CN104865776A - 电光可变光圈透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变光圈透镜以及形成此类透镜的方法。更具体地讲，所述可变光圈透镜的实施例包括沿光轴夹置在前透镜与后透镜之间的电光光圈。所述前透镜或所述后透镜可包括多个透镜层，所述透镜层具有不同的光学特性以提供低z高度的光学对准的可变光圈透镜。

Description

电光可变光圈透镜

相关专利申请

申请人要求2014年2月21日提交的在先共同未决的临时申请序列号61/943,151的优先权，所述临时申请的全文以引用方式并入。

技术领域

公开了与具有电光可变光圈的光学元件有关的实施例。更具体地讲，公开了与用于相机中的电光可变光圈透镜有关的实施例。

背景技术

相机模块已结合到多种消费电子设备中，所述消费电子设备包括智能电话、移动音频播放器、个人数字助理以及便携式和台式计算机。典型的相机模块包括用于从成像场景采集光并将光传输至图像传感器的光学系统。光学系统通常包括与一个光圈相关联的至少一个透镜。透镜采集并传输光。光圈限制由透镜采集并传输的光，并因此被称为光阑光圈，或者，被称为入射光瞳光圈。光阑光圈的有效直径结合透镜焦距一起决定透镜的“F值”。具有较低F值的透镜与具有较大F值的透镜相比生成更明亮的图像，并因此降低了低光场景中的图像噪声。然而，当F值减小时，透镜景深减小，并因此透镜像差增大。因此，存在最佳的光阑光圈直径，这取决于透镜和正在成像的场景，从而使图像噪声最小化并使图像分辨率最大化。

在大多数便携式消费电子设备中，使设备外形最小化是重要的设计目标。因此，设备外形要求通常禁止将虹彩光圈用作可变光阑光圈。因此，产品设计通常旨在通过针对特定缩放系数而固定光学系统中的光圈直径来使设备外形(称为z高度)最小化。这种设计选择在不明显影响可实现的分辨率的情况下，从设计和制造立场上，使F值最小化。由于这种设计范式，用户已不能针对移动应用中的特定场景而调节并优化F值。

发明内容

公开了具有电光可变光圈的光学元件，尤其是用于便携式消费电子设备应用中的光学元件。在实施例中，提供了一种光学元件，该光学元件具有前透镜、后透镜和电光光圈。后透镜可沿光轴与前透镜对准，并且电光光圈可耦接，例如连接、附接、固定或以其他方式稳固至前透镜或后透镜中的至少一者。在实施例中，前透镜附接到电光光圈并且电光光圈位于前透镜与后透镜之间。

电光光圈可包括与基板耦接的电致变色元件。例如，电光光圈可包括沿光轴与前透镜和后透镜对准的可变光瞳。电光光圈的电致变色元件可包括液体、晶体材料或非晶体材料中的至少一者。

在实施例中，前透镜或后透镜中的至少一者包括多个透镜层。例如，所述多个透镜层可由具有不同光学特性的多种树脂形成，并且所述树脂中的至少一种可通过紫外线辐射固化。前透镜和后透镜可组合以形成消色差透镜。

光学元件可包括其他部件。例如，在实施例中，光学元件可包括前透镜与后透镜之间的电光滤波器。此外，光学元件可包括基板上的电触点，并且电触点可暴露于前透镜和后透镜。

在实施例中，提供了一种制备移动透镜组件的方法。该方法包括将前透镜附接到电光光圈的前表面。电光光圈可包括与基板耦接的电致变色元件。该方法还可包括将后透镜附接到电光光圈的后表面以形成可变光圈透镜。所述附接可包括沿光轴对准前透镜、后透镜和电光光圈。所述附接还可包括将前透镜或后透镜中的至少一者直接模制在电光光圈上方。例如，所述模制可包括引入未固化状态的透镜树脂并将该透镜树脂固化成固化状态。该方法还可包括将可变光圈透镜与透镜叠层组合以形成移动透镜组件，从而形成混合系统。透镜叠层可包括一个或多个像差校正透镜。

在实施例中，该方法可包括将第一树脂模制成第一透镜层并在外透镜层上方将第二树脂重叠注塑为第二透镜层以形成前透镜。第一树脂和第二树脂可具有不同的光学特性。在实施例中，可将膜沉积在前透镜或后透镜中的至少一者和第一表面之间。此外，该方法可包括将第三树脂模制成后透镜。第一树脂、第二树脂或第三树脂中的至少一者可被配置为通过紫外线辐射固化。

