用于成像设备的透镜模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于成像设备的透镜模块。
【背景技术】
[0002]由于透镜的折射率随着透镜的温度而改变，因此成像设备的透镜的焦距根据环境温度而改变，从而引起成像设备的性能降低。
[0003]为了解决该问题，PCT国际公开N0.W02009/101928描述了一种技术，其中，透镜安装在透镜保持板的表面上，透镜的线性膨胀系数比透镜保持板的线性膨胀系数大，使得透镜的由于温度变化的折射率的变化利用透镜保持板与透镜之间的线性膨胀系数中的差异来补偿。
[0004]然而，该技术具有下述问题:需要将透镜保持板用作额外的构件以补偿透镜的折射率的变化，从而引起成像设备的部件计数的增多。
【发明内容】
[0005]示例性实施方式提供用于成像设备的透镜模块，该透镜模块包括:
[0006]透镜组件，该透镜组件包括第一透镜和第二透镜；
[0007]保持件，该保持件保持透镜组件；
[0008]第一粘合剂，该第一粘合剂将第一透镜粘附至保持件，第一粘合剂的弹性模量比第一透镜的弹性模量大；以及
[0009]第二粘合剂，该第二粘合剂将第一透镜粘附至保持件，第二粘合剂的弹性模量比第一透镜的弹性模量小；其中
[0010]第一粘合剂置于第一透镜的一个表面与保持件之间，并且第二粘合剂置于第一透镜的另一表面与保持件之间，使得第一透镜的折射率和第二透镜的折射率的由于透镜组件的温度的变化而发生的变化对透镜组件的焦距的影响与第一透镜的由于透镜组件的温度的变化而发生的变形对透镜组件的焦距的影响彼此抵消。
[0011]根据示例性实施方式，提供了一种技术，该技术在不增多成像设备的部件的数量的情况下使能够补偿用于成像设备的透镜模块的透镜的折射率的由于透镜的温度的变化而发生的变化。
[0012]本发明的其他优势和特征将在包括附图和权利要求的下文描述中变得明显。
【附图说明】
[0013]在附图中:
[0014]图1为根据本发明的第一实施方式的包括摄像机模块3的成像设备I的立体图；
[0015]图2为成像设备I的部件分解图；
[0016]图3为包括在成像设备I中的摄像机模块3的立体图；
[0017]图4为摄像机模块3的前视图；
[0018]图5为摄像机模块3的部件分解图；
[0019]图6为沿着线V1-VI截取的图5的截面图；
[0020]图7A为根据正常温度处的第一实施方式的摄像机模块3的透镜部段的放大图；
[0021]图7B为根据高温处的第一实施方式的透镜部段的放大图；
[0022]图7C为根据低温处的第一实施方式的透镜部段的放大图；
[0023]图8A为根据正常温度处的第二实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0024]图SB为根据高温处的第二实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0025]图SC为根据低温处的第二实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0026]图9A为根据正常温度处的第三实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0027]图9B为根据高温处的第三实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0028]图9C为根据低温处的第三实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0029]图1OA为根据正常温度处的第四实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0030]图1OB为根据高温处的第四实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0031]图1OC为根据低温处的第四实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0032]图1lA为根据正常温度处的第五实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0033]图1lB为根据高温处的第五实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0034]图1lC为根据低温处的第五实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0035]图12A为根据正常温度处的第六实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0036]图12B为根据高温处的第六实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0037]图12C为根据低温处的第六实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图
