用於使透鏡在一個光學套筒內定心的方法和裝置的製作方法
2023-09-23 01:34:00 1
專利名稱：用於使透鏡在一個光學套筒內定心的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學，特別涉及使一個透鏡在一個光學套筒內定心。
眾所周知，光學裝置通常需要沿著一個公共中心線(或光學軸線)對中以起到適當的作用。例如，為了使一個透鏡與一個圖像檢測器結合起到適當的作用，通常使用一個光學套筒以使所述透鏡與所述套筒和圖像檢測器的公共中心線(或光學軸線)對中。當然，所述透鏡必須在套筒內適當地定心以使所述透鏡、套筒和圖像檢測器都與所述公共中心線(或光學軸線)對中。
在由McGraw Hill Inc．於1990年發表的Modern OpticalEngineering的490-492頁中關於透鏡安裝的論述中(這些內容在這裡引入作為參考)作者Warren J．Smith指出大多數透鏡元件都是以一種緊配合的方式安裝在套筒中的。如Smith所論述的，在現有技術中已知的使透鏡在套筒內定心的各種方法包括如
圖1A中所示的利用一個金屬絲彈簧圈將所述透鏡固定在一個延伸到所述套筒內孔中的V形槽(V-grove)中；如圖1B中所示的利用一個片簧圈固定所述透鏡；如圖1C中所示的利用三個帶槽的杆以相互之間成120度的角度固定所述透鏡；如圖1D和1E中所示的利用帶螺紋的鎖環固定所述透鏡；如圖1F中所示的利用所述套筒的一個薄的所謂「自旋式(spinning)」肩部固定所述透鏡，所述套筒的「自旋式」肩部在一個拋光步驟中被折回；以及如圖1G中所示的利用一個充滿粘結劑的槽通過在適當的位置對所述透鏡進行粘結來固定所述透鏡。
儘管現有技術中的這些示例分別提供了一些優點，但是仍存在其它的需要解決的問題。例如，如果為了便於製造和降低成本而將所述透鏡和套筒製成松公差的，那麼通常需要使套筒尺寸過大以適應透鏡中的偏差和套筒中的偏差。因此，以松配合的方式將透鏡安裝到尺寸過大的孔中將產生不良的光學對中和光學性能。
或者，如果將所述透鏡和套筒製成緊公差，那麼將使所述透鏡緊密地安裝在所述孔中，從而提供良好的光學對中和光學性能。但是，將所述透鏡和套筒製成緊公差與製成松公差相比是非常困難的且成本較高。
對於另一種情況，通過將所述透鏡和套筒製成松公差能夠便於製造和降低成本，而可通過使所述透鏡在套筒內仔細定心和複雜的重新對中後續工序來達到良好的光學對中和光學性能。但是，按照所述透鏡和帶孔套筒的松公差，進行這樣仔細且複雜的重新對中工序是非常困難的且成本較高。
人們需要一種用於使所述透鏡在光學套筒內定心的簡單、容易且方便的方法和裝置，並且即使在為了便於製造和降低成本而將所述光學部件和套筒製成松公差的情況下，這種方法和裝置也能夠保持良好的光學對中和光學性能。
本發明提供一種用於使一個光學部件(諸如一個透鏡元件)在一個光學套筒內定心的簡單、容易且方便的方法和裝置，並且即使在為了便於製造和降低成本而將所述光學部件和套筒製成松公差的情況下，這種方法和裝置也能夠保持良好的光學對中和光學性能。
簡單而言，本發明包括一個具有一個外周邊的光學部件以及一個光學套筒，所述光學套筒具有一個用於接收所述光學部件外周邊的內周邊。根據本發明的原理，多個可變形的脊部設置於所述光學部件的外周邊和所述光學套筒的內周邊之間，在將所述光學部件插入到所述光學套筒中時，通過使所述多個可變形的脊部變形以使所述光學部件和所述光學套筒沿著一個公共光學軸線對中。
本發明的其它特徵和優點可從下面的詳細描述中明顯地得到，下面將結合附圖利用本發明的具體實施例對本發明進行詳細地描述。
圖1A至圖1G示出了現有技術的截面圖。
圖2A至圖2D示出了本發明的一個優選實施例的各種視圖。
圖3A至圖3C是表示本發明該優選實施例的操作方法的三個等軸圖。
圖4A至圖4C分別是圖3A至圖3C相應的簡化側視圖。
圖5A至圖5C是表示本發明另一個實施例的操作方法的三個等軸圖。