附图说明

图1为具有相机模块的便携式消费电子设备的示图。

图2为移动透镜组件的侧视图。

图3为在双合透镜前面具有电光光圈的移动透镜组件的示意图。

图4为在双合透镜的第一透镜元件后面具有电光光圈的移动透镜组件的示意图。

图5为根据实施例的可变光圈透镜的剖视图。

图6为根据实施例的具有可变光圈透镜的移动透镜组件的侧视图。

图7为根据实施例的包括相机模块的相机相关元件的示意图，所述相机模块具有可变光圈透镜。

图8为根据实施例的电光光圈的剖视图。

图9为根据实施例的制备移动透镜组件的方法的流程图。

图10-图17为根据实施例的示出了用于形成可变光圈透镜的操作的示图。

图18为根据实施例的制备移动透镜组件的方法的流程图。

图19-图23为根据实施例的示出了用于形成可变光圈透镜的操作的示图。

具体实施方式

实施例描述了具有电光可变光圈的光学元件，尤其是用在便携式消费电子设备应用中的光学元件。然而，虽然具体参照移动电子设备中的集成描述了一些实施例，但实施例并不限于此，并且某些实施例也可适用于其他用途。例如，具有电光可变光圈的光学元件可结合到保持在固定位置处的相机模块中，例如交通相机中，或用于相对静止的应用中，例如用作多媒体碟片播放器中的透镜。

在各种实施例中，参照附图进行描述。然而，某些实施例可在不存在这些具体细节中的一个或多个或者与其他已知方法和构型相结合的情况下实施。在以下的描述中，示出了许多具体细节，诸如具体构型、尺寸和过程，以提供对实施例的透彻理解。在其他情况下，未对众所周知的过程和制造技术进行特别详细地描述，以免不必要地模糊描述。贯穿本说明书所提到的“一个实施例”、“实施例”等是指所描述的特定特征、结构、构型或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书各处的语句“一个实施例”、“实施例”等的出现不一定指代同一实施例。此外，特定特征、结构、构型或特性可以任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。

在一个方面，相机模块结合可变光圈透镜使得用户可在不显著增加光学系统所需空间的情况下改变透镜F值。在实施例中，可变光圈透镜包括夹置在前透镜与后透镜之间的电光光圈。此外，前透镜或后透镜可包括多层构造，从而允许可变光圈透镜在不增加z高度的情况下替代消色差双合透镜。所述多个层可例如具有球形和非球形轮廓以及不同的光学特性。

在一个方面，相机模块结合可变光圈透镜使得用户可在不使系统光学器件退化的情况下改变透镜F值。在实施例中，可变光圈透镜结合具有形成消色差双合透镜功能的不同光学特性的多个透镜层。此外，可变光圈透镜包括介于透镜层之间位于光学系统中的优化位置处使得渐晕得以避免的电光光圈。此外，可变光圈透镜部件可沿光轴相对于彼此固定，使得可变光圈透镜在整个使用过程中在光学上保持对准。

参考图1，示出了具有相机模块的便携式消费电子设备的示图。便携式消费电子设备100，例如智能电话，正被用户握持。如上所述，便携式消费电子设备100可为另一个不一定便携的设备。在实施例中，便携式消费电子设备100包括结合了移动透镜组件的集成相机模块102。

参考图2，示出了移动透镜组件的侧视图。移动透镜组件200可被视为具有带固定光圈的相机模块102的便携式消费电子设备100的典型。移动透镜组件200可结合双合透镜202和透镜叠层204。还可将一个或多个滤波器，诸如红外滤波器206，与移动透镜组件200对准以反射或阻挡用户不希望传输至图像传感器208的某些波长的光。因此，移动透镜组件200可包括在外部窗口212与图像传感器208之间沿光轴210对准的多个透镜、滤波器和其他光学部件。外部窗口212可例如为与移动设备外壳基本上共面地定位的透明玻璃或聚合物窗口。

移动透镜组件200的各种光学部件可成对或分组以实现各种光学功能。例如，双合透镜202可用作消色差透镜以限制色像差效应。更具体地讲，双合透镜202可为具有透镜一214和透镜二216的消色差双合透镜202。透镜一214可为正元件，并且透镜二216可为负元件。透镜可被形成和安装成使得透镜一214的色像差被透镜二216的色像差抵消。更具体地讲，透镜一214和透镜二216的形状和材料可以改变以彼此互补并实现所需的色像差校正。

在实施例中，透镜叠层204用于限制单色像差效应。更具体地讲，透镜叠层204可包括透镜三218、透镜四220和透镜五222，它们中的每一者被形成并安装成校正由透镜的几何结构形成的光学像差。混合透镜的数量和形状以举例的方式示出，并且可以使用其他数量或形状的透镜来校正目标光学像差，诸如球面像差。

仍然参考图2，在实施例中，多个图像光线230从场景反射或发出并穿过外部窗口212、移动透镜组件200和红外滤波器206传输到图像传感器208。图像传感器208在图像光线230下的相对照度可取决于光圈的位置以及图像光线230相对于光轴210的入射角，即物角。例如，当光圈与透镜一214之间的距离增加或者当物角增加时，图像传感器208的相对照度降低。相对照度的这种下降指示了渐晕，一种通常不期望的现象，在将可变光圈结合到光学系统中时，该现象是一个重要的考虑因素。因此，可变光圈沿光路的结合可能需要可变光圈被定位成限制渐晕以及z高度。

