CN102565892A - 变焦透镜结构及其制造方法 - Google Patents
变焦透镜结构及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102565892A CN102565892A CN2011104233740A CN201110423374A CN102565892A CN 102565892 A CN102565892 A CN 102565892A CN 2011104233740 A CN2011104233740 A CN 2011104233740A CN 201110423374 A CN201110423374 A CN 201110423374A CN 102565892 A CN102565892 A CN 102565892A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- framework
- fluid
- silicone polymer
- dimethyl silicone
- zoom lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 210
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 113
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 35
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 33
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 claims description 33
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 210000004276 hyalin Anatomy 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims 8
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 abstract 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 abstract 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 abstract 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 abstract 1
- -1 polymethylsiloxane Polymers 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 31
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 229920000891 common polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L83/04—Polysiloxanes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/06—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of fluids in transparent cells
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
- G02B13/0085—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing wafer level optics
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
- G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G77/04—Polysiloxanes
Abstract
本发明提供了变焦透镜结构及其制造方法。该变焦透镜结构包括：框架，具有用光学流体填充的流体腔室并由含有预定流体的聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成；透明盖，设置在框架的顶表面上以覆盖流体腔室；透明弹性膜，设置在框架的底表面上以形成流体腔室的下盖；以及致动器，设置在弹性膜上。
Description
技术领域
根据示范性实施例的装置和方法涉及变焦透镜结构，更具体地，涉及使用光学流体的变焦透镜结构及其制造方法。
背景技术
现代便携式通讯设备已经发展为包括各种功能(诸如照相机功能、玩游戏功能、音乐播放功能、广播功能、互联网功能等以及简单的电话功能和信息发送功能)的多用途电子设备。而且，已经进行了将更多的功能集成在便携式通讯设备的小空间中的尝试。在要被集成在便携式通讯设备中的模块当中，照相机模块最难减小尺寸。在减小照相机模块中的成像光学系统的尺寸上受到限制。为了获得更好的图像质量，自动聚焦功能、防手抖功能、缩放功能等是必需的。然而，由于尺寸限制，将这些功能添加到照相机模块是不容易的。在照相机模块中起到自动聚焦功能的方法的示例是使用步进电机的方法、使用音圈电机(VCM)的方法、使用液体透镜的方法等。然而，使用步进电机的方法和使用音圈电机的方法由于尺寸限制而不适于便携式通讯设备。此外，在通过批量工艺制造使用步进电机和VCM方法的便携式通讯设备方面存在许多困难，因此不容易降低其制造成本。
为了避开这些问题，近来已经发展了微小的变焦透镜结构，其具有小的厚度、其调节透镜的焦距、并以晶圆级制造。在变焦透镜结构中，当致动器被驱动时施加到光学流体的压力改变，该压力改变导致膜(membrane)变形从而改变透镜的焦距。变焦透镜结构通常设置在照相机模块的前面并起到自动聚焦功能。在变焦透镜结构中，用作透镜的透明光学流体的轮廓改变，变焦透镜结构的焦点改变。然而，与相邻材料的热膨胀系数相比，光学流体具有相对高的热膨胀系数。因此，如果光学流体的操作温度改变，则光学流体的形状由于光学流体的体积的变化而变形。因而，期望发展一种变焦透镜结构，该变焦透镜结构具有能够补偿光学流体的由于温度变化引起的变形的结构。
