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JP4823137B2 - 光学レンズおよびその製造方法 - Google Patents

光学レンズおよびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、光学レンズおよびその製造方法に関し、より詳細には、小型化および薄型化に寄与し、構造および製造工程を簡素化して原価を節減することで生産性を向上させる可変焦点型の光学レンズ(VARIABLE FOCUS OPTICAL LENS)およびその製造方法に関する。
一般的に光学レンズとは、少なくとも2つの屈折曲面を有する透明体またはレンズを意味するものである。このような光学レンズは、各種カメラ、望遠鏡、顕微鏡など実生活の多様な分野において広く用いられている。
一例として、光学レンズを用いるカメラモジュールは、カメラセット自体だけでなく、携帯電話やPDAなどの個人携帯端末機にも適用されている。最近、個人携帯端末機は、単なる音声送受信機能の他にも各種マルチメディア機能(例えばカメラ、ゲーム、音楽再生、放送、インターネットなど)を含む多目的な電子機器として発展している。このような発展に伴い、小さい空間により多くの機能を集積しようとする試みが施されている。
また、最近、カメラモジュールは、カメラの基本機能はもちろん、より優れた映像を得るために、自動焦点調節機能(auto focusing)、自動被写体拡大撮影機能(auto zooming)、自動近距離接近撮影(auto macro)機能などの機能を含んで製作されている。しかし、個人携帯端末機に装着されるカメラモジュールに各種の高級機能を備えて製作するには、レンズの大きさや機械的なレンズ駆動装置の物理的な大きさによって、モジュールサイズの制限が伴うという問題点を抱いている。
すなわち、前記のような高級機能を具現するためには、基本レンズの他に接近レンズ、標準レンズ、望遠レンズまたはズームレンズなどを種類別にそれぞれ備え、目的に応じてレンズを交換する必要がある。また、自動焦点調節機能を具現するためには、レンズの光学的特性(焦点距離)の変形が必要となり、このような変形を調節するための別途のモータおよびドライバを備えなければならないため、カメラモジュールが大きくなってしまうという問題点が発生するのである。
これにより、従来技術では、エレクトロウェッティング(electrowetting)現象を用いた流体レンズが提示された。
流体レンズとは、レンズの曲率変化を用いて自動焦点およびズームの機能を得るものである。すなわち、流体レンズでは、エレクトロウェッティング現象を用いることで、レンズの曲率変化が可能となる。ここで、前記エレクトロウェッティング技術とは、絶縁体でコーティングされた電極上で伝導性流体と非伝導性流体が触れ合っているときに、外部で電極と伝導性流体に電圧が印加されて伝導性流体の表面張力を制御することで、伝導性流体の接触角と2つの流体の界面の形状を変化させることを意味する。このようなエレクトロウェッティング技術を用いた流体レンズは、機械的なレンズの移動が必要ないため、カメラモジュールの小型化が可能であるという長所を有している。
しかし、従来の流体レンズは、チップ単位それぞれを別途の工程で製造しなければならないため、製造工程の増加により製造単価が上昇し、生産性が低下するという問題点を抱いている。また、従来の流体レンズは、流体に流動を生成したり、流圧を加えるために高い駆動電圧が必要となったり、焦点合わせに要する応答時間が長くなるとういう問題点を有している。
それだけでなく、従来の流体レンズには、流体に流圧(または流動)を加えるときに正確な流体量を分配し難いという問題点もある。特に、レンズ部と流路の境界部位において不安定的で局所的な変形が発生することで、正確な流体量の分配が不可能となり、信頼性および安全性が低下するという問題点がある。
特開1995−49404号公報 特開2003−114309号公報
本発明は、前記のような従来技術を改善するために案出されたものであって、製品をより小型かつ薄型で製作することができ、構造および製造工程を簡素化して原価を節減することで生産性を向上させる光学レンズおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ウエハレベル工程を介して製造されるため大量生産に有利であり、製造費用を節減することができる光学レンズおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、流体に流動を生成したり、流圧を加えるときに、少ない電力消耗で最適の効率を得ることができる光学レンズおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、焦点合わせに要する応答時間を短縮させることができる光学レンズおよびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、流体に流圧(または流動)を加えるときに、全体的に均等に流体を分配することで、信頼性および安全性の低下を防ぐことができる光学レンズおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上述した本発明の目的を達成するために、本発明の一側面によれば、光学レンズは、互いに連通するレンズ室および流室(fluidic chamber)が形成された透光性基板と、レンズ室を密封する透光性弾性膜と、流室を密封するバッファ弾性膜と、流室に対応してバッファ弾性膜上に提供され、透光性弾性膜に作用する圧力が可変されるように流室の体積を可変させるアクチュエータと、を含む。
透光性弾性膜およびバッファ弾性膜は一体で連結されたり、場合によっては互いに独立的に分離してそれぞれ提供されたりする。また、透光性弾性膜およびバッファ弾性膜は、互いに同一または異なる材質で形成される。
本発明の他の好ましい実施形態によれば、光学レンズは、互いに離隔しながら連通して第1レンズ面および流室が形成された透光性基板と、第1レンズ面および流室が密封されるように透光性基板に提供され、第1レンズ面の上側に第2レンズ面を形成する透光性弾性膜と、流室に対応して透光性弾性膜上に提供され、電源が印加されることによって変形して流室の体積を可変させるアクチュエータと、を含む。
透光性基板は、多様な大きさおよび材質で形成され、ウエハ円盤から提供される。流路は、流室と第1レンズ面の間に全面的に形成されることはもちろん、所定の間隔を置いて離隔して複数で形成されも良い。流室は、第1レンズ面に対して1つだけ備えることもできるし、第1レンズ面に対して複数の流室がそれぞれ連通して連結されるように構成することもできる。また、透光性基板は、第1レンズ面を通過する光の経路上に配置されるように形成される光学レンズ面を含むことができ、光学レンズ面は球面または非球面で成すことができる。
透光性弾性膜は、透光性基板と同一または異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成される。曲げ変形を伴うアクチュエータの効率は、アクチュエータの拘束条件によって大きく異なる。したがって、アクチュエータの拘束を最小化して効率の極大化を図るために、透光性弾性膜は、アクチュエータに比べて相対的に極めて低い弾性係数を有する材質で形成されるのが好ましい。一例として、前記透光性弾性膜は、透明で耐久性および柔軟性が優れたポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane:PDMS)で形成されたり、その他の通常の弾性重合体(elastomer)で形成されたりする。場合によっては、透光性弾性膜の表面に反射防止コーティング層および赤外線遮断コーティング層などの機能性コーティング層または保護層が形成されることもある。
透光性基板および透光性弾性膜の第1レンズ面および第2レンズ面は、凸状または凹状の球面で形成されたり、非球面形態で形成されたりする。
アクチュエータとしては、通常使用される多様な方式のものが用いられるが、好ましくは厚さが極めて薄くて消費電力が少ない電気活性ポリマー(electro active polymer:EAP)で成された通常のポリマーアクチュエータが用いられる。一例として、ポリマーアクチュエータとしては、P(VDF−TrFE)(共重合体)などの電歪ポリマー(electrostrictive polymer)を含んで成されたポリマーアクチュエータ、アクリレイト(arcrylate)およびシリコーン(silicone)などの誘電弾性体(dielectric elastomer)を含んで成されたポリマーアクチュエータ、イオンポリマーメタル複合体(ionic polymer metal composite:IPMC)などのようなイオン性ポリマー(ionic polymer)を含んで成されたポリマーアクチュエータが適用される。
