透明光學(xué)裝置元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括可變形透鏡體的透明光學(xué)裝置元件以及一種改變可變形透鏡體折射率(RI)的方法。本發(fā)明的可變形透鏡體具有作為光學(xué)透鏡的改良的機械穩(wěn)定性、高折射率、最優(yōu)化的剛度和剪切模量。
【專利說明】透明光學(xué)裝置元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包含可變形透鏡體的透明光學(xué)裝置元件。另外，本發(fā)明涉及用于制備該透明光學(xué)裝置元件的聚合物或預(yù)聚物混合物。本發(fā)明也涉及用于制備如可調(diào)式光學(xué)透鏡的透明光學(xué)裝置元件的聚合物或預(yù)聚物混合物的用途。本發(fā)明也涉及一種改變可變形透鏡體的折射率(RI)的方法以及一種制備透明光學(xué)裝置元件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在不斷增長的大量的應(yīng)用領(lǐng)域中如在移動電話、便攜式電腦和網(wǎng)絡(luò)攝像頭等中，對低成本、高容量的微型透鏡的需求逐漸增長。僅移動電話中的攝像頭的普遍使用就提供了數(shù)以百萬計的透鏡市場。另外，市場上對該微型透鏡方案的需求不斷增長，因此對于提供如快速自動聚焦或變焦的先進功能的可調(diào)透鏡的需求不斷增長。本發(fā)明涉及在研究具有先進功能的可調(diào)透鏡中產(chǎn)生的問題的解決方案。
[0003]US20110038625公開了一種相當復(fù)雜的自適應(yīng)透鏡，其包括至少一個致動器和一個透鏡，該透鏡和致動器機械地耦合以便致動器增能調(diào)節(jié)透鏡的焦點。致動器可能包括多層堆疊的機電聚合物(EMP)層，該層具有電極，該電極配置成施加穿過每一個EMP層的電場。致動器可能是可操作的以移動透鏡和/或使透鏡變形，為的是調(diào)節(jié)透鏡的聚焦性能。在一些實施例中，致動器為環(huán)狀，其支撐環(huán)的內(nèi)徑內(nèi)的透鏡。在其他的實施例中，致動器可能被以直接的方式或通過透鏡結(jié)構(gòu)的另一元件機械地耦合到可變形透鏡的表面。這種可調(diào)透鏡組件似乎相當復(fù)雜，其包括數(shù)個由不同材料組成的活動部件。透鏡體或透鏡結(jié)構(gòu)本身據(jù)說是通過使用模具成型制備的，在模具中它能夠被固化。當固化后，將透鏡結(jié)構(gòu)從模具中取出并將致動器安裝在透鏡結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)。
[0004]像在US20110038625中，在聚合物透鏡的制造中使用復(fù)制品通過熱固化或UV固化成型是很常見的，其中透鏡體以單片制成并隨后從模具中取出用以安裝于所需裝置內(nèi)，通常通過使用某種固化劑。這被認為是不方便的和勞動密集型的技術(shù)方法且不利于數(shù)以百萬計的可調(diào)微型透鏡的快速生產(chǎn)。
[0005]當必須將一種新材料引入透鏡組件內(nèi)，同時保持透鏡組件的光學(xué)和機械特性，通過使用固定劑或粘合劑如膠水時遇到若干個技術(shù)問題。通過實施例的方法固定劑必須具有與透鏡折射率相匹配的折射率以避免光擾動。此外，固定劑必須與透鏡組件的其他部件和材料在化學(xué)方面、光學(xué)方面和機械方面相容。保持透鏡體和可調(diào)透鏡組件的其他部件的彈性和柔韌性也是必要的，并且相應(yīng)地固定劑與組件的其他柔性部件必須一樣柔軟和柔韌。如果不符合這些要求，透鏡組件的不同部件之間的張力將會增加，如固定劑、玻璃表面、致動器和/或透鏡體之間，即具有非理想剛度的所有部件之間。
[0006]通過使用固定劑還面臨的另一個問題是另一組分的熱膨脹，當透鏡組件暴露于不同溫度時引起透鏡組件內(nèi)會的張力，固定劑通常會具有與透鏡組件的其他組分不同的熱膨脹系數(shù)。眾所周知特別是由諸如玻璃、硅、聚合物和金屬這樣的具有大的熱膨脹差異的材料組合而成的雜化材料，由于不同材料間熱膨脹差異大，因而在操作過程中和制造過程中(其中使用高溫特別是在將透鏡組件安裝于最終裝置內(nèi)的過程中)都將面臨問題。相應(yīng)地，引入另外的元件將會增大該問題。在這方面，值得一提的是W02010/005315公開了用于降低緊湊型可調(diào)光學(xué)透鏡中的熱效應(yīng)的方法和裝置。
[0007]如果要引入諸如固定劑的另一組分，這將需要使工藝更加復(fù)雜并可能更慢的另外的加工步驟。另外，必須控制硬化和固化時間以獲得具有理想光學(xué)和機械性能的合格的透鏡組件。
[0008]因此，需要不使用固定劑的透鏡組件工藝。
[0009]已經(jīng)開發(fā)出了不同的其他類型的改良的可調(diào)透鏡并在例如以下的專利申請中:N02006427U W02010/005315, W02008/100154 和 W02008/044937 進行了描述。
[0010]根據(jù)W02010/005315的緊湊型可調(diào)透鏡被認為是特別有吸引力的透鏡。這種可調(diào)光學(xué)透鏡包括被限制于空腔內(nèi)的可變形透鏡體，該空腔被由剛性側(cè)壁和附加的透明底板支撐的柔性玻璃表面限定。此外，在偵彳壁和透明底板邊緣之間有開口，并且透鏡體和側(cè)壁四周有相應(yīng)的開口。另外致動器被設(shè)置于柔性玻璃表面上以使透鏡體變形，因此能夠調(diào)節(jié)焦距。
[0011]上述的透鏡設(shè)計需要一種被空氣(與腔體的側(cè)壁沒有實體接觸)部分包圍的柔性聚合物。當制造該透鏡時所面臨的另一問題是如何使這樣一個(平的)柱面形狀的可變形聚合物成形。
[0012]與可調(diào)光學(xué)透鏡及其制造相關(guān)的許多問題有待解決，其中與構(gòu)成透鏡體的柔軟聚合物表面相鄰的致動器層結(jié)構(gòu)使柔軟的聚合物變形。特別地，制造的透鏡必須滿足特定的與光學(xué)和機械性能相關(guān)的嚴格要求。由于與光學(xué)性能相關(guān)的任何種類的各向異性將導(dǎo)致透鏡在透鏡體的不同方向上具有不同的光學(xué)性能，首要地，透鏡體在所有方向上必須是相同的，即是各向同性的。因此，各向同性的透鏡體將會具有單一的光學(xué)性能，諸如貫穿整個透鏡體的折射率和透光率。各向異性，如雙折射，是高度不理想的，因其導(dǎo)致所捕獲的圖像的光學(xué)品質(zhì)差。因此，在透鏡體中無結(jié)構(gòu)缺陷是被期待的。此外，透鏡體必須是清晰且高度透明的，允許光通過透鏡傳導(dǎo)。必須避免與透鏡材料相比具有不同折射率的各種雜質(zhì)，包括氣泡。
[0013]在操作過程中裝置如相機將要被暴露的不同溫度下，光學(xué)和機械性能保持相對穩(wěn)定同樣重要。如果變化發(fā)生在一個溫度范圍內(nèi)，沒有突然的、不可逆的或不可預(yù)見的變化是重要的。因此，包含聚合物體的透鏡不僅在制造過程中必須能耐高溫，而且在更低溫度下必須起作用，因為透鏡也可能在-25-80°C或者更寬的范圍內(nèi)操作。
[0014]有待解決與這種可調(diào)透鏡組件的大規(guī)模生產(chǎn)相關(guān)的另外的困難，如加工速度。為了實現(xiàn)每年數(shù)以百萬計透鏡的大規(guī)模生產(chǎn)，在價格足夠低且可用于相對低成本的電子產(chǎn)品情況下，制造過程中因此加入了相當嚴格的限制。
[0015]因此，包含具有改良的機械穩(wěn)定性的可變形透鏡體的透明光學(xué)裝置元件是有優(yōu)勢的，并且特別是具有高折射率、最優(yōu)剛度和剪切模量的可變透鏡體是有優(yōu)勢的。
[0016]發(fā)明目的
[0017]本發(fā)明的一個目的是公開包含可變形聚合物材料的透明光學(xué)裝置元件，該可變形聚合物材料具有前述用于可調(diào)透鏡組件中的光學(xué)和機械性能的理想結(jié)合。