发明内容
一个或更多示范性实施例包括使用光学流体的变焦透镜结构及其制造方法。
额外的示范性实施例将在以下的描述中部分阐述并将从该描述变得显然，或者可以通过实践给出的示范性实施例而习知。
根据一示范性实施例，一种变焦透镜结构包括：框架，具有用光学流体填充的流体腔室并由含有预定流体的聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成；透明盖，设置在框架的顶表面上从而覆盖流体腔室；透明弹性膜，设置在框架的底表面上从而形成流体腔室的下盖；以及致动器，设置在弹性膜上。
在示范性实施例中，光学流体和预定流体可以具有比PDMS高的热膨胀系数。微气泡(micro bubble)(也就是，空腔)形成在用于形成框架的PDMS中，预定流体填充在该微气泡中。微气泡的直径可以等于或小于约10μm。
根据示范性实施例，光学流体和预定流体的每个可以由不渗入PDMS的透明液体形成。光学流体和预定流体的每个可以由包括氟官能团的液体形成。例如，包括氟官能团的透明液体可以包括基于全氟聚醚(PFPE)的油。
在示范性实施例中，在PDMS中预定流体的浓度可以等于或大于约10％的重量百分比。
根据示范性实施例，框架的高度可以与光学流体的深度相同。
在其他示范性实施例中，框架的高度可以大于光学流体的深度。在这样的示范性实施例中，透明盖可以接触光学流体的顶表面和框架的顶表面。透明盖可以具有小于光学流体的热膨胀系数。具有比光学流体小的热膨胀系数的透明膜可以设置在光学流体的顶表面上，透明盖可以接触透明膜的顶表面和框架的顶表面。
根据示范性实施例，透明盖可以由玻璃或聚合物形成。弹性膜可以由PDMS形成。致动器可以包括聚合物致动器。
其他示范性实施例包括制造变焦透镜结构的方法。示范性实施例的方法包括：将预定流体混合到包括硬化剂的聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液中从而在PDMS溶液中形成用预定流体填充的微气泡；半硬化包含用预定流体填充的微气泡的PDMS溶液，然后处理该半硬化的PDMS溶液从而制造具有流体腔室的框架；将框架附接到透明盖；用光学流体填充框架的流体腔室；以及将透明弹性膜附接到框架从而密封光学流体。
根据示范性实施例，将框架附接到透明盖可以包括：表面处理透明盖；将PDMS溶液涂覆在透明盖的表面上，然后半硬化PDMS溶液；将PDMS溶液涂覆在框架的表面上，然后半硬化PDMS溶液；以及将框架附接到透明盖。
在示范性实施例中，将透明弹性膜附接到框架可以包括：表面处理预定膜层；将PDMS溶液涂覆在膜层的一个表面上，然后半硬化PDMS溶液；将膜层上的涂层附接到框架从而密封光学流体；以及将膜层从半硬化的PDMS溶液分离。
附图说明
从以下结合附图对示范性实施例的描述，示范性实施例的这些和/或其他方面将变得显然并更易于理解，在附图中：
图1A至图1C是根据现有技术的变焦透镜结构的截面图；
图2是根据一示范性实施例的变焦透镜结构的截面图；
图3是图2的变焦透镜结构在高温操作的截面图；
图4是曲线图，示出关于包括基于全氟聚醚(PFPE)的油的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的位移与温度的关系曲线；
图5是根据另一示范性实施例的变焦透镜结构的截面图；以及
图6是根据另一示范性实施例的变焦透镜结构的截面图。
具体实施方式
现在将详细参照示范性实施例，其示例在附图中示出，其中相似的附图标记始终指代相似的元件。在这点上，本发明的示范性实施例可以具有不同的形式而不应解释为限于这里阐述的描述。因而，仅在下面通过参照附图来描述示范性实施例，从而解释示范性实施例的各方面。
图1A至图1C是根据现有技术的变焦透镜结构的截面图。具体地，图1A、图1B和图1C分别示出在室温操作的变焦透镜结构、在相对高的温度操作的变焦透镜结构和在相对低的温度操作的变焦透镜结构。
参照图1A至图1C，流体腔室50形成在框架10中，光学流体60填充到流体腔室50中。流体60可以为例如透明油等。例如，框架10可以由硅形成。透明盖20设置在框架10的顶表面上并形成流体腔室50的上盖，透明弹性膜30设置在框架10的底表面上并形成流体腔室50的下盖。致动器40设置在弹性膜30的底表面上。弹性膜30包括致动器40设置在其上的驱动单元30b以及位于驱动单元30b内的可变透镜单元30a。在该结构中，当致动器40被驱动时，弹性膜30的驱动单元30b变形，压力施加到光学流体50。压力导致弹性膜30的可变透镜单元30a变形，从而改变透镜的焦距。
图1A示出变焦透镜结构在室温(例如，约20℃)操作的情形。在图1A中，弹性膜30的可变透镜单元30a具有平坦形状。当变焦透镜结构的操作温度从室温变化到相对高的温度(例如，变化到约60℃)时，弹性膜30的可变透镜单元30a具有在向下方向上的凸起形状，如图1B所示。此外，当变焦透镜结构的操作温度从室温变化到相对低的温度(例如，变化到约-20℃)时，弹性膜30的可变透镜单元30a可以具有在向上方向上的凸起形状。通常，用于形成光学流体60的透明油具有约1000ppm/℃的相对高的热膨胀系数(体积膨胀系数)，而用于形成框架10的硅具有约2.3ppm/℃的相对低的热膨胀系数(线性膨胀系数)。因而，由于光学流体60具有比框架10高得多的热膨胀系数，所以当变焦透镜结构的操作温度改变时，弹性膜30的可变透镜单元30a由于光学流体60的膨胀或收缩而变形，如图1B和图1C所示。这样，在变焦透镜结构中，光学流体60根据操作温度的改变而膨胀或收缩。因此，光学流体60的屈光力(refractive power)不是一致的(uniform)，而是随着操作温度变化。
图2是根据一示范性实施例的变焦透镜结构的截面图。参照图2，根据当前示范性实施例的变焦透镜结构包括：框架110，流体腔室150形成在该框架110中；透明盖120，设置在框架110的顶表面上；透明弹性膜130，设置在框架110的底表面上；以及致动器140，设置在弹性膜130上。框架110的流体腔室150用光学流体160填充。光学流体160可以是不渗入聚二甲基硅氧烷(PDMS)的透明流体。特别地，光学流体160可以包括具有氟官能团的透明油。例如，光学流体160可以是基于全氟聚醚(PFPE)的油。然而，这是对示范性实施例的说明，示范性实施例不限于此。
