KR102577908B1 - 파면 에러가 낮은 압전 작동식 광학 요소 - Google Patents

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Abstract

측벽(112, 512)을 갖는 지지 구조물(101, 501), 측벽(112, 512)에 부착된 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702), 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702)를 원하는 형상으로 성형하도록 배열된 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)을 포함하는 광학 요소(100, 500, 600, 700)가 제시되며, 상기 광학 요소(100, 500, 600, 700)는 광학 축(110, 510)을 갖는 광학 활성 영역(111, 511)을 포함하고, 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)의 외부 에지(215A-E)는 제1 라인을 규정하고, 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 지지 구조물(101, 501)과 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702) 사이의 계면에서의 지지 구조물(101, 501)의 내부 에지(109)는 제2 라인을 규정하며, 상기 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은 둘 이상의 위치에서 서로 교차하며/하거나 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치한다.

Description

파면 에러가 낮은 압전 작동식 광학 요소
본 발명은 광학 요소, 보다 상세하게는 압전 작동식 광학 요소, 및 대응하는 사용, 광학 디바이스, 및 압전 작동식 광학 요소의 제조 방법에 관한 것이다.
조정 가능한 초점 거리 및 가능한 최고 이미징 품질을 갖는 렌즈 조립체와 같은 광학 요소에 대한 저비용, 고용량 솔루션에 대한 요구가 계속 증가하고 있다. 예를 들어, 최신 이동 전화는 이제 소형 디지털 카메라 모듈을 구비하며, 렌즈 및 렌즈 조립체와 같은 광학 요소에 대한 품질 및 비용 요구가 증가하고 있다. 이동 전화 및 랩탑 컴퓨터에서 사용되는 더욱더 작은 소형 카메라는 자동 초점 기능을 갖는다. 이러한 응용을 위한 예를 들어 렌즈 시스템의 설계는 카메라 모듈의 상부에 렌즈를 맞출 때 생산 표준으로부터 동작의 용이성에 이르는 많은 요구의 이행을 요구한다. 이러한 도전은 렌즈 배열이 자동 초점 렌즈에서 접하는 바와 같은 튜닝 가능 파라미터(tuneable parameters)를 포함할 때 훨씬 더 크며, 초점 거리(focal length)는 예를 들어 렌즈로부터 피사체까지의 거리에 맞도록 조정되어야 한다. 이러한 광학 요소는 대개는 광학 요소를 간단한 방식으로 조립하는 것을 어렵게 할 수 있는 가동 부분(movable parts)을 포함하는 복잡한 설계이다. 이러한 설계에 대한 추가적인 도전은 이러한 사용을 위해 렌즈 조립체와 같은 적절한 광학 요소를 제공해야 하는 요구의 계속적인 증가이다.
소형 자동 초점 광학 요소를 제조하기 위한 다수의 솔루션이 존재한다. 현재의 솔루션의 문제점들 중 하나는 우수한 광학 특성을 제공하는 방법이다.
따라서, 개선된 광학 특성을 갖는 광학 요소가 유리할 것이며, 특히 개선된 광학 특성을 갖는 튜닝 가능 광학 마이크로 렌즈가 유리할 것이다.
본 발명의 목적은 개선된 광학 특성을 갖는 (튜닝 가능 광학 요소와 같은) 광학 요소(optical element)를 제공하는 것과 같이 종래 기술의 전술한 문제점을 해결하는, 튜닝 가능 광학 요소와 같은 광학 요소를 제공하는 것으로 간주될 수 있다. 본 발명의 추가적인 목적은 종래 기술에 대한 대안을 제공하는 것으로 간주될 수 있다.
따라서, 전술한 목적 및 여러 다른 목적은 본 발명의 제1 양태에서,
- 측벽을 갖는 지지 구조물(support structure),
- 측벽에 부착된 휨 가능 커버 부재(bendable cover member),
- 상기 휨 가능 커버 부재를 원하는 형상으로 성형하도록 배열된 하나 이상의 압전 액추에이터들(piezoelectric actuators)을 포함하는 광학 요소를 제공함으로써 달성되도록 의도되며,
상기 광학 요소는 광학 축을 갖는 광학 활성 영역(optically active area)을 포함하고,
- 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들의 외부 에지는 제1 라인을 정의하고,
- 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 지지 구조물의 측벽과 같은 지지 구조물과 휨 가능 커버 부재 사이의 계면에서의 지지 구조물의 내부 에지는 제2 라인을 정의하며,
광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은
- 2 또는 3 또는 4 또는 8 또는 16 또는 32 또는 그 이상의 위치에서와 같이 둘 이상의 위치에서 서로 교차하고/하거나,
- 예를 들어 (제2 라인과 평행 및 일치하지 않는 제1 라인의 일부와 같은) 나머지 제1 라인이 제2 라인에 의해 둘러싸인 영역 안에 또는 밖에 있는 경우에, 1 또는 2 또는 3 또는 4 또는 8 또는 16 또는 32 또는 그 이상의 위치에서와 같이 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치한다.
본 발명은 전적으로는 아니지만 특히, 낮은 총 파면 에러(total wavefront error)(WFERMS)와 같은 개선된 광학 특성을 가질 수 있는 튜닝 가능 마이크로 렌즈 또는 튜닝 가능 마이크로 미러와 같은 광학(굴절) 렌즈 또는 반사 요소(reflective element)와 같은 광학 요소를 획득하는 데 유리하다. 본 발명자들은 광학 요소, 심지어는 (10mm 미만의 폭을 갖는 개구와 같은 광학 활성 영역과 같은) 작은 광학 활성 영역 및 (1mm 미만의 두께와 같은) 작은 두께를 갖고 (예를 들어, 60nm 아래와 같은) 낮은 총 WFERMS를 갖는 광학 요소를 획득하는 것이 가능할 수 있다는 것을 간파하였다.
'광학 요소'는 (광학 굴절 렌즈와 같은 광학 렌즈인 요소와 같은) 요소를 통과하는 광에 작용(예를 들어, 조작)하거나 (반사 요소 또는 미러인 광학 요소와 같은) 광학 요소로부터 반사되는 광에 작용하는 요소로서 이해될 수 있다.
광학 요소는 일반적으로 튜닝 가능 광학 요소일 수 있다. '튜닝 가능(tuneable)'은 예를 들어 상기 휨 가능 커버 부재를 원하는 형상으로 성형하도록 배열된 하나 이상의 압전 액추에이터들의 인가 전압을 변경함으로써 광학 요소의 초점 거리를 튜닝할 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
'광학 활성 영역'은 광이 입사되고 조작될 수 있는 영역으로 이해될 수 있다. 광학 렌즈의 경우, 광학 활성 영역은 광학 개구(optical aperture)에 대응(예를 들어, 동일)할 수 있다. 미러와 같은 반사 요소의 경우, 광학 활성 영역은 (예를 들어, 광학 렌즈용 개구와 유사하게) 광이 입사될 수 있고 조작된 광이 반사될 수 있는 반사 영역일 수 있다.
'광학 축'은 일반적으로 이 분야에서 이해되며, 커버 부재와 교차하는 것으로 이해되는데(그리고, 광학 요소가 광학 렌즈인 경우, 광학 축은 또한 렌즈 보디와 교차하는 것으로 이해되는데), 예를 들어 렌즈 보디 및 커버 부재를 통과하는 것으로 이해된다. 현재 상황에서, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 (광학 요소가 광학 렌즈인 경우에) 휨 가능(투명) 커버 부재 상의 적어도 하나의 변형 가능 렌즈 보디의 광학 개구와 같은 광학 활성 영역을 규정할 수 있는데, 예를 들어 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 개구와 같은 광학 활성 영역을 에워싸거나 둘러싸도록, 예를 들어 완전히 에워싸거나 둘러싸도록 배열될 수 있다.
'압전 액추에이터'는 이 분야에 공지되어 있으며, 현재 상황에서는, (압전 활성 층(piezoelectrically active layer)과 같은 압전 활성 재료와 같은) 압전 재료의 (위 및 아래와 같은) 각각의 측면 상의 전극(예를 들어, 백금) 층 또는 압전 재료의 (위 또는 아래와 같은) 단지 하나의 측면 상의 전극 층, 예를 들어 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되는 참고문헌 W0 2014/048818 A1에 설명된 서로 맞물린 전극들과 같은 서로 맞물린 전극들을 포함하는 전극 층과 같은 다양한 구성의 전극 층들을 포함하는 것으로 이해된다. 압전 재료는 공지 기술(예를 들어, 스퍼터링 또는 솔-겔 또는 임의의 다른 기술)에 의해 임의의 표준 타입의 압전 재료로 형성될 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극은 압전 막 증착 기술에 적합한 임의의 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 Pt 또는 Au로 형성될 수 있다. 임의의 다른 실시예와 결합될 수 있는 실시예들에서, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 축을 완전히 둘러싸는 하나의 압전 액추에이터와 같은 적어도 하나의 압전 액추에이터, 예를 들어 광학 축을 완전히 둘러싸는 하나의 코히어런트 압전 액추에이터(coherent piezoelectric actuator), 예를 들어 광학 축을 완전히 둘러싸는 단 하나의 압전 액추에이터이다. "코히어런트"는 서로 분리되지 않은 부분들만을 포함하는 하나의 요소와 같은 하나의 인접한 요소와 같은 하나의 요소로 이해된다. 또한, 코히어런트 요소는 중앙의 관통 구멍(through-going hole) 주위에 폐쇄 라인을 형성하는 것으로 이해될 수 있는데, 예를 들어 중앙의 상기 구멍이 광학 축과 교차하는 것으로, 예를 들어 광학 축과 평행한 라인이 압전 액추에이터와 교차하지 않고는 광학 축의 위치로부터 압전 액추에이터의 외부로 이동될 수 없는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 축을 둘러싸는, 예를 들어 광학 개구를 규정하는 하나의 압전 액추에이터를 포함하고, 예를 들어 광학 축을 향하는 압전 액추에이터의 (광학 축에 대면하는 하나의 압전 액추에이터의 에지에 대응하는) 내부 에지는 그 중심에 광학 축을 갖는 원과 같은 원을 형성한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 축을 둘러싸는 하나의 압전 액추에이터를 포함하고, 광학 축을 향하는 압전 액추에이터의 (광학 축에 대면하는 하나의 압전 액추에이터의 에지에 대응하는) 내부 에지는 그 중심에 광학 축을 갖는 원을 형성한다. 일 실시예에서, 관통 구멍이 광학 축과 교차하는 광학 요소가 제시되며, 예를 들어 상기 관통 구멍은 그 중심에 광학 축을 갖는 원과 같이 원형이다.
