(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に光学流体で満たされた流体チャンバーを有し、流体を含有するポリメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるフレームと、
前記流体チャンバーを覆うように、前記フレームの上面に設けられた透明カバーと、
前記流体チャンバーの底をなすように、前記フレームの下面に設けられた透明な弾性メンブレンと、
前記弾性メンブレン上に設けられたアクチュエータと、を備え、
前記流体は、前記ポリメチルシロキサンにより前記フレームに閉じ込められることにより、前記光学流体と離隔されたことを特徴とする可変焦点レンズ構造体。
【請求項２】
前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳより高い熱膨脹率を有することを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項３】
前記フレームをなすＰＤＭＳの内部には、マイクロバブルが形成されており、前記流体は、前記マイクロバブル内を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項４】
前記マイクロバブルの直径は、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項５】
前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳに対して侵透性を有していない透明液体からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項６】
前記光学流体及び前記流体は、フッ素基を含む液体からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項７】
前記フッ素基を含む透明液体は、過フッ素ポリエーテル（ＰＦＰＥ）系のオイルを含むことを特徴とする請求項６に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項８】
前記フレームの前記ＰＤＭＳ内で、前記流体の濃度は１０重量％以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項９】
前記フレームの厚さは、前記光学流体の厚さと同じであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１０】
前記フレームの厚さは、前記光学流体の厚さより厚いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１１】
前記透明カバーは、前記光学流体の上面及び前記フレームの上面に接するように設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１２】
前記透明カバーは、前記光学流体より低い熱膨張率を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１３】
前記光学流体の上面には、前記光学流体より低い熱膨張率を有する透明フィルムが設けられており、前記透明カバーは、前記透明フィルムの上面及び前記フレームの上面に接するように設けられることを特徴とする請求項１０に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１４】
前記透明カバーは、ガラスまたはポリマーからなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１５】
前記弾性メンブレンは、ＰＤＭＳからなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、ポリマーアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体。
【請求項１７】
主剤と硬化剤とを含むＰＤＭＳ溶液に所定の流体を混合して、前記ＰＤＭＳ溶液内に前記流体が満たされたマイクロバブルを形成するステップと、
前記流体で満たされたマイクロバブルを含有するＰＤＭＳ溶液を半硬化させた後、それを加工して流体チャンバーを有するフレームを製作するステップと、
透明カバー上に前記フレームを付着するステップと、
前記フレームの流体チャンバー内に光学流体を満たすステップと、
前記光学流体を密封するように、前記フレーム上に透明な弾性メンブレンを付着するステップと、を含むことを特徴とする可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳより高い熱膨脹率を有することを特徴とする請求項１７に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【請求項１９】
