JP2007519969A - 可変焦点レンズパッケージ - Google Patents

Abstract

被覆体としてのレンズ(31及び75)を有する可変焦点レンズパッケージを提案する。被覆体は変調複製層(31及び75)として基板(30及び74)上に、集積された整合手段(33及び77)と共に供されている。

Description

本発明は光路中に複数の光学素子を有する可変焦点レンズパッケージに関する。当該複数の光学素子は：
-非混和性でメニスカスと接している第1流体及び第2流体を有する、流体チャンバ内の流体光学素子；
-流体チャンバのカプセルの一部である非流体光学素子；
を有する。メニスカスの形状は流体チャンバの導電性表面への電圧印加の下で可変であることを特徴とし、前記流体チャンバはカプセル化されていて、チャンバ内の流体光学素子及び非流体光学素子の少なくとも1つはレンズである。

本発明はまた、そのような可変焦点レンズパッケージの製造方法にも関する。

そのような可変焦点レンズパッケージはたとえば特許文献1から既知である。既知のレンズパッケージはエレクトロウエッティングタイプの流体レンズ及び流体レンズとは反対側に設けられている第1従来型非流体レンズ及び第2従来型非流体レンズを有する。第1レンズは絶縁性流体で、第2レンズは導電性流体だが、その代わりに極性の流体であっても良い。第1レンズは高屈折性プラスチックの凸-凹面で、正の光パワーを有する。第1レンズ表面の少なくとも1つは非球面で、所望の初期焦点特性を提供する。第2レンズは低分散プラスチックで形成され、視野平坦補正の役割を果たす非球面レンズ表面を含む。第1レンズは流体チャンバのカプセルの一部を形成する円柱状チューブを有する単一体として形成される。第2レンズは流体チャンバカプセルを超えて延在して良い。
国際公開第03/0693080号パンフレット 米国特許公開第4615847号明細書 米国特許公開第4890905号明細書 米国特許公開第6449236号明細書 欧州特許公開第04100449.0号明細書

レンズパッケージの欠点は、別なレンズとの集合体の形成、及び/又はイメージセンサとの集積が難しいことである。この集合体は側面でレンズパッケージ及び別なレンズを保持するホルダを用いて実現される必要がある。それにもかかわらず、流体レンズに電圧を供給するため、側面のうちの少なくとも1面で電気的接続を供する必要がある。しかも、1つ以上のレンズ及びイメージセンサは適した光学的品質を有するために適切に整合されている必要がある。

従って本発明の第1目的は技術分野の項で述べた種類の、より容易に集合可能な可変焦点レンズパッケージの提供である。本発明の第2目的は技術分野の項で述べた種類の可変焦点レンズパッケージ製造方法の提供である。その方法は製造中の許容誤差を小さくすることでレンズの質を改善する。

第1目的は、非流体光学構成要素が基板及びモールドされた表面層から構築されることによって実現される。ここで基板は光路中に透明部を有し、モールドされた表面層は流体光学素子の外側を向く基板の側部にあって、さらにレンズパッケージと別なレンズとの整合を行う手段を有する。

第2目的は、(1)前記流体のうちの少なくとも1つで満たされた複数のキャビティを有するキャリアと、各光路に対して透明部を有し、非流体レンズ及び別なレンズとの整合手段を含むモールドされた表面層を有する基板とを集合させる工程及び、(2)前記複数のレンズを個々の可変焦点レンズに分離する工程による作製で実現される。

本発明のモールドされた表面層はレンズ機能性と整合機構(features)との集積を可能にする。モールドされた表面層での整合機構の集積はモールド内での整合機構の画定を可能にする。よって、整合機構は標準化された方法で画定される。これは側面の位置とは独立している。それと共に、整合-少なくとも他の光学構成要素との-は実際の分離過程とは独立になされる。

整合機構レンズパッケージの下面及び/又は上面にある。それと共に、所望の方法でレンズの積層構造の作製が可能となる。適切な整合の帰結として、従来技術による素子よりも積層構造の作製が容易となる。それと共に、可変焦点レンズは比較的単純に保持及び標準化が可能となる。同時に、様々なレンズの積層構造によって実現されるズームレンズも助けになる。モールド処理を行うことでさらに、整合機構は所望の特定高さでの画定が可能となる。整合機構の高さはレンズの高さとは異なって良い。この高さの画定はレンズの横方向の設置のみならず他のレンズとの特定距離での設置をも可能にする。

