KR102225501B1 - Vari-focal liquid lens capable of controlling aberration - Google Patents
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Abstract
수차 제어가 가능한 초점 가변 액체 렌즈가 개시된다.
이 액체 렌즈에서 챔버는 유압 방식의 액체 렌즈에서 렌즈 역할을 수행하는 액체를 수용한다. 하부 기판은 상기 챔버에 장착되어 상기 액체의 하부를 밀봉하고, 표면막은 상기 액체의 상부를 덮도록 상기 챔버에 장착된다. 제1 탄성막은 상기 액체에 압력을 가할 수 있도록 상기 챔버에 장착되고, 구동부는 상기 제1 탄성막을 구동한다. Disclosed is a variable focus liquid lens capable of controlling aberration.
In this liquid lens, the chamber contains a liquid that acts as a lens in a hydraulic liquid lens. A lower substrate is mounted in the chamber to seal the lower portion of the liquid, and a surface film is mounted in the chamber to cover the upper portion of the liquid. A first elastic layer is mounted in the chamber to apply pressure to the liquid, and a driving unit drives the first elastic layer.
Description
본 발명은 수차 제어가 가능한 초점 가변 액체 렌즈에 관한 것이다.The present invention relates to a variable focus liquid lens capable of controlling aberration.
광학 시스템에서 렌즈의 광학 특성은 이미지의 품질을 결정짓는 매우 중요한 요소이다. 이러한 렌즈를 사용할 때 수차가 보정되지 않을 경우 이미지가 촬상면에 제대로 맺히지 않아 이미지의 열화가 일어나고, 원하는 이미지를 선명하게 얻을 수가 없다. In an optical system, the optical properties of a lens are a very important factor in determining the quality of an image. When such a lens is used, if aberration is not corrected, the image is not properly formed on the image pickup surface, resulting in image deterioration, and the desired image cannot be obtained clearly.
일반적으로, 광학 시스템은 수차를 보정하기 위해 다수의 고체 렌즈가 필요하며, 각각의 렌즈는 렌즈군으로 설계되거나 비구면 렌즈를 이용하여 수차를 최소화한다. 고성능 비구면 렌즈의 경우 레일리 기준을 바탕으로 제작되며, 이는 파장의 0.07배(λ/14) 정도의 RMS(Root Mean Square) 파면 오차값을 가진다. In general, an optical system requires a plurality of solid lenses to correct aberrations, and each lens is designed as a lens group or aspheric lenses are used to minimize aberrations. In the case of a high-performance aspherical lens, it is manufactured based on the Rayleigh standard, which has a root mean square (RMS) wavefront error value of about 0.07 times (λ/14) of the wavelength.
그러나, 비구면 렌즈의 경우 고성능에 필요한 표면 프로파일을 제작하기가 어렵고 단가가 높다. 또한, 비구면 렌즈를 사용하더라도 초점 거리가 고정되어 있기 때문에 초점 거리 가변 광학 시스템을 제작할 경우 여러 매의 렌즈를 결합하여 렌즈군 사이의 거리를 기계적으로 조정해야 한다. 이로 인해, 고체 렌즈의 경우 렌즈의 특성상 하나의 특정 초점 거리에서만 수차가 낮고, 초점 거리가 바뀌면 수차가 증가하게 된다. 현재는 이러한 수차들을 초점 거리가 고정된 렌즈들을 이용하여 보상하려고 하기 때문에 광학 시스템을 설계함에 있어 부피와 속도 등의 희생이 불가피하다.However, in the case of an aspherical lens, it is difficult to manufacture a surface profile required for high performance and the cost is high. In addition, since the focal length is fixed even when an aspherical lens is used, when a variable focal length optical system is manufactured, the distance between the lens groups must be mechanically adjusted by combining several lenses. For this reason, in the case of a solid lens, aberration is low only at one specific focal length due to the characteristics of the lens, and aberration increases when the focal length is changed. Currently, since these aberrations are compensated using lenses with a fixed focal length, sacrifices such as volume and speed are inevitable in designing an optical system.
한편, 기계적인 움직임 없이 초점 가변을 할 수 있는 대표적인 방법이 액체렌즈를 이용하는 방식이다. 여기서, 액체 렌즈는 액체를 사용하여 렌즈를 제작하고, 렌즈의 표면 곡률을 변화시켜 초점 거리를 변화시킬 수 있는 기술이다. On the other hand, a representative method that can change focus without mechanical movement is a method using a liquid lens. Here, the liquid lens is a technology capable of manufacturing a lens using a liquid and changing the focal length by changing the surface curvature of the lens.
