专利名称：透镜安装组件以及在安装组件中对准透镜的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在透镜支架内光学对准第一和第二组透镜的透镜安装组件。 本发明尤其但并不是专门适用于在例如拍照手机以及光学指示设备(optical pointing device)这样的产品中所使用的小型、固态/微运动自动对焦相机的制造。本发明还提供了 一种在安装组件中对准透镜的方法。
背景技术：
提供这样一种图像传感器或相机组件是已知的，其具有保持在透镜支架上的固态 单芯片图像传感器、保持在螺纹连接到透镜支架的透镜镜筒中的第一组透镜、以及可以在 相机工作过程中用来调整图像传感器表面上的焦点的自动对焦头。为了从这种装配好的相机透镜中获得满意的光学效果，装配好的相机透镜中的总 的光学失准/倾斜必须在一个非常窄的界线之内(随后称作“公差预算”)。特别地，近年 来在自动对焦相机中使用的透镜的复杂程度和零件数量的上升，使得对于装配好的给定相 机透镜来说保持这些相机在公差预算之内变得尤其困难。这是因为，每个附加部件都给装 配好的透镜引入了附加的失准/倾斜的风险。例如，在很多透镜中，第一组透镜和透镜镜筒 之间的联接引入了第一失准和倾斜度，带有螺纹的透镜镜筒和透镜支架之间的联接引入了 第二失准和倾斜度，第三失准和倾斜度则由透镜支架和自动对焦台之间的联接引入。
发明内容
本发明寻求应对这些问题。根据本发明，提供了一种透镜安装组件，其能使透镜相对于图像传感器定位，该透 镜安装组件包括用于保持第一透镜组件的透镜镜筒；具有安装在其上的图像传感器的透镜支架；透镜镜筒和透镜支架具有配合连接，这允许沿着光轴移动第一透镜组件，以调整 图像传感器上的焦点；第二透镜组件，用来在透镜使用期间调整图像传感器上的焦点；以及其中，在第一和第二透镜组件的至少一个上设有对准突起，该对准突起适合于与 第一和第二透镜组件中的另一个的一部分进行配合，从而直接光学对准第一和第二透镜组 件与图像传感器。根据本发明，还提供了一种使透镜或者透镜组件相对于图像传感器定位的方法， 该方法包括在透镜镜筒中设置第一透镜组件；将图像传感器安装在透镜支架中；使透镜镜筒和透镜支架配合在一起，使得能够沿着光轴移动透镜镜筒、并进而移 动第一透镜组件；
相对于图像传感器移动透镜镜筒以在图像传感器上获取预定的焦点；在透镜支架上设置第二透镜组件，以便在透镜组件使用期间调整图像传感器上的 佳占.以及其中，在透镜支架上设置第二透镜组件的步骤还包括在第一和第二透镜组件中 的一个上设置对准突起并在第一和第二透镜组件中的另一个上设置相应部分，并且使第一 或第二透镜组件的对准突起邻接第一和第二透镜组件中的另一个上的相应部分，以直接对 准第一和第二透镜组件与图像传感器。根据本发明，还提供了一种光学设备，其具有用于使透镜相对于图像传感器定位 的透镜安装组件，该透镜安装组件包括用于保持第一透镜组件的透镜镜筒；具有安装在其上的图像传感器的透镜支架；透镜镜筒和透镜支架具有配合连接，这允许沿着光轴移动第一透镜组件，以调整 图像传感器上的焦点；第二透镜组件，用来在透镜使用期间调整图像传感器上的焦点；以及其中，在第一和第二透镜组件中的至少一个上设有对准突起，该对准突起适合于 与第一和第二透镜组件中的另一个的一部分进行配合，从而直接光学对准第一和第二透镜 组件与图像传感器。本发明的其他特征和优点借助以下的说明和权利要求将会明了。
