CN100422788C - 变焦透镜组件 - Google Patents

Abstract

提供一种变焦透镜组件(2)，其具有作为盖的透镜，所述盖用作基片上的模制复制层并具有整体校准装置。

Description

变焦透镜组件

技术领域

本发明涉及一种变焦透镜组件，其包括多个位于光路内的光学元件，所述多个光学元件包括：

-流体腔内的流体光学元件，其包括第一流体和第二流体，这两种流体是不可混溶的并且它们在凹凸透镜上方接触，所述凹凸透镜的形状在向流体腔的导电表面施加电压时是可变的，所述流体腔由密封件所围绕；

-非流体光学元件，其为流体腔密封件的一部分；

其中所述流体光学元件和所述非流体光学元件中至少一个为透镜。

本发明还涉及生产这种变焦透镜组件的方法。

背景技术

例如，这样一种变焦透镜组件可以从WO-A-2003/0693080中得知。已知的透镜组件包括电润湿类型的流体透镜以及处于流体透镜对面的第一和第二常规非流体透镜。第一流体为电绝缘流体并且第二流体为导电流体，但是可以选择的是极性流体。第一透镜为高折射塑料的凸凸透镜并具有阳极电源。至少一个第一透镜的表面为非球面的，以提供所需的初始聚焦特征。第二透镜由第散射塑料制成，并且包括用作白场镜的非球形的透镜表面。第一透镜用作单个透镜体，其具有构成部分流体腔的密封件的筒状管。第二透镜可在流体腔的密封件之外延伸。

所述透镜组件具有难以将其组装到另外的透镜上和/或与成像传感器成为一体的缺陷。这种组装需要利用在任意侧面夹持所述透镜组件和另外的透镜的夹持器。尽管如此，为了向流体透镜供应电压，在至少一个侧面提供电连接是必要的。此外，一个或多个透镜和成像传感器需要正确的对齐以便具有合适的光学性能。

发明内容

因此，本发明的第一目的在于提供一种开头段落中所述类型的变焦组件，其可被很容易地被组装。本发明的第二目的在于提供一种开头段落所述类型的方法，该方法在生产过程中降低了公差，因而提高了透镜的质量。

由于非流体光学元件由包括在光路内透明部分的基片构成，和由模制的表面层构成，该表面层存在于背离流体光学元件的基片的侧面并且还包括用于使所述透镜组件与其它透镜对准的校准装置，从而获得了所述第一目的。

所述第二目的的实现在于按照下述步骤同时组装了多个这样的组件：(1)对于每一光路，将包括多个腔的托架装配到具有透明部分的基片上，所述腔充满至少一种所述流体，所述基片具有包括非流体透镜的模制表面层和用于与另外的透镜对准的校准装置，并且(2)将所述多个透镜分成独自的变焦透镜组件。

本发明的模制表面层允许集合透镜功能和对准特征。模制表面层中的对准特征的集合使得它们选定在所述模块中。因此，以标准的方式限定它们，其独立于侧面位置。由此，至少与其它光学元件的对准由实际的分开过程独立进行。

所述对准特征在这里存在于透镜组件的底面和/或顶面。因此以所需的方式得到层叠的透镜是可能的。由于正确的对准，可以比现有设备更为容易的获得这种层叠。于是能够相对简单和标准地夹持所述变焦透镜。与此同时，有助于堆叠各个透镜以获得变焦透镜。模制过程的使用还使得以任意理想和特定的高度限定所述调整特征。调整特征的高度不同于透镜的调整。这种高度限定允许透镜不仅仅在侧向上使透镜定位而且还在特定的距离处定位到其它透镜上。

至于所述调整特征，优选它们被限定在透镜的两侧，或者限定为环形特征。这就降低了由于“在平面范围外”组装而产生的不合适的光学影响的风险。在这种在平面外组装中，在透镜之间存在不等于零度的角度。

此外，所述组装可利用平板而不是利用具有非平面表面的单个透镜来完成。这就降低了组装的数量，并其还会在透镜范围的调整的公差最小。本发明的其它优点特征为降低了组件的总高度。

利用模制技术限定透镜实际上是公知的，如可从US4,615,847和US4,890,905中得知。然而，这些专利仅仅披露了标准透镜的生产。在本发明中，所述模制技术既提供透镜功能又提供调整光能，其还具有提供电润湿透镜的标准机械接口的优点。此外，由于所述电润湿透镜包括单个凹凸透镜，因此不需要提供具有两个弯曲表面的非流体透镜。在基片上的一个模制表面层因而基本上足够了。

