KR102072136B1 - Polygonal variable focus lens array and method for removing optical aberrations using the same - Google Patents

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KR102072136B1
KR102072136B1 KR1020190007501A KR20190007501A KR102072136B1 KR 102072136 B1 KR102072136 B1 KR 102072136B1 KR 1020190007501 A KR1020190007501 A KR 1020190007501A KR 20190007501 A KR20190007501 A KR 20190007501A KR 102072136 B1 KR102072136 B1 KR 102072136B1
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원용협
김준오
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한국과학기술원
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Abstract

As a variable focus polygonal lens array, a plurality of unit lenses are arranged on the same plane. Each unit lens comprises: a lower substrate of polygonal shape; a plurality of pillars disposed at each vertex of the lower substrate; a plurality of partition walls disposed on upper ends of the plurality of pillars to connect the plurality of pillars, respectively; and a thin film having the polygonal shape and bonded to upper ends of the plurality of partition walls.

Description

가변 초점 다각형 렌즈 어레이 및 이를 이용한 광학 수차 제거 방법{POLYGONAL VARIABLE FOCUS LENS ARRAY AND METHOD FOR REMOVING OPTICAL ABERRATIONS USING THE SAME}VARIABLE FOCUS POLYLENS ARRAY AND METHODS OF OPTICAL ABRISSION USING THE SAME {POLYGONAL VARIABLE FOCUS LENS ARRAY AND METHOD FOR REMOVING OPTICAL ABERRATION S

본 발명은 가변 초점 다각형 렌즈 어레이 및 이를 이용한 수차 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a variable focus polygon lens array and a method for removing aberration using the same.

3차원 영상을 재현하기 위한 광학 시스템 중 집적 영상 시스템(Integral Imaging System)이 있다. 집적 영상 시스템은 렌즈 어레이를 이용하여 공간상에 사물에 대한 직접적인 상을 맺는 방식이다. 현존하는 3차원 영상 재현 방식 중 디지털 홀로그램의 경우 연산을 처리해야 하는 데이터 량이 너무 방대하기 때문에 아직 먼 미래의 기술이라는 평가를 받고 있으며, 양안 시차를 이용한 시점방식의 경우 뇌의 착각으로 인한 착시 현상이기 때문에 어지러움 증을 느낄 수 있다는 문제점을 가지고 있다. 그러나, 집적 영상 시스템의 경우 디지털 홀로그램과 같이 많은 연산량을 요구하지 않고, 양안 시차를 이용한 시점방식과 같이 뇌의 착시를 이용하는 기법도 아니기 때문에, 차세대 3차원 디스플레이 방식으로 많은 주목을 받고 있다.An integrated imaging system is an optical system for reproducing three-dimensional images. An integrated imaging system uses a lens array to form a direct image of an object in space. Digital holograms in the existing three-dimensional image reproduction methods are still considered to be a distant technology because the amount of data to process operations is too large, and the perspective method using binocular disparity is an optical illusion due to brain illusion. Because of this, you can feel dizziness. However, since the integrated imaging system does not require a large amount of computation like a digital hologram and is not a technique using an optical illusion like a viewpoint using binocular disparity, it has attracted much attention as a next generation 3D display method.

한편, 집적 영상 시스템은 다른 초점거리를 갖는 렌즈 어레이를 사용하거나, 디스플레이와 렌즈 어레이 사이의 간격을 조절하는 방법으로 3차원 객체가 표현되는 깊이 범위를 조절할 수 있다. 그러나, 기존에 구현된 초점 가변형 다각형 렌즈 어레이 구조를 이용하는 경우, 깊이 범위 조절시 광학 수차가 필연적으로 발생하는 문제가 있다.Meanwhile, the integrated imaging system may adjust the depth range in which the 3D object is expressed by using a lens array having a different focal length or adjusting a distance between the display and the lens array. However, in the case of using a conventional focal variable polygonal lens array structure, optical aberration inevitably occurs when the depth range is adjusted.

따라서, 본 발명은 유압 방식을 이용하여 광학 수차가 제거될 수 있는 구조를 통해 가변 초점 렌즈를 구현하고, 구현된 가변 초점 렌즈를 평면 상에 배치함으로써 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 구현하는 기술을 제공한다.Therefore, the present invention provides a technique for implementing a variable focus polygon lens array by implementing a variable focus lens through a structure in which optical aberration can be removed using a hydraulic method, and placing the implemented variable focus lens on a plane. .

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 다각형 렌즈 어레이는 복수의 단위 렌즈들이 동일 평면상에 배열되고, 각 단위 렌즈는 다각형 모양의 하부 기판, 상기 하부 기판의 각 꼭지점에 배치된 복수의 기둥들, 상기 복수의 기둥들의 상단에 배치되어, 상기 복수의 기둥들을 각각 이어주는 복수의 격벽들, 그리고 상기 다각형 모양을 가지고, 상기 복수의 격벽들의 상단에 접합된 박막을 포함한다.In the variable focus polygonal lens array according to the exemplary embodiment of the present invention, a plurality of unit lenses are arranged on the same plane, and each unit lens includes a lower substrate having a polygonal shape, a plurality of pillars disposed at each vertex of the lower substrate, A plurality of partition walls disposed on top of the plurality of pillars, respectively connecting the plurality of pillars, and having a polygonal shape and bonded to the top of the plurality of partition walls.

상기 복수의 격벽들의 탄성 계수는 상기 박막의 탄성 계수보다 높다.The elastic modulus of the plurality of partition walls is higher than the elastic modulus of the thin film.

상기 복수의 격벽들의 두께와 상기 박막의 두께는 미리 설정된 제1 비율을 갖는다.The thickness of the plurality of partitions and the thickness of the thin film have a first ratio.

상기 다각형 모양이 정삼각형인 경우, 상기 미리 설정된 제1 비율은 상기 박막의 두께와 상기 복수의 격벽들의 두께가 각각 1:2.5 내지 1:3.5이다.When the polygonal shape is an equilateral triangle, the thickness of the thin film and the thickness of the plurality of partitions are 1: 2.5 to 1: 3.5, respectively.

상기 다각형 모양이 정사각형인 경우, 상기 미리 설정된 제1 비율은 상기 박막의 두께와 상기 복수의 격벽들의 두께가 각각 1:3 내지 1:5이다.When the polygonal shape is square, the preset first ratio is a thickness of the thin film and a thickness of the plurality of partitions, respectively, 1: 3 to 1: 5.

상기 다각형 모양이 정육각형인 경우, 상기 미리 설정된 제1 비율은 상기 박막의 두께와 상기 복수의 격벽들의 두께가 각각 1:4 내지 1:8이다.When the polygonal shape is a regular hexagon, the first ratio may be a thickness of the thin film and a thickness of the plurality of partition walls, respectively, from 1: 4 to 1: 8.

상기 각 단위 렌즈는 상기 하부 기판, 상기 복수의 기둥들, 상기 복수의 격벽들 및 상기 박막으로 이루어진 상기 단위 렌즈의 내부에 채워진 액체를 더 포함한다.Each unit lens further includes a liquid filled in the unit lens including the lower substrate, the plurality of pillars, the plurality of partitions, and the thin film.

상기 박막은 상기 액체가 상기 단위 렌즈의 내부에 미리 설정된 양만큼 채워지는 경우, 상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 중심부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제1 높이이고, 상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 경계부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제2 높이이고, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이는 미리 설정된 제2 비율을 갖는다.When the liquid is filled in the liquid inside the unit lens by a predetermined amount, the height from the center of the thin film to the highest point based on the initial height of the upper end of the plurality of partition walls is the first height, The height from the boundary of the thin film to the highest point based on the initial height of the upper end of the plurality of partition walls is a second height, and the first height and the second height have a preset second ratio.

