本申請要求于2014年4月10日提交的美國臨時專利申請序列號61/977,906的優(yōu)先權(quán)，該專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體涉及透鏡組件，并且更具體地涉及在微型照相機(jī)和投影儀中使用的微型透鏡組件。

背景技術(shù)：

諸如移動電話和膝上型計算機(jī)的各種便攜式電子設(shè)備使用數(shù)字照相機(jī)來捕捉照片和視頻，并且被預(yù)期使用數(shù)字投影儀在屏幕上或在物體上顯示圖片或視頻。這些是微型數(shù)字照相機(jī)，并且包括微型透鏡組件，即具有大約0.25英寸或更小的透鏡直徑的透鏡組件，其捕捉光且將其聚焦在CMOS成像器上以捕捉圖像。在微型投影儀內(nèi)部，透鏡組件將來自LED陣列的光聚焦到屏幕或物體上。對于較小且更高質(zhì)量的低成本成像透鏡組件的持續(xù)需求給光學(xué)和機(jī)械設(shè)計帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。組件中的微小透鏡應(yīng)該在幾微米之內(nèi)相對于彼此或相對于透鏡鏡筒對準(zhǔn)，以確保良好的圖像質(zhì)量。透鏡之間的對準(zhǔn)誤差導(dǎo)致圖像質(zhì)量的降低。當(dāng)透鏡組件的圖像質(zhì)量不可接受時，透鏡組件被拒絕。這導(dǎo)致制造透鏡組件時的不期望的良率損失。

為了減小透鏡對準(zhǔn)誤差并提高透鏡組件的制造良率，已經(jīng)設(shè)計各種被動的對準(zhǔn)方法。

例如，參考圖1A和圖1B，其分別再現(xiàn)Recco等人的題為“Passively Aligned Optical Elements(被動對準(zhǔn)的光學(xué)元件)”的美國專利7,088,530的圖2和圖4。在圖1A中，兩個透鏡L1和L2的對準(zhǔn)使用匹配的錐形表面24和34。在圖1B中，透鏡L1和L3使用透鏡鏡筒22彼此對準(zhǔn)。在該透鏡組件中的透鏡被緊密地堆疊在透鏡鏡筒22內(nèi)至預(yù)定位置中，并且不被允許移動。

隨著微型照相機(jī)的分辨率增加并且對透鏡組件的性能要求變得更嚴(yán)格，透鏡組件中的透鏡的數(shù)量通常增加。堆疊起來的光學(xué)元件的數(shù)量的增加傾向于增加任何對準(zhǔn)誤差的影響。因此，當(dāng)組件中透鏡的數(shù)量增加時，使用現(xiàn)有技術(shù)被動對準(zhǔn)的透鏡組件的制造的良率損失變得更差。

隨著透鏡組件變得更小，由透鏡組件匯集的光量被減少，并且需要較低的焦距比數(shù)(f-number)設(shè)計。較大的光圈設(shè)計放大對透鏡對準(zhǔn)誤差的敏感性，并且使用現(xiàn)有技術(shù)被動對準(zhǔn)的透鏡組件的制造的良率損失變得更差。

透鏡的主動對準(zhǔn)通常用于高性能的光學(xué)系統(tǒng)，在高性能的光學(xué)系統(tǒng)中主動對準(zhǔn)的成本不是問題。但是，已知的主動對準(zhǔn)技術(shù)(諸如使用自動準(zhǔn)直儀和旋轉(zhuǎn)臺來逐個單獨(dú)地對準(zhǔn)透鏡)對于微型透鏡組件的大批量生產(chǎn)可能是太復(fù)雜和昂貴的。

現(xiàn)有技術(shù)中存在對制造用在微型照相機(jī)和微型投影儀中的透鏡組件的低成本方法的需要，所述方法結(jié)合了主動對準(zhǔn)的性能優(yōu)點(diǎn)和被動對準(zhǔn)的低成本優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，通過本文所描述的透鏡組件及其制造方法實(shí)現(xiàn)了這些和其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，一種透鏡組件包括：多個透鏡；被配置為接收并固定地對準(zhǔn)透鏡的透鏡鏡筒；以及具有相對于其它透鏡的至少一個移動自由度的至少一個附加透鏡；其中附加透鏡相對于其它透鏡能夠被固定在期望的對準(zhǔn)位置。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，一種透鏡組件包括第一多個透鏡和被配置成接收和固定地對準(zhǔn)第一多個透鏡的透鏡鏡筒。提供了至少一個附加透鏡，其具有相對于第一多個透鏡的至少一個移動自由度，其中至少一個附加透鏡相對于第一多個透鏡可固定在期望的對準(zhǔn)位置。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，一種制造透鏡組件的方法包括下列步驟：提供第一多個透鏡，提供透鏡鏡筒，將第一多個透鏡容納在透鏡鏡筒中，以及固定地對準(zhǔn)透鏡鏡筒中的第一多個透鏡。該方法還包括提供至少一個附加透鏡，其具有相對于第一多個透鏡的至少一個移動自由度，并且將至少一個附加透鏡相對于第一多個透鏡固定在期望的對準(zhǔn)位置。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，一種透鏡組件包括在透鏡鏡筒內(nèi)部對準(zhǔn)的多個透鏡，其中一個可移動透鏡被對準(zhǔn)，以補(bǔ)償透鏡組件中其它透鏡的被動對準(zhǔn)的誤差或其中的固有缺陷。為了允許這種主動的對準(zhǔn)，最初在可移動透鏡的周圍留下“晃動(rattle)”空間，因此其不被完全地機(jī)械約束，并且能夠以至少一個對準(zhǔn)自由度移動。透鏡組件中的其它透鏡使用被動對準(zhǔn)(諸如但不限于透鏡相對于彼此的被動部件對準(zhǔn)或透鏡相對于透鏡鏡筒的被動對準(zhǔn))在所有的自由度上被機(jī)械約束。

