设置有连接片的光学结构和用于制造该光学结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有光学结构和连接片的设备，所述连接片将光学结构与用于承载的结构连接，其中光学结构能够实施关于参考平面的运动并且也描述用于该设备的可行的调节。
【背景技术】
[0002]由可硬化的材料构成的光学结构、例如从DE 102009055080 A1中已知的光学结构，在环境温度变化的情况下变化其特性。因此在温度变化的情况下聚合物透镜改变其扩展，使得光学透镜的折射率和曲率同样变化。这会引起光学设备、例如摄像机或者投影器提供变化的图像拍摄质量和/或图像重现质量。
[0003]为了补偿变化的图像重现质量和/或图像拍摄质量，再调节插入在光学设备中的透镜和/或透镜组，以便补偿光学设备的焦距的热致变化。为此使用致动器、例如振动圈驱动器、压电马达驱动器或者其它的马达驱动的驱动器。也使用液体透镜，所述液体透镜实现了透镜曲率的变化。然而该方法始终需要主动地调节光学系统的焦距。
[0004]由于光学部件的制造过程中的波动，部件的参数、具体来说透镜的焦距波动。如果所述部件与其它的部件接合为更复杂的构造，那么可能不能够实现组件、例如物镜的目标参数。为了保证最佳的功能，所述部件必须在进行接合之后重新调节，以便保证各个部件的最佳的定向从而保证对由于所出现的制造和接合公差而存在的不精确性的补偿。调节的主要目的例如是使透镜或者透镜堆的图像平面关于预设的图像平面最佳地定向，在所述预设的图像平面中存在至少一个光电子图像转换器、即所谓的成像器。
[0005]透镜或者透镜组、例如物镜被装入在一个或多个壳体部件中，所述壳体部件此外具有外螺纹。具有相应的内螺纹的保持装置能够插入到一个或多个壳体部件中，其中设定特定的间距、大多数情况是最佳的焦点位置。在进行调节之后必要时进行位置的固定，例如通过粘胶，所述粘胶此外能够构成为是UV硬化的。以这种途径经由待分开引入的且仅为了该步骤而构成的附加的设备调节总光学结构。
[0006]为了实现自动聚焦功能此外使用音圈马达。这些音圈马达由多个单一部件构成并且尤其是能够不以晶片级工艺制造。
【发明内容】
[0007]根据接下来描述的实施例的第一方面，实现一种光学设备，所述光学设备能够以自调节的方式并且与其它的致动设备无关地克服因温度变化引起的光学特性的变化。设备能够小型化并且以晶片级工艺制造，使得可实现更小的结构尺寸和/或更小的制造成本。设备根据该方面例如能够补偿制造公差和/或能够通过引发热量在光学的总系统运行时实现可变的聚焦，使得替代其它进行聚焦的机械的构件。
[0008]根据第一方面，设备包括具有至少两个连接片的光学结构，所述连接片构成用于实现光学结构关于参考平面的运动。根据第一方面，方法包括将连接片构成为，使得所述连接片实现设置在其上的光学结构的运动，所述运动克服光学结构的光学特性的热致变化。
[0009]根据第一方面利用:通过使用在连接片中同时出现的热致机械变化，能够补偿光学结构的例如聚合物元件的热致变化，以便克服光学结构的光学特性的变化。
[0010]根据一个实施例，连接片单层地或者单层片地构造。在这种情况下，连接片能够由与悬挂在连接片上的光学结构相同的材料构成，这实现了更简单的制造。所述材料与围绕光学结构的用于承载的结构相比能够具有更高的热膨胀系数，这在温度提高的情况下引起光学结构在沿着光轴的方向运动。光学结构的运动方向通过连接片的拱起部限定，所述拱起部位于光学结构的光轴所位于的平面中。
[0011]根据一个替选的实施例，连接片多层地或者多层片地构造，这实现了连接片的直的、不拱起的实施方案，并且连接片材料的组合与环绕的用于承载的结构的热膨胀系数无关地形成，在所述用于承载的结构上安置有连接片，这是因为连接片的弯曲因连接片材料的不同的热膨胀系数而进行。当层非连续地并且在多于两个层片中设置时，也能够实现层材料的机械和光学的特性的解耦。
[0012]根据一个实施例，连接片的纵向中线与光学结构的光轴相交，并且连接片在端侧与光学结构连接。根据一个替选的实施例，连接片的纵向中线不与所述结构的光轴相交并且连接片在侧向上经由成形部与光学结构连接。后一个示例允许连接片的更大的纵向扩展从而允许光学结构的可实现的调节路径的增大。
