KR20070030957A - 가변 초점 마이크로렌즈 - Google Patents

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KR20070030957A
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이사벨 로드리게스 페르난데스
엠. 모르간 피터
아키 하우 카와
샤먼 드하마틸레케
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에이전시 포 사이언스, 테크놀로지 앤드 리서치
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Abstract

마이크로렌즈 칩은 가변 초점 유체 마이크로렌즈 및 작용기를 포함한다. 상기 작용기는 마이크로렌즈를 포함하는 구멍에 결합된 마이크로렌즈 칩의 유체 채널의 압력을 변화시킨다. 작용기에 전계를 인가하여 유체 채널의 유체 압력을 변화시키고, 이어서 유체 마이크로렌즈의 곡률 반경(즉, 초점 거리)을 변화시킨다.

Description

가변 초점 마이크로렌즈{VARIABLE FOCUS MICROLENS}
본 발명은 일반적으로 마이크로렌즈에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 가변 초점 액체 마이크로렌즈에 관한 것이다.
도1은 종래의 유체 마이크로렌즈(101)를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 마이크로렌즈는 기판(110)을 포함한다. 상기 기판은 제1 및 제2 제어 전극들(123a-b) 사이에 접지 전극(121)을 포함한다. 상기 접지 전극은 접지 기준 전압에 결합되는 한편 제어 전극들은 가변 전압원에 결합된다. 상기 전극들 위에 유전성의 코팅층(130,135)이 배치된다. 상기 코팅층은 폴리테트라플루오로에틸렌(예컨대, 테프론) 등의 소수성 재료를 포함한다. 상기 유전성의 코팅층들은 접지 전극을 노출하는 윈도우(139)를 형성하도록 패터닝된다.
도전성 액체(140)의 드롭이 코팅층 위에 배치된다. 상기 드롭은 마이크로렌즈로서 작용한다. 상기 드롭은 상기 표면 및 접지 전극과 접촉한다. 비활성 단계에서, (제어 전극들에 전압이 인가되지 않은 상태에서), 상기 드롭은 실선(141)으로 나타낸 바와 같이, 제1 형상을 취한다. 이 형상은 소수성 코팅층의 표면 에너지 및 상기 드롭의 크기에 따라 정해진다. 제어 전극들에 전압이 인가될 때, 상기 전압에서의 전위는 소수성 코팅층이 친수성(예컨대, 젖음성의 변화)으로 되도록 함으로 써, 점선(142)으로 나타낸 바와 같이, 상기 드롭의 곡률을 변화시킨다. 상기 곡률의 변화는 초점 거리를 변화시킨다. 유체 마이크로렌즈의 초점 거리를 변화시키도록 전계를 이용하는 코팅층의 젖음성의 변화는 "전기습윤"으로서 알려져 있다.
그러나, 전기습윤-제어형 유체 마이크로렌즈에는, 그들의 성능을 제한하는, 여러 가지 문제들이 관련되어 있다. 예컨대, 이러한 문제들은, 액체 증발, 접촉각 히스테리시스, 짧은 초점 거리의 조정 가능성 및 높은 구동 전압을 포함한다.
또한, 소수성 층의 표면 에너지는 마이크로렌즈의 곡률의 매끄러운 연속적인 변화 대신에 비연속적인 급격한 점프 변화 형태를 형성한다. 이를 스틱-슬립 거동이라 한다.
따라서, 전술한 설명에 비추어 볼 때, 종래의 마이크로렌즈와 관련된 문제들을 방지할 수 있는 개선된 마이크로렌즈를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 일반적으로 마이크로렌즈에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명은 가변 초점 마이크로렌즈에 관한 것이다. 예컨대, 상기 마이크로렌즈는 마이크로렌즈 칩을 형성하는 마이크로렌즈 패키지로 통합된다. 상기 패키지는 구멍을 가진 상부면을 포함한다. 상기 구멍은 패키지에 형성된 유체 채널에 결합된다. 상기 유체 채널은, 상기 구멍에 마이크로렌즈를 형성하도록 이용되는, 유체로 충전된다. 펌프 등의 작용기는 상기 구멍에 유체 마이크로렌즈를 포커싱하도록 유체 채널에 유체 압력을 발생시킨다.
도1은 종래의 액체 마이크로렌즈를 나타낸 도면;
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈의 단면도;
도3-9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 마이크로렌즈의 단면도들;
도10-13은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 작용기의 평면도들;
도14a-b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈의 평면도 및 단면도; 및
도15a-b는 여러 가지 실시예들에 따른 마이크로렌즈들의 단면도들이다.
본 발명은 유체 마이크로렌즈에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 유체 마이크로렌즈는 마이크로렌즈 칩을 형성하도록 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS)에 통합된다. 상기 마이크로렌즈 칩은 렌즈 및 작용기를 통합한다. 상기 마이크로렌즈 칩은 미세 기계 가공 과정들에 도움을 준다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체 마이크로렌즈의 (형성 및 포커싱을 포함하는) 작용은 유체 압력의 변화에 의해 성취된다. 상기 마이크로렌즈를 작용시키기 위한 다른 기술도 유용하다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈 칩(201)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 마이크로렌즈 칩은 패키지(206)를 포함한다. 상기 패키지를 형성하도록 여러 가지 재료들이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 패키지는 유리, 석영, 중합체, 세라믹 또는 그의 화합물로 형성될 수 있다. 다른 재료들도 역시 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 패키지는 사실상 경질로 되어 있다. 그러나, 가요성 패키지를 제공하는 것도 유용하다.
상기 패키지는 상부면(209)을 포함한다. 이 상부면은 구멍(239)을 포함한다. 상기 구멍은 액체 마이크로렌즈를 포함 또는 지지하도록 작용한다. 일 실시예에서, 상기 상부면은 소수성 재료를 포함한다. 예컨대, 소수성 재료는 중합체를 포함한다. 폴리이미드, 폴리디메틸-실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 나일론, 또는 테프론 등의 중합체가 사용될 수 있다. 다른 타입의 재료도 사용될 수 있다.
상기 렌즈 구멍은, 예컨대, 원형으로 될 수 있다. 상기 구멍의 직경은 약 5um 내지 5mm 사이이다. 다른 치수로 될 수도 있다. 원형이 아닌 형상을 가진 구멍을 제공하는 것도 가능하다. 예컨대, 상기 구멍은 타원형, 정방형, 또는 장방형으로 될 수 있다. 상황에 따라, 다른 기하학적 형태도 가능하다. 상기 렌즈 구멍은, 예컨대 구형 또는 원통형 렌즈를 형성하도록 이용된다. 다른 타입의 렌즈를 형성하기 위해 렌즈 구멍을 제공하는 것도 가능하다.
