CN102917838B - 镜筒部件、透镜组装体、成像装置和镜筒部件制造方法 - Google Patents

镜筒部件、透镜组装体、成像装置和镜筒部件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种镜筒部件及其制造方法，以便抑制归因于与透镜的摩擦的磨削碎屑的产生，同时保持多孔质陶瓷的空气渗透性。将镜筒部件(1)与透镜接触的那些区域通过研磨工具(25)在水中研磨，从而在存在微小突起部的表面与透镜接触的那些区域中，归因于摩擦化学反应的产生而建立由水合物或氧化物组成的保护膜部分(29)，并且在除存在微小突起部的区域之外的表面与透镜接触的那些区域中，存在未发生摩擦化学反应并且多孔状态保留的多孔质部分(30)。

Description

镜筒部件、透镜组装体、成像装置和镜筒部件制造方法
技术领域
本发明涉及其中结合有透镜的镜筒部件及其制造方法，并且特别涉及由多孔质陶瓷制成的镜筒部件及其制造方法。本发明还涉及设置有这种镜筒部件的透镜组装体和成像装置。
背景技术
需要在例如移动电话和汽车中使用的成像装置在高温和低温以及其他苛刻的环境条件具有出色的性能稳定性和耐久性。因此，专利文献1和2例如提出了使用陶瓷镜筒。专利文献3提出了使用在空气渗透性和用于光学部件的耐久性上出色的多孔质陶瓷。
在例如专利文献4中所述的镜筒部件通常包括：容纳多个透镜的镜筒主体，用于限定镜筒主体中透镜之间的距离的间隔环，以及设置在镜筒主体的端部的支持环。结合在镜筒部件中的透镜与镜筒主体接触，并且从而固定，以确保透镜的光轴和焦点保持成为一条直线。另一方面，多孔质陶瓷的镜筒部件通常在其表面上具有微小凹凸部。因此，当例如将透镜放置在镜筒部件中时，可能产生下列问题：透镜与该部件之间的摩擦从镜筒部件产生磨削碎屑。
另一方面，专利文献5例如提出用通过摩擦化学反应所致的保护膜涂布陶瓷的整个表面以光滑化该表面。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2006-284991 A
专利文献2：JP 2006-292927 A
专利文献3：JP 2007-238430 A
专利文献4：JP 2007-279557 A
专利文献5：JP 2003-145416A
发明概述
技术问题
然而，为了平滑表面的凹凸部而将涂布镜筒部件的整个表面涂布限制了空气渗透性，并且因此在将透镜结合在镜筒部件中的情况下增加了透镜组装体的内侧与外侧之间的温度差，从而导致在其内侧上形成湿气。
本发明为了解决本领域中的以上问题而做出，并且其目的是提供一种筒部件及其制造方法，其中保持了多孔质陶瓷的空气渗透性，同时限制了归因于与透镜的摩擦的磨削碎屑的产生。
本发明的另外目的是提供一种包括这种镜筒部件的透镜组装体和成像装置。
解决问题的方案
为实现以上目标，根据本发明的镜筒部件是这样一种镜筒部件，所述镜筒部件由具有透镜接触表面的多孔质陶瓷制成，其中所述透镜接触表面包括：保护膜部分，所述保护膜部分由水合物或氧化物制成，所述水合物或氧化物在通过用研磨工具在水中研磨所述透镜接触表面所引起的摩擦化学反应中生成；和多孔质部分，所述多孔质部分未经过所述摩擦化学反应并且因而保持为多孔。
保护膜部分优选具有占所述透镜接触表面20％至80％的表面积。
