KR102285966B1

KR102285966B1 - 탄성체렌즈를 이용한 광학장치

Info

Publication number: KR102285966B1
Application number: KR1020200018295A
Authority: KR
Inventors: 경기욱; 윤정환; 현규진; 마지형; 박성용
Original assignee: 주식회사 에덴룩스; 한국과학기술원
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-05

Abstract

본 발명은 탄성체렌즈를 이용한 광학장치에 관한 것으로, 하우징과, 투과광의 초점거리를 가변될 수 있는 렌즈본체와 렌즈본체의 원주방향을 따라 마련된 렌즈플랜지를 가지고 판면방향을 따라 직경의 변화가 가능한 탄성체렌즈와, 탄성체렌즈를 원주방향을 따라 고리상으로 둘러싸며 탄성체렌즈에 대해 판면 내에서 상대 회전이 가능한 구동디스크와, 구동디스크의 상대 회전을 탄성체렌즈의 직경변화로 전환하여 전달하는 전동부와, 일단이 하우징에 고정되고 타단이 구동디스크에 연결되어 인가되는 구동전류에 의해 신축 가능한 적어도 하나의 구동바아와, 구동바아에 구동전류를 제공하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

탄성체렌즈를 이용한 광학장치{Optical device using elastic lens}

본 발명은 탄성체렌즈를 이용한 광학장치에 관한 것이다.

종래의 광학장치는 유리로 만든 광학렌즈와 렌즈구동장치로 구성되어 광학렌즈 사이의 위치 변화를 통해 초점을 조절하였다. 이러한 초점 조절 방법은 다수개의 광학렌즈와 렌즈구동장치가 필수적으로 요구되어 전체적인 광학장치의 부피 증가에 따른 소형화의 어려움이 있었다.

반면 탄성체렌즈는 렌즈자체의 두께를 변화시켜 좁은 공간에서도 초점 조절이 가능하여 기존의 유리렌즈를 이용한 광학장치에서 발생된 초점 조절을 위한 장치의 부피증가 문제를 개선할 수 있다는 점에서 다양한 분야에 적용이 가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 탄성체렌즈의 초점 조절에 필요한 장치의 부피를 최소화하면서 정확하게 초점을 조절할 수 있는 탄성체렌즈를 이용한 광학장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 탄성체렌즈를 이용한 광학장치에 있어서, 하우징과, 투과광의 초점거리를 가변될 수 있도록 렌즈본체와 상기 렌즈본체의 원주방향을 따라 마련된 렌즈플랜지를 가지고 판면방향을 따라 직경의 변화가 가능한 탄성체렌즈와, 상기 탄성체렌즈를 원주방향을 따라 고리상으로 둘러싸며 상기 탄성체렌즈에 대해 판면 내에서 상대 회전이 가능한 구동디스크와, 상기 구동디스크의 상대 회전을 상기 탄성체렌즈의 직경변화로 전환하여 전달하는 전동부와, 일단이 상기 하우징에 고정되고 타단이 상기 구동 디스크에 연결되어 인가되는 구동전류에 의해 신축 가능한 적어도 하나의 구동바아와, 상기 구동바아에 구동전류를 제공하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 탄성체렌즈를 이용한 광학장치에 의해 달성된다.

그리고 상기 전동부는 상기 렌즈플랜지에 연결된 연동부와, 상기 하우징의 일측에 마련되어 상기 연동부의 상대이동을 허용하는 제1가이드부와, 상기 구동디스크에 마련되어 상기 연동부와 맞물리며 상기 구동디스크의 회전 운동시 상기 연동부의 반경방향 위치가 점진적으로 변화하도록 제2가이드부를 더 포함할 수 있다.

다음으로 상기 구동바아는 형상기억합금 소재로 된 코일 형상을 가지며, 상기 구동바아를 상기 구동디스크의 원주방향을 따라 안내하는 신축가이드부를 더 포함할 수 있다.

또한 탄성체렌즈를 이용한 광학장치는 상기 구동디스크를 상기 하우징에 대해 회전멈춤 및 회전허용 가능한 멈춤작동부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 멈춤작동부가 선택적으로 작동하도록 제어할 수 있다.