액체 렌즈는 고속으로 초점이 변한다는 특성으로 기존 고체 렌즈로 구성된 광학 시스템의 한계를 뛰어 넘을 수 있기 때문에 Optotune, Corning Varioptic, Bosch 등 다양한 기업에서 초점 가변 렌즈 시장을 형성하고 있다. Because liquid lenses change their focus at high speed, they can overcome the limitations of conventional optical systems composed of solid lenses, so various companies such as Optotune, Corning Varioptic, and Bosch are forming the variable focus lens market.
이러한 액체 렌즈의 구동 방식으로는 대표적으로 전기 습윤 방식, 유압 방식 등이 있다. 전기 습윤 방식의 액체 렌즈의 경우 고속으로 초점 조절이 가능하지만 동작 특성상 소형 렌즈로만 제작이 가능하기 때문에, 다양한 크기의 액체 렌즈를 구현하기 위해서는 유압 방식이 유리하다. 유압 방식의 액체 렌즈의 경우 액체를 주입하여 렌즈 표면에 해당하는 표면막의 형상을 변화시켜서 초점을 조절한다. As a driving method of such a liquid lens, there are typically an electrowetting method, a hydraulic method, and the like. In the case of a liquid lens of the electrowetting method, focus can be adjusted at high speed, but because it can be manufactured only with a small lens due to its operating characteristics, a hydraulic method is advantageous in order to implement a liquid lens of various sizes. In the case of a hydraulic liquid lens, the focus is adjusted by injecting liquid to change the shape of the surface film corresponding to the lens surface.
이러한 장점에도 불구하고 초점 가변 액체 렌즈는 대중적으로 사용되지 못하고 있는데, 가장 큰 이유는 수차로 인한 신뢰도 문제이다. 현재 상용화되고 있는 액체 렌즈의 경우 기본적으로 액체의 표면 형상을 그대로 이용하기 때문에 구면을 띄고 있고, 그로 인해 수차가 고체 렌즈에 비해서 상당히 높은 편이다. 또한, 액체의 경우 형상이 변할 수 있기 때문에 중력의 영향을 받으면 모양이 변하여 액체렌즈를 세워서 사용할 경우 y축 코마 수차가 크게 발생하게 된다. 따라서, 이러한 수차로 인한 성능 저하로 이미지 열화가 일어나고 고품질 이미지를 요구하는 분야에서는 널리 사용되지 못한다는 단점이 있다. Despite these advantages, a variable focus liquid lens has not been widely used, and the main reason is a reliability problem due to aberration. Liquid lenses that are currently commercially available basically have a spherical surface because they use the surface shape of the liquid as it is, and thus, aberrations are considerably higher than that of solid lenses. In addition, since the shape of a liquid may change, the shape of the liquid changes under the influence of gravity, and when the liquid lens is used upright, a large y-axis coma aberration occurs. Accordingly, there is a disadvantage in that image deterioration occurs due to performance degradation due to such aberration and cannot be widely used in a field requiring a high-quality image.
따라서, 기존의 액체 렌즈가 가지고 있는 고속 초점 가변 특성을 유지하면서도 수차가 적은 렌즈가 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a lens with less aberration while maintaining the high-speed focus variable characteristic of the conventional liquid lens.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고속 초점 가변 특성을 유지하면서도 수차가 적은 수차 제어가 가능한 초점 가변 액체 렌즈를 제공한다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a variable focus liquid lens capable of controlling aberration with little aberration while maintaining a high-speed focus variable characteristic.
본 발명의 하나의 특징에 따른 초점 가변 액체 렌즈는,A variable focus liquid lens according to one feature of the present invention,
유압 방식의 액체 렌즈에서 렌즈 역할을 수행하는 액체를 수용하는 챔버; 상기 챔버에 장착되어 상기 액체의 하부를 밀봉하는 하부 기판; 상기 액체의 상부를 덮도록 상기 챔버에 장착된 표면막; 상기 액체에 압력을 가할 수 있도록 상기 챔버에 장착된 제1 탄성막; 및 상기 제1 탄성막을 구동하기 위한 구동부를 포함한다.A chamber for accommodating a liquid serving as a lens in a hydraulic liquid lens; A lower substrate mounted in the chamber to seal a lower portion of the liquid; A surface film mounted in the chamber to cover the upper portion of the liquid; A first elastic film mounted in the chamber to apply pressure to the liquid; And a driving unit for driving the first elastic film.
