JP2007293283A - 密封性能が向上された液体レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ製作後に温度及び熱衝撃に強く、高温多湿の環境でも耐久性が保持され、完成品の信頼性を大きく、密封性能が向上された液体レンズを提供すること。
【解決手段】非伝導性流体５と伝導性流体７が盛り込まれる本体１０と、上記本体１０上に覆われるカバー１５と、上記本体１０と上記カバー１５との間を接着する速性硬化性の１次接着剤５０と、上記本体１０と上記カバー１５の周りを接着する２次接着剤６０と、を含む密封性能が向上された液体レンズ１。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気湿潤現象（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｗｅｔｔｉｎｇ）を用いて焦点距離調節を行うように成っている液体レンズに関するものであって、より詳細には、２種類の相違な成分を有する接着剤を用いてガラスカバーと本体を接合させることにより、レンズ製作後完成品の信頼性を大きく向上させた密封性能が向上された液体レンズに関する。

一般的に、電気湿潤現象（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｗｅｔｔｉｎｇ）を用いて焦点距離調節を行うように成っている液体レンズが知られている。

このような従来の液体レンズ２００は、図１に図示された通り、絶縁体２１０の上部に電解液２２０が配置され、上記絶縁体２１０の下部には電極２３０が形成された構造である。また、上記電極２３０と電解液２２０とに電流を流すと、絶縁体２１０上の電解液２２０の界面角（θ）が変わることになる。

即ち、絶縁体２１０の表面中に電解液２２０の液滴がある場合、絶縁体２１０と電解液２２０、電解液２２０と気体２２５、絶縁体２１０と気体２２５との間の界面が形成され、このうち電解液２２０と絶縁体２１０との間の界面角(θ)はヤングの式（Ｙｏｕｎｇ'ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ）によって決まる。

γ_ＳＬ−γ_ＳＧ＝γ_ＬＧＣＯＳΘ；Ｙｏｕｎｇ'ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ

ここで、Ｓ：絶縁体、Ｌ：電解液、Ｇ：気体を現し、γは各材質による表面張力の係数（Ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を表す。

ここで、上記電解液２２０の材質を伝導性流体とし、接触する絶縁体２１０を絶縁膜（Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）として構成した後、上記電解液２２０及び絶縁体２１０の後に形成された電極２１２、２２２に電圧をかけると、表面張力係数が変わるようになる。このような表面張力係数は、下記のようなリップマン数式（Ｌｉｐｐｍａｎｎ'ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ）による。

γ＝γ_０−（１／２）ｃＶ^２：Ｌｉｐｐｍａｎｎ'ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ

上記のように印加電圧Ｖと絶縁膜の誘電率ｃによって表面張力係数が変わり、電圧によってこのように変わった絶縁体２１０と電解液２２０との間の表面張力係数γ_ＳＬによって界面角（θ）が変わる。

このような基本原理を用いて構成した従来の液体レンズ３００が図２及び図３に図示されている。

これは、中央に窪んだ空間３０５ａが形成された伝導体材料の本体３０５の下部に透明な基板３１０ａが配置され、上記空間３０５ａの内部には密度が大体同一の非伝導性流体３３０のオイルと伝導性流体３５０の電解液が充填され、上記本体３０５の上部側には透明なカバー３１０ｂが接着され、上記カバー３１０ｂには光透過性電極３３２が形成されている。

そして、上記本体３０５の空間３０５ａを形成する壁面には絶縁層３６０が形成され、上記本体３０５に電極３５２を形成して電源３９０に連結し、上記電極３３２を通じて伝導性流体３５０に電圧をかけるよう構成されたものである。

従って、このような従来の液体レンズ３００は、上記電極３３２、３５２を通じて伝導性流体３５０に供給される電圧を調節すると、図３において点線で図示された通り、絶縁層３６０と伝導性流体３５０の界面角（θ）が変わり、これに応じて伝導性流体３５０の電解液と非伝導性流体３３０のオイルとの間の界面形状が変わるようにして、これを通過する光の焦点距離が変わるようになったものである。

このような従来の液体レンズ３００は、その構造的な有用性により常用化が活発に試みられているが、完成品の信頼度に問題がある。

従来の液体レンズ３００は、伝導体材料の本体３０５内に非伝導性流体３３０のオイルと伝導性流体３５０の電解液を充填した後、合着器（不図示）を用いて上部カバー３１０ｂが本体３０５の上に覆うようにし、上部カバー３１０ｂの周囲に紫外線硬化性接着剤３７０を塗布して毛細管現象（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｔｙｐｅ）で浸透させて硬化させ接着を行うものである。

このように毛細管現象を用いて上部カバー３１０ｂと本体３０５との間から紫外線硬化性接着剤３７０を浸透させ硬化させる過程において、過剰に浸透された接着剤３７０は、上記本体３０５の空間３０５ａの枠に窪んで形成された接着剤遮断溝３７２内に閉じ込まれ、これによって上記空間３０５ａ内の非伝導性流体３３０と伝導性流体３５０には到達できなくなり、如何なる影響も与えないようになっている。

