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用于成像設備的透鏡模塊的制作方法_3

文檔(dang)序(xu)號:9373958閱讀:來源(yuan):國知局
此外,(fl+f2 — d)的值在操作溫度范圍內總為負。因此,由透鏡35e和35f構成的透鏡組件的焦距f在操作溫度范圍內為正。
[0145]當對象側透鏡35e和圖像側透鏡35f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33a的位置一致。此處,假定透鏡之間的距離d在透鏡35e和35f的溫度為Tl時為d_Tl。
[0146]當對象側透鏡35e和圖像側透鏡35f的溫度從Tl增大時,發生下述情況。在這種情況下,透鏡35e的折射率和透鏡35f的折射率隨著溫度的升高而改變以減小透鏡組件的焦距f。這將在下文進行更具體地解釋。
[0147]假定由透鏡35e和35f構成的透鏡組件的焦距f在透鏡35e和35f的溫度等于正常溫度Tl時為f_Tl,并且焦距Π和f2在透鏡35e和35f的溫度已經增大至高溫T2 (例如,100C )時分別為fl_T2和f2_T2o在這種情況下,保持了 f_Tl > f 1_T2Xf2_T2/(f 1_T2+f2_T2 - 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。即,在透鏡之間的距離d在正常溫度Tl處的值和在高溫T2處的值彼此相等的情況下,透鏡組件的焦距f由于透鏡35e的折射率和35f的折射率的變化而變短。
[0148]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35e和35f的溫度從正常溫度Tl降低至低溫T3時,保持了與上文的關系相反的關系。T3可以例如是-40°C。
[0149]S卩,在這種情況下,透鏡35e的折射率和35f的折射率隨著溫度的降低而變化以增大透鏡組件的焦距f。在透鏡35e和35f的溫度已經降至低溫T3之后,當假定焦距fl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 一 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35e的折射率和35f的折射率的變化而變長。
[0150]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35e和35f構成的透鏡組件,例如:
[0151](A)圖像側透鏡35f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對象側透鏡35e中的折射率的變化的量和所產生的焦距的變化的量。
[0152](B)焦距f2的絕對值由于折射率隨著溫度的升高的變化而增大,并且由于折射率隨著溫度的降低的變化而減小。
[0153](C)在操作溫度范圍內焦距fl總是比透鏡之間的距離d大。
[0154]由于樹脂透鏡滿足條件⑶,因此,由烯烴聚合物制成的透鏡是已知的。
[0155]接下來,對由透鏡35e和35f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9A中所示,透鏡之間的距離d在透鏡35e和35f在正常溫度Tl處為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。
[0156]如圖9B中所示,當透鏡組件的溫度增大至高溫T2時,圖像側透鏡35f變形。對象側粘合劑36e的彈性模量比圖像側透鏡35f的彈性模量小。即,對象側粘合劑36e比圖像側透鏡35f軟。圖像側粘合劑36f的彈性模量比圖像側透鏡35f的彈性模量大。S卩,圖像側粘合劑36f比圖像側透鏡35f硬。因此,圖像側透鏡35f在與圖像側粘合劑36f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36e及其附近接觸的表面處由于溫度的升高而變形的量小。即,圖像側透鏡35f在對象側粘合劑36e的一側處比在圖像側粘合劑36f的一側處更自由地變形。
[0157]因此,由于圖像側透鏡35f彎曲,圖像側透鏡35f沿用于使其中央部靠近對象側透鏡35e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35e和35f的溫度的升高而減小。