保护膜部分可以通过用具有3μm以下的表面粗糙度的研磨工具研磨所述透镜接触表面而生成。
镜筒部件优选由氮化硅制成。
镜筒部件包括容纳多个透镜的镜筒主体，用于限定所述镜筒主体中的所述透镜之间的间隔的至少一个间隔环，以及位于所述镜筒主体的端部的支持环，其中所述镜筒主体的透镜接触表面、所述至少一个间隔环和所述支持环中的每一个可以具有所述保护膜部分和所述多孔质部分。
本发明的透镜组装体具有结合在上述镜筒部件中的透镜。
本发明的成像装置包括上面所述的透镜组装体。
根据本发明的制造镜筒部件的方法是这样一种制造镜筒部件的方法，所述镜筒部件由具有透镜接触表面的多孔质陶瓷制成，所述方法包括：用研磨工具在水中研磨所述透镜接触表面，从而在所述透镜接触表面的微小突起部区域中诱导通过伴随所述研磨的摩擦热引起的摩擦化学反应，以产生由水合物或氧化物制成的保护膜部分，同时在除所述透镜接触表面的所述微小突起部区域之外的其他区域中不诱导摩擦化学反应，以允许所述其他区域是保持为多孔的多孔质部分。
研磨工具可以具有比透镜接触表面的表面粗糙度小的表面粗糙度。
研磨工具可以具有3μm以下的表面粗糙度。
本发明的有益效果
本发明使得能够保持多孔质陶瓷的空气渗透性，同时限制归因于与透镜的摩擦而产生磨削碎屑。
附图简述
[图1]图1是示出根据本发明的实施方案的镜筒部件的构造的截面视图。
[图2]图2是示出保护膜形成装置的构造的截面视图。
[图3]图3是其中通过保护膜形成装置形成有保护膜部分的镜筒部件的放大图。
[图4]图4是显示如何完成透镜组装体的截面视图。
[图5]图5是示出成像装置的构造的截面视图。
实施方案详述
下面参考附图中所示的优选实施方案详细描述本发明。
图1示出透镜组装体10，其中将四个透镜L1至L4结合在镜筒部件1中。镜筒部件1包括按所述顺序容纳透镜L1至L4的镜筒主体2，限定镜筒主体2中的透镜L1至L4之间的距离的间隔环6a至6c，以及设置在镜筒主体2的前端的外周部上的支持环7。
镜筒主体2具有带有开放端部的中空圆筒的形状，具有后端(图像形成侧)上的后端开口3和前端(接近于物体侧)上的前端开口4。镜筒主体2具有这样的构造，所述构造使得后端部分的内周面与透镜L1的外周面接触，中间部分的内周面与透镜L2和L3的外周面接触，并且前端部分的内周面与透镜L4的外周面接触。透镜L2和L3具有比透镜L1大的直径，并且透镜L4具有比透镜L2和L3大的直径。因此，镜筒主体2的后端部分、中间部分和前端部分具有不同的内径，并且共中心地形成，以与透镜L1至L4的光学轴成一条直线。
镜筒主体2的后端开口3具有周缘凸部5，所述周缘凸部5具有比透镜L1的直径更小的内径，并且从透镜L1的后面支持透镜L1。镜筒主体2的前端开口4具有对应于透镜L4的直径的内径，并且以允许透镜L1至L4的顺序插入的方式形成。
间隔环6a至6c插入在结合在镜筒主体2中的透镜L1至L4之间。间隔环6a至6c具有环形形状，并且其外周面与镜筒主体2的内周面接触。
间隔环6a的后和前表面分别与透镜L1和L2接触，以限定它们之间的间隔。间隔环6b的后和前表面分别与透镜L2和L3接触，以限定它们之间的间隔。间隔环6c的后和前表面分别与透镜L3和L4接触，以限定它们之间的间隔。
在镜筒主体2的前端的外周面上，设置具有圆筒形状的支持环7。支持环7的前端部分具有周缘凸部8，所述周缘凸部8具有比透镜L4的直径更小的内径，并且从透镜L4的前侧固定透镜L4。支持环7通过例如螺合或嵌合连接固定至镜筒主体2。
