JP5823091B2

JP5823091B2 - 可変焦点光学レンズ

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Publication number: JP5823091B2
Application number: JP2009220972A
Authority: JP
Inventors: 政 ▲よう▼ 李; 昇浣李; 金　雲　培; 雲培金; 承太崔
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: KR20100078705A; JP2010156947A; US20100165475A1; US8300317B2; KR101508727B1

Description

本発明は、無線携帯通信機器などに装着されるカメラモジュールに適用可能な可変焦点光学レンズに関し、特に、流体レンズ部の形状を多様な光学的応用に合うように変形することができる可変焦点光学レンズに関する。

現在、携帯電話などの無線携帯通信機器は、単純な通話及びメッセージ伝達の機能を超えて、カメラ、ゲーム、音楽再生、放送、インターネットなどの多様な機能を含む多目的電子機器に発展している。

これと同様に、電子機器のさらに小さな空間に多機能を集積するための試みがなされている。このうち、サイズを減らす最も大変なモジュール中の一つがカメラモジュールと言える。

大部分のフォンカメラは、最短焦点距離が６０ｃｍに設計されており、５〜１０ｃｍで名刺などを撮影する時には画質がぼやける問題を有している。このような問題を解決するために、ＶＣＭ（ＶｏｉｃｅＣｏｉｌＭｏｔｏｒ）や、ステップモータ（ｓｔｅｐｍｏｔｏｒ）などを使ったさまざまな自動焦点（ａｕｔｏｆｏｃｕｓ）技術が適用されているが、大部分、厚さ、体積、ノイズなどの問題点を有している。

大きな体積などの問題点を解決するために、流体レンズ部を使って焦点距離を変化させる可変焦点光学レンズが提案されている。可変焦点光学レンズは、流体レンズ部に光学流体を注入または排出させることによって、流体レンズ部の曲率を変化させる構造からなる。
米国特許出願公開第２００８／０１１２０５９号明細書

前述した可変焦点光学レンズは、レンズ部の縁部が固定されるために、レンズ部の縁部はレンズの曲率が変化される時、拘束される。すなわち、レンズ部が凸状または凹状に変化される時、レンズ部の縁部が拘束されることによって、レンズ部は特定の円錐状（ｃｏｎｉｃｐｒｏｆｉｌｅ）にのみ形成される。これにより、光学特性が落ちて、全体モジュールの光学設計に問題が発生することがある。また、多様な光学的応用に制約になるために、これに対する改善が必要である。

その例として、球面状（ｓｐｈｅｒｅｐｒｏｆｉｌｅ）のレンズ部が必要な光学設計の場合、特定の円錐状のレンズ部は中央の一部分のみ球面状であるために、中央の小領域のみが使用可能である。レンズ部の使用領域を広げるためには、レンズ部の全体形状を球面状に変更する必要がある。

一方、円錐状のレンズ部を、さらに鋭い円錐状を有するように要求する光学設計の場合と、非球面状を要求する光学設計の場合に、これに合うようにレンズ部の形状を変更させなければならない必要がある。

可変焦点光学レンズは、メンブレンと、前記メンブレンに接合され、中央に収容ホールが形成されたフレームと、前記収容ホールに収容された光学流体を密封するように、前記フレームに接合される透明な基板と、前記収容ホールの中央部位に生成された流体レンズ部の周辺を曲げることによって、前記流体レンズ部の曲率を可変させるアクチュエータと、透明な材料からなり、前記流体レンズ部より小面積で、前記メンブレンのヤング率より大きなヤング率を有する拘束緩和部と、を備え、前記流体レンズ部は、中央ホールが形成された前記フレームの中央部と、当該フレームの中央部に接合されて前記中央ホールを塞ぐ前記メンブレンの中央部と、前記中央ホールにおいて前記メンブレンの中央部によって密封された前記光学流体と、を有し、前記フレームの中央部では、前記メンブレンに対し、変形を拘束する拘束力が作用し、前記拘束緩和部は、前記中央ホールの中央で前記メンブレンの表面に配置されることによって、前記中央よりも外側の前記中央ホールの周縁を含む領域において、前記拘束力を相対的に緩和する。

これとは違って、可変焦点光学レンズは、メンブレンと、前記メンブレンに接合され、中央に収容ホールが形成されたフレームと、前記収容ホールに収容された光学流体を密封するように、前記フレームに接合される透明な基板と、前記収容ホールの中央部位に生成された流体レンズ部の周辺を曲げることによって、前記流体レンズ部の曲率を可変させるアクチュエータと、透明な材料からなり、前記メンブレンのヤング率より大きなヤング率を有する、前記アクチュエータとは別に設けられた拘束強化部と、を備え、前記流体レンズ部は、中央ホールが形成された前記フレームの中央部と、当該フレームの中央部に接合されて前記中央ホールを塞ぐ前記メンブレンの中央部と、前記中央ホールにおいて前記メンブレンの中央部によって密封された前記光学流体と、を有し、前記フレームの中央部では、前記メンブレンに対し、変形を拘束する拘束力が作用し、前記拘束強化部は、前記中央ホールの中央よりも外側の前記中央ホールの周縁を含む領域で前記メンブレンの表面に配置されることによって、前記中央ホールの周縁を含む前記領域において、前記拘束力を相対的に強化する。

