KR101158706B1

KR101158706B1 - 전기습윤장치

Info

Publication number: KR101158706B1
Application number: KR1020067013825A
Authority: KR
Inventors: 스테인 쿠이페; 베르나르두스 에이치. 더블유. 헨드릭스; 요제프 이. 아우베르트
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2012-06-22
Also published as: EP1706761A1; CN100485422C; JP4754498B2; US7446945B2; EP1706761B1; DE602005013352D1; KR20060124677A; CN1910480A; ATE426183T1; JP2007518132A; WO2005069043A1; US20070146893A1

Abstract

전기습윤장치는, 가변부재(28)와, 그 가변부재(28)용 제어 시스템(11)을 구비하고, 상기 제어 시스템(11)은, 비대칭 전압 파형을 가변부재에 제공하도록 구성된다.

전기습윤장치, 가변부재, 제어 시스템, 전압 파형.

Description

전기습윤장치{ELECTROWETTING DEVICE}

본 발명은 전기습윤장치, 전기습윤장치의 제어 시스템 및 전기습윤장치 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기습윤장치는, 절연층의 일측에 제 1 전극과, 그 절연층의 반대측에 제 2 전극과 접촉하고 있는 메니스커스를 갖는 전기 도전성 유체로 이루어지고, 그 전극에의 전압 인가는 도전성 유체가 절연체를 갖는 메니스커스의 접촉각의 변화에 의해 형상을 변경시킨다. 이를테면, 그 형상의 변화는 상기 유체를 통과하는 광빔의 포커스를 변화시키는데 사용되어도 된다.

본 출원인이 출원중인 WO 03/069380에는 전기습윤장치가 보다 상세히 설명되어 있고, 여기서 그 설명의 일부가 부록 1에 기재되어 있다.

전기습윤장치, 이를테면 가변 포커스 렌즈에서, 제 1 전극과 도전성 유체 사이에 절연층의 충전에 의해 종종 제한된다. 이러한 절연층의 충전은, 특정 임계전압 이상이 되고, 증가하는 전압에서와, 그 전압 인가의 증가하는 지속기간에서 증가한다. 절연체의 충전은 렌즈 성능을 제한하고, 불균일한 충전이 종종 일어나는 경우에 그 렌즈의 광학 품질은 저하한다. 또한, 충전은 절연층의 수명을 단축하기도 한다.

직류(DC)와 교류(AC)를 사용하여 전기습윤을 수행할 수 있다. AC 동작의 이 점은, 연속적인 극성 반전이 충전이 일어나는 시간을 덜 걸리게 한다는 것이다. 또한, 그 극성을 반전시키면 절연층에 증가된 전하를 제거할 수도 있다. AC 전압을 사용할 수 있도록, 그 주파수는 도전성 유체의 메니스커스의 기계적 공진 주파수보다 충분히 커야 한다. 그래서, 메니스커는 안정한 상태로 있을 뿐이다.

DC와 AC 동작은, 전기습윤을 하는데 현재 사용되고 있다.

전기습윤장치의 제 1 문제점은, 비록 AC동작은 연속적으로 변하는 극성 때문에 절연층의 충전을 감소시키지만, 정현파 AC동작은 렌즈를 구동하는데 필요한 유효 전압으로 인해 피크 전압을 보다 높게 한다는 것이다. 유효 전압이란, 일반적으로 RMS 전압이라고도 불리는, 전압의 시간 평균제곱의 제곱근으로서 정의된다. 전기습윤장치에서 메니스커스의 접촉각의 코사인이 이론상 전극에 인가된 전압의 제곱에 비례하고, 그 인가된 전압의 RMS값은 전기습윤장치의 동작을 설명하는 적절한 파라미터이다. 정현파 AC 전원의 유효전압은 피크 전압미만이어서, 그 유효전압이 특히 하이(high)가 아니어도, 그 결과의 피크 전압으로 문제를 일으킬 수도 있다. 이 때문에, 높은 피크전압은 절연층의 충전을 증가시키거나, 또는 심지어는 절연체의 전기적인 항복을 일으키기도 한다.

US 2001/0017985에는, 전기습윤장치에 구형파 전압 공급장치의 적용이 설명되어 있다.

본 발명의 목적은, 상술한 단점을 해결하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 절연층의 충전이 감소된 전기습윤장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 1 국면에 의하면, 전기습윤장치는, 가변부재와 그 가변부재용 제어 시스템을 구비하고, 상기 제어 시스템은, 비대칭 전압 파형을 그 가변부재에 제공하도록 구성된다.

