KR101016253B1 - 가변 포커스 렌즈 - Google Patents

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스탈링아쇼에르트
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스로에렌루돌프엠
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

메니스커스 상에 접촉하고 있는 제 1 유체(A)와, 제 2의 혼화불가능한 유체를 포함하는 가변 포커스 렌즈. 유체 접촉층(10)에 의해 유체 몸체로부터 분리된 제 1 전극(2)과, 상기 제 1 유체와 접촉하는 제 2 전극(12)으로 전기 습윤 효과를 일으킴으로써 메니스커스의 형상을 변경한다. 상기 유체 접촉층은, 거의 원통형 내벽을 갖는다.
가변 포커스 렌즈, 메니스커스, 유체, 전극, 유체 접촉층

Description

가변 포커스 렌즈{VARIABLE FOCUS LENS}
본 발명은, 메니스커스(meniscus)상에 접촉되어 있는 제 1 유체와 제 2 유체로 이루어진 가변 포커스 렌즈와, 이러한 가변 포커스 렌즈를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 상기 메니스커스의 형상은, 전압에 의해 조절될 수 있다.
유체란, 임의의 힘에 따라 그 형상이 변경되고, 그것의 챔버의 외형으로 흘러가거나 또는 그 외형에 일치하게 되고, 기체, 액체 및 흘러갈 수 있는 고체 및 액체의 혼합물을 포함하는 물질이다.
제 1 유체와 제 2 유체 사이의 메니스커스는, 제 2 유체로부터 알 수 있듯이 메니스커스가 중공인 경우, 오목하다고 하고, 제 1 유체가 렌즈로서 간주되면, 이 렌즈는, 그 메니스커스가 이전 문장에서의 정의에 따라 오목하면 통상 오목하다고 불릴 것이다.
국제특허출원 WO 99/18456에는 이러한 구성을 갖는 가변 포커스 렌즈가 기재되어 있다. 이러한 구성에서, 렌즈는, 도전성 제 1 유체, 절연성 액적, 벽에 도포된 유체 접촉층에 의해 챔버 벽의 표면 구역에 보유되는 혼화불가능한 제 2 유체로 채워진 챔버를 구비한다. 상기 유체 접촉층은, 상기 유체 접촉층의 일부가 소수성이고 인접 부분이 친수성이기 때문에 그 액적을 위치결정한다. 상기 챔버 내의 전극에 전압을 인가함으로써 굴절 상면 또는 액적의 메니스커스가 더욱 볼록하게 된 다. 일 실시예에서, 상기 유체 접촉층의 소수성 및 친수성 부분은, 원통면을 따라 배치되고, 그 액적의 측면은 상기 원통면을 따라 축방향으로 위치됨으로써, 전압이 인가되지 않은 경우의 친수성 부분과, 전압이 인가된 경우의 원통의 측면을 따라 일련의 전극에 의해 중심에 있게 된다. 이러한 렌즈는, 제조가 복잡하고, 특히 원통 구성에서, 액적에 의한 렌즈 특성을 변경시키기 위해서 비교적 고전압을 필요로 하여, 일정 기간 사용된 경우 상기 렌즈가 너무 이르게 저하될 수 있다.
국제특허출원 WO 00/58763에는, 상기와 같은 구성을 갖는 또 다른 가변 포커스 렌즈가 기재되어 있다. 그 제안된 절연성 액체의 액적을 중심에 있게 하는 수단은, 조정가능형 렌즈에 절연층으로 형성된 종모양의 아가리를 가진 함몰부이다. 상기 함몰부의 측면은, 그 함몰부 내에 액적이 중심에 위치되고 그 액적 상에 볼록한 굴절표면을 제공하도록 배치된다. 상기 함몰부는 상기와 같은 렌즈의 제조가 비교적 복잡하도록 형성되고, 상기 함몰부의 베이스가 함몰부의 측면과 같은 물질로 이루어지므로, 상기 렌즈가 작동될 경우 상기와 같은 물질이 투과되도록 선택되어야 한다.
