KR101922098B1 - 가변 초점 양볼록 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 초점 양볼록 렌즈에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 전극에 전압을 가해 상부 및 하부 볼록 렌즈의 곡률을 변경시키는 가변 초점 양볼록 렌즈에 대한 것이다.
본발명은, 제 1 개구부가 형성된 상부기판; 상기 제 1 개구부에 대향하는 위치에 제 2 개구부가 형성된 하부기판; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치하며, 상기 제 1 개구부로 노출되는 제 1 렌즈면과 상기 제 2 개구부로 노출되는 제 2 렌즈면을 포함하는 투과부;를 포함하고, 상기 제 1 렌즈면과 상기 제 2 렌즈면은 곡률이 가변되는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈를 제공한다.

Description

가변 초점 양볼록 렌즈 {Variable focus double convex lens}
본 발명은 가변 초점 양볼록 렌즈에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 대향하여 배치되는 두 개의 렌즈면의 곡률이 변경 가능한 것인 가변 초점 양볼록 렌즈에 대한 것이다.
렌즈란, 하나 이상의 광 파장을 포커싱할 수 있는 장치이다. 가변 렌즈란, 렌즈의 초점거리 또는 위치를 변경할 수 있도록 하는 조절 가능한 렌즈를 의미한다. 가변 렌즈와 관련하여 대한민국 등록특허 제10-1445683호(2014.10.02 공고)는 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 기기에 장착되는 카메라에 사용되는 렌즈의 줌 기능을 간단한 구성으로 구현할 수 있는 카메라용 초점 가변 렌즈를 개시한다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2013-0036626호(2013.04.12 공개)는 전자기력 기반의 원동기를 이용한 가변형 유체렌즈에 관한 것으로, 인가된 전압에 의해 생성된 자기력을 통해 광투과성 탄성막을 팽창시킬 수 있는 유체렌즈를 개시한다.
그런데 종래의 가변 렌즈는 초점거리를 조절하는 면을 한쪽에만 갖추고 있어 초점거리 조절에 한계가 있다는 문제점이 있었고, 양 면의 초점거리를 독립적으로 조절하여 비대칭적인 렌즈를 만들 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 초점거리를 변경할 수 있는 두 개의 렌즈면이 대향하여 배치된 가변 초점 양볼록 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 대향하여 배치된 렌즈면의 초점거리를 독립적으로 제어할 수 있는 가변 초점 양볼록 렌즈를 제공하는 것을 목적을 한다.
본 발명은, 제 1 개구부가 형성된 상부기판; 상기 제 1 개구부에 대향하는 위치에 제 2 개구부가 형성된 하부기판; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치하며, 상기 제 1 개구부로 노출되는 제 1 렌즈면과 상기 제 2 개구부로 노출되는 제 2 렌즈면을 포함하는 투과부;를 포함하고, 상기 제 1 렌즈면과 상기 제 2 렌즈면은 곡률이 가변되는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈를 제공한다.
또한, 상기 투과부는 전기활성 고분자가 될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈면 및 상기 제2 렌즈면은 평면이 될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈면 및 상기 제2 렌즈면은 볼록한 면이 될 수 있다.
또한, 상기 제 1 렌즈면은 상기 제 1 개구부의 외부로 노출되고, 상기 제 2 렌즈면은 상기 제 2 개구부의 외부로 노출될 수 있다.
또한, 상기 제 1 렌즈면 및 상기 제 2 렌즈면의 곡률을 비대칭적으로 변경할 수 있다.
또한, 상기 상부기판은 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 하부기판은 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부기판은 상기 제 1 개구부의 내주면을 따라 형성되는 제 1 상부전극 및 상기 제 1 상부전극을 둘러싸는 제 2 상부전극을 포함하고, 상기 하부기판은 상기 제 2 개구부의 내주면을 따라 형성되는 제 1 하부전극 및 상기 제 1 하부전극을 둘러싸는 제 2 하부전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 상부전극 및 상기 제 1 하부전극은 양극이고, 상기 제 2 상부전극 및 상기 제 2 하부전극은 음극일 수 있다.
또한, 본 발명은 제 1 개구부가 형성된 상부기판; 상기 제 1 개구부에 대향하는 위치에 제 2 개구부가 형성된 하부기판; 및 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치하며, 상기 제 1 개구부로 노출되는 제 1 렌즈면과 상기 제 2 개구부로 노출되는 제 2 렌즈면을 포함하는 투과부;를 포함하고, 상기 제 1 렌즈면과 상기 제 2 렌즈면은 곡률이 가변되는 것을 특징으로 하는 복수개의 가변 초점 양볼록 렌즈가 결합하여 구성된 렌즈 어레이를 제공한다.
또한, 본 발명은 원통형 개구부가 형성된 기판부; 및 상기 개구부의 상부로 노출되는 제 1 렌즈면과 상기 개구부의 하부로 노출되는 제 2 렌즈면을 포함하는 투과부;를 포함하고, 상기 제 1 렌즈면과 상기 제 2 렌즈면은 곡률이 가변되는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈를 제공한다.