상기 전압 파형은, 피크전압 대 유효전압비가 2^1/2미만인 것이 바람직하다.

공급된 전압 파형은, 실질적으로 직선인 것이 바람직하다. 직선이란, 실질적으로 구형파형 및/또는 장방형 파형을 나타내는 것이 바람직하다.

제어 시스템은, 가변 펄스폭 및/또는 파고를 제공하도록 구성되고, 이 펄스폭 또는 파고는 파형의 포지티브부와 네가티브부 사이에서 변화하여도 된다.

가변부재는, 가변 포커스 렌즈인 것이 바람직하다.

발명자가 안 제 2 문제점은, 상기 절연층이 예를 들면, 음전압보다 양전압에서 아주 빠른 속도로 충전된다는 것이다. 통상, 이것은, 절연층의 종류와 유체의 종류에 의존한다. 또한, 특정 극성에서는(예를 들면, 양전압), 반대 극성(예를 들면, 음전압)보다 절연체의 표면 또는 내측에 증가된 전하를 제거하기가 보다 어려워지기도 한다.

비대칭 파형의 이로운 사용법은, 상술한 뛰어난 효과를 이용한다.
문헌 US 2002/0176148 A1에는, 도전성이거나 양극화된 제 1 액체와 상기 제 1 액체와 상호 혼합하지 않고 경계면이 소정의 형태인 제 2 액체를 밀봉하는 콘테이너와, 상기 콘테이너에 설치된 전극들을 갖는 광학 소자를 사용함으로써 경계면 상태를 제어하여 초점길이를 변화시키고, 광학특성이 상기 전극들에의 전압 인가로 인한 경계면 형태의 변화에 따라 변화하는 광학장치가 개시되어 있고, 특히 상기 경계면 형태를 변화시키기 위해 상기 전극들에 인가된 전류전압을 번갈아 나오게 만드는 듀티비를 제어하는 광학장치가 개시되어 있다.
실질적으로 직선 전압 파형의 유효전압은 거의 피크 전압과 같다. 이러한 특징은, 그 유효전압보다 2^1/2배 큰 피크전압을 갖는 사인파와 비교하여 이롭다. 직선 전압 파형은, 가변 렌즈의 절연층의 충전이 보다 적어지게 된다.

삭제

상기 제어 시스템은, 비대칭 전압 파형을 제공하도록 구성되는 것이 바람직 하고, 이때 전압 파형의 포지티브부와 네가티브부의 높이가 서로 다르다. 제어 시스템은, 펄스폭이 서로 다른 파형의 포지티브부와 네가티브부를 제공하도록 구성된다.

비대칭 파고 및/또는 비대칭 펄스폭의 제공으로, 전기습윤장치는 전압이 소정의 극성을 갖는 경우 아주 큰 정도 또는 보다 빠르게 절연층이 충전하는 경우를 보상할 수 있다는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 전압 파형의 주파수는 가변부재의 도전성 유체의 메니스커스의 기계적 공진 주파수보다 훨씬 크지만, 절연체 상에 형성된 커패시터가 충전하기에 충분한 시간을 제공할만큼 작다.

바람직하게는, 전압 파형의 주파수는, 상기 장치에 의해 형성된 커패시터가 실질적으로 충전되지 않는 주파수 미만이다. 실질적으로 충전된 것은, 적어도 반이 충전되는 것을 의미하지만, 바람직하게는 적어도 90% 충전되는 것을 의미한다. 바람직하게는, 전압 파형의 주파수는, 상기 장치에 의해 형성된 커패시터가 실질적으로 완전히 충전된 주파수 미만이거나 그 주파수와 같다.

본 발명의 제 2 국면에 의하면, 전기습윤장치용 제어 시스템은, 비대칭 전압 파형을 전기습윤장치의 가변부재에 제공하도록 구성된다.

본 발명의 제 3 국면에 의하면, 전기습윤장치 제어방법은, 비대칭 전압파형을 전기습윤장치의 가변부재에 공급하는 것을 포함한다.

상기 파형은, 피크전압 대 유효전압비가 2^1/2미만인 것이 바람직하다.

전압 파형은, 실질적으로 직선 파형이어도 된다.

전압 파형은, 펄스폭 및/또는 높이가 가변이다.

상기 방법은, 전압 파형의 포지티브부와 네가티브부에 대해 펄스폭 및/또는 펄스 높이가 비대칭인 것이 바람직한, 비대칭 전압파형을 공급하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 방법은, 펄스폭 및/또는 펄스 높이를 변화시켜 가변부재의 절연층의 충전을 감소시키는 것이 바람직하다. 상기 변화는 소정의 가변부재의 특정한 특성에 의거하여 수행된다. 바람직하게는, 상기 방법은, 절연층의 충전을 감소시키는데 이로운 특정 파형을 결정하여 그 파형을 가변 포커스렌즈에 제공하는 것을 포함한다.