'상기 휨 가능 커버 부재를 원하는 형상으로 성형하도록 배열된'은 커버 부재에 대한 액추에이터들의 형상, 크기 및 위치가 액추에이터들로 하여금 작동시에, 예를 들어 그들의 전극들 양단에 전압이 인가될 때, 상기 휨 가능 커버 부재를 변형하여 원하는 형상으로 성형하는 것을 가능하게 한다는 것으로 이해될 수 있다. 이것은 커버 부재의 적어도 일부는 광학 개구와 같은 광학 활성 영역 내에 있는 것으로, 예를 들어 광학 축과 교차하는 커버 부재의 부분이 원하는 형상으로 성형되는 것으로 이해된다.
'원하는 형상(desired shape)'은 형상으로부터 원하는 형상으로(예를 들어, 하나의 원하는 형상으로부터 다른 원하는 형상으로) 될 때 광학 요소의 초점 거리가 변할 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
하나 이상의 압전 액추에이터들은 지지 구조물에 대하여 커버 부재의 반대쪽에 배치된다.
측벽의 내부 에지를 통해 광학 축에 평행하게 그려진 가상의 직선이 측벽의 내부 에지를 따르는 하나 이상의 포인트들에서 하나 이상의 압전 액추에이터들과 교차하거나 접하도록 하나 이상의 압전 액추에이터들을 배열하는 것은 하나 이상의 압전 액추에이터들이 액추에이터가 존재하지 않는 광학 개구와 같은 광학 활성 영역에서도 외팔보 원리를 이용하여 (커버 부재의) 최대 곡률 반경을 증가시킬 수 있는 것을 가능하게 할 수 있다.
'광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들의 외부 에지'는 평면도에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들에 대한 외부 에지를 따르는 라인으로 이해될 수 있다. 하나 이상의 압전 액추에이터들이 광학 축을 완전히 에워싸는 폐쇄 라인(closed line) 또는 폐쇄 구조(closed structure)를 형성하는 경우('폐쇄 라인'은 '폐쇄 구조'로 대체될 수 있는 것으로 이해될 수 있고, 폐쇄 구조는 유한 폭을 갖는 것으로 이해됨), 외부 에지는 광학 축과 떨어져 대향하는(facing away) 하나 이상의 압전 액추에이터들의 에지에 대응하는 폐쇄 라인일 수 있다(외부 에지는 하나 이상의 압전 액추에이터들의 외부 에지인 것으로, 예를 들어 하나의 압전 액추에이터가 광학 축을 에워싸고, 에지가 광학 축과 떨어져 대향하는 것으로 이해된다). 하나 이상의 압전 액추에이터들이 광학 활성 영역을 완전히 에워싸지 않는 하나 이상의 압전 액추에이터들을 포함하는 경우, 외부 에지는 광학 활성 영역을 완전히 에워싸지 않는 하나 이상의 압전 액추에이터들의 에지로서 간주될 수 있다. 하나 초과의 압전 액추에이터가 존재하는 경우, 외부 에지들 중 적어도 하나가 외부 에지로서 선택될 수 있는 것으로 이해될 수 있다(예를 들어, 압전 액추에이터들 중 하나에 대응하는 적어도 하나의 외부 에지는 청구되는 특징들을 만족시킨다). 특정 실시예에서는, 단 하나의 압전 액추에이터가 존재한다.
하나 이상의 압전 액추에이터들이 폐쇄 라인을 형성하는 것의 가능한 이점은 간단하지만 낮은 총 파면 에러를 가능하게 하는 솔루션을 산출한다는 것일 수 있다.
"광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 지지 구조물과 휨 가능 커버 부재 사이의 계면에서의 지지 구조물의 내부 에지"는 평면도에서 관찰된 지지 구조물의, 광학 축에 대면하는 에지와 같은 내부 에지를 따르는 라인으로 이해될 수 있다. 이 라인은 지지 구조물과 휨 가능 커버 부재 사이의 계면에 있는 것으로 규정된다.
'광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인이
- 2개 이상의 위치에서 서로 교차하고/하거나
- 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하도록' 제1 라인 및 제2 라인을 배열함으로써, 광학 렌즈의 총 파면 에러(WFERMS)가 감소될 수 있는 것은 유리한 것으로 간주될 수 있다. 제1 라인과 제2 라인이 서로 교차하는 것이 특히 유리할 수 있는데, 그 이유는 이것이 하나 이상의 압전 액추에이터들에 인가되는 전압들의 범위에 걸치는 가장 낮은 평균 총 파면 에러(WFERMS)와 같은 가장 낮은 총 파면 에러(WFERMS)를 달성하는 것을 가능하게 하기 때문이다. '평행 및 일치(parallel and coincident)'는 평행 및 일치와 같이 실질적으로 평행하고 실질적으로 일치하는 것으로 이해될 수 있다. '일치'는 제2 라인이 제1 라인으로부터 20 마이크로미터 이내, 예를 들어 10 마이크로미터 이내, 예를 들어 5 마이크로미터 이내, 예를 들어 2 마이크로미터 이내, 예를 들어 1 마이크로미터 이내, 예를 들어 0.1 마이크로미터 이내에 있을 수 있음을 암시할 수 있으며, 예를 들어 제1 라인과 제2 라인 사이의 거리는 실질적으로 0 또는 0 마이크로미터이다. '위치(position)'는 좌표들의 세트(예를 들어, 제1 라인과 제2 라인이 평행하고 일치하는 라인) 또는 좌표 또는 포인트(예를 들어, 제1 라인과 제2 라인이 평행하고 일치하는 포인트 또는 제1 라인과 제2 라인이 서로 교차하는 포인트)로서 이해될 수 있다. 일반적으로, '위치'는 제1 곡선과 제2 곡선 사이의 접촉, 예를 들어 0차 접촉, 1차 접촉, 2차 접촉, 3차 접촉 및 4차 접촉 중 어느 하나의 접촉의 포인트 또는 라인일 수 있는 것으로 이해될 수 있으며, 포인트 p에서 교차하는 평면 내의 2개의 곡선은 곡선들이 단순 교점(접선이 아님)을 갖는 경우에는 0차 접촉, 2개의 곡선이 접선을 갖는 경우에는 1차 접촉, 곡선들의 곡률들이 동일한 경우에는 2차 접촉을 갖는다고 일컬어진다. 이러한 곡선들은 곡률의 미분들(derivatives)이 동일한 경우에는 3차 접촉하고, 곡률의 2차 미분들이 동일한 경우에는 4차 접촉한다고 일컬어진다. 특정 실시예에서, '일치 및 평행'은 '접선(tangent)'을 의미하는 것으로 이해된다.
일반적으로, 본 출원 내에서 광학 특성을 언급할 때, 광학 특성(예를 들어, 투과율 또는 불투명도 또는 투명도 또는 반사율)은 예를 들어 (광학 렌즈에 대한) 광학 개구를 통해 광학 축에 대해 입사각(AOI) 내에서 이동하거나 (반사 요소에 대한) 광학 활성 영역으로부터의 반사되는 광에 대해 적용되는 것으로 이해될 수 있으며, 입사각은 광학 축에 대해 0-65도, 예를 들어 0-40도(예를 들어, 0도)의 각도 이내이다. 광학 특성은 특정 파장, 예를 들어 가시 영역 내의 임의의 파장, 예를 들어 630nm에서의 그리고/또는 특정 입사각, 예를 들어 0도에서의, 예를 들어 630nm의 파장에서의 그리고 0도의 입사각에서의 광학 특성인 것으로 이해될 수 있다.
광학 특성의 '평균'을 언급할 때, 이것은 광학 축에 대한 파장 범위 및 입사각(A0I) 내에서의 상기 특성의 이중 평균(double average)으로서 이해되며, 파장 범위는 10nm 내지 1mm 이내일 수 있고, 예를 들어 파장 범위는:
- 자외선(UV) 영역, 예를 들어 10-380nm 이내,
- (사람이 '광'으로 인식하거나 보는) 가시(VIS) 영역, 예를 들어, 380-760nm 이내,
- 근적외선(nIR) 영역, 예를 들어 760-2,500nm 이내,
- 중간 적외선(mIR) 영역, 예를 들어 2.50-10 마이크로미터 이내,
- 원적외선(fIR) 영역, 예를 들어 10 마이크로미터-1mm 이내
중 하나 이상 또는 전부에 대응할 수 있고, AOI는 0-65도, 예를 들어 0-40도이다.
'광학(optical)'은 '광'과 관련되는 것으로 이해되어야 하며, '광'은 UV, 가시, nIR, mIR 및 fIR에 대응하는 하나 이상 또는 모든 영역들 내의, 예를 들어 가시 영역 내의 전자기 복사선(electromagnetic radiation)인 것으로 이해된다.
'불투명(opaque)'은 불투명한 재료를 통해 이동하는 광에 대한 (파장 범위 및 입사각 범위 내에서의) 10% 이하, 예를 들어 1% 이하, 예를 들어 0.1% 이하의 평균 투과율(average transmittance)로 이해될 수 있다.
'투명(transparent)'에 대한 언급은 일반적으로 광과 관련하여 이해되는데, 즉 광은 재료를 통과할 때 강도 손실이 거의 또는 전혀 없이, 예를 들어 평균 10% 이하, 예를 들어 평균 5% 이하의 손실로(각각 90% 및 95%의 평균 투과율에 대응함) 투명 물체를 통과할 수 있다.
경면 투과율(specular transmittance) 또는 정규 투과율(regular transmittance)과 같은 '투과율'은 광학 렌즈와 같은 광학 요소에 대한 투과율의 현재 상황에서
- 광학 렌즈에 입사되는 광과,
- 광학 렌즈에 입사되는 광의 일부 - 이 일부는 광학 렌즈를 통해 투과되고 다른 쪽에서 경면(정규) 투과 광으로서 방출됨 -
사이의 (파장 범위 및 입사각 범위 내에서의) 평균 비율로서 이해될 수 있다.
'측벽'은 광학 개구와 같은 광학 활성 영역의 바로 바깥의 또는 그에 가까운 영역에서 휨 가능 커버 부재를 지지하는 것과 같이, 휨 가능 커버 부재를 적어도 부분적으로 지지하는 지지 요소로서 이해될 수 있다.