또한, 상기 기판부는 적어도 두개의 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판부는 상기 개구부의 상부 내주면을 따라 형성되는 상부전극, 상기 개구부의 하부 내주면을 따라 형성되는 하부전극 및 상기 개구부의 중부 내주면을 따라 형성되는 중부전극 을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부전극 및 상기 하부전극은 양극이고, 상기 중부전극은 음극일 수 있다.
본 발명에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈는 초점거리를 변경할 수 있는 렌즈면을 양쪽에 구비하고, 이에 따라 한 면에서만 초점거리 변경이 일어나는 렌즈보다 넓은 범위의 초점거리조절이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 대향하여 배치된 렌즈면의 초점거리를 독립적으로 제어하여 초점거리의 가변 범위 및 정확성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 낮은 전압에도 큰 초점거리의 변동이 일어나면서 렌즈 구동을 위한 전압증폭기가 단순하고 가벼워질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 일체형으로 조립하여 패키징이 용이한 가변 초점 양볼록 렌즈를 제공하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈의 도면으로서, 수직방향 단면을 함께 표시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리의 변화를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 비대칭적으로 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1에서 도시된 가변 초점 양볼록 렌즈를 어레이 형태로 구성한 예를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 1에서 도시된 가변 초점 양볼록 렌즈를 어레이 형태로 구성한 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈의 도면으로서, 수직방향 단면을 함께 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 11은 전기활성 폴리머에 전압을 인가하였을 때의 동작을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈와 일반 평볼록 렌즈에 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈의 도면으로서, 수직방향 단면을 함께 표시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리의 변화를 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈(100)는 투과부(110), 제1 개구부(121)가 형성된 상부기판(120) 및 제2 개구부(131)가 형성된 하부기판(130)을 포함한다. 투과부(110)는 상부기판(120)과 하부기판(130)의 사이에 결합된다.
투과부(110)는 제1 렌즈면(111), 제2 렌즈면(112), 제1 렌즈부(114), 제2 렌즈부(115) 및 몸체(113)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 렌즈면(111)은 상기 제1 개구부(121)를 통해 노출되고, 상기 제2 렌즈면(112)은 상기 제2 개구부(131)를 통해 노출된다. 한편, 제1 렌즈부(114)는 표면에 제1 렌즈면(111)을 갖는 몸체(113)의 일부로 이해될 수 있고, 제2 렌즈부(115)는 표면에 제2 렌즈면(112)을 갖는 몸체(113)의 일부로 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 투과부(110)는 전기활성 폴리머(Electroactive Polimer : EAP)로 구성될 수 있다.
투과부(110)의 몸체(113)는 소정 두께의 판의 형태로 구비될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 몸체(113)의 상부에는 제1 렌즈부(114)가 형성되고, 하부에는 제2 렌즈부(115)가 형성될 수 있다. 몸체(113)는 상부기판(120) 및 하부기판(130)의 사이에 구비되며, 몸체(113)의 상부표면 및 하부표면은 제1 렌즈부(114) 및 제2 렌즈부(115)가 형성된 부분을 제외하면 상부기판(120)의 저면과 하부기판(130)의 상면에 접촉되어 외부로 노출되지 않을 수 있다.
본 발명에 있어서 렌즈부(114, 115)는 몸체(113)의 일부가 변형되어 형성될 수 있으며 필요에 따라 형상이 가변되도록 제어될 수 있다.
초기 상태에서, 상기 렌즈부(114, 115)는 몸체(113)로 일부를 이루는 평면 형태이거나, 평면에서 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 일례로, 투과부(110)를 형성함에 있어서 렌즈부(114, 115)가 돌출되도록 성형할 수 있다. 또는, 평평한 판의 형태로 제조된 투과부(110)가 상부기판(120) 및 하부기판(130)과의 결합과정에서 상부기판(120) 및 하부기판(130)에 의해 압착되면서 투과부(110)의 일부가 제1 개구부(121)와 제2 개구부(131)로 돌출되어 제1 렌즈부(114) 및 제2 렌즈부(115)의 기본 형태가 이루어질 수 있다.
상부기판(120)은 제1 개구부(121), 제1 상부전극(122) 및 제2 상부전극(123)을 포함하고, 제1 상부전극도선(124) 및 제2 상부전극도선(125)을 더 포함할 수 있다. 상부기판(120)은 평평한 판의 형태를 가지고 있으며, 몸체(113)의 상부표면과 접촉한다.
제1 개구부(121)는 상부기판(120)을 관통하는 원통형의 구멍이다. 몸체(113)의 상부표면은 상부기판(120)과 접촉하고 있으므로, 제1 렌즈부(114)가 돌출되려면 상부기판(120)에 빈공간이 필요한데, 제1 렌즈부(114)는 제1 개구부(121)를 통해서 돌출될 수 있고, 제1 렌즈면(111)은 외부로 노출된다.