본 발명은, 제 1 국면에 따른 전기습윤장치를 포함하는 가변렌즈, 가변 필터 및/또는 가변 조리개(diaphragm)로 확장한다. 본 발명은, 제 1 국면에 따른 전기습윤장치를 포함한 화상 캡쳐장치로 확장한다. 본 발명은, 제 1 국면에 따른 전기습윤장치를 갖는 화상 캡쳐장치를 구비한 전화기로 확장한다.

여기서 설명된 모든 특징은, 임의의 조합으로 상기 임의의 국면과 조합되어도 된다.

본 발명을 보다 잘 이해하고, 그 실시예를 어떻게 실행하는지를 나타내기 위해서, 첨부도면을 예시에 의해 설명한다:

도 1 내지 도 3은 배경을 위해 포함된 종래의 공보로부터 개략적인 단면의 조정 가능형 렌즈를 나타내고,

도 4는 배경재료로부터 개략적인 단면의 화상 캡쳐를 나타내고,

도 5는 배경재료로부터 개략적인 단면의 광학 주사를 나타내고,

도 6은 사인파 및 구형파에 대해 피크 및 유효전압을 나타낸 개략적인 그래프이고,

도 7은 사인파 및 비대칭 구형파에 대해 피크 및 유효전압을 나타낸 개략적인 그래프이고,

도 8은 본 발명에 따른 전기습윤장치 제어 시스템의 개략도이다.

여기서 설명된 전기습윤장치는, 가변 포커스 렌즈를 형성하고, 제 1 전극과, 제 2 전극과 접촉하여 있는 전기 도전성 유체로 이루어지되, 절연층이 상기 제 1 전극과 상기 도전성 유체 사이에 있다. 전압신호는 그 전극들에 인가되어 도전성 유체를 변형하고 그 렌즈 포커스 특성을 변경한다. 보다 일반적으로, 전기습윤장치는, 이 경우에 가변 포커스 렌즈인 가변부재를 포함한다.

정상의 사인파 전압에 있어서, 피크 전압 대 유효전압의 비는 2^1/2이다. 비율이 보다 낮은 모든 파형은, 도전성 유체의 메니스커스의 특정 위치에 대해 보다 낮은 피크 값을 제공하고, 따라서 절연층에서의 충전 또는 전기적 항복의 위험을 감소시킨다. 상술한 제 1 문제점을 해결하기 위해서는, 2^1/2이하의 비율을 갖는 파형을 적용해야 한다. 가장 좋은 파형의 비율은 1이고, 이것은 직선파 또는 구형파에 대해 얻어진다.

도 6은 사인파와, 동일한 유효전압을 갖는 구형파간의 차이를 나타낸다.

상술한 제 2 문제점은, 전압 파형을 펄스폭 및/또는 높이에 있어서 비대칭으로 함으로써 해결된다. 이를테면 절연체가 양전압에서 빠르게 충전되지만 음전압에서는 덜 빠르게 충전되는 경우, 포지티브 펄스가 네가티브 펄스보다 짧고, 그리고/또는 네가티브 펄스보다 높이에 있어서 낮은 교류전압을 인가하는데 유용하다.

도 7은 상기 비대칭 전압의 예를 나타낸다. 2개의 파(장방형파 및 사인파)의 유효전압도 동일하다.

도 8은 도 7에 도시된 구형파를 제공할 수 있도록 동작하는 제어 시스템(11)의 가능한 블록도를 나타낸다. AC/DC 컨버터(310)는, 유체 포커스 시스템(328)으로서 나타낸 본 실시예에서, 트랜지스터 324,326을 제어하기 위해 고전압을 공급하고, 그 제어전압을 가변부재에 공급한다. 전압원(312)은, 포지티브 펄스폭 조정부(314)와 네가티브 펄스폭 조정부(316)인 가변 저항(314,316)에 DC 3.3V를 공급한다. 양쪽 저항은, 펄스폭 변조기(PWM)(318)에 연결된다. 가변저항(320,322)은, 유체 포커스 시스템(328)에 연결된 전압 스위치를 구성하는 트랜지스터 324와 326 각각을 통해 각각 양전압 레벨과 음전압 레벨을 조정한다.

