KR102634860B1 - 카메라 렌즈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그래핀 발열층을 포함하는 카메라 렌즈에 관한 것이다. 본 발명은 광학렌즈, 상기 광학렌즈의 일면에 배치되는 그래핀 층, 상기 그래핀 층과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2전극 사이에 전압이 인가되는 경우, 상기 그래핀 층은 발열되는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 및 제2전극 각각은 복수 개인 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈를 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 카메라 렌즈의 광투과성을 저하시키지 않고, 물체 표면에 발생하는 김 서림 또는 빙결을 제거할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 그래핀 발열층을 포함하는 카메라 렌즈에 관한 것이다.
공기가 이슬점보다 온도가 낮은 물체의 표면에 닿을 경우, 물체의 표면에 수증기가 응결된다. 수증기가 응결되는 물체의 표면이 광투과성 물질로 이루어지는 경우, 표면에 응결되는 물방울로 인하여 물체의 광투과성이 저하된다.
예를 들어, 창문, 카메라 렌즈, 차량용 램프의 표면 등에 수증기가 응결될 경우, 물체 본래의 기능을 하기 어렵게 된다.
표면 김 서림을 제거하기 위한 방법으로, 물체 표면을 닦아내는 방법은 일시적인 방법이며, 표면에 물방울이 맺힐 때마다 닦아내야 한다는 단점이 있다. 또한, 카메라 렌즈와 같이 기계적 마찰에 민감한 장비의 경우, 김 서림의 제거가 어렵게 된다.
한편, 종래에는 광투과성이 요구되는 물체 표면의 김 서림을 방지하기 위해, 물체 표면에 친수성 또는 소수성 코팅층을 덮어 표면에 맺히는 물방울 자체를 제거하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만, 상술한 방법은 일정 습도 이상에서 표면에 맺히는 물방울을 완전히 제거할 수 없다. 또한, 상술한 코팅층들은 광학렌즈의 광학적 성질에 영향을 줄 수 있기 때문에, 렌즈에 적용하는 것이 제한된다.
이에, 카메라 렌즈 표면에 맺히는 물방울을 효과적으로 제거할 수 있는 장치에 대한 수요가 증가하고 있다.
본 발명은 그래핀 발열체를 이용하여 카메라 렌즈 표면에 맺히는 물방울을 제거할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명은 그래핀 발열체의 발열 성능을 향상시킬 수 있는 전극 구조를 가지는 카메라 렌즈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 렌즈의 투명도를 감소시키지 않고, 렌즈의 유효구경을 최대화할 수 있는 전극 구조를 가지는 카메라 렌즈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광학렌즈, 상기 광학렌즈의 일면에 배치되는 그래핀 층, 상기 그래핀 층과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2전극 사이에 전압이 인가되는 경우, 상기 그래핀 층은 발열되는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 및 제2전극 각각은 복수 개인 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈를 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 광학렌즈의 일면과 교차하는 면에 배치되고, 상기 광학렌즈를 지지하도록 이루어지는 렌즈 지지부를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2전극은 상기 렌즈 지지부의 일면에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 그래핀 층은 상기 일면에서 상기 렌즈 지지부의 일면까지 연장될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 그래핀 층과 상기 제1 및 제2전극을 전기적으로 연결하는 투명전극을 더 포함하고, 상기 투명전극의 일부분은 상기 광학렌즈의 일면에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2전극은 상기 광학렌즈의 일면과 교차하는 면에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2전극과 전기적으로 연결되도록, 상기 그래핀 층은 상기 광학렌즈의 일면부터 상기 일면과 교차하는 면까지 연장될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 그래핀 층과 상기 제1 및 제2전극을 전기적으로 연결하는 투명전극을 더 포함하고, 상기 투명전극의 일부분은 상기 광학렌즈의 일면에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2전극을 덮고, 상기 광학렌즈의 적어도 일부분을 덮도록 배치되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 광학렌즈의 일면에 배치되어 상기 그래핀 층을 지지하고, 광투과성 물질로 이루어지는 그래핀 지지층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 그래핀 지지층은 상기 광학렌즈와 상기 그래핀 층 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 광학렌즈 및 상기 그래핀 지지층 사이에 배치되고, 상기 그래핀 지지층 및 상기 그래핀 층을 지지하도록 이루어지는 지지부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 그래핀 층은 상기 광학렌즈와 상기 그래핀 지지층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 및 제2전극은 상기 광학렌즈와 상기 그래핀 층 사이에 배치되고, 상기 그래핀 층 및 상기 그래핀 지지층을 지지하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 카메라 렌즈의 광투과성을 저하시키지 않고, 렌즈 표면에 발생하는 김 서림 또는 빙결을 제거할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 카메라 렌즈에 배치된 그래핀 발열체의 발열 성능을 최대화 할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 그래핀 발열체의 구동을 위하여 배치된 전극으로 인하여, 카메라 렌즈의 투명도가 감소하거나, 카메라 렌즈로 들어오는 광량이 감소되는 것을 막을 수 있다.
