KR102113511B1 - 반사형 초점 가변 미러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사층의 양쪽 편에 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 제공하고 전압을 인가하여, 빛을 집속하는 오목 미러 기능뿐만 아니라 빛을 퍼지게 하는 볼록 미러 기능을 가능케 하는 초점 가변 미러에 관한 것으로, 인가되는 전압의 크기에 따라 빛을 집속하거나 퍼져나가게 하는 각도를 조절할 수 있다.

Description

반사형 초점 가변 미러{Reflective mirror with variable focal length}

본 발명은 반사형 초점 가변 미러 및 이를 이용한 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전기적 인력 및/또는 전기활성 효과를 이용하여 반사경의 곡률을 변화시킴으로써 초점을 변화시키는 반사 미러에 관한 것이다.

최근 디지털 기술을 바탕으로 하는 카메라, 휴대용 단말기, 프로젝터, TV 등 디스플레이 기술의 발전으로 고해상도 화면 및 관련 광학계의 소형화가 요구되고 있다. 또한 고화질의 영상을 습득하기 위한 광학 렌즈 시스템의 소형화와 편리성의 강조되고 있으며 이를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히 휴대용 단말기에 장착되는 카메라 모듈에 고화질 이미지 센서가 탑재되면서, 가변 초점 및 광학 줌 등의 기능과 소형화의 중요성이 더 부각되고 있다. 현재 휴대폰 카메라 모듈에서 가변 초점 및 광학 줌 기능을 구현하기 위해서 대부분 액추에이터를 사용하고 있다. 자동 줌 액추에이터는 렌즈의 위치를 조절하여 자동으로 초점을 맞춰주는 기능을 하며 주로 VCM(Voice Coil Motor)과 피에조를 이용하는 방식이다. VCM방식은 코일에 흐르는 전류와 자석에 의한 전자기력을 이용하여 구동하는 방식으로 전자파가 발생하고 정밀도에 한계가 있으며, 피에조 방식은 고정자와 회전자 간의 마찰에 의해 구동하는 방식으로 마모로 인해 수명이 짧고 가격이 높다. 또한 광학 줌 기능을 위한 방식으로 스텝 모터를 사용하는데 이 방식은 회전운동을 하는 구동기로 리드 스크류를 회전시켜 가동부를 선형적으로 이동시키기 때문에 복잡한 매커니즘과 기어부의 마찰 및 소음 등의 단점이 있다. 상기 예들과 같이 대부분의 종래 기술들은 복잡한 구조로 인하여 저가로 제작하는데 어려움이 있으며, 소형화하는데 있어서 크기의 제한이 있다.

또한 반사형 초점 가변 미러의 종래 기술은 기체나 유체의 압력을 이용하거나 전자기력을 이용하는 것이 대부분이다. 기체나 유체의 압력을 이용하는 기술은 추가적으로 압력조절장치가 필요하여 소형화나 어레이화 하기가 매우 어렵고, 제작공정 및 구조가 복잡하여 제조단가가 높다는 단점이 있다.

최근에 이러한 단점을 보완하기 위해 형상 가변 소재를 이용한 반사형 미러 기술이 소개되었으며 현재 개발 중이다. 그러나 상기 미러 구조는 오목 반사 미러로서의 구동은 용이하나 볼록 미러 구동이 어려우며 기존의 정전기적 인력을 이용한 미러 또한 대부분 오목 미러의 형태로 볼록 미러 구조는 구현하기 매우 어렵거나 불가능하다.

본 발명은 오목 미러 뿐만 아니라 볼록 미러의 구동이 가능한 반사형 초점 가변 미러 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 필름, 상기 필름으로부터 일방향으로 이격된 제 1 전극층, 상기 필름으로부터 상기 일방향의 반대방향으로 이격된 제 2 전극층, 상기 필름 상에 제공되는 반사층, 상기 필름, 상기 제 1 전극층, 상기 제 2 전극층 및 상기 반사층을 지지하는 프레임을 포함하는, 반사형 초점 가변 미러이다.

