KR20170041754A - 가변 구조 요소를 갖는 조정가능 마이크로렌즈 - Google Patents

가변 구조 요소를 갖는 조정가능 마이크로렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로렌즈를 포함하는 투명 광학 소자 요소 및 조정가능 마이크로렌즈의 응력 및 열적 보상을 제공하고 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법에 관한 것이다.

Description

가변 구조 요소를 갖는 조정가능 마이크로렌즈 {A TUNABLE MICROLENS WITH A VARIABLE STRUCTURE ELEMENT}
본 발명은 마이크로렌즈를 포함하는 투명 광학 소자 요소 및 조정가능 마이크로렌즈의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법에 관한 것이다.
조정가능한 초점 거리를 갖는 렌즈 어셈블리들에 대한 저가 및 고용량에 대한 요구가 계속 증가하고 있다. 예를 들어, 현대의 모바일 폰은 소형의 디지털 카메라 모듈을 갖추고 있고 렌즈 및 렌즈 어셈블리들에 대한 품질 및 가격 요구가 증가하고 있다. 모바일 폰 및 랩탑 컴퓨터들에 사용되는, 보다 더 소형의 카메라들은 자동 초점 기능을 갖는다. 이러한 어플리케이션들에 대한 렌즈 시스템들의 디자인은 카메라 모듈의 정상부(top) 상에 렌즈를 맞출 때 공정 용이성에 대한 생산 표준으로부터, 많은 요구사항들의 충족을 요구한다. 이러한 도전들은 렌즈 구성이 자동 초점 렌즈들에서 직면하는 조정가능한 변수들을 포함할 때 더 커지고, 이때 예를 들어 렌즈로부터 촬상되는 대상물까지의 거리를 맞추기 위해 초점 거리가 조정되어야만 한다. 이러한 렌즈들은 일반적으로 이동가능 부분들을 포함하는 복잡한 디자인들이고, 이는 간단한 방식으로 렌즈를 조립하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 이러한 디자인들과 함께 추가의 도전은 이러한 사용에 대한 적절한 렌즈 어셈블리들을 제공하기 위한 요구사항이 계속 증가한다는 것이다.
컴팩트한 자동 초점 렌즈 요소들을 제조하기 위한 많은 솔루션들이 존재한다.
현재의 솔루션들의 문제점 중 하나는 어떻게 효율적이고 쉽게 조정가능 마이크로렌즈의 응력 보상을 처리하는 지이다.
따라서, 향상된 조정가능 마이크로렌즈가 유리할 것이고, 특히 조정가능 마이크로렌즈의 응력 보상을 제공하기 위한 보다 효과적인 및/또는 신뢰성 있는 방법이 유리할 것이다.
조정가능 마이크로렌즈에 응력 보상을 제공하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
조정가능 마이크로렌즈의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 추가의 목적이다.
조정가능 마이크로렌즈의 기계적 안정성 및 렌즈의 곡률 조정 능력을 증대시키는 것이 본 발명의 추가의 목적이다.
조정가능 마이크로렌즈에 응력 보상을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
a) 그 자체가 소자에서 열적 변화에 민감하지 않은 b) 모두 최종 제품으로 서로 패키지될 때 다른 요소들의 열적 보상을 가능하게 하는 조정가능 렌즈의 곡률의 조정 요소를 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
종래 기술의 대안을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
특히, 구조 요소를 도입하는 것에 의해 종래 기술의 위에 언급된 문제점들을 해결하는, 조정가능 마이크로렌즈의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적으로 보여질 수 있다.
본 발명의 기초 사상은 변형가능 렌즈 몸체 상에 위치하는 가요성 투명 커버 부재의 곡률의 기계적 및 열적 안정성 및 조정가능성을 제공하는 구조를 갖는 조정가능 마이크로렌즈를 제공하는 것이고, 여기서 형상, 사이즈 및 위치, 즉 하부 층들을 넘어 구조의 연장은 변형가능 렌즈 몸체의 곡률의 조정가능성을 결정한다.
본 발명의 구조는 투명 광학 소자 요소의 휴지 초점 강도(resting focal strength)를 정의하기 위해 변형가능 렌즈 몸체 상에 위치하는 가요성 투명 커버 부재의 곡률을 변화시킬 수 있는 중요한 기능을 갖는 가변 구조이다.
휴지 초점 강도는 휴지 상태, 즉 액추에이터가 가요성 투명 커버 부재에 곡률을 부여하지 않을 때의 초점 강도이다.
따라서, 위에 설명된 목적 및 몇몇 다른 목적들은 투명 광학 소자 요소를 제공하는 것에 의해 본 발명의 제1 양태에서 얻어지는 것으로 의도되는데, 상기 투명 광학 소자 요소는: 측벽에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체; 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체의 표면에 부착되는 가요성 투명 커버 부재; 가요성 투명 커버 부재를 원하는 형상으로 형상화하기 위한 압전 액추에이터들로서, 액추에이터들은 가요성 투명 커버 부재의 정상부 표면 상에 위치함; 상기 압전 액추에이터들은 가요성 투명 커버 부재 상의 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체의 광학적 개루를 정의함 상기 압전 액추에이터들 상에 위치하고 광학적 개구를 둘러싸는 적어도 하나의 구조 요소;를 포함하고, 상기 적어도 하나의 구조 요소는 가요성 투명 커버 부재의 직경과 광학적 개구의 직경 사이의 외부 직경을 가지며; 상기 가요성 투명 커버 부재는 투명 광학 소자 요소에 기계적 안정성을 제공하고 네거티브 곡률 반경 및 포지티브 곡률 반경 사이에서 가요성 투명 커버 부재의 곡률을 조정을 가능하게 하도록 적합화된다.
