(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの変形可能なレンズ本体と、
少なくとも1つの変形可能な前記レンズ本体に機械的安定性をもたせた状態で、該レンズ本体の表面に取り付けられた屈曲可能な透明カバー部材と、
屈曲可能な透明カバー部材を所望の形状に形成するためのアクチュエータとを備え、該アクチュエータは該屈曲可能な透明カバー部材の表面上に位置し、
前記所望の形状は、前記アクチュエータの配置パターンと該アクチュエータの配置パターンの上にそれぞれ作用する電圧の大きさとによって画定された透明な光学装置構造であって、
少なくとも１つの変形可能な前記レンズ本体は、
(a)300Ｐaより大きい弾性係数であり、その結果、透明な光学装置構造の通常動作における重力による変形を回避しており、
(b)また、屈折率は1.35以上であり、
(c)可視域内の吸光度は変形可能な前記レンズ本体の１０％／ミリメートル厚さより小さいものであって、
さらに、変形可能な前記レンズ本体は、架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークと、混和性を有する油または混合油を有し、その結果、架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークの屈折率を増大させるとともに剪断率を低下させている透明な光学装置構造であって、
前記架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークは、架橋または一部架橋されたポリシロキサンのポリマーネットワークであり、
前記少なくとも１つの変形可能なレンズ本体は、100KPa未満の剪断率を有することを特徴とする透明な光学装置構造。
【請求項２】
前記油または混合油は、1000g/mol未満の分子量を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の透明な光学装置構造。
【請求項３】
前記架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークと、前記油または混合油と、の間の屈折率の比は、０．８〜１である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の透明な光学装置構造。
【請求項４】
前記油または混合油の屈折率は、前記架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークの屈折率よりも少なくとも０．０２単位で大きい、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の透明な光学装置構造。
【請求項５】
前記架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークと、前記油または混合油は同液相にある、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の透明な光学装置構造。
【請求項６】
前記油または混合油は、前記架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークに含まれる、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の透明な光学装置構造。
【請求項７】
前記油または混合油の量は、前記架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークの０．１〜９０％ｖｏｌ／ｖｏｌの間の範囲にある、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の透明な光学装置構造。
【請求項８】
前記油または混合油は、海面大気圧で２００℃より高い沸点を有する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の透明な光学装置構造。
【請求項９】
前記油または混合油は、オリゴマーであるか重合シロキサンのグループから選択する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の透明な光学装置構造。
【請求項１０】
透明なポリマーのポリマーネットワークに油または混合油を追加する、ことを特徴とする変形可能なレンズ本体の屈折率の変更方法であって、
前記油または混合油と透明なポリマーのポリマーネットワークとを架橋させて、これによって屈折率を増大させるとともに剪断率を低下させた、前記油または混合油を含む架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークを提供し、
前記架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークは、架橋または一部架橋されたポリシロキサンのポリマーネットワークであり、
少なくとも１つの変形可能なレンズ本体は、100KPa未満の剪断率を有する
屈折率の変更方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形可能なレンズ本体を備える透明な光学装置構造に関する。
【０００２】
また、本発明は、変形可能なレンズ本体を作成するためのポリマー又はプレポリマーの混合物に関する。
【０００３】
また、本発明は調整可能なレンズ本体等の透明な光学装置構造を作成するためのポリマーまたはプレポリマーの混合物の使用にも関する。
【０００４】
さらに、本発明は変形可能なレンズ本体における屈折率の変更方法や、透明な光学装置構造の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００５】
近年、低コストで大量に生産された小型レンズの、携帯電話やノートパソコン、ウェブカメラなどの様々な分野への応用が要求されており、携帯電話用カメラ市場だけでも数百万個ものレンズが供給されている。加えてカメラ市場では、小型カメラの高解像度が望まれており、高速自動フォーカスやズームなどの高機能を提供することができる調整可能なレンズのニーズが高まってきている。本発明は高機能の調整可能なレンズの開発において生じる問題の解決手段に関するものである。
【０００６】
米国特許第２０１１００３８６２５号では、少なくとも一つのアクチュエータと一つのレンズとを有する複雑な適応レンズが開示されており、この開示技術ではレンズが機械的にアクチュエータに連結され、アクチュエータが作動することでレンズのフォーカスポイントを調整している。
【０００７】
このアクチュエータは、多層の電気機械式ポリマー（EMP）層を有し、該電気機械式ポリマーのそれぞれの層に電場を印加するように構成された電極を有している。このアクチュエータは、レンズを移動させたり変形させるように構成され、レンズのフォーカス特性を調節している。いくつかの実施例では、アクチュエータは環状形状であり、環の内径側でレンズを支持している。別の実施例では、アクチュエータは、直接又はレンズ構造の他部品を介して、変形可能なレンズの表面に機械的に結合している。この調整可能なレンズアセンブリは、異なる材料から成る複数の可動部品で構成されているという点で少々複雑であるかもしれない。レンズ本体、またはレンズ構造は、型を用いて形成されると言われている。硬化後に、レンズ構造は型から外され、レンズ構造の片側あるいは両側にアクチュエータが固定される。
【０００８】
米国特許第２０１１００３８６２５に開示されるように、ポリマー製レンズの製造においては、熱または紫外線硬化を用いるレプリカ成形技術を使用するのが一般的である。ここで、レンズ本体は1つ用意し、その後、しばしば1種の固定剤を使用することにより所望の装置形状に成型するための型から外す。
【０００９】
この方法は、数百万個の調整可能な小型レンズを高速に生産することが困難であり、不便かつ労働負担が大きいと考えられる。レンズアセンブリの光学的および機械的品質を維持しつつ新しい材料をレンズアセンブリに導入しなければならないとき、接着剤等の固定剤や接着剤を用いることによる技術的問題が生じる。
【００１０】
例えば、固定剤は、光学障害を避けるためにはレンズの屈折率に一致する屈折率を有していなければならならない。さらに固定剤は、化学的にも光学的にも機械的にもレンズアセンブリの他の部品や材料と適合するものでなければならない。また、調整可能なレンズアセンブリのレンズ本体と他の部品の弾性と柔軟性とを保持することが必要であり、したがって、固定剤はアセンブリの他の弾性部品と同程度軟質で柔軟でなければならない。
【００１１】
このような条件を満たさない場合、例えば、固定剤、ガラスの表面、アクチュエータ、及び／又はレンズ本体の間などのレンズアセンブリの異なる部品間、つまり所望の剛性を有していない全ての部品間で、張力が発生することとなる。