휨 가능 커버 부재는 비교적 얇을 수 있는데, 예를 들어 광학 축을 따르는 방향에서 지지 구조물(및/또는 존재할 때의 렌즈 보디)에 대해, 예를 들어 1mm 미만, 예를 들어 0.75mm 미만, 예를 들어 0.5mm 미만, 예를 들어 [10; 40] 마이크로미터(즉, 10-40 마이크로미터 이내) 정도로 얇을 수 있다. 이것은 임의의 타입의 유리, 예를 들어 임의의 표준 타입의 유리 또는 다른 재료, 예를 들어 세라믹-유리, 폴리머, 폴리머-무기 하이브리드, 예를 들어 소위 커버 유리 또는 커버 유리와 유사한 것으로 제조될 수 있다. 이러한 재료들은 특히 휨 가능 커버 부재가 투명해야 하는 실시예들과 관련될 수 있다. '휨 가능'은 휨 가능 커버 부재와 같은 요소가 하나 이상의 압전 액추에이터들에 의해 구부러질 수 있다는 것으로, 즉 하나 이상의 압전 액추에이터들의 작동이 요소를 구부릴 수 있다는 것으로 이해될 수 있다. '휨 가능 커버 부재'는 '커버 부재'와 상호 교환 가능하게 언급될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소는:
- 측벽을 갖는 지지 구조물,
- 측벽에 부착된 휨 가능 커버 부재,
- 상기 휨 가능 커버 부재를 원하는 형상으로 성형하도록 배열된 하나 이상의 압전 액추에이터들을 포함하고, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 압전 재료 및 압전 재료 위 및/또는 아래의 전극 층들을 포함하며,
상기 광학 요소는 광학 축을 갖는 광학 활성 영역을 포함하고,
- 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 축을 완전히 에워싸는 폐쇄 라인을 형성하고, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들의 외부 에지는 제1 라인을 규정하고, 외부 에지는 광학 축과 떨어져 대향하는 하나 이상의 압전 액추에이터들의 에지에 대응하는 폐쇄 라인이며,
- 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 지지 구조물과 휨 가능 커버 부재 사이의 계면에서의 지지 구조물의 측벽과 같은 지지 구조물의 내부 에지는 제2 라인을 규정하며,
광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은
- 2 또는 3 또는 4 또는 8 또는 16 또는 32 또는 그 이상의 위치와 같은 2개 이상의 위치에서 서로 교차하고/하거나,
- 1 또는 2 또는 3 또는 4 또는 8 또는 16 또는 32 또는 그 이상의 위치와 같은 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하며, 예를 들어 (제2 라인과 평행 및 일치하지 않는 제1 라인의 일부와 같은) 나머지 제1라인은 제2 라인에 의해 둘러싸인 영역의 내부 또는 외부에 있다.
'위(above)' 및 '아래(below)'는 광학 축에 평행한 방향을 지칭하고, 위는 지지 구조물로부터 커버 부재로의 양의 방향에 있고, 아래는 지지 구조물로부터 커버 부재로의 음의 방향에 있으므로, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 다른 곳에, 예를 들어 광학 축과 평행한 라인이 압전 재료와 교차하지 않는 위치에 배치된 전극 재료를 포함하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 위 및 아래는 광학 축에 평행한 방향을 지칭하고, 위는 지지 구조물로부터 커버 부재로의 양의 방향에 있고, 아래는 지지 구조물로부터 커버 부재로의 음의 방향에 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 하나 이상의 압전 액추에이터들에 포함되는 압전 재료 위 및/또는 아래의 전극 층들의 하나 이상의 부분들은 광학 축에 평행한 라인에 의해 교차되는 하나 이상의 부분들이고, 상기 라인은 또한 압전 재료와 교차한다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들의 하나 이상의 영역들은 광학 축에 평행한 라인에 의해 교차되는 하나 이상의 영역들이고, 상기 라인은 압전 재료 및 압전 재료 위 및/또는 아래의 전극 층들과 교차한다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소는:
a. 압전 활성 층 아래의 전극 층과 같은 하부 전극(103),
b. 압전 활성 층(104)의 형태인 압전 재료, 및
c. 압전 활성 층 위의 전극 층과 같은 상부 전극(105)
을 포함하고,
광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들의 위치들은 하부 전극(103), 압전 활성 층(104) 및 상부 전극(105) 모두 간에 오버랩이 존재하는 위치들에 의해 주어진다. 이러한 위치들에서만 압전 활성 층이 작동될 수 있다는 점에 유의할 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제2 라인은 둥근 코너를 갖지 않는 정사각형 또는 둥근 코너를 갖지 않는 직사각형을 규정한다. 일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제2 라인은 둥근 코너들을 갖는 직사각형 또는 초타원(superellipse)을 규정한다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제2 라인은 둥근 코너들을 갖는 정사각형을 규정한다. 일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제2 라인은 둥근 코너들을 갖는 직사각형을 규정한다. 일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제2 라인은 초타원을 규정한다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제2 라인은 원형이 아니다(non-circular).
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제1 라인은 둥근 코너들을 갖는 정사각형, 예를 들어 원형으로 둥근 코너들을 갖는 정사각형이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 제1 라인은 원형과 같이 실질적으로 원형이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소는:
- 지지 구조물의 측벽에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디
를 포함하는 굴절 렌즈이고,
휨 가능 커버 부재는 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디의 표면에 부착되는 휨 가능 투명 커버 부재이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소는 액체를 포함하지 않는다. 일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소는 고체 또는 가스이며, 예를 들어 고체 또는 가스 요소들로 구성된다. 일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소는 고체이며, 예를 들어 고체 요소들로 구성된다.
'굴절 렌즈(refractive lens)'는 이 분야에 공지되어 있고 그에 따라 이해된다. 굴절 렌즈의 이점은 적은 유지 보수만을 요구할 뿐, 일반적으로 반사 요소와 동일한 정도로의 시준(collimation) 또는 리코팅(recoating)을 요구하지 않는다는 것일 수 있다.
광학 렌즈는 일반적으로 마이크로 렌즈일 수 있다. '마이크로 렌즈'는 일반적으로, 두께와 같은 적어도 하나의 구조 구성요소(structural component)의 치수가 1 마이크로미터 내지 1 밀리미터의 범위 내에 있는 렌즈로 이해될 수 있다. 본 출원에서, 두께에 대한 참조는 (광학적 두께(optical thickness)가 아니라) 기하학적 두께에 대한 참조이다. 일 실시예에서, 두께는 200-800 마이크로미터일 수 있는 지지 구조물(예를 들어, 실리콘), 커버 부재 및 약 22 마이크로미터일 수 있는 전기 콘택들을 포함하는 하나 이상의 압전 액추에이터들의 합일 수 있다. 광학 렌즈는 노르웨이의 폴라이트(poLight) 사로부터 입수 가능한 TLens(등록 상표)로서 알려진 튜닝 가능 마이크로 렌즈일 수 있다. 광학 렌즈는 특히 "가변 초점 거리를 갖는 가요성 렌즈 조립체(Flexible lens assembly with variable focal length)"라는 명칭의 특허 출원 WO 2008100154(A1)에 개시된 튜닝 가능 마이크로 렌즈에 대응하는 튜닝 가능 마이크로 렌즈일 수 있으며, 이 출원 전체는 본 명세서에 참고로 포함된다. 또한, 참고 문헌 WO 2008100154(A1)와 관련하여, 소정의 치수들이 마이크로미터에서 밀리미터로 변환될 수 있고, 구체적으로 d1PZT, d2PZT 및 wpol .로 참조되는 치수들(예를 들어, 도 1c, 도면 1/5쪽의 하위 도면 I) 참조)은 ㎛(마이크로미터) 대신에 mm(밀리미터) 단위로 주어지더라도 실현시 수치적으로 동일한 값들을 가질 수 있고, 더 구체적으로는:
d1PZT = 4mm, d2PZT = 1.5mm 및 wpol. = 4.5mm일 수 있다는 점에 유의한다.
추가적인 층들이 (반사 방지 코팅을 형성하는 상기 층들과 같이) 예를 들어 광학 특성을 개선하고/하거나 (습기 장벽을 형성하는 상기 층들과 같이) 예를 들어 수분에 대한 저항을 개선하는 목적을 위해 추가될 수 있다(예를 들어, 상부에 추가될 수 있다). 옵션으로서 그러한 추가적인 층들을 갖는 광학 요소는 "압전 작동식 광학 렌즈(Piezoelectrically actuated optical lens)"라는 명칭의 출원 WO 2016009079(A1)에 설명된 바와 같을 수 있으며, 이 출원 전체는 본 명세서에 참고로 포함된다.
구조 요소(structure element)가, 예를 들어 스트레스 및 열 보상(stress and thermal compensation)을 제공하고 광학 요소의 기계적 강도 및 곡률을 튜닝하는 목적을 위해 추가될 수 있다. 옵션으로서 그러한 구조 요소를 갖는 광학 요소는 출원 WO 2016009078(A1) "가변 구조 요소를 갖는 튜닝 가능 마이크로 렌즈(A tunable microlens with a variable structure element)"에 설명된 바와 같을 수 있으며, 이 출원 전체는 본 명세서에 참고로 포함된다.
'개구(aperture)'는 '광학 개구'와 교환 가능하게 사용되고, 이 분야에 일반적으로 알려져 있으며, 예를 들어 특히 가시광에 대한 광학적으로 투명한 개구로서 이해되어야 한다. 개구가 일반적으로 광학 기기에 들어갈 수 있는 광의 양을 제한하는 구멍인 것으로 이해되므로, 광학적으로 투명한 '개구'는 (불투명한 압전 액추에이터와 같은) 불투명한 재료에 의해 범위가 정해진다는 것이 더 이해된다.
일 실시예에서, 광학 렌즈가 제공되며, 상기 광학 렌즈는 (파장 범위 내에서 그리고 입사각 범위 내에서) 95% 이상, 예를 들어 98% 이상, 예를 들어 99% 이상의 평균 투과율을 갖는다. 이것의 이점은 광학 디바이스 요소를 통해 이동할 때 더 적은 광이 손실되는 것을 용이하게 하는 것일 수 있다. 일반적인 실시예들에서, 상기 광학 렌즈는 90% 이상, 예를 들어 92% 이상, 예를 들어 93% 이상, 예를 들어 94% 이상의 평균 투과율을 갖는다.