렌즈 몸체는 원하는 곡률, 따라서 원하는 광 파워 또는 초점 거리를 얻기 위해 조정될 수 있도록 변형가능하다.
변형가능 렌즈 몸체는 고분자들 또는 액체들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 변형가능 렌즈 몸체는 고분자, 예를 들어 가교된 또는 부분적으로 가교된 고분자들의 고분자 네트워크와 같은, 변형가능 고분자 재질을 포함할 수 있다.
일부 다른 실시예들에서, 변형가능 렌즈 몸체는 가교된 또는 부분적으로 가교된 고분자들의 고분자 네트워크 및 혼합성 오일 또는 오일들의 조합을 포함한다.
하나의 변형가능 렌즈 몸체는 300 Pa보다 큰 탄성 계수, 1.35 이상의 굴절률 및 밀리미터 두께당 10% 미만의 가시광 영역에서의 흡광도를 가질 수 있다.
변형가능 고분자 렌즈 몸체는 고분자 네트워크의 화학적 구조 내에 제공되는 어느 정도의 기계적 안정성을 갖는다. 투명 광학 요소의 요구되는 기계적 안정성은 가요성 투명 커버 부재의 존재를 통해 제공된다.
가요성 투명 커버 부재는 가요성 투명 커버 부재에 부착되는 변형가능 렌즈 몸체의 기계적 및 구조적 강화를 제공하는 투명한 재질로 제조될 수 있다.
가요성 투명 커버 부재는 유리, 무기 산화물 및 카보네이트, 아크릴레이트 및 에폭시와 같은 단단한 고분자 재질의 그룹으로부터 선택되는 투명 재질로 제조될 수 있다.
가요성 투명 커버 부재는 예를 들어, 0.75 mm 미만, 0.5 mm 미만과 같은 1 mm 미만의 얇은 유리 또는 투명 고분자 재질이 될 수 있다.
예를 들어, 가요성 투명 커버 부재는 유리 재질이고 10 내지 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 가요성 투명 커버 부재는 사용되는 변형가능 렌즈 몸체에 의해 부여되는 어느 정도의 강성을 갖는다. 따라서, 변형가능 렌즈 몸체가 고분자들을 포함할 때, 가요성 투명 커버 부재의 강성의 정도는 변형가능 고분자 렌즈 몸체의 강성/연성에 의해 결정된다.
적어도 하나의 구조 요소는 투명 광학 소자 요소에 응력 보상을 제공할 수 있다.
적어도 하나의 구조 요소는 투명 광학 소자 요소에 열적 보상을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 투명 광학 소자 요소에 응력 및 열적 보상을 제공한다.
적어도 하나의 구조 요소는 다각형, 원 또는 타원에 의해 정의되는 경계들을 갖는 고리형 구조 요소이거나 이를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구조 요소는 2개의 동심적인 다각형, 원 또는 타원들에 의해 구속되는 영역을 가질 수 있다. 따라서 적어도 하나의 구조 요소의 이 영역은 2개의 동심적인 다각형 사이에 있는 영역이다.
일부 실시예들에서 적어도 하나의 구조 요소는 링 구조 요소이다. 따라서, 적어도 하나의 구조 요소의 이 영역은 2개의 동심적인 원 또는 타원 사이에 있는 영역이거나 2개의 동심적인 원 또는 타원에 의해 경계로 된다.
일반적으로, 구조 요소의 외측 또는 외부 및 내측 또는 내부 직경의 형태는 상이할 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예들에서 적어도 하나의 구조 요소는 다각형 또는 타원에 의해 정의되는 외부 직경 및 원에 의해 정의되는 내부 직경을 갖는다.
적어도 하나의 구조 요소 또는 링 구조 요소는 가요성 투명 커버 부재의 직경과 광학적 개구의 직경 사이의 외부 직경을 갖는다. 이는 구조 요소 및 가요성 투명 부재 및 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체가 동축, 즉 동일한 중심축 주위에 위치하는 것과 같이 구조 요소의 위치와 직경의 절대적인 값을 암시한다.
구조 요소 및 가요성 투명 부재 및 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체들은 동심적이다.
적어도 하나의 구조 요소, 즉 그것의 내부 직경과 그것의 외부 직경 사이의 고리형 구조 요소의 폭은 가요성 투명 커버 부재의 직경과 광학적 개구의 직경 사이에서 변화될 수 있다. 적어도 하나의 구조 요소는 가요성 투명 커버 부재를 통해 향상된 투과성을 위해 일반적으로 광학적 개구를 제외한 가요성 투명 커버 부재 상의 영역을 커버하는 사이즈가 가변적이다.