此外，非流体光学元件特别为一透镜或一透镜表面。可选择地是，然而其可以为光阑、光栅或者与之类似地装置。优选的透镜形状非球面的以便提供所需地初始聚焦特征。应用在本发明中的复制技术提供了几个毫米厚度地结构，非常结实地透镜可由这种结构制成。

利用复制技术获得的非流体光学元件可包含着色或其它化学化合物。这就形成了一种具有附加功能的系统。例如，所述着色化合物为对光反应变色的化合物，如由PPG工业获得的MXP7-114。光学元件的透明度取决于光强度。如果光强度非常高，那么所述透明度将会很低。因此，到达成像传感器的光的强度较为稳定。在不丧失光学性能的情况下可获得图像。

可添加到非流体光学元件的另一种着色物质为对电反应变色的化合物。因此，所述透明度取决于电压，除了下述的实施例之外，由于没有其它电压被施加到非流体光学元件上，所以这是允许的。由于非流体元件在事实上为复制层内的型式，这种型式可按照需要进行选择。所以，可以获得变厚度和负透镜的环形结构。这种结构可被有益地用作光阑。另一种可能性为在整个表面上延伸的结构。这可被用作快门。

在优选实施例中，包括互相连接的第一和第二部分的基片穿过可膨胀的接头。所述可膨胀的接头优选为具有非平面表面的环形薄膜。包含在基片内的薄膜可合适地与提供玻璃上的模制表面层一起结合使用。事实上，在薄膜和提供在薄膜位置处基片上的孔之前可在基片上设置模制表面层。已经发现，利用这种可膨胀的接头来克服由于温度变化而引起的流体体积膨胀使非常有效的，以确保组件完全充填。

可优选地是，非流体地光学元件为限定流体腔的密封件的一部分。然而，在另一实施例中，在流体聚焦光学元件和非流体聚焦光学元件之间设置有另外的腔。这一腔可包含利于利用复制技术设置在基片上的透镜。之后，所述复制层还会包含用作腔的侧壁的间隔物。

在又一实施例中，所述模制表面层包括液晶材料。于是在所述组件内具有另外的变焦光学元件。根据极化作用可引入单液晶光学元件。这在照相机模块中显得对透镜并没有什么好处，而对于光学记录这种特殊的应用则非常有益。然而，液晶元件可被堆叠在一起，在这种情况下会存在一个腔。已经透镜尤其为US6449236中公开的菲涅耳(Fresnel)透镜。利用复制技术获得的液晶透镜在未在先公开的专利申请EP04100449.0(PHNL040107)中进行了描述，其在此引用并作为参考。

在该优选实施例中，所述液晶光学元件被用作透镜并且流体聚焦光学元件用作变焦光阑。应用流体聚焦元件作为光阑的优点为能够连续的调整。与反向方案相比，利用液晶元件作为透镜的优点为这种透镜的驱动电压低于流体聚焦透镜。

可以优选的是，所述变焦透镜组件在流体聚焦透镜的对面具有非流体光学元件。这些光学元件中的至少一个为透镜或最好具有透镜功能。

还可优选地是还可具有在变焦透镜组件内用于校准的校准装置。优选为机械校准装置，尽管可选择地使用光学校准装置。后者尤其适用在以薄片刻度(wafer-scale)进行组装地组件中。机械校准装置地合适示例包括锁定特征，如突出部和相应的腔。

在另一合适的实施例中，具有透镜功能地交联聚合物材料的模制层存在于流体腔地密封件的内部。本发明的发明人发现，与流体聚焦透镜的流体相比，交联聚合物提高了模制层使用寿命。在这里特别关键的是有机流体，尤其是非极性或无极性有机物质的流体。

由于本方面不需使用单独的光栅结构，因此在所述腔内具有透镜特别有用。

附图说明

本发明的这些和其它方面将结合附图进行详细描述，其中：

图1为本发明透镜的示意剖面图；

图2为所述透镜的示意分解图。

图1简要地示出了本发明优选实施例地变焦透镜组件2。

具体实施方式

变焦透镜组件2包括塑料环形体10，其至少部分地由含有导电材料(如金属)的层所覆盖。所述导电层由电绝缘材料(如聚对二甲苯)覆盖，因而所述电绝缘层由含有憎水材料的层所覆盖。覆盖部分环形体10部分的三层利用线条在图1中简要地示出，其由附图标记16标识。

