專利名稱：光學裝置的制作方法
技術領域：
根據示范性實施方式的裝置涉及一種光學裝置諸如流體透鏡(fluidiclens)。
背景技術：
隨著數字技術的發展，數字融合正快速擴展。特別地，在媒體和通信領域，數字融合進展最積極。代表性的數字融合產品是移動通信設備。近來，諸如數碼相機、數字攝像機等的各種成像設備以及用于游戲、音樂播放、廣播、互聯網等的設備與移動通信設備結合起來。這些成像設備廣泛安裝在諸如移動電話、膝上計算機、個人數字助理(PDA)等的各種移動通信設備中。近來，隨著具有成像裝置的移動電子裝備的小型化、纖薄和普及，對小尺寸、纖薄且低成本的成像設備的需求不斷增加。特別地，由于最近發布的移動設備具有各種數字電子設備(例如，MP3播放器、視頻播放器、DMB電視等)以及成像設備，所以更加需要小尺寸、 纖細的成像設備。然而，包括聚焦光學系統的成像設備是一類非常難以減小其尺寸或厚度的電子裝備。具有成像設備的移動電子設備的最初型號不要求成像設備的高性能。然而，近來，為了滿足消費者的各種要求或喜好，開發了具有成像設備的各種移動設備，并且對這些移動設備的性能要求如分辨率也在提高。例如，最初的成像設備僅支持有限的功能如具有 60cm的固定和最短焦距的微距模式，但最近開發的成像設備支持更多樣的功能，包括自動對焦功能、縮放(zoom)功能、允許在30cm或更小距離內拍攝的微距模式、圖像穩定功能等。為了在成像設備中實現自動對焦功能、圖像變焦功能、微距模式等，需要調整聚焦光學系統的焦距的功能。已經采用使用步進電機的方法、使用音圈電機(VCM)的方法等來作為用于改變聚焦光學系統的焦距的方法。這些方法驅動電機等以改變聚焦光學系統的透鏡之間的距離從而改變焦距。因此，這些方法在減小成像設備的尺寸方面具有局限性，并且也難以整體地制造成像設備，這成為制造成本增加的因素。為了克服這些缺點，已經提出了使用流體透鏡的方法。流體透鏡是一種光學裝置， 該光學裝置具有光學流體通過光學膜密封的結構。在流體透鏡中，透鏡表面的曲率通過調節施加到光學膜的透鏡表面的壓力而改變。這樣的流體透鏡的代表示例公開于本申請相同申請人提交的名為“光學透鏡及其制造方法(Optical Lens and Manufacturing Method thereof)，，的韓國專利申請特開No. 2008-0043106中，其全部公開通過引用結合于此用于所有目的。由于流體透鏡能夠利用透鏡表面曲率的變化來改變焦距，所以不需要為了調節焦距而改變聚焦光學系統的透鏡之間的距離。因此，由于具有流體透鏡的成像設備不需要步進電機或VCM等來移動聚焦光學系統的透鏡，而且也不需要確保用于移動透鏡的間隔空間，所以成像設備能夠制造得緊湊。此外，由于上述韓國專利申請特開中公開的流體透鏡以晶片級制造，所以該流體透鏡適于批量制造并有助于降低制造成本。同時，大多數具有移動設備的電子裝備設計為在預定的溫度范圍內穩定操作。電
5子裝備的操作溫度可以取決于目的或功能。此外，個人便攜電子設備的操作溫度范圍通常為從約-20°C至約60°C。該操作溫度范圍也適用于具有流體透鏡的成像設備。然而，流體透鏡中使用的光學流體具有相對大的熱膨脹系數(CTE)并因而關于溫度的變化而具有相對大的體積變化。由于流體透鏡隨著由光學流體施加到光學膜的壓力而改變透鏡表面的曲率從而調節焦距，所以透鏡表面的曲率(也就是，流體透鏡的焦距)受到溫度變化的影響。該現象會妨礙流體透鏡在預定操作溫度范圍內(例如，從-20°C至60°C) 穩定操作。

發明內容
下面的描述涉及能確保穩定操作而與溫度變化無關的光學裝置，諸如流體透鏡。下面的描述還涉及當光學流體的體積由于溫度變化而改變時焦距不改變的光學裝置，諸如流體透鏡。在一個總的方面，提供一種光學裝置，該光學裝置包括限定內部空間的間隔物框架(spacer frame)，其中該內部空間包括彼此連通的驅動部分和透鏡部分。間隔物框架限定的內部空間用光學流體填充。彈性膜和熱變形板分別附接到間隔物框架的底側表面和頂側表面上，其中彈性膜至少覆蓋透鏡部分，用單一透明材料形成的熱變形板(也就是，熱變形構件)隨著溫度的改變而變形從而增大或減小內部空間的體積。熱變形板的與透鏡部分對應的部分可以是平的且同時比熱變形板的邊緣向外凸出。在另一總的方面，提供一種光學裝置，該光學裝置包括限定內部空間的間隔物框架，其中該內部空間包括彼此連通的驅動部分和透鏡部分。間隔物框架限定的內部空間用光學流體填充。彈性膜附接在間隔物框架的表面上以至少覆蓋透鏡部分。此外，熱變形板和法蘭單元設置在間隔物框架的另一表面上，其中熱變形板對應于內部空間設置并隨著溫度的改變而變形以增大或減小內部空間的體積，法蘭單元對應間隔物框架的頂表面沿著熱變形板的邊緣設置。光學裝置還可以包括加強構件。加強構件是平的并在對應于透鏡部分的位置處設置在熱變形板中。加強構件可以位于熱變形板內部。在另一總的方面，提供一種光學裝置，該光學裝置包括限定內部空間的間隔物框架，其中該內部空間包括彼此連通的驅動部分和透鏡部分。間隔物框架限定的內部空間用光學流體填充。彈性膜附接在間隔物框架的表面上以至少覆蓋透鏡部分，用單一透明材料形成的熱變形板設置在間隔物框架的另一表面上。熱變形板可以隨著溫度的改變而變形從而增大或減小內部空間的體積。具有平的形狀的透明加強構件可以在對應于透鏡部分的位置設置在熱變形板中。在另一總的方面，提供一種光學裝置，該光學裝置包括間隔物框架、光學部分、熱變形板以及光學材料。光學部分設置在間隔物框架的一表面上，熱變形板設置在間隔物框架的另一表面上，也就是設置在與設置光學部分的表面相反的表面上。光學材料填充在由間隔物框架、光學部分、熱變形板限定的內部空間中。此外，熱變形板和間隔物框架用不同的材料形成，熱變形板具有預定的形狀并隨著溫度的改變而變形從而增大或減小內部空間的體積。其它特征和方面將從下面的詳細描述、附圖和權利要求中變得明顯。