제1 상부전극(122)은 제1 개구부(121)의 내주면을 따라 고리형태로 형성되고, 상면부(122a), 내주면부(122b) 및 하면부(122c)를 포함하여 형성되어 단면이 대략 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다. 상면부(122a)는 상부기판(120)의 상부표면으로 연장되는 부분이고, 내주면부(122b)는 제1 개구부(121)의 내주면에 형성된 부분이며, 하면부(122c)는 상부기판(120)의 하부표면으로 연장되는 부분이다. 일 실시예에 있어서, 제1 상부전극(122)의 내주면부(122b)의 일부는 제1 렌즈부(114)의 일부와 접촉하고, 하면부(122c)는 몸체(113)의 상부표면과 접촉할 수 있다. 제1 상부전극(122)은 양(+)극이 될 수 있다.
제1 상부전극도선(124)은 제1 상부전극(122)에 전압을 인가하기 위하여 제1 상부전극(122)과 외부전압원을 연결하는 도선이다. 상기 제1 상부전극도선(124)은 상부기판(120)의 상부면에 형성될 수 있다.
제2 상부전극(123)은 상부기판(120)의 제1 개구부(121)와 소정의 간격을 가지는 상부기판(120)의 하부표면에 형성되어 몸체(113)의 상부표면과 접촉할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 상부전극(123)은 제1 상부전극(122)과 원의 중심을 같이하고 제1 상부전극(122)보다 반경이 큰 고리 형태를 가지며 제1 상부전극(122)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제2 상부전극(123)은 음(-)극이 될 수 있다.
제2 상부전극도선(125)은 제2 상부전극(123)과 외부전압원을 연결하는 도선이다. 제2 상부전극도선(125)은 상부기판(120)의 하부면에 형성될 수 있다.
하부기판(130)은 제2 개구부(131), 제1 하부전극(132) 및 제2 하부전극(133)을 포함하고, 제1 하부전극도선(134) 및 제2 하부전극도선(135)을 더 포함할 수 있다. 하부기판(130)은 평평한 판의 형태를 가지고 있으며, 몸체(113)의 하부표면과 접촉한다.
제2 개구부(131)는 하부기판(130)을 관통하는 원통형의 구멍이다. 몸체(113)의 하부표면은 하부기판(130)과 접촉하고 있으므로, 제2 렌즈부(115)가 돌출되려면 상부기판(130)에 빈공간이 필요한데, 제2 렌즈부(115)는 제2 개구부(131)를 통해서 돌출될 수 있고, 제2 렌즈면(112)은 외부로 노출된다.
제1 하부전극(132)은 제2 개구부(131)의 내주면을 따라 고리형태로 형성되고, 하면부(132a), 내주면부(132b) 및 상면부(132c)를 포함하여 형성되어 단면이 대략 'ㄷ'자 형태로 구성될 수 있다. 하면부(132a)는 하부기판(130)의 하부표면으로 연장되는 부분이고, 내주면부(132b)는 제2 개구부(131)의 내주면에 형성된 부분이며, 상면부(132c)는 하부기판(130)의 상부표면으로 연장되는 부분이다. 제1 하부전극(132)의 내주면부(132b)의 일부는 제2 렌즈부(115)의 일부와 접촉하고, 상면부(132c)는 몸체(113)의 하부표면과 접촉할 수 있다. 제1 하부전극(132)은 양(+)극이 될 수 있다.
제1 하부전극도선(134)은 제1 하부전극(132)에 전압을 인가하기 위하여 제1 하부전극(132)과 외부전압원을 연결하는 도선이다. 제1 하부전극도선(134)은 하부기판(130)의 하부표면에서 형성될 수 있다.
제2 하부전극(133)은 하부기판(130)의 제2 개구부(131)와 소정의 간격을 가지는 하부기판(130)의 상부표면에 형성되어 몸체(113)의 하부표면과 접촉할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 하부전극(133)은 제1 하부전극(132)과 원의 중심을 같이하고 제1 하부전극(132)보다 반경이 큰 고리 형태를 가지며 제1 하부전극(132)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제2 하부전극(133)은 음(-)극이 될 수 있다.
제2 하부전극도선(135)은 제2 하부전극(133)과 외부전압원을 연결하는 도선이다. 제2 하부전극도선(135)은 하부기판(130)의 상부면에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, 가변 초점 양볼록 렌즈(100)에 전압이 인가되기 전후의 변화를 설명한다.
도 3의 (a)는 전압이 인가되기 전의 가변 초점 양볼록 렌즈(100)이다. 돌출된 제1 렌즈부(114)의 일부는 제1 상부전극(122)의 내주면부(122b)에 접촉하고 있고, 돌출된 제2 렌즈부(115)의 일부는 제1 하부전극(132)의 내주면부(132b)에 접촉하고 있다.
도 3의 (b)는 제1 상부전극(122)과 제2 상부전극(123) 및 제1 하부전극(132)과 제2 하부전극(133)에 전압이 인가되었을 때의 가변 초점 양볼록 렌즈(100)를 설명하는 도면이다.