【００１２】
さらに、固定剤を使用する場合の別の問題点として他の部品の熱膨張があるが、これは固定剤は異なる温度に曝されたときにレンズアセンブリの他の部品とは通常異なる熱膨張係数を有し、それによりレンズアセンブリ内に張力が発生するためである。
【００１３】
特にガラス、シリコン、ポリマー、金属等の熱膨張が大きく異なる材料からなるハイブリッド材料を用いると、作動中及び製造中の両方において（特に最終的な装置にレンズアセンブリ装着する際に高温が使われるとき）に、異なる材料間の熱膨張の大きな差に起因する問題が生じることがよく知られている。
【００１４】
したがって、更に追加の部品を増やすと上記問題が大きくなる。この点で、国際特許公報ＷＯ２０１０／００５３１５は、小型の調整可能な光学レンズにおいて熱効果を減らす方法と構成を開示していると言える。
【００１５】
また、固定剤のような追加の部品を増やす場合、プロセスをより複雑にし、おそらく時間を要するような追加のプロセスステップも必要とされる。さらに、所望の光学的、機械的特性を有するレンズアセンブリを得るには、硬化時間をコントロールする必要がある。したがって、固定剤を使用しないレンズアセンブリプロセスの提供が要求されている。
【００１６】
他の異なるタイプの改良された調整可能なレンズが開発されており、例えばNO20064271, 国際特許公報WO 2010/005315, 国際特許公報WO 2008/100154、国際特許公報WO 2008/044937に開示されている。上記国際特許公報WO 2010/005315に開示される小型で調整可能なレンズは、特に興味深いレンズであると考えられる。
【００１７】
この調整可能な光学レンズは、剛性側壁と取付け透明下部基板とで支持された可撓性を有するガラス表面に囲まれたキャビティ（空洞）内に形成された変形可能なレンズ本体を備えている。さらに、この光学レンズでは、側壁と透明下部基板の端部との間の開口と、レンズ本体と側壁との周囲にある対応する開口と、を備えている。これに加えてアクチュエータは、レンズ本体を変形させるために可撓性を有するガラス表面に配置される。その結果、焦点距離の調整が可能となる。
【００１８】
上述のレンズ設計では、空気（上記キャビティの側壁とは物理的に接触してしない）に部分的に囲まれた可撓性を有するポリマーを必要とする。さらに、このようなレンズの製造時には、（平らな）筒形状においてどのように変形可能なポリマーを成形するかの問題が生じる。
【００１９】
調整可能な光学レンズとこれらの製造には多くの課題があるが、例えば、軟質ポリマーは、レンズ本体を構成する該ポリマーの表面に隣接して位置するアクチュエータ層構造によって変形される。特に、製造後のレンズは、光学的および機械的特性について所定の厳しい条件を満たさなければならない。まず、光学的特性については、レンズ本体はすべての方向において均一でなければならない。すなわち、等方性を有していなければならない。これは、光学的特性に関していかなる種類の異方性もが存在すると、レンズ本体の異なる方向においては異なる光学的特性をもつレンズとなってしまうためである。したがって、等方性を有するレンズ本体であれば、レンズ本体の全体を通して均質な光学的特性（例えば屈折と透過率）となる。異方性（例えば複屈折）は、得られる画像の光学的品質を下げてしまうため、非常に好ましくない。このように、レンズ本体の構造的欠陥がないことが望まれる。さらに、レンズ本体はレンズを介して光が透過できるようにクリアで高い透明性を有しなければならない。レンズ材料と異なる屈折率を有する気泡を含む全ての不純物は、避けられなければならない。
【００２０】
また、光学的および機械的特性は、装置（例えばカメラ）が作動中に曝される温度において比較的安定に維持されることが重要である。温度範囲以上の変化が生じた場合であっても、それが突発的な変化や回復しないような変化、予測不能な変化でないことが重要である。このように、−２５℃〜８０℃の温度範囲又はそれより広い範囲でレンズが操作されるかもしれないので、ポリマー本体を含むレンズは製造中に、高温に耐えるだけでなく極低温でも機能しなければならない。
【００２１】
さらなる解決すべき課題は、プロセス速度などの、調整可能なレンズアセンブリの大量生産に関する問題である。比較的低コストの電子製品に利用できる程度の低コストで年間何百万個ものレンズの大量生産を可能にするためには、製造プロセスにかなり厳しい条件が課される。
【００２２】
それゆえに、改良された機械的安定性を有する変形可能なレンズ本体を備える透明な光学装置構造が有利である。特に、高屈折率および最適な剛性（stiffness）と剪断率を有する変形可能なレンズ本体が有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、調整可能なレンズアセンブリで使用される、上記したような所望の光学的および機械的特性の組み合わせを有する変形可能なポリマー材料を備えた透明な光学的装置構造を提供することを目的とする。
【００２４】
さらに本発明は、それ自体に粘着性があり固定剤を必要としないレンズ本体を備えることによって固定剤のような望ましくないものを使用する必要をなくすることを目的とする。
【００２５】
さらに本発明は、光学レンズアセンブリを製造するプロセスを提供することを目的とする。
また本発明は、変形可能なレンズ本体の屈折率を変える方法を提供することを目的とする。
【００２６】
とりわけ本発明は、上記従来技術の問題を解決する光学レンズとして使用するための、改良された機械的安定性、高屈折率、および最適な剛性と剪断率を有する変形可能なレンズ本体を提供することを目的とする。
【００２７】
さらに、本発明は従来技術の代替技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上述の目的と他の目的は、以下を提供することにより達成される。
本発明の第1の態様は、透明な光学装置構造であって、
少なくとも１つの変形可能なレンズ本体と、
少なくとも1つの変形可能な前記レンズ本体に機械的安定性をもたせた状態で、該レンズ本体の表面に取り付けられた屈曲可能な透明カバー部材と、
屈曲可能な透明カバー部材を所望の形状に形成するためのアクチュエータとを備え、該アクチュエータは該屈曲可能な透明カバー部材の表面上に位置し、
前記所望の形状は、前記アクチュエータの配置パターンと該アクチュエータの配置パターンの上にそれぞれ作用する電圧の大きさとによって画定されており、
少なくとも１つの変形可能な前記レンズ本体は、
(a)300Ｐaより大きい弾性係数であり、その結果、透明な光学装置構造の通常動作における重力による変形を回避しており、
(b)また、屈折率は1.35以上であり、
(c)可視域内の吸光度は変形可能な前記レンズ本体の１０％／ミリメートル厚さより小さいものであって、
さらに、変形可能な前記レンズ本体は、架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークと、混和性を有する油または混合油を有し、
その結果、架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークの屈折率を増大させている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は特に、所望の機械的安定性を有する透明な光学装置構造を得るのに有利である。架橋されたポリマーまたは一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークは、レンズ本体として使用されるためには、ある程度の機械的安定性を持たなければならない。一般的に、機械的安定性は、ポリマーネットワークの化学構造内に、所望の化学組成を有するポリマーまたはプレポリマーを導入し、その化学構造が一度硬化されると、所望する機械的安定性を提供することによって得られる。したがって一般的に、ポリマー構造自体がレンズ本体に所望の機械的安定性を提供する。これに反して、本発明の解決手段は、特定の機械的安定性を有しないが、透明な光学部品の所望の機械的安定性が屈曲可能な透明カバー部材を介して提供される、架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークの使用によって達成される。
【００３０】
したがって、本発明の解決手段は、変形可能なレンズ本体、および屈曲可能な透明カバー部材を組み合わせることで所望の機械的安定性が提供されることで解決される。また、アクチュエータには屈曲可能な透明カバー部材を所望の形状に成型する機能がある。また、屈曲可能な透明カバー部材は、透明カバー部材の表面上に位置するアクチュエータのパターンと配置と、それぞれに作用した電圧の大きさとによって所望の形状に撓む（屈曲される）。さらに、屈曲可能な透明カバー部材が成形されることで添付の変形可能なレンズ本体の形状を間接的に変更する。本発明による透明な光学装置は、添付の図面を参照して更に詳細に記述される。該図面は、本発明を実施する1つの方法を示しており、添付の請求項の範囲内における他のいかなる実施の形態にも限定して解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の1態様に係る透明な光学装置構造とその製造の異なるステップを示す。
