KR102074694B1 - 오토 포커싱 장치 - Google Patents

Abstract

오토 포커싱 장치는 전기 활성 폴리머를 포함하는 렌즈 몸체 및 상기 렌즈 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 도포된 투명 전극을 포함하는 능동 렌즈; 및 상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 능동 렌즈의 초점을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

오토 포커싱 장치{AUTO FOCUSING DEVICE}

본 발명은 오토 포커싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 능동 렌즈를 포함하는 장치에 관한 것이다.

렌즈는 안경, 망원경, 현미경, 카메라, 내시경 등 다양한 장치에 응용되어 왔다. 안경의 경우, 크게 먼거리의 물체를 잘 볼 수 있도록 오목렌즈를 구비한 원시용 안경과 근거리에 있는 물체를 잘 볼 수 있도록 볼록렌즈를 구비한 근시용 안경으로 나눌 수 있다.

종래의 안경은 플라스틱 랜즈 또는 유리 렌즈와 같이 초점이 변하지 않는 단초점 렌즈를 사용한다. 이러한 단초점 안경의 경우, 원시와 근시를 둘다 갖고 있는 사람은 상황에 따라 안경을 바꾸어야 하는 단점이 있다. 예를 들어, 원시와 근시가 동시에 발생하는 중장년의 경우, 단초점 원시용 또는 근시용 안경을 필요에 따라 수시로 바꿔야 한다. 따라서, 이러한 불편함을 해결하기 위해 이중초점 렌즈가 개발되었다.

이중초점 렌즈는 원시용 렌즈와 근시용 렌즈를 하나의 렌즈로 구현한 것으로, 하나의 렌즈가 먼거리의 물체를 볼 수 있는 초점을 가진 부분과 가까운 거리의 물체를 볼 수 있는 초점을 가진 부분을 포함하고, 눈동자의 위치에 따라 초점을 선택하여 사용할 수 있다. 그런데, 이러한 이중초점렌즈는 두 가지 초점만이 존재하기 때문에 원거리와 근거리의 물체는 잘 보이지만 중간 거리에 있는 물체는 잘 보이지 않는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 다초점을 가지는 누진다초점 렌즈가 개발되었다.

누진다초점 렌즈는 초점이 다중으로 이루어져 눈의 초점위치에 따라 도수가 달라지게 되며, 먼거리, 중간거리, 그리고 가까운 거리에 이르기까지 선명한 시야 확보가 가능하다. 그러나, 누진다초점 렌즈는 가격이 비싸고 대상물을 보는 방법이 기존과 달라 익숙해지기 위해 교육이 필요하며, 적응하지 못하는 경우 어지러움증 등을 유발하는 문제가 있다.

또한, 단초점, 이중초점 및 누진다초점 렌즈는 정해진 렌즈의 초점을 이용하는 수동형 렌즈이다. 즉, 렌즈의 초점 자체가 변하는 것이 아니고 정해진 렌즈의 초점에 눈을 적응시켜야 한다. 따라서, 이러한 수동형 렌즈의 문제점들을 해결하기 위해 능동형 렌즈가 개발되었다. 능동형 렌즈란 능동적으로 초점 변형이 가능한 렌즈로, 초기에는 고정된 틀에 액정과 같은 액체를 넣은 액체 렌즈가 개발되었다.

액체 렌즈는 자체적으로 형상을 유지할 수 없으므로 고정된 틀에 액정을 주입하고 틀을 변형시켜 액체 렌즈의 초점을 능동적으로 변경한다. 틀에 연결된 압전소자에 전압을 인가하여 압전소자의 두께가 증가하면 근거리를 잘 볼 수 있는 볼록 렌즈로 변형되고, 역전압을 인가하면 압전소자의 두께가 감소하여 원거리를 잘 볼 수 있는 오목 렌즈로 변형된다. 그런데, 이러한 액체 렌즈는 액체 자체의 무게 때문에 렌즈의 형태가 위아래로 다를 수 있어 상의 초점이 정확하게 맺히지 않는 문제점이 있다. 또한 액체나 압전소자의 가격이 비싸 제조비용이 높은 문제점이 있었다.

본 발명의 일 실시예는, 능동형 안경 또는 능동 확대경과 같이 가변 초점 구현이 가능한 오토 포커싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 센서를 이용하여 기울기 또는 거리를 측정하여 자동으로 초점이 변화되는 오토 포커싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커싱 장치는 전기 활성 폴리머를 포함하는 렌즈 몸체 및 상기 렌즈 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 도포된 투명 전극을 포함하는 능동 렌즈; 및 상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 능동 렌즈의 초점을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커싱 장치는 적어도 하나의 렌즈; 상기 렌즈를 지지하고, 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변 몸체 및 상기 가변 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 도포된 투명 전극을 포함하는 가변 프레임; 및 상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 렌즈의 초점을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기장에 의해 다양하게 변형이 가능한 전기 활성 폴리머를 능동 렌즈에 적용하여 반응속도가 빠르고 유연한 초점 변경이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2a는 도 1의 실시예의 능동 렌즈의 사시도이고, 도 2b은 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면도이다.
도 3a는 도 1의 실시예의 능동 렌즈가 볼록렌즈로 변형된 모습을 도시한 단면도이다.
도 3b는 도 1의 실시예의 능동 렌즈가 오목렌즈로 변형된 모습을 도시한 단면도이다.
도 4a은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 블록도이고, 도 4b은 도 4a의 실시예의 능동 렌즈의 단면도이다.
도 5a은 도 4a의 실시예의 능동 렌즈가 두께가 동일한 두 개의 볼록렌즈로 변형된 모습을 도시한 단면도이다.
도 5b는 도 4a의 실시예의 능동 렌즈가 두께가 다른 두 개의 볼록렌즈로 변형된 모습을 도시한 단면도이다.
도 5c은 도 4a의 실시예의 능동 렌즈가 하나의 볼록렌즈와 하나의 오목렌즈로 변형된 모습을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1의 실시예 또는 도 4a의 실시예가 적용된 안경을 도시한 사시도이다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도이다.
도 8a는 도 7의 실시예의 능동 렌즈의 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도이다.
도 9a는 도 8b의 능동 렌즈를 후방으로 움직인 모습을 도시한 단면도이고, 도 9b은 도 8b의 능동 렌즈를 전방으로 움직인 모습을 도시한 단면도이다.
도 10은 도 8b의 능동 렌즈의 변형 실시예의 단면도이다.
도 11a은 본 발명의 또 다른 실시예의 블록도이고, 도 11b은 도 11a의 실시예의 능동 렌즈의 단면도이다.
도 12a은 도 11b의 능동 렌즈를 후방으로 움직인 모습을 도시한 단면도이다.
도 12b은 도 11b의 능동 렌즈의 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리를 좁힌 모습을 도시한 단면도이다.
도 12c는 도 11b의 능동 렌즈를 전방으로 움직인 모습을 도시한 단면도이다.
도 12d은 도 11b의 능동 렌즈의 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리를 넓힌 모습을 도시한 단면도이다.
도 13는 도 7의 실시예 또는 도 11a의 실시예가 적용된 안경을 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 안경의 초점 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커싱 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커싱 장치는 능동 렌즈(20) 및 능동 렌즈(20)의 초점을 제어하는 컨트롤러(11)를 포함한다. 능동 렌즈(20)는 컨트롤러(11)에 의해 인가되는 전압에 따라 형태가 변경되며, 그에 따라 초점이 변경될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 렌즈의 사시도이고, 도 2b은 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 능동 렌즈(20)는 렌즈 프레임(220) 및 렌즈 프레임(220)에 의해 지지되는 렌즈(210)를 포함한다.

렌즈(210)는 렌즈 몸체(211) 및 렌즈 몸체(211)의 표면에 코팅된 투명 전극(216, 217)을 포함한다. 렌즈 몸체(211)는 기결정된 두께를 갖는 원형의 투명 소자이며, 유연한 소재로 이루어진다. 예를 들어 렌즈 몸체(211)는 전기 활성 폴리머(electroactive polymer)를 포함할 수 있다. 구체적으로 전기 활성 폴리머의 한 예로서, PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다. 전기 활성 폴리머란 전기장에서 형상이나 크기가 변형되는 폴리머를 말한다. 전기 활성 폴리머는 공지된 것이므로 상세한 설명을 생략한다.