框架110可以由包含预定流体113的PDMS 111形成。在这点上，框架110的高度可以与流体腔室150的高度(也就是，光学流体160的深度)相同。微气泡112形成在用于形成框架110的PDMS 111中，微气泡112用预定流体113填充。换句话说，预定流体被包裹在框架内。在一示范性实施例中，微气泡112可以具有等于或小于约10μm的直径。然而，示范性实施例不限于此。填充微气泡112的预定流体113可以是不渗入PDMS 111的透明液体，像上述光学流体160一样。特别地，光学流体160可以包括具有氟官能团的透明油。例如，光学流体160可以是基于PFPE的油。然而，这是对示范性实施例的说明，示范性实施例不限于此。光学流体160和填充微气泡112的预定流体113可以由相同的液体形成。备选地，预定流体113和光学流体160可以由不同的液体形成。
透明盖120设置在框架110的顶表面上并形成流体腔室150的上盖。在此示范性实施例中，透明盖120接触光学流体160的顶表面和框架110的顶表面。由于光学流体160的深度与框架110的高度相同，所以透明盖120可以成形为具有预定厚度的板。透明盖120可以由例如具有相对低的热膨胀系数的玻璃或聚合物形成。透明盖120可以具有即使致动器140的驱动也不会使透明盖120变形的厚度，例如具有等于或大于约50μm的厚度。然而，示范性实施例不限于此。
透明弹性膜130设置在框架110的底表面上并形成流体腔室150的下盖，致动器140设置在弹性膜130的底表面上。弹性膜130包括其上设置致动器140的驱动单元130b以及位于驱动单元130b内的可变透镜单元130a。弹性膜130可以由聚合物例如PDMS形成。致动器140可以是具有相对小的厚度和相对低的功耗的聚合物致动器。然而，示范性实施例不限于此，可以使用各种类型的致动器。在上述结构中，当致动器140被驱动时，弹性膜130的驱动单元130b变形，压力施加到光学流体160。施加到光学流体160的压力使弹性膜130a的可变透镜单元130a变形，从而改变透镜的焦距。
在当前示范性实施例中，框架110的高度根据光学流体160的位移而改变，其中所述光学流体160的位移由变焦透镜结构的操作温度的变化引起。这样，当光学流体160的由操作温度的改变而引起的位移类似于框架110的位移时，可以防止透镜的屈光力根据温度的变化而改变。特别地，光学流体160可以由具有约1000ppm/℃的相对高的热膨胀系数(体积膨胀系数)的基于PFPE的油形成。框架110可以由具有约200ppm/℃至约230ppm/℃之间的热膨胀系数(线性膨胀系数)的PDMS形成，其中所述热膨胀系数是通常聚合物的热膨胀系数(为约60ppm/℃)的三倍到四倍，但是小于用于形成光学流体160的基于PFPE的油的热膨胀系数。因此，当框架110由PDMS形成时，由于光学流体160的相对高的热膨胀系数，由操作温度变化引起的框架110的位移小于由相同的操作温度变化引起的光学流体160的位移。因此，在当前示范性实施例中，框架110由包含预定流体113的PDMS 111形成。预定流体113可以具有相对高的热膨胀系数，例如光学流体160的热膨胀系数，使得框架110的高度可以根据由操作温度的变化引起的光学流体160的位移而改变。包括氟功能团的透明油(其是不渗入PDMS 111的油，例如基于PFPE的油)用于形成预定流体113，然后形成在PDMS 111中的微气泡112可以用预定流体填充。在这样的示范性实施例中，例如，PDMS 111中预定流体113的浓度可以为约10％的重量百分比。然而，示范性实施例不限于此。因而，在当前示范性实施例中，当框架110由包含具有相对高的热膨胀系数的预定流体113的PDMS 111制造并且包含在PDMS 111中的预定流体113的浓度被控制时，具有相同高度或深度的光学流体160和框架110可以具有响应操作温度的变化的类似位移(displacement)。
图4是曲线图，示出关于包括基于PFPE的油，位移与温度的关系曲线。因而，现在将描述具有约1050ppm/℃的热膨胀系数(体积膨胀系数)的基于PFPE的油用于形成光学流体的情形。
参照图4，当光学流体的深度为约300μm并且操作温度从约20℃变化到约60℃时，光学流体的位移为约12.6μm。因此，也具有约300μm的厚度的框架的位移对应于光学流体的位移是必需的，从而防止由操作温度的变化引起的透镜的屈光力的改变。如果框架由PDMS形成，则当操作温度从约20℃变化到约60℃时，框架的位移为约5μm，框架的位移不能补偿由操作温度的改变引起的光学流体的位移。如图4所示，如果框架由包含基于PFPE的油的PDMS形成并且在PDMS中的基于PFPE的油的浓度为约10％的重量百分比到约20％的重量百分比，当操作温度从约20℃变化到约60℃时，框架的位移为约11μm至13μm，框架的位移可以补偿由操作温度的改变引起的光学流体的位移。
图2示出在室温(例如，约20℃)操作的变焦透镜结构，图3示出在相对高的温度(例如，约60℃)操作的变焦透镜结构。参照图2和图3，当操作温度从室温变化到相对高的温度时，光学流体160的深度和框架110的高度也类似地增加。因此，即使当操作温度改变时，透镜的屈光力也可以一致(uniform)。
图5是根据另一示范性实施例的变焦透镜结构的截面图。在下文，将描述图2和图5之间的差异。
参照图5，流体腔室250形成在框架210中，框架210由包含预定流体213的PDMS 211形成，光学流体260被填充在流体腔室250中。在这点上，框架210的高度可以大于流体腔室250的高度，也就是光学流体260的深度。不渗入PDMS 211的透明液体可以用于形成光学流体260，如上所述。具体地，光学流体260可以包括具有氟官能团的透明油。例如，基于PFPE的油可以用于形成光学流体260。然而，这是对示范性实施例的说明，示范性实施例不限于此。
框架210可以由包含预定流体213的PDMS 211形成。微气泡212形成在PDMS 211中，微气泡212用预定流体213填充。根据示范性实施例，微气泡212可以具有等于或小于约10μm的直径。然而，示范性实施例不限于此。填充微气泡212的预定流体213可以是不渗入PDMS 211的透明液体，像上述光学流体260一样。更特别地，预定流体213可以是包括氟官能团的透明油。光学流体260和填充微气泡212的预定流体123可以是相同液体或不同液体。