【図２】架橋ポリジメチルシロキサンにより高い屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。
【図３】架橋ポリ−コ（ジフェニルジメチル）シロキサンにより高い屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。
【図４】架橋ポリ−コ（ジフェニルジメチル）シロキサンにより高い屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。
【図５】市販の光学シリコーンに高屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。
【図６】別の市販のシリコーンであり、指示により屈折率1．546のダウ・コーニング社のOE-6450を混合し、屈折率1．58の1、1、3、5、5つのペンタフェニル、1、3、5トリメチル-トリシロキサンを様々な量で加えたものを示す。
【図７】動的レオメータを用いて剪断率の関数として測定した損失タンジェント(tan δ)を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、最小の印加電圧および消費電力等の最小の刺激に対して高速応答を提供できるように、アクチュエータへの応答が最適化された透明な光学装置構造に関する。昨今のデジタルカメラを用いて写真撮影を行う際、オートフォーカスシステムは通常、撮影範囲のフォーカスが合うまで、フォーカスポイントの変更と画像における鮮明さの分析の反復ループを行うことにより作動する。また、例えば1つの写真内に補間される一連の画像に基づく画像操作機能を提供する傾向が高まっている。
【００３３】
このプロセスにおけるタイムスケールは、カメラのフレームレートと呼ばれるものであり、すなわち毎秒獲得した写真の数である。可能な限り早いオートフォーカス(あるいは画像操作)を行うためには、フォーカスポイントを変更する時間が1フレームの期間より実質的に短いことが重要である。昨今のカメラは、25〜100フレーム/秒のフレームレートを達成し得る。したがって、10ミリ秒未満のアクチュエータの応答時間が好ましく、さらに1ミリ秒未満の応答時間が有益である。
【００３４】
焦点（フォーカス）を頻繁に速く変更するには、バッテリーの消費を早めないために低消費電力が必要である。1mW未満の低パワーアクチュエーターが、最小の消費電力のアクチュエータであると考えられる。
【００３５】
屈曲可能な透明カバー部材は、該屈曲可能な透明カバー部材に取付けられた変形可能なレンズ本体を機械的および構造的に強化する透明な材料で製造することができる。屈曲可能な透明カバー部材は、ガラス、無機酸化物、および炭酸塩、アクリル酸塩、エポキシ等の剛性ポリマー材料のグループから選ばれた透明材料で製造することができる。いくつかの実施の形態において、屈曲可能な透明カバー部材はガラスで作られており、10〜50μmの範囲の厚さを持っている。
【００３６】
機械的安定性等の機械的特性に関して、レンズ本体は、レンズが容易にそのフォーカスを変えるための所望の剛性と軟性とを有していなければならない。剛性とは、対象物（オブジェクト）が加えられた力に対して変形するのに抵抗する硬さの程度である。弾性または粘弾性材料においては、弾性範囲内の硬度が剛性として知られている。硬度とは、固形物に力がかけられたときに種々の永続的な形状変化にどの程度抵抗できるかの指標である。硬度は、延性、弾性の剛性、可塑性、ひずみ、強さ、頑丈さ、粘弾性および粘性の等のパラメーターに関係している。
【００３７】
レンズ本体が硬すぎると、アクチュエータにより与えられる透明カバー部材の屈曲（撓み）の程度が減少する。ある程度の減少は許容範囲である。しかしながら、可能な限りアクチュエータの移動の減少を最小化することが望ましい。アクチュエータの潜在的な最大の曲げ強度を利用することにより、屈折力（optical power）の所定の変化を得るのに必要な力を最小にすることができる。これは、装置の製造中のコストや環境影響と、オートフォーカスカメラの電力消費量を削減するための双方において非常に有益である。作動強度の低下の程度を定量化するためには、25％以上の損失は、実用的観点から言えば許容しがたいと言えるであろう。
【００３８】
作動強度の減少を最小化することだけが重要ならば、実質的に剛性がゼロである変形可能なレンズ本体を選択することが非常に有利である。液体は自然な選択であろう。しかしながらレンズ本体が液体である従来技術は存在する。しかしながら、小型の光学装置内で液体を使用することは、装置の寿命および使いやすさの観点において、また、液体を密封したキャビティ（空洞）内に封じ込めなければならない点、さらには製造プロセスも面倒になるという点でいくつかの大きな欠点がある。本発明の解決手段は、固体（a solid matter）である変形可能なレンズ本体を使用することである。ここで固体とは、０ではない塑性または弾性率を有し、所定の応力（ｓｔｒｅｓｓ）に曝されたときに変形に抵抗するものを意味する。低いもしくはゼロの塑性変形を有し、また、それに関連する程度の変形を可能とするためには、弾性的挙動が好ましい。
【００３９】
ポリマー材料は一般的に粘弾性を有する。つまり、ポリマー材料は応力に曝されたときに、弾性および粘性挙動の両方を抑制する。粘性材料は応力が加えられると、せん断流とひずみに対して時間と共に直線的に抵抗する。弾性材料は引っ張られると瞬間的にひずみ、応力が除去されるとすぐに元の状態へと戻る。粘弾性材料は、これらの双方の特性を有しており、時間依存のひずみを有する。
【００４０】
弾性および実質的にゼロの塑性変形とを得るために、本発明は、物理的または化学的に架橋（クロスリンク）されたポリマー分子の三次元ネットワークで構成されたエラストマー材料を使用する。該ポリマー分子は、変形時に高い移動度を有している。エラストマーは、一般的には意図する動作温度範囲よりもはるかに低いガラス転移温度を有しており、それにより所要の軟性や弾力性を与える。一方、架橋により、変形した材料は元の形状に戻る。
【００４１】
粘弾性は、動的機械的分析を利用することにより、例えば、小さな振動応力を加えて得られるひずみを測定することにより研究することができる。純粋な弾性材料の応力とひずみは一致している。その結果、応力とひずみのどちらか一方により起こる他方の応答は速い。純粋な粘性材料において、ひずみは応力よりも９０度の位相遅れをもって遅れる。粘弾性材料は、これら２つのタイプの材料の中間あたりの挙動を有し、ひずみの多少の遅れを生じる。
【００４２】
複素動的弾性率（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｄｙｎａｍｉｃ  ｍｏｄｕｌｕｓ）とは、振動条件下でのひずみに対する応力の比である。例えば、せん断における自由振動または強制振動のいずれかの試験により得られたデータから計算される。すなわち、剪断率Gは、振動応力とひずみの間の次式の関係を表すために用いることができる。G = G’ + iG’’
【００４３】
ここで、i2は-1であり、G'はヤング率等の弾性係数に依存する貯蔵弾性率であり、G’’は粘性変数(に極度に依存する損失弾性率である。
【００４４】
粘度(は、せん断応力または引張応力のいずれかにより変形されている流体の抵抗の尺度である。
【００４５】
引張係数としても知られており、また弾性係数とも呼ばれるヤング率は、最も一般的な弾性係数であり、弾性材料における剛性の尺度である。これは、応力の範囲における一軸性ひずみに対する一軸応力の比として定義される。固体力学において、任意の点における応力−ひずみ曲線の傾きは接線係数と呼ばれる。応力−ひずみ曲線の初期の直線部分の接線係数は、ヤング率（E）と呼ばれる。これは、材料のサンプル上で行なわれる引張試験によって得られる応力−歪み曲線の傾きから実験的に求めることができる。
【００４６】
変形可能なレンズ本体は、レンズの焦点を変更するために調整可能でなければならないため、外的刺激（引金）によって起こった変形状態（一時的な形状）から元の（永久的）形状に復帰できる機能を有していなければならない。したがって、変形可能なレンズ本体は、応力やひずみ下で永久的に変形してはいけない。
【００４７】
ポリマー材料について、剪断率Gがしばしばその測定単位として用いられる。剪断率は、せん断力が加えられたときに物体または物質が変形される傾向を数学的に記述したものであり、せん断ひずみに対するせん断応力の比として定義されている。したがって、レンズ本体の剛性/軟性をGによって定義することができる。
