CN101762860B - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学装置。本发明还涉及到该种光学装置的使用。该光学装置，从物体侧到成像平面的方向看去包括：第一基板，第一透镜元件，一平坦、透明的中间层，第二透镜元件和第二基板，中间层在成像平面附近具有光学校正功能。

Description

光学装置
技术领域
本发明涉及一种光学装置。本发明还涉及到该种光学装置的使用。
背景技术
光学装置本身是已有的，它们和其它东西一起被用在摄像系统之中，这种系统的开发者不断致力于获得更小，更轻，更薄，更好和更便宜的摄像系统。例如，从本发明申请人的国际申请W02004/027880中，可以已知一种摄像系统，其包括一图像采集元件，一个将物体投射到图像采集元件的透镜元件，一用于保持透镜元件和图像采集元件之间的间距为预定的距离的间隔器，同时还包括一透镜基板，透镜置于其上。从专利号6985307的美国专利进一步已知一种透镜组件，根据该专利，光学长度必须要短，其中光学长度定义为从成像透镜的物体侧到CCD或类似物的成像平面之间的距离。这样的镜头通常被称为紧凑镜头，例如，在移动电话中，光学长度必须至少短于电话本身的厚度。该透镜还必须配置为使得由这样一镜头获得的图像在视觉上是可以接受的。专利号6985307的美国专利因此提供了一种透镜组件，其包括第一透镜，第二透镜和第三透镜，其中作为对透镜做出的特殊要求有曲率，透镜之间的距离，以及所使用的透镜的厚度。从国际申请WO 2008/01103，进一步已知一种包括三基板层的摄像系统，其上形成有5个光学元件。
在移动电话中使用的相机模块需要越来越高的分辨率和光学功能，并要在不断缩小的尺度内实现。因此，必须发展新的镜头系统，包括透镜具有更大的凹陷高度，有时被称为深透镜，其透镜必须表现出至少与以前生产的透镜相同的尺寸精度。本案的申请人发现，使用目前的生产方式，需要相当大的努力才能实现在越来越深透镜所预期的形状或尺寸精度。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种光学装置，其中有可能实现透镜系统必需的形状精度而且不会导致不希望的光学装置尺寸的增加。
第一段所述的发明的特点是其提供了一个光学装置，从物体侧到成像平面的方向看去包括：第一基板，第一透镜元件，一平坦、透明的中间层，第二透镜元件和第二基板，中间层在成像平面附近具有光学校正功能。
使用上述的光学装置，本发明的申请人发现有可能制造出这样的透镜系统：其中使用平坦的透明的中间层与不使用这种透明中间层的透镜装置相比，使得有可能使用相对而言更少的深透镜。应当指出，在这一点上，如此使用的透明的中间层并不具备透镜那样的功能，但它通过中间层本身的厚度以及空气和中间层自身的材料的折射率之间的系数变化影响光线的路径。在一个特殊的实施例中，第三透镜元件是靠着第一基板设置，远离第一透镜元件。此外，朝成像平面的方向看去，如果第四透镜元件布置为靠着第二基板是所希望的。特别是，第一透镜元件和第一基板是共同组成第一透镜组的集成部分，第二透镜元件和第二基板是共同组成第二透镜组的集成部分。
在一特定的实施例中，平坦的中间层最好是由玻璃制成。
据发现，当平坦的中间层由玻璃制成时，光学性能在其中可被影响的范围很大，特别是如果第三和第四透镜的阿贝数在50-80的范围和折射率在1.45-1.55范围内时，特别是如果第一和第二透镜元件的阿贝数在20-50的范围和折射率在1.55-2.00范围内时。
在一特定实施例中，另一方面，最理想的是第一，第二，第三和第四透镜元件的阿贝数范围在20-50且折射率在1.55-2.00的范围内，在这一组合下，特别是优选第一，第二，第三和第四透镜元件有一个相对应的阿贝数和相对应的折射率。
在一个特定的实施例中，平坦的中间层最好配置为由几个分层构建的一层，从而使之可以根据需要对光学装置的光学性能进行影响。
在成像平面附近可能的光学校正功能为：防反射功能，红外过滤功能和光阑(diaphragm)功能。
为了在中间层和第一以及第二透镜之间实施稳定和形状精确的结合，最好使用粘合剂，特别是该粘合剂从紫外光固化和热固化胶粘剂的组合中选定。
在根据本发明的光学装置中，第三透镜元件最好是平凸镜，第一透镜元件是平凹透镜，第二透镜元件是平凹透镜，第四透镜元件是平凸透镜，同时，最好是第四透镜元件是一个平凸/凹透镜。
在另一个实施例中，优选是在第一和第二透镜元件中至少有一个是平凸类型，其中，剩余的透镜元件是平凹类型。在此实施例中，最好是在至少一透镜元件和基板之间放置另外的间隔器。这种间隔器的主要功能是机械的。
在光学装置的一特定实施例中，可在第三透镜元件和第一基板之间放置光阑(diaphragm)，或者是在第一基板和第一透镜元件之间设置孔径(aperture)。此外，可以想象的实施例是在第二基板的两侧均设置一附加层，即光阑(diaphragm)或红外滤波器。
特别是，本光学装置使用的第一和第二基板均为透明的玻璃板，在此情况下，可以进一步指出，在一特定实施例中，用作第一和第二基板的玻璃最好是与用于中间层的玻璃不同。在一特定实施例中，该第二基板同时作传感器隔离面板之用。
在本发明光学装置中使用的中间层最好有0.2-10毫米的厚度。
