KR20060073467A - 가변 초점 렌즈 - Google Patents

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KR20060073467A
KR20060073467A KR1020050126749A KR20050126749A KR20060073467A KR 20060073467 A KR20060073467 A KR 20060073467A KR 1020050126749 A KR1020050126749 A KR 1020050126749A KR 20050126749 A KR20050126749 A KR 20050126749A KR 20060073467 A KR20060073467 A KR 20060073467A
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Abstract

본 발명은, 상이한 굴절률의 절연 액체(4) 및 전도 액체(5)를 포함하는 챔버를 포함하는 가변 초점 렌즈에 관한 것으로, 상기 2가지 액체 사이의 접촉면은, 외주가 전압(V)의 영향 하에 하우징의 벽을 따라 이동하도록 하는 변형가능한 굴절면(6)을 형성한다. 하우징은, 상기 렌즈의 광 축(△)에 수직인 평면에 대해 경사진 상부 부분(16)과; 상기 상부 부분보다 더 경사진 하부 부분(34, 48, 52)과; 상기 변형가능한 굴절면을 위한 멈춤부의 역할을 하는, 상기 상부 부분과 하부 부분 사이의 접합 지역(B')을 포함한다.

Description

가변 초점 렌즈{VARIABLE FOCAL LENS}
도 1은 가변 초점 렌즈의 종래의 예시적인 실시예의 부분을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 렌즈의 세부사항의 부분을 도시한 도면.
도 3은 도 1의 렌즈에 대해, 렌즈의 전극 사이에 인가된 전압에 따라 수렴의 전개를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 가변 초점 렌즈의 제 1 예시적인 실시예의 세부사항의 부분을 도시한 도면.
도 5는 도 4의 렌즈에 대해, 렌즈의 전극 사이에 인가된 전압에 따라 수렴의 전개를 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따라 변경가능한 초점 렌즈의 제 2 및 제 3 예시적인 실시예의 세부사항의 부분을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 가변 초점 렌즈를 포함하는, 모바일 전화용 카메라 모듈과 같은 광학 디바이스를 도시한 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 가변 초점 렌즈의 추가 실시예의 세부사항의 부분을 도시한 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3: 오목부 6: 변형가능한 굴절면
7: 테이퍼링 표면 8: 베이스
9: 전극 10: 절연 층
33, 34: 원통형 표면
본 발명은 가변 초점 렌즈에 관한 것으로, 더 구체적으로 전자 습식 현상에 의해 액체 방울의 변형을 이용하는 렌즈, 및 그러한 렌즈를 포함하는 광학 디바이스에 관한 것이다.
가변 초점 렌즈의 다양한 실시예는 본 출원인의 유럽 특허 1166157에 기재되어 있다.
도 1은 렌즈의 광 축(△)을 포함하는 평면을 따라 종래의 가변 초점 렌즈의 예시적인 실시예의 부분을 도시한다. 셀은 2개의 절연 및 투명 플레이트(1 및 2) 및 미도시된 측면 벽부에 의해 한정된다. 상기 플레이트 및 측면 벽부는 상이한 굴절률 및 동일한 밀도를 갖는, 절연 액체 및 절연 액체와 혼합될 수 없는 전기적 전도성 액체로 채워진 밀봉 챔버를 한정한다. 평평하지 않은 하부 플레이트(2)는 절연 액체(4) 방울을 수용하는 인덴테이션(indentation) 또는 오목부(3)를 포함한다. 셀의 나머지 부분은 전기적 전도성 액체(5)로 채워진다. 전도성 액체는 일반적으로 수용액 및 절연액 및 유성액이다. 절연 액체(4)와 전도성 액체(5) 사이의 접촉면은 변형가능한 굴절 표면(6)을 형성한다.
오목부(3)는 베이스(8)를 둘러싸는 축(△)을 갖는 테이퍼링 표면(tapered surface)(7)을 포함한다. 예를 들어 금의 층으로 구성된 전극(9)은 테이퍼링 표면(7) 및 베이스(8)의 일부분을 덮고, 전극 자체는 절연 층(10)으로 덮인다. 다른 전극(12)은 전도 액체(5)와 접촉한다. 전자 습식 현상에 의해, 전극(9, 12) 사이에 인가된 전압(V)에 따라, 변형가능한 굴절면(6)의 곡률을 변경시킬 수 있다. 그러므로, 전압의 영향 하에, 변형가능한 굴절면(6)의 외주는 전극으로 덮인 오목부의 표면에 의해 한정된, 하우징의 벽을 따라 이동하도록 한다. 따라서, 방울(4)의 영역에서 플레이트(1 및 2)에 직교로 셀을 통과하는 광 빔은 인가된 전압(V)에 따라 다소 집속될 것이다.