在一個實(shí)施例中，可移動透鏡具有與光軸正交的兩個對準(zhǔn)自由度。

在另一個實(shí)施例中，可移動透鏡具有沿著光軸的一個對準(zhǔn)自由度。在另一個實(shí)施例中，可移動透鏡的可允許的移動足夠小，以使得透鏡組件的光學(xué)性能足夠好，從而在可移動透鏡被對準(zhǔn)之前確定透鏡質(zhì)量。

在另一個實(shí)施例中，環(huán)氧樹脂和附加粘合劑被用來在完成主動對準(zhǔn)之后固定可移動透鏡。在另一個實(shí)施例中，對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)用來將可移動透鏡與透鏡鏡筒或其它的透鏡被動地對準(zhǔn)，并且當(dāng)進(jìn)行可移動透鏡的主動對準(zhǔn)時，對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)能夠至少部分地被移除。

在可替代實(shí)施例中，可移動透鏡具有相對于相鄰?fù)哥R的光滑界面，從而可移動透鏡能夠在相鄰?fù)哥R的表面上滑動，同時透鏡之間的尖端、傾斜或間距沒有顯著的變化。

在另一個實(shí)施例中，可移動透鏡具有在其外徑上的光滑表面，從而可移動透鏡能夠沿透鏡鏡筒光軸滑動，同時尖端、傾斜或偏心沒有顯著的變化。在另一個實(shí)施例中，可移動透鏡位于透鏡鏡筒的第一部分的內(nèi)部，并且剩余的透鏡位于透鏡鏡筒的第二部分的內(nèi)部，并且透鏡鏡筒的這兩個部分被對準(zhǔn)并且然后彼此固定在對準(zhǔn)的位置。

用于制造透鏡組件的方法的另一個實(shí)施例包括下列步驟：將多個透鏡裝載在透鏡鏡筒中，留下用于可移動透鏡的一些晃動空間，調(diào)整可移動透鏡的位置以優(yōu)化透鏡組件的光學(xué)性能，以及固定可移動透鏡的位置。在另一個實(shí)施例中，該方法包括被動地對準(zhǔn)可移動透鏡，以便在主動對準(zhǔn)之前測量透鏡的質(zhì)量。

參考例示性附圖和如下面闡述的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述將更好地理解本發(fā)明。

附圖說明

圖1A和圖1B對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)美國專利7,088,530的圖2和圖4。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的附加實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的再一個實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的附加實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。

圖10是圖9的透鏡組件的前視圖。

圖11是用于制造根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的透鏡組件的方法的流程圖。

圖12是用于制造根據(jù)本發(fā)明的附加實(shí)施例的透鏡組件的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本文進(jìn)一步描述的實(shí)施例，提供了各種透鏡組件，其可以在包括在例如便攜式電子設(shè)備諸如移動電話中的微型照相機(jī)或微型投影儀中使用。

現(xiàn)在參考附圖，其被包括用于圖示說明本發(fā)明的實(shí)施例的目的，并不是用于限制本發(fā)明，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖。透鏡組件120包括四個透鏡L11、L12、L13和L14，三個擋板123、125和127以及被插入透鏡鏡筒121中的IRCF(紅外截止濾光器)129。擋板如圖所示被插置在透鏡之間。透鏡L11、L12、L13和L14由常規(guī)的透鏡材料諸如玻璃、塑料、光學(xué)晶體等制成。擋板123、125和127由常規(guī)的擋板材料諸如塑料、布料、紙材等制成。透鏡鏡筒121由常規(guī)的透鏡鏡筒材料諸如塑料、金屬等制成。IRCF 129由具有IR涂料的玻璃、塑料或其它常規(guī)材料制成。

IRCF 129在傳遞可見光的同時濾除紅外光，以便改善由CMOS圖像傳感器(未示出)捕捉的圖像的顏色。IRCF 129是透鏡鏡筒組件的可選部件，并且其存在和位置取決于照相機(jī)設(shè)計?？商娲兀琁RCF 129可以用另一種常規(guī)的濾光器替換。

透鏡鏡筒的前部包含在前側(cè)上的孔口122，其用作成像系統(tǒng)的入射光瞳。

透鏡L12被定位在透鏡鏡筒121內(nèi)部與透鏡鏡筒121的內(nèi)邊緣103和內(nèi)表面104接觸。透鏡L13與透鏡L12相鄰并通過擋板125與透鏡L12分開，并且也與內(nèi)表面104接觸。透鏡L4與透鏡L13相鄰并通過擋板127與透鏡L13分開，并且也與內(nèi)表面104接觸。IRCF 129被定位成與透鏡L14和內(nèi)表面104接觸。該光學(xué)元件疊堆通過連接IRCF 129與透鏡鏡筒121的環(huán)氧樹脂109被固定在透鏡鏡筒內(nèi)部。

因此，透鏡L12、L13和L14通過透鏡L12、L13和L14、擋板以及透鏡鏡筒121之間的物理接觸在透鏡組件中被動地對準(zhǔn)?？商娲?，透鏡L12、L13和L14可以僅僅通過它們之間的連接而對準(zhǔn)。根據(jù)所使用的方法以及透鏡和透鏡鏡筒的尺度公差，透鏡之間的最終光學(xué)對準(zhǔn)精度在x、y和z方向上可以是在小于1微米到15微米以上之間。