现在将参考附图描述本发明的实施例，在附图中图1是根据本发明的第一个实施例的透镜安装组件的部分截面侧视图；图2Α是示出了光学自动对焦头在透镜支架上的安装的透视图；图2Β是图2Α的一部分的放大视图，更详细地示出了透镜镜筒和光学头的对准结 构之间的相互作用；图3Α是图1的自动对焦光学头的底面的透视图，在该底面上设置了三个错开的对 准突起和四个角固定突起；图3Β是替代性光学自动对焦头的底面的透视图，在该底面上设置了四个对准突 起和四个角固定突起；图4是图2Α的透镜支架在光学自动对焦头安装之前的透视图；图5是透镜镜筒和光学自动对焦头的底面的示意性透视图；图6是根据本发明的第二个实施例的透镜安装组件的透视图；图7是图6的透镜安装组件的截面视图；图8是光学自动对焦头的底面在安装本发明的透镜安装组件之前的细节视图；以 及图9是本发明的透镜安装组件在图8的光学自动对焦头安装之前的透视图。
具体实施例方式参照图1，提供了整体上标为10的透镜安装组件。组件10包括透镜支架12，其具有设置在电路基板16上的集成固态单芯片图像传感器14。支架12具有螺纹部分18，其与相应的带有螺纹的透镜镜筒20相配合并接纳该透 镜镜筒。支架12具有与螺纹部分18的边缘相邻的上缘32(图1)并且在每个角处具有固 定凹穴34(图4)。透镜镜筒20包括一系列的固定透镜22 (第一透镜组件)，这些固定透镜在相机透 镜的正常使用期间相对于图像传感器14保持固定。在图4中可以最清楚地看到，透镜镜筒 20具有被倒角的上缘24，该上缘设有一系列沿其圆周隔开的对准凹口 27。在所示的实施例中，这些对准凹口 27沿着透镜镜筒的上缘24的圆周彼此间隔30 度；然而，凹口 27可以根据需要更紧密地或不那么紧密地布置。光学自动对焦头26 (第二透镜组件)的底面上设有三个周向间隔开的对准突起 28和四个固定突起30 ；然而，根据需要可以设置更多或更少间隔开的对准突起和/或固定 突起。例如，在图3B中，示出的替代性实施例中设置了四个对准突起28A和四个固定突起 30A。在相机透镜的正常使用过程中，透镜镜筒20中的一系列固定透镜22相对于图像 传感器14来说是不能移动的；然而，在通过在螺纹部分18中旋转透镜镜筒20以使第一透 镜组件聚焦到图像传感器14而对透镜焦点进行配置的过程中它们是可移动的。在相机的 使用过程中，光学自动对焦头26能用来调整第一和第二透镜组件的组合焦点。透镜镜筒20因而在安装过程中能够聚焦至图像传感器14上，而不涉及光学自动 对焦头26。如图1和2所示，一旦透镜镜筒20已经对焦，光学自动对焦头26可被置于透镜 支架12的顶部上。进行此动作时，光学自动对焦头26的每个对准突起28都被接纳在透镜 镜筒上缘24的对准凹口 27中。在这点上，对准突起28的径向位置使得每个对准突起28 的径向外边缘邻接支架上缘32的径向内边缘，并且每个对准突起28的径向内边缘将被接 纳在透镜镜筒20的其中一个对准凹口 27内。每个固定突起30将会同时被接纳在支架12 角上的其中一个相应的固定凹穴34内。这些可施以粘结剂以将光学自动对焦头26固定到 支架12上。如果当光学自动对焦头26放置在透镜支架12的顶部上时，对准突起28、对准凹口 27、固定突起30和固定凹穴34的位置在角度上彼此之间不对准(通常会是这种情况)，那 么，可将光学自动对焦头26置于透镜镜筒20上使得对准突起28与最近的对准凹口 27相 接合(透镜镜筒缘24的倒角边缘使这变得容易)。这时，固定突起30将不与壳体12上的 固定凹穴34相对准，因此将不接合；然而，可通过简单地旋转光学自动对焦头26，并进而轻 微旋转透镜镜筒20，直到固定突起30和固定凹穴34相接合，来使这些容易地对准。自动对 焦头26在透镜支架12上的放置和旋转能通过一个取放机器来实施。因为每个对准凹口 27 与下一个对准凹口 27沿着缘24仅间隔30度，所以，为了对准固定突起30和固定凹穴34， 透镜镜筒20所需被旋转的最大量是15度(当对准突起28最初位于最近的两个对准凹口 27的正中间时)。