间，红光、绿光、及蓝光成像传感器测量从一物散射的各红光、绿光、及蓝光的强度。在这些色光中，仅红光的强度储存为图像数据，因为仅红光被适当地成像。为了使各绿光或蓝光成像，微镜阵列透镜及各成像传感器会与处理红光一样的操作。因此，微镜阵列透镜与红光、绿光、及蓝光成像传感器同步。可选地，通过使用红光、绿光、及蓝光波长的最小公倍数，作为相位条件的有效波长，而满足用于彩色成像的相同相位条件。在此情况下，不必控制微镜阵列透镜以个别地满足各红光、绿光、及蓝光的相位条件。相反地，应满足波长的最小公倍数的相位条件。
为了更简易地控制，仅控制各微镜的平移以满足红光、绿光、及蓝光中之一的相位条件，或不控制以满足红光、绿光、及蓝光以外的任何其它光。即使微镜阵列透镜因具有多重波长的光的相位误差，而无法满足相位条件，该透镜仍可用作为具有低质量的可变焦距透镜。
一种可变焦距透镜的第二实施例，该可变焦距透镜包括具有一个旋转自由度的多个微镜，如图8至11所示。
图8示出了传统微镜阵列透镜211、传统反射透镜212、及微镜213(其对应第一实施例的图1)的原理。
图9示出了包括具有一个旋转自由度的微镜的微镜阵列透镜221如何成像。通过控制微镜224的位置而将任意散射的光222、223会聚于成像面的一点P。不调整任意光222、223的相位以满足相同的相位条件。即使不满足相位条件，仍可得到低质量的成像或聚焦。
图10示出了包括具有一旋转自由度的多个微镜的圆形微镜阵列透镜231的平面图。所有微镜配置在一平面中，因为它们是由已知的微制程制造的。
期望各微镜232具有一曲率，因为传统反射透镜212的理想形状具有一曲率。根据透镜的焦距变化，应该控制微镜的曲率。通过电热力或静电力而驱动的驱动元件232控制微镜的曲率。若平面微镜的尺寸足够小，则包括平面微镜232的微镜阵列透镜233的像差亦很小。此时，微镜就不需要曲率。
图11显示包括矩形微镜242的可变焦距圆柱形透镜241。
一种可变焦距透镜的第三实施例，该可变焦距透镜包括具有两个旋转自由度的多个微镜，如图12至18所示。
图12示出了传统微镜阵列透镜311、传统反射透镜312、及微镜313(其对应描述的第一实施例的图1)的原理。
图13示出了包括具有两个旋转自由度的微镜的微镜阵列透镜321如何成像。通过控制微镜324的位置而将任意散射的光322、323会聚于成像面的一点P。不调整任意光322、323的相位以满足相同的相位条件。即使不满足相位条件，仍可得到低质量的成像或聚焦。
期望各微镜324具有一曲率，因为传统反射透镜312的理想形状具有一曲率。根据透镜的焦距变化，应该控制微镜的曲率。通过已知的电热力或静电力而控制微镜的曲率。若平面微镜的尺寸足够小，则包括平面微镜324的透镜的像差也很小。这种情况下，微镜就不需要曲率。通过控制各微镜324的两个旋转自由度可改变微镜阵列透镜321的焦距f。
图14示出了圆形微镜阵列透镜331、微镜332、驱动元件333(其对应第一实施例的图2)的平面视图。所有微镜配置在一平面中，因为它是通过传统微制程制造的。
图15显示微镜341的两个旋转自由度。包括具有被独立地控制的两个旋转自由度342、343的多个微镜341的阵列可根据期望而制造具有任意形状和/或大小的透镜。通过形成任意形状和/或大小的透镜可任意调节入射光。为了实现此目的，必须通过控制两个旋转自由度342、343而将入射光偏斜至期望的任意方向。
在图16(a)、16(b)、17及18中，微镜的旋转量由箭头352的长度表示，微镜的旋转方向由箭头352的方向表示。图16(a)显示包括六角形微镜351的可变焦距圆柱形透镜。图16(b)显示包括六角形微镜351的可变焦距圆形透镜353。可变焦距圆形透镜353的形状、位置及大小可通过独立控制具有两个旋转的微镜351而改变。在图16(b)及18中，控制非透镜元件的微镜355以使由微镜355反射的光不影响成像或聚焦。
图17显示包括矩形微镜362的可变焦距圆柱形透镜361。包括方形或矩形微镜362的阵列适用于相对于平面中一个轴对称的透镜，如圆柱形透镜361。具有相同旋转的微镜可通过相同电极来控制，或通过单个电极而独立控制。
图18显示包括三角形微镜372的可变焦距圆形透镜371。
一种可变焦距透镜的第四实施例，该可变焦距透镜包括具有一个旋转自由度及一个平移自由度的多个微镜，如图19至22所示。
图19示出了传统微镜阵列透镜411、传统反射透镜412、及微镜413(其对应描述的第一实施例的图1)的原理。
图20示出了微镜阵列透镜421、微镜422、及驱动元件423(其对应描述的第一实施例的图2)的平面视图。
图21示出了微镜阵列透镜431如何成像、任意散射的光432、433、及微镜434(其对应描述的第一实施例的图3)。
图22显示包括矩形微镜442的可变焦距圆柱形透镜441(其对应第一实施例的图6)。
此实施例中的微镜阵列透镜是自适应的光学元件，因为可通过类似于第一实施例地独立地控制微镜的平移及旋转而改变光的相位。
如同第一实施例一样，对于单色光及红光、绿光、及蓝光，相同的相位条件也适用。
一种可变焦距透镜的第五实施例，该可变焦距透镜包括具有一个平移自由度的多个微镜，如图23所示。
图23显示多个区板。灰色区(区域)511是阻止光的区。在图23(a)中，在左边的板，光于偶数区域中被阻止，在图23(b)中，在右边的板，光于奇数区域中被阻止。但是两板具有相同的焦点及强度。每一区域具有相同的面积，而且每一相邻区域与焦点之间的光程长度(OPL)差是半波长。通过改变区域的宽度而改变焦距。
图24示出了传统微镜阵列透镜的原理，如同第一实施例的图1。图24也示出了传统微镜阵列透镜521如何成像，如同第一实施例的图3。
图25(a)显示包括奇数及偶数区板531的透镜。为了补偿两区板之间的半波长相位差，而平移奇数区域532。整个表面由可沿着平面的法线轴平移的微镜组成。因为微镜反射光，所以微镜的必要平移距离是四分之一波长以产生半波长相位差。
图26显示微镜阵列透镜541、微镜542、及驱动元件543的平面内视图的实例，如同图2的第一实施例。
通过精细控制各微镜551的平移运动，可得到进一步改进的像。图27以图形显示它。沿着透镜的径向轴，各区域包括数个微镜552。由于区域中的相位变化是π弧度，所以透镜的像差极大。若更精准地控制各微镜的大小，则可减少透镜的像差。
独立控制的微镜可根据期望而形成具有任意形状和/或大小的透镜。通过形成任意形状和/或大小的透镜可任意地调节入射光。为了实现此目的，必须通过独立控制各微镜的平移而将入射光偏斜至期望的任意方向。
