KR100994945B1 - 스위칭 가능한 광학 소자 및 그 제조 방법과, 광학 장치와, 광학 스캐닝 장치 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
스위칭 가능한 광학 소자, 그리고 상기 스위칭 가능한 광학 소자를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)는 상기 소자(1)의 광축(A)을 따라 서로 상대적으로 배치된 혼합되지 아니하는 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)를 포함하는 유체 챔버(2)를 포함한다. 상기 제 2 유체 바디(22)는 전기 습윤 효과에 의하여 상기 광축(A)으로부터 멀어지는 방향으로 이동할 수 있어서 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)는 상기 광축(A)을 따라 투과율을 달리 가질 수 있다. 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)는 셔터, 필터 혹은 조리개와 같은 광 감쇠기로 사용하기에 적절하다. 그리고 카메라, 레이저 공진강, 프로젝터 그리고 광학 기록 캐리어를 스캐닝하기 위한 장치와 같은 응용분야에서 기계적인 장치를 대신하여 편리하게 사용할 수 있다.
Description
본 발명은 스위칭 가능한 광학 소자, 그리고 스위칭 가능한 광학 소자를 포함하는 광학 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 스위칭 가능한 광학 소자를 제조하는 방법과 광학 스캐닝 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 스위칭 가능한 광학 소자는 광학 조리개, 셔터, 혹은 컬러 필터에 특히 적합한 용도를 가지지만 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.
기계적으로 움직이는 부품을 기반으로 하는 셔터와 광학 조리개를 포함하는 스위칭 가능한 광학 소자들은 이미 알려져 있다. 기계적으로 움직이는 부품을 기반으로 하는 스위칭 가능한 광학 소자들은 소정의 상이한 광학적 투과율 상태, 예를 들면 높거나 낮은 진폭 감쇠 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 광학적 투과 특성을 가진다. 그러나 기계적으로 움직이는 부품은 비교적 크고 생산하는데 비용이 많이 든다. 게다가 기계적으로 움직이는 부품은 시간이 지남에 따라 마모되어 한정된 수명을 가지며, 그 수명동안 신뢰성 문제를 겪을 수도 있다.
미국특허 출원 제 2001/0017985 호는 기계적으로 움직이는 부품이 없고 소정의 상태들 사이에서 스위칭될 수 있는 광학적 투과 특성을 가지는 광학 장치를 개시하고 있다. 도 12와 도 13은 용기(103)에 담겨 있는 실질적으로 불투명한 제 1 유체(101)와 실질적으로 투명한 제 2 유체(102)를 포함하고 있는 상기 장치(100)를 보여주고 있다. 상기 유체들은 섞이지 않으며, 유체들 사이의 경계(104)가 실질적으로 구형 표면의 한 부분을 형성하도록 용기(103)내에서 배열된다. 전기적 능력(Electro Capability), 혹은 전기 습윤(Electro-Wetting)을 이용함으로써, 상기 제 1 유체(101)와 제 2 유체(102) 사이의 경계(104) 모양은 도 12의 배열과 도 13의 배열 사이에서 변경될 수 있다.
도 12의 배열에서는 상기 장치(100)에 전압이 가해지지 않으며, 상기 장치(100)로 투사되는 빛은 상기 실질적으로 불투명한 제 1 유체(101)에 의하여 차단된다. 상기 장치에 전압을 가하면 도 13의 배열이 된다. 도 13에서 제 1 유체(101)와 제 2 유체(102) 사이의 경계(104)는 제 1 유체(101)가 상기 장치(100)의 광 경로로부터 배제되도록 형상이 이루어진다. 상기 경계(104)의 형상은 상기 경계(104)가 용기(103)의 내측 표면에 접촉하여 상기 제 1 유체(101)가 접촉 영역으로부터 멀어지도록 제어된다. 그러므로 상기 장치(100)에 조사되는 빛은 상기 제 1 유체(101)에 의하여 차단되지 않으며, 상기 장치(100)는 실질적으로 투명하게 된다.
상기 장치(100)는 여러 단점이 있다. 첫째로, 상기 상치(100)는 상기 접촉 영역의 모습이 원형 이외의 다른 것이 되도록 제어하기 어렵기 때문에 비교적 유연하지 못하다. 두번째, 온(on)상태(도 13)에서 오프(off)상태(도 12)로 변경될 때, 상기 제 2 유체(102)를 상기 용기(103)의 내측 표면에서 분리하는게 실제적으로 어려울 수 있다. 상기 제 2 유체(102)를 용기(103)의 내측 표면에서 분리하고 부착하게 되면 비단조(non-monotonic) 천이를 보일 가능성이 다분하다.
세번째, 오프 상태에서 상기 두 유체 사이의 경계(104)의 만곡(curvature)은 상기 장치가 그 영역에서 균일한 투과 특성을 갖지 못할 수도 있다는 것을 의미한다. 네번째, 휘어진 표면 때문에, 광학적 활성 영역은 상기 장치의 실제 크기보다 훨씬 작다. 다섯번째, 상기 두 유체간의 경계(104)는 일반적으로 휘어져 있고, 상기 경계면에서 렌즈 효과가 발생하는 것을 피하기 위하여 유체들은 실질적으로 동일한 굴절률을 가져야만 한다. 전기 습윤(electro-wetting) 효과가 발생하고, 원하는 투과율 특성 변화를 얻기 위하여는 유체의 특성에 다른 조건들이 부과된다. 그러므로, 상기 장치에 사용될 수 있는 유체들의 범위가 비교적 제한되고, 장치가 동작되기 위하여는 몇 가지 특성상의 타협이 필요할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들의 목적은 여기에서 언급되었거나 혹은 그렇지 않더라도 종래 기술의 하나 이상의 문제점들을 해결하는 스위칭 가능한 광학 소자를 제공하는 것이다. 또 하나의 목적은 이러한 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명은 제 1 측면에서, 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 서로 상대적으로 배치된 제 1 유체 바디와 제 2 유체 바디를 포함하는 유체 챔버, 상기 제 1 유체 바디에 연결된 제 1 전극, 그리고 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 2 유체 바디는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 인가되는 전압에 따라 상기 광축을 가로질러 움직이도록 배열되어 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버의 투과율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 광학 소자를 제공한다.
그러한 장치는 원형이 아닌 활성 영역 혹은 다른 모양의 활성 영역을 가지도록 설계될 수 있다. 또한 상기 제 2 유체는 투과율의 충분한 변화를 제공하기 위하여 상기 유체 챔버의 내측 표면을 접촉할 필요가 없기 때문에 그러한 표면에서 상기 제 2 유체를 분리해야하는 문제는 발생하지 않는다. 게다가, 제 1 유체와 제 2 유체 사이에서 실질적으로 평면적인 계면이 가능하여, 상기 소자의 균일성을 고도로 제공할 수 있다. 이것은 또한 제 1 유체와 제 2 유체간의 경계로 인한 렌즈 효과를 피할 수 있는데, 이는 스위칭이 가능한 소자에서 보다 폭넓은 범위의 유체들을 사용할 수 있으며 유체 선택시에 보다 적은 타협점을 가진다는 것을 의미한다. 게다가 실질적으로 평면적인 계면로 인하여 상기 소자를 얇게 만드는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 제 2 측면에서, 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 서로 상대적으로 배치된 제 1 유체 바디와 제 2 유체 바디를 포함하는 유체 챔버, 상기 제 1 유체 바디에 연결된 제 1 전극, 그리고 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 2 유체 바디는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 인가되는 전압에 따라 상기 광축을 가로질러 움직이도록 배열되어 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버의 투과율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치를 제공한다.