렌즈 몸체(211)는 양면을 갖는 렌즈 형상의 소자이다. 설명의 편의상 도 2b의 좌측을 향한 면을 전면, 우측을 향한 면을 후면이라고 지칭할 때 렌즈 몸체(211)는 두께방향으로 이격된 전면 및 후면을 갖는다. 이하에서도 설명의 편의상 렌즈 몸체의 양면 중 하나의 면을 전면, 다른 하나의 면을 후면으로 지칭하기로 한다.

렌즈 몸체(211)는 원형으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 다양한 모양의 윤곽을 가질 수 있다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커싱 장치가 안경인 경우, 그 안경테의 형상과 동일할 수 있다. 또한, 렌즈 몸체(211)의 기본적인 형상은 볼록렌즈인 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈 몸체의 기본적인 형상은 평면 렌즈나 오목 렌즈일 수도 있다. 여기서 렌즈 몸체의 기본적인 형상이란, 투명 전극에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 렌즈 몸체의 형상을 말한다.

투명 전극(216, 217)은 렌즈 몸체(211)의 전면에 위치한 전면 투명 전극(216) 및 렌즈 몸체(211)의 후면에 위치한 후면 투명 전극(217)을 포함한다. 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217)은 서로 절연되어 있으며, 컨트롤러(11)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 컨트롤러(11)에 의해 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217)에 독립적으로 전압이 인가될 수 있으며, 인가되는 전압에 따라 전기장이 형성되어 렌즈(210)가 변형된다.

전면 투명 전극(216)은 복수 개가 렌즈 몸체(211)의 전면에 부분적으로 도포되어 있으며, 서로 이격되어 독립적으로 전압이 인가될 수 있다. 복수의 전면 투명 전극(216)이 렌즈 몸체(211)의 전면에 부분적으로 위치하면, 전면 투명 전극(216)마다 인가되는 전압의 세기를 서로 다르게 제어할 수 있다. 따라서, 렌즈 몸체(211)의 국부적인 형상 제어가 가능하다.

다만, 도 2b에 도시된 투명 전극(216, 1217)의 형태는 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 투명 전극(216, 217)의 형태 및 배열 형태는 다양하게 변경 가능하다. 예를 들어, 전면 투명 전극(216)은 렌즈 몸체(211)의 전면을 전체적으로 덮는 하나의 투명 전극일 수도 있다.

후면 투명 전극(217)도 전면 투명 전극과 마찬가지로 복수개가 렌즈 몸체(211)의 후면에 부분적으로 도포되어 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 전면 투명 전극(216)과 마찬가지로 후면 투명 전극(217)이 렌즈 몸체(211)의 후면을 전체적으로 덮는 하나의 투명 전극일 수 있다.

투명 전극(216, 217)은 투명한 전도성 물질로 이루어진다. 투명 전극(216, 217)의 재질은 투명하고 유연한 전도성 물질 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 투명 전극은 실버 나노 와이어(Silver nano-wire), 그래핀(Graphene), 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

렌즈 프레임(220)은 렌즈 몸체(211)의 테두리를 감싸며, 렌즈(210)를 고정하고 지지하는 프레임이다. 렌즈 프레임(220)은 프레임 외관을 형성하는 링 형상의 프레임 몸체(222) 및 프레임 몸체(222)와 렌즈(210) 사이에 구비되는 절연 프레임(221)을 포함한다.

절연 프레임(221)은 렌즈(210)의 테두리를 감싸는 절연체이다. 절연 프레임(221)에 의해 렌즈 프레임(220)과 렌즈(210)가 상호 절연된다. 절연 프레임(221)은 렌즈(210)를 프레임 몸체(222)에 고정하며, 유연한 절연물질로 이루어진다. 예를 들어, 절연 프레임(221)은 고무 재질의 가스켓일 수 있다. 또는, 절연 프레임(221)은 프레임 몸체(222)의 내측면, 즉, 프레임 몸체(222)의 면 중 렌즈(210)의 테두리를 향한 면에 코팅된 절연층일 수도 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 렌즈의 구동 원리를 설명하기 위한 단면도로서, 컨트롤러(11)에 의해 능동 렌즈(20)의 초점이 제어되는 모습을 도시한 작동 상태도이다.

도 3a를 참조하면, 컨트롤러(11)는 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217)이 동일한 전하를 나타내도록 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217)이 모두 양전하(+)를 나타내거나, 모두 음전하(-)를 나타내도록 한다. 이러한 경우, 렌즈 몸체(211)의 양측에 위치된 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217) 간의 척력에 의해, 렌즈(20)가 볼록 렌즈의 형태를 갖게 된다.

또한, 컨트롤러(11)는 복수의 전면 투명 전극들(216)과 복수의 후면 투명 전극들(217)에 독립적으로 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 몸체(211)의 중심부에 위치한 투명 전극(216, 217)에 인가되는 전압의 세기가 렌즈 몸체(211)의 외곽부에 위치한 투명 전극(216, 217)에 인가되는 전압의 세기보다 크도록 전압을 인가한다. 이러한 경우, 렌즈 몸체(211)의 중심부에 가해지는 척력이 외곽부에 가해지는 척력보다 큰 값을 갖게 되므로, 볼록 렌즈의 중심부의 두께를 증가시킬 수 있다.

도 3b를 참조하면, 컨트롤러(11)는 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217)이 상이한 전하를 나타내도록 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 전면 투명 전극(216)은 양 전하(+)를 나타내고 후면 투명 전극(217)은 음 전하(-)를 나타내도록 전압을 인가하거나, 전면 투명 전극(216)은 음 전하(-)를 나타내고 후면 투명 전극(217)은 양 전하(+)를 나타내도록 전압을 인가할 수 있다. 이러한 경우, 렌즈 몸체(211)의 양측에 위치된 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217) 간의 인력에 의해, 렌즈(20)가 오목 렌즈의 형태를 갖게 된다.

또한, 컨트롤러(11)는 복수의 전면 투명 전극(216)과 복수의 후면 투명 전극(217)에 독립적으로 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 몸체(211)의 중심부에 위치한 투명 전극(216, 217)에 인가되는 전압의 세기가 다른 부분의 투명 전극(216, 217)에 인가되는 전압의 세기보다 크도록 전압을 인가할 수 있다. 이러한 경우,렌즈 몸체(211)의 중심부에 가해지는 인력이 외곽부에 가해지는 인력에 비해 큰 값을 갖게 되므로, 오목 렌즈의 중심부의 두께를 감소시킬 수 있다.

렌즈 몸체(211)가 볼록렌즈로 변형되는 정도나 오목렌즈로 변형되는 정도는 전면 투명 전극(216)과 후면 투명 전극(217)에 각각 인가되는 전압의 크기나 전하의 극성을 독립적으로 조절하여 제어될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 복수의 전면 투명 전극 및 복수의 후면 투명 전극 각각에 인가되는 전압의 세기를 위치에 따라 다르게 제어하여 렌즈 몸체(211)에 부분적으로 작용하는 인력 또는 척력의 세기를 다르게 함으로써, 목적에 따라 다양한 형태로 렌즈 몸체(211)의 형태를 변경할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오토 포커싱 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 4b는 능동 렌즈의 단면도이다. 앞선 실시예에서는 능동 렌즈(20)가 하나의 렌즈 몸체를 포함하는 경우에 대해 설명하였으나, 본 실시예에서는 능동 렌즈(30)가 복수의 렌즈 몸체들을 포함하는 경우에 대해 설명하도록 한다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오토 포커싱 장치는 능동 렌즈(30) 및 능동 렌즈(30)의 초점을 제어하는 컨트롤러(12)를 포함한다. 능동 렌즈(30)는 복수의 렌즈(310, 320) 및 복수의 렌즈(310, 320)를 함께 고정하고 지지하는 렌즈 프레임(330)을 포함한다.