本発明のさらに他の好ましい実施形態によれば、光学レンズは、互いに離隔して第1レンズ面および流室が形成された透光性基板と、第1レンズ面に対応してレンズ孔が形成され、流室の上部を覆うように透光性基板の上面に提供されるカバー基板と、レンズ孔が密封されるようにカバー基板の上面に提供され、第1レンズ面の上側に第2レンズ面を形成する透光性弾性膜と、流室の下部を覆うように透光性基板の底面に提供され、電源が印加されることによって変形して流室の体積を可変させるアクチュエータと、を含み、透光性基板とカバー基板の相互対向面のうちの少なくともいずれか一側には、第1レンズ面と流室を連通して連結する流路が形成される。
透光性基板は、多様な大きさおよび材質で形成され、ウエハ円盤からつくられる。カバー基板は、透光性基板と互いに同一の材質で形成されたり、互いに異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成されたりする。カバー基板は透光性基板とは異なり、光が直接透過する部分ではないため、透光性能が殆どない材質で形成されても良い。
カバー基板と透光性基板の間の接合は、通常の接合方法によって成される。一例として、カバー基板および透光性基板は、直接接合(direct bonding)または陽極接合(anodic bonding)によって接合したり、場合によってはカバー基板と透光性基板の間の接合を通常の接着剤によって成すように構成したりする。
流路は、透光性基板のみにまたはカバー基板のみに形成されたり、透光性基板およびカバー基板の相互対向面にそれぞれ流路を形成して相互協調的に流路を成すように構成したりする。
透光性基板の底面にはバッファ弾性膜が提供され、アクチュエータはバッファ弾性膜上に提供される。バッファ弾性膜は、透光性弾性膜と同一または異なる特性を有する材質で形成される。バッファ弾性膜は透光性弾性膜とは異なり、光が透過する部分ではないため、透光性能が殆どない材質で形成されても良いが、アクチュエータの効率向上のために、透光性弾性膜と同等な弾性係数を有する材質で形成されるのが好ましい。
以上のように、本発明に係る光学レンズおよびその製造方法によれば、光学レンズの構造および製造工程を簡素化して光学レンズをより小型および薄型で製作できるようになり、原価を節減して生産性を向上させることができる。
特に、本発明は、ウエハレベル工程を介して光学レンズを製造することができ、大量生産に有利であるため製造費用を節減させて製品単価を低めることができる。
また、本発明は、光学レンズが採用される製品(例えばカメラモジュール)の全体の高さを低めることができ、軽薄短小化した製品を製造することができる。
また、本発明は、アクチュエータが相対的に弾性係数が低い弾性膜を媒介として装着されるようにすることで、電力消耗を最小化することはもちろん、同じ電力下でアクチュエータの変形が最大となるようにすることができる。
また、本発明は、光学レンズの焦点合わせに要する応答時間を短縮させることができる。
また、本発明は、流体に流圧(または流動)を加えるときに、全体的に均等に流体が分配されることで、信頼性および安全性の低下を防ぐことができる。
以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明するが、本発明がこれらの実施形態によって制限または限定されることはない。また、以下の説明において、公知の機能あるいは構成に対する具体的な説明は、本発明の要旨を明瞭にするために省略することもある。
図1は、本発明の一実施形態に係る光学レンズの構造を示した斜視図であり、図2および図3は、本発明の一実施形態に係る光学レンズの構造を示した分離斜視図および部分切断斜視図であり、図4は、本発明の一実施形態に係る光学レンズの構造を示した断面図である。
本発明に係る光学レンズは、互いに連通するレンズ室および流室が形成された透光性基板と、レンズ室を密封する透光性弾性膜と、流室を密封するバッファ弾性膜と、流室に対応してバッファ弾性膜上に提供され、透光性弾性膜に作用する圧力が可変されるように流室の体積を可変させるアクチュエータと、を含む。透光性弾性膜およびバッファ弾性膜は一体で連結されたり、場合によっては互いに独立的に分離してそれぞれ提供される。また、このような透光性弾性膜およびバッファ弾性膜は、互いに同一または異なる材質で形成される。以下、透光性弾性膜およびバッファ弾性膜が一体で形成された例を説明する。
図1〜4に示すように、本発明の一実施形態に係る光学レンズ100は、透光性基板110と、透光性弾性膜120と、アクチュエータ130と、を含む。
透光性基板110は、透明または半透明の透光性材質で形成される。一例として、透光性基板110は、透明な通常のガラスまたはシリコーンで形成される。このような透光性基板110は、透光性材質で成されたウエハ円盤(circular wafer)からつくられ、透光性基板110をつくるウエハ円盤としては、4、6、8、10インチなど多様な大きさを有するウエハ円盤が用いられる。
透光性基板110の上面には、所定の深さを有する流室114および流室114と所定の間隔を置いて離隔して下部レンズ面(第1レンズ面)112が上面に露出して形成されており、流室114および下部レンズ面112は、互いに連通して連結されている。このため、流室114と下部レンズ面112の間には流路116が形成されており、流路116も透光性基板110の上面に露出して形成されている。このような流室114、下部レンズ面112、および流路116は、通常のエッチング(etching)または機械加工などの加工方法によって形成される。流路116は、流室114と下部レンズ面112との間に全面的に形成されることはもちろん、所定の間隔を置いて離隔して複数で形成されても良い。場合によっては、流路が透光性基板の内部に形成されるように構成することもできる。
また、前記のような流室は、下部レンズ面112に対して1つだけ備えることもできるし、下部レンズ面112に対して複数の流室がそれぞれ連通して連結されるように構成することもできる。流室114の個数および配置構造は、要求される条件および設計仕様によって多様に変更される。
透光性弾性膜120は、透明または半透明の弾性材質で形成され、下部レンズ面112および流室114が密封されるように透光性基板110の上面に提供されて、下部レンズ面112の上側に上部レンズ面(第2レンズ面)122を形成する。
透光性弾性膜120は、透光性基板110と同一または異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成される。一例として、透光性弾性膜120は、透明で耐久性および柔軟性が優れたポリジメチルシロキサンで形成されたり、その他の通常の弾性重合体で形成されたりする。
透光性弾性膜120は、通常の接着剤または接合方法によって透光性基板110の上面に一体で付着して、下部レンズ面112、流室114および流路116が密封されるようにし、その一部は下部レンズ面112の上側に上部レンズ面122を形成する。場合によっては、透光性弾性膜120の表面に、反射防止コーティング層および赤外線遮断コーティング層などの機能性コーティング層または保護層が形成されることもある。
また、前述した下部レンズ面112および上部レンズ面122は、凸状または凹状な球面で形成されたり、非球面形態で形成されたりする。
一方、前記のように透光性弾性膜120によって密封された密封空間には、水またはオイルなどの光学流体10が注入される。このために、透光性基板110の一側には、光学流体10を注入するための注入口が形成され、該注入口は光学流体が注入された後に再び密封される。
アクチュエータ130は、上部レンズ面122に作用する圧力が選択的に可変されるように、流室114に対応して透光性弾性膜120上に提供され、電源が印加されることよって上または下に湾曲して変形することで、流室114の体積が可変されるようになる。すなわち、アクチュエータ130の変形によって流室114の体積が可変されれば、これと連通したレンズ室(上/下部レンズ面112の間の空間)の体積も可変されるため、これによって上部レンズ面122に作用する圧力が可変されて変形が誘発され、上部レンズ面122および下部レンズ面112による焦点距離が変更される。
アクチュエータ130としては、通常使用される多様な方式のアクチュエータが用いられるが、好ましくは、厚さが極めて薄くて消費電力が少ない電気活性ポリマーで成された通常のポリマーアクチュエータが用いられる。
なお、電気活性ポリマーとは、圧電材料と同様に電圧を加えることで変形が生じるようになる材料を意味するものであるが、圧電材料に比べて変形程度が極めて大きいという点で異なる。このような電気活性ポリマーは、電場によって作動するもの、静電気によって作動するもの、イオンによって作動するものに大別される。
一方、図5〜7は、本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、ポリマーアクチュエータを説明するための図である。
図5で示すように、ポリマーアクチュエータ130aは、P(VDF−TrFE)(共重合体)などの電歪ポリマー(electrostrictive polymer)を含んで成る。電歪ポリマー層131aに電源を印加すれば、電歪ポリマー層131aに一種の圧電(piezoelectric)効果のような電歪変形(electrostrictive strain)が誘発され、これによりポリマーアクチュエータ130aが上または下に湾曲するように変形する。