[0158]如圖9C中所示,當透鏡35e和35f的溫度從正常溫度Tl減小至低溫T3時,圖像側透鏡35f變形。圖像側透鏡35f在與對象側粘合劑36e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36f及其附近接觸的表面處由于溫度的降低而變形的量大。
[0159]因此,由于圖像側透鏡35f彎曲,圖像側透鏡35f沿用于使其中央部遠離對象側透鏡35e的方向移動。因此,透鏡之間的距離d從d_Tl增大至d_T3。如此以來,透鏡之間的距離d隨著透鏡35e和35f的溫度的降低而增大。
[0160]對對象側透鏡35e而言,由于用于粘附至第一內凸緣31c的粘合劑與用于粘附至第二內凸緣31d的粘合劑之間在特性上不存在差異,即使對象側透鏡35e熱變形,對透鏡之間的距離d的變化也沒有實質貢獻。當對象側透鏡35e由玻璃制成時,對象側透鏡35e由于溫度變化而變形的量遠遠小于由樹脂制成的圖像側透鏡35f的變形的量。
[0161]如前文所描述的,由透鏡35e和35f構成的透鏡組件的焦距f由等式f = flXf2/(fl+f2 - d)給出。在本實施方式中,由于右側的分子和分母均為負,焦距f隨著透鏡之間的距離d的減小而變長。因此,當透鏡之間的距離d隨著溫度的升高而變短時,導致透鏡組件的焦距f增大。另一方面,當透鏡之間的距離d隨著溫度的降低而變長時,導致透鏡組件的焦距f減小。
[0162]如上文所解釋的,當透鏡35e的折射率和35f的折射率由于溫度增大的變化引起透鏡組件的焦距f減小時,圖像側透鏡35f的所產生的變形引起透鏡組件的焦距f相反地增大。
[0163]同樣,當透鏡35e的折射率和35f的折射率的由于溫度減小的變化引起透鏡組件的焦距f增大時,圖像側透鏡35f的所產生的變形引起透鏡組件的焦距f相反地減小。
[0164]S卩,折射率的變化的影響和所產生的變形的影響彼此抵消。因此,由透鏡35e和35f構成的透鏡組件的焦距f隨著溫度的升高或減小的變化可以被減小,并且透鏡組件的焦點與固體成像元件33a的位置之間的位置偏差可以被減小。
[0165]如上文所解釋的,相對更硬的粘合劑36f置于第一保持件31與透鏡35f的與透鏡35e相反的一側上的表面之間。同樣,相對更軟的粘合劑36e置于第一保持件31與透鏡35f的面向透鏡35e的一側上的表面之間。
[0166]通過將具有不同彈性模量的粘合劑36e和36f設置在透鏡35f的不同側上,可以調節透鏡35f的熱變形,并且因此,可以調節透鏡之間的距離d。S卩,通過適當地確定粘合劑36e和36f中的哪一者應該設置在透鏡35f的不同側中的哪一側上,可以使透鏡35e的折射率和35f的折射率的變化對焦距f的影響以及透鏡35f所產生的變形對焦距f的影響彼此抵消,從而減小焦距f隨著溫度的變化而發生的變化。
[0167]此外,由于用于補償透鏡35e的折射率和35f的折射率的裝置正是通常用于固定透鏡35e和35f的粘合劑,因此可以防止增加透鏡模塊40和成像設備I的部件的數量。
[0168]第四實施方式
[0169]接下來,參照圖1OA至圖1OC對本發明的第四實施方式進行描述。第四實施方式與第一實施方式的不同在于,對象側透鏡35a和圖像側透鏡35b分別由對象側透鏡35g和圖像側透鏡35h替換,并且對象側粘合劑36a和圖像側粘合劑36b由對象側粘合劑36g和圖像側粘合劑36h替換。在第四實施方式中,粘合劑36g和36h不用于對象側透鏡35g,而用于圖像側透鏡35h。
[0170]第一保持件31、對象側透鏡35g、圖像側透鏡35h、對象側粘合劑36g和圖像側粘合劑36h構成透鏡模塊40。在第四實施方式中,對象側透鏡35g對應于第二透鏡,圖像側透鏡35h對應于第一透鏡,對象側粘合劑36g對應于第一粘合劑并且圖像側粘合劑36h對應于第二粘合劑。
[0171]在本實施方式中,對象側透鏡35g為由玻璃制成的透鏡,而圖像側透鏡35h為由樹脂制成的透鏡。
[0172]這兩個透鏡35g和35h構成透鏡組件。圖像側透鏡35h比對象側透鏡35g更靠近圖像形成側或固體成像元件33a的一側設置。
[0173]對象側粘合劑36g置于圖像側粘合劑36h的對象側(圖1OA至圖1OC中的左側)的表面的周緣部與第二內凸緣31d之間以使圖像側透鏡35h粘附至第二內凸緣31d。圖像側粘合劑36h置于圖像側透鏡35h的圖像形成側(固體成像元件33a的一側)上的表面的周緣部與第三內凸緣31e之間以使圖像側透鏡35h粘附至第三內凸緣31e。此處,圖像形成側為由透鏡35g和透鏡35h形成圖像的一側(圖1OA至圖1OC的右側)。