透镜镜筒20中的第一透镜组件的组合焦深使得这种小的旋转处于在图 像传感器上的正确透镜焦点所需的公差之内。所述发明的效果是光学自动对焦头26和透镜镜筒20彼此之间以及与图像传感 器14之间直接光学对准，而一个相对于另一个均不存在任何的倾斜。这是因为在光学自动 对焦头26的对准突起28、支架12的缘32和透镜镜筒20的对准凹口 27之间提供了直接的物理连接。换句话说，所述的直接物理连接消除了在以前的系统中所引入的任何失准或倾 斜。这就显著简化了在公差预算之内透镜组件的制造过程。本发明的另一个优点在于，在安装光学自动对焦头26之前，透镜镜筒20能够首先 旋转至预设焦点。因而在透镜安装组件10的制造过程中，提高了操纵透镜焦点的能力，因 此带来了其整体光学性能的提高。而且，固定突起30、固定凹穴34远离对准突起28、对准凹口 27的这种设置最小化 了任何固定用粘结剂干扰相机透镜10的光学器件或者实际上干扰其与图像传感器14之间 的光学对准的风险。在这一点上，为了避免对固定突起30和固定凹穴34之间的否则的直 接物理接触产生干扰，可使用非接触的粘结剂，由此该粘结剂可设置在，例如，固定突起30 和固定凹穴34的侧壁上；在这种构造中，固定突起30和固定凹穴34的对准面之间的直接 物理接触(进而改善了的对准)得以保持。参照图6至9，现在将描述本发明的第二个实施例。为了尽量减少重复，下述的透 镜安装装置的类似特征用共同的两位数字进行编号，且用放在该两位数字前的第三位数字 加以区分。除非另外指明，否则这些特征以与前述类似的方式进行构造、操作和/或具有类 似的功能。根据本发明的第二实施例的透镜安装组件整体上标为110。如图6和7所示，透镜 安装组件110包括透镜支架112，其具有设置在电路基板116上的集成固态单芯片图像传感 器114。透镜支架112具有螺纹部分118，其接纳相应的带有螺纹的透镜镜筒120，且在每个 角处设有固定凹穴141。透镜镜筒120具有盖子144，盖子上具有三个围绕中心透镜孔148设置的对准结 构146。透镜镜筒120内包含一系列的固定透镜(未示出)，这些固定透镜在透镜安装组件 110的正常使用过程中相对于图像传感器114保持固定。在图8中可以最清楚地看到，光学自动对焦头126包括承载框架136、可为固态或 微运动单元的光学单元138、和电连接器140。承载框架136具有固定突起142，其设置在承 载框架136的每个角处，以便与支架112上的固定凹穴141相对应。光学单元138印有基 准标记138A，以便相对于单元138的光轴提供参考光学点，这将在下文描述。在透镜安装组件110的制造过程中透镜镜筒120被聚焦至图像传感器114上，而 不涉及光学单元138。如在图6和7中所示，光学自动对焦头126随后被放置在透镜支架 112上，使得每个固定突起142被接纳在透镜支架112的固定凹穴141中。光学自动对焦头 126在安装组件110上的侧向对准和放置可以通过取放机器来实施。可在固定凹穴141中 施加粘结剂，以便更永久地将光学自动对焦头126固定在透镜支架112上。这样，光学单元138的表面将会直接靠在透镜镜筒120上的三个对准突起146上， 从而为对准提供精确的位置参考点。然后，所得到的精确位置参考连同基准标记138可被 成像软件用来使用已知的成像技术配置对准和倾斜进而配置透镜组件的成像性能。在不脱离本发明范围的前提下，可在前述的基础上进行修改和改进，例如按照所需应用，可在所述实施例中设置更多或更少数目的对准结构和/或固定结 构。另外，在所述的特定实施例中，对准突起28设置在光学自动对焦头26上，凹口设 置在透镜镜筒20上；然而，若需要可以容易地进行相反设置(换句话说，对准突起可以设置在透镜镜筒20上，凹口设置在光学自动对焦头26上)。事实上，可在自动对焦头26和透镜 镜筒20中的每个上设置对准突起和凹口的混合。
