設置有連接片的光學結構和用于制造該光學結構的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有光學結構和連接片的設備，所述連接片將光學結構與用于承載的結構連接，其中光學結構能夠實施關于參考平面的運動并且也描述用于該設備的可行的調節。
【背景技術】
[0002]由可硬化的材料構成的光學結構、例如從DE 102009055080 A1中已知的光學結構，在環境溫度變化的情況下變化其特性。因此在溫度變化的情況下聚合物透鏡改變其擴展，使得光學透鏡的折射率和曲率同樣變化。這會引起光學設備、例如攝像機或者投影器提供變化的圖像拍攝質量和/或圖像重現質量。
[0003]為了補償變化的圖像重現質量和/或圖像拍攝質量，再調節插入在光學設備中的透鏡和/或透鏡組，以便補償光學設備的焦距的熱致變化。為此使用致動器、例如振動圈驅動器、壓電馬達驅動器或者其它的馬達驅動的驅動器。也使用液體透鏡，所述液體透鏡實現了透鏡曲率的變化。然而該方法始終需要主動地調節光學系統的焦距。
[0004]由于光學部件的制造過程中的波動，部件的參數、具體來說透鏡的焦距波動。如果所述部件與其它的部件接合為更復雜的構造，那么可能不能夠實現組件、例如物鏡的目標參數。為了保證最佳的功能，所述部件必須在進行接合之后重新調節，以便保證各個部件的最佳的定向從而保證對由于所出現的制造和接合公差而存在的不精確性的補償。調節的主要目的例如是使透鏡或者透鏡堆的圖像平面關于預設的圖像平面最佳地定向，在所述預設的圖像平面中存在至少一個光電子圖像轉換器、即所謂的成像器。
[0005]透鏡或者透鏡組、例如物鏡被裝入在一個或多個殼體部件中，所述殼體部件此外具有外螺紋。具有相應的內螺紋的保持裝置能夠插入到一個或多個殼體部件中，其中設定特定的間距、大多數情況是最佳的焦點位置。在進行調節之后必要時進行位置的固定，例如通過粘膠，所述粘膠此外能夠構成為是UV硬化的。以這種途徑經由待分開引入的且僅為了該步驟而構成的附加的設備調節總光學結構。
[0006]為了實現自動聚焦功能此外使用音圈馬達。這些音圈馬達由多個單一部件構成并且尤其是能夠不以晶片級工藝制造。
【發明內容】
[0007]根據接下來描述的實施例的第一方面，實現一種光學設備，所述光學設備能夠以自調節的方式并且與其它的致動設備無關地克服因溫度變化引起的光學特性的變化。設備能夠小型化并且以晶片級工藝制造，使得可實現更小的結構尺寸和/或更小的制造成本。設備根據該方面例如能夠補償制造公差和/或能夠通過引發熱量在光學的總系統運行時實現可變的聚焦，使得替代其它進行聚焦的機械的構件。
[0008]根據第一方面，設備包括具有至少兩個連接片的光學結構，所述連接片構成用于實現光學結構關于參考平面的運動。根據第一方面，方法包括將連接片構成為，使得所述連接片實現設置在其上的光學結構的運動，所述運動克服光學結構的光學特性的熱致變化。
[0009]根據第一方面利用:通過使用在連接片中同時出現的熱致機械變化，能夠補償光學結構的例如聚合物元件的熱致變化，以便克服光學結構的光學特性的變化。
[0010]根據一個實施例，連接片單層地或者單層片地構造。在這種情況下，連接片能夠由與懸掛在連接片上的光學結構相同的材料構成，這實現了更簡單的制造。所述材料與圍繞光學結構的用于承載的結構相比能夠具有更高的熱膨脹系數，這在溫度提高的情況下引起光學結構在沿著光軸的方向運動。光學結構的運動方向通過連接片的拱起部限定，所述拱起部位于光學結構的光軸所位于的平面中。