圖1是示出光學裝置的示例的透視圖。圖2是示出圖1所示的光學裝置的分解透視圖。圖3是沿圖1的線A-B截取的光學裝置的剖視圖。圖4A是剖視圖，示出當溫度升高時圖3所示的光學裝置的變形結構的示例。圖4B是剖視圖，示出當溫度降低時圖3所示的光學裝置的變形結構的示例。圖5A是剖視圖，示出圖3所示的光學裝置的修改示例。圖5B是剖視圖，示出圖3所示的光學裝置的另一修改示例。圖6是剖視圖，示出圖3所示的光學裝置的另一修改示例。圖7是剖視圖，示出光學裝置的另一示例。圖8A是透視圖，示出圖7所示的光學裝置中包括的法蘭單元的示例。圖8B是透視圖，示出圖7所示的光學裝置中包括的法蘭單元的另一示例。圖9A是剖視圖，示出圖7所示的光學裝置的修改示例。圖9B是剖視圖，示出圖7所示的光學裝置的另一修改示例。圖10示出測試中使用的圖7的光學裝置中包括的元件的尺寸。在附圖和具體描述始終，除非另外描述，相同的附圖標記將理解為指代相同的元件、特征和結構。這些元件的相對尺寸和圖示出于清晰、說明和方便的目的可以被放大。
具體實施例方式提供下面的文字描述以輔助讀者獲得對這里描述的方法、裝置和/或系統的全面理解。因此，本領域普通技術人員將可想到這里描述的方法、裝置和/或系統的各種改變、 變型及等價物。另外，為了更加清晰和簡潔，可省略對公知的功能和構造的描述。另外，如果沒有排除某些情形的明確說明，則第一材料層形成在第二材料層上的含義應當理解為包括第一材料層直接形成在第二材料層上以及另一第三材料層插入在第二材料層與第一材料層之間的所有情形。圖1是示出光學裝置100的示例的透視圖，圖2是示出圖1所示的光學裝置100 的分解透視圖，圖3是光學裝置100沿圖1的線A-B截取的剖視圖。圖1、圖2和圖3中示出的光學裝置100可以是包括在移動設備的照相機模塊中的流體透鏡。供選地，流體透鏡可以被包括在任何其它合適的電子設備中。下面的描述將假定光學裝置100為流體透鏡而給出。然而，光學裝置100不限于流體透鏡，并可以用于各種目的。參照圖1、圖2和圖3，光學裝置100包括間隔物框架110、彈性膜120、熱變形板 150以及光學流體125。此外，光學裝置100還可以包括致動器130和致動器框架140。圖 1、圖2和圖3示出了光學裝置100在室溫的形狀，當溫度改變時光學裝置100的形狀(更具體地，熱變形板150的形狀)可以改變。光學裝置100可以自身用作成像設備中的流體透鏡或附接到成像設備中的聚焦光學系統。在前一種情況中，光學裝置100可以改變其自身焦距。然而，在后一種情況中， 光學裝置100可以用于改變聚焦光學系統的焦距。此外，在前后兩種情況中，通過利用光學裝置100改變焦距，成像設備可以實現變焦功能，諸如自動對焦功能、縮放功能、和/或微距模式。
間隔物框架110限定預定的內部空間，光學流體125被設置或填充在該內部空間中。更具體地，其中設置或填充光學流體125的預定的內部空間通過間隔物框架110、彈性膜120以及熱變形板150來限定和密封。在示范性實施方式中，光學流體填滿預定的內部空間。對于預定的內部空間，間隔物框架110包括圍繞內部空間的側壁112。此外，間隔物框架110可以包括分隔物114，用于將內部空間分隔成彼此連通的透鏡部分和驅動部分。例如，內部空間的下部可以通過分隔物114分隔成透鏡部分和驅動部分，并且透鏡部分和驅動部分可以在該內部空間的上部彼此連通。分隔物114可以在結構上連接到側壁112。間隔物框架110可以利用具有優異耐化學性和耐濕性的硬質材料例如硅形成，或者可以利用透明或不透明材料形成。分隔物114形成為使得光學流體125能夠在透鏡部分和驅動部分之間自由流動。在示范性實施方式中，分隔物114的高度小于間隔物框架110的總高度的一半。在另一示范性實施方式中，分隔物114的高度在150-200 μ m的范圍內。透鏡部分是入射光通過其的部分，也就是用作透鏡的部分。驅動部分是用于傳送驅動力的部分以用來改變彈性膜120的覆蓋透鏡部分的部分(透鏡表面)的外形。更具體地，當預定壓力(例如，通過致動器130的驅動產生的預定壓力)施加到光學流體125的驅動部分時，驅動部分上的光學流體125朝向透鏡部分移動。結果，透鏡部分上的光學流體 125的量增加從而增加施加到構成透鏡表面的彈性膜120的壓力，使得透鏡表面變形為向上凸出的形狀，也就是凸透鏡形狀。這時，通過調整施加到光學流體125的驅動部分的壓力來控制透鏡部分的變形程度(即，變形量)，也就是凸透鏡的曲率，可以控制光學裝置100的屈光力(refractive power)。透鏡部分可以設置在光學裝置100的中心部分中，驅動部分可以設置為圍繞透鏡部分。如果驅動部分設置為圍繞透鏡部分，則光學流體125可以從所有方向均勻地從驅動部分流向透鏡部分。因此，由于光學流體125的流動而變形的透鏡部分可以具有更加球面形態的凸透鏡形狀，因此可以實現具有優異光學性能的變焦流體透鏡。驅動部分可以分隔成多個區域。例如，如圖2所示，驅動部分可以分隔成關于透鏡部分對稱的四個區域。然而， 驅動部分也可以分隔成兩個、三個、五個或更多區域。將由間隔物框架110限定的內部空間分隔成驅動部分和透鏡部分可以假想地進行而沒有諸如分隔物114的物理結構。也就是，間隔物框架110可以具有圓柱或矩形形狀， 其僅由側壁112限定且其內部空間僅由側壁112圍繞。