본 발명은 제 3 측면에서, 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 서로 상대적으로 배치된 제 1 유체 바디와 제 2 유체 바디를 포함하는 유체 챔버를 제공하는 단계, 및 상기 제 1 유체 바디에 결합된 제 1 전극과 제 2 전극을 제공하며, 상기 제 2 유체 바디는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 인가되는 전압에 따라 상기 광축을 가로질러 움직임으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버의 투과율을 변경시키도록 배열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 광학 소자를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 제 4 측면에서, 제 1 발광빔을 생성하기 위한 제 1 발광원을 제공하는 단계, 상기 발광빔을 정보층상에 수렴시키기 위한 대물 시스템을 제공하는 단계, 상기 발광빔을 제어하기 위하여 배열되는 스위칭 가능한 광학 소자를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 스위칭 가능한 광학 소자는 상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 서로 상대적으로 배치된 제 1 유체 바디와 제 2 유체 바디를 포함하는 유체 챔버, 상기 제 1 유체 바디에 연결된 제 1 전극, 그리고 제 2 전극을 포함하고, 상기 제 2 유체 바디는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 인가되는 전압에 따라 상기 광축을 가로질러 움직이도록 배열되어 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버의 투과율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광학 기록 캐리어의 정보층을 스캐닝하기 위한 광학 스캐닝 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적과 장점들은 첨부한 청구범위에 나타난 바와 같은 바람직한 특징들로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 효율적인 이해와 본 발명의 실시예들의 구현을 보여주기 위하여 예를 드는 방식으로 다음과 같은 도면들이 첨부된다.
도 1은 본 발명의 제 1 상태에서의 바람직한 제 1 실시예에 따른 스위칭 가능한 광학 소자의 측면도,
도 2는 도 1의 스위칭 가능한 광학 소자의 제 2 상태에서의 측면도,
도 3은 도 1의 스위칭 가능한 광학 소자의 제 1 상태에서의 평면도,
도 4는 도 1의 스위칭 가능한 광학 소자의 제 2 상태에서의 평면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라 레이저 공진강(laser resonator cavity)에 놓여진 스위칭 가능한 광학 소자의 측면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따라 광 기록 캐리어를 스캐닝하기 위한 장치내에 놓여진 스위칭 가능한 광학 소자의 측면도,
도 7은 본 발명의 제 1 상태에서의 바람직한 제 4 실시예에 따라 이중으로 스위칭 가능한 광학 소자의 측면도,
도 8은 도 7의 스위칭 가능한 광학 소자의 제 2 상태에서의 평면도,
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 스위칭이 가능한 소자들을 포함하는 카메라 배열의 측면도,
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 스위칭 가능한 광학 소자의 측면도,
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 스위칭 가능한 광학 소자의 측면도,
도 12는 오프 상태로 배열된 종래 기술에 의한 장치의 측면도,
도 13은 도 12의 장치가 온 상태일 때의 측면도.
본 발명의 발명자들은 도 12와 도 13의 장치(100)와 관련된 단점들을 극복할 수 있고, 기계적으로 움직이는 부품들이 없이 작은 크기를 가지며 다양한 응용이 가능한 스위칭 가능한 광학 소자를 제공하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다. 유체 바디가 소자의 광 축을 실질적으로 가로질러 움직이도록 배열되는 스위칭 가능한 광학 소자를 제공함으로써, 예를 들면 가변 구경 조리개, 스위칭이 가능한 컬러 필터 및 셔터와 같은 많은 효과를 얻을 수 있다. 이제, 셔터로서 작동하는 본 발명의 제 1 실시예의 작동이 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 상태에서의 바람직한 제 1 실시예에 따른 스위칭 가능한 광학 소자의 측면도이다. 스위칭 가능한 광학 소자(1)의 광축은 선 A-A'와 평행이며, 상기 장치의 활성 영역은 B 영역상으로 연장된다. 스위칭 가능한 광학 소자(1)는 유체 챔버(chamber)(2), 제 1 유체 바디(fluid body)(20), 셔터를 형성하기 위하여 배열된 제 2 유체 바디(22)를 포함한다. 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)는 실질적으로 혼합될 수 없는 유체들로 만들어지며, 광축을 따라서 서로에 대해 변위된다. 상기 제 2 유체 바디(22)는 실질적으로 불투명하며, 제 1 상태에서 영역 B를 가로질러 연속층을 형성함으로써 빛이 영역 B에서 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)를 통과하지 못하도록 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)내에서 배열된다. 상기 제 1 상태에서 셔터는 닫혀 있다.
도 2는 도 1의 스위칭 가능한 광학 소자의 제 2 상태에서의 측면도이다. 상기 제 2 상태에서 상기 제 2 유체 바디(22)는 빛이 상기 광축 A-A'를 따라 영역 B를 통과하여 투과되도록 배열된다. 상기 제 2 상태에서 상기 셔터는 상기 제 2 유체 바디(22)를 옆으로 밀어내고 상기 광축에 가로지르는 방향으로 영역 B로부터 멀어지게 함으로써 열린다.
스위칭 가능한 광학 소자(1)의 동작을 좀 더 자세히 설명하도록 한다. 특히 상기 스위칭 가능한 광학 소자가 제 1 상태에서 제 2 상태로 스위칭하는데 상기 제 2 유체(22)가 어떻게 사용되는지에 대하여 설명한다.
또한, 도 1과 도 2에는 제 1 전극(24), 제 2 전극(26), 그리고 유전체 접촉층(28)이 도시되어 있다. 상기 접촉층(28)은 상기 제 2 전극(26)과 제 1 및 제 2 유체 바디(20, 22)과의 사이의 절연장벽을 포함한다. 스위칭 가능한 광학 소자(1)에서 상기 제 1 유체 바디(20)는 극성 혹은 전도성 액체, 여기서는 물, 그리고 제 2 유체 바디(22)는 비전도성 액체, 여기서는 오일을 포함한다. 오일과 물은 실질적으로 섞이지 않으며 따라서 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)는 확연히 구분된다. 오일과 물은 실질적으로 동일한 밀도를 가지도록 선택되어 스위칭 가능한 광학 소자(1)는 비교적 중력과 관성의 영향을 받지 않는다. 만약 상기 소자가 실질적으로 작다면 상기 제 1 유체와 제 2 유체의 밀도는 다를 수 있다. 상기 접촉층(28)은 소수성 표면을 가지는 전기적 절연 물질로 이루어진다. 상기 접촉층(28)의 소수성 표면으로 인하여 상기 스위칭이 가능한 소자(1)는 휴지기에 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 상태를 유지할 수 있게 된다.
상기 제 2 전극(26)과 접촉층(28)은 상기 장치의 광 경로내에 있으며, 따라서 실질적으로 투명한 물질로 만들어진다. 예를 들면, 상기 제 2 전극(26)은 LCD(Liquid Crystal Displays) 분야에서 잘 알려져 있는 투명한 도체인 ITO(Indium Tin Oxide)층을 포함한다.