도 8에 대해 이루어진 것처럼, 포지티브 및 네가티브 펄스의 폭은, 가변 저항 314, 316에 의해 결정되고, 각각의 레벨이 가변 저항 320, 322에 의해 설정된다. 그래서, 가변 펄스폭과 높이를 갖는 구형파는, 상기 렌즈(328)와 유체 포커스 시스템에 제공된다.

상술한 장치와 방법은, 가변부재, 특히 가변렌즈, 조리개, 필터 및 펌프를 포함하는 전기습윤장치에서 구현되어도 된다.

본 출원은, 가변 포커스 렌즈뿐만 아니라 가변 조리개, 가변 필터, 디스플레이용 셀, 전기습윤 펌프, 전기습윤 모터 등도 포함한다.

(부록 1)

다음은 WO 03/069380의 일부이다. 도 1 내지 도 5에 대해 언급된 내용은 본 명세서의 끝에 있는 도면들에 대해 언급된 내용이다.

도 1 내지 도 3은 개략적인 단면의 조정 가능형 렌즈를 나타내고,

도 4는 개략적인 단면의 화상 캡쳐장치를 나타내고,

도 5는 개략적인 단면의 광학주사장치를 나타낸다.

도 1 내지 도 3은 투과성 전면부재(4)와 투과성 후면부재(6)에 의해 밀봉되어 2개의 유체를 담고 있는 유체 챔버(5)를 형성한, 모세관을 형성하는 원통형 제 1 전극(2)을 구비한 가변 포커스 렌즈를 나타낸다. 상기 전극(2)은, 관의 내벽에 도포된 도전성 코팅물이어도 된다.

본 실시예에서, 상기 2개의 유체는, 여기서는 "오일류"라고도 하는 실리콘 오일 또는 알칸 등의 전기 절연성 제 1 유체 A와, 염용액을 함유한 물 등의 전기 도전성 제 2 유체 B 형태의 2개의 혼화 불가능 유체로 이루어진다. 상기 2개의 유체는, 밀도를 동일하도록 구성하여, 상기 렌즈가 방위와 상관없이, 즉 2개의 유체간의 인력작용에 의존하지 않고 기능하는 것이 바람직하다. 이는, 제 1 유체 조성물의 적절한 선택에 의해 이루어진다; 예를 들면, 알칸 또는 실리콘 오일은, 그 염 용액의 밀도와 일치시키기 위해 분자 조성물의 첨가에 의해 변경되어 그들의 밀도를 증가시킨다.

사용된 오일의 선택에 따라, 오일의 굴절률은 1.25와 1.60 사이에서 변화한다. 마찬가지로, 첨가된 소금의 양에 따라, 상기 염용액의 굴절률은 1.33과 1.48 사이에서 변화하기도 한다. 본 실시예의 유체는, 제 1 유체 A의 굴절률이 제 2 유체 B보다 크도록 선택된다.

제 1 전극(2)은, 대표적으로 1mm와 20mm 사이의 내경의 실린더이다. 그 제 1 전극(2)은, 금속성 재료로 형성되고 예를 들면 파릴렌으로 이루어진 절연층(8)으로 코팅된다. 이 절연층의 두께는, 50nm와 100㎛ 사이이고, 대푯값은 1㎛와 10㎛ 사이이다. 이 절연층은, 유체 콘택층(10)으로 코팅되고, 이 콘택층은 유체 챔버의 원벽과 메니스커스가 이루는 접촉각에서의 히스테리시스를 감소시킨다. 이 유체 콘택층은, DuPont^TM에서 제조한 Teflon^TMAF1600 등의 아모퍼스 플루오로카본으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 유체 콘택층(10)의 두께는, 5nm와 50㎛ 사이이다. AF1600 코팅물은, 전극의 원통측면이 원통전극에 실질적으로 평행하므로 실질적으로 두께가 균일한 물질을 갖는 동종층을 구성하는 상기 전극(2)의 연속적인 딥 코팅으로 제조된다; 딥 코팅은 전극을 담그고 그 전극을 축방향을 따라 담그는 용액의 안팎으로 이동하여 수행된다. 파릴렌 코팅물은, 화학기상증착을 사용하여 도포되어도 된다. 제 2 유체 옆의 유체 콘택층의 습윤성은, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 경우 유체 콘택층(10)과 메니스커스(14)의 교차점의 양 측면에서 실질적으로 동일하다.

환상의 제 2 전극(12)은, 이 경우에, 후면부재에 인접한 유체 챔버의 일 단부에 배치된다. 제 2 전극(12)은, 그 전극이 제 2 유체 B에 따라 작동하도록 유체 챔버에 적어도 일 부분에 배치된다.