他の例として、図6に示すように、ポリマーアクチュエータ130bは、アクリレイトおよびシリコーンなどの誘電弾性体を含んで成ることができる。誘電弾性体層131bの両面に備わった電極に電源を印加して両電極に電位差を誘発すれば、誘電弾性体層131bと各電極の間のマクスウェルの応力(Maxwell force)によって誘電弾性体層が上または下に湾曲するように変形する。
さらに他の例として、図7に示すように、ポリマーアクチュエータ130cは、イオンポリマーメタル複合体(ionic polymer metal composite:IPMC)などのイオン性ポリマーを含んで成る。イオン性ポリマー層131cの両面に備わった電極に電源を印加すれば、イオン性ポリマー層131c内部の陽イオンが陰極方向に移動する電気浸透(electro−osmosis)現象によって、イオン性ポリマー層131cが上または下に湾曲するように変形する。
さらに、このようなアクチュエータ130は、透光性弾性膜120上に付着することによって、効果の極大化を図ることができる。図8Aおよび8Bは、本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、アクチュエータの作動状態を説明するための断面図である。図8Aおよび8Bに示すように、ポリジメチルシロキサンのような弾性重合体で成された透光性弾性膜120は、活性ポリマー(active polymer)で成されたポリマーアクチュエータ130と比べて弾性係数が数百分の一程度と極めて低いため、ポリマーアクチュエータ130が曲げ変形を起こすときに、ポリマーアクチュエータ130を拘束せずにポリマーアクチュエータ130の効率を極大化することができる。
言い換えれば、図8Aに示すように、アクチュエータ130が透光性弾性膜120を排除して透光性基板110に直接装着される場合には、アクチュエータ130の付着部位が透光性基板に拘束されているため、アクチュエータ130の変形(変形量δ1)が効率的に成されなくなる。しかし、図8Bに示すように、アクチュエータが透光性弾性膜120を媒介として透光性基板110に装着される場合には、透光性弾性膜120にアクチュエータ130が付着する部位がアクチュエータ130の曲げ変形のときに同時に変形するため、アクチュエータ130の付着部位を拘束せずに変形量δ2(δ2>δ1)を極大化することができる。これによって電力消耗を最小化することができ、同じ電力下でアクチュエータ130の変形量および応答速度を極大化することができる。
一方、図9および図10は、本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、レンズ部およびアクチュエータの設計条件を説明するための図である。
流圧(または流動)の変化による透光性弾性膜120の形状は、下記の数式(1)に基づいて近似化することができる。
Figure 0004823137
図9を参照すると、数式(1)において、W(r)はz方向の変位であり、Wは中央における最大変位であり、aはレンズの半径である。
中央における最大変位が与えられたとき、レンズ内に存在する光学流体の体積変化量は下記の数式(2)で表される。
Figure 0004823137
一方、数式(1)によって与えられる変形が発生したとき、焦点距離fは下記の数式(3)によって計算され得る。
Figure 0004823137
図9を参照すると、数式(3)において、nとnはそれぞれ光学流体と透光性基板110の屈折率であり、RとRはそれぞれ上部レンズ面122と下部レンズ面112の曲率半径である。
したがって、数式(3)の右辺の第1項はRが変化するときに変化する屈折力(dioptric power)を示し、第2項は下部レンズ面112によって固定した屈折力を示す。これから、50D(diopter)の変化を与えるためには、光学流体をオイル(n=1.52)と仮定し、透光性基板110をガラス(n=1.60)と仮定した場合、上部レンズ面122の曲率半径が10mmより大きく変化しなければならならない。これは、直径がa=1mmである上部レンズ面122の場合、最大たわみW=50μm(オイルの体積変化25ナノリットル)に該当する。
また、薄膜として使用可能な透光性弾性膜120は、ポリジメチルシロキサンのように光の透過率が優れており(>95%)、ヤング率(Young’s Modulus)が低いため(数KPa)、数KPa程度の流圧だけでも十分に変形を発生することができ、大きな変形でも永久変形が発生してはいけない。前記各数学式によって計算されたように、50Dの屈折力を変化させるためには、たわみW=50μmが発生するように駆動しなければならず、このときに必要な流圧pは数式(4)から計算され得る。
Figure 0004823137
数式(4)において、Eはヤング率であり、vはポアソン比(Poisson’s ratio)であり、tは厚さである。薄膜材料をポリジメチルシロキサン(E=約3MPa、v=0.48)と仮定し、厚さを0.1mmとした場合、たわみW=50μmを発生させるためには、約1KPaの流圧が必要であることが分かる。
一方、アクチュエータ130として電歪ポリマーを含んで成されたポリマーアクチュエータを用いて駆動する場合は、図10のような構造を有する。
図10に示すように、ポリマーアクチュエータは、上部の不活性(inactive)領域と下部の活性(active)領域で形成されており、電圧を加えると電極に垂直方向の膨張または収縮が発生し、ポアソン効果によって電極に平行方向の変形が発生することで、アクチュエータ構造全体に曲げ変形を誘発するようになる。参考までに、弾性係数が低い透光性弾性膜120の影響を無視した場合、上部の不活性領域と下部の活性領域の高さを同一にすることで最大の変形を得ることができる。ここでも透光性弾性膜120は、アクチュエータ130の変形を増加させるのに効率的に用いられる。すなわち、曲げ変形を伴うアクチュエータ130の効率は、アクチュエータ130の拘束条件によって大きく変化する。しかし、透光性弾性膜120の弾性係数がアクチュエータ130に用いられるポリマーに比べて数百分の一程度と低いため、アクチュエータ130が曲げ変形を起こすときに拘束をしないことで、アクチュエータ130の効率が良くなる。前記数式を介して計算した50Dの屈折力を変化させるためには(これは、25ナノリットル駆動に該当)、2mm×2mmの流室114の場合には約30mmのたわみが必要となり、これは80mm厚さ(ta=40mm、ti=40mm)のアクチュエータ130で約0.3%の電歪(electrostrictive strain)が発生するように設計しなければならないことが分かる。
以下、本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明する。
図11〜19は、本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。
本発明に係る光学レンズは、互いに離隔しながら連通して下部レンズ面112および流室114が形成された透光性基板110を提供する段階と、下部レンズ面112および流室114が密封されて下部レンズ面112の上側に上部レンズ面122が形成されるように透光性基板110の上面に透光性弾性膜120を提供する段階と、電源が印加されることによって変形するアクチュエータ130を流室114に対応するように透光性弾性膜120の上面に提供する段階と、前記上/下部レンズ面112および流室114に該当する個別モジュールが提供されるように透光性基板110をダイシング(dicing)する段階と、を含むウエハレベル工程によって製造される。
透光性基板110を提供する段階では、まず、図11に示すように、透明または半透明の透光性材質で形成された透光性基板110を用意する。一例として、透光性基板110は、通常の透明なガラスであって、4、6、8、10インチなど多様な大きさで形成される。
図12に示すように、この段階では、透光性基板110の上面に所定の深さを有する流室114および流室114と所定の間隔を置いて離隔して下部レンズ面112が上面に露出して形成されており、流室114および下部レンズ面112は互いに連通して連結されている。流室114および下部レンズ面112の連結は、透光性基板110の上面に外部に露出して下部レンズ面112および流室114を連結する流路116を形成することで成される。このような流室114、下部レンズ面112、および流路116は、通常のエッチングまたは機械加工などの加工方法によって形成される。
流路116は、流室114と下部レンズ面112との間に全面的に形成され、場合によっては所定の間隔を置いて離隔して複数で形成されても良い。また、流室114は、下部レンズ面112に対して1つだけ備えることもできるし、下部レンズ面112に対して複数の流室114がそれぞれ連通して連結されるように構成することもできる。
その後、透光性基板110の上面に下部レンズ面112および流室114が密封され、下部レンズ面112の上側に上部レンズ面122が形成されるように透光性弾性膜120が提供される。このような透光性弾性膜120は、透光性基板110上に直接形成されるが、離型シート141を媒介として提供した後に透光性基板110に付着することもできる。