已经提出将可变光圈结合在成像系统中以改善聚焦和景深。存在实现此类可变光圈的技术，诸如人工肌肉或电光光圈。电光光圈可包括例如电致变色介质，以在来自场景的光通过光圈时使所述光衰减。光阑光圈直径可基于施加至电光光圈部件的电压来改变。然而，此类解决方案存在集成问题。

参考图3，示出了在双合透镜前面具有电光光圈的移动透镜组件的示意图。在双合透镜202前面引入电光光圈300，诸如当将其安装在外部窗口212上时，引起若干折衷。首先，由于电光光圈300必须与透镜一214间隔开，因此图像传感器208的相对照度(即，渐晕)增加。为了减轻此类渐晕，可以增加双合透镜202的透镜半径。然而，透镜厚度的这种增加，以及电光光圈300需要其自有平面的事实，导致系统z高度的总体增加。此外，鉴于系统光学器件之间的间距，电光光圈300沿光轴210与双合透镜202的对准可能难以达到完美，因此，总体透镜性能可能降低。最后，在使用自动聚焦的光学系统中，相对于焦点改变F值的复杂性使得总体系统管理难以实现。

参考图4，示出了在双合透镜的第一透镜元件后面具有电光光圈的移动透镜组件的示意图。在透镜一214后面引入电光光圈300引起与相对于图3所讨论的那些类似的折衷。例如，将电光光圈300放置在双合透镜202的透镜之间需要增加透镜一214与透镜二216的间隔，从而导致z高度增大。此外，透镜一214与透镜二216之间沿光轴210的对准对总体透镜性能而言是重要的，因此，由于将电光光圈300放置在双合透镜202的透镜之间可促进不对准，因此可导致图像退化。

参考图5，根据实施例示出了可变光圈透镜的剖视图。在实施例中，可变光圈透镜500可包括电光光圈300以及集成到单个光学元件中的一个或多个透镜。例如，电光光圈300可位于前透镜502与后透镜504之间。因此，在实施例中，可变光圈透镜500替代图3和图4的移动透镜组件200中的双合透镜202和电光光圈300。

在实施例中，电光光圈300包括基板508上的电致变色元件506。电光光圈300有效地提供光瞳，光瞳的宽度或尺寸在电学上是可变的。在光瞳已受到电控制而成为小或窄开口时，准许高度准直的图像光线230朝向图像传感器208。相比之下，在光瞳被配置为大或宽开口时，准许未准直的光线朝向图像传感器208。如先前所讨论的，光瞳尺寸控制光阑光圈，并因此影响图像质量。下面描述了电光光圈300的各种实施例，但在至少一个实施例中，电光光圈300包括电致变色元件506上的前表面510以及基板508上的后表面512。

尽管在图5中不明显，但电致变色元件506可包括组合以形成电可变光瞳513的多个部件层。例如，可在基板508与电连接至可变电压源的一个或多个透明导体之间布置离子源、离子传导层和有源电致变色层，如下文进一步所述。通过改变供给透明导体的电压，有源电致变色层的有效直径可被改变，从而提供所需的光瞳513尺寸。

基板508可为具有适用于本申请的结构和光学特征的任何材料。更具体地讲，基板508可足够刚性以支撑电致变色元件506。此外，基板508可足够透明以允许光从前透镜502传送通过电致变色元件506，从而朝着后透镜504向前传输。因此，举例来说，基板508候选材料可包括玻璃、蓝宝石或聚碳酸酯。因此，基板508可包括刚性透明膜或具有一个或多个平坦表面的柱状体。在实施例中，基板508的直径或最大尺寸大于前透镜502或后透镜504的直径，使得电光光圈300的边缘横向延伸超过前透镜502和/或后透镜504的边缘。

在实施例中，前透镜502和/或后透镜504可包括多层结构。例如，前透镜502可包括外透镜层514和内透镜层516。所述层可具有层合结构。所述多个层可被成形为实现所需的光学特征，例如色像差校正或焦点特性。例如，外透镜层514可包括凸面近光轴210，而内透镜层516可包括在相同区域中的啮合凹面。此外，所述多个层，例如外透镜层514和内透镜层516，中的每一者可由相同或不同的材料形成，并且这些材料可包括相同或不同的光学特征，例如折射率。因此，外透镜层514和内透镜层516的互补的几何结构和光学特性可形成复合透镜结构，该复合透镜结构提供双合透镜的正元件，比如透镜一214。

在实施例中，前透镜502、电光光圈300和后透镜504可沿光轴210对准。更具体地讲，前透镜502、电光光圈300和后透镜504中每一者的光轴210可沿光轴210同轴布置。由于前透镜502、后透镜504和电光光圈300可相对于彼此固定，因此可在不考虑系统移动的情况下维持这种同轴布置。此外，由于前透镜502、电光光圈300和后透镜504的交互表面可以共面方式分别在前表面510和后表面512处相对于彼此固定，因此，可在不考虑系统移动的情况下维持可变光圈透镜500部件之间的角对准。因此，一旦设定，可变光圈透镜500部件之间的光学对准可在整个系统使用过程中保持稳定。

