[发明专利]紧凑型聚合物透镜

说明书

本发明涉及一种焦距可调的透镜，其包括第一透明层和放置在基片上 具有选定折射率的透明、柔性软质聚合物(soft polymer)材料或类似材料； 本发明还涉及生产这种透镜的方法。

随着光学设备，比如手机用摄像头、扫描装置和机器视觉近来的发展， 对具有快速聚焦能力的小透镜的需求应运而生。对手机的摄像头来说，像 素数量一直在增加，但仍有对具有足够的质量以便全面发挥像素的优势的 紧凑型透镜(compact lens)的需求。这除了对“小尺寸”的要求之外，对 聚焦能力也提出了要求，特别是当摄像头还需要用于其他用途，比如阅读 条形码和扫描靠近摄像头的物体的图像的时候。为透镜增加聚焦能力还允 许使用较大的光圈(aperture)，从而增加系统的光敏感度，而没有透镜的 景深(depth of field)减少的缺点。

常规的玻璃透镜已经在用于多种用途时被认为太大且太昂贵，已经进 行了研究以找到其他解决方案。一个有前景的领域是对由软质聚合物制造 的透镜的研发。这些聚合物具有一些光学性质且可通过静电力拉伸软质聚 合物透镜，或通过使软质聚合物表面成形以得到一个选定的形状而成形以 用于聚焦作用。所提出的另外一个解决方案是应用一种具有梯度折射率 (graded refractive index)的软质聚合物，但这被证实为在需要达到足够好 的质量的情况下，生产会很复杂。关于这些解决方案的问题是得到一个曲 率和表面连续性都足够好的透镜表面。

所提出的其他解决方案包括使用装入类似腔的透镜中的液体，其中所 述腔的形状被调节以便于调节透镜的焦距。展示了此项解决方案的例子在 公开号为JP 2002239769、JP 2001257932、JP 2000081503、JP 2000081504、 JP 10144975、JP 11133210、JP 10269599和JP 2002243918的日本的专利申 请中有所讨论。另外，这在T.Kaneko等人发表的论文“Quick Response Dynamic Focusing Lens using Multi-Layered Piezoelectric Bimorph Acutator” Micro-Opto-Mechanicle Systems，Richard R.A.Syms Editor，Proceedings of SPIE，Vol.4075(2000)中曾讨论过。所有这些都基于被限制在一个腔内的 液体，所述液体可以起透镜的作用，且其中表面中的至少一个表面可通过 施加的力而成形。这样做的缺点是为了使透镜达到某形状而施加的压力必 须压缩流体或者腔，这就需要大的力，或需要提供附加的室以便于容下被 挤压到腔以外的液体。由于温度波动而引起的体积变化也可能带来问题。

因此本发明的一个目的是提供一种紧凑型聚焦透镜，其可被大量生产 且用于紧凑型设备比如手机，同时能在大范围的距相机的距离内提供足够 的光学质量。这可以按照在独立权利要求中陈述的内容实现。

注意本说明书中的术语“软质聚合物”是作为广义词汇来应用的，且 可以包括许多不同的材料，比如硅和聚合物凝胶。

使用软质聚合物使得生产其中聚合物与空气或其他可压缩气体相接 触的透镜成为可能，从而当调整透镜焦距的时候需要较小的力。其使还生 产变得容易，因为即使不同的生产步骤处于不同位置或设施中，聚合物还 是能保持在适当的位置。如上文所述，这也使得提供可压缩气体的渗漏通 道或气泡，以便减少调整透镜所必需的力以及减小由环境中的温度和压力 波动引起的应变成为可能。

因此，本发明通过利用柔性薄膜以及软质聚合物的特点，提供了有优 势的解决方案。

本发明特别地提供了一种具有可调焦距的紧凑型透镜，因为该透镜是 基于众所周知的技术制造的，包括很少的独立部分，所以其能够被容易地 大量生产，且适用于比如网络摄像机的紧凑型摄像机、手机或不同类型的 分析设备。例如透镜可以通过将压电层丝网印刷在透明层上并将所述透明 层固定在一个具有蚀刻的开口(etched opening)的硅基片上来制成，所述 开口中放置有软质聚合物。

在下文中将参考附图来更详细地描述本发明，附图通过各种例子来对 本发明进行了阐释，其中图1a至图8c阐释了本发明的不同实施方式。