[0018]本發(fā)明的另一個目的是通過提供一種本身具有粘合性而無需使用任何固定劑的透鏡體，來避免使用非必需組分如固定劑。[0019]本發(fā)明的又一個目的是提供一種制造可調(diào)光學(xué)透鏡組件的工藝。
[0020]本發(fā)明的一個目的是提供一種改變可變形透鏡折射率的方法。
[0021]特別的，可被視為本發(fā)明的一個目的的是提供具有改良機械穩(wěn)定性、高折射率、最優(yōu)剛度和剪切模量的用于光學(xué)透鏡的可變形透鏡體，其解決了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。
[0022]本發(fā)明的另一個目的提供現(xiàn)有技術(shù)的一種替代方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]上述目的以及若干個其他目的是通過提供一種透明光學(xué)裝置元件在本發(fā)明的第一個方面得以實現(xiàn)，該透明光學(xué)裝置元件包括:至少一種可變形透鏡體，一種附著于所述至少一種可變形透鏡體的可彎曲透明蓋部件從而為所述至少一種可變形透鏡體提供機械穩(wěn)定性；
[0024]-用于將可彎曲透明蓋部件塑造成所需形狀的致動器，該致動器位于可彎曲透明蓋部件的上表面，所需形狀由致動器的配置圖案以及施加于致動器的所述配置圖案的各自的電壓幅值限定，其中所述至少一種可變形透鏡體具有(a)大于300Pa的彈性模量，從而避免了正常操作所述透明光學(xué)裝置元件中的引力引起的變形；(b) 1.35以上的折射率；(c)所述可變形透鏡體在可見光區(qū)的吸收率為每毫米厚度小于10% ;并且所述可變形透鏡體包含交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物；并進一步包含混合油或結(jié)合油，從而提高了交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物的折射率。
[0025]本發(fā)明特別地，但不限于，有利于獲得具有所需機械穩(wěn)定性的透明光學(xué)裝置元件。為了被用作透鏡體交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物必須具有一定的機械穩(wěn)定性。通常機械穩(wěn)定性由聚合物網(wǎng)狀物的化學(xué)結(jié)構(gòu)通過引入具有理想化學(xué)組成的聚合物或預(yù)聚物提供并且因此一旦固化的化學(xué)結(jié)構(gòu)提供了理想的機械穩(wěn)定性。因此通常聚合物本身向透鏡體提供了理想的機械穩(wěn)定性。與此相反，本發(fā)明的方案源自于使用沒有特定的機械穩(wěn)定性的交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物，但是透明光學(xué)元件的所需的機械穩(wěn)定性通過可彎曲透明蓋部件的存在而提供。
[0026]因此，本發(fā)明的方案是結(jié)合可變形透鏡體與可彎曲透明蓋部件，這種結(jié)合提供了所需的機械穩(wěn)定性。
[0027]致動器具有將可彎曲透明蓋部件塑造成理想形狀的功能。可彎曲透明蓋部件被彎曲成理想形狀是由于位于所述可彎曲透明蓋部件上表面的致動器的圖案和配置并且通過各自的施加電壓幅值?？蓮澢该魃w部件的形狀間接地改變附著的可變形透鏡體的形狀。
[0028]本發(fā)明涉及一種透明光學(xué)裝置元件，其中對致動器的反應(yīng)被最優(yōu)化，以便對最小的刺激提供快速的反應(yīng)，如最小的施加電壓和功率消耗。
[0029]當使用現(xiàn)代數(shù)碼相機拍照時，自動對焦系統(tǒng)通常通過改變焦點和分析圖像清晰度的重復(fù)循環(huán)進行操作，直到理想的圖片區(qū)域呈現(xiàn)在焦距內(nèi)。基于一系列的形成的圖像提供圖像處理功能也是一個不斷增長的趨勢，例如插補成一幅圖片。
[0030]在這一過程中的相關(guān)時間尺度是所稱的相機的幀速率，即每秒捕捉圖像的數(shù)量。為了獲得盡可能快的自動對焦(或圖像處理)，變焦所需的時間實際上比單幀的持續(xù)時間短是至關(guān)重要的。對于現(xiàn)代相機，可能達到每秒25-100幀的幀速率。因此，致動器的反應(yīng)時間小于10毫秒是優(yōu)選的，即使低于I毫秒的反應(yīng)時間是有益的。為了能夠頻繁且快速地改變焦距，需要低能耗以使不會太快地用完電池。功耗低于ImW的致動器被認為是具有最小功耗的低功率致動器。
[0031]可彎曲透明蓋部件可能是由透明材料制成，為可變形透鏡體提供機械和結(jié)構(gòu)增強，其中可彎曲透明蓋部件附著于可變形透鏡體附著。
[0032]可彎曲透明蓋部件由透明材料制成，該透明材料選自于由玻璃、無機氧化物和諸如碳酸酯、丙烯酸酯和環(huán)氧樹脂的剛性聚合物材料組成的組。
[0033]在一些【具體實施方式】中，可彎曲透明蓋部件由玻璃制成并具有10到50 μ m的厚度。
[0034]關(guān)于機械性能，如機械穩(wěn)定性，為了使透鏡容易改變其焦距，透鏡體必須具有理想的剛度/柔軟度。
[0035]剛度是物體抵抗回應(yīng)外加力弓丨起的變形的剛性程度。在彈性或粘彈性材料中，在彈性范圍內(nèi)的硬度被稱為剛度。硬度是當施加外力時，對有抵抗力的固體物質(zhì)如何永久形狀改變的衡量。硬度與諸如延展性、彈性勁度、粘性、應(yīng)變、強度、韌性、粘彈性和黏性這些參數(shù)相關(guān)。
[0036]如果透鏡體太硬，由致動器提供的透明蓋部件的彎曲程度將會降低。一定的降低是可接受的。然而，盡可能將致動器移動中彎曲程度的降低減少至最低程度是高度理想的。利用致動器的最大潛在彎曲強度將為獲得給定的光功率變化所需的力減至最小。對于在裝置的生產(chǎn)過程中成本和環(huán)境影響以及降低自動聚焦相機的功耗，這將是高度有益的。為了量化致動器強度的降低程度，從實際的角度來看，超過25%的損失可以說是不可接受的。
[0037]如果只有將致動器強度的降低減至最小程度是重要的，選擇幾乎沒有剛度的可變形透鏡體是高度有利的。液體是自然的選擇，現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)存在是液體的透鏡體。然而，在小的光學(xué)裝置中使用液體有一些弊端，與裝置的壽命和適用性都相關(guān)，并且由于液體必須盛放于密封腔內(nèi)，所以生產(chǎn)工藝會繁瑣。本發(fā)明的方案是使用可變形透鏡體，其時固體。，固體物質(zhì)在本文中指其具有非零塑性或彈性模量，意味著當暴露于給定的壓力下其將抵抗變形。具有低的或零塑性變形，對于相關(guān)的變形程度彈性行為是理想的。
[0038]聚合材料通常是粘彈性的，也就是當暴露于壓力下，該聚合物材料抑制彈性和粘性行為。當施加壓力時，粘性材料隨時間線性抵抗剪切流和應(yīng)變。當被拉伸時，彈性材料即刻應(yīng)變，一旦壓力撤除快速恢復(fù)原始狀態(tài)。粘性材料具有這兩個性能的元素，如表現(xiàn)出隨時間變化的應(yīng)變
[0039]為了具有彈性變形和幾乎沒有塑性變形，本發(fā)明使用由物理或化學(xué)交聯(lián)的聚合物分子的三維網(wǎng)狀物制成的彈性材料，該聚合物分子在變形時呈現(xiàn)高度流動性。彈性體通常具有遠低于預(yù)期操作溫度范圍的玻璃化溫度，提供所需的柔軟度或彈性，同時交聯(lián)使得材料在變形后恢復(fù)其形狀。
[0040]粘彈性可以通過使用動態(tài)力學(xué)分析獲得，例如施加小的振蕩應(yīng)力并測量產(chǎn)生的應(yīng)變。
[0041]純彈性材料具有同步地應(yīng)力和應(yīng)變，因此，其中一個對另一個引起的的反應(yīng)是即時的。
[0042]在純的粘性材料中，應(yīng)變滯后于90度相位滯后引起的應(yīng)力。
[0043]粘彈性材料表現(xiàn)出處于這兩種類型的材料之間的某些特性，表現(xiàn)出一定的應(yīng)變滯后O