図13および図14に示すように、透光性弾性膜120を提供する段階は、透光性弾性膜120を離型シート141上に形成する段階と、離型シート141上に形成された透光性弾性膜120を透光性基板110に付着する段階と、離型シート141を透光性弾性膜120から分離する段階と、を含む。
離型シート141としては、硬性離型シートまたは軟性離型シートを用いることができ、透光性弾性膜120は、離型シート141上に透明または半透明の弾性材料を塗布またはスピンコーティングなどの方法によって薄膜形態で形成される。
このような透光性弾性膜120は、透光性基板110と同一または異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成される。一例として、透光性弾性膜120は、透明で耐久性および柔軟性が優れたポリジメチルシロキサンのような弾性重合体で形成される。
その後、離型シート141が付着した状態で透光性弾性膜120を透光性基板110の上面に付着した後、透光性弾性膜120から離型シート141を分離することで、透光性基板110上に透光性弾性膜120を提供することができる。
また、離型シート141と透光性弾性膜120との間の接着は、選択的に分離可能(detachable)に1度の接着に対してのみ接着力を持つように構成されるのが好ましく、透光性弾性膜120と透光性基板110との間の接着は、上述した離型シート141と透光性弾性膜120との間の接着力に比べて相対的に強い接着力を持つように構成されるのが好ましい。
このように、離型シート141と透光性弾性膜120との間の分離が容易に成されるように、離型シート141上に透光性弾性膜120を形成する前に離型シート141の表面にテフロン(登録商標)コーティング層(teflon coating layer)などを形成するための工程を追加することができる。また、逆に、透光性弾性膜120と透光性基板110が強く接着するように、透光性弾性膜120を透光性基板110に付着する前に透光性弾性膜120と透光性基板110の相互接着面に酸素プラズマエッチングなどの表面処理のための工程を追加することもできる。
また、前述した透光性基板110および透光性弾性膜120に形成される下部レンズ面112および上部レンズ面122は、凸状または凹状の球面で形成されたり、非球面形態で形成されたりする。
次に、電源が印加されることによって変形するアクチュエータ130を流室114に対応して透光性弾性膜120の上面に提供する。ここで、アクチュエータ130としては、通常使用される多様な方式のアクチュエータが用いられる。
好ましくは、厚さが極めて薄くて消費電力が少ない電気活性ポリマーで成された通常のポリマーアクチュエータが用いられる。一例として、ポリマーアクチュエータとしては、P(VDF−TrFE)(共重合体)などの電歪ポリマーを含んで成されたポリマーアクチュエータ、アクリレイトおよびシリコーンなどの誘電弾性体を含んで成されたポリマーアクチュエータ、イオンポリマーメタル複合体などのイオン性ポリマーを含んで成されたポリマーアクチュエータが適用される(図5〜7参照)。
このようなポリマーアクチュエータは、透光性弾性膜120上に直接形成されるが、離型シート142を媒介として提供した後に透光性弾性膜120に付着することもできる。
図15〜17に示すように、アクチュエータ130を提供する段階は、アクチュエータ130を離型シート142上に形成する段階と、離型シート142に形成されたアクチュエータ130を透光性弾性膜120に付着する段階と、離型シート142をアクチュエータ130から分離する段階と、を含む。
離型シート142としては、硬性離型シートまたは軟性離型シートが用いられる。また、ポリマーアクチュエータ130は、離型シート上にポリマーおよび/または電極を順に積層することで形成される。
その後、離型シート142が付着した状態でポリマーアクチュエータ130を透光性弾性膜120の上面に付着した後、アクチュエータ130から離型シート142を分離することで、透光性弾性膜120上にポリマーアクチュエータ130を提供することができる。
また、離型シート142とアクチュエータ130との間の接着は、選択的に分離可能に1度の接着に対してのみ接着力を持つように構成されるのが好ましく、アクチュエータ130と透光性弾性膜120との間の接着は、前述した離型シート142とアクチュエータ130との間の接着力に比べて相対的に強い接着力を持つように構成されるのが好ましい。
このように、離型シート142とアクチュエータ130との間の分離が容易に成されるように、離型シート142上にアクチュエータ130を形成する前に離型シート142の表面にテフロン(登録商標)コーティング層などを形成するための工程を追加することができる。また、逆に、アクチュエータ130と透光性弾性膜120が強く接着するように、アクチュエータ130を透光性弾性膜120に付着する前にアクチュエータ130と透光性弾性膜120の相互接着面に酸素プラズマエッチングなどの表面処理のための工程を追加することもできる。
以後、図18に示すように、透光性弾性膜120によって密封された密封空間には、水またはオイルのような光学流体10が注入される。光学流体10は、透光性基板110の一側に形成された注入口を介して注入され、注入口は光学流体の注入が終了すると再び密封される。本実施形態では、アクチュエータ130が付着した後に光学流体が注入される例を説明しているが、場合によってはアクチュエータ130が付着する前に光学流体が注入されても良い。
最後に、図19に示すように、透光性基板110を個別モジュール単位でダイシングする。
透光性基板110をダイシングする段階は、一般的なダイシング装備を介して成すことができ、これによって透光性基板110は、上部レンズ面122、下部レンズ面112、および流室114に該当する個別モジュールに分離される。
一方、上述した透光性基板110の底面またはその内部には、下部レンズ面112を通過する光の経路上に配置されるように、下部レンズ面112に対応して光学レンズ面を形成することができる。このような光学レンズ面は、凸状または凹状の球面で形成されたり、非球面形態に形成されたりする。また、前記光学レンズ面は、透光性基板110を提供する段階で形成されるのが好ましいが、場合によっては光学レンズを構成する各種構成部品が付着した後に形成されても良い。
図20は、本発明の他の実施形態に係る光学レンズの構造を示した斜視図であり、図21および図22は、本発明の他の実施形態に係る光学レンズの構造を示した分離斜視図および部分切断斜視図であり、図23は、本発明の他の実施形態に係る光学レンズの構造を示した断面図である。
また、前述した構成と同一および類似する部分に対しては、同一または類似した参照符号を付与し、これについての詳細な説明は省略する。
図20〜23に示すように、本発明の他の実施形態に係る光学レンズ200は、透光性基板210と、カバー基板250と、透光性弾性膜220と、アクチュエータ230と、を含む。
透光性基板210は、透明または半透明の透光性材質で形成される。一例として、透光性基板210は、透明な通常のガラスまたはシリコーンで形成される。このような透光性基板210は、透光性材質で成されたウエハ円盤からつくられる。また、透光性基板210をつくるウエハ円盤としては、4、6、8、10インチなど多様な大きさを有するウエハ円盤が用いられる。
透光性基板210の上面には、所定の深さを有する流室214および流室214と所定の間隔を置いて離隔して下部レンズ面212が上面に露出して形成されている。このような流室214、下部レンズ面212は、通常のエッチングまたは機械加工などの加工方法によって形成される。
カバー基板250は、流室214の上段開口部を覆うように透光性基板210の上面に密着して接合する。このようなカバー基板250は、透光性基板210と互いに同一の材質で形成されたり、互いに異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成されたりする。カバー基板250は、下部レンズ面212が形成される透光性基板210とは異なり、光が直接透過する部分ではないため、透光性能が殆どない材質で形成されても良い。一例として、カバー基板250は、通常のガラスまたはシリコーンのようなポリマー成形材で形成される。
カバー基板250には、下部レンズ面212と対応して同一の光軸上に配置されるように、厚さ方向に沿って貫通してレンズ孔254が形成されている。このようなレンズ孔254も、上述したように、通常のエッチングまたは機械加工などの加工方法によって形成される。
また、カバー基板250と透光性基板210との間の接合は、通常の接合方法によって成される。一例として、カバー基板250および透光性基板210がすべて通常のガラスで形成される場合、カバー基板250と透光性基板210は、別途の接着剤を用いずに直接接合によって接合される。他の例として、カバー基板250および透光性基板210がそれぞれ通常のシリコーンおよびガラスで形成される場合、カバー基板250と透光性基板210は、別途の接着剤を用いずに陽極接合によって接合される。この他にも、カバー基板250と透光性基板210の間の接合が通常の接着剤によって成されることもできる。