【００４８】
均質な等方性材料に関して、ヤング（弾性）率（E）、剪断率（G）およびポアソン比（(）との関係は次式の通りである。
E =2G（1+(）
弾性ポリマーの場合、(は通常0.5に近く、次式で示す単純な関係を与える。
E =3G
【００４９】
ポリマーを、調整可能なレンズアセンブリにおける変形可能なレンズ本体として応用する場合、100kpa未満の剪断率を有することが必要である。さらには、50 kpa未満、あるいは10 kpaの低い剪断率を有することが好ましい。
【００５０】
調整可能なオートフォーカスカメラレンズにおいて、変形可能なレンズ本体を応用する場合、最低限必要な剛性や弾性率がある。装置は、オートフォーカスカメラの作動中に発生し得る引力と重力による大きな変形に耐えなければならない。本発明者らは、100Paより大きい剪断率が必要であると発見した。したがって、弾性率は、所望の最小値の300 Paよりも大きい必要があり、それにより透明な光学装置構造の通常動作時の重力に起因する変形を回避することができる。
【００５１】
上記関係によると、剪断率の好ましい範囲100pa〜100kpaにより、弾性係数の好ましい範囲300pa〜300kpaが与えられる。すなわち、ポリマーの軟性が高すぎると通常動作中に構造が崩壊し、硬すぎるとレンズを調整することが不可能であると言うことができる。
【００５２】
ポリマーネットワークの硬度又は剛性を低減するための探究において一般的な解決手段は、剪断率を低減したポリマーネットワークが得られるよう、ポリマー鎖に変化を加えることであってもよい。しかしながら、調整可能なレンズはオートフォーカスシステムの一部品であるため、フォーカス速度が重要なパラメータであり、時間依存の粘弾性が重要となる。ポリマー内に緩いネットワークを作ることで、ポリマーシステムの剛性または弾性率を減少させるアプローチにおいて、貯蔵弾性率の低下は、多くの場合より高い損失弾性率を伴う。すなわち、ポリマーは急速に生じたせん断力に対し、非常に遅い応答を示す可能性があり、それにより遅い応答速度の調整可能なレンズとなってしまう。
従って、いくつかの実施の形態では、少なくとも1つの変形可能なレンズ本体が100kpa未満の剪断率を有する。
100kpa未満の（振動平行板レオメーターにおいて1〜100Hzで測定した）剪断率は、いくつかの方法で達成することができる。
以下によりネットワーク内にダングリング端（ｅｎｄｓ）を多量に導入すること。
a.多量の単官能プレポリマーまたはモノマーを有するグラフト共重合体を用いる。
b.長鎖分岐プレポリマーを用いる。
c.反応基間の非化学量論比を用いる。
【００５３】
これらの解決手段のうち前者は、低貯蔵弾性率であるが比較的高い損失弾性率を有するエラストマー材料を作成し、それにより、急速に変化する応力に曝されたときに少々遅めの挙動を示す粘弾性材料を提供してしまうという欠点がある。
【００５４】
本発明の解決手段によれば、油をポリマーネットワークに加えることにより、剪断率を低下させる。そのような油は、しばしば可塑剤とも呼ばれている。本発明の解決手段は、ネットワーク（原則的には0〜90重量%が実現可能である）内に、低分子量の油、またはネットワークとは混和性がなく共有結合しない膨張剤（Mw＜10 000）を加えることにより、100Kpa未満の剪断率を達成する点において、他と異なる。このように、貯蔵弾性率は減少するが、損失弾性率は実質的に上昇しないため、レンズ本体として使用されるのに望ましい程度の軟性を有する油または混合油を含んでいるポリマーネットワークが得られ、同時に、急速に変化する応力に対する即座の応答を保持することができる。
【００５５】
所望の値の剪断率により、本発明を、急速に加えられた小さな力に対して即座に応答できるカメラのレンズ本体等のレンズ本体として使用することが可能となる。
【００５６】
この効果は、本発明により、油または混合油をポリマーネットワークに加えて所望の値の剪断率を得ることにより、またそれにより、非常に小さな力が加えられたときに非常に高速に応答することができるレンズ本体を提供することにより達成できる。
【００５７】
したがって、本発明の解決方法によれば、概して低い剪断率または低い動的貯蔵弾性率と、同時にさらに低い損失弾性率を有する油を含むポリマーネットワークが得られ、それにより、急速に変化する外的刺激または応力に対して即座に応答することが可能となる。しかし、低い弾性率は、このようにポリマーネットワークをレンズ本体として使用する際に問題を生じるかもしれない。一般に、レンズ本体は、レンズとして使用されることに機械的に耐えられるような硬度または剛性を有する必要がある。レンズは、製造または組立てプロセスの間と、カメラに該レンズを集積するときと、装置の通常動作の間、加えられる応力に耐えなければならない。また、レンズ表面に傷がつくことと、塵粒子が付着することと、その他類似のことは、該レンズを含むカメラで撮影される写真の品質に深刻な影響を与えるかもしれない。よって、高度な機械的安定性が必要とされる。しかし、ポリマーネットワークに油または混合油を加えることによりレンズ本体の弾性率を減少させることにより、材料が柔らかくなりすぎて、該構造がレンズとして使用されることに耐えられなくなる可能性がある。つまり、外的刺激への反応速度を最大化する探究に応じて、このようにレンズ本体として機能するのに適さないポリマー材料が製造される可能性がある。
【００５８】
よって本発明の解決手段は、少なくとも1つの変形可能なレンズ本体の表面に取付けられた屈曲可能な透明カバー部材を更に含む光学装置構造を提供することである。屈曲可能な透明カバー部材は、変形、衝撃、取扱い、引っ掻き、および塵粒子によるダメージに対して機械的剛性と安定性を与える。
【００５９】
また、本発明の解決手段は、屈曲可能なレンズ本体の表面に取付けられる板、ガラス、ポリマー板等の屈曲可能な透明カバー部材を用いることによりポリマーの所要の機械的安定性を提供することにより、レンズ本体として使用されるのに必要な機械的特性を欠いているポリマーネットワークをどのように用いるかの問題をも解決する。このように、レンズ本体の機械的安定性は、レンズ本体ではなく、レンズ本体と接触している屈曲可能な透明カバー部により提供される。
【００６０】
よって本発明は、レンズ本体に、該レンズ本体の組成によってはその形状を変える力が加えられると、最適な応答をすることができるレンズ本体を提供する。この組成は、低弾性率のためにレンズ本体として用いることはできないが、これはレンズに必要な機械的安定性の条件を満たさないためである。しかし、この問題は、屈曲可能な透明カバー部材を介してレンズ本体に支持体を設け、それにより屈曲可能な透明カバー部材の表面に位置するレンズ本体に機械的安定性を与えることにより解決された。
よって本発明は、一実施の形態によると、クリアで、非常に透明で、等方性で、100kPa未満の剪断率(G)を有して非常に軟質で、熱的に安定し、十分な長期安定性と耐経時劣化性を有するべきレンズ本体が提供される。これらは、レンズ本体の最終的なポリマーの特徴である。
【００６１】
本発明の第２の態様は、100kPa未満の剪断率を有する透明で、熱的に安定し、軟質であり、変形可能なポリマーから成る調整可能な光学部品を作成するための、本発明のプレポリマー混合物の使用に関する。さらに本発明の第３の態様は、100kPa未満の剪断率を有する透明で、熱的に安定し、軟質で、変形可能なレンズ本体から成るサンドイッチ構造の複数の調整可能な光学レンズを作成するための、本発明のプレポリマー混合物の使用に関する。
【００６２】
本発明の第４の態様は、本発明により作成されるサンドイッチ構造の調整可能な光学レンズに関する。該サンドイッチ構造の調整可能な光学レンズは、側壁（アクチュエータチップ）に支持された薄いガラスの表面上にアクチュエータを有する透明で屈曲可能なカバー上に設けられた軟質で変形可能なレンズ本体を備え、キャビティ（空洞）の底面を構成している第2の面が、側壁と透明基板の端部との間に開口ができるようにレンズ本体に取付透明基板として設けられ、変形可能なレンズ本体は、100kPa未満の剪断率を有する。
【００６３】
「レンズ」の定義とは、光を屈折させるものであり、それにより該レンズを通る光の焦点を変えるものであるため、制御された屈折率を持つことは極めて重要である。レンズの物理的寸法に関しておよび調節可能なレンズのための両方に関して、光のより効率的な屈折を可能とし、レンズの様々な位置において屈折率を大きく変化させるためには、高い屈折率を有することが非常に有利である。柔軟なレンズ本体の高い屈折率を有することは、所定の作動により屈折を大きく変化させることができるため、有利である。
【００６４】
しかし、高い屈折率を有するポリマーは、レンズに利用されるのに必要な機械的特性を有さないかもしれない。
【００６５】