[0044]復(fù)雜動態(tài)模量是在振動條件下應(yīng)力與應(yīng)變的比，如從自由或受迫振動測試獲得的數(shù)據(jù)算的，在剪切，即剪切模量G和能夠用來代表振蕩應(yīng)力和變力之間的關(guān)系:G=G' +iG"
[0045]其中i2=_l，G’是儲能模量，其取決于彈性模量，如楊氏模量，而G"是損耗模量，其更多的取決于可變粘度H。
[0046]粘度η是流體阻力的量度，其中流體是由于剪應(yīng)力或拉應(yīng)力而變形的。
[0047]楊氏模量，最常見的彈性模量，也被叫做拉伸模量或彈性模量，是剛度和彈性材料的量度。它被定義為單軸應(yīng)力與單軸應(yīng)變在應(yīng)力范圍內(nèi)的比。在固體力學(xué)中，應(yīng)力-應(yīng)變曲線在任何一點的的斜率被稱為切線模量。應(yīng)力-應(yīng)變曲線初始直線部分的切線模量被稱為楊氏模量(E)。它可以由應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率實驗性確定，該應(yīng)力-應(yīng)變曲線形成于對樣品材料進行的拉伸試驗過程中。
[0048]由于可變形透鏡體對于透鏡的焦距必須是可調(diào)的，因此它必須能夠從由外部刺激(觸發(fā)器)引起的變形狀態(tài)(臨時形狀)恢復(fù)為它原始(永久)形狀。因此，當在應(yīng)力和應(yīng)變下，可變形透鏡體不能永久變形。
[0049]對于聚合物材料，剪切模量G通常被用來作為相關(guān)量度。剪切模量是當施加剪切力時物體或物質(zhì)傾向于變形的數(shù)學(xué)描述，并被定義為剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變的比。
[0050]因此，透鏡體的剛度/柔軟度可以由G限定。
[0051]對于均勻的、各向同性的材料，楊氏(彈性)模量(E)、剪切模量(G)和泊松比(V)之間的關(guān)系是:E=2G (1+ ν )。
[0052]對于彈性聚合物，ν通常接近0.5，其給出了簡單關(guān)系:E=3G。
[0053]對于聚合物作為可調(diào)透鏡組件中的可變形透鏡體的應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它需要具有低于IOOkPa的剪切模量。具有低于50kPa的剪切模量是更加理想的，或者甚至低至lOkPa。
[0054]對于可變形透鏡體在可調(diào)自動對焦相機透鏡中的應(yīng)用，將會有一個最低要求的剛度或模量。由于在自動對焦相機使用期間可能出現(xiàn)重力和引力，裝置必須承受巨大的變形。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)需要大于IOOPa的剪切模量。
[0055]因此，彈性模量應(yīng)當在最小理想值300Pa以上，從而避免因透明光學(xué)裝置元件在正常操作中的引力產(chǎn)生的變形。根據(jù)上述的關(guān)系，剪切模量的優(yōu)選范圍在IOOPa和IOOKPa之間，提供了彈性模量的優(yōu)選范圍在300Pa和300KPa之間。
[0056]簡而言之，可能會說如果聚合物太軟在正常操作中其結(jié)構(gòu)將會坍塌，并且如果聚合物太硬透鏡將不可調(diào)。
[0057]為降低聚合物網(wǎng)狀物的硬度和剛度，常規(guī)方案可以是在聚合物鏈中弓I入變化以致獲得具有降低的剪切模量的聚合物網(wǎng)狀物。然而，由于可調(diào)透鏡是自動對焦系統(tǒng)的一部分，其中對焦速度是一個重要的參數(shù)，依賴于時間的粘彈性能變得很重要。通過在聚合物內(nèi)建立松散網(wǎng)狀物結(jié)構(gòu)來降低聚合物體系的剛度和模量的方法，通常發(fā)生儲能模量的降低會伴隨著更高的損耗模量，也就是對于快速降低的剪切力聚合物可能呈現(xiàn)慢反應(yīng)，相應(yīng)的獲得了慢反應(yīng)的可調(diào)透鏡。
[0058]因此，在一些【具體實施方式】中所述的至少一種可變形透鏡體具有低于IOOKPa的
剪切模量。[0059]低于IOOKPa的剪切模量(用振蕩平行板流變儀在1-1OOHz測得)可通過數(shù)種方法實現(xiàn):
[0060]-通過在網(wǎng)狀物中引入大量的懸掛端通過:
[0061]a.使用具有大量單官能預(yù)聚物或單體的接枝共聚物；
[0062]b.使用長支鏈的預(yù)聚物；
[0063]c.使用反應(yīng)基團組之間的非化學(xué)計量比；
[0064]這些方案的以前的方案具有不足之處:制造的彈性材料呈現(xiàn)出低儲能模量，但相對高損耗模量，因此提供的粘彈性材料在暴露于快速變化的應(yīng)力時反應(yīng)相當慢。
[0065]本發(fā)明的方案通過向聚合物網(wǎng)狀物中加入油減小剪切模量。這種油通常被叫做增塑劑。本發(fā)明的方案不同于其他方案在于通過引入與網(wǎng)狀物(O到90被％原則上是可行的)混溶的且不共價鍵合的低分子量油或膨潤劑(Mw〈10000)獲得低于IOOKpa的剪切模量中。用這種方法，降低儲能模量的同時并沒有實質(zhì)上增加損耗模量，因此使得包含油或結(jié)合油的聚合物網(wǎng)狀物具有用于透鏡體的理想的柔軟度，同時保持對快速變化應(yīng)力的快速反應(yīng)。
[0066]剪切模量的理想值允許本發(fā)明作為透鏡體應(yīng)用，如相機透鏡體，當應(yīng)用快速施加的小作用力時其具有快速的反應(yīng)時間。
[0067]貫穿本發(fā)明，通過引入油或結(jié)合油于聚合物網(wǎng)狀物中獲得這種效果，為的是獲得剪切模量的理想值，因此提供了對于非常小的作用力的應(yīng)用具有非?？焖俜磻?yīng)的透鏡體。
[0068]因此本發(fā)明的方案獲得了包含油的聚合物網(wǎng)狀物，該聚合物網(wǎng)狀物通常具有低剪切模量，或者低動態(tài)儲能模量，但是同時具有更低的損耗模量以致對于快速變化的外部刺激或應(yīng)力具有快速的反應(yīng)。然而，低模量可能在使用聚合物網(wǎng)狀物如作為透鏡體時產(chǎn)生問題。通常透鏡體需要具有硬度和剛度為的是能夠在機械上耐受作為透鏡的應(yīng)用。在將透鏡整合到相機中時以及在裝置的正常操作過程中，透鏡必須承受制造和組裝過程中施加的作用力，。同樣地，透鏡表面的刮痕、粉塵顆粒的粘附及類似情況可能會嚴重影響包含這種透鏡的相機拍出的照片的質(zhì)量。因此需要高度的機械穩(wěn)定性。然而，通過在聚合物網(wǎng)狀物中引入油或結(jié)合油來降低透鏡體的模量，材料可能變得太軟以致其結(jié)構(gòu)無法在機械上耐受作為透鏡的應(yīng)用。換言之，在研究最大化對外部刺激的反應(yīng)速度中，可能生產(chǎn)不適合作為這種透鏡的聚合物材料。
[0069]本發(fā)明的方案因此提供了一種光學(xué)裝置元件，其進一步包含附著于至少一種可變形透鏡體表面的可彎曲透明蓋部件?？蓮澢该魃w部件將會對損壞提供機械剛性和穩(wěn)定性，所述損壞是由于變形、撞擊、觸摸、刮痕和粉塵顆粒。
[0070]本發(fā)明的方案也解決了如何使用缺乏用作透鏡體所需的機械穩(wěn)定性的聚合物網(wǎng)狀物的問題，網(wǎng)狀物，通過使用附著于可變形透鏡體表面的可彎曲透明蓋部件，如板，如玻璃或聚合物板向聚合物提供必要的機械穩(wěn)定性。用這種方式透鏡體的機械穩(wěn)定性不是由透鏡體本身提供，而是與透鏡體接觸的可彎曲透明蓋部件提供。
[0071]本發(fā)明因此提供了由于其組成而具有對改變其形狀的作用力的應(yīng)用最優(yōu)化反應(yīng)的透鏡體。這種組成將不能夠被用作透鏡體，因其低模量而不能滿足對于透鏡的機械穩(wěn)定性的需求。然而，通過可彎曲透明蓋部件對透鏡體提供支撐已經(jīng)解決了該問題，該可彎曲透明蓋部件向位于其表面的透鏡體提供機械穩(wěn)定性。