在此情況下，將內部空間分隔成驅動部分和透鏡部分可以根據功能特征(例如，在內部空間中，驅動部分可以對應于致動器130 而透鏡部分可以對應于加強構件(圖5A的160或圖5B的160’))進行，和/或根據與外圍構件的結構關系進行。由間隔物框架110限定的內部空間(也就是驅動部分和透鏡部分)用光學流體 125填充。光學流體125是一種能夠填充在該內部空間中的光學材料，并且不限于液體。例如，光學流體125可以是氣體或凝膠型材料。填充在內部空間中的光學流體125通過分別附接到或設置在間隔物框架110的底表面和頂表面上的彈性膜120和熱變形板150而密封。 光學流體125可以是透明硅酮油(silicone oil)如二甲基硅氧烷(DMS)油、透明烴油、透明酯油、或透明聚醚油如全氟聚醚(PFPE)。上述材料當中的硅酮油或聚醚油在約_55°C至 250°C的溫度范圍內保持為液相，并一般具有較小的關于溫度的粘度改變。例如，在1000厘泊(centipoise，cP)或更小的粘度具有50或更大聚合度的透明硅酮油可以用作光學流體125，在此情況下，光學裝置100可以實現非常高的響應速度。在示范性實施方式中，光學流體125可以具有小于IOOcP的粘度。然而，硅酮油或聚醚油具有330ppm/°C或更大的大熱膨脹系數(CTE)。可以適當地使用滿足上述物理特性的任何其它材料或物質。彈性膜120附接到間隔物框架110的表面(圖1、圖2和圖3中的下表面)以覆蓋內部空間的透鏡部分。彈性膜120的覆蓋透鏡部分的部分可以相應于形成光學裝置100 的透鏡表面的光學部分。彈性膜120也可以覆蓋內部空間的驅動部分，在此情況下，彈性膜 120可以是片狀膜(sheet-like film)。然而，內部空間的驅動部分可以由不同于這樣的光學部分的彈性膜覆蓋或者由除彈性膜以外的任何其它元件覆蓋。彈性膜120必須具有透明性和高彈性，并且還必須是化學穩定的。此外，彈性膜 120的外表面必須具有耐濕性。滿足上述條件的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMQ彈性體、 聚甲基苯基硅氧烷(PMPQ彈性體、透明硅彈性體如氟硅氧烷彈性體、烴彈性體、聚醚彈性體、環氧丙烷(propylenoxide)彈性體以及聚酯彈性體。彈性膜120不限于單層結構，可以是由雙層形成的多層結構。可以適當地使用滿足上述物理特性的任何其它材料或物質。上述彈性體是具有大CTE的材料，僅由這樣的彈性體形成的膜隨著溫度的改變而極大地膨脹或收縮。然而，用作圖1、圖2和圖3所示的光學裝置100的部件的彈性膜120 以這樣一種方式附接到間隔物框架110上，使得它不隨著溫度的改變而膨脹或收縮。例如， 在制造中，液相PDMS在固定基板上以膜的形式固化，所得的彈性膜120在充分拉伸以具有非常薄的厚度之后附接到間隔物框架110上，和/或經歷用于防止熱膨脹的預定處理然后附接到間隔物框架110上。例如，彈性膜120可以被伸展或拉伸從而具有在熱變形板150 的熱膨脹期間足以防止其起皺或變形的殘余張應力。在示范性實施方式中，彈性膜120可以以預負載狀態制造使得處于預負載狀態的彈性膜120的長度為39. 00mm，而預負載的去除導致長度減小3. 85%至37. 5mm。預負載可以通過在去除預負載之后測量彈性膜120的長度的改變而計算。在示范性實施方式中，彈性膜 120 的 CTE 范圍是從 180ppm/°C到 320ppm/°C。當由相同材料形成時，熱變形板150的厚度可以為彈性膜120的厚度的三倍或四倍。在另一示范性實施方式中，熱變形板150可以是彈性膜120的厚度的六倍。致動器130可以是在對應于驅動部分的位置處設置在彈性膜120上的聚合物致動器。聚合物致動器130可以是對應于驅動部分的單一結構或者可以分隔成多個區域。此外， 聚合物致動器130可以利用預定粘合材料附接到彈性膜120上。致動器130的種類或材料不受限制，可以使用各種致動器。例如，致動器130可以由具有薄的厚度和低功耗的電活性聚合物(EAP)制成，或者可以是由三元共聚物制成的張弛振蕩器鐵電聚合物致動器，三元共聚物例如為聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯)[P(VDF-TrFE-CTFE)]或聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-TrFE-CFE)]。可以適當地使用滿足上述物理特性的任何其它材料或物質。致動器130用于通過在預定驅動電壓施加到致動器130時向驅動部分施加壓力而使驅動部分中的光學流體125流向透鏡部分，使得透鏡部分的彈性膜120向外凸出從而變為凸的。在此情況下，致動器的位移可以通過調整驅動電壓的大小而控制，相應地，施加到驅動部分中的光學流體125的壓力也可以被控制。這樣的聚合物致動器130是施壓器件的示例，該施壓器件向驅動部分施加壓力以使光學流體125流向透鏡部分從而透鏡表面向外凸出。因此，也可以通過使用微泵等代替聚合物致動器130而使驅動部分上的光學流體125 流向透鏡部分。由于分隔物114的設計，存在光學流體125從驅動部分到透鏡部分的瞬時或近乎瞬時流動，反之亦然。換言之，分隔物114不限制光學流體125的流動使得驅動部分和透鏡部分處的壓力隨著時間逐漸均衡。致動器框架140可以設置為在致動器130上的固定框架。致動器框架140用于將彈性膜120和/或致動器130牢固地固定到間隔物框架110上。致動器框架140具有暴露對應于至少透鏡部分的彈性膜120的平面形狀，并且可以暴露部分致動器130。