整合機構に対して、これらはレンズの両側で画定される又はリング形状の機構として画定されるのが好ましい。これにより、“面外”集合体の結果として生じる望ましくない光学効果のリスクが減少する。そのような面外集合体では、レンズ軸間の角度が0°にならない。

しかも集合体は非平坦面を有する個々のレンズの代わりに光学板で実行可能である。これにより集合体の量が減少し、レンズとの整合における最小許容度を最小化する。本発明の他の有利な特徴はパッケージ全長の減少である。

モールド技術で画定されるレンズそれ自身は特許文献2及び特許文献3のようなものから既知である。しかし、これらの特許は標準的なレンズの製造方法についてのみ開示している。本発明では、レンズの機能性と整合機能性の両方を提供するのにモールド技術が使用されている。これはさらにエレクトウエッティングレンズの標準化された機械的界面を提供する利点を有する。しかもエレクトロウエッティングレンズは単一のメニスカスを有するので、2つの曲面を有する非流体レンズを提供する必要がない。よって基板上の1つのモールドされた表面層で原理的には十分である。

さらに非流体光学素子は特にレンズ又はレンズ面である。しかしその代わりに、絞り、回折格子等であって良い。好適なレンズ形状は、所望の初期集光特性を提供するため非球面である。本発明で適用されている複製技術は数ミリメートル以内の厚さで非常に強いレンズの作製が可能な構造の提供を可能にする。

複製技術で得られる非流体光学構成要素は色素又は他の化合物を含んで良い。これによって系が付加的機能性を有するようになる。色素はたとえば、PPGインダストリーズ社から販売されているMXP7-114（商標）のような光発色性化合物である。光学素子の透明さは光強度に依存する。光強度が非常に高い場合、透明度は相対的に低くなる。その結果として、イメージセンサに到達する光強度は相対的に一定となる。よって光学的品質を失うことなく像の取得が可能となる。

非流体光学構成要素に付加可能な他の色素はエレクトロクロミック化合物である。これと共に、電圧の補助によって透明にすることが可能である。非流体光学構成要素に他の電圧は印加されないので、これは以下の実施例を除いて許される。実際、非流体光学構成要素は複製層でのパターンなので、このパターンは好きなように選択可能である。よって、様々な高さのリング形状構造及び負レンズの作製が可能である。そのような構造は絞りとして有利に応用することが可能である。他の可能性は完全表面上で延在する構造である。これはシャッターとしての使用が可能である。

好適実施例では、基板は拡張可能な接合部を通じて相互に接続する第1部分及び第2部分を有する。拡張可能な接合部は非平坦面を有するリング形状の絞りであることが好ましい。基板中のそのような絞りを含むことはガラス上にモールドされた表面層を提供することと適切に組み合わせて良い。実際絞り及び絞りの位置で基板にアパーチャが供される前に、モールドされた表面層は基板上に供されて良い。そのような拡張可能な接合部は温度の関数としての体積膨張への対処、及びパッケージの完全充填の保証に非常に有効であることが分かる。

非流体光学素子は流体チャンバを画定するカプセルの一部である。しかし、別な実施例では、他のチャンバが流体焦点光学素子と非流体焦点光学素子との間に供される。そのようなチャンバは複製技術によって基板上に供されるレンズを有して良い。そこで複製層はさらにチャンバ側壁として機能するスペーサを有する。

再度別な実施例では、モールドされた表面層は液晶材料を有する。それと共に、別な可変焦点光学素子がパッケージ内に供される。単一の液晶光学素子は偏光への依存性を導入する。これはカメラモジュールのレンズにとって利点があるようには見えないが、光記録への応用のような特別な用途では非常に興味深い。液晶素子は積層可能だが、それはチャンバが存在する場合である。液晶レンズは特にフレネルレンズであって、それ自身は特許文献4から既知である。複製技術で作製された液晶レンズは未公開特許出願である特許文献5で説明されている。