2개의 유체 A와 B는, 메니스커스(14)에 의해 분리된 2개의 유체 몸체로 분리되게 하도록 혼화 불가능하다. 전압을 제 1 전극과 제 2 전극간에 인가하지 않은 경우, 유체 콘택층은, 제 2 유체 B보다 제 1 유체 A에 대해 보다 높은 습윤성을 갖는다. 전기습윤성으로 인해, 제 2 유체 B에 의한 습윤성은, 제 1 전극과 제 2 전극간에 전압 인가하에 변하여, 3개의 위상선(유체 콘택층(10)과 2개의 유체 A와 B사이에서 접촉하는 선)에서 메니스커스의 접촉각을 변화시킨다. 그래서, 상기 메니스커스의 형상은, 인가 전압에 따라 가변한다.

도 1을 참조하면, 예를 들어, 0V와 20V 사이의 저전압 V₁을 전극들 사이에 인가하면, 메니스커스는 제 1의 오목 메니스커스 형상을 한다. 본 구성에서, 유체 B에서 측정된, 메니스커스와 유체 콘택층(10)이 이루는 초기 접촉각 θ₁은, 예를 들면, 약 140도이다. 제 2 유체 B보다 높은 제 1 유체 A의 굴절률로 인해, 여기서는 메니스커스 렌즈라고 불리는, 메니스커스에 의해 형성된 렌즈는, 본 구성에서 비교적 높은 음의 배율을 갖는다.

메니스커스 형상의 오목도를 감소시키기 위해서, 보다 높은 크기의 전압을 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가한다. 도 2를 참조하면, 예를 들면 20V와 150V 사이의 중간전압 V₂를 절연층의 두께에 따라 전극간에 인가하면, 메니스커스는 도 1의 메니스커스와 비교하여 곡률반경이 증가된 제 2의 오목 메니스커스 형상을 한다. 본 구성에서, 제 1 유체 A와 유체 콘택층(10)이 이루는 중간 접촉각 θ₂는, 예를 들면 약 100도이다. 제 2 유체 B보다 높은 제 1 유체 A의 굴절률로 인해, 본 구성에서의 메니스커스 렌즈는 비교적 낮은 음의 배율을 갖는다.

볼록한 메니스커스 형상을 생성하기 위해서, 더욱 보다 높은 크기의 전압을 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가한다. 도 3을 참조하면, 예를 들면 150V와 200V사이의 비교적 고전압 V₃을 전극간에 인가하면, 메니스커스는 메니스커스가 볼록한 메니스커스 형상을 한다. 본 구성에서, 제 1 유체 A와 유체 콘택층(10)이 이루는 최대 접촉각 θ₃은, 예를 들면 약 60도이다. 제 2 유체 B보다 높은 제 1 유체 A의 굴절률로 인해, 본 구성에서의 메니스커스 렌즈는 양의 배율을 갖는다.

이때, 도 3의 구성을 이루는 것은 비교적 높은 배율을 사용하여 가능하지만, 실제 실시예에서는, 상술한 것과 같은 렌즈를 구비한 장치가 설명된 범위 내의 저배율 및 중간배율만을 사용하도록 구성되는 것이 바람직하다, 즉 인가 전압은 절연층의 전계강도가 20V/㎛보다 작도록 제한되고, 유체 콘택층을 충전시켜서 그 유체 콘택층의 저하를 초래하는 과도한 전압은 사용되지 않는다.

또한, 이때 초기의 저전압 구성은, 액체의 표면 장력에 따라 액체 A와 B의 선택에 따라 변한다. 보다 높은 표면장력을 갖는 오일의 선택 및/또는 에틸렌 글리콜 등의 성분의 그 표면장력을 감소시키는 염용액에의 첨가를 행함으로써, 초기 접 촉각은 감소될 수 있고; 이 경우에 렌즈는 도 2에 도시된 것에 해당하는 저 광배율 구성과, 도 3에 도시된 것에 해당하는 중간 배율 구성을 채택한다. 임의의 경우에, 상기 저배율 구성은 메니스커스가 오목하도록 유지되고, 비교적 넓은 범위의 렌즈 배율은 과도한 전압을 사용하지 않고 야기될 수 있다.