패키지 내에는 렌즈 구멍과 소통하는 유체 채널(240)이 있다. 상기 유체 채널은 상기 렌즈 구멍에 리퀴드 마이크로렌즈(241)를 형성하도록 사용되는 유체로 충전된다. 일 실시예에서, 상기 유체는 투명한 유체를 포함한다. 상기 유체의 표면 장력은 액체 렌즈를 형성하기에 충분해야 한다. 바람직하게도, 상기 유체는 높은 표면 장력을 가진다. 상기 유체는 바람직하게도, 예컨대, 약 1.3 내지 1.75의 높은 굴절율을 가진다. 다른 굴절율을 가진 유체도 사용 가능하다. 바람직하게도, 상기 유체는 물 또는 다가알콜 등의 극성 액체를 포함한다. 도시된 바와 같이, 유체 채널은 화살표 L로 나타낸 바와 같이, 패키지의 길이를 따라 연장한다. 다른 형태(예 컨대, 다른 방향)의 유체 채널도 사용 가능하다.
일 실시예에서, 적어도 상기 렌즈 구멍에 대응하는 영역의 패키지의 하부면(206)은 광을 통과시키도록 투과성이다. 바람직하게도, 상기 렌즈 구멍에 대응하지 않는 영역의 패키지의 하부면은 광 반사의 악영향을 최소로 하도록 비투과성이다. 상기 패키지는 유리, 석영, 또는 중합체 등의, 여러 가지 타입의 재료들로 형성될 수 있다. 상기 패키지 형성 시에 사용되는 재료들은 투과성 재료, 비투과성 재료 또는 이들의 화합물로 될 수 있다. 또한, 상기 패키지는, 상부, 하부 또는 멀티플 부분들 등의, 하나 이상의 부분으로 형성될 수 있다.
투과성 재료 또는 투과 및 비투과성 재료의 화합물로 형성된 패키지에 있어서, 상기 패키지 상에 하나 이상의 불투명 층들이 형성되어, 원하는 경우 투과성 영역을 남겨두도록 필요에 따라 패터닝될 수 있다. 상기 패키지의 하부면 또는 하부가 비투과성 재료로 형성되는 경우, 상기 렌즈 구멍에 대응하는 하부면의 영역에서 비투과 재료를 제거함에 의해 윈도우가 형성될 수 있다. 상기 윈도우는 투과성 층에 의해 커버되어 밀봉될 수 있다. 이와 다르게, 투과성 커버가 하부면에 부착되어 윈도우를 밀봉할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 윈도우는 제2 렌즈 구멍을 형성하도록 덮지 않고 남겨질 수 있다.
상기 패키지에 렌즈 작용기(245)가 제공된다. 렌즈 작용기는 유체 채널과 소통한다. 상기 렌즈 작용기는, 렌즈 형성 및 렌즈 포커싱을 포함하는, 액체 마이크로렌즈를 작용시킨다. 일 실시예에서, 렌즈 작용기는 유체가 유체 채널에서 유동하도록 유도 또는 유발함에 의해 액체 마이크로렌즈를 작용시킨다. 더 구체적으로, 렌즈 작용기는 렌즈 구멍 또는 렌즈 구멍의 액체 렌즈로 유동하는 액체량을 제어함에 의해 액체 마이크로렌즈를 작용시킨다. 유체 유동 방향(예컨대, 렌즈 구멍에서 멀어지거나 또는 렌즈 구멍을 향하거나)에 따라, 상기 렌즈가 형성되거나 또는 그의 곡률 반경을 변경(예컨대, 증가 또는 감소)할 수 있다.
유체 채널의 유체 유동 또는 상기 렌즈의 안팎으로의 유체 유동을 유도 또는 유발하도록 여러 가지 기술이 사용될 수 있다. 예컨대, 유체 유동을 야기하도록 펌프가 사용될 수 있는 한편으로 유체 채널(또는 유체 채널과 소통하는 유체 저장부)의 체적 변화가 유체 유동을 유도한다. 유체 유동 기술들 또는 다수의 작용기들의 조합을 이용하는 작용기를 제공하는 것도 가능하다. 이와 다르게, 유체 채널 내에 유체 유동을 야기하도록 상기 채널 외측의 압력이 제어될 수 있다. 예컨대, 유체 채널 내측의 압력은 렌즈를 형성하도록 유지되는 한편으로 외측(예컨대, 렌즈 구멍 외측)의 압력은 렌즈의 곡률을 변화시키도록 렌즈로 유동하는 유체 량을 증가 또는 감소시키기 위해 변경될 수 있다. 렌즈의 곡률의 변화는 그의 초점 거리를 변화시키게 된다.
일 실시예에서, 유체 유동은 유체 채널의 압력 변화에 대응한다. 예컨대, 압력의 증가는 제1 방향으로 유동하는 유체와 상관되는 한편으로 압력의 감소는 제1 방향으로 유동하는 유체와 상관되어 있다.
일 실시예에서, 유체 구형 렌즈의 초점 거리(f)는, 아래의 방정식에 따라, 내부 유체 압력(P)에 반비례하고 액체의 표면장력(σ)에 비례한다 :
Figure 112007012155904-PCT00001
이때 △n은 액체 및 공기 사이의 굴절율 차이이다. 전기적으로 제어되는 렌즈 작용기를 사용하여 초점 거리를 변화시킬 수 있어서 마이크로렌즈를 매우 소형 디자인으로 할 수 있다. 또한, 내부 유체 압력을 이용한 초점 기구의 제어는, 더 넓어진 초점 거리 조정 가능성과 함께, 연속적인, 실시간의 정밀 포커싱을 허용한다.
마이크로렌즈를 작용시키도록, 렌즈 작용기의 전극들에 전압이 인가된다. 전극들로의 전압 인가로 인해 작용기를 작용시키기 위한 전위가 생성된다. 상기 전위의 바이어스에 따라, 유체는 구멍(화살표 280)을 향한 제1 방향 또는 구멍(화살표 281)으로부터 멀어지는 제2 방향으로 유동한다.
상기와 같이 발생된 유체 유동은 채널 내의 내부 유체 압력을 변화시킨다. 이는 렌즈의 곡률에 영향을 미치고, 또한 렌즈의 초점 거리에 영향을 미친다. 예컨대, 전기적 바이어스가 없는 경우, 상기 렌즈 곡률은 라인(241a)으로 나타낸 바와 같은, 형상을 취한다. 이 초기 형상은, 사용된 유체의 타입에 따라, 볼록 또는 오목으로 될 수 있다. 유체를 구멍의 방향을 향해 유동시키도록 전극들에 정의 바이어스가 인가되면, 내부 유체 압력이 증가된다. 이로써 렌즈 곡률 반경이, 점선(241b)으로 나타낸 바와 같이, 감소하게 된다. 상기 곡률의 변화는, 아래와 같이 정의되는, 렌즈 표면에 걸친 압력 균형의 결과이다 :
Pint=Pext+Pst
여기서 Pint는 유체의 내부 압력이고, Pst는 표면 장력으로 인한 압력이며 Pext는 외 부 압력이다.