복수의 렌즈(310, 320)는 컨트롤러(12)에 의해 각각 독립적으로 초점이 제어되는 제1 렌즈(310) 및 제2 렌즈(320)를 포함한다. 제1 렌즈(310) 및 제2 렌즈(320) 각각은 상술한 도 2b의 렌즈(210)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.

제1 렌즈(310)는 제1 렌즈 몸체(311) 및 제1 렌즈 몸체(311)의 표면에 도포된 제1 투명 전극(316, 317)을 포함한다. 제1 투명 전극(316, 317)은 제1 전면 투명 전극(316) 및 제1 후면 투명 전극(317)을 포함한다. 제1 렌즈 몸체(311), 제1 전면 투명 전극(316) 및 제1 후면 투명 전극(317)은 각각 상술한 도 2b의 렌즈(210)의 렌즈 몸체(211), 전면 투명 전극(216) 및 후면 투명 전극(217)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명을 생략하도록 한다.

제2 렌즈(320)는 제2 렌즈 몸체(321) 및 제2 렌즈 몸체(321)의 표면에 도포된 제2 투명 전극(326, 327)을 포함한다. 제2 투명 전극(326, 327)은 제2 전면 투명 전극(327) 및 제2 후면 투명 전극(326)을 포함한다. 제2 렌즈 몸체(321), 제2 전면 투명 전극(327) 및 제2 후면 투명 전극(326)은 각각 상술한 도 2b의 렌즈(210)의 렌즈 몸체(211), 전면 투명 전극(216) 및 후면 투명 전극(217)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320)는 동일한 광축을 가지도록 배열된다. 광축은 도 4b의 좌측을 전방, 도 4b의 우측을 후방이라고 할 때 전후 방향과 나란하다. 제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320)는 렌즈 프레임(330)에 고정되는 테두리가 서로 이격되도록 배치된다.

렌즈 프레임(330)은 제1 렌즈(310) 및 제2 렌즈(220)를 함께 고정하는 프레임일 수 있으며, 프레임 몸체(332) 및 절연 프레임(331)을 포함한다. 프레임 몸체(332)와 절연 프레임(331)은 프레임에 고정된 렌즈의 개수가 늘어난 것일 뿐 실질적으로 상술한 도 2b의 프레임 몸체(222) 및 절연 프레임(221)과 각각 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동 렌즈의 구동 원리를 설명하기 위한 단면도로서, 컨트롤러(12)에 의해 능동 렌즈(30)의 초점이 제어되는 모습을 도시한 작동 상태도이다.

제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320) 각각이 볼록렌즈로 변형되거나 오목렌즈로 변형되는 원리는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상술한 바와 같다. 이에 더하여, 컨트롤러(12)는 제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320)를 서로 독립적으로 변형시켜 다초점을 구현할 수 있다. 특히, 초점이 가변되는 렌즈를 이중으로 구비하는 경우 오토 포커싱 굴절 망원경 또는 오토 포커싱 현미경을 구현할 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 컨트롤러(12)는 제1 투명 전극(316, 317)과 제2 투명 전극(326, 327)에 독립적으로 전압을 인가하여 제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320)를 모두 볼록렌즈로 변형시킬 수 있다. 이때, 제1 렌즈(310)에 인가되는 전압과 제2 렌즈(320)에 인가되는 전압을 독립적으로 제어하여, 초점거리가 다른 다양한 볼록렌즈를 구현할 수 있다. 도 5a는 컨트롤러(12)에 의해 제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320)가 초점거리가 짧은 볼록렌즈로 변형된 경우를 나타내었고, 도 5b는 컨트롤러(12)에 의해 제1 렌즈(310)가 초점거리가 짧은 볼록렌즈로 변형되고 제2 렌즈(320)가 초점거리가 긴 볼록렌즈로 변형된 경우를 나타내었다.

도 5c를 참조하면, 컨트롤러(12)에 의해 제1 투명 전극(316, 317)과 제2 투명 전극(326, 327)에 독립적으로 전압이 인가되어, 제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320)가 상이한 타입으로 변경될 수 있다. 도 5c는 제1 렌즈(310)가 볼록렌즈로 변형되고 제2 렌즈(320)가 오목렌즈로 변형된 경우를 나타내었다.

여기서, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한 제1 렌즈(310) 및 제2 렌즈 중 하나의 렌즈는 접안렌즈이고, 다른 하나의 렌즈는 대물렌즈일 수 있으며, 능동 렌즈(30)는 현미경 또는 망원경에 적용될 수 있다. 일 예로, 도 5a 및 도 5b의 능동 렌즈(30)를 구비한 오토 포커싱 장치는 대물렌즈와 접안렌즈가 모두 볼록렌즈인 현미경일 수 있다. 여기서, 현미경의 배율은 대물렌즈의 배율과 접안렌즈의 배율의 곱으로 결정된다. 다른 예로, 도 5a 및 도 5b의 능동 렌즈(30)를 구비한 오토 포커싱 장치는 굴절 망원경 중에서 대물렌즈와 접안렌즈가 모두 볼록렌즈인 갈릴레이식 망원경일 수 있다. 또 다른 예로, 도 5c의 능동 렌즈(30)를 구비한 오토 포커싱 장치는 대물렌즈가 볼록렌즈이고 접안렌즈가 오목렌즈인 캐플러식 망원경일 수 있다.

전술한 바와 같은 방식에 따르면, 컨트롤러(12)에 의해 능동 렌즈(30)에 포함된 복수의 렌즈들(310, 320)의 초점을 각각 제어함으로써, 현미경, 망원경 등 다양한 오토 포커싱 장치를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 렌즈가 적용된 안경의 구조를 나타낸 사시도이다. 도 6을 참조하면, 상술한 도 1의 실시예 또는 도 4a의 실시예를 안경에 적용할 수 있다.

일 예로, 도 1의 실시예를 안경에 적용하는 경우, 원시 및 근시에 모두 대응 가능한 다초점 안경을 구현할 수 있다. 예를 들어, 능동 렌즈(20)는 안경 렌즈, 안경테 등일 수 있고, 컨트롤러(11)는 안경 다리 등과 같은 안경의 어느 한 부분(42, 43)에 내장될 수 있다.

컨트롤러(11)는 기결정된 프로그램이 입력된 메모리를 포함하며, 사용자의 눈에 맞춘 여러 초점 모드에 따라 능동 렌즈(20)의 초점을 변경할 수 있다. 예를 들어 컨트롤러(11)는 사용자가 책을 읽고자 하는 경우에 적합한 제1 초점 모드 및 사용자가 먼 곳을 보고자 하는 경우에 적합한 제2 초점 모드를 근거로 능동 렌즈(20)의 초점을 제어할 수 있다. 사용자는 필요에 따라 제1 초점 모드 및 제2 초점 모드 중 하나를 선택하여 편리하게 렌즈의 초점변경이 가능하다.

사용자가 제1 초점 모드 및 제2 초점 모드 중 하나의 모드로 설정하도록 하는 구성은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 안경 다리 등과 같은 안경의 어느 한 부분(42, 43)에 모드 선택 버튼을 설치할 수 있다. 또는, 휴대폰과 같은 별도의 장치에 설치된 어플리케이션을 통해 모드가 선택되면 컨트롤러(11)는 어플리케이션이 설치된 장치와 무선통신 등으로 연결되어 선택된 모드를 수신할 수도 있다.

다른 예로, 도 4a의 실시예를 안경에 적용하는 경우, 안경식 망원경 또는 안경식 현미경을 구현할 수 있다. 이때 도 4b의 능동 렌즈(30)는 도 6의 안경 렌즈, 안경테 등일 수 있고, 컨트롤러(12)는 안경 다리 등과 같은 안경의 어느 한 부분(42, 43)에 내장될 수 있다.

컨트롤러(12)는 기결정된 프로그램이 입력된 메모리를 포함하며, 망원경 및 현미경 모드에 따라 능동 렌즈(30)의 초점을 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(12)는 망원경으로 사용하기 적합한 제1 초점 모드 및 현미경으로 사용하기 적합한 제2 초점 모드를 근거로 능동 렌즈(30)의 초점을 제어할 수 있다. 망원경으로 사용하고자 하는 경우 도 5b 또는 도 5c와 같이 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 형상이 변형되도록 제1 초점 모드가 설정될 수 있고, 현미경으로 사용하고자 하는 경우 도 5a과 같이 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 형상이 변형되도록 제2 초점 모드가 설정될 수 있다.