유체 A의 굴절률이 상기 예시에서는 유체 B보다 높았지만, 그 유체 A의 굴절률이 유체 B보다 낮을 수도 있다. 예를 들면, 유체 A는, 물보다 굴절률이 낮은 (퍼)플로리네이티드((per)fluorinated) 오일이어도 된다. 이 경우에, 아모퍼스 플루오로폴리머층은, 플로리네이티드 오일에서 용해될지도 모르기 때문에 사용되지 않는 것이 바람직하다. 다른 유체 콘택층의 예로는, 파라핀 코팅물이 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈를 구비한 가변 포커스 화상 캡쳐장치를 나타낸 것이다. 도 1 내지 도 3과 관련지어 설명된 것과 유사한 부재에는, 100씩 증가된 동일한 참조번호가 부여되고, 이들 유사한 부재에 관한 이전의 설명은, 여기서 사용된다.

상기 장치는, 원통 제 1 전극(102), 리지드(rigid) 전면 렌즈(104) 및 리지드 후면 렌즈(106)로 이루어진 복합 가변 포커스 렌즈를 구비한다. 2개의 렌즈와 제 1 전극으로 밀봉된 공간은, 원통 유체 챔버(105)를 형성한다. 유체 챔버는, 제 1 유체 A 및 제 2 유체 B를 보유한다. 이 2개의 유체는, 메니스커스(114)를 따라 접한다. 메니스커스는, 상술한 것처럼, 제 1 전극(102)과 제 2 전극(112) 사이에 인가된 전압에 따라, 가변 배율의 메니스커스 렌즈를 형성한다. 다른 실시예에서, 2개의 유체 A와 B의 위치는 변화한다.

상기 전면 렌즈(104)는, 폴리카보네이트 또는 순환기 올레핀 공중합체 등의 고굴절성 플라스틱이고 배율이 포지티브인 볼록-볼록 렌즈이다. 그 전면 렌즈의 표면 중 적어도 한 면은, 원하는 초기의 포커싱 특성을 제공하도록 비구면이다. 후면 렌즈부재(106)는, COC(순환기 올레핀 공중합체) 등의 저 분산성 플라스틱으로 형성되고, 필드 플래트너(field flattener)로서 동작하는 비구면 렌즈 표면을 포함한다. 후면 렌즈부재의 다른쪽 표면은, 평탄하고, 구면 또는 비구면이어도 된다. 제 2 전극(112)은, 후면 렌즈부재(106)의 굴절 표면의 주위에 설치된 환상 전극이다.

표면 반사 조리개(116)와 개구 조리개(118)는, 렌즈의 전면에 추가된다. 화소화 이미지 센서(120), 이를테면 CMOS 센서 어레이는, 그 렌즈 뒤의 센서면에 설치된다.

전자제어회로(122)는, 이미지 신호의 포커스 제어처리에 의해 얻어진 포커스 제어신호에 따라 메니스커스 렌즈를 구동하여, 피사체 범위를 무한대와 10cm 사이로 제공한다. 상기 제어회로는, 무한대에서 포커싱하는 저전압 레벨과 피사체에 보다 근접하게 포커싱하는 경우의 고전압 레벨 사이에서 인가된 전압을 제어한다. 무한대로 포커싱을 하는 경우, 접촉각이 약 140도인 오목 메니스커스를 생성하고, 10cm로 포커싱을 하는 경우, 접촉각이 약 100도인 오목 메니스커스를 생성한다.

도전성 제 2 유체, 절연층 및 제 2 전극은, 전기 커패시터를 구성하고, 이때의 정전 용량은 메니스커스의 위치에 좌우된다. 상기 정전 용량은, 종래의 정전 용량 측정기를 사용하여 측정될 수 있다. 메니스커스 렌즈의 광 강도는, 그 정전 용량의 측정된 값으로 결정될 수 있다.

상기 렌즈는, 논-제로 저전압을 인가하여 그 렌즈를 무한대로 포커싱하여(평행한 입사선), 바람직한 제조 허용오차 내에서 무한대로 포커싱하는 능력을 제공하도록 구성되고; 한편, 무한대에서의 포커싱이 제로 전압을 인가할 때 야기되도록 구성되면, 보다 정밀한 제조 허용오차를 적용해야 할 것이다.

전면 렌즈부재(104)는, 전극(102)이 내부면에 보유되는 관과 함께 단일체로서 형성되고 후면 렌즈(106)에 의해 막아 밀봉된 유니트를 구성하는 것이 바람직하다. 제 2 렌즈부재(106)는 도 4에 도시된 것과 관련지어 연장되고, 상기 렌즈부재(106)의 평탄한 후면 표면은, 바람직하게는 45도의 각도를 이루는 각도형 거울면으로 교체되어, 상기 이미지 센서(120)가 상기 렌즈 아래에 설치될 수 있어, 상기 렌즈의 치수를 축소할 수도 있다.