여기서 상기 멈춤작동부는 상기 구동디스크에 반경방향을 따라 형성된 적어도 하나의 멈춤형상부와, 상기 멈춤형상부에 맞물리는 물림형상부를 가지고 상기 멈춤형상부에 접근이격 가능한 멈춤부재와, 상기 멈춤부재를 반경방향으로 접근 이격시키는 멈춤구동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치는 탄성체렌즈의 초점 조절에 필요한 장치의 부피를 최소화하면서 정확한 초점 조절을 가능하게 한다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치를 나타내는 정면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치를 나타내는 측단면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치를 나타내는 배면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 제어부의 동작과정을 나타내는 블록도를 나타내는 도면이다.

이하 본 발명에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치(1)는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치(1)는 하우징(10), 탄성체렌즈(20), 구동디스크(30), 전동부(40), 구동바아(50) 및, 제어부(60)를 갖는다.

하우징(10)은 기본 골격이 되는 것으로서, 후술하는 탄성체렌즈(20), 구동디스크(30), 전동부(40), 구동바아(50) 및, 제어부(60)를 내부에 수용하는 것으로서, 수용부(10c)를 갖는 몸체(10a)와 수용부(10c)를 개폐하는 커버(10b)로 이루어진다.

수용부(10c) 내측 바닥면에는 복수의 제1가이드부(12)가 상호 이격되게 형성된다.

또한 하우징(10)의 내측에는 구동바아(50)를 수용함과 동시에 구동바아(50)의 작동을 안내하는 신축가이드부(11)가 형성된다.

여기서 하우징(10)은 소형화 및 경량화에 적합한 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 복합소재 또는 비철금속 중 어느 하나가 선택되어 사용된다.

탄성체렌즈(20)는 수용부(10c)의 내부에 위치되며, 투과광의 초점거리가 가변될 수 있도록 렌즈본체(22)와 렌즈본체(22)의 원주방향을 따라 마련된 렌즈플랜지(23)를 포함한다.

렌즈본체(22)는 측단면이 곡선형 또는 곡률을 갖는 중공체로 이루어지며, 렌즈플랜지(23)는 연동부(41)와 연결되어 구동디스크(30)의 회전에 따라 렌즈본체(22)의 판면방향 직경을 변화시킨다.

여기서 탄성체렌즈(20)는 연동부(41)의 가압에 따른 렌즈본체(22)의 변형이 용이하도록 폴리머 계열의 연성의 소재로 제작되는 것이 바람직하며, 렌즈본체(22)가 신축성을 가진다면 액체렌즈가 사용되어도 무방하다.

구동디스크(30)는 수용부(10c)의 내부에 탄성체렌즈(20)와 평행하게 위치되도록 수용되며, 연동부(41)에 의해 탄성체렌즈(20)와 상호 연결된다.

구동디스크(30)는 후술하는 구동바아(50)의 신축 운동에 따라 전동부(40)에 의해 탄성체렌즈(20)와 상대 회전이 가능하게 결합되고, 구동디스크(30) 판면에는 원주방향을 따라 복수의 제2가이드부(31)가 형성된다.

연동부(41)는 구동디스크(30)의 회전에 따라 렌즈본체(22)의 판면방향 직경이 점진적으로 변화되도록 하는 것으로서, 일단이 제1가이드부(12)에 상대이동 허용가능하게 수용되고, 축선방향 일부영역이 제2가이드부(31)를 관통하며, 타단이 렌즈플랜지(23)에 결합된다.

여기서 제2가이드부(31)는 연동부(41)와 맞물리며 구동디스크(30)의 회전 운동시 연동부(41)의 반경방향 위치가 점진적으로 변화하도록 안내한다.

그러나 이에 한정되지 않고 하우징(10)의 내측면에 반경방향으로 플랜지부(미도시)가 연장 형성되고, 플랜지부에는 제1가이드부(12)가 탄성체렌즈(20)와 구동디스크(30) 사이에 위치되도록 형성되는 것도 가능하다.

제1가이드부(12)와 제2가이드부(31) 중 적어도 하나는 도 2에 도시된바와 같이 연동부(41)의 반경방향 위치가 변화할 수 있도록 직선 또는 나선형 모양으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의해, 구동디스크(30)가 회전하게 되면, 연동부(41)의 축선방향 일부영역은 제2가이드부(31) 따라 선형이동을 하고, 연동부(41)의 일단은 제1가이드부(12)를 따라 렌즈본체(22)의 판면방향을 따라 직선운동을 한다. 이때, 연동부(41)의 타단이 결합된 렌즈플랜지(23)가 탄성체렌즈(20)의 반경방향을 따라 이동하기 때문에 렌즈본체(22)의 판면방향 직경이 점진적으로 변화되는 것이다.