본 발명은,
원통형벽 및 축을 갖는 원통형의 유체 챔버로서, 제 1 유체(A) 및 축방향으로 배치된 제 2 유체(B)를 갖고, 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 혼화불가능하고, 메니스커스(14)상에서 접촉하며 서로 다른 굴절률을 갖는 원통형의 유체 챔버와,
상기 원통형벽의 내측에 배치된 유체 접촉층과,
상기 유체 접촉층에 의해 상기 제 1 유체 및 제 2 유체로부터 분리된 제 1 전극과,
상기 제 2 유체에 작용하는 제 2 전극을 구비하고,
상기 유체 접촉층은, 상기 제 1 전극(2)과 상기 제 2 전극(12)사이에 전압을 인가하는 것에 의해 상기 메니스커스의 형상이 변화하도록, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압 인가하는 경우 변화하는 상기 제 2 유체에 의한 습윤성을 가지고 있고,
상기 제 2 유체에 의한 상기 유체 접촉층의 습윤성은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압을 인가하지 않은 경우 상기 접촉층과 상기 메니스커스의 교차점의 양측에서 같고, 상기 렌즈는 상기 제 2 유체로부터 보았을 경우 오목한 메니커스 형상을 생성하도록 배치되고, 상기 메니커스의 형상은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극사이에 인가된 전압의 세기가 증가할 경우에 덜 오목해지는 것을 특징으로 한다.
상기 교차점의 양측면의 유체 접촉층의 습윤성이 같음에 따라 메니스커스가 보다 크게 움직이게 되고, 그 결과, 메니스커스의 곡률이 크게 변하게 된다. 그래서, 오목 메니스커스는 볼록하게 되거나 또는 이와는 반대로 된다.
바람직한 실시예에서, 렌즈는, 오목한 메니스커스 형상을 생기게 하도록 구성되고, 이때 그 형상은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극간에 인가된 전압의 크기가 증가할 때 덜 오목해진다. 그 유체 접촉은 거의 원통형이므로, 상기 유체 접촉면을 젖게 하는 제 1 유체를 사용하여 오목 메니스커스 형상을 제조할 수 있고, 또한, 비교적 낮은 전압을 사용하여, 상기 렌즈의 배율을 변경하기 위해 메니스커스 형상을 변화시킬 수 있다. 따라서, 원하는 렌즈 배율의 범위를 과도한 전압을 인가하지 않고서 제조하여도 된다.
상기 유체 접촉층의 거의 원통형 내면을 사용하고 그 렌즈를 배치하여 오목 메니스커스 형상을 제조함으로써, 상기 렌즈의 렌즈 배율의 범위는, 과도한 전압을 인가하지 않고서 향상시킬 수 있다. 충분히 높은 전압의 크기에서, 상기 메니스커스의 형상은, 볼록해지기도 한다. 과도한 전압의 인가에 의해, 상기 유체 접촉층의 저하를 일으키는 것을 알 수 있는 상기 유체 접촉층을 충전시켜, 상기 렌즈의 사용가능한 수명이 상당히 감소되게 된다.
상기 유체 접촉층을 위한 거의 원통형의 내면은, 복잡한 처리기술을 필요로 하지 않고서 제조되어도 된다. 특히, 상기와 같은 내면 형상은, 원통형 전극의 딥(dip) 코팅으로 제조되기도 하여, 그 과정이 비교적 신뢰성 있고 값싸다. 상기 유체 접촉층은, 렌즈의 조정가능한 범위 전체에 걸쳐 메니스커스의 신뢰성 있는 굴절작용을 제공하도록 두께가 균일한 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이러한 균일한 유체 접촉층은, 딥 코팅으로 원통형 전극부재를 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명의 제 2 국면은, 원통형벽 및 축을 갖는 원통형의 유체 챔버로서, 제 1 유체(A)와 축방향으로 배치된 제 2 유체(B)를 갖고, 상기 제 1 유체와 제 2 유체는 혼화불가능하고, 메니스커스(14)상에서 접촉하며 서로 다른 굴절률을 갖는 원통형의 유체 챔버와, 상기 원통형벽의 내측에 배치된 유체 접촉층(10)과, 상기 유체 접촉층에 의해 상기 제 1 유체 및 제 2 유체로부터 분리된 제 1 전극(2)과, 상기 제 2 유체에 작용하는 제 2 전극(12)을 구비하는 가변 포커스 렌즈를 작동하는 방법으로서, 상기 제 2 유체에 의한 상기 유체 접촉층의 습윤성은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압을 인가하지 않은 경우 상기 접촉층과 상기 메니스커스의 교차점의 양측에서 같고, 상기 제 2 유체에 의한 상기 유체 접촉층의 습윤성이, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압을 인가하지 않은 경우 변화하고, 상기 렌즈는 상기 제 2 유체로부터 보았을 경우 오목한 메니커스 형상을 생성하도록 배치되고, 상기 메니커스의 형상은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극사이에 인가된 전압의 세기가 증가할 때에 덜 오목해지고, 상기 방법은, 상기 전압을 제어하여 메니스커스의 형상을 변경하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점은, 이하의 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다:
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조정가능형 렌즈의 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화상 캡쳐(capture)장치의 개략적인 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학주사장치의 개략적인 단면도.