여기서, 상기 구동부는, 상기 챔버에 장착되어 구동 전류 공급에 의해 상기 제1 탄성막을 구동하는 초점 조절용 보이스 코일 및 보이스 코일용 마그넷을 포함한다.Here, the driving unit includes a voice coil for focus adjustment and a magnet for a voice coil mounted in the chamber to drive the first elastic film by supplying a driving current.
또한, 상기 초점 가변 액체 렌즈는, 상기 표면막에 장력을 가하도록 상기 챔버에 장착된 제2 탄성막; 및 상기 챔버에 장착되어 구동 전류 공급에 의해 상기 제2 탄성막을 구동하는 수차 조절용 보이스 코일을 더 포함한다.In addition, the variable focus liquid lens, the second elastic film mounted in the chamber to apply a tension to the surface film; And a voice coil mounted in the chamber and configured to drive the second elastic film by supplying a driving current.
또한, 상기 제2 탄성막은 두 개의 탄성막으로 구성되고, 상기 두 개의 탄성막과 상기 챔버에 의해 형성된 공간 내에 수차 보정용 액체가 수용되어 있으며, 상기 두 개의 탄성막 중 하나의 탄성막이 상기 수차 조절용 보이스 코일과 상기 보이스 코일용 마그넷에 의해 구동되어 상기 수차 보정용 액체를 가압하고, 상기 두 개의 탄성막 중 상기 하나의 탄성막을 제외한 나머지 탄성막이 상기 수차 보정용 액체에 의해 가압되어 상기 표면막에 장력을 가한다.In addition, the second elastic film is composed of two elastic films, the aberration correction liquid is accommodated in the space formed by the two elastic films and the chamber, and one of the two elastic films is the voice for adjusting aberration. Driven by a coil and a magnet for voice coil to pressurize the aberration correction liquid, and the other elastic film of the two elastic films other than the one elastic film is pressed by the aberration correction liquid to apply tension to the surface film. .
또한, 상기 표면막은 원형으로 형성되며, 상기 표면막의 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성된다.In addition, the surface film is formed in a circular shape, and is formed to decrease in thickness from the center to the edge of the surface film.
또한, 상기 표면막은 상기 액체와 굴절률이 동일하다.In addition, the surface film has the same refractive index as that of the liquid.
또한, 상기 표면막, 상기 제1 탄성막 및 상기 제2 탄성막은 폴리머 계열의 PDMS(Polydimethylsiloxane) 물질로 이루어진다.In addition, the surface layer, the first elastic layer, and the second elastic layer are made of a polymer-based polydimethylsiloxane (PDMS) material.
또한, 상기 초점 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류의 세기에 따라 상기 표면막의 두께 및 형상을 조절한다.In addition, the thickness and shape of the surface film are adjusted according to the intensity of the driving current supplied to the focus control voice coil.
또한, 상기 초점 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류의 세기가 클수록 상기 표면막이 더 볼록해져 상기 액체 렌즈의 초점 거리가 더 짧아진다.In addition, as the intensity of the driving current supplied to the voice coil for focus adjustment increases, the surface film becomes more convex, so that the focal length of the liquid lens is shorter.
또한, 상기 수차 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류의 세기에 따라 상기 표면막에 가해지는 장력의 세기가 제어된다.In addition, the strength of the tension applied to the surface film is controlled according to the strength of the driving current supplied to the voice coil for adjusting the aberration.
또한, 상기 표면막이 원형으로 형성되는 경우, 원형의 표면막의 가장자리에 가해지는 장력의 세기가 위치마다 다르도록 제어 가능하다.In addition, when the surface film is formed in a circular shape, it is possible to control the strength of the tension applied to the edge of the circular surface film to be different for each position.
또한, 상기 표면막이 수직인 상태가 되도록 상기 액체 렌즈가 세워져 있는 경우, 상기 표면막의 상부 가장자리에 가해지는 장력보다 상기 표면막의 하부 가장자리에 가해지는 장력이 더 크도록 상기 수차 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류가 제어된다.In addition, when the liquid lens is erected so that the surface film is in a vertical state, driving supplied to the voice coil for adjusting aberration so that the tension applied to the lower edge of the surface film is greater than the tension applied to the upper edge of the surface film The current is controlled.
또한, 상기 챔버는 원형으로 형성되고, 상기 하부 기판은 원형의 상기 챔버의 하부를 밀봉하도록 원형으로 형성되며, 상기 표면막은 상기 액체의 상부를 밀봉하도록 원형으로 형성되고, 상기 제1 탄성막은 상기 액체를 하부에서 가압하도록 링 형태로 형성된다.In addition, the chamber is formed in a circular shape, the lower substrate is formed in a circular shape to seal a lower portion of the circular chamber, the surface film is formed in a circular shape to seal the upper portion of the liquid, and the first elastic film is It is formed in a ring shape to pressurize from the bottom.