镜筒部件1(镜筒主体2、间隔环6a至6c和支持环7)由多孔质陶瓷例如氮化硅制成，并且具有透镜接触表面，所述透镜接触表面包括与透镜L1至L4的外周面接触的镜筒主体2的内周面、与透镜L1至L4的前和后表面接触的间隔环6a至6c的前和后表面、镜筒主体2的周缘凸部5以及支持环7的周缘凸部8。这里的多孔质陶瓷是具有10％以上的孔隙率的陶瓷。
图2示出用于在镜筒部件1的透镜接触表面上形成保护膜部分的保护膜形成装置21的构造。保护膜形成装置21包括储存用于引起摩擦化学反应的反应液R如水的槽22。
在槽22中的反应液R中，提供用于固定镜筒主体2的部件固定工具23。部件固定工具23经由驱动轴24连接至用于以给定旋转速度在给定方向旋转部件固定工具23的旋转驱动器25。在槽22中的反应液R中，设置用于研磨镜筒主体2的透镜接触表面的研磨工具26。研磨工具26由例如具有比镜筒主体2更高的硬度的陶瓷或金属制成。研磨工具26的表面粗糙度小于镜筒主体2的透镜接触表面的表面粗糙度，并且可以是，例如，3μm以下。研磨工具26经由驱动轴27连接至旋转驱动器28。旋转驱动器28垂直地移动研磨工具26，并且将其以给定速度在与部件固定工具23的旋转方向相反的方向上旋转。
首先，在将镜筒主体2固定至槽22中的部件固定工具23之后，将反应液R提供在槽22中，以使得将镜筒主体2填充在其中。将研磨工具26定位以使得与镜筒主体2的透镜接触表面接触，之后旋转驱动器25以给定速度旋转部件固定工具23，而旋转驱动器28以给定速度在与部件固定工具23的旋转方向相反的方向上旋转研磨工具26。因此，将由氮化硅制成的镜筒主体2的透镜接触表面通过研磨工具26在反应液中研磨。通过研磨生成的摩擦热导致摩擦化学反应，借此在镜筒主体2的表面上生成的硅与周围的反应液R反应，以产生由水合物(Si-OH)和氧化物(Si-O)制成的保护膜。
具有比镜筒主体2的透镜接触表面更小的表面粗糙度的研磨工具26仅磨去镜筒主体2的微小凹凸部的突起部。因此，保护膜仅用镜筒主体2的微小突起部生成。所生成的保护膜由研磨工具26压碎，以在微小突起部的给定区域中形成平滑的保护膜部分。因此，可以将镜筒主体2的微小突起部区域平滑。没有摩擦化学反应的除镜筒主体2的微小突起部区域之外的其他区域是保持为多孔的由氮化硅制成的多孔质部分。因为多孔性保持，镜筒主体2仍然具有空气渗透性。
在镜筒主体2的透镜接触表面上垂直地移动研磨工具26并且将部件固定工具23绕驱动轴24旋转使得能够在镜筒主体2的整个内周面上获得具有保护膜部分和多孔质部分的透镜接触表面。
同样，使用比透镜接触表面具有更小的表面粗糙度的研磨工具引起间隔环6a至6c和支持环7的透镜接触表面上的摩擦化学反应使得能够获得间隔环6a至6c和支持环7上的透镜接触表面，其中在微小突起部区域中生成保护膜部分，同时除微小突起部区域之外的其他区域是多孔质部分。
图3显示具有保护膜部分29和多孔质部分30的镜筒部件1的透镜接触表面的照片。照片显示在扫描电子显微镜下以1000倍的放大率放大的使用保护膜形成装置21形成在镜筒部件1的透镜接触表面上的保护膜部分。因此，在形成有微小突起部的多孔区域中产生保护膜部分，并且除微小突起部区域之外的其他区域是保持为多孔的多孔质部分。