도 1 내지 도 3은 투명한 전방부재(4)와 투명한 후방부재(6)에 의해 밀봉되어 2가지 유체를 내장하는 유체 챔버(5)를 형성한 모세관으로 이루어진 원통형 제 1 전극(2)을 포함한 가변 포커스 렌즈를 나타낸다. 상기 전극(2)은, 튜브와 같은 내벽에 도포된 도전 코팅이어도 된다.
본 실시예에서 상기 2가지 유체는, 여기서 "오일(oil)"이라고도 하는 실리콘 또는 알칸(alkane) 등의 전기적 절연성 제 1 액체 A와, 염용액을 포함하는 물 등의 전기적 절연성 제 2 액체 B의 형태의 2가지 혼화불가능 액체로 이루어진다. 이 2가지 액체는, 동일한 밀도를 갖도록 구성되는 것이 바람직하므로, 상기 렌즈는, 배향에 의존하지 않는, 즉 2가지 액체간의 중력효과에 의존하지 않는 기능을 한다. 이것은, 적절한 제 1 액체 성분의 선택에 의해 달성되어도 된다. 즉, 예를 들면 알칸 또는 실리콘 오일은, 분자성분의 첨가에 의해 변형되어 상기 염용액의 밀도를 일치시키기 위해 그들의 밀도를 증가시켜도 된다.
사용된 오일의 선택에 따라, 그 오일의 굴절률은, 1.25 내지 1.60 사이에서 변화시켜도 된다. 마찬가지로, 상기 첨가된 염량에 따라, 상기 염용액은, 굴절률에 있어서 1.33 내지 1.48 사이에서 변화시켜도 된다. 본 실시예에서의 유체는, 상기 제 1 유체 A가 상기 제 2 유체 B보다 굴절률이 크도록 선택된다.
상기 제 1 전극(2)은, 전형적으로 1mm 내지 20mm 사이의 내경을 갖는 원통(실린더)이다. 상기 전극(2)은, 금속재료로 형성되고, 예를 들면 파릴렌으로 형성된 절연층(8)으로 도포되어 있다. 상기 절연층의 두께는 50nm 내지 100㎛ 사이이고, 대표적인 값은 1㎛ 내지 10㎛ 사이이다. 그 절연층은, 유체 접촉층(10)으로 도포되고, 이것은 유체 챔버의 원통형벽과 메니스커스의 접촉각에서의 히스테리시스를 감소시킨다. 상기 유체 접촉층은, DuPontTM사 제조 TeflonTMAF1600 등의 비정질 탄화불소로 형성된 것이 바람직하다. 상기 유체 접촉층(10)의 두께는, 5nm 내지 50㎛ 사이이다. AF1600 코팅은, 상기 전극(2)의 연속적인 딥 코팅에 의해 제조되어도 되고, 그것은 상기 전극의 원통측이 상기 원통전극과 거의 평행하므로 두께가 거의 균일한 재료의 동종 재료로 구성되고, 이때의 딥 코팅은, 전극의 축방향을 따라 상기 전극을 디핑(dipping) 용액의 안팎으로 움직이면서 상기 전극을 담궈서 수행된다. 파릴렌 코팅은, 화학기상증착법을 사용하여 도포되어도 된다. 제 2 유체에 의해 상기 유체 접촉층의 습윤성은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압이 인가되지 않은 경우 상기 유체 접촉층(10)과 메니스커스(14)의 교차점의 양측면에서와 거의 동일하다.
