KR20060129321A - 밀봉 링이 패키지에 의해 저장된 유체의 체적 변화를보상하기 위해 사용된 가변 초점 렌즈 패키지 - Google Patents

밀봉 링이 패키지에 의해 저장된 유체의 체적 변화를보상하기 위해 사용된 가변 초점 렌즈 패키지 Download PDF

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요하누스 더블유. 위캄프
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

가변 초점 렌즈 패키지(1)는 관통-홀(11)을 구비한 원형 바디(10)을 보함하고, 원형 바디(10)는 렌즈 부재(30, 70)에 의해 닫히고, 밀봉 링(50, 60)에 의해 밀봉된다. 관통-홀(11)은 상당량의 물(86)과 오일(87)로 채워지고, 요철 렌즈(88)에 의해 분리된다. 바디(10) 표면의 일부는 전기적으로 전도성 층(16)으로 덮힌다. 메니스커스렌즈(88)의 형태는 이 전기적으로 전도성 층(16)과 물(86) 사이의 전압의 영향 하에 변화한다. 이 방식으로, 메니스커스렌즈(88)는 조정 가능한 초점을 갖는 렌즈로서 적용될 수 있다. 밀봉 링(60) 중 하나는 이런 유체(86, 87)에서 체적의 변화를 보상하기에 충분한 정도로 유체(86, 87)를 따라 팽창 및 축소될 수 있도록 배치된다.

Description

밀봉 링이 패키지에 의해 저장된 유체의 체적 변화를 보상하기 위해 사용된 가변 초점 렌즈 패키지{VARIABLE FOCUS LENS PACKAGE IN WHICH A SEALING RING IS USED FOR COMPENSATING FOR VOLUME VARIATIONS OF FLUIDS CONTAINED BY THE PACKAGE}
본 발명은 가변 초점 렌즈 패키지에 관한 것이고, 이 가변 초점 렌즈 패키지는
-바디를 통한 광 경로를 제공하기 위한 관통-홀이 제공되는 바디로서, 바디의 적어도 한 표면 층은 전기적으로 전도성 재료를 포함하는, 바디와,
-광 경로에서 광학적으로 투명한, 관통-홀을 차단하기 위한 덮개와,
-전기적으로 절연성 유체와 전기적으로 전도성 유체로서, 덮개와 상기 바디의 관통-홀의 내측 표면에 의해 둘러싸이는 유체 챔버에 담기고, 혼화되지 않고, 그리고 메니스커스렌즈(meniscus)와 접촉하고, 상기 메니스커스렌즈의 형태는 바디의 전기적으로 전도성 표면과 전기적으로 전도성 유체 사이에 인가된 전압 하에 변화하는, 전기적으로 절연성 유체와 전기적으로 전도성 유체와,
-전기적으로 전도성 유체와 접촉하는 바디의 표면의 적어도 일 부분을 덮는 전기적으로 절연성 부재를 포함한다.
가변 초점 렌즈 패키지로서, 광은 2개의 유체 사이에 메니스커스렌즈에 의해 굴절되고, 메니스커스렌즈의 형태는 전압의 영향 하에 변화하는, 가변 초점 렌즈 패키지가 알려진다. 일반적으로, 이런 가변 초점 렌즈 패키지는 광을 통과시키기 위한 관통-홀이 제공되고, 양 단부에서 닫혀서, 유체를 함유하는 닫힌 유체 챔버가 얻어진다. 유체 중 하나는 전기적으로 절연성 특성을 갖고, 반면에 유체 중 다른 하나는 전기적으로 전도성 특성을 갖는다. 유체는 혼화되지 않고, 메니스커스렌즈에 의해 분리된 2개의 유체 바디를 형성하는 경향이 있다. 기능적으로, 유체는 다른 굴절률을 갖는다.
전압을 인가하는 목적을 위해, 가변 초점 렌즈 패키지는 2개의 전기적 컨넥터를 포함하고, 이 중 적어도 한 부분은 렌즈 패키지의 외측에 배치된다. 제 1 전기적 컨넥터는 전기적으로 전도성 유체와 분리되고, 반면에 제 2 전기적 컨넥터는 전기적으로 전도성 유체와 직접 접촉하거나, 전기적으로 전도성 유체와 용량결합된다.
PCT 특허공보 WO 03/069380은 관통-홀의 내측 표면이 소수성 유체 접촉 층에 의해 덮인 가변 초점 렌즈 패키지에 대해 기술한다. 전압이 인가되지 않을 때, 전기적으로 절연성 유체에 대한 유체 접촉 층의 습윤성은 전기적으로 전도성 유체에 대한 유체 접촉 층의 습윤성과 다르다. 전기습윤(electrowetting)이라 칭하는 효과에 기인하여, 전기적으로 전도성 유체에 대한 유체 접촉 층의 습윤성은 제 1 컨넥터와 제 2 컨넥터 사이에 인가된 전압 하에 변화한다. 유체 접촉 층의 습윤성의 변화는 유체 접촉 층과 2개의 유체 사이의 접촉 라인에서 메니스커스렌즈의 접촉각의 변화를 야기하여, 메니스커스렌즈의 형태가 조정된다. 따라서, 메니스커스렌즈의 형태는 인가된 전압에 의존한다.