유체 챔버(105)에는, 팽창 챔버가 구비되어, 상기 유체의 열팽창으로 인한 체적 변화를 수용하기도 한다. 상기 팽창 챔버는, 유체 챔버의 벽들 중 한 곳에 있는 플렉시블 멤브레인이어도 된다.

전면 렌즈(104)와 후면 렌즈(106)의 내부면은, 그 렌즈들을 유체 A와 B로 제조하는 재료의 비호환성을 피하도록 보호층으로 코팅되어도 된다. 또한, 그 보호층은, 반사방지 특성을 갖기도 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈를 갖는 광학주사장치에서의 부재를 나타낸다. 이 주사장치는, 광 디스크(206), 예를 들면 이중층 디지털 비디오 레코딩(DVR) 디스크로부터 기록 및/또는 재생하기 위한 것이다(이를테면, K.Schep,B.Stek,R.van Woudenberg, M.Blum, S.Kobayashi,T.Narahara,T.Yamagami,H.Ogawa에 의한 논문, "Format description and evaluation of the 22.5 GB DVR disc", Technical Digest, ISOM 2000, Chitose, Japan, Sept,5-8,2000 참조). 이 장치는, 이를테면 개구수가 0.85이고, 예를 들면 국제특허출원 WO 01/73775에 설명된 것처럼, 리지드 전면 렌즈(202)와 리지드 후면 렌즈(204)로 이루어진 복합 대물렌즈를 구비하여, 실질적으로 평행선으로 이루어진 실질적으로 파장이 405nm인 입사 시준빔을, 현재 주사되는 정보층의 평면의 스폿(208)에 포커싱한다.

이중층 DVR 디스크에서, 2개의 정보층의 깊이는 0.1mm와 0.08mm이고, 이 정보층은 전형적으로 0.02mm만큼 분리되어 있다. 정보층 깊이의 차이에 기인하여, 일층에서 타층으로 재포커싱하는 경우, 보상하는데 필요한 약 200mλ의 원하는 않는 구형 파면수차가 일어난다. 이를 이루기 위한 일 방식은, 예를 들면 비교적 값비싼 상기 장치에서의 시준렌즈를 이동시키는 기계적 액추에이터를 사용하여 입사빔의 수렴도를 변경하는데 있다. 다른 방식은, 비교적 값비싼 해결책인 스위칭 가능형 액정셀을 사용하는데 있다.

본 실시예에서는, 도 1 내지 도 3과 관련지어 설명된 것과 유사한 스위칭 가능형 가변 포커스 렌즈(200)를 사용한다. 본 실시예에서는, 오일을 폴리디메틸(8-12%)-페닐메틸실록산 공중합체로서 선택하고, 염수용액을 도전성 유체로서 사용한다. 상기 렌즈(200)에 평면 메니스커스가 배치되는 경우, 각 유체의 두께는 약 1mm이다.

상기 광학주사장치는, 2개의 선택된 전압 중 하나를 현재 주사되는 정보층에 따라 렌즈(200)의 전극에 인가하는 전자제어회로(222)를 구비한다. 일 구성에 있어서, 0.08mm 깊이의 정보층 주사시에, 비교적 낮은 선택전압은, 반경 R=-21.26mm의 메니스커스 곡률을 생성하도록 인가된다. 다른 구성에서, 0.1mm 깊이의 정보층 주사시에, 비교적 높은 선택전압은 평면형 메니스커스 곡률을 생성하도록 인가된다. 이 때문에, 자승 평균 평방근값은, 200mλ부터 18mλ까지 감소될 수 있다. 이때, 메니스커스 곡률의 서로 다른 조합을 사용하여 유사한 효과를 얻을 수 있는데, 이는 렌즈 배율의 변동만이 필요하기 때문이다; 또한, 렌즈 배율의 차이는 2개의 유체의 굴절률을 아주 유사하게 하여 메니스커스에서의 큰 움직임으로 이루어질 수 있다.