본 발명에 따르면, 초점 거리 가변 시스템을 제작할 때 적은 수의 렌즈로 효율적인 수차를 제어할 수 있으며, 기계적인 움직임이 필요없기 때문에 전체 광학 시스템을 획기적으로 소형화할 수 있다. According to the present invention, when a system for variable focal length is manufactured, an efficient aberration can be controlled with a small number of lenses, and since no mechanical movement is required, the entire optical system can be remarkably miniaturized.
또한, 표면막의 제어만으로 수차를 제거할 수 있기 때문에 제작 단가를 획기적으로 낮출 수 있다. In addition, since the aberration can be removed only by controlling the surface film, the manufacturing cost can be drastically reduced.
또한, 기존 액체 렌즈가 가지는 광학 특성을 개선하여 기존 광학 시스템의 고체 렌즈를 대체하여 광학 설계를 유연화할 뿐만 아니라 기존 고체 렌즈로는 불가능한 시분할 촬영, 실시간 초점 추적 등의 기능을 탑재한 어플리케이션에도 적용될 수 있다.In addition, by improving the optical properties of the existing liquid lens, it replaces the solid lens of the existing optical system to make the optical design flexible, and it can be applied to applications equipped with functions such as time division shooting and real-time focus tracking, which are impossible with the existing solid lens have.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초점 가변 액체 렌즈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초점 가변 액체 렌즈의 AA' 기준 정단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 액체 렌즈의 초점 조절 원리를 나타낸 도면으로, 저압력에 의해 초점 거리가 긴 경우를 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 액체 렌즈의 초점 조절 원리를 나타낸 다른 도면으로, 고압력에 의해 초점 거리가 짧은 경우를 나타낸다.
도 5는 일반적인 렌즈의 수차 유무에 따른 평행 광선의 광경로를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 액체 렌즈의 수차 조절 원리를 나타낸 도면으로, (a)는 수차 조절 전의 상태를 나타낸 것이고, (b)는 수차 조절 후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초점 가변 액체 렌즈가 세워져 있는 경우 수차 조절 전의 형태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초점 가변 액체 렌즈가 세워져 있는 경우 수차 조절 후의 형태를 도시한 도면이다.1 is a plan view of a variable focus liquid lens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front cross-sectional view of the variable focus liquid lens shown in FIG. 1 based on AA′.
FIG. 3 is a diagram showing a focus control principle of the liquid lens shown in FIG. 2, and shows a case in which the focal length is long due to low pressure.
FIG. 4 is another diagram showing a focus control principle of the liquid lens shown in FIG. 2, and shows a case in which the focal length is short due to high pressure.
5 is a diagram illustrating an optical path of parallel rays according to the presence or absence of aberration of a general lens.
6 is a view showing a principle of adjusting the aberration of the liquid lens shown in FIG. 2, (a) is a diagram showing a state before aberration adjustment, and (b) is a view showing a state after aberration adjustment.
7 is a view showing a form before aberration adjustment when a variable focus liquid lens is erected according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a view showing a form after aberration adjustment when a variable focus liquid lens is erected according to an exemplary embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar 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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit", "... group", and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which can be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초점 가변 액체 렌즈에 대해 설명한다.Hereinafter, a variable focus liquid lens according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초점 가변 액체 렌즈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 초점 가변 액체 렌즈의 AA' 기준 정단면도이다.1 is a plan view of a variable focus liquid lens according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front cross-sectional view of the variable focus liquid lens shown in FIG. 1 based on AA′.