これとは違って、可変焦点光学レンズは、メンブレンと、前記メンブレンに接合され、中央に収容ホールが形成されたフレームと、前記収容ホールに収容された光学流体を密封するように、前記フレームに接合される透明な基板と、前記収容ホールの中央部位に生成された流体レンズ部の周辺を曲げることによって、前記流体レンズ部の曲率を可変させるアクチュエータと、前記流体レンズ部の形状を設定された形状に変更させるためのものであって、透明な材料からなり、前記流体レンズ部に少なくとも一部が対応して配され、前記メンブレンのヤング率より大きなヤング率を有するレンズ形状変更部と、を備える。

流体レンズ部の形状を変更させることができ、要求される光学設計に適合化させうる。

本発明の第１実施形態による可変焦点光学レンズを示す断面図である。図１において、流体レンズ部が凸状に変化された状態を示した断面図である。図１において、拘束緩和部の他の例を示した断面図である。図１において、拘束緩和部の他の例を示した断面図である。図１において、フレームを抜粋して示した斜視図である。本発明の第２実施形態による可変焦点光学レンズを示す断面図である。図６において、流体レンズ部が凸状に変化された状態を示した断面図である。図６において、拘束強化部の他の例を示した断面図である。図６において、拘束強化部の他の例を示した断面図である。図６において、拘束強化部の他の例を示した断面図である。図６において、拘束強化部の他の例を示した断面図である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを示す断面図である。図１２において、レンズ形状変更部の他の例を示した断面図である。図１２において、レンズ形状変更部の他の例を示した断面図である。図１２において、レンズ形状変更部の他の例を示した断面図である。図１２において、レンズ形状変更部の他の例を示した断面図である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを製造する方法を説明するための図面である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを製造する方法を説明するための図面である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを製造する方法を説明するための図面である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを製造する方法を説明するための図面である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを製造する方法を説明するための図面である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを製造する方法を説明するための図面である。本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを製造する方法を説明するための図面である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。

図１は、本発明の第１実施形態による可変焦点光学レンズを示す断面図であり、図２は、図１において、流体レンズ部が凸状に変化された状態を示した断面図である。

図１及び図２を参照すれば、可変焦点光学レンズ１００は、メンブレン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）１１０と、フレーム（ｆｒａｍｅ）１２０と、基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１３０と、アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）１４０、及び拘束緩和部１５０とを含んで構成される。

メンブレン１１０は、柔軟な薄膜であって、フレーム１２０内に収容された光学流体（ｏｐｔｉｃａｌｆｌｕｉｄ）１０１の動きによって、その形状が変形される。これにより、後述する流体レンズ部１０２の曲率を可変させる。ここで、光学流体１０１は、一定の屈折率と粘性とを有するシリコンオイルなどの物質からなりうる。

そして、メンブレン１１０は、透明な材料からなり、流体レンズ部１０２に入射する光を透過させる。また、メンブレン１１０は、基板１３０とともにフレーム１２０内に収容された光学流体１０１を密封可能にする。

メンブレン１１０は、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）のような弾性特性に優れて柔軟であり、かつ透明な材料からなりうる。メンブレン１１０は、フレーム１２０が四角フレームからなる場合、これに相応するサイズの四角形薄膜からなりうる。

フレーム１２０は、一面に前記メンブレン１１０が接合される。フレーム１２０には、光学流体１０１を収容するように中央に収容ホール１２２が形成される。そして、フレーム１２０は、収容ホール１２２の周りに沿って枠１２１を有する。フレーム１２０は、シリコンなどからなりうる。フレーム１２０は、四角フレームからなりうる。

基板１３０は、フレーム１２０の他面に接合される。すなわち、基板１３０は、フレーム１２０を挟んでメンブレン１１０の反対側に配されてフレーム１２０に接合される。これにより、基板１３０は、メンブレン１１０とともにフレーム１２０の収容ホール１２２に収容された光学流体１０１を密封可能にする。ここで、基板１３０は、フレーム１２０が四角フレームからなる場合、これに相応するサイズの四角形プレートからなりうる。そして、基板１３０は、透明な材料からなり、光が透過可能にする。基板１３０は、ガラスなどからなりうる。