具有小于光学流体260的热膨胀系数的透明膜层(film)270可以设置在光学流体260的顶表面上。在这样的示范性实施例中，透明膜层270可以具有对应于框架210和光学流体260之间的高度或深度差异的厚度。光学流体260的深度、透明膜270的厚度和框架210的高度可以基于光学流体260的热膨胀系数、透明膜270的热膨胀系数和框架210的热膨胀系数(也就是，填充在框架210中的预定流体213的热膨胀系数和浓度)来确定。因而，框架210的高度可以通过减小具有相对高热膨胀系数的光学流体260的深度而减小。光学流体260的量也可以被减小，因此可以降低变焦透镜结构的制造成本。
透明盖220设置在框架210的顶表面上。因而，透明盖220接触透明膜270的顶表面和框架210的顶表面。由于光学流体260的深度和透明膜270的厚度之和与框架210的高度相同，所以透明盖220可以成形为具有预定厚度的板。例如，透明盖220可以由具有相对低的热膨胀系数的玻璃或聚合物形成。
透明弹性膜230设置在框架210的底表面上并形成流体腔室250的下盖。致动器140设置在弹性膜230的底表面上。弹性膜230包括其上设置致动器140的驱动单元230b以及位于驱动单元230b内的可变透镜单元230a。弹性膜230可以由聚合物例如PDMS形成。致动器140可以是具有相对小的厚度和相对低的能耗的聚合物致动器。
图6是根据另一示范性实施例的变焦透镜结构的截面图。在下文，将描述图2和图6之间的差异。
参照图6，流体腔室350形成在由包含预定流体313的PDMS 311形成的框架310中，光学流体360填充在流体腔室350中。根据此示范性实施例，框架310的高度可以大于流体腔室350的高度，也就是光学流体360的深度。光学流体360可以是不渗入PDMS 311的透明液体，如上所述。具体地，光学流体360可以包括具有氟官能团的透明油。例如，光学流体360可以是基于PFPE的油。然而，这是对示范性实施例的说明，示范性实施例不限于此。
框架310可以由包含预定流体313的PDMS 311形成。微气泡312形成在用于形成框架310的PDMS 311中，微气泡312用预定流体313填充。根据示范性实施例，微气泡312可以具有等于或小于约10μm的直径。然而，示范性实施例不限于此。填充微气泡312的预定流体313可以是不渗入PDMS 311的透明流体，像光学流体360一样。更特别地，预定流体313可以是包括氟官能团的透明油。光学流体360和填充微气泡312的预定流体313可以由相同的液体或不同的液体形成。
透明盖320可以设置在框架310的顶表面上。因而，透明盖320可以接触光学流体360的顶表面和框架310的顶表面。因此，透明盖320可以包括接触光学流体360的顶表面的突起320a。透明盖320可以使用具有比光学流体360小的热膨胀系数的材料来制造。例如，透明盖320可以由具有相对低的热膨胀系数的玻璃或聚合物形成。包括突起320a的透明盖320可以通过使用湿法蚀刻等处理平坦玻璃或聚合物而形成。
在当前的示范性实施例中，透明盖320的突起320a可以具有对应于框架310的高度与光学流体360的深度之间的差异的厚度。因而，光学流体360的深度、透明盖320的突起320a的厚度、和框架310的高度可以基于光学流体360的热膨胀系数、透明盖320的热膨胀系数和框架310的热膨胀系数(也就是，填充在框架310中的预定流体313的热膨胀系数和浓度)来确定。因而，在当前示范性实施例中，通过减小光学流体360的深度，框架310的高度可以被减小，并且光学流体360的量也可以被减小。
透明弹性膜330设置在框架310的底表面上并形成流体腔室350的下盖。致动器140设置在弹性膜330的底表面上。弹性膜330包括致动器140设置在其上的驱动单元330b以及位于驱动单元330b内的可变透镜单元330a。弹性膜330可以由聚合物例如PDMS形成。例如，致动器140可以是具有相对小的厚度和相对低的能耗的聚合物致动器。
在下文，将描述制造根据示范性实施例的上述变焦透镜结构之一的方法。
首先，制备PDMS溶液，其中基体(base)诸如PDMS和硬化剂以预定比例混合。例如，基体和硬化剂可以以10∶1的比例混合以形成PDMS溶液。预定流体混合在PDMS溶液中。在这点上，要被混合在PDMS溶液中的预定流体可以是具有比PDMS高的热膨胀系数且不渗入PDMS的透明液体。具体地，预定流体可以是包括氟官能团的透明油，例如基于PFPE的油。包含在PDMS溶液中的油的浓度可以例如等于或大于约10％的重量百分比。然而，示范性实施例不限于此。因而，当预定油将被混合在PDMS溶液中时，用油填充的微气泡可以形成在PDMS溶液中。根据示范性实施例，微气泡可以具有等于或小于约10μm的直径。然而，示范性实施例不限于此。
接着，包含用油填充的微气泡的PDMS溶液在预定温度(例如，在等于或大于约60℃的温度)被半硬化为具有预定厚度(例如，约150μm至约300μm)的膜的形式，然后被处理从而制造具有流体腔室的框架。
接着，框架附接到由玻璃或聚合物形成的透明盖。特别地，在制备透明盖之后，透明盖被表面处理(例如，等离子体表面处理)。进行表面处理使得PDMS溶液可以良好地涂覆在透明盖的表面上。PDMS溶液以预定厚度(例如，约10μm至约50μm)被涂覆在透明盖的表面上，然后该涂层被半硬化。接着，PDMS溶液被涂覆在框架的表面上，然后该涂层被半硬化。因此，包含在框架中的油由于形成在框架外壁处的半硬化的PDMS溶液而被限制在框架中。框架经由半硬化的PDMS溶液附接到透明盖。
接着，光学流体填充到框架的流体腔室中。光学流体可以是不渗入PDMS的透明液体，如上所述。特别地，光学流体可以是包括氟官能团的透明油，例如基于PFPE的油。
接下来，透明弹性膜附接到框架从而密封光学流体。特别地，预定膜层，例如通常的聚合物膜层，被表面处理(例如，氟处理)，PDMS溶液被涂覆在氟处理的聚合物膜层的表面上，然后该涂层被半硬化。接着，其上涂覆半硬化的PDMS溶液的聚合物膜层附接到框架从而以正常压力或真空状态覆盖光学流体，然后从半硬化的PDMS溶液分离。半硬化的PDMS溶液形成框架上的弹性膜。接着，致动器设置在弹性膜上，从而制造变焦透镜结构。