例如，致動器框架140可以僅暴露彈性膜120的對應于驅動部分和透鏡部分的部分，并具有關于光軸軸對稱的平面形狀。致動器框架140可以用具有小CTE的硬質材料如硅形成。熱變形板150附接到間隔物框架110的另一表面上，也就是附接到與間隔物框架 110的其上附接彈性膜120的表面相反的表面(在圖1、2和3中，間隔物框架110的上表面)上。熱變形板150可以覆蓋由間隔物框架110限定的內部空間的全部或部分。例如， 熱變形板150制造為與間隔物框架110具有相同尺寸(寬度)，從而覆蓋內部空間的驅動部分和透鏡部分的全部，熱變形板150的邊緣部分可以接合到間隔物框架110的側壁112。 然而，熱變形板150的尺寸可以對應于內部空間的寬度(見圖7)，或者可以小于內部空間的寬度。熱變形板150隨著溫度的改變而變形或在形狀上改變，從而抵償光學流體125相對于溫度的改變的體積改變。更具體地，當溫度升高時，熱變形板150向外變形(在圖3中向上)從而增大內部空間的體積；當溫度降低時，熱變形板150向內變形(在圖3中向下) 從而減小內部空間的體積。由于熱變形板150的變形，體積隨著溫度上升而增加的光學流體125填充在體積已經增加的內部空間中，體積隨著溫度降低而減小的光學流體125填充在體積已經減小的內部空間中。結果，當光學流體125的體積隨著溫度的改變而改變時，光學裝置100不使透鏡表面變形或者使透鏡表面的變形最小化。在公開于本申請相同申請人提交的名稱為“光學透鏡及其制造方法”的韓國專利申請特開No. 2008-0043106中的常規流體透鏡中，使用透明、剛性玻璃基板代替熱變形板 150。如上所述，由硅酮油等制成的光學流體125具有約330ppm/°C的顯著大的CTE。同時， 如果間隔物框架和玻璃基板用硅形成，則它們具有約2-3ppm/°C的CTE，該CTE顯著小于光學流體125的CTE。因而，當溫度改變時，在常規流體透鏡中，彈性膜的形狀由于通過光學流體的膨脹或收縮引起的施加到透鏡表面的壓力改變而變形，這改變了流體透鏡的折射率。例如，當常規流體透鏡具有5. 3mmx5. 3mmx0. 3mm(=寬度χ長度χ高度)的內部空間尺寸和直徑為2. 4mm的透鏡部分時，在存在40°C的溫度改變(例如，當溫度從20°C升高到60°C或者從20°C下降到-20°C時)時，透鏡表面的變形最大為約士 134 μ m。也就是，當溫度從室溫升高或下降40°C時，對應于透鏡部分的彈性膜120向外凸出至最大134 μ m的高度或向內凹陷至最大134 μ m的深度。由于在直徑為約2. 4mm的流體透鏡中透鏡表面的可變形閾值范圍(也就是，光學透鏡的透鏡表面的允許變形范圍)已知為約士 15μπι，所以使用玻璃基板的常規流體透鏡在電子設備的正常操作溫度范圍(從-20°C至60°C)內難以保持恒定的焦點。為了抵消光學流體125的體積改變，通過用具有大CTE的單一透明材料形成熱變形板150，光學裝置100可以防止或最小化透鏡表面的這種變形。為此，熱變形板150可以用與光學流體125具有基本相同CTE的材料形成，或者可以用CTE大于光學流體125的CTE 的材料形成。這里，“熱變形板150和光學流體125的CTE基本相同”的含義不限于熱變形板150的CTE在數值上與光學流體125的CTE相同的情形，并可以被解釋為包括其中熱變形板150的CTE具有能夠抵消光學流體125關于溫度變化的體積改變的CTE值(也就是， 一 CTE值，在該CTE值處，光學裝置100的折射率關于溫度變化的改變在預定可允許的范圍內)，盡管熱變形板150的CTE小于光學流體125的CTE。例如，熱變形板150的CTE是光學流體125的CTE的50%或更大的情形可以相當于熱變形板150和光學流體125的CTE基本相同的情形。在示范性實施方式中，熱變形板150的CTE范圍為從180至320ppm/°C，而光學流體的CTE范圍為從280至380ppm/°C。此外，熱變形板150可以用具有彈性變形特性且在包括光學裝置100的操作溫度范圍的寬溫度范圍內穩定的材料形成。如果熱變形板150利用允許塑性變形的材料形成， 盡管熱變形板150具有大的CTE，熱變形板150的尺寸會由于隨著溫度的改變發生的反復膨脹和收縮而改變。因此，通過用允許彈性變形的材料形成熱變形板150，熱變形板150的尺寸即使在光學裝置100長時間經受溫度的改變時也可以保持不變。此外，如光學流體125那樣，通過用允許彈性變形的材料形成熱變形板150，光學流體125的體積改變可以更有效地得到抵償。此外，由于熱變形板150密封光學流體125， 如彈性膜120那樣，所以熱變形板150可以用具有優異耐化學性和低吸濕性的疏水材料形成。此外，熱變形板150必須具有優異的透射性。滿足熱變形板150的上述性能的代表性材料包括彈性體諸如硅酮彈性體 (silicone elastomer)、硅酮樹脂(silicone resin)等。硅酮彈性體可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)、聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)、氟化硅酮彈性體 (fluro-silicone elastomer)等。可以合適地使用滿足上述物理特性的任何其它材料或物質。上述材料當中的PDMS具有大的CTE、優異的彈性特性和優異的透射性，并還具有低的表面張力及非電離和非極性特性。也就是，PDMS在高溫以及低溫是化學穩定的，并表現出耐熱特性、耐大氣暴露性(UV、臭氧)、及氧化穩定性。