다른 광투과 전도층, 예를 들면 RuO2, PEDOT 도 사용될 수 있다. 상기 접촉층은 비결정질 탄화불소(Fluorocarbon)를 포함하는데, 높은 소수성을 가진 물질들인 이러한 종류의 물질들은 낮은 유전 상수를 가지며 양호한 광학적 투과도를 제공한다. 폴리아미드(polyamides)와 같은 적절한 성질들의 조합을 가지는 다른 물질들도 사용될 수 있다.
상기 제 1 전극(24)은 상기 제 1 유체 바디(20)와 직접 접촉하여 결합된다. 상기 제 1 전극(24)과 제 1 유체 바디(20) 사이의 직접 접촉을 제공함으로써 양자간에 양호한 전기적 접촉을 보장하는 것이 가능하게 된다. 그러나, 상기 제 1 전극(24)을 용량성 결합을 통하여 제 1 유체 바디(20)에 결합하는 것도 가능하다. 대조적으로, 상기 제 2 전극(26)은 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)로부터 분리되는 것이 바람직하다. 상기 접촉층(28)은 상기 유체 챔버(2)의 내부와 상기 제 2 전극(26) 사이에서 절연 장벽을 형성한다.
상기 제 1 전극(24)과 제 2 전극(26)에 전압원 V로부터 전압을 가함으로써 전기 습윤(electro-wetting) 효과는 물에 의한 상기 접촉층(28)의 습윤성(wettability)을 증가시킨다. 이것은 상기 제 1 전극(24)으로부터 밀려서 상기 제 2 전극(26)으로 끌려가 결국 물이 상기 제 2 전극(26)으로 끌려가도록 하는 물속의 자유전하 때문이다. 사실상, 상기 제 2 전극(26)은 상기 제 1 유체 바디(20)에 용량성으로 결합된다. 만약 충분한 전압이 가해지면, 물은 상기 접촉층(28)에 접촉하게 되고 오일은 옆으로 이동한다. 결과적으로 도 2의 제 2 상태로 되며, 이때 오일은 상기 광축과 영역 B로부터 멀어진다. 상기 제 1 전극(24)과 제 2 전극(26)으로부터 전압을 제거하면 스위칭 가능한 광학 소자(1)는 도 1에 도시된 구성으로 복귀한다.
도 3과 도 4는 각각 도 1과 도 2의 제 1 상태와 제 2 상태의 스위칭 가능한 광학 소자(1)의 평면도를 보여준다. 도시된 바와 같이, 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)는 실질적인 사각형 형상으로 이루어지지만 원형, 타원형, 6각형, 혹은 불규칙한 모양을 포함하는 다른 형상도 가능하다.
상기 오일이 상기 광축으로부터 예측이 가능하고 반복가능한 방식으로 멀어지는 것이 가능하도록 다수의 기술이 사용될 수 있다. 상기 유체 챔버(2)의 내부 표면들의 습윤성을 가변시키는 것은 가해지는 전압에 따른 오일의 움직임의 방향을 제어하는 편리한 기술이다.
오일이 움직이는 모습의 예로서, 도 1과 도 2의 실시예에서 상기 제 2 전극(26)은 상기 접촉층(28)을 가로질러 서로 평행이게 뻗어 있고, 독립적으로 제어가능한 동일한 크기로 이루어진 다수의 라인 섹션들로 분할된다. 상기 독립적으로 제어가능한 라인 섹션들에 차례로 전압을 가하면, 이 라인 섹션들 위의 접촉층(28)의 습윤성도 차례로 증가될 수 있으며, 그럼으로써 오일 움직임이 시작되는 위치와 접촉층(28)을 가로지르는 그 후의 오일의 이동 방향을 제어할 수 있다. 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)를 제 1 상태로부터 제 2 상태로 스위칭하기 위하여 전압을 가하면, 상기 독립적으로 제어가능한 라인 섹션들은 영역 B를 가로질러서 한 번에 하나씩 순차적으로 가해지는 전압을 가지며, 이때 다른 섹션들은 에너지를 공급받지 않는다. 이것은 전압이 가해지고 있는 라인 섹션 아래에서 증가된 습윤성을 가지는 일정한 크기의 이동 영역을 만들어낸다.
다른 전극 조합을 이용하여 오일의 움직임을 제어할 수 있다. 예를 들면, 다수의 독립적으로 제어가능한 동심 환형 전극을 사용하여 차례로 가장 안쪽에서 시작하여 각각 전압을 가함으로써 그들의 공통 중심으로부터 멀어지도록 움직임을 제어할 수 있다. 다른 예로서, 비전도성 영역 혹은 상기 접촉층 아래에 전극이 존재하지 아니하는 영역을 가지는 전극이 사용될 수 있다. 이 경우에, 오일은 상기 비전도성 영역 위의 지역에 모이는 경향을 가지게 된다. 균일한 전극을 사용하여, 제조된 또는 다른 불균일부가 장치 내에 존재하도록 하는 것에 의해, 이동이 초기 설정된 오일 이동을 얻을 수 있다.
상이한 전극 전압을 가하여 상기 접촉층의 습윤성을 제어하기 위한 다른 대안으로써, 상기 접촉층 고유의 습윤성은 상기 소자 전체에 걸쳐서 변화될 수 있다. 예를 들면 물에 의한 제 1 습윤성을 가지는 상기 접촉층의 제 1 영역을 제공하고 제 2의, 보다 높은 제 2의 습윤성을 가지는 제 2의 보다 낮은 소수성의 영역을 제공함으로써 변화될 수 있다. 이 경우, 상기 전극들에 가해지는 전압에 따른 오일의 움직임은 비교적 소수성이 낮은 영역으로부터 시작되게 된다.
상기 유체 챔버의 내측면들은 가해지는 전극 전압에 따른 상기 제 2 유체 바디의 움직임의 재현성을 증가시키기 위하여 불균일부가 주어질 수 있다.
예를 들면, 상기 유체 챔버의 측면 벽들을 소수성 혹은 친수성 물질로 코팅을 하여 측벽과 물/오일 사이의 계면 장력 변화가 인가된 전극 전압에 따른 특정한 방향으로의 오일 움직임의 재현성을 증가시킬 수 있다. 게다가, 상기 벽의 습윤성은 상기 액체-액체 계면이 오프 상태에서 실질적으로 평면형이거나, 특정한 곡률 반경(예를 들면, 광축 주위에서의 오일 이동의 초기화를 강화하기 위하여)을 가지도록 선택될 수 있다.
또한, 상기 유체 챔버의 내면은 소정의 기하학적인 불균일부, 예를 들면 상기 장치의 중심을 향하여 연장하는 돌기부와 같은 불규칙한 형상부가 마련될 수 있다. 상기 장치의 광축에 대하여 비대칭인 형상부는 또한 인가된 전극 전압에 따라 발생하는 오일 움직임의 재현성의 증가를 허용하는 적절한 불균일부를 제공할 수 있다.
가해진 전극 전압에 따라 상이한 영역에서 상이한 전계를 주기 위하여, 상기 소자 전반에 걸쳐서 상기 접촉층의 두께 혹은 유전 특성에 소정의 프로파일이 부여될 수 있다. 이것은 국지적인 전기 습윤 효과의 증가를 일으키게 된다. 예를 들면, 상기 접촉층이 보다 얇은 영역들에서 물과 제 2 전극은 상대적으로 서로 가까우므로, 더 강한 전기장이 조성된다. 오일의 움직임은 이 영역에서의 증가된 습윤성으로 인하여 전기장이 보다 높은 영역에서 시작된다. 제 2 전극과 접촉하고 있는 제 1 오목면, 그리고 오일과 접촉하고 있는 제 2의 실질적으로 평탄한 면을 가지는 접촉층이 사용될 수도 있다.