前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳに対して侵透性を有していない透明液体からなることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【請求項２０】
前記透明液体は、過フッ素ポリエーテル系のオイルを含むことを特徴とする請求項１９に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【請求項２１】
前記透明カバー上に前記フレームを付着するステップは、
前記透明カバーを表面処理するステップと、
前記透明カバーの表面にＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させるステップと、
前記フレームの表面にＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させるステップと、
前記透明カバー上に前記フレームを付着するステップと、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【請求項２２】
前記透明カバーは、ガラスまたはポリマーからなることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【請求項２３】
前記弾性メンブレンを付着するステップは、
所定のフィルムを表面処理するステップと、
前記フィルムの一面にＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させるステップと、
前記フィルムを前記フレーム上に付着して、前記光学流体を密封するステップと、
前記フィルムを半硬化されたＰＤＭＳから取り外すステップと、を含むことを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【請求項２４】
前記フィルムは、ポリマーからなることを特徴とする請求項２３に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変焦点レンズ構造体及びその製造方法に関し、特に光学流体を使用した可変焦点レンズ構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用の通信機器は、単純な電話及びメッセージ伝達機能だけでなく、カメラ、ゲーム、音楽再生、放送及びインターネットのような多様な機能を含む多目的の電子機器として発展してきている。また、それと共に、携帯用の通信機器内の小さな空間にさらに多くの機能を集積するための試みがなされている。かかる携帯用の通信機器内に集積されるモジュールのうち、サイズを減らすことが最も困難なものとしてカメラモジュールがある。カメラモジュールにおいては、結像光学系の大きさを減らすのには限界がある。そして、より良好な映像を得るために、自動焦点機能、手振れ防止機能及びズーム機能などが必要であるが、かかる機能をカメラモジュールに追加するのは、大きさの制約から容易ではない。一方、カメラモジュールで自動焦点機能を実現するための代表的な方法としては、ステップモーターを使用する方法、ＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）を使用する方法、または液体レンズを使用する方法などがある。しかし、これらの方法は、液体レンズを使用する方法を除けば、携帯用の通信機器に使用するためには大きさの制約があり、また一括工程で製作する際にも多くの不都合があるため、製造コストの低減が困難であるという問題がある。
【０００３】
かかる問題を克服するために、最近、は厚さが薄く、焦点距離調節が可能であり、ウェーハレベルで製作できる微小可変焦点レンズ構造体が開発されている。可変焦点レンズ構造体では、アクチュエータの駆動により光学流体に作用する圧力が変化し、かかる圧力変化がメンブレンを変形させることで、焦点距離を変化させる。かかる可変焦点レンズ構造体は、一般的にカメラモジュールの前に配置されて自動焦点機能を行うことが可能である。一方、可変焦点レンズ構造体では、レンズの役割を行う透明な光学流体のプロファイルが変化して焦点が変更される。しかし、光学流体は、周囲の他の物質に比べて熱膨脹率が高いため、作動温度が変化すると、その体積変化によって形状が変形する。したがって、温度変化による光学流体の変形を補償することができる可変焦点レンズ構造体の開発が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７５５３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−９７２００号公報
【特許文献３】韓国公開特許２００８−４３３１０６号公報
【特許文献４】韓国公開特許２０１０−７８７０５号公報