[0072]根據(jù)一個【具體實施方式】，本發(fā)明因此提供了一種透鏡體，該透鏡體應(yīng)該是清晰且高度透明的、各向同性的、非常柔軟且具有低于IOOkPa的剪切模量(G)、熱穩(wěn)定的以及具有符合要求的長期穩(wěn)定性和抗老化性能。這些是透鏡體的最終聚合物的特性。
[0073]在第二方面，本發(fā)明涉及本發(fā)明中預(yù)聚體混合物的用途，該預(yù)聚體用來制備包含透明的、熱穩(wěn)定的、柔軟的、可變形的且剪切模量低于IOOkPa的聚合物的可調(diào)光學(xué)組件。本發(fā)明的第三方面涉及本發(fā)明中預(yù)聚體混合物的用途，該預(yù)聚體用來制備包含透明的、熱穩(wěn)定的、柔軟的、可變形的且剪切模量低于IOOkPa的聚合物的具有夾層結(jié)構(gòu)的可調(diào)光學(xué)透鏡。
[0074]本發(fā)明的第四方面涉及一種依照本發(fā)明制備的具有夾層結(jié)構(gòu)的可調(diào)光學(xué)透鏡，其包含限制在透明可彎曲蓋上的柔軟的可變形透鏡體，該透明可彎曲蓋包含致動器，該致動器位于由側(cè)壁(致動器片)支撐的薄的玻璃表面上，其中構(gòu)成空腔底部的第二表面像附著在透鏡體上的透明板那樣排布使得在側(cè)壁和透明板的邊緣之間有開口，其中所述可變形透鏡體具有等于或小于IOOkPa的剪切模量。
[0075]由于按照定義透鏡是折射光線，從而例如改變通過透鏡的光線的焦點。具有可控折射率是至關(guān)重要的。與透鏡以及可調(diào)透鏡的幾何尺寸都有關(guān)，為了獲得更有效的光折射以使在透鏡的不同位置的折射具有大的變化，具有高的折射率是非常有利的。柔韌的透鏡體具有高折射率是有利的，因為對于給定刺激獲得折射程度上的更大的變化。
[0076]然而具有更高折射率的聚合物可能不具有用于透鏡所需的的機械性能。
[0077]在一些【具體實施方式】中，交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物和所述油或結(jié)合油之間的折射率之比在0.8和I之間。
[0078]在一些另外的【具體實施方式】中，其中所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物和所述油或結(jié)合油之間在折射率之比的差異在0.01和0.30之間。
[0079]在一些更加進一步的【具體實施方式】中，其中所述油或結(jié)合油具有的折射率至少比所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物的折射率高0.02個單位。
[0080]這里的透明被定義為具有高透射率，或者具有低吸收率，如在電磁頻譜的可見光范圍內(nèi)每mm低于10%?？梢姽夥秶赡馨ńt外(N.1.R.)和至少部分紫外光譜。
[0081]本發(fā)明特別地，但不限于，有利于獲得具有高折射率，RI的透明光學(xué)裝置元件。
[0082]折射率是相對于真空中光的速度的材料中光的速度的量度-例如1.5的折射率等于是說在那種材料中光的速度比真空中低50%。折射率是一個具有實際作用的重要的物理參數(shù)，特別是在光學(xué)中，其中例如折射和反射的影響都取決于材料的折射率以及這些材料的界面。折射率理論上與材料的介電性能相關(guān)。介電性能跟化合物的極性以及材料的混溶性也非常相關(guān)。
[0083]通常透鏡體的折射率受用來制備透鏡體的RI聚合物限制，因此具有高RI的聚合物是理想的。然而這些聚合物通常不具有理想的性能以致不符合用于可調(diào)光學(xué)透鏡的透鏡體的需求。本發(fā)明的方案是提高透鏡體的RI，如聚合物透鏡或用于透鏡的聚合物組分，通過加入油或結(jié)合油，因此，根據(jù)以下公式增加所述聚合物的折射率:
[0084]n=x聚合物網(wǎng)狀物η聚合物網(wǎng)狀物+X油η油(I)
[0085]其中X是重量分數(shù)，η是折射率。
[0086]向交聯(lián)或部分交聯(lián)的聚合物的聚合物網(wǎng)狀物中引入油或結(jié)合油也具有提高所使用的聚合物網(wǎng)狀物的折射率的優(yōu)勢。[0087]優(yōu)選地，所述透鏡體應(yīng)當具有盡可能高的折射率，如在1.35-1.90的范圍內(nèi)。相應(yīng)地，透鏡體的折射率應(yīng)當至少為1.35，如在1.35-1.75之間的范圍內(nèi)，如在1.35-1.55之間的范圍內(nèi).[0088]令人非常驚訝地，發(fā)現(xiàn)包含折射率非常不同的油是可能的。形成折射率不同的兩組分的均勻的、透明的混合物是并非是無意義的，特別是組分中的一種或兩種是聚合材料時。在一些實施例中，當將增塑劑或油加入到膨脹的聚合物網(wǎng)狀物中時，選擇與將組成三維網(wǎng)狀物的官能化組分盡可能相似的非官能化聚合物或油。在一些實施例中，選擇適當?shù)墓倌芑酆衔镆约胺枪倌芑酆系幕虻途鄣挠?，因此膨脹的交?lián)聚合物的折射率提高了多達
0.05個單元，對于這種材料在棱鏡或透鏡中的應(yīng)用，相當于在折射方面提高了 15%。
[0089]在一些【具體實施方式】中油或結(jié)合油具有低于1000g/mol的分子量。
[0090]具有低于lOOOg/mol的分子量的特定聚合物的使用具有允許加入易混油或結(jié)合油的優(yōu)勢，該易混油或結(jié)合油與具有高于lOOOg/mol的分子量的特定聚合物相比在折射率上有所不同。因此本發(fā)明的方案根據(jù)線性的加法規(guī)則使得透鏡體的折射率增幅更高。
[0091]交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物以及油或結(jié)合油可能在同一液相。
[0092]在一些【具體實施方式】中油或結(jié)合油與聚合物具有高度的相溶性。本發(fā)明提供了混合油和聚合物的結(jié)合為的是獲得理想的RI。
[0093]混溶性是液體以不同比例混合形成均一溶液的性能。
[0094]因此混合油定義為以給定的混合比在寬泛的溫度范圍內(nèi)能夠與聚合物混合形成均勻的、穩(wěn)定的油和聚合物體系的油。完全混溶性可能發(fā)生在混合比從O到100%或者對于二元或三元體系可以有一個混溶性范圍，超過它發(fā)生相分離。在本文中，混合油或油的混合物被定義為與聚合物以及交聯(lián)聚合物在給定的0.1-10%到0.1-90%混溶性范圍內(nèi)形成均一溶液。優(yōu)選的，混合比為20-80%vol/vol。
[0095]通過混合聚合物或向聚合三維網(wǎng)狀物中引入油/溶劑/增塑劑，是重要的。即使當考慮聚合物混合物的熱力學(xué)的幾個理論方面，基于化合物的偶極矩、表面張力、溶解度參數(shù)和其它參數(shù)，混溶性的預(yù)測可能成功性差。
[0096]在一些【具體實施方式】中，油或結(jié)合油包含在交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物中。
[0097]這里的包含定義為被包括在聚合物網(wǎng)狀物中，聚合物和油或結(jié)合油可能是凝膠形式。
[0098]在一些【具體實施方式】中油或結(jié)合油的量相對于所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物在0.1和90%vol/vol之間的范圍內(nèi)，如在10和80%vol/vol之間的范圍，如在20和70%vol/vol之間的范圍內(nèi)。
[0099]在一些【具體實施方式】中油或結(jié)合油構(gòu)成可變形透鏡體體積的約80%。
[0100]在一些進一步的【具體實施方式】中，油或結(jié)合油在海平面的大氣壓下具有高于200°C的沸點。
[0101]包含具有可變形透鏡體的可調(diào)透鏡的相機裝置的操作溫度能夠?qū)捴?40-100°C。特別為了在更高的溫度范圍承受更長時間，在這些溫度下可變形透鏡體必須具有杰出的穩(wěn)定性。不管是透明度，還是剛度，還是透鏡體的總質(zhì)量在暴露于100°C長達1000小時時，都不能發(fā)生超過5%的變化。當?shù)头肿恿坑停绲陀趌OOOgr/mol，構(gòu)成了這些透鏡體的重要部分，這些油在相關(guān)溫度下必須具有高沸點和低蒸氣壓。
