專利名稱：光學單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學單元。本發(fā)明進一步涉及這種光學單元的使用方法。該光學單元可被視為一種透鏡組件，且在從物側(cè)至成像面的方向上觀察時，該光學單元包括第一基板、第一透鏡元件、第二透鏡元件和第二基板。
背景技術(shù)：
國際申請W02009/158105涉及一種由多個兩側(cè)設(shè)置有所謂的孔層的透明基板、多個透鏡元件和像素陣列類型的圖像傳感器構(gòu)成的成像模塊，其中上述基板的兩側(cè)布置所述透鏡，從而使得所述孔層內(nèi)含在所述透鏡和所述基板之間。和本申請名稱相同的歐洲專利申請2202796號涉及一種光學單元，在從物側(cè)至成像面的方向上觀察時，其包括第一基板、第一透鏡元件、平坦的透明中間層、第二透鏡元件和第二基板,其中中間層具有成像面附近的光學校正功能(correction function near theimaging surface)。國際申請W02010/074743涉及一種用于形成成像模塊的方法，其中透鏡堆疊片、間隔片和圖像傳感器片被形成為模塊。US2010/0118420涉及一種圖像捕捉透鏡，其包括第一玻璃基板、所述基板的一側(cè)上的第一透鏡材料和所述基板的另一側(cè)上的第二透鏡材料。已知光學單元本身和其他物件一起被用于攝像系統(tǒng)，其中關(guān)于該攝像系統(tǒng)，人們一直做著不斷地努力以找到更小、更輕、更薄、更好和更便宜的攝像系統(tǒng)。例如，根據(jù)和本申請名稱相同的國際申請W02004/027880已知一種攝像系統(tǒng)，該攝像系統(tǒng)包括圖像捕捉元件、用于將物體在圖像捕捉元件處成像的透鏡元件、用于保持透鏡元件和圖像捕捉元件之間的預(yù)定間距的間隔件，而此外設(shè)置了透鏡基板以承載透鏡。另外，根據(jù)美國專利6985307號已知一種透鏡組件，該透鏡組件的光學長度必須小，其中光學長度被定義為成像透鏡的物側(cè)至CCD等構(gòu)件的成像面之間的距離。這種透鏡通常也被稱為緊湊透鏡，例如在移動電話中，光學長度必須至少小于電話本身的厚度。透鏡還必須被構(gòu)造成利用這種透鏡獲得的圖像在視覺上能夠被接受。因此美國專利6985307號提供了一種透鏡組件，該透鏡組件由第一透鏡元件、第二透鏡元件和第三透鏡元件構(gòu)成，其中透鏡元件必須符合關(guān)于其曲率、透鏡元件之間的相對間隔和所使用的透鏡元件的厚度的特殊要求。根據(jù)國際申請W02008/011003,已知另外一種攝像系統(tǒng)，其包括三個基板層，在該三個基板層上形成了五個光學兀件。移動電話中使用的攝像模塊在越來越減小尺寸的同時需要越來越大的分辨率和越來越多的光學功能。因此，存在開發(fā)新的透鏡系統(tǒng)的需求，該新的透鏡系統(tǒng)包括具有更大的矢高(sag height)的透鏡元件,該透鏡元件有時被稱為更深的透鏡元件(deeper lenseselement)，其中透鏡元件必須至少具有和現(xiàn)有透鏡元件相同的尺寸精度。本申請人發(fā)現(xiàn)，隨著越來越深的透鏡元件，使用現(xiàn)有的生產(chǎn)方法時，需要很多的努力以控制預(yù)期的尺寸精度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種光學單元，其中可在沒有不期望地增大光學單元的尺寸的同時實現(xiàn)透鏡系統(tǒng)的期望的尺寸精度。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種光學單元-即透鏡組件，其中組裝前的各光學元件的性能(nominal performance)和組裝后的光學單元的性能(performance aftertolerances)處于平衡。前序部分中描述的發(fā)明的特征在于第一基板包括光圈功能(diaphragmfunction)。根據(jù)本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)能夠使用這種光學單元制造透鏡元件系統(tǒng)，在該透鏡元件系統(tǒng)中，光圈功能的具體位置(即在第一基板中的具體位置)提供了組裝前的各光學元件的性能和組裝后的光學單元的性能之間的優(yōu)化平衡。其中光圈功能位于實質(zhì)不同的位置(例如位于基板和存在于基板上的透鏡元件之間)的光學系統(tǒng)在組裝后的光學單元的性能領(lǐng)域表現(xiàn)不足，或者在了組裝前的各光學元件的性能領(lǐng)域表現(xiàn)不足。