KR100801234B1 - 액체렌즈의 액체주입장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체렌즈의 액체주입장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 전해액과 비전해액을 주입 및 흡입하기 위한 노즐과, 노즐로 액체를 공급하기 위한 공급부; 및 노즐을 통해 전해액과 비전해액을 순서대로 주입하고 상기 노즐이 전해액속으로부터 상부로 이탈되는 순간 전해액의 표면에 잔류되는 비전해액을 흡입하도록 상기 노즐을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 액체렌즈의 액체주입시 전해액과 비전해액의 위치를 안정되게 주입할 수 있으며, 항상 일정량이 주입되도록 하는 효과를 제공한다.
액체렌즈, 온도감지, 액체주입

Description

액체렌즈의 액체주입장치 및 방법{Apparatus and method for inserting of liquid into liquid lens}
도 1a는 일반적인 액체렌즈의 구조를 도시한 단면도,
도 1b는 액체렌즈의 전기습윤현상을 설명하기 위한 도면,
도 2a 및 도 2b는 종래의 액체렌즈의 액체주입장치 및 방법을 설명하기 위한 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액체렌즈의 액체주입장치를 설명하기 위한 도면,
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일실시예에 따른 액체주입장치로 액체를 주입하는 단계를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액체주입방법을 설명하기 위한 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 액체렌즈 31 : 온도센서
32 : 액체공급부 33 : 개폐밸브
34 : 제어부 35 : 맵핑데이터저장부
36 : 노즐
본 발명은 액체렌즈의 액체 주입장치 및 액체 주입방법에 관한 것이다.
일반적으로 액체렌즈는 원통형의 금속 케이스에 수용액과 오일을 함께 넣고 봉합하여 두 액체의 계면 곡률 반경을 제어함으로써 초점거리를 조절한다. 초점거리를 가변시키기 위해 종래와 같은 별도의 부품을 이용하지 않고 초점을 맞추거나 광학 줌을 실현할 수 있어 소비전력이 적은 것이 특징이다.
이러한 액체렌즈를 도 1a 및 도 1b를 참고하여 설명한다.
도 1a는 일반적인 액체렌즈의 구조를 도시한 단면도이고, 도 1b는 액체렌즈의 전기습윤현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참고하면, 액체 렌즈는 서로 섞이지 않은 전해액(140)과 비전해액(150)을 밀봉원통(130)과 전면ㅇ후면 패널(110, 120)을 사용하여 밀봉하고 있다. 여기서 전면 그리고 후면 패널(110, 120)은 투명체로서 플라스틱 또는 유리 제품이 사용될 수 있다. 그리고, 전면패널(110)에는 제 1절연체(111)가 부착되어 있으며 부착된 제 1절연체(111)는 전해액(140)과 접촉을 유지하고 있다.
또한, 후면패널(120)에는 제 2절연체(121)가 부착되어 있어 비전해액(150)과 접촉을 유지하고 있다. 여기서 제 2절연체(121)의 형상이 제 1절연체(111)의 형상 과는 달리 비전해액(150)과 접촉면적이 넓은 이유는 비전해액(150)과 표면장력을 유지함으로써 비전해액(150)과 전해액(140)의 위치가 뒤바뀌지 않도록 하기 위해서이다.
그리고, 전해액(140)은 주로 물이 사용되며, 전해액(140)과 비전해액(150)은 서로 혼합되지 않으며, 서로 다른 광학적 특성을 가지면서 기본적으로 같은 부피를 갖는다.
전해액(140)과 비전해액(150) 사이에 전압을 가하면 두 유체의 접촉면이 특정한 곡률을 가지도록 변화되어 줌 기능과 포커스 조절 기능을 수행하게 된다. 이러한 기능은 최근에 새로운 연구기술로 큰 각광을 받고 있는 전기습윤(electrowetting) 현상에 근거를 두고 있다.
전기습윤 현상이란 도 1b에 도시된 바와 같이 절연체로 코팅된 전극 위에 전해질 액적을 위치시킨 후에 외부에서 전극과 전해질에 전압을 가해주면 액적의 접촉각이 변화하는 현상을 말한다.