가변 초점 렌즈 패키지와 연관된 문제점은, 온도의 영향 하에 유체의 체적이 변한다는 것이다. 온도가 상승하는 경우에, 유체의 체적 또한 증가한다. 이 결과로 커버의 파손이 발생할 수 있다. 온도가 하강하는 경우에, 유체의 체적은 또한 감소하고, 이 결과로 공기 방울 및/또는 진공 공동(cavities)이 유체 내에 생성될 수 있다. 공기 방울 및/또는 진공 공동의 존재는, 가변 초점 렌즈 패키지가 더 이상 적합하게 기능할 수 없는 것과 같은 정도로, 가변 초점 렌즈 패키지의 작동을 방해한다.
문제점을 해결하기 위해, 유체 챔버의 체적 변화를 허용하는 것을 목적으로 하는 해결책이 제안된다. 더 상세히, 해결책은 유체 챔버의 체적을 이것에 의해 둘러싸이는 유체의 체적에 순응하게 하는 것을 목적으로 한다.
일본 특허출원 JP2002162506은 공간이 바디 내에 형성되고, 이 공간은 필름-형상의 유연한 부재에 의해 덮히는 가변 초점 렌즈 패키지에 관해 기술한다. 유체 챔버 내의 유체의 체적이 변할 때, 유연한 부재의 변형은 유체 챔버의 체적이 이에 저장된 유체의 체적과 동일함을 유지하는 것을 보장한다. 유체의 팽창에 의해 야기된 유연한 부재의 변형은 바디 내에 공간에 의해 허용된다. 유연한 부재의 적당한 변형에 의해, 유체의 체적 변화는 보상되고, 반면에 가변 초점 렌즈 패키지의 전체 크기는 전체적으로 변하지 않는다.
유체의 체적 변화가 상대적으로 간단한 방식으로 보상되는 새롭게 설계된 가변 초점 렌즈 패키지를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 게다가. 본 발명에 따른 가변 초점 렌즈 패키지는 휴대폰에 응용하기에 적합해야만 하고, 따라서, 작고 견고함과 관계된 요구사항을 포함하는, 이런 응용과 관계된 모든 요구사항을 만족할 수 있어야만 한다.
본 발명의 목적은 가변 초점 렌즈 패키지에 의해 달성되며, 이 가변 초점 레즈 패키지는,
-바디로서, 바디를 통한 광 경로를 제공하기 위한 관통-홀이 제공되고, 바디의 적어도 한 표면 층은 전기적으로 전도성 재료를 포함하는, 바디와,
-광 경로에서 광학적으로 투명한, 관통-홀을 차단하기 위한 덮개와,
-전기적으로 절연성 유체와 전기적으로 전도성 유체로서, 덮개와 상기 바디의 관통-홀의 내측 표면에 의해 둘러싸이는 유체 챔버에 담기고, 혼화되지 않고, 그리고 메니스커스렌즈와 접촉하고, 상기 메니스커스렌즈의 형태는 바디의 전기적으로 전도성 표면과 전기적으로 전도성 유체 사이에 인가된 전압 하에 변화하는, 전기적으로 절연성 유체와 전기적으로 전도성 유체와,
-전기적으로 전도성 유체와 접촉하는 바디의 표면의 적어도 일 부분을 덮는 전기적으로 절연성 부재와,
-유체 챔버를 밀봉하기 위한 밀봉 수단과,
-적어도 1개의 확장 부재로서, 적어도 부분적으로 유연하고, 유체 챔버의 둘레의 일부이고, 상기 확장 부재는 유체 챔버 내에 우세하는 압력을 실질적으로 일정한 레벨로 유지하는 것에 의해 상기 유체의 체적의 변화를 보상할 수 있고, 상기 확장 부재는 밀봉 수단의 적어도 일부를 포함하는, 적어도 1개의 확장 부재를 포함한다.
본 발명에 따른 가변 초점 렌즈 패키지에서, 유체 챔버는 밀봉 수단에 의해 밀봉되고, 밀봉 수단은 바디와 덮개 사이의 공간을 통해 유체가 유체 챔버 밖으로 새는 것을 방지한다. 본 발명의 중요한 양상에 따라, 밀봉 수단의 적어도 일부는 2가지 중요한 기능을 갖는다. 먼저, 제 1 번째로, 밀봉 수단의 이 부분은 유체 챔버를 밀봉하는 기능을 수행하도록 배열된다. 제 2 번째로, 밀봉 수단의 이 부분은 유체 챔버 내에 저장된 유체의 체적의 변화를 보상하는 기능을 수행하도록 배열된다. 예를 들어, 밀봉 수단은 유체의 체적 변화를 보상하기에 충분한 정도로 팽창하고 축소할 수 있는 고무 밀봉 링을 포함한다.
본 발명에 따라, 밀봉 수단의 적어도 일부는 확장 부재의 부분이고, 확장 부재는 적어도 부분적으로 유연하고, 유체 챔버의 유체 챔버의 경계의 일부이고, 유체 챔버 내에 우세한 압력을 실질적으로 고정된 레벨로 유지하는 것에 의해 유체의 체적의 변화를 보상할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 확장 부재는 밀봉 수단의 적어도 일부를 포함할 뿐만 아니라, 유체 챔버 내의 유체에 대한 확장 부재의 부분인 밀봉 수단의 부분을 기울게 하기 위한 탄성 부재를 또한 포함한다. 이 방식으로, 밀봉 수단의 부분과 유체 사이에 바람직하지 않은 공간의 형성이 발생하지 않게 하는 것이 보장되어, 유체 챔버 내에 바람직하지 않은 공기 방울 및/또는 진공 공동의 형성의 위험이 없다. 확장 부재의 부분인 밀봉 수단의 부분이 고무 밀봉 링을 포함하는 경우에, 탄성 부재는 예를 들어 밀봉 링을 둘러싸는 금속 탄성 링을 포함할 수 있다.