[0013]其它的实施例示出如下可能性:将电加热元件设置在连接片上。这实现了连接片的转向从而实现了光学结构与引发的温度相关且与环境温度无关的定位，这此外能够用于主动地聚焦变换的物距或者用于自动聚焦。通过连接片的彼此不同的转向也能够实现光学结构的倾斜或者实现光学结构的受控的聚焦。尤其是能够设有或者至少可连接有控制装置(未示出)，所述控制装置要么控制加热元件例如用于使已知的物距聚焦，要么例如根据对与光学结构的光学特性相关的信号的评估、例如在图像平面中所获得的图像的锐度进行调节，所述锐度至少部分地通过光学结构、例如透镜系统限定，所述透镜系统包括悬挂在连接片上的透镜。
[0014]接下来描述的实施例的第二方面涉及如下设计:所述设计实现了在进行调节之后使光学结构的初始位置更容易地、例如在不设置螺纹或者不引入其所属的其它的机械部件的情况下保留在壳体结构中，使得在例如制造时简化调节的结束。
[0015]根据第二方面，设备包括至少两个连接片，所述连接片将光学结构与用于承载的结构连接并且在所述用于承载的结构上设置有可退火的粘胶，所述粘胶引起光学结构的预设的定向的固定。根据第二方面，方法包括:将连接片构成为，使得所述连接片实现设置在其上的光学结构的运动，所述运动克服光学结构的光学特性的热致变化；将可退火的粘胶设置在用于承载的结构和连接片之间以及使粘胶退火以便引起光学结构关于参考平面的预设的定向。
[0016]根据第二方面利用:连接片通过设置在连接片和用于承载的结构之间的粘胶使光学结构转向到初始调节中并且通过粘胶的退火在粘胶从光学结构处退火之后保持所设置的初始位置。
[0017]根据接下来描述的实施例的第三和第四方面，实现如下目的:实现用于光学设备的设计，所述设计能够:能够与环境温度无关地且通过大的动力引发到经由连接片与框架连接的光学结构中的运动，其中为此使用的致动器小型化并且可以晶片级工艺制造，使得可实现更小的结构尺寸和/或更小的制造成本。设备根据该方面例如能够实现对生产公差的补偿和/或在光学的总系统运行时实现可变的聚焦。
[0018]根据第三方面，设备包括至少两个连接片和具有第一和第二电极的静电驱动器，所述连接片将光学结构与用于承载的结构连接，所述第一和第二电极至少部分地相对置地设置并且第一电极设置在连接片中的一个上，以便在第一和第二电极之间施加电场时引起连接片的变形。根据第三方面，方法包括:将连接片构成为，使得所述连接片实现设置在其上的光学结构的运动；将第一电极设置在连接片中的一个上或其中以及将第二电极设置为，使得所述第二电极与所述第一电极至少部分地相对置并且第一和第二电极之间的电场引起连接片的变形。
[0019]根据接下来描述的实施例的第三方面利用:具有第一和第二电极的静电驱动器能够设置在连接片中的至少一个上，使得在静电驱动器的第一和第二电极之间施加电场引起连接片的变形。
[0020]根据一个实施例，静电驱动器的第一电极设置在连接片上，所述连接片将光学结构与用于承载的结构连接，并且第二电极设置在模制构件上，所述模制构件接合到用于承载的结构上。
[0021 ] 根据一个替选的实施例，静电驱动器的第二电极设置在用于承载的结构上，使得能够取消模制构件的设置。
[0022]根据一个实施例，第一电极设置在连接片的表面上并且经由绝缘层与第二电极间隔。根据一个替选的实施例，第一电极嵌入到连接片中，使得覆盖第一电极的连接片材料同时作用为绝缘层。
[0023]根据第四方面，设备包括至少两个连接片和具有第一和第二电极的静电驱动器，所述连接片将光学结构与用于承载的结构连接，所述第一和第二电极至少部分地相对置地设置并且第一电极设置在连接片的至少一部分上并且连接片的该部分至少部分地从在其中设置有连接片的平面中沿着朝向第二电极的方向转向，以便在第一和第二电极之间施加电场时引起连接片的变形。根据第四方面，方法包括:将连接片构成为，使得所述连接片实现设置在其上的光学结构的运动；将第一电极设置在连接片中的一个上或其中并且将第二电极设置为，使得所述第二电极至少部分地与第一电极相对置；以及使第一电极沿着朝向第二电极的方向转向，由此第一和第二电极之间的电场引起连接片的变形。
[0024]根据第四方面利用:具有第一和第二电极的静电驱动器能够设置在连接片中的至少一个上，连接片的成形为内部部件的部段从其余的连接片的平面中沿着朝向第二电极的方向转向，以及在静电驱动器的第一和第二电极之间施加电场引起连接片的变形。
【附图说明】
[0025]接下来详细阐述本发明的实施例。在附图中相同的或者起相同作用的元件设有相同的附图标记。
[0026]本发明的优选的实施例接下来参考所附的附图阐述。附图示出:
[0027]图la示出具有透镜的设备的横截面视图，所述透镜经由两个连接片固定在用于承载的结构上，
[0028]图lb示出具有透镜的设备的理论状态，所述透镜的光学特性通过热影响变化；
[0029]图lc示出具有运动离开起始位置的透镜的设备的状态，所述透镜的运动克服光学特性的变化；
[0030]图2a至b示出具有替选的透镜形状的横截面视图，其中图2a示出平凸透镜并且图2b示出凹凸透镜；
[0031]图3示出具有拱起部的单层的连接片的立体视图；
[0032]图4示出具有三层的连接片的设备的示意性的横截面视图；
[0033]图5a至d示出两层的透镜和连接片的不同的实施方式的示意性的侧视图，其中图5a示出第二材料层在透镜和连接片上的用于构造三层片的总构造的不连续的设置，图5b示出类似图5a的具有如下连接片的设备，所述连接片包括厚度的不稳定的变化，图5c示出具有一件式的第二材料层的设备，所述第二材料层包括层厚度的不稳定的变化，并且图5d示出类似图5c的设备，其中连接片的区域中的层厚度包括稳定的变化；
[0034]图6a示出具有厚度恒定的第二层的两层的聚光透镜的示意性的侧视图；
[0035]图6b示出具有对称的层厚度变化的第一和第二层的两层的聚光透镜的示意性的侧视图；
[0036]图6c示出具有厚度恒定的第一层的两层的聚光透镜的示意性的侧视图；
[0037]图6d示出两层的发散透镜的示意性的侧视图，其中第一层以聚光透镜的形式构成并且第二层以可变的层厚度设置在第一层上；
[0038]图6e示出类似于图6d的两层的发散透镜的示意性的侧视图，其中第一层以平凸透镜的形式构成；
[0039]图6f示出两层的发散透镜的示意性的侧视图，其中第二层以凹凸透镜的形式构成；
[0040]图7示出一个透镜和四个连接片的设备的俯视图，其中连接片的纵向中线与透镜的光轴相交；
[0041]图8示出具有一个透镜和两个连接片的设备的俯视图，其中连接片的纵向中线与透镜的光轴相交；
[0042]图9示出具有一个透镜和对角地设置的连接片的设备的俯视图；
[0043]图10示出具有一个透镜和四个连接片的设备的俯视图，其中连接片的纵向中线伸展经过透镜的光轴；
[0044]图11示出具有一个透镜和两个连接片的设备的俯视图，其中纵向中线伸展经过透镜的光轴；
[0045]图12示出具有一个透镜和三个连接片的设备的俯视图，其中连接片的纵向中线伸展经过透镜的光轴；
[0046]图13示出类似于图7的设备的俯视图，其中电加热元件设置在连接片上；
[0047]图14示出类似于图8的设备的俯视图，其中电加热元件设置在连接片上；
[0048]图15示出类似于图9的设备的俯视图，其中电加热元件设置在连接片上；
[0049]图16示出类似于图10的设备的俯视图，其中电加热元件设置在连接片上；
[0050]图17示出类似于图11的设备的俯视图，其中电加热元件设置在连接片上；
[0051]图18示出类似于图12的设备的俯视图，其中电加热元件设置在连接片上；
[0052]图19示出具有四个透镜的设备的示意性的俯视图，所述透镜经由各四个连接片与用于承载的结构连接；
[0053]图20示出具有四个透镜的设备的示意性的俯视图，所述透镜经由各四个连接片与用于承载的结构连接并且用于承载的结构包括由连接片的至少一种材料构成的环绕的框架；
[0054]图21示出具有四个透镜的设备的俯视图，所述透镜各经由四个连接片与用于承载的结构连接，用于承载的结构包括由连接片的至少一种材料构成的环绕的框架并且其中用于承载的结构此外包括留空部；
[0055]图22示出具有四个透镜的设备的俯视图，所述透镜经由各四个连接片与用于承载的结构连接并且其中用于承载的结构完全地由连接片的至少一种材料构成的环绕的框架形成；
[0056]图23示出具有四个透镜的设备的俯视图，所述透镜经由各四个连接片与用于承载的结构连接，其中用于承载的结构完全地由连接片的至少一种材料构成的环绕的框架形成并且用于承载的结构包括留空部；
[0057]图24示出具有透镜场的设备的俯视图，所述透镜场经由八个连接片与用于承载的结构连接；
[0058]图25示出设备的横截面视图，其中运动的透镜与单层的共同运动的透镜形成透镜堆；
[0059]图26示出设备的横截面视图，其中运动的透镜与两层的共同运动的透镜形成透镜堆，并且共同运动的透镜关于参考平面与运动的透镜相比具有更大的距离；
[0060]图27示出设备的横截面视图，其中透镜堆的共同运动的两层的透镜关于参考平面与运动的透镜相比具有小的距离；