도 1a은 종래 발열 기능을 가지는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 1b는 도 1a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 2a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 3a는 렌즈 지지부를 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 3b는 도 3a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 4a는 투명전극을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 4b는 도 4a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 5a는 광학렌즈 측면에 그래핀 층이 배치되는 구조를 가지는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 5b는 도 5a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 6a는 투명전극을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 6b는 도 6a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 7a는 제1 및 제2전극을 덮는 보호층을 포함하는 카메라 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 7b는 도 7a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 8a는 그래핀 층을 덮는 보호층을 포함하는 카메라 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 8b는 도 8a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 9a 내지 9c는 그래핀 지지층을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 1b는 도 1a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 2a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 3a는 렌즈 지지부를 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 3b는 도 3a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 4a는 투명전극을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 4b는 도 4a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 5a는 광학렌즈 측면에 그래핀 층이 배치되는 구조를 가지는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 5b는 도 5a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 6a는 투명전극을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 6b는 도 6a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 7a는 제1 및 제2전극을 덮는 보호층을 포함하는 카메라 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 7b는 도 7a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 8a는 그래핀 층을 덮는 보호층을 포함하는 카메라 렌즈를 나타내는 단면도이다.
도 8b는 도 8a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 9a 내지 9c는 그래핀 지지층을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 카메라 렌즈는 렌즈 표면에 물방울이 맺히거나, 빙결이 발생함으로 인하여, 투명도가 저하되는 것을 방지한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈는 렌즈 표면에 배치되는 그래핀 층을 포함한다. 그래핀 층에 전압이 인가되는 경우, 그래핀 층을 따라 흐르는 전류에 의하여 그래핀 층에서 열이 발생된다. 그래핀 층에서 발생되는 열은 렌즈 표면에 맺힌 물방울이나 빙결을 제거할 수 있다.
여기서, 그래핀 층은 카메라 렌즈의 투명도에 거의 영향을 주지 않는다. 하지만, 그래핀 층에 전압을 인가하기 위한 전극(예를 들어, 구리 전극)은 투명하지 않은 소재로 이루어져 있으므로, 카메라 렌즈의 투명도에 영향을 줄 수 있다.
한편, 그래핀 층에 전압을 인가하기 위한 전극의 구조에 따라 그래핀 층의 발열 성능이 달라질 수 있다. 예를 들어, 상술한 전극의 구조에 따라 렌즈의 온도를 기준 온도부터 타겟 온도까지 올리는 시간이 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 렌즈는 그래핀 층의 발열 성능을 최대화하면서, 렌즈의 투명도를 최대화 할 수 있는 전극 구조를 가진다.
본 발명에 따른 카메라 렌즈에 대하여 설명하기에 앞서 종래 발열 기능을 가지는 카메라 렌즈에 대하여 설명한다.
도 1a은 종래 발열 기능을 가지는 카메라 렌즈의 단면도이고, 도 1b는 종래 발열 기능을 가지는 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 1a와 같이, 종래 발열 기능을 가지는 카메라 렌즈는 렌즈 표면에 투명전극을 배치하고, 투명전극에 전류가 흐름에 따라 발생되는 열을 이용하여 렌즈 표면에 맺힌 물방울을 제거하였다.
투명전극은 광 투과성이 높기는 하지만, 일부 빛을 흡수하기 때문에 카메라의 성능에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 또한, 투명전극은 일정 두께 이하로 형성시킬 수 없기 때문에, 투명전극은 광학렌즈의 광학적 성질에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 투명전극에서 일어나는 빛의 굴절 및 반사로 인하여 촬영된 이미지의 상이 왜곡될 수 있다.
한편, 투명전극으로 사용되는 소재(예를 들어, Indium Tin Oxide(ITO))는 선저항이 높기 때문에, 발열 효율이 떨어지고, 전력소비가 많다는 단점이 있다.
한편, 도 1b와 같이, 종래에는 투명전극에 전압을 인가하기 위해, 총 두 개의 전극이 사용되었다. 두 개의 전극 사이에 전압을 인가하는 경우, 투명전극 전체에서 열이 발생되는 것이 아니라, 투명전극의 특정 영역에서 열이 발생된다. 구체적으로, 두 개의 전극을 사용하는 경우, 서로 다른 두 개의 영역에서 열이 발생된다. 본 명세서에서, 발열체에 전압을 인가하였을 때, 발열체에서 열이 발생되는 영역을 "발열 영역"이라 한다.