可变光圈透镜500可以本公开范围内的多种方式来构造。在实施例中，前透镜502、电光光圈300和后透镜504中的每一者可单独形成并且然后彼此对准并使用热或粘合剂粘结法来彼此集成。在另一实施例中，可变光圈透镜500可通过单个过程形成，该单个过程包括形成前透镜502的多个重叠注塑或复制步骤，电光光圈300沉积在前透镜502上，并且后透镜504形成于电光光圈300上方。将透镜模制在电光光圈上可直接执行，即，可将未固化的树脂引入到电光光圈的表面上方并固化成固化状态以便形成具有电光光圈和透镜的集成主体。在另选实施例中，可使用模制和粘结步骤的混合过程。在其他实施例中，可使用压力配合、机械紧固件或其他已知的紧固技术来物理地连接可变光圈透镜500部件。下文参考图9-图23更详细地描述此类过程的示例。因此，应当理解，可根据多种方法来制造可变光圈透镜500。

参考图6，根据实施例示出了具有可变光圈透镜的移动透镜组件的侧视图。可变光圈透镜500可替代移动透镜组件200中的双合透镜202。即，由于多层结构形状和光学特性，前透镜502可有效地替代移动透镜组件200中透镜一214的功能。例如，具有一个或多个层的前透镜502可提供正元件。相似地，后透镜504的形状和光学特性可使得后透镜504可有效地替代上文所述移动透镜组件200中透镜二216的功能。例如，后透镜504可提供负元件。可变光圈透镜500的每个透镜的几何结构和光学特性以及每个透镜中的每个层可以改变以彼此互补并实现所需的色像差校正。此外，鉴于可变光圈透镜500部件彼此配接并保持稳定对准，因此电光光圈300的集成不需要前透镜502与后透镜504之间的附加物理间隔或引入对准不稳定性。因此，可变光圈透镜500可在不明显增加设备的z高度或降低光学系统性能的情况下用于移动透镜组件200中。

参考图7，根据实施例示出了包括相机模块的相机相关元件的示意图，所述相机模块具有可变光圈透镜。在实施例中，便携式消费电子设备100包括具有与图像传感器208轴向对准的移动透镜组件200的相机模块102。在实施例中，移动透镜组件200包括可变光圈透镜500，可变光圈透镜500包括彼此物理地连接且轴向对准的前透镜502、电光光圈300和后透镜504。可变光圈透镜500和透镜叠层204，以及可变光圈透镜500和透镜叠层204的每个子部件或子元件可沿光轴210光学对准。然而，在一些实施例中，可使用一个或多个镜子或光偏转器以允许所述光学元件中的一者或多者以非线性方式物理地布置，而不是将每个光学元件沿直线物理地定位。尽管如此，鉴于图像光线230可沿光轴210从场景传播通过此类光学元件和镜子，可变光圈透镜500和透镜叠层204可被视为在任何情况下均沿光轴210光学对准。

尽管对这点的讨论主要集中于移动透镜组件200的校正色像差和单色像差的功能，但应当理解，各个透镜最终用于将来自场景的图像光线230聚焦在图像传感器208上。更具体地讲，移动透镜组件200的一些部分可包括固定焦点光学子系统或实施为自动聚焦机构的可变焦点子系统。还可存在作为移动透镜组件200的一部分的光学变焦机构。因此，前透镜502、后透镜504或透镜叠层204的各个透镜中的一者或多者用于在图像传感器208的有源像素阵列部分上生成光学图像。因此，图像传感器208可为能够捕捉聚焦的光学图像的任何常规固态成像传感器，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器芯片。

图像捕捉可受与图像传感器208交互的曝光控制器706以及用于调节移动透镜组件200的各种机构的影响。图像传感器208可接收某些参数以用于确定从曝光控制器706拍照的曝光。传感器参数可包括像素积分时间，像素积分时间可由曝光控制器706根据考虑各种输入变量(例如，场景照度水平和闪光灯或闪光照明的可用性)的任何合适的曝光控制算法来设定。曝光控制器706可自动执行该算法以确定适当的曝光设置，并且然后向图像传感器208发送信号以响应于快门释放708的致动而更新其参数。曝光控制器706可被实施作为已编程的处理器或者连同存储参数选项一起作为完全硬接线逻辑状态机。在实施例中，曝光控制器706针对透镜位置设定参数，所述参数可用于驱动用于控制光学变焦透镜或自动聚焦机构的机构。

一旦由图像传感器208在所选择的曝光设置下捕捉到表示图像光线230的数字图像，便可将数字图像传送至图像存储装置710。图像存储装置710可为固态易失性或非易失性存储器。可访问存储在图像存储装置710中的数字图像以通过更高层次的相机功能712进一步处理和分析。例如，此类处理可产生JPEG格式的压缩图像文件或者MPEG格式的压缩视频文件。