상기 다각형 모양은 정삼각형이고, 상기 미리 설정된 제2 비율은 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 각각 4:2.5 내지 4:3.5이다.The polygonal shape is an equilateral triangle, and the preset second ratio is the first height and the second height of 4: 2.5 to 4: 3.5, respectively.

상기 다각형 모양은 정사각형이고, 상기 미리 설정된 제2 비율은 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 각각 1:0.75 내지 1:1.25이다.The polygonal shape is square, and the preset second ratio is 1: 0.75 to 1: 1.25, respectively, in the first height and the second height.

상기 다각형 모양은 정육각형이고, 상기 미리 설정된 제2 비율은 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 각각 4:0.5 내지 4:1.5이다.The polygonal shape is a regular hexagon, and the preset second ratio is 4: 0.5 to 4: 1.5 in the first height and the second height, respectively.

본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 어레이 제조 장치가 광학 수차를 제거할 수 있는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 제작하는 방법은 복수의 단위 렌즈들을 제작하는 단계, 그리고 상기 단위 렌즈들을 동일 평면상에 배열하는 단계를 포함하고, 상기 단위 렌즈들을 제작하는 단계는 다각형 모양의 하부 기판의 각 꼭지점에 복수의 기둥들을 배치하는 단계, 상기 복수의 기둥들을 각각 이어주는 복수의 격벽들을 상기 복수의 기둥들의 상단에 배치하는 단계, 그리고 상기 다각형 모양을 가지는 박막을 상기 복수의 격벽들의 상단에 접합시켜 각 단위 렌즈를 제작하는 단계를 포함한다.A method of fabricating a variable focus polygonal lens array capable of removing optical aberration by a lens array manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes manufacturing a plurality of unit lenses, and arranging the unit lenses on the same plane. The manufacturing of the unit lenses may include: arranging a plurality of pillars at each vertex of the lower substrate having a polygonal shape, and arranging a plurality of partition walls connecting the plurality of pillars on top of the plurality of pillars. And bonding the thin film having the polygonal shape to an upper end of the plurality of partition walls to manufacture each unit lens.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 제작하는 방법은 상기 하부 기판, 상기 복수의 기둥들, 상기 복수의 격벽들 및 상기 박막으로 이루어진 단위 렌즈의 내부에 액체를 주입하는 단계를 더 포함한다.Method of manufacturing a variable focus polygon lens array according to an embodiment of the present invention further comprises the step of injecting a liquid into the unit lens consisting of the lower substrate, the plurality of pillars, the plurality of partitions and the thin film. Include.

상기 액체를 주입하는 단계는 상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 중심부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제1 높이이고, 상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 경계부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제2 높이이고, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 미리 설정된 비율이 되도록 상기 액체를 주입한다.The injecting of the liquid may include a height from the center of the thin film to the highest point based on the initial height of the upper ends of the plurality of partition walls and a first height, and the thin film based on the initial height of the upper ends of the plurality of partition walls. The liquid is injected so that the height from the boundary of the point to the highest point is the second height, and the first height and the second height are a preset ratio.

상기 액체를 주입하는 단계는 상기 다각형 모양이 정삼각형인 경우, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 비율이 각각 4:2.5 내지 4:3.5가 되도록 상기 액체를 주입한다.In the injecting of the liquid, when the polygonal shape is an equilateral triangle, the liquid is injected such that a ratio of the first height and the second height is 4: 2.5 to 4: 3.5, respectively.

상기 액체를 주입하는 단계는 상기 다각형 모양이 정사각형인 경우, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 비율이 각각 1:0.75 내지 1:1.25가 되도록 상기 액체를 주입한다.In the injecting of the liquid, when the polygonal shape is square, the liquid is injected such that a ratio of the first height and the second height is 1: 0.75 to 1: 1.25, respectively.

상기 액체를 주입하는 단계는 상기 다각형 모양이 정육각형인 경우, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 비율이 각각 4:0.5 내지 4:1.5가 되도록 상기 액체를 주입한다.Injecting the liquid, if the polygon shape is a regular hexagon, the liquid is injected so that the ratio of the first height and the second height is 4: 0.5 to 4: 1.5, respectively.

본 발명에 따르면, 기존의 가변 초점 다각형 렌즈 어레이에서 문제 되었던 필팩터를 향상시키면서 광학 수차가 발생되지 않게 할 수 있으며, 이를 통해 3차원 영상 기법 중 하나인 집적 영상 시스템에서의 깊이 표현범위를 향상 시킬 수 있다.According to the present invention, the optical aberration can be prevented from occurring while improving the fill factor, which has been a problem in the conventional variable focus polygon lens array, thereby improving the depth range of the integrated imaging system, which is one of the three-dimensional imaging techniques. Can be.

도 1은 기존의 원형 렌즈로 구현된 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 기존의 다각형 렌즈로 구성된 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 다각형 렌즈로 구성된 렌즈 어레이에서 렌즈의 곡률을 변화시켜 광학 수차를 제어할 수 있는 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 렌즈를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8의 가변 초점 렌즈로 구현된 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 렌즈를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 10의 가변 초점 렌즈로 구현된 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 렌즈를 설명하는 도면이다.
도 13은 도 12의 가변 초점 렌즈로 구현된 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 가변 초점 다각형 렌즈 어레이로 구현된 집적 영상 시스템을 도시한 도면이다.
도 16은 렌즈 어레이 제조 장치가 광학 수차를 제거할 수 있는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 제작하는 방법을 설명하는 도면이다.
1 is a view illustrating a lens array implemented with a conventional circular lens.
2 to 4 are diagrams illustrating a lens array composed of conventional polygonal lenses.
5 to 7 illustrate a method of controlling optical aberration by changing a curvature of a lens in a lens array composed of polygonal lenses.
8 is a view illustrating a variable focus lens according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a variable focus polygonal lens array implemented with the variable focus lens of FIG. 8.
10 is a view for explaining a variable focus lens according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating a variable focus polygonal lens array implemented with the variable focus lens of FIG. 10.
12 is a view for explaining a variable focus lens according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a variable focus polygonal lens array implemented with the variable focus lens of FIG. 12.
14 and 15 illustrate an integrated imaging system implemented with a variable focus polygonal lens array according to embodiments of the present invention.
FIG. 16 is a view for explaining a method of manufacturing a variable focus polygon lens array in which the lens array manufacturing apparatus can eliminate optical aberration.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise.

도 1은 기존의 원형 렌즈로 구현된 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a lens array implemented with a conventional circular lens.

도 1을 참고하면, 가변 초점 다각형 렌즈 어레이는 통상적으로 전기 습윤 방식 또는 유압 방식을 사용한다. 해당 방식들은 도 1에 도시된 원형 렌즈(10)를 사용할 수 있는데, 원형 렌즈(10)로 구성된 렌즈 어레이는 광축을 기준으로 대칭을 이루기 때문에 다각형 렌즈로 구성된 렌즈 어레이보다 광학 수차 측면에서 유리한 면을 가지고 있다.Referring to FIG. 1, the variable focus polygonal lens array typically uses an electrowetting method or a hydraulic method. The methods may use the circular lens 10 shown in FIG. 1, which is advantageous in terms of optical aberrations than the lens array composed of polygonal lenses because the lens array composed of the circular lenses 10 is symmetric about the optical axis. Have.