变焦透镜组件2的环形体10包括位于外部部分的斜切表面13。此外，在底面，环形体10具有环形凹槽17。

通过环形体10底面上的底部透镜元件30和环形体10顶面上的顶部透镜元件70关闭环形体10的通孔11。两个透镜元件30，70构成了所说的复制透镜。这种透镜包括玻璃底座32，74和塑料透镜体31a，31b，75a，75b，并且其利用用于模制塑料的模具和处理模具内的塑料的UV光以所述的复制技术进行生产，从而影响交联。可优选的是，交联密度至少为0.05并且优选在0.08-0.15的范围内。所述外部透镜体31b，75b包括校准装置33，76。这些校准装置33，76具有环形形状，但是这不是必须的。在该示例中，所述校准装置具有与透镜元件75b，31b相同的高度，但是这决不是必须的；所述的模制技术允许按照需要进行高度变化。

变焦透镜组件2包括用于密封流体腔85的密封环50，所述流体腔85由环形体10、顶部透镜元件70的底部表面和底部透镜元件30的顶部表面所限定。密封环50位于环形体10的突出环形部18，19与顶部透镜元件70的底座74之间。如果需要可修改所述透镜的这种设计以便包括多于一个的密封环。

根据本发明的一个重要方面，在底部透镜元件30的顶部表面36与顶部透镜元件70的底部表面上，定位环38，77设置在透镜元件30，70上。定位环38，77使透镜元件30，70相互对齐并使透镜元件30，70关于环形体10的通孔11对齐。一方面，为了当将底部透镜元件30设置在相对于环形体10的合适位置时使底部定位环38的外圆周没有间隙地接触环形体10的外壁45，需要对底部定位环38的外径进行选择。以这种方式，使底部透镜元件30的透镜体的中心轴线精确地与环形体10的通孔11的中心轴线对齐。另一方面，为了当将顶部透镜元件70设置在关于环形体10的合适位置时使顶部定位环77的外圆周没有间隙地接触垂直壁46，需要对顶部定位环77的外径进行选择。以这种方式，使顶部透镜元件70的透镜体75的中心轴线精确地与环形体10的通孔11的中心轴线对齐，从而也与底部透镜元件30的透镜体的中心轴线对齐。

为了使各透镜元件10，30，50，60，70相互之间固定，可使用夹紧元件，但是所述夹紧远近没有被标出。例如，夹紧元件用于使顶部透镜元件70夹靠在环形体10上，其中所述密封环50被夹紧在顶部透镜元件70与环形体10之间。

变焦透镜组件2包括一定量的水86和一定量的油87。所述水86和油87存在于流体腔85内，其中所述水86处于流体腔85的底面，而所述油87处于流体腔85的顶面。所述水86和油87由凹凸透镜88分开。由于憎水层相对于水的润湿性在施加电压的作用下是可变的，所以凹凸透镜88的形状在环形体10的导电层与水86之间的电压的影响下是可变的。

图2简要地示出了变焦透镜组件2的第二实施例地分解图。底部透镜元件30包括具有三层地复制透镜。所述复制透镜包括夹在塑料底部透镜层31a与塑料顶部透镜层31b之间，所述塑料底部透镜层31a的中心部分构成了凸透镜体，所述塑料顶部透镜层31b的中心部分构成了凸透镜体。此外，在所示的示例中，顶部透镜元件70也包括复制透镜。顶部透镜元件70的复制透镜包括玻璃底座74和塑料顶部透镜层75，所述塑料顶部透镜层75的中心部分构成了凸透镜体。可以看出，玻璃底座对面地复制透镜31a，31b必须具有相同的构成。Diacrylate层适用于层31a，HDDA复层适用于层31b。这些透镜设置在具有涂层地层31b的侧面，所述涂层如为抗反射涂层和经过溅射处理的UV吸收涂层。合适地抗反射涂层包括氧化钛、氧化硅和/或氧化钽。

透镜组件2的一个重要方面为环形体10本身可用作透镜组件2的连接器，其中没有必要使用另外的元件来接触环形体10。为了避免环形体10与底部透镜元件30的导电层之间的短路，环形体10的底部表面26覆盖有电绝缘层27，至少在环形体10靠在底部透镜元件30上的区域。所示的环形体10被设计成在环形体10的内部部分12的端部不接触底部透镜元件30的顶部表面。

环形体10可包括用于固定底部透镜元件30的夹紧臂(在图2中未示出)。然而，提供用于将底部透镜元件30夹靠在环形体10上的夹紧装置是可能的，其不是环形体10的整体部分。顶部透镜元件70可以任意合适的方式关于环形体10固定，例如也可通过夹紧装置。