【特許文献５】米国特許第７４４０１９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、温度変化による光学流体の厚さ変化に対応して、フレームの厚さを変形させることにより、作動温度の変化による可変焦点レンズの屈折力の変化を防止することができる、光学流体を使用した可変焦点レンズ構造体及びその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、以下の手段によって解決される。
【０００７】
（１）内部に光学流体で満たされた流体チャンバーを有し、流体を含有するポリメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるフレームと、前記流体チャンバーを覆うように、前記フレームの上面に設けられた透明カバーと、前記流体チャンバーの底をなすように、前記フレームの下面に設けられた透明な弾性メンブレンと、前記弾性メンブレン上に設けられたアクチュエータと、を備え、前記流体は、前記ポリメチルシロキサンにより前記フレームに閉じ込められることにより、前記光学流体と離隔された可変焦点レンズ構造体。
【０００８】
（２）前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳより高い熱膨脹率を有することを特徴とする上記（１）に記載の可変焦点レンズ構造体。
【０００９】
（３）前記フレームをなすＰＤＭＳの内部には、マイクロバブルが形成されており、前記流体は、前記マイクロバブル内を満たすことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１０】
（４）前記マイクロバブルの直径は、１０μｍ以下であることを特徴とする上記（３）に記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１１】
（５）前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳに対して侵透性を有していない透明液体からなることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１２】
（６）前記光学流体及び前記流体は、フッ素基を含む液体からなることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１３】
（７）前記フッ素基を含む透明液体は、過フッ素ポリエーテル（ＰＦＰＥ）系のオイルを含むことを特徴とする上記（６）に記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１４】
（８）前記フレームの前記ＰＤＭＳ内で、前記流体の濃度は１０重量％以上であることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１５】
（９）前記フレームの厚さは、前記光学流体の厚さと同じであることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１６】
（１０）前記フレームの厚さは、前記光学流体の厚さより厚いことを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１７】
（１１）前記透明カバーは、前記光学流体の上面及び前記フレームの上面に接するように設けられることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１８】
（１２）前記透明カバーは、前記光学流体より低い熱膨張率を有することを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００１９】
（１３）前記光学流体の上面には、前記光学流体より低い熱膨張率を有する透明フィルムが設けられており、前記透明カバーは、前記透明フィルムの上面及び前記フレームの上面に接するように設けられることを特徴とする上記（１０）に記載の可変焦点レンズ構造体。
【００２０】
（１４）前記透明カバーは、ガラスまたはポリマーからなることを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００２１】
（１５）前記弾性メンブレンは、ＰＤＭＳからなることを特徴とする上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００２２】
（１６）前記アクチュエータは、ポリマーアクチュエータを含むことを特徴とする上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体。
【００２３】
（１７）主剤と硬化剤とを含むＰＤＭＳ溶液に所定の流体を混合して、前記ＰＤＭＳ溶液内に前記流体が満たされたマイクロバブルを形成するステップと、前記流体で満たされたマイクロバブルを含有するＰＤＭＳ溶液を半硬化させた後、それを加工して流体チャンバーを有するフレームを製作するステップと、透明カバー上に前記フレームを付着するステップと、前記フレームの流体チャンバー内に光学流体を満たすステップと、前記光学流体を密封するように、前記フレーム上に透明な弾性メンブレンを付着するステップと、を含むことを特徴とする可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【００２４】