圖6A至圖6C分別是圖5A至圖5C相應的簡化側視圖。
圖2A至圖2D示出了本發明的一個優選實施例的各種視圖。本發明包括一個光學部件100，諸如一個透鏡元件，如這些圖中所示，所述光學部件100具有一個外周邊。根據本發明的原理，多個可變形的脊部103設置在所述光學部件的外周邊和所述套筒的內周邊之間，當將所述光學部件插入到一個帶有孔的光學套筒(未在圖2A至圖2D中示出)中時，通過使所述脊部變形以使所述光學部件和所述套筒沿著一個公共的光學軸線對中。在該優選實施例中，如圖2A至圖2D中所示，所述可變形的脊部103從所述光學部件的外周邊向外延伸。在該優選實施例中，所述可變形的脊部與所述光學部件是利用一種或多種注射模製方法一體形成的，該光學部件是由一種或多種適合的塑料材料製成的。為了便於製造，可僅通過一種注射模製方法僅利用一種適合的塑料材料製成所述光學部件。
在如圖2A至圖2D中所示的該優選實施例中，所述光學部件具有一個大致為圓形的橫截面，所述可變形的脊部基本上是均勻成形的並且是圍繞所述光學部件的周邊基本上均勻分布的，這些可變形的脊部的柔軟性基本上是相同的，這樣，在將所述光學部件插入到所述光學套筒中時，通過使這些脊部變形以使所述光學部件和所述套筒沿著所述公共的光學軸線對中。例如，如圖2B中特別示出的，在該優選實施例中，所述光學部件一共具有六個可變形的脊部，每一個所述脊部分別具有一個大致為三角形的橫截面，並且每一個所述脊部分別具有一個基本上相等的高度h，所述高度h大約在0．1毫米至0．5毫米的範圍內(在變形之前)，其中，這些脊部103圍繞所述光學部件的周邊均勻地分布，相鄰脊部之間的角度大約為60度。
為了使這些脊部易於變形，這些脊部是由一種硬度有限的材料製成的。例如，為了便於製造，在該優選實施例中，整個光學部件(包括所述脊部)都是由一種適合的透明塑料材料製成的，諸如洛氏硬度(scale M)為70的聚碳酸酯；洛氏硬度(scale M)為75的甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚物；洛氏硬度(scale M)為90的聚苯乙烯(苯乙烯)；或者洛氏硬度(scale M)為97的甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸)。
如側視圖2C中特別示出的，在該優選實施例中，所述每一個可變形的脊部分別具有一個長度1，所述長度1大約在1毫米至3毫米的範圍內，所述可變形的脊部103之間的長度1基本上是相同的，這樣，在將所述光學部件插入到所述光學套筒中時，通過使這些脊部變形以使所述光學部件和所述套筒沿著所述公共的光學軸線對中。
由於如前面所述，所述可變形的脊部的橫截面基本上為三角形，因此應該理解的是，每一個所述脊部(在變形之前)分別具有一個突出且細長的頂部，所述突出且細長的頂部從所述光學部件的周邊向外延伸，所述突出且細長的頂部沿著每一個脊部的長度方向橫向延伸，並且所述突出且細長的頂部符合這種基本上為三角形的橫截面。如下面將詳細描述的，當將所述光學部件插入到所述套筒中時，通過使所述脊部變形以使每一個脊部的頂部沿著所述脊部的長度方向被壓平。
圖3A至圖3C是表示本發明該優選實施例的操作方法的三個等軸圖。圖4A至圖4C分別是圖3A至圖3C相應的簡化側視圖。除了所述光學部件100具有可變形的脊部103以外，本發明還包括光學套筒200，所述光學套筒200具有內周邊，所述內周邊用於接受所述光學部件的外周邊，其中，如圖中所示，所述光學套筒的內周邊具有基本上為圓形的橫截面。
雖然為了簡化，在這些圖中，所示光學套筒的外周邊的橫截面也以基本上圓形示出的，但是應該理解的是，本發明的光學套筒的外周邊橫截面並不僅限於這樣的形狀。實際上，在諸如光學滑鼠(計算機定點裝置)應用和光學頁面掃描儀應用的消費品應用中，製造的效率和經濟性會使所述光學套筒的外周邊用作一個更大且多用途的組件，以便除了用於接受所述光學部件以外還可接受其它部件。