[0174]在環氧樹脂粘合劑的彈性模量(例如,楊氏模量)比圖像側透鏡35h的彈性模量大的情況下,對象側粘合劑36g可以是環氧樹脂粘合劑。對象側粘合劑36g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圖像側透鏡35h的彈性模量大。由于對象側粘合劑36g的彈性模量比圖像側透鏡35h的彈性模量大,對象側粘合劑36g的線性膨脹系數比圖像側透鏡35h的線性膨脹系數小。
[0175]在硅橡膠粘合劑的彈性模量比圖像側透鏡35h的彈性模量小的情況下,圖像側粘合劑36h可以是硅橡膠粘合劑。圖像側粘合劑36h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圖像側透鏡35h的彈性模量小。由于圖像側粘合劑36h的彈性模量比圖像側透鏡35h的彈性模量小,圖像側粘合劑36h的線性膨脹系數比圖像側透鏡35h的線性膨脹系數大。
[0176]如此以來,圖像側透鏡35h在其具有對象側粘合劑36g的對象側上的表面處粘附至第二內凸緣31d,并且在其具有圖像側粘合劑36h的圖像側(固體成像元件33a的一側上)的表面處粘附至第三內凸緣31e。
[0177]對對象側透鏡35g而言,置于對象側上的表面的周緣部與第一內凸緣31c之間的粘合劑和置于圖像側(固體成形元件33a的一側)上的表面的周緣部與第二內凸緣31d之間的粘合劑的材料和彈性模量彼此相同。
[0178]如上文所解釋的,對象側透鏡35g粘附至第一內凸緣31c,其中,粘合劑位于對象側的表面處,并且對象側透鏡35g在具有相同粘合劑的圖像側的表面處粘附至第二內凸緣31d0
[0179]接下來,對對象側透鏡35g和圖像側透鏡35h的光學特性進行解釋。當對象側透鏡35g的焦距為Π,圖像側透鏡35h的焦距為f2,并且對象側透鏡35g與圖像側透鏡35h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:
[0180]f = flXf2/(fl+f2 - d)
[0181]在本實施方式中,flXf2的值為負。這是因為焦距fl由于對象側透鏡35g為凸透鏡而為正,并且焦距f2由于圖像側透鏡35h為凹透鏡而為負。flXf2 < O的關系總是保持在與第一實施方式的操作溫度范圍相同的操作溫度范圍內。此外,(fl+f2 — d)的值在操作溫度范圍內總為負。因此,由透鏡35g和35h構成的透鏡組件的焦距f在操作溫度范圍內為正。
[0182]當對象側透鏡35g和圖像側透鏡35h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33a的位置一致。此處,假定透鏡之間的距離d在透鏡35g和35h的溫度為Tl時為d_Tl。
[0183]當對象側透鏡35g和圖像側透鏡35h的溫度從Tl增大時,發生下述情況。在這種情況下,透鏡35g的折射率和35h的折射率隨著溫度的升高而改變以增大透鏡組件的焦距fo這將在下文進行更具體地解釋。
[0184]假定由透鏡35g和35h構成的透鏡組件的焦距f在透鏡35g和35h的溫度等于正常溫度Tl時為f_Tl,并且焦距Π和f2在透鏡35g和35h的溫度已經增大至高溫T2 (例如,100C )時分別為fl_T2和f2_T2o在這種情況下,保持了 f_Tl < f 1_T2Xf2_T2/(f 1_T2+f2_T2 - d_Tl)的關系。附帶地,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。即,在透鏡之間的距離d在正常溫度Tl處的值和在高溫T2處的值彼此相等的情況下,透鏡組件的焦距f由于透鏡35g的折射率和35h的折射率的變化而變長。
[0185]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35g和35h的溫度從正常溫度Tl降至低溫T3時,保持了與上文的關系相反的關系。T3可以例如是-40°C。
[0186]即,在這種情況下,透鏡35g的折射率和35h的折射率隨著溫度的降低而變化以減小透鏡組件的焦距f。在透鏡35g和35h的溫度已經降至低溫T3之后,當假定焦距f I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 一 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35g的折射率和透鏡35h的折射率的變化而變短。