일 실시예에서, 광학 렌즈가 제공되며,
- 상기 광학 렌즈는 (파장 범위 내에서 그리고 입사각 범위 내에서) 95% 이상, 예를 들어 98% 이상의 평균 투과율을 갖고,
- 가시 범위에 걸친(예를 들어, 임의의 가시 파장에 대한) 최소 투과율이 94% 이상이고/이거나,
- 가시 범위에 걸친 평균 반사율(예를 들어, 파장 범위는 임의의 가시 파장으로 제한됨)은 2.5% 이하, 예를 들어 1% 이하이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소는 반사 요소이고, 휨 가능 커버 부재는 지지 구조물과 떨어져 대향하는 쪽 및/또는 지지 구조물에 대면하는 쪽에서 반사성을 갖는다.
'반사 요소'는 미러와 같이 입사 전자기 복사선을 반사하는 요소로 이해될 수 있다. '반사'는 (파장 범위 내에서 그리고 입사각 범위 내에서) 평균 반사율이 적어도 90%, 예를 들어 적어도 95%, 예를 들어 적어도 99%, 예를 들어 적어도 99.9%인 것으로 이해될 수 있다. 반사 요소의 이점은 반사 요소가 굴절 광학 요소에 비해 색 수차(chromatic aberration)를 덜 겪을 수 있다는 것일 수 있다. 반사 요소의 다른 이점은 굴절 광학 요소보다 상대적으로 가벼울 수 있다는 것이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 총 파면 에러(WFERMS)는 하나 이상의 압전 액추에이터들에 인가되는 40 볼트의 범위(예를 들어, 0-40 볼트), 예를 들어 100 볼트 범위(예를 들어, 0-100 볼트) 전반에서 60nm 이하, 예를 들어 50nm, 예를 들어 40nm, 예를 들어 30nm, 예를 들어 25nm, 예를 들어 20nm 이하이다. 총 WFERMS가 다른 파라미터의 범위 전반에서 임계치보다 낮다는 것은 총 WFERMS가 주어진 범위 내의 다른 파라미터의 임의의 값에 대해 임계치보다 낮다는 것으로 이해될 수 있다. 이 실시예의 가능한 이점은 개선된 이미지 품질이 초점 거리들의 범위 전반에서 달성될 수 있다는 것일 수 있다.
'총 파면 에러(WFERMS)'는 이 분야에 일반적으로 알려져 있고 그에 따라 이해되는 총 평균 제곱근(RMS) 파면 에러(WFERMS)로 이해된다.
총 파면 에러(WFE)는 주어진 결합(conjugation)(물체 및 이미지 포인트들)에 대해 정의된다.
파면 에러는 광빔의 각각의 포인트에 대해 정의된다. 이것은 실제(수차) 파면과 완전한 구 파면 사이의 광학 경로 차이이다. 이것은 일반적으로 나노미터(nm) 또는 마이크로미터(μm)로 표현되는 거리이다.
총 WFERMS는 주어진 결합(물체 및 이미지 포인트들)에 대해 정의된다. 이것은 아래 공식에서 설명되는 것처럼 이것이 계산되는 표면 상의 광빔의 단면에 대한 총 WFE의 평균 제곱근이다.
적분은 시스템의 출력 동공의 단면의 면적 A에 걸쳐 이루어진다. 총 WFERMS는 단일 값이다. 이것은 일반적으로 나노미터(nm) 또는 마이크로미터(μm)로 표현되는 거리이다.
총 WFERMS의 측정은 (본사 주소가 프랑스 오르세이인) 이매진 옵틱(Imagine Optic) 사의 HASO(상표)와 같은 샤크-하트만(Shack-Hartmann) 센서를 갖는 파면 측정 시스템을 사용하여 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 총 파면 에러(WFERMS)는 5 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 10 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 13 디옵터의 범위(예를 들어, [-3; +10] 디옵터) 전반에서, 예를 들어 28 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 30 디옵터의 범위(예를 들어, [-4; +26] 디옵터) 전반에서, 예를 들어 54 디옵터의 범위(예를 들어, [-4; +50] 디옵터) 전반에서 60nm 이하, 예를 들어 50nm, 예를 들어 40nm, 예를 들어 30nm, 예를 들어 25nm, 예를 들어 20nm 이하이다. 이 실시예의 가능한 이점은 개선된 이미지 품질이 초점 거리들의 범위 전반에서 달성될 수 있다는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 총 파면 에러(WFERMS)는 [1/x; 1/(x+5 미터)]의 초점 거리들의 범위 전반에서, 예를 들어 [1/x; 1/(x+10 미터)]의 초점 거리들의 범위 전반에서, 예를 들어 [1/x; 1/(x+13 미터)]의 초점 거리들의 범위 전반에서, 예를 들어 [-1/3 미터-1; +1/10 미터- 1]의 초점 거리들의 범위 전반에서, 예를 들어 [-1/4 미터-1; +1/26 미터-1]의 초점 거리들의 범위 전반에서, 예를 들어 [-1/4 미터-1; +1/50 미터-1]의 초점 거리들의 범위 전반에서 60nm 이하, 예를 들어 50nm, 예를 들어 40nm, 예를 들어 30nm, 예를 들어 25nm, 예를 들어 20nm 이하이고, 여기서 x는 임의로 선택된 길이이다. 실시예들에서, x는 -3m 또는 0m일 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 활성 영역은 광학 개구에 대응하고(예를 들어, 그와 동일하고), 예를 들어 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 활성 영역을 규정할 수 있으며, 예를 들어 광학 요소는 광학 렌즈이고, 휨 가능 커버 부재 상의 적어도 하나의 변형 가능 렌즈 보디의 광학 개구는 하나 이상의 압전 액추에이터들에 의해 둘러싸인다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702)는 20-60 GPa 이내의 영률을 갖는 유리와 같은 임의 타입의 유리와 같은 유리이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 총 파면 에러(WFERMS)는 630nm에서, 예를 들어 630nm의 파장에서 그리고 0도의 입사각에서 측정된다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며,
- 제1 및 제2 라인들이 교차하지 않거나 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는, 예를 들어 제1 라인이 완전히 제2 라인 안에 또는 완전히 제2 라인 밖에 있는 대응하는 광학 요소에 대한 하나 이상의 압전 액추에이터들에 인가되는 40 볼트의 범위(예를 들어, 0-40 볼트), 예를 들어 100 볼트의 범위(예를 들어, 0-100 볼트) 전반에서의 최대 총 파면 에러(WFERMS)는
- 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인이
○ 2개 이상의 위치에서 서로 교차하고/하거나
○ 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는
광학 요소에 대한 하나 이상의 압전 액추에이터들에 인가되는 40 볼트의 범위(예를 들어, 0-40 볼트), 예를 들어 100 볼트의 범위(예를 들어, 0-100 볼트) 전반에서의 최대 총 파면 에러(WFERMS)보다 적어도 10%, 예를 들어 20%, 예를 들어 30%, 예를 들어 40%, 예를 들어 50%, 예를 들어 100%, 예를 들어 250% 더 크다.
이 실시예에 따르면, 제1 및 제2 라인들이 교차하지 않거나 적어도 하나의 위치에서 평행 및 일치한다는 것 외에는 동등하게 유사한 ('대응하는 광학 렌즈'로 지칭되는) 광학 렌즈보다 낮은 총 WFERMS를 갖는 (광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인이 적어도 하나의 위치에서 평행 및 일치하고/하거나 서로 교차하는) 광학 렌즈가 제공된다. 따라서, 이 실시예에 따르면, 광학 렌즈는 하나 이상의 압전 액추에이터들의 배열이 총 WFERMS에 관하여 차이를 갖도록 배열되며, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인이 적어도 하나의 위치에서 평행 및 일치하고/하거나 서로 교차하도록 그리고 그에 따라 WFERMS가 감소되도록 배열된다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 지지 구조물의 내부 에지는 외접 직사각형 또는 정사각형이 2.5mm 이상, 예를 들어 2.8mm 이상, 예를 들어 3.0mm 이상, 예를 들어 3.5mm 이상, 예를 들어 3.8mm 이상, 예를 들어 4.0mm 이상, 예를 들어 4.5mm 이상, 예를 들어 5mm, 예를 들어 10mm의 최소 측면 길이를 갖는 구멍(opening)을 규정한다. '지지 구조물의 내부 에지'는 지지 구조물과 휨 가능 커버 부재 사이의 계면에서의 지지 구조물의 내부 에지로 이해될 수 있다. 지지 구조물의 내부 에지 및 외접 직사각형 양자는 광학 축에 수직인 평면에서 관찰되는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 요소의 두께는 1mm 이하, 예를 들어 700 마이크로미터 이하, 예를 들어 500 마이크로미터 이하, 예를 들어 450 마이크로미터 이하, 예를 들어 425 마이크로미터 이하, 예를 들어 400 마이크로미터 이하이다. 작은 두께를 갖는 것의 가능한 이점은 이것이 매우 작은 수직 풋프린트를 갖는 광학 렌즈를 가능하게 한다는 것이다. 이러한 작은 수직 풋프린트는 또한 옵션으로서 오늘날 현재 허용되는 것보다 작은 수직 풋프린트를 갖는 더 얇은 광학 디바이스, 예를 들어 카메라를 가능하게 할 수 있으며, 이것은 또한 더 얇은 디바이스, 예를 들어 이동 전화에 통합될 수 있다. '광학 렌즈의 두께'는 광학 축에 평행한 방향에서의 광학 길이의 치수(예를 들어, 광학 축에 대하여 직교하고 광학 렌즈의 양측에 배치되는 2개의 평면 사이의 거리)로 이해될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 렌즈인 광학 요소가 제시되며, 상기 두께는 광학 축에 직교하고,
- 커버 부재로부터 가장 멀리 떨어진 다음의 포인트들 중 어느 하나(예를 들어, 상기 포인트는 압전 액추에이터에 대해 커버 부재의 반대쪽에 있음):
○ 커버 부재로부터 가장 멀리 떨어진 지지 구조물 상의 포인트, 또는
○ 커버 부재로부터 가장 멀리 떨어진 렌즈 보디(lens body)(또는 렌즈 보디 상의 후방 창(back window)) 상의 포인트
를 포함하는 평면으로부터
광학 축에 직교하고,
- 커버 부재로부터 가장 멀리 떨어진 (옵션으로서 전기 콘택 요소를 포함하는) 하나 이상의 압전 액추에이터들 상의 포인트들
을 포함하는 평면까지의 거리에 대응한다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 지지 구조물의 내부 에지는 외접 정사각형 또는 외접 직사각형이 제공될 수 있는 구멍을 규정하고, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은 하나의 위치에서 평행 및 일치하거나 교차하며, 상기 하나의 위치에 대해,