ここでの好適修正では、液晶光学素子はレンズとして機能し、流体焦点光学素子は可変絞りとして機能する。絞りとしての流体焦点素子の応用における利点は連続的な調節が可能なことである。逆の解決法（流体をレンズとして利用し、液晶光学素子を可変絞りとして利用する場合）と比較して、レンズとしての液晶素子における応用の利点は、そのようなレンズの駆動電圧は実質的に流体焦点レンズの駆動電圧よりも低いことである。

可変焦点レンズパッケージは流体焦点レンズの反対側に非流体光学構成要素を有するのが好ましい。それらの構成要素のうちの少なくとも1つはレンズである、又は好みでレンズの機能性を有する。

可変焦点レンズパッケージ内部での整合手段も存在することはさらに好ましい。たとえ光学的整合手段が代わりに使用可能であっても機械的整合手段は好ましい。後者はパッケージがウエハスケールで集合している場合では特に当てはまる。機械的整合手段の適切な例は突起物及びそれに対応するキャビティのようなロック機構を含む。

他の適切な実施例では、レンズ機能を有する架橋ポリマー材料のモールド層が流体チャンバのカプセル内側に存在する。ポリマーの架橋は流体焦点レンズの流体に対するモールド層の寿命を延ばすということを発明者たちは発見した。ここで特に重要なことは、誘起流体が非極性又は無極性有機物質の流体であるということである。

チャンバ内部のレンズの存在は、別個の回折格子を使用せずに済むという点で特に有利である。

本発明のこれら及び他の態様は図を参照することで明らかになる。

図1は本発明の好適実施例に従った可変焦点レンズパッケージ2を概略的に示した図である。

可変焦点レンズパッケージ2はプラスチック環状体10を有する。環状体10は金属のような導電性材料を有する層によって少なくとも部分的に被覆されている。導電層はパリレンのような絶縁性材料を有する層によって被覆されている。その一方で、絶縁層は疎水性材料を有する層によって被覆されている。環状体10の一部を被覆する3層は図1では参照番号16で示される線で概略的に図示されている。

可変焦点レンズパッケージ2の環状体10は、その外側部分に-傾斜した(beveling)-表面13を有する。さらに13の下部では、環状体10は環状溝17と共に供されている。

環状体10の貫通孔11は環状体10の下部に位置する下部レンズ群30及び、環状体10の上部に位置する上部レンズ群70によって閉じられている。レンズ群30及びレンズ群70の両方は所謂複製レンズとして形成される。そのようなレンズはガラスのベース板32、ガラスのベース板74、レンズ体31a、レンズ体31a、レンズ体75a及びレンズ体75bを有し、プラスチックのモールドを行うモールド及びモールド内部のプラスチックを処理する紫外光を使用する複製技術によって製造される。よって架橋が実現する。架橋密度は少なくとも0.05が好ましく、0.08から0.15のオーダーが好ましい。外側のレンズ体31b及び外側のレンズ体75bは整合手段33及び整合手段76を有する。ここではこれらの整合手段33及び76は環状の形状を有するように設計されているが、これは必要なことではない。この例では、整合手段はレンズ部分75b及びレンズ部分31bと同一の高さを有するが、それは決して必要というわけではない。モールド技術は所望の高さ変化を可能にする。

可変焦点レンズパッケージ2は環状体10、上部レンズ群70の下面及び下部レンズ群30の上面で区切られた流体チャンバ85を密閉する密閉リング50を有する。密閉リング50は環状体10の環状突起部18及び環状突起部19と上部レンズ群70のベース板74との間に設けられている。レンズ設計は所望であれば2つ以上の密閉リングを含むように修正して良い。

本発明の重要な態様に従うと、下部レンズ群30の上面36と上部レンズ群70の下面76の両方で、設置リング38及び設置リング77はレンズ群30及びレンズ群70上に配置されている。設置リング38及び設置リング77はレンズ群30とレンズ群70との整合、及び環状体10の貫通孔11に対する両レンズ群の整合の役割を果たす。一方で、下部設置リング38の外径は、下部レンズ群30が環状体10に対して導入されるときに下部設置リング38の外周が遊びの存在しない状態で、環状体10の外壁46と接触するように選択される。このようにして、下部レンズ群30のレンズ体31の中心軸は正確に環状体10の貫通孔11の中心軸と整合する。他方では、上部設置リング77の外径は、上部レンズ群70が環状体10に対して導入されるときに上部設置リング77の外周が遊びの存在しない状態で、環状体10の外壁45と接触するように選択される。このようにして、上部レンズ群70のレンズ体31の中心軸は正確に環状体10の貫通孔11の中心軸と整合する。