구체적으로, 원형 렌즈(10)로 구성된 렌즈 어레이는 배율이 1인 경우는 물론, 배율이 1 이상인 개구부를 통과하는 경우에도 가장자리 부분에서 렌즈 곡률로 인해 발생하는 광학 수차로 인한 영상 왜곡이 발생하지 않는다.In detail, the lens array including the circular lens 10 does not generate image distortion due to optical aberration caused by lens curvature at the edge portion, even when the magnification is 1, as well as when it passes through an opening having a magnification of 1 or more. .

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 원형 렌즈(10)를 통해 렌즈 어레이를 구성하는 경우, 빈 공간(11)이 발생하며, 원형 렌즈(10)의 크기에 따라 빈 공간(11)이 매우 넓은 영역을 차지할 수 있기 때문에 어레이 형태로는 적합하지 않다는 문제가 있다.However, as shown in FIG. 1, when the lens array is configured through the circular lens 10, the empty space 11 occurs, and the empty space 11 is very large according to the size of the circular lens 10. There is a problem that it is not suitable as an array form because it can occupy an area.

따라서, 어레이 형태로 구현되는 경우 발생하는 빈 공간을 최소화하기 위해서는 삼각형, 사각형, 육각형과 같이 100%의 필팩터를 가질 수 있는 다각형 어레이를 사용하여야 한다.Therefore, in order to minimize the empty space generated when the array is implemented, a polygonal array that may have a fill factor of 100%, such as a triangle, a rectangle, and a hexagon, should be used.

도 2 내지 도 4는 기존의 다각형 렌즈로 구성된 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.2 to 4 are diagrams illustrating a lens array composed of conventional polygonal lenses.

도 2 내지 도 4에 각각 도시된 바와 같이, 삼각형 렌즈(20), 사각형 렌즈(30) 및 육각형 렌즈(40)와 같은 다각형 렌즈(20, 30 및 40)를 통해 렌즈 어레이를 구성할 수 있다. 그러나, 다각형 렌즈(20, 30 및 40)를 이용하여 렌즈 어레이를 구성하는 경우, 필팩터 향상을 꾀할 수 있지만 전기 습윤 방식 및 유압 방식의 원리상 가장자리 부분(21, 31 및 41)은 고정이 되고 렌즈의 중심 부분의 형상을 변화시키기 때문에 광학 수차가 필연적으로 발생하게 되는 문제가 있다.As shown in FIGS. 2 to 4, the lens array may be configured through the polygonal lenses 20, 30, and 40, such as the triangular lens 20, the rectangular lens 30, and the hexagonal lens 40. However, when the lens array is constructed using the polygonal lenses 20, 30, and 40, the fill factor can be improved, but the edge portions 21, 31, and 41 are fixed due to the principle of the electrowetting method and the hydraulic method. There is a problem that optical aberration inevitably occurs because the shape of the center portion of the lens is changed.

구체적으로, 다각형 렌즈(20, 30 및 40)로 구성된 렌즈 어레이는 배율이 1인 경우 렌즈 곡률로 인한 광학 수차가 발생하지 않는다. 그러나, 배율이 1이기 때문에 확대 혹은 축소가 일어나지 않는다.In detail, the lens array including the polygonal lenses 20, 30, and 40 does not generate optical aberration due to lens curvature when the magnification is 1. However, since the magnification is 1, no enlargement or reduction occurs.

만일 3차원 객체를 확대 또는 축소시키기 위해 배율을 1이상으로 하는 경우, 다각형 렌즈(20, 30 및 40)로 구성된 렌즈 어레이는 가장자리 부분(21, 31 및 41)에 의해 광축으로부터 대칭적으로 형성되지 않는다. 따라서, 각 다각형의 가장자리 부분에서 균일하지 않은 렌즈 곡률로 인해 발생하는 광학적 수차로 인한 영상 왜곡(22, 32 및 42)이 발생하게 된다.If the magnification is set to 1 or more in order to enlarge or reduce the three-dimensional object, the lens array composed of the polygonal lenses 20, 30 and 40 is not formed symmetrically from the optical axis by the edge portions 21, 31 and 41. Do not. Thus, image distortions 22, 32, and 42 occur due to optical aberrations caused by uneven lens curvature at the edges of each polygon.

도 5 내지 도 7은 다각형 렌즈로 구성된 렌즈 어레이에서 렌즈의 곡률을 변화시켜 광학 수차를 제어할 수 있는 방법을 설명하는 도면이다.5 to 7 illustrate a method of controlling optical aberration by changing a curvature of a lens in a lens array composed of polygonal lenses.

앞서 설명한 바와 같이, 다각형 렌즈(20, 30 및 40)의 렌즈면(23, 33 및 43)의 모양은 각 렌즈의 가장자리 부분(21, 31 및 41)에 의해 광축으로부터 대칭적으로 형성되지 않는다.As described above, the shape of the lens surfaces 23, 33 and 43 of the polygonal lenses 20, 30 and 40 is not symmetrically formed from the optical axis by the edge portions 21, 31 and 41 of each lens.

구체적으로, 다각형 렌즈(20, 30 및 40)의 단면에서 살펴보면, 렌즈면의 가장 높은 지점(24, 34 및 44)으로부터 렌즈 경계부 변의 중심지점까지의 곡률(25, 35 및 45)이 렌즈면의 가장 높은 지점(24, 34 및 44)으로부터 꼭지점까지의 곡률(26, 36 및 46)보다 크기 때문에 균일하지 않은 곡률로 인해 광학 수차가 발생하게 된다.Specifically, looking at the cross section of the polygonal lens 20, 30 and 40, the curvature 25, 35 and 45 from the highest point 24, 34 and 44 of the lens surface to the center point of the lens boundary side is Since the curvatures 26, 36, and 46 from the highest points 24, 34, and 44 to the vertices are larger, the uneven curvature causes optical aberrations.

그러나, 다각형 렌즈(20, 30 및 40) 각각의 경계부 변의 형태를 변형시켜 주면, 각 다각형 렌즈(20, 30 및 40)의 양 곡률은 광축에 대해 대칭을 갖는 모양을 가질 수 있다. 즉, 다각형 렌즈(20, 30 및 40)의 경계부 변의 형태를 변화시켜주면, 다각형 렌즈(20, 30 및 40) 각각의 곡률을 일정하게 조정할 수 있어 광학 수차를 제어할 수 있게 된다.However, if the shape of the boundary side of each of the polygon lenses 20, 30 and 40 is modified, both curvatures of each polygon lens 20, 30 and 40 may have a shape symmetrical with respect to the optical axis. That is, by changing the shape of the boundary sides of the polygonal lenses 20, 30, and 40, the curvature of each of the polygonal lenses 20, 30, and 40 can be adjusted uniformly to control the optical aberration.

이하, 도 5 내지 도 7에서 설명한 방법을 통해 구현된 본 발명의 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 설명한다.Hereinafter, the variable focus polygon lens array of the present invention implemented through the method described with reference to FIGS. 5 to 7 will be described.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 렌즈를 설명하는 도면이고, 도 9는 도 8의 가변 초점 렌즈로 구현된 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.FIG. 8 is a view illustrating a variable focus lens according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a view illustrating a variable focus polygon lens array implemented by the variable focus lens of FIG. 8.

