專利名稱：變焦透鏡組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡組件，其包括多個位于光路內的光學元件，所述多個光學元件包括-流體腔內的流體光學元件，其包括第一流體和第二流體，這兩種流體是不可混溶的并且它們在凹凸透鏡上方接觸，所述凹凸透鏡的形狀在向流體腔的導電表面施加電壓時是可變的，所述流體腔由密封件所圍繞；-非流體光學元件，其為流體腔密封件的一部分；其中所述流體光學元件和所述非流體光學元件中至少一個為透鏡。
本發(fā)明還涉及生產這種變焦透鏡組件的方法。
例如，這樣一種變焦透鏡組件可以從WO-A-2003/0693080中得知。已知的透鏡組件包括電潤濕類型的流體透鏡以及處于流體透鏡對面的第一和第二常規(guī)非流體透鏡。第一流體為電絕緣流體并且第二流體為導電流體，但是可以選擇的是極性流體。第一透鏡為高折射塑料的凸凸透鏡并具有陽極電源。至少一個第一透鏡的表面為非球面的，以提供所需的初始聚焦特征。第二透鏡由第散射塑料制成，并且包括用作白場鏡的非球形的透鏡表面。第一透鏡用作單個透鏡體，其具有構成部分流體腔的密封件的筒狀管。第二透鏡可在流體腔的密封件之外延伸。
所述透鏡組件具有難以將其組裝到另外的透鏡上和/或與成像傳感器成為一體的缺陷。這種組裝需要利用在任意側面夾持所述透鏡組件和另外的透鏡的夾持器。盡管如此，為了向流體透鏡供應電壓，在至少一個側面提供電連接是必要的。此外，一個或多個透鏡和成像傳感器需要正確的對齊以便具有合適的光學性能。
因此，本發(fā)明的第一目的在于提供一種開頭段落中所述類型的變焦組件，其可被很容易地被組裝。本發(fā)明的第二目的在于提供一種開頭段落所述類型的方法，該方法在生產過程中降低了公差，因而提高了透鏡的質量。
由于非流體光學元件由包括在光路內透明部分的基片構成，和由模制的表面層構成，該表面層存在于背離流體光學元件的基片的側面并且還包括用于使所述透鏡組件與其它透鏡對準的校準裝置，從而獲得了所述第一目的。
所述第二目的的實現在于按照下述步驟同時組裝了多個這樣的組件(1)對于每一光路，將包括多個腔的托架裝配到具有透明部分的基片上，所述腔充滿至少一種所述流體，所述基片具有包括非流體透鏡的模制表面層和用于與另外的透鏡對準的校準裝置，并且(2)將所述多個透鏡分成獨自的變焦透鏡組件。
本發(fā)明的模制表面層允許集合透鏡功能和對準特征。模制表面層中的對準特征的集合使得它們選定在所述模塊中。因此，以標準的方式限定它們，其獨立于側面位置。由此，至少與其它光學元件的對準由實際的分開過程獨立進行。
所述對準特征在這里存在于透鏡組件的底面和/或頂面。因此以所需的方式得到層疊的透鏡是可能的。由于正確的對準，可以比現有設備更為容易的獲得這種層疊。于是能夠相對簡單和標準地夾持所述變焦透鏡。與此同時，有助于堆疊各個透鏡以獲得變焦透鏡。模制過程的使用還使得以任意理想和特定的高度限定所述調整特征。調整特征的高度不同于透鏡的調整。這種高度限定允許透鏡不僅僅在側向上使透鏡定位而且還在特定的距離處定位到其它透鏡上。
至于所述調整特征，優(yōu)選它們被限定在透鏡的兩側，或者限定為環(huán)形特征。這就降低了由于“在平面范圍外”組裝而產生的不合適的光學影響的風險。在這種在平面外組裝中，在透鏡之間存在不等于零度的角度。
此外，所述組裝可利用平板而不是利用具有非平面表面的單個透鏡來完成。這就降低了組裝的數量，并其還會在透鏡范圍的調整的公差最小。本發(fā)明的其它優(yōu)點特征為降低了組件的總高度。
利用模制技術限定透鏡實際上是公知的，如可從US4,615,847和US4,890,905中得知。然而，這些專利僅僅披露了標準透鏡的生產。在本發(fā)明中，所述模制技術既提供透鏡功能又提供調整光能，其還具有提供電潤濕透鏡的標準機械接口的優(yōu)點。此外，由于所述電潤濕透鏡包括單個凹凸透鏡，因此不需要提供具有兩個彎曲表面的非流體透鏡。在基片上的一個模制表面層因而基本上足夠了。
