JP2020505644A - 液体レンズ - Google Patents

Abstract

液体レンズは、伝導性液体及び非伝導性液体を収容するキャビティが配置された第１プレート、第１プレートの下部に配置される第１電極、第１プレートの上部に配置される第２電極、第２電極の上部に配置される第２プレート、及び第１電極の下部に配置される第３プレートを備え、第２プレートは、伝導性液体の上部に配置される第１厚さを有し、光軸を含む第１領域、及び該第１領域から延びており、第２厚さを有する第２領域を含み、第１厚さが第２厚さより大きい。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、液体レンズとこれを含むカメラモジュール及び光学機器に関する。より具体的に、本発明は、液体レンズに含まれた液体が熱膨張しても、液体を収容する構造物に温度によって発生する変形によるジオプトリーの変化を低減できるレンズに関する。

携帯端末の使用者は、高解像度を有し、小型であり、様々な撮影機能（光学ズーム機能（ｚｏｏｍ−ｉｎ／ｚｏｏｍ−ｏｕｔ）、オートフォーカシング（Ａｕｔｏ−Ｆｏｃｕｓｉｎｇ；ＡＦ）機能、手振れ補正又は映像揺れ防止（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ；ＯＩＳ）機能など）を有する光学機器を求めている。このような撮影機能は、複数のレンズを組み合わせてレンズを直接動かす方法によって具現できるが、レンズの数が増える場合、光学機器の大きさが増加することがある。オートフォーカスと手振れ補正機能は、レンズホルダーに固定されて光軸が整列されている複数のレンズモジュールが光軸又は光軸の垂直方向に移動したりティルティング（Ｔｉｌｔｉｎｇ）してなり、レンズモジュールを駆動させるために別個のレンズ駆動装置が用いられる。しかし、レンズ駆動装置は電力消耗が高く、その保護のためにカメラモジュールと別個にカバーガラスをさらに備えなければならず、全体の厚さが増加する。したがって、２種の液体間の界面の曲率を電気的に調節してオートフォーカスと手振れ補正機能を果たす液体レンズに対する研究が行われている。

本発明は、電気エネルギーを用いて焦点距離を調整できるレンズを備えるカメラ装置において、レンズに含まれた液体を収容できる構造物に温度によって発生する変形によるジオプトリーの変化を低減できるレンズを提供する。

また、本発明は、液体を収容し、透明なレンズ領域を提供するガラス層の厚さを増加させ、温度によって内部液体が熱膨張しても、レンズ領域でガラス層が屈曲してジオプトリーの変化が発生することを低減できる液体レンズを提供する。

また、本発明は、液体レンズにおいて温度によってジオプトリーの変化が発生することを減らすことができ、液体レンズを含む複数のレンズで構成されたレンズアセンブリーにおいて温度による歪み係数を減らすことができ、歪み補正（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）に対する負担を軽減できるカメラ装置を提供する。

本発明で遂げようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

本発明の一実施例による液体レンズは、伝導性液体及び非伝導性液体が配置されるキャビティを含む第１プレートと、該第１プレート下に配置される第１電極と、前記第１プレート上に配置される第２電極と、該第２電極の上部に配置される第２プレートと、前記第１電極の下部に配置される第３プレートとを備え、前記第２プレートの前記伝導性液体の上部に配置される領域は、第１厚さを有し、光軸を含む第１領域、及び該第１領域から延びており、第２厚さを有する第２領域を含み、前記第１厚さが第２厚さより大きくてよい。

または、前記第２プレートは、第３厚さを有し、前記第１プレートと結合する第３領域をさらに含み、前記第２領域は、前記第１領域と第３領域との間に配置されてもよい。

または、前記第３厚さは前記第２厚さより厚くてもよい。

または、前記第３厚さは前記第１厚さと同一又は大きくてもよい。

または、前記第３厚さは前記第１厚さと同一又は小さくてもよい。

または、前記キャビティの断面積は、前記第３プレートから前記第２プレートの方に行くほど大きくなり、前記キャビティの傾斜面は５５°〜６５°の傾斜度範囲を有し得る。

または、前記伝導性液体は前記第２プレートと接し得る。

または、前記第２プレートは、前記伝導性液体又は前記非伝導性液体の一つと接する内面と、該内面の反対側である外面を含み、前記内面及び前記外面の少なくとも一つは屈曲（ｕｎｅｖｅｎ）し得る。

または、前記内面において前記第２領域よりも前記第１領域が突出してもよい。

または、前記外面において前記第２領域よりも前記第１領域が突出してもよい。

または、前記外面及び前記内面において前記第２領域よりも前記第１領域が突出してもよい。

または、前記内面又は前記外面において前記第１領域と前記第２領域は平ら（ｅｖｅｎ）であり、前記接合領域は突出してもよい。

または、前記第２プレートは、前記伝導性液体又は前記非伝導性液体のいずれか一つと接する内面、及び該内面の反対側である外面を含み、前記内面及び前記外面のいずれか一方が屈曲（ｕｎｅｖｅｎ）しており、他方は平ら（ｅｖｅｎ）であってもよい。