이러한 경우에, 제 2의 환상 전극(12)은, 후방부재에 인접한 유체 챔버의 일단에 배치된다. 상기 제 2 전극(12)은, 그 전극이 제 2 유체 B에 따라 동작하도록 상기 유체 챔버 내의 적어도 일부분에 배치된다.
상기 2개의 유체 A 및 B는, 메니스커스(14)로 분리된 2개의 유체몸체로 분리하게 되도록 혼화불가능하다. 제 1 전극과 제 2 전극간에 전압이 인가되지 않을 경우, 상기 유체 접촉층은, 제 1 유체 A에 대해 상기 제 2 유체 B보다 높은 습윤성을 갖는다. 전기습윤으로 인해, 상기 제 2 유체 B에 의한 습윤성은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압인가하에서 변화하고, 이 습윤성은 3개의 위상선(유체 접촉층(10)과 2개의 유체 A, B간의 접촉선)에서 상기 메니스커스의 접촉각을 변경시키게 된다. 그래서, 이 메니스커스의 형상은, 인가전압에 따라 가변적이다.
도 1을 참조하면, 저전압 V1 예를 들면, 0V 내지 20V사이의 전압을 상기 전극들간에 인가하는 경우, 상기 메니스커스는 제 1 오목 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 상기 유체 B에서 측정된 상기 메니스커스와 상기 유체 접촉층(10) 사이의 초기 접촉각 θ1은, 예를 들면 약 140°이다. 제 1 유체 A의 굴절률이 제 2 유체 B의 굴절률보다 높으므로, 여기서는 메니스커스 렌즈라고 불리는 상기 메니스커스로 형성된 렌즈는, 이러한 구성에서는 비교적 높은 네가티브 배율을 갖는다.
상기 메니스커스 형상의 오목함을 감소시키기 위해서, 보다 큰 전압의 크기 를 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가한다. 도 2를 참조하면, 절연층의 두께에 따라 예를 들면 20V 내지 150V사이의 중간전압 V2을 상기 전극간에 인가하는 경우, 상기 메니스커스는, 도 1의 메니스커스와 비교하여 감소된 곡률반경을 갖는 제 2의 오목한 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 제 1 유체 A와 상기 유체 접촉층(10)사이의 중간 접촉각 θ2는, 예를 들면 약 100°이다. 제 2 유체 B보다 제 1 유체 A의 굴절률이 보다 크므로, 이러한 구성에서의 상기 메니스커스 렌즈는, 비교적 낮은 네가티브 배율을 갖는다.
볼록한 메니스커스 형상을 제조하기 위해서, 훨씬 큰 전압의 크기를 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가한다. 도 3을 참조하면, 예를 들면 150V 내지 200V사이의 비교적 고전압 V3을 상기 전극간에 인가하는 경우, 상기 메니스커스는, 메니스커스가 볼록한 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 제 1 유체 A와 상기 유체 접촉층(10)사이의 최대 접촉각 θ3은, 예를 들면 약 60°이다. 제 2 유체 B보다 제 1 유체 A의 굴절률이 보다 크므로, 이러한 구성에서의 상기 메니스커스 렌즈는, 포지티브 배율을 갖는다.
이때, 도 3의 구성을 달성하려면 비교적 고배율을 사용하여 가능하지만, 실제 실시예에서는, 설명한 것과 같은 렌즈를 포함한 장치가 상기 설명된 범위 내의 낮고 중간 배율만을 사용하도록 구성된, 즉 인가전압이 제약되므로 상기 절연층의 전계강도가 20V/㎛보다 작고, 과도한 전압에 의해 유체 접촉층이 충전됨에 따라서 그 유체 접촉층의 열화는 이용되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 이때, 초기에 낮은 전압 구성은, 액체 A, B의 선택에 따라(그들의 표면 장력에 따라) 변화할 것이다. 보다 높은 표면장력을 갖는 오일의 선택, 및/또는 에틸렌 글리콜 등의 성분을 그것의 표면장력을 감소시키는 염용액에 첨가함으로써, 초기 접촉각을 감소시킬 수 있고, 이 경우에, 상기 렌즈는 도 2에 도시된 것에 해당하는 낮은 광 배율 구성 및, 도 3에 도시된 것에 해당하는 중간 배율 구성을 사용하여도 된다. 임의의 경우에, 상기 메니스커스가 오목하도록 저배율 구성을 유지하고, 비교적 폭넓은 렌즈 배율의 범위는, 과도한 전압을 사용하지 않고서 초래할 수 있다.