在根据以上示范性实施例的变焦透镜结构中，具有用光学流体填充的流体腔室的框架由包含具有相对高的热膨胀系数的流体的聚二甲基硅氧烷(PDMS)制造，使得框架的高度可以根据由温度变化引起的光学流体的位移而改变。因此，可以防止变焦透镜的屈光力根据操作温度的变化而改变。框架使用PDMS制造，从而可以降低变焦透镜结构的制造成本并且可以改善高温可靠性。
尽管已经示出和描述了示范性实施例，但是本领域技术人员将理解，可以对其进行形式和细节上的各种改变，而不背离由权利要求书所定义的本发明构思的精神和范围。
此外，可以进行许多变型以将特定的情形或材料适于本公开的教导，而不背离其实质范围。因此，并不意图将本发明构思限制到所公开的特定示范性实施例，而是本发明构思将包括落在权利要求的范围内的所有实施例。
本申请要求于2010年12月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2010-0129310的优先权，其内容通过引用整体结合于此。
Claims (30)
1.一种变焦透镜结构，包括：
框架，由聚二甲基硅氧烷材料形成，包括用光学流体填充的流体腔室，所述聚二甲基硅氧烷材料含有预定流体；
透明盖，设置在所述框架的顶表面上以覆盖所述流体腔室；
透明弹性膜，设置在所述框架的底表面上以形成所述流体腔室的下盖；以及
致动器，设置在所述透明弹性膜上。
2.如权利要求1所述的变焦透镜结构，其中所述光学流体的热膨胀系数大于聚二甲基硅氧烷的热膨胀系数，所述预定流体的热膨胀系数大于聚二甲基硅氧烷的热膨胀系数。
3.如权利要求2所述的变焦透镜结构，其中微气泡形成在用于形成所述框架的所述聚二甲基硅氧烷材料中，所述微气泡用所述预定流体填充。
4.如权利要求3所述的变焦透镜结构，其中所述微气泡的直径小于或等于10μm。
5.如权利要求3所述的变焦透镜结构，其中所述光学流体和所述预定流体由不渗入所述聚二甲基硅氧烷材料的透明液体形成。
6.如权利要求5所述的变焦透镜结构，其中所述透明液体包括氟官能团。
7.如权利要求6所述的变焦透镜结构，其中包括所述氟官能团的所述透明液体包括基于全氟聚醚的油。
8.如权利要求2所述的变焦透镜结构，其中在所述聚二甲基硅氧烷材料中的所述预定流体的浓度大于或等于10％的重量百分比。
9.如权利要求2所述的变焦透镜结构，其中所述框架的高度实质上等于所述光学流体的深度。
10.如权利要求2所述的变焦透镜结构，其中所述框架的高度大于所述光学流体的深度。
11.如权利要求9或10所述的变焦透镜结构，其中所述透明盖接触所述光学流体的顶表面和所述框架的顶表面。
12.如权利要求9或10所述的变焦透镜结构，其中所述透明盖的热膨胀系数小于所述光学流体的热膨胀系数。
13.如权利要求10所述的变焦透镜结构，还包括设置在所述光学流体的顶表面上的透明膜层，
其中所述透明盖接触所述透明膜层的顶表面和所述框架的顶表面，并且
其中所述透明膜层的热膨胀系数小于所述光学流体的热膨胀系数。
14.如权利要求1所述的变焦透镜结构，其中所述透明盖包括玻璃或聚合物。
15.如权利要求1所述的变焦透镜结构，其中所述弹性膜包括聚二甲基硅氧烷。
16.如权利要求1所述的变焦透镜结构，其中所述致动器包括聚合物致动器。
17.一种制造变焦透镜结构的方法，该方法包括：
将预定流体混合到包括硬化剂的聚二甲基硅氧烷溶液中从而在所述聚二甲基硅氧烷溶液中形成用预定流体填充的微气泡；
半硬化包含用所述预定流体填充的所述微气泡的所述聚二甲基硅氧烷溶液，然后处理该半硬化的聚二甲基硅氧烷溶液从而制造包括聚二甲基硅氧烷材料且具有流体腔室的框架；
将所述框架附接到透明盖；
用光学流体填充所述框架的所述流体腔室；以及
将透明弹性膜附接到所述框架从而密封所述光学流体。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述光学流体的热膨胀系数大于聚二甲基硅氧烷的热膨胀系数，以及
其中所述预定流体的热膨胀系数大于聚二甲基硅氧烷的热膨胀系数。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述光学流体包括不渗入所述聚二甲基硅氧烷材料的透明液体，并且
其中所述预定流体包括不渗入所述聚二甲基硅氧烷材料的透明液体。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述透明液体包括氟官能团。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述透明液体包括基于全氟聚醚的油。
22.如权利要求17所述的方法，其中将所述框架附接到所述透明盖包括：
表面处理所述透明盖；
用所述聚二甲基硅氧烷溶液涂覆所述透明盖的表面，以及半硬化该聚二甲基硅氧烷溶液；
用所述聚二甲基硅氧烷溶液涂覆所述框架的表面，以及半硬化该聚二甲基硅氧烷溶液；以及
将所述框架附接到所述透明盖。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述透明盖包括玻璃或聚合物。
24.如权利要求17所述的方法，其中将所述透明弹性膜附接到所述框架包括：
表面处理预定膜层；
用所述聚二甲基硅氧烷溶液涂覆所述膜层的一个表面以形成涂层，以及半硬化该聚二甲基硅氧烷溶液；
将所述膜层上的所述涂层附接到所述框架以密封所述光学流体；以及
将所述膜层从所述半硬化的聚二甲基硅氧烷溶液分离。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述膜层由聚合物形成。
26.如权利要求17所述的方法，还包括：
基于所述光学流体的热膨胀系数、所述透明膜层的热膨胀系数和聚二甲基硅氧烷的热膨胀系数来确定所述光学流体的深度，
基于所述光学流体的热膨胀系数、所述透明膜层的热膨胀系数和聚二甲基硅氧烷的热膨胀系数来确定所述透明膜的厚度，以及
基于所述光学流体的热膨胀系数、所述透明膜层的热膨胀系数和聚二甲基硅氧烷的热膨胀系数来确定所述框架的高度。
27.一种变焦透镜结构，包括：
框架，包括用光学流体填充的流体腔室；
透明盖，设置在所述框架的第一表面上，该透明盖覆盖所述流体腔室；
透明弹性膜，设置在所述框架的与所述第一表面相反的第二表面上；
致动器，设置在所述透明弹性膜上；
其中所述框架包裹预定流体，
其中所述预定流体的热膨胀系数大于用于形成所述框架的材料的热膨胀系数。