此外，非流體光學元件特別為一透鏡或一透鏡表面。可選擇地是，然而其可以為光闌、光柵或者與之類似地裝置。優(yōu)選的透鏡形狀非球面的以便提供所需地初始聚焦特征。應用在本發(fā)明中的復制技術提供了幾個毫米厚度地結構，非常結實地透鏡可由這種結構制成。
利用復制技術獲得的非流體光學元件可包含著色或其它化學化合物。這就形成了一種具有附加功能的系統。例如，所述著色化合物為對光反應變色的化合物，如由PPG工業(yè)獲得的MXP7-114。光學元件的透明度取決于光強度。如果光強度非常高，那么所述透明度將會很低。因此，到達成像傳感器的光的強度較為穩(wěn)定。在不喪失光學性能的情況下可獲得圖像。
可添加到非流體光學元件的另一種著色物質為對電反應變色的化合物。因此，所述透明度取決于電壓，除了下述的實施例之外，由于沒有其它電壓被施加到非流體光學元件上，所以這是允許的。由于非流體元件在事實上為復制層內的型式，這種型式可按照需要進行選擇。所以，可以獲得變厚度和負透鏡的環(huán)形結構。這種結構可被有益地用作光闌。另一種可能性為在整個表面上延伸的結構。這可被用作快門。
在優(yōu)選實施例中，包括互相連接的第一和第二部分的基片穿過可膨脹的接頭。所述可膨脹的接頭優(yōu)選為具有非平面表面的環(huán)形薄膜。包含在基片內的薄膜可合適地與提供玻璃上的模制表面層一起結合使用。事實上，在薄膜和提供在薄膜位置處基片上的孔之前可在基片上設置模制表面層。已經發(fā)現，利用這種可膨脹的接頭來克服由于溫度變化而引起的流體體積膨脹使非常有效的，以確保組件完全充填。
可優(yōu)選地是，非流體地光學元件為限定流體腔的密封件的一部分。然而，在另一實施例中，在流體聚焦光學元件和非流體聚焦光學元件之間設置有另外的腔。這一腔可包含利于利用復制技術設置在基片上的透鏡。之后，所述復制層還會包含用作腔的側壁的間隔物。
在又一實施例中，所述模制表面層包括液晶材料。于是在所述組件內具有另外的變焦光學元件。根據極化作用可引入單液晶光學元件。這在照相機模塊中顯得對透鏡并內有什么好處，而對于光學記錄這種特殊的應用則非常有益。然而，液晶元件可被堆疊在一起，在這種情況下會存在一個腔。已經透鏡尤其為US6449236中公開的菲涅耳(Fresnel)透鏡。利用復制技術獲得的液晶透鏡在未在先公開的專利申請EP04100449.0(PHNL040107)中進行了描述，其在此引用并作為參考。
在該優(yōu)選實施例中，所述液晶光學元件被用作透鏡并且流體聚焦光學元件用作變焦光闌。應用流體聚焦元件作為光闌的優(yōu)點為能夠連續(xù)的調整。與反向方案相比，利用液晶元件作為透鏡的優(yōu)點為這種透鏡的驅動電壓低于流體聚焦透鏡。
可以優(yōu)選的是，所述變焦透鏡組件在流體聚焦透鏡的對面具有非流體光學元件。這些光學元件中的至少一個為透鏡或最好具有透鏡功能。
還可優(yōu)選地是還可具有在變焦透鏡組件內用于校準的校準裝置。優(yōu)選為機械校準裝置，盡管可選擇地使用光學校準裝置。后者尤其適用在以薄片刻度(wafer-scale)進行組裝地組件中。機械校準裝置地合適示例包括鎖定特征，如突出部和相應的腔。
在另一合適的實施例中，具有透鏡功能地交聯聚合物材料的模制層存在于流體腔地密封件的內部。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現，與流體聚焦透鏡的流體相比，交聯聚合物提高了模制層使用壽命。在這里特別關鍵的是有機流體，尤其是非極性或無極性有機物質的流體。
由于本方面不需使用單獨的光柵結構，因此在所述腔內具有透鏡特別有用。
本發(fā)明的這些和其它方面將結合附圖進行詳細描述，其中

圖1為本發(fā)明透鏡的示意剖面圖；圖2為所述透鏡的示意分解圖。
圖1簡要地示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例地變焦透鏡組件2.
