KR101637784B1 - 유체 렌즈 - Google Patents

Abstract

유체 렌즈가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈는 유체가 수용되는 챔버, 상기 챔버 내에 삽입되어 상기 유체를 수용하는 렌즈부, 상기 챔버와 렌즈부 사이에 형성되어 상기 유체를 수용하는 유체 구동 공간, 상기 유체 구동 공간의 상부면에 위치하는 박막, 상기 박막의 상부면에 위치하는 자성체 및 상기 챔버의 하부에 위치하며, 전류 인가 시 전자기력를 발생시키는 전자기 발생부를 포함하되, 상기 전자기력에 의해 상기 자성체가 상기 박막을 가압함으로써 상기 유체 구동 공간에 수용된 유체의 높이가 변화되고, 상기 유체 구동 공간에 수용된 유체의 높이 변화에 따라서 상기 렌즈부에 수용된 유체의 높이가 변화되는 것을 특징으로 한다.

Description

유체 렌즈{FLUIDIC LENS}

본 발명은 유체 렌즈에 관한 것이다.

현재 차세대 기술로서 유체 렌즈에 대한 연구 개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

유체 렌즈의 가장 큰 장점은 렌즈의 곡률을 제어할 수 있다는 점인데, 이 곡률을 제어하는 대표적인 기술로는 전기 습윤, 압전 소자 및 유압식 등이 있다.

그러나, 압전 소자를 이용한 기술은 압력에 의한 스트레스 문제가 있으며, 유압을 이용한 기술은 외부 실린지 펌프를 이용하기 때문에 외부 구동체의 크기가 크고 구동 속도가 느린 문제점이 있다.

또한, 종래의 유체 렌즈는 렌즈의 곡률만 제어가 가능하고 두께는 제어하지 못하므로 상의 확대나 축소에 있어서 제한적인 문제가 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유체 렌즈의 두께를 제어하는 방안을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈는 유체가 수용되는 챔버, 상기 챔버 내에 삽입되어 상기 유체를 수용하는 렌즈부, 상기 챔버와 렌즈부 사이에 형성되어 상기 유체를 수용하는 유체 구동 공간, 상기 유체 구동 공간의 상부면에 위치하는 박막, 상기 박막의 상부면에 위치하는 자성체 및 상기 챔버의 하부에 위치하며, 전류 인가 시 전자기력를 발생시키는 전자기 발생부를 포함하되, 상기 전자기력에 의해 상기 자성체가 상기 박막을 가압함으로써 상기 유체 구동 공간에 수용된 유체의 높이가 변화되고, 상기 유체 구동 공간에 수용된 유체의 높이 변화에 따라서 상기 렌즈부에 수용된 유체의 높이가 변화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체 렌즈의 두께를 제어할 수 있다.

또한, 유체 렌즈의 두께를 제어함으로써 피사체의 상을 확대 또는 축소할 수 있다.

또한, 유체 렌즈의 곡률 변화가 가능하므로 단일 렌즈로 피사체에 대하여 초점을 맞출 수 있다.

또한, 인가되는 전류와 전압의 세기에 따라서 유체 렌즈의 두께를 조절하거나 곡률을 변화하는 정도를 정량화함으로써 다양한 거리에 따른 자동 초점(auto-focusing)이 가능하다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈를 동작 원리를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 두께를 제어하는 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 두께를 제어하여 상을 확대하는 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 곡률을 변화시키는 실험 결과를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈(100)는 챔버(110), 렌즈부(120), 박막(130), 자성체(140) 및 전자기 발생부(150)를 포함할 수 있다.

참고로, 자성체(140) 및 전자기 발생부(150)는 도 1에 도시되지 않았으나 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

각 구성 요소를 설명하면, 챔버(110)는 상부가 개방된 원통이나 직육면체 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 내부에 형성된 수용 공간에 유체가 수용될 수 있다.

그리고 챔버(110)의 바닥면은 전극으로 형성될 수 있으며, 벽면을 형성하는 내/외주면은 아크릴로 형성될 수 있다.

여기서, 전극은 인듐 주석 산화물(ITO), AU/CR, AI 및 전도성 폴리머 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.

한편, 렌즈부(120)는 카메라의 렌즈 역할을 수행하며, 렌즈 몸체(121)와 유체 유입부(122)를 포함할 수 있다.

렌즈 몸체(121)는 상부와 하부가 개방된 원통 형상을 가질 수 있으며 내부에 렌즈 공간(121a)이 형성될 수 있다.

그리고 렌즈 몸체(121)는 글라스(glass)로 이루어질 수 있으며, 렌즈 몸체(121)의 내주면에는 도 1과 같이 전극(electrode), 절연막(dielectric layer) 및 소수성막(hydrophobic layer)이 형성될 수 있다.

여기서, 전극은 인듐 주석 산화물(ITO), AU/CR, AI 및 전도성 폴리머 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있고, 절연막은 단일층 또는 연속층일 수 있으며 페럴린 C, 테프론 및 금속 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 그리고 소수성막은 소수성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다.