[0187]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35g和35h構成的透鏡組件,例如:
[0188](A)圖像側透鏡35h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對象側透鏡35g中的折射率的變化的量和所產生的焦距的變化的量。
[0189](B)焦距f2的絕對值由于折射率隨著溫度的升高的變化而減小,并且由于折射率隨著溫度的降低的變化而增大。
[0190](C)焦距fl在操作溫度范圍內總是比透鏡之間的距離d大。
[0191]由于樹脂透鏡滿足條件⑶,因此,由烯烴聚合物制成的透鏡是已知的。
[0192]接下來,對由透鏡35g和35h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1OA中所示,透鏡之間的距離d在透鏡35g和35h在正常溫度Tl處為d_Tl。如在前文中所解釋的,透鏡組件的焦點此時與固體成像元件33a的位置一致。
[0193]如圖1OB中所示,當透鏡組件的溫度增大至高溫T2時,圖像側透鏡35h變形。對象側粘合劑36g的彈性模量比圖像側透鏡35h的彈性模量大。即,對象側粘合劑36g比圖像側透鏡35h更硬。圖像側粘合劑36h的彈性模量比圖像側透鏡35h的彈性模量小。SP,圖像側粘合劑36h比對象側透鏡35h更軟。因此,圖像側透鏡35h在與對象側粘合劑36g及其附近接觸的表面處由于溫度的升高(熱膨脹)而變形的量比在與圖像側粘合劑36h及其附近接觸的表面處由于溫度的升高而變形的量大。即,圖像側透鏡35h在圖像側粘合劑36h的一側處比在對象側粘合劑36g的一側處更自由地變形。
[0194]因此,由于圖像側透鏡35g彎曲,圖像側透鏡35g沿用于使其中央部遠離對象側透鏡35g的方向移動。因此,透鏡之間的距離d從d_Tl增大至d_T2。如此以來,透鏡之間的距離d隨著透鏡35g和35h的溫度的升高而增大。
[0195]如圖1OC中所示,當透鏡35g和35h的溫度從正常溫度Tl減小至低溫T3時,圖像側透鏡35h變形。圖像側透鏡35h在與對象側粘合劑36g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36h及其附近接觸的表面處由于溫度的降低而變形的量小。
[0196]因此,由于圖像側透鏡35h彎曲,圖像側透鏡35h沿用于使其中央部靠近對象側透鏡35g的方向移動。因此,透鏡之間的距離d從d_Tl減小至d_T3。如此以來,透鏡之間的距離d隨著透鏡35g和35h的溫度的降低而減小。
[0197]對對象側透鏡35g而言,由于用于粘附至第一內凸緣31c的粘合劑與用于粘附至第二內凸緣31d的粘合劑之間在特性上不存在差異,即使對象側透鏡35g熱變形,對透鏡之間的距離d的變化也沒有實質貢獻。當對象側透鏡35g由玻璃制成時,對象側透鏡35g由于溫度變化而變形的量遠遠小于由樹脂制成的圖像側透鏡35h的變形的量。
[0198]如前文所描述的,由透鏡35g和35h構成的透鏡組件的焦距f由等式f = flXf2/(fl+f2-d)給出。在本實施方式中,由于右側的分子和分母均為負,焦距f隨著透鏡之間的距離d的減小而變長。因此,當透鏡之間的距離d隨著溫度的升高而變長時,導致透鏡組件的焦距f減小。另一方面,當透鏡之間的距離d隨著溫度的降低而變短時,導致透鏡組件的焦距f增大。
[0199]如上文所解釋的,當透鏡35g的折射率和35h的折射率由于溫度的升高的變化而引起透鏡組件的焦距f增大時,圖像側透鏡35g的所產生的變形引起透鏡組件的焦距f相反地減小。
[0200]同樣,當透鏡35g的折射率和35h的折射率由于溫度減小的變化而引起透鏡組件的焦距f減小時,圖像側透鏡35h的所產生的變形引起透鏡組件的焦距f相反地增大。
[0201]S卩,折射率的變化的影響和所產生的變形的影響彼此抵消。因此,由透鏡35g和35h構成的透鏡組件的焦距f隨著溫度的升高或減小的變化可以被減小,并且透鏡組件的焦點與固體成像元件33a的位置之間的位置偏差可以被減小。
[0202]如上文所解釋的,相對更硬的粘合劑36g置
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