상기 예에서는 유체 B보다 상기 유체 A의 굴절률이 보다 높지만, 상기 유체 A도 상기 유체 B보다 굴절률이 낮아도 된다. 예를 들면, 상기 유체 A는, 물보다 굴절률이 보다 낮은 불화(불소화) 오일이어도 된다. 이러한 경우에, 비정질 플루오르폴리머층은, 불화 오일에서 용해할지도 모르기 때문에, 사용하지 않는 것이 바람직하다. 다른 유체 접촉층은, 예를 들면 파라핀 코팅이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈를 포함하는 가변 포커스 화상 캡쳐장치를 나타낸 것이다. 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명된 것과 동일한 부재는, 100씩 증가시킨 동일한 참조번호로 구성되고, 이들 동일한 부재에 관한 이전의 설명은 여기서 적용하도록 한다.
상기 장치는, 원통형 제 1 전극(102), 리지드(rigid) 전방렌즈(104) 및 리지드 후방렌즈(106)로 이루어진 복합 가변 포커스 렌즈를 구비한다. 2개의 렌즈와 제 1 전극으로 둘러싸인 공간은, 원통형 유체 챔버(105)를 구성한다. 상기 유체 챔버 는, 제 1 유체 A와 제 2 유체 B를 보유한다. 이 2개의 유체는, 메니스커스(114)를 따라 접촉한다. 이 메니스커스는, 이전에 설명된 것처럼, 제 1 전극(102)과 제 2 전극(112)간에 인가된 전압에 따라 가변 배율의 메니스커스 렌즈를 구성한다. 다른 실시예에서는, 2개의 유체 A, B의 위치를 변경한다.
전방렌즈(104)는, 폴리카보네이트 또는 사이클릭 올레핀 공중합체 등의 고굴절 플라스틱이고 포지티브 배율을 갖는 볼록-볼록 렌즈이다. 상기 전방렌즈의 표면 중 적어도 한 개는, 비구면이어서 원하는 초기 포커싱 특징을 제공한다. 상기 후방렌즈부재(106)는, COC(사이클릭 올레핀 공중합체) 등의 저분산성 플라스틱으로 이루어지고, 필드 플래트너(field flattener)로서 작용하는 비구면 렌즈면을 구비한다. 상기 후방렌즈부재의 타면은, 평평하고, 구면 또는 비구면이어도 된다. 제 2 전극(112)은, 상기 후방렌즈부재(106)의 굴절면의 주위에 위치된 환상 전극이다.
섬광 조리개(116) 및 개구 조리개(118)는, 렌즈의 전방에 추가된다. CMOS 센서 어레이 등의 픽셀레이티드(pixellated) 화상 센서(120)는, 상기 렌즈 뒤 센서평면에 설치된다.
전자 제어회로(122)는, 화상신호의 포커스 제어처리에 의해 얻어진 포커스 제어신호에 따라 상기 메니스커스 렌즈를 구동하여, 무한대 내지 10cm 사이의 피사체 범위를 제공한다. 제어회로는, 근접 피사체가 포커싱되는 경우, 무한대의 포커싱이 달성되는 저전압 레벨과 고전압 레벨사이에서 상기 인가된 전압을 제어한다. 무한대의 포커싱을 하는 경우, 약 140°의 접촉각을 갖는 오목한 메니스커스를 제조하고, 또한 10cm의 포커싱을 하는 경우, 약 100°의 접촉각을 갖는 오목한 메니 스커스를 제조한다.
도전성 제 2 유체, 절연층 및 제 2 전극은, 전기 커패시터를 구성하고, 그 커패시터의 정전용량은, 상기 메니스커스의 위치에 의존한다. 이 정전용량은, 종래의 정전용량 계측기를 사용하여 측정될 수 있다. 상기 메니스커스 렌즈의 광 강도는, 상기 정전용량의 측정값으로부터 구해질 수 있다.
