KR20080103097A - 공간적으로 변조된 전기장 발생 및 액정을 이용한 전기-광학적 튜닝을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

광의 전파를 제어하기 위한 가변 광학 장치(variable optical device)에 있어서, 상기 가변 광학 장치는, 액정 층(liquid crystal layer)과, 상기 액정 층에 대응하는 전기장을 발생시키도록 배열되는 전극과, 상기 전극과 이와 이웃하는 상기 액정 층 사이에 배열되며 상기 광학 장치를 통과하는 광의 전파를 제어하는 방식으로 상기 전기장을 공간적으로 변조(spatially modulate)하기 위한 전기장 변조 층(electric field modulation layer)을 포함하며, 이때, 상기 전기장 변조 층은 공간적으로 균일한 광학 굴절 지수와, 극성 액체(polar liquid)이나 겔과, 20 이상의, 바람직하게는 1000 이상의 유전 상수를 갖는 높은 저주파수 유전 상수 물질 중 하나를 포함한다.

Description

공간적으로 변조된 전기장 발생 및 액정을 이용한 전기-광학적 튜닝을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SPATIALLY MODULATED ELECTRIC FIELD GENERATION AND ELECTRO-OPTICAL TUNING USING LIQUID CRYSTALS}
본 발명은 전기적으로 제어 가능한 광학 소자에 관한 것이며, 특히, 공간적으로 불균일한 전기장의 생성과, 액정(LC)을 이용하는 굴절 및 회절 광학 요소의 광학 속성을 전기-광학적으로 조정하기 위한 용도에 대한 방법 및 장치에 관한 것이다.
공지 기술에서 잘 알려진 바와 같이, 지능형(자기-조정형)의 광학 이미징 시스템의 성공적인 구현은, 광학 속성을 제어가능한 방식으로 변화시킬 수 있는 소자를 필요로 한다. 조정될 필요가 있는 대부분의 광학 기능들 중 하나로 포커싱 능력(focusing capacity)과 포커싱 거리(focusing distance)가 있다. 상기 속성들은 예를 들어, 높은 품질의 셀 폰 카메라, 저장/판독 시스템, 접촉부의 조정 가능한 유리 및 그 밖의 다른 비전 시스템(vision system)의 제조를 위해 필수적이다.
오늘날의 고성능 광학 이미징 시스템에서, 광학 줌은 기계적 움직임에 의해 얻어진다. 이는 이러한 이미징 시스템이 (가령, 스텝 모터를 적용하기에 충분하도록) 비교적 크고, 무거우며, 일반적으로 (초 단위의) 느린 줌을 가짐을 의미한다.
전기-기계적 줌을 대체하기 위한 몇 가지 접근법이 탐색되었다. 변하는 구경을 이용하는 가변-포커스 유체 렌즈(liquid lens)가 제시되었다[H.Ren, S-T Wu, Variable-focus liquid lens by changing aperture(구경 변화에 의한 가변-포커스 유체 렌즈), Appl. Phys. Lett., V.86, 211107, 2005]. 또한 전도성 비혼화성 유체(conductive immiscible liquid)에서의 전기 습윤 효과(electro wetting effect)가 포커스 조정을 성취하기 위해 사용되었다[S. Kuiper, B.H.W. Hendriks, Variable-focus liquid lens for miniature camera(소형 카메라를 위한 가변-포커스 유체 렌즈), Appl. Phys. Letters, V. 85, No.7, 1128, 2004]. 그러나 이 두 가지 접근법 모두에서, 전지로 전달되는 가변 전압에 의해 형태의 기계적 변화가 초래된다. 그럴지라도, 어떠한 구성요소를 이동시킬 자유 공간도 존재하지 않는 경우, 포커스 변화는 여전히 기계적 움직임을 기반으로 한다. 이는 매우 바람직하지 않은데, 왜냐하면, 이러한 시스템의 동작은 주변 진동과 온도 변화에 취약하기 때문이다.