투과부(110)를 구성하는 전기활성 폴리머(EAP)는 전압이 인가된 전극에 최대한 가까이 가려는 성질을 가지고 있으므로, 도 3의 (b)에서와 같이 제1 상부전극(122)과 제2 상부전극(123)에 전압을 인가하면, 제1 개구부(121)를 통하여 돌출되는 제1 렌즈부(114)의 제1 상부전극(122)에 가까이 있는 부분들은 제1 개구부(121)의 내주면에 형성된 제1 상부전극(122)의 내주면부(122b)로 이끌리게 된다. 제1 렌즈부(114)가 제1 상부전극(122)의 내주면부(122b)에 접촉하는 정도는 제1 상부전극(122)에 걸리는 전압의 크기에 따라 달라지게 된다.
제1 렌즈부(114)가 제1 상부전극(122)의 내주면부(122b)에 접촉하면서 그 형태가 달라지게 되므로, 제1 렌즈면(111)도 형태가 달라지게 된다. 결과적으로, 전압 인가에 따라 제1 렌즈면(111)은 전압이 인가하기 전보다 곡률이 작은(즉, 곡률 반지름이 커진) 볼록한 면이 된다.
이에 따라, 제1 렌즈면(111)을 포함한 제1 렌즈부(114)는 전압인가 전보다 초점거리가 길어지게 된다.
마찬가지로, 제1 하부전극(132)과 제2 하부전극(133)에 전압을 인가하면, 제2 렌즈부(115)의 제1 하부전극(132)에 가까이 있는 부분들이 제2 개구부(131)의 내주면에 형성된 제1 하부전극(132)의 내주면부(132b)로 이끌리게 되고, 제2 렌즈면(112)의 형태가 달라지게 된다. 결과적으로, 전압 인가에 따라 제2 렌즈면(112)은 전압이 인가하기 전보다 곡률이 작은 볼록한 면이 된다.
이에 따라, 제2 렌즈면(112)은 전압인가 전보다 초점거리가 길어지게 된다.
본 발명에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전압 인가에 따라 제1 렌즈부(114)와 제2 렌즈부(115)의 형태를 함께 변화시킬 수 있어 제1 개구부(121)와 제2 개구부(131)를 통과하는 광의 초점거리를 보다 크게 조절하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서는 제1 상부전극(122)과 제2 상부전극(123)에만 전압을 인가하고 제1 하부전극(132)과 제2 하부전극(133)에는 전압을 인가하지 않거나 인가되는 전압의 크기를 다르게 함에 따라 초점거리의 가변 범위나 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 비대칭적으로 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 4의 (a)와 같이 제1 상부전극(122)에만 전압을 인가하면, 제1 렌즈면(111)의 곡률만 변경되고, 도 4의 (b)와 같이 제1 하부전극(132)에만 전압을 인가하면, 제2 렌즈면(112)의 곡률만 변경된다. 결과적으로, 상하부 전극에 인가하는 전압에 따라 2개의 렌즈면의 곡률이 비대칭적인 렌즈를 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하여 가변 초점 양볼록 렌즈(200)의 제2 실시예를 설명한다.
언급되는 것을 제외하고는, 제2 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(200)는 제1 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(100)와 유사한 것이 될 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 전압이 인가되기 전의 가변 초점 양볼록 렌즈(200)의 투과부(210)는 제1 렌즈면(211), 제2 렌즈면(212), 제1 렌즈부(214), 제2 렌즈부(215) 및 몸체(213)를 포함한다. 제1 실시예의 투과부(110)와 달리 전압을 인가하지 않은 상태에서 투과부(210)는 돌출되는 부분이 없다. 따라서, 제1 렌즈부(214)는 제1 렌즈면(211)과 동일한 평면이고, 제2 렌즈부(215)는 제2 렌즈면(212)과 동일한 평면이다.
몸체(213)의 상부표면중 외부로 노출되는 부분에는 평면인 제1 렌즈면(211)이 형성되고, 몸체(213)의 하부표면중 외부로 노출되는 부분에는 평면인 제2 렌즈면(212)이 형성된다.
투과부(210)에 돌출되는 부분이 없으므로, 제1 상부전극(222)의 내주면부(222b)는 제1 렌즈부(214)와 접촉하지 않고, 제1 하부전극(232)의 내주면부(232b)는 제2 렌즈부(215)와 접촉하지 않는다.
도 5의 (b)를 참조하여, 가변 초점 양볼록 렌즈(200)에 전압이 인가되었을 때의 동작을 설명한다.
도 5의 (b)에서와 같이 제1 상부전극(222)과 제2 상부전극(223)에 전압을 인가하면, 제1 상부전극(222) 내주면부(222b)에 가까이 있는 제1 렌즈부(214)는 내주면부(222b)에 가까워지도록 팽창하게 된다. 이 때, 제1 렌즈부(214)는 내주면부(222b)에 접촉할 수도 있고, 접촉하지 않을 수도 있다. 제1 렌즈부(214)가 팽창하는 정도는, 제1 상부전극(222)에 걸리는 전압의 크기에 따라 달라지게 된다.
제1 렌즈부(214)의 팽창에 따라, 평면이었던 제1 렌즈면(211)은 곡률을 가지는 볼록한 면이 되고, 초점거리가 변경된다.