（１８）前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳより高い熱膨脹率を有することを特徴とする上記（１７）に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【００２５】
（１９）前記光学流体及び前記流体は、前記ＰＤＭＳに対して侵透性を有していない透明液体からなることを特徴とする上記（１７）又は（１８）に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【００２６】
（２０）前記透明液体は、過フッ素ポリエーテル系のオイルを含むことを特徴とする上記（１９）に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【００２７】
（２１）前記透明カバー上に前記フレームを付着するステップは、前記透明カバーを表面処理するステップと、前記透明カバーの表面にＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させるステップと、前記フレームの表面にＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させるステップと、前記透明カバー上に前記フレームを付着するステップと、を含むことを特徴とする上記（１７）に記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【００２８】
（２２）前記透明カバーは、ガラスまたはポリマーからなることを特徴とする上記（１７）〜（２１）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【００２９】
（２３）前記弾性メンブレンを付着するステップは、所定のフィルムを表面処理するステップと、前記フィルムの一面にＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させるステップと、前記フィルムを前記フレーム上に付着して、前記光学流体を密封するステップと、前記フィルムを半硬化されたＰＤＭＳから取り外すステップと、を含むことを特徴とする上記（１７）〜（２２）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【００３０】
（２４）前記フィルムは、ポリマーからなることを特徴とする上記（１７）〜（２３）のいずれかに記載の可変焦点レンズ構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００３１】
温度変化による光学流体の厚さ変化に対応して、フレームの厚さを変形させることにより、作動温度の変化による可変焦点レンズの屈折力の変化を防止することができる、光学流体を使用した可変焦点レンズ構造体及びその製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】一般的な可変焦点レンズ構造体の一例を示した図面である。
【図１Ｂ】一般的な可変焦点レンズ構造体の一例を示した図面である。
【図１Ｃ】一般的な可変焦点レンズ構造体の一例を示した図面である。
【図２】本発明の実施形態による可変焦点レンズ構造体を示した図面である。
【図３】図２に示した可変焦点レンズ構造体が高温で作動する場合を示した図面である。
【図４】ＰＦＰＥ系のオイルを含むＰＤＭＳに対し、温度による厚さ変化を示した実験結果である。
【図５】本発明の他の実施形態による可変焦点レンズ構造体を示した図面である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態による可変焦点レンズ構造体を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、同じ参照符号は同じ構成要素を指し、各構成要素の大きさや厚さは、説明を明確なものとするために誇張されている場合がある。
【００３４】
図１Ａないし図１Ｃは、従来の可変焦点レンズ構造体の一例を示したものである。具体的には、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれ常温、高温及び低温で作動する従来の可変焦点レンズ構造体を示したものである。
【００３５】