본 발명의 중요한 장점은, 유체 챔버에 의해 저장된 유체의 체적 변화를 보상하기 위해 제안된 방법이 상대적으로 간단하다는 것이다. 밀봉 수단은 어쨌든 존재하고, 이 수단의 적어도 일부가 유체 챔버를 밀봉할 수 있을 뿐만 아니라, 유체 챔버에 의해 저장된 유체의 체적 변화를 또한 보상할 수 있도록 설계될 수 있다. 게다가, 상대적으로 강력한 구조가 얻어진다. 예를 들어, 고무 밀봉 링이 사용된 경우에, 가변 초점 렌즈 패키지는 필름-형태의 유연한 부재가 사용된 경우에서 보다 더 강력하다.
본 발명은 도면을 참조하여 더 상세히 지금부터 설명될 것이고, 동일한 부분은 동일한 참조 기호로 표기된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 패키지의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예의 가변 초점 렌즈 패키지를 조립하는 방식을 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 패키지를 포함하는 배럴(barrel)과, 배럴이 부착된 카메라 모듈을 개략적으로 도시하는 사시도.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 패키지(1)를 개략적으로 도시한다. 도 2 내지 도 6은 가변 초점 렌즈 패키지(1)를 조립하는 방법을 개략적으로 도시한다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)는 관통 홀(through-hole)(11)을 포함하는 원형 바디(10)를 포함한다. 관통 홀(11)은 이 실시예에서 원형의 횡단면을 갖는 원통형 형상인 것dl 도 4에서 명확하다. 바디(10)는 예를 들어 플라스틱 요소일 수 있고, 금속과 같은 전기적으로 전도성 재료를 포함하는 층에 의해 적어도 부분적으로 덮힌다. 전기적으로 전도성 층은 파릴렌(parylene)과 같은, 전기적으로 절연성 재료를 포함하는 층에 의해 덮히고, 반면에 전기적으로 절연성 층은 소수성(hydrophobic) 재료를 포함하는 층에 의해 덮힌다. 바디(10)의 한 부분을 덮는 3개의 층은 참조 번호 16으로 표기된 상대적으로 굵은 선에 의해 도 1에 개략적으로 도시된다.
대안적으로, 절연성 부재는 바디의 내측에 개별적으로 조립되는 절연부일 수 있다.
커버 중 적어도 하나는 바디와 일체로 될 수 있다는 것이 이해된다. 그러면, 관통 홀(11)은 일체로 된 커버와 함께 공동(cavity)을 형성한다.
바디(10)의 하부면과 상부면 모두에, 바디(10)의 외측부는 비스듬한(bevelling) 표면(13)을 포함한다. 게다가, 하부면에서, 바디(10)는 원형의 그루브(groove)(17)가 제공된다. 상부면에서, 바디(10)는 2개의 평평한 원형부(18, 19)를 포함하고, 여기서 내측 원형부(18)는 바디(10)의 내측 둘레에서 바디(10)의 외측 둘레의 방향으로 확장하고, 외측 원형부(19)는 내측 둘레와 외측 둘레 사이 지점에 위치된다. 외측 원형부(19)는 내측 원형부(18) 보다 더 높은 레벨에 위치되고, 원형부(18, 19) 사이의 변이(transition)는 상향 벽(46)에 의해 형성된다.
바디(10)의 관통-홀(11)은 바디(10)의 하부면에 위치한 하부 렌즈 부재(30)와, 바디의 상부면에 위치한 상부 렌즈 부재(70)에 의해 닫힌다. 양 렌즈 부재(30, 70)는 소위 레플리카 렌즈(replica lens)로 형성된다. 이런 렌즈는 유리 베이스 플레이트(32, 74) 및 플라스틱 렌즈 바디(31, 75)를 포함하고, 플라스틱을 성형하기 위한 금형과 금형 내의 플라스틱을 경화하기 위한 자외선을 사용한 종래에 알려진 방식으로 제조된다. 도 1에서, 렌즈 부재(30, 70)의 렌즈 바디(31, 75)의 중앙부는, 렌즈 바디(31, 75)의 정확한 형상이 본 발명의 관점과 연관되지 않아서 도시되지 않는다.
하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36)은 층(37)에 의해 덮히고, 층(37)은 친수성이고 전기적으로 전도성이고, 예를 들어 금속을 포함한다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)는 유체 챔버(85)를 밀봉하기 위한 하부 밀봉 링(50)과 상부 밀봉 링(60)을 포함하고, 유체 챔버(85)는 바디(10)의 관통-홀(11)의 내측면(15), 상부 렌즈 부재(70)의 하부 면(76), 그리고 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36)에 의해 경계가 정해진다. 상부 밀봉 링(60)은 바디(10)의 내측 원형부(18)와 상부 렌즈 부재(70)의 베이스 플레이트(74) 사이에 위치되고, 반면에 하부 밀봉 링(50)은 바디(10)의 하부 측면의 그루브(17)에 위치되고, 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36)과 접촉한다. 양 하부 밀봉 링(50)과 상부 밀봉 링(60)은 예를 들어, 고무로 제조될 수 있다.