마찬가지로, 제1 하부전극(232)과 제2 하부전극(233)에 전압을 인가하면, 제1 하부전극(232) 내주면부(232b)에 가까이 있는 제2 렌즈부(215)는 내주면부(232b)로 가까워지도록 팽창하게 되고, 제2 렌즈부(215)의 팽창에 따라, 평면이었던 제2 렌즈면(212)은 곡률을 가지는 볼록한 면이 되고, 초점거리가 변경된다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하여 가변 초점 양볼록 렌즈(300)의 제3 실시예를 설명한다.
언급되는 것을 제외하고는, 제3 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(300)는 제1 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(100)와 유사한 것이 될 수 있다.
도 6의 (a)를 참조하면, 전압이 인가되기 전의 가변 초점 양볼록 렌즈(300)의 투과부(310)는 제1 렌즈면(311), 제2 렌즈면(312), 제1 렌즈부(314), 제2 렌즈부(315) 및 몸체(313)를 포함한다.
제1 렌즈부(314)는 제1 상부전극(322)의 내주면부(322b)의 전체표면과 접촉하고, 제2 렌즈부(315)는 제1 하부전극(332) 내주면부(332b)의 전체표면과 접촉한다.
제1 렌즈부(314)가 상부기판(320)의 상부표면을 넘어 돌출되었으므로, 제1 렌즈면(311)은 제1 개구부(321) 외부로 노출되게 된다.
제1 렌즈면(311)과 마찬가지로, 제2 렌즈면(312)은 제2 개구부(331) 외부로 노출되게 된다.
도 6의 (b)에서와 같이 제1 상부전극(322)과 제2 상부전극(323)에 전압을 인가하면, 제1 개구부(321) 외부로 돌출된 제1 렌즈부(314)는 제1 상부전극(322)의 상단부(322a)에 접촉하게 된다. 제1 렌즈부(314)가 상단부(322a)에 접촉하는 정도는, 제1 상부전극(322)과 제2 상부전극(323)에 걸리는 전압의 크기에 따라 달라지게 된다.
제1 렌즈부(314)의 변형에 따라, 제1 렌즈면(311)이 가지는 곡률은 작아지게 되고, 초점거리가 늘어나게 된다.
마찬가지로, 제1 하부전극(332)과 제2 하부전극(333)에 전압을 인가하면, 제2 렌즈부(315)는 제1 하부전극(332)의 하단부(332a)에 접촉하게 되고, 제2 렌즈부(315)의 변형에 따라, 제2 렌즈면(312)이 가지는 곡률은 작아지게 되고, 초점거리가 늘어나게 된다.
이와 같이 제3 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(300)에서 제1 상부전극(322)의 상면부(322a) 및 제1 하부전극(332)의 하면부(332a)에 제1 렌즈부(314) 및 제2 렌즈부(315)가 접촉하게 되면, 제1 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(100)에서 제1 상부전극(122)의 내주면부(122b) 및 제1 하부전극(132)의 내주면부(132b)에 제1 렌즈부(114) 및 제2 렌즈부(115)가 접촉하는 것보다 렌즈면의 곡률 변화량이 더 클 수 있다.
이상의 설명에서 제1 렌즈부(314)와 제2 렌즈부(315) 각각이 제1 상부전극(322) 및 제1 하부전극(332)에 전압 인가전 접촉하는 상태에 대하여 예시적으로 설명하였으나 본 발명의 실시에 있어서는 접촉 면적이나 비율 또는 제1 렌즈부(314)와 제2 렌즈부(315)의 형상에 따라 전압인가에 따른 곡률(또는 초점거리)의 변화가 다양하게 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 7은 도 1에서 도시된 가변 초점 양볼록 렌즈를 어레이 형태로 구성한 예를 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 가변 초점 양볼록 렌즈(100)가 육각형의 모양으로 모여서 어레이를 형성하였다. 복수개인 투과부(110)의 몸체(113), 상부기판(120) 및 하부기판(130)은 서로 연결될 수 있으므로, 일체를 이루어 하나의 육각형 판의 형태가 된다. 복수개의 렌즈부 및 개구부들은 몸체(113) 및 기판들의 형태에 따라 배치되므로 육각형의 모양으로 서로 일정한 간격을 가지면서 배치된다.
제1 상부전극도선(124)은 복수개의 제1 상부전극(122)들을 연결한다. 하나의 제1 상부전극(122)에는 여섯개의 제1 상부전극도선(124)이 결합하여 여섯개의 다른 제1 상부전극(122)들과 연결되게 한다.
제1 하부전극도선(134), 제2 상부전극도선(125) 및 제2 하부전극도선(135)도 제1 상부전극도선(124)과 유사하게 형성된다.
도 8은 도 1에서 도시된 가변 초점 양볼록 렌즈를 어레이 형태로 구성한 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 8을 참조하면, 가변 초점 양볼록 렌즈(100)가 사각형의 모양으로 모여서 어레이를 형성하였다. 복수개인 투과부(110)의 몸체(113), 상부기판(120) 및 하부기판(130)은 서로 연결될 수 있으므로, 일체를 이루어 하나의 사각형 판의 형태가 된다. 복수개의 렌즈부 및 개구부들은 몸체(113) 및 기판들의 형태에 따라 배치되므로 사각형의 모양으로 서로 일정한 간격을 가지면서 배치된다.