상기 렌즈는, 낮은 비제로 전압을 무한대(평행하게 들어오는 광)의 피사체에 상기 렌즈를 포커싱하는데 적용되도록 구성되어, 적당한 제조공차 내의 무한대 상에 초점을 맞출 수 있는 능력을 제공하고, 한편, 제로 전압이 인가되는 경우에 생기는 무한대 상의 포커싱이 적용되도록 상기 렌즈를 구성하면, 보다 정밀한 제조공차를 적용할 것이다.
상기 전방렌즈부재(104)는, 그 내면에 상기 전극(102)을 보유하는 튜브를 갖는 단일체로서 구성되어 상기 후방렌즈(106)에 의해 폐쇄되어 밀봉부를 구성하는 것이 바람직하다. 제 2 렌즈부재(106)는, 도 4에 도시된 것과 관련하여 확장되고, 상기 렌즈부재(106)의 평평한 후방면은, 바람직하게 45°의 각도로 각을 이룬 거울면으로 대체되어도 되어, 상기 화상 센서(120)를 상기 렌즈 아래에 설치되게 하여, 그 렌즈의 치수를 감소시킨다.
상기 유체 챔버(105)에는, 그 유체의 열팽창으로 인한 체적 변화를 조절하기 위한 확장 챔버가 구비되어도 된다. 이 확장 챔버는, 유체 챔버의 벽 중 하나에 유연한 멤브레인이어도 된다.
상기 전방렌즈(104)와 상기 후방렌즈(106)의 내면은, 보호층으로 도포되어 렌즈가 유체 A, B로 만들어진 재료의 비호환성을 피하기도 한다. 또한, 상기 보호층은, 반사방지특성을 갖는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈를 내장한 광학주사장치로부터의 부재를 나타낸다. 상기 장치는, 광 디스크(206), 예를 들면 듀얼레이어 디지털 비디오 레코딩(DVR) 디스크(이를 테면, K.Schep,B.Stek,R.van Woudenberg,M.Blum,S.Kobayashi,T.Narahara,T.Yamagami,H.Ogawa,"Format description and evaluation of the 22.5GB DVR disc",Technical Digest,ISOM2000, Chitose,Japan,Sept.5-8,2000에 의한 논설 참조)로부터 기록 및/또는 재생하기 위한 것이다. 상기 장치는, 예를 들면 국제특허출원 WO 01/73775에 기재된 것처럼, 거의 평행한 광선으로 이루어진 이를테면 파장이 405nm인 입사하는 시준빔을 현재 주사되는 정보층의 평면에 스폿(208)을 포커싱하기 위한 리지드 전방렌즈(202) 및 리지드 후방렌즈(204)를 구비한, 이를테면 개구수가 0.85인 복합 대물렌즈를 구비한다.
듀얼 레이어 DVR 디스크에서, 2개의 정보층의 깊이는 0.1mm 및 0.08mm이고, 그들은 대표적으로 0.02mm만큼 이격되어 있다. 일층으로부터 다층으로의 재포커싱을 하는 경우, 정보층 깊이차로 인해, 원하지 않는 구면 파면수차의 약 200mλ가 생겨, 이것을 보상할 필요가 있다. 이를 달성하기 위한 일 방법은, 기계적인 액추에이터, 예를 들면 비교적 값비싼 상기 장치에서 시준렌즈를 이동시키는 것을 사용하여 입사빔의 폭주를 변경시키는데 있다. 또 다른 방법은, 스위칭가능형 액정셀을 사용하는데 있고, 이것도 비교적 값비싼 해결책이다.
본 실시예에서는, 도 1 내지 도 3에 관련하여 설명된 것과 동일한 스위칭가능형 가변 포커스 렌즈(200)를 사용한다. 본 실시예에서, 선택된 오일은, 폴리디메틸(8-12%)-페닐메틸실록산 공중합체이고, 소금물 용액은, 도전성 액체로서 사용된다. 렌즈(200)에 평면 메니스커스가 배치되는 경우의 각 액체의 두께는, 약 1mm이다.