例如，由于PDMS板具有約300ppm/°C的大CTE并足夠可靠即使在300°C或更高的高溫仍是穩定的，所以PDMS板能夠經受后續的高溫工藝。當熱變形板150用PDMS形成時，熱變形板150具有約100 μ m至500 μ m的厚度。如上所述，熱變形板150變形從而在溫度升高時增大內部空間的體積，以及在溫度降低時減小內部空間的體積。熱變形板150的這種變形直接由于溫度的變化引起，而不是由光學流體125的體積改變間接地引起，也就是，不是由光學流體125的體積改變導致的壓力的增加/減小間接地引起。換言之，因為內部空間的體積由于由溫度的改變直接引起的熱變形板150的變形而增大或減小，所以光學裝置100可以保持由光學流體125施加到彈性膜120的壓力不變或使施加到彈性膜120的壓力的變化最小化，盡管光學流體125的體積由于溫度的改變而增加或減小。因此，當溫度在正常操作溫度范圍內改變時，光學裝置 100或包括光學裝置100的成像設備表現出屈光力的很小變化或者將屈光力的變化限制為低于預定閾值。為了抵償由于溫度的改變導致的光學流體125的體積改變，熱變形板150在溫度升高時變形為向外凸出從而成為凸的，并在溫度降低時變形為向內降低從而成為凹的。也就是，熱變形板150隨著溫度改變而具有預定方向性地變形。由于溫度升高時熱變形板150的寬度增加以及當溫度降低時其寬度減小，并且光學流體125的體積也隨著溫度的改變而增加或減小，所以熱變形板150的變形可以具有上述方向性。然而，存在熱變形板150的位移將不足以抵償光學流體125的體積變化的可能性，特別是當溫度降低時這種可能性進一步增加。為了抵償熱變形板150的變形方向性并允許熱變形板150的足夠變形，熱變形板 150可以經受一初始變形從而具有預定高度Cl1的向外(圖3中向上)的凸形狀。具有凸形狀的熱變形板150在溫度升高時變形為更加凸的形狀，在溫度降低時變形為較不凸的形狀或平的形狀。初始變形的高度屯可以為從約25μπι至200μπι。然而，高度Cl1可以取決于光學裝置100的尺寸。例如，在其內部空間的尺寸為約5. 3mmx5. 3mmx0. 3mm(=寬度χ長度 χ高度)、透鏡部分的直徑為約2. 4mm、熱變形板150的厚度為約300 μ m的光學裝置100的情形中，初始變形的高度Cl1可以為約50 μ m至200 μ m。在示范性實施方式中，熱變形板150 的向其中心延伸的部分可以在室溫時向上成0. 1度的角度(在圖3中的水平線之上)。在另一示范性實施方式中，該角度可以為8度。熱變形板150的初始變形有助于有效抵償光學流體125的體積的減小，特別是當溫度降低時。換言之，熱變形板150變形使得其向上凸出的中心部分變平(也就是，使得凸形狀的高度Cl1減小)從而減小內部空間的體積。與此不同，平的沒有經受初始變形的熱變形板在溫度降低時難以變形為與光學流體125的體積的減小相對應地充分減小內部空間的體積。圖4A和圖4B是剖視圖，示出圖3所示的光學裝置100隨著溫度的變化而變形的示例，其中圖4A對應于溫度從200C上升到600C的情形，圖4B對應于溫度從20°C下降到-20°C 的情形。參照圖4A，當溫度升高時，光學裝置100的熱變形板150的位移增加W1 < d2)，從而熱變形板150更加向外凸出。參照圖4B，當溫度降低時，光學裝置100的熱變形板150的位移減小從而熱變形板150更加向內變形為平的。光學裝置100的透鏡表面的外形(即， 對應于透鏡部分的彈性膜120的外形)可以變化很少或在允許的范圍內變化而與溫度的變化無關。在光學裝置100中，熱變形板150的與透鏡部分對應的部分(也就是，熱變形板 150的中心部分)具有基本平坦的形狀。必須保持熱變形板150的中心部分的平坦形狀而不論溫度的變化。這旨在防止入射光被熱變形板150折射。為了防止入射光被折射或最小化折射的量，熱變形板150的中心部分具有能夠覆蓋至少透鏡部分的尺寸。為了使熱變形板150的中心部分具有平坦形狀并且保持中心部分的平坦形狀而不論溫度變化，光學裝置100還可以包括設置在與透鏡部分對應的位置處的加強構件。圖 5A和圖5B是剖視圖，示出分別包括加強構件160和160’的光學裝置100’和100”的示例。 參照圖5A和圖5B，光學裝置100’和100”不同于圖3所示的光學裝置100之處在于加強構件160或160’嵌入到熱變形板150中。加強構件160和160’用于防止熱變形板150(具體地，熱變形板150的對應于透鏡部分的部分)變形。因此，加強構件160和160’可以用剛性、透明材料形成。例如，加強構件160和160’可以用透明玻璃、透明聚酰亞胺、透明聚醚砜(PES)等形成。在供選實施方式中，加強構件160和160’可以由與用于熱變形板的 PDMS材料相比用更多硬化劑固化的PDMS材料制成。此外，加強構件160和160，可以具有相應于透鏡部分的形狀的圓形、或具有能夠覆蓋整個透鏡部分的尺寸的方形或多邊形。