a. 외접 정사각형 또는 외접 직사각형의 가장 가까운 쪽의 중앙으로부터
b. 외접 정사각형 또는 외접 직사각형의 가장 가까운 쪽으로의 상기 위치의 투영까지의 거리는 외접 정사각형 또는 외접 직사각형의 측면 길이의 절반의 [10; 90]%의 범위 이내, 예를 들어 외접 정사각형 또는 외접 직사각형의 측면 길이의 절반의 [15; 85]%의 범위 이내, 예를 들어 [20; 80]%의 범위 이내, 예를 들어 [25; 75]%의 범위 이내, 예를 들어 [30; 70]%의 범위 이내, 예를 들어 [40; 60]%의 범위 이내, 예를 들어 [45; 60]%의 범위 이내, 예를 들어 [50; 55]%의 범위 이내이다. 이 실시예의 가능한 이점은 이 실시예가 광학 렌즈의 디옵터들의 범위 전반에서 특정 평균(particularly average) 총 WFERMS, 예를 들어 비교적 작은(또는 최소) 총 WFERMS(예를 들어, 여기서 "비교적"은 상기 거리가 상기 범위 밖에 있는 대응하는 광학 요소의 경우에 평균 총 WFERMS에 대한 것임)와 같은 특정 평균 총 WFERMS의 달성을 가능하게 한다는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 하나 이상의 압전 액추에이터들은 광학 활성 영역을 규정하는데, 예를 들어 광학 활성 영역을 에워싸거나 둘러싸도록 배열된다. 일 실시예에서, 광학 렌즈인 광학 요소가 제시되며, 광학 축은 변형 가능 투명 렌즈 보디 및 커버 부재와 교차한다. 일 실시예에서, 광학 렌즈인 광학 요소가 제시되며, 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디는 폴리머, 예를 들어 고체 폴리머, 예를 들어 고체 폴리머로 구성된 변형 가능 투명 렌즈 보디를 포함한다. 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디는 고체 폴리머와 같은 폴리머를 포함하며, 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디는 적어도 10 wt%(중량 퍼센트), 예를 들어 적어도 25 wt%, 예를 들어 적어도 50 wt%, 예를 들어 적어도 75 wt% 고체 폴리머를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 렌즈인 광학 요소가 제시되며, 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디는 가교 결합되거나 부분적으로 가교 결합된 폴리머들의 폴리머 네트워크 및 혼화성 오일 또는 오일들의 조합을 포함한다. 일 실시예에서, 광학 렌즈인 광학 요소가 제시되며, 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디는 300 Pa보다 큰 탄성 계수, 1.35 위의 굴절률 및 밀리미터 두께당 10% 미만의 가시 범위에서의 흡광도(absorbance)를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 개구와 같은 광학 활성 영역의 직경은 10mm 이하, 예를 들어 7.5mm 이하, 예를 들어 5mm 이하(예를 들어 [0.5; 4.0]mm), 예를 들어 2.5mm 이하(예를 들어 [2.0-2.4]mm), 예를 들어 1.9mm 이하, 예를 들어 1.55mm 이하, 예를 들어 1mm 이하이다. 작은 직경을 갖는 것의 가능한 이점은 이것이 최종 응용 디바이스(예를 들어 카메라)에서 매우 작은 영역을 이용할 수 있고/있거나, 작은 크기가 추가 기능(예를 들어, 3D 이미징)을 위해 다수의 위치에 설치될 수 있는 것을 용이하게 하는 광학 렌즈의 제공을 가능하게 한다는 것이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 광학 활성 영역의 직경은 1mm 이상, 예를 들어 1.55mm 이상, 예를 들어 1.9mm 이상, 예를 들어 2mm 이상, 예를 들어 2.5mm 이상이다. 큰 직경을 갖는 것의 가능한 이점은 이것이 많은 양의 광의 제공을 가능하게 한다는 것이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 하나 이상의 압전 액추에이터들 및 휨 가능 커버 부재는 하나 이상의 압전 액추에이터들이 작동시에, 예를 들어 5 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 10 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 13 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어, [-3; +10] 디옵터의 범위 전반에서), 예를 들어 28 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 30 디옵터의 범위(예를 들어, [-4; +26] 디옵터) 전반에서, 예를 들어 54 디옵터의 범위(예를 들어, [-4; +50] 디옵터) 전반에서 휨 가능 커버 부재를 직접 변형하도록 배열된다. "직접"은 예를 들어 그 전체가 본 명세서에 참고로 통합되는 참고 문헌 US 2010/182703 A1에서의 경우와 같이 휨 가능 커버 부재의 변형이 압축 불가 요소(예를 들어, 유체)와 같은 제3 요소에 의존하지 않도록 하나 이상의 액추에이터들이 휨 가능 커버 부재에 대해 배열된다는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 휨 가능 커버 부재는 측벽의 내부 에지들을 넘어 연장된다. 측벽의 내부 에지들은 광학 요소가 광학 렌즈인 경우에 변형 가능 렌즈 보디에 대면하는 측벽의 표면과 같은 측벽의 표면에 대응하는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 휨 가능 커버 부재는 광학 축(및 옵션으로서 변형 가능 렌즈 보디)에 대면하는 측벽의 표면과 같은 대면하는 측벽의 표면보다 광학 축으로부터 더 멀리 연장된다. 이것의 가능한 이점은 하나 이상의 압전 액추에이터들이 외팔보 원리를 이용하여 액추에이터가 존재하지 않는 개구와 같은 광학 활성 영역에서도 최대 곡률 반경을 증가시키도록 배열될 수 있는 것을 가능하게 한다는 것이다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 휨 가능 커버 부재는 적어도 10 GPa, 예를 들어 10-100 GPa 이내, 예를 들어 20-60 GPa 이내의 영률을 갖는 재료를 포함하며, 예를 들어 그러한 재료로 구성된다. 이것의 이점은 (비교적 단단한 커버 부재와 같이) 하나 이상의 압전 액추에이터들이 개구와 같은 광학 활성 영역을 규정하는 것을 가능하게 하거나 용이하게 하면서도, 하나 이상의 압전 액추에이터들로 개구(압전 액추에이터가 존재하지 않음)와 같은 광학 활성 영역에서 커버 부재를 성형하는 것을 가능하게 한다는 것일 수 있다.
휨 가능 커버 부재는 (광학 요소인 광학 렌즈인 경우) 휨 가능 투명 커버 부재일 수 있으며, 더 구체적으로는
- 광에 대한 98% 이상의 투과율 및/또는
- 20 MPa 이하의 스트레스
를 가질 수 있다. 이것은 예를 들어 휨 가능 투명 커버 부재가 유리로 제조되는 경우에 실현될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 요소가 제시되며, 하나 이상의 압전 액추에이터들은
- 수치적으로 20 pC/N 이상, 예를 들어 바람직하게는 수치적으로 50 pC/N 이상, 예를 들어 바람직하게는 수치적으로 100 pC/N 이상, 예를 들어 음이고, 수치적으로 100 pC/N 이상, 예를 들어 바람직하게는 수치적으로 200 pC/N 이상의 횡 압전 계수(transverse piezo coefficient)(|d31|), 및/또는
- 수치적으로 20 pC/N 이상, 예를 들어 바람직하게는 수치적으로 50 pC/N 이상, 예를 들어 수치적으로 100 pC/N 이상, 예를 들어 양이고, 수치적으로 100 pC/N 이상, 예를 들어 수치적으로 바람직하게는 <200 pC/N 이상의 종 압전 계수(|d33|)
를 갖는 재료를 포함한다. '수치적으로(numerically)'는 절대값으로 이해되며, 예를 들어 -250은 ]-250; +250[ 범위 내의 임의의 숫자보다 수치적으로 크다. 일 실시예에서, 재료는 납 지르코네이트 티타네이트(PZT)와 같은 강유전성 재료로 선택된다. 이것의 이점은 이러한 재료의 큰 압전 작동 효과일 수 있다.
일 실시예에서 광학 렌즈가 제시되며, 배율(magnification)은 2 디옵터보다 큰, 예를 들어 3 디옵터 이상, 예를 들어 4 디옵터 이상, 예를 들어 5 디옵터 이상, 예를 들어 6 디옵터 이상, 예를 들어 7.5 디옵터 이상, 예를 들어 10 디옵터 이상, 예를 들어 12.5 디옵터 이상, 예를 들어 14 디옵터 이상, 예를 들어 16 디옵터 이상, 예를 들어 20 디옵터 이상에 걸치는 범위, 예를 들어 [-10; +20] 디옵터의 범위 전반, 예를 들어 28 디옵터의 범위 전반, 예를 들어 30 디옵터의 범위(예를 들어 [-4; +26] 디옵터) 전반, 예를 들어 54 디옵터의 범위(예를 들어 [-4; +50] 디옵터) 전반에서 하나 이상의 압전 액추에이터들의 작동에 의해 튜닝 가능하다. 일반적으로, 걸치는 범위는 0 디옵터, 예를 들어 0-5 디옵터에 걸치는 범위, 예를 들어 0-6 디옵터 이상, 예를 들어 0-7.5 디옵터 이상, 예를 들어 0-10 디옵터 이상, 예를 들어 0-12.5 디옵터 이상, 예를 들어 0-14 디옵터, 예를 들어 0-16 디옵터, 예를 들어 0-20 디옵터, 예를 들어 28 디옵터의 범위 전반, 예를 들어 30 디옵터의 범위(예를 들어 [-4; +26] 디옵터) 전반, 예를 들어 54 디옵터의 범위(예를 들어 [-4; +50] 디옵터) 전반에서의 배율을 포함할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 걸치는 범위는 0 디옵터 및 0의 양쪽의 범위, 예를 들어 ±2.5 에서/까지의 범위(즉, -2.5 디옵터에서 2.5 디옵터까지), 예를 들어 ±6 디옵터 이상, 예를 들어 ±7.5 디옵터 이상, 예를 들어 ±10 디옵터 이상, 예를 들어 ±12.5 이상, 예를 들어 ±14 디옵터, 예를 들어 ±16 디옵터, 예를 들어 ±20 디옵터, 예를 들어 [-4; +26] 디옵터, 예를 들어 [-4; +50] 디옵터의 배율을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 이전 청구항들 중 어느 한 항에 따른 광학 요소를 제조하는 방법이 제시되며, 상기 방법은:
- 증착에 의해 휨 가능 커버 부재 상에 하나 이상의 압전 액추에이터들을 제공하는 단계를 포함한다. 이 실시예의 가능한 이점은 본 발명의 광학 렌즈가 제1 및 제2 라인들 사이의 관계를 이용하고, 이 관계가 제2 라인의 소정의 형상을 구현함으로써 충족될 수 있고, 이 형상이 단지 제조 동안 적절한 증착 마스크 및/또는 적절한 에칭 마스크를 구현함으로써 실현될 수 있다는 것일 수 있다.