または、前記第１領域の平面積は、前記開口領域より大きいか又は同一であり得る。

または、前記第２プレートは前記第３プレートより厚く、前記第３プレートは平ら（ｕｎｅｖｅｎ）であり得る。

また、前記第２プレートの厚さは１ｍｍより大きく、前記第２領域の厚さは１ｍｍより小さく、前記第２プレートの厚さの５０％以上であり得る。

本発明の他の実施例による液体レンズは、伝導性液体及び非伝導性液体が配置されるキャビティを含む第１プレートと、前記第１プレート下に配置される第１電極と、前記第１プレート上に配置される第２電極と、前記第２電極の上部に配置される第２プレートと、前記第１電極の下部に配置される第３プレートとを備え、前記第２プレートの前記伝導性液体の上部に配置される領域の光軸に平行な方向への厚さは、前記第２プレートの第１プレートと結合される領域の光軸に平行な方向への厚さより薄くてよい。

本発明の他の実施例による液体レンズは、透明な第２プレート及び第３プレートと、前記第２プレート及び前記第３プレートの間に位置し、予め設定された傾斜面を有する開口領域を含む第１プレートと、前記第２プレート、前記第３プレート及び前記開口領域によって決定されるキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）と、前記キャビティに充填された異なる性質の２つの液体とを備え、前記第２プレートは、前記第１プレートとの接合のための接合領域、前記開口領域に対応する中心領域、及び前記第１プレートと離隔しており、前記接合領域と前記中心領域との間に位置する周辺領域を含み、前記中心領域の厚さは前記周辺領域の厚さより厚くて温度変化による曲がりが小さくて済む。

上述した本発明の態様は、本発明の好ましい実施例の一部に過ぎず、本願発明の技術的特徴が反映された様々な実施例が、当該技術の分野における通常の知識を有する者によって、以下に詳述する本発明の詳細な説明に基づいて導出され理解されるだろう。

本発明に係る装置に関する効果について説明すると、次の通りである。

本発明は、温度によるジオプトリーの変化が小さい液体レンズを提供できるという長所がある。

また、本発明は、液体レンズを含むレンズアセンブリーにおいて温度変化による歪み係数が小さくて歪み補正がしやすいカメラ装置を提供できるという長所がある。

本発明から得られる効果は以上で言及した効果に制限されず、言及していない他の効果は、以下の記載から、本発明の属する分野における通常の知識を有する者に明確に理解できよう。

液体レンズの第１例を説明する図である。 液体レンズの第１例を説明する図である。 図１Ａ及び図１Ｂで説明した液体レンズの温度による特性を説明する図である。 図１Ａ及び図１Ｂで説明した液体レンズの温度による特性を説明する図である。 液体レンズの第２例を説明する図である。 液体レンズの第２例を説明する図である。 図３Ａ及び図３Ｂで説明した液体レンズの温度による特性を説明する図である。 図３Ａ及び図３Ｂで説明した液体レンズの温度による特性を説明する図である。 液体レンズの第３例を説明する図である。 液体レンズの第４例を説明する図である。 液体レンズの第５例を説明する図である。 液体レンズの第６例を説明する図である。 液体レンズの第７例を説明する図である。

以下、添付の図面を参照して実施例を詳しく説明する。実施例は、様々な変更を加えることができ、様々な形態を有し得るところ、特定の実施例を図面に例示し、本文に詳細に説明するものとする。しかし、これは、実施例を特定の開示形態に対して限定しようとする意図ではなく、実施例の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物又は代替物を含むと理解すべきである。

「第１」、「第２」などの用語は、様々な構成要素を説明するために使うことができるが、それらの構成要素はこの用語によって限定されるものではない。この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使われる。また、実施例の構成及び作用を考慮して特に定義された用語は、実施例を説明するためのもので、実施例の範囲を限定するものではない。

実施例の説明において、各要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の「上（上部）又は下（下部）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合、上（上部）又は下（下部）は、２つの要素が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触することも、一つ以上の他の要素が前記２つの要素の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることも含む。また、「上（上部）又は「下（下部）」と表現される場合、一つの要素を基準に上方も下方も意味することができる。

また、以下で使う「上／上部／上方」及び「下／下部／下方」などの関係的用語は、そのような実体又は要素の間のいかなる物理的又は論理的関係又は順序を必ずしも要求したり内包せず、一つの実体又は要素を他の実体又は要素と区別するために使われてもよい。

小型化する携帯端末に複数のレンズを含むカメラ装置を搭載し、複数のレンズ間の間隔を調節して焦点距離を変更する方法によって光学ズーム機能（ｚｏｏｍ−ｉｎ／ｚｏｏｍ−ｏｕｔ）、オートフォーカシング（Ａｕｔｏ−Ｆｏｃｕｓｉｎｇ；ＡＦ）機能、手振れ補正又は映像揺れ防止（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ；ＯＩＳ）機能を具現することは容易ではない。このような問題を解決するための手段及び方法として、透明で堅固なガラス（ｇｌａｓｓ）やプラスチックに代えて液体でレンズを作ることができる。液体でレンズを作る場合、レンズの焦点距離は、エレクトロウェッティング（Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）現象によって調整することができる。エレクトロウェッティング現象を用いた液体レンズの方が、レンズを動かして（レンズ間距離を調整して）焦点距離を調整することに比べてカメラ装置の大きさをより小さくできる他、レンズをモーターなどを用いて機械的に動かすことに比べて電力消耗を小さくできる。