상술한 바와 같이, 종래 발열 기능을 가지는 카메라 렌즈는 발열 영역이 두 개에 불과하기 때문에, 발열체의 발열성능이 매우 떨어진다는 단점이 있었다.
도 1a 및 1b에서 설명한 카메라 렌즈의 발열 성능을 테스트 한 결과, 발열체(ITO로 구현)의 저항은 160Ω이고, 초기온도 -40℃에서 타켓 온도 20℃까지 도달하는데 2분 이상 소요되었다. 종래 카메라 렌즈는 카메라 렌즈의 온도를 올리는데 많은 시간이 소요된다.
본 발명에 따른 카메라 렌즈는 초기온도 -40℃에서 타켓 온도 20℃까지 도달하는데 1분 이하의 시간이 소요되는 것을 목표로 한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 카메라 렌즈에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈의 단면도이고, 도 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 카메라 렌즈(100)는 광학렌즈(110), 그래핀 층(120), 제1 및 제2전극(131, 132)을 포함할 수 있다.
광학렌즈(110)는 두 개의 굴절 곡면을 가지는 투명체이다. 렌즈의 종류에 따라 상기 굴절 곡면의 곡률이 다를 수 있으며, 광학렌즈(110)의 재질은 유리, 고분자 물질 등의 투명체일 수 있다.
그래핀 층(120)은 수 나노미터 또는 그 이하의 두께로 형성되는 박막(thin film)이다. 따라서, 그래핀 층(120) 렌즈로 들어오는 빛의 굴절 및 반사를 일으키지 않으며, 매우 높은 광투과율을 가진다. 따라서, 그래핀 층(120)을 발열체로 사용할 경우, 투명전극을 발열체로 사용할 경우보다, 렌즈의 투명도를 높일 수 있다. 또한, 촬영된 이미지의 상이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 그래핀 층(120)은 그 두께가 매우 얇기 때문에, 그래핀 층(120)이 형체를 유지하기 위해서는 그래핀 층(120)을 지지하는 별도의 지지층이 필요하다. 그래핀 층(120)은 광학렌즈(110)의 일면에 접하도록 배치될 수 있는데, 이러한 경우, 그래핀 층(120)은 별도의 지지층을 필요로 하지 않으며, 광학렌즈(110)는 그래핀 층(120)을 지지하는 지지층의 역할을 하게 된다.
이와 달리, 광학렌즈(110)의 일면과 소정 거리를 두고 이격되어 배치될 수 있는데, 이러한 경우에는 그래핀 층(120)을 지지할 수 있는 별도의 지지층이 더 배치되어야 한다.
먼저, 그래핀 층(120)이 광학렌즈(110)의 일면에 접하는 구조로 이루어지는 카메라 렌즈에 대하여 설명하며, 그래핀 층(120)과 광학렌즈(110)가 이격되어 있는 구조는 후술한다.
그래핀 층(120)은 광학렌즈(110)의 일면에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 그래핀 층(120)은 광학렌즈(110)를 이루는 두 개의 곡면 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.
그래핀 층(120)이 상기 두 개의 곡면에 모두 배치되는 경우, 그래핀 층(120)의 발열 성능은 매우 뛰어날 수 있으나, 렌즈의 투명도가 감소할 수 있다.
한편, 그래핀 층(120)이 상기 두 개의 곡면 중 어느 하나에 배치되는 경우, 렌즈의 투명도는 높아질 수 있으나, 그래핀 층의 발열 성능은, 그래핀 층(120)이 상기 두 개의 곡면에 모두 배치된 경우보다, 떨어질 수 있다.
본 명세서에서는 그래핀 층(120)이 상기 두 개의 곡면 중 어느 하나에 배치되는 카메라 렌즈 구조를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 및 제2전극(131 및 132)은 그래핀 층(120)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 제1 및 제2전극(131 및 132)는 전기 전도성이 높은 금속, 금속 합금, 전도성 고분자 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2전극은 구리로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 및 제2전극은 반드시 광투과성 물질로 이루어질 필요는 없다.
제1 및 제2전극 사이에 전압이 인가되는 경우, 그래핀 층(120)은 열을 발생시킨다. 이때, 제1 및 제2전극(131 및 132) 각각은 복수개 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 2b와 같이, 제1 및 제2전극은 각각 두 개씩 배치될 수 있으며, 제1 및 제2전극이 서로 교차하여 배치될 수 있다. 이러한 경우, 그래핀 층(120)에서의 발열 영역은 네 곳에서 형성될 수 있다.