제3 양태에 따르면,
a. 제1 양태에 따른 광학 요소, 또는
b. 제2 양태에 따라 제조된 바와 같은 광학 요소를 포함하는 카메라가 제공된다.
더 일반적인 실시예에서,
a. 제1 양태에 따른 광학 요소, 또는
b. 제2 양태에 따라 제조된 바와 같은 광학 요소를 포함하는 광학 디바이스가 제공되며,
광학 디바이스는 스캐너, 카메라, 가변 광학 튜너 또는 감쇠기(attenuator), 아이리스(iris), 광학 이미지 안정화(OIS) 유닛, 줌 렌즈, 광각 렌즈, 바코드 판독기, 내시경, 프로젝터 또는 원하는 효과(예를 들어, 이미징)를 생성하기 위해 광을 체계화하는 임의의 디바이스를 포함하는, 예를 들어 그들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 임의의 하나의 광학 디바이스일 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 하나 이상의 이미지들을 얻기 위한
a. 제1 양태에 따른 광학 요소, 또는
b. 제2 양태에 따라 제조된 바와 같은 광학 요소
의 사용이 제공된다. 대안 실시예들에서, 언급된 광학 요소는 바코드 및/또는 망막과 같은 식별 마크를 스캐닝하거나 특정 파장의 광을 감쇠시키는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 양태는 각각 나머지 양태들 중 임의의 것과 결합될 수 있다. 본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이하에 설명되는 실시예들로부터 명백할 것이고, 그들을 참조하여 설명될 것이다.
이제, 본 발명에 따른 광학 요소, 방법, 광학 디바이스 및 사용이 첨부된 도면들과 관련하여 더 상세히 설명될 것이다. 도면들은 본 발명을 구현하는 하나의 방식을 도시하며, 첨부된 청구항 세트의 범위 내에 속하는 다른 가능한 실시예들로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 렌즈의 사시도이다.
도 2는 복수의 실시예들의 개략 평면도이다.
도 3은 복수의 실시예들에 대한 총 WFERMS를 나타내는 그래프이다.
도 4는 복수의 실시예들에 대한 테트라포일(tetrafoil) WFE를 나타내는 그래프이다.
도 5-6은 광학 렌즈를 갖는 실시예들의 측면도들이다.
도 7은 반사 요소를 갖는 실시예의 측면도이다.
도 8은 예 A의 개략 평면도이다.
도 9는 지시된 치수들을 갖는 예 A의 개략 평면도이다.
도 10은 실시예 B의 개략 평면도이다.
도 11은 지시된 치수들을 갖는 실시예 B의 개략 평면도이다.
도 12는 실시예 C의 개략 평면도이다.
도 13은 지시된 치수들을 갖는 실시예 C의 개략 평면도이다.
도 14는 실시예 D의 개략 평면도이다.
도 15는 지시된 치수들을 갖는 실시예 D의 개략 평면도이다.
도 16은 예 E의 개략 평면도이다.
도 17은 지시된 치수들을 갖는 예 E의 개략 평면도이다.
도 18은 실시예 C의 변형예의 개략 평면도이다.
도 19는 실시예 D의 변형예의 개략 평면도이다.
도 20은 실시예 E의 변형예의 개략 평면도이다.
도 21은 복수의 예들 및 실시예들(예들 A 및 D 및 실시예들 B-C-D)에 대한 총 WFERMS를 나타내는 그래프이다.
도 22는 복수의 예들 및 실시예들(예들 A 및 D 및 실시예들 B-C-D)에 대한 테트라포일 WFE를 나타내는 그래프이다.
도 23은 복수의 예들 및 실시예들(예들 A 및 D 및 실시예들 B-C-D)에 대한 광학 출력을 나타내는 그래프이다.
일반적으로, '위' 또는 '아래' 또는 '상부' 또는 '하부'라는 용어를 사용할 때와 같이 방향이 암시될 때, 일반적으로 양의 방향은 지지 구조물로부터 커버 부재로의 광학 축에 평행한 방향으로 정의되는 것으로 이해된다. 예를 들어, 커버 부재는 지지 구조물 상부와 같이 지지 구조물 위에 있다.
도 1은 광학 요소, 더 구체적으로는 일 실시예에 따른 광학 렌즈, 더 구체적으로는 200-800 마이크로미터 범위의 두께(122) 및 100-500 마이크로미터 범위의 폭(124)을 갖는 (광학 축(110)에 대면하는 측벽(112)을 갖는) 지지 구조물(101), (본 실시예에서 유리인) 휨 가능 투명 커버 부재(102), (하나 이상의 압전 액추에이터들에 대한) 하부 전극(103), 압전 활성 재료(104) 및 (하나 이상의 압전 액추에이터들에 대한) 상부 전극(105)의 사시도이다. (광학 축과 평행한 방향을 따라) 평면도에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들의 위치는 하부 전극(103), 압전 활성 층(104) 및 상부 전극(105) 모두 사이에 오버랩이 존재하는 위치들로서 정의되는 것으로 이해될 수 있다(이들 위치에서만 압전 활성 층이 작동될 수 있다는 점에 유의한다). 도면은 투명한 변형 가능 렌즈 보디(107)(본 실시예에서 폴리머임), 투명한 후방 창(106)(렌즈 보디(107) 상에 배치됨), 지지 구조물(101) 내의 공동(108)(공동(108)은 광학 축(110)을 포함하고, 광학 축(110)으로부터 멀어지는 방향에서 측벽(112)에 의해 범위가 정해짐), 하부 전극(103)의 표면으로 또는 상부 전극(105)의 표면으로 투영되는 (지지 구조물(101)과 휨 가능 투명 커버 부재(102) 사이의 계면에 있는) 지지 구조물(101)의 내부 에지(109)를 더 도시한다. 현재 도시된 실시예에서, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)(본 실시예에서는, 절단 부분으로 인해 볼 수 없지만, 광학 축(110) 및 광학 개구(111)를 완전히 둘러싸는 폐쇄 링을 형성하는 단일 압전 액추에이터임)은 제1 라인을 정의하고, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 지지 구조물(101)과 휨 가능 투명 커버 부재(102) 사이의 계면에 있는 지지 구조물의 내부 에지(109)는 제2 라인을 정의하며, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은 8개의 위치(이들 중 6개의 위치만이 도시되지만, 마지막 2개는 절단 부분에 배치됨)에서 서로 교차한다는 것을 알 수 있다.
도 2는 일례(예 E)의 평면도이고, 복수의 실시예들(실시예들 B, C 및 D) 및 다른 예(예 A)를 더 나타낸다. 도면은 (도 8-20과 유사하게) 광학 요소의 1/4 및 (1.05mm의 반경(114)을 갖는) 광학 개구의 1/4을 나타내고, (반폭(116)의 2배에 대응하는) 전체 폭은 3.7mm이다(광학 축은 용지의 평면에 직각인 방향으로 좌하 코너와 교차하고, 나머지 3/4은 광학 축 주위에서 90도, 180도 및 270도 회전되었지만 동일하다). 하부 전극(103)(도 8-20에 도시되지 않음), 지지 구조물의 내부 에지(109), 렌즈 보디(107)의 위치의 윤곽, 투명 후방 창(106)의 위치의 윤곽과 같은 도 2의 일부 특징들은 (도 8-20과 유사하게) 도 1의 사시도의 평면도에 대응한다. 도 2는 (도 18-20과 유사하게) (외부 에지(215E)를 나타내는 풀 도시된(full drawn) 라인 및 외부 에지들(215A-D)을 나타내는 점선들에 의해 지시되는 바와 같은) 복수의 상이한 가능한 제1 라인을 더 도시한다. 반폭(116)은 스케일 바(scalebar)로서 취해질 수 있고, 발췌는 그의 폭만큼 높으며, 따라서 도면은 정확한 치수들을 나타내고 있다는 점에 더 유의한다.
도시된 예 E에서, 상부 전극(105)은 압전 활성 층과 일치하고, 상부 전극(105)의 외부 에지(215E)는 또한 제1 라인과 일치한다. 도면은 외부 에지(215E)가 어떠한 위치(제2 라인에 의해 둘러싸인 영역 밖과 같이 완전히 밖에 있음)에서도 제2 라인(109)과 교차하지도 않고 평행 및 일치하지도 않는다는 것을 나타낸다.
도면은 (점선들(215A-D)을 통해) 상부 전극(105)(및 압전 활성 층) 및 제1 라인에 대한 다른 가능한 시나리오들을 나타낸다.
(점선 A를 통해) 지시된 예 A에서, 상부 전극은 압전 활성 층과 일치하고, 상부 전극의 외부 에지(215A)는 또한 제1 라인과 일치한다. 도면은 외부 에지(215A)가 어떠한 위치(완전히 내부에 있음)에서도 제2 라인(109)과 교차하지도 평행 및 일치하지도 않는다는 것을 나타낸다.
(점선 B 및 C를 통해) 지시된 실시예 B 및 C에서, 상부 전극은 압전 활성 층과 일치하고, 상부 전극의 외부 에지들(215B, 215C)은 또한 제1 라인과 일치한다. 도면은 외부 에지들(215B, 215C) 각각이 1/4 내의 2개의 위치(양자는 안과 밖에 있음), 즉 총 8개의 위치에서 제2 라인(109)과 교차한다는 것을 나타낸다.
(점선 D를 통해) 지시된 실시예 D에서, 상부 전극은 압전 활성 층과 일치하고, 상부 전극의 외부 에지(215D)는 또한 제1 라인과 일치한다. 도면은 외부 에지(215D)가 1/4(즉, 코너) 내의 하나의 위치(그외에는 완전히 밖에 있음)에서, 즉 총 4개의 위치에서 제2 라인(109)과 평행하고 일치한다는 것을 나타낸다. (제2 라인과 평행 및 일치하지 않는 제1 라인과 같은) 나머지 제1 라인은 제2 라인에 의해 둘러싸인 영역 밖에 있다.