정의 전기적 바이어스의 증가는 렌즈 곡률 반경을, 점선(241c)으로 나타낸 바와 같이, 더욱 감소시킨다. 반대로, 전기적 바이어스의 감소는 렌즈의 곡률 반경을, 예컨대 전기적 바이어스 량에 따라, 라인들(241b,241a)로 나타낸 점으로 증가시킨다. 유체의 유동을 렌즈 구멍에서 멀어지게 더욱 제어함에 의해 점선(241d)으로 나타낸 바와 같은 오목 렌즈 형상이 얻어질 수 있다.
일 실시예에서, 렌즈 작용기는 전기적으로 제어된 렌즈 작용기를 포함한다. 유체 유동 량 및 방향은 다른 량 및 극성의 전압 또는 전류를 인가함에 의해 제어될 수 있다. 작용 제어를 위한 다른 기술도 사용 가능하다. 예컨대, 열(예컨대, 열-공기압), 자기(예컨대, 자화력), 광학(예컨대, 포토스트릭티브), 전기습윤 펌프, 전기기계(예컨대, 압전) 기술 또는 그들의 조합도 이용 가능하다.
일 실시예에서, 상기 렌즈 작용기는 유체 유동 방향을 제어하도록 동전기 펌프를 포함한다. 동전기 펌프는 전위의 인가에 의해 유동 방향을 제어한다. 일 실시예에서, 동전기 펌프는 전기삼투 펌프를 포함한다. 유체 유동을 제어할 수 있는 다른 타입의 작용기들도 사용될 수 있다. 예컨대, 다른 실시예들에서, 인가된 전위에 따라 형상을 변화하는 전기기계 렌즈 작용기를 이용함에 의해 유체 유동이 제어될 수 있다.유체 유동 방향을 변화시키는 다른 기술들 또는 기술들의 조합들도 이용 가능하다.
일 실시예에서, 작용기를 제어하도록 제어 유닛이 제공된다. 일 실시예에서, 전극에 인가되는 전압을 제어함에 의해 작용기로의 전계를 조절하도록 전극들에 제 어 유닛이 결합된다. 그 결과, 상기 제어 유닛은 렌즈의 초점 거리 또는 곡률을 제어한다. 상기 제어 유닛은 마이크로렌즈 칩 유닛으로 통합될 수 있다. 예컨대, 상기 제어 유닛은 클로스드-루프/오토포커스 또는 오픈-루프 제어를 가진 영상 시스템을 포함한다. 클로스드-루프 제어 또는 오토포커스에서, 영상이 제공되고 영상 시스템은 렌즈의 초점을 변화시키는 정도를 계산할 것이다. 상기 영상 시스템은 초점(샤프) 영상을 자동으로 유지하도록 마이크로렌즈 칩 유닛에 작용 신호(전기 신호)를 전송한다. 오픈-루프 제어에서, 렌즈를 수동으로 초점을 맞추는 수동 제어가 포함된다. 오픈 및 클로스드-루프 제어 모두를 가진 제어 시스템을 제공하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 렌즈 패키지로부터 유체 충전 및 배출을 편리하게 하도록 입구 및 출구(도시 안됨)가 제공된다. 하나 이상의 입구 및 출구의 제공도 가능하다. 상기 입구 및 출구는 유체 채널과 소통하게 된다. 상기 입구 및 출구의 위치들은 시스템의 충전 및 배출을 용이하게 하도록 선택된다. 시스템의 배출에 의해 새로운 유체가 유체 채널에 충전되도록 허용된다. 일 실시예에서, 상기 입구는 채널의 제1 단부를 향해 배치되는 한편 상기 출구는 채널의 제2 단부를 향해 배치된다. 바람직하게도, 상기 출구는 렌즈 구멍 근방의 채널의 단부를 향해 배치되는 한편 상기 입구는 저장부가 배치된 단부를 향해 배치된다. 상기 입구 및 출구를 패키지의 다른 위치들에 배치하는 것도 가능하다. 비밀봉 시스템들에서, 상기 렌즈 구멍은 출구로서 작용할 수 있다.
유체 채널과 소통하는 유체 저장부(도시 안됨)가 제공될 수 있다. 예컨대, 유체 저장부는 유체 채널의 일부 또는 상기 채널에 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유체 저장부는 작용기에 의해 배향된 유체의 유동을 용이하게 하도록 이용될 수 있다. 예컨대, 상기 저장부는 유체 채널의 제1 또는 제2 방향들로 유체가 유동하도록 공기 공간을 제공한다. 일 실시예에서, 렌즈 작용기는 유체 저장부 및 렌즈 구멍 사이에 배치된다. 유체 저장부를 유체 채널의 다른 부분들에 배치하여 이용할 수도 있다.
부가적으로 또는 이와 다르게, 상기 유체 저장부는 유체 채널을 충전하기 위한 유체의 추가의 저장을 제공한다. 이는 유체가 렌즈 구멍을 통해 채널에서 증발될 수 있는 비밀봉 시스템에서 특히 유용하다.
도3-4는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 마이크로렌즈 칩(201)의 단면도들이다. 상기 마이크로렌즈 칩은 도2에 도시된 마이크로렌즈 칩과 유사하다. 유사한 참조 부호들은 상기 마이크로렌즈 칩의 유사한 부품들을 나타낸다. 도3을 참조하면, 패키지의 상부면에 투과성 멤브레인(343)이 배치되어, 적어도 렌즈 구멍을 덮고 있다. 전체 표면, 렌즈 구멍을 포함하는 패키지의 일 부분 또는 렌즈 구멍(239)만을 덮는 멤브레인을 제공하는 것도 가능하다. 상기 멤브레인은, 예컨대, 라텍스, 실리콘계 탄성중합체 또는 플루오로중합체 엘라스토머를 포함한다. 다른 투과성 탄성 재료들도 사용될 수 있다.
예컨대, 유체 채널의 유체 압력이 렌즈를 작용시킨다. 투과성 멤브레인은 렌즈 구멍을 밀봉하며 유체 압력 변화로 인해 편향된다. 밀봉된 시스템을 제공함에 의해, 마이크로렌즈를 형성하는 유체는 손실 또는 유체의 증발로부터 보호될 수 있 다.
이와 다르게, 도4에 도시된 바와 같이, 패키지의 상부면에 투과성 커버(443)가 제공되어, 적어도 렌즈 구멍(239)의 사이즈를 커버하는 영역을 둘러싸게 될 수 있다. 상기 투과성 커버는, 예컨대, 패키지에 부착되는, 유리, 석영 또는 투과성 중합체를 포함한다. 상기 커버를 패키지에 부착하도록 여러 가지 기술들이 사용될 수 있다. 상기 커버를 패키지 상에 장착하기 위한 다른 투과성 재료들 및 다른 기술들도 사용될 수 있다.
