用于成像設備的透鏡模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于成像設備的透鏡模塊。
【背景技術】
[0002]由于透鏡的折射率隨著透鏡的溫度而改變，因此成像設備的透鏡的焦距根據環境溫度而改變，從而引起成像設備的性能降低。
[0003]為了解決該問題，PCT國際公開N0.W02009/101928描述了一種技術，其中，透鏡安裝在透鏡保持板的表面上，透鏡的線性膨脹系數比透鏡保持板的線性膨脹系數大，使得透鏡的由于溫度變化的折射率的變化利用透鏡保持板與透鏡之間的線性膨脹系數中的差異來補償。
[0004]然而，該技術具有下述問題:需要將透鏡保持板用作額外的構件以補償透鏡的折射率的變化，從而引起成像設備的部件計數的增多。

【發明內容】

[0005]示例性實施方式提供用于成像設備的透鏡模塊，該透鏡模塊包括:
[0006]透鏡組件，該透鏡組件包括第一透鏡和第二透鏡；
[0007]保持件，該保持件保持透鏡組件；
[0008]第一粘合劑，該第一粘合劑將第一透鏡粘附至保持件，第一粘合劑的彈性模量比第一透鏡的彈性模量大；以及
[0009]第二粘合劑，該第二粘合劑將第一透鏡粘附至保持件，第二粘合劑的彈性模量比第一透鏡的彈性模量小；其中
[0010]第一粘合劑置于第一透鏡的一個表面與保持件之間，并且第二粘合劑置于第一透鏡的另一表面與保持件之間，使得第一透鏡的折射率和第二透鏡的折射率的由于透鏡組件的溫度的變化而發生的變化對透鏡組件的焦距的影響與第一透鏡的由于透鏡組件的溫度的變化而發生的變形對透鏡組件的焦距的影響彼此抵消。
[0011]根據示例性實施方式，提供了一種技術，該技術在不增多成像設備的部件的數量的情況下使能夠補償用于成像設備的透鏡模塊的透鏡的折射率的由于透鏡的溫度的變化而發生的變化。
[0012]本發明的其他優勢和特征將在包括附圖和權利要求的下文描述中變得明顯。
【附圖說明】
[0013]在附圖中:
[0014]圖1為根據本發明的第一實施方式的包括攝像機模塊3的成像設備I的立體圖；
[0015]圖2為成像設備I的部件分解圖；
[0016]圖3為包括在成像設備I中的攝像機模塊3的立體圖；
[0017]圖4為攝像機模塊3的前視圖；
[0018]圖5為攝像機模塊3的部件分解圖；
[0019]圖6為沿著線V1-VI截取的圖5的截面圖；
[0020]圖7A為根據正常溫度處的第一實施方式的攝像機模塊3的透鏡部段的放大圖；
[0021]圖7B為根據高溫處的第一實施方式的透鏡部段的放大圖；
[0022]圖7C為根據低溫處的第一實施方式的透鏡部段的放大圖；
[0023]圖8A為根據正常溫度處的第二實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0024]圖SB為根據高溫處的第二實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0025]圖SC為根據低溫處的第二實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0026]圖9A為根據正常溫度處的第三實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0027]圖9B為根據高溫處的第三實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0028]圖9C為根據低溫處的第三實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0029]圖1OA為根據正常溫度處的第四實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0030]圖1OB為根據高溫處的第四實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0031]圖1OC為根據低溫處的第四實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0032]圖1lA為根據正常溫度處的第五實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0033]圖1lB為根據高溫處的第五實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0034]圖1lC為根據低溫處的第五實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0035]圖12A為根據正常溫度處的第六實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0036]圖12B為根據高溫處的第六實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0037]圖12C為根據低溫處的第六實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖
[0038]圖13A為根據正常溫度處的第七實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0039]圖13B為根據高溫處的第七實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0040]圖13C為根據低溫處的第七實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0041]圖14A為根據正常溫度處的第八實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0042]圖14B為根據高溫處的第八實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；
[0043]圖14C為根據低溫處的第八實施方式的攝像機模塊的透鏡部段的放大圖；以及
[0044]圖15為示出了第一實施方式至第八實施方式的功能性總結的圖示。
【具體實施方式】
[0045]第一實施方式
[0046]圖1為根據本發明的第一實施方式的包括攝像機模塊3的成像設備I的立體圖。該成像設備I安裝在車輛上以攝取車輛前面的圖像，針對所攝取的圖像執行各種分析處理(圖像識別處理等)，并且將表示分析處理的結果的信號發送至其他E⑶(頭燈控制E⑶、車道偏離檢測E⑶等)。
[0047]如圖1中所示，成像設備I包括殼體2和攝像機模塊3。攝像機模塊3從形成在殼體2的上表面的中央部的附近中的開口 21部分地露出。攝像機模塊3用于攝取車輛前面的圖像。
[0048]成像設備I安裝在車輛的擋風玻璃(前玻璃)上的車輛艙內且在后視鏡的附近的位置處。在該配裝位置處，成像設備I的環境溫度可以降至接近-40°C以及升高至接近100°C。因此，需要在-40°c至100°c的操作溫度范圍中正常操作成像設備I。
[0049]接下來，對成像設備I的結構進行詳細描述。如圖2中所示，成像設備I包括金屬制成的殼體2、攝像機模塊3、控制電路板4、電連接線纜5和下蓋6。
[0050]如在前文中所描述的，開口 21形成在殼體2的上表面的中央部的附近。攝像機模塊3安裝在殼體2上以從開口 21部分地露出。控制電路板4和電連接線纜5設置在攝像機模塊3的下方。蓋6在控制電路板4和電連接線纜5的下方固定至殼體2。開口 21位于與控制電路板4相對的位置處。
[0051]殼體2形成有凹部22以不妨礙攝像機模塊3的成像范圍。同樣，開口 21形成為使得殼體2不妨礙攝像機模塊3的成像范圍。
[0052]接下來，參照圖3至圖7C對攝像機模塊3的結構進行詳細地描述。攝像機模塊3包括第一保持件31、第二保持件32、攝像機電路板33、對象側透鏡35a、圖像側透鏡35b、對象側粘合劑36a和圖像側粘合劑36b。
[0053]第一保持件31、對象側透鏡35a、圖像側透鏡35b、對象側粘合劑36a和圖像側粘合劑36b構成透鏡模塊40。在第一實施方式中，對象側透鏡35a對應于第一透鏡，圖像側透鏡35b對應于第二透鏡，對象側粘合劑36a對應于第一粘合劑以及圖像側粘合劑36b對應于第二粘合劑。
[0054]第一保持件31為在其中容置用于攝取車輛前面的圖像的光學系統的以圓筒形形狀形成的樹脂構件。第一保持件31包括遠端部31a、桶狀部31b、第一內凸緣31c、第二內凸緣31d和第三內凸緣31e，并且第一保持件31在其中容置作為光學系統的對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b。
[0055]遠端部31a為以圓筒形形狀形成的構件，遠端部31a的直徑朝向遠端側減小(圖6中的左側)。桶狀部31b為以圓筒形形狀形成的構件，桶狀部31b的內徑和外徑兩者近似恒定。桶狀部31b的遠端(圖6中的左端側)一體地連接至遠端部31a的末端。遠端部31a和桶狀部31b與光軸310同軸地設置。
[0056]第一內凸緣31c、第二內凸緣31d和第三內凸緣31e中的每一者均為與遠端部31a一體地形成的構件以具有穿孔盤的形狀。這些內凸緣31c至31e沿光軸310的方向設置。