图28显示包括六角形微镜561的微镜阵列透镜562的实例。各微镜561的白灰色表示大的平移，而各微镜561的暗灰色表示小的平移。控制非透镜元件的微镜563以使由微镜563反射的光不影响成像或聚焦，或是较小地影响成像或聚焦。
可使用扇形、矩形、正方形、或三角形的微镜阵列作为微镜透镜。包括扇形微镜的阵列适用于轴对称透镜。包括正方形或矩形微镜的阵列适用于相对于平面内的一个轴对称的透镜，如圆柱形透镜。包括三角形微镜的阵列适用于具有期望的任意形状和/或大小的透镜的透镜，如包括六角形微镜的阵列。
此实施例中的微镜阵列透镜也是自适应的光学元件，因为通过类似于第一实施例地独立地控制微镜的平移及旋转可改变光的相位。
如同第一实施例一样，对于单色光及红光、绿光、及蓝光，相同的相位条件也适用。
在上述五个实施例中，通过引入一些修改可大幅改进透镜。
在五个实施例的可变焦距透镜中，所有微镜113配置在如图1所示的一平面112中。然而，为了得到微镜阵列透镜的大数值孔径，需要微镜旋转大角度，而这是极困难的。若微镜613配置在如图29所示具有预定曲率的曲面612或具有预定焦点的抛物面中，即可克服此困难。
在其它改进中，电极线的材料可以是高导电性的材料，优选的是金属。于是，可减少电阻，且更方便地将电压供应到微镜的电极。
在其它改进中，可增加微镜的反射性，方法是使用涂上多层介电材料的铝、涂上抗氧化剂的铝、涂上多层介电材料的银、涂上抗氧化剂的银、金、或涂上多层介电材料的金。在可见光的光谱范围中，铝具有高度反射性，而且可容易及便宜地制造。在可见光的光谱范围中，银具有极高的反射性。铝、银、及金的多层介电涂层进一步增加反射性。而且，可使用抗氧化剂涂层以避免铝或银随着时间而氧化。
在又一改进中，可变焦距透镜是一种自适应的光学元件。由于透镜是反射型，所以需要相对于像而倾斜地配置透镜，而这是像差的原因。通过个别地控制微镜，当物体不在光轴上时，透镜即可校正像差。
在SPIE文献及上述实施例中，透镜是轴对称而且电极沿着同心圆而配置。在某些应用如在透镜相对于系统光轴的倾斜配置中，优选地独立控制具有两个旋转自由度的微镜，或微镜被沿着椭圆而配置，且被沿着椭圆而配置的电极所控制。在图30中，微镜732配置成形成一个或多个椭圆731以形成透镜。同一椭圆上的微镜被相同电极控制，如同在轴对称透镜中一样。
图31显示一种使用分段电极860的分离控制微镜(DCM)。与传统静电微镜相比，此实施例包括具有不同面积、位置、及分离电压的分段电极860。此实施例除了与用于控制电路的已知微电子技术兼容以外，具有与传统静电微镜相同的缺点。通过适当的组合具有不同面积、位置、及分离电压的分段电极860，微镜861可具有期望的三个自由度。
虽然已参照不同实施例示出和描述了本发明，本领域技术人员应该了解，在不脱离如所附权利要求所界定的本发明的精神及范围的情况下，可在形式、细节、组成及操作上做种种改变。
1.一种可变焦距透镜，包括多个微镜，其中，所述微镜中的每一个被控制以改变所述透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的一个平移自由度被控制。
3.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的一个旋转自由度被控制。
4.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的一个旋转自由度和一个平移自由度被控制。
5.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的两个旋转自由度被控制。
6.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的两个旋转自由度和一个平移自由度被控制。
7.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜被独立控制。
8.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜包括多个分段电极，其中，所述分段电极确定所述微镜的位置。
9.根据权利要求8所述的可变焦距透镜，其中，所述电极线由高电导率的材料制成。
10.根据权利要求9所述的可变焦距透镜，其中，所述电极线由金属制成。
11.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，控制电路系统被通过使用微电子制造技术构造在所述微镜之下。
12.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的反射面基本是平的。
13.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的反射面具有曲率。
14.根据权利要求13所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的曲率被控制。
15.根据权利要求14所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的曲率被电热力控制。
16.根据权利要求14所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的曲率被静电力控制。
17.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有扇形形状。
18.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有六边形形状。
19.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有矩形形状。
20.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有正方形形状。
21.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有三角形形状。
22.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜全部被设置在一个平面内。
23.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜全部被设置在具有预定曲率的曲面内。