权利要求
一种用于使透镜相对于图像传感器定位的透镜安装组件，所述透镜安装组件包括用于保持第一透镜组件的透镜镜筒；其上安装有图像传感器的透镜支架；所述透镜镜筒和所述透镜支架具有配合连接，这允许沿着光轴移动所述第一透镜组件，以调整所述图像传感器上的焦点；第二透镜组件，用来在透镜使用期间调整所述图像传感器上的焦点；以及其中，在所述第一或第二透镜组件中的至少一个上设有对准突起，所述对准突起适合于与所述第一或第二透镜组件中的另一个的一部分进行配合，从而直接光学对准所述第一和第二透镜组件与所述图像传感器。
2.如权利要求1所述的透镜安装组件，其中，所述第二透镜组件设有对准突起或对准 凹口，所述对准突起或对准凹口邻接并配合所述透镜镜筒上的相应的对准突起或对准凹
3.如权利要求1所述的透镜安装组件，其中，所述第二透镜组件包括具有基准标记的 光学单元，并且所述第一透镜组件包括至少一个邻接所述光学单元的对准突起以便提供位 置参考点，所述位置参考点能够与所述基准标记一起被用来精确对准所述第一、第二透镜 组件与所述图像传感器。
4.如权利要求1或2所述的透镜安装组件，其中，所述第一透镜组件包括固定距离的透 镜堆栈，所述第二透镜组件包括自动对焦透镜装置。
5.如权利要求1、2或4中任一项所述的透镜安装组件，其中，所述透镜支架或所述第二 透镜组件设有至少一个固定突起，所述透镜支架和所述第二透镜组件中的另一个设有至少 一个对应于所述固定突起的固定凹穴，以方便所述透镜支架和所述第二透镜组件的相互连 接和角度对准。
6.如权利要求5所述的透镜安装组件，其中，所述固定凹穴或每个固定凹穴适于接纳 粘结剂以固定所述第二透镜组件和所述支架的相对位置。
7.如权利要求5或6所述的透镜安装组件，其中，在所述透镜镜筒上设有至少一个凹 口，且在所述第二透镜组件上设有至少一个相应的突起，使得当所述固定凹穴或者每个固 定凹穴和固定突起被对准后，所述第二透镜组件的所述突起或每个突起将位于所述透镜镜 筒的所述凹口或每个凹口中，以便直接对准所述第一、第二透镜组件与所述图像传感器。
8.如权利要求7所述的透镜安装组件，其中，所述透镜镜筒和所述透镜支架通过螺纹 相互接合，使得所述透镜镜筒能够在所述透镜支架内旋转，以方便与所述第二透镜组件的 对准。
9.如权利要求7或8所述的透镜安装组件，其中，一系列凹口沿所述透镜镜筒的缘周向 地间隔开，并且其中，所述缘设置有倒角边缘以便于在其中定位所述突起或每个突起。
10.如权利要求9所述的透镜安装组件，其中，所述透镜镜筒的所述缘上设有的凹口的 数量以及因此每个凹口之间的周向间距使得为了对准所述固定凹穴和所述固定突起而所 需的所述透镜镜筒的最大旋转度数不会不利地影响所述透镜镜筒在所述图像传感器上的 聚焦ο
11.一种使透镜或者透镜组件相对于图像传感器定位的方法，所述方法包括在透镜镜筒中设置第一透镜组件；将图像传感器安装在透镜支架中；使所述透镜镜筒和所述透镜支架配合在一起，使得能够沿着光轴移动所述透镜镜筒、 进而移动所述第一透镜组件；相对于所述图像传感器移动所述透镜镜筒以在所述图像传感器上获取预定的焦点；在所述透镜支架上设置第二透镜组件，以便在透镜组件使用期间调整所述图像传感器 上的焦点；以及其中，在所述透镜支架上设置第二透镜组件的步骤还包括在所述第一或第二透镜组 件中的一个上设置对准突起并在所述第一或第二透镜组件中的另一个上设置相应部分，并 且使所述第一或第二透镜组件的所述对准突起邻接所述第一或第二透镜组件中的另一个 上的所述相应部分，以便直接对准所述第一和第二透镜组件与所述图像传感器。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在所述第二透镜组件上设置对准突起或对准 凹口，并在所述透镜镜筒上设置相应的对准突起或对准凹口，并且使所述对准突起或对准 凹口相互配合。