도5-6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로렌즈 칩(201)의 단면도들이다. 공통의 참조 부호들은 공통의 부품들을 나타내고 있다. 도5를 참조하면, 마이크로렌즈 칩의 패키지(206)는 패키지의 길이 L을 따라 제1 유체 채널(240)을 포함한다. 상기 유체 채널의 제1 단부를 향해 렌즈 구멍(239)이 배치된다. 렌즈 작용기(245)는 패키지에 배치되어 상기 유체 채널과 소통한다. 유체 저장부(558)는 상기 유체 채널과 소통한다. 바람직하게도, 작용기는 유체 저장부 및 렌즈 구멍 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 렌즈 구멍에 대응하는 영역의 패키지의 하부면은 투과성이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 렌즈 커버(590)는, 제2 유체 채널(593)을 형성하는, 패키지의 상부면(209)을 둘러싼다. 예컨대, 상기 렌즈 커버는 석영 또는 유리 등의, 투과성 재료로 형성된다. 비투과성 재료로 렌즈 커버를 형성하는 것도 가능하다. 비투과성 렌즈 커버에 있어서, 렌즈 구멍에 대응하는 영역에 구멍이 형성되어 투과성 재료 또는 투과성 구멍 커버로 밀봉된다.
일 실시예에서, 상기 유체 채널은 클로스드-루프를 형성한다. 예컨대, 상기 클로스드 루프는 작용기의 양측에 제1 및 제2 유체 채널들을 결합함에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 유체 채널은 유체 저장부에 의해 결합된다. 상기 제1 및 제2 유체 채널들이 작용기의 양측과 소통하지 않는 오픈-루프 시스템을 제공하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 상기 제1 유체 채널은 제1 투과성 유체로 충전되고 제2 유체 채널은 제2 투과성 유체로 충전된다. 상기 제1 및 제2 유체들은 서로에 대해 섞이지 않는다. 렌즈를 형성하는 제1 유체는 높은 표면 장력 및 높은 굴절율을 포함한다. 제2 유체는 바람직하게도 제1 유체와 동일한 밀도를 가진다. 또한, 제2 유체는 제1 유체와 다른 굴절율을 가진다. 다른 밀도 및/또는 동일한 굴절율을 가진 유체들을 제공하는 것도 가능하다.
도6을 참조하면, 렌즈(641)는 제1 유체 채널의 유체의 내부 압력 변화에 의해 형성된다. 예컨대, 렌즈 구멍(화살표 380)을 향해 제1 유체를 유동시킴에 의해 압력이 증가된다. 이로써 렌즈가, 점선(641b)으로 나타낸 바와 같이, 볼록한 형태를 갖게 된다. 렌즈의 형상의 변화는 제2 액체가 제1 액체(화살표 381)의 반대 방향으로 유동하도록 한다.
제1 유체(화살표 381)의 유동을 역전시킴에 의한 압력 감소는, 예컨대 라인(641a)으로 나타낸 바와 같이, 렌즈의 곡률 반경을 증가시킨다. 이로써 제2 유체가 구멍을 향한 방향(화살표 380)으로 유동하게 된다. 더욱 압력을 감소시키면, 예컨대 점선(641c)으로 나타낸 바와 같이, 오목 렌즈를 형성하게 된다.
다른 실시예에서, 도7에 나타낸 바와 같이, 패키지(201)는 유체 채널(240)과 소통하는 제1 및 제2 렌즈 구멍(239a-b)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 렌즈 구멍들은 패키지의 대향하는 측면들에 배치된다. 예컨대, 상기 렌즈 구멍들은 패키지의 상부면 및 하부면에 배치된다. 바람직하게도, 상기 렌즈 구멍은 서로 동심으로 또는 정렬되어 있다. 서로 동심으로 또는 정렬되어 있지 않은 렌즈 구멍들을 제공하는 것도 가능하다. 상기 렌즈 구멍들에 제1 및 제2 렌즈들이 형성된다. 필수는 아니지만, 바람직하게는, 상기 렌즈 구멍들이 동일한 형상 및 사이즈를 포함하는 것이다. 제1 및 제2 구멍들을 제공함에 의해, 제1 및 제2 마이크로렌즈들이 동일 작용기에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 대향 표면들에 양볼록 또는 양오목 렌즈들이 형성될 수 있다.
이와 다르게, 제2 유체 채널(843)은, 도8에 도시된 바와 같이, 렌즈 구멍들 중 하나와 소통한다. 제2 유체 채널은 제2 유체를 포함하도록 작용한다. 제1 및 제2 유체는 푸시-풀 방식(예컨대, 반대 방향으로 유동하는)으로 동작한다.
각 렌즈 구멍(843a-b)에 대해 제2 유체 채널을 제공하는 것도 가능하다. 그러나, 제2 유체 채널내의 유체는 동일할 필요는 없다.
다른 실시예들에서, 상기 패키지에는 렌즈 어레이를 형성하도록 밀봉 및/또는 비밀봉된 다수의 렌즈 구멍들이 제공될 수 있다. 상기 구멍들은 단일의 작용기에 의해 제어되거나 또는 각 구멍이 그 자신의 작용기와 연관될 수 있다. 렌즈들의 일부 또는 그룹들을 제어하는 한편 단일 렌즈 또는 렌즈의 다른 그룹을 제어하는 작용기들이 제공될 수도 있다. 작용기들 및 렌즈 형태들의 여러 가지 조합들도 가 능하다. 또한, 하나 또는 양쪽 표면들에 렌즈 구멍들이 제공될 수 있다. 상기 렌즈 구멍들은 이미 언급된 기술들을 이용하여 비밀봉 또는 밀봉될 수 있다.
예컨대, 도9에 도시된 바와 같이, 상기 패키지는 제1 및 제2의 분리된 유체 채널들(240a-b)을 포함한다. 각 유체 채널은 그 자신의 작용기(245a) 또는 (245b) 및 렌즈 구멍들(239a) 또는 (239b)와 연관되어 있다. 일 실시예에서, 상기 렌즈 구멍들은 대향하는 표면 상에 배치되어 서로 동심으로 또는 정렬되어 있다. 동심으로 되어 있지 않은 렌즈 구멍들을 제공하는 것도 가능하다. 상기 렌즈 구멍들은, 바람직하기는 하지만, 동일 사이즈 또는 형상으로 될 필요는 없다. 각각의 렌즈 구멍을 갖는 작용기와 관련하여, 렌즈들의 여러 조합이 형성될 수 있다. 예컨대, 하나는 오목하고 다른 것은 볼록으로 될 수 있다.
도10-13은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 마이크로렌즈 칩(201)의 평면도들이다. 공통의 참조 부호들은 공통의 구성품들을 나타낸다. 도10을 참조하면, 상기 마이크로렌즈 칩의 패키지(206)는 패키지의 길이 L을 따라 유체 채널(240)을 포함한다. 상기 유체 채널의 제1 단부를 향해 렌즈 구멍(239)이 배치된다. 전기적으로 제어되는 렌즈 작용기(245)가 상기 유체 채널과 소통하도록 배치된다.
