KR20060126146A - 액체렌즈의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계적 구동 없이 초점거리의 조절을 위한 액체렌즈에 관한 것이다.

본 발명은 실린더 내부에 저장된 액체로 초점거리를 조절하는 액체렌즈의 제작방법에 있어서, 제1플레이트의 상부면에 제1전극층을 형성하는 단계와 실린더에 절연층을 형성하는 단계와 상기 실린더의 하부면과 상기 제1플레이트의 상부면을 접합하는 단계와 상기 제1전극층과 상기 실린더에 전압 인가 장치를 연결하는 단계와 상기 상호 결합된 제1플레이트 및 실린더의 내부에 초점거리의 조절을 위한 제1액체를 주입하는 단계와 상기 전압 인가 장치를 구동시켜 상기 실린더 내부의 기체를 제거하는 단계와 상기 상호 결합된 제1플레이트 및 실린더의 내부에 초점거리의 조절을 위한 제2액체를 주입하는 단계와 상기 실린더의 상부면과 제2플레이트의 하부면을 접착제를 사용하여 접합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체렌즈의 제작방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 의하면 액체렌즈의 최후 접합전에 전기구동을 시켜서 젖음을 완전히 시켜주어, 표면과의 기포를 제거할 수 있다.

전기 습윤, 액체렌즈

Description

액체렌즈의 제작방법{Method for Making Liquid Lens}

도1은 전기습윤 현상을 나타낸 모식도.

도2는 종래 발명에 따른 액체렌즈의 일실시예를 나타낸 도면.

도3은 본 발명에 따른 액체렌즈의 제작과정 중 전기구동을 시켜서 기체를 제거시킨 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 절연층 110 : 전극층

120 : 전압이 인가되지 않았을 때의 액체의 곡면

130 : 전압이 인가되었을 때의 액체의 곡면

200 :제1플레이트 210 : 제1전극층

215 : 실린더 220 : 제2전극층

230 : 절연층 240 : 접착제

245 : 전압 인가 장치 250 :제1액체

255 : 제2액체 260 : 액체렌즈 내부의 기포

270 : 제2플레이트

본 발명은 렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적 구동 없이 초점거리를 조절하기 위한 액체렌즈에 관한 것이다.

종래에 사용되던 카메라에 사용되는 플라스틱이나 유리렌즈의 경우, 초점거리의 변화를 주기 위해서는 렌즈 사이의 거리를 모터 등의 기계적 구동을 통하여 이용하여 변화시켜 주어야 한다.

반면 실린더의 내부에 액체를 저장한 액체렌즈의 경우에는, 전기습윤 현상을 이용하여 표면층의 평형 wetting조건을 변화시킴으로써 초점거리를 조절하는 것이 가능하므로 기계적인 구동 없이 초점조절을 하는 것이 가능하다.

액체렌즈의 원리는 눈이 초점거리를 맞추는 것과 같은 방식이다.

즉 눈은 가까운 곳을 볼 때는 수정체를 두껍게 변화시켜 볼록 렌즈 형태로 변화하고, 먼 곳을 볼 때는 수정체를 얇게 변화시켜 평면이나 오목렌즈와 같은 형태로 만든다.

액체렌즈에 있어서 실린더의 내부에 저장된 액체의 형태를 변화시켜야 하는 바, 이를 위해서 전기습윤을 이용하는데 이하에서 검토한다.

전기습윤이란 전해질 액체의 표면장력을 전기를 가함으로써 변화시키는 현상으로, 가브리엘 리프만 박사에 의해 발견되었다.

가브리엘 리프만 박사는 수조에 물을 담근 후 그 안에 가는 관을 넣으면, 상기 관 안의 수면이 상기 수조 안의 수면보다 더 높게 올라가는 모세관 현상에서, 벽면이 금속으로 된 수조와 관을 사용하여 수조와 모세관 속 물에 전기를 통하게 함으로써 관 안의 수면 높이에 변화를 일으킨 전기 모세관 현상을 구현하였다.