可移動透鏡L11通常被定位在孔口122和透鏡L12之間。擋板123分開透鏡L11和L12?？梢苿油哥RL11未被透鏡鏡筒121精確地定位，并且存在允許透鏡L11在z方向被移動的間隙101以及允許其在x和y方向被移動的徑向間隙102。間隙102允許透鏡L11在x和y方向上移動5微米至50微米，并且優(yōu)選在5微米和25微米之間。間隙101可以可選地被省略。

為了減少諸如像散的某些光學(xué)像差，可移動透鏡L11可以在x和y方向上被對準(zhǔn)，使得其光軸基本上與透鏡組件120的光軸O重合。這可以通過在可移動透鏡L11的位置被調(diào)整時監(jiān)測透鏡組件的離焦(through focus)MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))來完成。MTF測量在本領(lǐng)域是已知的，并且通常借助于發(fā)出穿過被放置在透鏡的圖像平面處的掩模的光并且用照相機(jī)監(jiān)測投影圖像的清晰度來執(zhí)行。離焦MTF測量在本領(lǐng)域中也是已知的，并且由在改變透鏡組件和掩模之間的間距的同時進(jìn)行多個MTF測量組成。透鏡組件的其它常規(guī)光學(xué)測量可以用于指導(dǎo)可移動透鏡L11的位置的調(diào)整，包括但不限于點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)、線擴(kuò)展函數(shù)、清晰度、對比度、亮度、空間頻率響應(yīng)(SFR)、主觀質(zhì)量因數(shù)(SQF)以及波前測量。

透鏡L12、L13和L14的不對準(zhǔn)和透鏡自身的缺陷通常將導(dǎo)致透鏡組件的光軸O不與透鏡L12的光軸精確地重合。圖2中示出透鏡組件的理想化光軸O。調(diào)整透鏡L11的對準(zhǔn)可以用來完全或部分地補(bǔ)償這種不對準(zhǔn)和缺陷，或者可替代地產(chǎn)生期望的光學(xué)效應(yīng)。

可替代地，由于透鏡L11在x和y方向上的移動也影響圖像平面傾斜，因此透鏡L11的位置可以被調(diào)整以便使光軸O與成像器(未示出)的垂線對準(zhǔn)，從而整個圖像處于更好的對焦。這可以在透鏡組件的制造期間或者在透鏡組件被安裝在照相機(jī)中之后實(shí)現(xiàn)。

一旦可移動透鏡L11在期望的位置被對準(zhǔn)，環(huán)氧樹脂111被用來將其固定在適當(dāng)位置。如圖2中所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，透鏡L11具有平坦表面L11A，且透鏡L12具有平坦表面L12A，并且兩個表面L11A和L12A都與擋板123接觸。在可替代的實(shí)施例中，擋板123、125和127被省略，從而允許透鏡在一個或多個界面處彼此直接接觸。透鏡之間的擋板和界面被優(yōu)選地設(shè)計以避免允許雜散光到達(dá)成像器(未示出)。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的透鏡組件130的橫截面圖。透鏡組件130包括四個透鏡L21、L22、L23和L24以及被插入透鏡鏡筒131中的四個擋板132、133、135和137。擋板如圖所示被插置在透鏡之間。透鏡L21、L22、L23和L24由常規(guī)的透鏡材料(諸如玻璃、塑料、光學(xué)晶體等)制成。擋板133、135和137由常規(guī)的鏡筒材料(諸如塑料、布料、紙材等)制成。透鏡鏡筒131由常規(guī)的透鏡鏡筒材料(諸如塑料、金屬等)制成。

透鏡L24被定位在透鏡鏡筒131內(nèi)部并且與透鏡鏡筒131的后邊緣和內(nèi)表面304接觸。透鏡L33與透鏡L24相鄰且通過擋板137與透鏡L24分開，并且也與內(nèi)表面304接觸。透鏡L22與L23相鄰且通過擋板135與透鏡L23分開，并且也與內(nèi)表面304接觸。

因此，透鏡L22、L23和L24通過透鏡L22、L23和L24、擋板以及透鏡鏡筒131之間的物理接觸在透鏡組件中被動地對準(zhǔn)。可替代地，透鏡L22、L23和L24可以僅僅通過它們之間的連接而被對準(zhǔn)。根據(jù)所使用的方法以及透鏡和透鏡鏡筒的尺度公差，透鏡之間的最終光學(xué)對準(zhǔn)精度在x、y和z方向上可以在小于1微米到15微米以上之間。

可移動透鏡L21被定位在透鏡L22的前面。擋板133分開透鏡L21和L22?？梢苿油哥RL21不被透鏡鏡筒131精確地定位。擋板133被定位成與透鏡鏡筒131的內(nèi)表面304接觸，或者通過與透鏡L22的前表面上或透鏡L21的后表面上的特征部配合來定位。透鏡L21的前側(cè)上的前擋板132用作成像系統(tǒng)的入射光瞳，并且可以使用例如粘合劑附接到透鏡L21。存在允許透鏡L21在z方向上被移動的空間301以及允許其在x和y方向上被移動的徑向間隙302。間隙302允許透鏡L21在x和y方向移動5微米至50微米，并且優(yōu)選在5微米和25微米之間。

為了減少諸如像散的某些光學(xué)像差，透鏡L21可以在x和y方向上被對準(zhǔn)，使得其光軸基本上與透鏡組件130的光軸O重合。這可以通過在調(diào)整透鏡L21的位置的同時監(jiān)測透鏡組件的離焦MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))來實(shí)現(xiàn)。透鏡L22、L23和L24的不對準(zhǔn)和透鏡自身的缺陷通常將導(dǎo)致透鏡組件的光軸O不與透鏡L22的光軸精確地重合。圖3中示出透鏡組件的理想化光軸O。調(diào)整透鏡L21的對準(zhǔn)可以用來完全或部分地補(bǔ)償這種不對準(zhǔn)和缺陷，或者可替代地產(chǎn)生期望的光學(xué)效應(yīng)。