在实施例中，驱动电路714控制电光光圈300的有效光瞳尺寸。驱动电路714可从曝光控制器706接收表示所需光瞳尺寸的控制信号或命令。响应于该命令，驱动电路714可将适当的驱动电压输出至可变光圈透镜500中电光光圈300上的电触点，以便针对正在拍摄的图像形成所需的光阑光圈。

除上文所述的功能之外，便携式消费电子设备100可包括与未示出的部件一起实施的多种其他功能。例如，举例来说，便携式消费电子设备100可包括通信网络接口、显示屏、触摸屏、键盘或音频换能器。因此，上文所述的便携式消费电子设备100的系统配置不是限制性的。

参考图8，根据实施例示出了电光光圈的剖视图。应当理解，图8表示电光光圈300的实施例，但存在可集成在可变光圈透镜500中的电可变光圈的许多不同实施例，包括固态和液态电光光圈300。在2014年1月2日提交的名称为“Electro-Optic Aperture Device”的美国专利申请14/146,259中描述了若干此类实施例，该美国专利申请以引用的方式并入本文。设想在本公开范围内的电光光圈的范围包括经变迹的、连续可变的或离散可变的电光光圈。因此，可通过放置在基板508的任何和所有表面上的电致变色层的多个离散步骤来形成光圈。一个这种实施例的一般描述如下。

电光光圈300可具有包括基板508上的电致变色元件506的叠层。电致变色元件506可包括：前透明导体802、离子源804、离子传导层806、有源电致变色层808和后透明导体810。每个叠层元件可与相邻叠层元件物理接触。在实施例中，可由离子传导层806将离子源804与有源电致变色层808完全分离。离子源804层可存储合适的离子，例如锂离子，以当在前透明导体802与后透明导体810之间生成足够的电荷场时激活电致变色层808。此外，离子传导层806可允许由离子源804生成的离子朝着有源电致变色层808传输并进入有源电致变色层808。

后透明导体810可直接形成于基板508上。电光光圈300的其他元件可有顺序地形成于后透明导体810上方。在其他实施例中，可将第二基板(未示出)定位在前透明导体802上方，并且在一些情况下，前透明导体802可直接形成于第二基板上。在其他实施例中，诸如在液态电光光圈中，第二基板可为盖玻片，诸如玻璃薄层，其保持液体电致变色材料。

透明导体可包括形成为薄层的铟锡氧化物层或其他透明导电材料层。透明导体可提供导电路径，以使来自驱动电路714的电荷施加至离子源804，同时允许图像光线230的自由通行。因此，前透明导体802和后透明导体810可与相应的电触点812电连接。同样，电触点812中的每一个均可与驱动电路714电连接，这可提供适当的输入电荷。

在实施例中，电触点812可形成于电光光圈300的前表面510、后表面512或侧壁上。例如，电触点812可被溅镀、印刷、焊接或以其他方式沉积在相应的透明导体802、810上。或者，电触点812可形成于基板508上，并且适当的电连接件，例如引线或通孔，可路由至对应的透明导体802、210。此外，电触点812可访问地定位。例如，在实施例中，电触点812可定位在电光光圈300上，使得这些触点被可视地暴露或者至少不被前透镜502、后透镜504或可变光圈透镜500的任何其他膜或涂层覆盖。

在实施例中，有源电致变色层808从外边缘朝着光轴210渐缩。换句话讲，有源电致变色层808的厚度可以渐变或类似于阶梯的方式从外边缘朝着光轴210减小。因此，有源电致变色层808在光轴210处可具有基本上为零的厚度。在操作中，在未从驱动电路714施加电压时，有源电致变色层808的渐缩的外形形成最小尺寸的光圈开口，但在驱动电路714增加透明导体中的电荷时，渐缩的层将使光圈开口在直径上朝着最小值逐渐减小。因此，可通过增加和减少由驱动电路714供应至透明导体802、810的电荷来可逆地改变电光光圈300的光阑光圈。在实施例中，激活电压可介于零伏与2伏之间。此类激活电压可例如导致介于约2伏(在有源电致变色层808的外边缘处)至零伏(在与有源电致变色层808中的光圈直径重合的位置处)之间的降低的电压。

在其他实施例中，电光光圈300可包括独立地驱动以实现不同效果的多个堆叠的电致变色元件506。例如，前电致变色元件506可由第一驱动电路714驱动，并且第二电致变色元件(未示出)可由第二驱动电路(未示出)驱动。这样，电光光圈300总体上可被控制以充当中性密度滤波器，该中性密度滤波器横跨所有可见颜色或感兴趣的波长表现出来自成像场景的光的强度的基本上均匀的降低。在其他应用中，电光光圈300可被控制以提供偏振检测。因此，可在本公开范围内改变电光光圈300以提供超过光阑光圈控制的光学效果。

参考图9，根据实施例示出了制备移动透镜组件的方法的流程图。下面具体参考图10-图17来描述图9的操作，图10-图17根据实施例提供了示图，示出了用于形成可变光圈透镜500的操作。