또한, 지지 구조물의 내부 에지(109)는 외접 정사각형이 제공될 수 있는 개구를 규정하고, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은 하나의 위치에서 평행 및 일치하거나 교차하며, 상기 하나의 위치에 대해,
a. 외접 정사각형의 가장 가까운 쪽의 중앙으로부터
b. 외접 정사각형의 가장 가까운 쪽으로의 상기 위치의 투영까지의 거리는 3개의 실시예에 대해 외접 정사각형의 측면 길이의 절반의 43%(실시예 B), 54%(실시예 C) 및 85%(실시예 D)라는 것을 알 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 예 A 및 E 및 실시예 B-D에 대한 하나 이상의 압전저항 액추에이터들(piezoresistive actuators)에 인가된 전압(범위 0-40 볼트)의 함수로서의 총 WFERMS(범위 0-80nm)를 나타내는 시뮬레이션 데이터를 갖는 그래프이다. 더 구체적으로는, 예 A(채워진 원을 마커로서 갖는 풀 도시된 곡선), 실시예 B(채워진 삼각형을 마커로서 갖는 점선), 실시예 C(비어 있는 다이아몬드를 마커로서 갖는 쇄선), 실시예 D(크로스를 마커로서 갖는 점선) 및 예 E(채워진 정사각형을 마커로서 갖는 풀 도시된 라인)에 대한 그래프이다. 도면은 모든 곡선이 일부 포인트들에서 WFERMS의 낮은 값을 나타내지만, 실시예 B-D만이 도시된 범위 전반에서 60nm 아래로 유지된다는 것을 보여준다.
도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 예 A 및 E 및 실시예 B-D에 대한 하나 이상의 압전저항 액추에이터들에 인가된 전압(범위 0-40 볼트)의 함수로서의 테트라포일(tetrafoil) WFE(범위 -80nm 내지 +60nm)를 나타내는 시뮬레이션 데이터를 갖는 그래프이다. 더 구체적으로는, 예 A(채워진 원을 마커로서 갖는 풀 도시된 곡선), 실시예 B(채워진 삼각형을 마커로서 갖는 풀 도시된 곡선), 실시예 C(비어 있는 다이아몬드를 마커로서 갖는 풀 도시된 곡선), 실시예 D(크로스를 마커로서 갖는 풀 도시된 곡선) 및 예 E(채워진 정사각형을 마커로서 갖는 풀 도시된 라인)에 대한 그래프이다. 도면은 모든 실시예 B-D가 범위 0-40 볼트 전반에서 (절대값으로) 예 A 및 E 아래로 유지된다는 것을 보여준다. 테트라포일 WFE에 대한 낮은 기여는 본 발명의 실시예들이 낮은 총 WFERMS를 산출하는 이유를 적어도 부분적으로 설명할 수 있다.
도 5-6은 (광학 축(510)에 대면하는 측벽(512)을 갖는) 지지 구조물(501), 휨 가능 투명 커버 부재(502), 압전 액추에이터(504), 투명한 변형 가능 렌즈 보디(507), 투명 후방 창(506), 지지 구조물(501) 내의 공동(508), 광학 축(510) 및 광학 개구(511)를 포함하는 광학 렌즈를 갖는 실시예(500, 600)의 측면도들이다.
도 5에서, 두께(518)는
- 커버 부재로부터 가장 멀리 떨어진 지지 구조물 상의 포인트로부터
- 커버 부재로부터 가장 멀리 떨어진 (옵션으로서 전기 콘택 요소를 포함하는) 하나 이상의 압전 액추에이터들 상의 포인트까지의 거리에 대응한다.
도 6에서, 두께(618)는
- 커버 부재에서 가장 멀리 떨어진 렌즈 보디(또는 렌즈 보디 상의 후방 창) 상의 포인트로부터
- 커버 부재로부터 가장 멀리 떨어진 (옵션으로서 전기 콘택 요소를 포함하는) 하나 이상의 압전 액추에이터들 상의 포인트까지의 거리에 대응한다.
도 7은 반사 요소를 갖는 실시예(700)의 측면도이다. 반사 실시예(700)는 렌즈 보디 및 후방 창이 없고, 커버 부재(702)가 일측 또는 양측(예를 들어, 상부 및/또는 하부 측)에서 반사성을 가져서 광(720)이 일측 또는 양측에서 반사될 수 있다는 점 외에는 도 5-6에 도시된 실시예(500, 600)와 유사하다.
도 8-20 각각에서, 주어진 임의의 치수(단위 없이 주어지는 도면의 치수에 대한 숫자는 밀리미터로 단위로 주어짐)는 스케일 바로서 취해질 수 있고, 각각의 도면 발췌는 그의 폭만큼 높으며, 따라서 도면은 정확한 치수들을 나타내고 있다는 점에 더 유의한다.
도 8은 예 A만을 도시한다는 것을 제외하고는 도 2와 유사한 예 A의 개략 평면도이다.
도 9는 치수가 표시된 예 A의 개략 평면도이다. 도면은 예 A의 제1 라인이 직경 1.6mm를 갖는 원형임을 보여준다.
도 10은 실시예 B만을 도시한다는 것을 제외하고는 도 2와 유사한 실시예 B의 개략 평면도이다.
도 11은 치수가 표시된 실시예 B의 개략 평면도이다. 도면은 실시예 B의 제1 라인이 직경 1.895mm를 갖는 원형임을 보여준다.
도 12는 실시예 C만을 도시한다는 것을 제외하고는 도 2와 유사한 실시예 C의 개략 평면도이다.
도 13은 치수가 표시된 실시예 C의 개략 평면도이다. 도면은 실시예 C의 제1 라인이 원형으로 둥근 코너를 갖는 정사각형임을 보여준다.
도 14는 실시예 D만을 도시하는 것을 제외하고는 도 2와 유사한 실시예 D의 개략 평면도이다.
도 15는 치수가 표시된 실시예 D의 개략 평면도이다. 도면은 실시예 D의 제1 라인이 원형으로 둥근 코너를 갖는 정사각형임을 보여준다.
도 16은 단지 예 E만을 도시한다는 것을 제외하고는 도 2와 유사한 예 E의 개략 평면도이다.
도 17은 치수가 표시된 예 E의 개략 평면도이다.
도 18은 실시예 C의 변형예의 개략 평면도이다.
도 19는 실시예 D의 변형예의 개략 평면도이다.
도 20은 실시예 E의 변형예의 개략 평면도이다.
도 18-20은 각각 실시예 C, D 및 E 각각의 변형예에 각각 대응하므로 각각 실시예 C', D '및 E'로 지칭될 수 있는 실시예의 개략 평면도를 도시하며, (예를 들어, 도 2의 하부 전극(103)으로 도시된) 하부 전극은 압전 활성 층을 넘어 연장되지 않는다. 이것은 총 WFERMS를 최소화하는 효과를 변경하지 않는다.
도 21은 복수의 예 및 실시예(예 A 및 D 및 실시예 B-C-D)에 대한 총 WFERMS를 나타내는 그래프이다. 도 21은 더 넓은 범위의 전압(0-50V)에 걸친다는 점 외에는 도 3과 유사하다.
도 22는 복수의 예 및 실시예(실시예 A 및 D 및 실시예 B-C-D)에 대한 테트라포일 WFE를 나타내는 그래프이다. 도 22는 더 넓은 범위의 전압(0-50V)에 걸친다는 점 외에는 도 3과 유사하다.
도 23은 복수의 예 및 실시예(예 A 및 D 및 실시예 B-C-D)에 대한 광학 파워(디옵터 [dpt] 단위)를 나타내는 그래프이다.
실시예들 또는 대안 실시예들 E1-E15에서, 다음이 제시된다.
E1. 광학 요소(100, 500, 600, 700)로서,
- 측벽(112, 512)을 갖는 지지 구조물(101, 501),
- 측벽(112, 512)에 부착된 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702),
- 상기 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702)를 원하는 형상으로 성형하도록 배열된 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)
을 포함하며,
상기 광학 요소(100, 500, 600, 700)는 광학 축(110, 510)을 갖는 광학 활성 영역(111, 511)을 포함하고,
- 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)의 외부 에지(215A-E)는 제1 라인을 규정하고,
- 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 지지 구조물(101, 501)과 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702) 사이의 계면에서의 지지 구조물(101, 501)의 내부 에지(109)는 제2 라인을 규정하며,
광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은
- 둘 이상의 위치에서 서로 교차하고/하거나,
- 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E2. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 광학 요소는,
- 지지 구조물의 측벽(101, 501)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디(107, 507)를 포함하는 굴절 렌즈이고,
휨 가능 커버 부재(102, 502)는,
○ 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디(107, 507)의 표면에 부착되는 휨 가능 투명 커버 부재인 광학 요소(100, 500, 600).
E3. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 광학 요소는 반사 요소이고, 휨 가능 커버 부재(702)는 지지 구조물과 떨어져 대향하는 쪽에서 그리고/또는 지지 구조물에 대면하는 쪽에서 반사성을 갖는 광학 요소(700).