アクチュエータ１４０は、収容ホール１２２の中央部位に生成された流体レンズ部１０２の周辺を曲げることによって、流体レンズ部１０２の曲率を可変させる。詳述すれば、アクチュエータ１４０は、流体レンズ部１０２の外側で流体レンズ部１０２の周辺を凹状に曲げてフレーム１２０内の光学流体１０１を収容ホール１２２の中央に移動させる。

一方、アクチュエータ１４０は、流体レンズ部１０２の外側で流体レンズ部１０２の周辺を凸状に曲げてフレーム１２０内の光学流体１０１を収容ホール１２２の縁部に移動させる。

これにより、収容ホール１２２の中央部位が凸状になるか、凹状になるか、扁平になりうる。その結果、収容ホール１２２の中央部位に生成された流体レンズ部１０２の曲率が変更され、曲率変更による屈折力が負の値または正の値またはゼロの値を有しうる。すなわち、流体レンズ部１０２の曲率変更による屈折力が負の値と正の値との間の範囲内で可変される。

拘束緩和部１５０は、流体レンズ部１０２の縁部の拘束力を緩和させるためのものである。拘束緩和部１５０は、流体レンズ部１０２より小面積を有し、流体レンズ部１０２の縁部を除いた流体レンズ部１０２の内側部位に対応して配される。一例として、拘束緩和部１５０は、メンブレン１１０の外側面に配置される。

前記拘束緩和部１５０の直径は、流体レンズ部１０２の直径より小さく、拘束緩和部１５０の縁部の端は、流体レンズ部１０２の周りに沿って流体レンズ部１０２の縁部の端と一定の間隔を有することが望ましい。これは、流体レンズ部１０２の縁部の拘束力を流体レンズ部１０２の周りに沿って均一に緩和させるためである。

そして、拘束緩和部１５０は、透明な材料からなる。これは、流体レンズ部１０２を通過する光を遮断されずに透過させるためである。また、拘束緩和部１５０は、メンブレン１１０のヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓｍｏｄｕｌｕｓ）より大きなヤング率を有する。言い換えれば、拘束緩和部１５０適用部分の変形は、同一な変形量を仮定する時、メンブレン１１０だけの場合の変形よりさらに大きな応力（ｓｔｒｅｓｓ）が必要である。

これにより、流体レンズ部１０２が凸状に変化されることによって、拘束緩和部１５０のないメンブレン１１０部分と拘束緩和部１５０とがともに変形される時、拘束緩和部１５０の変形量が拘束緩和部１５０のないメンブレン１１０部分の変形量より小さくなる。したがって、流体レンズ部１０２で拘束緩和部１５０が配された中央部位は変形が抑制される一方、拘束緩和部１５０が配されていない縁部は変形が抑制されなくなる。

すなわち、拘束緩和部１５０のない場合と比べて、流体レンズ部１０２の縁部の拘束力が相対的に緩和される効果が得られる。したがって、流体レンズ部１０２の形状は、円錐状から球面状に近く変更される。

本実施形態が適用されない場合、可変される流体レンズ部１０２の形状が円錐状であり、中央の一部分のみ球面状であるために、球面状の流体レンズ部１０２が必要な光学応用の場合、中央の小領域のみが使用可能である。しかし、本実施形態のように流体レンズ部１０２の全体形状が球面状になることによって、流体レンズ部１０２の使用領域が広くなる。したがって、球面状の流体レンズ部１０２が必要な光学設計に適するようになる。

拘束緩和部１５０は、メンブレン１１０がＰＤＭＳからなる場合、ＰＤＭＳよりヤング率が大きくて透明なパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）や、ポリウレア（ｐｏｌｙｕｒｅａ）や、ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）や、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）などからなりうる。前記パリレン、ポリウレア、ポリウレタン、テフロン（登録商標）などは弾性特性にも優秀であるので、拘束緩和部１５０の適用にも有利であり得る。

前記拘束緩和部１５０のヤング率とメンブレン１１０のヤング率との差は、大きいほど望ましい。これは、拘束緩和部１５０の厚さを薄くできるので、可変焦点光学レンズ１００のスリム化に有利であるためである。

他の例として、図３に示されたように、拘束緩和部１５０は、メンブレン１１０の内側面に配されることも可能である。ここで、拘束緩和部１５０は、前述した例と配置のみ異なり、構成は同一である。また他の例として、図４に示されたように、拘束緩和部１５０は、メンブレン１１０の外側面と内側面との両側にすべて配されることも可能である。

一方、図５に示されたように、フレーム１２０は、隔壁１２５をさらに備えることができる。隔壁１２５は、収容ホール１２２を中央ホール１２３と前記中央ホール１２３の周りに配される複数の縁部ホール１２４とで区画する。ここで、隔壁１２５は、メンブレン１１０側の高さが枠１２１と同様に形成されて、メンブレン１１０に接合されうる。