[0011]根據一個替選的實施例，連接片多層地或者多層片地構造，這實現了連接片的直的、不拱起的實施方案，并且連接片材料的組合與環繞的用于承載的結構的熱膨脹系數無關地形成，在所述用于承載的結構上安置有連接片，這是因為連接片的彎曲因連接片材料的不同的熱膨脹系數而進行。當層非連續地并且在多于兩個層片中設置時，也能夠實現層材料的機械和光學的特性的解耦。
[0012]根據一個實施例，連接片的縱向中線與光學結構的光軸相交，并且連接片在端側與光學結構連接。根據一個替選的實施例，連接片的縱向中線不與所述結構的光軸相交并且連接片在側向上經由成形部與光學結構連接。后一個示例允許連接片的更大的縱向擴展從而允許光學結構的可實現的調節路徑的增大。
[0013]其它的實施例示出如下可能性:將電加熱元件設置在連接片上。這實現了連接片的轉向從而實現了光學結構與引發的溫度相關且與環境溫度無關的定位，這此外能夠用于主動地聚焦變換的物距或者用于自動聚焦。通過連接片的彼此不同的轉向也能夠實現光學結構的傾斜或者實現光學結構的受控的聚焦。尤其是能夠設有或者至少可連接有控制裝置(未示出)，所述控制裝置要么控制加熱元件例如用于使已知的物距聚焦，要么例如根據對與光學結構的光學特性相關的信號的評估、例如在圖像平面中所獲得的圖像的銳度進行調節，所述銳度至少部分地通過光學結構、例如透鏡系統限定，所述透鏡系統包括懸掛在連接片上的透鏡。
[0014]接下來描述的實施例的第二方面涉及如下設計:所述設計實現了在進行調節之后使光學結構的初始位置更容易地、例如在不設置螺紋或者不引入其所屬的其它的機械部件的情況下保留在殼體結構中，使得在例如制造時簡化調節的結束。
[0015]根據第二方面，設備包括至少兩個連接片，所述連接片將光學結構與用于承載的結構連接并且在所述用于承載的結構上設置有可退火的粘膠，所述粘膠引起光學結構的預設的定向的固定。根據第二方面，方法包括:將連接片構成為，使得所述連接片實現設置在其上的光學結構的運動，所述運動克服光學結構的光學特性的熱致變化；將可退火的粘膠設置在用于承載的結構和連接片之間以及使粘膠退火以便引起光學結構關于參考平面的預設的定向。
[0016]根據第二方面利用:連接片通過設置在連接片和用于承載的結構之間的粘膠使光學結構轉向到初始調節中并且通過粘膠的退火在粘膠從光學結構處退火之后保持所設置的初始位置。
[0017]根據接下來描述的實施例的第三和第四方面，實現如下目的:實現用于光學設備的設計，所述設計能夠:能夠與環境溫度無關地且通過大的動力引發到經由連接片與框架連接的光學結構中的運動，其中為此使用的致動器小型化并且可以晶片級工藝制造，使得可實現更小的結構尺寸和/或更小的制造成本。設備根據該方面例如能夠實現對生產公差的補償和/或在光學的總系統運行時實現可變的聚焦。
[0018]根據第三方面，設備包括至少兩個連接片和具有第一和第二電極的靜電驅動器，所述連接片將光學結構與用于承載的結構連接，所述第一和第二電極至少部分地相對置地設置并且第一電極設置在連接片中的一個上，以便在第一和第二電極之間施加電場時引起連接片的變形。根據第三方面，方法包括:將連接片構成為，使得所述連接片實現設置在其上的光學結構的運動；將第一電極設置在連接片中的一個上或其中以及將第二電極設置為，使得所述第二電極與所述第一電極至少部分地相對置并且第一和第二電極之間的電場引起連接片的變形。
[0019]根據接下來描述的實施例的第三方面利用:具有第一和第二電極的靜電驅動器能夠設置在連接片中的至少一個上，使得在靜電驅動器的第一和第二電極之間施加電場引起連接片的變形。