다른 예를 들어, 도 2c와 같이, 제1 및 제2전극은 각각 네 개씩 배치될 수 있으며, 제1 및 제2전극이 서로 교차하여 배치될 수 있다. 이러한 경우, 그래핀 층(120)에서의 발열 영역은 여덟 곳에서 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 및 제2전극 각각을 복수개 사용하는 경우, 그래핀 층(120)에 형성되는 발열 영역의 개수를 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 카메라 렌즈에 배치된 발열체의 발열 성능을 증가시킬 수 있다.
본 명세서에서는 제1 및 제2전극 각각의 개수를 한정하지 않지만, 설명의 편의를 위하여, 제1 및 제2전극 각각이 두 개씩 사용된 경우를 예로 들어 설명한다.
한편, 제1 및 제2전극은 불투명한 물질로 이루어지기 때문에 제1 및 제2전극이 광학렌즈(110)의 일면에 배치되는 경우, 제1 및 제2전극이 배치된 영역으로는 빛이 통과할 수 없게 된다. 이에 따라, 광학렌즈의 유효구경이 축소될 수 있다. 광학렌즈의 유효구경에 따라 렌즈를 통해 들어오는 빛의 양이 달라진다.
본 발명에 따른 카메라 렌즈에서는 제1 및 제2전극으로 인하여 광학렌즈(110)의 유효구경이 축소되는 것을 최소화 하기 위해, 제1 및 제2전극은 광학렌즈(110)의 테두리에 배치될 수 있다.
도 2a 및 2b에서 설명한 카메라 렌즈에 포함된 발열체의 저항은 80Ω으로 측정되었고, 카메라 렌즈가 초기온도 -40℃에서 타켓 온도 20℃까지 도달하는데 1분 이하의 시간이 소요되었다. 이에, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 종래 카메라 렌즈보다 우수한 발열 성능을 가지를 것을 확인할 수 있었다.
한편, 제1 및 제2전극으로 인하여 광학렌즈의 투명도에 주는 영향을 최소화 하고, 제1 및 제2전극으로 인하여 광학렌즈의 유효구경이 축소되는 것을 막기 위해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 다양한 전극 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈는 별로의 렌즈 지지부를 더 포함하고, 제1 및 제2전극은 렌즈 지지부의 일면에 배치될 수 있다.
렌즈 지지부 측면에 배치된 제1 및 제2전극과 그래핀 층(120)을 전기적으로 연결하기 위해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 두 가지 구조를 가질 수 있다.
첫 번째로, 그래핀 층(120)은 광학렌즈(110)의 일면에서 상기 렌즈 지지부의 일면까지 연장될 수 있다.
도 3a는 렌즈 지지부를 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이고, 도 3b는 도 3a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
그래핀 층(120)은 광학렌즈(110)에 렌즈 지지부(140)가 배치된 후, 그래핀 층(120)의 일면 및 렌즈 지지부(140)의 일면에 코팅될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 제1 및 제2전극(131 및 132)은 그래핀 층(120)이 배치된 렌즈 지지부(140)의 일면에 배치되어, 그래핀 층(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 그래핀 층(120)에서 발생되는 열은 렌즈 지지부(140)에 직접적으로 전달될 수 있으므로, 렌즈 지지부(140)는 내열성이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 렌즈 지지부(140)는 내열성 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
도 3a 및 3b에서 설명한 구조에 따르면, 제1 및 제2전극은 광학렌즈를 가리지 않고 그래핀 층(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통해, 제1 및 제2전극에 의하여, 광학렌즈의 유효구경이 축소되는 것을 막을 수 있다.
두 번째로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈는 제1 및 제2전극과 그래핀 층을 전기적으로 연결하는 투명전극(150)을 더 포함할 수 있다.
도 4a는 투명전극을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이고, 도 4b는 도 4a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
투명전극(150)은 광투과성이 높은 전도성 물질로, 유리에 산화 주석, 산화 인듐, 백금, 금 등의 박막을 피복하여 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 투명전극(150)은 Indium Tin Oxide(ITO)로 이루어질 수 있다.
도 4a을 참조하면, 제1 및 제2전극(131 및 132)는 렌즈 지지부(140)의 일면에 배치되는데, 이때, 투명전극(150)은 제1 및 제2전극과 그래핀 층(120)을 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 투명전극(150)의 일부분은 그래핀 층이 배치된 광학렌즈(110)의 일면에 배치될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 투명전극(150)은 광학렌즈(110)와 일부 중첩된다. 하지만, 투명전극(150)은 제1 및 제2전극과 비교할 때 광투과성이 매우 높기 때문에, 투명전극(150)과 중첩된 광학렌즈(110)의 일부분도 렌즈의 유효구경에 포함시킬 수 있다.