図１Ａを参照すれば、フレーム１０には、流体チャンバー５０が形成されており、かかる流体チャンバー５０内には、透明なオイルのような光学流体６０が満たされている。フレーム１０は、例えば、シリコンからなる。かかるフレーム１０の上面には、流体チャンバー５０の上部壁をなす透明カバー２０が設けられており、フレーム１０の下面には、流体チャンバー５０の底をなす透明な弾性メンブレン３０が設けられている。弾性メンブレン３０の下面には、アクチュエータ４０が設けられている。弾性メンブレン３０は、アクチュエータ４０が設けられる駆動部３０ｂと、駆動部３０ｂの内側に位置する可変レンズ部３０ａとを備える。かかる構造において、アクチュエータ４０の駆動により、弾性メンブレン３０の駆動部３０ｂが変形しつつ、光学流体５０に圧力を加え、加えられた圧力は、弾性メンブレン３０の可変レンズ部３０ａを変形させることで、レンズの焦点距離を変化させる。
【００３６】
図１Ａは、従来の可変焦点レンズ構造体が常温（例えば、２０℃）で作動する状態を例示的に示したものである。ここで、図１Ａには、弾性メンブレン３０の可変レンズ部３０ａが常温で平坦な形状を有している場合が示されている。可変焦点レンズ構造体の作動温度が常温から高温、例えば、約６０℃の温度に変化すると、図１Ｂに示したように弾性メンブレン３０の可変レンズ部３０ａが下方に凸状を有する。そして、可変焦点レンズ構造体の作動温度が常温から低温、例えば、約−２０℃の温度に変化すれば、図１Ｃに示すように弾性メンブレン３０の可変レンズ部３０ａが上方に凸状を有する。一般的に、光学流体６０を構成する透明なオイルは、約１０００ｐｐｍ／℃の高い熱膨張率（体積膨張率）を有するのに対し、フレーム１０を構成するシリコンは、約２．３ｐｐｍ／℃の低い熱膨張率（線膨張率）を有する。このように、光学流体６０がフレーム１０より高い熱膨張率を有するため、従来の可変焦点レンズ構造体では、作動温度が変化すれば、光学流体６０の膨脹または収縮によって、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように弾性メンブレン３０の可変レンズ部３０ａが変形される。このように、従来の可変焦点レンズ構造体では、作動温度の変化によって、光学流体６０が膨脹または収縮されることで、屈折力が一定でなくて変化するという問題がある。
【００３７】
図２は、本発明の実施形態に係る可変焦点レンズ構造体を示したものである。
【００３８】
図２を参照すれば、本実施形態に係る可変焦点レンズ構造体は、流体チャンバー１５０が形成されたフレーム１１０と、フレーム１１０の上面に設けられる透明カバー１２０と、フレーム１１０の下面に設けられる透明な弾性メンブレン１３０と、弾性メンブレン１３０上に設けられるアクチュエータ１４０とを備える。フレーム１１０の流体チャンバー１５０内には、光学流体１６０が満たされている。ここで、光学流体１６０としては、ポリメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）に対して侵透性を有していない透明液体が使われる。具体的には、光学流体１６０は、フッ素基を含む透明なオイルを含む。例えば、光学流体１６０は、過フッ素ポリエーテル（ＰＦＰＥ）系のオイルであり得る。
【００３９】
フレーム１１０は、所定の流体１１３を含有するＰＤＭＳ１１１からなる。ここで、フレーム１１０の厚さは、流体チャンバー１５０の厚さ、すなわち光学流体１６０の厚さと同一である。フレーム１１０をなすＰＤＭＳ１１１の内部には、マイクロバブル１１２が形成されており、マイクロバブル１１２内に流体１１３が満たされている。ここで、マイクロバブル１１２は、１０μｍ以下の直径を有するが、これに限定されない。一方、マイクロバブル１１２内に満たされた流体１１３は、光学流体１６０と同様に、ＰＤＭＳ１１１に対して侵透性を有していない透明液体である。具体的には、光学流体１１３は、フッ素基を含む透明なオイルを含む。例えば、前記光学流体１１３としては、ＰＦＰＥ系のオイルであり得る。マイクロバブル１１２内に満たされる流体１１３と光学流体１６０とは、同じ液体であってもよく、異なる液体であってもよい。
【００４０】
フレーム１１０の上面には、流体チャンバー１５０の上部壁をなす透明カバー１２０が設けられている。ここで、透明カバー１２０は、光学流体１６０及びフレーム１１０の上面に接するように設けられる。ここで、光学流体１６０とフレーム１１０とは、その厚さが同じであるので、透明カバー１２０は、一定な厚さを有するプレート状を有する。かかる透明カバー１２０は、例えば、ガラスまたは熱膨張率の低いポリマーからなる。また、透明カバー１２０は、アクチュエータ１４０の駆動によっても変形が生じない厚さ、例えば、５０μｍ以上の厚さを有するが、これに限定されない。
【００４１】
フレーム１１０の下面には、流体チャンバー１５０の底をなす透明な弾性メンブレン１３０が設けられており、かかる弾性メンブレン１３０の下面には、アクチュエータ１４０が設けられている。弾性メンブレン１３０は、アクチュエータ１４０が設けられる駆動部１３０ｂと、駆動部１３０ｂの内側に位置する可変レンズ部１３０ａとを備える。かかる弾性メンブレン１３０は、ポリマー、例えばＰＤＭＳからなる。アクチュエータ１４０は、例えば、厚さが非常に薄く、消費電力の低いポリマーアクチュエータであり得る。しかし、これに限定されるものではなく、その他にも多様な方式のアクチュエータであり得る。前述した構造において、アクチュエータ１４０が駆動することにより、弾性メンブレン１３０の駆動部１３０ｂが変形されて、光学流体１６０に圧力を加える。そして、かかる圧力が加えられた光学流体１６０は、弾性メンブレン１３０の可変レンズ部１３０ａを変形させ、これによってレンズの焦点距離が変化する。