本發(fā)明特別地涉及在基板中存在光圈功能，因此光圈被內(nèi)含在構(gòu)成基板的材料之間。例如根據(jù)W02009/158105的圖2a應(yīng)當不難理解該實施方式，在該圖2a的結(jié)構(gòu)中，光圈功能位于透明基板的兩側(cè)，該結(jié)構(gòu)實質(zhì)上不同于現(xiàn)有的光學單元中使用的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的特別的實施方式中，期望所述第一基板能夠被視為由至少兩個獨立的單元組成的基板，其中通過對一個單元的表面施加涂層從而使得孔形成在所述表面上而獲得所述光圈功能，該單元以所述光圈功能位于由此構(gòu)成的所述第一基板內(nèi)的位置的方式連接于至少另一單元。優(yōu)選地，通過粘結(jié)劑實現(xiàn)單元的連接，粘結(jié)劑為輻射固化粘結(jié)劑或熱固化粘結(jié)劑。術(shù)語“涂層”將被理解為能夠執(zhí)行光圈功能的任意層。這種層必須在需要的位置特別地屏蔽光，從而使得基板上的入射光能夠在期望的位置通過基板。光圈功能可被解釋為除了穿過孔的光之外阻擋光通過。如果基板由兩個分離的單元構(gòu)成，光圈功能將位于所述的兩個分離的單元之間，即位于由上述兩個分離的單元構(gòu)成的基板中。優(yōu)選地，期望上述兩個分離的單元由相同的材料制成，特別是例如通過粘結(jié)層被牢固地相互連接。如果需要，該基板的一側(cè)或兩側(cè)可額外設(shè)置有例如玻璃層等附加層，而且可設(shè)置紅外濾光片、光圈或孔、或透鏡層。在特別的實施方式中，平坦的透明中間層可被布置于第一透鏡元件和第二透鏡元件之間，該中間層具有成像面附近的光學校正功能，因此已發(fā)現(xiàn)與其中不使用這種透明中間層的光學單元相比能夠使用相對較淺的透鏡元件。在這點上應(yīng)當注意，如此使用的透明中間層不具有這樣的透鏡功能，但是光的光束路徑受到中間層本身的厚度以及空氣和中間層本身的材料的折射率之間的折射率轉(zhuǎn)變的影響。在具體的實施方式中，期望平坦的中間層由玻璃制成。在本發(fā)明的具體實施方式
中，在成像面的方向上觀察時，期望第三透鏡元件在遠離第一透鏡元件的位置處抵接第一基板，特別地，第四透鏡元件抵接第二基板。在具體實施方式
中，期望所述第一透鏡元件、所述第二透鏡元件、所述第三透鏡元件和所述第四透鏡元件具有在20-80范圍內(nèi)的阿貝數(shù)和在1.4-1.7范圍內(nèi)的折射率。所述第一透鏡元件、所述第二透鏡元件、所述第三透鏡元件和所述第四透鏡元件可以具有相同的阿貝數(shù)和相同的折射率，但是在具體實施方式
中，期望上述透鏡元件中的一個或多個透鏡元件具有不同的阿貝數(shù)和折射率值。在具體實施方式
中，期望平坦的中間層被構(gòu)造成由多個層構(gòu)成的層，因此能夠根據(jù)需求影響光學單元的光學性能。成像面附近的光學校正功能包括:增透功能、紅外過濾功能和光圈功能。為了獲得中間層和第一透鏡元件以及中間層和第二透鏡元件的穩(wěn)固的和尺寸精確的連接，優(yōu)選使用粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑特別地從由紫外線固化粘結(jié)劑和熱固化粘結(jié)劑構(gòu)成的組中選擇。在根據(jù)本發(fā)明的光學單元中，優(yōu)選地，所述第三透鏡元件是平凸透鏡，所述第一透鏡元件是平凹透鏡，所述第二透鏡元件是平凹透鏡，所述第四透鏡元件是平凸透鏡，同時特別優(yōu)選的是，第四透鏡元件為平凸/凹透鏡。在光學單元的具體實施方式
中，光圈可被布置于第三透鏡元件和第一基板之間，或孔可存在于第一基板和第一透鏡元件之間。另外，其中附加的層(即光圈或紅外濾光片)存在于第二基板的兩側(cè)的實施方式是可以想到的。本光學單元中使用的第一基板和第二基板均特別地包括透明玻璃板，其中與其相關(guān)的是，應(yīng)當注意在具體實施方式
中，用于第一基板和第二基板的玻璃優(yōu)選不同于用于中間層的玻璃。在具體實施方式
中，第二基板同時作為傳感器屏蔽板。適于基板的玻璃類型包括具有在1.2-2.2范圍內(nèi)的折射率和在20-90范圍內(nèi)的阿貝數(shù)的玻璃。用于基板的玻璃可相同或不相同，但是可應(yīng)用的阿貝數(shù)和折射率值必須落入上述范圍內(nèi)。在本發(fā)明的具體實施方式