이 경우, 상기 접촉층의 가장 얇은 부분 위의 오일층이 먼저 움직이고, 이 영역으로부터 오일의 움직임이 진행한다.
전기 습윤 효과를 국지적으로 증가시키는 또 다른 기술은 접촉층으로부터 연장되는 돌기부를 제공한다. 상기 돌기부는 오일층으로부터 연장되어 전압이 전극에 가해지지 않을 때 물과 직접 연결되도록 구성된다. 물에 대한 돌기부 표면의 유용성은 전압이 전극에 가해질 때 오일을 보다 쉽게 이동시킬 수 있는 시작점을 물에 제공할 수 있다. 게다가, 오일층으로부터 돌출하는 영역에서 물에 의한 돌기부의 습윤성 증가가 돌출의 효과를 증가시키므로, 상기 돌기부를 오일층으로부터 돌출하는 영역에서 친수성 코팅으로 덮을 수 있다. 다른 방안으로서, 전극들에 전압이 가해지지 않을 때 상기 돌기부가 상기 오일층 아래쪽에 머무르고 상기 접촉층과 물의 이격 거리를 감소시킴으로써 전기 습윤 효과의 국지적 증가를 제공하도록 구성될 수도 있다.
위에서 언급한 기술들을 독자적으로 혹은 조합하여 사용함으로써, 스위칭 가능한 광학 소자를 오일이 광축상의 중앙 영역에서 멀어지는 가변 구경 조리개처럼 동작하도록 생산할 수 있다. 생산된 조리개는 예를 들면 레이저 공진강, 광 디스크 기록/재생 시스템, 혹은 카메라에서 기계적 조리개를 대신하여 사용될 수 있다.
도 5는 제 1 거울(51)과 제 2 거울(52), 그리고 조리개(53) 형태의 스위칭 가능한 광학 소자를 포함하는 레이저 공진강(50)을 도시하고 있다. 레이저 공진강의 출력 빔은, 상기 제 1 거울(51)과 제 2 거울(52)의 형상, 상기 제 1 거울(51)과 제 2 거울(52)의 분리, 그리고 조리개(53)에 의하여 제공되는 것과 같은 제 1 거울(51)과 제 2 거울(52) 사이의 빛의 경로에 가해지는 제한의 유무에 종속적이다. 유한한 구경을 가지는 레이저 공진기들은 H. Kogelnik 와 T.Li가 저술한 “Laser beams and resonators". Appl. Opt. 5 (1966)의 1550쪽 부터 1567쪽에서, 그리고 A.E. Siegman이 저술한 University Science Books, Mill Valley, California출판 ”Lasers" 의 제19장에 폭넓게 서술되어 있다. 특정한 레이저 광원이 다양한 응용분야에서 사용될 수 있도록 하기 위하여는 상기 레이저 공진강에서 공진 모드를 조절할 수 있도록 상기 제 1 거울(51)과 제 2 거울(52) 그리고/혹은 조리개(53)를 변화시켜, 출력 빔을 변화시키는 것이 바람직하다. 그러나, 거울 그리고/혹은 조리개를 조절함으로써 조절가능한 레이저 강을 구현하는 통상적인 기계적 방법은 비용이 많이 들고, 부피가 크며 신뢰성이 없다. 본 발명의 일실시예에 따른 조리개(53)를 사용함으로써, 기계적으로 움직이는 부품에 대한 의존없이 상기 레이저 공진강내에서 모드 구성을 전기적으로 제어할 수 있다.
상기 스위칭이 가능한 조리개의 또 다른 응용예는 광학적 기록 캐리어(62)를 스캐닝하기 위한 스캐닝 장치(61)내에 있다. 도 6은 대물 렌즈(618)를 포함하는 광학적 기록 캐리어(62)를 스캐닝하기 위한 스캐닝 장치(61)를 도시하고 있다. 상기 광학적 기록 캐리어는 투명층(63)을 포함하는데, 이 층의 한 면 위에 정보층(64)이 배열된다. 투명층과 접하지 않는 정보층의 면은 보호층(65)에 의하여 환경적인 영향으로부터 보호된다. 상기 장치를 향하는 투명층의 면은 입구면(entrance face)(66)이라고 불린다. 투명층(63)은 상기 정보층을 위한 기계적 지지를 제공함으로써 상기 기록 캐리어를 위한 기판 역할을 한다.
대안으로서, 상기 투명층은 상기 정보층을 보호하는 유일한 기능을 할 수도 있는 반면, 기계적 지지는 정보층의 다른 면위의 한 층, 예를 들면 보호층(65) 혹은 정보층(64)에 연결된 투명층에 의하여 제공된다.
도면에 도시되지는 않았지만 정보는 실질적으로 평행형, 동심형 혹은 나선형인 트랙에 배열된 광학적으로 검출가능한 마크의 형태로 상기 기록 캐리어의 정보층(64)내에 저장된다. 상기 마크는 임의의 광학적으로 판독되는 형태, 예를 들면 피트(pits)형태, 혹은 반사계수 또는 주변과 상이한 자화(magnetisation) 방향을 가지는 영역, 혹은 이러한 형태의 조합일 수 있다.
스캐닝 장치(61)는 발광빔(radiation beam, 612)을 방출하는 발광원(radiation source, 611)을 포함한다. 상기 발광원은 반도체 레이저 일 수 있다. 빔 스플리터(613)는 발산하는 발광빔(612)을 콜리메이터(collimator) 렌즈(614)를 향하여 반사하며, 콜리메이터 렌즈(614)는 상기 발산하는 빔(612)을 콜리메이트된 빔(615)으로 변환한다. 상기 콜리메이트된 빔(615)은 본 발명의 실시예에 따른 가변 구경 조리개(600)를 포함하는 대물 시스템(618)에 입사된다.
상기 대물 시스템(618)은 하나 이상의 렌즈 그리고/혹은 회절격자(grating)를 포함할 수 있다. 상기 대물 시스템(618)은 광축(619)을 가진다. 상기 대물 시스템(618)은 상기 빔을 수렴하는 빔(620)으로 변환하며, 상기 수렴하는 빔(620)은 상기 기록 캐리어(62)의 입구면(66)에 입사된다. 상기 대물 시스템은 상기 발광빔이 상기 투명층(63)의 두께를 통과할 수 있도록 조절된 구면수차 보정을 수행한다. 상기 수렴하는 빔(620)은 상기 정보층(64)위에 하나의 스팟(spot; 621)을 형성한다. 정보층(64)에 의하여 반사된 발광(radiaion)은 발산하는 빔(622)을 형성하는데, 이 발산하는 빔(622)은 대물 시스템(618)에 의하여 실질적으로 콜리메이트된 빔(623)으로 변환되고 연속해서 상기 콜리메이터 렌즈(614)에 의하여 수렴하는 빔(624)으로 변환된다. 빔 스플리터(613)는 상기 수렴하는 빔(624)의 적어도 일부를 검출시스템(625)으로 전달함으로써 입사 빔과 반사 빔을 분리한다. 상기 검출 시스템은 상기 발광을 잡아내어 전기적 출력 신호(626)로 변환한다. 신호 처리기(627)는 이 출력신호를 다양한 다른 신호들로 변환한다.