図１Ａ及び図１Ｂは、液体レンズの第１例を説明する。具体的に、図１Ａは、液体レンズの第１例に対する上視図（ｔｏｐ ｖｉｅｗ）であり、図１Ｂは、液体レンズの第１例に対する断面図（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｖｉｅｗ）である。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、液体レンズは、異なる２つの液体、第１プレート１４及び電極を含むことができる。液体レンズに含まれる２つの液体２５，２４は、伝導性液体及び非伝導性液体を含むことができる。第１プレートは、伝導性液体及び非伝導性液体が配置されるキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）５０を含むことができる。キャビティ５０は傾斜面を有することができる。電極は、第１プレート１４上に配置することができ、第１プレートの上部又は第１プレートの下部に配置され得る。液体レンズは、電極の上部（下部）に配置され得る第２プレート１６をさらに含むことができる。また、液体レンズは電極の下部（上部）に配置され得る第３プレート１２をさらに含むことができる。図示のように、液体レンズ２８の一実施例は、異なる２つの液体２５，２４が形成する界面３０を含むことができる。また、液体レンズ２８に電圧を供給する少なくとも一つの基板４７，４９を含むことができる。液体レンズ２８の角部は液体レンズ２８の中心部に比べて厚さが薄くてよい。

液体レンズ２８は、異なる２つの液体、例えば伝導性液体２５及び非伝導性液体２４を含み、２つの液体が形成する界面３０の曲率及び形状は、液体レンズ２８に供給される駆動電圧によって調整することができる。液体レンズ２８に供給される駆動電圧は、第１基板４９及び第２基板４７から伝達され得る。第１基板４９は、区別される４個の個別駆動電圧を伝達し、第２基板４７は一つの共通電圧を伝達することができる。第２基板４７及び第１基板４９から供給される電圧は、液体レンズ２８の各角部に露出される複数の電極７４，７６に印加され得る。

また、液体レンズ２８は、透明な材質を含む第３プレート１２及び第２プレート１６Ａ、第３プレート１２と第２プレート１６Ａとの間に位置し、予め設定された傾斜面を含む開口領域を有する第１プレート１４を含むことができる。

第２プレート１２は、第１幅Ｄ１を有する矩形の形状を有することができる。第２プレート１２は、第１プレート１４とエッジ（ｅｄｇｅ）周辺の接合領域で触れて接着され、第１プレート１４は傾斜面を有し、広い開口領域４８の直径Ｄ３よりも大きい周辺領域４６の直径Ｄ２を有することができる。第１プレート１４の上部は一部が露出されてキャビティ４２を定義できるが、これは、第１プレート１４に形成される電極パターンの一部がキャビティ４２に露出される必要があるためである。このため、実施例によって、第２プレート１２は、第１プレート１４の広い開口領域の直径Ｄ３よりも大きい直径Ｄ２を有し、第１プレート１４と離隔された周辺領域４６を含むことができる。

一方、液体レンズ２８の実際有効レンズ領域は、第１プレート１４の広い開口領域の直径Ｄ３よりも遥かに小さくてよい。例えば、液体レンズ２８の中心部を基準に狭い範囲の半径が実際に光を伝達する経路として使われる場合、第２プレート１２の中心領域の直径Ｄ２は第１プレート１４の広い開口領域の直径Ｄ３より小さくてもよい。

また、液体レンズ２８は、第３プレート１２、第２プレート１６Ａ及び第１プレート１４の開口領域によって決定されるキャビティ５０を含むことができる。ここで、キャビティ５０は、異なる性質（例えば、伝導性液体及び非伝導性液体）の２つの液体２５，２４が充填され、異なる性質の２つの液体２５，２４の間には界面３０が形成され得る。

また、液体レンズ２８に含まれる２つの液体２５，２４の少なくとも一つは伝導性を有し、液体レンズ２８は、第１プレート１４の上部及び下部に配置される２つの電極７４，７６と伝導性の液体が接し得る傾斜面に配置される絶縁層７２をさらに含むことができる。ここで、絶縁層７２は、２つの電極７４，７６のいずれか一つの電極（例えば、第２電極７６）を覆い、他の電極（例えば、第１電極７４）の一部を露出させ、伝導性液体（例えば、２６）に電気エネルギーが印加されるようにし得る。ここで、第１電極７４は、少なくとも１つの電極セクターを含み、第２電極７６は２つ以上の電極セクターを含むことができる。例えば、第２電極７６は、光軸を中心に時計回り方向に沿って順次に配置される複数の電極セクターを含むことができる。

液体レンズ２８に含まれた２つの電極７４，７６に駆動電圧を伝達するための１つ又は２つ以上の基板４７，４９が連結され得る。駆動電圧に対応して液体レンズ２８内に形成される界面３０の屈曲、傾斜度などが変わりつつ液体レンズ２８の焦点距離が調整され得る。

図１Ｂを参照すると、第２プレート１２で開口領域４８に対応する中心部と周辺領域４６の厚さは同一であるとともに平ら（ｅｖｅｎ）でよい。第２プレート１２の中心部と周辺領域４６の厚さは、エッジ周辺の接合領域に比べて厚さが薄くてよい。