そして、隔壁１２５は、基板１３０側の高さが枠１２１より低く形成されて、中央ホール１２３と縁部ホール１２４との間が連通されうる。これにより、フレーム１２０内に収容された光学流体１０１がアクチュエータ１４０によって中央ホール１２３と縁部ホール１２４との間に自由に移動することができる。

流体レンズ部１０２は、中央ホール１２３に対応する部位に生成される。そして、アクチュエータ１４０は、メンブレン１１０の外側で縁部ホール１２４に対応する部位にそれぞれ設けられる。アクチュエータ１４０は、メンブレン１１０の外側で縁部ホール１２４に対応する部位を凹状に曲げて縁部ホール１２４内の光学流体を中央ホール１２３に移動させる。

一方、アクチュエータ１４０は、流体レンズ部１０２の外側で縁部ホール１２４に対応する部位を凸状に曲げて中央ホール１２３内の光学流体を縁部ホール１２４に移動させる。

これにより、中央ホール１２３に対応する部位が凸状になるか、凹状になるか、扁平になりうる。したがって、流体レンズ部１０２の曲率が可変され、曲率変更による屈折力が負の値と正の値との間の範囲内で可変されうる。

前記アクチュエータ１４０は、低電力でありながら高速で動作することができることが望ましい。このようなアクチュエータ１４０としては、一般的なポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）アクチュエータや、圧電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）アクチュエータなどが利用される。

ポリマーアクチュエータは、電場によるポリマーの膨張力と収縮力とを用いて変位を発生させる。ここで、ポリマーは、電気活性ポリマー（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅｐｏｌｙｍｅｒ）、イオン性ポリマー（ｉｏｎｉｃｐｏｌｙｍｅｒ）などが利用される。

圧電アクチュエータは、逆圧電効果による圧電素子の膨張力と収縮力とを用いて変位を発生させる。一方、アクチュエータ１４０は、光学流体１０１が中央ホール１２３の中心方向に均一に流入され、中央ホール１２３の中心方向から均一に排出されるように設けられることが望ましい。同時に、縁部ホール１２４は、同一な形状からなることが望ましい。

図６は、本発明の第２実施形態による可変焦点光学レンズを示す断面図であり、図７は、図６において、流体レンズ部が凸状に変化された状態を示した断面図である。本実施形態では、前述した第１実施形態と差がある点について重点的に説明する。

図６及び図７を参照すれば、本実施形態による可変焦点光学レンズ２００は、前述した第１実施形態の拘束緩和部１５０の代わりに、拘束強化部２５０を備える。

拘束強化部２５０は、流体レンズ部１０２の縁部の拘束力を強化させるためのものである。拘束強化部２５０は、流体レンズ部１０２の中央を除いた縁部を含む領域に対応して配される。一例として、拘束強化部２５０は、メンブレン１１０の外側面に配置される。また、拘束強化部２５０は、内側の直径が流体レンズ部１０２の直径より小さく、外側の直径が流体レンズ部１０２の直径より大きく形成される。

拘束強化部２５０の内側の端は、流体レンズ部１０２の周りに沿って流体レンズ部１０２の縁部の端と一定の間隔を有することが望ましい。これは、流体レンズ部１０２の縁部の拘束力を流体レンズ部１０２の周りに沿って均一に強化させるためである。

拘束強化部２５０は、透明な材料からなる。これは、流体レンズ部１０２を通過する光を遮断されずに透過させるためである。また、拘束強化部２５０は、メンブレン１１０のヤング率より大きなヤング率を有する。これにより、拘束強化部２５０適用部分の変形は、同一な変形量を仮定する時、メンブレン１１０だけの場合の変形よりさらに大きな応力が必要である。

したがって、流体レンズ部１０２で拘束強化部２５０が配された縁部を含んだ領域は変形が抑制される一方、拘束強化部２５０が配されていない中央部位は変形が抑制されなくなる。

すなわち、拘束強化部２５０のない場合と比べて、流体レンズ部１０２の縁部の拘束力が相対的に強化される効果が得られる。したがって、流体レンズ部１０２の形状は、さらに鋭い円錐状に変更される。その結果、さらに鋭い円錐状の流体レンズ部１０２を必要とする光学設計に適するようになる。

前記拘束強化部２５０は、メンブレン１１０がＰＤＭＳからなる場合、ＰＤＭＳよりヤング率が大きくて透明なパリレンや、ポリウレアや、ポリウレタンや、テフロン（登録商標）などからなりうる。前記ポリレン、ポリウレア、ポリウレタン、テフロン（登録商標）などは弾性特性にも優秀であるので、拘束強化部２５０の適用にも有利であり得る。