このように製作された従来の液体レンズ３００は、製品の信頼性に問題がある。即ち、上部カバー３１０ｂと本体３０５の接合部分が本体３０５の上部面の外側枠部分の狭い領域に限られるため、構造的に弱く耐久性に問題がある。また、紫外線硬化性接着剤３７０を硬化させる過程から発生した熱が接着剤硬化の過程中に非伝導性流体３３０と伝導性流体３５０を膨張させることにより、上部カバー３１０ｂと本体３０５の接合部を構造的にさらに弱くする。

本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためのものであって、その目的は、２種類の相違な成分を有する接着剤を用いてガラスカバーと本体を接合させることにより、レンズ製作後に温度及び熱衝撃に強く、高温多湿の環境でも耐久性が保持され、完成品の信頼性を大きく向上させた密封性能が向上された液体レンズを提供することにある。

また本発明は、他の目的として、上部カバーと本体を接合させる過程において、内部流体の膨張を最小化し、安定した状態で接合が行われるようにして、製造過程中に発生する製品不良を最小化するよう改善された密封性能が向上された液体レンズを提供することにある。

上記のような目的を達成すべく、本発明は、電気湿潤現象（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｗｅｔｔｉｎｇ）を用いて焦点距離調節を行うように成っている液体レンズにおいて、非伝導性流体と伝導性流体が盛り込まれる本体と、上記本体上に覆われるカバーと、上記本体と上記カバーとの間を接着する速性硬化性の１次接着剤と、上記本体と上記カバーの周りを接着する２次接着剤と、を含むことを特徴とする密封性能が向上された液体レンズを提供する。

また好ましくは、上記本体は、その上部面の周りに上記カバーの枠に沿って段差が形成されることを特徴とする密封性能が向上された液体レンズを提供する。

また好ましくは、上記段差は、その垂直角が上記カバーの枠に一致して形成されたものであることを特徴とする密封性能が向上された液体レンズを提供する。

また好ましくは、上記１次接着剤は、変性アクリレートを主成分とする紫外線硬化性接着剤であることを特徴とする密封性能が向上された液体レンズを提供する。

また好ましくは、上記２次接着剤は、アクリルが添加された紫外線硬化性接着剤であることを特徴とする密封性能が向上された液体レンズを提供する。

本発明によると、２種類の相違な成分を有する接着剤を用いてガラスカバーと本体を接合させ、広い面積にわたってカバーと本体との結合が行われることにより、レンズ製作後の温度及び熱衝撃に強く、高温多湿の環境でも耐久性が保持され、完成品の信頼性が大きく向上される。

また本発明によると、上部カバーと本体を接合させる過程において、速性硬化が行われるようにすることにより、内部の非伝導性流体と伝導性流体の膨張を最小化し、安定した状態で接合が行われるようにして製造過程中に発生する製品不良を最小化する効果が得られる。

以下、本発明を図面を参照してより詳細に説明する。本発明による密封性能が向上された液体レンズ１は、図４に図示された通り、非伝導性流体５と伝導性流体７が盛り込まれる本体１０を具備する。上記本体１０は、中央に窪んだ空間１０ａが形成された伝導体材料、好ましくはステンレス材料（ＳＵＳ）から成り、上記本体１０の下部には透明な基板１２、即ちガラス材料から成る基板が配置される。

そして、上記空間１０ａの内部には、密度が大体同一の非伝導性流体５のオイルと伝導性流体７の電解液が充填される。また、上記本体１０の上部側には透明なカバー１５、好ましくは透明なガラス材料のカバーが配置され、上記カバー１５には光透過性電極１５ａがパターンで形成されている。

また、上記本体１０の空間１０ａを形成する壁面には絶縁層２０が形成され、上記本体１０に電極１９を形成して電源３０に連結されている。そして、上記本体１０はその上部面の周りに上記カバー１５の枠１５ｂに沿って段差３２が形成された構造である。

上記段差３２は、その断面が"Ｌ"形で形成されたもので、上記段差３２の垂直角３２ａは好ましくは上記カバー１５の枠１５ｂに一致して形成される。

このように上記段差３２の垂直角３２ａとカバー１５の枠１５ｂが相互一致して形成されることにより、以後説明される１次接着剤５０と２次接着剤６０の接合が安定した状態で行われる。

また上記本体１０は、その空間１０ａの枠に窪んで接着剤遮断溝３２ｂが形成され、上記カバー１５と本体１０を接合させる接着剤が上記空間内の非伝導性流体５と伝導性流体７に到達しないように成っている。

このような本発明の液体レンズは、本体１０の空間内に非伝導性流体５のオイルと伝導性流体７の電解液を充填した後、合着器（不図示）を用いて上部カバー１５を本体１０の上に覆うようになり、この過程でディスペンサー（Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ）を用いて本体１０と上部カバー１５との接着部に１次接着剤５０を塗布し、その上に上部カバー１５を覆った後、合着させて硬化させる。