【００４２】
ここで、本実施形態においては、作動温度の変化による光学流体１６０の厚さ変化に対応して、フレーム１１０の厚さが変化する。このように、作動温度の変化による光学流体１６０の厚さ変化とフレーム１１０の厚さ変化とを互いに近似させることにより、温度変化によってレンズの屈折力が変化することを防止できる。具体的には、光学流体として一般的に使われるＰＦＰＥ系のオイルなどは、その熱膨張率（体積膨張率）が約１０００ｐｐｍ／℃と非常に高い。一方、ＰＤＭＳは、熱膨張率（線膨張率）が約２００〜２３０ｐｐｍ／℃であって、これは、一般のポリマーの熱膨張率である６０ｐｐｍ／℃よりは３〜４倍高いが、光学流体として使われる透明オイルの熱膨張率よりは低い。したがって、フレームがＰＤＭＳのみからなる場合には、光学流体の高い熱膨張率によって、作動温度の変化によるフレームの厚さ変化が、光学流体の厚さ変化よりは小さくなる。したがって、本実施形態においては、温度変化によって、フレーム１１０の厚さが光学流体１６０の厚さ変化に対応して変化できるように、フレーム１１０を熱膨張率の高い流体１１３、例えば、光学流体として使われる透明オイルを含有するＰＤＭＳ１１１で形成する。そして、流体１１３としてＰＤＭＳ１１１に対して侵透性がないオイル、例えば、ＰＦＰＥ系のオイルのようにフッ素基を含む透明オイルを使用することにより、ＰＤＭＳ１１１内に形成されたマイクロバブル１１２内に前記流体が満たされ得る。ここで、ＰＤＭＳ１１１内で、流体１１３の濃度は、例えば、約１０重量％以上とすることができるが、これに限定されない。このように、本実施形態においては、熱膨張率の高い流体１１３を含有するＰＤＭＳ １１１でフレーム１１０を製作し、ＰＤＭＳ１１１内に含有される流体１１３の濃度を調節することにより、同じ厚さを有する光学流体１６０とフレーム１１０とが温度変化によって近似した厚さ変化を有するようにする。
【００４３】
図４は、ＰＦＰＥ系のオイルを含むＰＤＭＳに対し、温度による厚さ変化を示した実験結果である。ここで、光学流体として熱膨張率（体積膨張率）が１０５０ｐｐｍ／℃であるＰＦＰＥ系のオイルが使われる場合を例として説明する。
【００４４】
図４を参照すれば、光学流体の厚さが３００μｍであり、作動温度が２０℃から６０℃に変化した場合、光学流体の厚さ変化は、約１２．６μｍとなる。したがって、温度変化による屈折力の変化を防止するためには、厚さ３００μｍのフレームは、前述したように、光学流体の厚さ変化に対応する厚さ変化が必要になる。フレームがＰＤＭＳのみからなる場合には、作動温度が２０℃から６０℃に変化するとき、フレームは、約５μｍの厚さ変化を有し、かかる厚さ変化では、温度変化による光学流体の厚さ変化を補償できなくなる。一方、図４に示したように、フレームがＰＦＰＥ系のオイルを含有するＰＤＭＳからなり、ＰＦＰＥ系のオイルが約１０〜２０重量％の濃度を有する場合には、作動温度が２０℃から６０℃に変化する時、フレームは、約１１〜１３μｍの厚さ変化を有し、かかる程度の厚さ変化によれば、温度変化による光学流体の厚さ変化を補償できる。
【００４５】
図２には、常温（例えば、２０℃）で作動する本実施形態による可変焦点レンズ構造体が例示的に示されており、図３には、高温（例えば、６０℃）で作動する本実施形態による可変焦点レンズ構造体が例示的に示されている。図２及び図３を参照すれば、作動温度が常温から高温に変化するにつれて、光学流体１６０の厚さとフレーム１１０の厚さとは互いに近似して増大する。これによって、作動温度が変化しても、レンズの屈折力が一定に維持される。
【００４６】
図５は、本発明の他の実施形態に係る可変レンズ構造体を示したものである。以下、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４７】
図５を参照すれば、フレーム２１０には、光学流体２６０が満たされる流体チャンバー２５０が形成されている。ここで、フレーム２１０は、流体チャンバー２５０の厚さ、すなわち、光学流体２６０の厚さより厚く形成される。光学流体２６０としては、前述したようにＰＤＭＳ ２１１に対して侵透性を有していない透明液体が使用される。具体的には、光学流体２６０は、フッ素基を含む透明なオイルであり得る。例えば、光学流体２６０としては、ＰＦＰＥ系のオイルであり得るが。
【００４８】