도 2는 도 1의 세부사항의 부분이다. 절연층(10)은 오목부(3)의 형태를 실질적으로 재현하므로, 테이퍼링 부분(16) 및 평평한 고리형 부분(18)을 포함한다. 테이퍼링 부분(16)의 최상위 지점은 참조 번호(A)로 표시된다. 테이퍼링 부분(16)과 고리형 부분(18) 사이의 통로에 대응하는 지점은 참조 번호(B)로 표시되고, 베이스(8)에서 전극(9)의 단부와 실질적으로 수평인 고리형 부분(18)의 단부 지점은 참조 번호(C)로 표시된다. 각도(θ)는 단면에서, 광축(△)에 수직인 평면과 테이퍼링 표면(7) 사이의 각도이다. 각도(θ)는 예를 들어 약 45°이다. 더욱이, 단면에서, 절연 층(10)과, 절연 층(10)에서 변형가능한 굴절면(6)의 탄젠트 사이의 각도는 α로 표기된다. 지정 전압(V)은 지정 각도(α)를 부여하여, 렌즈의 수렴을 고정한다. 일례로, 각도(α1 내지 α4)는 전압(V)의 값을 증가시키기 위해 상이한 각도(α) 값을 나타낸다.
도 3은 전압(V)에 따라 렌즈의 수렴(1/f)의 전개를 도시한다. 제로 전압(V)에 대해, 절연 액(4)은 절연 층(10)의 상부 단부까지, 즉 도 2에서 지점(A)의 레벨까지 적셔진다. 이 때 변형가능한 굴절면(6)과 절연 층(10) 사이의 각도는 각도(α1)에 대응한다. 변형가능한 굴절면(6)이 오목한 형태를 갖기 때문에, 음의 수렴이 얻어진다. 전압(V)이 0의 값으로부터 증가할 때, 변형가능한 굴절면(6)은, 전압(V)이 임계치(V1)보다 작은 한 고정 상태로 남아있다. 이것은 도 3에서 곡선(20)의 수평부에 대응한다.
전압(V)이 임계치(V1)로부터 임계치(V2)보다 약간 낮은 값으로 증가할 때, 변형가능한 굴절면(6)의 외주는 지점(A)으로부터 지점(B)까지 테이퍼링 부분(16)에 걸쳐 이동한다. 이것은, 도 3에서 곡선(22)의 상승부에 대응하고 동시에 각도(α)에서의 증가에 대응하는, 렌즈의 수렴에서의 증가로 나타난다. 일례로, 도 2에서, 각도(α2)는 지점(A)과 지점(B) 사이의 변형가능한 굴절면(6)의 외주의 중간 위치에 대응한다.
지점(B)은 변형가능한 굴절면(6)의 불안정한 위치에 대응한다. 구체적으로, 전압(V)이 V2와 같을 때, 지점(B)에서, 고리형 부분(18)과, 고리형 부분(18)에서의 변형가능한 굴절면의 탄젠트 사이의 각도에 의해 한정된 각도(α)인 변형가능한 굴절면(6)의 외주는 지점(B) 바로 앞에 갖는 값에 대해 급격히 떨어진다. 도 2에서, 각도(α3 및 α4)는 지점(B)을 통과할 때 각도(α)의 예각 변동(sharp variation)을 나타내는 지점(B)의 어느 한 측면에 변형가능한 굴절면(6)의 외주의 위치에 각각 대응한다. 변형가능한 굴절면(6)의 외주가 지점(B)에 있을 때, 각도(α)는 예각으로 감소하고, 인가된 전압(V)은 그러한 각도(α)를 부과하는데 필요한 전압보다 명백히 더 크다. 그 다음에, 변형가능한 굴절면(6)의 외주는 지점(B)으로부터 지점(C)까지 거의 순간적으로 이동한다. 이것은, 도 3에서, 곡선(24)의 실질적으로 수직 위치에 대응하는 수렴에서의 거의 순간적인 증가에 의해 반영되고, 상기 전압은 값(V2)을 실질적으로 유지한다. 일단 변형가능한 굴절면(6)의 외주가 지점(C)에 도달하면, 전압에서의 추가 증가는 변형가능한 굴절면(6)의 임의의 이동을 더 이상 야기하지 않으므로, 곡선(26)의 실질적으로 수평 위치에 대응하는 수렴에서의 임의의 변동을 더 이상 야기하지 않는다.