一方、第１プレート１４は、傾斜面を有する開口領域４８を含み、広い開口領域４８の直径Ｄ３は、液体レンズに要求される画角（ＦＯＶ）又は液体レンズのカメラ装置における役割に従って変わり得る。開口領域４８は、円形の断面を持つホール（ｈｏｌｅ）の形状でよく、開口領域４８の傾斜面は、５５°〜６５°範囲の傾斜度を有することができる。２つの液体が形成した界面４４は、開口領域４８の傾斜面に沿って動くことができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ａ及び図１Ｂで説明した液体レンズの温度による特性を説明する。具体的に、図２Ａは常温における液体レンズを説明し、図２Ｂは高温における液体レンズを説明する。

前述した通り、第２プレート１２、第１プレート１４及び第３プレート１６によって決定されるキャビティには、異なる性質の２つの液体が充填されている。液体は、温度が上がると膨張する性質を有し得る（例えば、熱膨張（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ））。

キャビティに充填される２つの液体は、電解質（又は伝導性）液体と非電解質（又は非伝導性）液体を含むことができる。液体の熱膨張は固体に比べて大きい。物質の温度が上がると分子の運動が活発になり、分子と分子間の間隔が遠ざかり、これによって体積が増加し得る。特に、液体を構成する分子の方が、固体を構成する分子に比べてより自由に動けるため、温度変化の程度が同一の場合、液体が固体に比べて熱膨張の程度が大きい。液体レンズに使われる電解質（伝導性）液体の代表例として水（Ｈ_２Ｏ）を挙げることができる。水の場合、４℃以上では温度が上がると体積が膨張するが、４℃以下では温度が上がると体積が減る特徴を有する。水の熱膨張係数は約１．８（単位：１０^−５／℃）程度と知られている。

図２Ａを参照すると、常温でキャビティに充填された２つの液体の体積変化がないと、第２プレート１２から入射した光はキャビティ内の２つの液体が形成する界面４４による屈折に影響を受けて第３プレート１６を通過することができる。この場合、液体レンズに電気エネルギーを印加して界面４４の曲率を変更する方法によって液体レンズを所望の方向へと制御することができる。

図２Ｂを参照すると、高温でキャビティに充填された２つの液体の体積変化によって第２プレート１２が膨れ上がる現象が起き得る。第２プレートの中心部と周辺領域は第１プレート１４と接着されていないだけでなく、中心部と周辺領域の厚さが薄いため、温度変化によって体積が増加する２つの液体に対応して第２プレート１２は曲がり得る。

一方、温度の変化にも第３プレート１６が膨らむことは発生しなくて済む。複数の電極パターンが配置された第１プレート１４を第３プレート１６上に固定した後に絶縁層（図示せず）を形成し、複数の電極パターンがキャビティに露出されることを防止することができる。例えば、絶縁層で２つの電極パターンの一つを覆い、他の電極パターンだけを露出させることにより、キャビティ内に充填された２つの液体の性質が変化することを防止することができる。第１プレート１４及び第３プレート１６上に形成される絶縁層によって、２つの液体が温度変化に対応して熱膨張をしても第３プレート１６は膨れ上がらず、強度の弱い第２プレート１２が膨れ上がり得る。

第２プレート１２が膨れ上がると、第２プレート１２から入射する光は、電気エネルギーによって曲率が制御される界面４４とは別に、第２プレート１２で発生する屈曲率によって屈折し得る。この場合、第２プレート１２で発生する曲率は液体レンズの設計に反映されていないことがあり、２つの液体の温度変化による熱膨張率を正確に知っているとしても、第２プレート１２の曲率は均一に発生しない可能性がある。例えば、第２プレート１２と第１プレート１４との接着強度によって、強度の最も低い部位から膨れ上がり得る。前述したように、均一に維持されない第２プレート１２によって、温度変化による液体レンズのジオプトリー変化が発生することがあり、このようなジオプトリー変化を正確に予想することは難しい。

図３Ａ及び図３Ｂは、液体レンズの第２例を説明する。具体的に、図３Ａは、液体レンズの第２例に対する上視図であり、図３Ｂは、液体レンズの第１例に対する断面図である。説明の便宜のために、図１Ｂで説明した液体レンズと実質的に同じ構成要素に関する説明は省くものとする。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、液体レンズは、透明な第２プレート２２及び第３プレート２６、第２プレート２２と第３プレート２６との間に位置し、予め設定された傾斜面を有する開口領域を含む第１プレート２４、第２プレート２２、第３プレート２６及び開口領域によって決定されるキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）５０、及びキャビティ５０に充填された異なる性質の２つの液体２５，２４を含むことができる。ここで、異なる性質の２つの液体は界面３０を形成でき、界面３０の位置及び屈曲度は、液体レンズに印加される電気エネルギー（例えば、電圧など）によって変わり得る。

第２プレート２２は、第１幅Ｄ１を有する矩形の形状を有することができる。具体的に、第２プレート２２は、第１プレート２４との接合のための接合領域、開口領域に対応する中心領域３２、及び第１プレート２４から離隔しているとともに、接合領域と中心領域３２との間に位置する周辺領域３４を含むことができる。