如圖5A所示，加強構件160可以嵌入到熱變形板150內部，例如嵌入到熱變形板 150的下部中。由于能夠防止嵌入到熱變形板150內部的加強構件160暴露到空氣、濕氣等，所以加強構件160可以用各種材料形成而沒有任何限制(例如，耐濕性)。在此情況下， 加強構件160可以形成為厚度薄于熱變形板150的厚度。例如，加強構件160的厚度可以為熱變形板150的厚度的約1/4至3/4 (從約50 μ m至約300 μ m)。與以上不同，加強構件160可以供選地附接到熱變形板150的上表面和/或下表面。此外，如圖5B所示，加強構件160’可以形成為具有與熱變形板150相同的厚度。在此情況下，加強構件160’可以替代熱變形板150的與透鏡部分對應的部分。在前后兩種情況中，由于加強構件160’會暴露到空氣、光學流體125等，所以加強構件160’可以用具有優異耐化學性和耐濕性的材料形成。再次參照圖1、圖2和圖3，尺寸相應于間隔物框架110的尺寸的熱變形板150(熱變形板150可以包括如圖5A或5B所示的加強構件160或160’)可以利用預定粘合劑152 附接到間隔物框架110上。預定粘合劑152可以是紫外(UV)固化環氧粘合劑。然而，預定粘合劑152可以是被選擇為將熱變形板150有效粘著到間隔物框架110(考慮到它們的材料)的任何其它粘合手段。圖6是剖視圖，示出圖3所示的光學裝置100的另一修改示例100”’。參照圖6， 光學裝置100”’還可以包括粘合劑輔助圖案154以使熱變形板150容易且牢固地粘著到間隔物框架110。粘合劑輔助圖案IM可以插入到間隔物框架110和熱變形板150之間的界面中，更具體地，插入到粘合劑152和熱變形板150之間的界面中。粘合劑輔助圖案IM可以由考慮到間隔物框架110和熱變形板150的材料而選擇的材料制成。例如，當間隔物框架110用硅形成并且熱變形板150用硅酮彈性體如PDMS形成時，粘合劑輔助圖案巧4可以用硅化合物如硅氧化物或硅氮化物形成。用硅化合物形成的粘合劑輔助圖案1 用于補充分子結構、化學特性等與硅不同的硅酮彈性體的低粘著性。因此，粘合劑輔助圖案巧4可以用硅氧化物沿熱變形板150的邊緣形成。形成粘合劑輔助圖案154的方法不受限制。例如，粘合劑輔助圖案1 可以用圖案光刻法形成在熱變形板150的邊緣上。更具體地，粘合劑輔助圖案IM用硅氧化物等形成在允許圖案光刻法的基板上。粘合劑輔助圖案巧4可以考慮到熱變形板150與間隔物框架110之間的界面而形成為具有合適的形狀和寬度。然后，圖案將轉移到其上的熱變形板150的表面經受等離子體處理(例如，使用氧作為處理氣體的等離子體處理)，然后經受表面處理的熱變形板150被附到其上已經形成粘合劑輔助圖案154的基板上，從而執行向熱變形板150的圖案轉移。圖7是示出光學裝置200的另一示例的剖視圖。參照圖7，光學裝置200包括間隔物框架210、彈性膜220、熱變形板250、法蘭單元270以及光學流體225，并且還可以包括致動器230和致動器框架M0。圖7示出了光學裝置200在室溫(例如，20°C )的情形。圖7 所示的光學裝置200不同于圖1、2和3所示的光學裝置100之處在于光學裝置200還包括法蘭單元270。在下文，可以基于與光學裝置100的差異來描述光學裝置200。在下面的描述中沒有詳細說明的部分可以從以上關于光學裝置100的描述中得到理解。間隔物框架210限定預定的內部空間并包括圍繞內部空間的側壁212。間隔物框架210還可以包括分隔物214，用于將內部空間分隔成彼此連通的透鏡部分和驅動部分。光
13學流體225填充在由間隔物框架210限定的內部空間中，也就是在驅動部分和透鏡部分中， 并且填充在內部空間中的光學流體225通過熱變形板250和設置或附接在間隔物框架210 的底部的彈性膜220密封。此外，聚合物致動器230在對應于驅動部分的位置處設置在彈性膜220上，聚合物致動器230可以通過致動器框架MO固定在間隔物框架210上。熱變形板250用單一透明材料形成，附接到間隔物框架210的頂表面上，也就是附接到與間隔物框架210的附接彈性膜220的表面相反的表面上。熱變形板250具有如圖4B 所示的平坦形狀、或在與透鏡部分對應的位置處向外(在圖7中向上)凸出的形狀。不同于光學裝置100或100’的具有與間隔物框架110相同的尺寸(寬度)的熱變形板150，光學裝置200的熱變形板250小于間隔物框架210。更具體地，間隔物框架210的尺寸對應于內部空間的尺寸，法蘭單元270沿熱變形板250的邊緣(也就是，在間隔物框架210的頂表面上，對應于間隔物框架210和熱變形板250的尺寸差)設置。也就是，熱變形板250位于法蘭單元270內部，法蘭單元270對應于間隔物框架210的側壁以環形狀(例如，方形環形狀)形成。法蘭單元270可以用具有與間隔物框架210的優異粘合特性以及與形成間隔物框架210的材料(例如，硅)的CTE類似的CTE的材料形成。例如，法蘭單元270可以用玻璃形成。然而，法蘭單元270可以用基于硅的任何其它材料形成。由于形成法蘭單元270的玻璃具有類似于形成間隔物框架210的硅的分子結構和化學特性，所以法蘭單元270可以利用一般的粘合劑252如紫外(UV)固化環氧粘合劑而與間隔物框架210接合。因此，用于改善粘合強度的粘合劑輔助圖案(見圖6)不必插入在法蘭單元270和間隔物框架210之間的界面中。此外，用具有約3. 5ppm/ °C的CTE的玻璃形成的法蘭單元270和用具有約 2. 6ppm/°C的硅形成的間隔物框架210在它們之間具有小的CTE差異。法蘭單元270和間隔物框架210之間的小的CTE差異意味著法蘭單元270和間隔物框架210可以在溫度改變時類似地膨脹或收縮，也就是一起膨脹或收縮。因此，由于在間隔物框架210和法蘭單元270 之間的界面中沒有引起應力，所以光學裝置200可以具有抵抗熱沖擊的高可靠性。此外，由于法蘭單元270如間隔物框架210那樣用具有小的CTE的材料形成，所以可以防止翹曲和斷裂(具有約300 μ m的薄的厚度的間隔物框架210在高溫(例如，在約250°C的回流工藝期間)由于熱沖擊而彎曲或破裂)。