E4. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 총 파면 에러(WFERMS)가 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)에 인가되는 40 볼트의 범위(예를 들어, 0-40 볼트), 예를 들어 100 볼트 범위(예를 들어, 0-100 볼트) 전반에서 60nm 이하, 예를 들어 50nm, 예를 들어 40nm, 예를 들어 30nm, 예를 들어 25nm, 예를 들어 20nm 이하인 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E5. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 총 파면 에러(WFERMS)가 5 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 10 디옵터의 범위 전반에서, 예를 들어 13 디옵터의 범위 전반에서 60nm 이하, 예를 들어 50nm, 예를 들어 40nm, 예를 들어 30nm, 예를 들어 25nm, 예를 들어 20nm 이하인 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E6. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서,
- 제1 및 제2 라인들이 교차하지 않거나 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는 대응하는 광학 요소에 대한 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)에 인가되는 40 볼트의 범위, 예를 들어 100 볼트의 범위 전반에서의 최대 총 파면 에러(WFERMS)가
- 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인이
○ 2개 이상의 위치에서 서로 교차하고/하거나 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는 광학 요소에 대한 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)에 인가되는 40 볼트의 범위, 예를 들어 100 볼트의 범위 전반에서의 최대 총 파면 에러(WFERMS)보다
적어도 10%, 예를 들어 20%, 예를 들어 30%, 예를 들어 40%, 예를 들어 50%, 예를 들어 100%, 예를 들어 250% 더 큰 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E7. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 지지 구조물(101, 501)의 내부 에지(109)는 외접 직사각형 또는 정사각형이 2.5mm 이상, 예를 들어 2.8mm 이상, 예를 들어 3.0mm 이상, 예를 들어 3.5mm 이상, 예를 들어 3.8mm 이상, 예를 들어 4.0mm 이상, 예를 들어 4.5mm 이상, 예를 들어 5mm, 예를 들어 10mm의 최소 측면 길이를 갖는 구멍을 규정하는 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E8. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 광학 요소의 두께(518, 618)가 1mm 이하, 예를 들어 700 마이크로미터 이하, 예를 들어 500 마이크로미터 이하, 예를 들어 450 마이크로미터 이하, 예를 들어 425 마이크로미터 이하, 예를 들어 400 마이크로미터 이하인 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E9. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 지지 구조물(101, 501)의 내부 에지(109)는 외접 정사각형이 제공될 수 있는 구멍을 규정하고, 광학 축과 평행한 방향에서 관찰된 바와 같은 제1 라인 및 제2 라인은 하나의 위치에서 평행 및 일치하거나 교차하며, 상기 하나의 위치에 대해,
a. 외접 정사각형의 가장 가까운 쪽의 중앙으로부터
b. 외접 정사각형의 가장 가까운 쪽으로의 상기 위치의 투영까지의 거리는 외접 정사각형의 측면 길이의 절반의 [10; 90]%의 범위 이내, 예를 들어 외접 정사각형의 측면 길이의 절반의 [15; 85]%의 범위 이내, 예를 들어 [20; 80]%의 범위 이내, 예를 들어 [25; 75]%의 범위 이내, 예를 들어 [30; 70]%의 범위 이내, 예를 들어 [40; 60]%의 범위 이내, 예를 들어 [45; 60]%의 범위 이내, 예를 들어 [50; 55]%의 범위 이내인 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E10. 실시예 E2에 있어서, 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디는 고체 폴리머와 같은 폴리머를 포함하는 광학 렌즈(100, 500, 600).
E11. 실시예 E2 또는 E10에 있어서, 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디는 300 Pa보다 큰 탄성 계수, 1.35 위의 굴절률 및 밀리미터 두께당 10% 미만의 가시 범위에서의 흡광도를 가질 수 있는 광학 렌즈(100, 500, 600).
E12. 전술한 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 광학 활성 영역의 직경은 10mm 이하, 예를 들어 7.5mm 이하, 예를 들어 5mm 이하, 예를 들어 2.5mm 이하, 예를 들어 1.55mm 이하, 예를 들어 1mm 이하인 광학 요소(100, 500, 600, 700).
E13. 전술한 실시예들 중 어느 하나의 광학 요소(100, 500, 600, 700)를 제조하기 위한 방법으로서,
- 증착에 의해 하나 이상의 압전 액추에이터들(103, 104, 105)을 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702) 상에 제공하는 단계를 포함하는 방법.
E14. 카메라로서,
a. 실시예 E1-E12 중 어느 하나의 광학 요소(100, 500, 600, 700), 또는
b. 실시예 E13에 따라 제조된 광학 요소(100, 500, 600, 700)
를 포함하는 카메라.
E15. 하나 이상의 이미지들을 획득하기 위한
a. 실시예 E1-E12 중 어느 하나의 광학 요소(100, 500, 600, 700), 또는
b. 실시예 E13에 따라 제조된 광학 요소(100, 500, 600, 700)
의 사용.
상기 실시예들 또는 대안 실시예들 E1-E15에 대해, 전술한 '실시예들'에 대한 참조는 실시예 E1-E15 내의 전술한 실시예들을 참조할 수 있음을 이해할 수 있다.
본 발명은 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 이것은 결코 제시된 예들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 세트 의해 정해진다. 청구항들과 관련하여, "포함하는(comprising)" 또는 "포함한다"라는 용어는 다른 가능한 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 또한, 단수("a" 또는 "an" 등)와 같은 참조들의 언급은 복수를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 도면에 표시된 요소에 대한 청구항들에서의 참조 부호의 사용도 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 상이한 청구항들에서 언급된 개별적인 특징들은 가능하게는 유리하게 결합될 수 있고, 상이한 청구항들에서 이러한 특징들의 언급은 특징들의 조합이 가능하지 않고 유리하지 않다는 것을 배제하지 않는다.

Claims (30)

  1. 광학 요소(100, 500, 600, 700)로서:
    - 측벽(112, 512)을 갖는 지지 구조물(101, 501),
    - 이하에 부착된 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702)
    ○ 상기 측벽(112, 512),
    - 상기 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702)를 원하는 형상으로 성형하도록 배열된 압전 액추에이터(103, 104, 105)
    를 포함하며, 상기 압전 액추에이터(103, 104, 105)는 광학 축(110, 510)을 둘러싸고 압전 재료(104) 및 상기 압전 재료 위 및 아래 중 적어도 하나의 전극 층들(103, 105)을 포함하고,
    상기 광학 요소는:
    a. 하부 전극(103),
    b. 압전 활성 층의 형태인 압전 재료(104), 및
    c. 상부 전극(105)
    을 포함하고,
    상기 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰하였을 때 상기 압전 액추에이터의 위치는 상기 하부 전극(103), 상기 압전 재료(104) 및 상기 상부 전극(105) 모두 간에 오버랩이 존재하는 위치들에 의해 주어지고,
    상기 광학 요소(100, 500, 600, 700)는 광학 축(110, 510)을 갖는 광학 활성 영역(111, 511)을 포함하고,
    - 상기 압전 액추에이터는 상기 광학 축을 완전히 둘러싸는 폐쇄 라인을 형성하고, 상기 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰하였을 때 상기 압전 액추에이터(103, 104, 105)의 외부 에지(215A-E)는 제1 라인을 규정하며, 상기 외부 에지는 상기 광학 축과 떨어져 대향하는 상기 압전 액추에이터의 에지에 대응하는 폐쇄 라인이고,
    - 상기 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰하였을 때 상기 지지 구조물(101, 501)과 상기 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702) 사이의 계면에서의 상기 지지 구조물(101, 501)의 내부 에지(109)는 제2 라인을 규정하며,
    상기 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰하였을 때 상기 제1 라인 및 상기 제2 라인은
    - 둘 이상의 위치에서 서로 교차하며/하거나,
    - 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  2. 제1항에 있어서, 위 및 아래는 상기 광학 축에 평행한 방향을 지칭하고, 위는 상기 지지 구조물로부터 상기 커버 부재로의 양의 방향에 있으며, 아래는 상기 지지 구조물로부터 상기 커버 부재로의 음의 방향에 있는, 광학 요소(100, 500, 600).
  3. 제1항에 있어서, 상기 압전 액추에이터에 포함되는 상기 압전 재료 위 및 아래 중 적어도 하나의 상기 전극 층들의 일부는 상기 광학 축에 평행한 라인에 의해 교차되는 부분이며, 상기 라인은 또한 상기 압전 재료와 교차하는, 광학 요소(100, 500, 600).
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 라인은 둥근 코너들을 갖는 직사각형을 규정하는, 광학 요소(100, 500, 600).
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 라인은 둥근 코너들을 갖는 정사각형을 규정하는, 광학 요소(100, 500, 600).
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는:
    - 상기 지지 구조물의 상기 측벽(112, 512)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디(107, 507)
    를 포함하는 굴절 렌즈이며,
    상기 휨 가능 커버 부재(102, 502)는,
    ○ 상기 적어도 하나의 변형 가능 투명 렌즈 보디(107, 507)의 표면
    에 부착되는 휨 가능 투명 커버 부재인, 광학 요소(100, 500, 600).
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소는 반사 요소이고, 상기 휨 가능 커버 부재(702)는 상기 지지 구조물과 떨어져 대향하는 쪽에서 그리고/또는 상기 지지 구조물에 대면하는 쪽에서 반사성을 갖는, 광학 요소(700).
  8. 제1항에 있어서, 총 파면 에러(WFERMS)가 상기 압전 액추에이터(103, 104, 105)에 인가되는 40 볼트의 범위 전반에서 60nm 이하인, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  9. 제1항에 있어서, 총 파면 에러(WFERMS)가 5 디옵터의 범위 전반에서 60nm 이하인, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  10. 제1항에 있어서,
    - 상기 제1 및 제2 라인들이 교차하지 않거나 하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는 대응하는 광학 요소에 대한 상기 압전 액추에이터(103, 104, 105)에 인가되는 40 볼트의 범위 전반에서의 최대 총 파면 에러(WFERMS)가
    - 상기 광학 축(110, 510)과 평행한 방향에서 관찰하였을 때 상기 제1 라인 및 상기 제2 라인이
    ○ 2개 이상의 위치에서 서로 교차하고/하거나
    하나 이상의 위치들에서 평행 및 일치하는 상기 광학 요소에 대한 상기 압전 액추에이터(103, 104, 105)에 인가되는 40 볼트의 범위 전반에서의 최대 총 파면 에러(WFERMS)보다
    적어도 10% 더 큰, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  11. 제1항에 있어서, 광학 활성 영역이 광학 개구에 대응하는, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  12. 제1항에 있어서, 상기 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702)는 유리인, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  13. 제8항에 있어서, 상기 총 파면 에러(WFERMS)는 630nm에서 측정되는, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  14. 제1항에 있어서, 하나 이상의 압전 액추에이터는 상기 광학 축을 둘러싸는 하나의 압전 액추에이터를 포함하며, 상기 광학 축을 향하는 상기 압전 액추에이터의 내부 에지는 그 중심에 상기 광학 축을 갖는 원을 형성하는, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 라인은 둥근 코너들을 갖는 정사각형인, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 라인은 원형인, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  17. 제1항에 있어서,
    - 상기 광학 요소는, 파장 범위 내에서 그리고 입사각 범위 내에서 95% 이상의 평균 투과율을 갖고,
    - 임의의 가시 파장에 있어서, 가시 범위에 걸친 최소 투과율이 94% 이상이며/이거나,
    - 상기 가시 범위에 걸친 파장 범위가 임의의 가시 파장으로 한정되는 평균 반사율이 2.5% 이하인, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  18. 제1항에 기재된 광학 요소(100, 500, 600, 700)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    - 증착(deposition)에 의해 상기 압전 액추에이터(103, 104, 105)를 상기 휨 가능 커버 부재(102, 502, 702) 상에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 카메라로서,
    제1항에 기재된 광학 요소(100, 500, 600, 700)
    를 포함하는, 카메라.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 광학 요소는 하나 이상의 이미지들을 획득하는데 사용되는, 광학 요소(100, 500, 600, 700).
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
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