[0020]根據一個實施例，靜電驅動器的第一電極設置在連接片上，所述連接片將光學結構與用于承載的結構連接，并且第二電極設置在模制構件上，所述模制構件接合到用于承載的結構上。
[0021]根據一個替選的實施例，靜電驅動器的第二電極設置在用于承載的結構上，使得能夠取消模制構件的設置。
[0022]根據一個實施例，第一電極設置在連接片的表面上并且經由絕緣層與第二電極間隔。根據一個替選的實施例，第一電極嵌入到連接片中，使得覆蓋第一電極的連接片材料同時作用為絕緣層。
[0023]根據第四方面，設備包括至少兩個連接片和具有第一和第二電極的靜電驅動器，所述連接片將光學結構與用于承載的結構連接，所述第一和第二電極至少部分地相對置地設置并且第一電極設置在連接片的至少一部分上并且連接片的該部分至少部分地從在其中設置有連接片的平面中沿著朝向第二電極的方向轉向，以便在第一和第二電極之間施加電場時引起連接片的變形。根據第四方面，方法包括:將連接片構成為，使得所述連接片實現設置在其上的光學結構的運動；將第一電極設置在連接片中的一個上或其中并且將第二電極設置為，使得所述第二電極至少部分地與第一電極相對置；以及使第一電極沿著朝向第二電極的方向轉向，由此第一和第二電極之間的電場引起連接片的變形。
[0024]根據第四方面利用:具有第一和第二電極的靜電驅動器能夠設置在連接片中的至少一個上，連接片的成形為內部部件的部段從其余的連接片的平面中沿著朝向第二電極的方向轉向，以及在靜電驅動器的第一和第二電極之間施加電場引起連接片的變形。
【附圖說明】
[0025]接下來詳細闡述本發明的實施例。在附圖中相同的或者起相同作用的元件設有相同的附圖標記。
[0026]本發明的優選的實施例接下來參考所附的附圖闡述。附圖示出:
[0027]圖la示出具有透鏡的設備的橫截面視圖，所述透鏡經由兩個連接片固定在用于承載的結構上，
[0028]圖lb示出具有透鏡的設備的理論狀態，所述透鏡的光學特性通過熱影響變化；
[0029]圖lc示出具有運動離開起始位置的透鏡的設備的狀態，所述透鏡的運動克服光學特性的變化；
[0030]圖2a至b示出具有替選的透鏡形狀的橫截面視圖，其中圖2a示出平凸透鏡并且圖2b示出凹凸透鏡；
[0031]圖3示出具有拱起部的單層的連接片的立體視圖；
[0032]圖4示出具有三層的連接片的設備的示意性的橫截面視圖；
[0033]圖5a至d示出兩層的透鏡和連接片的不同的實施方式的示意性的側視圖，其中圖5a示出第二材料層在透鏡和連接片上的用于構造三層片的總構造的不連續的設置，圖5b示出類似圖5a的具有如下連接片的設備，所述連接片包括厚度的不穩定的變化，圖5c示出具有一件式的第二材料層的設備，所述第二材料層包括層厚度的不穩定的變化，并且圖5d示出類似圖5c的設備，其中連接片的區域中的層厚度包括穩定的變化；
[0034]圖6a示出具有厚度恒定的第二層的兩層的聚光透鏡的示意性的側視圖；
[0035]圖6b示出具有對稱的層厚度變化的第一和第二層的兩層的聚光透鏡的示意性的側視圖；
[0036]圖6c示出具有厚度恒定的第一層的兩層的聚光透鏡的示意性的側視圖；
[0037]圖6d示出兩層的發散透鏡的示意性的側視圖，其中第一層以聚光透鏡的形式構成并且第二層以可變的層厚度設置在第一層上；
[0038]圖6e示出類似于圖6d的兩層的發散透鏡的示意性的側視圖，其中第一層以平凸透鏡的形式構成；
[0039]圖6f示出兩層的發散透鏡的示意性的側視圖，其中第二層以凹凸透鏡的形式構成；
[0040]圖7示出一個透鏡和四個連接片的設備的俯視圖，其中連接片的縱向中線與透鏡的光軸相交；