제1 상부전극도선(124)은 복수개의 제1 상부전극(122)들을 연결한다. 하나의 제1 상부전극(122)에는 네개의 제1 상부전극도선(124)이 결합하여 네개의 다른 제1 상부전극(122)들과 연결되게 한다.
제1 하부전극도선(134), 제2 상부전극도선(125) 및 제2 하부전극도선(135)도 제1 상부전극도선(124)과 유사하게 형성된다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈의 도면으로서, 수직방향 단면을 함께 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈에 있어서, 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 가변 초점 양볼록 렌즈(400)의 제4 실시예를 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈(400)는 상하로 별도 구분되지 않은 하나의 기판부(420)에 상하로 관통된 개구부(421)가 형성되고 상기 개구부(421)에 투과부(410)가 위치하는 것을 특징으로 한다.
제4 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(400)는 투과부(410) 및 개구부(421)가 형성된 기판부(420)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 원통형의 형태인 투과부(410)의 외주면은 기판부(420) 개구부(421)의 내주면과 접촉 또는 결합된다.
몸체(413)는 투과부(410)의 중앙에 위치하면서 원통형의 형태를 가진다. 몸체(413)의 상부에는 제1 렌즈부(414)가 형성되고, 하부에는 제2 렌즈부(415)가 형성된다.
제4 실시예의 가변 초점 양볼록 렌즈(400)에 있어서, 렌즈부(414, 415)가 형성되는 방법은, 원통형의 투과부(410)가 상하부에 돌출되는 부분을 구비한 형태로 제조되는 방법과, 상하부가 평평한 원통형으로 제조된 투과부(410)가 기판부(420)와의 결합과정에서 기판부(420)에 의해 압착되면서 투과부(410)의 일부가 돌출되어 형성되는 방법이 있을 수 있다.
이에 따라, 렌즈부(414, 415)가 돌출되는 정도가 달라질 수 있고, 제1, 제2 및 제3 실시예의 렌즈부(114, 115, 214, 215, 314, 315)와 유사한 형태를 가질 수 있다.
기판부(420)는 평평한 판의 형태이고, 개구부(421), 상부전극(422), 하부전극(423), 공통전극(424), 상부전극도선(425), 하부전극도선(426) 및 공통전극도선(427)을 포함한다.
개구부(421)는 기판부(420)의 상하부를 원통형으로 관통하는 구멍이고, 개구부(421)에는 상부전극(422), 하부전극(423) 및 공통전극(424)이 형성된다. 개구부(421)의 내주면에는 투과부(410)의 외주면이 접촉하게 된다.
상부전극(422)은 개구부(421)의 상부 내주면을 따라 고리형태로 형성되고, 상면부(422a) 및 내주면부(422b)를 포함한다. 상면부(422a)는 기판부(420)의 상부표면으로 연장되는 부분이고, 내주면부(422b)는 개구부(421)의 내주면에 형성된 부분이다.
상부전극(422)의 내주면부(422b)는 제1 실시예의 내주면부(122b)와 같이 제1 렌즈부(414)와 일부만 접촉할 수 있고, 제2 실시예의 내주면부(222b)와 같이 제1 렌즈부(414)와 접촉하지 않을 수 있고, 제3 실시예의 내주면부(322b)와 같이 제1 렌즈부(414)와 전체표면이 접촉할 수 있다. 상부전극(422)은 양극이 될 수 있다.
상부전극도선(425)은 기판부(420)의 상부표면에서 형성될 수 있다. 상부전극도선(425)은 상부전극(422)에 전압을 인가하기 위하여 상부전극(422)과 외부전압원을 연결하는 도선이다.
하부전극(423)은 개구부(421)의 하부 내주면을 따라 고리형태로 형성되고, 하면부(423a) 및 내주면부(423b)를 포함한다. 하면부(423a)는 기판부(420)의 하부표면으로 연장되는 부분이고, 내주면부(423b)는 개구부(421)의 내주면에 형성된 부분이다.
하부전극(423)의 내주면부(423b)는 제1 실시예의 내주면부(132b)와 같이 제2 렌즈부(415)와 일부만 접촉할 수 있고, 제2 실시예의 내주면부(232b)와 같이 제2 렌즈부(415)와 접촉하지 않을 수 있고, 제3 실시예의 내주면부(332b)와 같이 제2 렌즈부(415)와 전체표면이 접촉할 수 있다. 하부전극(423)은 양극이 될 수 있다.
하부전극도선(426)은 기판부(420)의 하부표면에서 형성될 수 있다. 하부전극도선(426)은 하부전극(423)에 전압을 인가하기 위하여 하부전극(423)과 외부전압원을 연결하는 도선이다.
공통전극(424)은 개구부(421)의 중앙부 내주면에 고리형태로 형성된다. 공통전극(424)은 상부전극(422) 및 하부전극(423)과 소정의 간격을 가지고 내주면에 형성된다. 공통전극(424)은 투과부(410) 몸체(413)의 외주면과 접촉한다. 공통전극(424)은 음극이 될 수 있다.