유체 유입부(122)는 상부와 하부가 개방될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 측면을 따라서 복수의 유체 이동부(122a)가 형성될 수 있다.

렌즈 몸체(121)는 유체 유입부(122)에 삽입되어 결합될 수 있으며, 렌즈 몸체(121)와 유체 유입부(122)가 결합된 형태의 렌즈부(120)가 챔버(110) 내에 삽입되면, 챔버(110)에 수용된 유체가 복수의 유체 이동부(122a)를 통해 렌즈 몸체(121)의 렌즈 공간(121a)으로 유입되어 렌즈부(120)가 카메라의 렌즈 역할을 할 수 있다. 이하, 몸체(121)의 렌즈 공간(121a)에 수용된 유체(유입된 유체도 포함한다)를 ‘유체 렌즈’라 칭하도록 한다.

참고로, 챔버(110) 내에 렌즈부(120)가 삽입됨으로써, 챔버(110)와 렌즈부(120) 사이에 공간이 형성되는데, 이하에서는 이 공간을 유체 구동 공간(160)이라 칭하도록 한다.

한편, 박막(130)은 도 1과 같이 챔버(110)의 상부면에 유체 구동 공간(160)의 형태를 따라서 형성될 수 있으며, 탄성을 가지고 자성체(140)를 지지할 수 있다. 여기서 박막(130)의 재질은 멤브레인(membrane)으로서, PDMS일 수 있다.

참고로, 전자기 발생부(150)로부터 발생된 전자기력에 의해 자성체(140)가 박막(130)을 가압하게 되면 박막(130)의 계면이 변화됨으로써 유체 구동 공간(160)에 수용된 유체를 가압하게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하여 후술하도록 한다.

한편, 자성체(140)는 유체 구동 공간(160)의 형태와 동일한 형상(예를 들어 링(ring) 형상)을 가지거나, 작은 조각 형태가 복수 개 존재할 수 있으며 박막(130)에 의해 지지될 수 있으며, 전자기 발생부(150)로부터 발생된 전자기장에 의해 박막(130)을 가압할 수 있다.

참고로, 자성체(140)는 리지드 타입(rigid type)의 영구 자석을 포함할 수 있다.

한편, 전자기 발생부(150)는 챔버(110)의 하부에 위치할 수 있으며, 전류 인가 시, 인가된 전류의 세기에 대응하는 전자기력을 발생시킬 수 있다.

전자기 발생부(150)에 의해 전자기력이 발생하면, 자성체(140)는 전자기력에 의해 하부로 이동하여 박막(130)을 가압하고, 이로써 박막(130)의 계면이 변화되면서 유체 구동 공간(160)에 수용된 유체를 가압하게 된다.

유체 구동 공간(160)에 수용된 유체는 자성체(140)에 의해 가입된 만큼 유체 이동부(122a)를 통해 렌즈 몸체(121)의 렌즈 공간(121a)으로 유입되어 유체 렌즈의 높이가 변화될 수 있다.

즉, 유체 렌즈의 두께 조절이 가능해짐으로써 피사체의 상 확대 및 축소가 가능해질 수 있다.

만일, 전자기 발생부(150)에 전류가 인가되지 않으면, 유체 렌즈는 일정한 높이를 가질 수 있다.

참고로, 챔버(110)의 바닥면과 렌즈 몸체(121)의 전극에 소정 전압이 인가되면, 렌즈 공간(121a)에 수용된 유체의 접촉각(곡률)이 조절되어 피사체에 대한 초점을 맞출 수 있다.

결과적으로, 전자기 발생부(150)에 전류가 인가되어 유체 렌즈의 높이가 변화(렌즈의 두께 변화)되고, 챔버(110)의 바닥면과 렌즈 몸체(121)의 전극에 소정 전압이 인가되어 유체 렌즈의 접촉각(곡률)이 조절(초점 조절)됨으로써 다양한 거리에 따른 자동 초점(auto-focusing)이 가능할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈를 동작 원리를 도시한 블록도이다.

설명의 편의 상, 도 2의 (a), (b)에서는 유체 렌즈의 높이를 변화시키는 동작 원리를, 도 2의 (c), (d)에서는 유체 렌즈의 곡률을 변화시키는 동작 원리를 설명하도록 한다.

참고로, 박막(130)은 그 두께가 매우 얇으나, 설명의 편의 상, 다소 두께가 있는 것으로 나타내었다.

도 2의 (a)는 전자기 발생부(150)에 전류가 인가되기 이전의 상태로서, 렌즈 몸체(121)의 렌즈 공간(121a)에 수용된 유체 렌즈와, 유체 구동 공간(160)에 수용된 유체는 일정한 높이를 유지하고 있으며, 챔버(110)의 상부면에 유체 구동 공간(160)의 형태를 따라서 형성된 박막(130)의 상부면에 자성체(140)가 지지되어 있음을 볼 수 있다.