도 4a 및 4b에 따르면, 투명전극(150)에 의하여 렌즈를 통과하는 빛의 양이 소폭 감소할 수는 있지만, 그래핀 층이 두 개의 부품에 걸쳐서 코팅되지 않기 때문에 물리적으로 안정적인 구조를 가지게 된다.
다른 일 실시 예에 있어서, 제1 및 제2전극으로 인하여 광학렌즈의 유효구경이 축소되는 것을 막기 위해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 제1 및 제2전극은 그래핀 층(120)이 배치된 광학렌즈(110)의 일면과 교차하는 면에 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2전극은 광학렌즈(110)의 측면에 배치될 수 있다.
광학렌즈(110) 측면에 배치된 제1 및 제2전극과 그래핀 층(120)을 전기적으로 연결하기 위해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 두 가지 구조를 가질 수 있다.
첫 번째로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈에 포함된 광학렌즈의 측면에는 그래핀 층이 배치될 수 있다.
도 5a는 광학렌즈 측면에 그래핀 층이 배치되는 구조를 가지는 카메라 렌즈의 단면도이고, 도 5b는 도 5a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 그래핀 층(120)은 제1 및 제2전극과 전기적으로 연결되도록, 광학렌즈(110)의 일면부터 상기 일면과 교차하는 면까지 연장될 수 있다. 이에 따라, 그래핀 층(120)은 상기 일면에 배치되는 제1영역 및 상기 교차하는 면에 배치되는 제2영역으로 이루어지게 된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 그래핀 층(120)의 제2영역(122)은 광학렌즈(110)의 측면을 지지층으로 하여 배치된다.
이때, 제1 및 제2전극은 상기 제2영역(122)에 배치될 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 제1 및 제2전극은 광학렌즈(110)의 상기 교차하는 면에 접하도록 배치될 수 있고, 그래핀 층(120)은 제1 및 제2전극을 덮도록, 광학렌즈(110)의 상기 일면으로부터 연장될 수 있다.
도 5a 및 5b에서 설명한 구조에 따르면, 제1 및 제2전극으로 인하여, 렌즈를 통과하는 빛이 차단되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 렌즈의 유효구경이 증가할 수 있다.
두 번째로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈는 제1 및 제2전극과 그래핀 층을 전기적으로 연결하는 투명전극(150)을 더 포함할 수 있다.
도 6a는 투명전극을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이고, 도 6b는 도 6a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
광학렌즈(110) 측면에 배치된 제1 및 제2전극과 그래핀 층(120)을 전기적으로 연결하기 위해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 별도의 투명전극을 더 포함할 수 있다.
여기서, 투명전극(150)은 도 4a에서 설명한 투명전극과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
도 6a를 참조하면, 투명전극(150)의 일부는 그래핀 층(120)이 배치된 광학렌즈의 일면에 배치되고, 다른 일부는 상기 일면과 교차하는 면에 배치된다. 이를 통해, 투명전극(150)은 상기 일면과 교차하는 면에 배치된 제1 및 제2전극(131 및 132)과 그래핀 층(120)을 전기적으로 연결시킬 수 있게 된다.
한편, 투명전극(150)은 도 6a와 같이, 제1 및 제2전극과 광학렌즈(110) 사이에 배치될 수 있고, 도시되지 않았지만, 제1 및 제2전극을 덮도록 배치될 수 있다. 이는, 본 발명에 따른 카메라 렌즈의 제조방법에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로, 그래핀 층(120)이 코팅된 광학렌즈(110) 에 투명전극(150)을 배치하고, 제1 및 제2전극을 배치하는 경우, 카메라 렌즈는 도 6a와 같은 구조를 가지게 된다. 반면, 그래핀 층(120)이 코팅된 광학렌즈(110) 측면에 제1 및 제2전극을 배치하고, 투명전극(150)이 제1 및 제2전극을 덮도록 배치할 수 있다.
도 6a 및 6b에 따르면, 투명전극(150)에 의하여 렌즈를 통과하는 빛의 양이 소폭 감소할 수는 있지만, 그래핀 층을 두 영역에 걸쳐서 코팅할 필요가 없어진다.
도 3a 내지 6b에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈는 제1 및 제2전극으로 인해 광학렌즈의 유효구경이 축소되는 것을 막을 수 있다.
이하에서는, 제1 및 제2전극을 보호하기 위한 구조에 대하여 설명한다.
도 7a는 제1 및 제2전극을 덮는 보호층을 포함하는 카메라 렌즈를 나타내는 단면도이고, 도 7b는 도 7a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
제1 및 제2전극은 전기 전도성이 높은 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 금속 또는 합금이 공기 중에 장기간 노출되는 경우, 산화될 수 있다. 이로 인해, 제1 및 제2전극의 전기 전도성이 저하되고, 그래핀 층의 발열 성능이 떨어질 수 있다.