하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36)과 상부 렌즈 부재(70)의 하부 표면(76) 모두에, 위치지정 링(positioning ring)(38, 77)이 렌즈 부재(30, 70) 상에 배치된다. 위치지정 링(38, 77)은 렌즈 부재(30, 70)를 서로에 대해 그리고 바디(10)의 관통-홀(11)에 대해 정렬하는 역할을 한다. 한편으로, 하부 위치지정 링(38)의 외측 직경은, 하부 렌즈 부재(30)가 바디(10)에 대해 위치될 때, 하부 위치지정 링(38)의 외측 둘레가 움직일 틈 없이 그루부(17)의 외측 벽(45)과 접촉하도록 선택된다. 이 방식으로, 하부 렌즈 부재(30)의 렌즈 바디(31)의 중심 축은 바디(10)의 관통-홀(11)의 중심 축과 정확히 정렬된다. 다른 한편으로, 상부 위치지정 링(77)의 외측 직경은, 상부 렌즈 부재(70)가 바디(10)에 대해 위치될 때, 상부 위치지정 링(77)의 외측 둘레가 움직일 틈 없이 상향 벽(46)과 접촉하도록 선택된다. 이 방식으로, 상부 렌즈 부재(70)의 렌즈 바디(75)의 중심 축은 바디(10)의 관통-홀(11)의 중심 축과 정확히 정렬되고, 결과적으로 하부 렌즈 부재(30)의 렌즈 바디(31)의 중심 축과 또한 정렬된다.
다양한 렌즈 패키지 요소(10, 30, 50, 60, 70)를 서로에 대해 고정하기 위한 목적을 위해, 2개의 클램핑 유닛(20a, 20b)이 제공된다. 클램핑 유닛(20a, 20b)은 링(21a, 21b)과, 상기 링(21a, 21b)의 외측 둘레로부터 확장하는 클램핑 암(22a, 22b)을 포함한다. 클램핑 암(22a, 22b)의 단부는 휜 부분(23a, 23b)이 제공된다. 도 2는 하부 클램핑 유닛(20a)을 도시하는 사시도이다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)에서, 클램핑 암(22a, 22b)은 관련 링(21a, 21b)에서 실질적으로 수직으로 확장한다. 클램핑 유닛(20a, 20b)의 형태는 클램핑 유닛 (20a, 20b)의 초기 형태에 기초하여 얻어지고, 여기서 휘어진 부분(23a, 23b)을 얻도록 클램핑 암(22a, 22b)의 단부를 휘고 클램핑 암(22a, 22b)의 배향을 관련 링(21a, 21b)에 대해 변하게 하는 것에 의해클램핑 암(22a, 22b)이 관련 링(21a, 21b)과 모두 동일한 평면으로 확장한다. 이 방식으로 클램핑 유닛(20a, 20b)의 모양을 만들기 위한 목적을 위해 클램핑 유닛(20a, 20b)이 휘어질 수 있는 재료를 포함하는 것이 중요하다는 것은 이해될 것이다.
하부 클램핑 유닛(20a)은 바디(10)에 대해 하부 렌즈 부재(30)를 클램핑하도록 배치되고, 하부 밀봉 링(50)은 하부 렌즈 부재(30)와 바디(10) 사이에 클램핑된다. 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 조립 도중에, 클램핑 암(22a)의 휘어진 부분(23a)의 단부는 바디(10)의 상부 측면에 경사진 표면(13)에 의해 안내된다. 이 과정에서, 휘어진 부분(23)의 단부는 소수성 층과 전기적으로 절연성 층을 긁고, 결과적으로 전기 전도성 층과 직접 접촉하게 된다.
상부 클램핑 유닛(20b)은 바디(10)에 대해 상부 렌즈 부재(70)를 클램핑하도록 배치되고, 상부 밀봉 링(60)은 상부 렌즈 부재(70)와 바디(10) 사이에 클램핑된다. 클램핑 암(22b)의 휘어진 부분(23b)의 단부는 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36)을 덮는 층(37)과 접촉한다. 도시된 실시예에서, 휘어진 부분(23b)의 단부는 외측으로 탄성되게 기울어진 탄성 핑거(fingers)(25)를 포함하여, 바디(10)의 하부 측면에 경사진 표면(13)과 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36) 사이에서 강하게 클램핑된다. 이 방식으로, 휘어지는 부분(23b)의 단부와 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36)을 덮는 층(37) 사이의 접촉이 보장된다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)는 상당량의 전기적으로 전도성 유체(86)를 포함하고, 유체(86)는 예를 들어, 소금 용액을 함유하는 물을 포함할 것이다. 다음에서, 간단히 하기 위해, 전기적으로 전도성 유체(86)는 "물"로 칭할 것이다. 게다가, 가변 초점 렌즈 패키지(1)는 상당량의 전기적으로 절연성 유체(87)를 포함하고, 유체(87)는 실리콘 오일 또는 알칸을 포함할 것이다. 다음에서, 간단히 하기 위해, 전기적으로 절연성 유체(87)는 "오일"로 칭할 것이다.