いくつかの実施の形態において、架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークと、油または混合油との間の屈折率の比は、0.8〜1である。
【００６６】
更なる実施の形態において、架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークと、油または混合油との間の屈折率の比の違いは、0.01〜0.30である。
【００６７】
更なる実施の形態において、油または混合油の屈折率は、架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークの屈折率よりも少なくとも0.02の単位で大きい。
【００６８】
ここで定義する「透明」とは、高い透過率、またはその結果、電磁スペクトルの可視域において１ｍｍにつき１０％未満等の吸光度を有することである。可視域は、近赤外（N. I. R.）および紫外線スペクトルの少なくとも１部を含んでもよい。
【００６９】
本発明は、特に高い屈折率（RI）を有する透明な光学装置構造を得るのに有用である。
【００７０】
屈折率とは、真空中の光速に対する、材料中の光速の尺度である。たとえば屈折率1.5とは、材料中の光速が真空中の光速より50%少ないと言うことに等しい。屈折率は、特に光学分野において実用的な重要な物理的パラメータであり、屈折と反射等の効果は、材料の屈折率と該材料間の界面の両方に依存する。屈折率は、理論上は材料の誘電特性と関係がある。誘電特性もまた、化学化合物の極性と、更には材料の混和性にも非常に相関している。
【００７１】
通常、レンズ本体の屈折率は、レンズ本体を製造するのに用いられるポリマーのＲＩにより制限される。よって、高いRIを有するポリマーが望ましい。しかし、これらのポリマーは、通常、レンズ本体が調整可能な光学レンズとして使用されるための条件を満たすような所望の特性を有していない。本発明の解決手段は、油または混合油を加えることにより、ポリマーレンズまたはレンズ用のポリマー組成物等のレンズ本体のRIを上昇させ、それにより下記の方程式による上記ポリマーの屈折率を上昇させることである。
n = xホ゜リマーネットワーク (ホ゜リマーネットワーク + xオイル (オイル (1)
ここで、xは重量分率であり、(は屈折率である。
【００７２】
また、油または混合油を架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークに加えることは、使用されるポリマーネットワークの屈折率を高められるという大きな利点がある。
【００７３】
好ましくは、レンズ本体は、できるだけ高い屈折率、例えば1.35〜1.90の範囲の屈折率を持たねばならない。したがって、レンズ本体の屈折率は、少なくとも1.35、例えば1.35〜1.75の範囲、また例えば1.35〜1.55の範囲でなければならない。
【００７４】
かなり驚くべきことに、屈折率が大きく異なる複数の油を含むことが可能であることが発見された。屈折率が異なる2つの成分の均質で透明な混合物をつくることは、特に該成分の一方または両方がポリマー材料であるとき、取るに足らないことではない。いくつかの実施例において、膨張したポリマーネットワークに加える可塑剤または油として、三次元ネットワークを構成する官能性成分に可能な限り近い非官能性ポリマーまたは油が選ばれた。いくつかの実施例において、適切な官能性ポリマーと非官能性ポリマー（重合）またはオリゴマーの油が選ばれ、膨張した架橋ポリマーの屈折率は0.05の単位で上昇した。これは、プリズムまたはレンズに該材料を使用した際の、15%の屈折の増加と同等である。
【００７５】
いくつかの実施の形態において、油または混合油は、1000g/mol未満の分子量を有する。
【００７６】
1000g/mol未満の分子量を有する特定のポリマーを使用することは、分子量が1000g/molを超えるポリマーよりも高い特定のポリマーと比して、屈折率が異なる混和性を有する油または混合油を追加することが可能であるという利点がある。したがって、本発明の解決手段は、線形増加の法則に従ってレンズ本体の屈折率を上昇させることを可能にする。
【００７７】
架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークと、油または混合油は、同じ液相にあってもよい。いくつかの実施の形態において、油または混合油は、ポリマーとの混和性が非常に高い。本発明は、所望のRIを達成できるような混和性を有する油とポリマーの組合せを提供する。
【００７８】
混和性とは、複数種の液体が異なる割合で混合する特性であり、均質な溶液をつくる。したがって、混和性を有する油とは、ポリマーと混合できる油と定義され、広い温度範囲で所定の混合比において均質で安定な油とポリマーの系となる。
【００７９】
十分な混和性は、0〜100%の混合比において得られるかもしれない。または、二成分系または三成分系用の混和性窓があってもよく、その窓の範囲外で相分離が起こる。ここで、混和性を有する油または混合油とは、0.1〜10%から0.1〜90%の範囲の所定の混和性窓内でポリマーと架橋ポリマーと共に均質な溶液をつくる油と定義される。混合比は、好ましくは20〜80%vol/volである。
【００８０】
ポリマーを混ぜるか、三次元ポリマーネットワーク内に油/溶媒/可塑剤を加えることにより混和性を有する系をつくることは、取るに足らないことではない。ポリマー混合物の熱力学のいくつかの理論的な面を考慮したとしても、化合物の双極子モーメント、表面張力、溶解パラメータとその他のパラメータに基づいて行われる混和性の予測は、不成功に終わるかもしれない。
【００８１】
いくつかの実施の形態において、油または混合油は、架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークに含まれる。
【００８２】
ここで定義する「ポリマーネットワークに含まれる」とは、例えばポリマーおよび油または混合油がジェル状であってもよい。
【００８３】
いくつかの実施の形態において、油または混合油の量は、架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークの０．１〜９０％ｖｏｌ／ｖｏｌの間の範囲、例えば１０〜８０％ｖｏｌ／ｖｏｌ、または２０〜７０％のｖｏｌ／ｖｏｌの範囲にある。
【００８４】
いくつかの実施の形態において、油または混合油の量は、変形可能なレンズ本体のおよそ80容量％を構成する。
【００８５】
さらなる実施の形態において、油または混合油は、海面大気圧で２００℃を上回る沸点を持つ。
【００８６】
変形可能なレンズ本体を有する調整可能なレンズを含んでいるカメラ装置のための動作温度範囲は、-40°C〜100°Cと広い。長時間、特に更に高い温度範囲に耐えるためには、変形可能なレンズ本体の安定性はこれらの温度において優れていなければならない。透明度も鋼性も、レンズ本体の総重さも、1000時間100°Cに曝された後において、5%以上変わってはいけない。
【００８７】
低分子量の油、例えば1000gr/モル未満の油がそのようなレンズ本体の大部分を構成するとき、そのような油は該温度において高い沸点と低い蒸気圧を有していなければならない。
【００８８】
ポリマー
いくつかの実施の形態において、架橋または一部架橋されたポリマーのポリマーネットワークは、架橋または一部架橋されたポリシロキサンのポリマーネットワークである。
莫大な数のポリマーの中でも、特定のポリシロキサンが軟質の変形可能なレンズ本体とその製造に有用であることを示した。ポリシロキサン（しばしばシリコーンと呼ばれる）は部分的に有機化合物である。しかし、大部分のポリマーとは異なり、ポリシロキサンは骨格に炭素を含まず、その代わりに、交互のシリコンと酸素原子から成る。ほとんどのポリシロキサンにおいて、2つの有機基、しばしばメチルまたはフェニルが各々のシリコン原子に結合している。
【００８９】
ポリシロキサンは、例外的に安定しており、不活性である。弾性シリコーンネットワークを準備するときには、ビニル末端シロキサンがその入手し易さおよび明確に定義された構造から一般的に用いられる。
【００９０】
「ビニル末端」とは通常、1つのビニル基が線形重合分子の各々の端にあることが意味される。これらは様々な製造者から入手可能であるが、200〜200000を超える分子量のものがある。Gelest社のDMS-V00〜DMS-V52シリーズは、簡単に入手できるビニル末端ポリジメチルシロキサンのスパンを示す。フェニルを含有する類似体もGelest社（PDVとPMVシリーズ）から入手可能である。また、ジメチルとジエチルシロキサンの共重合体も存在する（EDV-2025）。
【００９１】
ビニル末端ポリシロキサンに加え、ポリ−コ（ビニルメチルジメチル）シロキサン、ポリビニルメチルシロキサン（polyvinylmethylsiloxanes）、長鎖分岐ビニル官能基ポリシロキサンと、複数のビニル末端基を有するシルセスキオキサンがある。