상술한 모든 실시예와 관련하여, 상기 전극 자체는 원통형인 것이 바람직하지만, 완전한 실린더에 의한 약간의 변동은 예를 들면, 약간 원뿔형이 가능하다. 그러나, 상기 실린더는 실질적으로 원통형인 것이 바람직하다, 즉 유체 콘택층의 단면은 선형이다, 즉 상기 층은 실린더의 단면에 직선을 구성하고, 이때 실린더의 축은 단면에 놓인다. 선형 단면은, 적어도 10도내, 보다 바람직하게는 적어도 1도 내에서 전극의 축과 평행해야 한다. 원통형 전극은, 0.1도 내의 축에 평행한 단면과, 많은 층이 적층된 매끄러운 내벽을 갖는 종래의 값싼 배관을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 배관을 사용하는 가능성은, 본 발명에 따른 렌즈의 비용을 이롭게 한다. 유체 콘택층 자체는, 완전히 선형이 아니어도 되지만, 어떠한 비선형성도 그 비선형성에 의해 1/10미만의 반경범위내에서, 보다 바람직하게는 전극의 축방향 범위의 1/12 미만의 차이가 생기도록 제한되는 것이 바람직하다.

상술한 실시예는, 본 발명의 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 실시예를 생각할 수 있다. 예를 들면, 제 1 유체는, 절연성 유체라기보다는 증기로 이루어져도 된다. 제 2 유체는, 제 1 유체보다 표면 장력이 낮은 유체이어도 된다. 그 경우에, 저 인가전압에서 메니스커스의 형상은 볼록할 것이다.

Claims

가변 포커스 렌즈(328)와, 상기 가변 포커스 렌즈(328)에 대한 제어 시스템(11)을 구비한 전기습윤장치로서, 상기 가변 포커스 렌즈(328)는,

제 1 전극(2) 및 제 2 전극(12)과,

상기 제 1 전극(2)과 제 2 전극(12)을 절연시키는 절연층(8)과,

상기 제 1 전극(2)과 제 2 전극(12) 사이에서 메니스커스(14)를 형성시키는 전도성 액체(B)를 갖고,

상기 전도성 액체(B)가 상기 제 2 전극(12)과 접하여 있고,

상기 제어 시스템(11)이, 상기 전도성 액체(B)의 상기 메니스커스(14)의 형상의 변화를 일으키는 상기 전극들에 전압을 인가하도록 구성된 전기습윤장치로서,

상기 제어 시스템(11)이, 비대칭 전압 파형을 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
제 1 항에 있어서,

피크 전압 대 유효전압 비가 2^1/2미만인 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 공급된 전압 파형은, 실질적으로 직선인 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제어 시스템은, 가변 펄스폭 및/또는 가변 파고를 갖는 전압 파형을 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
제 4 항에 있어서,

상기 전압 파형의 포지티브부와 네가티브부의 높이는 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
제 4 항에 있어서,

상기 제어 시스템(11)은, 펄스폭이 서로 다른 상기 전압 파형의 포지티브부 및 네가티브부를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 전압 파형의 주파수는, 상기 가변 포커스 렌즈(328)의 도전성 액체의 메니스커스의 기계적 공진 주파수보다 큰 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 전압 파형의 주파수는, 상기 전기습윤장치에 의해 형성된 커패시터가 실질적으로 완전히 충전되지 않은 주파수 미만인 것을 특징으로 하는 전기습윤장치.
청구항 1 또는 2에 기재된 전기습윤장치를 포함하는 가변 렌즈.
청구항 1 또는 2에 기재된 전기습윤장치를 포함하는 화상 캡쳐장치.
청구항 1 또는 2에 기재된 전기습윤장치를 구비한 화상 캡쳐장치를 포함한 전화기.
제 1 전극(2) 및 제 2 전극(12)과, 상기 제 1 전극(2)과 제 2 전극(12)을 절연시키는 절연층(8)과, 상기 제 1 전극(2)과 제 2 전극(12) 사이에서 메니스커스(14)를 형성시키는 전도성 액체(B)를 갖는 형태의 전기습윤장치 제어방법으로서,

주어진 극성을 갖는 전압이 인가될 경우, 상기 절연층(8)이 보다 큰 정도 또는 보다 빨리 충전되는 경우를 보상함으로써, 상기 절연층(8)의 충전을 이롭게 감소시키는 특정 비대칭 전압 파형을 결정하는 단계와,

그 비대칭 전압파형을 상기 제 1 및 제 2 전극에 인가하는 단계를 포함하는, 전기습윤장치 제어방법.
제 12 항에 있어서,

상기 전압 파형은, 피크 전압 대 유효전압 비가 2^1/2미만인 것을 특징으로 하는 전기습윤장치 제어방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 전압 파형은, 실질적으로 직선 전압 파형인 것을 특징으로 하는 전기습윤장치 제어방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 전압 파형은, 가변 펄스폭 및/또는 가변 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 전기습윤장치 제어방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 전압 파형의 펄스폭 및/또는 펄스 높이를 변화시켜 상기 절연층의 충전을 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기습윤장치 제어방법.
삭제
삭제