본 발명에 따른 반사형 초점 가변 미러를 통해 빛을 집속하는 오목 미러 기능뿐만 아니라 빛을 퍼지게 하는 볼록 미러 구동이 가능케 하는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러에 전압이 인가된 경우의 형태 변화를 도시하는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 전극층의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 제 2 전극층을 포함하는 반사형 초점 가변 미러의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러를 나타낸 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러를 나타낸 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

설명의 편의상 도면의 위쪽 방향을 위쪽이라 지칭하고, 도면의 위쪽 방향을 향하는 면을 윗면이라 지칭하기로 한다. 또한 도면의 아래쪽 방향을 아래쪽이라 지칭하고, 도면의 아래쪽 방향을 향하는 면을 아랫면이라 지칭하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(100)의 단면도이다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(100)의 사시도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 반사형 초점 가변 미러(100)는 프레임(101), 필름(102), 반사층(103), 제 1 전극층(104) 및 제 2 전극층(105)을 포함한다.

필름(102)은 평판 또는 곡판 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 도 1b에서 도시한 바와 같이, 필름(102)은 원판 형태일 수 있다. 필름(102)은 형상가변 소재(예를 들어, 전기활성 폴리머) 또는 연성 있는 소재로 구성될 수 있다. 전기활성 폴리머(Electroactive Polymer)란 전기장 내에서 형상이나 크기가 변형되는 폴리머를 말한다. 이에 따라, 필름(102)은 반사층(103)의 형태 변화를 도울 수 있다. 또한, 필름(102)은 반사층(103)을 지지할 수 있다.

제 1 전극층(104) 및 제 2 전극층(105)은 각각 평판 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 도 1b에서 도시한 바와 같이, 제 1 전극층(104) 및 제 2 전극층(105)은 각각 원판 형태일 수 있다.

제 1 전극층(104)은 필름(102)으로부터 일방향으로 이격되어 제공될 수 있다. 일 예로, 도 1a 및 도 1b에서 도시한 바와 같이, 제 1 전극층(104)은 필름(102)의 아래쪽으로 이격되어 제공될 수 있다. 제 1 전극층(104)이 필름(102)으로부터 일정한 간격만큼 이격되어, 전압이 인가될 때 필름(102) 및 반사층(103)이 휘어질 공간이 확보될 수 있다. 제 1 전극층(104)은 전도성 있는 소재로 구성될 수 있다.

제 2 전극층(105)은 필름(102)으로부터 상기 일방향의 반대방향으로 이격되어 제공될 수 있다. 일 예로, 도 1a 및 도 1b에서 도시한 바와 같이, 제 2 전극층(105)은 필름(102)의 위쪽으로 이격되어 제공될 수 있다. 제 2 전극층(105)이 필름(102)으로부터 일정한 간격만큼 이격되어, 전압이 인가될 때 필름(102) 및 반사층(103)이 휘어질 공간이 확보될 수 있다. 제 2 전극층(105)은 전도성 있는 소재로 구성될 수 있다. 또한, 제 2 전극층(105)은 입사광의 파장에 따라 투과도가 높은 소재로 구성될 수 있다. 예를 들어 입사광이 가시광선인 경우, 제 2 전극층(105)은 ITO(인듐 주석 산화물, Indium Tin Oxide), 그래핀(Graphene), 은나노선(Silver nano-wire) 등의 투명전극소재로 구성될 수 있다.

반사층(103)은 평판 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 도 1b에서 도시한 바와 같이, 반사층(103)은 원판 형태일 수 있다. 반사층(103)은 필름(102) 상(on)에 제공될 수 있다. 일 예로, 도 1a 및 도 1b에서 도시한 바와 같이, 반사층(103)은 필름(102) 윗면에 부착될 수 있다. 반사층(103)은 전도성 및 유연성이 있고, 빛을 반사할 수 있는 소재로 구성될 수 있다. 반사층(103)은 입사광의 파장에 따라 소재 및 구조(예를 들어, 다층 구조)가 다를 수 있다. 예를 들어 입사광이 가시광선인 경우, 반사층(103)은 금속 소재로 구성될 수 있다. 반사층(103)이 금속 소재로 구성될 경우, 반사층(103)은 접지 전극으로 사용될 수 있다. 반사층(103)에 전압이 인가되지 않는 경우, 반사형 초점 가변 미러(100)는 평평한 미러와 동일 또는 유사하여, 입사광을 그대로 반사시킬 수 있다. 반사층(103)에 전압이 인가되는 경우에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 후술하기로 한다.