除了由环形体10构成的连接器之外，变焦透镜组件2需要包括另外的连接器(在图2中未示出)，其与底部透镜元件30的导电层接触，以便通过所述导电层与水接触。这一连接器可被成型并以任意合适的方式进行设置。其中不使所述连接器与环形体10接触是重要的。

变焦透镜组件2可用在手持式设备中，如移动电话和用于数字记录仪器中的光学扫描设备中。可将多个透镜组件2定位成一行，其中透镜组件2的通孔11相互之间对齐，以便形成变焦透镜。虽然所述透镜组件2被示为具有位于玻璃底座两侧的透镜元件，但是这不是必要的，并且仅仅在外侧提供这些元件就足够了。本发明的透镜组件2特别适用于照相机，其还包括成像传感器和互连体，所述互连体包括设置在互连体第一表面和第二表面上的导电轨道，使导电轨道成型以便能够在成像传感器与变焦透镜组件2之间建立连接，以便驱动其上的电子仪器或接触垫。所述照相机可以为上述手持式设备的一部分，其还可包括输入装置、信息处理装置和显示装置。

Claims (13)

1. 一种变焦透镜组件(2)，其包括多个位于光路内的光学元件，所述多个光学元件包括：

流体腔内的流体光学元件，所述流体腔含有第一流体(87)和第二流体(86)，这两种流体是不可混溶的并且它们在凹凸透镜(88)上方接触，所述凹凸透镜(88)的形状在向流体腔的导电表面施加电压时是可变的；

非流体光学元件；

其中所述流体光学元件和所述非流体光学元件中的至少一个为透镜，所述非流体光学元件由包括在光路内透明部分的基片和由模制的表面层构成，该表面层存在于背离流体光学元件的基片的侧面并且还包括用于使所述透镜组件与其它透镜对准的校准装置。

2. 如权利要求1所述的变焦透镜组件，其特征在于：在所述光路内除了具有所述非流体光学元件之外还具有另一非流体光学元件，以便流体透镜夹在这两个非流体光学元件之间，所述另一非流体光学元件由包括在光路内透明部分的基片和存在于密封件外部的模制表面层构成，并且其还包括用于使透镜组件与另外的透镜对准的校准装置。

3. 如权利要求1所述的变焦透镜组件，其特征在于：所述基片和构成密封件部分的托架包括用于相互对准的校准装置。

4. 如权利要求1或2所述的变焦透镜组件，其特征在于：所述校准装置包括围绕光路的环形的突出部或空腔。

5. 如权利要求1或2所述的变焦透镜组件，其特征在于：其还包括在流体腔的密封件内侧的具有透镜功能的交联聚合物的模制层。

6. 如权利要求5所述的变焦透镜组件，其特征在于：所述在密封件内侧的透镜功能为光栅功能。

7. 如权利要求1所述的变焦透镜组件，其特征在于：所述非流体光学元件为非球形透镜。

8. 根据权利要求1-7之一所述的变焦透镜组件和另外的透镜的组装件，其中所述变焦透镜组件和另外的透镜利用所述变焦透镜组件的模制表面层内的校准装置而相互对齐。

9. 包括成像传感器、驱动器和根据权利要求1-7之一所述的变焦透镜组件的照相机模块。

10. 包括成像传感器、驱动器和根据权利要求8所述的变焦透镜组件和另外的透镜的组装件的照相机模块。

11. 具有根据权利要求1-7之一所述的变焦透镜组件的成像装置。

12. 包括根据权利要求8所述的变焦透镜组件和另外的透镜的组装件的成像装置。

13. 一种制造包括多个光路内的光学元件的变焦透镜组件的方法，其中所述多个元件包括：

流体腔内的流体光学元件，所述流体腔含有第一流体(87)和第二流体(86)，这两种流体是不可混溶的并且它们在凹凸透镜(88)上方接触，所述凹凸透镜(88)的形状在向流体腔的导电表面施加电压时是可变的；

非流体光学元件；

其中所述流体光学元件和所述非流体光学元件中的至少一个为透镜，所述非流体光学元件由包括在光路内透明部分的基片和由模制的表面层构成，该表面层存在于背离流体光学元件的基片的侧面并且还包括用于使所述透镜组件与其它透镜对准的校准装置，

在所述方法中，在进行下述步骤时获得了这种组件：

对于每一光路，将包括多个腔的托架装配到具有透明部分的基片上，所述腔充满至少一种所述流体，所述基片具有包括非流体透镜的模制表面层和用于与另外的透镜对准的校准装置，以及

将所述多个透镜分成独自的变焦透镜组件。

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