그 신호들중의 하나는 상기 정보층(64)로부터 판독한 정보를 나타내는 값인 정보 신호(628)이다. 상기 정보 신호는 오류 교정을 위한 정보 처리 유닛(629)에 의하여 처리된다. 상기 신호 처리기(627)의 다른 출력 신호들은 초점 오류 신호 그리고 반경방향 오류 신호(630)이다. 상기 초점 오류 신호는 상기 스팟(621)과 정보층(64)간의 축방향 높이 차이를 나타낸다. 상기 반경방향 오류 신호는 상기 스팟(621)과 상기 점이 추종하는 정보층(64) 내 트랙의 중심 사이의 정보층 평면내에서의 간격을 나타낸다. 상기 초점 오류 신호와 반경방향 오류 신호는 서보(servo) 회로(631)로 보내지며, 상기 서보 회로(631)는 이 신호들을 초점 작동기와 반경방향 작동기를 제어하기 위한 제어신호(632)로 각각 변환한다. 상기 작동기들은 도면에 도시하지 않았다. 초점 작동기는 초점 방향(633)에서 상기 대물 시스템(618)의 위치를 제어하여 상기 스팟(621)의 실제 위치를 제어함으로써 상기 스팟(621)이 실질적으로 상기 정보층(64)의 면과 일치되도록 한다. 반경방향 작동기는 반경 방향(634)에서 대물 렌즈(618)의 위치를 제어하여 상기 스팟(621)의 반경방향 위치를 조절하여 상기 스팟(621)이 상기 정보층(64)에서 추종하는 트랙의 중앙 라인과 실질적으로 일치되도록 한다. 도면에서 트랙들은 도면의 평면에 수직인 방향으로 진행한다.
이 특정 실시예에서 도 6의 장치는 또한 상기 기록 캐리어(62)보다 두꺼운 투명층을 가지는 제 2 형태의 기록 캐리어를 스캐닝하도록 구성된다. 상기 장치는 제 2 형태의 기록 캐리어를 스캐닝하기 위하여 상이한 파장을 가지는 발광빔을 사용한다. 상기 제 2 형태의 기록 캐리어와 관련된 제 2 발광원이 상기 장치(61)에 포함된다. 이 바람직한 실시예에서, 상기 발광원(611)은 CD 레이저와 DVD 레이저를 포함하며, 그래서 상기 장치는 CD와 DVD 디스크를 스캐닝할 수 있고 나아가 적절한 CD와 DVD 디스크에 기록할 수 있다.
CD 디스크로부터 읽어내기 위한 광 빔에 요구되는 수치 구경(Numerical Aperture; 이하 "NA"라고 한다)은 일반적으로 0.45인 반면에, DVD 디스크의 경우는 0.65이다. 상기 대물 시스템(618)에서 광학적 기록 캐리어를 스캐닝하기 위하여 상기 장치(61)의 광학 경로에 스위칭이 가능한 조리개(600)를 도입함으로써 CD와 DVD 디스크 모두의 포맷에 적합하게 하기 위하여 빔 NA를 변경하는 것이 가능하게 된다.
재생될 기록 매체에 적합하게 빔 NA를 조절하기 위하여 상기 조리개(600)를 스위칭하는 것 외에, 상기 조리개는 재생과 기록 모드간의 스위칭시 빔의 NA를 변화시키는데 사용될 수 있다. 쓰기를 할 때, 디스크의 정보층상의 스팟에서 높은 피크(peak) 파워를 내도록 하기 위하여, 디스크를 읽을 때보다 어느 정도 높은 NA로 디스크상에 빔을 집합시키는 것이 바람직하다. 디스크상에 마크(mark)를 쓰는 것은 디스크상에서 스팟의 중앙 피크로 이루어지는 반면에, 상기 스팟의 양측 로브(lobe)는 기록매체의 상태를 변경할만한 충분한 에너지를 가지고 있지 못하다. 결과적으로, 상기 스팟의 양측 로브를 디스크 틸트에 더욱 민감하게 하는 높은 NA는 쓰기중에 전혀 문제를 나타내지 않는다. 역으로, 읽기중에는 측면 로브 반사로 인한 크로스토크를 방지하기 위하여 가장자리 밀도는 높게, 그리고 측면 로브는 매우 작게 만드는 것이 바람직하다. 그러므로, 읽기 위하여는 쓰기 상태보다 낮은 NA가 바람직하다. 상기 조리개(600)는 기록 혹은 읽기 요구조건을 위한 빔 프로파일을 일치시키는데 도움을 주기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 가능한 광학 소자는 빔 NA의 변화를 만들어내는 것뿐만 아니라, 기록과 읽기 모드간의 빔 형상을 변화시키기 위하여 사용될 수 있다. 앞에서 언급하였듯이, 기록을 위한 빔은 전형적으로 높은 피크 강도를 위한 모양을 가진다. 그러나, 읽기 위하여는 인접한 트랙들 사이에서의 크로스토크를 줄이는 것이 중요하다. 어떤 경우에 타원형의 혹은 비원형 대칭 빔 모양이 사용될 수 있으며, 상기 빔 모양은 상기 스위칭 가능한 광학 소자의 구경 모양을 변경시킴으로써 도입된다.
광학 정보 저장 시스템이 CD와 DVD 수용 능력을 가지는 것으로 기술되었지만 상기 스위칭 가능한 광학 소자는 예를 들면 블루레이(Blu-ray) 디스크와 같은 다른 정보 저장 포맷을 가지는 시스템들에 유사하게 적용될 수 있다.
제 2 유체로서 사용하기에 적합한 오일에는 실리콘 오일과 같은 광물성 오일(mineral oil)이 포함된다. 선택된 오일의 광학적 투과 특성은 상기 오일에 적당량의 염료 혹은 안료를 첨가하여 효과를 내도록 조절될 수 있다. 오일에 첨가되는 염료의 양과 종류를 선택함으로써 상이한 광학적 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 위에서 언급한 셔터 혹은 조리개를 얻기 위하여 상기 오일에 검은색 안료를 첨가함으로써 실질적으로 불투명해지게 할 수 있다. 그리고, 스위칭이 가능한 필터 효과를 얻기 위하여 유색 안료가 첨가될 수 있다. 다른 예로서, 스위칭이 가능한 확산 반사 필터를 얻기 위하여는 빛 산란 입자들을 부가할 수 있다. 광학적 투과율(transmissivity)의 원하는 변화를 얻기 위하여 안료가 추가되거나 다른 처리를 거친 무색 오일들 대신에 고유의 색 혹은 빛 산란 효과를 가지는 오일들을 사용하는 것도 생각할 수 있다. 상기 스위칭 가능한 광학 소자는 가시광선 영역외에서의 동작, 예를 들면 전자기 스펙트럼의 UV 혹은 IR 부분에서 활성화되어 동작할 수 있다는 것도 이해되어야 한다. 스위칭이 가능한 필터들의 응용분야는 주간 감도와 야간 감도 사이를 스위칭하기 위하여 시안 필터(cyan filter)가 사용되는 카메라 혹은 비디오 카메라에서의 사용, 혹은 상이한 컬러 이미지들이 시간 순차 프로젝션에 의하여 겹치게 되는 비디오 프로젝션 시스템에서의 사용을 포함한다.