可変レンズパッケージ素子10、可変レンズパッケージ素子30、可変レンズパッケージ素子50、可変レンズパッケージ素子60及び可変レンズパッケージ素子70をお互いに固定させる目的で、留め具ユニットを使用して良い。ただしこれは図示されていない。留め具ユニットはたとえば、環状体10に対して上部レンズ群70を留めるようになっている。ここで、密閉リング50は上部レンズ群70と環状体10との間で留められている。

可変焦点レンズパッケージ2は多量の水86及び多量のオイル87を有する。水86及びオイル87は流体チャンバ85中に存在する。ここで水86は流体チャンバ85の下部にあり、オイル87は流体チャンバ85の上部にある。水86及びオイル87はメニスカス88で分離されている。このメニスカス88の形状は環状体10の導電性層と水86との間に印加される電圧の影響下で可変であり、水に対する疎水性層の濡れ性は電圧印加の影響下で可変である。

図2は可変焦点レンズパッケージ2の第2実施例の概略的分解図を示している。下部レンズ群30は3つの層を有する複製レンズを有する。複製レンズはガラスベース板32を有する。ガラスベース板32は、中心部が凹レンズ体を構成するプラスチックの下部レンズ層31aと、中心部が凸レンズ体を構成するプラスチックの上部レンズ層31bとの間に挟まれている。さらに図示の例では、上部レンズ群70はまた、複製レンズを有する。この上部レンズ群70の複製レンズはガラスベース板74及び、中心部が凸レンズ体を構成するプラスチックの上部レンズ層75を有する。ガラス板32の反対側にある複製レンズ31a及び複製レンズ31bは同一の組成を有する必要はない。ジアクリレート層が層31aに適し、HDDAの複製は層31bに適する。レンズは、無反射コーティング及び紫外線吸収コーティングのようなコーティングがなされている層31bの側に供される、これらのコーティングはスパッタ処理による。適切な無反射コーティングは酸化チタン、酸化シリコン及び/又は酸化タンタルを有する。

レンズパッケージ2の重要な特徴は、環状体10それ自身をレンズパッケージ2の電気的コネクタとして良いということである。ここで、環状体10とコンタクトを取るための付加的な要素を与える必要はない。環状体10と下部レンズ群30の層37との間の電流ショートを回避するため、環状体10の下部面26は絶縁層27で、少なくとも環状体10が下部レンズ面30に支持されている(rest on)領域で被覆される。図示された環状体10は、環状体10の内部部位12の端部で下部レンズ群30の上面36と接しないように設計されている。

環状体10は、下部レンズ群30を固定するクランプ用アーム（図2では図示されていない）を有する。しかし、環状体10に対して下部レンズ群30を留める手段を供することもまた可能である。これは環状体10の集積部分として形成されない。上部レンズ群70は、たとえばクランプ手段のような適切な方法で環状体10に対して固定させて良い。

環状体10によって構成されるコネクタに加えて、第4可変焦点レンズパッケージ2は別なコネクタ（図2では図示されていない）を有する。これは導電性層37を通じて水と接するために下部レンズ群30の導電性層37と接する。このコネクタは如何なる適切な方法で形成かつ配置されて良い。ここで、コネクタが環状体10と接しないことは重要である。

可変焦点レンズパッケージ2は、携帯電話及びデジタル記録装置で使用される光学走査装置のようなハンドヘルド装置への応用が可能である。多数のレンズパッケージ2は行で配置して良い。ここで、レンズパッケージ2の貫通孔11はお互い整合している、ズームレンズを作製するため。たとえレンズパッケージ2がガラス板30の両側でレンズ部分を有するとしても、その必要はなく、外側でのみ供されれば十分である。本発明に従ったレンズパッケージ2は特にカメラでの応用を意図している。カメラはさらにイメージセンサ及び相互接続体(interconnecting body)を有し、相互接続体は相互接続体の第1面及び第2面上に配備された導電性トラックを有し、導電性トラックは形成される、イメージセンサと可変焦点レンズパッケージ間と駆動電子機器又は接触パッドへの接続の構築が可能なように。カメラは上述のハンドヘルド装置の一部であって良い。ハンドヘルド装置はさらに入力手段、情報処理手段及び表示手段を有して良い。