[0102]聚合物
[0103]在一些【具體實施方式】中交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物是交聯(lián)或部分交聯(lián)聚硅氧烷的聚合物網(wǎng)狀物。
[0104]從大量的聚合物中某些聚硅氧烷已經(jīng)顯示出對柔性可變形透鏡體及其制造是有益的。聚硅氧烷，通常被稱為聚硅酮，是部分有機化合物，但是，不像大多數(shù)聚合物，聚硅氧烷具有不含碳原子的主鏈，相反聚硅氧烷是由交替的硅原子和氧原子組成。在大多數(shù)聚硅氧烷中，到每一個硅原子上連接兩種有機基團，這兩種有機基團通常是甲基或苯基。聚硅氧烷通常是異常穩(wěn)定和惰性的。由于可得性以及相當明確的結(jié)構(gòu)，當制備彈性聚硅酮網(wǎng)狀物時，通常使用乙烯基封端的硅氧烷。對于“乙烯基封端”，通常是指在線性聚合分子的每一端都有一個乙烯基團。具有分子量從200到超過200000的范圍的這些聚硅氧烷可以從不同的生產(chǎn)商獲得。來自于Gelest Inc.的DMS-VOO到-V52系列表明容易獲得的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷的跨度。含苯基的類似物也可以從Gelest Inc.獲得(PDV和PMV系列)，并且二甲基的和二乙基的硅氧烷共聚物也存在(EDV-2025)。除了乙烯基封端的聚硅氧烷，還存在共聚-(乙烯基甲基二甲基)硅氧烷，聚乙烯基甲基硅氧烷，長鏈分支的乙烯基-官能化聚硅氧烷和有多個乙烯基封端基團的倍半硅氧烷。
[0105]對于本發(fā)明，含乙烯基的聚硅氧烷每個分子包含兩個或多個乙烯基基團是優(yōu)選的。更加優(yōu)選地，可以使用每個分子包含2-5個乙烯基基團的含乙烯基的聚硅氧烷。這樣的含乙烯基的聚硅氧烷較優(yōu)地能選自聚二甲基硅氧烷、聚(甲苯基)硅氧烷、共聚_( 二甲基二苯基)硅氧烷、二聚_( 二甲基二苯基甲苯基)硅氧烷的組。
[0106]通過實施例的方法，聚二甲基硅氧烷(PDMS)的化學(xué)式是CH3[Si (CH3)2OjnSi (CH3)3,其中η是重復(fù)單體[SiO(CH3)2]單元的數(shù)目。PDMS是光學(xué)上清晰的，并且，被認為是惰性的、無毒的且不易燃的。
[0107]—般而言，由于S1-H基團在如Karstedt催化劑的過渡金屬催化下易與乙烯基基團反應(yīng)，任何一個每分子包含兩個或更多個S1-H基團的化合物可以作為本發(fā)明的交聯(lián)劑，用于形成三維聚硅酮網(wǎng)狀物。使用聚合交聯(lián)劑通常是理想的-例如為了降低揮發(fā)度。市場上可得到的適合的系統(tǒng)是具有不同結(jié)構(gòu)和分子量的共聚_(甲基二甲基)硅氧烷；如來自于Gelest Inc.的HMS-031、HMS-064、HMS-301。另外，聚甲基氫化硅氧烷的均聚物也是可應(yīng)用的，如來自Gelest Inc.的HMS-991。含有其他側(cè)基(如乙基、苯基)的等效交聯(lián)劑也可以作為氫化甲硅烷基官能化共聚物和均聚物存在。例如來自Gelest Inc.的HES-992、HDP-1IUHPM-502。也可以使用非聚合交聯(lián)劑，如某些已知的含有3和4個氫化甲硅烷基基團的分子，其用作交聯(lián)劑。一些四官能化的SiH交聯(lián)劑的例子為四(二甲基硅氧烷基)硅燒、四(二苯基娃氧烷基)硅烷以及四(二乙基娃氧烷基)硅烷。二官能化的交聯(lián)劑為，如甲基二( 二甲基娃氧烷基)硅烷、苯基二( 二甲基娃氧烷基)硅烷。
[0108]在本發(fā)明中使用的具有氫化物功能的交聯(lián)劑是含有氫化硅烷的短鏈聚合物，如平均每分子中含有2個或更多個氫化甲硅烷基基團的聚硅氧烷。更優(yōu)選地，這種含氫化甲硅烷基的聚硅氧烷可以選自于聚甲基硅氧烷、聚甲苯基硅氧烷和共聚-(二甲基二苯基)硅氧烷的組，該聚硅氧烷每分子平均含2個或更多個氫化甲硅烷基基團。甚至更優(yōu)選地，含氫化甲硅烷基的聚硅氧烷可以選自于聚甲基硅氧烷、聚甲苯基硅氧烷和共聚-(二甲基二苯基)硅氧烷的組，該聚硅氧烷每分子平均含3-15個氫化甲硅烷基基團。
[0109]這種含氫化甲硅烷基的聚硅氧烷應(yīng)該具有從300到100000的數(shù)均分子量，優(yōu)選地從300到40000，更優(yōu)選地從300-20000并且最優(yōu)選的從320-10000。聚合物的多分散性(Mw/Mn)應(yīng)當在從I到5的范圍內(nèi)，優(yōu)選從I到3。
[0110]對于獲得質(zhì)量良好的透鏡聚合物的另一個重要因素是含乙烯基聚硅氧烷和含氫化甲硅烷基-交聯(lián)劑的比例，因為這個比例對聚合物的交聯(lián)是決定性的，并且將因此影響透鏡的柔軟度和彈性。
[0111]為了避免活性官能團(如乙烯基或氫化甲硅烷基)出現(xiàn)在固化的聚合物中，當形成聚合物時使用化學(xué)計量的量的反應(yīng)物通常是優(yōu)選的。然而非常意外的，在這個的反應(yīng)中，使用非化學(xué)計量的量的反應(yīng)物具有優(yōu)勢，并且優(yōu)選地使用過量的乙烯基基團。優(yōu)選地，氫化甲硅烷基和乙烯基基團之間的化學(xué)計量比為0.3-0.9，更優(yōu)選地，在預(yù)聚物混合物中為
0.3-0.7。反應(yīng)速率通常或多或少與進行反應(yīng)的反應(yīng)物的濃度成比例。兩個官能團中任一個過量會增大交聯(lián)的速率，這就縮短了生產(chǎn)透鏡的時間。令人驚訝的是，在組合的可調(diào)透鏡的大量的可靠性測試時，我們沒有發(fā)現(xiàn)過量的乙烯基基團的任何不利影響。
[0112]通常，含乙烯基聚硅氧烷和含氫化物交聯(lián)劑的交聯(lián)，如氫化硅烷化，是使用熱催化劑進行的。一個用于與乙烯基基團的氫化硅烷化反應(yīng)的著名催化劑是Karstedt催化劑Pt2{[(CH2=CH)Me2Si]20}3，具有不同的配體的這種催化劑也是可以得到的。為了影響和改變不同溫度下的反應(yīng)速率，這些變化是合乎要求的。當在本文中考慮使用傳統(tǒng)的Karstedt催化劑時，一個缺點是Karstedt催化劑通常在5_100ppmPt的范圍內(nèi)使用，這個范圍是理想的交聯(lián)速率和最終聚合物的變色之間典型的最優(yōu)化，因為較高的催化劑濃度能通過自身產(chǎn)生固有吸收，并且能在升高的溫度下引起熱降解。在快速且可再生產(chǎn)的過程中，當想要控制具有特定性能的可變形聚合物的形成時，不受控制的變色自然是一個問題。
[0113]為快速的聚合和組裝過程做準備，在單線的制造過程開始前，準備好預(yù)聚物混合物是有利的。對于通過氫化硅烷化制備交聯(lián)的聚硅酮聚合物，已經(jīng)混合好的如乙烯基封端的聚硅氧烷的預(yù)聚物混合物，原則上由至少一種含乙烯基的聚硅氧烷(每分子優(yōu)選具有2個或更多個乙烯基)，一種含氫化甲硅烷基的交聯(lián)劑如含氫化甲硅烷基的聚硅氧烷(每分子優(yōu)選具有2個或更多個H-Si基團)以及在一種引發(fā)氫化硅烷化反應(yīng)發(fā)生的合適的過渡金屬催化劑組成。此外，預(yù)聚物混合物可能含有添加劑，如非官能化的硅氧烷(0-90%)、穩(wěn)定助劑(UV穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗菌化合物)、填充料(無機或有機顆粒)、染料/著色劑等。
[0114]在特定的情況下，混合兩種或更多種含乙烯基聚硅氧烷，和/或兩種或更多種含氫化甲硅烷基的化合物也可能是有益的。一個實施例是使用2-官能化氫化甲硅烷基化合物為增鏈劑，同時使用3-或更多官能化氫化甲硅烷基作為交聯(lián)劑，這將使可能形成低粘度的預(yù)聚物混合物。