中，期望第二基板也包括光圈功能。類似于上述的第一基板，第二基板也可以包括至少兩個以上分離的單元，所述單元以上述光圈功能包括于基板中的方式相互連接。本光學單元中使用的中間層優(yōu)選地具有0.2-10mm的厚度。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別是如果通過使用復制法將第一、第二、第三和第四透鏡元件分別形成于第一和第二基板上，能夠?qū)崿F(xiàn)旨在目的，其中基板可已經(jīng)設(shè)置有例如光圈、紅外濾光片、紫外濾光片等特定的層。已發(fā)現(xiàn)使用復制法能夠特別地制造具有可精確預(yù)測的曲率的透鏡。還發(fā)現(xiàn)使用這種方法和平坦的中間層能夠在所述平坦的中間層上復制展現(xiàn)出高度的尺寸精度的透鏡。本光學單元特別地可被用于其中使用了 CCD或CMOS的、例如被用于移動電話、個人電腦、數(shù)碼相機、監(jiān)控攝像機等用的攝像單元的、必須為小尺寸的圖像處理單元中。已發(fā)現(xiàn)，使用第一、第二、第三(可能)和第四(可能)透鏡元件用的聚合物，同時將玻璃材料用于第一和第二基板，如果存在中間層，還將玻璃材料用于中間層，則使用本發(fā)明能夠組合聚合物和玻璃。因此，使用了在相對厚的基板上具有小的矢高的透鏡設(shè)計。額外的優(yōu)點是特別在這種表面上復制聚合物透鏡時，平坦的玻璃板對高精度具有作用。


現(xiàn)在將通過多個實施例更詳細地說明本發(fā)明，然而應(yīng)當注意，這不意味著本發(fā)明局限于這些實施方式。
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光學單元；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的光學單元；圖3示出了其中使用了根據(jù)本發(fā)明的光學單元的傳感器。
具體實施例方式在從物側(cè)至成像面的方向上觀察時，圖1中示出的光學單元10包括第一基板2，透鏡或透鏡元件3被布置于第一基板2，透鏡3抵靠透鏡或透鏡元件5，透鏡5被布置于第二基板4。另外，設(shè)置了第三透鏡或透鏡元件7和第四透鏡或透鏡元件8，透鏡或透鏡元件7被布置于第一基板2，透鏡或透鏡元件8被布置于第二基板4。該圖還示意地示出了穿過光學單元10的光線的路徑，這些光線被捕獲在圖像傳感器9 (例如CMOS)上。像素陣列型的圖像傳感器可被用作該圖像傳感器。附圖標記I所表示的位于第三透鏡7和第一基板2之間的位置的光圈功能I已經(jīng)通過首先對第一基板2施加涂層然后將透鏡7放置于由此設(shè)置有光圈的基板2上而獲得?；?是透明的玻璃板，因此其根本不具有任何光學校正功倉泛。圖2示意性地示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的光學單元20的光線的路徑，其中在從物側(cè)至成像面的方向上觀察時，該單元包括第三透鏡7、第一基板2、第一透鏡3、第二透鏡5、第二基板4和最后的第四透鏡8，其中光線被捕獲在圖像傳感器9 (例如CMOS)上。圖2清楚地示出了附圖標記I表示的光圈功能位于第一基板2內(nèi)的位置。圖2中示出的第一基板2由兩個獨立的、通過粘結(jié)層連接的元件構(gòu)成，從而使得光圈功能I出現(xiàn)在第一基板2內(nèi)。因此所述光圈功能被完全內(nèi)含于基板2中。由于上述的基板2內(nèi)的位置，所述光圈功能不與任何其他層接觸，例如不與透鏡元件、紅外濾光片或其他光圈層接觸。在本實施方式中，透鏡7以及透鏡3優(yōu)選地通過復制法(replication method)形成于第一基板2,其中基板2已經(jīng)包括內(nèi)部的光圈功能。同樣的優(yōu)選應(yīng)用于將透鏡5和透鏡8形成在第二基板4上。在通過復制法形成所述的兩部分之后，使用設(shè)置在透鏡3和透鏡5之間的粘結(jié)層(未示出)將該兩部分永久地接合在一起，粘結(jié)層優(yōu)選地從紫外光固化粘結(jié)劑和熱固化粘結(jié)劑構(gòu)成的組中選擇。因此整體被固化且獲得了光學單元20。在這種光學單元20中，第一基板2和第二基板4均由Schott B270型玻璃制成。在特別的實施方式中，特別是在透鏡3和透鏡5之間，也能夠設(shè)置中間層(未示出)，通過粘結(jié)層使得該中間層被牢固地接合于透鏡3和透鏡5。