도 8 및 도 9를 참고하면, 단위 렌즈(100)는 다각형 모양의 하부 기판(110), 하부 기판(110)의 각 꼭지점에 배치된 복수의 기둥들(120), 복수의 기둥들(120)의 상단에 배치되어, 복수의 기둥들(120)을 각각 이어주는 복수의 격벽들(130), 그리고 하부 기판(110)과 동일한 다각형 모양을 가지고, 복수의 격벽들(130)의 상단에 접합된 박막(140)을 포함한다.8 and 9, the unit lens 100 includes a lower substrate 110 having a polygonal shape, a plurality of pillars 120 and a plurality of pillars 120 disposed at each vertex of the lower substrate 110. A thin film disposed on the top of the plurality of partitions 130 connecting the plurality of pillars 120, respectively, and having the same polygonal shape as the lower substrate 110 and bonded to the top of the plurality of partitions 130. 140.

또한, 단위 렌즈(100)는 하부 기판(110), 복수의 기둥들(120), 복수의 격벽들(130) 및 박막(140)으로 이루어진 단위 렌즈의 내부(150)에 채워진 액체(151)를 더 포함한다.In addition, the unit lens 100 may fill the liquid 151 filled in the interior 150 of the unit lens including the lower substrate 110, the plurality of pillars 120, the plurality of partitions 130, and the thin film 140. It includes more.

구체적으로, 하부 기판(110)은 단위 렌즈의 내부(150)에 액체(151)가 인가되어도 형태가 변하지 않을 정도로 견고하게 구현된다. 예를 들면, 하부 기판(110)은 유리 기판과 같은 복수의 격벽들(130) 및 박막(140)보다 탄성계수가 높은 소재로 구현될 수 있다.Specifically, the lower substrate 110 is firmly implemented so that the shape does not change even when the liquid 151 is applied to the inside 150 of the unit lens. For example, the lower substrate 110 may be formed of a material having a higher elastic modulus than the plurality of partitions 130 and the thin film 140 such as a glass substrate.

복수의 기둥들(120)은 복수의 격벽들(130)과 하부 기판(110)을 이어주며 액체(151)가 존재할 공간을 형성한다.The pillars 120 connect the plurality of partitions 130 and the lower substrate 110 to form a space in which the liquid 151 is to be present.

복수의 격벽들(130)은 박막(140)보다 높은 탄성 계수를 갖는다. 이를 위해, 복수의 격벽들(130)의 두께는 박막(140)의 두께보다 두껍거나, 복수의 격벽들(130)을 구현하는 소재는 박막(140)의 소재보다 높은 탄성 계수를 갖는 소재일 수 있다. 즉, 복수의 격벽들(130)은 박막(140)과 동일 소재로 구현되는 경우 박막(140)의 두께보다 두껍게 구현되며, 박막(140)과 다른 소재로 구현되는 경우 박막(140)의 소재보다 높은 탄성 계수를 갖는 소재로 구현될 수 있다.The plurality of partitions 130 has a higher modulus of elasticity than the thin film 140. To this end, the thickness of the plurality of partitions 130 may be thicker than the thickness of the thin film 140, or the material implementing the plurality of partitions 130 may be a material having a higher modulus of elasticity than the material of the thin film 140. have. That is, when the plurality of partitions 130 are formed of the same material as the thin film 140, they are thicker than the thickness of the thin film 140. It can be implemented with a material having a high modulus of elasticity.

박막(140)은 단위 렌즈(100)에서 렌즈로 기능하며, 낮은 탄성계수를 갖는 폴리머 계열의 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)과 같은 소재로 구현될 수 있다.The thin film 140 functions as a lens in the unit lens 100 and may be formed of a material such as polymer-based polydimethylsiloxane (PDMS) having a low modulus of elasticity.

액체(151)는 난반사 및 추가적으로 발생할 수 있는 광학 수차를 최소화 하기 위해 사용되는 폴리머의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 액체일 수 있다.The liquid 151 may be a liquid having a refractive index similar to that of the polymer used to minimize diffuse reflection and additionally occur optical aberrations.

외부로부터 피에조 펌프나 보이스 코일 등의 방법으로 액체(151)에 압력을 인가해 주면 상대적으로 탄성계수가 작은 박막(140) 부분이 부풀어 오르기 시작한다.When the pressure is applied to the liquid 151 by a method such as a piezo pump or a voice coil from the outside, a portion of the thin film 140 having a relatively small elastic modulus starts to swell.

하부 기판(110)의 경우 탄성 계수가 높기 때문에 액체(151)로 인해 변형이 일어나지 않는다. 복수의 기둥들(120) 또한, 액체(151)로 인한 압력이 사방에서 동일하기 때문에 변형이 일어나지 않는다.Since the lower substrate 110 has a high elastic modulus, deformation does not occur due to the liquid 151. The plurality of pillars 120 also do not deform because the pressure due to the liquid 151 is the same in all directions.

따라서, 액체(151)로 인해 복수의 격벽들(130) 및 박막(140)만이 부풀어 오르며, 복수의 격벽들(130)의 경우 박막(140)보다 높은 탄성 계수를 가지고 있기 때문에 박막(140)의 중심부 보다 덜 부풀어 오른다.Therefore, only the plurality of partitions 130 and the thin film 140 swell due to the liquid 151, and the plurality of partitions 130 have a higher modulus of elasticity than the thin film 140. Swell less than the center.

만일 복수의 격벽들(130)이 존재하지 않고 박막(140)과 복수의 기둥들(120)이 바로 접합되어 있다면, 액체(151)의 주입으로 인해 박막(140)은 변을 갖지 못하고 꼭지점만 가진 채 부풀어올라 제대로 된 렌즈의 형상을 가질 수 없다.If the plurality of partition walls 130 do not exist and the thin film 140 and the plurality of pillars 120 are directly bonded to each other, the thin film 140 does not have sides and only vertices due to the injection of the liquid 151. I can't swell up and have the right lens shape.

반대로, 복수의 기둥들(120)이 존재하지 않아 복수의 격벽들(130)이 바로 하부 기판(110)에 붙어있다면 오로지 박막(140)만 부풀어 올라 광학 수차를 제거할 수 없다. 통상적인 유압식 렌즈는 복수의 기둥들(120)이 존재하지 않아 광학 수차가 제거될 수 없는 문제점이 있다.On the contrary, if the plurality of pillars 120 do not exist and the plurality of partition walls 130 are directly attached to the lower substrate 110, only the thin film 140 may be inflated to remove optical aberration. Conventional hydraulic lenses have a problem that the optical aberration cannot be removed because the plurality of pillars 120 do not exist.

한편, 박막(140)이 부풀어 오르는 정도는 단위 렌즈(100)의 초점거리를 조절하는 데 사용되며, 이는 사용자가 원하는 대로 자유롭게 변형시킬 수 있다. 다만, 복수의 격벽들(130)이 부풀어 오르는 정도는 박막(140)이 부풀어 오르는 정도에 따라 함께 조절되어야 한다. 광학 수차를 제거하기 위해 복수의 격벽들(130)과 박막(140)이 부풀어오르는 정도는 단위 렌즈(100)의 모양에 따라 결정된다.On the other hand, the degree of swelling of the thin film 140 is used to adjust the focal length of the unit lens 100, which can be freely deformed as desired by the user. However, the degree of swelling of the plurality of partitions 130 should be adjusted together according to the degree of swelling of the thin film 140. The degree of bulging of the plurality of partitions 130 and the thin film 140 to remove the optical aberration is determined according to the shape of the unit lens 100.