이를 막기 위해, 도 7a 및 7b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈는 전극 보호를 위한 보호층(160)을 더 포함할 수 있다. 도 7a 및 7b에 도시된 보호층은 패시베이션 층으로 절연물질로 이루질 수 있다. 예를 들어, 패시베이션 층은 SiO2 또는 산화 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
상기 패시베이션 층은 불투명한 물질로 이루어질 수 있다. 이 때문에, 상기 패시베이션 층은 그래핀 층(120)이 배치된 광학렌즈(110)의 일면의 전체 영역 중 제1 및 제2전극이 배치된 영역에만 배치되어야 한다. 즉, 상기 패시베이션 층은 광학렌즈(110)의 테두리에만 부분적으로 배치된다.
도 7a 및 7b에서 설명한 구조에 따르면, 광학렌즈의 투명도에 영향을 주지 않고, 렌즈의 유효구경을 축소시키지 않으면서 제1 및 제2전극을 보호할 수 있게 된다.
이하에서는, 그래핀 층을 보호하기 위한 구조에 대하여 설명한다.
도 8a는 그래핀 층을 덮는 보호층을 포함하는 카메라 렌즈를 나타내는 단면도이고, 도 8b는 도 8a에서 설명한 카메라 렌즈의 평면도이다.
그래핀 층(120)은 경도가 약하기 때문에 기계적 마찰에 의하여 손상되기 쉽다. 이에, 그래핀 층(120)을 보호할 수 있는 보호층이 필요하다.
구체적으로, 도 8a 및 8b를 참조하면, 보호층(160)은 그래핀 층(120)을 덮도록 배치될 수 있다. 여기서, 보호층(160)은 광학렌즈(110)의 광투과성에 직접적으로 영향을 줄 수 있기 때문에, 광투과성 물질로 이루어져야 하며, 최소한의 두께로 형성되어야 한다.
한편, 그래핀 층(120)의 면저항을 저감시키기 위해, 그래핀 층(120)에는 다양한 종류의 도판트들이 도핑될 수 있다. 구체적으로, 상기 도판트는 금속계 도판트 및 유기계 도판트를 포함할 수 있다.
이러한 경우, 보호층(160)은 그래핀 층위에 도핑된 도판트들의 산화 또는 환원을 방지하도록 이루어질 수 있다.
한편, 도 8a 및 8b를 참조하면, 보호층(160)은 제1 및 제2전극을 덮도록 배치될 수 있다. 이를 통해, 보호층(160)은 그래핀 층(120)을 보호할 뿐 아니라, 제1 및 제2전극의 산화를 막을 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈(100)는 그래핀 층(120)이 광학렌즈(110)에 접하지 않는 구조로 이루어질 수 있다. 이에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 9a 내지 9c는 그래핀 지지층을 포함하는 카메라 렌즈의 단면도이다.
도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈(100)는 광학렌즈(110)의 일면에 결합되어 그래핀 층(120)을 지지하고, 광투과성 물질로 이루어지는 그래핀 지지층(170)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 그래핀 지지층(170)은 광학렌즈(110)와 그래핀 층(120) 사이에 배치될 수 있으며, 그래핀 지지층(170)은 광학렌즈(110)의 표면에 결합될 수 있다.
그래핀 지지층(170)은 투명기판으로 이루어질 수 있다. 투명기판은 유리 또는 광투과성 필름으로 이루어지며, 그래핀 층(120)을 지지하는 역할을 한다. 투명기판은 일정 수준의 투명도를 가지는 모든 소재들로 이루어 질 수 있다.
한편, 투명기판은 신축성 있는 재질로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 투명기판은 적어도 일부가 곡면으로 이루어지는 광학렌즈 표면에 결합될 수 있다.
그래핀 지지층(170)과 광학렌즈(110)의 결합을 위해, 그래핀 지지층(170)과 광학렌즈(110) 사이에는 접착층이 배치될 수 있다. 접착층은 광투과성이 높은 물질로 이루어져, 광학 렌즈의 투명도에 영향을 주지 않도록 해야 한다.
도 9b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈(100)는 광학렌즈(110) 및 그래핀 지지층(170) 사이에 배치되고, 그래핀 지지층(170) 및 그래핀층(120)을 지지하도록 이루어지는 지지부(160)를 더 포함할 수 있다.
지지부(160)는 반드시 광투과성 물질로 이루어질 필요는 없으며, 고분자 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 지지부(160)는 그래핀 지지층(170)과 그래핀 층(120)이 광학렌즈(110)로부터 소정거리 이격될 수 있도록 한다.