일부 다른 실시예들에서 적어도 하나의 구조 요소는 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 부분적으로 위치한다.
일부 다른 실시예들에서 적어도 하나의 구조 요소는 광학적 개구 직경을 초과하는 내부 직경을 갖는다.
따라서, 적어도 하나의 구조 요소의 내측 또는 내부 직경은 광학적 개구 직경보다 더 크다.
일부 추가 실시예들에서, 외부 직경은 압전 액추에이터들의 외부 직경보다 더 클 수 있다.
적어도 하나의 구조 요소는 광학적 개구와 적어도 부분적으로 오버랩될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 구조 요소의 내부 직경은 광학적 개구의 직경보다 더 작을 수 있다.
부분적 오버랩은 광학적 개구의 적어도 일부가 적어도 하나의 구조 요소에 의해 커버되지 않는 경우의 조건으로 정의된다.
적어도 하나의 구조 요소와 광학적 개구 간의 부분적 오버랩은 적어도 하나의 구조 요소가 광학적 개구와 부분적으로, 따라서 완전히는 아니게 오버랩되는 것으로 정의된다.
따라서, 일부 실시예들에서 적어도 하나의 구조 요소는 광학적 개구와 단지 부분적으로 오버랩된다.
일부 실시예들에서 적어도 하나의 구조 요소는 폐쇄된 구조 요소이고, 따라서 하나의 단일의 구조 요소로 특징된다.
일부 추가 실시예들에서 적어도 하나의 구조 요소는 하나의 오픈된 구조 요소이고, 따라서 적어도 하나의 구조 요소를 구비할 압전 액추에이터들 상에 일단 증착되는 하나보다 많은 서브-구조를 포함한다.
일부 추가 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 2 이상의 구조 요소들이다.
2 이상의 구조 요소들은 동심적인 링 구조들이 될 수 있다.
예를 들어, 2 이상의 구조 요소는 3개의 동심적인 링 구조들이 될 수 있다.
2 이상의 구조 요소들은 모두 압전 액추에이터들 상에 위치할 수 있다.
예를 들어, 3개의 동심적인 링 구조들은 모두 압전 액추에이터들 상에 위치할 수 있다.
일부 다른 실시예들에서, 2 이상의 구조 요소들은 동심적인 고리형 타원형이다.
일부 추가 실시예들에서 2 이상의 구조 요소들은 적어도 일부 영역에서 서로 오버랩된다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 0.03 ㎛과 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는다.
적어도 하나의 구조 요소의 구체적인 두께 및 형상은 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도를 향상시킨다.
일부 실시예들에서, 곡률의 조정은 오목 휴지(resting) 곡률과 볼록 휴지 곡률 사이, 즉 그것의 휴지 상태에서의 가요성 투명 커버 부재의 곡률 사이에 있다.
일부 실시예들에서, 곡률의 조정은 - 200 mm 및 + 200 mm의 곡률 반경 사이에 있다.
일부 다른 실시예들에서, 곡률의 조정은 - 100 mm 및 + 100 mm의 곡률 반경 사이에 있다.
일반적으로, 주어진 지점에서의 곡률 반경은 이 지점에서 커브에 수학적으로 가장 잘 맞춰지는 원의 반지름이다.
본 발명의 구체적인 구조 요소는 막 곡률을 최소화함으로써 최대 광학적 범위를 증가시킬 수 있다.
압전 액추에이터들 요소 및 가요성 투명 커버 부재와 같은 하부의 층들을 넘어 연장에 따라, 구조 요소는 가요성 커버 부재의 곡률, 따라서 결과적으로 투명 광학 소자 요소의 광 파워를 조정할 수 있다.
구조 요소의 두께, 형상 및 사이즈는 휴지 상태에서 가요성 투명 커버막의 벤딩의 사이즈 감소 또는 벤딩 방향의 반전에 영향을 미치도록 가요성 투명 커버 부재 상에 작용하는 존재하는 힘에 대하여 크기에 있어 반대의 응력을 나타내도록 디자인된다.
위에 언급한 바와 같이, 링 구조 요소는 원 형상으로 제한되지 않으며 다각형, 원 또는 타원 프로파일에 의해 정의되는 경계들을 갖는 고리형 구조 요소가 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 구체적인 구조 요소는 투명 광학 소자 요소의 다층 구조에 의해 유발되는 응력에 대한 보상을 제공하는 기능을 갖는 조정가능 응력 보상층이 될 수 있다. 구체적인 구조 요소는 따라서 강화층이 아니라 투명 광학 소자 요소에 응력 보상을 제공하도록 조정될 수 있는 응력 보상층이다.
따라서, 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 응력 보상층이다. 보상 응력층은 -600 내지 +600 MPa의 응력 및 0.01 내지 10 ㎛(마이크로미터)의 두께로 변화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 응력 보상층은 조정가능하며, 즉 필요한 응력 보상에 따라 조정될 수 있다.
구조 요소의 위치 및 적합한 사이즈는 가요성 투명 커버 부재의 초기 곡률 반경이 최소 50 mm, 바람직하게는 100 mm 면적으로 감소 또는 증가되도록 디자인된다.
링 구조의 위치는 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도에 또한 영향을 미칠 수 있다.