전동부(40)는 탄성체렌즈(20)와 구동디스크(30)의 상대 회전을 탄성체렌즈(20)의 직경변화로 전환하여 전달한다.

이러한 전동부(40)는 상술한 연동부(41), 제1가이드부(12), 제2가이드부(31)를 포함한다.

연동부(41)는 렌즈플랜지(23) 및 제1가이드부(12)와 나사, 리벳(rivet), 용접, 키(key), 코터(cotter), 핀(pin) 등의 다양한 방법으로 체결될 수 있다.

구동바아(50)는 일측이 하우징(10)과 연결되고 타측이 구동디스크(30)와 연결되어 제어부(60)에서 제공하는 전기적인 신호에 따라 동작하는 것으로서 하우징(10)에 형성된 신축가이드부(11)에 수용된다.

구동바아(50)는 제어부(60)에서 제공하는 전기적 신호에 따라 신축 가능한 형상기억합금과 전기신호에 의해 변위가 발생되는 소재라면 어떤 것이든 무방하다.

제1실시예에 따른 구동바아(50)는 효율적인 동작을 위해 코일 형상으로 설계되는 것이 바람직하며, 원통형, 원추형, 장고형, 단지형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.

또한 구동바아(50)는 구동디스크(30)의 정밀한 회전 제어를 위해 도2에 도시된바와 같이 신축가이드부(11)에 상호 대칭되게 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 경우 도면을 기준으로 구동디스크(30)가 반시계방향으로 회전하는 경우, 좌측에 위치한 구동바아(50)는 수축작용을 하고, 우측에 위치한 구동바아(50)는 이완작용을 한다.

이에 따라 구동디스크(30)의 회전에 따른 구동바아(50)의 탄성력 변화를 상호 보완할 수 있어 구동디스크(30)의 정밀한 회전 제어가 가능하며, 제어부(60)를 통해 전체적인 동작방향 및 변위가 제어된다.

제어부(60)는 구동바아(50)의 수축작용 및 이완작용을 제어하는 것으로서, 구동디스크(30) 또는 구동바아(50)에 설치된 센서(61)로부터 측정된 측정값을 미리 입력된 설정값과 비교하여 구동바아(50)의 수축 및 이완작용을 제어한다.

여기서 구동디스크(30)에 설치된 센서(61)는 구동디스크(30)의 회전각도를 측정하고, 구동바아(50)에 설치된 센서는 구동바아(50)의 변위 또는 인덕턴스 값을 측정한다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치(1)를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치(1)는 도 1 내지 도3에 도시된 제1실시예와 대동소이하다.

이하에서는 제1실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 탄성체렌즈를 이용한 광학장치(1)는 구동디스크(30)의 회전멈춤 및 회전허용을 제어하는 멈춤작동부(70)를 더 포함한다.

멈춤작동부(70)는 구동디스크(30)의 회전에 따른 탄성체렌즈(20)의 초점이 조절됐을 때, 추가적인 전기에너지의 소모 없이 초점을 유지하게 한다. 멈춤작동부(70)는 멈춤형상부(71), 물림형상부(72), 멈춤부재(73)를 가지며, 제어부(60)에 의해 선택적으로 작동되도록 제어된다. 멈춤형상부(71)는 구동디스크(30)의 반경방향을 따라 형성되며, 돌출형, 함몰형, 평면형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 물림형상부(72)는 멈춤형상부(71)에 맞물리는 형상을 가지며, 일측이 하우징(10)에 고정되고 타측이 물림형상부(72)에 접근이격이 가능하도록 멈춤부재(73)와 연결된다.

여기서 멈춤부재(73)는 제어부(60)와 연결된 멈춤구동부(74)와 연결되며, 센서(61)에서 측정한 구동디스크(30) 및 구동바아(50)의 변위 또는 각도 값에 기초하여 동작한다. 탄성체렌즈(20)의 초점이 조절됐을 때, 멈춤구동부(74)는 멈춤부재(73)를 구동디스크(30)의 반경방향으로 접근 이동시켜 멈춤형상부(71)와 물림형상부(72)를 상호 체결하고, 탄성체렌즈(20)의 초점 변경 시 멈춤부재(73)를 구동디스크(30)의 반경방향으로 이격 이동시켜 멈춤형상부(71)와 물림형상부(72)의 체결을 해제한다.