本发明人发现，目标对准是可以实现的，特别是当第一、第二、第三和第四透镜元件分别通过使用复制法形成于第一和第二基板上的时候。已发现，使用复制法生产具有精密的预定曲率的透镜是可能的。此外，在特定实施例中，优选在各透镜元件和相应的基板之间有一个缓冲层，例如，平坦的复制层形成一个缓冲层。使用这种方法和平坦的中间层，进一步已发现，有可能在所述平坦的中间层上复制具有高度形状精度的透镜。特别是，关于复制方法本身，可以参考美国专利4615847，该专利作为参考引用于此。
本发明的光学装置可用于必须为小尺寸的图像处理装置，例如，移动电话，个人电脑，数码相机，监视摄像机等的摄像装置，其中使用CCD或CMOS。
使用本发明，可联合使用聚合物和玻璃，第一，第二，第三和(可能的话)第四透镜使用聚合物，第一和第二基板以及中间层使用玻璃材料。因此，在相对较厚的基板上有较低的凹陷高度的透镜设计被使用。另外一个好处是，平的玻璃板对于高度的精确度是行得通的，特别是在这样的表面上复制透镜。
附图说明
下面将通过多个示例来进行详细的说明，其中应注意的是，无论如何，本发明绝不仅局限于这些实施例。
图1显示了根据现有技术的光学装置；
图2显示了根据本发明的光学装置；
图3显示了根据现有技术的光学装置的另一实施例；
图4显示了根据本发明的另一个光学装置；
图5显示了使用根据本发明的光学装置的传感器；
图6为根据图3的光学系统的成像质量的图示；
图7为根据图4的光学系统的成像质量的图示。
具体实施方式
图1所示的光学装置10包括，第一基板2，透镜(lens)3设置于其上，该透镜3紧靠一透镜5，该透镜5设置在第二基板4之上。
在图2中，概要示出了根据本发明的光学装置20，该装置包括一个第一基板2，透镜3，该透镜3沿其整个长度设有一透明的中间层6，而该透明中间层6还提供了一透镜5，其置于第二基板4之上。中间层6的使用，使得可以使用更小高度的透镜来实现与图1所示的光学装置10相同的光学性能。在一特定实施例中，最好在透镜3和基板2之间和/或透镜5和基板4之间设一个缓冲层，即一个平的复制层形成一个缓冲层(未显示)。
图3显示了根据现有技术的光学装置30，从物体侧到成像平面的方向看去分别包括：第三透镜7、第一基板2、第一透镜3、第二透镜5、第二基板4和第四透镜8。该图还显示了通过光学装置30的光线的路径，所述光线被图像传感器9(CMOS)捕获。在一个具体实施例中，较佳地是在透镜7和基板2之间和/或透镜8和基板4之间设有一缓冲层，例如，一平坦的复制层形成一缓冲层。
图4显示光线通过根据本发明的光学装置40时的路径，该装置从物体侧到成像平面的方向看去包括：第三透镜7，第一基板2，第一透镜3，一平坦的透明的中间层6，第二透镜5，第二基板4和最后的第四透镜8。透镜7以及透镜3优选以复制法的方式形成于第一基板2之上。同样的优选也适用于透镜5和透镜8在第二基板4上的形成。当上述两个部分已经由复制法的方式形成之后，这两部分被用粘合剂层永久地粘合到中间层6上，粘合剂最好从紫外光固化和热固化胶粘剂的组合中选择，一侧是在透镜3和中间层6之间，另一侧是在透镜5和中间层6之间。随后，整体固化获得光学装置40。在这样的光学装置40中，第一和第二基板2，4最好使用玻璃型的肖特(Schott)B270，中间层6使用肖特D263T。如果用于第一次，第二，第三和第四透镜的树脂成份彼此相应，则1.565的折射率值和40.8的阿贝数将产生良好的光学性能。当然，也可以将同样的树脂用于第三和四透镜，其折射率值1.510，阿贝数60.0，同时第一和第二透镜为1.565的折射率值和的40.8阿贝数，也会产生良好的光学性能。
图5显示了根据本发明的光学传感器50，其中，在合适的位置使用上述讨论的图1-4中使用的相同的附图标记。特别是，在光学装置50的透镜5和第二基板4之间设置光阑(diaphragm)16。这样获得的由透镜7，第一基板2，透镜3，中间层6，透镜5，第二基板4和透镜8构成的组件，通过间隔器11置于图像传感器上，图像传感器包括一个盖板12，色彩过滤器13，CMOS层15和球栅阵列14。间隔器11与在一侧的图像传感器之间以及与另一侧的第四透镜之间的结合是通过使用一粘合剂层(图未示)实现的。在一个具体实施例中，最好是将红外滤波器17放在中间层6的表面，透镜5和中间层6之间。这样的结构优点在于透镜5可以在“干净(clean)”的第二基板上复制。本发明人发现，在带有红外滤波器的基板上复制透镜可能会导致曲率问题。因此，在某些实施例中，红外层最好是已经在设置在中间层6上，这样红外层则将设为直接靠着于透镜5。
从图6和图7很明显可以看出，根据图4的本发明光学系统的成像质量与根据图3的光学系统相当。

Claims (30)

1.一种光学装置，从物体侧到成像平面的方向看去包括：第一基板，第一透镜元件，一平坦、透明的中间层，第二透镜元件和第二基板，所述平坦、透明的中间层在成像平面附近具有光学校正功能；其特征在于，所述第一透镜元件和第一基板是共同组成第一透镜组的集成部分，第二透镜元件和第二基板是共同组成第二透镜组的集成部分，其中，在所述第一透镜元件和所述平坦、透明的中间层之间，以及在所述平坦、透明的中间层和所述第二透镜元件之间，都没有提供其他光学表面。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，一第三透镜元件靠着所述第一基板布置，并远离所述第一透镜元件。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，朝成像平面方向看去，一第四透镜元件靠着于所述第二基板布置。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述平坦、透明的中间层是由玻璃制成。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述平坦、透明的中间层包括若干层。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述平坦、透明的中间层具有防反射功能。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述平坦、透明的中间层具有红外滤波功能。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述平坦、透明的中间层具有光阑功能。