可替代地，由于透鏡L21在x和y方向上的移動也影響圖像平面傾斜，因此可以調(diào)整透鏡L21的位置以便使光軸O與成像器(未示出)的垂線對準(zhǔn)，從而使得整個圖像處于更好的對焦。這可以在透鏡組件的制造期間或在透鏡組件被安裝在照相機(jī)中之后完成。

一旦透鏡L21被對準(zhǔn)到期望的位置，則使用環(huán)氧樹脂311將其相對于透鏡L22固定在適當(dāng)位置。在可替代的實(shí)施例中，環(huán)氧樹脂311可以與透鏡鏡筒131接觸并且將所有的透鏡固定在透鏡鏡筒內(nèi)部。如圖3所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，透鏡L21具有平坦表面L21A，且透鏡L22具有平坦表面L22A，并且兩個表面L21A和L22A都與擋板133接觸。在可替代的實(shí)施例中，擋板133、135和137被省略，從而允許透鏡在一個或多個界面處彼此直接接觸。透鏡之間的擋板和界面被優(yōu)選地設(shè)計以避免允許雜散光到達(dá)成像器(未示出)。

圖4示出圖3的透鏡組件130的橫截面圖，其具有被添加以填充間隙302的一部分的被動對準(zhǔn)環(huán)321。被動對準(zhǔn)環(huán)321優(yōu)選地由橡膠、塑料、環(huán)氧樹脂、金屬或其它常規(guī)材料制成。被動對準(zhǔn)環(huán)321可以用來將可移動透鏡L21被動地對準(zhǔn)到一個位置，在該位置處透鏡組件的光學(xué)性能具有足夠的質(zhì)量以允許MTF測量來確定是否保證可移動透鏡L21的更精確對準(zhǔn)。在進(jìn)行初始MTF測量之后以及在可移動透鏡L21的主動對準(zhǔn)之前，優(yōu)選地移除被動對準(zhǔn)環(huán)321。如圖3所示，優(yōu)選地從最終的透鏡組件中省略環(huán)321。

可替代地，如果MTF測量表明透鏡組件滿足最終需求，則被動對準(zhǔn)環(huán)321可以留在適當(dāng)位置并且仍然存在于最終的透鏡組件中。因此，一些透鏡組件可以具有如圖4所示的被動對準(zhǔn)環(huán)，并且一些透鏡組件可以如圖3所示不具有被動對準(zhǔn)環(huán)。如果被動對準(zhǔn)環(huán)321被留在透鏡組件130上，則其可以優(yōu)選地使用環(huán)氧樹脂、焊接或另一種常規(guī)的附接方法固定到透鏡鏡筒131。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的透鏡組件150的橫截面圖。透鏡組件150包括四個透鏡L31、L32、L33和L34、IRCF窗159以及被插入透鏡鏡筒151中的四個擋板152、153、155和157。擋板如圖所示被插置在透鏡之間。透鏡L31、L32、L33和L34由常規(guī)的透鏡材料(諸如玻璃、塑料、光學(xué)晶體等)制成。擋板153、155和157由常規(guī)的擋板材料(諸如塑料、布料、紙材等)制成。透鏡鏡筒151由常規(guī)的透鏡鏡筒材料(諸如塑料、金屬等)制成。IRCF窗159由具有IR涂料的玻璃、塑料或其它常規(guī)的材料制成。

IRCF窗159在傳遞可見光的同時濾除紅外光，以便改善由CMOS圖像傳感器(未示出)捕捉的圖像的顏色。IRCF窗159是透鏡鏡筒組件的可選部件，并且其存在和位置取決于照相機(jī)設(shè)計?？商娲?，IRCF窗159可以用另一種常規(guī)的濾光器替換。

IRCF窗159被定位在透鏡鏡筒131內(nèi)部并且與透鏡鏡筒131的后邊緣和內(nèi)表面504接觸。透鏡L34與IRCF窗159和內(nèi)表面504接觸。透鏡L33與透鏡L34相鄰且通過擋板157與透鏡L34分開，并且也與內(nèi)表面504接觸。透鏡L32與透鏡L33相鄰且通過擋板155與透鏡L33分開，并且也與內(nèi)表面504接觸。

因此，透鏡L32、L33和L34通過透鏡L32、L33和L34、擋板以及透鏡鏡筒151之間的物理接觸在透鏡組件中被動地對準(zhǔn)?？商娲?，透鏡L32、L33和L34可以僅僅通過它們之間的連接而對準(zhǔn)。根據(jù)所使用的方法以及透鏡和透鏡鏡筒的尺度公差，透鏡之間的最終光學(xué)對準(zhǔn)精度在x、y和z方向上可以是在小于1微米到15微米以上之間。

可移動透鏡L31被定位在透鏡L32的前面。擋板153分開透鏡L31和L32?？梢苿油哥RL31不被定位在透鏡鏡筒151內(nèi)。擋板153粘附于透鏡L32的前表面或透鏡L31的后表面上的特征部或與其配合。透鏡L31的前側(cè)上的前擋板152用作成像系統(tǒng)的入射光瞳并且可以使用例如粘合劑附接到透鏡L31?？梢苿油哥R131大體上位于透鏡鏡筒151外面并且在x、y和z方向上自由地移動。