本発明のレンズの断面の概略図である。 レンズの概略的分解図である。

Claims (11)

1. 光路中に複数の光学素子を有する可変焦点レンズパッケージであって、
   非混和性でメニスカスと接している第1流体及び第2流体を有する、流体チャンバ内の流体光学素子；
   非流体光学構成要素；
   を有し、
   前記メニスカスの形状は前記流体チャンバの導電性表面への電圧印加の下で可変であり、
   流体光学素子及び非流体光学素子の少なくとも1つはレンズであって、前記非流体光学構成要素は基板及びモールドされた表面層から構築され、
   前記基板は前記光路中に透明部を有し、
   前記モールドされた表面層は前記流体光学素子の外側を向く前記基板の側に存在し、前記レンズパッケージを別なレンズと整合させる手段をさらに有する、
   ことを特徴とする可変焦点レンズパッケージ。
2. 前記-第1-非流体光学構成要素に加えて第2非流体光学構成要素は前記光路中に存在し、その際、前記流体レンズは前記第1非流体光学構成要素と前記第2非流体光学構成要素との間に挟まれていて、
   前記第2非流体光学構成要素は基板及びモールドされた表面層から構築され、
   前記基板は前記光路中に透明部を有し、
   前記モールドされた表面層はカプセルの外側に存在し、前記レンズパッケージを別なレンズと整合させる手段をさらに有する、
   ことを特徴とする、請求項1に記載の可変焦点レンズパッケージ。
3. 前記基板及び前記カプセルの一部を形成する別のキャリアは相互に整合する手段を有することを特徴とする、請求項1に記載の可変焦点レンズパッケージ。
4. 前記整合手段は前記光路を取り囲むリング形状突起物又はキャビティを有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の可変焦点レンズパッケージ。
5. 前記の流体チャンバのカプセルの内側にレンズ機能を有する架橋されたポリマー材料のモールド層をさらに有する、請求項1又は2に記載の可変焦点レンズパッケージ。
6. 前記レンズは前記のカプセル内側で回折格子として機能することを特徴とする、請求項5に記載の可変焦点レンズパッケージ。
7. 前記非流体光学構成要素は非球面レンズであることを特徴とする、請求項1に記載の可変焦点レンズパッケージ。
8. 前記可変焦点レンズ及び前記別なレンズは、前記の可変焦点レンズのモールド層に存在する前記整合手段によって互いに整合していることを特徴とする、上記請求項のうちのいずれかに記載の可変焦点レンズパッケージと別なレンズとの集合体。
9. イメージセンサ、ドライバ及び上記請求項のうちのいずれかに記載の可変焦点レンズパッケージを有するカメラモジュール。
10. 上記請求項のうちのいずれかに記載の可変焦点レンズパッケージと共に供される画像化装置。
11. 光路中にある複数の光学素子を有する可変焦点レンズパッケージの製造方法であって、
    前記複数の素子は、
    非混和性でメニスカスと接している第1流体及び第2流体を有する、流体チャンバ内の流体光学素子；
    非流体光学構成要素；
    を有し、
    前記メニスカスの形状は前記流体チャンバの導電性表面への電圧印加の下で可変であり、
    流体光学素子及び非流体光学素子の少なくとも1つはレンズであることを特徴とし、
    複数のそのようなパッケージは：
    前記流体のうちの少なくとも1つで満たされた複数のキャビティを有するキャリアと前記各光路中に透明部を有する基板とを集合させる工程；及び、
    前記複数のレンズを個々の可変焦点レンズパッケージに分離する工程；
    によって同時に作製され、
    ことを特徴とし、
    前記基板は前記非流体レンズ及び別なレンズとの整合手段を含むモールドされた表面層を有する、
    ことを特徴とする方法。

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