기계적 강도는 예를 들어 가요성 투명 커버 부재의 배면으로부터 균일한 힘으로서 인가될 때 가요성 투명 커버 부재를 파괴하는데 요구되는 예를 들어 그램의 단위의 전단 하중에 의해 정의된다. 기계적 강도의 증가는 50 gr.로부터 적어도 60-70 gr.이 될 수 있으며, 적어도 20%의 최소 강도 향상을 가져온다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 단단하고 밀한(dense) 재질로 구성된다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구성 요소는 단단하고 밀하며 비활성인 재질로 구성된다.
일부 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 단단한 재질을 포함한다.
일부 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 밀한 재질을 포함한다.
일부 추가 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 비활성 재질을 포함한다.
단단한 재질은 9보다 큰 모스 경도을 갖는 것으로 정의된다. 단단한 재질은 따라서, 내스크래치성이다.
밀한 재질은 0.5%보다 낮은 기공률을 갖는 것으로 정의된다.
비활성 재질은 공정 조건 하에서 예를 들어 황산과 같은 무기 산, 암모니아, 디메틸아민 또는 디메틸아세트아미드 염기, 아민 또는 아미드와 같은 일반적인 반도체 기반의 처리 환경에 만나게 되는 화학물질에 대하여 비반응성인 물질로 정의된다. 이는 또한 예를 들어 H2O, O2 및 N2와 같은 대기 조건에 있는 화학물질을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 구조 요소 내에 구성되거나 포함되는 재질에 기인하여, 비-부식성, 보호성 배리어 또는 확산 배리어 층이 따라서 형성된다.
일부 추가 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 SixNy, SixOyNz, SixCy 또는 SixOy 또는 이들의 조합을 포함하거나 구성되며, x, y 또는 z는 0과 5 사이의 값을 갖는 수이다.
예를 들어, 일부 추가 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 Si3N4, Si2ON2, SiC 또는 SiO2 또는 이들의 조합을 포함하거나 구성된다.
이러한 구체적인 재질들을 사용하는 장점은 이들이 조정가능 마이크로렌즈에 대한 신뢰성 요구를 만족시키는 것을 가능하게 한다는 것이다.
적어도 하나의 구조 요소는 또한 소자의 열적 거동 또는 광학적 응답, 즉 완전히 조립된 소자의 다른 부분들에 대한 요구를 한정할 수 있을 정도까지 부분적으로 또는 완전히 조립된 광학 소자들의 온도의 함수로서 광 파워 변화에 영향을 미칠 수 있고, 이에 의해 조립된 렌즈에 대하여 필요로 하는 부분들의 비용 및 요구를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 구체적인 구조 요소는 투명 광학 소자 요소의 다층 구조에서의 온도 변화에 의해 유도되는 열적 팽창의 보상을 제공하는 기능을 갖는 열적 보상층이 될 수 있다.
구체적인 구조 요소는 따라서 강화층이 아니고 투명 광학 소자 요소에 열적 보상을 제공하도록 조정될 수 있는 열적 보상층이 될 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 열적 보상층이다.
일부 추가의 실시예들에서, 적어도 하나의 열적 보상층은 조정가능하고, 즉 필요한 열적 보상에 따라 조정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 응력 및 열적 보상층이다.
적어도 하나의 구조 요소는 응력 보상 및 열적 보상의 양 기능들을 결합할 수 있다.
게다가, 투명 광학 소자 요소에 미치는 열적 효과는 투명 광학 소자 요소의 구조 상에 응력을 생성하는 렌즈 몸체의 팽창 또는 수축을 야기할 수 있다.
변형가능 렌즈 몸체의 재질은 변형가능 렌즈 몸체에 열적 영향에 의해 야기되는 응력을 결정한다.
열적 팽창 또는 수축에 의해 야기되는 고분자를 포함하는 변형가능 렌즈 몸체 상에서 생성되는 응력은 액체와 같은 유체를 포함하는 변형가능 렌즈 몸체 상에서 생성되는 것과 의심없이 상이하다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는, 투명 광학 소자 요소가 예를 들어 카메라 모듈에 포함되어야만 하는 경우, 최종 제품 내에 다른 요소들의 열적 보상에 필요한 가요성 투명 커버 부재의 곡률을 정정하도록 적합화 될 수 있다.
적어도 하나의 구조 요소 또는 응력 및 열적 보상층은 따라서 고분자를 포함하는 변형가능 렌즈 몸체를 포함하는 투명 광학 소자 요소에 응력 및 열적 영향을 보상하는 기능을 갖는다.
작은 광학 소자들에서 액체를 사용하는 것은 소자의 수명 및 유용성 측면 모두에서 그리고 액체가 밀폐된 캐비티들 내에 보유되어야만 한다는 사실에 기인하여 일부 단점을 갖는다.
변형가능 렌즈 몸체는 따라서 바람직하게는 고분자들과 같은 고체 물질로 제조될 수 있다. 이 맥락에서 고체 물질은 0이 아닌 소성 또는 탄성 계수를 갖는 것을 의미하며, 주어진 응력에 노출될 때 변형에 저항할 것을 의미한다.
적어도 하나의 구조 요소는 투명 광학 소자 요소의 휴지 초점 강도를 조정할 수 있는 구조 요소이다.