為了減少諸如像散的某些光學(xué)像差，透鏡L31可以在x和y方向上被對準(zhǔn)，從而其光軸基本上與透鏡組件150的光軸O重合。這可以通過在調(diào)整透鏡L31的位置的同時監(jiān)測透鏡組件的離焦MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))來實(shí)現(xiàn)。透鏡L32、L33和L34的不對準(zhǔn)和透鏡自身的缺陷通常將導(dǎo)致透鏡組件的光軸O不與透鏡L32的光軸精確地重合。圖5中示出透鏡組件的理想化光軸O。調(diào)整透鏡L21的對準(zhǔn)可以用來完全或部分地補(bǔ)償這種不對準(zhǔn)和缺陷，或者可替代地產(chǎn)生期望的光學(xué)效應(yīng)。

可替代地，由于透鏡L31在x和y方向上的移動也影響圖像平面傾斜，因此透鏡L31的位置可以被調(diào)整以使光軸O與成像器(未示出)的垂線對準(zhǔn)，從而使得整個圖像處于更好的對焦。這可以在透鏡組件的制造期間或在透鏡組件被安裝在照相機(jī)中之后實(shí)現(xiàn)。

一旦透鏡L31被對準(zhǔn)到期望的位置，則使用環(huán)氧樹脂511將其相對于透鏡L32和透鏡鏡筒151固定在適當(dāng)位置處并且將所有的透鏡固定在透鏡鏡筒內(nèi)部。如圖5所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，透鏡L31具有平坦表面L31A，且透鏡L32具有平坦表面L32A，并且兩個表面L31A和L32A都與擋板153接觸。在可替代的實(shí)施例中，擋板153、155和157被省略，從而允許透鏡在一個或多個界面處彼此直接接觸。透鏡之間的擋板和界面被優(yōu)選地設(shè)計以避免允許雜散光到達(dá)成像器(未示出)。

圖6示出圖5中的透鏡組件150的橫截面圖，其具有替代擋板152的透鏡蓋162。蓋162優(yōu)選地防止雜散光通過透鏡131的側(cè)面進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)。如同擋板152那樣，透鏡蓋162可以為成像系統(tǒng)定義入射光瞳。蓋162優(yōu)選地由注模塑料制成，并且通過過盈配合利用粘合劑等附接件附接到透鏡131。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的透鏡組件170的橫截面圖。透鏡組件170包括四個透鏡L41、L42、L43和L44以及四個擋板172、173、175和177。第一可移動透鏡L41和第二可移動透鏡L44的位置是可調(diào)整的，以便優(yōu)化透鏡組件170的光學(xué)性能。第二透鏡L42和第三透鏡L43被動地對準(zhǔn)。擋板如圖所示被插置在透鏡之間。透鏡L41、L42、L43和L44由常規(guī)的透鏡材料(諸如玻璃、塑料、光學(xué)晶體等)制成。擋板173、175和177由常規(guī)的擋板材料(諸如塑料、布料、紙材等)制成。透鏡鏡筒171由常規(guī)的透鏡鏡筒材料(諸如塑料、金屬等)制成。

鏡筒177被定位在透鏡鏡筒171內(nèi)部并且與透鏡鏡筒171的邊緣703和內(nèi)表面704接觸。透鏡L43被定位在透鏡鏡筒171內(nèi)部并且與擋板177和透鏡鏡筒171的內(nèi)表面704接觸。透鏡L42與透鏡L43相鄰且通過擋板175與透鏡L43分開，并且也與內(nèi)表面704接觸?？蛇x地，環(huán)氧樹脂712將透鏡L42附接到內(nèi)表面704并且固定透鏡L42和L43的位置。

因此，透鏡L42和L43通過透鏡L42和L43、擋板以及透鏡鏡筒171之間的物理接觸在透鏡組件中被動地對準(zhǔn)?？商娲?，透鏡L42和L43可以僅僅通過它們之間的連接而被對準(zhǔn)。根據(jù)所使用的方法以及透鏡和透鏡鏡筒的尺度公差，透鏡L42和L43之間的最終光學(xué)對準(zhǔn)精度在x、y和z方向上可以是在小于1微米到15微米以上之間。

可移動透鏡L41被定位在透鏡L42前面。擋板173分開透鏡L41和L42。可移動透鏡L41被定位在透鏡鏡筒171中，但是不被精確地定位。徑向間隙702允許透鏡L41在x和y方向上移動5微米至50微米，并且優(yōu)選在5微米和25微米之間。擋板173粘附于透鏡L42的前表面或透鏡L41的后表面，與其上的特征部配合，或者與其上的凹陷特征部對準(zhǔn)。

前擋板172使用例如粘合劑附接到可移動透鏡L41的前表面。擋板172具有孔口172A，該孔口限定成像系統(tǒng)的入射光瞳。入射光瞳也可以由擋板173或系統(tǒng)中的另一個孔口來形成。存在允許透鏡L41在z方向上被移動的空間701。

可移動透鏡L44被定位在透鏡L43和擋板177后面的透鏡鏡筒171中，但是不被精確地定位。間隙705分開擋板177和透鏡L44，并且允許可移動透鏡L44在z方向上被移動以調(diào)整其相對于固定透鏡L43的間距。通過接觸透鏡鏡筒171的內(nèi)表面704，透鏡L44在x和y方向上的位置以及其圍繞x和y軸的傾斜被被動地設(shè)定。

在可替代的實(shí)施例中，透鏡L44和透鏡鏡筒171之間存在徑向間隙，以允許在x和y方向上調(diào)整透鏡L44的位置和傾斜。

為了減少諸如像散的某些光學(xué)像差，透鏡L41可以在x和y方向上被對準(zhǔn)，從而使得其光軸基本上與透鏡組件170的光軸O重合。這可以通過在調(diào)整透鏡L41的位置的同時監(jiān)測透鏡組件的離焦MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))來實(shí)現(xiàn)。透鏡L42、L43和/或L44的不對準(zhǔn)和透鏡自身的缺陷通常將導(dǎo)致透鏡組件的光軸O不與透鏡L42的光軸精確地重合。圖7中示出透鏡組件的理想化光軸O。調(diào)整透鏡L41的對準(zhǔn)可以被用來完全或部分地補(bǔ)償這種不對準(zhǔn)和缺陷，或者可替代地產(chǎn)生期望的光學(xué)效應(yīng)。