그러나, 상기 현상은 1V 정도의 낮은 전압에서만 발견되었는데, 이는 전압이 높아지면 전기가 흘러서 물이 전기분해되어서 기포가 발생하기 때문이다.

프랑스의 물리학자인 Bruno Berge 박사는 높은 전압에서 표면 장력을 제어할 수 없었던 상기의 문제점을 해결하였다.

Bruno Berge 박사는 금속과 물이 바로 접하지 않도록 금속의 표면에 수 ㎛ 정도 두께의 절연체 층을 코팅한 후, 그 위에 물방울을 떨어뜨리고 금속판과 물방울에 전기를 가하는 경우 인가하는 전압의 크기에 따라 물방울의 표면모양이 바뀌는 것을 확인하였다.

즉, 절연체를 중간에 삽입하는 경우 낮은 전압뿐 만 아니라, 수십 V에서도 물방울의 표면 모양을 조절할 수 있게 되었다.

도1은 전기습윤 현상을 나타낸 모식도이다.

전극(110) 위에 절연층(100)이 코팅되어 있으며, 전압이 인가되지 않았을 때는 액체의 곡률이 크나(120) 전압이 인가되었을 때는 상기 액체의 곡률이 상대적으로 더 작아진다.(130)

전기습윤 현상을 이용한 종래의 액체렌즈를 설명하면 다음과 같다.

전기습윤 현상을 이용한 액체렌즈는 실린더의 내부에 굴절율이 서로 다르고 섞이지 않는 액체 두 종류를 채우고, 상/하부면을 투명한 판으로 된 제1플레이트/제2플레이트로 밀봉하여 렌즈의 역할을 하게 만든다.

즉, 두 종류의 액체 중 한 종류는 절연성, 무극성을 나타내는 Oil류이고, 다 른 한 종류는 전기가 통하는 전해질 수용액을 이용하며, 중력의 영향을 받지 않기 위해 밀도가 동일한 액체를 사용한다.

상기 실린더는 전극으로 코팅되어 있으며, 상기 전극의 외부에는 절연체가 코팅되어 있어서 상기 실린더 내부의 액체에 전류가 흐르는 것을 방지한다.

상기 실린더에 전극을 배선하고 상기 전도성 수용액의 판 쪽에는 상기 실린더에 배선된 전극과 반대 극성의 전극을 설치하여, 상기 수용액과 상기 실린더의 전극을 연결시키면 전체적으로 하나의 축전기와 같은 구조가 된다.

상기 구조에 전압을 가하는 경우 상기 전도성 수용액의 표면 장력이 변화하여 두 액체 사이의 곡률이 변화하여 빛을 굴절시켜 렌즈의 역할을 하게 된다.

상기 두 액체 사이의 곡률은 다음과 같다.

상기 θ°는 전압을 인가하지 않았을 때, 액체가 표면 장력에 의해 곡면을 이룰 때 상기 액체와 액체가 놓인 판이 이루는 각도를 나타낸다.

상기 θ는 전압이 인가되었을 때, 전기습윤 현상에 의해 액체의 표면장력이 커졌을 때의 상기 액체와 액체가 놓인 판이 이루는 각도이다.

상기 d는 절연층의 두께이고, 상기 ε은 유전율을 나타내고, 상기ε。는 진공에서의 유전율이다.

상기 V는 상기 액체에 인가된 전압이고, 상기 γ는 상기 액체의 표면장력의 크기를 나타낸 것이다.

따라서, 상기 액체에 인가된 전압이 더 클수록, 상기 액체와 상기 액체가 놓인 판이 이루는 각도가 작아진다.

즉, 더 강한 전압을 인가할수록 더 납작한 형태를 이루게 되어, 상기 액체에 빛이 입사될 때 굴절되는 정도가 변한다.

그러나, 상술한 종래의 방법에 의해 제조된 액체렌즈는 다음과 같은 문제점이 있는 바, 이하에서 도2를 참조하여 설명한다.