구체적으로, 액체(151)가 단위 렌즈의 내부(150)에 미리 설정된 양만큼 채워지는 경우, 복수의 격벽들(130)의 상단의 최초 높이를 기준으로 박막(140)의 중심부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제1 높이(a)이고, 복수의 격벽들(130)의 상단의 최초 높이를 기준으로 박막(140)의 경계부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제2 높이(b)라면, 제1 높이(a)와 제2 높이(b)는 미리 설정된 비율을 가지며, 미리 설정된 비율은 단위 렌즈(100)의 모양에 따라 결정된다.Specifically, when the liquid 151 is filled in the interior 150 of the unit lens by a predetermined amount, to the highest point in the center of the thin film 140 based on the initial height of the top of the plurality of partitions 130 If the height of the first height (a), and the height from the boundary of the thin film 140 to the highest point on the basis of the initial height of the top of the plurality of partitions 130 is the second height (b), The height a and the second height b have a preset ratio, and the preset ratio is determined according to the shape of the unit lens 100.

예를 들면, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 하부 기판(110) 및 박막(140)의 모양이 정삼각형 모양인 경우, 중심으로부터 꼭지점까지의 거리가 중심으로부터 변의 중심까지의 거리의 2배에 해당한다. 따라서, 박막(140)이 광학 수차가 가장 적다고 알려진 포물면 모양으로 구성되기 위해서는, 제1 높이(a)와 제2 높이(b)의 비율이 4:3이 되어야 한다. 사용자가 원하는 렌즈 면의 형상에 따라 여러 가지 원추 상수(conic constant) 값을 고려하면, 광학 수차가 제거되는 범위에서 제1 높이(a)와 제2 높이(b)의 비율은 4:2.5 내지 4:3.5까지 변할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 8 and 9, when the shape of the lower substrate 110 and the thin film 140 is an equilateral triangle shape, the distance from the center to the vertex is twice the distance from the center to the center of the side. Corresponds to Therefore, in order for the thin film 140 to have a parabolic shape known to have the least optical aberration, the ratio of the first height a and the second height b must be 4: 3. Considering various conic constant values according to the shape of the lens surface desired by the user, the ratio of the first height a and the second height b in the range where the optical aberration is removed is 4: 2.5 to 4 It can change up to: 3.5.

한편, 복수의 격벽들(130)과 박막(140)이 동일한 소재로 구현되는 경우, 복수의 격벽들(130)과 박막(140)의 두께비 또한 광학 수차와 관련되며, 두께비는 단위 렌즈(100)의 모양에 따라 결정된다.Meanwhile, when the plurality of partitions 130 and the thin film 140 are formed of the same material, the thickness ratio of the plurality of partitions 130 and the thin film 140 is also related to the optical aberration, and the thickness ratio is the unit lens 100. It depends on the shape of the.

예를 들면, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 하부 기판(110) 및 박막(140)의 모양이 정삼각형 모양이고, 복수의 격벽들(130)과 박막(140)이 폴리디메틸실록산으로 구현된 경우, 박막(140)과 복수의 격벽들(130)의 두께 비율이 1:2.5 내지 1:3.5인 경우 광학 수차가 제거될 수 있다.For example, as shown in FIGS. 8 and 9, the shape of the lower substrate 110 and the thin film 140 is an equilateral triangle shape, and the plurality of partitions 130 and the thin film 140 are formed of polydimethylsiloxane. In this case, when the thickness ratio of the thin film 140 and the plurality of partitions 130 is 1: 2.5 to 1: 3.5, optical aberration may be removed.

단위 렌즈(100)는 동일 평면상에 2차원적으로 배열되어 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(1000)를 구성한다.The unit lenses 100 are two-dimensionally arranged on the same plane to constitute the variable focus polygonal lens array 1000.

예를 들면, 도 9를 참고하면, 단위 렌즈(100)의 모양이 정삼각형인 경우, 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(1000)는 단위 렌즈(100)가 상호 인접하게 빈틈없이 배열된 형태로 구현될 수 있다.For example, referring to FIG. 9, when the shape of the unit lens 100 is an equilateral triangle, the variable focus polygonal lens array 1000 may be implemented in a form in which the unit lenses 100 are arranged adjacent to each other. .

이와 같이, 단위 렌즈(100)의 경계면이 될 부분에 위치한 복수의 격벽들(130)이 박막(140)의 팽창을 억제하도록 두께를 조절하고, 이로 인해 복수의 격벽들(130)은 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(1000)의 각 단위 렌즈(100)의 경계를 구분하는 변의 역할을 하게 된다.As such, the plurality of barrier ribs 130 positioned at the boundary of the unit lens 100 adjusts the thickness of the barrier rib 130 so as to suppress the expansion of the thin film 140. It serves as a side for separating the boundary of each unit lens 100 of the lens array 1000.

액체(151)로 인해 유압이 인가되면, 복수의 격벽들(130)과 박막(140)이 팽창하나, 복수의 격벽들(130)으로 인해 단위 렌즈(100)의 각 변 부분들은 박막(140)보다 덜 팽창하게 된다. 또한, 복수의 기둥들(120)이 하부 기판(110)과 붙어있기 때문에 박막(140)의 각 꼭지점 부분은 팽창하지 않아 최종적으로 다각형 렌즈의 형태가 완성된다. 해당 구조는 박막(140)의 팽창 정도에 따라 복수의 격벽들(130)도 비례적으로 팽창하기 때문에, 한 가지 초점거리에만 국한되지 않고 연속적인 초점 변화에서도 광학 수차를 제거할 수 있다.When the hydraulic pressure is applied due to the liquid 151, the plurality of partitions 130 and the thin film 140 expand, but each side portion of the unit lens 100 is formed by the plurality of partitions 130. Less swelling. In addition, since the plurality of pillars 120 are attached to the lower substrate 110, each vertex portion of the thin film 140 does not expand to finally form a polygonal lens. Since the structure of the plurality of barrier ribs 130 also expands proportionally according to the degree of expansion of the thin film 140, the optical aberration may be eliminated even in a continuous focus change without being limited to only one focal length.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 렌즈를 설명하는 도면이고, 도 11은 도 10의 가변 초점 렌즈로 구현된 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a variable focus lens according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a view illustrating a variable focus polygon lens array implemented by the variable focus lens of FIG. 10.

도 10 및 도 11을 참고하면, 단위 렌즈(200)는 도 8 및 도 9에 도시된 단위 렌즈(100)와 마찬가지로, 하부 기판(210), 복수의 기둥들(220), 복수의 격벽들(230), 그리고 박막(240)을 포함한다. 또한, 단위 렌즈(200)는 하부 기판(210), 복수의 기둥들(220), 복수의 격벽들(230) 및 박막(240)으로 이루어진 단위 렌즈의 내부(250)에 채워진 액체(251)를 더 포함한다.10 and 11, the unit lens 200, like the unit lens 100 illustrated in FIGS. 8 and 9, has a lower substrate 210, a plurality of pillars 220, and a plurality of partition walls ( 230, and a thin film 240. In addition, the unit lens 200 may fill the liquid 251 filled in the interior 250 of the unit lens including the lower substrate 210, the plurality of pillars 220, the plurality of partitions 230, and the thin film 240. It includes more.

도 8 및 도 9에서 설명한 바와 같이, 광학 수차를 제거하기 위해 복수의 격벽들(230)과 박막(240)이 부풀어오르는 정도는 단위 렌즈(200)의 모양에 따라 결정된다.As described with reference to FIGS. 8 and 9, the degree of swelling of the plurality of partitions 230 and the thin film 240 to remove the optical aberration is determined according to the shape of the unit lens 200.