9.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述平坦、透明的中间层通过粘合剂的方式连接到第一透镜元件和第二透镜元件。
10.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，所述粘合剂选自紫外线固化和热固化粘合剂构成的组合。
11.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述第三透镜元件是平凸透镜。
12.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一透镜元件是平凹透镜。
13.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二透镜元件是平凹透镜。
14.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于，所述第四透镜元件是平凸透镜。
15.根据权利要求3所述的光学装置，其特征在于，所述第四透镜元件是平凹透镜。
16.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，在所述第三透镜元件和第一基板之间设置一光阑。
17.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，在所述第一基板和第一透镜元件之间设置一孔径光阑。
18.根据权利要求4所述的光学装置，其特征在于，所述第一和第二基板均包括一透明的玻璃板。
19.根据权利要求18所述的光学装置，其特征在于，用于所述第一和第二基板的玻璃与用于所述平坦、透明的中间层的玻璃是不相同的。
20.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述平坦、透明的中间层的厚度为0.2-10毫米。
21.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，第三透镜元件靠着所述第一基板布置，并远离所述第一透镜元件，朝成像平面方向看去，第四透镜元件靠着于所述第二基板布置；且所述第一，第二，第三和第四透镜元件通过使用复制的方法，分别形成于所述第一和第二基板之上。
22.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，在第一透镜元件和第一基板之间，存在一平坦的复制层形成的缓冲层。
23.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，在第二透镜元件和第二基板之间，存在一平坦的复制层形成的缓冲层。
24.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，第三透镜元件靠着所述第一基板布置，并远离所述第一透镜元件，朝成像平面方向看去，第四透镜元件靠着于所述第二基板布置；且所述第三和第四透镜元件的阿贝数在50-80的范围内，折射率在1.45-1.55的范围内。
25.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一和第二透镜元件的阿贝数在20-50的范围内，折射率在1.55-2.00的范围内。
26.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，第三透镜元件靠着所述第一基板布置，并远离所述第一透镜元件，朝成像平面方向看去，第四透镜元件靠着于所述第二基板布置；所述第一，第二，第三和第四透镜元件的阿贝数在20-50的范围内，折射率在1.55-2.00的范围内。
27.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，第三透镜元件靠着所述第一基板布置，并远离所述第一透镜元件，朝成像平面方向看去，第四透镜元件靠着于所述第二基板布置；所述第一，第二，第三和第四透镜元件具有相对应的阿贝数和相对应的折射率。
28.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二基板同时做传感器的隔离面板之用。
29.一种图像处理装置，其特征在于，所述图像处理装置使用上述任意一项权利要求所述的光学装置。
30.根据权利要求29所述的图像处理装置，其特征在于，所述图像处理装置为摄像装置。
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