前記拘束強化部２５０のヤング率とメンブレン１１０のヤング率との差は、大きいほど望ましい。これは、拘束強化部２５０の厚さを薄くできるので、可変焦点光学レンズ２００のスリム化に有利であるためである。一方、拘束強化部２５０の内側の端と流体レンズ部１０２の縁部の端との間の間隔は、流体レンズ部１０２の円錐状をどの程度鋭く変更するかを設定する変数になりうる。

他の例として、図８に示されたように、拘束強化部２５０は、メンブレン１１０の内側面に配されることも可能である。ここで、拘束強化部２５０は、前述した例と配置のみ異なり、構成は同一である。また他の例として、図９に示されたように、拘束強化部２５０は、メンブレン１１０の内側面とフレーム１２０の内壁とにかけて配されることも可能である。また他の例として、図１０に示されたように、拘束強化部２５０は、メンブレン１１０の外側面と内側面との両側にすべて配されることも可能である。また他の例として、図１１に示されたように、拘束強化部２５０は、メンブレン１１０の外側面に配されるとともに、メンブレン１１０の内側面とフレーム１２０の内壁とにかけて配されることも可能である。

図１２は、本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズを示す断面図である。本実施形態では、前述した第１、２実施形態と差がある点について重点的に説明する。

図１２を参照すれば、本実施形態による可変焦点光学レンズ３００は、前述した第１実施形態の拘束緩和部１５０と第２実施形態の拘束強化部２５０との代わりに、レンズ形状変更部３５０を備える。

レンズ形状変更部３５０は、流体レンズ部１０２の形状を設定された形状に変更させるためのものである。レンズ形状変更部３５０は、流体レンズ部１０２の少なくとも一部に対応して配される。レンズ形状変更部３５０は、メンブレン１１０の外側面と内側面とのうち少なくとも一側面に配置される。

レンズ形状変更部３５０は、変更しようとする流体レンズ部１０２の形状に対応した形状からなりうる。一例として、下で述べるように、流体レンズ部１０２が凸状に変化されるとき、レンズ形状変更部３５０は、中央部位に行くほど曲率が小さくなる形状を有してもよい。

レンズ形状変更部３５０は、面積が相異なる多数のポリマー層が流体レンズ部１０２の外側面に積層される。ここで、ポリマー層は、流体レンズ部１０２の中心と同一軸上に積層されるが、流体レンズ部１０２から遠くなるほど面積が小さくなるように積層される。すなわち、レンズ形状変更部３５０は、中央に行くほど順次に厚くなる構造からなるものである。

そして、レンズ形状変更部３５０は、透明な材料からなる。これは、流体レンズ部１０２を通過する光を遮断されずに透過させるためである。また、レンズ形状変更部３５０は、メンブレン１１０のヤング率と同じか、メンブレン１１０のヤング率より大きなヤング率を有する。これにより、流体レンズ部１０２が凸状または凹状に変化されることによってメンブレン１１０とレンズ形状変更部３５０とがともに変形される時、レンズ形状変更部３５０の変形量が、レンズ形状変更部３５０が含まれていないメンブレン１１０部分の変形量より少なくなるので、メンブレン１１０の変形が抑制される。

この際、レンズ形状変更部３５０で厚い側による抑制効果が、薄い側による抑制効果に比べて大きくなる。したがって、流体レンズ部１０２は、凸状に変化される時、中央部位に行くほど曲率が小さくなる形状を有しうる。このように流体レンズ部１０２は、レンズ形状変更部３５０の形状によってそれに相応する形状を有するようになるので、これを利用すれば、流体レンズ部１０２を非球面レンズでも具現可能である。したがって、非球面状を要求する光学設計にも適するようになる。

前記レンズ形状変更部３５０は、メンブレンがＰＤＭＳからなる場合、メンブレンと同じ物質であるＰＤＭＳや、ＰＤＭＳよりヤング率が大きくて透明なパリレンや、ポリウレアや、ポリウレタンや、テフロン（登録商標）などからなりうる。前記ＰＤＭＳ、ポリレン、ポリウレア、ポリウレタン、テフロン（登録商標）などは弾性特性にも優秀であるので、レンズ形状変更部３５０の適用にも有利であり得る。

前記レンズ形状変更部３５０のヤング率とメンブレンのヤング率との差は、大きいほど望ましい。これは、レンズ形状変更部３５０の厚さを薄くできる。同時に、レンズ形状変更部３５０によって非球面レンズが具現可能であるので、多数のレンズを積層して非球面レンズを具現することに比べて、可変焦点光学レンズ３００のスリム化に有利である。