28.如权利要求27所述的变焦透镜结构，其中所述光学流体的热膨胀系数大于所述材料的热膨胀系数。
29.如权利要求27所述的变焦透镜结构，其中所述预定流体被包裹在形成于所述框架中的空腔中。
30.如权利要求27所述的变焦透镜结构，其中所述框架包括聚二甲基硅氧烷。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100129310A KR101804473B1 (ko) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | 가변초점 렌즈 구조체 및 그 제조방법 |
| KR10-2010-0129310 | 2010-12-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102565892A true CN102565892A (zh) | 2012-07-11 |
| CN102565892B CN102565892B (zh) | 2015-08-05 |
Family
ID=45442865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110423374.0A Expired - Fee Related CN102565892B (zh) | 2010-12-16 | 2011-12-16 | 变焦透镜结构及其制造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8482860B2 (zh) |
| EP (1) | EP2465816B1 (zh) |
| JP (1) | JP5960974B2 (zh) |
| KR (1) | KR101804473B1 (zh) |
| CN (1) | CN102565892B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105404838A (zh) * | 2014-09-10 | 2016-03-16 | 霍尼韦尔国际公司 | 可变景深条形码扫描仪 |
| CN109327580A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-02-12 | Oppo广东移动通信有限公司 | 成像模组及电子装置 |
| CN110226117A (zh) * | 2017-01-26 | 2019-09-10 | Lg伊诺特有限公司 | 液体透镜、相机模块以及包含该模块的光学设备 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2881806B1 (fr) * | 2013-12-09 | 2019-06-26 | Montres Breguet SA | Membrane de rayonnement acoustique pour une montre musicale |
| WO2016009078A1 (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | Polight As | A tunable microlens with a variable structure element |
| WO2016202392A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | Optotune Ag | Temperature drift compensation for liquid lenses |
| US10901205B1 (en) | 2016-08-09 | 2021-01-26 | Facebook Technologies, Llc | Focus adjusting liquid crystal lenses in a head-mounted display |
| US10248001B1 (en) * | 2016-11-16 | 2019-04-02 | Facebook Technologies, Llc | Varifocal structure comprising a liquid lens structure in optical series with a liquid crystal lens in a head-mounted display |
| US10379419B1 (en) | 2016-11-23 | 2019-08-13 | Facebook Technologies, Llc | Focus adjusting pancharatnam berry phase liquid crystal lenses in a head-mounted display |
| US10151961B2 (en) | 2016-12-29 | 2018-12-11 | Facebook Technologies, Llc | Switchable bragg gratings for chromatic error correction of pancharatnam berry phase (PBP) components |
| KR101972302B1 (ko) * | 2017-05-08 | 2019-04-25 | 주식회사 엠씨넥스 | 자동 초점 카메라 모듈 |
| WO2020002339A1 (en) | 2018-06-27 | 2020-01-02 | Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. | Tunable microlenses |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001257932A (ja) * | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Denso Corp | 撮像装置 |