また、透光性基板210とカバー基板250の相互対向面のうちの少なくともいずれか一側には、下部レンズ面212と流室214を連通して連結するための流路252が形成される。このような流路は、たとえば、透光性基板のみにまたはカバー基板のみに形成されたり、透光性基板およびカバー基板の相互対向面にそれぞれ流路を形成して相互協調的に流路を成すように構成したりする。以下、透光性基板210と対向するカバー基板250のみに所定の深さを有する流路252が底面に露出して形成された例を説明する。
また、流路252は、流室214と下部レンズ面212との間に全面的に形成されるのはもちろん、所定の間隔を置いて離隔して複数で形成されても良い。また、前記流室は、下部レンズ面212に対して1つだけ備えることもできるし、下部レンズ面212に対して複数の流室がそれぞれ連通して連結されるように構成することもできる。流室214の個数および配置構造は、要求される条件および設計仕様によって多様に変更される。
透光性弾性膜220は、透明または半透明の弾性材質で形成されており、レンズ孔254が密封されるようにカバー基板250の上面に提供され、下部レンズ面212の上側に上部レンズ面222を形成する。
透光性弾性膜220は、透光性基板210と同一または異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成される。一例として、透光性弾性膜220は、透明で耐久性および柔軟性が優れたポリジメチルシロキサンのような弾性重合体で形成される。
透光性弾性膜220は、通常の接着剤または接合方法によってカバー基板250の上面に一体で付着してレンズ孔が密封されるようにし、その一部は下部レンズ面212の上側に上部レンズ面222を形成する。場合によっては、透光性弾性膜220の表面に、反射防止コーティング層および赤外線遮断コーティング層などの機能性コーティング層または保護層が形成されることもある。
また、上述した下部レンズ面212および上部レンズ面222は、凸状または凹状の球面で形成されたり、非球面形態で形成されたりする。
アクチュエータ230は、選択的に上部レンズ面222に作用する圧力が可変されるように、流室214の下端開口部を覆うようにして透光性基板210の底面に提供され、電源が印加されることによって上または下に湾曲して変形することで、流室214の体積が可変されるようになる。すなわち、アクチュエータ230の変形によって流室214の体積が可変されれば、これと連通したレンズ室(上部レンズ面222と下部レンズ面212との間の空間)の体積も可変されるため、これによって上部レンズ面222に作用する圧力が可変されて変形が誘発され、上部レンズ面222および下部レンズ面212による焦点距離が変更される。
アクチュエータ230としては、通常使用される多様な方式のアクチュエータが用いられるが、好ましくは厚さが極めて薄くて消費電力が少ない電気活性ポリマーで成された通常のポリマーアクチュエータが用いられる。
一例として、ポリマーアクチュエータは、P(VDF−TrFE)(共重合体)などの電歪ポリマーを含んで成り、または、アクリレイトおよびシリコーンなどの誘電弾性体を含んで成る。この他にも、イオンポリマーメタル複合体などのイオン性ポリマーを含んで成ることができる。
一方、前記のように透光性弾性膜220およびアクチュエータ230によって密封された密封空間には、水またはオイルなどの光学流体10が注入される。このために、透光性基板210またはカバー基板250の一側には、光学流体10を注入するための注入口が形成され、該注入口は光学流体が注入された後に再び密封される。
以上のように、本発明の他の実施形態に係る光学レンズによれば、流室214と各レンズ面との間の空間を連結する流路252の一面が、弾性変形が可能な材質、すなわち透光性弾性膜220によって形成されるのではなく、透光性弾性膜220に比べて相対的に硬い透光性基板210およびカバー基板250の間に形成されるようにすることで、流体に流圧(または流動)を加えるときに正確な流体量が分配されるようになる。
特に、このような構造は、各レンズ面212,222と流路252の境界部位において不安定的で局所的な変形が発生することを未然に防ぐようにし、正確な流体量を均等に分配するようになる。また、このような構造は、光学流体10の移動時間を短縮させて焦点合わせに要する応答時間を縮めることができ、作動圧力の急激な増加を防ぐことにより信頼性および安全性の低下を防ぐようになる。
以下、本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明する。
図24〜32は、本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の他の実施形態に係る光学レンズは、下部レンズ面212と流室214が形成された透光性基板210およびレンズ孔254が形成されたカバー基板250を提供する段階と、透光性基板210およびカバー基板250のうちの少なくともいずれか一側に下部レンズ面212および流室214を連通して連結するための流路252を形成する段階と、流路252が透光性基板210およびカバー基板250の間に配置されるようにカバー基板250を透光性基板210に接合する段階と、レンズ孔254が密封されて下部レンズ面212の上側に上部レンズ面222が形成されるようにカバー基板250の上面に透光性弾性膜220を提供する段階と、電源が印加されることによって変形するアクチュエータ230を流室214の下部を覆うように透光性基板210の底面に提供する段階と、前記上部レンズ面222、下部レンズ面212および流室214に該当する個別モジュールを提供するように透光性基板210をダイシングする段階と、を含むウエハレベル工程によって製造される。
透光性基板210およびカバー基板250を提供する段階では、まず、図24に示すように、透明または半透明の透光性材質で形成された透光性基板210を用意する。一例として、透光性基板210は通常の透明なガラスであって、4、6、8、10インチなど多様な大きさで形成される。
次に、図25に示すように、透光性基板210と互いに同一の材質で形成されたり、互いに異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成されたカバー基板250を用意する。カバー基板250は、下部レンズ面212が形成される透光性基板210とは異なり、光が直接透過する部分ではないため、透光性能が殆どない材質で形成されても良い。一例として、カバー基板250は、通常のガラスまたはシリコーンのようなポリマー成形材で形成される。
この段階で、透光性基板210には、厚さ方向に沿って貫通して流室および流室214と所定の間隔を置いて離隔して下部レンズ面212が上面に露出して形成され、カバー基板250には、下部レンズ面212と対応して同一の光軸上に配置されるように厚さ方向に沿って貫通してレンズ孔254が形成される。このような流室214、下部レンズ面212、およびレンズ孔254は、通常のエッチングまたは機械加工などの加工方法によって形成される。
その後、透光性基板210とカバー基板250の相互対向面のうちの少なくともいずれか一側に下部レンズ面212と流室214とを連通して連結するための流路252を形成する。このような流路は、透光性基板のみにまたはカバー基板のみに形成されたり、透光性基板およびカバー基板の相互対向面にそれぞれ流路を形成して相互協調的に流路を成すように構成したりする。以下、図25に示すように、透光性基板210と対向するカバー基板250のみに所定の深さを有する流路252が底面に露出して形成された例を説明する。また、このような流路252は、カバー基板250のレンズ孔254を形成するときに同時に形成される。
また、流路252は、流室214と下部レンズ面212との間に全面的に形成されるのはもちろん、所定の間隔を置いて離隔して複数で形成されても良い。また、前記流室は、下部レンズ面に対して1つだけ備えることもできるし、下部レンズ面に対して複数の流室がそれぞれ連通して連結されるように構成することもできる。流室214の個数および配置構造は、要求される条件および設計仕様によって多様に変更される。
次に、図26に示すように、前述した流路252が透光性基板210およびカバー基板250の間に配置されるように、カバー基板250を透光性基板210に接合する。カバー基板250と透光性基板210との間の接合は、通常の接合方法によって成され、カバー基板250および透光性基板210の材質によって接合方法が変更される。一例として、カバー基板250および透光性基板210がすべて通常のガラスで形成される場合、カバー基板250と透光性基板210は、別途の接着剤を用いずに直接接合によって接合される。他の例として、カバー基板250および透光性基板210がそれぞれ通常のシリコーンおよびガラスで形成される場合、カバー基板250と透光性基板210は、別途の接着剤を用いずに陽極接合によって接合される。この他にも、カバー基板250と透光性基板210の間の接合が通常の接着剤によって成されることもできる。
その後、図27に示すように、カバー基板250の上面にレンズ孔254が密封されて、下部レンズ面212の上側に上部レンズ面222が形成されるように透光性弾性膜220を提供するようになる。このような透光性弾性膜220はカバー基板250上に直接形成されるが、離型シートを媒介として提供された後にカバー基板250に付着することもできる。