可替代地，由于透鏡L41在x和y方向上的移動也影響圖像平面傾斜，因此透鏡L41的位置可以被調(diào)整以便使光軸O與成像器(未示出)的垂線對準(zhǔn)，使得整個圖像處于更好的對焦。這可以在透鏡組件的制造期間或在透鏡組件被安裝在照相機(jī)中之后完成。

一旦透鏡L41被對準(zhǔn)到期望的位置，則環(huán)氧樹脂711被用來將其相對于透鏡L22固定在適當(dāng)位置。在可替代的實(shí)施例中，環(huán)氧樹脂711可以與透鏡鏡筒171接觸并且將透鏡L41、L42和L43固定在透鏡鏡筒內(nèi)部。如圖7所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，透鏡L41具有平坦表面L41A，且透鏡L42具有平坦表面L42A，并且兩個表面L41A和L42A都與擋板173接觸。在可替代的實(shí)施例中，擋板173、175和177被省略，從而允許透鏡在一個或多個界面處彼此直接接觸。透鏡之間的擋板和界面被優(yōu)選地設(shè)計以避免允許雜散光到達(dá)成像器(未示出)。

為了減少諸如場曲率的某些光學(xué)像差，可移動透鏡L44優(yōu)選地在z方向上被對準(zhǔn)，以便設(shè)定透鏡L43和L44之間的最佳間距。一旦可移動透鏡L44在期望的位置被對準(zhǔn)，則環(huán)氧樹脂713被用來將其固定在適當(dāng)位置。

可替代地，附加透鏡和擋板可以被包括在透鏡組件中，以實(shí)現(xiàn)期望的光學(xué)性能，并且少于四個透鏡和四個擋板可以被用來降低成本。

在該示例中，透鏡L41在x和y方向上的移動強(qiáng)烈地影響圖像平面傾斜和像散，而透鏡L44在z方向上的移動強(qiáng)烈地影響場曲率。為了確定哪些透鏡以及其在什么方向主動地對準(zhǔn)，可以對特定的光學(xué)設(shè)計進(jìn)行敏感性分析，從而確定哪些透鏡對需要校正的像差具有大的貢獻(xiàn)。更一般地，通過調(diào)整透鏡L41和L44的位置可以誘發(fā)或校正特定的光學(xué)像差，從而獲得透鏡組件的期望光學(xué)性能。

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的透鏡組件180的橫截面圖。透鏡組件180包括四個透鏡L51、L52、L53和L54以及被插入透鏡鏡筒181中的三個擋板183、185和187。擋板如圖所示被插置在透鏡之間。透鏡L51、L52、L53和L54由常規(guī)的透鏡材料(諸如玻璃、塑料、光學(xué)晶體等)制成。擋板183、185和187由常規(guī)的擋板材料(諸如塑料、布料、紙材等)制成。透鏡鏡筒181由常規(guī)的透鏡鏡筒材料(諸如塑料、金屬等)制成。

透鏡L52被定位在透鏡鏡筒181內(nèi)部并且與透鏡鏡筒121的內(nèi)邊緣803和內(nèi)表面804接觸。透鏡L53與透鏡L52相鄰且通過擋板185與透鏡L52分開，并且也與內(nèi)表面804接觸。透鏡L54與透鏡L53相鄰且通過擋板187與透鏡L53分開，并且也與內(nèi)表面804接觸。光學(xué)元件的疊堆通過連接透鏡L54與透鏡鏡筒121的環(huán)氧樹脂809被固定在透鏡鏡筒內(nèi)部。擋板182限定用作成像系統(tǒng)的入射光瞳的孔口。擋板182可選地使用環(huán)氧樹脂810附接到透鏡L51的前部，和/或使用環(huán)氧樹脂811附接到透鏡鏡筒181。

因此，透鏡L52、L53和L54通過透鏡L52、L53和L54、擋板以及透鏡鏡筒181之間的物理接觸在透鏡組件中被動地對準(zhǔn)?？商娲兀哥RL52、L53和L54可以僅僅通過它們之間的連接而被對準(zhǔn)。根據(jù)所使用的方法以及透鏡和透鏡鏡筒的尺度公差，透鏡之間的最終光學(xué)對準(zhǔn)精度在x、y和z方向上可以是在小于1微米到15微米以上之間。

可移動透鏡L51被定位在透鏡L52前面。擋板183分開透鏡L51和L52。可移動透鏡L51沒有通過透鏡鏡筒181被精確地定位，并且存在允許可移動透鏡L51在z方向上被移動的間隙801，以及允許其在x和y方向上被移動的徑向間隙802。間隙802允許透鏡L51在x和y方向上移動5微米至50微米，并且優(yōu)選地在5微米和25微米之間。透鏡L51的位置優(yōu)選通過擋板182、環(huán)氧樹脂810和環(huán)氧樹脂811的組合相對于透鏡鏡筒181被固定。間隙801或802可以可選地被省略。

為了減少諸如像散的某些光學(xué)像差，可移動透鏡L51可以在x和y方向上被對準(zhǔn)，以使得其光軸基本上與透鏡組件180的光軸O重合。這可以通過在調(diào)整可移動透鏡L51的位置的同時監(jiān)測透鏡組件的離焦MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))來實(shí)現(xiàn)。透鏡組件的其它常規(guī)光學(xué)測量可以用于指導(dǎo)可移動透鏡L51的位置的調(diào)整，包括但不限于點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)、線擴(kuò)展函數(shù)、清晰度、對比度、亮度、空間頻率響應(yīng)(SFR)、主觀質(zhì)量因數(shù)(SQF)以及波前測量。