在操作900处，可在模制过程中形成外透镜层514。参考图10，可将外层树脂1000注射、倾倒或以其他方式装载到形成于第一模具下模1004中的一个或多个外层凹槽1002中。外层树脂1000可作为液体引入到第一模具下模1004中。外层凹槽1002可具有与外透镜层514的所需形状相对应的曲率。例如，外层凹槽1002可具有球形轮廓。外层凹槽1002的光洁度对于实现可接受的透镜光洁度而言可能是重要的，因此可使用工具加工或放电机加工过程然后使用化学或电解抛光过程来将外层凹槽1002形成于第一模具下模1004中。或者，可在透镜形成之后，例如通过蒸汽抛光来改变透镜表面光洁度。

参考图11，可任选地将膜放置在外层树脂1000上方。膜1100可以是柔性的并在外层树脂1000与随后添加的透镜树脂之间提供透明的屏障，从而避免树脂在透镜固化之前混合。膜1100可为提供适当透明度和柔性以便不干扰外透镜层514和内透镜层516的功能和形成的任何材料和尺寸。例如，膜1100可为具有约200μm的厚度的聚碳酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚酯或聚氨酯。

在实施例中，膜1100可包括向已固化透镜提供某些光学特征的光学特性。例如，膜1100可包括具有抗反射和/或红外滤波器特性的材料。因此，移动透镜组件200中的红外滤波器206可有效地重新定位成与前透镜502重合。

参考图12，可将第一模具上模1200带向第一模具下模1004，以将外层树脂1000挤压成外透镜层514的所需形状。更具体地讲，第一模具上模1200的外层凸出部1202可朝着第一模具下模1004的外层凹槽1002移动，从而形成具有外透镜层514的形状的腔。例如，腔可呈现在光轴210附近具有凸面的大致球形的外部曲率和内部曲率，或者另一非球形轮廓。

在将外层树脂1000挤压到外层凸出部1202与外层凹槽1002之间的腔内之后，可提取积存在外层树脂内的任何残余夹杂物。例如，可将填充有树脂的第一模具下模1004在真空下维持足以允许所积存的气泡逸出的时间段。然后可固化外层树脂1000以形成前透镜502的外透镜层514。

在操作902处，可在重叠注塑或复制过程中在已固化的外透镜层514上方形成内透镜层516。参考图13，可将内层树脂1300注射或倾倒在仍位于第一模具下模1004内的已固化的外透镜层514上方。如上所述，外层树脂1000和内层树脂1300可为不同的树脂和/或可具有不同的光学特性。例如，外层树脂可包括聚碳酸酯，并且内层树脂可包括聚苯乙烯。或者，外层树脂和内层树脂两者均可包括聚碳酸酯，然而，包括在树脂中的聚碳酸酯可具有不同的光学特性，例如折射率。

在实施例中，可将具有大致平坦下表面的第二模具上模1302带向第一模具下模1004，以抵靠第一模具下模1004铺展和挤压内层树脂1300。同上，可将内层树脂1300放置在真空下并固化，使得已固化的树脂形成内透镜层516的形状，例如在光轴210附近具有凹面。参考图14，在固化内层树脂1300并移除第二模具上模1302之后，前透镜502可一体地形成并包括外透镜层514、内透镜层516以及任选地膜1100。

在操作904处，可将前透镜502粘结到电光光圈300。例如，参考图15，电光光圈300可经挑选并放置成使得前表面510接触内透镜层516。在放置之前，可将粘合剂添加至电光光圈300或内透镜层516，以在部件之间形成化学粘结。粘合剂层可包括辐射激活型或热固性粘合剂，所述粘合剂固化以形成具有约5μm至150μm厚度的基本上透明的薄层。或者，可以加热接触部件以在它们之间形成热粘结，或者以其他方式附接、连接、固定、稳固或紧固。

在另选实施例中，前透镜502可在粘结到电光光圈300之前分离。例如，第一模具下模1004中示出的多个前透镜502可在从第一模具下模1004中移除之前或之后彼此分离。可通过激光切割，例如使用掩模的准分子激光切割，或任何其他已知技术来进行分离。在前透镜502分离之后，可使用粘合剂，例如紫外线辐射、热或化学激活型粘合剂，将它们粘结到电光光圈300。

在操作906处，可使用与用于形成前透镜502的方法类似的方法来形成后透镜504。参考图16，第二模具下模1601可包括一个或多个凹槽，所述凹槽具有上表面中的后透镜504的形状。因此，可通过将适当的树脂倾倒或注射到凹槽中，任选地整平树脂并将树脂放置在真空下，并且然后将后透镜504固化成所需的最终形式，来在第二模具下模1601中形成后透镜504。在实施例中，在固化之前，后透镜504例如未由另一模具上模整平，并且在这种情况下，可通过填充第二模具下模1601中的凹槽以在固化之前包括凸弯月面来适应树脂材料的收缩。在固化之后，弯月面可收缩成平坦表面。后透镜504可由与外层树脂1000和内层树脂1300相同或不同的后透镜504树脂形成。因此，前透镜502和后透镜504可包括不同的折射率和/或与预期透镜设计一致的其他材料或光学特性。