도 5는 탄성체렌즈를 이용한 광학장치(1)에서 제어부(60)의 동작과정을 나타내는 블록도를 도시한 것이다.

제어부(60)는 하나 이상의 센서(61)로부터 측정된 구동디스크(30) 또는 구동바아(50)의 변위, 각도, 인덕턴스 측정값과 제어부(60)에 내장된 설정값을 비교하여 구동바아(50)와 멈춤작동부(70)의 동작을 순차적으로 제어한다.

또한 제어부(60)는 통신부(62)와 연결되어 휴대용 무선통신기기를 통해 실시간으로 원격 제어가 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에서의 탄성체렌즈를 이용한 광학장치(1)는 전기적신호를 이용한 탄성체렌즈(20)의 초점을 조절하는 방법으로 광학장치의 부피 감소에 따른 소형화가 가능하고, 제어부(60)를 통한 정확한 초점 조절이 가능한 특징을 가진다. 추가적으로, 멈춤작동부(70)를 이용할 경우 에너지 소비의 감소도 가능하다.

1, 2 : 탄성체렌즈를 이용한 광학장치
1 : 제1실시예
2 : 제2실시예
10 : 하우징
10a : 몸체
10b : 커버
10c : 수용부
11 : 신축가이드부
12 : 제1가이드부
20 : 탄성체렌즈
22 : 렌즈본체
23 : 렌즈플랜지
30 : 구동디스크
31 : 제2가이드부
40 : 전동부
41 : 연동부
50 : 구동바아
60 : 제어부
61 : 센서
62 : 통신부
70 : 멈춤작동부
71 : 멈춤형상부
72 : 물림형상부
73 : 멈춤부재
74 : 멈춤구동부

Claims

탄성체렌즈를 이용한 광학장치에 있어서,
하우징과;
투과광의 초점거리를 가변할 수 있는 렌즈본체와 상기 렌즈본체의 원주방향을 따라 마련된 렌즈플랜지를 가지고, 직경의 변화가 가능한 탄성체렌즈와;
상기 탄성체렌즈를 원주방향을 따라 고리상으로 둘러싸며 상기 탄성체렌즈에 대해 판면 내에서 상대 회전이 가능한 구동디스크와;
상기 구동디스크의 상대 회전을 상기 탄성체렌즈의 직경변화로 전환하여 전달하는 전동부와;
일단이 상기 하우징에 고정되고 타단이 상기 구동디스크에 연결되어, 인가되는 구동전류에 의해 신축 가능한 적어도 하나의 구동바아와,
상기 구동바아에 구동전류를 제공하는 제어부를 포함하며,
상기 전동부는
상기 렌즈플랜지에 연결된 연동부와,
상기 하우징의 일측에 마련되어 상기 연동부의 상대이동을 허용하는 제1가이드부와 상기 구동디스크에 마련되어 상기 연동부와 맞물리며, 상기 구동디스크의 회전 운동시 상기 연동부의 반경방향 위치가 점진적으로 변화하도록 제2가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성체렌즈를 이용한 광학장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 구동바아는 형상기억합금 소재로 된 코일 형상을 가지며, 상기 구동바아를 상기 구동디스크의 원주방향을 따라 안내하는 신축가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성체렌즈를 이용한 광학장치.
제 1항에 있어서,
상기 구동디스크를 상기 하우징에 대해 회전멈춤 및 회전허용 가능한 멈춤작동부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 멈춤작동부가 선택적으로 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 탄성체렌즈를 이용한 광학장치.
제 4항에 있어서,
상기 멈춤작동부는
상기 구동디스크에 반경방향을 따라 형성된 적어도 하나의 멈춤형상부와,
상기 멈춤형상부에 맞물리는 물림형상부를 가지고 상기 멈춤형상부에 접근이격 가능한 멈춤부재와,
상기 멈춤부재를 반경방향으로 접근 이격시키는 멈춤구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성체렌즈를 이용한 광학장치.
삭제