存在許多與可調(diào)光學(xué)元件有關(guān)的有待解決的問題，其中軟聚合物由于致動器層結(jié)構(gòu)而變形，所述致動器層結(jié)構(gòu)被定位為鄰近構(gòu)成透鏡體的軟聚合物的表面。與諸如金屬、氧化物以及陶瓷的無機(jī)材料相比，聚合物具有以下缺點：其具有大的熱膨脹系數(shù)。特別地，由熱膨脹相差較大的材料（諸如玻璃、硅和聚合物）組成的混合材料無論是在操作期間還是在生產(chǎn)期間都將會由于熱膨脹相差較大而具有問題。本發(fā)明涉及用于可調(diào)透鏡、棱鏡及其他光學(xué)元件的主動的和被動的熱補償方法及裝置，以使得可調(diào)透鏡可以使用較寬的溫度范圍被生產(chǎn)和安裝，所述可調(diào)透鏡、棱鏡及其他光學(xué)元件既包括軟聚合物又包括諸如玻璃、陶瓷以及金屬等的較硬的材料。例如，根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例，可在如300攝氏度之高的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，并且透鏡可在范圍從-25到80攝氏度或更寬的溫度下工作。

在一直不斷增多的應(yīng)用中對低成本、高容量的微型透鏡的需要不斷增加。移動電話中照相機(jī)的廣泛使用提供了數(shù)百萬透鏡的市場。為了開發(fā)微型照相機(jī)的不斷提高的分辨率，就存在對可調(diào)透鏡的日益增長的需求?？烧{(diào)透鏡在微照相機(jī)中可以提供高級功能，諸如自動聚焦或變焦。對于特別是一般和可調(diào)透鏡中的透鏡來說需求挑戰(zhàn)在于對諸如半導(dǎo)體晶片工藝的高容量制造工藝的需要。本發(fā)明涉及用于在可調(diào)透鏡或棱鏡的操作和生產(chǎn)期間會出現(xiàn)的問題的解決方案，其中軟聚合物構(gòu)成透鏡體的主要部分。具有可變形軟聚合物的可調(diào)光學(xué)元件例如在NO20064271、DE3644225A以及NO20070797中有描述。

圖1中所示的可調(diào)透鏡包括五個元件：致動器（例如壓電環(huán)）1，其安裝在薄柔性膜（通常為玻璃）2上，薄柔性膜2接觸軟聚合物3，以及優(yōu)選地在另一側(cè)上的較硬的基板5。致動器使薄柔性膜變形，從而形成透鏡形狀。可變形聚合物附著到該膜上，并且整個玻璃-聚合物-玻璃結(jié)構(gòu)起可調(diào)透鏡的作用。圖1所示的可調(diào)透鏡設(shè)計的優(yōu)點在于可利用晶片工藝進(jìn)行制造，從而能夠以低的單位成本進(jìn)行高容量生產(chǎn)。由玻璃或其他相對較硬但是柔性的材料制成的連續(xù)的膜的存在結(jié)合連續(xù)的或半連續(xù)的剛性支撐材料4使得能夠在晶片規(guī)模處理中相對容易地進(jìn)行操作，并且例如還在照相機(jī)系統(tǒng)中提供使能組件的支撐結(jié)構(gòu)。其他可調(diào)光學(xué)元件可以使用基本上相同的原理進(jìn)行生產(chǎn)，其中在例如致動器的幾何形狀以及柔性膜的厚度方面具有修改。可調(diào)棱鏡的例子在專利申請NO20070797中被描述。

現(xiàn)有技術(shù)中使用的軟聚合物可以具有大于500ppm/k的熱膨脹系數(shù)。與典型值（例如玻璃或硅（2-10ppm/K）以及甚至硬的聚合物材料（通常50-200ppm/k））相比的較大差值會在包含這些材料的混合物的混合構(gòu)造中引起問題，無論是在生產(chǎn)和安裝期間還是在連續(xù)運行期間。用于移動照相機(jī)的典型工作溫度將是-25至55攝氏度，然而生產(chǎn)溫度在短時期內(nèi)可以高達(dá)260攝氏度。

可以測量或者模擬圖1所描述的透鏡組件的溫度增加的效應(yīng)。增加溫度將引起薄玻璃膜的膨脹，該膨脹可能是由于向致動器施加電壓而引起的膨脹的幾倍大。圖2給出了放大的示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)中公開的可調(diào)透鏡和棱鏡則會具有非常窄的工作溫度范圍，這會使部件的實際使用非常受限。

在圖1中所示的可調(diào)透鏡設(shè)計中，聚合物被封裝在空腔中?？蛇x的設(shè)計提出僅僅部分地填充空腔（見圖1的右手側(cè)，其中6是充氣空間，其還被陳述為減少熱膨脹的效應(yīng)（PCT/NO2007/000332和000333）。然而，模擬和實驗所驗證的結(jié)果表明，封閉空腔內(nèi)聚合物的部分填充不會是用于熱效應(yīng)的足夠的補償手段。模擬的結(jié)果得到的補償效果的例子被示意地示出在圖2中。