변형가능한 굴절면(6)이 지점(B)을 통과할 때의 그러한 불안정성은 바람직하지 못한데, 이는 렌즈의 전극 사이에 인가될 수 있는 모든 전압 값(V)에 대해 렌즈의 수렴을 정밀히 제어할 수 없다는 것을 의미하기 때문이다.
변형가능한 굴절면(6)의 외주가 지점(B)을 통과하였고 지점(C)에 있고, 사용자가 전압(V)을 감소시킬 때, 변형가능한 굴절면(6)은, 전압이 임계 전압(V3)보다 더 크고, V2보다 작고, 일반적으로 지점(C)에서 각도(α)를 부과하는데 충분한 전압에 대응하는 V1보다 크기만 하면 고정된 상태로 남아있다. 그 다음에, 수렴은 실질 적으로 일정한 상태로 남아있고, 이것은 곡선(28)의 실질적으로 수평 위치에 대응한다. V3로부터 임계치(V4)보다 약간 더 높은 값까지 전압(V)의 추가 감소는 지점(C)으로부터 지점(B)으로의 변형가능한 굴절면(6)의 외주의 이동을 야기한다. 이것은, 곡선(30)의 감소 부분에 대응하는 렌즈의 수렴에서의 약간의 감소에 반영된다. 그 다음에, 지점(B)은 다시 변형가능한 굴절면(6)의 불안정한 위치에 대응한다. 특히, 전압(V)이 V4와 같을 때, 변형가능한 굴절면(6)의 외주는 테이퍼링 부분(16)의 수준에 도달하기 위해 지점(B)을 통과하는 경향이 있다. 인가된 전압이 각도(α)를 부가하는데 필요한 전압보다 명백히 더 낮을 때, 변형가능한 굴절면(6)의 외주는 전압(V4)과 연관된 각도(α)에 대응하는 위치에서 중단하기 위해 테이퍼링 위치(16) 상으로 거의 순간적으로 이동한다. 이것은 곡선(32)의 실질적으로 수직 위치에 대응하는 수렴에서의 급격한 하강에 의해 반영된다. V4로부터 V1로의 전압의 감소는 변형가능한 굴절면(6)의 외주를 지점(A)으로 돌아가게 한다.
그러므로, 렌즈의 수렴의 전개는, 전압(V)이 증가하거나 감소하는지에 따라 상이하다. 히스테리시스 현상은 렌즈의 수렴의 정밀한 제어가 없을 때 두드러진다.
그러한 단점은 전극(9)이 오목부(3)의 테이퍼링 표면(7)만을 덮고 베이스(8)에 걸쳐 확장하지 않는 경우 방지될 수 있다. 그러나, 일반적으로 그러한 응용에 사용된 금속 층 증착 방법은 테이퍼링 표면(7)과 베이스(8) 사이의 접합에서 전극(9)의 정밀한 중단을 보장하기 위해 충분한 정밀도를 제공하지 않는다. 그 다음에, 지점(A)과 지점(B) 사이에서 중단하도록, 해결책은 전극(9)의 크기를 제한하는 것 이다. 그러나, 오목부(3)의 주어진 형태에 대해, 가능한 수렴의 가장 넓은 범위를 갖는 것이 바람직하며, 이것은 전극(9)이 적어도 지점(B)까지 연장하는 것을 필요로 한다. 사실상, 그러므로, 전극(9)은 베이스(8)의 부분에 걸쳐 계획적으로 연장한다.
더욱이, 그러한 단점은 전압(V)의 변동 범위를 임계치(V2)보다 낮은 값에 한정시킴으로써 방지될 수 있다. 그러나, 사실상, 렌즈 제조자는 일반적으로 사용자에 의해 인가된 전압을 셀의 전극에 부과할 수 없으므로, 임계치(V2)보다 더 큰 전압이 결코 인가되지 않음을 보장할 수 없다.