또 다른 예로, 도 1의 실시예 또는 도 4a의 실시예를 적용한 안경은 센서(41)를 더 포함할 수 있다. 센서(41)는 능동 렌즈(20, 30)의 기울기 또는 사물과 능동 렌즈(20, 30) 간의 거리, 즉, 사물 거리를 측정하기 위한 것으로, 기울기 센서 또는 거리 센서일 수 있다. 센서(41)는 안경틀에 탑재되며, 한 쌍의 능동 렌즈(20, 30)의 사이에 위치될 수 있다.

컨트롤러(11, 12)는 센서(41)의 센싱 값에 따라 능동 렌즈(20, 30)의 초점 거리를 제어하기 위한 것으로, 안경틀에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(11, 12)는 안경 다리에 탑재되고, 능동 렌즈(20, 30)와 전기적으로 연결되어 능동 렌즈(20, 30)의 초점 거리를 제어한다. 한 쌍의 능동 렌즈(20, 30)를 각각 제어하기 위해 안경틀의 양쪽 다리에 한 쌍의 컨트롤러(11, 12)가 각각 탑재될 수 있다.

일반적으로 사람들은 근거리에 있는 사물을 볼 때는 고개를 숙이고 원거리에 있는 사물을 볼 때는 정면을 바라본다. 따라서, 안경 착용자의 고개 각도, 즉, 안경테의 기울기를 측정하면, 착용자가 바라보는 사물과 착용자 간의 거리를 산출할 수 있다. 컨트롤러(11, 12)는 이러한 원리를 이용하여, 기울기에 따른 피드백에 의해 능동 렌즈(20, 30)의 형태 및 초점 거리를 변경한다.

또한, 컨트롤러(11, 12)는 센서(41)의 센싱 값으로부터 바람직한 초점 거리를 산출하기 위한 기초 자료를 저장한 데이터 베이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기초 자료는 기울기, 사물 거리와 초점 거리의 상관 관계에 대한 수학식 또는 맵핑 테이블을 포함하거나, 사용자의 양안시력(兩眼視差)에 대한 정보를 포함할 수 있다.

센서(41)가 기울기 센서이고 능동 렌즈(20, 30)가 오목렌즈 형태의 전기활성 폴리머 렌즈를 포함한 경우의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다. 센서(41)에 의해 측정된 능동렌즈(20, 30)의 기울기가 0 내지 10도이면, 컨트롤러(11, 12)는 착용자가 원거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 전압을 인가하지 않는다. 여기서, 원거리는 3m 이상일 수 있다. 이러한 경우, 능동 렌즈(20. 30)는 원래의 형태, 즉, 초점 거리가 상대적으로 짧은 오목 렌즈의 형태를 유지한다. 센서(41)의 의해 측정된 능동렌즈(20, 30)의 기울기가 10 내지 30도이면, 컨트롤러(11, 12)는 착용자가 중간 거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 제1 전압을 인가한다. 여기서, 중간 거리는 0.5 내지 3m일 수 있다. 또한, 제1 전압은 상대적으로 작은 값을 가지며, 1 내지 4kV일 수 있다. 이러한 경우, 능동 렌즈(20. 30)는 초점 거리가 상대적으로 긴 오목 렌즈 형태로 변경된다. 센서(41)에 의해 측정된 능동렌즈(20, 30)의 기울기가 30도 이상이면, 컨트롤러(11, 12)는 착용자가 근거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 제2 전압을 인가한다. 여기서, 근거리는 0.5m 이하일 수 있다. 또한, 제2 전압은 제1 전압에 비해 큰 값을 가지며, 4 내지 10kV일 수 있다. 이러한 경우, 능동 렌즈(20. 30)는 초점 거리가 짧은 볼록 렌즈 형태로 변경된다.

센서(41)가 기울기 센서이고 능동 렌즈(20, 30)가 볼록렌즈 형태의 전기활성 폴리머 렌즈를 포함한 경우의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다. 센서(41)에 의해 측정된 능동 렌즈(20, 30)의 기울기가 30도 이상인 경우, 컨트롤러(11, 12)는 착용자가 근거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 전압을 인가하지 않는다. 여기서, 근거리는 0.5m 이하일 수 있다. 이러한 경우, 능동 렌즈(20. 30)는 원래의 형태, 즉, 초점 거리가 짧은 볼록 렌즈의 형태를 유지한다. 센서(41)의 의해 측정된 능동 렌즈(20, 30)의 기울기가 10 내지 30도이면, 컨트롤러(11, 12)는 착용자가 중간 거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 제1 전압을 인가한다. 여기서, 중간 거리는 0.5 내지 3m일 수 있다. 또한, 제1 전압은 상대적으로 작은 값을 가지며, 1 내지 4kV일 수 있다. 이러한 경우, 능동 렌즈(20. 30)는 초점 거리가 상대적으로 긴 오목 렌즈 형태로 변경된다. 센서(41)에 의해 측정된 능동 렌즈(20, 30)의 기울기가 0 내지 10도이면, 컨트롤러(11, 12)는 착용자가 원거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 제2 전압을 인가한다. 여기서, 원거리는 3m 이상일 수 있다. 또한, 제2 전압은 제1 전압에 비해 큰 값을 가지며, 4 내지 10kV일 수 있다. 이러한 경우, 능동 렌즈(20. 30)는 초점 거리가 상대적으로 짧은 오목 렌즈 형태로 변경된다.

참고로, 센서(41)가 거리 센서인 경우에는 측정된 거리를 이용하여 능동 렌즈(20, 30)의 초점 거리를 제어할 수 있다. 거리 센서를 이용할 경우, 기울기를 통해 사물과 착용자 간의 거리를 산출할 필요없이, 센싱 값으로 직접 사물과 착용자 간의 거리를 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오토 포커싱 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오토 포커싱 장치는 능동 렌즈(50) 및 능동 렌즈(50)의 초점을 제어하는 컨트롤러(13)를 포함한다. 능동 렌즈(50)는 컨트롤러(13)에 의해 인가되는 전압에 따라 형태가 변경되며, 그에 따라 초점이 변경될 수 있다.

도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동 렌즈의 사시도이고, 도 8b은 도 8a의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도이다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 능동 렌즈(50)는 렌즈(510) 및 렌즈(510)를 고정하고 지지하는 렌즈 프레임(520, 530, 540)을 포함한다. 컨트롤러(13)는 렌즈 프레임(520, 530, 540)의 형상을 변형시켜 상기 능동 렌즈의 초점을 제어한다.

렌즈(510)는 원형의 투명 렌즈이다. 다만, 렌즈의 테두리 형상은 원형에 한정되지 않는다. 본 도면에서는 렌즈(510)가 볼록렌즈인 경우에 대해 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 오목렌즈 등 다양한 형태의 렌즈가 적용될 수 있다. 예를 들어, 안경, 현미경, 망원경, 카메라 등에 사용 가능한 렌즈일 수 있다.

렌즈 프레임(520, 530, 540)은 렌즈(510)의 테두리를 감싸 고정하고 렌즈(510)를 지지한다. 또한, 렌즈 프레임(520, 530, 540)은 컨트롤러(13)에 의해 형상이 변형되면서 렌즈(510)의 위치를 이동시킨다. 렌즈 프레임(520, 530, 540)은 프레임의 외관을 이루는 지지 프레임(540) 및 지지 프레임(540)에 대해서 렌즈(510)의 위치를 이동시키는 가변 프레임(520, 530)을 포함한다.

지지 프레임(540)은 프레임 외관을 이루는 링 형상의 프레임 몸체(542) 및 프레임 몸체(542)와 가변 프레임(520, 530) 사이에 구비되는 절연 프레임(541)을 포함한다. 절연 프레임(541)은 가변 프레임(520, 530)의 테두리를 둘러싸는 절연체이다. 절연 프레임(541)에 의해 가변 프레임(520, 530)이 주변으로부터 절연된다. 절연 프레임(541)은 유연한 절연물질일 수 있다.