실린더(215)와 제1플레이트(200)를 접합한 후 제1액체(250) 및 제2액체(255)를 주입하는 과정에서 상기 실린더(220) 및 제1플레이트(200)의 내부에 있던 공기가 모두 빠져 나오지 않아, 미세한 기포(260)가 액체렌즈 내부에 남는 문제점이 발생한다.

즉, 액체렌즈 내부에 남아 있는 기포(260)로 인해서, 빛이 액체1(250)과 액체2(255)를 통과할 때 뿐만 아니라, 미세 기포(260)를 통과할 때 굴절하여 초점이 명확히 맺히지 않고 상이 뿌옇게 흐려질 수 있다.

또한, 상기 액체렌즈를 장시간 사용하면 상기 기포(260)가 모여서 더 큰 기포를 형성하여, 상기 액체렌즈를 통한 이미지 형성에 방해가 될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 액체렌즈 내부의 미세 기포를 완전히 제거하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은, 초점이 뚜렷하게 맺히는 액체렌즈를 제공하는 것이 다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실린더 내부에 저장된 액체로 초점거리를 조절하는 액체렌즈의 제작방법에 있어서, 제1플레이트의 상부면에 제1전극층을 형성하는 단계와 실린더에 절연층을 형성하는 단계와 상기 실린더의 하부면과 상기 제1플레이트의 상부면을 접합하는 단계와 상기 제1전극층과 상기 실린더에 전압 인가 장치를 연결하는 단계와 상기 상호 결합된 제1플레이트 및 실린더의 내부에 초점거리의 조절을 위한 제1액체를 주입하는 단계와 상기 전압 인가 장치를 구동시켜 상기 실린더 내부의 기체를 증발시키는 단계와 상기 상호 결합된 제1플레이트 및 실린더의 내부에 초점거리의 조절을 위한 제2액체를 주입하는 단계와 상기 실린더의 상부면과 제2플레이트의 하부면을 접착제를 사용하여 접합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체렌즈의 제작방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 제2액체의 주입후 제2플레이트의 접합 전에 전압을 한 번 더 인가하여 액체렌즈 내부의 기포를 한 번 더 제거하는 단계를 포함한 액체렌즈의 제작방법을 제공한다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도3을 참조하여, 본 발명에 따른 액체렌즈의 제1실시예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 액체렌즈를 제작하기 위한 제1플레이트(200)의 상부면에 제1전극층(210)을 형성한다. 상기 제1전극층(210)은 코팅의 방법으로 형성함이 바람직하다.

액체렌즈를 제작하기 위한 실린더(215)의 표면에 절연층을 형성한다. 상기 절연층(230)은 코팅의 방법으로 형성함이 바람직하다.

상기 실린더의 외부표면 일부에는 절연층이 형성되지 않아서 전압 인가 장치(245)와 연결할 수 있게 한다.

상기 실린더(215)는 전기가 통할 수 있는 금속을 사용함이 바람직하나, 유리 플라스틱 등 비금속을 사용할 수도 있으며 이 때에는 실린더 외부에 전극층을 형성하여야 할 것이며, 상하부가 개방된 원통형일수도 있으나 내부가 경사진 구조 또는 내부가 휘어진 구조의 실린더도 가능하다.

도3은 비금속으로 제작된 실린더(215) 표면에 제2전극층(220)이 형성되었고, 상기 제2전극층의 표면에 절연층(230)이 형성되어 있는 상태를 도시한 것이다.

상기 제1전극층(210)이 형성된 제1플레이트(200)에 절연층(230)이 형성된 실린더(215)를 접합한다. 이 때, OP1030K 또는 OP1030M 등의 공업용 접착제를 사용함이 일반적이다.

상기 금속 실린더(215) 또는 비금속 실린더의 외부에 형성된 제2전극층(220)과 전압 인가 장치(245)를 연결한다.