[0038]图13A为根据正常温度处的第七实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0039]图13B为根据高温处的第七实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0040]图13C为根据低温处的第七实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0041]图14A为根据正常温度处的第八实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0042]图14B为根据高温处的第八实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；
[0043]图14C为根据低温处的第八实施方式的摄像机模块的透镜部段的放大图；以及
[0044]图15为示出了第一实施方式至第八实施方式的功能性总结的图示。
【具体实施方式】
[0045]第一实施方式
[0046]图1为根据本发明的第一实施方式的包括摄像机模块3的成像设备I的立体图。该成像设备I安装在车辆上以摄取车辆前面的图像，针对所摄取的图像执行各种分析处理(图像识别处理等)，并且将表示分析处理的结果的信号发送至其他E⑶(头灯控制E⑶、车道偏离检测E⑶等)。
[0047]如图1中所示，成像设备I包括壳体2和摄像机模块3。摄像机模块3从形成在壳体2的上表面的中央部的附近中的开口 21部分地露出。摄像机模块3用于摄取车辆前面的图像。
[0048]成像设备I安装在车辆的挡风玻璃(前玻璃)上的车辆舱内且在后视镜的附近的位置处。在该配装位置处，成像设备I的环境温度可以降至接近-40°C以及升高至接近100°C。因此，需要在-40°c至100°c的操作温度范围中正常操作成像设备I。
[0049]接下来，对成像设备I的结构进行详细描述。如图2中所示，成像设备I包括金属制成的壳体2、摄像机模块3、控制电路板4、电连接线缆5和下盖6。
[0050]如在前文中所描述的，开口 21形成在壳体2的上表面的中央部的附近。摄像机模块3安装在壳体2上以从开口 21部分地露出。控制电路板4和电连接线缆5设置在摄像机模块3的下方。盖6在控制电路板4和电连接线缆5的下方固定至壳体2。开口 21位于与控制电路板4相对的位置处。
[0051]壳体2形成有凹部22以不妨碍摄像机模块3的成像范围。同样，开口 21形成为使得壳体2不妨碍摄像机模块3的成像范围。
[0052]接下来，参照图3至图7C对摄像机模块3的结构进行详细地描述。摄像机模块3包括第一保持件31、第二保持件32、摄像机电路板33、对象侧透镜35a、图像侧透镜35b、对象侧粘合剂36a和图像侧粘合剂36b。
[0053]第一保持件31、对象侧透镜35a、图像侧透镜35b、对象侧粘合剂36a和图像侧粘合剂36b构成透镜模块40。在第一实施方式中，对象侧透镜35a对应于第一透镜，图像侧透镜35b对应于第二透镜，对象侧粘合剂36a对应于第一粘合剂以及图像侧粘合剂36b对应于第二粘合剂。
[0054]第一保持件31为在其中容置用于摄取车辆前面的图像的光学系统的以圆筒形形状形成的树脂构件。第一保持件31包括远端部31a、桶状部31b、第一内凸缘31c、第二内凸缘31d和第三内凸缘31e，并且第一保持件31在其中容置作为光学系统的对象侧透镜35a和图像侧透镜35b。
[0055]远端部31a为以圆筒形形状形成的构件，远端部31a的直径朝向远端侧减小(图6中的左侧)。桶状部31b为以圆筒形形状形成的构件，桶状部31b的内径和外径两者近似恒定。桶状部31b的远端(图6中的左端侧)一体地连接至远端部31a的末端。远端部31a和桶状部31b与光轴310同轴地设置。
[0056]第一内凸缘31c、第二内凸缘31d和第三内凸缘31e中的每一者均为与远端部31a一体地形成的构件以具有穿孔盘的形状。这些内凸缘31c至31e沿光轴310的方向设置。