透鏡L52、L53和L54的不對準(zhǔn)和透鏡自身的缺陷通常將導(dǎo)致透鏡組件的光軸O不與透鏡L52的光軸精確地重合。圖8中示出透鏡組件的理想化光軸O。調(diào)整透鏡L51的對準(zhǔn)可以用來完全或部分地補(bǔ)償這種不對準(zhǔn)和缺陷，或者可替代地產(chǎn)生期望的光學(xué)效應(yīng)。

可替代地，由于透鏡L51在x和y方向上的移動也影響圖像平面傾斜，因此透鏡L51的位置可以被調(diào)整以使光軸O與成像器(未示出)的垂線對準(zhǔn)，從而整個圖像處于更好的對焦。這可以在透鏡組件的制造期間或在透鏡組件被安裝在照相機(jī)中之后完成。

在進(jìn)一步可替代的實(shí)施例中，一旦可移動透鏡L51在期望的位置被對準(zhǔn)，則透鏡L51和內(nèi)表面804之間的環(huán)氧樹脂(未示出)被用來將其固定在適當(dāng)位置。如圖8所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，透鏡L51具有平坦表面L51A，且透鏡L52具有平坦表面L52A，并且兩個表面L51A和L52A都與擋板183接觸。在可替代的實(shí)施例中，擋板183、185和187被省略，從而允許透鏡在一個或多個界面處彼此直接接觸。透鏡之間的擋板和界面被優(yōu)選地設(shè)計以避免允許雜散光到達(dá)成像器(未示出)。

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的透鏡組件的橫截面圖，其類似于結(jié)合圖2所描述的透鏡組件。透鏡組件190包括：五個透鏡L61、L62、L63、L64和L65；三個擋板193、195和197；透鏡間隔件199；以及被插入透鏡鏡筒191中的IRCF 194。擋板和透鏡間隔件如圖所示被插置在透鏡之間。透鏡L61、L62、L63、L64和L65由常規(guī)的透鏡材料(諸如玻璃、塑料、光學(xué)晶體等)制成。擋板193、195和197由常規(guī)的擋板材料(諸如塑料、布料、紙材等)制成。透鏡鏡筒191由常規(guī)的透鏡鏡筒材料(諸如塑料、金屬等)制成。IRCF194由具有IR涂料的玻璃、塑料或其它常規(guī)的材料制成。透鏡間隔件199由塑料、橡膠、金屬等制成。

可移動透鏡L61沒有通過透鏡鏡筒191被精確地定位，并且存在允許透鏡L61在z方向上被移動的間隙901，以及允許其在x和y方向上被移動的徑向間隙902。間隙902允許透鏡L61在x和y方向上移動5微米至50微米，并且優(yōu)選地在5微米和25微米之間。間隙901可以可選地被省略。

透鏡鏡筒191的前表面優(yōu)選地包括三個開口192，這些開口允許接近可移動透鏡L61，用于執(zhí)行透鏡L61與透鏡堆疊L62、L63、L64和L65的主動對準(zhǔn)，或者用于將透鏡L61的位置固定在期望的位置。透鏡L61經(jīng)由孔洞192被移動到期望的對準(zhǔn)位置，并且環(huán)氧樹脂被插入穿過孔洞192以將透鏡L61固定在期望的位置。

圖10是圖9的透鏡組件190的頂視圖。為了清楚起見，圖9是沿圖10的線AA截取的透鏡組件190的橫截面圖。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用于制造透鏡組件的方法的流程圖。在步驟1001中，提供了透鏡鏡筒和包括至少一個可移動透鏡的多個透鏡，并且其它的光學(xué)元件被插入透鏡鏡筒中。不可移動的透鏡彼此被對準(zhǔn)或者相對于透鏡鏡筒處于固定的位置。

在步驟1002中，被動對準(zhǔn)的透鏡中的至少一個被固定在適當(dāng)位置，從而防止在稍后步驟期間的運(yùn)動。例如，如果由于與透鏡鏡筒的緊密配合而使被動對準(zhǔn)的透鏡不能移動，或者通過附加部件(諸如保持器環(huán)、IRCF窗、透鏡、環(huán)氧樹脂或其它的光學(xué)或機(jī)械結(jié)構(gòu)等)將被動對準(zhǔn)的透鏡保持在適當(dāng)位置，步驟1002可選地被省略。

在步驟1003中，可移動透鏡被暫時地被動對準(zhǔn)。這可以通過使用如先前結(jié)合圖4描述的被動對準(zhǔn)環(huán)或者借助下降到透鏡組件上以使可移動透鏡相對于透鏡組件的剩余透鏡對準(zhǔn)的固定裝置來實(shí)現(xiàn)。步驟1003可選地被省略。

在步驟1004中，測量透鏡組件的至少一個光學(xué)特性。例如，可以通過發(fā)出穿過放置在透鏡組件的圖像平面處的掩模的光并且借助放置在各個場位置(例如在中心和在80％場的四個角落處)的照相機(jī)監(jiān)測投影圖像來執(zhí)行MTF測量。可替代地，可以通過在改變透鏡組件和掩模之間的間距的同時在不同場位置處進(jìn)行多個MTF測量來執(zhí)行離焦MTF測量?？梢允褂猛哥R組件的圖像質(zhì)量的其它測量值，包括但不限于點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)、線擴(kuò)展函數(shù)、清晰度、對比度、亮度、空間頻率響應(yīng)(SFR)、主觀質(zhì)量因數(shù)(SQF)以及波前測量。