フレーム２１０は、所定の流体２１３を含有するＰＤＭＳ２１１からなる。フレーム２１０をなすＰＤＭＳ ２１１の内部には、マイクロバブル２１２が形成されており、かかるマイクロバブル２１２内に、流体２１３が満たされている。ここで、マイクロバブル２１２は、約１０μｍ以下の直径を有するが、これに限定されない。一方、マイクロバブル２１２内に満たされた流体２１３は、前述した光学流体２６０と同様に、ＰＤＭＳ ２１１に対して侵透性を有していない透明液体、具体的には、フッ素基を含む透明なオイルであり得る。マイクロバブル２１２内に満たされる流体２１３と光学流体２６０とは、同じ液体からなってもよく、異なる液体からなってもよい。
【００４９】
光学流体２６０の上面には、光学流体２６０より低い熱膨張率を有する透明フィルム２７０が設けられる。ここで、透明フィルム２７０は、フレーム２１０と光学流体２６０との厚さ差に相当する厚さを有する。光学流体２６０、透明フィルム２７０及びフレーム２１０の厚さは、光学流体２６０の熱膨張率、透明フィルム２７０の熱膨張率及びフレーム２１０の熱膨張率（すなわち、フレーム２１０内に含有された流体２１３の熱膨張率及び濃度）によって調節される。このように、本実施形態においては、高い熱膨張率を有する光学流体２６０の厚さを小さくすることで、フレーム２１０の厚さも小さくすることができる。そして、必要な光学流体２６０の量も減らすことができるので、製作コストを低減できる。
【００５０】
フレーム２１０の上面には、透明カバー２２０が設けられている。ここで、透明カバー２２０は、透明フィルム２７０及びフレーム２１０の上面に接するように設けられる。ここで、光学流体２６０と透明フィルム２７０との厚さの和が、フレーム２１０の厚さと同一であるので、透明カバー２２０は、一定な厚さを有するプレート状を有する。透明カバー２２０は、例えば、ガラスまたは熱膨張率の低いポリマーからなる。
【００５１】
フレーム２１０の下面には、流体チャンバー２５０の底をなす透明な弾性メンブレン２３０が設けられており、かかる弾性メンブレン２３０の下面には、アクチュエータ２４０が設けられている。弾性メンブレン２３０は、アクチュエータ２４０が設けられる駆動部２３０ｂと、駆動部２３０ｂの内側に位置する可変レンズ部２３０ａとを備える。かかる弾性メンブレン２３０は、ポリマー、例えば、ＰＤＭＳからなる。アクチュエータ２４０としては、例えば、厚さが非常に薄く、消費電力の低いポリマーアクチュエータであり得る。
【００５２】
図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る可変レンズ構造体を示した図である。以下では、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
図６を参照すれば、フレーム３１０には、光学流体３６０が満たされる流体チャンバー３５０が形成されている。ここで、フレーム３１０は、流体チャンバー３５０の厚さ、すなわち、光学流体３６０の厚さより厚く形成される。光学流体３６０としては、ＰＤＭＳ３１１に対して侵透性を有していない透明液体が使われる。具体的には、光学流体３６０は、フッ素基を含む透明なオイルであり得る。例えば、光学流体は、ＰＦＰＥ系のオイルであり得るが、これに限定されない。
【００５４】
フレーム３１０は、所定の流体３１３を含有するＰＤＭＳ３１１からなる。フレーム３１０をなすＰＤＭＳ３１１の内部には、マイクロバブル３１２が形成されており、マイクロバブル３１２内に、流体３１３が満たされている。ここで、マイクロバブル３１２は、約１０μｍ以下の直径を有するが、これに限定されない。一方、マイクロバブル３１２内に満たされた流体３１３は、光学流体３６０と同様に、ＰＤＭＳ３１１に対して侵透性を有していない透明液体、具体的には、フッ素基を含む透明なオイルであり得る。マイクロバブル３１２内に満たされる流体３１３と光学流体３６０とは、同じ液体からなるが、異なる液体からなってもよい。
【００５５】
フレーム３１０の上面には、透明カバー３２０が設けられる。ここで、透明カバー３２０は、光学流体３６０の上面及びフレーム３１０の上面に接するように設けられる。これによって、透明カバー３２０は、光学流体３６０の上面に接する突出部３２０ａを備える。かかる透明カバー３２０は、光学流体３６０より低い熱膨張率を有する物質からなる。例えば、透明カバー３２０は、ガラスまたは熱膨張率の低いポリマーからなる。突出部３２０ａを備える透明カバー３２０ａは、平坦な形状のガラスまたはポリマーを、ウェットエッチングなどを利用して加工することにより製作され得る。
【００５６】
本実施形態においては、透明カバー３２０の突出部３２０ａは、フレーム３１０と光学流体３６０との厚さ差に相当する厚さを有する。ここで、光学流体３６０、透明カバー３２０の突出部及びフレーム３１０の厚さは、光学流体３６０の熱膨張率、透明カバー３２０の熱膨張率及びフレーム３１０の熱膨張率（すなわち、前記フレーム３１０内に含有された流体３１３の熱膨張率及び濃度）によって調節される。このように、本実施形態においては、高い熱膨張率を有する光学流体３６０の厚さを小さくすることで、フレーム３１０の厚さも小さくすることができ、また、光学流体３６０の量も減らすことができる。
【００５７】