[0057]第二保持件32為在其中容置第一保持件31的構件，并且攝像機電路板以螺釘連接的方式固定至該第二保持件32。第二保持件主要由樹脂制成。第二保持件32包括保持件基部32a和保持件圓筒狀部32b，攝像機電路板33以螺釘連接的方式固定至該保持件基部32a，該保持件圓筒狀部32b沿光軸的方向從保持件基部32a延伸并且在其中容置第一保持件31。保持件基部32a和保持件圓筒狀部32b彼此一體地形成。
[0058]攝像機電路板一一在其上安裝有諸如CMOS圖像傳感器之類的固體成像元件33a一一固定至第二保持件32的后端表面。固體成像元件33a設置在光軸310上，該光軸310在第一保持件固定至第二保持件32并且攝像機電路板33固定至第二保持件32的情況下為第一保持件31內的透鏡35a和35b所共有。
[0059]透鏡的對象側透鏡35a上的入射光穿過對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b，并且在固體成像元件33a上形成圖像。固體成像元件33a輸出表示該圖像的信號。殼體2的開口21位于與攝像機基部33相對的位置處。
[0060]圖2中示出的電連接線纜5—一可以是柔性印刷電路板一一用于固體成像元件33a與安裝在攝像機電路板33上的其他電路之間以及與安裝在控制電路板4上的電路之間的連接。安裝在控制電路板4上的電路包括用于執行前述分析過程等的檢測部分。
[0061]接下來，下文對對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b進行詳細地描述。在本實施方式中，對象側透鏡35a為由樹脂制成的透鏡，并且圖像側透鏡35b為由玻璃制成的透鏡。
[0062]這兩個透鏡35a和35b構成了透鏡組件。圖像側透鏡35b比對象側透鏡35a更靠近圖像形成側或固體成像元件33a的一側設置。
[0063]此處，參照圖7A至圖7C對用于將對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b安裝在第一保持件31上的結構進行解釋。對象側透鏡35a容置在第一保持件31內，其中，對象側透鏡35a的周緣部夾在第一內凸緣31c與第二內凸緣31d之間。圖像側透鏡35b容置在第一保持件31中，其中，圖像側透鏡35b的周緣夾在第二內凸緣31d與第三內凸緣31e之間。
[0064]對象側粘合劑36a置于對象側透鏡35a的對象側(圖7A至圖7C中的左側)上的表面的周緣部與第一內凸緣31c之間以使對象側透鏡35a粘附至第一內凸緣31c。圖像側粘合劑36b置于對象側透鏡35a的圖像形成側(圖7A至圖7C中的右側)上的表面的周緣部與第二內凸緣31d之間以使對象側透鏡35a粘附至第二內凸緣31d。
[0065]在環氧樹脂粘合劑的彈性模量(例如，楊氏模量)比對象側透鏡35a的彈性模量大的情況下，對象側粘合劑36a可以是環氧樹脂粘合劑。對象側粘合劑36a可以是除環氧樹脂粘合劑之外的粘合劑，但其彈性模量必須比對象側透鏡35a的彈性模量大。由于對象側粘合劑36a的彈性模量比對象側透鏡35a的彈性模量大，對象側粘合劑36a的線性膨脹系數比對象側透鏡35a的線性膨脹系數小。
[0066]在硅橡膠粘合劑的彈性模量比對象側透鏡35a的彈性模量小的情況下，圖像側粘合劑36b可以是硅橡膠粘合劑。圖像側粘合劑36b可以是除硅橡膠粘合劑之外的粘合劑，但其彈性模量必須比對象側透鏡35a的彈性模量小。由于圖像側粘合劑36b的彈性模量比對象側透鏡35a的彈性模量小，圖像側粘合劑36b的線性膨脹系數比對象側透鏡35a的線性膨脹系數大。
[0067]如此以來，對象側透鏡35a在其具有對象側粘合劑36a的對象側上的表面處粘附至第一內凸緣31c，并且在其具有圖像側粘合劑36b的圖像側(固體成像元件33a的一側)的表面處粘附至第二內凸緣31d。
[0068]對圖像側透鏡35b而言，置于對象側上的表面的周緣部與第二內凸緣31d之間的粘合劑和置于圖像側上的表面的周緣部與第三內凸緣31e之間的粘合劑的材料和彈性模量彼此相同。
[0069]如上文所解釋的，圖像側透鏡35b粘附至第二內凸緣31d，其中，粘合劑位于對象側上的表面處，并且圖像側透鏡35b在具有相同粘合劑的圖像側上的表面處粘附至第三內凸緣31e。
[0070]接下來，對對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b的光學特性進行解釋。當對象側透鏡35a的焦距為Π，圖像側透鏡35b的焦距為f2，并且對象側透鏡35a與圖像側透鏡35b之間的距離(下文稱為“透鏡之間的距離”)為d時，透鏡組件的焦距f由下述等式給出:[0071 ] f = flXf2/(fl+f2 - d)