此外，法蘭單元270和熱變形板250之間的界面可以具有預定角度θ的傾斜角使得法蘭單元270的寬度減小并且熱變形板250的寬度向外(圖7中向上)增加(也就是，朝向相對于間隔物框架210相反的一側增加)。與具有向外凸出的形狀的熱變形板沒有界面傾斜(即，θ =90° )的情形相比，法蘭單元270和熱變形板250之間的界面272的傾斜角θ允許熱變形板250隨著溫度的改變(特別是隨著溫度的增加)而更容易地變形。此夕卜，具有預定傾斜角的界面272可以減小當法蘭單元270和熱變形板250具有大的CTE差異時引起的熱應力。界面272的傾斜角θ可以為從約30°至90°。圖8Α和圖8Β是透視圖，示出可包括在圖7所示的光學裝置200中的法蘭單元270 ’ 和270”的示例。從圖8Α和圖8Β可見，每個法蘭單元270，和270”的與熱變形板250 (見圖7)形成界面的內部側壁具有預定的傾斜角，使得每個法蘭單元270’和270”頂部的寬度減小。圖8Α所示的法蘭單元270’的內部側壁是圓的形式，而圖8Β所示的法蘭單元270”
14的內部側壁是方形的形式。在前一情形中(見圖8A)，由于熱變形板250關于光軸對稱，所以熱變形板250的變形可以關于光軸對稱。此外，在后一情形中(見圖8B)，由于熱變形板 250具有與間隔物框架限定的內部空間相同的方形，所以熱變形板250可以容易地制造。此外，在光學裝置200中，熱變形板250的與透鏡部分對應的部分可以基本是平的。此外，光學裝置200還可以包括在與透鏡部分對應的位置處設置在熱變形板250中的加強構件260。加強構件260可以具有比熱變形板250薄的厚度，并可以被嵌入在熱變形板 250內部。例如，加強構件260可以位于熱變形板250下面。或者，如圖9A所示，加強構件 260'可以嵌入到熱變形板250中，或者如圖9B所示，加強構件沈0”可以位于熱變形板250 的上表面上。在下文，將描述使用根據上述示例的光學裝置的模擬和測試結果。基于專門用于有限元分析(FEA)的軟件ABAQUS ver. 6. 8 CAE&Mandard進行模擬，并考慮到非線性幾何進行線性熱-彈性變形，其中忽略由光學流體引起的壓力。在模擬中，使用以上參照圖7描述的光學裝置200，關于光學裝置200的各部件的尺寸的詳細情況在圖10中示出。在圖10中，光學裝置200的間隔物框架210為矩形，具有約7πιπιΧ7πιπιΧ330μπι(=寬χ長χ高)的尺寸，由間隔物框架210限定的內部空間具有約 4. 9mmx4. 9mmx330 μπι(=寬χ長χ高)的尺寸，透鏡部分具有直徑為約2. 4mm的圓形形狀。 熱變形板250和法蘭單元270之間的界面具有約58°的傾斜角。熱變形板250形成為PDMS 板，該PDMS板具有1. OMPa的楊氏模量、約58ppm/°C的CTE、及300 μ m的厚度，其中該PDMS 板經受初始變形使得其中心部分向外凸出約120μπι。加強構件260利用聚酰亞胺形成，具有3. 2GPa的楊氏模量、約58ppm/°C的CTE以及200 μ m的厚度。光學流體225可以是具有 330ppm/°C的CTE的硅酮油。此外，模擬在從_20°C至60°C的溫度范圍內進行，這是相應的電子設備(也就是，光學裝置200)的操作溫度范圍。表1列出了模擬結果，并示出當溫度改變時熱變形板250和透鏡表面之間的位移。 參照表1，當溫度從20°C升高到60°C時，熱變形板250更加凸出約51. 1 μ m，而透鏡表面具有約6. 3 μ m的位移。并且，當溫度從20°C下降到_20°C時，熱變形板250降低約39. 2 μ m， 而透鏡表面具有約7. 8 μ m的位移。因此，可以看出透鏡表面的位移小于預定的允許閾值范圍(士 15μπι)。[表 1]
當溫度從20°C上升當溫度從20°C下降
__到 60 °C Ht__到-20°C 時_
熱變形板 51.1μπι-39.2μπι
的位移___
透鏡表面-6.3μπι7.8μπι
的位移 __ 上面已經描述了若干示例。然而將理解，可以進行各種變型。例如，如果所描述的技術以不同順序進行和/或如果所述系統、體系結構、設備、或電路中的部件以不同方式結合和/或被其他部件或其等同物替代或補充，則可以實現合適的結果。因此，其他的實施在權利要求的范圍內。 本申請要求于2010年10月四日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請 No. 10-2010-0107110的優先權，其全部內容通過引用結合于此。
權利要求
1.一種光學裝置，包括間隔物框架，包括內部空間，該內部空間包括驅動部分和連通到所述驅動部分的透鏡部分；彈性膜，附接到所述間隔物框架的一個表面以至少覆蓋所述透鏡部分；熱變形構件，設置在所述間隔物框架的另一表面上，并由單一透明材料形成，該熱變形構件是可變形的從而隨著溫度的改變而增大或減小所述內部空間的體積；以及光學流體，設置在所述內部空間中。
2.如權利要求1的光學裝置，其中所述熱變形構件用熱膨脹系數與所述光學流體的熱膨脹系數基本相同的材料形成。
3.如權利要求1的光學裝置，其中所述熱變形構件用熱膨脹系數為所述光學流體的熱膨脹系數的50%或更大的材料形成。
4.如權利要求1的光學裝置，其中所述熱變形構件用疏水材料形成，所述疏水材料在流體透鏡的操作溫度范圍內允許所述熱變形構件的基本線性彈性變形。
5.如權利要求4的光學裝置，其中所述熱變形構件用硅酮彈性體或硅酮樹脂形成。
6.如權利要求5的光學裝置，其中所述熱變形構件用聚二甲基硅氧烷形成。
7.如權利要求5的光學裝置，其中所述間隔物框架用硅形成，并且用硅氧化物或硅氮化物形成的粘合劑輔助圖案插入在所述間隔物框架和所述熱變形構件之間。