[0041]圖8示出具有一個透鏡和兩個連接片的設備的俯視圖，其中連接片的縱向中線與透鏡的光軸相交；
[0042]圖9示出具有一個透鏡和對角地設置的連接片的設備的俯視圖；
[0043]圖10示出具有一個透鏡和四個連接片的設備的俯視圖，其中連接片的縱向中線伸展經過透鏡的光軸；
[0044]圖11示出具有一個透鏡和兩個連接片的設備的俯視圖，其中縱向中線伸展經過透鏡的光軸；
[0045]圖12示出具有一個透鏡和三個連接片的設備的俯視圖，其中連接片的縱向中線伸展經過透鏡的光軸；
[0046]圖13示出類似于圖7的設備的俯視圖，其中電加熱元件設置在連接片上；
[0047]圖14示出類似于圖8的設備的俯視圖，其中電加熱元件設置在連接片上；
[0048]圖15示出類似于圖9的設備的俯視圖，其中電加熱元件設置在連接片上；
[0049]圖16示出類似于圖10的設備的俯視圖，其中電加熱元件設置在連接片上；
[0050]圖17示出類似于圖11的設備的俯視圖，其中電加熱元件設置在連接片上；
[0051]圖18示出類似于圖12的設備的俯視圖，其中電加熱元件設置在連接片上；
[0052]圖19示出具有四個透鏡的設備的示意性的俯視圖，所述透鏡經由各四個連接片與用于承載的結構連接；
[0053]圖20示出具有四個透鏡的設備的示意性的俯視圖，所述透鏡經由各四個連接片與用于承載的結構連接并且用于承載的結構包括由連接片的至少一種材料構成的環繞的框架；
[0054]圖21示出具有四個透鏡的設備的俯視圖，所述透鏡各經由四個連接片與用于承載的結構連接，用于承載的結構包括由連接片的至少一種材料構成的環繞的框架并且其中用于承載的結構此外包括留空部；
[0055]圖22示出具有四個透鏡的設備的俯視圖，所述透鏡經由各四個連接片與用于承載的結構連接并且其中用于承載的結構完全地由連接片的至少一種材料構成的環繞的框架形成；
[0056]圖23示出具有四個透鏡的設備的俯視圖，所述透鏡經由各四個連接片與用于承載的結構連接，其中用于承載的結構完全地由連接片的至少一種材料構成的環繞的框架形成并且用于承載的結構包括留空部；
[0057]圖24示出具有透鏡場的設備的俯視圖，所述透鏡場經由八個連接片與用于承載的結構連接；
[0058]圖25示出設備的橫截面視圖，其中運動的透鏡與單層的共同運動的透鏡形成透鏡堆；
[0059]圖26示出設備的橫截面視圖，其中運動的透鏡與兩層的共同運動的透鏡形成透鏡堆，并且共同運動的透鏡關于參考平面與運動的透鏡相比具有更大的距離；
[0060]圖27示出設備的橫截面視圖，其中透鏡堆的共同運動的兩層的透鏡關于參考平面與運動的透鏡相比具有小的距離；
[0061]圖28示出具有透鏡堆的設備的橫截面視圖，其中透鏡堆包括粘接層；
[0062]圖29示出設備的橫截面視圖，其中兩個彼此不同的透鏡堆與用于承載的結構連接;
[0063]圖30a至b示出各一個設備的兩個橫截面視圖，其中在用于承載的結構上設置有不運動的透鏡，其中圖30a示出運動的透鏡關于參考平面具有較小的間距的設置并且圖30b示出關于參考平面具有較大的間距的設置；
[0064]圖31a至b示出具有運動的和不運動的透鏡的各一個設備的兩個橫截面視圖，其中在用于承載的結構上形成由連接片的至少一種材料構成的環繞的框架，其中圖31a示出運動的透鏡關于參考平面具有較小的間距的設置并且圖31b示出關于參考平面具有較大的間距的設置；
[0065]圖32a至b不出各個設備的兩個橫截面視圖，其中不運動的透鏡包括玻璃層并且用于承載的結構的橫截面在層堆的變化之上而變化，其中圖32a示出運動的透鏡關于參考平面具有較小的間距的設置并且圖32b示出關于參考平面具有較大的間距的設置；