圖3A和圖4A中示出的所述光學部件100位於所述光學套筒200的附近。圖3B和4B中示出的所述光學部件大約有一半插入到所述光學套筒中。在圖4B中，將所述光學套筒視為透明的(如虛線所示)，移動所述光學套筒以顯示每一個脊部103的各個頂部的被壓平部分105。因此，應該理解的是，當所述光學部件大約有一半插入到所述光學套筒中時，所述套筒200的內周邊在沿著每一個脊部大約一半的長度上與每一個脊部的頂部接合併使所述頂部被壓平。
圖3C和圖4C示出的是所述光學部件完全插入到所述光學套筒中。在圖4C中，將所述光學套筒視為透明的(如虛線所示)，(再次)移動所述光學套筒以顯示每一個脊部的各個被壓平的頂部105。因此，應該理解的是，當所述光學部完全插入到所述光學套筒中時，所述套筒200的內周邊在沿著每一個脊部的總長度上與每一個脊部的頂部接合併使所述頂部被壓平。為了使這樣的頂部能夠變平，當所述光學部件插入到所述套筒中時，每一個所述可變形的脊部在變形時具有各自的高度，所述高度大約在0．05毫米至0．4毫米的範圍內。
為了便於製造和降低成本，最好將所述光學部件和套筒製成松公差。例如，在該優選實施例中，所述光學部件的外周邊加上脊部被製成的直徑大約為6毫米，其公差大約為0．02毫米，所述套筒內周邊的直徑大約為5．9毫米，其公差大約為0．02毫米。
為了使變形均勻，在該優選實施例中，所述套筒是由一種硬度大大超過所述脊部材料的材料製成，諸如一種適合的塑料材料。例如，在該優選實施例中，所述套筒是由加有大約百分之三十玻璃纖維的高模數強化聚碳酸酯製成的。
根據這裡所給出的各種均勻性的啟示，通過使每一個脊部的各自頂部同程度地被壓平來使它們變形，從而使由所述套筒施加在這些頂部的作用力平衡並且達到一種突出的定心效果。因此，在所述光學部件插入到所述光學套筒中時，通過使這些脊部變形以使所述光學部件和所述套筒沿著所述公共的光學軸線對中。
圖5A至圖5C是表示本發明另一個實施例的操作方法的三個等軸圖。圖6A至圖6C分別是圖5A至圖5C相應的簡化側視圖。如圖5A中特別示出的，在這個實施例中，可變形的脊部303與一個光學套筒300的內周邊一體形成，所述光學套筒300是利用一種或多種注射模製方法採用一種或多種適合的材料材料形成的。
該實施例的圖5A和圖6A示出的一個具有基本上光滑外周邊的光學部件400位於所述光學套筒300的附近。為了使變形均勻，在該實施例中，所述光學部件的光滑外周邊是由一種硬度大大超過所述可變形脊部材料的材料製成，諸如一種適合的塑料材料。
圖5B和6B中示出的所述光學部件大約有一半插入到另一個光學套筒中。因此，應該理解的是，當所述光學部件大約有一半插入到所述光學套筒中時，所述光學部件400的外周邊在沿著每一個脊部大約一半的長度上與每一個脊部的頂部接合併使所述頂部被壓平。
圖5C和圖6C示出的是所述光學部件完全插入到另一個光學套筒中。因此，應該理解的是，當所述光學部完全插入到所述光學套筒中時，所述光學部件400的外周邊在沿著每一個脊部的總長度上與每一個脊部的頂部接合併使所述頂部被壓平。
如上所述，本發明提供了一種用於使一個諸如透鏡元件的光學部件在一個光學套筒內定心的簡單、容易且方便的方法和裝置，並且即使在為了便於製造和降低成本而將所述光學部件和套筒製成松公差的情況下，這種方法和裝置也能夠保持良好的光學對中和光學性能。儘管前面已經對本發明的特定實施例進行了描述，但是本發明並不僅限於上述的特定形式或部件的分布，並且可在不超出本發明保護範圍的情況下對這些特定實施例進行各種改進和變型。因此，本發明的保護範圍是由下面的權利要求書限定的，而不是由說明書中描述的內容限定。
權利要求
1．一種裝置，包括一個具有一外周邊的光學部件(100)；以及一個光學套筒(200，300)，所述光學套筒(200，300)具有一個用於接收所述光學部件(100)的外周邊的內周邊；設置於所述光學部件(100)的外周邊和所述光學套筒(200，300)的內周邊之間的多個可變形的脊部(103)，在將所述光學部件(100)插入到所述光學套筒(200，300)中時，通過使所述多個可變形的脊部(103)變形以使所述光學部件(100)和所述光學套筒(200，300)沿著一個公共光學軸線對中。