변형가능 렌즈 몸체가 고분자를 포함할 때, 가요성 투명 커버 부재의 휴지 곡률은 오목하거나 볼록할 수 있다. 이 경우, 적어도 하나의 구조 요소는 오목한 또는 볼록한 시작 곡률로부터 포커스하기 위해 투명 광학 요소의 휴지 초점 강도를 조정하는데 이용될 수 있다.
이는 변형가능 렌즈 몸체가 휴지 곡률이 항상 볼록한 액체들을 포함하는 때의 경우가 아니다.
따라서, 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 구조 요소는 오목한 또는 볼록한 곡률로부터 시작하는 가요성 투명 커버 부재의 휴지 곡률을 조정하도록 적합화된다.
본 발명의 제2 양태는 투명 광학 소자 요소 내의 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 방법은 다음을 포함한다: 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 가요성 투명 커버막을 증착, 본딩 또는 부착하는 단계; 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 하나 이상의 압전 요소들을 증착, 본딩 또는 부착하는 단계; 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 증착된 압전 요소를 패터닝하는 단계; 패터닝된 압전 요소 위에 패시베이션층을 증착하는 단계; 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 하나의 구조물을 증착하는 단계. 여기서 적어도 하나의 구조 요소는 본 발명의 제1 양태에 따른 구조 요소이다.
일부 실시예들에서, 본 방법의 단계들의 순서는 상이하다.
일부 추가 실시예들에서, 본 방법의 처음의 4개 단계들의 순서는 상이한 한편, 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 하나의 구조물의 증착은 항상 마지막 단계로서 발생한다.
일부 실시예들에서, 패시베이션층의 증착 및/또는 상기 적어도 하나의 구조물의 증착은 박막 증착 방식들을 통해 얻어진다.
일부 실시예들에서, 패시베이션층의 증착 및/또는 상기 적어도 하나의 구조물의 증착은 화학 기상 증착 또는 물리 기상 증착을 통하여 얻어진다.
예를 들어, 화학 기상 증착에 기초한 방법들은 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD), 감압(sub-atmospheric) 화학 기상 증착(SACVD), 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 또는 대기압 화학 기상 증착(APCVD)이 될 수 있다.
물리 기상 증착에 기초한 방법들은 스퍼터링, 증발법 또는 이온 보조 증착(IAD)이 될 수 있다.
패시베이션층은 습기 및 공기로부터 압전 액추에이터들 및 가요성 투명 커버막을 보호하는 기능을 가지며, 따라서 두께 및 형상이 아래에 위치한 층들의 최적화된 보호를 달성할 수 있도록 조정된다.
본 발명의 제2 양태에서 본 발명은 특히, 그렇지만 비배타적으로, 가요성 투명 커버막의 곡률이 공정 순서에서 매우 나중의 단계에서 조정될 수 있는 것과 같은 장점이 있다. 핵심 성능 특성을 조정하기 위해 응력 보상층을 광학 소자의 제조 공정 내에 디자인하고 통합하는 방법은 단순한 것이 아니다. 구조 요소의 추가가 공정 순서에 있어 매우 나중 단계에서 가능한 경우에 방법 및 광학 소자를 디자인하는 것은 가요성 투명 커버막의 고유 응력 특성에 따라 그것의 응력 특성의 보다 정확하고 예측가능한 영향을 가능하게 하며, 이에 의해 그것을 완전히 조정가능하게 만들어 준다.
이는 광학적 투명 소자를 구축하기 위한 공정의 다른 단계들 및 공정 순서로 최소의 변화를 통해 가요성 투명 커버 부재의 곡률의 제어를 제공한다는 점에서 큰 장점이다.
본 방법의 다른 장점은 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도를 향상시키고 가요성 투명 커버막의 곡률의 최소화를 통하여 최대 광학적 범위를 증가시키는 것이 가능할 수 있다는 것이다.
본 방법의 추가의 장점은 적어도 하나의 링의 증착이 열적 거동 및 광학적 응답, 즉 완전히 조립된 광학 소자의 온도의 함수로서의 광 파워 변화에 영향을 미치고 따라서 결국 완전히 조립된 소자의 다른 부분들에 대한 요구를 한정하고, 이에 의해 조립된 렌즈에 대하여 필요한 부분들의 비용 및 요구들을 조절할 수 있다는 것이다.
일부 실시예들에서, 제2 양태에 따른 방법은 투명 광학 소자 요소 내의 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법이고, 여기서 투명 광학 소자 요소는 본 발명의 제1 양태에 따른 투명 광학 소자 요소이다.
추가의 양태에서, 본 발명은 투명 광학 소자 요소 내의 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은: 기판 상에 가요성 투명 커버막을 증착, 본딩 또는 부착하는 단계; 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 하나 이상의 압전 요소를 증착, 본딩 또는 부착하는 단계; 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 위치하는 압전 요소를 패터닝하는 단계; 패터닝된 압전 요소 위에 패시베이션층을 증착하는 단계; 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 하나의 구조 요소를 증착하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 구조 요소는 본 발명의 제1 양태에 관련되어 개시된 바와 같은 구조 요소이다.