지지 프레임(540)은 전체적으로 원형의 링으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 가변 프레임에 의해 움직이는 렌즈를 지지할 수 있는 어떠한 형상이어도 좋다.

가변 프레임(520, 530)은 전압이 인가되면 길이가 늘어나면서 렌즈(510)의 위치를 이동시킬 수 있다. 가변 프레임(520, 530)은 렌즈(510)의 테두리를 둘러싸고 렌즈(510)를 지지 프레임(540)에 유연하게 고정하는 부재이다. 도 8b의 좌측을 전방으로, 우측을 후방으로 지칭하면 가변 프레임(520, 530)은 전방에 배치된 전면 가변 프레임(520) 및 후방에 배치된 후면 가변 프레임(530)를 포함한다.

전면 가변 프레임(520)는 전면 가변 몸체(521) 및 전면 가변 몸체(521)의 표면에 도포된 투명 전극(522, 523)을 포함한다. 전면 가변 몸체(521)는 기결정된 두께를 갖는 막 형상의 부재로, 유연한 소재로 이루어진다. 예를 들어 전면 가변 몸체(521)는 전기 활성 폴리머(electroactive polymer)를 포함한다. 전기 활성 폴리머는 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.

투명 전극(522, 523)은 전면 가변 몸체(521)의 전면 및 후면에 각각 도포된 전극이다. 전면 가변 프레임(520)의 투명 전극(522, 523)은 전면 가변 몸체(521)의 전면 및 후면에 각각 하나의 투명 전극으로서 전체적으로 도포된다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 전면 가변 프레임(520)의 투명 전극(522, 523)은 도 2b의 투명 전극(216, 217)과 같이 복수로 구비되어 전면 가변 몸체(521)의 전면 및 후면에 각각 부분적으로 도포될 수도 있다. 이렇게 복수의 투명 전극이 부분적으로 도포되는 경우에는 그 부분마다 다른 세기의 전압을 인가하여 변형되는 정도에 차이를 둘 수 있다.

후면 가변 프레임(530)는 후면 가변 몸체(531) 및 후면 가변 몸체(531)의 표면에 도포된 투명 전극(532, 533)을 포함한다. 후면 가변 몸체(531)는 전면 가변 몸체(521)와 형상이 동일한 막 형상의 부재이다. 후면 가변 몸체(531)는 유연한 소재로 이루어지며, 예를 들어 전기 활성 폴리머를 포함한다. 전기 활성 폴리머는 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.

후면 가변 몸체(531)의 전면 및 후면에는 각각 투명 전극(532, 533)이 도포된다. 후면 가변 프레임(530)의 투명 전극은 후면 가변 몸체(531)의 전면 및 후면에 각각 하나의 투명 전극으로서 전체적으로 도포된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 후면 가변 프레임(530)의 투명 전극(532, 533)은 도 2b의 투명 전극(216, 217)과 같이 복수로 구비되어 후면 가변 몸체(531)의 전면 및 후면 각각에 부분적으로 도포될 수도 있다.

전면 가변 프레임(520)의 투명 전극(522, 523)과 후면 가변 프레임(530)의 투명 전극(532, 533)은 투명한 전도성 물질로 이루어진다. 예를 들어, 투명 전극(532, 533)은 실버 나노 와이어, 그래핀, 인듐 주석 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 투명 전극(532, 533)의 재질은 투명하고 유연한 전도성 물질이면 어떠한 것이라도 좋다.

가변 프레임(320, 330)의 전체적인 형상은 렌즈(510)의 테두리를 둘러싼 링 형상의 막이나, 이에 한정되는 것은 아니다.

컨트롤러(13)에 의해 전면 가변 프레임(520)과 후면 가변 프레임(530) 중 하나를 변형시켜 렌즈(510)를 전방으로 또는 후방으로 이동시킬 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동 렌즈의 구동 원리를 설명하기 위한 단면도로서, 컨트롤러(13)에 의해 능동 렌즈(50)의 초점이 제어되는 모습을 도시한 작동 상태도이다.

도 9a를 참조하면, 컨트롤러(13)에 의해 후면 가변 프레임(530)의 투명 전극(532, 533)에 전압을 인가하고 전면 가변 프레임(520)의 투명 전극(522, 523)에는 전압을 인가하지 않는다. 그러면 후면 가변 몸체(531)는 전기 활성 폴리머로 구성되어 있으므로 길이가 늘어나고 전면 가변 프레임(520)는 전압이 인가되지 않았으므로 이에 따른 길이 변화가 없다. 따라서 후면 가변 프레임(530)만 길이가 늘어나므로 가변 프레임(520, 530)은 전체적으로 후방으로 휘게 되고 가변 프레임(520, 530)에 고정된 렌즈(510) 역시 후방으로 움직이게 된다.

도 9b를 참조하면, 컨트롤러(13)에 의해 전면 가변 프레임(520)의 투명 전극(522, 523)에 전압을 인가하고 후면 가변 프레임(530)의 투명 전극(532, 533)에는 전압을 인가하지 않는다. 그러면 전면 가변 몸체(521)는 전기 활성 폴리머로 구성되어 있으므로 길이가 늘어나고 후면 가변 프레임(530)는 전압이 인가되지 않았으므로 길이 변화가 없다. 따라서, 전면 가변 프레임(520)만 길이가 늘어나므로 가변 프레임(520, 530)은 전체적으로 전방으로 휘게 되고 가변 프레임(520, 530)에 고정된 렌즈(510) 역시 전방으로 움직이게 된다.

이러한 방식으로 컨트롤러(13)는 전면 가변 프레임(520) 또는 후면 가변 프레임(530)에 선택적으로 전압을 인가하여 렌즈(510)의 위치를 변경할 수 있다. 따라서, 능동 렌즈(50)의 초점을 제어할 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오토 포커싱 장치에 포함된 능동 렌즈의 변형 실시예를 도시한 단면도이다. 본 발명의 변형 실시예에 따른 능동 렌즈(50')는 앞서 도 8b를 참조하여 설명한 능동 렌즈(50)와 유사한 구조를 갖되, 가변 프레임의 구조가 변형된 것이다.

도 10을 참조하면, 능동 렌즈(50')는 렌즈(510) 및 렌즈(510)를 고정하고 지지하는 렌즈 프레임(540, 550)을 포함한다. 렌즈 프레임(540, 550)은 하나의 가변 프레임(550) 및 지지 프레임(540)을 포함한다. 렌즈(510)와 지지 프레임(540)의 구체적인 구성은 도 8a 및 도 8b를 참조하여 상술한 바와 같다.

가변 프레임(550)은 렌즈(510)의 테두리를 둘러싸고 렌즈(510)를 지지 프레임(540)에 유연하게 고정하는 부재이다. 가변 프레임(550)은 전면 가변 몸체(551), 후면 가변 몸체(552), 전면 투명 전극(556), 중간 투명 전극(557) 및 후면 투명 전극(558)을 포함한다. 전면 가변 몸체(551) 및 후면 가변 몸체(552)는 각각 전기 활성 폴리머를 포함한다.

전면 가변 몸체(551)와 후면 가변 몸체(552) 사이에는 중간 투명 전극(557)이 구비된다. 다시 말해, 중간 투명 전극(557)에 의해 전면 가변 몸체(551)와 후면 가변 몸체(552)가 연결된다. 전면 가변 몸체(551)의 전면 표면에는 전면 투명 전극(556)이 도포되고, 후면 가변 몸체(552)의 후면 표면에는 후면 투명 전극(558)이 도포된다.

전면 투명 전극(556)은 전면 가변 몸체(551)의 전면에 하나의 투명 전극으로 전체적으로 구비된다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 전면 투명 전극(556)은 도 2b의 투명 전극(216, 217)처럼 부분적으로 구비될 수도 있다. 중간 투명 전극(557) 및 후면 투명 전극(558) 역시 마찬가지로 전체적으로 하나의 투명 전극으로 구비되나, 이에 한정되는 것은 아니고 복수개가 부분적으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.