[0057]第二保持件32为在其中容置第一保持件31的构件，并且摄像机电路板以螺钉连接的方式固定至该第二保持件32。第二保持件主要由树脂制成。第二保持件32包括保持件基部32a和保持件圆筒状部32b，摄像机电路板33以螺钉连接的方式固定至该保持件基部32a，该保持件圆筒状部32b沿光轴的方向从保持件基部32a延伸并且在其中容置第一保持件31。保持件基部32a和保持件圆筒状部32b彼此一体地形成。
[0058]摄像机电路板一一在其上安装有诸如CMOS图像传感器之类的固体成像元件33a一一固定至第二保持件32的后端表面。固体成像元件33a设置在光轴310上，该光轴310在第一保持件固定至第二保持件32并且摄像机电路板33固定至第二保持件32的情况下为第一保持件31内的透镜35a和35b所共有。
[0059]透镜的对象侧透镜35a上的入射光穿过对象侧透镜35a和图像侧透镜35b，并且在固体成像元件33a上形成图像。固体成像元件33a输出表示该图像的信号。壳体2的开口21位于与摄像机基部33相对的位置处。
[0060]图2中示出的电连接线缆5—一可以是柔性印刷电路板一一用于固体成像元件33a与安装在摄像机电路板33上的其他电路之间以及与安装在控制电路板4上的电路之间的连接。安装在控制电路板4上的电路包括用于执行前述分析过程等的检测部分。
[0061]接下来，下文对对象侧透镜35a和图像侧透镜35b进行详细地描述。在本实施方式中，对象侧透镜35a为由树脂制成的透镜，并且图像侧透镜35b为由玻璃制成的透镜。
[0062]这两个透镜35a和35b构成了透镜组件。图像侧透镜35b比对象侧透镜35a更靠近图像形成侧或固体成像元件33a的一侧设置。
[0063]此处，参照图7A至图7C对用于将对象侧透镜35a和图像侧透镜35b安装在第一保持件31上的结构进行解释。对象侧透镜35a容置在第一保持件31内，其中，对象侧透镜35a的周缘部夹在第一内凸缘31c与第二内凸缘31d之间。图像侧透镜35b容置在第一保持件31中，其中，图像侧透镜35b的周缘夹在第二内凸缘31d与第三内凸缘31e之间。
[0064]对象侧粘合剂36a置于对象侧透镜35a的对象侧(图7A至图7C中的左侧)上的表面的周缘部与第一内凸缘31c之间以使对象侧透镜35a粘附至第一内凸缘31c。图像侧粘合剂36b置于对象侧透镜35a的图像形成侧(图7A至图7C中的右侧)上的表面的周缘部与第二内凸缘31d之间以使对象侧透镜35a粘附至第二内凸缘31d。
[0065]在环氧树脂粘合剂的弹性模量(例如，杨氏模量)比对象侧透镜35a的弹性模量大的情况下，对象侧粘合剂36a可以是环氧树脂粘合剂。对象侧粘合剂36a可以是除环氧树脂粘合剂之外的粘合剂，但其弹性模量必须比对象侧透镜35a的弹性模量大。由于对象侧粘合剂36a的弹性模量比对象侧透镜35a的弹性模量大，对象侧粘合剂36a的线性膨胀系数比对象侧透镜35a的线性膨胀系数小。
[0066]在硅橡胶粘合剂的弹性模量比对象侧透镜35a的弹性模量小的情况下，图像侧粘合剂36b可以是硅橡胶粘合剂。图像侧粘合剂36b可以是除硅橡胶粘合剂之外的粘合剂，但其弹性模量必须比对象侧透镜35a的弹性模量小。由于图像侧粘合剂36b的弹性模量比对象侧透镜35a的弹性模量小，图像侧粘合剂36b的线性膨胀系数比对象侧透镜35a的线性膨胀系数大。
[0067]如此以来，对象侧透镜35a在其具有对象侧粘合剂36a的对象侧上的表面处粘附至第一内凸缘31c，并且在其具有图像侧粘合剂36b的图像侧(固体成像元件33a的一侧)的表面处粘附至第二内凸缘31d。
[0068]对图像侧透镜35b而言，置于对象侧上的表面的周缘部与第二内凸缘31d之间的粘合剂和置于图像侧上的表面的周缘部与第三内凸缘31e之间的粘合剂的材料和弹性模量彼此相同。
[0069]如上文所解释的，图像侧透镜35b粘附至第二内凸缘31d，其中，粘合剂位于对象侧上的表面处，并且图像侧透镜35b在具有相同粘合剂的图像侧上的表面处粘附至第三内凸缘31e。
[0070]接下来，对对象侧透镜35a和图像侧透镜35b的光学特性进行解释。当对象侧透镜35a的焦距为Π，图像侧透镜35b的焦距为f2，并且对象侧透镜35a与图像侧透镜35b之间的距离(下文称为“透镜之间的距离”)为d时，透镜组件的焦距f由下述等式给出:[0071 ] f = flXf2/(fl+f2 - d)