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 렌즈(100)는 유압 방식의 액체 렌즈로서, 링 형태의 챔버(105) 내에 수용되어 렌즈 역할을 하는 액체(101), 액체(101)의 상부를 덮는 원형의 표면막(102), 액체(101)의 하부를 밀봉하는 원형의 하부 기판(106), 수차 조절에 사용되는 링 형태의 탄성막(103) 및 보이스 코일(104), 초점 조절에 사용되는 링 형태의 탄성막(110) 및 보이스 코일(111) 및 보이스 코일용 마그넷(112)을 포함한다.1 and 2, a
렌즈 역할을 하는 액체(101)는 챔버(105), 표면막(102), 탄성막(103, 110), 하부 기판(106)에 의해 둘러쌓여 챔버(105) 내에 수용된다. The
링 형태의 탄성막(103)은 챔버(105)에 의해 지지되고, 표면막(102)은 탄성막(103) 사이에 삽입되어 지지된다.The ring-shaped
탄성막(103)은 표면막(102)이 접촉되지 않는 면이 챔버(105)와의 사이에 수차 보정용 액체(107)를 수용하도록 형성된다.The
액체(101)와 표면막(102)의 경우 난반사나 추가적인 광학 수차를 최소화하기 위해 서로 동일하거나 비슷한 굴절률을 가진다.The
표면막(102)의 경우 낮은 탄성계수를 가지는 폴리머 계열의 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 물질이 사용된다. 이때, 렌즈(100)의 가운데 부분은 두껍고 가장자리로 갈수록 얇아지는 형태가 되도록 표면막(102)이 형성된다. 이와 같이, 표면막(102)의 두께가 다를 경우, 구체적으로 중심 부분의 두께가 가장자리에 비해 두꺼울 경우, 동일한 유압을 가했을 때, 렌즈(100)의 표면막(102)이 비구면 렌즈의 형상으로 부풀어 오르는 것이 가능해진다. In the case of the
초점 조절용 탄성막(110) 및 수차 조절용 탄성막(103) 또한 유압에 따라 휘는 성질을 이용해야 되기 때문에 PDMS와 같은 폴리머 계열의 물질이 사용될 수 있다.Since the
도 3은 도 2에 도시된 액체 렌즈의 초점 조절 원리를 나타낸 도면으로, 저압력에 의해 초점 거리가 긴 경우를 나타내고, 도 4는 도 2에 도시된 액체 렌즈의 초점 조절 원리를 나타낸 다른 도면으로, 고압력에 의해 초점 거리가 짧은 경우를 나타낸다.FIG. 3 is a view showing the principle of focusing the liquid lens shown in FIG. 2, showing a case where the focal length is long due to low pressure, and FIG. 4 is another diagram showing the principle of focusing the liquid lens shown in FIG. 2 , This indicates a case where the focal length is short due to high pressure.
도 3을 참조하면, 초점 조절의 경우 보이스 코일용 마그넷(112)과 초점 조절용 보이스 코일(111)을 이용하여 탄성막(110)이 액체(101)에 압력을 가하는 방향으로 휘도록 하면, 액체(101)에 압력이 가해져서 결과적으로 액체(101)의 상부를 덮는 표면막(102)이 부풀어 오른다. 이때, 표면막(102)이 부풀어 오르는 정도에 따라 초점 거리가 변하게 되고 이는 자유롭게 변형이 가능하다. 즉, 도 3의 경우에는 액체(101)에 저압력이 가해지도록 보이스 코일(111)에 공급하는 구동 전류가 낮으면 탄성막(110)에 의해 가해지는 압력이 약해서 표면막(102)이 부풀어 오르는 정도가 작아 초점 거리가 길어진다.Referring to FIG. 3, in the case of focus adjustment, when the
반면에, 도 4를 참조하면, 액체(101)에 고압력이 가해지도록 보이스 코일(111)에 공급하는 구동 전류가 높으면 탄성막(110)에 의해 가해지는 압력이 강해져서 표면막(102)이 많이 부풀어 올라 초점 거리가 짧아진다.On the other hand, referring to FIG. 4, when the driving current supplied to the
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 보이스 코일용 마그넷(112)과 초점 조절용 보이스 코일(111)을 사용하여 탄성막(110)의 휘는 정도를 조절하여 이에 따라 액체(101)에 가해지는 압력이 조절되어 렌즈(100)의 초점 거리를 조절할 수 있다. 즉, 초점 가변이 가능한 액체 렌즈(100)를 제공할 수 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, the degree of bending of the
한편, 렌즈의 수차에 의한 성능을 나타낼 때는 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 파면 오차율을 위치 별로 측정하여 wavefront error를 RMS(Root M0ean Square) 값으로 구하고, 파장에 대한 비율을 계산하여 λ/14 이하가 되면 ‘무수차 수준’ 이라고 말한다. On the other hand, when indicating the performance due to the aberration of the lens, as shown in Fig. 5, the wavefront error rate is measured for each location, the wavefront error is calculated as RMS (Root M0ean Square) value, and the ratio to the wavelength is calculated to be less than λ/14 When it becomes, it is said to be'the anhydrous level'.