본 발명의 제1, 제2 및 다른 양태들과 실시예들은 각각 다른 양태들 또는 실시예들 중 하나와 조합될 수 있다. 본 발명의 이러한 그리고 다른 양태들 또는 실시예들은 이후 설명되는 실시예들을 참조로 명확해지고 밝혀질 것이다.
본 발명에 따른 투명 광학 소자 요소와, 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법이 이제 첨부된 도면을 참조로 보다 상세히 설명될 것이다. 도면들은 본 발명을 실시하는 한가지 방법을 나타내고 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 다른 가능한 실시예들을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마이크로렌즈의 도식적 표현의 단면도이다.
도 2는 막 곡률을 조정하기 위한 압축 가변 링 구조 요소층의 적용 이후의 a) 응력의 감소 및 b) 반대 응력을 갖는 인장막을 나타낸 것이다.
도 3은 막 곡률을 조정하기 위한 인장 가변 링 구조 요소층의 적용 이전 및 이후의 a) 응력의 감소 및 b) 반대 응력을 갖는 압축막을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조정가능 마이크로렌즈의 평면도들이다.
도 1은 0.1mm 내지 50 mm 사이의 폭(f)을 가지며, 측벽(35)에 의해 둘러싸인 변형가능 렌즈 몸체(미도시)에 대하여, 예를 들어 가요성 투명 커버막의 폭(f)보다 적어도 20 ㎛ 작은 폭(e)의 캐비티(2) 위에 지지되며, 가요성 투명 커버 부재(1)를 포함하는 투명 광학 소자 요소(5)를 나타낸다. 예를 들어 가요성 투명 커버막의 폭(f)보다 적어도 20 ㎛ 작은 폭(b)의 압전 액추에이터들 요소(3)는 가요성 투명 커버 부재(1) 상에 위치한다. 링 구조 요소(6)는 0.01 mm 내지 49 mm 폭으로 변화될 수 있는 압전 액추에이터들 요소(3)의 개구(4)의 폭(d)과 다를 수 있는 0.01 mm 내지 49 mm로 변화되는 폭(c)의 대응하는 개구 직경(7)을 갖는다. 양 층을 추정하면서 개구들(c 또는 d) 중 가장 작은 폭으로 일반적으로 정의되는 렌즈의 광학적 개구는 광학적 개구 내의 광학적 경로에 대해서는 적합하지 않다.
링 구조 요소(6)의 폭의 가변성은 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도의 향상 및 조정을 가능하게 하고, 그 결과 막 곡률의 최소화를 통하여 최대 광학적 범위를 증가시킨다.
도 2a 및 도 2b는 가요성 투명 커버막의 인장 벌지(bulge) 상의 링 구조 요소의 영향의 도식적 단면도이다.
도 2a는 링 구조 요소(9)가 인장 벌지 위에 증착되어 있을 때 인장 벌지(8)의 도식적 도면이다. 링 구조 요소(9)에 기인하여, 막의 곡률이 현저히 감소되는 것이 보여질 수 있다.
도 2b에서, 인장 벌지(10)는 링 구조 요소(11)에 기인하여 반전되어 있다. 막의 곡률은 링 구조 요소의 특성에 따라 현저히 감소하거나 반전까지도 될 수 있다. 예를 들어, 인장 벌지가 다른 패시베이션층들보다 최소 30% 이상 압축되어 있는 매우 압축된 링 구조 요소에 의해 역행한다면, 막의 곡률은 현저히 감소되거나 반전까지도 된다.
일반적인 값은 1㎛ 두께의 SixNy 링에 대하여 -250 내지 -300 MPa 사이가 될 것이다. 다른 전형적인 값은 1㎛ 두께의 SixNy 링에 대하여 -100 내지 -600 MPa 사이가 될 것이다. 일부 예들에서 값들은 -lOOMPa 크기 이상도 될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 투명 커버막의 인장 벌지(tensile bulge) 상의 링 구조 요소의 영향의 도식적 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 반대 시나리오를 나타낸다. 도 3a에서 링 구조 요소(13)의 존재에 기인하여 인장층의 적용 이후 가요성 투명 커버 부재의 압축 벌지(12)의 크기가 감소된다.
도 3b에서 가요성 투명 커버막의 압축 벌지(14)는 인장층의 적용 이후, 따라서 링 구조 요소(15)의 존재에 기인하여 반전된다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 순서도(21)이다.
도 4는 본 발명의 제2 양태에 따라, 투명 광학 소자 요소 내의 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법을 나타낸다. 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 기판 상에 가요성 투명 커버막을 증착, 부착 또는 본딩하는 단계(16); 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 하나 이상의 압전 요소들을 증착, 부착 또는 본딩하는 단계(17); 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 위치하는 압전 요소를 패터닝하는 단계(18); 패터닝된 압전 요소 위해 패시베이션층 또는 광학층을 증착하는 단계(19); 가요성 투명 커버 부재 상에 링 구조 요소를 증착하는 단계(20). 여기서 링 구조 요소는 본 발명의 제1 양태에 따른 링 구조 요소이다.