도 10을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈(400)에 전압이 인가되었을 때의 동작을 설명한다.
도 10의 (a)는 전압이 인가되기 전의 가변 초점 양볼록 렌즈(400)를 설명하는 도면이다. 앞서 언급한 바와 같이, 전압이 인가되기 전에는 제1 렌즈부(414) 및 제2 렌즈부(415)가 상부전극(422) 및 하부전극(423)의 내주면부(422b, 423b)에 접촉하지 않을 수 있고, 일부만 접촉할 수 있고, 전체표면이 접촉할 수 있다.
도 10의 (b)는 상부전극(422)과 하부전극(423) 및 공통전극(424)에 전압이 인가되었을 때의 가변 초점 양볼록 렌즈(400)를 설명하는 도면이다.
도 10의 (b)에서와 같이 상부전극(422) 및 하부전극(423)의 내주면부(422b, 423b)에 렌즈부(414, 415)의 일부가 접촉하는 경우, 전압을 인가하면 렌즈부(414, 415)는 상부전극(422) 및 하부전극(423)의 내주면부(422b, 423b)에 더 접촉하게 된다. 그에 따라, 제1 렌즈면(411) 및 제2 렌즈면(412)은 전압을 인가하기 전보다 곡률이 작은 볼록한 면이 된다.
제2 실시예와 유사하게 상부전극(422) 및 하부전극(423)의 내주면부(422b, 423b)에 렌즈부(414, 415)가 접촉하지 않는 경우, 전압을 인가하면 렌즈부(414, 415)는 상부전극(422) 및 하부전극(423)의 내주면부(422b, 423b)를 향하여 팽창하게 된다. 그에 따라, 제1 렌즈면(411) 및 제2 렌즈면(412)은 평면이었다가 곡률을 가지는 볼록한 면이 된다.
제3 실시예와 유사하게 상부전극(422) 및 하부전극(423) 내주면부(422b, 423b)의 전체표면에 렌즈부(414, 415)가 접촉하는 경우, 전압을 인가하면 렌즈부(414, 415)는 상부전극(422)의 상단부(422a) 및 하부전극(423)의 하단부(423a)에 더 접촉하게 된다. 그에 따라, 제1 렌즈면(411) 및 제2 렌즈면(412)은 전압을 인가하기 전보다 곡률이 작은 볼록한 면이 된다.
또한, 제4 실시예에 있어서, 상부전극(422)과 하부전극(423) 중 어느 하나와 공통전극(424)에만 전압이 인가될 수 있도록 하는 것도 가능하다.
도 11은 전기활성 폴리머(EAP)에 전압을 인가하였을 때의 동작을 설명하는 도면이다.
상기 투과부(110)는 재질을 전기활성 폴리머(EAP)로 할 수 있고, 전기활성 폴리머(EAP)의 일례로 엔피브이씨겔(nPVC gel)을 들 수 있다.
엔피브이씨겔(nPVC gel)은 피브이씨 체인(PVC chain)(510)과 디부틸아디페이트(Dibutyl Adipate : DBA) 가소제로 이루어 진다. 순수한 피브이씨(PVC)는 디부틸아디페이트(DBA)에 의해 가소성이 되는데, 디부틸아디페이트(DBA)는 피브이씨 체인(PVC chain)의 자유 부피를 증가시키고, 피브이씨 체인(PVC chain)의 분자간 인력을 감소시킨다.
도11a와 같이 엔피브이씨겔(nPVC gel)에 외부전압이 가해지지 않으면, 엔피브이씨겔(nPVC gel) 내부에 존재하는 디부틸아디페이트(DBA)분자(520)는 불규칙적인 운동을 한다.
도11b 와 같이 외부 전압이 가해지는 경우, 디부틸아디페이트(DBA)분자(520)는 전극 방향으로 이동하게 되고, 디부틸아디페이트(DBA)분자(520)는 피브이씨 체인(PVC chain)(510)의 분자 움직임에 영향을 미친다. 이에 따라, 피브이씨 체인(PVC chain)(510)은 전극의 방향으로 움직이고 엔피브이씨겔(nPVC gel)은 전극 방향으로 변형하게 된다.
이와 같은 현상은 투과부(110)가 전압인가로 인하여 변형하는 것을 설명해준다.
도 12는 본 발명에 따른 가변 초점 양볼록 렌즈와 일반 평볼록 렌즈에 전압을 인가하였을 때의 초점거리 변화를 설명하는 그래프이다.
도 12를 참조하여 가변 초점 양볼록 렌즈의 초점거리 조절범위가 일반 평볼록 렌즈에 비해 큰 것을 설명한다.
그래프를 보면, 0V에서 400V 까지의 전압에서 평볼록 렌즈의 초점거리 변화는 약 7mm 이고, 가변 초점 양볼록 렌즈(100)의 초점거리 변화는 약 14mm 이다. 제안된 가변 초점 양볼록 렌즈(100)가 양 방향으로 변형이 가능 하기 때문에 기존의 평볼록 렌즈보다 넓은 초점 거리의 변동 가질 수 있는 것이다.