變焦透鏡組件2包括塑料環(huán)形體10，其至少部分地由含有導電材料(如金屬)的層所覆蓋。所述導電層由電絕緣材料(如聚對二甲苯)覆蓋，因而所述電絕緣層由含有憎水材料的層所覆蓋。覆蓋部分環(huán)形體10部分的三層利用線條在圖1中簡要地示出，其由附圖標記16標識。
變焦透鏡組件2的環(huán)形體10包括位于外部部分的斜切表面13。此外，在底面，環(huán)形體10具有環(huán)形凹槽17。
通過環(huán)形體10底面上的底部透鏡元件30和環(huán)形體10頂面上的頂部透鏡元件70關閉環(huán)形體10的通孔11。兩個透鏡元件30，70構成了所說的復制透鏡。這種透鏡包括玻璃底座32，74和塑料透鏡體31a，31b，75a，75b，并且其利用用于模制塑料的模具和處理模具內的塑料的UV光以所述的復制技術進行生產，從而影響交聯。可優(yōu)選的是，交聯密度至少為0.05并且優(yōu)選在0.08-0.15的范圍內。所述外部透鏡體31b，75b包括校準裝置33，76。這些校準裝置33，76具有環(huán)形形狀，但是這不是必須的。在該示例中，所述校準裝置具有與透鏡元件75b，31b相同的高度，但是這決不是必須的；所述的模制技術允許按照需要進行高度變化。
變焦透鏡組件2包括用于密封流體腔85的密封環(huán)50，所述流體腔85由環(huán)形體10、頂部透鏡元件70的底部表面和底部透鏡元件30的頂部表面所限定。密封環(huán)50位于環(huán)形體10的突出環(huán)形部18，19與頂部透鏡元件70的底座74之間。如果需要可修改所述透鏡的這種設計以便包括多于一個的密封環(huán)。
根據本發(fā)明的一個重要方面，在底部透鏡元件30的頂部表面36與頂部透鏡元件70的底部表面76上，定位環(huán)38，77設置在透鏡元件30，70上。定位環(huán)38，77使透鏡元件30，70相互對齊并使透鏡元件30，70關于環(huán)形體10的通孔11對齊。一方面，為了當將底部透鏡元件30設置在相對于環(huán)形體10的合適位置時使底部定位環(huán)38的外圓周沒有間隙地接觸環(huán)形體10的外壁45，需要對底部定位環(huán)38的外徑進行選擇。以這種方式，使底部透鏡元件30的透鏡體31的中心軸線精確地與環(huán)形體10的通孔11的中心軸線對齊。另一方面，為了當將頂部透鏡元件70設置在關于環(huán)形體10的合適位置時使頂部定位環(huán)77的外圓周沒有間隙地接觸垂直壁46，需要對頂部定位環(huán)77的外徑進行選擇。以這種方式，使頂部透鏡元件70的透鏡體75的中心軸線精確地與環(huán)形體10的通孔11的中心軸線對齊，從而也與底部透鏡元件30的透鏡體31的中心軸線對齊。
為了使各底部透鏡元件10，30，50，60，70相互之間固定，可使用夾緊元件，但是所述夾緊遠近沒有被標出。例如，夾緊元件用于使頂部透鏡元件70夾靠在環(huán)形體10上，其中所述密封環(huán)50被夾緊在頂部透鏡元件70與環(huán)形體10之間。