도 10의 능동 렌즈(50')의 초점이 제어되는 원리는 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 바와 동일하다. 컨트롤러(13)에 의해 전면 투명 전극(556), 중간 투명 전극(557) 및 후면 투명 전극(558)에 각각 전압이 독립적으로 인가될 수 있다. 도 9a와 같이 렌즈(510)를 이동시키고자 하는 경우 컨트롤러(13)에 의해 중간 투명 전극(557)과 후면 투명 전극(558)에 각각 전압을 인가하면 된다. 도 9b와 같이 렌즈(510)를 이동시키고자 하는 경우 컨트롤러(13)에 의해 전면 투명 전극(556) 및 중간 투명 전극(557)에 각각 전압을 인가하면 된다.

도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오토 포커싱 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 11b는 능동 렌즈의 단면도이다. 앞선 실시예에서는 능동 렌즈(50)가 하나의 렌즈를 구비한 경우에 대해 설명하였으나, 본 실시예에서는 능동 렌즈(60)가 복수의 렌즈들을 포함하는 경우에 대해 설명하도록 한다. 또한, 본 도면에서는 능동 렌즈(60)가 도 7의 실시예의 가변 프레임 구성을 갖는 경우를 기준으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 도 10의 실시예의 가변 프레임을 도 11a의 실시예에 적용하는 것도 가능하다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오토 포커싱 장치는 능동 렌즈(60) 및 능동 렌즈(60)의 초점을 제어하는 컨트롤러(14)를 포함한다. 능동 렌즈(60)는 제1 렌즈(610), 제2 렌즈(660), 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)를 함께 고정하고 지지하는 렌즈 프레임(620, 630, 650, 670, 780)을 포함한다. 컨트롤러(14)에 의해 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)의 위치가 독립적으로 변경되어 능동 렌즈(60)의 초점이 제어된다.

제1 렌즈(610)는 투명한 볼록렌즈이고 제2 렌즈(660)는 투명한 오목렌즈이다. 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)는 동일한 광축을 가지도록 배열된다. 광축은 도 11b의 좌측을 전방, 우측을 후방이라고 할 때 전후방향과 나란하다.

렌즈 프레임(620, 630, 650, 670, 780)은 제1 렌즈(610) 및 제2 렌즈(660) 각각의 테두리를 감싸 함께 고정하고 지지한다. 또한, 렌즈 프레임(620, 630, 650, 670, 780)은 컨트롤러(14)에 의해 형상이 변형되면서 제1 렌즈(610)의 위치 및 제2 렌즈(660)의 위치를 이동시킨다. 렌즈 프레임(620, 630, 650, 670, 780)은 프레임의 외관을 이루는 지지 프레임(650), 지지 프레임(650)에 대해서 제1 렌즈(610)의 위치를 이동시키는 제1 가변 프레임(620, 630), 지지 프레임(650)에 대해서 제2 렌즈(660)의 위치를 이동시키는 제2 가변 프레임(670, 680)을 포함한다.

지지 프레임(650)은 프레임의 외관을 이루는 링 형상의 프레임 몸체(652) 및 프레임 몸체(652)와 제1 및 제2 가변 프레임(620, 630, 670, 680) 사이에 구비되는 절연 프레임(651)을 포함한다. 프레임 몸체(652)는 제1 렌즈(610) 및 제2 렌즈(660)가 서로 이격되어 배치될 수 있을 정도의 길이로 전후방향으로 연장된 원통 형상일 수 있다. 절연 프레임(651)은 제1 및 제2 가변 프레임(620, 630, 670, 680)의 테두리를 둘러싸 지지 프레임(650)과 가변프레임(620, 630, 670, 680) 사이를 절연한다. 절연 프레임(651)은 유연한 절연물질일 수 있다.

제1 가변 프레임(620, 630)은 전압이 인가되면 길이가 늘어나면서 제1 렌즈(610)의 위치를 광축을 따라 이동시킬 수 있다. 제1 가변 프레임(620, 630)은 제1 렌즈(610)의 테두리를 둘러싸고 제1 렌즈(610)를 지지 프레임(650)에 유연하게 고정하는 부재이다. 제1 가변 프레임(620, 630)은 전방에 배치된 제1 전면 가변 프레임(620), 후방에 배치된 제1 후면 가변 프레임(630)를 포함한다.

제1 전면 가변 프레임(620)는 제1 전면 가변 몸체(621) 및 제1 전면 가변 몸체의 표면에 도포된 투명 전극(622, 623)을 포함하며, 실질적으로 도 8a 및 도 8b를 참조하여 상술한 전면 가변 프레임(520)과 구성이 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 제1 후면 가변 프레임(630)는 제1 후면 가변 몸체(631) 및 제1 후면 가변 몸체(631)의 표면에 도포된 투명 전극(632, 633)을 포함하며, 실질적으로 도 8a 및 도 8b를 참조하여 상술한 후면 가변 프레임(530)과 구성이 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

제2 가변 프레임(670, 680)은 전압이 인가되면 길이가 늘어나면서 제2 렌즈(660)의 위치를 광축을 따라 이동시킬 수 있다. 제2 가변 프레임(670, 680)은 제2 렌즈(660)의 테두리를 둘러싸고 제2 렌즈(660)를 지지 프레임(650)에 유연하게 고정하는 부재이다. 제2 가변 프레임(670, 680)은 전방에 배치된 제2 전면 가변 프레임(670) 및 후방에 배치된 제2 후면 가변 프레임(680)을 포함한다.

제2 전면 가변 프레임(670)는 제2 전면 가변 몸체(671) 및 제2 전면 가변 몸체(671)의 표면에 도포된 투명 전극(672, 673)을 포함하며, 실질적으로 도 8a 및 도 8b를 참조하여 상술한 전면 가변 프레임(520)과 구성이 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 제2 후면 가변 프레임(680)는 제2 후면 가변 몸체(681) 및 제2 후면 가변 몸체의 표면에 도포된 투명 전극(682, 683)을 포함하며, 실질적으로 도 8a 및 도 8b를 참조하여 후면 가변 프레임(530)과 구성이 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)는 광축을 따라 서로 이격되며, 제1 렌즈(610)를 고정하는 제1 가변 프레임(620, 630)과 제2 렌즈(660)를 고정하는 제2 가변 프레임(670, 680)은 절연 프레임(651)에 연결되는 부분이 서로 이격된다.

본 실시예에서는 제1 렌즈(610)가 볼록렌즈이고 제2 렌즈(660)가 오목렌즈인 경우에 대해 도시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660) 모두 볼록렌즈이거나 모두 오목렌즈일 수도 있고, 제1 렌즈(610)는 오목렌즈이고 제2 렌즈(660)는 볼록렌즈일 수도 있다. 또는, 제1 렌즈(610) 및 제2 렌즈(660) 중 적어도 하나의 렌즈는 평면렌즈이거나 한면만 구면인 렌즈일 수도 있다. 필요에 따라 다양한 형상의 렌즈가 제1 렌즈(610) 및 제2 렌즈(660)로 구비될 수 있다.

도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동 렌즈의 구동 원리를 설명하기 위한 단면도로서, 컨트롤러(14)에 의해 능동 렌즈(60)의 초점이 제어되는 모습을 도시한 작동 상태도이다.

여기서, 제1 가변 프레임(620, 630)과 제2 가변 프레임(670, 680) 각각에 전압이 인가되어 전후방향으로 움직이는 원리는 도 9a 및 도 9b를 참조하여 상술한 바와 같다. 이하에서는, 컨트롤러(14)에 의해 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)의 위치가 변경되면서 초점이 제어되는 원리를 상세하게 설명하도록 한다.

도 12a를 참조하면, 컨트롤러(14)에 의해 제1 후면 가변 프레임(630) 및 제2 후면 가변 프레임(680)에 각각 전압이 인가되어 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)가 모두 후방으로 움직인다. 전방에 물체가 있고 후방에서 능동 렌즈(60)를 통해 전방의 물체를 본다고 가정할 때, 도 12a는 컨트롤러(14)에 의해 눈과 능동 렌즈(60) 사이의 거리가 좁아지면서 초점이 조절되는 경우이다.