그러므로, 본 발명의 하나의 목적은 렌즈의 전극 사이에 인가된 전압에 따라 계속 전개하는 수렴을 갖는 가변 초점 렌즈를 얻는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 렌즈의 전극 사이에 인가된 전압에 따른 수렴의 전개가 히스테리시스를 제공하지 않는 가변 초점 렌즈를 얻는 것이다.
이들 목적 및 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전도성 액체 및 상이한 굴절률의 절연 액체를 포함하는 챔버를 포함하는 가변 초점 렌즈를 제안하며, 상기 2가지 액체 사이의 접촉면은 전압의 효과 하에 하우징의 벽을 따라 이동하도록 하는 외주를 갖는 변형가능한 굴절 표면을 형성하며, 여기서 하우징은,
- 렌즈의 광 축에 수직인 평면에 대해 경사진 상부 부분과;
- 상부 부분보다 더 경사진 하부 부분과;
- 상기 상부 부분과 하부 부분 사이의 접합 지역(B')을 포함하며,
여기서 접합 지역에서 하우징의 표면은, 변형가능한 굴절면이 상기 접합 지역에서 차단된 상태로 남아있게 하기 위해 렌즈의 광 축에 수직인 평면에 대해 경사의 예각 변동을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 상부 부분은 광 축에 평행한 축으로 테이퍼링된다.
본 발명의 일실시예에 따라, 하부 부분은 광 축에 평행한 축을 갖는 일반적으로 원통형 형태를 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따라, 하부 부분은, 상부 부분과 하부 부분 사이의 접합에서 광 축에 수직인 평면에 대해 상부 부분의 경사보다 더 큰 광 축에 수직인 평면에 대한 경사를 갖는 광 축에 평행한 축을 갖는 일반적으로 테이퍼링 형태를 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따라, 접합 지역(B')은 연속적인 가변 곡률을 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따라, 상부 부분 및 하부 부분은, 절연 기판 상에 자체적으로 증착된, 전극을 형성하는 금속 층을 덮는 절연 층의 표면 부분에 대응한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 하우징은 적어도 부분적으로 투명 바닥을 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면에 대해 한정되지 않는 방식으로 이루어진 다음의 특정 예시적인 실시예의 설명에서 구체적으로 설명 될 것이다.
본 발명은, 렌즈의 광 축(△)을 포함하는 평면에서 테이퍼링 표면과 중간 표면 사이의 접합에서, 광 축에 수직인 평면과 중간 표면의 탄젠트 사이의 각도가 광 축에 수직인 평면과 테이퍼링 표면 사이의 각도보다 더 크거나 광 축(△)에 수직인 평면과 접합으로부터 더 멀리 떨어진 테이퍼링 표면 사이의 각도에 대해 매우 급격히 증가하는 중간 표면을 테이퍼링 표면(7)과 오목부(3)의 베이스(8) 사이에 제공하는 단계를 수반한다. 그 다음에, 전극(9)은 테이퍼링 표면(7), 및 중간 표면, 및 필요시 베이스(8)의 일부분에 걸쳐 연장한다. 전극(9)을 덮는 절연 층(10)의 외부 표면의 형태는 오목부(3)의 형태를 재현한다. 그 결과, 변형가능한 굴절면(6)의 외주가 이동하도록 하는 벽을 따른 하우징은 그 형태가 표면(7)의 형태를 재현하는 상부 부분(16)과, 그 형태가 상부 부분과 하부 부분 사이의 접합 지역 및 중간 표면의 형태를 재현하는 하부 부분(34)(도 2)을 포함한다. 본 발명에 따라, 접합 지역에서의 하우징의 표면은, 변형가능한 굴절 표면이 상기 접합 지역에서 차단된 상태로 남아있게 하기 위해 렌즈의 광 축에 수직인 평면에 대해 경사의 예각 변동을 제공한다. 따라서, 절연 층(10)에서의 변형가능한 굴절면(6)의 탄젠트와 절연 층(10)의 탄젠트 사이의 각도(α)는 상부 부분으로부터 하부 부분으로 통과할 때 예각으로 증가한다. 그 결과, 상부 부분의 테이퍼링 표면에서의 절연 층에 걸쳐 이동하는, 변형가능한 굴절면의 외주가 테이퍼링 부분(16)과 하부 부분 사이의 접합 지역에 도달할 때, 굴절면이 접합을 통과하도록 렌즈의 전극 사이에 전압에서의 급격 한 증가를 적용할 필요가 있다. 따라서, 전압의 약간의 증가에 대해, 변형가능한 굴절면은 그 다음에 멈춤부(stop)의 역할을 하는 접합 지역에서 차단된 상태로 유지된다. 그러므로, 불안정성 현상은 도 1의 렌즈에서 더 이상 볼 수 없는데, 이는 변형가능한 굴절면(6)의 외주가 중간 표면과, 불안정성 현상이 발생하는 오목부의 바닥 사이의 접합 지역에 도달하기 때문이다. 중간 표면은 많은 형태를 가질 수 있는데, 이는 광 축에 대한 경사가 전술한 동작을 허용하기 때문이다.