상기 장치는, 2개의 선택된 전압 중 하나를 현재 주사되는 정보층에 따라 상기 렌즈(200)의 전극에 인가하기 위한 전자제어회로(222)를 구비한다. 일 구성에서는, 정보층의 깊이 0.08mm를 주사시에, 비교적 낮게 선택된 전압을 인가하여 반경 R=-21.26mm의 메니스커스 곡률을 생성한다. 다른 구성에서는, 정보층의 깊이 0.1mm를 주사시에, 비교적 높게 선택된 전압을 인가하여 평면 메니스커스 곡률을 생성한다. 이 때문에, 상기 파면수차의 제곱평균 제곱근 값은, 200mλ로부터 18mλ까지 감소될 수 있다. 이때, 렌즈 배율의 변화만을 요구하기 때문에, 서로 다른 메니스커스 곡률의 조합을 사용하여 동일한 효과를 얻을 수 있고, 더욱이 렌즈 배율의 차이도 2개의 액체의 굴절률을 더욱 동일하게 함으로써 상기 메니스커스 내의 움직임이 보다 크게 될 수 있다.
이때, 상기 실시예 모두와 관련하여, 상기 전극은 그 자체가 원통형인 것이 바람직하지만, 완전한 원통으로부터 약간의 변형, 예를 들면 약간 원뿔형이어도 가능하다. 그러나, 상기 원통은, 거의 원통형을 유지하는 것이 바람직하다, 즉 상기 유체 접촉층이 선형 단면을 갖는, 즉 상기 층이 원통의 단면에서 직선을 이루고, 이때의 원통의 축은 단면 내에 포함된다. 상기 선형 단면은, 적어도 10도 내에, 더욱 바람직하게는 적어도 1도 내에 상기 전극의 축에 평행해야 한다. 원통형 전극은, 0.1도 내에 상기 축에 평행한 단면과, 다양한 층을 적층할 수 있는 매끄러운 내벽을 갖는 종래의 싼 튜빙(tubing)을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 튜빙을 사용할 가능성은, 본 발명에 따른 렌즈에 비용상의 이점을 제공한다. 유체 접촉층은, 자체가 완전히 선형이 아니어도 되지만, 어떠한 비선형성은, 그 비선형성에 의해 상기 전극의 축방향 크기 중 1/10미만, 더욱 바람직하게는 1/20미만의 반경방향의 크기차를 일으키도록 제한되는 것이 바람직하다.
상기 실시예들은, 본 발명의 예시적인 예로서 이해해야 할 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예를 꾀한다. 예를 들면, 상기 제 1 유체는, 절연성 액체라기 보다는 오히려 증기로 이루어진다. 제 2 유체는, 제 1 유체보다 표면장력이 낮은 유체이어도 된다. 그 경우에, 낮은 인가전압에서의 메니스커스의 형상은 볼록할 것이다.
일 실시예에 관련하여 설명된 임의의 특징은, 그 실시예들의 다른 것에 사용되어도 된다는 것을 알 수 있을 것이다.
더욱이, 상술하지 않은 동등한 것 및 변형도, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 이용되기도 하고, 그것은 첨부하는 청구범위에 정의되어 있다.

Claims (19)

  1. 원통형벽 및 축을 갖는 원통형의 유체 챔버로서, 제 1 유체(A) 및 축방향으로 배치된 제 2 유체(B)를 갖고, 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 혼화불가능하고, 메니스커스(14)상에서 접촉하며 서로 다른 굴절률을 갖는 원통형의 유체 챔버와,
    상기 원통형벽의 내측에 배치된 유체 접촉층(10)과,
    상기 유체 접촉층에 의해 상기 제 1 유체 및 제 2 유체로부터 분리된 제 1 전극(2)과,
    상기 제 2 유체에 작용하는 제 2 전극(12)을 구비하는 가변 포커스 렌즈로서,
    상기 유체 접촉층은, 상기 제 1 전극(2)과 상기 제 2 전극(12)사이에 전압을 인가하는 것에 의해 상기 메니스커스의 형상이 변화하도록, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압 인가하는 경우 변화하는 상기 제 2 유체에 의한 습윤성을 가지고 있고,
    상기 제 2 유체에 의한 상기 유체 접촉층의 습윤성은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압을 인가하지 않은 경우 상기 접촉층과 상기 메니스커스의 교차점의 양측에서 같고,
    상기 렌즈는 상기 제 2 유체로부터 보았을 경우 오목한 메니커스 형상을 생성하도록 배치되고, 상기 메니커스의 형상은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극사이에 인가된 전압의 세기가 증가할 경우에 덜 오목해지는 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 접촉층의 내면은 선형 단면을 갖고,
    상기 유체 접촉층은 상기 원통의 축이 상기 선형 단면에 놓여있는 상기 원통의 단면에 직선을 형성하며, 상기 선형 단면은 10도 내에 상기 내면의 원통 형상의 축에 평행한 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 절연성 액체를 포함하고, 상기 제 2 유체는 도전성 액체를 포함한 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 증기를 포함하고 상기 제 2 유체는 도전성 액체를 포함한 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 접촉층은, 두께가 실질적으로 균일한 동종층인 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 실질적으로 원통형인 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 상기 제 2 유체보다 굴절률이 크고,