24.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜被设置成形成一个或多个同心圆以形成透镜。
25.根据权利要求24所述的可变焦距透镜，其中，每个所述同心圆上的所述微镜被一个或多个对应于所述同心圆的电极控制。
26.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜被设置成形成一个或多个椭圆以形成所述透镜。
27.根据权利要求26所述的可变焦距透镜，其中，在同一椭圆上的微镜被所述相同的电极控制。
28.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜由静电力驱动。
29.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜由电磁力驱动。
30.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜由静电力和电磁力驱动。
31.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料是具有高反射性的材料。
32.根据权利要求31所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料是金属。
33.根据权利要求31所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有多层介电材料的铝。
34.根据权利要求31所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有抗氧化剂的铝。
35.根据权利要求31所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有多层介电材料的银。
36.根据权利要求35所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有抗氧化剂的银。
37.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括金。
38.根据权利要求37所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有多层介电材料的金。
39.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，支撑所述微镜和驱动元件的机械结构位于所述微镜之下。
40.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是自适应光学元件，其中，所述透镜补偿由物体及其像之间的介质引起的光的相位误差。
41.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是自适应光学元件，其中，所述透镜校正像差。
42.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是自适应光学元件，其中，所述透镜校正导致所述像偏离近轴成像法则的成像系统的缺陷。
43.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是自适应光学元件，其中，无需肉眼可见的机械运动，即可通过所述透镜使不位于所述光轴上的物体成像。
44.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是自适应光学元件，其中，当所述物体不位于所述光轴上时，所述透镜通过单独地控制所述微镜来校正像差。
45.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜被控制以分别满足红、绿、和蓝(RGB)各波长的相同的相位条件，以获得彩色像。
46.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜被控制以满足红、绿、和蓝(RGB)中的一种波长的所述相同的相位条件，以获得彩色像。
47.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，通过使用红、绿、和蓝光的波长的最小公倍数作为所述相位条件的有效波长而满足彩色成像的所述相同的相位条件。
48.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜不被控制以满足彩色成像的所述相同相位的条件。

Claims (48)

1.一种包括多个微镜的可变焦距透镜，其中，所述微镜中的每一个被控制以改变所述透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的一个平移自由度被控制。
3.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的一个旋转自由度被控制。
4.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的一个旋转自由度及一个平移自由度被控制。
5.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的两个旋转自由度被控制。
6.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的两个旋转自由度及一个平移自由度被控制。
7.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜被独立地控制。
8.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜包括多个分段电极，其中所述分段电极确定所述微镜的位置。
9.根据权利要求11所述的可变焦距透镜，其中，所述电极线由高电导率材料制造。
10.根据权利要求12所述的可变焦距透镜，其中，所述电极线由金属制造。
11.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，控制电路系统通过使用微电子制造技术被构造在所述微镜之下。
12.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的反射面基本上是平的。