用于中間層的合適的材料為Schott D263T。在特別的實施方式中(未示出)，例如在基板和透鏡之間，也能夠設(shè)置一個或多個紅外濾光片或附加的光圈或孔，或者甚至設(shè)置具有涂層的透鏡。在光學單元20中出現(xiàn)的諸如透鏡、基板、光圈、濾光片等獨立的元件被光學對準，從而物側(cè)附近入射的光線的路徑會抵達成像面。如果用作第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡的樹脂復合物彼此相同，則折射率值為1.565且阿貝數(shù)為40.8將產(chǎn)生優(yōu)越的光學性能。然而也可能的是，第三透鏡和第四透鏡使用折射率值為1.510且阿貝數(shù)為60.0的相同樹脂材料以產(chǎn)生優(yōu)越的光學性能，第一透鏡和第二透鏡使用折射率值為1.565和阿貝數(shù)為40.8的相同樹脂材料。所述值僅僅是用作實施例，不應(yīng)當被視為限制。表1(不是根據(jù)本發(fā)明)
權(quán)利要求
1.一種光學單元，在從物側(cè)至成像面的方向上觀察時，所述光學單元包括第一基板、第一透鏡元件、第二透鏡元件和第二基板，其特征在于，所述第一基板包括光圈功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學單元，其特征在于，所述第一基板能夠被視為由至少兩個獨立的單元組成的基板，其中通過對一個單元的表面施加涂層從而使得孔形成在所述表面上而獲得所述光圈功能，該單元以所述光圈功能位于由此構(gòu)成的所述第一基板內(nèi)的位置的方式連接于至少另一單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學單元，其特征在于，通過使用粘結(jié)劑實現(xiàn)所述獨立的單元的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，第三透鏡在遠離所述第一透鏡的位置抵接所述第一基板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，從所述成像面的方向上觀察時，第四透鏡抵接所述第二基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第二基板也包括光圈功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，平坦的中間層被布置于所述第一透鏡元件和所述第二透鏡元件之間，該中間層具有成像面附近的校正功倉泛。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學單元，其特征在于，所述平坦的中間層由玻璃制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中的一項或兩項所述的光學單元，其特征在于，所述平坦的中間層能包括多層。
10.根據(jù)權(quán)利要求 7-9中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述平坦的中間層具有增透功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述平坦的中間層具有紅外濾光功能。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述平坦的中間層具有光圈功能。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-12中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述中間層通過粘結(jié)劑接合于所述第一透鏡元件和所述第二透鏡元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學單元，其特征在于，所述粘結(jié)劑從紫外線固化粘結(jié)劑和熱固化粘結(jié)劑構(gòu)成的組中選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求4-14中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第三透鏡元件是平凸透鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第一透鏡元件是平凹透鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第二透鏡元件是平凹透鏡。