도 4는 본 발명에 따른 가변 초점 렌즈의 제 1 예시적인 실시예의 세부사항에 대한 부분이다. 테이퍼링 표면(7)과 오목부(3)의 베이스(8) 사이에, 렌즈의 광 축(△)에 대응하는 축을 갖는 원통형 표면(33)이 있다. 전극(9) 및 절연 층(10)은 원통형 표면(33) 및 베이스(8)의 일부분에 걸쳐 연장한다. 절연 층(10)은 오목부(3)의 형태를 실질적으로 재현하므로, 원통형 표면(33)에 접하는 원통형 부분(34)(하부 부분)을 포함한다. 테이퍼링 부분(16)과 절연 층(10)의 원통형 부분(34) 사이의 통로에 대응하는 지점은 참조 번호(B')로 표시된다. 각도(α5 및 α6)는 지점(B')을 통과할 때 각도(α)에서의 예각 변동을 나타내는 지점(B')의 어느 한 측면에서 변형가능한 굴절면(6)의 외주의 위치에 각각 대응한다. 각도(α6)가 각도(α5)보다 명백히 더 크다는 것이 주지될 것이다. 그러므로, 변형가능한 굴절면(6)을 각도(α6)에 대응하는 위치에 유지시키기 위해 인가될 전압(V)은 변형가능한 굴절면(6)을 각도(α5)에 대응하는 위치에 유지시키는데 필요한 전압(V)보다 명백히 크다.
도 5는 렌즈의 전극 사이에 인가된 전압(V)에 따라 도 4의 렌즈의 수렴의 전 개를 나타낸다. 도 3에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로, 제로 전압(V)에 대해, 절연 액체(4)는 절연 층(10)의 상부 단부, 즉 도 4의 지점(A)에 실질적으로 적셔진다. 그러면, 변형가능한 굴절면(6)은 오목한 형태를 갖고, 음의 수렴이 생성된다. 전술한 바와 같이, 전압(V)이 제로 값으로부터 증가할 때, 변형가능한 굴절면(6)은 전압(V)이 임계치(V1)보다 낮을 때까지 고정된 상태로 유지된다. 이것은 도 3에서 곡선(40)의 수평 부분에 대응한다.
전압(V)이 임계치(V1)로부터 임계치(V'2)로 증가할 때, 변형가능한 굴절면(6)의 외주는 지점(A)으로부터 지점(B')으로 절연 층(10)의 테이퍼링 부분(16)에 걸쳐 이동한다. 이것은 도 5에서의 곡선(42)의 상승 부분, 동시에 각도(α)에서의 증가에 대응하는, 렌즈의 수렴에서의 증가에 의해 반영된다. 변형가능한 굴절면(6)이 지점(B')을 벗어날 수 있게 하기 위해, V'2보다 명백히 더 큰 임계치(도 5에는 미도시)보다 더 큰 전압(V)을 인가할 필요가 있다. 그러므로, V'2를 초과하는 전압(V)에서의 약간의 증가는 변형가능한 굴절면(6)의 어떠한 이동도 야기하지 않으므로, 수렴에서의 어떠한 증가도 야기하지 않는다. 이것은 곡선(44)의 수평 부분에 대응한다.
역으로, 전압(V)이 변형가능한 굴절면(6)의 외주가 지점(B')에 있는 V'2보다 큰 값으로부터 감소될 때, 변형가능한 굴절면(6)의 어떠한 이동도 전압(V)이 V'2에 도달할 때까지 관찰되지 않는다. 전압(V)이 V'2 아래로 감소할 때, 변형가능한 굴절 면(6)은 지점(A)에 더 가까워지도록 지점(B')으로부터 멀리 이동한다. 수렴의 전개가 곡선(42)의 부분에 후속할 때, 어떠한 히스테리시스 현상도 관찰되지 않는다.