第２プレート２２は、第１プレート２４とエッジ（ｅｄｇｅ）周辺の接合領域で当接して接着され、第１プレート２４の広い開口領域の直径Ｄ３に対応する中心領域３２を有することができる。図３Ｂでは第１プレート２４の開口領域と中心領域３２の直径が同一（Ｄ３）になっているが、中心領域３２の直径／面積が第１プレート２４の開口領域の直径／面積より大きくてもよい。第１プレート２４の開口領域は、液体レンズにおいて光を受信できる領域であり、第２プレート１２内の中心領域３２が第１プレート２４の開口領域よりも狭い場合、液体レンズのレンズアクティブ領域（光を受信できる面積）が狭くなる。

第２プレート２２の中心領域３２及び周辺領域３４は、第１プレート２４と離隔され得る。中心領域３２及び周辺領域３４が第１プレート２４と離隔されると、第１プレート２４の上部は一部が露出されてキャビティ５０を定義できるが、これは、第１プレート２４に形成される電極パターンの一部がキャビティ５０に露出される必要があるためである。周辺領域３４は、第１プレート２４の開口領域よりも大きい直径Ｄ２を有することができる。

図３Ｂを参照すると、第２プレート２２において第１プレート２４の開口領域に対応する中心領域３２と周辺領域３４の厚さは異なっている。また、第２プレート２２は平ら（ｅｖｅｎ）でなく屈曲（ｕｎｅｖｅｎ）してもよい。ここで、第２プレート２２が屈曲するということは、表面全体が平らでなく、中心領域３２と周辺領域３４の間に段差が存在することを意味する。特に、第２プレート２２の中心領域３２は周辺領域３４より厚くてよい。第２プレート２２の中心領域３２が周辺領域３４より厚いと、温度変化による曲がりを小さくできる。

一方、第１プレート２４は、傾斜面を有する開口領域を含み、広い開口領域の直径Ｄ３は、液体レンズに要求される画角（ＦＯＶ）又は液体レンズのカメラ装置における役割に従って変わり得る。開口領域は円形の断面を有するホール（ｈｏｌｅ）の形状でよく、開口領域の傾斜面は５５°〜６５°範囲の傾斜度を有することができる。２つの液体が形成した界面３０は開口領域の傾斜面に沿って動くことができる。

また、第２プレート２２のエッジ周辺の接合領域３６は、周辺領域３４に比べて厚くてよい。ただし、第２プレート２２の接合領域３６の厚さと中心領域３２の厚さは同一でも異なってもよい。一方、第２プレート２２の厚さは１ｍｍよりも大きく、周辺領域３４の厚さは１ｍｍよりも小さいとともに、第２プレート２２の厚さの５０％以上であり得る。第２プレート２２の中心領域３２の厚さが厚いほど、温度変化によるジオプトリーの変化を減らすことができる。また、第２プレート２２の厚さは、液体レンズ２８の全体厚さの１５％〜２０％又はそれ以上を占めることができる。例えば、液体レンズ２８の焦点距離変化方向と他の全てのレンズの焦点距離変化方向が互いに反対である場合、液体レンズ２８の第２プレート２２の厚さを調節し、互いに打ち消される条件を探すことができる。この時、第２プレート２２の厚さが薄くなるほど変化は大きくなり、厚くなるほど変化は小さくなる。

また、第２プレート２２は、２つの液体のいずれかと接する内面と、内面の反対側である外面を有することができる。図３Ｂを参照すると、第２プレート２２の中心領域３２は、内面及び外面の両方から突出している。第２プレート２２は、伝導性液体の上部に配置され、第１厚さを有し、光軸を含む第１領域（例えば、中心領域）、第１領域から延びており、第２厚さを有する第２領域（例えば、周辺領域）を含むことができる。また、第２プレート２２は、第１プレート２４と結合される第３領域（例えば、接合領域）をさらに含むことができる。第２プレート２２の第２領域は、第１領域と第３領域との間に配置され得る。

図４Ａ及び図４Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂで説明した液体レンズの温度による特性を説明する。具体的に、図４Ａは常温における液体レンズを説明し、図４Ｂは高温における液体レンズを説明する。

前述したように、第２プレート２２、第１プレート２４及び第３プレート２６によって決定されるキャビティには異なる性質の２つの液体が充填されている。液体は温度が上がると膨張する性質を有し得る（例えば、熱膨張（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ））。

図４Ａを参照すると、常温でキャビティに充填された２つの液体の体積変化がないと、第２プレート２２から入射した光は、キャビティ内の２つの液体が形成する界面３０による屈折に影響を受けて第３プレート２６を通過できる。この場合、液体レンズに電気エネルギーを印加して界面３０の曲率を変更する方法によって液体レンズを所望の方向へと制御することができる。

図２Ｂを参照すると、高温でキャビティに充填された２つの液体の体積変化によって第２プレート２２が膨れ上がる形状になり得る。第２プレート２２の中心領域３２部及び周辺領域３４は第１プレート２４と接着されていないため、キャビティに充填された２つの液体の膨張によって膨れ上がり得る。ただし、第２プレート２２が膨れ上がっても厚さの厚い中心領域３２は平らに維持され、中心領域３２に比べて厚さの薄い周辺領域３４にのみ曲率が発生し得る。

第２プレート２２の中心領域３２には曲率が発生せず、周辺領域３４にのみ曲率が発生すると、中心領域３２を通して伝達される光に屈折が発生しなくて済む。すなわち、温度の変化にも中心領域３２に曲率が発生しないと、液体レンズは、温度変化によるジオプトリーの変化を減らすことができる。