물(86)과 오일(87)은 유체 챔버(85) 내에 2개의 별개의 유체 바디를 형성한다. 기능적으로, 물(86)과 오일(87)은 다른 굴절률을 갖는다. 물(86)과 오닐(87)의 밀도 바람직하게 동일해서, 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 작동은 그 배향에 영향받지 않고, 달리 말하면 렌즈 패키지(1)의 작동은 물(86)과 오일(87) 사이의 중력 효과에 영향받지 않는다.
물(86)는 유체 챔버(85)의 하부 측면에 위치되고, 오일(87)은 유체 챔버(85)의 상부 측면에 배치된다. 물(86)과 오일(87)은 메니스커스렌즈(meniscus)(88)에 의해 분리된다. 물(86)에 대한 소수성 층의 습윤성이 인가된 전압 하에서 변할수 있어서, 메니스커스렌즈(88)의 형태는 바디(10)의 전기적으로 전도성 층과 물(86) 사이의 전압의 영향 하에 변화한다. 변동 초점 렌즈 패키지(1)에서, 전압을 공급하기 위한 컨넥터는 클램핑 유닛(20a, 20b)에 의해 형성된다. 이에 관해, 완벽히 하기 위해, 하부 클램핑 유닛(20a)의 클램핑 암(22a)의 휘어진 부분(23a)의 단부는 바디(10)의 전기적으로 전도성 층과 접촉되고, 상부 클램핑 유닛(20b)의 클램핑 암(22b)의 휘어진 부분(23b)의 단부는 하부 렌즈 부재(30)의 전기적으로 전도성 층 (37)을 통해 물(86)과 접촉된다는 것이 주목된다.
상부 밀봉 링(60)은 예를 들어 금속으로 만들어진 탄성 링(65)에 둘러싸인다. 상부 밀봉 링(60)과 둘러싸는 탄성 링(65)은, 팽창하고 수축할 수 있도록 배치된다. 이 방식으로, 상부 밀봉 링(60)과 둘러싸는 탄성 링(65)은 유체 챔버(85) 내에 우세한 압력을 실질적으로 고정된 레벨로 유지하는 것에 의해 물(86)과 오일(87)의 체적의 변화를 보상할 수 있다. 물(86)과 오일(87)의 체적의 변화는 예를 들어 온도의 영향 하에 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 작동 중에 생길 수 있다. 만일 물(86)과 오일(87)의 체적의 변화가 보상되지 않는다면, 이 유체(86, 87) 내에 공기 방울 및/또는 진공 공동이 발생하거나, 렌즈 부재(30, 70) 중 하나가 파손된다. 양 경우에, 가변 초점 렌즈 패키지(1)는 쓸모가 없다.
온도가 상승할 때, 유체(86, 87)의 체적은 증가한다. 이 경우에, 양 상부 밀봉 링(60)과 탄성 링(65)은 팽창하게 되어, 유체 챔버(85) 내에 우세한 압력은 실질적으로 일정한 레벨로 유지한다. 팽창 도중에, 상부 밀봉 링(60)의 하부 부분은 바디의 내측 원형부(18)를 따라 미끄러지고, 상부 밀봉 링(60)의 상부 부분은 상부 렌즈 부재(70)의 하부 표면(76)을 따라 미끄러져, 상부 밀봉 링(60)의 밀봉 기능은 유지된다.
온도가 하강할 때, 유체(86, 87)의 체적은 감소한다. 이 경우에, 상부 밀봉 링(60)은 탄성 링(65)에 의해 축소하게 되어, 유체 챔버(85) 내에 우세한 압력은 실질적으로 일정한 레벨로 유지한다. 축소 도중에, 확장 도중처럼, 상부 밀봉 링(60)의 하부 부분은 바디의 내측 원형부(18)를 따라 미끄러지고, 상부 밀봉 링(60) 의 상부 부분은 상부 렌즈 부재(70)의 하부 표면(76)을 따라 미끄러져, 상부 밀봉 링(60)의 밀봉 기능은 유지된다.
이전의 2개의 문단에 기초하여, 상부 밀봉 링(60)이 한편으로 바디(10)의 내측 원형 부분(18)의 표면, 다른 한편으로 상부 렌즈 부재(70)의 하부 표면(76)에 대해 미끄러지게 배치되는 것이 중요한 것은 명확하다. 미끄러짐을 용이하게 하기 위해, 그리스(grease) 등을 포함하는 필름은 상부 밀봉 링(60)과 상기 표면들 사이에 배치될 수 있다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)는 여러 단계로 조립되는데, 이는 아래에 나열된다. 조립은 도 2에 도시된 하부 클램핑 유닛(20a)에서 시작한다.
제 1 조립 단계 동안에, 하부 렌즈 부재(30)는 하부 클램핑 유닛(20a)의 링(21a)의 상부에 위치된다. 과정 중에, 하부 렌즈 부재(30)의 베이스 판(32)은 하부 클램핑 유닛(20a)의 클램핑 암(22a)들 사이에 위치된다.
도 3은 제 1 조립 단계 이후에 얻어진 렌즈 패키지 요소(20a, 30)의 전체를 도시한다.