他の例として、流体レンズ部１０２を前述した形状と他の形状とに変更させようとすれば、図１３に示されたように、レンズ形状変更部４５０は、リング状を有して面積が相異なる多数のポリマー層が流体レンズ部の外側面に積層される。ここで、ポリマー層は、流体レンズ部１０２の縁部の周りを取り囲むように積層されるが、流体レンズ部１０２から遠くなるほど内側空間の面積が大きくなるように積層される。この場合、流体レンズ部１０２は、凸状に変化される時、縁部の部位が括れた形状を有しうる。

また他の例として、図１４に示されたように、レンズ形状変更部５５０は、凹凸状を有するように形成される。この場合、流体レンズ部１０２は、凸状に変化される時、レンズ形状変更部５５０の凹凸と反対の凹凸状を有しうる。

また他の例として、図１５に示されたように、レンズ形状変更部６５０は、中央が凸状の形状を有するようになされうる。この場合、流体レンズ部１０２は、凸状に変化される時、中央部位に行くほど曲率が次第に小さくなる形状を有しうる。

また他の例として、図１６に示されたように、レンズ形状変更部７５０は、中央が凹状の形状を有するように形成される。この場合、流体レンズ部１０２は凸状に変化される時、中央部位に行くほど曲率が次第に大きくなる形状を有しうる。それ以外に、変更しようとする流体レンズ部１０２の形状によって、レンズ形状変更部の形状は多様になされうるということは勿論である。

前記のように構成された本発明の第３実施形態による可変焦点光学レンズ３００を製造する方法について、図１７Ａないし図１７Ｇを参照して説明すれば、次の通りである。ここで、レンズ形状変更部６５０は、図１５に示されたように、中央が凸状である場合を例としてあげる。

まず、図１７Ａに示されたように、レンズ形状変更部６５０を設定された形状に形成するためのモールド８１１を設ける。この際、レンズ形状変更部６５０を中央が凸状の形状を有するように形成しようとする場合、モールド８１１は、上面がレンズ形状変更部６５０の形状と反対される形状からなる。一方、モールド８１１の上面には、非粘着（ａｎｔｉ−ｓｔｉｃｔｉｏｎ）コーティングができる。これは、後でレンズ形状変更部６５０が形成された後、モールド８１１からの分離を容易にさせるためである。

引き続き、図１７Ｂに示されたように、モールド８１１上に透明なレンズ形状変更部形成用液状材料８１２を供給する。この際、レンズ形状変更部形成用液状材料８１２をドロッピング（ｄｒｏｐｐｉｎｇ）またはディスペンシング（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）工程によってモールド８１１上に供給することができる。そして、レンズ形状変更部形成用液状材料８１２としては、パリレンや、ポリウレアや、ポリウレタンや、テフロン（登録商標）などが利用される。

引き続き、図１７Ｃに示されたように、モールド８１１上に供給されたレンズ形状変更部形成用液状材料８１２の上面を扁平にさせる。この際、アプリケータ（ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）を用いて、レンズ形状変更部形成用液状材料８１２の上面を扁平にできる。以後、扁平になったレンズ形状変更部形成用液状材料８１２を加熱などの過程で硬化させてレンズ形状変更部６５０を形成する。

引き続き、図１７Ｄに示されたように、形成されたレンズ形状変更部６５０上に透明なメンブレン形成用液状材料８１３を供給する。この際、メンブレン形成用液状材料８１３をドロッピングまたはディスペンシング工程によってレンズ形状変更部６５０上に供給することができる。そして、メンブレン形成用液状材料８１３としては、レンズ形状変更部形成用材料８１２よりヤング率が低い材料が利用される。例えば、レンズ形状変更部形成用液状材料８１２でパリレンや、ポリウレアや、ポリウレタンや、テフロン（登録商標）が利用されれば、メンブレン形成用液状材料８１３としてはＰＤＭＳが利用される。

引き続き、図１７Ｅに示されたように、レンズ形状変更部６５０上に供給されたメンブレン形成用液状材料８１３を設定された厚さに扁平にさせた後、硬化させてメンブレン１１０を形成する。この過程は、レンズ形状変更部６５０を形成する過程と同様になされうる。

引き続き、図１７Ｆに示されたように、フレーム１２０を設けた後、フレーム１２０をメンブレン１１０上に接合する。この際、フレーム１２０を中央に光学流体１０１が収容される収容ホール１２２が形成されるように設ける。フレーム１２０を形成する材料としては、シリコンオイルなどが利用される。一方、フレーム１２０に形成された整列マークとモールド８１１に形成された整列マークとを互いに一致させながらフレーム１２０をメンブレン１１０に接合させることができる。これは、フレーム１２０をメンブレン１１０に対して正確な位置で接合させるためである。