단계들(16-19)의 순서는 도 4에 도시된 것과 상이할 수 있다. 또한, 패시베이션층의 증착 또는 패시베이션층의 추가 증착이 본 방법의 다른 단계들 사이에서 또는 공정의 다른 단계에서 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 조정가능 마이크로렌즈의 평면도이다. 도 5b 내지 도 5d는 가변 링 구조 요소 디자인의 일부 예를 나타낸다. 도 5a는 가요성 투명 커버막(22)이 표면을 구비하고, 그 위에 압전 액추에이터들 요소(23)가 소자의 중앙에 광학적 개구(24)를 남기면서 위치하는 것을 나타낸다. 도 5a에 도시된 가요성 투명 커버막 상의 압전 액추에이터들과 다르게 도 5b, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같은 구성의 가변 링 구조를 추가하는 것에 의해, 요구되는 곡률 프로파일을 갖는 가요성 투명 커버막을 얻는 것이 가능하다. 가변 링 구조는 압전 요소의 외측 부분(도 5b) 또는 내측 부분(도 5c) 상의 압전 액추에이터들 요소의 단지 일부를 커버할 수도 있다. 가변 링 구조는 또한 도 5d에 도시된 바와 같이 압전 요소의 전체 부분을 커버할 수도 있거나 부분적으로 광학적 개구(24)와 오버랩될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 링 구조 요소는 하나의 개별 요소로 제한될 필요는 없다. 도 6은 평면도로 도시된 바와 같이 가변 링 구조 요소를 갖는 조정가능 마이크로렌즈의 상이한 디자인들의 추가 예들을 제공한다. 가요성 투명 커버막(32)은 소자의 중앙에 광학적 개구(34)를 남겨두면서 위치할 수 있는 압전 액추에이터들 요소(33) 상의 표면을 구비한다. 링 구조 요소는 도 6b에 도시된 바와 같이 2 이상의 링 구조 요소들(26, 27, 28)을 포함할 수 있다. 도 6c는 감소된 수의 대칭축을 가지고 위치하는 구조 요소(29)를 도시한다. 도 6c에서, 구조 요소(29)는 광학적 개구(34)를 둘러싸는 고리형 타원 형상을 가지며, 압전 액추에이터들 요소(33) 상에 위치한다. 도 6d는 다중의 이러한 구조 요소들의 조합을 포함하는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 투명 광학 소자 요소의 예를 도시하는데, 조합되었을 때 투명 커버막의 고유한 곡률 프로파일을 제공한다.
도 6d에서, 구조 요소(30) 및 구조 요소(31)은 모두 광학적 개구(34)를 둘러싸는 고리형 타원의 형상을 갖는다. 구조 요소(30)은 일부 영역에서 구조 요소(31)과 오버랩되고 양 구조 요소들 모두 압전 액추에이터들 요소(33) 상에 위치한다.
원형에 비해 감소된 대칭을 갖는 가변 구조 요소 추가의 장점은 비-구형 및 비-균일 모드들로 막이 변형되도록 할 수 있는 것을 도와주는 것이다. 이는 제어된 방식으로 비-균일 벤딩 곡률을 제공하는 것에 의해 렌즈가 광학적 수차(optical aberration)를 생성 또는 수용하는 것을 가능하게 한다.
일부 다른 실시예들에서, 몇몇 분리된 서브-구조 요소들이 적어도 본 발명의 일부 실시예들에 따른 링 구조 요소 상에 형성될 수 있다(미도시).
본 발명이 구체화된 실시예들과 연계하여 설명되었음에도 불구하고, 나타낸 예들이나 링 형상만으로 어떠한 방식으로든 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해 설정된다. 청구항들의 맥락에 있어, 용어 "포함하는" 또는 "포함하다"는 다른 가능한 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 또한, "하나의" 등과 같은 표현의 언급은 복수를 배제하는 것으로 이해되어서는 안된다. 도면에 표시된 요소들에 대하여 청구항에서 참조 부호의 사용은 또한 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 이해되어서는 안될 것이다. 또한, 서로 다른 청구항들에서 언급된 개별 특징들은 가능하게는 유리하게 조합될 수 있고, 서로 다른 청구항들에서 이러한 특징들의 언급은 특징들의 조합이 가능하지 않고 유리하지 않다는 것을 배제하는 것은 아니다.