도 7은 이중 컬러 필터를 포함하는 스위칭 가능한 광학 소자(7)를 보여준다. 상기 이중 컬러 필터는 본 발명의 제 1 실시예에 관련되어 설명한 것과 같은 기능을 수행하기 위하여 배열되지만 그들 사이의 확고한 분리 경계 없이 하나의 유체 챔버내에 봉함되는 두 개의 소자를 포함한다. 두 개의 필터를 하나의 스위칭이 가능한 소자내에 통합함으로써 크기 축소가 가능해진다.
상기 유체 챔버(2)는 제 1 유체 바디(20), 제 1 필터로 기능하는 제 2 유체 바디(22), 그리고 제 2 필터로 기능하는 제 3 유체 바디(23)를 포함한다. 상기 제 1 내지 제 3 유체 바디(20, 22, 23)는 광축을 따라 배치된다. 제 1 전극(24)은 상기 제 1 유체 바디(20)에 접촉하고 상기 제 1 및 제 2 필터 모두에 공통이다.
이중 필터 효과를 얻기 위하여, 상기 제 2 내지 제 3 유체 바디의 투과율은 다르게 선택된다. 예를 들면, 상기 제 2 유체 바디(22)는 유색의 시안(cyan)이고, 제 1 상태에서 상기 영역 B에 걸친 연속적인 층을 형성하여 영역 B에서 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)를 통하여 통과하는 빛을 필터링하도록 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)내에서 배열된다. 예를 들면, 상기 제 3 유체 바디(23)는 유색의 마젠타(magenta)이고, 제 1 상태에서 상기 영역 B에 걸친 연속적인 층을 형성하여 영역 B에서 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)를 통하여 통과하는 빛을 필터링하도록 상기 스위칭 가능한 광학 소자(1)내에서 배열된다. 상기 유체 챔버(2)내의 모든 유체 밀도는 실질적으로 동일하도록 선택되어 스위칭 가능한 광학 소자(4)가 중력과 관성 부하에 직면할 때 안정성을 제공한다. 만약에 상기 시스템이 실질적으로 작다면, 상기 제 1 및 제 2 유체의 밀도는 상이할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 필터의 공통 제 1 전극(24)과 제 2 전극(26) 그리고/혹은 제 3 전극(26')에 걸쳐서 적절한 전압을 가하면, 상기 제 2 내지 제 3 유체 바디(22,23)에 의하여 형성되는 필터의 하나 혹은 양 층들 중 어느 하나가 상기 소자의 광학 경로를 벗어나 스위칭되는 이중 필터가 만들어질 수 있다. 상기 제 3 전극(26')은 제 2 접촉층(28')에 의하여 유체 바디들로부터 상기 유체 챔버와 함께 분리된다. 상기 제 2 접촉층(28')은 상기 제 3 전극(26')와 제 1 내지 제 3 유체 바디(20, 22, 23) 사이에서 절연 장벽을 형성한다. 상기 제 1 및 제 2 필터의 제 2 내지 제 3 전극(26, 26'), 혹은 상기 제 1 및 제 2 필터의 다른 성질들은 인가되는 전압에 따라 상이하게 반응을 함으로써 넓은 범위의 효과가 가능하도록 변경될 수 있다. 보다 상세한 것은 도 10과 도 11을 참조하면서 아래에서 서술하도록 한다.
도 8은 상기 제 1 내지 제 3 전극(24, 26, 26')에 전압이 가해졌을 때의 스위칭 가능한 광학 소자(4)의 평면도이다. 제 2 내지 제 3 전극(26, 26')은 각각 독립적으로 제어가능한 라인 전극들을 복수개 포함하지만, 제 2 전극(26)의 라인들은 서로 수직으로 배치되어 상기 제 2 내지 제 3 유체 바디(22, 23)가 상이한 방향으로 광축에서 멀어질 수 있게 된다. 상이한 효과를 얻기 위하여 다른 전극 구성도 사용될 수 있다.
오프 상태에서 물과 접촉하는 유체강(cavity)의 내측 벽면들은 실질적으로 친수성이다. 이런 방식으로 물은 두 개의 오일 바디 사이에서 유지되며, 오일 바디들은 소자의 양 끝단으로부터 멀어지는 것이 저지된다.
도 9는 두 개의 스위칭 가능한 광학 소자들을 포함하는 카메라(9)를 보여준다. 조리개(91)와 셔터(92)가 제공되며, 이 것들은 CCD(93) 혹은 카메라내의 다른 광 검출기(94)에서의 빛의 수신을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 의한 조리개(91)와 셔터(92)를 사용하면, 상기 조리개(91)와 셔터(92)가 서로 매우 가깝게 위치할 수 있게 된다. 이것은 작은 크기의 장치를 생산할 때 장점이 된다. 또한 상기 셔터(92)가 상기 조리개(91)에 가깝게 위치하도록 함으로써, 셔터(92)의 필요한 오프닝 직경(opening diameter)이 최소화된다. 이것은 상기 셔터(92)의 크기가 감소됨에 따라 상기 셔터(92)의 최소 스위칭 타임이 감소되는 이점이 있다.
밝은 조건에서, 조리개 오프닝의 직경은 감소되며, 빠른 셔터 속도가 요구된다. 위에서 언급한 것처럼, 상기 셔터(92)가 상기 조리개에 가깝게 위치하면 필요한 셔터 오프닝이 감소되기 때문에 보다 빠른 셔터 속도를 얻을 수 있다. 낮은 빛 조건에서, 조리개 오프닝의 직경은 증가된다. 그러나, 낮은 빛 조건에서, 긴 노출 시간을 가지는 것도 요구되기 때문에 요구되는 셔터 오프닝의 증가된 크기와 결과적인 늦은 스위칭이 수용될 수 있다.
상기 셔터(92)를 열고 닫을 때 동시에 상기 조리개 오프닝의 크기를 동적으로 변경함으로써 상이한 광학적 효과를 얻는 것이 가능하다.
도 10은 하나의 장치에 통합한 스위칭이 가능한 필터와 조리개의 측면도이다. 크기의 감소를 제공할 뿐만 아니라 다양한 소자들을 하나의 패키지에 통합함으로써 상기 장치를 통하여 통과하는 빛이 통과하여야만 하는 경계들의 수가 감소된다. 각 경계는 가능한 반사 손실을 나타내기 때문에 경계들의 숫자를 줄이는 것은 장점이 된다. 게다가 이중 소자를 생산하는 것과 관련된 생산 비용은 동일한 기능을 제공하는 두 개의 소자들을 별도로 생산하는 것보다 감소한다.
다른 소자들의 통합도 가능하다. 예를 들면, 도 11에 도시된 광학 장치(11)를 보라. 상기 광학 장치(11)는 렌즈와 스위칭 가능한 광학 소자를 포함한다. 도 11에서 예로써 보인 렌즈들은 조절이 가능하며, 상기 스위칭 가능한 광학 소자와 통합적으로 형성되는 전기 습윤 렌즈이다. 그러나 다른 고정 혹은 조정이 가능한 렌즈들도 상기 스위칭 가능한 광학 소자에 연결되기 위하여 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 전극(24, 26)뿐만 아니라 도 11의 장치는 나아가 렌즈 조절 전극(27)과 제 3 유체 바디(23)를 포함한다. 제 1 유체 바디(20)와 제 3 유체 바디(23)는 실질적으로 투명하며 휘어진 표면(25)을 따라 만난다. 휴지기에 상기 표면(25)의 곡률은 상기 제 1 유체 바디(20)와 제 3 유체 바디(23)에 의한 제 2 접촉층(28')의 습윤성에 의하여 결정된다.