일반적인 유압 방식의 액체 렌즈의 경우 두께가 일정한 렌즈 표면막을 사용하기 때문에 특정 초점에서만 수차가 최소화되고 초점 거리를 가변함에 따라 수차가 매우 증가하게 된다. 또한, 중력으로 인해 렌즈를 세웠을 경우, 렌즈 아랫 부분으로 액체가 쏠리게 되고, 이로 인해 파면이 틀어지게 되고 렌즈를 통과한 광선들이 한 점에 모이지 않아 수차가 발생하게 된다. In the case of a general hydraulic type liquid lens, since a lens surface film having a constant thickness is used, aberrations are minimized only at a specific focal point, and aberrations are greatly increased as the focal length is varied. In addition, when the lens is erected due to gravity, the liquid is focused to the lower part of the lens, which causes the wavefront to be distorted, and the light rays passing through the lens do not collect at one point, resulting in aberration.
도 6은 도 2에 도시된 액체 렌즈의 수차 조절 원리를 나타낸 도면으로, (a)는 수차 조절 전의 상태를 나타낸 것이고, (b)는 수차 조절 후의 상태를 나타낸 도면이다. 6 is a view showing the principle of aberration adjustment of the liquid lens shown in FIG. 2, (a) is a diagram showing a state before aberration adjustment, and (b) is a diagram showing a state after aberration adjustment.
도 6의 (a)를 참조하면, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 보이스 코일용 마그넷(112)과 초점 조절용 보이스 코일(111)을 사용하여 액체(101)에 고압력을 가하여 표면막(102)이 부풀어 오르도록 하여 초점 거리가 짧아지도록 초점 조절이 수행된 후에 표면막(102)의 두께와 형태를 변형시켜서 수차를 제어할 수 있다. Referring to (a) of FIG. 6, as described with reference to FIG. 4, by applying a high pressure to the liquid 101 using a
도 6의 (b)를 참조하면, 수차 조절의 경우 보이스 코일용 마그넷(112)과 수차 조절용 보이스 코일(104)을 이용하여 탄성막(103), 구체적으로는 탄성막(103-1)이 수차 보정용 액체(107)에 압력을 가하는 방향으로 휘도록 하면, 수차 보정용 액체(107)에 압력이 가해지고 이로 인해 탄성막(103-2)이 표면막(102)에 장력을 가하는 형태로 휘어져서 표면막(102)의 두께와 형태가 변형될 수 있다.Referring to FIG. 6B, in the case of aberration control, the
이때, 수차 조절용 보이스 코일(104)에 가해지는 전압의 크기를 조절함으로써 표면막(102)에 가해지는 장력이 조절되어 결과적으로 수차가 자유롭게 조절될 수 있다. 즉, 수차 조절이 가능한 액체 렌즈(100)를 제공할 수 있다.At this time, the tension applied to the
이상의 경우, 액체 렌즈(100)의 표면막(102)이 수평 방향으로 ?뗄㈐? 있어 링 형태의 탄성막(103)을 동일하게 제어하여 표면막(102)의 중심 부분을 중심으로 외측이 동일하게 수차 제어되는 경우에 대해 설명하였다. 즉, 표면막(102)에 의해 형성되는 액체 렌즈(100)의 파면이 틀어지지 않는 경우를 의미한다.In the above case, the
그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(100)가 세워져 있는 경우, 즉, 표면막(102)이 수직 방향으로 놓여지는 경우에는 중력에 의해 액체(101)가 아래로 쏠리게 되어 표면막(102)의 아랫 부분이 더 부풀어져서 윗 부분보다 두께가 얇아지는 등 모양이 변하여 y축 코마 수차가 크게 발생하게 된다.However, as shown in FIG. 7, when the
따라서, 이러한 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(100)의 윗 부분에 위치하게 되는 수차 조절용 보이스 코일(104-1)과 아랫 부분에 위치하게 되는 수차 조절용 보이스 코일(104-2)에 각각 전류를 다르게 공급하면, 아랫 부분과 윗 부분에 위치하게 되는 수차 보정용 액체(107-1, 107-2)에 각각 다른 유압이 가해지게 되고, 이로 인해 표면막(102)의 윗 부분과 아랫 부분에 각각 다른 장력이 가해질 수 있다. Therefore, in this case, as shown in FIG. 8, the aberration control voice coil 104-1 positioned at the upper part of the
이를 이용하여, 액체 렌즈(100)가 세워져 있는 경우, 윗 부분에 위치하는 수차 보정용 보이스 코일(104-1)에 전류를 많이 공급해서 탄성막(103-11)이 많이 변형을 일으키게 만들고, 아랫 부분에 위치하는 수차 보정용 보이스 코일(104-2)에 전류를 적게 공급해서 탄성막(103-21)의 변형이 조금만 일어나게 만들면, 결과적으로 윗 부분에 위치한 수차 보정용 액체(107-1)와 아랫 부분에 위치한 수차 보정용 액체(107-2)의 압력 차이에 의해 표면막(102)의 윗 부분에 높은 장력이 가해지고 아랫 부분에는 낮은 장력이 가해져서 표면막(102)이 세워져 있음에도 불구하고 중력에 의한 수차가 제어될 수 있다. 즉, 액체 렌즈(100)가 세워져 있는 경우에도, 표면막(102)에 가해지는 윗 부분과 아랫 부분의 장력을 다르게 조절함으로써, 표면막(102)에 의해 형성되는 액체 렌즈(100)의 파면이 틀어지는 것을 방지함으로써 렌즈를 통과한 광선들이 한 점에 모이지 않아 발생되는 수차를 방지할 수 있다.By using this, when the