すなわち、透光性弾性膜220を提供する段階は、透光性弾性膜220を離型シート上に形成する段階と、前記離型シートに形成された透光性弾性膜220をカバー基板250に付着する段階と、前記離型シートを透光性弾性膜220から分離する段階と、を含む(図13および図14参照)。
前記離型シートとしては、硬性離型シートまたは軟性離型シートが用いられ、透光性弾性膜220は、離型シート上に透明または半透明の弾性材料を塗布またはスピンコーティングなどの方法によって薄膜形態で形成される。
このような透光性弾性膜220は、透光性基板210と同一または異なる特性(例えば屈折率および透過率など)を有する材質で形成される。一例として、透光性弾性膜220は、透明で耐久性および柔軟性が優れたポリジメチルシロキサンのような弾性重合体で形成される。
その後、離型シートが付着した状態で透光性弾性膜220をカバー基板250の上面に付着した後、透光性弾性膜220から離型シートを分離することで、カバー基板250上に透光性弾性膜220を提供することができる。
また、前記離型シートと透光性弾性膜220との間の接着は、選択的に分離可能に1度の接着に対してのみ接着力を持つように構成されるのが好ましく、透光性弾性膜220とカバー基板250との間の接着は、前述した離型シートと透光性弾性膜220との間の接着力に比べて相対的に強い接着力を持つように構成されるのが好ましい。
このように、離型シートと透光性弾性膜220との間の分離が容易に成されるように、離型シート上に透光性弾性膜220を形成する前に離型シートの表面にテフロン(登録商標)コーティング層などを形成するための工程を追加することができる。また、逆に、透光性弾性膜220とカバー基板250が強く接着するように、透光性弾性膜220をカバー基板250に付着する前に透光性弾性膜220とカバー基板250の相互接着面に酸素プラズマエッチングなどの表面処理のための工程を追加することもできる。
また、前述した透光性基板210および透光性弾性膜220に形成される下部レンズ面212および上部レンズ面222は、凸状または凹状の球面で形成されたり、非球面形態で形成されたりする。
次に、電源が印加されることによって変形するアクチュエータ230を流室214に対応して透光性基板210の底面に提供するようになる。ここで、アクチュエータ230としては、通常使用される多様な方式のアクチュエータが用いられる。
好ましくは、厚さが極めて薄くて消費電力が少ない電気活性ポリマーで成された通常のポリマーアクチュエータが用いられる。一例として、ポリマーアクチュエータとしては、P(VDF−TrFE)(共重合体)などの電歪ポリマーを含んで成されたポリマーアクチュエータ、アクリレイトおよびシリコーンなどの誘電弾性体を含んで成されたポリマーアクチュエータ、イオンポリマーメタル複合体などのイオン性ポリマーを含んで成されたポリマーアクチュエータが適用される。
このようなポリマーアクチュエータ230は、透光性基板210上に直接形成されたり、離型シート242が媒介として提供された後に透光性基板210に付着したりする。
図28〜30に示すように、アクチュエータ230を提供する段階は、アクチュエータ230を離型シート242上に形成する段階と、離型シート242に形成されたアクチュエータ230を透光性基板210に付着する段階と、離型シート242をアクチュエータ230から分離する段階と、を含む。
離型シート242としては、硬性離型シートまたは軟性離型シートが用いられ、ポリマーアクチュエータ230は、離型シート242上にポリマーおよび/または電極を順に積層することで形成される。
その後、離型シート242が付着した状態でポリマーアクチュエータ230を透光性基板210の底面に付着した後、アクチュエータ230から離型シート242を分離することで、透光性基板210上にポリマーアクチュエータ230を提供することができる。
また、離型シート242とアクチュエータ230との間の接着は、選択的に分離可能に1度の接着に対してのみ接着力を持つように構成されるのが好ましく、アクチュエータ230と透光性基板210との間の接着は、前述した離型シート242とアクチュエータ230との間の接着力に比べて相対的に強い接着力を持つように構成されるのが好ましい。
このように、離型シート242とアクチュエータ230との間の分離が容易に成されるように、離型シート242上にアクチュエータ230を形成する前に離型シート242の表面にテフロン(登録商標)コーティング層などを形成するための工程を追加することができる。また、逆に、アクチュエータ230と透光性基板210が強く接着するように、アクチュエータ230を透光性基板210に付着する前にアクチュエータ230と透光性弾性膜220の相互接着面に酸化プラズマエッチングなどの表面処理のための工程を追加することもできる。
以後、図31に示すように、透光性弾性膜220およびアクチュエータ230によって密封された密封空間には、水またはオイルのような光学流体10が注入される。光学流体10は、透光性基板210またはカバー基板250の一側に形成された注入口を介して注入され、注入口は光学流体の注入が終了した後に再び密封される。本実施形態では、アクチュエータ230が付着した後に光学流体10が注入される例を説明しているが、場合によってはアクチュエータ230が付着する前に光学流体が注入されることもある。
最後に、図32に示すように、透光性基板210を個別モジュール単位でダイシングする。
透光性基板210をダイシングする段階は、一般的なダイシング装備を介して成され、これによって透光性基板210は、上部レンズ面222、下部レンズ面212および流室214に該当する個別モジュールに分離される。
一方、前述した透光性基板210の底面または内部には、下部レンズ面212を通過する光の経路上に配置されるように、下部レンズ面212に対応して光学レンズ面が形成される。このような光学レンズ面は、凸状または凹状の球面で形成されたり、非球面形態で形成されたりする。また、前記光学レンズ面は、透光性基板210を提供する段階で形成されるのが好ましいが、場合によっては光学レンズ200を構成する各種構成部品が付着した後に形成されることもできる。
一方、図33〜35は、本発明のさらに他の実施形態に係る光学レンズの構造をそれぞれ示した断面図である。また、前述した構成と同一および類似する部分に対しては同一または類似した参照符号を付与し、それについての詳細な説明は省略する。
前述および図示した本発明の実施形態では、アクチュエータが透光性基板の底面に直接付着するように構成された例を説明しているが、この他にも図33に示すように、透光性基板210の底面にアクチュエータ230を付着する前に透光性基板210の底面にバッファ弾性膜320を提供することもできる。このようなバッファ弾性膜320は、上述した透光性弾性膜220と同一の材質で形成されたり、互いに異なる特性を有する材質で形成されたりする。バッファ弾性膜320は透光性弾性膜220とは異なり、光が透過する部分ではないため、透光性能が殆どない材質で形成されても良いが、アクチュエータ230の効率向上のために、透光性弾性膜220と同等な弾性係数を有する材質で形成されるのが好ましい。
また、前述および図示した本発明の実施形態では、流室の上/下部のうちいずれか一側のみにアクチュエータが提供された例を説明しているが、場合によっては図34に示すように、流室114の上/下部の両側にそれぞれアクチュエータ130を提供し、それぞれ独立的に駆動するように構成することもできる。
また、前述および図示した本発明の各実施形態では、レンズ部が下部レンズ面および上部レンズ面で構成された例を説明しているが、場合によっては図35に示すように、透光性基板110の底面に下部レンズ面112を通過する光の経路上に配置されるように、下部レンズ面112に対応して光学レンズ面118を形成することもできる。このような光学レンズ面118は、凸状または凹状の球面で形成されたり、非球面形態で形成されたりする。場合によっては、光学レンズ面が透光性基板の内部に形成されるように構成することもできる。
上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。