[0115]當混合三個必須組分(乙烯基、氫化甲硅烷基和催化劑)時，交聯(lián)反應(yīng)將開始并且在連續(xù)的聚合物網(wǎng)狀物形成之前是一個時間問題。因此，預(yù)聚物混合物被認為是處于偽穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)。在用于可調(diào)透鏡的柔軟聚合物的實際應(yīng)用中，預(yù)聚物混合物需要以交聯(lián)是可控的這一方式制備。預(yù)聚物混合物具有合理的長的貯放時間是理想的，即在相關(guān)的組分混合之后預(yù)聚物混合物能夠在一個相當長的時間范圍被使用，然而同時在升高的溫度下短時間內(nèi)固化成彈性固體。事實上，目前的預(yù)聚物混合物通常具有超過6小時的貯存穩(wěn)定性。在混合預(yù)聚物混合物的組分時，充分混合所有組分是很重要的。
[0116]預(yù)聚物混合物在混合后必須具有穩(wěn)定的、低的粘度。事實上，為了能容易且快速處理，預(yù)聚物混合物應(yīng)該具有小于5000cst的粘度，對于低分子量的原料這是可以實現(xiàn)的。這樣的低粘度對于快速定位/沉積以及將液滴分散到底板上是有利的。
[0117]另外，當聚合被引發(fā)時，對于發(fā)生的快速反應(yīng)，預(yù)聚物混合物必須具有高濃度的活性基團。反應(yīng)速率(r)取決于反應(yīng)物濃度，例如與含氫化甲硅烷基的交聯(lián)劑
的濃度和含乙纟布基硅氧烷的濃度C)以及反應(yīng)常數(shù)是成比例的
乙烯基。
[0118]因此本發(fā)明的一個方面涉及用于制備如可調(diào)光學(xué)透鏡的可調(diào)光學(xué)組件的預(yù)聚物混合物，其中所述預(yù)聚物混合物包含每分子含有2個或更多個氫化甲硅烷基基團的含氫化甲硅烷基交聯(lián)劑、每分子含有2個或更多個乙烯基基團的含乙烯基聚硅氧烷以及過渡金屬催化劑。
[0119]在一個【具體實施方式】中，本發(fā)明涉及預(yù)聚物混合物，該預(yù)聚物混合物包含每分子平均含有2個或更多個氫化甲硅烷基基團的含氫化甲硅烷基交聯(lián)劑、每分子含有2-5個乙烯基基團的含乙烯基聚硅氧烷以及鉬催化劑。
[0120]在另一個【具體實施方式】中，預(yù)聚物混合物包含每分子平均含有2個或更多個氫化甲硅烷基基團的含氫甲硅烷基交聯(lián)劑、每分子含有2-5個乙烯基基團的含乙烯基聚硅氧烷以及鉬催化劑，其中含氫化甲硅烷基交聯(lián)劑選自聚甲基硅氧烷、聚甲苯基硅氧烷以及共聚(~甲基~苯基)硅氧烷的組，含乙烯基的硅氧烷選自聚~甲基硅氧烷、聚(甲苯基)娃氧燒、共聚(二甲基二苯基)硅氧烷、二聚_( 二甲基二苯基甲苯基)硅氧烷的組。
[0121]在另一個【具體實施方式】中，預(yù)聚物混合物包含每分子平均含有3-15個氫化甲硅烷基基團的含氫化甲硅烷基交聯(lián)劑、每分子含有2-5個乙烯基基團的含乙烯基聚硅氧烷以及鉬催化劑，其中含氫化甲硅烷基交聯(lián)劑選自聚甲基硅氧烷、聚甲苯基硅氧烷以及共聚(~甲基~苯基)硅氧烷的組，含乙烯基的硅氧烷選自聚~甲基硅氧烷、聚(甲苯基)娃氧燒、共聚(二甲基二苯基)硅氧烷、二聚_( 二甲基二苯基甲苯基)硅氧烷的組。
[0122]在另一個【具體實施方式】中，所述含乙烯基聚硅氧烷為乙烯基封端的聚硅氧烷，且每分子包含2-5個之間乙烯基團，選自于聚二甲基硅氧烷、聚(甲苯基)硅氧烷、共聚-(二甲基二苯基)硅氧烷、二聚_( 二甲基二苯基甲苯基)硅氧烷的組。
[0123]在另一個【具體實施方式】中，每分子含有3-15個氫化甲娃烷基基團的含氫化甲娃烷基聚硅氧烷，也是氫化甲硅烷基封端的聚硅氧烷。
[0124]在本發(fā)明的另一個【具體實施方式】中，在預(yù)聚物混合物中使用非化學(xué)計量的量的乙烯基和氫化甲硅烷基，優(yōu)選地使用過量的乙烯基。優(yōu)選地，氫化甲硅烷基和乙烯基基團之間的化學(xué)計量比為0.3-0.9，更優(yōu)選地在預(yù)聚物混合物中為0.3-0.7。
[0125]但在本發(fā)明的另一個【具體實施方式】中，在室溫下預(yù)聚物的貯放時間大約是6小時。
[0126]通過在任何溫度下，例如從50°C -180°C或更高溫度，將可調(diào)透鏡組件放置在烤箱中1-20小時(取決于聚合物的形成)，可以獲得固化預(yù)聚物。
[0127]每個透鏡只使用預(yù)聚物混合物的一滴液滴，并且使用I升預(yù)聚物混合物可以制備大約500，000至1，000，000個透鏡。因此，為了制備I百萬個透鏡，只需要大約l-2kg的預(yù)聚物混合物。
[0128]迪
[0129]本發(fā)明涉及在交聯(lián)聚合物中包含油。本發(fā)明的油在任何溫度下可與交聯(lián)聚合物混溶，需要使用設(shè)備來產(chǎn)生均勻的熱力學(xué)穩(wěn)定的混合。相關(guān)的油可能選自各種有機和無機酸的脂肪族和芳香族酯，如鄰苯二甲酸酯、磷酸酯、馬來酸酯、延胡索酸酯、硬脂酸酯；芳香族或脂肪族烴；聚合的或低聚的酯或聚酯；芳香醚；不同配體的低聚的或聚合的硅氧烷，配體如甲基、苯基、萘基和甚至取代的芳香配體，特別是如溴或碘的重原子取代的芳香配體；包含如T1、Zr、Zn、Ge、As重金屬原子的金屬有機油。
[0130]因此，在一些【具體實施方式】中，油或結(jié)合油選自低聚的或聚合的硅氧烷的組。
[0131]納米顆粒
[0132]在一些【具體實施方式】中，可變形透鏡體進一步包含無機或金屬有機納米顆粒，其有利于提高可變形透鏡體的折射率，這些納米顆粒包含在透明油中或聚合網(wǎng)狀物中，在那里原位產(chǎn)生金屬有機相或無機相，這些納米顆粒要么作為分散的顆粒，或者作為雜化材料。
[0133]納米顆?？赡芫哂械钠骄皆谛∮贗Onm的范圍內(nèi)。
[0134]納米顆粒可能選自于二氧化鈦、氧化鋯、氧化錫、氧化鋅等的組。
[0135]納米顆?？赡軜?gòu)成可變形透鏡體體積的0-50 %。
[0136]催化劑
[0137]在一些【具體實施方式】中，組成可變形透鏡體的交聯(lián)或部分交聯(lián)聚硅氧烷的聚合物網(wǎng)狀物是由液態(tài)預(yù)聚物混合物制得，該預(yù)聚物混合物的粘度小于5000cSt，包含選自于聚甲基硅氧烷、聚甲苯基硅氧烷和共聚_( 二甲基二苯基)硅氧烷的組的含氫化甲硅烷基交聯(lián)齊U，該交聯(lián)劑每分子平均含3-15個氫化甲硅烷基基團并具有10-25個單體單元；選自聚二甲基硅氧烷、聚(甲苯基)硅氧烷、共聚(二甲基二苯基)硅氧烷、三聚_( 二甲基二苯基甲苯基)硅氧烷的組的含乙烯基的硅氧烷，該硅氧烷每分子含有2-5個乙烯基基團并具有10-40個重復(fù)單體單元，氫化甲硅烷基和乙烯基基團之間的化學(xué)計量比為0.3-0.9 ;以及過渡金屬催化劑。
[0138]在一些其他的【具體實施方式】中，過渡金屬催化劑是二(乙酰丙酮)鉬(II)。在一些另外的【具體實施方式】中，過渡金屬催化劑是Karstedt催化劑，如1，3_ 二乙烯基_1，I, 3, 3-四甲基二娃氧燒鉬。
[0139]在一些【具體實施方式】中，交聯(lián)速率減速劑是包括在形成過程中的，如抑制劑、延緩齊U。這些減速劑可選自于一系列的，這些給電子化合物含有一個或更多個基團如乙烯基、烯
丙基、擬基等。
[0140]透明光學(xué)裝置元件可用作相機模塊中的透鏡，如手機相機、內(nèi)窺鏡、汽車相機、便攜式電腦、工業(yè)應(yīng)用以及更多。
[0141]用作透鏡，本發(fā)明具有形成以下設(shè)想的優(yōu)勢:簡單的自動對焦技術(shù)、在自動化或半自動大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備上生產(chǎn)、采用晶片級MEMS或半導(dǎo)體設(shè)備以及先進的裝配和封裝技術(shù)、能夠以極低的成本進行大規(guī)模生產(chǎn)。
[0142]本發(fā)明可以大規(guī)模地生產(chǎn)可調(diào)透鏡，例如用于能夠在很短的時間內(nèi)改變焦距的自動對焦相機，甚至在Ims內(nèi)完成改變，并且這樣做消耗很少的電能，延長了手提式的、移動的裝置如相機和便攜式電腦的電池壽命。[0143]在發(fā)明的第五個方面提供一種改變可變形透鏡體折射率的方法，該方法包括:
[0144]-將油或結(jié)合油加入到透明聚合物網(wǎng)狀物中。
[0145]改變可變形透鏡體的折射率可以理解為改變透明光學(xué)裝置元件的折射率。
[0146]變化可能是RI的降低或增加。例如通過結(jié)合RI低于油或結(jié)合油的聚合物網(wǎng)狀物，或通過結(jié)合RI高于油或結(jié)合油的聚合物網(wǎng)狀物可獲得不同的IR。
[0147]根據(jù)本發(fā)明的第五個方面所述的方法，該方法可能進一步包括:
[0148]-固化透明聚合物網(wǎng)狀物以及油或結(jié)合油，從而提供包含油或結(jié)合油的交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物。
[0149]在一些【具體實施方式】中，根據(jù)本發(fā)明第五個方面所述的方法使用了根據(jù)本發(fā)明第五個方面所述的油或結(jié)合油。
[0150]本發(fā)明的另一方面涉及一種依照本發(fā)明制備的具有夾層結(jié)構(gòu)的可調(diào)光學(xué)透鏡，其包含限制在空腔內(nèi)的柔軟的可變形透鏡體(3)，該空腔由第一表面限定，該可變形透鏡體包含位于由側(cè)壁(4)支撐的薄玻璃表面(2)上的致動器(I)，其中構(gòu)成空腔底部的第二表面像附著的透明板(5)在透鏡體上那樣排布，這樣在側(cè)壁和透明板的邊緣之間有開口，其中可變形透鏡體(3)具有等于或小于IOOkPa的剪切模量。
[0151 ] 本發(fā)明的第一、第二和第三以及其他方面或【具體實施方式】可能與任何其他方面和【具體實施方式】結(jié)合。參考下文中描述的【具體實施方式】，本發(fā)明的這些以及其它方面將是顯而易見的和并明確的。
[0152]下面將結(jié)合附圖對根據(jù)本發(fā)明的透明光學(xué)裝置元件進行更加詳細的描述。附圖顯示了實施本發(fā)明的一種方式，但是不能被解釋為對落在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的其它可能的【具體實施方式】的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0153]圖1顯示了透明光學(xué)裝置元件和根據(jù)本發(fā)明的一個方面生產(chǎn)透明光學(xué)裝置元件的不同步驟。
[0154]圖2顯示了通過引入具有更高折射率的油對交聯(lián)聚二甲基硅氧烷的折射率的提聞。
[0155]圖3顯示了通過引入具有更高折射率的油對交聯(lián)共聚_( 二苯基二甲基)硅氧烷的折射率的提聞。
[0156]圖4顯示了通過混入具有更高折射率的油對交聯(lián)共聚_( 二苯基二甲基)硅氧烷的折射率的提聞。
[0157]圖5顯示了通過混入高折射率的油對市售光學(xué)聚硅酮的的折射率的提高。
[0158]圖6顯示了另一種市售的來自Dow Corning的聚娃酮-0E-6450,其折射率為
1.546，根據(jù)說明混合并加入不同量的折射率為1.58的1，1,3, 5，5-五苯基，1，3，5-三甲
基_ 二娃氧燒。
[0159]圖7顯示了損耗角正切(tan δ )作為使用動態(tài)流變儀測量的剪切模量的函數(shù)?！揪唧w實施方式】
[0160]圖1顯示了透明光學(xué)裝置元件和根據(jù)本發(fā)明的一個方面生產(chǎn)透明光學(xué)裝置元件的不同步驟(a_e)。
[0161]圖1中說明的透明光學(xué)裝置元件包括可變形透鏡體3，設(shè)置在由連續(xù)的或半連續(xù)的剛性的側(cè)壁4支撐的薄的、柔性的玻璃表面2上的致動器I。
[0162]實施例1聚二甲基硅氧烷網(wǎng)狀物
[0163]圖2顯示了通過引入具有更高折射率的油對交聯(lián)聚二甲基硅氧烷的折射率的提聞。
[0164]三維網(wǎng)狀物由與四(二甲基硅氧烷基)硅烷交聯(lián)的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS)組成，并得到1.404的折射率。油是(灰色的)折射率為1.55的1，I, 5，5-四苯基、1，3，3，5-四甲基-三硅氧烷，(多變的)折射率為1.66的2-溴萘、(開環(huán))折射率為1.48的低分子量聚(苯甲基)硅氧烷(來自Gelest的PMM-0011，分子量為350-450，根據(jù)生產(chǎn)商)。只有兩種更高分子量油的大約5%與三維PDMS網(wǎng)狀物相容，但是根據(jù)線性加法法則仍然提高了折射率。在此水平之上，由于油和聚合物網(wǎng)狀物的相分離，獲得的聚合物或者無法固化成固體(溴代萘)，或者產(chǎn)生不透明的固體。然而，折射率為1.48的聚(苯甲基)硅氧烷(PMM-0011)在0-100%的整個范圍內(nèi)與PDMS混溶。在>80%的油時，聚合物變得太松散地交聯(lián)，產(chǎn)生半固態(tài)的或甚至是液態(tài)的物質(zhì)。
[0165]為證明分子量在非官能化的低聚物/聚合物與聚硅酮網(wǎng)狀物的混溶性上的重要性，引入另一種比折射率為1.48的具有更高分子量的聚(苯甲基)硅氧烷(來自于GelestInc.的PMM-0021)。根據(jù)生產(chǎn)商，這種聚合物折射率為1.52，分子量為700-900。在PDMS網(wǎng)狀物中使用少至1%的油，獲得的聚合物是不透明的，并且在光學(xué)應(yīng)用中是無用的。
[0166]向聚二甲基硅氧烷網(wǎng)狀物中只加入5%的折射率為1.58的1，1，3，5，5_五苯基、1,3, 5-三甲基-三硅氧烷得到不透明的固體聚合物。通過以1:9的比例混合以上這一種油以及折射率為1.48的聚(苯甲基)硅氧烷這兩種油，向聚二甲基硅氧烷網(wǎng)狀物中填入超過50%是可能的。折射率是1.448的聚合物，只具有50%的PMM-0011，就能獲得1.440的折射率。這表明，通過仔細選擇最優(yōu)的油或油的混合物，調(diào)整和獲得比單純的聚合物網(wǎng)狀物具有更高折射率的混溶的聚合物網(wǎng)狀物是可能的。
[0167]實施例2共聚_( 二甲基二苯基)硅氧烷網(wǎng)狀物
[0168]圖3顯示了通過引入具有更高折射率的油對交聯(lián)共聚_( 二苯基二甲基)硅氧烷的折射率的提聞。
[0169]三維網(wǎng)狀物由與四(二甲基硅氧烷基)硅烷交聯(lián)的乙烯基封端的共聚_( 二苯基，二甲基)硅氧烷(約16mol%聯(lián)苯)組成，并得到1.46的折射率。油是(開環(huán))折射率為1.58的1，1，3，5，5-五苯基、1，3，5-三甲基-三硅氧烷，(多變的)折射率為1.55的1，I, 5，5-四苯基-1，3，3，5-四甲基-三硅氧烷。大約20%的高分子量油能與三維PDMS網(wǎng)狀物相溶。在此水平上，由于油和聚合物網(wǎng)狀物的相分離，獲得的聚合物產(chǎn)生不透明的固體。然而，折射率為1.55的油與聚硅酮在0-100%的整個范圍內(nèi)混溶。在>80%的油時，聚合物變得太松散地交聯(lián)，產(chǎn)生半固態(tài)的或甚至是液態(tài)的物質(zhì)。
[0170]實施例3共聚_( 二苯基二甲基)硅氧烷網(wǎng)狀物(II)
[0171]圖4顯示了通過混入具有更高折射率的油對交聯(lián)共聚_( 二苯基二甲基)硅氧烷的折射率的提聞。
[0172]三維網(wǎng)狀物由與四(二甲基硅氧烷基)硅烷交聯(lián)的乙烯基封端的共聚_( 二甲基，二苯基)硅氧烷(約20mole%聯(lián)苯)組成，并得到1.50的折射率。油是(開環(huán))折射率為1.58的1，1，3，5，5-五苯基、1，3，5-三甲基-三硅氧烷、(多變的)折射率為1.66的溴代萘。然而，折射率為1.58的油與聚硅酮在0-100%的整個范圍內(nèi)混溶。在>80%的油時，聚合物變得太松散地交聯(lián)，產(chǎn)生半固態(tài)的或甚至是液態(tài)的物質(zhì)。折射率的提高遵循簡單的加法法則。聚合物網(wǎng)狀物與加入的20%溴代萘混溶，在此水平之上聚合物不完全固化但保持透明。折射率以與線性加法法則一致的水平增加。