變焦透鏡組件2包括一定量的水86和一定量的油87。所述水86和油87存在于流體腔85內，其中所述水86處于流體腔85的底面，而所述油87處于流體腔85的頂面。所述水86和油87由凹凸透鏡88分開。由于憎水層相對于水的潤濕性在施加電壓的作用下是可變的，所以凹凸透鏡88的形狀在環(huán)形體10的導電層與水86之間的電壓的影響下是可變的。
圖2簡要地示出了變焦透鏡組件2的第二實施例地分解圖。底部透鏡元件30包括具有三層地復制透鏡。所述復制透鏡包括夾在塑料底部透鏡層31a與塑料頂部透鏡層31b之間，所述塑料底部透鏡層31a的中心部分構成了凸透鏡體，所述塑料頂部透鏡層31b的中心部分構成了凸透鏡體。此外，在所示的示例中，頂部透鏡元件70也包括復制透鏡。頂部透鏡元件70的復制透鏡包括玻璃底座74和塑料頂部透鏡層75，所述塑料頂部透鏡層75的中心部分構成了凸透鏡體。可以看出，玻璃底座31對面地復制透鏡31a，31b必須具有相同的構成。Diacrylate層適用于層31a，HDDA復層適用于層31b。這些透鏡設置在具有涂層地層31b的側面，所述涂層如為抗反射涂層和經過濺射處理的UV吸收涂層。合適地抗反射涂層包括氧化鈦、氧化硅和/或氧化鉭。
透鏡組件2的一個重要方面為環(huán)形體10本身可用作透鏡組件2的連接器，其中沒有必要使用另外的元件來接觸環(huán)形體10。為了避免環(huán)形體10與底部透鏡元件30的層37之間的短路，環(huán)形體10的底部表面26覆蓋有電絕緣層27，至少在環(huán)形體10靠在底部透鏡元件30上的區(qū)域。所示的環(huán)形體10被設計成在環(huán)形體10的內部部分12的端部不接觸底部透鏡元件30的頂部表面。
環(huán)形體10可包括用于固定底部透鏡元件30的夾緊臂(在圖2中未示出)。然而，提供用于將底部透鏡元件30夾靠在環(huán)形體10上的夾緊裝置是可能的，其不是環(huán)形體10的整體部分。頂部透鏡元件70可以任意合適的方式關于環(huán)形體10固定，例如也可通過夾緊裝置。
除了由環(huán)形體10構成的連接器之外，第四變焦透鏡組件2需要包括另外的連接器(在圖2中未示出)，其與底部透鏡元件30的導電層37接觸，以便通過所述層37與水接觸。這一連接器可被成型并以任意合適的方式進行設置。其中不使所述連接器與環(huán)形體10接觸是重要的。
變焦透鏡組件2可用在手持式設備中，如移動電話和用于數字記錄儀器中的光學掃描設備中。可將多個透鏡組件2定位成一行，其中透鏡組件2的通孔11相互之間對齊，以便形成變焦透鏡。雖然所述透鏡組件2被示為具有位于玻璃底座30兩側的透鏡元件，但是這不是必要的，并且僅僅在外側提供這些元件就足夠了。本發(fā)明的透鏡組件2特別適用于照相機，其還包括成像傳感器和互連體，所述互連體包括設置在互連體第一表面和第二表面上的導電軌道，使導電軌道成型以便能夠在成像傳感器與變焦透鏡組件2之間建立連接，以便驅動其上的電子儀器或接觸墊。所述照相機可以為上述手持式設備的一部分，其還可包括輸入裝置、信息處理裝置和顯示裝置。
權利要求