上記１次接着剤５０は、好ましくは変性アクリレートを主成分とする紫外線硬化性接着剤から成るものであって、上記上部カバー１５と本体１０との間に塗布され、紫外線の照射を受けると速性硬化され、上部カバー１５と本体１０とを安定して接着させるものである。

このように１次接着剤５０は、変性アクリレートを主成分とする紫外線硬化性接着剤から成ることにより、硬化される過程において、その硬化時間が非常に短いため、本体１０内部の非伝導性流体５と伝導性流体７に熱膨張を起こさない。即ち１次接着剤５０は、本体１０内部の流体熱膨張が行われる前に速性硬化して上部カバー１５と本体１０を１次接着させるものである。

このように１次接着剤５０を通じて接着が行われた後、本発明は図５に図示された通り、本体１０の段差３２を用いて上部カバー１５の枠１５ｂを２次接着する。

２次接着剤６０は、上記段差３２上において上部カバー１５の枠１５ｂに沿って塗布され、その成分はアクリルが添加された紫外線硬化性接着剤から成る。このような２次接着剤６０は、紫外線照射によって硬化され、高信頼性が確保されたものである。

上記のように構成された本発明による密封性能が向上された液体レンズ１は、上記電極１５ａ、１９を通じて伝導性流体７に電圧を供給すると、絶縁層２０と伝導性流体７との界面角(θ)が変わり、これによって伝導性流体７の電解液と非伝導性流体５のオイルとの間の界面形状が変わるようにして、これを通過する光の焦点距離が変わる。

このような本発明による密封性能が向上された液体レンズ１は、上記１次接着剤５０が変性アクリレートを主成分とする紫外線硬化性接着剤から成るものであるので、硬化される時間が非常に短いため本体１０内部の非伝導性流体５と伝導性流体７に熱膨張を起こさない。従って、上部カバー１５と本体１０の接合過程において安定した接合が行われることが出来る。

また、上記２次接着剤６０は、上記上部カバー１５の枠１５ｂと本体１０の段差３２部分において広い面積にわたって塗布されるため、構造的に上部カバー１５と本体１０を堅固に結合させるものである。

このように製作された本発明による密封性能が向上された液体レンズ１は、上部カバー１５と本体１０との結合構造が安定して成されるため、低い高さの液体レンズを容易に具現することが出来る。

さらに、本発明はレンズ制作後に周囲から伝達される熱衝撃に強く、高温多湿の環境でも完璧な密封性能を提供し、耐久性が保持され製品の信頼性が大きく向上される。

上記の本発明は、特定の実施例に関して図示され説明されたが、これは単なる例示として本発明を説明するため記載されたもので、本発明をこのような特定構造で制限するのではない。当業界において通常の知識を有する者であれば、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変形できることが分かる。しかし、このような修正及び変形構造は、何れも本発明の権利範囲内に含まれることを明らかにする。

従来技術による電気湿潤方式を用いた液体レンズを図示した断面図である。 従来技術による１次接着部のみ具備した液体レンズを図示した分解斜視図である。 従来技術による１次接着部のみ具備した液体レンズを図示した断面図である。 本発明による密封性能が向上された液体レンズを図示した分解斜視図である。 本発明による密封性能が向上された液体レンズを図示した断面図である。

符号の説明

１ 液体レンズ
５ 非伝導性流体
７ 伝導性流体
１０ 本体
１０ａ 空間
１２ 透明な基板
１５ カバー
１５ａ 光透過性電極
１５ｂ 枠
１９ 電極
２０ 絶縁層
３０ 電源
３２ 段差
３２ａ 垂直角
３２ｂ 接着剤遮断溝
５０ １次接着剤
６０ ２次接着剤
２００ 従来の液体レンズ
２１０ 絶縁体
２１２、２２２ 電極
２２０ 電解液
２３０ 電極
３００ 従来の液体レンズ
３０５ 本体
３０５ａ 空間
３１０ａ 基板
３１０ｂ カバー
３３０ 非伝導性流体
３５０ 伝導性流体
３６０ 絶縁層
３７０ 紫外線硬化性接着剤
３９０ 電源
θ 界面角

Claims (5)

1. 電気湿潤現象（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｗｅｔｔｉｎｇ）を用いて焦点距離調節を行うように成っている液体レンズにおいて、
   非伝導性流体と伝導性流体が盛り込まれる本体と、
   前記本体上に覆われるカバーと、
   前記本体と前記カバーとの間を接着する速性硬化性の１次接着剤と、
   前記本体と前記カバーの周りを接着する２次接着剤と、
   を含むことを特徴とする密封性能が向上された液体レンズ。
2. 前記本体は、その上部面の周りに前記カバーの枠に沿って段差が形成されることを特徴とする請求項１に記載の密封性能が向上された液体レンズ。
3. 前記段差は、その垂直角が前記カバーの枠に一致して形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の密封性能が向上された液体レンズ。
4. 前記１次接着剤は、変性アクリレートを主成分とする紫外線硬化性接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の密封性能が向上された液体レンズ。
5. 前記２次接着剤は、アクリルが添加された紫外線硬化性接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の密封性能が向上された液体レンズ。

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