そして、メンブレン１１０をＰＤＭＳで形成し、フレーム１２０をシリコンで形成する場合、フレーム１２０をメンブレン１１０に接合する前に、メンブレン１１０の接合面に酸素プラズマ処理することができる。これは、メンブレン１１０を形成するＰＤＭＳ成分のうちシリコン成分と酸素成分とを除いた成分を酸素プラズマ処理によって除去して、別途の接着剤なしにもフレーム１２０とメンブレン１１０との接合が堅固になるようにするためである。

引き続き、図１７Ｇに示されたように、モールド８１１をレンズ形状変更部６５０から除去する。この際、以前の過程でモールド８１１の上面に非粘着コーティングした状態であれば、レンズ形状変更部６５０をモールド８１１から容易に分離することができる。

一方、フレーム１２０を形成する過程で、図５を参照して前述したように、収容ホール１２２を中央ホール１２３と前記中央ホール１２３の周りに配される複数の縁部ホール１２４とで区画するための隔壁１２５をさらに形成することができる。

ここで、隔壁１２５は、フレーム１２０がメンブレン１１０に接合される側の高さをフレーム１２０の枠１２１の高さと同様に形成し、フレーム１２０が基板１３０に接合される側の高さをフレーム１２０の枠１２１の高さより低く形成することができる。これは、フレーム１２０内に収容された光学流体１０１を中央ホール１２３と縁部ホール１２４との間で自由に移動させるためである。

示されていないが、フレーム１２０とメンブレン１１０とを接合した後や、モールド８１１をレンズ形状変更部６５０から除去した後に、フレーム１２０の収容ホール１２２に光学流体１０１を収容する。光学流体１０１としては、一定の屈折率と粘性とを有するシリコンオイルなどの物質が利用される。

引き続き、フレーム１２０の収容ホール１２２に収容された光学流体１０１が密封されるようにフレーム１２０でメンブレン１１０が接合された面の反対側の面に透明な基板１３０を接着剤などを用いて接合する。

引き続き、アクチュエータ１４０を流体レンズ部１０２の周辺に付着する。アクチュエータ１４０は、収容ホール１２２の中央部位に生成された流体レンズ部１０２の曲率を可変させるためのものである。この際、流体レンズ部１０２を中央ホール１２３に生成する場合、アクチュエータ１４０をメンブレン１１０の外側で縁部ホール１２４に対応してそれぞれ付着することができる。一方、フレーム１２０に基板１３０を接合する前に、メンブレン１１０にアクチュエータ１４０を付着することも可能であるので、前述した順序に必ずしも限定されるものではない。

本発明は、添付した図面に示された一実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まるべきである。

本発明は、無線携帯通信機器などに装着されるカメラモジュールに適用可能な可変焦点光学レンズ関連の技術分野に適用可能である。

１００可変焦点光学レンズ、
１１０メンブレン、
１２０フレーム、
１３０基板、
１４０アクチュエータ、
１５０拘束緩和部、
１０１光学流体、
１０２流体レンズ部、
１２２収容ホール、
１２１枠、
１２５隔壁、
１２３中央ホール、
１２４縁部ホール、
２００可変焦点光学レンズ、
１５０拘束緩和部、
２５０拘束強化部、
３００可変焦点光学レンズ、
３５０、４５０、５５０、６５０、７５０レンズ形状変更部、
８１１モールド、
８１２液状材料、
８１３メンブレン形成用液状材料。