一方、温度が変化しても第３プレート２６が膨れ上がることは発生しなくて済む。複数の電極パターンが配置された第１プレート２４を第３プレート２６上に固定した後に絶縁層（図示せず）を形成し、複数の電極パターンがキャビティに露出されることを防止することができる。例えば、絶縁層で２つの電極パターンのいずれか一つを覆い、他の電極パターンのみを露出させることにより、キャビティ内に充填された２つの液体の性質が変化することを防止することができる。第１プレート２４及び第３プレート２６上に形成される絶縁層によって、２つの液体が温度変化に対応して熱膨張しても第３プレート２６が膨れ上がらず、強度の弱い第２プレート２２の周辺領域３４にのみ曲率ができる。

第２プレート２２が膨れ上がっても中心領域３２が平らに維持されると、第２プレート２２から入射する光は、電気エネルギーによって曲率が制御される界面３０の屈曲率によって屈折し得るため、液体レンズを含むレンズアセンブリーの制御が容易になる。すなわち、温度変化によって第２プレート２２で発生し得る曲率を考慮する必要がないため、液体レンズの歪み係数を大きく減らすことができる。

図５Ａ〜図５Ｄは、液体レンズの様々な構造を説明する。以下では、図１Ａ及び図１Ｂと図３Ａ及び図３Ｂで説明した液体レンズと区別される部分を中心に説明する。

図５Ａは、液体レンズの第３例を説明する。

図示のように、液体レンズの第３例は、第１プレートと接する第２プレート２２ａが、液体と触れる内面は屈曲しており、外面は平らな形状を有する場合を説明する。この場合、第２プレート２２ａの中心領域３２ａの厚さは接合領域３６ａより薄く、周辺領域３４ａよりは厚くてよい。

図５Ｂは、液体レンズの第４例を説明する。

図示のように、液体レンズの第３例は、第１プレートと接する第２プレート２２ａにおいて、液体と触れる内面及び外面とも屈曲する、突出する、又は平らでなくてよい。ただし、第２プレート２２ａの外面において中心領域３２ｂと周辺領域３４ｂは平らであり、内面では中心領域３２ｂが周辺領域３４ｂに比べて突出した構造を有することができる。第２プレート２２ａにおいて接合領域３６ｂが最も厚く形成され、中心領域３２ａの厚さは接合領域３６ａより薄く、周辺領域３４ａよりは厚くなっている。

図５Ｃは、液体レンズの第５例を説明する。

図示のように、液体レンズの第３例は、第１プレートと接する第２プレート２２ｃにおいて液体と触れる内面及び外面がいずれも屈曲してよい。第２プレート２２ｃの外面及び内面の両方で中心領域３２ｃが周辺領域３４ｃよりも突出した構造を有することができる。この場合、第２プレート２２ｃの中心領域３２ｃと接合領域３６ｃの厚さは周辺領域３４ｃよりも厚くてよい。ただし、中心領域３２ｃは接合領域３６ｃより厚くても、薄くても、同一でもよい。

図５Ｄは、液体レンズの第６例を説明する。

図示のように、液体レンズの第６例は、第１プレートと接する第２プレート２２ｄが、液体と触れる内面は平らであり、外面の中心領域と周辺領域は屈曲する、突出する、又は平らでない形状を有する場合を説明する。この場合、第２プレート２２ｄの中心領域３２ｄの厚さは接合領域３６ｄより薄く、周辺領域３４ｄよりは厚くてよい。

図５Ｂ〜図５Ｄに示すように、第１プレートと第２プレートとが結合する部分の厚さが最も厚く、図示してはいないが、第１プレートと第２プレートとが結合する部分の内部（液体と接する領域）は平らであってもよい。また、第１プレートと第２プレートとが結合する部分の上部領域は、第２プレートが液体と触れる領域の上部よりも高く突出して配置されてもよい。

図５Ｅは、液体レンズの第７例を説明する。

図示のように、液体レンズの第７例は、第１プレートと接する第２プレート２２ｅが液体と触れる内面は平らであり、外面の中心領域が周辺領域よりも突出した構造を有し得る。この場合、第２プレート２２ｅの中心領域３２ｅの厚さは、接合領域３６ｅ及び周辺領域３４ｄより厚くてよい。

前述した液体レンズはカメラモジュールに含まれ得る。カメラモジュールは、ハウジングに実装される液体レンズ及び液体レンズの前面又は後面に配置され得る少なくとも一つの固体レンズを含むレンズアセンブリー、レンズアセンブリーを通して伝達される光信号を電気信号に変換するイメージセンサー、及び液体レンズに駆動電圧を供給するための制御回路を含むことができる。

実施例と関連して前述のようにいくつかの形態だけを述べたが、その他にも様々な形態の実施が可能である。前述した実施例の技術的内容は、互いに両立できない技術でない限り、様々な形態で組み合わせることができ、これによって新しい実施形態を具現することもできる。