本発明の一実施形態に係る光学レンズの構造を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの構造を示した分離斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの構造を示した部分切断斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、ポリマーアクチュエータを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、ポリマーアクチュエータを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、ポリマーアクチュエータを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、アクチュエータおよび透光性弾性膜の作動状態を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、アクチュエータおよび透光性弾性膜の作動状態を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、レンズ部およびアクチュエータの設計条件を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズであって、レンズ部およびアクチュエータの設計条件を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの構造を示した斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの構造を示した分離斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの構造を示した部分切断斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの構造を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光学レンズの製造方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る光学レンズの構造をそれぞれ示した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る光学レンズの構造をそれぞれ示した断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る光学レンズの構造をそれぞれ示した断面図である。
符号の説明
100、200 光学レンズ、
110、210 透光性基板、
112、212 下部レンズ面、
114、214 流室、
116、252 流路、
120、220 透光性弾性膜、
122、222 上部レンズ面、
130、230 アクチュエータ、
141、142、242 離型シート、
250 カバー基板、
320 バッファ弾性膜。

Claims (50)

  1. 互いに連通するレンズ室および流室が形成された透光性基板と、
    前記レンズ室を密封する透光性弾性膜と、
    前記流室を密封するバッファ弾性膜と、
    前記流室に対応して前記バッファ弾性膜上に提供され、前記透光性弾性膜の曲率が可変されるように前記流室の体積を可変させるアクチュエータと、を含み、
    前記透光性弾性膜および前記バッファ弾性膜は、一体となるように連結され、
    前記アクチュエータは、活性領域および不活性領域として構成される電歪ポリマーを積層して形成され、当該活性領域と当該不活性領域とは同一高さを有することを特徴とする光学レンズ。
  2. 前記透光性弾性膜および前記バッファ弾性膜は、互いに同一の材質で形成されることを特徴とする請求項に記載の光学レンズ。
  3. 前記透光性弾性膜および前記バッファ弾性膜は、互いに異なる材質で形成されることを特徴とする請求項に記載の光学レンズ。
  4. 互いに連通する第1レンズ面および流室が形成された透光性基板と、
    前記流室を密封するバッファ弾性膜と、
    前記第1レンズ面および前記流室が密封されるように前記透光性基板に提供され、前記第1レンズ面と対応して可変する第2レンズ面を形成する透光性弾性膜と、
    前記流室に対応して前記透光性弾性膜上に提供され、電源が印加されることによって変形して前記流室の体積を可変させるアクチュエータと、を含み、
    前記透光性弾性膜および前記バッファ弾性膜は、一体となるように連結され、
    前記アクチュエータは、活性領域および不活性領域として構成される電歪ポリマーを積層して形成され、当該活性領域と当該不活性領域とは同一高さを有することを特徴とする光学レンズ。
  5. 前記透光性基板には、前記第1レンズ面および前記流室を連結する流路が外部に露出して形成され、
    前記流路は、前記透光性弾性膜によって覆われることを特徴とする請求項に記載の光学レンズ。
  6. 前記第1レンズ面および前記第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは球面状に形成されることを特徴とする請求項4または5に記載の光学レンズ。
  7. 前記第1レンズ面および前記第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは非球面状に形成されることを特徴とする請求項4または5に記載の光学レンズ。
  8. 前記透光性基板は、前記第1レンズ面を通過する光の経路上に配置されるように形成される光学レンズ面をさらに含むことを特徴とする請求項に記載の光学レンズ。
  9. 前記光学レンズ面は、球面状に形成されることを特徴とする請求項に記載の光学レンズ。
  10. 前記光学レンズ面は、非球面状に形成されることを特徴とする請求項に記載の光学レンズ。
  11. 前記透光性弾性膜はポリジメチルシロキサンで形成されることを特徴とする請求項10のいずれか一項に記載の光学レンズ。
  12. 互いに離隔して第1レンズ面および流室が形成された透光性基板と、
    前記第1レンズ面に対応してレンズ孔が形成され、前記流室の上部を覆うように前記透光性基板の上面に提供されるカバー基板と、
    前記レンズ孔が密封されるように前記カバー基板の上面に提供され、前記第1レンズ面に対応して第2レンズ面を形成する透光性弾性膜と、
    前記流室を密封するバッファ弾性膜と、
    前記流室の下部を覆うように前記透光性基板の底面に提供され、電源が印加されることによって変形して前記流室の体積を可変させるアクチュエータと、を含み、
    前記透光性弾性膜および前記バッファ弾性膜は、一体となるように連結され、
    前記アクチュエータは、活性領域および不活性領域として構成される電歪ポリマーを積層して形成され、当該活性領域と当該不活性領域とは同一高さを有し、
    前記透光性基板とカバー基板の相互対向面のうちの少なくともいずれか一側には、前記第1レンズ面と前記流室を連通して連結する流路が形成されることを特徴とする光学レンズ。
  13. 前記透光性基板および前記カバー基板は、互いに同一の材質で形成されることを特徴とする請求項12に記載の光学レンズ。
  14. 前記透光性基板および前記カバー基板は、互いに異なる材質で形成されることを特徴とする請求項12に記載の光学レンズ。
  15. 前記第1レンズ面および第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは球面状に形成されることを特徴とする請求項1214のいずれか一項に記載の光学レンズ。
  16. 前記第1レンズ面および第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは非球面状に形成されることを特徴とする請求項1214のいずれか一項に記載の光学レンズ。
  17. 前記透光性基板は、前記第1レンズ面を通過する光の経路上に配置されるように形成される光学レンズ面をさらに含むことを特徴とする請求項1216のいずれか一項に記載の光学レンズ。
  18. 前記光学レンズ面は球面状に形成されることを特徴とする請求項17に記載の光学レンズ。
  19. 前記光学レンズ面は非球面状に形成されることを特徴とする請求項17に記載の光学レンズ。
  20. 前記透光性弾性膜はポリジメチルシロキサンで形成されることを特徴とする請求項1219のいずれか一項に記載の光学レンズ。
  21. 互いに離隔して第1レンズ面および流室が形成された透光性基板と、
    前記第1レンズ面に対応してレンズ孔が形成され、前記流室の上部を覆うように前記透光性基板の上面に提供されるカバー基板と、
    前記レンズ孔が密封されるように前記カバー基板の上面に提供され、前記第1レンズ面に対応して第2レンズ面を形成する透光性弾性膜と、
    前記流室の下部を覆うように前記透光性基板の底面に提供されるバッファ弾性膜と、
    前記流室に対応して前記透光性弾性膜上に提供され、電源が印加されることによって変形して前記流室の体積を可変させるアクチュエータと、
    を含み、
    前記透光性基板とカバー基板の相互対向面のうちの少なくともいずれか一側には、前記第1レンズ面と前記流室を連通して連結する流路が形成され、
    前記透光性弾性膜および前記バッファ弾性膜は、一体となるように連結され、
    前記アクチュエータは、活性領域および不活性領域として構成される電歪ポリマーを積層して形成され、当該活性領域と当該不活性領域とは同一高さを有することを特徴とする光学レンズ。
  22. 前記第1レンズ面および前記第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは球面状に形成されることを特徴とする請求項21に記載の光学レンズ。
  23. 前記第1レンズ面および前記第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは非球面状に形成されることを特徴とする請求項21に記載の光学レンズ。