8.如權利要求1的光學裝置，其中所述熱變形構件的與所述透鏡部分對應的部分比所述熱變形構件的邊緣部分更向外凸出。
9.如權利要求8的光學裝置，其中所述熱變形構件的與所述透鏡部分對應的部分是平的。
10.如權利要求1的光學裝置，其中所述光學流體的粘度小于100CP。
11.如權利要求1的光學裝置，其中所述驅動部分和所述透鏡部分連通使得所述光學流體在它們之間幾乎瞬時流動。
12.如權利要求1的光學裝置，其中所述光學流體在所述驅動部分和所述透鏡部分之間自由流動。
13.如權利要求1的光學裝置，其中所述熱變形構件隨著溫度的增加變形為增大所述內部空間的體積，使得所述熱變形構件和所述彈性膜之間的距離增加。
14.一種光學裝置，包括間隔物框架，圍繞內部空間設置，該內部空間包括驅動部分和連通到所述驅動部分的透鏡部分；彈性膜，附接到所述間隔物框架的一個表面，以至少覆蓋所述透鏡部分；熱變形構件，設置在所述間隔物框架的另一表面上，該熱變形構件是可變形的從而隨著溫度的改變而增大或減小所述內部空間的體積；法蘭單元，沿所述熱變形構件的邊緣設置；以及光學流體，設置在所述內部空間中。
15.如權利要求14的光學裝置，其中所述法蘭單元用熱膨脹系數小于所述熱變形構件的熱膨脹系數的材料形成。
16.如權利要求15的光學裝置，其中所述間隔物框架用硅形成，并且所述法蘭單元用玻璃形成。
17.如權利要求14的光學裝置，其中所述熱變形構件和所述法蘭單元之間的界面具有預定的傾斜角使得所述法蘭單元的寬度向外減小。
18.如權利要求17的光學裝置，其中所述熱變形構件和所述法蘭單元之間的界面關于水平線具有30°至90°的傾斜角。
19.如權利要求14的光學裝置，還包括加強構件，該加強構件具有平的形狀并在對應于所述透鏡部分的位置處設置在所述熱變形構件上。
20.如權利要求19的光學裝置，其中所述加強構件設置在所述熱變形構件內部。
21.一種光學裝置，包括間隔物框架，圍繞內部空間設置，該內部空間包括驅動部分和連通到所述驅動部分的透鏡部分；彈性膜，附接到所述間隔物框架的一個表面以至少覆蓋所述透鏡部分；熱變形構件，設置在所述間隔物框架的另一表面上，并由單一透明材料形成，該熱變形構件是可變形的從而隨著溫度的改變而增大或減小所述內部空間的體積；加強構件，在對應于所述透鏡部分的位置處設置在所述熱變形構件上，該加強構件具有平的形狀；以及光學流體，設置在所述內部空間中。
22.如權利要求21的光學裝置，其中所述加強構件的厚度小于所述熱變形構件的厚度，并且所述加強構件設置在所述熱變形構件內部。
23.如權利要求21的光學裝置，其中所述加強構件的厚度與所述熱變形構件的厚度基本相同，并且所述加強構件替代所述熱變形構件的與所述透鏡部分對應的部分。
24.如權利要求22的光學裝置，其中所述加強構件用玻璃、聚酰亞胺、或聚醚砜形成。
25.如權利要求21的光學裝置，其中在所述間隔物框架中，所述驅動部分設置為圍繞位于所述內部空間的中心區域中的所述透鏡部分。
26.一種光學裝置，包括間隔物框架；光學部分，設置在所述間隔物框架的一個表面上；熱變形構件，設置在所述間隔物框架的另一表面上；及光學材料，設置在由所述間隔物框架、所述光學部分、所述熱變形構件限定的內部空間中，其中所述熱變形構件和所述間隔物框架用不同的材料形成，并且所述熱變形構件具有預定形狀并隨著溫度的改變而變形從而增大或減小所述內部空間的體積。
27.如權利要求沈的光學裝置，其中所述光學部分包括彈性膜。
28.如權利要求27的光學裝置，還包括沿所述熱變形構件的邊緣設置的法蘭單元。
29.如權利要求27的光學裝置，還包括加強構件，該加強構件具有平的形狀并在對應于所述光學部分的位置處設置在所述熱變形構件上。
30.一種光學裝置，包括第一膜，包括向外凸出的預定實質上凸出形狀，該第一膜由熱膨脹材料形成使得該第一膜隨著環境溫度的增加而進一步向外凸出；加強構件，設置在所述第一膜的中央，所述加強構件由比所述第一膜的材料更剛性的材料制成；框架，設置在所述第一膜下面； 第二膜，設置在所述框架下面；以及流體，設置在由所述第一膜、所述框架和所述第二膜形成的內部腔室中。
31.如權利要求30的光學裝置，其中所述內部腔室的體積由于所述第一膜的熱膨脹而增大。
32.如權利要求31的光學裝置，其中所述第一膜、所述加強構件、所述框架和所述第二膜共線地設置。
33.如權利要求30的光學裝置，其中所述第一膜的設置所述加強構件的部分響應于所述環境溫度的增加而保持平的形狀。
34.如權利要求33的光學裝置，其中所述第二膜的設置在所述第一膜的設置所述加強構件的部分正下方的部分隨著所述環境溫度的增加保持平行于所述第一膜的設置所述加強構件的部分。
全文摘要
本發明提供一種光學裝置，諸如變焦流體透鏡。光學裝置包括間隔物框架、光學流體、彈性膜、致動器、致動器框架以及熱變形板。間隔物框架限定內部空間，該內部空間包括彼此連通的透鏡部分和驅動部分，該驅動部分設置為圍繞設置在內部空間的中心區域中的透鏡部分。光學流體填充在間隔物框架限定的內部空間中。彈性膜附接在間隔物框架的表面上以覆蓋內部空間的一側，熱變形板附接在間隔物框架的另一表面上以覆蓋內部空間的另一側。熱變形板隨著溫度的改變變形從而增大或減小內部空間的體積。
文檔編號G02B26/02GK102466828SQ20111033585
公開日2012年5月23日 申請日期2011年10月31日 優先權日2010年10月29日
發明者丁奎東, 李升浣, 李政燁, 金云培 申請人:三星電子株式會社