도 12b를 참조하면, 컨트롤러(14)에 의해 제1 후면 가변 프레임(630) 및 제2 전면 가변 프레임(670)에 각각 전압이 인가되어 제1 렌즈(610)는 후방으로 움직이고 제2 렌즈(660)는 전방으로 움직인다. 도 12b은 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660) 사이의 거리가 좁아지면서 초점이 조절되는 경우이다.

도 12c를 참조하면, 컨트롤러(14)에 의해 제1 전면 가변 프레임(620) 및 제2 전면 가변 프레임(670)에 각각 전압이 인가되어 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)가 모두 전방으로 움직인다. 도 12c는 컨트롤러(14)에 의해 눈과 능동 렌즈(60) 사이의 거리가 넓어지면서 초점이 조절되는 경우이다.

도 12d을 참조하면, 컨트롤러(14)에 의해 제1 전면 가변 프레임(620) 및 제2 후면 가변 프레임(680)에 각각 전압이 인가되어 제1 렌즈(610)는 전방으로 움직이고 제2 렌즈(660)는 후방으로 움직인다. 도 12d은 컨트롤러에 의해 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660) 사이의 거리가 넓어지면서 초점이 조절되는 경우이다.

전술한 방식에 따르면, 복수의 렌즈 각각의 위치를 가변 프레임으로 이동시키면서 복수의 렌즈 사이의 거리, 눈과 렌즈 사이의 거리 및 물체와 렌즈 사이의 거리를 변경시켜 초점을 제어할 수 있다. 또한, 도 11b의 능동 렌즈(60)는 제1 렌즈(610)가 볼록렌즈이고 제2 렌즈(660)가 오목렌즈이므로, 캐플러식 굴절 망원경에 적용 가능하다. 다른 실시예로서 제1 렌즈(610)와 제2 렌즈(660)가 모두 볼록렌즈인 경우 갈릴레이식 굴절 망원경이나 현미경에 적용 가능하다.

도 13은 앞서 설명한 도 7 및 도 10의 실시예나 도 11a의 실시예에 따른 능동 렌즈가 적용된 안경의 구조를 나타낸 사시도이다.

일 예로, 도 7 및 도 10의 실시예가 도 13의 안경으로 구현되는 경우, 능동 렌즈(50, 50')는 안경 렌즈, 안경테 등일 수 있고, 컨트롤러(13)는 안경 다리 등과 같이 안경의 어느 한 부분(61, 62, 63)에 내장될 수 있다. 컨트롤러(13)는 기결정된 프로그램이 입력된 메모리를 포함하며, 사용자의 눈과 능동 렌즈(50. 50') 사이의 거리를 단계적으로 조절할 수 있도록 설정된 복수의 모드를 근거로 능동 렌즈(50. 50')의 위치를 변경할 수 있다. 그 외에 안경으로 구현되기 위한 구체적인 구성은 도 6을 참조하여 상술한 바와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

다른 예로, 도 11a의 실시예가 도 13의 안경으로 구현되는 경우, 능동 렌즈(60)는 안경 렌즈, 안경테 등일 수 있고, 컨트롤러(14)는 안경 다리(61, 62, 63)의 어느 한 부분에 내장될 수 있다. 컨트롤러(14)는 기결정된 프로그램이 입력된 메모리를 포함하며, 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 모양에 따라 안경식 망원경 또는 안경식 현미경에 적합한 복수의 모드를 근거로 능동 렌즈의 초점을 제어할 수 있다. 복수의 모드는 제1 렌즈(610) 및 제2 렌즈(660) 사이의 거리, 능동 렌즈와 눈 사이의 거리 및 능동 렌즈와 물체 사이의 거리를 각각 변경시켜 목적하는 초점을 얻을 수 있는 다양한 조합으로 결정될 수 있다.

또 다른 예로, 도 10의 실시예나 도 11a의 실시예가 적용된 안경은 센서(61)를 더 포함할 수 있다. 센서(61)는 능동 렌즈(50, 50', 60)의 기울기 또는 사물과 능동 렌즈(50, 50', 60) 간의 거리를 측정하기 위한 것으로, 기울기 센서 또는 거리 센서일 수 있다. 센서(61)는 안경틀에 탑재되고 한 쌍의 능동 렌즈(50, 50', 60)의 사이에 위치될 수 있다.

컨트롤러(13, 14)는 센서(61)의 센싱 값에 따라 능동 렌즈(50, 50', 60)의 초점 거리를 제어하기 위한 것으로, 안경틀에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(13, 14)는 안경 다리에 탑재되며, 가변 프레임과 전기적으로 연결되어 가변 프레임의 형태를 변경시킴으로써 능동 렌즈(50, 50', 60)의 초점 거리를 제어한다. 한 쌍의 가변 프레임을 각각 제어하기 위해 양쪽 안경 다리에 한 쌍의 컨트롤러(13, 14)가 각각 탑재될 수 있다.

일반적으로 사람들은 근거리에 있는 사물을 볼 때는 고개를 숙이고 원거리에 있는 사물을 볼 때는 정면을 바라본다. 따라서, 안경 착용자의 고개 각도, 즉, 안경테의 기울기를 측정하면, 착용자가 바라보는 사물과 착용자 간의 거리를 산출할 수 있다. 컨트롤러(13, 14)는 이러한 원리를 이용하여, 기울기에 따른 피드백에 의해 가변 프레임의 형태를 변경시키고, 그에 따라 렌즈를 이동시켜 초점 거리를 변경한다.

센서(61)가 기울기 센서이고 능동 렌즈(50, 50', 60)가 오목렌즈 형태의 일반 렌즈를 포함한 경우의 동작 원리를 살펴보면 다음과 같다. 센서(61)에 의해 측정된 능동 렌즈(50, 50', 60)의 기울기가 0 내지 10도인 경우, 컨트롤러(13, 14)는 착용자가 원거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 전압을 인가하지 않는다. 여기서, 원거리는 3m 이상일 수 있다. 이러한 경우, 가변 프레임은 원래의 형태를 유지하며, 렌즈도 이동하지 않는다. 즉, 렌즈는 안경틀의 전면에 비해 돌출되지 않는다.

다른 예로, 센서(61)의 의해 측정된 능동 렌즈(50, 50', 60)의 기울기가 10 내지 30도이면, 컨트롤러(13, 14)는 착용자가 중간 거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 제1 전압을 인가한다. 여기서, 중간 거리는 0.5 내지 3m일 수 있다. 또한, 제1 전압은 상대적으로 작은 값을 가지며, 1 내지 4kV일 수 있다. 이러한 경우, 가변 몸체가 팽창되어 안경틀의 전면으로 돌출된다. 그에 따라, 가변 프레임에 연결된 렌즈가 안경틀의 전면으로 제1 거리(D1) 돌출된다. 이를 통해, 렌즈의 초점 거리가 변경되고, 망막에 상이 맺히는 위치가 변경된다. 센서(61)에 의해 측정된 능동 렌즈(50, 50', 60)의 기울기가 30도 이상이면, 컨트롤러(13, 14)는 착용자가 근거리의 사물을 보고 있는 것으로 판단하고, 투명 전극에 제2 전압을 인가한다. 여기서, 근거리는 0.5m 이하일 수 있다. 또한, 제2 전압은 제1 전압에 비해 큰 값을 가지며, 4 내지 10kV일 수 있다. 이러한 경우, 가변 몸체가 상대적으로 더 팽창되어 안경틀의 전면으로 더 돌출된다. 그에 따라, 가변 프레임에 연결된 렌즈가 안경틀의 전면으로 제2 거리(D2) 돌출된다. 여기서, 제2 거리(D2)는 제1 거리(D2)에 비해 큰 값을 가진다. 이를 통해, 렌즈의 초점 거리가 변경되고, 망막에 상이 맺히는 위치가 변경된다.

참고로, 센서(61)가 거리 센서일 수 있으며, 이러한 경우, 기울기를 통해 사물과 착용자 간의 거리를 산출할 필요없이, 직접 사물과 착용자 간의 거리를 산출할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 다초점 안경의 초점 제어 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 6 또는 도 13을 참조하여 설명한 실시예에 따른 안경의 구동 방법을 설명한다.