例えば、前述した液体レンズを含むカメラモジュールを備えた光学機器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）を具現することができる。ここで、光学機器は、光信号を加工又は分析できる装置を含むことができる。光学機器の例には、カメラ／ビデオ装置、望遠鏡装置、顕微鏡装置、干渉計装置、光度計装置、偏光計装置、分光計装置、反射計装置、オートコリメーター装置、レンズメーター装置などを挙げることができ、液体レンズを備え得る光学機器に本発明の実施例を適用することができる。また、光学機器は、スマートフォン、ノートパソコン、タブレットコンピュータなどの携帯端末に具現することができる。このような光学機器は、カメラモジュール、映像を出力するディスプレイ部、カメラモジュール及びディスプレイ部を実装する本体ハウジングを含むことができる。光学機器は、本体ハウジングに他の機器と通信できる通信モジュールを実装でき、データを保存できるメモリー部をさらに含むことができる。

本発明は、本発明の精神及び必須の特徴から逸脱しない範囲で他の特定の形態に具体化できることは当業者にとって自明である。したがって、上述の詳細な説明はいずれの面においても制限的に解釈されてはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付する請求項の合理的解釈によって決定されるべきであり、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

本発明は、液体レンズに関する。より具体的に、本発明は、液体レンズに含まれた液体が熱膨張しても、液体を収容する構造物に温度によって発生する変形によるジオプトリーの変化を低減できるレンズに関する。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、液体レンズは、異なる２つの液体、第１プレート１４及び電極を含むことができる。液体レンズに含まれる２つの液体２５，２４は、伝導性液体及び非伝導性液体を含むことができる。第１プレートは、伝導性液体及び非伝導性液体が配置されるキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）５０を含むことができる。キャビティ５０は傾斜面を有することができる。電極は、第１プレート１４上に配置することができ、第１プレートの上部又は第１プレートの下部に配置され得る。液体レンズは、電極の上部（下部）に配置され得る第２プレート１２をさらに含むことができる。また、液体レンズは電極の下部（上部）に配置され得る第３プレート１６をさらに含むことができる。図示のように、液体レンズ２８の一実施例は、異なる２つの液体２５，２４が形成する界面３０を含むことができる。また、液体レンズ２８に電圧を供給する少なくとも一つの基板４７，４９を含むことができる。液体レンズ２８の角部は液体レンズ２８の中心部に比べて厚さが薄くてよい。

また、液体レンズ２８は、透明な材質を含む第３プレート１６及び第２プレート１２、第３プレート１６と第２プレート１２との間に位置し、予め設定された傾斜面を含む開口領域を有する第１プレート１４を含むことができる。

また、液体レンズ２８は、第３プレート１６、第２プレート１２及び第１プレート１４の開口領域によって決定されるキャビティ５０を含むことができる。ここで、キャビティ５０は、異なる性質（例えば、伝導性液体及び非伝導性液体）の２つの液体２５，２４が充填され、異なる性質の２つの液体２５，２４の間には界面３０が形成され得る。

また、液体レンズ２８に含まれる２つの液体２５，２４の少なくとも一つは伝導性を有し、液体レンズ２８は、第１プレート１４の上部及び下部に配置される２つの電極７４，７６と伝導性の液体が接し得る傾斜面に配置される絶縁層７２をさらに含むことができる。ここで、絶縁層７２は、２つの電極７４，７６のいずれか一つの電極（例えば、第２電極７６）を覆い、他の電極（例えば、第１電極７４）の一部を露出させ、伝導性液体（例えば、２５）に電気エネルギーが印加されるようにし得る。ここで、第１電極７４は、少なくとも１つの電極セクターを含み、第２電極７６は２つ以上の電極セクターを含むことができる。例えば、第２電極７６は、光軸を中心に時計回り方向に沿って順次に配置される複数の電極セクターを含むことができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、液体レンズの第２例を説明する。具体的に、図３Ａは、液体レンズの第２例に対する上視図であり、図３Ｂは、液体レンズの第２例に対する断面図である。説明の便宜のために、図１Ｂで説明した液体レンズと実質的に同じ構成要素に関する説明は省くものとする。

第２プレート２２は、第１プレート２４とエッジ（ｅｄｇｅ）周辺の接合領域で当接して接着され、第１プレート２４の広い開口領域の直径Ｄ３に対応する中心領域３２を有することができる。図３Ｂでは第１プレート２４の開口領域と中心領域３２の直径が同一（Ｄ３）になっているが、中心領域３２の直径／面積が第１プレート２４の開口領域の直径／面積より大きくてもよい。第１プレート２４の開口領域は、液体レンズにおいて光を受信できる領域であり、第２プレート２２内の中心領域３２が第１プレート２４の開口領域よりも狭い場合、液体レンズのレンズアクティブ領域（光を受信できる面積）が狭くなる。

図４Ａを参照すると、常温でキャビティに充填された２つの液体の体積変化がないと、第２プレート２２から入射した光は、キャビティ内の２つの液体が形成する界面３０による屈折に影響を受けて第３プレート２６を通過できる。この場合、液体レンズに電気エネルギーを印加して界面３０，５４の曲率を変更する方法によって液体レンズを所望の方向へと制御することができる。

図４Ｂを参照すると、高温でキャビティに充填された２つの液体の体積変化によって第２プレート２２が膨れ上がる形状になり得る。第２プレート２２の中心領域３２部及び周辺領域３４は第１プレート２４と接着されていないため、キャビティに充填された２つの液体の膨張によって膨れ上がり得る。ただし、第２プレート２２が膨れ上がっても厚さの厚い中心領域３２は平らに維持され、中心領域３２に比べて厚さの薄い周辺領域３４にのみ曲率が発生し得る。