13.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的反射面具有一曲率。
14.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的曲率被控制。
15.根据权利要求17所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的曲率由电热力控制。
16.根据权利要求17所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的曲率由静电力控制。
17.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有扇形形状。
18.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有六角形形状。
19.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有矩形形状。
20.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有正方形形状。
21.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜具有三角形形状。
22.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜全部配置于一平面中。
23.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜全部配置于具有预定曲率的曲面中。
24.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜配置成形成一个或多个同心圆以形成透镜。
25.根据权利要求27所述的可变焦距透镜，其中，在所述每个同心圆上的所述微镜由对应于所述同心圆的一个或多个电极进行控制。
26.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，微镜配置成形成一个或多个椭圆以形成透镜。
27.根据权利要求29所述的可变焦距透镜，其中，在同一椭圆上的微镜由所述相同电极进行控制。
28.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜由静电力驱动。
29.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中所述微镜由电磁力驱动。
30.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中所述微镜由静电力和电磁力驱动。
31.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料具有高反射性。
32.根据权利要求34所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料是金属。
33.根据权利要求34所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有多层介电材料的铝。
34.根据权利要求34所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有抗氧化剂的铝。
35.根据权利要求34所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有多层介电材料的银。
36.根据权利要求38所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有抗氧化剂的银。
37.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括金。
38.根据权利要求42所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜的表面材料包括涂有多层介电材料的金。
39.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，在所述微镜之下设置有支持所述微镜及驱动元件的机械结构。
40.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是一自适应光学元件，其中，所述透镜补偿因一物体与其像间的介质所导致的光相位误差。
41.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是一自适应光学元件，其中，所述透镜校正像差。
42.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是一自适应光学元件，其中，所述透镜校正使所述像偏离近轴成像法则的成像系统的缺陷。
43.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是一自适应光学元件，其中，无须肉眼可见的机械运动，即可通过所述透镜使不位于所述光轴上的物体成像。
44.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜是一自适应光学元件，其中，当所述物体不位于所述光轴上时，所述透镜可通过个别控制所述微镜而校正像差。
45.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜被控制以分别满足红、绿及蓝(RGB)的各个波长的相同相位条件，以获得彩色图像。
46.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述透镜被控制以满足红、绿、及蓝(RGB)中的一个波长的所述相同相位条件，以获得彩色图像。
47.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，通过使用红光、绿光、及蓝光波长的最小公倍数作为所述相位条件的有效波长，以满足彩色成像的相同相位条件。
48.根据权利要求1所述的可变焦距透镜，其中，所述微镜不被控制以满足彩色成像的所述相同相位条件。
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