제 2 조립 단계 동안에, 하부 밀봉 링(50)은 바디(10)의 후부 측면에 그루브(17)에 위치된다. 차례로, 바디(10)는 하부 렌즈 부재(30)에 대해 놓이고, 하부 위치지정 링(38)의 외측 그루브(17)의 외측 벽(45)과 접촉하여, 바디(10)의 위치는 횡단 방향으로 하부 렌즈 부재(30)에 대해 고정된다.
제 3 조립 단계 동안에, 하부 클램핑 유닛(20a)은 바디(10)와 하부 렌즈 부재(30) 주위로 휘고, 하부 클램핑 유닛(20a)의 링(21a)은 하부 렌즈 부재(30)의 하 부 표면(39)에 놓이고, 클램핑 암(22a)의 휘어진 부분(23a)은 경사진 표면(13) 너머의 위치에, 바디(10)의 상부 측면에 고정된다. 공정 중에, 클램핑 암(22a)의 휘어진 부분(23)의 단부는 바디(10)의 상부 측면에 기울어진 표면(13)에 의해 안내되고, 휘어진 부분(23)의 단부는 소수성 층과 전기적으로 절연성 층을 긁어서, 결과적으로 전기적으로 전도성 층과 직접적으로 접촉하게 된다.
도 4는 제 3 조립 단계 이후에 얻어진 렌즈 패키지 요소(10, 20a, 30, 50) 전체를 도시한다.
제 4 조립 단계 도중에, 상부 밀봉 링(60)과 탄성 링(65)은 바디(10)의 상부 측면에 내측 원형부(18)의 상부 상에 위치된다.
제 5 조립 단계 도중에, 미리 정해진 양의 물(86)는 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36)과 바디10)의 관통-홀(11)의 내측 표면(15)에 의해 경계되어지는 개방 컨테이너 내에 주입된다. 후속적으로, 개방 컨테이너는 추가로 오일(87)로 채워진다.
제 6 조립 단계 도중에, 상부 렌즈 부재(70)는 바디(10)에 대해 놓이고, 상부 위치지정 링(77)의 외측 둘레는 상향 벽(46)과 접촉하고, 여기서 상부 렌즈 부재(70)의 위치는 횡단 방향으로 바디(10)에 대해 고정된다.
도 5는 제 6 조립 단계 이후에 얻어진 렌즈 패키지 요소(10, 20a, 30, 50, 60, 65, 70)의 전체를 도시한다.
제 7 조립 단계 도중에, 상부 클램핑 유닛(20b)이 놓이고, 바디(10)와 상부 렌즈 부재(70) 주위로 휘어지고, 상부 클램핑 유닛(20b)의 링(21b)은 상부 렌즈 부 재(70)의 상부 표면(78) 상에 놓이고, 클램핑 암(22b)의 휘어진 부분(23b)은 바디(10)의 하부 측면에 기울어진 표면(13)과 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36) 사이에 클램핑된다. 결과적으로, 휘어진 부분(23b)의 단부는 하부 렌즈 부재(30)의 전기적으로 전도성 층(37)과 직접적으로 접촉하게 된다.
제 7 조립 단계의 결과는 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따른 가변 초점 펜즈 패키지(1)이다. 가변 초점 렌즈 패키지(1)는 도 6에 개략적인 사시도로 도시된다. 이 렌즈 패키지(1)의 초점은 클램핑 유닛(20a, 20b)에 의해 형성되는 이 렌즈 패키지(1)의 컨넥터를 통해 전압을 인가하는 것에 의해 변화될 수 있다.
도 7에, 배럴(barrel)(80)이 도시되고, 가변 초점 렌즈 패키지(1)(도 7에 미도시됨)는 상기 배럴(80)에 수용된다. 가변 초점 렌즈 패키지(1)에 추가로, 배럴(80)은 추가의 광학 요소를 수용할 수 있다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)를 포함하는 배럴(80)은 휴대폰에 적용하기에 적합한 강력한 유닛을 형성한다. 도 7은 배럴(80)과 카메라 모듈(90)의 조합을 개략적으로 도시한다. 클램핑 유닛(20a, 20b)을 포함하는 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 컨넥터에 의해, 렌즈 패키지(1)는 구동장치와 렌즈 패키지(1)를 위한 추가적인 부품들로 장착된 카메라 모듈(90)에 연결된다. 가변 초점 렌즈 패키지(1)와 카메라 모듈(90) 사이의 전기적 연결은 예를 들어 납땜, 용접, 클램핑, 또는 접착에 의한 어떤 적합한 방식으로 실현될 수 있다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)는 일련의 3개의 렌즈를 포함한다. 가변 초점 렌즈 패키지(1)에 도달한 광은 렌즈 패키지(1)를 통과하는 광 경로를 따르는데, 광은 상 부 렌즈 부재(70), 물(86), 오일(87), 이 2개의 유체 사이에 메니스커스렌즈(88), 그리고 하부 렌즈 부재(30)를 통과한다. 물(86)과 오일(87) 사이의 메니스커스렌즈(88)의 형태를 변화시키는 것에 의해, 광의 초점을 맞추는 것이 가능하다. 상기 메니스커스렌즈(88)의 형태가 변화하는 방식은 아래에 설명될 것이다.