[0072]在本實施方式中，flXf2的值為負。這是因為焦距fI由于對象側透鏡35a為凸透鏡而為正，并且焦距f2由于圖像側透鏡35b為凹透鏡而為負。由于透鏡35a的折射率和透鏡35b的折射率根據透鏡35a和35b的溫度而變化，焦距fl和f2根據透鏡35a和35b的溫度而變化。然而，在前述操作溫度范圍內flXf2 < O的關系總是保持。此外，(fl+f2 —d)的值在操作溫度范圍內總為負。因此，由透鏡35a和35b構成的透鏡組件的焦距f在操作溫度范圍內為正。
[0073]當對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b的溫度等于預定正常溫度Tl (例如，20°C )時，預先將透鏡組件的焦點調節成與固體成像元件的位置一致。此處，假定透鏡之間的距離d在透鏡35a和35b的溫度為Tl時為d_Tl。
[0074]當對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b的溫度從Tl增大時，發生下述情況。在這種情況下，透鏡35a的折射率和透鏡35b的折射率隨著溫度的升高而改變以使透鏡組件的焦距f減小。這將在下文進行更具體地解釋。
[0075]假定由透鏡35a和透鏡35b構成的透鏡組件的焦距f在透鏡35a和透鏡35b的溫度等于正常溫度Tl時為f_Tl，并且焦距fl和f2在透鏡35a和透鏡35b的溫度已經增大至高溫T2(例如，100C )時分別為Π_Τ2和f2_T2。在這種情況下，保持了 f_Tl > fl_T2Xf2_T2/(fl_T2+f2_T2 一 d_Tl)的關系。附帶地，由于該不等式的右側的分母在正常溫度Tl處等于透鏡之間的距離d，因此右側的值在高溫T2處與透鏡組件的焦距f不同。SP，在透鏡之間的距離d在正常溫度Tl處的值和在高溫T2處的值彼此相同的情況下，透鏡組件的焦距f由于透鏡35a的折射率和35b的折射率的變化而變短。
[0076]通常，透鏡的折射率大致為其操作溫度范圍內的溫度的線性函數。因此，無論T2的值為何，都保持上述關系，只要T2在操作溫度范圍內即可。當透鏡35a和35b的溫度降到正常溫度Tl之下直至低溫T3時，保持了與上文的關系相反的關系。T3可以例如是-40°C。
[0077]即，在這種情況下，透鏡35a的折射率和透鏡35b的折射率隨著溫度的降低而改變以增大透鏡組件的焦距f。在透鏡35a和35b的溫度已經降至低溫T3之后，當假定焦距Π為 fl_T3 并且焦距 f2 為 f2_T3 時，保持了 f_Tl < f 1_T3 X f2_T3/ (fl_T3+f2_Τ3 — d_Tl)的關系。即，在透鏡之間的距離d在正常溫度Tl處的值和在低溫T3處的值彼此相等的情況下，透鏡組件的焦距f由于透鏡35a的折射率和35b的折射率的變化而變長。
[0078]如上文所述的折射率的變化和焦距的變化在同時滿足下述條件(A)和(B)時可以用于由透鏡35a和35b構成的透鏡組件，例如:
[0079](A)對象側透鏡35a中的折射率的變化的量和所產生的焦距的變化的量遠遠大于圖像側透鏡35b中的折射率的變化的量和所產生的焦距的變化的量。
[0080](B)焦距f I由于折射率隨著溫度升高的變化而減小，并且由于折射率隨著溫度降低的變化而增大。由于樹脂透鏡滿足條件(B)，因此，由烯烴聚合物制成的透鏡是已知的。
[0081]接下來，對由透鏡35a和35b構成的透鏡組件的焦距f隨著溫度的變化而發生的變化進行詳細解釋。如圖7A中所示，透鏡之間的距離d在透鏡35a和35b處于正常溫度Tl處時為d_Tl。如在前文所解釋的，透鏡組件的焦點此時與固體成像元件33a的位置一致。
[0082]如圖7B中所示，當透鏡組件的溫度從正常溫度Tl升高至高溫T2時，對象側透鏡35a變形。對象側粘合劑36a的彈性模量比對象側透鏡的彈性模量大。S卩，對象側粘合劑36a比對象側透鏡35a更硬。圖像側粘合劑36b的彈性模量比對象側透鏡35a的彈性模量小。即，圖像側粘合劑36b比對象側透鏡35a軟。因此，對象側透鏡35a在與圖像側粘合劑36b及其附近接觸的表面處由于溫度的升高(熱膨脹)而變形的量比在與對象側粘合劑36a及其附近接觸的表面處由于溫度的升高而變形的量大。S卩，對象側透鏡35a在圖像側粘合劑36b的一側處比在對象側粘合劑36a的一側處更自由地變形。
[0083]因此，由于對象側透鏡35a彎曲，對象側透鏡35a沿用于使其中央部靠近圖像側透鏡35b的方向移動。因此，透鏡之間的距離d從d_Tl減小至d_T2。如此以來，透鏡之間的距離d隨著透鏡35a和35b的溫度的升高而減小。
[0084]如圖7C中所示，當透鏡35a和35b的溫度從正常溫度Tl降至低溫T3時，對象側透鏡35a變形。對象側透鏡35a在與對象側粘合劑36a及其附近接觸的表面處由于溫度的降低(熱收縮)而變形的量比在與圖像側粘合劑36b及其附近接觸的表面處由