도 6은 본 발명에 따른 가변 초점 렌즈의 제 2 예시적인 실시예의 세부사항의 부분이다. 중간 표면은, 단면에서, 광 축(△)에 수직인 평면과 테이퍼링 표면(45) 사이의 각도(θ')가 각도(θ)보다 큰 테이퍼링 표면(46)이다. 절연 층(10)은 테이퍼링 표면(46)에 접하는 테이퍼링 표면(48)을 포함한다. 그 때, 지점(B')은 단면에서, 테이퍼링 부분(16)과 테이퍼링 부분(48) 사이의 접합에 대응하는 지점을 나타낸다. 이 때, 도 4에 대해 전술한 것과 유사한 현상이 관찰되는데, 이는 절연 층(10)에서의 변형가능한 굴절면의 탄젠트 사이의 각도(α)는, 변형가능한 굴절면(6)의 외주가 지점(A)으로부터 도중에 지점(B')을 통과할 때 예각으로 증가하기 때문이다. 이 때 이것은 실질적으로 도 5에 도시된 것에 대응하는 수렴의 전개의 곡선을 제공한다.
접합 지역이 효과적으로 멈춤부의 역할을 하도록 하기 위해, 본 출원인은, 상부 부분의 경사에 관해 하부 부분의 경사의 적어도 20%의 증가를 갖는 것이 유리한 것으로 보여주었다. 예를 들어, 도 7의 예시적인 실시예에서, 약 45°의 테이퍼링 표면의 경사 각도(θ)에 대해, 중간 표면의 경사 각도는 약 55°를 초과해야 한다.
더욱이, 도 5에 도시된 바와 같이, 멈춤부가 매우 예리하게 할 필요가 있을 때 접합 지역을 가능한 한 짧게 하는 것이 유리하다. 렌즈의 제조 공정으로 인해, 접합 지역은 널 치수(null dimension)가 아닌 것을 제공할 필요가 있지만, 이 치수 는 변형가능한 굴절면이 접합 지역에서 예리하게 중단되도록 할 필요가 있는 경우 가능한 한 낮아져야 한다. 예를 들어, 오목부가 테이퍼링 표면(7) 및 중간 표면{33(도 4), 46(도 7)} 모두를 얻기 위해 가공되는 경우에, 접합 지역은 가능한 한 작아질 필요가 있는 만곡 표면을 제공할 것이다. 예를 들어, 0.1mm, 유리하게는 0.05mm보다 작은 반경이 바람직할 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 렌즈의 제 3 실시예의 세부사항의 부분인데, 여기서 중간 표면(50)은 만곡 표면을 제공하는 접합 지역을 통해 테이퍼링 표면(7)에 링크된다. 절연 층(10)은 중간 표면(50)에 접하는 하부 부분(52)을 포함한다. 그 다음에, 지점(B')은 단면에서, 테이퍼링 부분(16)과 하부 부분(52) 사이의 접합에 대응하는 지점을 표시한다. 이 실시예에 따라, 테이퍼링 부분(16)과 하부 부분(52) 사이의 접합에서, 단면에서, 광 축(△)에 수직인 평면과 만곡 부분(52)의 탄젠트 사이의 각도는 지점(B')으로부터 더 멀리 있는 각도(θ)에 대해 급격히 증가한다. 절연 층에서의 변형가능한 굴절면의 탄젠트와 절연 층 사이의 각도(α)는 변형가능한 굴절면의 외주가 지점(A)으로부터 도중에 지점(B')을 통과할 때 접합 지역에서 급격하지만 연속적으로 증가한다. 도 5의 수렴의 전개의 곡선에 대해, 부분(42)은 경사가 급격히 감소하는 둥근 부분을 통해 "중단(break)" 없이 연장하며, 이것은 전압(V)에서 증가가 있을 때 변형가능한 굴절면의 좀 더 약간의 이동에 대응한다.