프레임(101)은 중공형 기둥 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 도 1a 및 도 1b에서 도시한 바와 같이, 프레임(101)은 아랫면이 닫힌 중공형 원기둥 형태일 수 있다. 프레임(101)은 필름(102), 반사층(103), 제 1 전극층(104) 및 제 2 전극층(105)을 고정할 수 있다. 일 예로, 필름(102), 반사층(103), 제 1 전극층(104) 및 제 2 전극층(105)의 가장자리 부분들을 고정할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(100)에 전압(V1, V2)이 인가된 경우의 형태 변화를 도시하는 단면도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 실선은 입사광(IL)을 나타내고, 파선은 반사광(RL)을 나타낸다.

도 2a를 참조하면, 반사층(103)과 제 1 전극층(104) 사이에 전압(V1)을 인가한 경우, 반사층(103)과 제 1 전극층(104) 사이에 정전기적 인력이 작용할 수 있다. 이에 따라, 필름(102) 및 반사층(103)이 제 1 전극층(104)을 향하는 방향으로 곡면 형태로 휘어지게 된다. 이에 따라, 반사형 초점 가변 미러(100)는 반사광(RL)을 집속하는 오목 미러 역할을 할 수 있다.

도 2b를 참조하면, 반사층(103)과 제 2 전극층(105) 사이에 전압(V2)을 인가한 경우, 반사층(103)과 제 2 전극층(105) 사이에 정전기적 인력이 작용할 수 있다. 이에 따라, 필름(102) 및 반사층(103)이 제 2 전극층(105)을 향하는 방향으로 곡면 형태로 휘어지게 된다. 이에 따라, 반사형 초점 가변 미러(100)는 반사광(RL)이 퍼져나가게 하는 볼록 미러 역할을 할 수 있다.

오목 미러 또는 볼록 미러 구동 각각에서, 인가되는 전압(V1, V2)의 크기에 따라 필름(102) 및 반사층(103)이 휘어지는 정도가 달라지므로, 반사광(RL)을 집속하거나 퍼져나가게 하는 각도를 조절할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 전극층(205)의 평면도이다.

도 3b는 도 3a의 제 2 전극층(205)을 포함하는 반사형 초점 가변 미러(200)의 사시도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 반사형 초점 가변 미러(200)의 제 2 전극층(205)은 메쉬 모양 패턴을 가진 형태로 제공될 수 있다. 이 때, 메쉬 모양 패턴 사이의 제 1 개구(202)들을 통해 빛이 반사층(103)으로 입사될 수 있다. 따라서, 제 2 전극층(205)을 입사광의 파장에 대해 투과도가 높은 소재뿐만 아니라 입사광이 투과하지 못하는 금속 소재(예를 들어, 금 또는 은)로도 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(300)를 나타낸 단면도이다.

도 4의 반사형 초점 가변 미러(300)에서, 도 1a 내지 도 1b를 참조하여 설명한 반사형 초점 가변 미러(100)와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용할 수 있고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 반사형 초점 가변 미러(300)는 지지기판(108)을 더 포함할 수 있다.

지지기판(108)은 평판 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 지지기판(108)은 원판 형태일 수 있다. 지지기판(108)은 제 1 전극층(104) 및 제 2 전극층(105) 중 어느 하나에 부착될 수 있다. 일 예로, 도 4에서 도시한 바와 같이, 지지기판(108)은 제 2 전극층(105) 윗면에 부착될 수 있다. 지지기판(108)이 제 2 전극층(105)에 부착될 경우, 지지기판(108)은 입사광의 파장에 따라 투과도가 높은 소재로 구성될 수 있다. 또한, 지지기판(108)이 제 2 전극층(105)에 부착될 경우, 제 2 전극층(105)이 보다 얇은 박막 형태로 제공될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(400)를 나타낸 단면도이다.

도 5의 반사형 초점 가변 미러(400)에서, 도 1a 내지 도 1b를 참조하여 설명한 반사형 초점 가변 미러(100)와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용할 수 있고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 반사형 초점 가변 미러(400)는 제 3 전극층(106)을 더 포함할 수 있다.

제 3 전극층(106)은 평판 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 제 3 전극층(106)은 원판 형태일 수 있다. 제 3 전극층(106)은 필름(102)의 아랫면에 부착될 수 있다. 제 3 전극층(106)은 전도성 및 유연성 있는 소재로 구성될 수 있다.