일 실시예에서, 상기 렌즈 작용기는 하나 이상의 동전기 펌프를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 작용기는 상기 유체 채널을 따라 직렬로 배치된 제1, 제2 및 제3 동전기 펌프들(546a-c)을 포함한다. 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합 등의 다른 펌프 배열도 이용 가능하다. 전계를 발생하도록 각 펌프에 대해 제1 및 제2 전극들(도시 안됨)이 제공된다. 하나 이상의 펌프를 제어하는 제1 및 제2 전극의 제공도 이용 가능하다. 예컨대, 세 개의 펌프들을 제어하도록 펌프 배열의 각 단부들에 제1 및 제2 전극들이 배치될 수 있다. 전계를 인가함에 의해, 상기 펌프는 유체 채널에서 유체가 유동하도록 야기한다. 이동 방향에 따라, 채널의 유체 압력이 증가 또는 감소될 수 있다.
예컨대, 동전기 펌프는 전기 삼투 펌프를 포함한다. 다른 타입의 동전기 펌프도 사용 가능하다. 예컨대, 전기 삼투 펌프는, 본 발명에 모든 목적으로 참조되어 포함된, 구드손 등의, "전기삼투 마이크로채널 냉각 시스템"(미국 특허 출원 제2003/0062149호)에 개시되어 있다. 전기 삼투 펌프 응용에 있어서, 유체 채널의 유체는 유전성 또는 극성 유체를 포함한다.
액체-고체 인터페이스 근방에서의 전하를 구동하도록 전기 삼투 펌프가 전계를 이용하므로, 유체 채널은 바람직하게 체적에 대해 매우 높은 표면적 비를 갖게되어 유속 및 압력을 증가시킨다. 일 실시예에서, 전기 삼투 펌프는 액체와 접촉하는 표면적을 증가시켜서 전기 삼투 펌핑 효율을 향상시키도록 유체 채널에 다수의 마이크로 채널들(548)을 가진다.
일 실시예에서, 마이크로-채널들은 다수의 미세 구조에 의해 제공된다. 펌핑 효율은 미세 구조의 수를 증가시킴에 의해 증가될 수 있다. 또한, 미세 구조의 그룹들이 표면적을 증가시키도록 유체 채널의 다른 위치들에 제공될 수 있다. 예컨대, 각 그룹은 펌프를 형성한다. 펌프를 형성하는 그룹들을 제공하는 것도 유용하다. 또한, 마이크로-채널들의 다른 타입들의 형태 또는 기하학들도 유용하다. 또한, 펌핑 효율을 더욱 증가시키기 위해, 소결된 미소공성의 매체, 다공질 실리카, 나노구조 물질, 마니크로-채널 판 구조물들, 다공질 세라믹/중합체 재료 또는 체적에 대한 표면적의 비를 높일 수 있는 다른 재료들이 유체 채널을 제조하도록 사용될 수 있다.
극성 액체가 유전성 고체와 접촉하게 될 때, 인터페이스에서 계면 전위가 발현된다. 이와 같이 충전된 액체-고체 인터페이스에 걸쳐 전계가 인가될 때 전기 삼투가 발생된다. 예컨대, 사용될 수 있는 액체는 물, 버퍼 수용액, 유기 용제의 전해질 용액 및 유기 용제-물 혼합물을 포함한다. 다른 타입의 액체들도 사용될 수 있다.
도11을 참조하면, 전기적으로 제어되는 렌즈 작용기는 전기기계 렌즈 작용기(646)(예컨대, 압전 디스크 또는 보이스 코일)를 포함한다. 단지 하나의 전기화학적 렌즈 작용기만이 도시되어 있지만, 하나 이상이 제공될 수 있음도 이해하기 바란다. 압전 디스크는, 예컨대, 모두 본 발명에 참조되어 포함된, 2004년 1월 1일,센서 및 작용기 B-케미컬 97(1) : 139-145의, 뉴엔 등의, "압전 작용기를 갖는 완전 중합의 마이크로펌프"; 2004년 2월의, 마이크로일렉트로닉 엔지니어링 71(2) : 119-124의, 김 제이에이치 등의, "압전 디스크에 의해 작용되는 폐기 가능한 폴리디메틸실록산계 디퓨져 마이크로펌프"; 및 센서 및 작용기 A 88 (2001) 104-111의, 뉴엔 등의, "인쇄 회로 기판 기술을 기초로 한 소형 무밸브 펌프"에 개시되어 있다. 전계의 인가에 의해 전기기계 작용기가 편향되어, 유체 채널의 압력을 변화시킨다. 이로써 렌즈 구멍(239)에서 마이크로렌즈를 작용시키도록 상기 채널의 유체의 체적 변위를 제어하게 된다.
도12를 참조하면, 렌즈 작용기는 전기적으로 제어되는 다른 타입의 작용기들을 포함한다. 도시된 바와 같이 렌즈 작용기는 직렬로 배열된 동전기 펌프(746a) 및 전기기계 작용기(746b)를 포함한다. 하나 이상의 동전기 펌프들을 하나 이상의 전기기계 작용기들과 직렬로 제공하는 것도 가능하다. 동일 타입의 작용기들이 함께 그룹질 필요는 없음을 이해하기 바란다. 이와 다르게, 도13에 도시된 바와 같이, 렌즈 작용기(245)가 렌즈 구멍(239)에 대해 병렬로 배열된 하나 이상의 동전기 펌프(846a) 및 하나 이상의 전기기계 작용기(846b)를 포함할 수 있다. 렌즈 작용기들의 다른 배열도 유용하다.
마이크로렌즈 칩에 유체 저장부(도시 안됨)가 제공될 수 있다. 또한, 마이크로렌즈 칩의 유체 시스템을 충전하도록 하나 이상의 입구(도시 안됨)가 제공된다. 상기 시스템에서 배출을 용이하게 하도록 출구(도시 안됨)도 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 패키지(206)는 하부 및 상부를 포함한다. 상부는 구멍(239)을 포함하는 한편 하부는 유체 채널(240)을 포함한다. 일 실시예에서, 상부는 중합체 또는 마이크로렌즈의 형성을 용이하게 하는 다른 재료로 형성된다. 하부는 석영, 유리 또는 중합체 재료 등의 투과성 재료를 포함한다. 비투과성 재료로 상기 하부를 형성하는 것도 가능하다.
도14a-b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈 칩(201)의 평면도 및 대응하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈는 패키지(206)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 패키지는 하부 및 상부(907a-b)를 포함한다. 패키지의 상부면(209)을 형성하는 상부는 마이크로렌즈가 형성되는 구멍(239)을 포 함한다.