지지부(160)로 인하여 광학렌즈(110)의 유효구경이 축소되는 것을 방지하기 위해, 지지부(160)는 광학렌즈(110)의 테두리에 배치되어야 한다.
한편, 광학렌즈(110)와 결합하는 지지부(160)의 표면은 지지부(160)가 광학렌즈(110)로부터 탈착 가능할 수 있을 정도의 접착력을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 탈착 가능한 지지부를 활용하면, 본 발명에 따른 카메라 렌즈에 포함된 그래핀 층이 파괴되거나, 전극에 단선이 일어난 경우, 그래핀 층 및 전극만 교체함으로써, 기존의 광학렌즈를 계속해서 사용할 수 있게 된다.
도 9c를 참조하면, 그래핀 층(120)은 광학렌즈(110)와 그래핀 지지층(170) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 및 제2전극은 광학렌즈(110) 그래핀 층(120) 사이에 배치되어 그래핀 층(120) 및 그래핀 지지층(170)을 지지하게 된다.
이러한 경우, 제1 및 제2전극은 그래핀 층(120)에 전압을 인가하는 역할을 할 뿐 아니라, 그래핀 층(120) 및 그래핀 지지층(170)을 지지하는 역할을 한다. 제1 및 제2전극(131 및 132)은 그래핀 층(120)과 그래핀 지지층(170)이 광학렌즈(110)로부터 소정거리 이격될 수 있도록 한다.
한편, 도 9b에서 설명한 구조와 마찬가지로, 광학렌즈(110)와 결합하는 제1 및 제2전극(131 및 132)의 표면은 전극이 광학렌즈(110)로부터 탈착 가능할 수 있을 정도의 접착력을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 전극 및 그래핀 층이 파괴된 경우, 이를 용이하게 교체할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 렌즈(100)는 그래핀 층에 전압을 인가하도록 이루어지는 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
전원 공급부는 광투과성 물질로 이루어질 필요는 없으며, 광학렌즈의 투명성을 저해하지 않는 위치에 배치될 수 있다.
한편, 전원 공급부에서 그래핀 층(120)에 인가되는 전압은 가변적일 수 있다. 전원 공급부는 상황에 따라 그래핀 층(120)에 서로 다른 전압을 인가함으로써, 그래핀 층(120)의 발열량을 조절할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 표면 물방울 제거 효과를 최대화할 수 있는 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 수분을 흡수하도록 이루어지는 흡습제를 포함하여 이루어질 수 있다.
흡습제는 도 9a에서 설명한 접착층 뿐 아니라, 각 구성요소을 결합시키시기 위한 접착물질들에 포함될 수 있다.
상기 흡습제가 도 9a에서 설명한 접착층에 포함되는 경우, 상기 흡습제는 광투과성이 높은 물질로 이루어져야 한다. 예를 들어, 상기 흡습제는 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화스트론튬, 산화알루미늄, 산화바륨, 염화칼슘, 탄산칼륨, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 황산리튬, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 황산코발트, 황산갈륨, 황산티탄, 황산니켈, 오산화인 및 황산니켈 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
흡습제는 주변 습도를 낮춤으로써, 광학렌즈 표면에 물방울이 맺히는 것을 일정 수준 방지한다. 한편, 상기 흡습제만으로는 렌즈 표면에 물방울이 맺히는 것을 막을 수 없을 때, 그래핀 층(120)을 발열시켜, 렌즈 표면에 맺힌 물방울을 제거할 수 있다.
상기 흡습제는 별도의 층을 이루어 광학렌즈(110)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 흡습제는 그래핀 층(120)을 덮도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 상기 흡습층은 그래핀 층(120)을 보호하는 보호층의 역할을 하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 표면 습기를 제거할 수 있도록 이루어지는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 렌즈에 포함된 광학렌즈의 일면에는 친수성 또는 소수성 코팅층이 형성될 수 있다.
친수성 코팅층은 코팅층 표면에 맺힌 물방울들이 퍼지게 한다. 이에 따라, 작은 물방울들은 서로 뭉치게 되고, 크기가 커진 물방울들은 그 자체의 무게로 아래로 흐르게 된다. 이에 따라, 표면의 물방울이 제거된다.
이와 달리, 소수성 코팅층은 표면의 물방울이 퍼지거나 번지는 것을 방지한다. 이에 따라, 물방울들은 표면에서 쉽게 떨어지게 된다.