먼저, 센서(41, 61)를 이용하여 능동 렌즈(20, 30, 50, 50', 60)의 기울기 또는 사물과 능동 렌즈(20, 30, 50, 50', 60) 간의 거리를 측정한다(S610). 이때, 센서(41, 61)로 기울기 센서 또는 거리 센서를 이용할 수 있다.

이어서, 컨트롤러(11, 12, 13, 14)가 센서(41, 61)의 측정 값을 이용하여, 능동 렌즈(20, 30, 50, 50', 60) 의 바람직한 초점 거리를 산출한다(S620). 기울기 센서를 이용하는 경우, 측정된 각도를 이용하여 능동 렌즈(20, 30, 50, 50', 60)와 사물 간의 거리를 산출하고, 그에 따라, 바람직한 초점 거리를 산출할 수 있다. 거리 센서를 이용하는 경우, 측정된 거리를 이용하여 바람직한 초점 거리를 산출할 수 있다.

이어서, 컨트롤러(11, 12, 13, 14)가 투명 전극에 인가할 전압의 값을 산출한다(S620). 이때, 컨트롤러(11, 12, 13, 14)는 기울기와 사물 거리 간의 상관 관계, 착용자의 양안시력, 투명 전극에 인가되는 전압 값과 전기장 세기의 상관 관계, 투명 전극에 인가되는 전압 값에 따른 전기활성 고분자의 팽창 정도 등을 고려하여, 전압 값을 산출할 수 있다.

이어서, 컨트롤러(11, 12, 13, 14)가 투명 전극에 전압을 인가하여 능동 렌즈(20, 30) 의 초점 거리를 변경한다. 이를 통해, 착용자의 별도의 조작 없이, 자동으로 안경의 초점을 변경할 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님에 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 알 수 있을 것이다.

11, 12, 13, 14: 컨트롤러 20, 30, 50, 50', 60: 능동 렌즈
211: 렌즈 몸체 216: 전면 투명 전극
217: 후면 투명 전극 220: 렌즈 프레임

Claims (15)

1. 전기 활성 폴리머를 포함하는 렌즈 몸체 및 상기 렌즈 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 도포된 투명 전극을 포함하는 능동 렌즈;
   상기 능동 렌즈를 둘러싸는 링 형상의 프레임 몸체;
   상기 프레임 몸체와 상기 능동 렌즈 사이의 절연 프레임; 및
   상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 능동 렌즈의 초점을 제어하는 컨트롤러
   를 포함하되,
   상기 절연 프레임은 상기 렌즈 몸체와 직접 접하고 상기 투명 전극과 이격되는 오토 포커싱 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 컨트롤러에 의해 상기 투명 전극에 전압이 인가되면, 상기 투명 전극이 도포된 부분의 상기 렌즈 몸체의 두께가 변경되면서 상기 능동 렌즈의 초점이 제어되는
   오토 포커싱 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 투명 전극은,
   상기 렌즈 몸체의 전면에 적어도 부분적으로 구비되는 전면 투명 전극; 및
   상기 렌즈 몸체의 후면에 적어도 부분적으로 구비되는 후면 투명 전극을 포함하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 전면 투명 전극에 인가되는 전압과 상기 후면 투명 전극에 인가되는 전압을 독립적으로 제어하는
   오토 포커싱 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 투명 전극은,
   상기 렌즈 몸체의 전면에 형성된 복수의 전면 투명 전극들; 및
   상기 렌즈 몸체의 후면에 형성된 복수의 후면 투명 전극들을 포함하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 복수의 전면 투명 전극들 및 상기 복수의 후면 투명 전극들에 인가되는 전압을 독립적으로 제어하는
   오토 포커싱 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 능동 렌즈는,
   전기 활성 폴리머를 포함하는 제1 렌즈 몸체 및 상기 제1 렌즈 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 도포된 제1 투명 전극을 포함하는 제1 렌즈; 및
   상기 제1 렌즈와 동일한 광축을 갖도록 배열되고, 전기 활성 폴리머를 포함하는 제2 렌즈 몸체 및 상기 제2 렌즈 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 도포된 제2 투명 전극을 포함하는 제2 렌즈를 포함하고,
   상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 렌즈의 두께와 상기 제2 렌즈의 두께가 독립적으로 변경되면서 상기 능동 렌즈의 초점이 제어되는
   오토 포커싱 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 능동 렌즈를 지지하는 안경틀;
   상기 안경틀에 부착되고, 상기 능동 렌즈의 기울기 또는 사물과 상기 능동 렌즈 간의 거리를 측정하는 센서
   를 더 포함하고,
   상기 컨트롤러는 상기 센서의 센싱 값에 따라 상기 투명 전극에 전압을 인가하여, 상기 능동 렌즈의 초점을 제어하는
   오토 포커싱 장치.
   
7. 적어도 하나의 렌즈;
   상기 적어도 하나의 렌즈를 지지하고 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변 몸체 및 상기 가변 몸체의 표면에 적어도 부분적으로 도포된 투명 전극을 포함하는 가변 프레임; 및
   상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 렌즈의 초점을 제어하는 컨트롤러
   를 포함하되,
   상기 가변 프레임은 상기 렌즈의 전면 테두리를 지지하는 전면 가변 프레임, 및 상기 렌즈의 후면 테두리를 지지하는 후면 가변 프레임을 포함하고,
   상기 컨트롤러에 의해 상기 전면 가변 프레임 또는 상기 후면 가변 프레임의 길이를 변경하여 상기 렌즈의 두께방향 위치를 변경하는 오토 포커싱 장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 컨트롤러에 의해 상기 투명 전극에 인가되는 전압을 제어하여 상기 적어도 하나의 렌즈의 위치를 변경하는
   오토 포커싱 장치.
   
9. 삭제
10. 제 7항에 있어서,
    상기 투명 전극은,
    상기 전면 가변 프레임의 가변 몸체에 적어도 부분적으로 도포된 투명 전극; 및
    상기 후면 가변 프레임의 가변 몸체에 적어도 부분적으로 도포된 투명 전극을 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 전면 가변 프레임과 상기 후면 가변 프레임 중 하나의 투명 전극에 선택적으로 전압을 인가하여 상기 렌즈의 두께방향 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는
    오토 포커싱 장치.
    
11. 제 7항에 있어서,
    상기 가변 프레임은,
    전기 활성 폴리머를 포함하는 전면 가변 몸체;
    전기 활성 폴리머를 포함하는 후면 가변 몸체;
    상기 전면 가변 몸체의 전면에 적어도 부분적으로 도포된 전면 투명 전극;
    상기 전면 가변 몸체와 상기 후면 가변 몸체의 사이에 적어도 부분적으로 개재된 중간 투명 전극; 및
    상기 후면 가변 몸체의 후면에 적어도 부분적으로 도포된 후면 투명 전극을 포함하는
    오토 포커싱 장치.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 전면 투명 전극 및 상기 중간 투명 전극에 전압을 인가하거나 상기 중간 투명 전극 및 상기 후면 투명 전극에 전압을 인가하여, 상기 렌즈의 두께방향 위치를 제어하는
    오토 포커싱 장치.
    
13. 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 렌즈는 동일한 광축을 갖도록 배열된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 포함하고, 상기 가변 프레임은 상기 제1 렌즈를 지지하는 제1 가변 프레임 및 상기 제2 렌즈를 지지하는 제2 가변 프레임을 포함하는
    오토 포커싱 장치.
    
14. 제 13항에 있어서,
    상기 컨트롤러에 의해 상기 제1 가변 프레임 및 상기 제2 가변 프레임에 독립적으로 전압을 인가하여, 상기 제1 및 제2 렌즈의 위치를 독립적으로 변경하는
    오토 포커싱 장치.
    
15. 제 7항에 있어서,
    상기 가변 프레임을 통해 상기 렌즈를 지지하는 안경틀; 및
    상기 안경틀에 부착되고, 상기 렌즈의 기울기 또는 사물과 상기 렌즈 간의 거리를 측정하는 센서
    를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 센서의 센싱 값에 따라 상기 투명 전극에 전압을 인가하여, 상기 렌즈의 초점을 제어하는
    오토 포커싱 장치.

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