1.一種變焦透鏡組件(1，2，3)，其包括多個位于光路內的光學元件，所述多個光學元件包括-流體腔內的流體光學元件，所述流體腔含有第一流體(87)和第二流體(86)，這兩種流體是不可混溶的并且它們在凹凸透鏡(88)上方接觸，所述凹凸透鏡(88)的形狀在向流體腔的導電表面施加電壓時是可變的；-非流體光學元件；其中所述流體光學元件和所述非流體光學元件中的至少一個為透鏡，所述非流體光學元件由包括在光路內透明部分的基片和由模制的表面層構成，該表面層存在于背離流體光學元件的基片的側面并且還包括用于使所述透鏡組件與其它透鏡對準的校準裝置。
2.如權利要求1所述的變焦透鏡組件，其特征在于在所述光路內除了具有第一非流體光學元件之外還具有第二流體光學元件，以便所述流體透鏡夾在第一和第二非流體光學元件之間，所述第二非流體光學元件由包括在光路內透明部分的基片和存在于密封件外部的模制表面層構成，并且其還包括用于使透鏡組件與另外的透鏡對準的校準裝置。
3.如權利要求1所述的變焦透鏡組件，其特征在于所述基片和構成密封件部分的另外的托架包括用于向后對準的校準裝置。
4.如權利要求1或2所述的變焦透鏡組件，其特征在于所述校準裝置包括圍繞光路的環(huán)形的突出部或空腔。
5.如權利要求1或2所述的變焦透鏡組件，其特征在于其還包括在流體腔的密封件內側的具有透鏡功能的交聯聚合物的模制層。
6.如權利要求5所述的變焦透鏡組件，其特征在于所述在密封件內側的透鏡功能為光柵。
7.如權利要求1所述的變焦透鏡組件，其特征在于所述非流體光學元件為非球形透鏡。
8.根據上述任一權利要求所述的變焦透鏡組件和另外的透鏡的組裝件，其中所述變焦透鏡和另外的透鏡利用所述變焦透鏡的模制表面層內的校準裝置而相互對齊。
9.包括成像傳感器、驅動器和上述任一權利要求所述的變焦透鏡組件的照相機模塊。
10.具有上述任一權利要求所述的變焦透鏡組件的成像裝置。
11.一種制造包括多個光路內的光學元件的變焦透鏡組件的方法，其中所述多個元件包括-流體腔內的流體光學元件，所述流體腔含有第一流體(87)和第二流體(86)，這兩種流體是不可混溶的并且它們在凹凸透鏡(88)上方接觸，所述凹凸透鏡(88)的形狀在向流體腔的導電表面施加電壓時是可變的；-非流體光學元件；其中所述流體光學元件和所述非流體光學元件中的至少一個為透鏡，所述非流體光學元件由包括在光路內透明部分的基片和由模制的表面層構成，該表面層存在于背離流體光學元件的基片的側面并且還包括用于使所述透鏡組件與其它透鏡對準的校準裝置，在所述方法中，在進行下述步驟時獲得了這種組件對于每一光路，將包括多個腔的托架裝配到具有透明部分的基片上，所述腔充滿至少一種所述流體，所述基片具有包括非流體透鏡的模制表面層和用于與另外的透鏡對準的校準裝置，以及并且將所述多個透鏡分成獨自的變焦透鏡組件。
全文摘要
提供一種變焦透鏡組件(2)，其具有作為蓋的透鏡(31，75)，所述蓋用作基片(30，74)上的模制復制層(31，75)并具有整體校準裝置(33，77)。
文檔編號G02B3/14GK1914540SQ200580003422
公開日2007年2月14日 申請日期2005年1月20日 優(yōu)先權日2004年1月30日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, E·J·K·韋爾斯特根, S·奎珀, M·A·J·范阿斯, E·M·沃爾特林克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司