이러한 전기습윤 현상을 이용한 미소 유체 및 유체중의 미소 입자의 제어방법은 아래와 같은 장점을 갖는다.
1) 기본적으로 전기장을 이용한 방법이므로 전기 배선 및 전극 등이 바이오칩이나 마이크로플루이딕 장치 등과 일체형으로 제작이 가능하다.
2) 미소 유체를 1cm/s 정도의 고속으로 이송이 가능하다.
3) 비교적 낮은 전압(1V~100V)으로 유체의 거동 제어가 가능하며 전력 소모가 적다.
4) 가역적으로 액적의 제어가 가능하며 히스테리시스가 적다.
이러한 장점에 기인하여 미소 유체의 이송, 혼합 및 코팅 스피드의 증가, 광스위치 등과 같은 많은 분야에 응용이 가능하며 근래 들어 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)및 마이크로 플루이딕스(Microfluidics) 분야에서 세계적으로 이를 위한 많은 연구가 진행되고 있다.
국내에서도 MEMS, 바이오 테크날리지, 나노테그날리지 등에 대한 많은 투자가 이루어지고 있어 향후 기계 공학분야에서도 전기습윤 현상에 대한 수요가 크게 증가할 것으로 전망된다.
이러한 액체렌즈는 렌즈의 내부에 액체를 주입하고 밀봉하는 중요한 공정이 있는데, 기존의 방법은 노즐을 이용하여 기 세팅된 동일 양의 액체를 주입하였다.
이하 도 2a 및 도 2b를 참고하여 종래의 액체주입방법을 설명한다.
도 2a를 참고하면, 액체렌즈(40)에는 액체충전부(41)가 있으며 액체를 충전하기 위한 노즐(10)이 개폐밸브(20)와 연결되어 있다. 그리고, 제어부(30)는 개폐밸브(20)를 개폐하도록 제어하여 액체를 액체충전부(41)에 충전하도록 한다. 개폐밸브(20)에는 액체를 공급하기 위한 액체공급기(40)가 마련된다. 제어부(30)는 개폐밸브(20)의 개폐시기를 제어하여 액체의 공급량을 결정한다. 또한 액체충전부(41)에 충전되는 액체는 하단에 비전해액(42)과 상단에 전해액(43)이 충전된다.
도 2a처럼 제어부(30)의 제어하에 개폐밸브(20)가 열리고 먼저, 비전해액(42)이 공급된다. 비전해액(42)의 공급이 완료되면, 전해액(43)이 공급되는데 이는 도 2b에 도시된 바와 같다.
즉, 도 2b에 도시된 바대로, 비전해액(42)의 상부로 전해액(43)의 충전이 완료되면, 제어부(30)는 개폐밸브(20)를 제어하여 액체의 충전을 완료한다.
하지만 이러한 종래의 전해액 주입방법인 비전해액을 먼저 분사하고 그 상부에 전해액을 분사하는 방식은 전해액 주입시 전해액의 낙하운동량으로 인해 비전해액과 전해액의 상하 위치가 바뀌는 경우가 발생할 수 있으며, 단순히 개폐밸브를 온오프하여 액체를 충전하였기 때문에 액체의 특성상 온도에 따라 부피변화를 발생시킬 수 있는 점을 감안하지 않았으므로 정확한 액체량의 충전이 불가능하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 액체렌즈의 액체공급시에 전해액과 비전해액의 위치가 바뀌지 않도록 충전하며, 충전하는 액체의 온도 및 부피변화의 특성을 감안하여 액체의 충전량을 정확히 충전할 수 있도록 하는 액체주입장치 및 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체렌즈의 액체주입장치는 액체렌즈에 전해액과 비전해액을 주입하기 위한 액체주입장치에 있어서, 전해액과 비전해액을 주입 및 흡입하기 위한 노즐과, 노즐로 액체를 공급하기 위한 공급부; 및 노즐을 통해 전해액과 비전해액을 순서대로 주입하고 상기 노즐이 전해액속으로부터 상부로 이탈되는 순간 전해액의 표면에 잔류되는 비전해액을 흡입하도록 상기 노즐을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 액체주입장치는 공급부의 인근에 마련되어 온도를 감지하는 온도센서; 및 액체의 온도와 부피간의 관계에 따른 상기 공급부의 공급시간을 맵핑데이터로 저장하는 맵핑데이터저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는 온도센서의 온도감지신호에 따라 맵핑데이터를 독출하여 상기 개폐기를 조절하도록 하여 액체를 주입하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는 공급부근처의 온도에 따라 전해액과 비전해액의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 액체공급방법은 노즐을 이용해 공급부로부터 전해액과 비전해액을 주입하기 위한 액체렌즈의 액체주입방법에 있어서, 상기 전해액을 주입하는 제 1단계와, 전해액의 주입이 완료되면 비전해액을 주입하는 제 2단계, 및 비전해액의 주입이 완료되면, 상기 노즐을 상승시켜 전해액속으로부터 상부로 이탈되는 순간 전해액의 표면에 잔류되는 비전해액을 흡입하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 1단계 이전에 상기 공급부 근처의 온도에 따라 전해액과 비전해액의 공급량을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액체렌즈의 액체주입장치를 설명하기 위 한 도면이다.