2．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述可變形的脊部(103)從所述光學部件(100)的外周邊向外延伸。
3．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述可變形的脊部(103)從所述光學套筒(200，300)的內周邊延伸以使所述可變形的脊部(103)與所述光學部件(100)的外周邊接合。
4．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述具有外周邊的光學部件(100)是一個具有一外周邊的透鏡；以及所述可變形的脊部(103)從所述透鏡的外周邊向外延伸。
5．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述具有外周邊的光學部件(100)是一個具有一外周邊的透鏡；以及所述可變形的脊部(103)從所述光學套筒(200，300)的內周邊延伸以使所述可變形的脊部(103)與所述透鏡的外周邊接合。
6．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述多個可變形的脊部(103)基本上是均勻成形的，以便當將所述光學部件(100)插入到所述光學套筒(200，300)中時，通過使所述多個可變形的脊部(103)變形，從而使所述光學部件(100)和所述光學套筒(200，300)沿著所述公共光學軸線對中。
7．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述多個可變形的脊部(103)的柔軟性基本上是相同的，以便當將所述光學部件(100)插入到所述光學套筒(200，300)中時，通過使所述多個可變形的脊部(103)變形，從而使所述光學部件(100)和所述光學套筒(200，300)沿著所述公共光學軸線對中。
8．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述每一個可變形的脊部(103)都具有各自的高度，在脊部(103)產生任何變形之前，所述高度大約在0．1毫米至0．5毫米的範圍內。
9．一種如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述每一個可變形的脊部(103)都具有各自的長度，所述長度大約在1毫米至3毫米的範圍內。
10．一種方法，包括下列步驟提供一個具有一外周邊的光學部件(100)；以及還提供一個具有一內周邊的光學套筒(200，300)，所述內周邊用於接收所述光學部件(100)的外周邊；在所述光學部件(100)的外周邊和所述光學套筒(200，300)的內周邊之間設置多個可變形的脊部(103)；將所述光學部件(100)插入到所述光學套筒(200，300)中；使所述脊部(103)變形；以及使所述光學部件(100)和所述光學套筒(200，300)沿著一個公共軸線對中。
全文摘要
一種用於使一個諸如透鏡元件的光學部件(100)在一個光學套筒(200,300)內定心的方法和裝置。所述光學部件具有一個外周邊,所述光學套筒具有一個內周邊以接收所述光學部件的外周邊。多個可變形的脊部(103)設置在所述光學部件的外周邊和所述光學套筒的內周邊之間,在所述光學部件插入到所述光學套筒中時,通過使所述多個可變形的脊部變形以使所述光學部件和所述光學套筒沿著一個公共光學軸線對中。
文檔編號G02B7/02GK1293376SQ0012263
公開日2001年5月2日 申請日期2000年8月11日 優先權日1999年10月13日
發明者D·D·波恩, E·A·米克施 申請人:惠普公司