Claims (35)

  1. 투명 광학 소자 요소(5)로서,
    - 측벽(35)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체;
    - 상기 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체의 표면에 부착된 가요성 투명 커버 부재(1);
    - 상기 가요성 투명 커버 부재를 요구되는 형상으로 형상화하기 위한 압전 액추에이터들로서, 상기 압전 액추에이터들은 상기 가요성 투명 커버 부재의 정상부 표면 상에 위치하며, 상기 압전 액추에이터들은 상기 가요성 투명 커버 부재 상에 상기 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체의 광학적 개구(4)를 정의하는, 압전 액추에이터들(3);
    - 상기 압전 액추에이터들(3) 상에 위치하고 상기 광학적 개구를 둘러싸는 적어도 하나의 구조 요소(6);을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 가요성 투명 커버 부재(1)의 직경과 상기 광학적 개구(4)의 직경 사이의 외부 직경을 가지며;
    상기 가요성 투명 커버 부재(1)는 투명 광학 소자 요소(5)에 기계적 안정성을 제공하고 네거티브 곡률 반경과 포지티브 곡률 반경 사이에서 가요성 투명 커버 부재의 곡률의 조정을 가능하게 하도록 적합화된, 투명 광학 소자 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체는 고분자를 포함하는, 투명 광학 소자 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체는 가교된 또는 부분적으로 가교된 고분자들의 고분자 네트워크 및 혼합성 오일 또는 오일들의 조합을 포함하는, 투명 광학 소자 요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체는 300 Pa보다 큰 탄성율, 1.35 이상의 굴절률 및 밀리미터 두께당 10% 미만의 가시광 영역에서의 흡광도를 갖는, 투명 광학 소자 요소.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 열적 보상층인, 투명 광학 소자 요소.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열적 보상층은 조정가능한, 투명 광학 소자 요소.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 응력 보상층인, 투명 광학 소자 요소.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 응력 보상층은 조정가능한, 투명 광학 소자 요소.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 적어도 하나의 응력 및 열적 보상층인, 투명 광학 소자 요소.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 다각형, 원 또는 타원에 의해 정의되는 경계들을 갖는 고리형 구조 요소이거나 상기 고리형 구조 요소를 포함하는, 투명 광학 소자 요소.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 링 구조 요소인, 투명 광학 소자 요소.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 상기 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 부분적으로 위치해 있는, 투명 광학 소자 요소.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 광학적 개구 직경을 초과하는 내부 직경을 갖는, 투명 광학 소자 요소.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 상기 광학적 개구와 적어도 부분적으로 오버랩하는, 투명 광학 소자 요소.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 2 이상의 구조 요소들인, 투명 광학 소자 요소.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 2 이상의 구조 요소들은 동심적인 링 구조들인, 투명 광학 소자 요소.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 2 이상의 구조 요소들은 동심적인 고리형 타원들인, 투명 광학 소자 요소.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2 이상의 구조 요소들은 적어도 일부 영역에서 서로 오버랩되는, 투명 광학 소자 요소.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 0.03 ㎛와 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 투명 광학 소자 요소.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 곡률의 조정은 -200 mm의 곡률 반경과 +200 mm의 곡률 반경 사이인, 광학 소자 요소.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 단단한, 밀한, 비활성의 배리어재로 구성된, 광학 소자 요소.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 SixNy, SixOyNz, SixCy 또는 SixOy 또는 이들의 조합으로 구성되며, x, y 또는 z는 0과 5 사이의 값을 갖는 수인, 투명 광학 소자 요소.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 SixCy로 구성되며, x, y 또는 z는 0과 5 사이의 값을 갖는 수인, 투명 광학 소자 요소.
  24. 투명 광학 소자 요소 내의 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 기판 상에 가요성 투명 커버막을 증착, 본딩 또는 부착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 하나 이상의 압전 요소들을 증착, 본딩 또는 부착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 위치하는 압전 요소를 패터닝하는 단계;
    - 패터닝된 압전 요소 위에 패시베이션층을 증착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 하나의 구조 요소를 증착하는 단계를 포함하되, 상기 적어도 하나의 구조 요소는 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 구조 요소인, 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 투명 광학 소자 요소는 고분자를 포함하는 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체를 포함하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체는 가교된 또는 부분적으로 가교된 고분자들의 고분자 네트워크 및 혼합성 오일 또는 오일들의 조합을 포함하는, 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변형가능 렌즈 몸체는 300 Pa보다 큰 탄성 계수, 1.35 이상의 굴절률 및 밀리미터 두께당 10% 미만의 가시광 영역에서의 흡광도를 가질 수 있는, 방법.
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 응력 보상층인, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 응력 보상층은 조정가능한, 방법.
  30. 제24항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구조 요소는 열적 보상층인, 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열적 보상층은 조정가능한, 방법.
  32. 제24항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패시베이션층의 증착 및/또는 상기 적어도 하나의 구조물의 증착은 박막 증착 방식을 통해 얻어지는, 방법.
  33. 제24항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패시베이션층의 증착 및/또는 상기 적어도 하나의 구조물의 증착은 화학 기상 증착 또는 물리 기상 증착을 통해 얻어지는, 방법.
  34. 제1항 내지 제23항에 따른 투명 광학 소자 요소 내의 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 기판 상에 가요성 투명 커버막을 증착, 본딩 또는 부착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 하나 이상의 압전 요소를 증착, 본딩 또는 부착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 위치하는 압전 요소를 패터닝하는 단계;
    - 패터닝된 압전 요소 위에 패시베이션층을 증착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 하나의 구조 요소를 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 투명 광학 소자 요소 내의 가요성 투명 커버 부재의 기계적 강도 및 곡률을 조정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 기판 상에 가요성 투명 커버막을 증착, 본딩 또는 부착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 하나 이상의 압전 요소를 증착, 본딩 또는 부착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버막의 정상부 상에 위치하는 압전 요소를 패터닝하는 단계;
    - 패터닝된 압전 요소 위에 패시베이션층을 증착하는 단계;
    - 상기 가요성 투명 커버 부재 상에 적어도 하나의 구조 요소를 증착하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 구조 요소는 제1항 내지 제23항에 따라 개시된 요소와 같은 구조 요소인, 방법.
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