第２プレート２２が膨れ上がっても中心領域３２が平らに維持されると、第２プレート２２から入射する光は、電気エネルギーによって曲率が制御される界面３０，５４の屈曲率によって屈折し得るため、液体レンズを含むレンズアセンブリーの制御が容易になる。すなわち、温度変化によって第２プレート２２で発生し得る曲率を考慮する必要がないため、液体レンズの歪み係数を大きく減らすことができる。

図示のように、液体レンズの第４例は、第１プレートと接する第２プレート２２ｂにおいて、液体と触れる内面及び外面とも屈曲する、突出する、又は平らでなくてよい。ただし、第２プレート２２ｂの外面において中心領域３２ｂと周辺領域３４ｂは平らであり、内面では中心領域３２ｂが周辺領域３４ｂに比べて突出した構造を有することができる。第２プレート２２ｂにおいて接合領域３６ｂが最も厚く形成され、中心領域３２ｂの厚さは接合領域３６ｂより薄く、周辺領域３４ｂよりは厚くなっている。

図示のように、液体レンズの第５例は、第１プレートと接する第２プレート２２ｃにおいて液体と触れる内面及び外面がいずれも屈曲してよい。第２プレート２２ｃの外面及び内面の両方で中心領域３２ｃが周辺領域３４ｃよりも突出した構造を有することができる。この場合、第２プレート２２ｃの中心領域３２ｃと接合領域３６ｃの厚さは周辺領域３４ｃよりも厚くてよい。ただし、中心領域３２ｃは接合領域３６ｃより厚くても、薄くても、同一でもよい。

図示のように、液体レンズの第７例は、第１プレートと接する第２プレート２２ｅが液体と触れる内面は平らであり、外面の中心領域が周辺領域よりも突出した構造を有し得る。この場合、第２プレート２２ｅの中心領域３２ｅの厚さは、接合領域３６ｅ及び周辺領域３４ｅより厚くてよい。

Claims (10)

1. 伝導性液体と非伝導性液体が配置されるキャビティを含む第１プレートと、
   前記第１プレート下に配置される第１電極と、
   前記第１プレート上に配置される第２電極と、
   前記第２電極の上部に配置される第２プレートと、
   前記第１電極の下部に配置される第３プレートと、を備え、
   前記第２プレートの前記伝導性液体の上部に配置される領域は、第１厚さを有し、光軸を含む第１領域、及び該第１領域から延びており、第２厚さを有する第２領域を含み、前記第１厚さが第２厚さより大きい、液体レンズ。
2. 前記第２プレートは、
   第３厚さを有し、前記第１プレートと結合される第３領域をさらに含み、
   前記第２領域は、前記第１領域と第３領域との間に配置される、請求項１に記載の液体レンズ。
3. 前記第３厚さは、前記第２厚さより厚く、前記第１厚さと同一又は厚い、請求項２に記載の液体レンズ。
4. 前記第３厚さは、前記第２厚さより厚く、前記第１厚さと同一又は小さい、請求項２に記載の液体レンズ。
5. 前記キャビティの断面積は、前記第３プレートから前記第２プレートに向かうほど大きくなり、前記キャビティの傾斜面は５５°〜６５°の傾斜度範囲を有する、請求項１に記載の液体レンズ。
6. 前記第２プレートは、前記伝導性液体又は前記非伝導性液体のいずれか一つと接す内面と、該内面の反対側である外面を含み、
   前記内面及び前記外面の少なくとも一つは屈曲している（ｕｎｅｖｅｎ）、請求項１に記載の液体レンズ。
7. 前記内面及び前記外面の少なくとも一つにおいて、前記第２領域に比べて前記第１領域が突出している、請求項６に記載の液体レンズ。
8. 前記内面又は前記外面において、前記第１領域と前記第２領域は平ら（ｅｖｅｎ）であり、前記第３領域は前記第１領域よりも突出している、請求項６に記載の液体レンズ。
9. 伝導性液体及び非伝導性液体が配置されるキャビティを含む第１プレートと、
   前記第１プレート下に配置される第１電極と、
   前記第１プレート上に配置される第２電極と、
   前記第２電極の上部に配置される第２プレートと、
   前記第１電極の下部に配置される第３プレートと、を備え、
   前記第２プレートの前記伝導性液体の上部に配置される領域の光軸に平行な方向への厚さは、前記第２プレートの第１プレートと結合される領域の光軸に平行な方向への厚さより薄い、液体レンズ。
10. 透明な第２プレート及び第３プレートと、
    前記第２プレート及び前記第３プレートとの間に位置し、予め設定された傾斜面を有する開口領域を含む第１プレートと、
    前記第２プレート、前記第３プレート及び前記開口領域によって決定されるキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）と、
    前記キャビティに充填された異なる性質の２つの液体と、を備え、
    前記第２プレートは、
    前記第１プレートとの接合のための接合領域と、
    前記開口領域に対応する中心領域と、
    前記第１プレートと離隔しており、前記接合領域と前記中心領域との間に位置する周辺領域とを含み、
    前記中心領域の厚さは前記周辺領域の厚さより厚くて温度変化による曲がりが小さい、液体レンズ。

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