【００９２】
本発明において、好ましくは１分子につき二つ以上のビニル基を含んでいるビニル含有ポリシロキサンが用いられる。より好ましくは、１分子につき2〜5のビニル基を含んでいるビニル含有ポリシロキサンが用いられる。
【００９３】
このようなビニル含有ポリシロキサンは好ましくは、１分子につき２〜５ビニル基を含んでいるポリジメチルシロキサン、ポリ（メチルフェニル）シロキサン、ポリ−コ（ジメチルジフェニル）シロキサン、ポリｔｅｒｔ−（ジメチルジフェニル・メチルフェニル）シロキサン（ｐｏｌｙ  ｔｅｒ−（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｄｉｐｈｅｎｙｌ  ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）  ｓｉｌｏｘａｎｅｓ）のグループから選ぶことができる。
【００９４】
例として、ポリジメチルシロキサン（PDMS）の化学式はCH3［Si（CH3）2O］nSi（CH3）3である。ここで、nは繰り返しモノマー［SiO（CH3）2］の単位である。PDMSは、光学的にクリアで、そして不活発で、無毒で、不燃性であると考えられる。
【００９５】
原則として、１分子につき二つ以上のSi-H基を含んでいるどのような化合物でも三次元シリコーンネットワークの形成のための本発明の架橋剤として機能することができる。これは、この基がカールシュテット触媒等の遷移金属による触媒作用を受けたビニル基と簡単に反応するためである。
【００９６】
しばしば、重合架橋剤を使うことは、例えば揮発性を減少させるために望ましい。好適な市販のシステムとして、様々な構成と分子量のポリ−コ（メチルジメチル）シロキサンがある。その例として、Gelest社のHMS-301、HMS-064、HMS-031が挙げられる。また、ポリメチルヒドロシロキサンのホモポリマーも適用可能である（例えばGelest社のHMS-991）。
【００９７】
反対側の基（例えばエチル、フェニル）を有する同等の架橋剤も、ヒドロシリル機能的な共重合体及びホモポリマーとして存在する。例として、Gelest社のHES-992、HDP-111、HPM-502がある。また、架橋剤の働きをする、例えば3つと4つのヒドロシリル基を有する特定の明確に定義された分子等の非重合架橋剤を使うこともできる。四官能性SiH架橋剤の例として、テトラキスジメチルシロキシ・シラン、テトラキスジフェニルシロキシ・シランとテトラキスジエチルシロキシ・シランがある。三官能性架橋剤の例として、メチルトリス（ジメチルシロキシ）シランとフェニルトリス(ジメチルシロキシ)シランがある。
【００９８】
本発明において有用な水素化物官能性を有する架橋剤は、１分子につき平均して二つ以上のヒドロシリル基を有するポリシロキサン等のヒドロシリル含有短鎖ポリマーである。より好ましくは、そのようなヒドロシリル含有ポリシロキサンは、１分子につき平均で二つ以上のヒドロシリル基を含むポリメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサンとポリ−コ（ジメチルジフェニル）シロキサンのグループから選ぶことができる。
【００９９】
さらに好ましいヒドロシリル含有ポリシロキサンは、１分子につき平均3〜15のヒドロシリル基を含んでいるポリメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサンとポリ−コ（ジメチルジフェニル）シロキサンのグループから選ぶことができる。
【０１００】
そのようなヒドロシリル含有ポリシロキサンは、300〜100000、好ましくは300〜40000、さらに好ましくは300〜20000、最も好ましくは320〜10000の平均分子量を有していなければならない。ポリマーの多分散（Mw/Mn）は、1〜5の範囲、好ましくは1〜3の範囲内でなければならない。
【０１０１】
質の高いレンズポリマーを得るために重要なもう１つの要素は、ビニル含有ポリシロキサンとヒドロシリル含有架橋剤の比率である。この比率がポリマーの架橋結合を決定し、レンズの柔らかさと弾力に影響するためである。
【０１０２】
架橋されたポリマー中の反応性官能基（例えばビニルまたはヒドロシリル）を避けるために、ポリマーを調製する時、化学量論量の反応物を使うことがしばしば好まれる。しかし、全く予想外であるが、本反応において、非化学量論量の試薬と好ましくは過剰な量のビニル基を使うことに利点がある。好ましくは、プレポリマー混合物中のヒドロシリル基とビニル基の間の化学量論比は、0.3〜0.9、より好ましくは0.3〜0.7である。反応速度は、一般的には反応を請け負う種の濃度と多少比例している。
【０１０３】
このように2つの官能基のどちらか一つでも過剰に有することは、架橋結合の率を上昇させる。そして、それはレンズを製造する時間を短くする。驚くべきことに、組み立て後の調整可能なレンズの広範囲な信頼性テストの間に、過剰なビニル基の存在による悪影響は全く見られなかった。
【０１０４】
従来、架橋剤を含む水素化物を有するビニル含有ポリシロキサンの架橋結合（すなわち、ヒドロシリル化）は、熱触媒を用いて実行されてきた。ビニル基を用いたヒドロシリル化反応によく知られている触媒は、カールシュテット触媒Pt2｛［（CH2=CH）Me2Si］2O｝3であるが、この触媒は様々な配位子のものが入手可能である。そのような様々な配位子は、異なる温度において反応速度に影響を与えたり変更するために望ましかった。ここで従来のカールシュテット触媒の使用を考えたときの不利な点は、カールシュテット触媒が通常5〜100ppmのPtの範囲で使用される（通常、所望の架橋率と最終的なポリマーの変色の間の最適化が図られる）ことであるが、これはより高い触媒濃度において触媒固有の吸収が促され、高い温度における熱分解が引き起こされるためである。変色を制御しないことは、高速かつ再生可能なプロセスにおいて特定の特性を有する変形可能なポリマーの形成を制御したいときにもちろん問題となる。
【０１０５】
高速の重合と組立てプロセスに備えるために、一回のプロセス製造開始の前に、プレポリマー混合物を準備することが有利である。例えばビニル末端ポリシロキサンのヒドロシリル化を通して架橋シリコーンポリマーを作成するために準備された混合プレポリマー混合物は、原則として少なくともビニル含有ポリシロキサン（１分子につき二つ以上のビニル基を有していることが好ましい）と、ヒドロシリル含有ポリシロキサン（１分子につき二つ以上のH-Si基を有していることが好ましい）等のヒドロシリル含有架橋剤と、ヒドロシリル化反応を起こすための好適な遷移金属触媒で構成される。これに加えて、プレポリマー混合物は、非官能性シロキサン（0〜90%）、安定化補助剤（UV安定剤、熱安定剤、抗菌性化合物）、充填材（無機または有機粒子）、染料/着色剤等の添加物を含んでもよい。
【０１０６】
特定のケースでは、二つ以上のビニル含有ポリシロキサンおよび／または二つ以上のヒドロシリル含有化合物を混ぜることが有利かもしれない。例えば、鎖延長剤として2官能ヒドロシリル化合物を使い、架橋剤として3以上の官能ヒドロシリルを使うと、プレポリマー混合物の粘性を下げることが可能である。
【０１０７】
3つの必須の成分（ビニル、ヒドロシリルと触媒）が混ぜられると、架橋反応が始まる。そして、連続的なポリマーネットワークが形成されるのは時間の問題である。したがって、プレポリマー混合物は、疑似または準安定状態にあると考えられる。調整可能なレンズのための軟質ポリマーの実用化においては、プレポリマー混合物が架橋が制御されるように準備されることが必要である。プレポリマー混合物は、適度に長いポットライフ、つまり上記の成分が混合された後に使用することができる長い時間窓を有し、また、高温において短時間で硬化して弾性のある固体になることが理想的である。実際、本プレポリマー混合物は、通常6時間以上の貯蔵安定性を持つ。プレポリマー混合物の成分を混ぜるとき、すべての成分がよく混ぜられることが重要である。
【０１０８】
プレポリマー混合物は、混ざった後に、安定性かつ低い粘性を持たなければならない。実際、プレポリマー混合物は簡単で速い取扱いのために5000cst未満の粘性を持たなければならないが、それは低分子量の出発原料を用いることにより達成できる。そのような低い粘性は、下部基板上での高速な配置/堆積と液滴の拡散に好適である。
【０１０９】
さらに、プレポリマー混合物は重合が始まるときに高速な反応を可能とするために、高濃度の反応基を有していなければならない。反応速度(r)は反応物の濃度に依存しており、たとえばヒドロシリル含有架橋剤（Chydrosilyl）の濃度とビニル含有シロキサン（Cvinyl）の濃度と反応定数kと比例している。
【０１１０】
r = k・Chydrosilyl・Cvinyl.