따라서, 도 10 및 도 11에서 도시된 바와 같이, 단위 렌즈(200)의 하부 기판(210) 및 박막(240)의 모양이 정사각형 모양인 경우, 도 9에서 정의된 제1 높이(a)와 제2 높이(b)의 비율은 박막(240)이 포물면 모양으로 되기 위해 1:1이 되어야 한다. 또한, 사용자가 원하는 렌즈 면의 형상에 따라 여러 가지 원추 상수 값을 고려하면, 광학 수차가 제거되는 범위에서 제1 높이(a)와 제2 높이(b)의 비율은 1:0.75 내지 1:1.25까지 변할 수 있다.Accordingly, as shown in FIGS. 10 and 11, when the lower substrate 210 and the thin film 240 of the unit lens 200 have a square shape, the first height a and the second height defined in FIG. The height b ratio should be 1: 1 so that the thin film 240 becomes parabolic. In addition, when considering various cone constant values according to the shape of the lens surface desired by the user, the ratio of the first height a and the second height b in the range where the optical aberration is removed is 1: 0.75 to 1: 1.25. Can change up to

또한, 하부 기판(210) 및 박막(240)의 모양이 정사각형 모양인 경우, 광학 수차를 제거되기 위한 박막(240)과 복수의 격벽들(230)의 두께 비율은 1:3 내지 1:5일 수 있다.In addition, when the shape of the lower substrate 210 and the thin film 240 is square, the thickness ratio of the thin film 240 and the plurality of partitions 230 to remove optical aberration is 1: 3 to 1: 5 days. Can be.

도 9에서 설명한 바와 같이, 단위 렌즈(200)는 동일 평면 상에 2차원적으로 배열되어 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(2000)를 구성한다. 예를 들면, 도 11을 참고하면, 단위 렌즈(200)의 모양이 정사각형인 경우, 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(2000)는 단위 렌즈(200)가 상호 인접하게 빈틈없이 배열된 형태로 구현될 수 있다.As described in FIG. 9, the unit lenses 200 are two-dimensionally arranged on the same plane to form the variable focus polygonal lens array 2000. For example, referring to FIG. 11, when the unit lens 200 has a square shape, the variable focus polygonal lens array 2000 may be implemented in a form in which the unit lenses 200 are arranged adjacent to each other. .

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 렌즈를 설명하는 도면이고, 도 13은 도 12의 가변 초점 렌즈로 구현된 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 설명하는 도면이다.FIG. 12 is a view illustrating a variable focus lens according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a view illustrating a variable focus polygon lens array implemented by the variable focus lens of FIG. 12.

도 12 및 도 13을 참고하면, 단위 렌즈(300)는 도 8 및 도 9에 도시된 단위 렌즈(100)와 마찬가지로, 하부 기판(310), 복수의 기둥들(320), 복수의 격벽들(330), 그리고 박막(340)을 포함한다. 또한, 단위 렌즈(300)는 하부 기판(310), 복수의 기둥들(320), 복수의 격벽들(330) 및 박막(340)으로 이루어진 단위 렌즈의 내부(350)에 채워진 액체(351)를 더 포함한다.12 and 13, the unit lens 300, like the unit lens 100 illustrated in FIGS. 8 and 9, has a lower substrate 310, a plurality of pillars 320, and a plurality of partition walls ( 330, and a thin film 340. In addition, the unit lens 300 may fill the liquid 351 filled in the interior 350 of the unit lens including the lower substrate 310, the plurality of pillars 320, the plurality of partitions 330, and the thin film 340. It includes more.

도 8 및 도 9에서 설명한 바와 같이, 광학 수차를 제거하기 위해 복수의 격벽들(330)과 박막(340)이 부풀어오르는 정도는 단위 렌즈(300)의 모양에 따라 결정된다.As described with reference to FIGS. 8 and 9, the degree of swelling of the plurality of partitions 330 and the thin film 340 to determine the optical aberration is determined according to the shape of the unit lens 300.

따라서, 도 12 및 도 13에서 도시된 바와 같이, 단위 렌즈(300)의 하부 기판(310) 및 박막(340)의 모양이 정육각형 모양인 경우, 도 9에서 정의된 제1 높이(a)와 제2 높이(b)의 비율은 박막(340)이 포물면 모양으로 되기 위해 4:1이 되어야 한다. 또한, 사용자가 원하는 렌즈 면의 형상에 따라 여러 가지 원추 상수 값을 고려하면, 광학 수차가 제거되는 범위에서 제1 높이(a)와 제2 높이(b)의 비율은 4:0.5 내지 4:1.5까지 변할 수 있다.Thus, as shown in FIGS. 12 and 13, when the lower substrate 310 and the thin film 340 of the unit lens 300 have a regular hexagonal shape, the first height a and the second height defined in FIG. The height b ratio should be 4: 1 for the thin film 340 to be parabolic. In addition, when considering various cone constant values according to the shape of the lens surface desired by the user, the ratio of the first height a and the second height b in the range where the optical aberration is removed is 4: 0.5 to 4: 1.5. Can change up to

또한, 하부 기판(310) 및 박막(340)의 모양이 정육각형 모양인 경우, 광학 수차를 제거되기 위한 박막(340)과 복수의 격벽들(330)의 두께 비율은 1:4 내지 1:8일 수 있다.In addition, when the shape of the lower substrate 310 and the thin film 340 is a regular hexagon, the thickness ratio of the thin film 340 and the plurality of partitions 330 to remove optical aberration is 1: 4 to 1: 8 days. Can be.

도 9에서 설명한 바와 같이, 단위 렌즈(300)는 동일 평면 상에 2차원적으로 배열되어 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(3000)를 구성한다. 예를 들면, 도 13을 참고하면, 단위 렌즈(300)의 모양이 정육각형인 경우, 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(3000)는 단위 렌즈(300)가 상호 인접하게 빈틈없이 배열된 형태로 구현될 수 있다.As described with reference to FIG. 9, the unit lenses 300 are two-dimensionally arranged on the same plane to form the variable focus polygonal lens array 3000. For example, referring to FIG. 13, when the shape of the unit lens 300 is a regular hexagon, the variable focus polygonal lens array 3000 may be implemented in a form in which the unit lenses 300 are arranged adjacent to each other. .

도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 가변 초점 다각형 렌즈 어레이로 구현된 집적 영상 시스템을 도시한 도면이다.14 and 15 illustrate an integrated imaging system implemented with a variable focus polygonal lens array according to embodiments of the present invention.

도 14를 참고하면, 집적 영상 시스템(4000)은 디스플레이 패널(410) 및 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(420)를 포함한다.Referring to FIG. 14, the integrated imaging system 4000 includes a display panel 410 and a variable focus polygonal lens array 420.

디스플레이 패널(410)은 기초 영상 집합을 제공받아 3차원 집적영상으로 구현하기 위한 구성요소로서, 기존의 컴퓨터-생성(CG) 집적 영상 시스템에서의 구성과 동일하다.The display panel 410 is a component for receiving a basic image set and implementing the 3D integrated image. The display panel 410 has the same configuration as that of a conventional computer-generated (CG) integrated imaging system.

즉, 디스플레이 패널(410)은 기초 영상 집합을 제공받아 이를 디스플레이(Display)하는 장치로서 예컨대, 통상의 액정 표시 장치(LCD), CRT 모니터 또는 프로젝터(Projector) 등이 사용될 수 있다.That is, the display panel 410 may receive a basic image set and display the same. For example, a conventional liquid crystal display (LCD), a CRT monitor, or a projector may be used.