하부 클램핑 유닛(20a)은 클램핑 암(22a)과 이 클램핑 암(22a)의 휘어진 부분(23a)을 통해, 바디(10)의 전기적으로 전도성 층에 연결된다. 상부 클램핑 유닛(20b)은 클램핑 암(22b)과 이 클램핑 암(22b)의 휘어진 부분(23b)을 전기적으로 전도성 재료의 층을 하부 렌즈 부재(30)의 상부 표면(36) 상에 제공을 통해, 물(86)에 연결된다. 클램핑 유닛(20a, 20b) 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 물(86)에 대한 바디(10)의 관통-홀(11)의 내측 표면(15) 상에 소수성 층의 습윤성은 오일(87)에 대한 상기 층의 습윤성과 다르다. 전기습윤(electrowettability)이라 칭하는 효과 때문에, 물(86)에 대한 소수성 층의 습윤성은 클램핑 유닛(20a, 20b) 사이에 인가된 전압 하에서 변화된다. 소수성 층의 습윤성의 변화는 소수성 층과 2개의 유체(86, 87) 사이의 접촉 라인에서, 물(86)과 오일(87) 사이의 메니스커스렌즈(88)의 접촉각의 변화를 야기하여, 메니스커스렌즈(88)의 형태가 조정된다. 따라서, 메니스커스렌즈(88)의 형태는 인가된 전압에 의존된다. 메니스커스렌즈(88)가 광 경로에 위치되어, 광을 굴절하는 역할을 하기 때문에, 이 메니스커스렌즈(88)는 가변 초점을 갖는 렌즈로 여겨질 수 있다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)가 휴대폰에서 응용되기에 적합하기 위해, 다양한 패키지 요소들의 크기는 상대적으로 작을 필요가 있다. 예를 들어, 바디(10)의 내 측 직경은 3mm이고, 바디(10)의 외측 직경은 6mm이고, 바디(10)의 높이는 1mm이다.
요약하면, 가변 초점 렌즈 패키지(1)는 다음과 같이 기술될 수 있다: 가변 초점 렌즈 패키지(1)는 관통-홀(11)을 구비한 원형 바디(10)를 포함하고, 관통 홀은 렌즈 부재(30, 70)에 의해 닫히고, 그리고 밀봉 링(50, 60)에 의해 밀봉된다. 관통-홀(11)은 메니스커스렌즈(88)에 의해 분리되는 상당량의 물(86)과 오일(87)로 채워진다. 변동 렌즈 패키지 요소는 클램핑 유닛(20a, 20b)에 의해 서로에 대해 고정된다. 이 배치에 의해, 매우 작고 강력한 렌즈 패키지(1)가 얻어진다.
바디(10) 표면의 한 부분은 전기적으로 전도성 층으로 덮힌다. 메니스커스렌즈(88)의 형태는 이 전기적으로 전도성 층과 물(86) 사이의 전압의 영향 하에 변화된다. 이 방식으로 메니스커스렌즈(88)는 조정가능한 초점을 갖는 렌즈로서 적용될 수 있다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)의 밀봉 링(50, 60) 중 하나는 온도 변화에 기인하는 유체(86, 87)의 체적 변화를 보상하기에 충분한 정도로 물(86)과 오일(87)을 따라 팽창하고 축소할 수 있도록 배치된다. 이 방식으로, 렌즈 부재(30, 70)의 파손과 가변 초점 펜즈 패키지(1) 내에 공기 방울 및/또는 진공 공동의 형성이 방지된다.
본 발명의 범위는 전술한 예에 제한되지 않고, 그 몇몇 개정과 변경이 첨부된 청구항에 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능하다는 것은 당업자에게 명확할 것이다.
예를 들어, 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 유체 챔버(85)를 밀봉하기 위한 기 술한 고무 밀봉 링(50, 60)과는 다른 수단이 적용되는 것이 가능하다는 것은 이해될 것이다. 그렇지만, 밀봉 수단의 적어도 일부는 물(86)과 오일(87)의 체적 변화를 보상할 수 있기에 충분할 만큼 유연하다는 것은 중요하다.
비록 매우 유리한 선택일지라도, 클램핑 유닛(20a, 20b)을 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 컨넥터로 적용하는 것이 꼭 필요하지 않다. 본 발명의 범위 내에서, 추가적인 컨넥터를 배치하는 것이 가능하고, 1개의 컨넥터는 바디(10)의 전기적으로 전도성 부분과 접촉하고, 다른 컨넥터는 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 유체 챔버(85) 내의 물(86)과 접촉한다.
렌즈 부재(30, 70)의 베이스 기판(32, 74)은 어떤 적합한 형태를 가질 수 있어서 예를 들어 사각형 또는 육각형일 수 있다. 후자가 기술된 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 경우이다. 클램핑 유닛(20a, 20b)의 형태, 특히 클램핑 암(22a, 22b)의 위치는 베이스 기판(32, 74)의 형태에 순응된다.
본 발명에 따라 가변 초점 렌즈 패키지(1)의 도시된 실시예에서, 렌즈 패키지(1)가 실제로 3개의 일련의 렌즈를 포함하도록 하부 렌즈 부재(30)와 상부 렌즈 부재(70)가 적용된다. 추가적인 렌즈가 적용되는 것은 필요하지 않다. 대신에, 렌즈 부재(30, 70)의 적어도 하나가 광을 집속시키는 기능이 없는 커버에 의해 교체되는 것은 가능하다.