도 3을 참고하면, 액체렌즈의 액체주입장치는 전해액과 비전해액을 공급하기 위한 액체공급부(32)와, 액체를 주입하기 위한 노즐(36)에 연결된 개폐밸브(33)와, 개폐밸브(33)의 일측에 마련된 온도센서(31)와, 액체를 액체렌즈(40)에 공급하기 위해 온도센서(31)와 개폐밸브(33)를 제어하는 제어부(34), 및 공급 대상 액체의 온도 및 부피관계를 맵핑하여 저장하는 맵핑데이터저장부(35)를 포함한다. 맵핑데이터저장부(35)는 전해액과 비전해액 각각에 대한 온도에 따른 부피의 변화와 그에 따른 개폐밸브(33)의 개폐시간을 맵핑데이터로 저장하고 있다. 이하, 액체는 전해액과 비전해액 모두를 말한다.
도 3에서, 제어부(34)는 액체를 충전하고자하는 경우, 온도센서(31)로부터 온도 감지신호를 수신하여, 감지된 온도를 맵핑데이터저장부(35)에 기 저장된 해당온도의 부피의 변화와 그에 따른 개폐밸브(33)의 개폐시간을 알 수 있는 맵핑데이터를 독출(讀出)한다. 따라서, 제어부(34)는 개폐밸브(33)의 개폐시간을 제어하여 액체공급부(32)로부터 액체가 충전되도록 제어한다. 제어부(34)는 전해액과 비전해액의 충전시마다 온도센서(31)의 온도를 감지하고 그때의 부피에 따라 개폐밸브(33)의 개폐시간을 제어한다. 즉, 액체렌즈(40)의 액체를 공급할 때마다의 온도를 측정하여 그때마다 개폐밸브(33)를 제어할 수가 있으므로, 온도변화에 의해서도 항상 일정액을 분사할 수 있다. 여기서 노즐(36)은 전해액과 비전해액을 따로 따로 분사하기 위한 두 개의 분사구를 포함한 것으로 한다. 또한, 전해액용 노즐과 비전해액용 노즐을 별도로 구비하는 것도 가능하다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 액체주입장치로 액체를 주입하는 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참고하면, 제어부(34)는 액체공급이 시작되기 이전에 온도센서(31)로부터의 온도감지신호에 따라 전해액과 비전해액의 개폐밸브(33)의 개폐시간을 알고 있다고 가정하자.
도 4a는 노즐(36)을 통해 전해액을 공급하는 도면이다. 즉, 전해액을 분사하기 위해 노즐을 액체충전부의 바닥면에 근접하게 하여 전해액(43)을 분사한다. 전해액(43)이 설정된 량만큼 충전이 완료되면, 도 4b에 도시된 바대로 비전해액(42)을 분사한다. 즉, 도 4b는 전해액(43)의 충전이 완료되고 비전해액(42)을 분사하기 위해 노즐을 액체충전부의 바닥면에 근접하게 하여 비전해액(42)을 분사한다. 즉, 전해액(43)의 하층에서부터 서서히 비전해액(42)을 주입하여 비전해액(42)의 주입을 완료한다.