【０１１１】
このように、本発明の第１の態様は、調整可能な光学レンズ等の調整可能な光学部品を提供するのに有用なプレポリマー混合物に関する。該プレポリマー混合物は１分子につき二つ以上のヒドロシリル基を有しているヒドロシリル含有架橋剤と、１分子につき二つ以上のビニル基を有するビニル含有ポリシロキサンと、遷移金属触媒から成る。
【０１１２】
一実施の形態において、本発明は１分子につき平均２以上のヒドロシリル基を有しているヒドロシリル含有ポリシロキサンと、１分子につき平均２〜５のビニル基を有しているビニル含有ポリシロキサンと、白金触媒を含むプレポリマー混合物に関する。
【０１１３】
他の実施の形態において、プレポリマー混合物とは、１分子につき平均２以上のヒドロシリル基を含んでいるポリメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサンのグループから選ばれたヒドロシリル含有架橋剤と、１分子につき平均２〜５のビニル基を含んでいるポリジメチルシロキサン、ポリ(メチルフェニル)シロキサン、ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサン、ポリｔｅｒｔ−(ジメチルジフェニル・メチルフェニル)シロキサンのグループから選ばれたビニル含有ポリシロキサンと、白金触媒を含むものである。
【０１１４】
他の実施の形態において、プレポリマー混合物とは、１分子につき平均３〜１５のヒドロシリル基を含んでいるポリメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサンのグループから選ばれたヒドロシリル含有架橋剤と、１分子につき２〜５のビニル基を含んでいるポリジメチルシロキサン、ポリ(メチルフェニル)シロキサン、ポリ−コ(メチルフェニル)シロキサン、ポリｔｅｒｔ−(ジメチルジフェニル・メチルフェニル)シロキサンのグループから選ばれたビニル含有ポリシロキサンと、白金触媒を含むものである。
【０１１５】
他の実施の形態において、１分子につき２〜５のビニル基を含んでいるポリジメチルシロキサン、ポリ(メチルフェニル)シロキサン、ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサン、ポリｔｅｒｔ−(ジメチルジフェニル・メチルフェニル)シロキサンのグループから選ばれたビニル含有ポリシロキサンは、ビニル末端ポリシロキサンである。
【０１１６】
他の実施の形態において、１分子につき３〜１５のヒドロシリル基を有しているヒドロシリル含有ポリシロキサンは、ヒドロシリル末端ポリシロキサンでもある。
【０１１７】
本発明の他の実施の形態において、非化学量論量のビニル基とヒドロシリル基がプレポリマー混合物において用いられる。好ましくは、過剰な量のビニル基が用いられる。好ましくは、プレポリマー混合物中のヒドロシリル基とビニル基の間の化学量論比は0.3〜0.9、より好ましくは0.3〜0.7である。
【０１１８】
本発明のさらに他の実施の形態において、プレポリマー混合物のポットライフは、室温においておよそ6時間である。
【０１１９】
プレポリマーは、たとえば50〜180°Cまたはそれ以上の温度のオーブン内に１〜20時間(ポリマーの形成に依存する)調整可能なレンズアセンブリを置くことにより硬化することができる。
【０１２０】
プレポリマー混合物の１滴のみが各々のレンズに用いられ、1リットルのプレポリマー混合物からは、500,00〜1,000,000のレンズを作成することができる。このように、100万個のレンズを製造するためには、単におよそ1〜2kgのプレポリマー混合物が必要である。
【０１２１】
油剤
本発明は、油を架橋ポリマーに含むことに関するものである。本発明の油は、装置が使用されるすべての温度において、架橋ポリマーと混合可能である。それにより、均質で熱力学的に安定な混合物が生成される。該油は、様々な有機および無機酸の脂肪族および芳香族エステル類(例えばフタル酸エステル、リン酸塩、マレイン酸エステル、フマル酸エステル、ステアリン酸塩)、芳香族または脂肪族炭化水素、ポリマー（重合）またはオリゴマーのエステル類またはポリエステル類、芳香族エーテル、様々な配位子(例えばメチル、フェニル、ナフチル、さらには臭素またはヨウ素等の特に重い原子置換基によって置換された芳香族配位子)を有するオリゴマーまたはポリマー（重合）のシロキサン、重金属原子(例えばチタン、ジルコニウム、亜鉛、ゲルマニウム、砒素)を含んでいる有機金属油のグループから選ぶことができる。
【０１２２】
このように、いくつかの実施の形態において、油または混合油は、オリゴマーまたは重合（ポリマーの）シロキサンのグループから選ばれる。
ナノ粒子
いくつかの実施の形態において、変形可能なレンズ本体は、更に変形可能なレンズ本体の屈折率を増大させるのに有用である無機または金属有機ナノ粒子を含むが、これは透明な油またはポリマーネットワーク内に分散粒子として含まれるか、または有機金属相または無機相が形成されるハイブリッド材料として含まれている。
【０１２３】
ナノ粒子は、10nm未満の平均粒径を持ってもよい。ナノ粒子は、チタン酸化物、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化亜鉛等のグループから選ばれてもよい。
【０１２４】
ナノ粒子は、変形可能なレンズ本体の0〜50%の容量を占めてもよい。
触媒
【０１２５】
いくつかの実施の形態において、変形可能なレンズ本体を構成している架橋または一部架橋されたポリシロキサンのポリマーネットワークは、１分子につき平均３〜１５のヒドロシリル基を含み、１０〜２５のモノマー単位を有しているポリメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサンのグループから選ばれたヒドロシリル含有架橋剤と、
【０１２６】
１分子につき２〜５のビニル基を含み、１０〜４０の繰り返しモノマー単位を有しているポリジメチルシロキサン、ポリ(メチルフェニル)シロキサン、ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサン、ポリｔｅｒｔ−(ジメチルジフェニル・メチルフェニル)シロキサンのグループら選ばれたビニル含有ポリシロキサンであり、ヒドロシリル基対ビニル基の化学量論比は０．３〜０．９であるビニル含有ポリシロキサンと、遷移金属触媒を含んでいる５０００ｃＳｔ未満の粘性を有する液状のプレポリマー混合物から、準備される。
【０１２７】
他のいくつかの実施の形態において、遷移金属触媒は、白金(II)ビス(アセチルアセトネート)である。さらなるいくつかの実施の形態において、遷移金属触媒は、カールシュテット触媒(例えばPt1、3ジビニル-1、1、3、3-テトラメチルジシロキサン)である。
【０１２８】
いくつかの実施の形態において、架橋率減少剤(例えば抑制剤または遅延剤)が形成に含まれる。そのような減少剤は、ビニル、アリル、カルボニル等の一つ以上の基を含む電子供与化合物の範囲から選んでもよい。
【０１２９】
透明な光学装置構造はカメラ・モジュール(例えば携帯電話のカメラ、内視鏡、自動車のカメラ、ノート型パソコン、工業用途等)のレンズとして用いることができる。
【０１３０】
本発明は、非常に大量かつ安価な製造を可能とする、ウエハー規模のＭＥＭＳまたは半導体設備および高度な組立ておよびパッケージング技術の両方を採用する自動または半自動大量生産設備において用いられる簡易なオートフォーカス技術を提供できる利点がある。
【０１３１】
本発明は、たとえば、1ms以内までの、非常に短い時間で焦点を変えることができるオートフォーカスカメラに使用される調整可能なレンズの大量生産を可能にする。焦点変えを低電力で行うことにより、カメラやノート型パソコン等の携帯機器の電池の寿命を延ばすことができる。
【０１３２】
本発明の第5の態様において、変形可能なレンズ本体の屈折率を変える方法が提供される。該方法は、油または混合油を透明なポリマーネットワークに加えることを含む。
【０１３３】
変形可能なレンズ本体の屈折率を変えることは、透明な光学装置構造の屈折率を変えることと解釈してもよい。
【０１３４】
該変更とは、RIを増加させることまたは減少させることであってもよい。たとえば、油または混合油のRIよりも高いまたは低いRIを有するポリマーネットワークを組み合わせることにより、RIを変更してもよい。
【０１３５】
本発明の第5の態様に係る方法は、以下を更に含んでもよい。透明なポリマーのポリマーネットワークと油または混合油を架橋させること。(それによって油または混合油を含む、架橋または一部架橋された透明なポリマーのポリマーネットワークを提供する)。
【０１３６】
いくつかの実施の形態において、本発明の第５の態様に係る方法は、本発明の第１の態様に係る油また混合油を使用する。
【０１３７】
本発明のさらなる態様は、本発明により提供されるサンドイッチ構造の複数の調整可能な光学レンズに関する。該サンドイッチ構造の複数の調整可能な光学レンズは、側壁（４）に支持された薄いガラスの表面（２）上にアクチュエータ（１）を有する第１の側面に囲まれてるキャビティ（空洞）内に設けられた軟質で変形可能なレンズ本体（３）を備え、キャビティの底面を構成している第２の面が、側壁と透明基板の端部との間に開口ができるようにレンズ本体に取付透明基板（５）として設けられ、変形可能なレンズ本体（３）は、100kPa未満の剪断率を有する。
【０１３８】
本発明の実施の形態の第１、第２、第３、及びその他の態様はそれぞれ、他のいかなる態様および実施の形態と組み合わせてもよい。本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明する実施例により明らかにされる。