保护膜部分29的表面积与镜筒部件1的透镜接触表面的比例可以依赖于研磨工具26的表面粗糙度控制，用具有较大的表面粗糙度研磨工具26获得较高的比例，而用具有较小的表面粗糙度的研磨工具26获得较低的比例。为抑制磨削碎屑的产生同时保持镜筒部件1的空气渗透性，需要的是提供具有占透镜接触表面优选20％至80％的表面积的保护膜部分29。
接下来，将做出说明以解释如何使用镜筒主体2完成图1中所示的透镜组装体10，其中透镜接触表面形成有保护膜部分和多孔质部分、间隔环6a至6c和支持环7。
首先，如图4中所示，将透镜L1从镜筒主体2的前端开口4插入并移动，并且透镜L1的外周面保持与以给定比例在镜筒主体2的内周面上形成的保护膜部分接触，直至透镜L1的后表面和镜筒主体2的周缘凸部5接触。保护膜部分也以给定比例形成在周缘凸部5上，并且周缘凸部5通过保护膜部分与透镜L1的后表面接触。接下来，将间隔环6a从镜筒主体2的前端开口4插入并移动，并且间隔环6a的外周面保持与形成在镜筒主体2的内周面上的保护膜部分接触，直至间隔环6a的后表面和透镜L1的前表面接触。间隔环6a现在与透镜L1通过以给定比例在其后表面上形成的保护膜部分接触。同样，将透镜L2、间隔环6b、透镜L3、间隔环6c和透镜L4按顺序从镜筒主体2的前端开口4插入并且移动，直至间隔环6a的前表面和间隔环6b的后表面与透镜L2接触，间隔环6b的前表面和间隔环6c的后表面与透镜L3接触，并且间隔环6c的前表面与透镜L4接触。在上面的过程中，也移动间隔环6b和6c，并且其外周面保持与在镜筒主体2的内周面上形成的保护膜部分接触，并且现在与透镜L2至L4通过以给定比例在后和前表面上形成的保护膜部分接触。
因为，如上所述，移动透镜L1至L4，同时保持与镜筒主体2的光滑化的保护膜部分接触，可以防止由透镜L1至L4与镜筒主体2的多孔质部分之间的摩擦引起的磨削碎屑的产生。同样，因为间隔环6a至6c的光滑化的保护膜部分与透镜L1至L4接触，可以防止由间隔环6a至6c的多孔质部分与透镜L1至L4之间的摩擦引起的磨削碎屑的产生。
当透镜L1至L4被包含在镜筒主体2中时，支持环7安装在镜筒主体2的前端部分，并且支持环7的周缘凸部8从其前侧保持透镜L4，以使得镜筒主体2和支持环7彼此固定。因此，透镜L1至L4夹在镜筒主体2的周缘凸部5与支持环7的周缘凸部8之间，并且将由镜筒主体2、透镜L1和透镜L4限定的空间封闭以完成透镜组装体10。
因为支持环7的周缘凸部8通过以给定比例形成的保护膜部分与透镜L4接触，可以防止由支持环7的多孔质部分与透镜L4之间的摩擦引起的磨削碎屑的产生。
根据该实施方案，因为镜筒部件1的透镜接触表面包括给定比例的保护膜部分和多孔质部分，可以在保持镜筒部件1的空气渗透性的情况下，防止由镜筒部件1的多孔质部分与透镜L1至L4之间的摩擦引起的磨削碎屑的产生。此外，即使在将透镜L1至L4安装在镜筒部件1中之后，因为镜筒部件1的透镜接触表面通过保护膜部分保持与透镜L1至L4接触，可以防止由振动和移动引起的磨削碎屑的产生，并且因为通过多孔质部分保持空气渗透性，可以减少由于空气密封在内侧与外侧之间而可能出现的温度差。
从而构造的透镜组装体10可以与例如图像传感器组合，以构成成像装置。如图5中所示，例如，成像装置31可以通过以下方式组装：将具有筒状形状的相机体框架32连接并固定至透镜组装体10的镜筒主体2的后端部分，并且将具有图像传感器33的板34和安装在其上的其他组件连接并固定至相机体框架32的后端侧。