如圖2中所示，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是明顯的是，只要透鏡材料是固態(tài)聚合物，用于補償熱膨脹的所提議的現(xiàn)有技術(shù)解決方案將不是足夠的。如果透鏡設(shè)計包括充液透鏡，如在例如專利JP2002239769、JP2001257932和JP2000081503中所描述的那樣，提供用于膨脹液體的釋放通道和空間將是足夠的。對于用作透鏡體的固態(tài)聚合物（當(dāng)然是由于它們的特別是在生產(chǎn)和耐用性、穩(wěn)定性等方面的有益性能而被利用）來說，在一個或更多表面物理地附著于周圍的表面（例如上述可調(diào)透鏡中的玻璃表面）的情況下，具有供聚合物膨脹到其中的限制的開放空間將是足夠的。

因此本發(fā)明的一方面是提供用于補償或最小化由熱膨脹相差較大的材料的組合構(gòu)成的可調(diào)光學(xué)元件的熱膨脹效應(yīng)的被動和主動方法及裝置。

本發(fā)明的另一個方面在于提供用于制造可調(diào)透鏡、棱鏡及其他光學(xué)元件的解決方案，它們可利用高容量制造工藝、在晶片規(guī)模工藝中、可與完整微照相機(jī)的晶片規(guī)模組件中的圖像傳感器和固定透鏡相整合地進(jìn)行制造。

本發(fā)明的另一個方面在于提供經(jīng)得住在高于250攝氏度的溫度下進(jìn)行的高度期望的無鉛焊接回流工藝的可調(diào)透鏡或棱鏡部件。具有可經(jīng)得住用于將電子部件安裝到芯片板之上的該標(biāo)準(zhǔn)工藝的微型照相機(jī)，對于尤其是消費電子設(shè)備（諸如移動照相機(jī)等）的高容量/低成本生產(chǎn)的實現(xiàn)來說是必需的。

圖1示出包括由聚合物制成的透鏡體的現(xiàn)有技術(shù)的可調(diào)透鏡的例子。

圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的透鏡組件中的熱膨脹效應(yīng)。

圖3示出本發(fā)明實施例的一個例子。

圖4a示出本發(fā)明實施例的另一個例子。

圖4b示出本發(fā)明實施例的又一個例子。

圖5示出本發(fā)明實施例的又一個例子。

在本發(fā)明實施例的一個例子中，底部玻璃元件5的一部分被切割從而不受支撐結(jié)構(gòu)的影響，如圖3中所示。聚合物在這種情況下填充由薄玻璃膜和剛性壁形成的空腔的大部分。底部元件5可以是玻璃，或是任何光學(xué)透明且比軟聚合物3更硬的材料。可使用的其他材料是例如模壓塑料和相對硬的彈性體。

在本發(fā)明實施例的另外一個例子中，如圖4a中所示，聚合物并未填滿整個空腔，而是被提供在透鏡或棱鏡的光學(xué)光路中。

該實施例的另一個變化是包括具有屈光度的元件用在底部玻璃元件，如圖4b中所示。這在可調(diào)透鏡是光學(xué)物鏡的一部分、具有一個或更多固定透鏡時是特別有益的，這是因為底部光學(xué)界面對物鏡的總屈光度有貢獻(xiàn)，這具有例如將焦點處的全部光線向下聚集至圖像傳感器的表面的功能。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，從熱補償?shù)慕嵌葋碚f，在底部玻璃元件之上具有凹面或凸面是有利的。由于熱膨脹，在光軸的方向上會有光學(xué)界面的輕微的移位。該移位在特殊的透鏡設(shè)計中可能引起不想要的效應(yīng)，諸如像平面內(nèi)的聚焦不良或其他像差誤差。熱補償可調(diào)透鏡的底部玻璃的凹的或凸的形狀-取決于整個照相機(jī)物鏡的設(shè)計-在某些情況下會減少此類不想要的效應(yīng)。

在所有上述本發(fā)明的實施例中，可能有利的是向壓電致動器提供作為溫度的函數(shù)的小電壓。對于某些設(shè)計來說，為了實現(xiàn)對熱膨脹的甚至更好的補償這可能是必要的。圖5中所示的是具有（８）和不具有（7）這種校正電壓的透鏡剖面的一種例子。

為了高容量地生產(chǎn)熱補償可調(diào)透鏡，在晶片上執(zhí)行處理是顯然的，優(yōu)選地使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體處理設(shè)備。

所有上述實施例還會解決不同于透鏡的其他可調(diào)光學(xué)元件（特別是可調(diào)棱鏡）的有關(guān)熱膨脹的問題，但也用于以下這樣的其他可調(diào)光學(xué)元件：在該可調(diào)光學(xué)元件中，致動器結(jié)構(gòu)（例如安裝到玻璃膜上的壓電致動器）被附著到軟聚合物和支撐結(jié)構(gòu)二者以便在生產(chǎn)期間進(jìn)行操作以及用于安裝在成像系統(tǒng)（照相機(jī)）內(nèi)，其中較大的熱膨脹差值將引起不想要的效應(yīng)。這種可調(diào)光學(xué)元件的例子可以是濾波器和光柵。

已經(jīng)描述了上面的實施例，意圖對圓形形狀或類似的透鏡和棱鏡起作用。用于熱補償?shù)南嗤硪矊χ嫱哥R或其他透鏡體幾何形狀起作用。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，當(dāng)軟聚合物的形狀被設(shè)計成具有兩個垂直于光軸的平行表面時，這將確保熱膨脹平行于光軸而發(fā)生，這將不會引起任何角度失真。在特殊的情況下，可能期望具有軟聚合物的非平行結(jié)構(gòu)，并且在這些情況下熱膨脹將以具有相對于光軸的輕微的角度失真的方式發(fā)生，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的那樣，這可以由其他光學(xué)裝置來補償。