    상기 렌즈는 상기 메니스커스가 상기 제 1 유체에 관련하여 볼록한 경우에 포지티브 렌즈 배율을 갖도록, 포지티브 렌즈 배율을 제공하는 적어도 하나의 고정 렌즈 부재(104)를 갖는 복합 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  9. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 렌즈를 포함하는 광학장치로서, 평행한 광선으로 이루어진 방사선을 입력하고 비제로 전압을 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 인가하는 경우, 상기 방사선이 포커싱 평면에 포커싱되도록 상기 렌즈가 배치되는 포커싱 평면(120)을 정의하는 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  10. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따른 렌즈를 포함한 것을 특징으로 하는 화상 캡쳐장치.
  11. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 렌즈를 포함하는 광 기록매체를 주사하는 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 렌즈는, 주사되는 광 기록매체의 서로 다른 깊이의 정보층을 주사하는 동안 일어나는 구면수차를 보정하도록 배치된 것을 특징으로 하는 광학주사장치.
  13. 원통형벽 및 축을 갖는 원통형의 유체 챔버로서, 제 1 유체(A)와 축방향으로 배치된 제 2 유체(B)를 갖고, 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 혼화불가능하고, 메니스커스(14)상에서 접촉하며 서로 다른 굴절률을 갖는 원통형의 유체 챔버와,
    상기 원통형벽의 내측에 배치된 유체 접촉층(10)과,
    상기 유체 접촉층에 의해 상기 제 1 유체 및 제 2 유체로부터 분리된 제 1 전극(2)과,
    상기 제 2 유체에 작용하는 제 2 전극(12)을 구비하는 가변 포커스 렌즈를 작동하는 방법으로서,
    상기 제 2 유체에 의한 상기 유체 접촉층의 습윤성은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압을 인가하지 않은 경우 상기 접촉층과 상기 메니스커스의 교차점의 양측에서 같고,
    상기 제 2 유체에 의한 상기 유체 접촉층의 습윤성이, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극간에 전압을 인가하지 않은 경우 변화하고,
    상기 렌즈는 상기 제 2 유체로부터 보았을 경우 오목한 메니커스 형상을 생성하도록 배치되고, 상기 메니커스의 형상은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극사이에 인가된 전압의 세기가 증가할 때에 덜 오목해지고,
    상기 방법은, 상기 전압을 제어하여 메니스커스의 형상을 변경하는 것을 포함한 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈 작동방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 제 2 유체로부터 보았을 경우, 상기 전압을 변화시켜 오목한 메니스커스 형상을 생기게 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈 작동방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 제 2 유체로부터 보았을 경우, 상기 전압을 변화시켜 볼록한 메니스커스 형상을 생기게 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈 작동방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 메니스커스는, 100 내지 140도 사이의 유체 접촉층과 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈 작동방법.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 복합 렌즈의 전방렌즈(104) 및 후방렌즈(106)의 내면은 보호층으로 도포되어 있고, 상기 전방렌즈 및 후방렌즈(104,106)에 의해 공간이 밀폐되어 있으며, 상기 원통형 유체 챔버(105)가 상기 제 1 및 제 2 유체(A,B)를 유지하는 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 보호층은 반사방지특성도 갖는 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유체(B)로부터 보았을 경우, 상기 제 2 유체는 상기 제 1 유체보다 낮은 표면 장력을 갖는 유체이고, 낮은 인가전압에서 메니스커스의 형상이 볼록해지는 것을 특징으로 하는 가변 포커스 렌즈.
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