일 실시예에서, 상부는 소수성 재료로 형성된다. 상부는, 예컨대, 중합체를 포함한다. 폴리이미드, 폴리디메틸-실록산(PDMS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 나일론, 및 테프론 등의 여러 가지 타입의 중합체들이 유용하다. 유리 또는 석영 등의 다른 타입의 재료들도 사용될 수 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 렌즈 구멍을 커버하는 상부면 위에 얇은 멤브레인이 제공될 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 렌즈 구멍 위에 렌즈 커버를 제공하는 것도 가능하다.
상기 하부는 렌즈 구멍과 소통하는 유체 채널(240)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 하부는 비전도성 재료를 포함한다. 바람직하게도, 상기 비전도성 재료는 투과성이다. 예컨대, 상기 하부는 석영으로 형성될 수 있다. 유리, 폴리디메틸-실록산(PDMS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 나일론, 및 테프론 등의 다른 타입의 비전도성 투과성 재료도 사용 가능하다. 폴리이미드 또는 세라믹 등의 비전도성 재료도 상기 하부를 형성하도록 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 유체 채널은 패키지의 길이 L을 따라 연장된다. 다른 형태를 가진 유체 채널을 제공하는 것도 가능하다. 유체 채널과 소통하는 상기 하부 상에 유체 저장부(964)가 배치될 수 있다. 상기 상부에 유체 저장부를 배치하거나 또는 상부 및 하부의 조합도 가능하다. 바람직하게도, 유체 저장부는 렌즈 구멍과 같이 유체 채널의 대향 단부 또는 그 근방에 배치된다. 유체 저장부에 대한 다른 위치도 역시 가능하다. 유체 저장부는 마이크로렌즈를 형성하는 채널에 유체를 제공한다.
일 실시예에서, 유체 채널과 소통하는 입구(960)는 렌즈 패키지를 용이하게 충전하도록 제공된다. 일 실시예에서, 상기 입구는 채널의 제1 단부에 배치된다. 패키지의 다른 부분들에 입구를 배치하는 것도 가능하다. 예컨대, 시스템의 배출을 편리하게 하도록 출구(도시 안됨)가 제공될 수도 있다.
상기 유체 채널은 마이크로렌즈를 작용시키도록 전기적으로 제어되는 렌즈 작용기(245)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 작용기는 유체 저장부 및 구멍 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 상기 렌즈 작용기는, 다수의 마이크로-채널을 형성하는, 유체 채널에 형성된 다수의 미세 구조(548)를 가진 전기 삼투 펌프를 포함한다.
예컨대, 패키지의 상부의 내측면에 제1 및 제2 전극들(934a-b)이 형성된다. 이와 다르게, 상기 제1 및 제2 전극들은 패키지의 하부의 내측면에 형성될 수 있다. 상기 전극들은 유체 채널과 소통하게 된다. 상기 전극들은 렌즈 작용기의 미세 구조에 의해 분리된다. 전극들로의 액세스를 제공하기 위해, 전극 액세스 윈도우(923a-b)를 형성하도록 상부가 패터닝된다. 일 실시예에서, 상기 전극들은 팔라듐 등의, 전도성 재료를 포함한다. 다른 타입의 금속들(예컨대, 백금, 금 또는 그의 합금들), 전도성 중합체, 전도성 세라믹, 전도성 산화물(예컨대, 인듐 주석 산화물), 이온성 액체 전해질 또는 중합체 전해물들이 사용될 수 있다. 마이크로렌즈의 포커싱은, 전극들에 인가되는 전압을 조절함에 의해 작용기를 제어하는, 제어 유닛(도시 안됨)의 이용에 의해 용이하게 될 수 있다.
마이크로렌즈의 제조는 미세가공 기술들을 이용하여 성취될 수 있다. 예컨대, 렌즈 구멍, 전극 윈도우, 및 입구 등의, 패키지의 상부의 여러 가지 부품들은, 예컨대 포토리소그라피 및 표준 기술과 관련된 미세 기계가공에 의해 형성된다. 상기 구멍 및 입구를 형성하도록 다른 기술들이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 구멍 및 입구는 레이저 기계가공 및 다른 기계가공 기술들에 의해 형성될 수 있다. 이와 다른 실시예에서, 상기 상부는 주조 기술에 의해 형성된다. 상기 전극들은 상부의 내측면에 전극층을 퇴적하여, 원하는 대로, 패터닝함에 의해 형성될 수 있다.
상기 하부의 여러 가지 부품들(예컨대, 유체 저장부, 유체 채널 및 펌프)은 리소그라피 및 에칭 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 부품들을 형성하도록 딥 리액티브 이온 에칭(DRIE)용 에칭 마스크로서 작용하도록 마스크가 이용된다. 또한, 상기 하부는 표준 주조 또는 기계가공 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 상부 및 하부 부분들이 형성된 후, 그들이 부착되어 패키지를 완성한다. 일 실시예에서, 상기 부분들은 산소 플라즈마 작용을 이용하여 부착된다. 융합 접합 또는 폴리머 결합 등의, 다른 부착 방법들이 사용될 수 있다.
도15a-b는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 마이크로렌즈 칩(201)의 단면도들이다. 도15a를 참조하면, 마이크로렌즈 칩 패키지(206)는 전기기계 렌즈 작용기(245)를 포함한다. 상기 전기기계 렌즈 작용기는 유체 채널 내부의 유체의 체적 변위를 야기함으로써 유체 채널(240) 내의 압력을 변화시킨다. 상기 압력의 변화는 마이크로렌즈가 렌즈 구멍(239)에서 작용되도록 야기한다.
일 실시예에서, 유체 저장부(1246)는 유체 채널 내에 제공된다. 바람직하게도, 상기 유체 저장부는 유체 채널의 치수보다 비교적 크다. 상기 유체 저장부는, 예컨대, 유체 채널의 일 단부에 배치된다. 유체 저장부의 다른 위치들도 역시 가능 하다. 일 실시예에서, 상기 유체 저장부는 타원 또는 원형을 포함한다. 다른 기하학적 형태들도 가능하다.
일 실시예에서, 렌즈 작용기는 유체 채널과 소통하는 다이어프램(1255)을 포함한다. 이 다이어프램은 유체 채널의 표면을 커버한다. 상기 다이어프램은, 예컨대, 패키지의 상부면에 배치된다. 패키지의 다른 부분들에 다이어프램을 배치하는 것도 가능하다. 상기 다이어프램은 레이저 에칭 또는 주조 등의, 미세 기계가공 기술에 의해 패키지의 부분(1907a)의 일부(예컨대, 하부 또는 상부)로서 형성될 수 있다. 이러한 부분은, 예컨대, 유체 채널 등의 패키지의 다른 부분들을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 다이어프램은 렌즈 패키지 또는 작용기 하우징(1257)의 표면에 부착될 수 있다. 상기 유체 채널을 밀봉하도록 다른 부분(1907b)이 제공될 수 있다. 상기 렌즈 구멍은 어느 한쪽 부분 위에 형성될 수 있다.