| JP2002239769A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-28 | Denso Corp | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
| CN1885066A (zh) * | 2005-06-23 | 2006-12-27 | 瓦里奥普蒂克公司 | 可变焦距透镜及其制造方法 |
| CN101002115A (zh) * | 2002-02-14 | 2007-07-18 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 可变焦透镜 |
| CN101069106A (zh) * | 2004-03-31 | 2007-11-07 | 加利福尼亚大学校务委员会 | 流体自适应透镜 |
| EP2157455A1 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Pattern projecting apparatus, three dimensional imaging apparatus having the same, and varifocal liquid lens being used in the same |
| US20100118413A1 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro-shutter device and method of manufacturing the same |
| CN101715561A (zh) * | 2007-02-12 | 2010-05-26 | 珀莱特公司 | 具有可变焦距的柔性透镜组件 |
| US20100165475A1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-01 | Samsung Electronics Co., Ltd | Varifocal lens |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4078575B2 (ja) * | 1998-06-26 | 2008-04-23 | 株式会社デンソー | 可変焦点レンズ装置 |
| JP4628755B2 (ja) * | 2003-11-25 | 2011-02-09 | パナソニック株式会社 | 移動機構及びそれを用いた小型カメラ、ゴニオメーターとファイバースコープ |
| US7359124B1 (en) | 2004-04-30 | 2008-04-15 | Louisiana Tech University Research Foundation As A Division Of The Louisiana Tech University Foundation | Wide-angle variable focal length lens system |
| KR20080043106A (ko) | 2006-11-13 | 2008-05-16 | 삼성전자주식회사 | 광학렌즈 및 그 제조방법 |
| FR2919074B1 (fr) * | 2007-07-19 | 2010-10-22 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif optique a membrane deformable par actionnement electrostatique |
| JP2009175536A (ja) | 2008-01-25 | 2009-08-06 | Olympus Corp | 可変焦点液体レンズ及びそのレンズの製造方法 |
| JP4544331B2 (ja) * | 2008-04-04 | 2010-09-15 | ソニー株式会社 | コンバージョンレンズ装置、及び撮像装置 |
| JP5493609B2 (ja) | 2008-09-18 | 2014-05-14 | ソニー株式会社 | 液体レンズ、及び撮像装置 |
-
2010
- 2010-12-16 KR KR1020100129310A patent/KR101804473B1/ko active IP Right Grant
-
2011
- 2011-06-16 US US13/161,651 patent/US8482860B2/en active Active
- 2011-11-29 JP JP2011261046A patent/JP5960974B2/ja active Active
- 2011-12-16 CN CN201110423374.0A patent/CN102565892B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-12-16 EP EP11193903.9A patent/EP2465816B1/en active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001257932A (ja) * | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Denso Corp | 撮像装置 |
| JP2002239769A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-28 | Denso Corp | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
| CN101002115A (zh) * | 2002-02-14 | 2007-07-18 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 可变焦透镜 |
| CN101069106A (zh) * | 2004-03-31 | 2007-11-07 | 加利福尼亚大学校务委员会 | 流体自适应透镜 |
| CN1885066A (zh) * | 2005-06-23 | 2006-12-27 | 瓦里奥普蒂克公司 | 可变焦距透镜及其制造方法 |