在操作908处，可将后透镜504粘结到电光光圈300的后表面512以形成可变光圈透镜500。参考图17，在实施例中，可将具有固化后透镜504的第二模具下模1601带向第一模具下模1004，以使后透镜504和电光光圈300的后表面512接触。可在使配合表面接触之前将粘合剂放置在任一配合表面上，或者该表面可经受热力加热以在它们之间形成粘结。因此，可形成具有前透镜502、电光光圈300和后透镜504的竖直叠层。更具体地讲，可变光圈透镜500可一体地形成。可变光圈透镜500的每个部件之间的对准可在粘结期间受到控制，以确保每个部件沿光轴210大致对准并相对于彼此固定。

参考图18，根据实施例示出了制备移动透镜组件的方法的流程图。下面具体参考图19-图23来描述图18的操作，图19-图23提供了根据实施例的示图，示出了用于形成可变光圈透镜500的操作。

在操作1800处，可在模制过程中形成内透镜层516。参考图19，可提供多个电光光圈300。例如，可将电光光圈300设置在片材或晶片1900上。在实施例中，电光光圈包括层合在前表面510和/或后表面512上的膜1100。膜1100可为，例如，经溅镀、生长或以其他方式沉积的介电材料。

内层树脂1300可以未固化状态注射、倾倒或以其他方式装载在电光光圈300上方。例如，内层树脂1300可作为液体引入。

参考图20，可将第一模具上模1200带向电光光圈300，以将内层树脂1300挤压成内透镜层516的所需形状。更具体地讲，第一模具上模1200的外层凸出部1202可朝着电光光圈300移动，从而形成具有内透镜层516的形状的复制腔。例如，腔可在光轴210附近呈现凹面，或者呈现另一非球形轮廓。

在将内层树脂1300挤压到外层凸出部1202与电光光圈300之间的腔内之后，可在真空下提取积存在内层树脂1300内的任何残余夹杂物。然后可固化内层树脂1300以形成前透镜502的内透镜层516。

在操作1802处，外透镜层514可在重叠注塑或复制过程中形成于已固化的内透镜层516上方。参考图21，可将外层树脂1000注射或倾倒在已固化的内透镜层516上方。参考图22，在实施例中，可将具有大致平坦下表面的第二模具上模1302带向电光光圈300，以抵靠内透镜层516铺展和挤压外层树脂1000。同上，可将外层树脂1000放置在真空下并固化，使得已固化的树脂形成外透镜层514的形状，例如具有大致球形的外表面以及在光轴210附近具有凸面。在固化外层树脂1000之后，前透镜502可一体地形成并包括外透镜层514和内透镜层516。在实施例中，膜1100位于外透镜层514与内透镜层516之间。例如，代替电光光圈300表面上方的膜1100或者除此之外，可在引入并固化外透镜树脂1000之前，将膜1100沉积在已固化的内透镜层516上方。因此，可将介电膜层设置在外透镜层514与内透镜层516之间。

在操作1804处，可使用与用于形成前透镜502的方法类似的方法来形成后透镜504。参考图23，可将电光光圈300从晶片1900中移除。例如，前透镜502可保持与第二模具上模1302接合并被提升远离晶片1900。然后可翻转第二模具上模1302，使得电光光圈300具有面向上的后表面512，但这些表面的方向性不是限制性的。可将适当的后透镜树脂倾倒在电光光圈上方，并且可将具有与后透镜504的形状相对应的凹槽的第三模具上模2300带向电光光圈300。因此，可将后透镜树脂挤压成后透镜504的形状。然后可将后透镜树脂放置在真空下并固化以形成后透镜504。因此，可形成具有前透镜502、电光光圈300和后透镜504的竖直叠层。更具体地讲，可变光圈透镜500可一体地形成。可变光圈透镜500的每个部件之间的对准可在模制和重叠注塑过程期间受到控制，以确保每个部件沿光轴210大致对准并相对于彼此固定。

在实施例中，可固化树脂可包括在固化时维持透明度的可固化树脂。此类树脂的示例包括可通过紫外线辐射固化的组合物，诸如：聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚酯化合物、硅酮、丙烯酸类树脂、聚氨基甲酸酯树脂、环氧树脂、硫醇树脂，或者硫化氨基甲酸酯树脂或光聚合物。在实施例中，外层树脂1000和内层树脂1300的固化可包括将未固化树脂暴露于紫外线辐射大约一分钟的时间，所述紫外线辐射具有介于约100W/cm²至2,000W/cm²之间的强度。模具的部分可以是透明的，或者可以使用特殊的透光插件，以允许紫外线辐射来照射透镜树脂。在其他实施例中，可根据预定时间和温度特征图来固化树脂。已固化的透镜还可被后固化。例如，可将透镜在高温下稳定一段时间，例如，在约100至150摄氏度之间稳定6至12小时。