상기 다이어프램은 유체의 체적 변위를 야기하도록 V 방향으로 편향될 수 있다. 예컨대, 상기 다이어프램을 편향함에 의해, 유체 채널의 액체에 압력이 인가된다. 이로써 상기 채널의 유체의 체적 변위를 야기함으로써, 렌즈를 작용시킨다. 예컨대, 정의 L 방향으로의 유체의 체적 변위는 부의 V 방향으로 다이어프램을 편향시킴에 의해 실행될 수 있다. 반대로, 부의 L 방향으로의 유체의 체적 변위는 정의 V 방향으로 다이어프램을 편향시킴에 의해 성취될 수 있다.
상기 다이어프램은 여러 가지 타입의 재료들로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 다이어프램은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리이미드 등의 중합체로 형성될 수 있다. 메이라(Maylar), 세라믹 또는 유연한 금속 등의 다른 타입의 재료들도 사 용될 수 있다. 상기 다이어프램의 두께는 파괴되지 않고 편향될 수 있도록 되어 있다.
일 실시예에서, 전기기계 응력 인듀서(1256)가 다이어프램과 소통하도록 제공된다. 응력 인듀서를 V 방향으로 팽창 또는 수축시키도록 상기 응력 인듀서에 가해지는 전계가, 다이어프램 상에 유도되는 응력을 제어한다. 상기 방향 및 량(예컨대, 팽창 또는 수축량)은 인가되는 전압 또는 전류의 량 및 극성에 의존한다. 이로써 유체 채널의 유체의 체적 변위를 효과적으로 야기함으로써 마이클로렌즈를 작용시키게 된다.
일 실시예에서, 상기 응력 인듀서는 선형 보이스 코일 등의 보이스 코일을 포함한다. 상기 코일은 금속(예컨대, 동, 백금, 금 또는 알루미늄) 와이어를 포함한다. 다른 타입의 와이어들도 사용 가능하다. 압전 응력 인듀서 등의 다른 타입의 응력 인듀서들도 사용 가능하다.
일 실시예에서, 상기 전기기계 응력 인듀서를 둘러싸도록 하우징(1257)이 제공된다. 예컨대, 상기 하우징은 패키지의 표면에 부착된다. 일 실시예에서, 상기 하우징은 전기기계 응력 인듀서에 대한 구조적 지지를 제공함으로써, 전기기계 응력 인듀서가 다이어프램 상에 응력을 가하도록 할 수 있다. 폴리머릭 또는 금속 재료 등의 여러 가지 타입의 재료가 하우징을 형성하도록 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다이어프램은 고유의 응력없이 형성된다. 이 결과 다이어프램이 비교적 편평한 프로파일을 갖게 된다. 상기 응력 인듀서에 의해 응력이 가해져서, 상기 다이어프램은 부의 방향으로 편향된다. 전계가 감소 또는 제거됨에 따라, 상기 다이어프램은 그의 자연적인 프로파일로 복귀된다.
다른 실시예에서, 상기 다이어프램은, 활 형태를 갖는, 고유의 응력을 가진 채로 형성된다. 바람직하게도, 상기 응력은 다이어프램을 위로 휘게 하여, 볼록한 형상을 형성한다. 상기 다이어프램을 형성하도록 이용되는 처리 변수들의 변경 또는 응력 유도층의 제공 등의, 상기 다이어프램에 고유의 응력을 유도하기 위한 여러 가지 기술들이 사용될 수 있다. 전계가 인가 안되는 경우(예컨대, 중립 위치), 상기 다이어프램은 자연적으로 응력 인듀서를 향해 상방으로 휘게 된다. 응력 인듀서에 전계를 가하면 상기 다이어프램이 팽창되어, 부의 V 방향으로 상기 다이어프램을 편향시킨다. 상기 다이어프램에 고유의 응력을 제공하면 오목 또는 볼록 렌즈 형성이 용이하게 된다. 이와 다르게, 상기 응력 인듀서는 상기 다이어프램을 정 및 부의 V 방향으로 편향시키도록 할 수 있어서 오목 또는 볼록 렌즈를 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 볼록 렌즈는 상기 다이어프램이 자연적 또는 정상적 위치에 있을 때 형성된다.
유체 시스템의 충전 및 배출을 용이하게 하도록 입구 및 출구가 제공될 수 있다. 마이크로렌즈를 보호하도록, 도4 및 5에서 설명된 바와 같이, 얇은 멤브레인 또는 렌즈 커버가 제공될 수 있다. 동일하거나 또는 다른 타입의 추가의 작용기들을 제공하는 것도 가능하다.
도15b를 참조하면, 마이크로렌즈 패키지(206)의 부분은 제1 및 제2 유체 채널(240a-b)을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 유체 채널은 다이어프램(1225)에 의해 커버된 유체 저장부(1246)를 포함한다. 제1 및 제2 유체 채널은 유체 저장부에 의 해 분리된다. 일 실시예에서, 상기 유체 채널 및 다이어프램은 패키지의 제1 부분(예컨대, 중간 부분)의 일부로서 형성된다. 상기 유체 채널 및/또는 다이어프램을 제공하는 다른 기술들도 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 응력 인듀서(1256)는 상기 다이어프램과 소통하도록 제공된다. 상기 응력 인듀서는 다이어프램을 편향시키도록 상기 다이어프램 상에 응력을 가하여, 상기 유체 채널의 체적을 변화시킨다. 일 실시예에서, 상기 응력 인듀서(1256)는 상기 다이어프램과 소통하도록 제2 유체 채널에 배치된다. 상기 다이어프램과 소통하도록 제1 유체 채널에 배치하는 등의, 패키지의 다른 부분들에 응력 인듀서를 배치하는 것도 가능하다. 예컨대, 상기 응력 인듀서는 보이스 코일을 포함한다. 다른 타입의 전기기계 응력 인듀서들도 사용 가능하다.
렌즈 구멍(1239)은 패키지의 다른 부분에서 제1 및 제2 유체 채널과 소통한다. 상기 렌즈 구멍은 상기 채널 및 다이어프램을 포함하는 기판의 부분에 형성된다. 패키지의 다른 부분에 렌즈 구멍을 형성하는 것도 가능하다. 제1 유체 채널은 제1 액체를 포함하고 제2 유체 채널은 제2 액체를 포함한다. 제1 액체는, 예컨대, 마이크로렌즈를 형성하도록 작용한다. 제2 액체 또는 제1 또는 제2 액체 중 하나에 의해 마이크로렌즈를 형성하는 것도 가능하다.