물론, 본 발명은 당업자에게 나타나는 다양한 변경 및 변형이 있을 수 있다. 특히, 본 발명은, 변형가능한 굴절면의 외주가 테이퍼링 표면에 걸쳐 이동하는 가변 초점 렌즈에 대해 설명되었다. 물론, 변형가능한 굴절면의 외주가 이동하는 작 업 표면은 테이퍼링 표면과 상이할 수 있다. 본 발명은, 작업 표면과 중간 표면 사이의 접합에서, 광 축에 수직인 평면과 중간 표면의 탄젠트 사이의 각도가 광 축에 수직인 평면과 작업 표면의 탄젠트 사이의 각도보다 크거나, 광 축에 수직인 평면과 작업 표면으로부터 더 멀리 있는 작업 표면의 탄젠트 사이의 각도에 대해 급격히 증가하도록, 중간 표면을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 렌즈의 다른 장점은 아래에 설명된다. 몇몇 응용에서, 렌즈의 역학을 한정시키는데 유용할 수 있는데, 즉 전술한 바와 같이 각도(α){절연 층(10)과, 단면에서 측정된 절연 층(10)에서의 변형가능한 굴절면(6)의 탄젠트 사이의 각도}의 변동 범위를 한정시키는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 축(△)을 따른 치수가 한정될 필요가 있는 가변 초점 렌즈에 대한 경우이다. 이 경우에, 렌즈는, 상부 플레이트(1)(도 1) 및 하부 플레이트(2)가 서로 더 가까워지도록 설계될 것이다. 그러므로, 절연 액체(4)의 방울이 플레이트(1)와 접촉하게 되는 위험이 있다. 이 경우에, 전술한 접합 지역이 멈춤부의 역할을 하여, 각도(α)의 변동의 범위를 한정시키는 반면, 기판(2)이 충분한 깊이를 유지하여, 기계적 세기를 유지하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 가변 초점 렌즈는 소형 광학 카메라를 포함하는 모든 디바이스를 포함하지만 여기에 한정되지 않는 많은 응용에 사용될 수 있다. 도 8은 본 발명에 따른 가변 초점 길이의 렌즈(80)를 병합하는 광학 디바이스(100)의 개략도이다. 광학 디바이스는 가변 초점 길이 렌즈를 유지하는 마운트(81) 및 하나 이상의 고정 렌즈의 세트(82)를 포함한다. 광학 디바이스는 광학 센서(83) 및 가변 렌즈를 구동시키기 위한 구동기(84)를 더 포함하며, 상기 구동기는 연결부(85, 86)를 통해 렌즈의 전극에 연결된다. 기존의 광학 디바이스는, 예를 들어 전체 개시가 본 명세서에 참고용으로 병합된 US 특허 번호 6,823,198에 일반적으로 설명된 유형의 모바일 전화에 포함될 카메라 모듈이다.
도 9는 본 발명에 따른 가변 초점 렌즈의 추가 실시예의 세부사항의 부분이다. 이 실시예에 따라, 상부 벽부(16)와 하부 벽부(48) 사이의 접합 지역(B')은 인가된 전압에서의 증분하는 증가시 상기 접합 지역에서 변형가능한 굴절면의 이동을 실질적으로 차단할 정도로 충분한 벽 경사에서의 변동을 나타낸다. 하부 벽부(48)는, 광 축에 적어도 본질적으로 수직으로 배향된, 오목부(3)의 베이스(8)에 인접한다. 이 실시예에 따라, 상기 접합 지역에서의 표면 하우징은 변형가능한 굴절면의 이동을 실질적으로 차단할 정도로 충분한 벽 경사에서의 제 1 변동을 갖는 제 1 지역 부분(61)을 포함한다. 만약 벽 경사에서의 역 변동을 갖는 제 2 지역 부분(62)을 추가로 포함하면, 제 2 지역 부분 아래의 결과적인 벽의 경사는 예를 들어 상부 벽부(16)의 경사와 실질적으로 동일하다. 이러한 특정한 실시예에서, 제 1 및 제 2 벽부(61, 62) 사이의 중간 표면은 오목부 제조에 사용된 공정에 따라, 우선적으로 가능한 한 짧게 이루어진다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 지역 부분(61, 62) 각각은, 0.1mm 미만의 반경, 유리하게는 0.05mm 미만의 반경을 갖는 만곡 표면을 나타낼 것이고, 이 실시예에서 중간 표면(60)은 유리하게 0.1mm 미만일 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 가변 초점 렌즈에 관한 것으로, 더 구체적으로 전자 습식 현상에 의해 액체 방울의 변형을 이용하는 렌즈, 및 그러한 렌즈를 포함하는 광학 디바이스 등에 효과적이다.