가변 초점 다각형 렌즈 어레이(420)는 도 8 내지 도 13에서 설명한 가변 초점 다각형 렌즈 어레이들(1000, 2000 및 3000) 중 어느 하나로 구현되며, 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(420)를 통해 사용자에게 3차원의 집적 영상을 제공한다.The variable focus polygon lens array 420 is implemented by any one of the variable focus polygon lens arrays 1000, 2000, and 3000 described with reference to FIGS. 8 to 13, and the three-dimensional polygon lens array 420 is provided to the user through the variable focus polygon lens array 420. Provide an integrated image.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(420)에서 박막의 부풀어오름 정도를 조절하여 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(420)의 초점거리를 조절할 수 있다. 만일 광학 수차가 제거되는 범위에서 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(420)를 구성하는 단위 렌즈의 박막이 최대로 부풀어 오르는 경우, 도 14와 같이 초점거리가 짧은 지점에 3차원 집적 영상(430)이 제공될 수 있다. 이와 반대로, 광학 수차가 제거되는 범위에서 가변 초점 다각형 렌즈 어레이(420)를 구성하는 단위 렌즈의 박막이 최소로 부풀어 오르는 경우, 도 15와 같이 초점거리가 긴 지점에 3차원 집적 영상(440)이 제공될 수 있다.Meanwhile, as described above, the focal length of the variable focus polygon lens array 420 may be adjusted by adjusting the swelling degree of the thin film in the variable focus polygon lens array 420. If the thin film of the unit lens constituting the variable focus polygon lens array 420 is swelled to the maximum in the range where the optical aberration is removed, the 3D integrated image 430 may be provided at a point of short focal length as shown in FIG. 14. Can be. On the contrary, when the thin film of the unit lens constituting the variable focus polygonal lens array 420 swells to the minimum in the range where the optical aberration is removed, the 3D integrated image 440 is located at a long focal length point as shown in FIG. 15. Can be provided.

도 16은 렌즈 어레이 제조 장치가 광학 수차를 제거할 수 있는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 제작하는 방법을 설명하는 도면이다.FIG. 16 is a view for explaining a method of manufacturing a variable focus polygon lens array in which the lens array manufacturing apparatus can eliminate optical aberration.

도 16을 참고하면, 렌즈 어레이 제조 장치는 단위 렌즈를 제작한다.Referring to FIG. 16, the lens array manufacturing apparatus manufactures a unit lens.

구체적으로, 렌즈 어레이 제조 장치는 다각형 모양의 하부 기판을 평면 상에 배치한다(S100).Specifically, the lens array manufacturing apparatus arranges a lower substrate having a polygonal shape on a plane (S100).

이후, 렌즈 어레이 제조 장치는 하부 기판의 각 꼭지점에 복수의 기둥들을 배치한다(S110).Thereafter, the lens array manufacturing apparatus arranges the plurality of pillars at each vertex of the lower substrate (S110).

렌즈 어레이 제조 장치는 복수의 기둥들을 각각 이어주는 복수의 격벽들을 복수의 기둥들의 상단에 배치한다(S120).The lens array manufacturing apparatus arranges a plurality of partition walls respectively connecting the plurality of pillars on the upper ends of the plurality of pillars (S120).

렌즈 어레이 제조 장치는 하부 기판과 동일한 다각형 모양을 가지는 박막을 복수의 격벽들의 상단에 접합시켜 단위 렌즈를 제작한다(S130).The lens array manufacturing apparatus fabricates a unit lens by bonding a thin film having the same polygonal shape as the lower substrate to the upper ends of the plurality of partition walls (S130).

이후, 렌즈 어레이 제조 장치는 하부 기판, 복수의 기둥들, 복수의 격벽들 및 박막으로 이루어진 공간을 단위 렌즈의 내부로 결정한다(S140).Thereafter, the lens array manufacturing apparatus determines a space formed of a lower substrate, a plurality of pillars, a plurality of partitions, and a thin film as the inside of the unit lens (S140).

렌즈 어레이 제조 장치는 광학 수차가 제거되도록 미리 설정된 양의 액체를 단위 렌즈의 내부에 주입한다(S150).The lens array manufacturing apparatus injects a predetermined amount of liquid into the unit lens to remove the optical aberration (S150).

이 경우, 주입되는 액체의 미리 설정된 양은 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 박막의 중심부에서 가장 높은 지점까지의 높이인 제1 높이 및, 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 박막의 경계부에서 가장 높은 지점까지의 높이인 제2 높이로 정의되며, 제1 높이 및 제2 높이의 비율은 하부 기판 및 박막의 모양에 따라 결정된다.In this case, the preset amount of liquid injected is based on the first height, which is the height from the center of the thin film to the highest point with respect to the initial height of the top of the plurality of partitions, and the initial height of the top of the plurality of partitions. It is defined as a second height, which is the height from the boundary to the highest point, and the ratio of the first height and the second height is determined according to the shape of the lower substrate and the thin film.

일 실시예에서, 하부 기판 및 박막의 모양이 정삼각형인 경우, 제1 높이와 제2 높이의 비율은 각각 4:2.5 내지 4:3.5일 수 있다.In one embodiment, when the shape of the lower substrate and the thin film is an equilateral triangle, the ratio of the first height and the second height may be 4: 2.5 to 4: 3.5, respectively.

다른 실시예에서, 하부 기판 및 박막의 모양이 정사각형인 경우, 제1 높이와 제2 높이의 비율은 각각 1:0.75 내지 1:1.25일 수 있다.In another embodiment, when the shape of the lower substrate and the thin film is square, the ratio of the first height and the second height may be 1: 0.75 to 1: 1.25, respectively.

또 다른 실시예에서, 하부 기판 및 박막의 모양이 정육각형인 경우, 제1 높이와 제2 높이의 비율은 각각 4:0.5 내지 4:1.5일 수 있다.In another embodiment, when the shape of the lower substrate and the thin film is a regular hexagon, the ratio of the first height and the second height may be 4: 0.5 to 4: 1.5, respectively.

렌즈 어레이 제조 장치는 액체가 주입된 단위 렌즈를 적어도 하나 이상 제작하고, 복수의 단위 렌즈들을 동일 평면상에 2차원적으로 배열한다(S160).The lens array manufacturing apparatus manufactures at least one unit lens into which liquid is injected, and arranges the plurality of unit lenses in two dimensions on the same plane (S160).

본 발명에 따르면, 기존의 가변 초점 다각형 렌즈 어레이에서 문제 되었던 광학 수차 문제를 해결할 수 있으며, 이를 통해 3차원 영상 기법 중 하나인 집적 영상 시스템에서의 깊이 표현범위를 향상 시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to solve the optical aberration problem that has been a problem in the conventional variable focus polygonal lens array, thereby improving the depth representation range in the integrated imaging system, which is one of the three-dimensional imaging techniques.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

Claims (17)