물(86)과 오일(87)의 체적의 변화를 보상하기 위한 목적을 위해, 다양한 해결책이 존재하고, 이는 확장 부재의 적용으로 요약된다. 기술한 가변 초점 렌즈 패키지(1)에 적용된 해결책은 상부 밀봉 링(60)을 둘러싸는 탄성 링(65)을 포함한다.
가변 초점 렌즈 패키지(1)는 휴대폰과 같은 핸드-헬드(hand-held) 장치와 디지털 기록 장치에 사용하기 위한 광학 스캐닝 디바이스에 적용될 수 있다.
다수의 렌즈 패키지(1)는 행으로 위치될 수 있고, 렌즈 패키지(1)들의 관통-홀(11)은 줌 렌즈를 생성하기 위해 서로에 대해 정렬된다.
본 발명에 따른 렌즈 패키지(1)는 카메라에 응용하기 위해 특히 의도되고, 이는 이미지 센서와 상호 연결 바디를 추가로 포함하고, 상호 연결 바디는 상호 연결 바디의 제 1 표면과 제 2 표면 상에 위치된 전기적으로 전도성 트랙(tracks)을 포함하고, 전기적으로 전도성 트랙은 이미지 센서와 가변 초점 렌즈 패키지(1) 모두에서 구동 전자장치 또는 접촉 패드에 대한 연결을 확립할 수 있도록 형성된다. 이 관점에서, 가변 초점 렌즈 패키지(1)를 포함하는 배럴(80)과 카메라 모듈(90)의 조합은 이미 전술된 것에 주의하라.
카메라는 상술한 핸드-헬드 장치의 부분일 수 있고, 이는 추가로 입력 수단, 정보 처리 수단, 디스플레이 수단을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명을 활용하여, 작고 튼튼한 구조의 카메라 모듈이 요구되는 휴대폰 등과 같은 모바일 디바이스에 사용되는 가변 초점 렌즈 패키지의 제조가 가능하다.

Claims (8)

  1. 가변 초점 렌즈 패키지(1)에 있어서,
    -바디(10)로서, 상기 바디(10)를 통한 광 경로를 제공하기 위한 관통-홀(11)이 제공되고, 상기 바디(10)의 적어도 한 표면 층은 전기적으로 전도성 재료를 포함하고, 상기 바디는 상기 관통-홀(11)을 차단하기 위한, 광 경로에서 광학적으로 투명한 덮개(30, 70)가 포함되는, 바디(10)와,
    -전기적으로 절연성 유체(87)와 전기적으로 전도성 유체(86)로서, 상기 덮개(30, 70)와 상기 바디(10)의 관통-홀(11)의 내측 표면(15)에 의해 둘러싸이는 유체 챔버(85)에 담기고, 혼화되지 않고, 그리고 메니스커스렌즈(88) 위와 접촉하고, 상기 메니스커스렌즈(88)의 형태는 바디(10)의 전기적으로 전도성 표면과 전기적으로 전도성 유체(86) 사이에 인가된 전압 하에 변화하는, 전기적으로 절연성 유체(87)와 전기적으로 전도성 유체(86)와,
    -전기적으로 전도성 유체(86)와 접촉하는 바디(10)의 표면의 적어도 일 부분을 덮는 전기적으로 절연성 부재와,
    -유체 챔버(85)를 밀봉하기 위한 밀봉 수단(50, 60)과,
    -적어도 1개의 확장 부재(60, 65)로서, 적어도 부분적으로 유연하고, 유체 챔버(85)의 둘레의 일부이고, 상기 확장 부재(60, 65)는 유체 챔버(85) 내에 우세하는 압력을 실질적으로 일정한 레벨로 유지하는 것에 의해 상기 유체(86, 87)의 체적의 변화를 보상할 수 있고, 상기 확장 부재(60, 65)는 밀봉 수단(60)의 적어도 일부를 포함하는, 가변 초점 렌즈 패키지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 확장 부재(60, 65)는 상기 유체 챔버(85) 내에 유체(86, 87)에 대한 확장 부재(60, 65)의 부분인 밀봉 수단(60)의 부분을 기울게 하기 위한 탄성 부재(65)를 추가로 포함하는, 가변 초점 렌즈 패키지.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 확장 부재(60, 65)의 적어도 한 부분은 바디(10) 표면의 부분(18)에 대해 미끄러지게 배치되는, 가변 초점 렌즈 패키지.
  4. 제 1항 내지 제 3항에 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장 부재(60, 65)의 적어도 한 부분은 상기 덮개(30, 70)의 표면(36, 37)의 한 부분에 대해 미끄러지게 배치되는, 가변 초점 렌즈 패키지.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장 부재(60, 65)의 일부인 상기 밀봉 수단(60)의 일부는 밀봉 링(60)을 포함하는, 가변 초점 렌즈 패키지.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 확장 부재(60, 65)는 상기 밀봉 링(60)을 둘러싸는 탄성 링(65)을 추가로 포함하는, 가변 초점 렌즈 패키지.
  7. 카메라 모듈(90)과 제 1항 내지 제 6항 중 어떤 한 항에 따른 가변 초점 렌즈 패키지(1)를 포함하는, 카메라.
  8. 핸-헬드 장치에 있어서, 제 7항에 따른 카메라를 포함하고, 입력 수단, 정보 처리 수단, 그리고 디스플레이 수단을 추가로 포함하는, 핸드-헬드 장치.
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