도 4c는 전해액(43)과 비전해액(42)의 주입을 완료하고 노즐을 상부로 빼내기 위한 것으로, 이때, 비전해액(42)의 일부가 노즐의 끝을 따라 올라오는 것을 알수 있다.
그리고 도 4d에 도시된 바와 같이 노즐이 액체충전부로부터 이격되면, 그때 노즐의 끝을 따라 올라오던 비전해액(42)이 전해액(43)의 상부의 외부표면에 잔류된다. 이를 노즐로 흡입하면, 도 4e에 도시한바와 같다.
도 4e를 보면, 액체렌즈(40)의 액체충전부(41)의 하부에 비전해액(42)이 충전되고 비전해액(42)의 상부로 전해액(43)이 충전된다. 이렇게 하여 비전해액(42) 과 전해액(43)이 안정된 구조를 가지도록 액체가 주입된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액체주입방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 도 3의 맵핑데이터저장부(35)가 액체(전해액과 비전해액포함)의 온도와 부피간의 관계에 따른 개폐밸브 개폐시간을 맵핑하여 기 저장하고 있다고 가정한다.
먼저, 액체렌즈의 액체충전부에 전해액과 비전해액의 액체를 충전하기 위해 제어부(34)는 우선, 온도센서(31)로부터 감지된 온도감지신호를 입력받는다(S10). 제어부(34)는 입력된 온도의 부피와의 관계를 알기위해 맵핑데이터저장부(35)에서 맵핑데이터를 독출한다(S20). 제어부(34)는 맵핑데이터에 맵핑되어 있는 부피로 액체를 공급하기 위해 개폐밸브(33)의 개폐동작을 제어한다(S30). 개폐밸브(33)가 동작함에 따라 전해액을 먼저 주입하고(S40), 전해액의 주입이 완료되면, 비전해액을 액체충전부의 바닥으로 노즐을 위치시켜 주입한다(S60). 전해액과 비전해액의 주입이 완료되면, 노즐을 이탈시키게되고 이때, 전해액의 상부 표면에 비전해액이 잔류하여 이를 제거한다(S60). 이렇게 하여 전해액과 비전해액의 액체주입을 완료한다.
따라서, 본 발명은 액체렌즈의 액체주입시 전해액과 비전해액의 위치를 안정되게 주입할 수 있으며, 항상 일정량이 주입되도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (6)

  1. 액체렌즈에 전해액과 비전해액을 주입하기 위한 액체주입장치에 있어서,
    상기 전해액과 비전해액을 주입 및 흡입하기 위한 노즐;
    상기 노즐로 액체를 공급하기 위한 공급부; 및
    상기 노즐을 통해 전해액과 비전해액을 순서대로 주입하고 상기 노즐이 전해액속으로부터 상부로 이탈되는 순간 전해액의 표면에 잔류되는 비전해액을 흡입하도록 상기 노즐을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체주입장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액체주입장치는
    상기 공급부의 인근에 마련되어 온도를 감지하는 온도센서; 및
    상기 액체의 온도와 부피간의 관계에 따른 상기 공급부의 공급시간을 맵핑데이터로 저장하는 맵핑데이터저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체주입장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 온도센서의 온도감지신호에 따라 맵핑데이터를 독출하여 상기 공급부를 조절하도록 하여 액체를 주입하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액체주입장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 공급부근처의 온도에 따라 전해액과 비전해액의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 액체주입장치.
  5. 노즐을 이용해 공급부로부터 전해액과 비전해액을 주입하기 위한 액체렌즈의 액체주입방법에 있어서,
    상기 전해액을 주입하는 제 1단계;
    상기 전해액의 주입이 완료되면 비전해액을 주입하는 제 2단계; 및
    상기 비전해액의 주입이 완료되면, 상기 노즐을 상승시켜 전해액속으로부터 상부로 이탈되는 순간 전해액의 표면에 잔류되는 비전해액을 흡입하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체주입방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1단계 이전에
    상기 공급부 근처의 온도에 따라 전해액과 비전해액의 공급량을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체주입방법.
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