在该实施方案中，保护膜部分仅设置在镜筒部件1的透镜接触表面上。然而，保护膜部分也可以以给定比例设置在多个区域上，如和镜筒主体2接触的间隔环6a至6c的外周面，其中当研磨多孔质部分时生成磨削碎屑。
镜筒部件1实质上需要能够引起摩擦化学反应，以产生保护膜部分并且可以由例如含有硅的物质如氮化硅或碳化硅制成。
间隔环6a至6c实质上需要能够限定透镜L1至L4之间的间隔，并且它们的外周面不一定需要与镜筒主体2的内周面接触。
用保护膜形成装置21实施的镜筒部件1的研磨实质上需要能够通过摩擦化学反应生成保护膜部分，所述摩擦化学反应由镜筒部件1的微小突起部区域中的伴随研磨的摩擦热产生，并且可以通过例如使用研磨工具如陶瓷球的筒研磨获得。
结合在镜筒部件1中的透镜实质上需要能够通过来自目标的光形成图像，并且不一定需要是四个透镜如L1至L4。
附图标记列表
1镜筒部件、2镜筒主体、3后端开口、4前端开口、5周缘凸部、6a至6c间隔环、7支持环、8周缘凸部、10透镜组装体、21保护膜形成装置、22槽、23部件固定工具、24、27驱动轴、25、28旋转驱动器、26研磨工具、29保护膜部分、30多孔质部分、31成像装置、32相机体框架、33图像传感器、L1至L4透镜、R反应液。

Claims (10)

1.一种镜筒部件，所述镜筒部件由具有透镜接触表面的多孔质陶瓷制成，
其中所述透镜接触表面包括：
保护膜部分，所述保护膜部分由水合物或氧化物制成，所述水合物或氧化物在通过用研磨工具在水中研磨所述透镜接触表面所引起的摩擦化学反应中生成；和
多孔质部分，所述多孔质部分未经过所述摩擦化学反应并且保持为多孔。
2.根据权利要求1所述的镜筒部件，其中所述保护膜部分具有占所述透镜接触表面20％至80％的表面积。
3.根据权利要求1所述的镜筒部件，其中所述保护膜部分通过用具有3μm以下的表面粗糙度的研磨工具研磨所述透镜接触表面而生成。
4.根据权利要求1所述的镜筒部件，所述镜筒部件由氮化硅制成。
5.根据权利要求1所述的镜筒部件，所述镜筒部件包括容纳多个透镜的镜筒主体，用于限定所述镜筒主体中的所述透镜之间的间隔的至少一个间隔环，以及位于所述镜筒主体的端部的支持环，其中所述镜筒主体的透镜接触表面、所述至少一个间隔环和所述支持环中的每一个均具有所述保护膜部分和所述多孔质部分。
6.一种透镜组装体，所述透镜组装体包括权利要求1中所述的镜筒部件，所述镜筒部件具有结合在其中的透镜。
7.一种成像装置，所述成像装置包括权利要求6所述的透镜组装体。
8.一种制造镜筒部件的方法，所述镜筒部件由具有透镜接触表面的多孔质陶瓷制成，所述方法包括：用研磨工具在水中研磨所述透镜接触表面，从而在所述透镜接触表面的微小突起部区域中诱导通过伴随所述研磨的摩擦热引起的摩擦化学反应，以产生由水合物或氧化物制成的保护膜部分，同时在除所述透镜接触表面的所述微小突起部区域之外的其他区域中不诱导摩擦化学反应，以允许所述其他区域是保持为多孔的多孔质部分。
9.根据权利要求8所述的制造镜筒部件的方法，其中所述研磨工具比所述透镜接触表面的表面粗糙度小。
10.根据权利要求9所述的制造镜筒部件的方法，其中所述研磨工具具有3μm以下的表面粗糙度。
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