상기 실린더(220)와 제1플레이트(200)가 완전히 접합되면, 내부에 초점거리 조절을 위한 제1액체(250)를 주입한 후 전압을 가한다.

전압이 가해지면 제1액체(250)는 전해질 용액이므로 전기습윤현상이 발생하여 상기 제1액체(250)의 표면이 도1과 같이 곡면을 이루게 되고, 이 때 유체인 상기 제1액체(250)가 유동하면서 액체렌즈 용기 내부 표면에 있던 미세 기포(260)가 상기 제1액체 밖으로 나오게 된다.

즉, 상기 제1액체(250)에 눌리어 액체렌즈 내부 표면에 붙어 있던 미세 기포(260)가 상기 제1액체렌즈(250) 밖으로 나오게 되는 것이며, 강한 전압을 장시간 가할수록 그 효과가 크다.

상기와 같이 미세 기포(260)를 완전히 제거한 후에, 상기 액체렌즈 내부에 제2액체(255)를 주입한다. 상기 제2액체(255)는 빛의 굴절효과를 위한 것이므로, 주입하지 않고 공기로써 대체할 수도 있다.

상기 제2액체(255)를 주입한 후에도 상기 제1액체(250)를 주입한 후와 동일한 공정을 반복하여 미세 기포(260)를 제거할 것이다.

상기 미세 기포(260)를 완전히 제거한 이후에, 제2플레이트(270)의 하부면을 접착제(240)를 사용하여 실린더의 상부면에 밀봉한다.

상기 제1플레이트(200) 위에 형성된 제1전극층(210)은 ITO전극과 같이 광투과율이 매우 높은 투명한 것임이 바람직하며, 전기습윤 형상에 의해 전해질 등으로 되어 있는 제1액체(250)의 형상 변화를 극대화하기 위해 액체렌즈 내부상면와 내부하면을 소수성 물질로 코팅하여 접촉각을 크게함이 바람직한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 액체렌즈는 내부에 미세한 기포가 거의 존재하지 않아서, 기 포에 의한 빛의 굴절 내지 산란을 방지하여 초점이 맺히고 상이 흐려지지 않아서 액체렌즈의 성능향상에 기여할 것이다.

특히, 휴대폰에 부착되는 소형 카메라 렌즈의 경우, 그 구경이 매우 작으므로 그 영향이 매우 클 것이다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하도 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 액체렌즈의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 의한 액체렌즈는 내부의 기포를 완전히 제거할 수 있다.

둘째, 본 발명에 의한 액체렌즈는 상이 흐려지지 않고 초점이 뚜렷하게 맺힌다.

Claims (4)

1. 실린더 내부에 저장된 액체로 초점거리를 조절하는 액체렌즈의 제작방법에 있어서,

   제1플레이트의 상부면에 전극층을 형성하는 단계;

   실린더의 외부표면에 절연층을 형성하는 단계;

   상기 실린더의 하부면과 상기 제1플레이트의 상부면을 접합하는 단계;

   상기 전극층과 상기 실린더에 전압 인가 장치를 연결하는 단계;

   상기 상호 결합된 제1플레이트 및 실린더의 내부에 초점거리의 조절을 위한 제1액체를 주입하는 단계;

   상기 전압 인가 장치를 구동시켜 상기 실린더 내부의 기체를 제거하는 단계;

   상기 상호 결합된 제1플레이트 및 실린더의 내부에 초점거리의 조절을 위한 제2액체를 주입하는 단계;

   상기 실린더의 상부면과 제2플레이트의 하부면을 접착제를 사용하여 접합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체렌즈의 제작방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2액체를 주입한 후 전압 인가 장치를 구동시켜 상기 실린더 내부의 기체를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체렌즈의 제작방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 전극층은 ITO 전극층인 것을 특징으로 하는 액체렌즈의 제작방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 실린더의 내부면과 제2플레이트의 하부면은 소수성 코팅층을 가지는 것을 특징으로 하는 액체렌즈 제작방법.

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