도 2의 (b)는 전자기 발생부(150)에 전류가 인가된 상태로서, 전자기 발생부(150)로부터 발생된 전자기력에 의해 자성체(140)가 하부로 이동하여 박막(130)을 가압하고, 박막(130)의 계면이 변화되면서 유체 구동 공간(160)에 수용된 유체는 자성체(140)에 의해 가입된 만큼 유체 이동부(122a)를 통해 렌즈 몸체(121)의 렌즈 공간(121a)으로 유입되어 유체 렌즈의 높이가 변화되었음을 볼 수 있다.

한편, 도 2의 (c)는 도 2의 (b)에서 챔버(110)의 바닥면과 렌즈 몸체(121)의 전극에 전압이 인가되기 이전의 상태를 나타낸 것으로서, 유체 렌즈의 곡률이 아직 변화되지 않음을 볼 수 있다.

도 2의 (d)는 챔버(110)의 바닥면과 렌즈 몸체(121)의 전극에 전압이 인가된 상태로서, 유체 렌즈의 곡률이 변화되었음을 볼 수 있다.

이와 같은 방법으로 렌즈 공간(121a)에 수용된 유체 렌즈의 높이와 접촉각(곡률)을 조절함으로써 다양한 거리에 따른 자동 초점(auto-focusing)이 가능할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 두께를 제어하는 실험 결과를 도시한 도면이다.

도 3의 (a)와 (b)는 전자기력으로 유체 렌즈의 두께를 제어하는 실험 결과로서, (a)는 전자기 발생부(150)에 전류가 인가되기 이전의 상태이며 (b)는 전류가 인가된 이후의 상태이다.

전류가 인가됨으로써 발생된 전자기력에 의해 유체 렌즈의 두께가 변화되었음을 볼 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 두께를 제어하여 상을 확대하는 실험 결과를 도시한 도면이다.

도 4의 (a1), (a2)는 전자기 발생부(150)에 전류가 인가되기 이전의 상태이며, (b1), (b2)는 전류가 인가된 이후의 상태이다.

전류가 인가됨으로써 발생된 전자기력에 의해 유체 렌즈의 두께가 변화되었고, 피사체의 상이 확대되었음을 볼 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 렌즈의 곡률을 변화시키는 실험 결과를 도시한 도면이다.

도 5의 (a1), (a2)는 챔버(110)의 바닥면과 렌즈 몸체(121)의 전극에 전압이 인가되기 이전의 상태이며, (b1), (b2)는 소정 전압이 인가된 이후의 상태이다.

도 5의 (a2), 즉 전극에 전압이 인가되기 이전에는 피사체에 대한 초점이 다소 흐린 상태이나, 전극이 인가된 후에는 도 5의 (b2)와 같이 피사체에 대한 초점이 맞추어져 상이 뚜렷해졌음을 볼 수 있다.

참고로, 도 5의 (a1)과 (b1)에서 유체 렌즈의 곡률이 변화되었음을 볼 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 유체 렌즈
110 : 챔버
120 : 렌즈부
121 : 렌즈 몸체
121a : 렌즈 공간
122 : 유입부
122a : 유체 이동부
130 : 박막
140 : 자성체
150 : 전자기 발생부
160 : 유체 구동 공간

Claims (5)

1. 유체 렌즈에 있어서,
   유체가 수용되는 챔버;
   상기 챔버 내에 삽입되어 상기 유체를 수용하는 렌즈부;
   상기 챔버와 렌즈부 사이에 형성되어 상기 유체를 수용하며 링 형상을 갖는 유체 구동 공간;
   상기 유체 구동 공간의 상부면에 위치하는 박막;
   상기 박막의 상부면에 위치하는 자성체; 및
   상기 챔버의 하부에 위치하며, 전류 인가 시 전자기력를 발생시키는 전자기 발생부
   를 포함하되,
   상기 렌즈부는 상부와 하부가 개방된 원통 형상의 렌즈 몸체 및 상기 렌즈 몸체를 수용하며, 상기 챔버에 수용된 유체가 상기 유체 구동 공간으로 이동하도록 하고 상기 링 형상의 유체 구동 공간에 수용된 유체가 상기 챔버로 이동하도록 하는 유체 유입부를 포함하되,
   상기 유체 유입부는 상부와 하부가 개방되며 측면을 따라 형성된 복수의 유체 이동부를 포함하며,
   상기 전자기력에 의해 상기 자성체가 상기 박막을 가압함으로써 상기 유체 구동 공간에 수용된 유체의 높이가 낮아지면, 상기 낮아진 높이에 해당하는 유체가 상기 유체 이동부를 통해 상기 렌즈부로 유입되는 것을 특징으로 하는 유체 렌즈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 렌즈부에 수용된 유체의 높이 변화에 따라서 피사체의 상이 확대되거나 축소되는 것을 특징으로 하는 유체 렌즈.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 챔버의 바닥면과 렌즈부는 전극을 포함하며,
   상기 전극에 전압이 인가되면 상기 렌즈부에 수용된 유체의 접촉각이 변화되는 것을 특징으로 하는 유체 렌즈.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 렌즈부에 수용된 유체의 접촉각 변화에 따라서 피사체의 상에 대한 초점을 조절하는 것을 특징으로 하는 유체 렌즈.
   
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