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第四透鏡元件是平凸透鏡。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學單元，其特征在于，所述第四透鏡元件是組合的平凸/凹透鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，光圈被布置于所述第三透鏡元件和所述第一基板之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，孔存在于所述第一基板和所述第一透鏡元件之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-21中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均包括透明玻璃板。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光學單元，其特征在于，所述第一基板用的玻璃和所述第二基板用的玻璃不同于所述中間層用的玻璃。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述中間層具有0.2mm-1Omm的厚度。
25.根據(jù)權(quán)利要求1-24中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，通過使用復制法將所述第一透 鏡元件、所述第二透鏡元件、所述第三透鏡元件和所述第四透鏡元件分別形成在所述第一基板和所述第二基板上。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-25中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板具有在20-90范圍內(nèi)的阿貝數(shù)和在1.2-2.2范圍內(nèi)的折射率。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-26中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第一透鏡元件、所述第二透鏡元件、所述第三透鏡元件和所述第四透鏡元件具有在20-80范圍內(nèi)的阿貝數(shù)和在1.4-1.7范圍內(nèi)的折射率。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光學單元，其特征在于，所述第一透鏡元件、所述第二透鏡元件、所述第三透鏡元件和所述第四透鏡元件具有相同的阿貝數(shù)和相同的折射率。
29.根據(jù)權(quán)利要求1-28中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第二基板同時用作傳感器屏蔽板。
30.根據(jù)權(quán)利要求1-29中的一項或多項所述的光學單元，其特征在于，所述第一基板能夠被視為是兩個獨立的單元，該兩個獨立的單元以所述光圈功能在兩個所述獨立的單元之間、位于所述第一基板內(nèi)的方式被連接。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學單元，其特征在于，所述獨立的單元由相同的材料制成。
32.根據(jù)權(quán)利要求1-32中的一項或多項所述的光學單元的使用方法，所述光學單元用于圖像處理單元，特別地用于攝像單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學單元包括。本發(fā)明還涉及這種光學單元的使用方法。在從物側(cè)至成像面的方向上觀察時，這種光學單元包括第一基板、第一透鏡元件、第二透鏡元件和第二基板，其特征在于所述第一基板包括光圈功能。
文檔編號G02B13/00GK103210333SQ201180047062
公開日2013年7月17日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者愛德溫·瑪麗亞·沃特爾英克, 伊蓮娜·沃拉蒂米洛娜·莎莉珀娃 申請人:安特爾耀恩國際有限公司