フレーム３１０の下面には、流体チャンバー３５０の底をなす透明な弾性メンブレン３３０が設けられており、かかる弾性メンブレン３３０の下面には、アクチュエータ３４０が設けられている。弾性メンブレン３３０は、アクチュエータ３４０が設けられる駆動部３３０ｂと、駆動部３３０ｂの内側に位置する可変レンズ部３３０ａとを備える。かかる弾性メンブレン３３０は、ポリマー、例えばＰＤＭＳからなる。アクチュエータ３４０は、例えば、厚さが非常に薄く、消費電力の低いポリマーアクチュエータであり得る。
【００５８】
以下では、本発明の実施形態によって、前述した可変レンズ構造体を製造する方法について説明する。
【００５９】
まず、主剤と硬化剤とが所定の割合で混合されたＰＤＭＳ溶液を準備する。例えば、ＰＤＭＳ溶液内で、主剤と硬化剤とが重量比１０：１の割合で混合される。そして、ＰＤＭＳ溶液に所定の流体を混合する。ここで、ＰＤＭＳ溶液に混合される流体としては、ＰＤＭＳより高い熱膨張率を有し、かつＰＤＭＳに対して侵透性を有していない透明液体が使われる。具体的には、流体としては、フッ素基を含む透明なオイル、例えば、ＰＦＰＥ系のオイルが使われる。ＰＤＭＳ溶液内で、オイルの濃度は、例えば、約１０重量以上とすることができるが、これに限定されない。このように、ＰＤＭＳ溶液に所定のオイルを混合すれば、ＰＤＭＳ溶液内には、オイルで満たされるマイクロバブルが形成される。このとき、マイクロバブルは、その直径が約１０μｍ以下とすることができるが、これに限定されない。
【００６０】
次いで、オイルで満たされたマイクロバブルを含有するＰＤＭＳ溶液を所定の温度（例えば、約６０℃以上）で所定の厚さ（例えば、１５０〜３００μｍ）のフィルム形態に半硬化させた後、それを加工して、流体チャンバーを有するフレームを製作する。
【００６１】
次いで、透明カバー上にフレームを付着する。具体的には、ガラスやポリマーからなる透明カバーを準備した後、透明カバーを表面処理（例えば、プラズマ表面処理）を行う。かかる表面処理は、透明カバーの表面にＰＤＭＳ溶液を十分にコーティングさせるためである。そして、表面処理された透明カバーの表面に、前述したＰＤＭＳ溶液を所定の厚さ（例えば、約１０〜５０μｍ）にコーティングした後、それを半硬化させる。次いで、フレームの表面に前述したＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させる。これによって、フレーム内に含有されたオイルは、外壁に形成されたＰＤＭＳによりフレーム内に閉じ込められる。そして、フレームを透明カバーの一面に付着する。
【００６２】
次いで、光学流体をフレームの流体チャンバー内に満たす。光学流体としては、前述したようにＰＤＭＳに対して侵透性を有していない透明液体が使用される。具体的には、光学流体は、フッ素基を含む透明なオイル、例えば、ＰＦＰＥ系のオイルであり得る。
【００６３】
次いで、光学流体を密封するように、フレーム上に透明な弾性メンブレンを付着する。具体的には、所定のフィルム、例えば、一般のポリマーフィルムを表面処理（例えば、フッ素処理）し、該フッ素処理されたポリマーフィルムの表面にＰＤＭＳ溶液をコーティングした後、それを半硬化させる。次いで、半硬化されたＰＤＭＳがコーティングされたポリマーフィルムを、常圧や真空で光学流体を覆うようにフレーム上に付着した後、ポリマーフィルムを、半硬化されたＰＤＭＳから取り外すことにより、フレーム上に光学流体を覆うＰＤＭＳからなる弾性メンブレンが形成される。その後、弾性メンブレン上にアクチュエータを設けることにより、可変レンズ構造体が完成する。
【００６４】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本実施形態によれば、光学流体で満たされた流体チャンバーが形成されたフレームを、高い熱膨張率を有する流体を含有するＰＤＭＳで製作することで、温度変化による光学流体の厚さ変化に対応して、フレームの厚さを変形させることができる。これによって、作動温度が変化することにより可変焦点レンズの屈折力が変化することを防止できる。そして、ＰＤＭＳを利用してフレームを製作することで、製作コストを低減でき、高温の信頼性を向上させることができる。
【００６５】
以上、本発明を実施形態により説明したが、これらの実施形態は、本発明の例示に過ぎず、当業者ならば、これらの実施形態から多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。
【符号の説明】
【００６６】
１１０  フレーム、
１１１  ＰＤＭＳ、
１１２  マイクロバブル、
１１３  流体、
１２０  透明カバー、
１３０  弾性メンブレン、
１３０ａ  可変レンズ部、
１３０ｂ  駆動部、
１４０  アクチュエータ、
１５０  流体チャンバー、
１６０  光学流体。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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