제 3 전극층(106)이 필름(102)의 아랫면에 부착되고 제 1 전극층(104)과 제 3 전극층(106) 사이에 특정 전압을 인가하는 경우, 도 2a에서 도시한 바와 같이 제 1 전극층(104)과 반사층(103) 사이에 같은 크기의 전압을 인가하는 경우보다, 전압이 인가된 층 사이에 작용하는 정전기적 인력을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 도 5의 반사형 초점 가변 미러(400)는 상술한 반사형 초점 가변 미러(100 및/또는 200)에 비해 더 낮은 구동 전압으로 초점을 변화시킬 수 있다.

또한, 필름(102)이 전기활성 폴리머로 구성될 경우, 반사층(103) 및 제 3 전극층(106)에 전압을 인가하면 필름(102)이 휘어지는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 필름(102)을 전기활성 폴리머로 구성하는 경우, 필름(102)이 전기활성 폴리머로 구성되지 않은 경우와 비교할 때, 더 낮은 구동 전압으로 초점을 변화시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(500)를 나타낸 단면도이다.

도 6의 반사형 초점 가변 미러(500)에서, 도 1a 내지 도 1b를 참조하여 설명한 반사형 초점 가변 미러(100)와 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용할 수 있고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 반사형 초점 가변 미러(500)는 제 4 전극층(107)을 더 포함할 수 있다.

제 4 전극층(107)은 평판 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 제 4 전극층(107)은 원판 형태일 수 있다. 제 4 전극층(107)은 필름(102) 및 반사층(103) 사이에 제공될 수 있다. 제 4 전극층(107)은 전도성 및 유연성 있는 소재로 구성될 수 있다. 제 4 전극층(107)은 반사층(103)이 전도성 없는 소재로 구성된 경우에 반사층(103)의 전극 역할을 대신할 수 있다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(600)를 나타낸 단면도이다.

도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 초점 가변 미러(600)를 나타낸 사시도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 반사형 초점 가변 미러(600)의 제 2 전극층(605)은 링 형상으로 제공될 수 있다. 일 예로, 도 7b에서 도시한 바와 같이, 제 2 전극층(605)은 원형 링 형상일 수 있다. 다시 말해, 제 2 전극층(605)은 중앙 영역에 제 2 개구(602)를 포함할 수 있다. 이 때, 제 2 전극층(605)의 제 2 개구(602)를 통해 빛이 반사층(103)으로 입사될 수 있다. 링 형상의 제 2 전극층(605)은 입사광의 투과도를 향상시킬 수 있다. 반사형 초점 가변 미러(600)는 도 4의 지지기판(108), 도 5의 제 3 전극층(106) 및 도 6의 제 4 전극층(107) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

100, 200, 300, 400, 500, 600 : 반사형 가변 초점 미러
101 : 프레임
102 : 필름
103 : 반사층
104 : 제 1 전극층
105, 205, 605 : 제 2 전극층
106 : 제 3 전극층
107 : 제 4 전극층
108 : 지지기판
202 : 제 1 개구, 602 : 제 2 개구

Claims (10)

1. 필름;
   상기 필름으로부터 일방향으로 이격된 제 1 전극층;
   상기 필름으로부터 상기 일방향의 반대방향으로 이격된 제 2 전극층;
   상기 필름 상에 제공되는 반사층;
   상기 필름, 상기 제 1 전극층, 상기 제 2 전극층 및 상기 반사층을 지지하는 프레임을 포함하는,
   반사형 초점 가변 미러.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 전극층이 메쉬 모양 패턴을 가지는 반사형 초점 가변 미러.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 전극층이 링 형상인 반사형 초점 가변 미러.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 필름이 전기활성 폴리머로 형성되는 반사형 초점 가변 미러.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 전극층이 ITO(Indium Tin Oxide), 그래핀, 은나노선 중 어느 하나로 형성되는 반사형 초점 가변 미러.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 전극층 윗면에 제공되는 지지기판을 더 포함하는 반사형 초점 가변 미러.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 필름 아랫면에 제공되는 제 3 전극층을 더 포함하는 반사형 초점 가변 미러.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 필름과 상기 반사층 사이에 제공되는 제 4 전극층을 더 포함하는 반사형 초점 가변 미러.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 전극층이 금속 소재로 형성되는 반사형 초점 가변 미러.
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극층 윗면에 제공되는 지지기판;
    상기 필름 아랫면에 제공되는 제 3 전극층; 및
    상기 필름과 상기 반사층 사이에 제공되는 제 4 전극층 중 적어도 하나를 더 포함하는 반사형 초점 가변 미러.
    

Images