Claims

メンブレンと、
前記メンブレンに接合され、中央に収容ホールが形成されたフレームと、
前記収容ホールに収容された光学流体を密封するように、前記フレームに接合される透明な基板と、
前記収容ホールの中央部位に生成された流体レンズ部の周辺を曲げることによって、前記流体レンズ部の曲率を可変させるアクチュエータと、
透明な材料からなり、前記流体レンズ部より小面積で、前記メンブレンのヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓｍｏｄｕｌｕｓ）より大きなヤング率を有する拘束緩和部と、
を備え、
前記流体レンズ部は、
中央ホールが形成された前記フレームの中央部と、
当該フレームの中央部に接合されて前記中央ホールを塞ぐ前記メンブレンの中央部と、
前記中央ホールにおいて前記メンブレンの中央部によって密封された前記光学流体と、を有し、
前記フレームの中央部では、前記メンブレンに対し、変形を拘束する拘束力が作用し、
前記拘束緩和部は、前記中央ホールの中央で前記メンブレンの表面に配置されることによって、前記中央よりも外側の前記中央ホールの周縁を含む領域において、前記拘束力を相対的に緩和する、可変焦点光学レンズ。
前記拘束緩和部が、前記メンブレンの外側面に配されていることを特徴とする請求項１に記載の可変焦点光学レンズ。
前記拘束緩和部が、前記メンブレンの内側面に配されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変焦点光学レンズ。
前記メンブレンは、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｅｓｉｌｏｘａｎｅ）からなり、前記拘束緩和部は、パリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）、ポリウレア（ｐｏｌｙｕｒｅａ）、ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）のうちから選択された何れか一つからなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
前記フレームは、前記収容ホールを前記流体レンズ部が生成される中央ホールと、前記中央ホールの周りに配され、前記アクチュエータがそれぞれ対応して設けられる複数の縁部ホールとで区画する隔壁をさらに備え、
前記隔壁は、前記フレームにおける、前記メンブレンとの接合面を基準として、前記基板側の高さが前記フレームの枠より低く形成されて、前記中央ホールと縁部ホールとの間を連通させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
メンブレンと、
前記メンブレンに接合され、中央に収容ホールが形成されたフレームと、
前記収容ホールに収容された光学流体を密封するように、前記フレームに接合される透明な基板と、
前記収容ホールの中央部位に生成された流体レンズ部の周辺を曲げることによって、前記流体レンズ部の曲率を可変させるアクチュエータと、
透明な材料からなり、前記メンブレンのヤング率より大きなヤング率を有する、前記アクチュエータとは別に設けられた拘束強化部と、
を備え、
前記流体レンズ部は、
中央ホールが形成された前記フレームの中央部と、
当該フレームの中央部に接合されて前記中央ホールを塞ぐ前記メンブレンの中央部と、
前記中央ホールにおいて前記メンブレンの中央部によって密封された前記光学流体と、を有し、
前記フレームの中央部では、前記メンブレンに対し、変形を拘束する拘束力が作用し、
前記拘束強化部は、前記中央ホールの中央よりも外側の前記中央ホールの周縁を含む領域で前記メンブレンの表面に配置されることによって、前記中央ホールの周縁を含む前記領域において、前記拘束力を相対的に強化する、可変焦点光学レンズ。
前記拘束強化部が、前記メンブレンの外側面に配されていることを特徴とする請求項６に記載の可変焦点光学レンズ。
前記拘束強化部が、前記メンブレンの内側面に配されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の可変焦点光学レンズ。
前記拘束強化部が、前記メンブレンの内側面と前記フレームの内壁とにかけて配されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の可変焦点光学レンズ。
前記メンブレンは、ＰＤＭＳからなり、前記拘束強化部は、パリレン、ポリウレア、ポリウレタン、テフロン（登録商標）のうちから選択された何れか一つからなることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
前記フレームは、前記収容ホールを前記流体レンズ部が生成される中央ホールと、前記中央ホールの周りに配され、前記アクチュエータがそれぞれ対応して設けられる複数の縁部ホールとで区画する隔壁をさらに備え、
前記隔壁は、前記フレームにおける、前記メンブレンとの接合面を基準として、前記基板側の高さが前記フレームの枠より低く形成されて、前記中央ホールと縁部ホールとの間を連通させることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
メンブレンと、
前記メンブレンに接合され、中央に収容ホールが形成されたフレームと、
前記収容ホールに収容された光学流体を密封するように、前記フレームに接合される透明な基板と、
前記収容ホールの中央部位に生成された流体レンズ部の周辺を曲げることによって、前記流体レンズ部の曲率を可変させるアクチュエータと、
前記流体レンズ部の形状を設定された形状に変更させるためのものであって、透明な材料からなり、前記流体レンズ部に少なくとも一部が対応して配され、前記メンブレンのヤング率より大きなヤング率を有するレンズ形状変更部と、
を備えることを特徴とする可変焦点光学レンズ。
前記レンズ形状部が、前記メンブレンの外側面に配されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変焦点光学レンズ。
前記レンズ形状部が、前記メンブレンの内側面に配されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の可変焦点光学レンズ。
前記レンズ形状変更部は、面積が相異なる多数のポリマー層が積層されたことを特徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
前記レンズ形状変更部は、中央が凸状であることを特徴とする請求項１２〜請求項１５のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
前記レンズ形状変更部は、中央が凹状であることを特徴とする請求項１２〜請求項１５のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
前記レンズ形状変更部は、凹凸状を有することを特徴とする請求項１２〜請求項１５のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
前記メンブレンは、ＰＤＭＳからなり、前記レンズ形状変更部は、パリレン、ポリウレア、ポリウレタン、テフロン（登録商標）のうちから選択された何れか一つからなることを特徴とする請求項１２〜請求項１８のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。
前記フレームは、前記収容ホールを前記流体レンズ部が生成される中央ホールと、前記中央ホールの周りに配され、前記アクチュエータがそれぞれ対応して設けられる複数の縁部ホールとで区画する隔壁をさらに備え、
前記隔壁は、前記フレームにおける、前記メンブレンとの接合面を基準として、前記基板側の高さが前記フレームの枠より低く形成されて、前記中央ホールと縁部ホールとの間を連通させることを特徴とする請求項１２〜請求項１９のいずれか１つに記載の可変焦点光学レンズ。