가변 초점 다각형 렌즈 어레이로서,
복수의 단위 렌즈들이 동일 평면상에 배열되고,
각 단위 렌즈는
다각형 모양의 하부 기판,
상기 하부 기판의 각 꼭지점에 배치된 복수의 기둥들,
상기 복수의 기둥들의 상단에 배치되어, 상기 복수의 기둥들을 각각 이어주는 복수의 격벽들, 그리고
상기 다각형 모양을 가지고, 상기 복수의 격벽들의 상단에 접합된 박막을 포함하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
A varifocal polygonal lens array,
A plurality of unit lenses are arranged on the same plane,
Each unit lens
Polygonal bottom substrate,
A plurality of pillars disposed at each vertex of the lower substrate,
A plurality of partition walls disposed on top of the plurality of pillars, respectively connecting the plurality of pillars, and
And a polygonal shape and comprising a thin film bonded to the top of the plurality of partitions.
제1항에서,
상기 복수의 격벽들의 탄성 계수는 상기 박막의 탄성 계수보다 높은 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 1,
And a modulus of elasticity of the plurality of partition walls is higher than that of the thin film.
제2항에서,
상기 복수의 격벽들의 두께와 상기 박막의 두께는 미리 설정된 제1 비율을 갖는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 2,
And a thickness of the plurality of partition walls and a thickness of the thin film have a first ratio.
제3항에서,
상기 다각형 모양이 정삼각형인 경우, 상기 미리 설정된 제1 비율은 상기 박막의 두께와 상기 복수의 격벽들의 두께가 각각 1:2.5 내지 1:3.5인 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 3,
And wherein the polygonal shape is an equilateral triangle, wherein the preset first ratio is a thickness of the thin film and a thickness of the plurality of partition walls, respectively, from 1: 2.5 to 1: 3.5.
제3항에서,
상기 다각형 모양이 정사각형인 경우, 상기 미리 설정된 제1 비율은 상기 박막의 두께와 상기 복수의 격벽들의 두께가 각각 1:3 내지 1:5인 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 3,
And wherein the polygonal shape is square, the preset first ratio is a thickness of the thin film and a thickness of the plurality of partitions, respectively, from 1: 3 to 1: 5.
제3항에서,
상기 다각형 모양이 정육각형인 경우, 상기 미리 설정된 제1 비율은 상기 박막의 두께와 상기 복수의 격벽들의 두께가 각각 1:4 내지 1:8인 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 3,
And wherein the polygonal shape is a regular hexagon, the preset first ratio having a thickness of the thin film and a thickness of the plurality of partitions being 1: 4 to 1: 8, respectively.
제1항에서,
상기 각 단위 렌즈는
상기 하부 기판, 상기 복수의 기둥들, 상기 복수의 격벽들 및 상기 박막으로 이루어진 상기 단위 렌즈의 내부에 채워진 액체를 더 포함하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 1,
Each unit lens is
And a liquid filled in the unit lens including the lower substrate, the plurality of pillars, the plurality of partitions, and the thin film.
제7항에서,
상기 박막은
상기 액체가 상기 단위 렌즈의 내부에 미리 설정된 양만큼 채워지는 경우, 상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 중심부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제1 높이이고, 상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 경계부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제2 높이이고, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이는 미리 설정된 제2 비율을 갖는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 7,
The thin film is
When the liquid is filled in a predetermined amount inside the unit lens, the height from the center of the thin film to the highest point is the first height based on the initial height of the upper end of the plurality of partition walls, and the plurality of partition walls And a height from the boundary of the thin film to the highest point based on the initial height of the top of the field is a second height, and the first height and the second height have a preset second ratio.
제8항에서,
상기 다각형 모양은 정삼각형이고,
상기 미리 설정된 제2 비율은 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 각각 4:2.5 내지 4:3.5인 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 8,
The polygonal shape is an equilateral triangle,
And wherein the preset second ratio is that the first height and the second height are 4: 2.5 to 4: 3.5, respectively.
제8항에서,
상기 다각형 모양은 정사각형이고,
상기 미리 설정된 제2 비율은 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 각각 1:0.75 내지 1:1.25인 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 8,
The polygonal shape is square,
The preset second ratio is a variable focus polygonal lens array wherein the first height and the second height are each 1: 0.75 to 1: 1.25.
제8항에서,
상기 다각형 모양은 정육각형이고,
상기 미리 설정된 제2 비율은 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 각각 4:0.5 내지 4:1.5인 가변 초점 다각형 렌즈 어레이.
In claim 8,
The polygonal shape is a regular hexagon,
And wherein the preset second ratio is the first height and the second height of 4: 0.5 to 4: 1.5, respectively.
렌즈 어레이 제조 장치가 광학 수차를 제거할 수 있는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이를 제작하는 방법으로서,
복수의 단위 렌즈들을 제작하는 단계, 그리고
상기 단위 렌즈들을 동일 평면상에 배열하는 단계를 포함하고,
상기 단위 렌즈들을 제작하는 단계는
다각형 모양의 하부 기판의 각 꼭지점에 복수의 기둥들을 배치하는 단계,
상기 복수의 기둥들을 각각 이어주는 복수의 격벽들을 상기 복수의 기둥들의 상단에 배치하는 단계, 그리고
상기 다각형 모양을 가지는 박막을 상기 복수의 격벽들의 상단에 접합시켜 각 단위 렌즈를 제작하는 단계를 포함하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이 제작 방법.
A method of manufacturing a variable focus polygonal lens array in which a lens array manufacturing apparatus can eliminate optical aberration,
Manufacturing a plurality of unit lenses, and
Arranging the unit lenses on the same plane;
Producing the unit lenses
Arranging a plurality of pillars at each vertex of the lower substrate having a polygonal shape,
Arranging a plurality of partition walls respectively connecting the plurality of pillars on top of the plurality of pillars, and
And manufacturing a unit lens by bonding the thin film having the polygonal shape to an upper end of the plurality of partition walls.
제12항에서,
상기 하부 기판, 상기 복수의 기둥들, 상기 복수의 격벽들 및 상기 박막으로 이루어진 단위 렌즈의 내부에 액체를 주입하는 단계
를 더 포함하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이 제작 방법.
In claim 12,
Injecting liquid into the unit lens including the lower substrate, the plurality of pillars, the plurality of partitions, and the thin film.
Method of manufacturing a variable focus polygon lens array further comprising.
제13항에서,
상기 액체를 주입하는 단계는
상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 중심부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제1 높이이고, 상기 복수의 격벽들의 상단의 최초 높이를 기준으로 상기 박막의 경계부에서 가장 높은 지점까지의 높이가 제2 높이이고, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이가 미리 설정된 비율이 되도록 상기 액체를 주입하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이 제작 방법.
In claim 13,
Injecting the liquid
The height from the center of the thin film to the highest point based on the initial height of the top of the plurality of partition walls is the first height, and from the boundary of the thin film to the highest point based on the initial height of the top of the plurality of partition walls. And injecting the liquid such that the height is a second height and the first height and the second height are preset ratios.
제14항에서,
상기 액체를 주입하는 단계는
상기 다각형 모양이 정삼각형인 경우, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 비율이 각각 4:2.5 내지 4:3.5가 되도록 상기 액체를 주입하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이 제작 방법.
The method of claim 14,
Injecting the liquid
And injecting the liquid such that the ratio of the first height and the second height is 4: 2.5 to 4: 3.5, respectively, when the polygon shape is an equilateral triangle.
제14항에서,
상기 액체를 주입하는 단계는
상기 다각형 모양이 정사각형인 경우, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 비율이 각각 1:0.75 내지 1:1.25가 되도록 상기 액체를 주입하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이 제작 방법.
The method of claim 14,
Injecting the liquid
And injecting the liquid such that the ratio of the first height and the second height is 1: 0.75 to 1: 1.25, respectively, when the polygon shape is square.
제14항에서,
상기 액체를 주입하는 단계는
상기 다각형 모양이 정육각형인 경우, 상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 비율이 각각 4:0.5 내지 4:1.5가 되도록 상기 액체를 주입하는 가변 초점 다각형 렌즈 어레이 제작 방법.
The method of claim 14,
Injecting the liquid
And injecting the liquid such that the ratio of the first height and the second height is 4: 0.5 to 4: 1.5, respectively, when the polygon shape is a regular hexagon.
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