[0072]在本实施方式中，flXf2的值为负。这是因为焦距fI由于对象侧透镜35a为凸透镜而为正，并且焦距f2由于图像侧透镜35b为凹透镜而为负。由于透镜35a的折射率和透镜35b的折射率根据透镜35a和35b的温度而变化，焦距fl和f2根据透镜35a和35b的温度而变化。然而，在前述操作温度范围内flXf2 < O的关系总是保持。此外，(fl+f2 —d)的值在操作温度范围内总为负。因此，由透镜35a和35b构成的透镜组件的焦距f在操作温度范围内为正。
[0073]当对象侧透镜35a和图像侧透镜35b的温度等于预定正常温度Tl (例如，20°C )时，预先将透镜组件的焦点调节成与固体成像元件的位置一致。此处，假定透镜之间的距离d在透镜35a和35b的温度为Tl时为d_Tl。
[0074]当对象侧透镜35a和图像侧透镜35b的温度从Tl增大时，发生下述情况。在这种情况下，透镜35a的折射率和透镜35b的折射率随着温度的升高而改变以使透镜组件的焦距f减小。这将在下文进行更具体地解释。
[0075]假定由透镜35a和透镜35b构成的透镜组件的焦距f在透镜35a和透镜35b的温度等于正常温度Tl时为f_Tl，并且焦距fl和f2在透镜35a和透镜35b的温度已经增大至高温T2(例如，100C )时分别为Π_Τ2和f2_T2。在这种情况下，保持了 f_Tl > fl_T2Xf2_T2/(fl_T2+f2_T2 一 d_Tl)的关系。附带地，由于该不等式的右侧的分母在正常温度Tl处等于透镜之间的距离d，因此右侧的值在高温T2处与透镜组件的焦距f不同。SP，在透镜之间的距离d在正常温度Tl处的值和在高温T2处的值彼此相同的情况下，透镜组件的焦距f由于透镜35a的折射率和35b的折射率的变化而变短。
[0076]通常，透镜的折射率大致为其操作温度范围内的温度的线性函数。因此，无论T2的值为何，都保持上述关系，只要T2在操作温度范围内即可。当透镜35a和35b的温度降到正常温度Tl之下直至低温T3时，保持了与上文的关系相反的关系。T3可以例如是-40°C。
[0077]即，在这种情况下，透镜35a的折射率和透镜35b的折射率随着温度的降低而改变以增大透镜组件的焦距f。在透镜35a和35b的温度已经降至低温T3之后，当假定焦距Π为 fl_T3 并且焦距 f2 为 f2_T3 时，保持了 f_Tl < f 1_T3 X f2_T3/ (fl_T3+f2_Τ3 — d_Tl)的关系。即，在透镜之间的距离d在正常温度Tl处的值和在低温T3处的值彼此相等的情况下，透镜组件的焦距f由于透镜35a的折射率和35b的折射率的变化而变长。
[0078]如上文所述的折射率的变化和焦距的变化在同时满足下述条件(A)和(B)时可以用于由透镜35a和35b构成的透镜组件，例如:
[0079](A)对象侧透镜35a中的折射率的变化的量和所产生的焦距的变化的量远远大于图像侧透镜35b中的折射率的变化的量和所产生的焦距的变化的量。
[0080](B)焦距f I由于折射率随着温度升高的变化而减小，并且由于折射率随着温度降低的变化而增大。由于树脂透镜满足条件(B)，因此，由烯烃聚合物制成的透镜是已知的。
[0081]接下来，对由透镜35a和35b构成的透镜组件的焦距f随着温度的变化而发生的变化进行详细解释。如图7A中所示，透镜之间的距离d在透镜35a和35b处于正常温度Tl处时为d_Tl。如在前文所解释的，透镜组件的焦点此时与固体成像元件33a的位置一致。
[0082]如图7B中所示，当透镜组件的温度从正常温度Tl升高至高温T2时，对象侧透镜35a变形。对象侧粘合剂36a的弹性模量比对象侧透镜的弹性模量大。S卩，对象侧粘合剂36a比对象侧透镜35a更硬。图像侧粘合剂36b的弹性模量比对象侧透镜35a的弹性模量小。即，图像侧粘合剂36b比对象侧透镜35a软。因此，对象侧透镜35a在与图像侧粘合剂36b及其附近接触的表面处由于温度的升高(热膨胀)而变形的量比在与对象侧粘合剂36a及其附近接触的表面处由于温度的升高而变形的量大。S卩，对象侧透镜35a在图像侧粘合剂36b的一侧处比在对象侧粘合剂36a的一侧处更自由地变形。
[0083]因此，由于对象侧透镜35a弯曲，对象侧透镜35a沿用于使其中央部靠近图像侧透镜35b的方向移动。因此，透镜之间的距离d从d_Tl减小至d_T2。如此以来，透镜之间的距离d随着透镜35a和35b的温度的升高而减小。
[0084]如图7C中所示，当透镜35a和35b的温度从正常温度Tl降至低温T3时，对象侧透镜35a变形。对象侧透镜35a在与对象侧粘合剂36a及其附近接触的表面处由于温度的降低(热收缩)而变形的量比在与图像侧粘合剂36b及其附近接触的表面处由