상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 전압 V1을 인가함으로써 상기 제 2 유체 바디(22)의 위치는 위에서 언급한 것처럼 조리개 효과를 내기 위하여 변경될 수 있다. 상기 제 1 전극(24)과 렌즈 조절 전극(27) 사이에 전압 V2를 인가함으로써 상기 제 1 유체 바디와 제 3 유체 바디 사이의 계면(25)을 변화시켜 조절되는 파워를 가지는 렌즈를 제공할 수 있다.
상기 제 1 유체가 여기에서는 물로 언급되어왔지만, 이 용어는 극성 그리고/혹은 전도성 유체를 광범위하게 포괄한다는 점을 이해하여야 한다. 적절한 전기 습윤 효과를 내기 위하여 물과 오일 이외의 유체 시스템을 사용하는 것도 가능하며, 사실 유체중의 하나는 액체보다는 가스 혹은 증기를 포함할 수 있다. 오일과 물의 예에서, 염화칼륨(Sodiunm cloride)과 같은 전해물질이 상기 장치에서 전기적 측정이 이루어지도록 물에 포함될 수 있다.
생산의 단순화를 위하여 상기 접촉층은 기판 상부에서의 소수성(hydrophobic) 코팅을 포함할 수 있다. 기판은 원하는 형태로 형성할 수 있으며, 소수성 표면 코팅은 그 위에 가해질 수 있다. 이 기술을 사용하여 접촉층을 만들기 위하여 필요한 소수성 물질의 양을 최소화할 수 있으며, 이는 적당한 소수성 물질들의 가격이 비교적 비싸지는 경향을 고려하면 장점이 된다. 접촉층으로서의 사용 혹은 접촉층의 소수성 표면 코팅 용도를 위한 적절한 소수성 물질들은 비정형 플루오르화중합체(fluoropolymer)를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의한 스위칭 가능한 광학 소자들은 비슷한 효과를 내기 위한 기계적 배열에 비하여 비교적 소형으로 만들 수 있다. 상기 스위칭 가능한 광학 소자들은 작은 직경뿐만 아니라 광축 방향으로 매우 얇게 생산하는 것이 가능하다. 실제 장치들은 현재 500㎛에 지나지 않는 직경을 가지도록 제조되고 있으며, ㎝ 크기의 커다란 크기의 장치들의 제조 또한 가능하다.
스위칭 가능한 광학 소자는 직경이 작으면 10ms단위의 스위칭 시간을 제공하도록 제어할 수 있다.
앞에서 언급하였듯이, 스위칭 가능한 광학 소자가 중력, 회전, 혹은 충격 부하에 대한 저항을 증가시키기 위하여 오일과 물의 밀도를 일치시킬 수 있다. 비교적 작은 시스템에서, 스위칭 가능한 광학 소자의 표면 장력과 표면간의 장력은 상기 장치를 비교적 안정되게 하는 관성력을 지배하는 경향이 있다. 실험에 의하면 약 5mm 미만의 직경을 가지는 장치들은 제 1 및 제 2 유체 범위에 대하여 실질적으로 안정적임을 보여준다. 보다 큰 장치들에 있어서, 제 1 및 제 2 유체의 밀도를 근접하게 일치시키는 것은 더욱 중요해진다. 물 밀도를 세밀하게 조율하기 위하여, 순수한 물의 밀도와는 다른 밀도를 가지는 메탄올 혹은 다른 수용성 액체가 물과 혼합될 수 있다. 이러한 방식으로 물의 밀도는 오일의 밀도와 잘 일치되도록 정확하게 변경할 수 있다.
밀도 정합은 상이한 밀도를 가지는 오일들을 혼합하여 다른 유체의 밀도와 일치하도록 함으로써 얻을 수 있다.
여기에서 언급한 본 발명에 의한 실시예들에 따른 스위칭 가능한 광학 소자들의 응용 예들 뿐만 아니라, 당업자라면 상기 스위칭 가능한 광학 소자들이 사용될 수 있는 다른 광학 장치들을 생각할 수 있을 것이다. 게다가, 스위칭 가능한 광학 소자들이 병렬 혹은 직렬로 구성되어 광학 장치의 스위칭이 가능한 투과 특성을 제공할 수 있을 것이다.
예를 들면, 스위칭이 가능한 적색, 녹색, 그리고 청색 필터들이 시간 순차적인 오버레이 프로젝터 혹은 다른 디스플레이 응용예에서 구성될 수 있을 것이다.
도 7의 이중 필터 실시예는 두 가지 가변적인 특성을 포함하는 스위칭 가능한 광학 소자의 예를 포함한다. 명백히 가변 특성의 다른 모든 조합들이 가능한데, 예를 들면 셔터와 필터, 셔터와 조리개, 필터와 조리개 등이 있다. 게다가 가변 렌즈를 포함하는 도 11의 실시예에서, 스위칭 가능한 광학 소자는 또한 위에서 언급한 가변 특성중 임의의 특성을 가질 수 있다.
위에서 언급한 스위칭 가능한 광학 소자는 기존의 알려진 장치와 기술에 비하여 많은 장점이 있다. 상기 장치를 상세히 기술하였을 뿐만 아니라 이 기술이 특히 적합한 다수의 응용들을 제공하였다.