[0066]圖33示出設備的橫截面視圖，其中不運動的透鏡包括玻璃層，并且運動的透鏡以及設置在周邊的間距保持結構由相同的材料構成；
[0067]圖34示出設備的橫截面視圖，其中不可運動的透鏡設置在玻璃層上，圍繞不可運動的透鏡的光學的功能面的區域非連續地構成并且運動的透鏡以及設置在周邊的間距保持結構由相同的材料構成；
[0068]圖35示出具有一個可運動的和兩個不可運動的透鏡的設備的橫截面視圖，其中不可運動的透鏡包括各一個玻璃層和表現為連續的、圍繞不可運動的透鏡的光學的功能面的區域并且在透鏡層片之間形成由與光學功能面不同的材料構成的間距保持結構；
[0069]圖36示出具有一個可運動的和兩個不可運動的設備的橫截面視圖，其中不可運動的透鏡包括各一個玻璃層和圍繞不可運動的透鏡的光學功能面的非連續地構成的區域；
[0070]圖37示出設備的橫截面視圖，其中可運動的透鏡和設置在其上的連接片一件式地由一種材料形成并且僅在其余的設備中由不同的材料構成；
[0071]圖38示出設備的橫截面視圖，其中用于承載的結構的各個部件通過粘接層接合；
[0072]圖39示出具有一個可運動的和兩個分別包括玻璃層的不可運動的透鏡的設備的橫截面視圖，其中用于承載的結構包括粘接層；
[0073]圖40示出類似于圖30的設備的橫截面視圖，所述設備具有一個可運動的透鏡、一個設置在其上的共同運動的透鏡和一個不可運動的具有短的連接片的透鏡，所述連接片在沒有玻璃層的情況下設置在用于承載的結構上，
[0074]圖41示出類似于圖40的設備的橫截面視圖，其中不可運動的透鏡、設置在其上的表現為連續的區域和用于承載的結構橫向于不可運動的透鏡和表現為連續的區域包括玻璃層;
[0075]圖42示出類似于圖40的設備的橫截面視圖，其中用于承載的結構在運動的和不運動的透鏡之間的區域中包括粘接層；
[0076]圖43示出類似于圖41的設備的橫截面視圖，其中用于承載的結構類似于圖42包括粘接層；
[0077]圖44示出類似于圖42的設備的橫截面視圖，其中將運動的和共同運動的透鏡連接的結構包括粘接層；
[0078]圖45示出類似于圖44的設備的橫截面視圖，其中不運動的透鏡類似于圖43包括玻璃層并且將運動的和不運動的透鏡連接的結構包括粘接層；
[0079]圖46示出類似于44的設備的橫截面視圖，其中同樣設置有類似于圖31由連接片的至少一種材料構成的附加的、位于內部的框架并且所述框架通過粘接層接合；
[0080]圖47a示出用于借助于粘膠固定透鏡的初始位置的方法的框圖；
[0081]圖47b示出在用于通過根據圖47a的方法固定新的初始位置的方法期間的設備的橫截面視圖；
[0082]圖47c示出如下橫截面視圖，所述橫截面視圖示出將粘接劑設置在連接片和用于承載的結構之間的方法步驟；
[0083]圖48示出具有一個透鏡和四個連接片的設備的俯視圖，其中在連接片上設置有粘月父;
[0084]圖49示出具有一個透鏡和連接片的設備的立體視圖，其中連接片具有凹凸的橫截面；
[0085]圖50a至c示出具有透鏡和連接片以及用于承載的結構的設備的橫截面視圖，所述用于承載的結構構成為，使得粘膠能夠設置在其上，其中圖50a示出凸凸透鏡，圖50b示出平凸透鏡并且圖50c示出凸凹透鏡；
[0086]圖51a至b示出具有透鏡堆和連接片以及用于承載的結構的設備的橫截面視圖，所述用于承載的結構構成為，使得粘膠能夠設置在其上，其中圖51a示出所述堆的運動透鏡關于參考平面具有較小的間距的設置并且圖51b示出關于參考平面具有較大的間距的設置；