  24. 前記透光性基板は、前記第1レンズ面を通過する光の経路上に配置されるように形成される光学レンズ面をさらに含むことを特徴とする請求項2123のいずれか一項に記載の光学レンズ。
  25. 前記光学レンズ面は球面状に形成されることを特徴とする請求項24に記載の光学レンズ。
  26. 前記光学レンズ面は非球面状に形成されることを特徴とする請求項24に記載の光学レンズ。
  27. 前記透光性弾性膜はポリジメチルシロキサンで形成されることを特徴とする請求項2126のいずれか一項に記載の光学レンズ。
  28. 互いに離隔しながら連通して第1レンズ面および流室が形成された透光性基板を提供する段階と、
    前記第1レンズ面および前記流室が密封されて、前記第1レンズ面に対応して第2レンズ面が形成されるように前記透光性基板の上面に透光性弾性膜を提供する段階と、
    前記流室を密封するバッファ弾性膜を形成する段階と、
    電源が印加されることによって変形するアクチュエータを前記流室に対応して透光性弾性膜の上面に提供する段階と、
    前記第1レンズ面、前記第2レンズ面、および流室に該当する個別モジュールを提供するように前記透光性基板をダイシングする段階と、を含み、
    前記透光性弾性膜および前記バッファ弾性膜は、一体となるように連結され、
    前記アクチュエータは、活性領域および不活性領域として構成される電歪ポリマーを積層して形成され、当該活性領域と当該不活性領域とは同一高さを有することを特徴とする光学レンズの製造方法。
  29. 前記透光性弾性膜によって密封された空間に光学流体を注入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の光学レンズの製造方法。
  30. 前記第1レンズ面を通過する光の経路上に配置されるように前記透光性基板に光学レンズ面を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の光学レンズの製造方法。
  31. 前記光学レンズ面は球面状に形成されることを特徴とする請求項30に記載の光学レンズの製造方法。
  32. 前記光学レンズ面は非球面状に形成されることを特徴とする請求項30に記載の光学レンズの製造方法。
  33. 前記透光性弾性膜を提供する段階は、
    前記透光性弾性膜を離型シート上に形成する段階と、
    前記離型シートに形成された前記透光性弾性膜を前記透光性基板に付着する段階と、
    前記離型シートを前記透光性弾性膜から分離する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項2832のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  34. 前記アクチュエータを提供する段階は、
    前記アクチュエータを離型シート上に形成する段階と、
    前記離型シートに形成された前記アクチュエータを前記透光性弾性膜に付着する段階と、
    前記離型シートを前記アクチュエータから分離する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項2833のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  35. 前記透光性基板を提供する段階では、前記透光性基板に前記第1レンズ面および前記流室を連結する流路が外部に露出して形成され、前記流路によって前記第1レンズ面および前記流室が連通して連結されることを特徴とする請求項2834のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  36. 前記第1レンズ面および前記第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは球面状に形成されることを特徴とする請求項2835のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  37. 前記第1レンズ面および第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは非球面状に形成されることを特徴とする請求項2835のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  38. 前記透光性弾性膜はポリジメチルシロキサンで形成されることを特徴とする請求項2837のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  39. 第1レンズ面および流室が形成された透光性基板およびレンズ孔が形成されたカバー基板を提供する段階と、
    前記透光性基板および前記カバー基板のうちの少なくともいずれか一側に前記第1レンズ面および前記流室を連通して連結するための流路を形成する段階と、
    前記流路が前記透光性基板および前記カバー基板の間に配置されるように前記カバー基板を前記透光性基板に接合する段階と、
    前記レンズ孔が密封されて前記第1レンズ面に対応して第2レンズ面が形成されるように前記カバー基板の上面に透光性弾性膜を提供する段階と、
    前記流室を密封するバッファ弾性膜を形成する段階と、
    電源が印加されることによって変形するアクチュエータを前記流室の下部を覆うように透光性基板の底面に提供する段階と、
    前記第1レンズ面、第2レンズ面、および流室に該当する個別モジュールを提供するように前記透光性基板をダイシングする段階と、を含み、
    前記透光性基板は、前記バッファ弾性膜と一体となるように連結され、
    前記バッファ弾性膜は、前記アクチュエータが底部に提供される前に、前記透光性基板の底部に提供され、
    前記アクチュエータは、活性領域および不活性領域として構成される電歪ポリマーを積層して形成され、当該活性領域と当該不活性領域とは同一高さを有する光学レンズの製造方法。
  40. 前記透光性弾性膜によって密封された空間に光学流体を注入する段階をさらに含むことを特徴とする請求項39に記載の光学レンズの製造方法。
  41. 前記第1レンズ面を通過する光の経路上に配置されるように前記透光性基板に光学レンズ面を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項39に記載の光学レンズの製造方法。
  42. 前記光学レンズ面は球面状に形成されることを特徴とする請求項41に記載の光学レンズの製造方法。
  43. 前記光学レンズ面は非球面状に形成されることを特徴とする請求項41に記載の光学レンズの製造方法。
  44. 前記透光性弾性膜を提供する段階は、
    前記透光性弾性膜を離型シート上に形成する段階と、
    前記離型シートに形成された前記透光性弾性膜を前記カバー基板に付着する段階と、
    前記離型シートを前記透光性弾性膜から分離する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項39〜43のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  45. 前記アクチュエータを提供する段階は、
    前記アクチュエータを離型シート上に形成する段階と、
    前記離型シートに形成された前記アクチュエータを前記透光性基板に付着する段階と、
    前記離型シートを前記アクチュエータから分離する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項3944のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  46. 前記透光性基板および前記カバー基板は、互いに同一の材質で形成されることを特徴とする請求項3945のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  47. 前記透光性基板および前記カバー基板は、互いに異なる材質で形成されることを特徴とする請求項3945のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  48. 前記第1レンズ面および第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは球面状に形成されることを特徴とする請求項3947のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  49. 前記第1レンズ面および前記第2レンズ面のうちの少なくともいずれか1つは非球面状に形成されることを特徴とする請求項3947のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
  50. 前記透光性弾性膜はポリジメチルシロキサンで形成されることを特徴とする請求項3949のいずれか一項に記載の光学レンズの製造方法。
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