【実施例】
【０１３９】
図1は、本発明の一態様に係る透明な光学装置構造とその製造の異なるステップ(a-e)を示す。
図1に図示される透明な光学装置構造は、変形可能なレンズ本体3と、連続的または半連続的な剛性側壁4に支持された薄い、柔軟なガラスの表面2に設けられたアクチュエータ1を備えている。
実施例１：ポリジメチルシロキサンネットワーク
図2は、架橋ポリジメチルシロキサンにより高い屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。三次元ネットワークは、1.404の屈折率を与えるテトラキス(ジメチルシロキシ)シランで架橋されたビニル末端ポリジメチルシロキサン(PDMS)から成る。
【０１４０】
該油は、(灰色で示す)屈折率1.55の1、1、5、5-テトラフェニル、1、3、3、5-テトラメチル-トリシロキサン、（格子縞で示す）屈折率1.66の2-ブロモナフタレン、(白丸で示す)屈折率1.48の低分子量のポリ(フェニルメチル)シロキサン（Gelest社のPMM-0011；製造者によって分子量350〜450)）である。2つのより高い分子量の油のおよそ5%のみが、三次元PDMSネットワークと適合性があったが、それでも線形増加の法則により屈折率が増加した。このレベルを超えると、結果として生じるポリマーは、油とポリマーネットワークの相分離のために、硬化して固体(ブロモナフタレン)になることはなく、または不透明な固体を生じた。しかし、屈折率1.48のポリ(フェニルメチル)シロキサン(PMM-0011)は、0〜100%の全範囲においてPDMSと混和性があった。80%より少ない油では、ポリマーはとてもゆるく架橋され、半固形または液状の物質となった。
【０１４１】
非官能性オリゴマー/ポリマーとシリコーンネットワークとの混和性に対する分子量の重要性を示すために、屈折率1.48のものよりも高い分子量を有するもう一つのポリ(フェニルメチル)シロキサンを用いた(Gelest社のPMM-0021)。このポリマーは、1.52の屈折率と700〜900の製造者によるところの分子量を持つ。PDMSネットワークにおいてわずか1%の油を加えただけでも、結果として生じるポリマーは不透明となり、光学的応用に用いることはできなかった。
【０１４２】
屈折率1．58の1、1、3、5、5つのペンタフェニル、1、3、5トリメチル-トリシロキサンを5%だけポリジメチルシロキサンネットワークに加えると、不透明な固体ポリマーを生じた。2つの油、すなわち、この油と屈折率1.48のポリ(フェニルメチル)シロキサン(PMM-0011)を１：９の比で混ぜることにより、ポリジメチルシロキサンネットワーク中に50%より多い量を達成することができた。ポリマーの屈折率は1.448であり、PMM-0011のみ50%入れた場合、1.440の屈折率が得られた。これは、最適な油または混合油を慎重に選ぶことにより、純粋なポリマーネットワークが与える屈折率よりも高い屈折率を有する混和性ポリマーを得ることができることを示す。
実施例２：ポリ−コ(ジフェニルジメチル)シロキサンネットワーク
【０１４３】
図3は、架橋ポリ−コ(ジフェニルジメチル)シロキサンにより高い屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。三次元ネットワークは、1.46の屈折率を与えるテトラキス(ジメチルシロキシ)シランで架橋されたビニル末端ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサン(およそ16モル%のジフェニル)から成る。
【０１４４】
該油は、(白丸で示す)屈折率1.58の1、1、3、5、5-ペンタフェニル、1、3、5-トリメチル-トリシロキサンと、（格子縞で示す）屈折率1.55の1、1、5、5-テトラフェニル、1、3、3、5-トリメチル-トリシロキサンである。より高い分子量の油のおよそ20%が三次元PDMSネットワークと適合性があった。このレベルを超えると、結果として生じるポリマーは、油とポリマーネットワークの相分離のために、不透明な固体となった。
【０１４５】
しかし、屈折率1.55の油は、0〜100%の全範囲においてネットワークシリコーンと混和性があった。80%より少ない油では、ポリマーはとてもゆるく架橋され、半固形または液状の物質となった。
実施例３：ポリ−コ(ジフェニルジメチル)シロキサンネットワーク（II）
図4は、架橋ポリ−コ(ジフェニルジメチル)シロキサンにより高い屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。三次元ネットワークは、1.50の屈折率を与えるテトラキス(ジメチルシロキシ)シランで架橋されたビニル末端ポリ−コ(ジメチルジフェニル)シロキサン(およそ20モル%のジフェニル)から成る。該油は、(白丸で示す)屈折率1.58の1、1、3、5、5-ペンタフェニル、1、3、5-トリメチル-トリシロキサンと、（格子縞で示す）屈折率1.66のブロモナフタレンである。屈折率1.58の油は、0〜100%の全範囲においてネットワークシリコーンと混和性があった。80%より少ない油では、ポリマーはとてもゆるく架橋され、半固形または液状の物質を生じた。屈折率の増加は、単純な増加の法則に従う。ネットワークポリマーは、20%のブロモナフタレンと適合性があり、これを上回るレベルではポリマーは完全には架橋せずに、透明なままであった。屈折率は、線形増加の法則に従うレベルだけ上昇した。
【０１４６】
実施例４：市販のシリコーンへの高屈折率の油の混合
図5は、市販の光学シリコーンに高屈折率の油を加えたことによる、屈折率の増加を示す。
市販のシリコーンであるNusil社のLS-6257を、推薦に従って混合し、屈折率1.58の1、1、3、5、5-ペンタフェニル、1、3、5-トリメチル-トリシロキサンを様々な量で加えた。55%までの濃度の油では、結果として生じるポリマーは、架橋後に透明で、軟質で、安定していた。60%の油では、架橋後のポリマーはわずかに不透明となり、光学的応用には適していなかった。屈折率は、屈折率1.58の油の55%のレベルでは、1.55から1.567まで増加した。これは、線形増加の法則に従うものである。
【０１４７】
図6は、別の市販のシリコーンであり、指示により屈折率1．546のダウ・コーニング社のOE-6450を混合し、屈折率1．58の1、1、3、5、5つのペンタフェニル、1、3、5トリメチル-トリシロキサンを様々な量で加えたものを示す。50%までの濃度において、結果として生じるポリマーは徐々により軟質になり、硬化後は安定し、透明となった。60%の油では、ポリマーは架橋せずに、液体のままであった。屈折率は、50%の油では、線形増加の法則に従い1.546から1.563まで増加した。1%のテトラキス(ジメチルシロキシ)シランをOE-6450に加えることにより、80%ほどの多量の油でも、固形で安定している透明なポリマーを得ることができ、屈折率は1.573となった。
【０１４８】
実施例５：異なる剪断率を有するエラストマーの動的粘弾性挙動
図7は、動的レオメータを用いて剪断率の関数として測定した損失タンジェント(tanδ)を示す。すべてのポリマーを、ビニル末端ポリジメチルシロキサンとポリ−コ(-ジメチルメチル)シロキサン(Gelest社のDMS-V22とHMS-151)と少量のPt触媒を混ぜ合わせることにより作成した。ビニルと水素化物の間の「非化学量論」比を有するポリマーはすべて、3〜10重量パーセントのHMS-151を用いて、過剰な量のビニル基で作成された。結果として生じる剪断率は、0.2〜210kPaであった。
【０１４９】
添加油によるポリマーは、HMS-151とDMS-V22を1:9の比で用いて、0〜89重量%の線形ポリジメチルシロキサン油を加えることで作成した。その結果として生じる剪断率は、3〜200kPaであった。
【０１５０】
損失タンジェント(tan δ)対剪断率のプロットを描くことにより、特に剪断率が100kPaを下回るレベルまで減少したときに、油を有するポリマーの損失タンジェントは、単にエラストマーネットワークにダングリングポリマー端（ｅｎｄｓ）を導入することにより剪断率を減少させた場合よりも極めて低くなることが明らかにわかる。高い損失タンジェントは、ポリマーを含むレンズのより遅い作動に直接的につながる。
【０１５１】
本発明を特定の実施の形態に関連して記述してきたが、本発明はこれらに限定して解釈してはならない。本発明の範囲は、添付の請求項に記載されている通りである。請求項中の「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という用語は、他の考えられる構成要素またはステップを除外するものではない。また、「a」または「an」等の記載は、複数を除外するものとして解釈されてはいけない。請求項における図示する構成要素の参照番号の使用も、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。さらに、異なる請求項に記載の個々の構成は有利に組み合わせることができる。また、異なる請求項においてそれらの構成を記載することは、複数の構成を組み合わせることが不可能であることおよび有利であるということを除外するものではない。
【図１】
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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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【図７】
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