상기 채널의 유체들은 푸시-풀 배열로 작동한다. 예컨대, 제1 채널의 유체가 정의 L 방향으로 배치되면, 제2 채널의 유체는 부의 L 방향으로 배치되거나 또는 그의 역으로 된다. 일 실시예에서, 상기 렌즈 곡률 반경은 제1 유체가 정의 L 방향으로 유동함에 따라 증가된다. 반대로, 제1 유체가 부의 L 방향으로 유동함에 의해 렌즈 곡률 반경이 감소된다. 부의 L 방향의 유동량에 따라, 오목 렌즈가 형성될 수 있다. 다른 형태들도 가능하다. 예컨대, 상하부들은 패키지를 형성하기 위해 채널을 밀봉하도록 중간 부분에 부착된다.
다른 실시예에서, 상기 패키지는 유체 채널 및 렌즈 구멍을 포함한다. 상기 패키지에 외부 작용기가 결합되어, 상기 유체 채널의 유체 유동이 구멍에서 마이크로렌즈를 작용시키도록 한다. 또 다른 실시예에서, 상기 패키지에 제1 및 제2 렌즈 동심 구멍이 제공된다. 비동심의 구멍들도 (다른 또는 동일 표면에서) 이용될 수 있다. 상기 렌즈 구멍은 외부 작용기에 의해 제어된다. 그 자신의 유체 채널 및 외부 작용기를 갖는 각각의 렌즈 구멍을 제공하는 것도 가능하다. 패키지의 하나 또는 양쪽 면들에 위치하며 하나 시아의 작용기들에 의해 제어되는 다수의 구멍들을 제공하는 것도 가능하다.
본 발명은 여러 실시예들로 특정하여 도시되었으며 그 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 개조 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 설명을 참조하는 것이 아니라 등가물의 전체 범위와 함께 첨부된 특허청구의 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 마이크로렌즈 패키지;
    상기 마이크로렌즈 패키지의 제1 표면의 렌즈 구멍;
    상기 마이크로렌즈 패키지에 배치되어, 상기 렌즈 구멍과 소통하는 유체 채널; 및
    상기 유체 채널과 소통하는 마이크로렌즈 패키지에 통합되며, 렌즈 유체로 충전될 때 상기 유체 채널의 유체 유동을 제어함에 의해 마이크로렌즈를 렌즈 구멍에서 작용시키는 작용기를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 구멍은 원형 또는 장방형 형상을 포함하는, 임의의 기하학적 형상을 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 렌즈는 갱신 가능한 액체 렌즈를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 렌즈 구멍은 원형 또는 장방형 형상을 포함하는, 임의의 기하학적 형상을 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 구멍을 커버하는 보호성 멤브레인 또는 렌즈 커 버를 더 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 렌즈 구멍은 원형 또는 장방형 형상을 포함하는, 임의의 기하학적 형상을 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  7. 제5항에 있어서, 상기 액체 렌즈는 갱신 가능한 액체 렌즈를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 렌즈 구멍은 원형 또는 장방형 형상을 포함하는, 임의의 기하학적 형상을 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  9. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작용기는 전기적으로 제어되는 작용기를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 작용기는 동전기 펌프를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  11. 제9항에 있어서, 상기 전기적으로 제어되는 작용기는 전기 삼투 펌프를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  12. 제9항에 있어서, 상기 작용기는 유체 채널의 유체의 체적 변위를 야기함에 의해 유체 유동을 제어하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전기적으로 제어되는 작용기는 전기적으로 제어되는 전기기계 작용기를 포함하고, 상기 전기적으로 제어되는 전기기계 작용기는
    상기 유체 채널과 소통하는 유체 저장부,
    상기 유체 저장부를 커버하는 다이어프램, 및
    상기 다이어프램과 소통하며, 렌즈 작용을 위해 상기 유체 채널의 압력을 제어하도록 상기 다이어프램을 편향시키는 전기적으로 제어되는 응력 인듀서를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전기적으로 제어되는 응력 인듀서는 보이스 코일, 마이크로-스피커, 또는 압전 응력 인듀서를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  15. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작용기는 상기 유체 채널의 체적을 변화시킴에 의해 유체 유동을 제어하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전기적으로 제어되는 작용기는 전기적으로 제어되는 전기기계 작용기를 포함하고, 상기 전기적으로 제어되는 전기기계 작용기는
    상기 유체 채널과 소통하는 유체 저장부,
    상기 유체 저장부를 커버하는 다이어프램, 및
    상기 다이어프램과 소통하며, 렌즈 작용을 위해 상기 유체 채널의 압력을 제어하도록 상기 다이어프램을 편향시키는 전기적으로 제어되는 응력 인듀서를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전기적으로 제어되는 응력 인듀서는 보이스 코일, 마이크로-스피커, 또는 압전 응력 인듀서를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  18. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작용기는 상기 렌즈 구멍에서 액체 마이크로렌즈로 유동하는 유체량을 제어함에 의해 렌즈를 작용시키는 가변 초점 마이크로렌즈.
  19. 제1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 구멍과 소통하며, 제2 유체를 포함하도록 작용하는 제2 유체 채널을 더 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 유체 채널 및 상기 유체 채널이 클로스드 루프를 형성하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  21. 제1 및 제2 주 표면들을 갖는 마이크로렌즈 패키지;
    상기 제1 표면 상의 제1 렌즈 구멍;
    상기 제2 표면 상의 제2 렌즈 구멍;
    상기 마이크로렌즈 패키지에 배치되어, 상기 제1 렌즈 구멍과 소통하는 제1 유체 채널;
    상기 마이크로렌즈 패키지에 배치되어, 상기 제2 렌즈 구멍과 소통하는 제2 유체 채널;
    상기 제1 유체 채널과 소통하는 마이크로렌즈 패키지에 통합되며, 제1 렌즈 유체로 충전될 때 상기 제1 유체 채널의 유체 유동을 제어함에 의해 제1 마이크로렌즈를 제1 렌즈 구멍에서 작용시키는 제1 작용기; 및
    상기 제2 유체 채널과 소통하는 마이크로렌즈 패키지에 통합되며, 제2 렌즈 유체로 충전될 때 상기 제2 유체 채널의 유체 유동을 제어함에 의해 제2 마이크로렌즈를 제2 렌즈 구멍에서 작용시키는 제2 작용기를 포함하는 가변 초점 마이크로렌즈.
  22. 마이크로렌즈 패키지의 표면 상의 렌즈 구멍과 소통하는 상기 마이크로렌즈 패키지의 렌즈 유체를 포함하는 유체 채널을 제공하는 단계;
    상기 마이크로렌즈 패키지로 통합되며, 상기 유체 채널과 소통되는 전기적으로 제어되는 작용기를 제공하는 단계; 및
    액체 렌즈를 렌즈 구멍에서 작용시키도록 상기 유체 채널의 유체 압력을 제어하기 위해 상기 작용기에 전압 또는 전류를 인가하는 단계를 포함하는 액체 렌즈 를 포커싱하는 방법.
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