이 결과는, 가변 초점 양볼록 렌즈(100)가 평볼록 렌즈보다 낮은 전압에서 사용될 수 있고, 좁은 전압 범위에서 가동될 수 있음을 의미한다. 결론적으로, 렌즈 구동을 위한 전압 증폭기가 단순해지고, 가벼워지고, 낮은 가격으로 만들어 질 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 가변 초점 양볼록 렌즈
110 : 투과부
111 : 제1 렌즈면
112 : 제2 렌즈면
113 : 몸체
120 : 상부기판
121 : 제1 개구부
122 : 제1 상부전극
130 : 하부기판
131 : 제2 개구부
132 : 제1 하부전극
400 : 가변 초점 양볼록 렌즈
410 : 투과부
420 : 기판부

Claims (15)

  1. 제1 개구부가 형성된 상부기판;
    상기 제1 개구부에 대향하는 위치에 제2 개구부가 형성된 하부기판; 및
    상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 위치하며, 상기 제1 개구부로 노출되는 제1 렌즈면과 상기 제2 개구부로 노출되는 제2 렌즈면을 포함하는 투과부;를 포함하고,
    상기 제1 렌즈면과 상기 제2 렌즈면은 곡률이 가변되며,
    상기 상부기판은 상기 제1 개구부의 내주면을 따라 형성되는 제1 상부전극 및 상기 제1 상부전극을 둘러싸는 제2 상부전극을 포함하고,
    상기 하부기판은 상기 제2 개구부의 내주면을 따라 형성되는 제1 하부전극 및 상기 제1 하부전극을 둘러싸는 제2 하부전극을 포함하며,
    상기 제1, 2 상부전극과 대향하여 배치되는 제1, 2 하부전극은 상기 제1 렌즈면과 상기 제2 렌즈면에 전압을 독립적으로 인가하여 상기 제1 렌즈면과 상기 제2 렌즈면의 초점거리를 독립적으로 제어하고,
    상기 투과부는 전기활성 고분자이며,
    상기 제1 렌즈면 및 상기 제2 렌즈면의 곡률을 비대칭적으로 변경할 수 있고,
    상기 제1 상부전극은,
    상기 상부기판의 상부표면으로 연장되는 상면부; 및
    상기 제1 개구부의 내주면에 형성되는 내주면부;를 포함하고,
    상기 제1 하부전극은,
    상기 하부기판의 하부표면으로 연장되는 하면부; 및
    상기 제2 개구부의 내주면에 형성되는 내주면부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    전압 인가 전 상태에서 상기 제1 상부전극의 상기 내주면부 및 상기 제1 하부전극의 상기 내주면부는 상기 투과부와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전압 인가 전 상태에서 상기 제1 상부전극의 상기 내주면부 및 상기 제1 하부전극의 상기 내주면부는 적어도 일부분이 상기 투과부와 접촉하거나, 상기 제1 상부전극의 상기 내주면부 및 상기 제1 하부전극의 상기 내주면부는 전체 표면이 상기 투과부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈.
  8. 원통형 개구부가 형성된 기판부; 및
    상기 개구부의 상부로 노출되는 제 1 렌즈면과 상기 개구부의 하부로 노출되는 제 2 렌즈면을 포함하는 투과부;를 포함하고,
    상기 제 1 렌즈면과 상기 제 2 렌즈면은 곡률이 가변되며,
    상기 기판부는 상기 개구부의 상부 내주면을 따라 형성되는 상부전극, 상기 개구부의 하부 내주면을 따라 형성되는 하부전극 및 상기 개구부의 중앙부 내주면을 따라 형성되는 공통전극을 포함하고,
    상기 상부전극과 대향하여 배치되는 하부전극은, 상기 제 1 렌즈면과 상기 제 2 렌즈면에 전압을 독립적으로 인가하여 상기 제 1 렌즈면과 상기 제 2 렌즈면의 초점거리를 독립적으로 제어하며,
    상기 투과부의 재질은 전기활성 고분자이고,
    상기 제 1 렌즈면 및 상기 제 2 렌즈면의 곡률을 비대칭적으로 변경할 수 있으며,
    상기 상부전극 및 상기 하부전극은 양극이며, 상기 공통전극은 음극이고,
    상기 상부전극은,
    상기 기판부의 상부표면으로 연장되는 상면부; 및
    상기 개구부의 내주면에 형성되는 내주면부;를 포함하고,
    상기 하부전극은,
    상기 기판부의 하부표면으로 연장되는 하면부; 및
    상기 개구부의 내주면에 형성되는 내주면부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    전압 인가 전 상태에서 상기 상부전극의 상기 내주면부 및 상기 하부전극의 상기 내주면부는 상기 투과부와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈.
  15. 제 8 항에 있어서,
    전압 인가 전 상태에서 상기 상부전극의 상기 내주면부 및 상기 하부전극의 상기 내주면부는 일부분이 상기 투과부와 접촉하거나, 상기 상부전극의 상기 내주면부 및 상기 하부전극의 상기 내주면부는 전체 표면이 상기 투과부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 양볼록 렌즈.
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