한편, 원형의 표면막(102)이 세워져 있을 때 원형의 표면막(102)의 360도 가장자리에 각각 가해지는 장력은 서로 다를 수 있다. 따라서, 액체 렌즈(100)의 설계 형태나 특성에 따라 표면막(102)의 360도 가장자리에 각각 장력을 가하기 위해 링 형태의 수차 보정용 보이스 코일(104)에 인가되는 전압이 미리 설정되어야 하는 것에 대해 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 것이다.Meanwhile, when the
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 by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (13)
상기 챔버에 장착되어 상기 액체의 하부를 밀봉하는 하부 기판;
상기 액체의 상부를 덮도록 상기 챔버에 장착된 표면막;
상기 액체에 압력을 가할 수 있도록 상기 챔버에 장착된 제1 탄성막; 및
상기 제1 탄성막을 구동하기 위한 구동부;
상기 표면막의 형상 직접 변형시키기 위해 상기 표면막에 직접 장력을 가하도록 상기 챔버에 장착된 제2 탄성막; 및
상기 챔버에 장착되어 구동 전류 공급에 의해 상기 제2 탄성막이 상기 표면막에 직접 장력을 가하도록 구동하는 수차 조절용 보이스 코일
을 포함하는 초점 가변 액체 렌즈.A chamber for accommodating a liquid serving as a lens in a hydraulic liquid lens;
A lower substrate mounted in the chamber to seal a lower portion of the liquid;
A surface film mounted in the chamber to cover the upper portion of the liquid;
A first elastic film mounted in the chamber to apply pressure to the liquid; And
A driving unit for driving the first elastic film;
A second elastic film mounted in the chamber to directly apply tension to the surface film in order to directly deform the shape of the surface film; And
A voice coil for adjusting aberration that is mounted in the chamber and drives the second elastic film to directly apply tension to the surface film by supplying a driving current
Variable focus liquid lens comprising a.
상기 구동부는,
상기 챔버에 장착되어 구동 전류 공급에 의해 상기 제1 탄성막을 구동하는 초점 조절용 보이스 코일 및 보이스 코일용 마그넷을 포함하는,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 1,
The driving unit,
Comprising a focus adjustment voice coil and a magnet for a voice coil mounted in the chamber to drive the first elastic film by supplying a driving current,
Variable focus liquid lens.
상기 제2 탄성막은 두 개의 탄성막으로 구성되고,
상기 두 개의 탄성막과 상기 챔버에 의해 형성된 공간 내에 수차 보정용 액체가 수용되어 있으며,
상기 두 개의 탄성막 중 하나의 탄성막이 상기 수차 조절용 보이스 코일과 상기 보이스 코일용 마그넷에 의해 구동되어 상기 수차 보정용 액체를 가압하고,
상기 두 개의 탄성막 중 상기 하나의 탄성막을 제외한 나머지 탄성막이 상기 수차 보정용 액체에 의해 가압되어 상기 표면막에 장력을 가하는,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 2,
The second elastic membrane is composed of two elastic membranes,
A liquid for correcting aberration is accommodated in the space formed by the two elastic films and the chamber,
One of the two elastic membranes is driven by the aberration adjusting voice coil and the voice coil magnet to pressurize the aberration correction liquid,
The elastic film other than the one of the two elastic films is pressed by the aberration correction liquid to apply tension to the surface film,
Variable focus liquid lens.
상기 표면막은 원형으로 형성되며, 상기 표면막의 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성된, 초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 4,
The surface film is formed in a circular shape, the focus variable liquid lens formed so as to decrease in thickness from the center to the edge of the surface film.
상기 표면막은 상기 액체와 굴절률이 동일한,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 5,
The surface film has the same refractive index as the liquid,
Variable focus liquid lens.