[0061]图28示出具有透镜堆的设备的横截面视图，其中透镜堆包括粘接层；
[0062]图29示出设备的横截面视图，其中两个彼此不同的透镜堆与用于承载的结构连接;
[0063]图30a至b示出各一个设备的两个横截面视图，其中在用于承载的结构上设置有不运动的透镜，其中图30a示出运动的透镜关于参考平面具有较小的间距的设置并且图30b示出关于参考平面具有较大的间距的设置；
[0064]图31a至b示出具有运动的和不运动的透镜的各一个设备的两个横截面视图，其中在用于承载的结构上形成由连接片的至少一种材料构成的环绕的框架，其中图31a示出运动的透镜关于参考平面具有较小的间距的设置并且图31b示出关于参考平面具有较大的间距的设置；
[0065]图32a至b不出各一个设备的两个横截面视图，其中不运动的透镜包括玻璃层并且用于承载的结构的横截面在层堆的变化之上而变化，其中图32a示出运动的透镜关于参考平面具有较小的间距的设置并且图32b示出关于参考平面具有较大的间距的设置；
[0066]图33示出设备的横截面视图，其中不运动的透镜包括玻璃层，并且运动的透镜以及设置在周边的间距保持结构由相同的材料构成；
[0067]图34示出设备的横截面视图，其中不可运动的透镜设置在玻璃层上，围绕不可运动的透镜的光学的功能面的区域非连续地构成并且运动的透镜以及设置在周边的间距保持结构由相同的材料构成；
[0068]图35示出具有一个可运动的和两个不可运动的透镜的设备的横截面视图，其中不可运动的透镜包括各一个玻璃层和表现为连续的、围绕不可运动的透镜的光学的功能面的区域并且在透镜层片之间形成由与光学功能面不同的材料构成的间距保持结构；
[0069]图36示出具有一个可运动的和两个不可运动的设备的横截面视图，其中不可运动的透镜包括各一个玻璃层和围绕不可运动的透镜的光学功能面的非连续地构成的区域；
[0070]图37示出设备的横截面视图，其中可运动的透镜和设置在其上的连接片一件式地由一种材料形成并且仅在其余的设备中由不同的材料构成；
[0071]图38示出设备的横截面视图，其中用于承载的结构的各个部件通过粘接层接合；
[0072]图39示出具有一个可运动的和两个分别包括玻璃层的不可运动的透镜的设备的横截面视图，其中用于承载的结构包括粘接层；
[0073]图40示出类似于图30的设备的横截面视图，所述设备具有一个可运动的透镜、一个设置在其上的共同运动的透镜和一个不可运动的具有短的连接片的透镜，所述连接片在没有玻璃层的情况下设置在用于承载的结构上，
[0074]图41示出类似于图40的设备的横截面视图，其中不可运动的透镜、设置在其上的表现为连续的区域和用于承载的结构横向于不可运动的透镜和表现为连续的区域包括玻璃层;
[0075]图42示出类似于图40的设备的横截面视图，其中用于承载的结构在运动的和不运动的透镜之间的区域中包括粘接层；
[0076]图43示出类似于图41的设备的横截面视图，其中用于承载的结构类似于图42包括粘接层；
[0077]图44示出类似于图42的设备的横截面视图，其中将运动的和共同运动的透镜连接的结构包括粘接层；
[0078]图45示出类似于图44的设备的横截面视图，其中不运动的透镜类似于图43包括玻璃层并且将运动的和不运动的透镜连接的结构包括粘接层；
[0079]图46示出类似于44的设备的横截面视图，其中同样设置有类似于图31由连接片的至少一种材料构成的附加的、位于内部的框架并且所述框架通过粘接层接合；
[0080]图47a示出用于借助于粘胶固定透镜的初始位置的方法的框图；
[0081]图47b示出在用于通过根据图47a的方法固定新的初始位置的方法期间的设备的横截面视图；
[0082]图47c示出如下横截面视图，所述横截面视图示出将粘接剂设置在连接片和用于承载的结构之间的方法步骤；
[0083]图48示出具有一个透镜和四个连接片的设备的俯视图，其中在连接片上设置有粘胶；
[0084]图49示出具有一个透镜和连接片的设备的立体视图，其中连接片具有凹凸的横截面；
[0085]图50a至c示出具有透镜和连接片以及用于承载的结构的设备的横截面视图，所述用于承载的结构构成为，使得粘胶能够设置在其上，其中图50a示出凸凸透镜，图50b示出平凸透镜并且图50c示出凸凹透镜；
[0086]图51a至b示出具有透镜堆和连接片以及用于承载的结构的设备的横截面视图，所述用于承载的结构构成为，使得粘胶能够设置在其上，其中图51a示出所述堆的运动透镜关于参考平面具