[0173]實施例4將高折射率的油混入到市售的聚硅酮中
[0174]圖5顯示了通過混入高折射率的油對市售光學(xué)聚硅酮的的折射率的提高。
[0175]依據(jù)標準混合市售的來自Nusil的聚硅酮-LS-6257，并加入不同量的折射率為1.58的1，1，3，5，5-五苯基、1，3，5-三甲基-三硅氧烷。在油濃度高達55%時，固化后的聚合物是透明的、柔軟以及穩(wěn)定的。油濃度60%時，固化的聚合物變得稍微不透明，致使其不適合應(yīng)用于光學(xué)應(yīng)用中。在折射率為1.58的油的濃度為55%時，折射率從1.55提高到1.567。這符合線性加法法則。
[0176]圖6顯示了另一種市售的來自Dow Corning的聚娃酮-0E-6450,其折射率為
1.546，根據(jù)說明混合，并加入不同量的折射率為1.58的1，1,3, 5，5-五苯基，1，3，5-三甲基-三硅氧烷。在油濃度高達55%時，固化后得到的聚合物通常會逐漸地越來越軟，然而是透明且穩(wěn)定的。油濃度60%時，聚合物不固化并保持液態(tài)。油濃度50%時，折射率從1.546增加到1.563，符合線性加法法則。
[0177]通過向混合物中加入0E-64501%的四(二甲基硅氧烷基)硅烷，使用多達80%的油，可以制備固體的、穩(wěn)定的且透明的聚合物，得到1.753的折射率。
[0178]實施例5具有不同模暈的彈性體的動態(tài)粘彈行為
[0179]圖7顯示了損耗角正切(tan δ )作為使用動態(tài)流變儀測量的剪切模量的函數(shù)。所有的聚合物是通過混合乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、共聚(_ 二甲基甲基)硅氧烷(來自Gelest的DMS-V22和HMS-151)以及少量的Pt催化劑來制備的。在乙烯基和氫化物之間具有“非化學(xué)計量”比的聚合物制備時都使用過量的HMS-151重量的3-10%的乙烯基基團。產(chǎn)生的剪切模量從0.2到210kPa之間變化。具有添加的油的聚合物以HMS-151與DMS-V22的比為1:9制備，加入重量上O到89%的線形聚二甲基硅氧烷油。產(chǎn)生的剪切模量從3到200kPa之間變化。通過損耗角正切(tan δ ) vs剪切模量繪圖，可以清楚的看到特別是當剪切模量降低到低于IOOkPa時，具有油的聚合物的損耗角正切變得明顯低于當通過向彈性體網(wǎng)狀物中僅僅弓I入懸掛聚合物的末端降低剪切模量時的損耗角正切。高損耗角正切將直接轉(zhuǎn)化為包含聚合物的透鏡更慢的驅(qū)動。
[0180]雖然本發(fā)明已經(jīng)用與之相關(guān)的【具體實施方式】進行過描述，但它不應(yīng)該被解釋為以任何方式受所提出的實施例的限制。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。在權(quán)利要求的上下文中，術(shù)語“包含”或者“包含”不排除其他可能的元素或步驟。同時，如“一個”或“一個”等的引用不應(yīng)該理解為不包含多個。權(quán)利要求中關(guān)于表示附圖中元素的參考標記的使用也不應(yīng)該解釋為限制本發(fā)明的范圍。進一步地，在不同權(quán)利要求中提到的特別特征可能是被有利地結(jié)合的，以及在權(quán)利要求中提到的這些特征不排除特征的結(jié)合是不可能的且不利的。
【權(quán)利要求】
1.一種透明光學(xué)裝置元件，包括: -至少一種可變形透鏡體； -可彎曲透明蓋部件，其附著于所述至少一種可變形透鏡體的表面從而為所述至少一種可變形透鏡體提供機械穩(wěn)定性； -致動器，用來將所述可彎曲透明蓋部件塑造成所需形狀，所述致動器位于所述可彎曲透明蓋部件的上表面，所述所需形狀由所述致動器的配置圖案以及施加于致動器的所述配置圖案的各自的電壓幅值限定， 其中所述至少一種可變形透鏡體具有 (a)大于300Pa的彈性模量，從而避免了由于正常操作所述透明光學(xué)裝置元件中的引力而引起的變形； (b)1.35以上的折射率； (c)所述可變形透鏡體在可見光區(qū)的吸收率，為每毫米厚度小于10%； 并且所述可變形透鏡體包含交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物；并進一步包含混合油或結(jié)合油，從而提高了所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的聚合物網(wǎng)狀物是交聯(lián)或部分交聯(lián)聚硅氧烷的聚合物網(wǎng)狀物。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述油或結(jié)合油具有低于1000g/mol的分子量。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述至少一種可變形透鏡體具有低于IOOKPa的剪切模量。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物和所述油或結(jié)合油之間的折射率之比在0.8和I之間。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物和所述油或結(jié)合油之間的折射率之比的差異在0.01和0.30之間。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述油或結(jié)合油具有的折射率比所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物的折射率至少高0.02個單位。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物和所述油或結(jié)合油是在同一液相中。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述油或結(jié)合油被包含在所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物中。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述油或結(jié)合油的量在所述交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物的0.l-90%vol/vol的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述油或結(jié)合油在海平面大氣壓下的沸點高于200°C。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的透明光學(xué)裝置元件，其中所述油或結(jié)合油選自于低聚或聚合硅氧烷的組。
13.一種改變可變形透鏡體(或所述透明光學(xué)裝置元件或所述可彎曲透明蓋部件)折射率的方法，所述方法包括: -將油或結(jié)合油加入到透明聚合物網(wǎng)狀物中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括: -固化所述透明聚合物網(wǎng)狀物和油或結(jié)合油，從而提供包含所述油或結(jié)合油的交聯(lián)或部分交聯(lián)聚合物的透明聚合物網(wǎng)狀物。
15.根據(jù)權(quán)利要求13-14任一項所述的方法，其中所述油或結(jié)合油具有如權(quán)利要求3-12所述的特征。`
【文檔編號】G02B26/02GK103558654SQ201310419470
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】拉爾斯·亨里克森 申請人:珀萊特公司