Claims (12)

  1. 전도 액체(5) 및 상이한 굴절률의 절연 액체(4)를 포함하는 챔버를 포함하는 가변 초점 렌즈로서, 상기 2가지 액체 사이의 접촉면은, 외주가 전압(V)의 영향 하에 하우징의 벽을 따라 이동하도록 하는 변형가능한 굴절면(6)을 형성하고, 상기 하우징은,
    - 상기 렌즈의 광 축(△)에 수직인 평면에 대해 경사진 상부 부분(16)과;
    - 상기 상부 부분보다 더 경사진 하부 부분(34, 48, 52)과;
    - 상기 상부 부분과 하부 부분 사이의 접합 지역(B')으로서, 상기 접합 지역에서 하우징의 표면은, 변형가능한 굴절면이 상기 접합 지역에서 차단된 상태로 남아있게 하기 위해 렌즈의 광 축에 수직인 평면에 대해 경사의 예각 변동을 제공하는, 접합 지역(B')을
    포함하는, 가변 초점 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상부 부분(16)은 상기 광 축(△)에 평행한 축으로 테이퍼링(tapered)되는, 가변 초점 렌즈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 하부 부분(34)은 상기 광 축(△)에 평행한 축을 갖는 일반적으로 원통형 형태를 갖는, 가변 초점 렌즈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 하부 부분(48)은, 상기 광 축(△)에 수직인 평면에 대한 경사가 상기 상부 부분과 상기 하부 부분 사이의 접합에서 광 축에 수직인 평면에 대해 상부 부분(16)의 경사보다 더 큰 광 축(△)에 평행한 축을 갖는 일반적으로 테이퍼링 형태를 갖는, 가변 초점 렌즈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 접합 지역(B')은 연속적인 가변 곡률을 갖는, 가변 초점 렌즈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 접합 지역은 만곡 표면을 갖는, 가변 초점 렌즈.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 만곡 표면의 반경은 0.1mm보다 더 작고, 유리하게는 0.05mm보다 더 작은, 가변 초점 렌즈.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 상부 부분(16) 및 상기 하부 부분(34, 48, 52)은, 절연 기판(2) 상에 자체적으로 증착된, 전극을 형성하는 금속 층(9)을 덮는 절연 층(10)의 표면 부분에 대응하는, 가변 초점 렌즈.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 하우징은 상기 광 축(△)에 적어도 부분적으로 수직이고 상기 하부 부분(34, 48, 52)을 연장하는 바닥(18)을 포함하며, 상기 하우징의 바닥은 외주에서, 상기 금속 층(9)을 덮는 절연 층(10)의 표면 부분에 대응하는, 가변 초점 렌즈.
  10. 제 1항에 따른 가변 초점 길이를 포함하는 광학 디바이스.
  11. 제 10항에 따른 광학 디바이스를 포함하는 모바일 전화.
  12. 광 축을 갖는 가변 초점 렌즈로서, 전도액(5) 및 절연 액체(4)를 포함하기 위한 챔버를 한정하는 하우징을 포함하며, 상기 2가지 액체는 상이한 굴절률을 갖고, 인가된 전압(V)의 함수로서 상기 하우징의 벽을 따라 이동하도록 하는 주변을 갖는 변형가능한 굴절면(6)을 포함하는 접촉 표면을 형성하도록 서로 접촉하고, 상기 하우징은,
    - 상기 광 축에 적어도 본질적으로 수직으로 배향된 베이스(8)와;
    - 상기 렌즈의 광 축(△)에 수직인 평면에 대한 제 1 배향을 갖는 제 1 측면 벽부(16)와;
    - 상기 평면에 대한 제 2 배향을 갖는, 상기 베이스에 인접한 제 2 측면 벽부(34, 48, 52)와;
    - 상기 제 1 및 제 2 측면 벽부 사이의 접합 지역(B')으로서, 상기 접합 지역에서의 하우징의 표면은, 인가된 전압에서의 증분적인 증가시 상기 접합 지역에서 상기 변형가능한 굴절면의 이동을 실질적으로 차단할 정도로 충분히 렌즈의 광 축에 수직인 평면에 대한 벽 경사에서의 변동을 나타내는, 접합 지역(B')을
    포함하는, 가변 초점 렌즈.
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