13.如权利要求11所述的方法，还包括为所述第二透镜组件提供具有基准标记的光 学单元，为所述第一透镜组件提供至少一个邻接所述光学单元的对准突起以便提供竖直参 考点，并且使用所述得到的竖直参考点与所述基准标记一起来精确对准所述第一、第二透 镜组件与所述图像传感器。
14.如权利要求11或12所述的方法，还包括以下步骤使用在所述透镜壳体和所述第 二透镜组件中的一个上设置的至少一个固定突起、以及在所述透镜壳体和所述第二透镜组 件中的另一个上设置的至少一个相应的固定凹穴来使所述透镜支架和所述第二透镜组件 彼此角度对准和固定。
15.如权利要求14所述的方法，还包括使用提供在所述固定突起和所述固定凹穴上 或附近的粘结剂来固定所述第二透镜组件和所述支架。
16.如权利要求11或13所述的方法，还包括在所述透镜镜筒上设置至少一个凹口， 并在所述第二透镜组件上设置至少一个相应的突起，并将所述第二透镜组件的所述固定突 起或每个固定突起以及固定凹穴对准到所述透镜镜筒上的所述凹口或每个凹口中，从而直 接对准所述第一、第二透镜组件与所述图像传感器。
17.如权利要求16所述的方法，其中，如果当把所述第二透镜组件放置在所述透镜支 架上时，所述第二透镜组件的所述对准突起或每个对准突起和所述透镜镜筒的所述凹口或 每个凹口没有对准，则该方法还包括如下步骤将所述第二透镜组件的所述对准突起或每 个对准突起与所述透镜镜筒上最近的凹口相接合，并通过所述第二透镜组件旋转所述透镜 镜筒，直到所述第二透镜组件的所述固定突起与所述透镜支架的所述固定凹穴对准为止。
18.一种光学设备，其具有用于使透镜相对于图像传感器定位的透镜安装组件，所述透 镜安装组件包括用于保持第一透镜组件的透镜镜筒；具有安装在其上的图像传感器的透镜支架；所述透镜镜筒和所述透镜支架具有配合连接，这允许沿着光轴移动所述第一透镜组 件，以调整所述图像传感器上的焦点；第二透镜组件，用来在透镜使用期间调整所述图像传感器上的焦点；以及其中，在所述第一和第二透镜组件中的至少一个上设有对准突起，所述对准突起适合 于与所述第一或第二透镜组件中的另一个的一部分进行配合，从而直接光学对准所述第一 和第二透镜组件与所述图像传感器。
全文摘要
本发明涉及透镜安装组件以及在安装组件中对准透镜的方法。具体地，提供了一种用于使透镜相对于图像传感器定位的透镜安装组件，所述透镜安装组件包括用于保持第一透镜组件的透镜镜筒；其上安装有图像传感器的透镜支架；所述透镜镜筒和所述透镜支架具有配合连接，这允许沿着光轴移动所述第一透镜组件，以调整所述图像传感器上的焦点；第二透镜组件，用来在透镜使用期间调整所述图像传感器上的焦点；以及其中，在所述第一或第二透镜组件中的至少一个上设有对准突起，所述对准突起适合于与所述第一或第二透镜组件中的另一个的一部分进行配合，从而直接光学对准所述第一和第二透镜组件与所述图像传感器。
文档编号H04N5/225GK101923203SQ20101024988
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月17日 优先权日2009年6月15日
发明者C·坎贝尔 申请人:意法半导体(研发)有限公司