한편, 상기 친수성 코팅층은 TiO2으로 이루어질 수 있고, 에스테르계 에스테르계 화합물, 실리콘계 화합물, 폴리옥시에틸렌계 화합물 및 지방산 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 소수성 코팅층은 우레탄 실리콘 및 플루오르계 화합물 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
한편, 상기 친수성 코팅층 및 소수성 코팅층은 물방울과 직접 접촉하여 그 역할을 하기 때문에, 항상 카메라 렌즈(100) 최외각 표면에 배치되어야 한다. 또한, 상술한 이유로, 상기 친수성 코팅층 및 소수성 코팅층은 다층 구조일 필요는 없다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 카메라 렌즈(100)는 그래핀 층(120)이 발열 되지 않더라도, 표면에 맺히는 물방울을 일정 수준 제거할 수 있다. 이에 따라, 그래핀 층(120)은 표면 물방울 제거를 위해 항상 열을 발생시킬 필요가 없게 된다.
이하에서는, 특정 상황에서만 선택적으로 발열되는 그래핀 층(120)에 대하여 설명한다.
전원 공급부는 소정 조건을 만족하는 경우에만 그래핀 층(120)에 전압을 인가하도록 이루어질 수 있다.
예를 들어, 전원 공급부는 본 발명에 따른 카메라 렌즈(100) 주변 습도가 기준 습도 이상일 경우에만 그래핀 층에 전압을 공급하도록 이루어질 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 습도를 센싱하도록 이루어지는 습도 센서를 더 포함할 수 있다.
습도 센서는 카메라 렌즈(100) 주변의 습도를 센싱한다. 전원 공급부는 습도 센서로부터 센싱된 센싱 값에 근거하여 주변 습도가 기준 습도보다 높은 경우, 그래핀 층에 전압을 인가한다. 여기서, 상기 기준 습도는 물체 표면에 물방울이 맺힐 수 있는 습도로 설정될 수 있다.
다른 예를 들어, 전원 공급부는 본 발명에 따른 카메라 렌즈의 표면 온도에 따라 그래핀 층에 전압을 인가할 수 있다.
구체적으로, 전원 공급부는 물체 표면에 빙결이 발생될 정도로 표면 온도가 낮은 경우, 그래핀 층(120)에 전압을 공급하도록 이루어질 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈는 온도를 센싱하도록 이루어지는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 온도 센서는 카메라 렌즈 표면에 위치할 수 있다. 온도 센서가 상기 카메라 렌즈에 위치하는 경우, 전원 공급부는 상기 물체 표면에 빙결이 발생하는 경우, 그래핀 층에 전압을 인가한다.
이를 통해, 본 발명에 따른 카메라 렌즈(100)는 특정 상황에서만 선택적으로 그래핀 층(120)을 발열시킴으로써, 불필요한 전력소모를 막을 수 있게 된다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (12)
- 광학렌즈;
상기 광학렌즈의 일면에 배치되는 그래핀 층;
상기 그래핀 층과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2전극을 포함하고,
상기 제1 및 제2전극 사이에 전압이 인가되는 경우, 상기 그래핀 층은 발열되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 및 제2전극 각각은 복수 개이며,
상기 제1 및 제2전극을 덮고, 상기 광학렌즈의 적어도 일부분을 덮도록 배치되는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈. - 제1항에 있어서,
상기 광학렌즈의 일면과 교차하는 면에 배치되고, 상기 광학렌즈를 지지하도록 이루어지는 렌즈 지지부를 더 포함하고,
상기 제1 및 제2전극은 상기 렌즈 지지부의 일면에 배치되고,
상기 그래핀 층은 상기 일면에서 상기 렌즈 지지부의 일면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈. - 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 그래핀 층과 상기 제1 및 제2전극을 전기적으로 연결하는 투명전극을 더 포함하고,
상기 투명전극의 일부분은 상기 광학렌즈의 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2전극은 상기 광학렌즈의 일면과 교차하는 면에 배치되고,
상기 제1 및 제2전극과 전기적으로 연결되도록, 상기 그래핀 층은 상기 광학렌즈의 일면부터 상기 일면과 교차하는 면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈. - 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 그래핀 층과 상기 제1 및 제2전극을 전기적으로 연결하는 투명전극을 더 포함하고,
상기 투명전극의 일부분은 상기 광학렌즈의 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광학렌즈의 일면에 배치되어 상기 그래핀 층을 지지하고, 광투과성 물질로 이루어지는 그래핀 지지층을 더 포함하고,
상기 그래핀 지지층은 상기 광학렌즈와 상기 그래핀 층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 광학렌즈 및 상기 그래핀 지지층 사이에 배치되고, 상기 그래핀 지지층 및 상기 그래핀 층을 지지하도록 이루어지는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈. - 제9항에 있어서,
상기 그래핀 층은 상기 광학렌즈와 상기 그래핀 지지층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 및 제2전극은 상기 광학렌즈와 상기 그래핀 층 사이에 배치되고, 상기 그래핀 층 및 상기 그래핀 지지층을 지지하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈.
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