| CN101715561A (zh) * | 2007-02-12 | 2010-05-26 | 珀莱特公司 | 具有可变焦距的柔性透镜组件 |
| EP2157455A1 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Pattern projecting apparatus, three dimensional imaging apparatus having the same, and varifocal liquid lens being used in the same |
| US20100046004A1 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Pattern projecting apparatus, three dimensional imaging apparatus having the same, and varifocal liquid lens being used in the same |
| US20100118413A1 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro-shutter device and method of manufacturing the same |
| US20100165475A1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-01 | Samsung Electronics Co., Ltd | Varifocal lens |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105404838A (zh) * | 2014-09-10 | 2016-03-16 | 霍尼韦尔国际公司 | 可变景深条形码扫描仪 |
| CN110226117A (zh) * | 2017-01-26 | 2019-09-10 | Lg伊诺特有限公司 | 液体透镜、相机模块以及包含该模块的光学设备 |
| CN109327580A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-02-12 | Oppo广东移动通信有限公司 | 成像模组及电子装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5960974B2 (ja) | 2016-08-02 |
| US20120154924A1 (en) | 2012-06-21 |
| US8482860B2 (en) | 2013-07-09 |
| CN102565892B (zh) | 2015-08-05 |
| EP2465816A1 (en) | 2012-06-20 |
| EP2465816B1 (en) | 2014-03-05 |
| KR20120067749A (ko) | 2012-06-26 |
| JP2012128414A (ja) | 2012-07-05 |
| KR101804473B1 (ko) | 2017-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102565892A (zh) | 变焦透镜结构及其制造方法 | |
| EP2290410B1 (en) | Fluidic lens and method of manufacturing the same | |
| JP5971913B2 (ja) | 光学装置 | |
| US7986466B2 (en) | Varifocal lens | |
| JP5323704B2 (ja) | 小型ポリマーレンズ | |
| TWI336786B (en) | Electrowetting module | |
| EP2105768B1 (en) | Fluidic optical lens with an electrostrictive polymer actuator | |
| EP1457802B1 (en) | Micro-mirror device including dielectrophoretic liquid | |
| KR101675130B1 (ko) | 액체 렌즈 | |
| KR20080076931A (ko) | 유체 초점 렌즈에서의 용액 흐름 방지 | |
| JP2007531912A5 (zh) | ||
| JP2010113358A (ja) | 改良された作動性を有するメンブレン変形の可能な光デバイス | |
| JP2010079097A (ja) | 光学素子、撮像装置及び駆動方法 | |
| CN112162338A (zh) | 一种基于ipmc驱动的全固态可调焦微透镜 | |
| US8902509B2 (en) | Varifocal lens structure, method of manufacturing the varifocal lens structure, optical lens module including the varifocal lens structure, and method of manufacturing the optical lens module | |
| KR20090014584A (ko) | 액상 광학체를 이용하는 가변 초점 광학 장치 및 그 제작방법들 | |
| JP2011053706A (ja) | 光学素子、撮像装置及び駆動方法 | |
| Park et al. | Multifuctional liquid lens for high-performance miniature cameras | |
| TWI345075B (zh) | ||
| Hao et al. | Adaptive liquid lens actuated by dielectric elastomer with transparent conductive droplet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150805 |