상기 표면막, 상기 제1 탄성막 및 상기 제2 탄성막은 폴리머 계열의 PDMS(Polydimethylsiloxane) 물질로 이루어진,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 5,
The surface layer, the first elastic layer, and the second elastic layer are made of a polymer-based polydimethylsiloxane (PDMS) material,
Variable focus liquid lens.
상기 초점 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류의 세기에 따라 상기 표면막의 두께 및 형상을 조절하는,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 2,
Adjusting the thickness and shape of the surface film according to the intensity of the driving current supplied to the focus control voice coil,
Variable focus liquid lens.
상기 초점 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류의 세기가 클수록 상기 표면막이 더 볼록해져 상기 액체 렌즈의 초점 거리가 더 짧아지는,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 8,
As the intensity of the driving current supplied to the focus adjusting voice coil increases, the surface film becomes more convex, so that the focal length of the liquid lens becomes shorter,
Variable focus liquid lens.
상기 수차 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류의 세기에 따라 상기 표면막에 가해지는 장력의 세기가 제어되는,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 2,
The strength of the tension applied to the surface film is controlled according to the strength of the driving current supplied to the voice coil for adjusting the aberration,
Variable focus liquid lens.
상기 표면막이 원형으로 형성되는 경우, 원형의 표면막의 가장자리에 가해지는 장력의 세기가 위치마다 다르도록 제어 가능한,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 9,
When the surface film is formed in a circular shape, it is possible to control the strength of the tension applied to the edge of the circular surface film to be different for each position,
Variable focus liquid lens.
상기 표면막이 수직인 상태가 되도록 상기 액체 렌즈가 세워져 있는 경우, 상기 표면막의 상부 가장자리에 가해지는 장력보다 상기 표면막의 하부 가장자리에 가해지는 장력이 더 크도록 상기 수차 조절용 보이스 코일에 공급되는 구동 전류가 제어되는,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 11,
When the liquid lens is erected so that the surface film is in a vertical state, the driving current supplied to the voice coil for adjusting aberration is higher so that the tension applied to the lower edge of the surface film is greater than the tension applied to the upper edge of the surface film. Controlled,
Variable focus liquid lens.
상기 챔버는 원형으로 형성되고, 상기 하부 기판은 원형의 상기 챔버의 하부를 밀봉하도록 원형으로 형성되며, 상기 표면막은 상기 액체의 상부를 밀봉하도록 원형으로 형성되고, 상기 제1 탄성막은 상기 액체를 하부에서 가압하도록 링 형태로 형성된,
초점 가변 액체 렌즈.The method of claim 1,
The chamber is formed in a circular shape, the lower substrate is formed in a circular shape to seal the lower part of the circular chamber, the surface film is formed in a circular shape to seal the upper portion of the liquid, and the first elastic film contains the liquid in the lower part. Formed in a ring shape to pressurize in,
Variable focus liquid lens.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005215620A (en) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Ricoh Co Ltd | Optical element and optical pickup device |
US20100276493A1 (en) * | 2009-04-29 | 2010-11-04 | Hand Held Products, Inc. | Laser scanner with deformable lens |
JP2010539520A (en) | 2007-08-11 | 2010-12-16 | オプトチューン アクチエンゲゼルシャフト | Liquid lens system |
JP2016525718A (en) | 2013-07-26 | 2016-08-25 | ノールズ エレクトロニクス,リミテッド ライアビリティ カンパニー | Optical apparatus and method |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10268110A (en) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Kenichi Suzuki | Lens |
KR101458563B1 (en) * | 2008-01-11 | 2014-11-07 | 삼성전기주식회사 | Varifocal Lens |
KR20130020263A (en) * | 2011-08-19 | 2013-02-27 | 최현환 | Electro-adaptive fluidic lens using elastic transparent membrane mimicking eyes-lens |
WO2016173620A1 (en) * | 2015-04-28 | 2016-11-03 | Optotune Ag | Contact and intraocular lenses comprising an adjustable focus length |
-
2019
- 2019-04-05 KR KR1020190040165A patent/KR102225501B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005215620A (en) * | 2004-02-02 | 2005-08-11 | Ricoh Co Ltd | Optical element and optical pickup device |
JP2010539520A (en) | 2007-08-11 | 2010-12-16 | オプトチューン アクチエンゲゼルシャフト | Liquid lens system |
US20100276493A1 (en) * | 2009-04-29 | 2010-11-04 | Hand Held Products, Inc. | Laser scanner with deformable lens |
JP2016525718A (en) | 2013-07-26 | 2016-08-25 | ノールズ エレクトロニクス,リミテッド ライアビリティ カンパニー | Optical apparatus and method |
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