在步驟1005中，測量的透鏡組件的光學(xué)特性與用于合格/不合格判定的初始規(guī)范進(jìn)行比較。如果部件不通過，則其在步驟1010中被拒絕。如果部件合格，則其繼續(xù)移動到主動對準(zhǔn)。該初始規(guī)范可以不與透鏡組件的最終要求一樣嚴(yán)格，但是應(yīng)該確定透鏡組件中的光學(xué)元件質(zhì)量足夠好，以保證主動對準(zhǔn)的效果。例如，當(dāng)使用離焦MTF測量時，不同的場位置可以在掩模相對于透鏡組件的不同位置處達(dá)到峰MTF，如同圖像平面傾斜或場曲率的情況那樣。此外，切向MTF曲線和矢向MTF曲線在給定的場位置處可以不對準(zhǔn)，如同像散的情況那樣。

通過使用諸如Zeemax或Code V的程序，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠確定可移動透鏡在透鏡組件中的可允許范圍內(nèi)的移動可具有的對離焦MTF曲線的影響。例如，在一個透鏡組件中，其中第一透鏡在x和y方向上的移動(與光軸正交)顯著地影響像散和圖像平面傾斜，但是不顯著地影響任何離焦MTF曲線的場曲率或峰MTF，則初始規(guī)范可以是不管是否不對準(zhǔn)都具有針對每個曲線的峰MTF的最小需求，因?yàn)榭梢苿油哥R在主動對準(zhǔn)中的調(diào)整將不會實(shí)質(zhì)增加每個離焦曲線的峰MTF。初始規(guī)范也可以包括對場曲率的最小需求，因?yàn)榭梢苿油哥R在主動對準(zhǔn)中的調(diào)整將不會實(shí)質(zhì)減小場曲率。

在步驟1007中，執(zhí)行可移動透鏡的主動對準(zhǔn)。優(yōu)選地，借助于例如第一夾持器保持可移動透鏡，并且借助于例如第二夾持器保持透鏡組件中剩余的透鏡。第一夾持器位置相對于第二夾持器位置被修改，從而在監(jiān)測圖像質(zhì)量的同時調(diào)整透鏡組件中的可移動透鏡的位置。一旦發(fā)現(xiàn)可移動透鏡的期望位置或最佳位置，則將透鏡組件的光學(xué)特性與最終規(guī)范進(jìn)行比較。如果光學(xué)特性不滿足最終規(guī)范，則在步驟1010中拒絕該透鏡組件。如果透鏡組件的特性滿足最終規(guī)范，則在步驟1009中使用例如但不限于在暴露于UV光時硬化的環(huán)氧樹脂、壓敏粘合劑、激光焊接或局部熔化來將可移動透鏡固定在適當(dāng)位置。

在可替代的實(shí)施例中，可以通過消除步驟1002、1003、1004和1005來簡化圖11的方法，從而允許在步驟1001之后進(jìn)行步驟1007。這些省略在例如已知透鏡組件的性能通過采用其它質(zhì)量控制過程具有足夠的質(zhì)量的情況下是可接受的。

圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例用于透鏡組件的方法的流程圖。用相同數(shù)字標(biāo)識的步驟具有與結(jié)合圖11描述的步驟相同的功能。

在步驟1006中，將透鏡組件的光學(xué)特性與最終規(guī)范進(jìn)行比較以確定是否甚至需要步驟1007中的主動對準(zhǔn)。如果在步驟1004中測量的透鏡組件的光學(xué)特性(諸如圖像質(zhì)量)滿足步驟1006中的最終規(guī)范，則跳過步驟1007和1008，并且可移動透鏡位置在步驟1009中被固定?？商娲兀绻梢苿油哥R的位置已經(jīng)例如借助先前參考圖4描述的被動對準(zhǔn)環(huán)321被暫時地固定，則可以使用例如但不限于環(huán)氧樹脂、粘合劑、激光焊接或局部熔化來將透鏡組件固定在適當(dāng)位置。

雖然上面已經(jīng)描述本公開的各種實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，它們已經(jīng)僅僅以示例的方式被呈現(xiàn)，而不是限制性的。同樣，各個圖可以描繪本發(fā)明的示例結(jié)構(gòu)或者其它構(gòu)造，這么做有助于理解可包含在本發(fā)明中的特征和功能。本公開并不限于所說明的示例結(jié)構(gòu)或者構(gòu)造，但是應(yīng)用多種可替代的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)所需特征。實(shí)際上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，如何能夠?qū)崿F(xiàn)可替代的功能、邏輯或者物理的劃分和構(gòu)造以實(shí)現(xiàn)本公開的期望特征是顯而易見的。另外，關(guān)于流程圖、操作的描述和方法權(quán)利要求，除非文中另外指出，在本文呈現(xiàn)的步驟的順序不強(qiáng)制要求各個實(shí)施例以相同的順序?qū)崿F(xiàn)以執(zhí)行所述功能。

雖然通過上面各個示例實(shí)施例和實(shí)施方式描述了本公開，但是應(yīng)該理解在一個或更多單獨(dú)的實(shí)施例中所描述的各種特征、方面和功能不限于其對于它們所描述的具體實(shí)施例的適用性，相反地，可以單獨(dú)地或以各種組合方式應(yīng)用到本公開的其它實(shí)施例中的一個或多個，而無論這些實(shí)施例是否被描述，以及無論這些特征是否被呈現(xiàn)為所描述的實(shí)施例的一部分。因此，本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)被上述示例實(shí)施例中任何一個所限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以對先前的說明書進(jìn)行各種改變和修改。