可对透镜和/或电光光圈300进行进一步处理以将附加光学特征引入至可变光圈透镜500。例如，前透镜502、后透镜504或电光光圈300的一个或多个表面可涂覆有抗反射涂层或光学滤波器材料，例如红外滤波器206材料，以为可变光圈透镜500提供光学滤波能力。如上所述，在实施例中，可将膜1100层叠在电光光圈的任何和所有表面上方以提供附加光学特征。

制造过程还可考虑引入上文未直接提出的附加特征。例如，可能必须在可访问以允许提供电连接来改变电致变色元件的电压的位置处在电光光圈300上形成电触点812。因此，可将电触点812放置在电光光圈300的前表面510、后表面512或侧壁上，并且具体地讲，放置在基板508上，以允许形成此类电连接。因此，可在透镜重叠注塑之前形成电触点812。或者，可暴露专用于在重叠注塑之后形成触点的位置以通过可变光圈透镜500的前透镜502或后透镜504查看和/或访问。

在通过将前透镜502、电光光圈300和后透镜504粘结成最终组件来形成可变光圈透镜500的片材或晶片之后，可使用已知的分离技术来分离可变光圈透镜500中的每一者。例如，可使用各种化学、激光、机械等切割操作来将可变光圈透镜500分离成独立的部分。可在将模具下模从可变光圈透镜移除之前或之后执行分离。

在形成可变光圈透镜之后，例如在操作910或1806处，可将可变光圈透镜500与透镜叠层204组合以形成相机透镜组件。更具体地讲，可将可变光圈透镜500与一个或多个光学部件诸如透镜叠层204、红外滤波器206、图像传感器208等物理地关联，以形成用于在便携式消费电子设备100中使用的移动透镜组件200。可通过将可变光圈透镜500结合在底座、筒体、框架或者相对于移动透镜组件200中的其他透镜支撑和定位可变光圈透镜500的其他机械固定座或支架内，来执行此类物理关联。在实施例中，不需要旋转固定座或支架以使图像聚焦在图像传感器208上。

在前述的说明书中，已经参照具体的示例性实施例描述了本发明。显而易见的是，可在不脱离以下权利要求所示的本发明的更广泛的实质和范围的情况下对实施例做出各种修改。因此，说明书和附图应被认为是出于例证目的而非限制目的。

Claims (20)

1.一种光学元件，包括：

前透镜；

后透镜，所述后透镜沿光轴与所述前透镜对准；以及

电光光圈，所述电光光圈耦接至所述前透镜或所述后透镜中的至少一者，其中所述电光光圈包括与基板耦接的电致变色元件。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述电光光圈附接到所述前透镜或所述后透镜中的至少一者，并且其中所述电光光圈位于所述前透镜和所述后透镜之间。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其中电光光圈包括可变光瞳，并且其中所述可变光瞳、所述前透镜和所述后透镜沿所述光轴对准。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述前透镜或所述后透镜中的至少一者包括多个透镜层。

5.根据权利要求4所述的光学元件，其中所述多个透镜层具有不同的光学特性。

6.根据权利要求5所述的光学元件，其中所述前透镜和所述后透镜组合以形成消色差透镜。

7.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述前透镜或所述后透镜中的至少一者包含树脂材料。

8.根据权利要求7所述的光学元件，其中所述树脂材料被配置为通过紫外线辐射固化。

9.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述电致变色元件包括液体、晶体材料或非晶体材料中的至少一者。

10.根据权利要求1所述的光学元件，还包括位于所述前透镜和所述后透镜之间的电光滤波器。

11.根据权利要求1所述的光学元件，还包括所述基板上的电触点，其中所述电触点暴露于所述前透镜和所述后透镜。

12.一种制备移动透镜组件的方法，包括：

将前透镜附接到电光光圈的前表面，其中所述电光光圈包括与基板耦接的电致变色元件；

将后透镜附接到所述电光光圈的后表面以形成可变光圈透镜；以及

将所述可变光圈透镜与透镜叠层组合以形成移动透镜组件，其中所述透镜叠层包括一个或多个像差校正透镜。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

将第一树脂模制成第一透镜层；以及

在所述第一透镜层上方将第二树脂重叠注塑成第二透镜层以形成所述前透镜。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一树脂和所述第二树脂具有不同的光学特性。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括将膜沉积在所述前透镜或所述后透镜中的至少一者和所述前表面之间。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括将第三树脂模制成所述后透镜。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一树脂、所述第二树脂或所述第三树脂中的至少一者被配置为通过紫外线辐射固化。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述附接还包括沿光轴对准所述前透镜、所述后透镜和所述电光光圈。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述附接还包括将所述前透镜或所述后透镜中的至少一者直接模制在所述电光光圈上方。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述模制包括引入未固化状态的透镜树脂并将所述透镜树脂固化成固化状态。