Claims (30)
- 스위칭 가능한 광학 소자에 있어서,상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 배치된 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)를 포함하는 유체 챔버(2)와,상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 상기 제 1 유체 바디(20) 및 제 2 유체 바디(22)에 대해 배치된 유체 챔버(2) 내의 제 3 유체 바디(23)와,상기 제 1 유체 바디(20)에 결합된 제 1 전극(24)과,제 2 전극(26)과,제 3 전극(26')을 포함하며,상기 제 2 유체 바디(22)는 상기 제 1 전극(24)과 제 2 전극(26)에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로질러 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되며,상기 제 3 유체 바디(23)는 상기 제 1 전극(24)과 제 3 전극(26')에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로지르는 방향으로 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 유체 바디(22)는 비전도성 액체이고, 상기 제 1 유체 바디(20)는 극성 액체와 전도성 액체 중 적어도 하나인스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 유체 챔버(2)내의 상기 제 1 및 제 2 유체 바디(20, 22)와 상기 제 2 전극(26) 사이에서 절연 장벽을 형성하는 제 1 접촉층(28)을 더 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 접촉층(28)은 상기 제 1 유체 바디(20)보다 상기 제 2 유체 바디(22)에 대하여 더 높은 습윤성(wettability)을 갖는 재료를 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 접촉층(28)은 비정형 플루오르화중합체(fluoropolymer)를 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 접촉층(28)은 상기 제 1 유체 바디(20)에 의한 제 1 습윤성을 갖는 제 1 영역, 및 상기 제 1 유체 바디(20)에 의한 보다 높은 제 2 습윤성을 갖는 제 2 영역을 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 2 유체 바디(22)의 이동은 전기 습윤(electro-wetting) 효과에 의하여 야기되는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 접촉층(28)은, 상기 전기 습윤 효과를 국지적으로 증가시키기 위하여 상기 제 1 및 제 2 유체 바디(20, 22)로부터 상기 제 2 전극(26)의 이격 거리가 감소되는 영역을 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 접촉층(28)은 상기 전기 습윤 효과를 국지적으로 증가시키기 위하여 상기 유체 챔버(2)로 돌출되는 영역을 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 7 항에 있어서,상기 유체 챔버(2)의 내면은 상기 제 1 및 제 2 전극(24, 26)에 인가되는 전압에 따른 상기 제 2 유체 바디(22)의 이동의 재현성을 증가시키도록 구성된 불균일부를 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 6 항에 있어서,상기 증가된 습윤성(wettability) 영역은 상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축상에 제공되는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 전극(26)은 복수의 독립적으로 제어가능한 섹션을 포함하는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 12 항에 있어서,상기 독립적으로 제어가능한 섹션은 인가되는 전압 범위에 따라 상기 제 1 접촉층(28)에 걸쳐 상이한 습윤성을 제공하도록 구성되는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 전극(26)은 투명하고 상기 광축을 가로지르도록 구성되는스위칭 가능한 광학 소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 전극(26')과 상기 유체 챔버 내의 유체 바디들 사이에 절연 장벽을 형성하는 제 2 접촉층(28')을 더 포함하는스위칭 가능한 광학 소자
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 유체 바디(23)는 상기 제 2 유체 바디(22)와는 상이한 투과율 스펙트럼을 가지는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 스위칭 가능한 광학 소자에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 제 1 유체 바디와 접촉하는 상기 유체 챔버(2)의 내면은 상기 제 2 유체 바디(22)보다 제 1 유체 바디(20)에 의하여 보다 높은 습윤성을 가지는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 모든 유체는 동일한 밀도를 가지는스위칭 가능한 광학 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 스위칭 가능한 광학 소자는 셔터, 조리개, 확산 반사기(diffuse reflector) 혹은 필터중 적어도 하나인스위칭 가능한 광학 소자.
- 스위칭 가능한 광학 소자를 포함하는 광학 장치에 있어서,상기 스위칭 가능한 광학 소자는,상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 배치된 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)를 포함하고, 상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 상기 제 1 유체 바디(20) 및 제 2 유체 바디(22)에 대해 배치된 제 3 유체 바디(23)를 더 포함하는 유체 챔버(2)와,상기 제 1 유체 바디(20)에 결합된 제 1 전극(24)과,제 2 전극(26)과,제 3 전극(26')을 포함하며,상기 제 2 유체 바디(22)는 상기 제 1 전극(24)과 제 2 전극(26)에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로질러 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되며,상기 제 3 유체 바디(23)는 상기 제 1 전극(24)과 제 3 전극(26')에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로지르는 방향으로 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되는광학 장치.
- 제 21 항에 있어서,제 1 항에 따른 적어도 하나의 추가의 스위칭 가능한 광학 소자를 더 포함하며, 상기 광학 장치의 스위칭이 가능한 투과 특성을 제공하기 위하여 상기 스위칭 가능한 광학 소자들이 직렬 혹은 병렬로 구성되는광학 장치.
- 제 21 항에 있어서,렌즈를 더 포함하는광학 장치.
- 제 23 항에 있어서,상기 렌즈는 상기 스위칭 가능한 광학 소자와 일체로 형성되는광학 장치.
- 제 23 항에 있어서,상기 렌즈는 조절이 가능한 전기 습윤 렌즈인광학 장치.
- 제 21 항에 있어서,상기 광학 장치는 광학적 기록 캐리어(62)의 정보층(64)을 스캐닝하기 위한 스캐닝 장치(61)를 포함하며, 상기 스캐닝 장치(61)는 제 1 발광빔(612)을 생성하기 위한 제 1 발광원(611)과 상기 제 1 발광빔(612)을 상기 정보층(64)상에 수렴시키기 위한 대물 렌즈(618)를 포함하고, 상기 스위칭 가능한 광학 소자는 상기 제 1 발광빔(612)을 제어하도록 구성되는광학 장치.
- 제 26 항에 있어서,상기 광학 장치는 상기 제 1 발광빔과 상이한 파장을 갖는 제 2 발광빔을 생성하기 위한 제 2 발광원을 더 포함하며, 상기 대물 렌즈(618)는 상기 제 1 또는 제 2 발광빔을 상기 정보층상에 수렴시키도록 구성되고, 상기 스위칭 가능한 광학 소자가 추가로 상기 제 2 발광빔을 제어하도록 구성되는광학 장치.
- 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,상기 스위칭 가능한 광학 소자는 상기 대물 렌즈(618)내에 통합되는광학 장치.
- 스위칭 가능한 광학 소자 제조 방법에 있어서,스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 배치된 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)를 포함하는 유체 챔버(2)를 제공하는 단계와,상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 상기 제 1 유체 바디(20) 및 제 2 유체 바디(22)에 대해 배치된 유체 챔버(2) 내의 제 3 유체 바디(23)를 제공하는 단계와,상기 제 1 유체 바디(20)에 결합된 제 1 전극(24)과, 제 2 전극(26)과, 제 3 전극(26')을 제공하는 단계를 포함하며,상기 제 2 유체 바디(22)는 상기 제 1 전극(24)과 제 2 전극(26)에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로질러 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되며,상기 제 3 유체 바디(23)는 상기 제 1 전극(24)과 제 3 전극(26')에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로지르는 방향으로 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되는스위칭 가능한 광학 소자 제조 방법.
- 광학 기록 캐리어(62)의 정보층(64)을 스캐닝하기 위한 광학 스캐닝 장치(61)를 제조하는 방법에 있어서,제 1 발광빔(612)을 생성하기 위한 제 1 발광원(611)을 제공하는 단계와,상기 제 1 발광빔(612)을 정보층(64)상에 수렴시키기 위한 대물 렌즈(618)를 제공하는 단계와,상기 제 1 발광빔(612)을 제어하도록 구성되는 스위칭 가능한 광학 소자(600)를 제공하는 단계를 포함하며,상기 스위칭 가능한 광학 소자(600)는, 상기 스위칭 가능한 광학 소자(600)의 광축을 따라 배치된 제 1 유체 바디(20)와 제 2 유체 바디(22)를 포함하는 유체 챔버(2)와, 상기 스위칭 가능한 광학 소자의 광축을 따라 상기 제 1 유체 바디(20) 및 제 2 유체 바디(22)에 대해 배치된 유체 챔버(2) 내의 제 3 유체 바디(23)와, 상기 제 1 유체 바디(20)에 결합된 제 1 전극(24)과, 제 2 전극(26)과, 제 3 전극(26')을 포함하며,상기 제 2 유체 바디(22)는 상기 제 1 전극(24)과 제 2 전극(26)에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로질러 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되며,상기 제 3 유체 바디(23)는 상기 제 1 전극(24)과 제 3 전극(26')에 인가되는 전압에 응답하여 상기 광축을 가로지르는 방향으로 이동함으로써 상기 광축을 따라 상기 유체 챔버(2)의 투과율을 변화시키도록 구성되는광학 스캐닝 장치 제조 방법.
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