LC가 전기적으로 제어되는 큰 굴절 지수 변화를 제공할 수 있다[L.M. Blinov, V.G. Chigrinov, Electrooptic effects in Liquid Crystal Materials(액정 물질에서의 전기 광학적 효과), Springer-Verlag, N.Y. 459 pp, 1994]. 그러나 (광학 줌을 위해 필요한) 포커스 조정은 LC에서의 공간적으로 변하는 굴절 지수 변화의 생성을 필요로 한다. 차례로 이는 공간적으로 불균일한 LC 층(예를 들어, LC 셀에 침적된 렌즈, 또는 경사 폴리머 망(gradient polymer network)-안정화 LC [V.V. Presnyakov, K.E. Asatryan 및 T.Galstian, A. Tork, Tunable polymer-stabilized liquid crystal microlens(조정가능한 폴리머-안정화 액정 마이크로렌즈), Optics Express, Vol.10, Bo.17, August 26, pp.865-870, 2002]), 또는 공간적으로 변하는 전기장을 필요로 한다.
공간적으로 불균일한 LC 층의 개념적 도시가 도 1a(종래 기술)에서 도시되어 있으며[L.G.Commander, S.E.Day, D.R.Selviah, Variable focal length microlenses(가변 초점 길이 마이크로렌즈), Optics Communications, V.177, pp.157-170, 200], 여기서 LC(1)는 균일한 투명 전극(4)이 덮이는 2개의 투명한 유리 기판(2) 사이에 끼워진다. 기판(2)은 LC로 채워진 두께 d의 갭에 의해 분리된다. LC 셀의 내부에, 굴절 지수(nm)를 갖는 반구형의 투명 광학 물질(3)이 존재한다. (긴 분자 축의 평균 방향인 방향자 n의 배향에 의해 정의되는) LC의 유효 굴절 지수(neff)는, LC 층에 전기 전압(V)을 적용시킴으로써, nm에 관하여 변할 수 있다. 따라서 굴절 지수의 상대적 콘트라스트(relative contrast) neff(V)-nm은 변화되어, 전체 시스템의 초점 거리 F(V)의 변화를 야기할 수 있다. 그러나 통상적으로 LC 배향은 기계적인 문지름(rubbing)에 의해 얻어지지 때문에, 이 방법은 산업 제조에서 적용되기 매우 어렵다. 또한 전기 전압의 적용으로 인해 결사결함(dislination)의 선이 쉽게 나타난다. 이것이 추가적인 이러한 솔루션을 분석할 수 없는 이유이다.
불균일 LC 배향의 또 다른 방법은 LC 매트릭스을 안정화화는 불균일 폴리머 망의 도입이다[T. Galstian, V.Presniakov, A.Tork, K.Asatryan, Electrically variable focus polymer-stabilized liquid crystal lens(전기 가변성 초점 폴리머 에 의해 안정화되는 액정 렌즈), US 특허 출원 공개 번호 제200500 18127-A1]. 그러나 (작은 크기의 불균일 LC 재배향으로 인한) 비교적 높은 광 산란에 의해, 이 방법은 실전용으로 덜 흥미로울 수 있다.
공간적으로 변하는 전기장을 얻기 위한 (제조 관점에서가 아닌) 가장 단순한 방법은 LC 셀 기판 상에 분포되는 복수 개(3개 이상)의 투명 전극(가령, 인듐 틴 옥사이드/ITO)을 사용하는 것이다[S.T.Kowel, P.G.Kornreich, D.S.Cleverly, Adaptive liquid crystal lens(적응성 액정 렌즈), US 특허 제4,572,616호, 1986(1982년 8월 출원)] 및 [N.A.Riza, M.C.DeJule, Three-terminal adaptive nematic liquid-crystal lens device, Opt. Lett. 19, pp.1013-1015, 1994]. 그러나 이러한 구조의 조립은 마이크로미터 이하의 정확함을 요구하고, 전기적 구동은 다소 복잡한 전자 마이크로 프로세싱을 필요로 하며, 동작은 광 회절 및 산란에 의해 저하된다.
평면 전극 및 곡선형 전극의 조합이 참조 문헌[Liquid Crystal Lens with Spherical Electrode(구형 전극을 갖는 액정 렌즈), B.Wang, M.Ye, M.Honma, T.Nose, S.Sato, Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41(2002), pp.L1232-L1233, Part 2, No.11A, 1 November.]에서 설명되었으며, 2개의 평면 내부 표면을 갖는 표준 전극(투명 전극) 및 LC 셀의 사용이 가능해진다(도 1b, 종래 기술). 불균일 전기장은 상부 전극(4)에 의해 코팅되는 “외향” 곡선 표면의 기하학적 형태의 렌즈 형(31) 때문에 얻어진다. 실제로, 평면 LC(1) 층이 2개의 유리 기판(2) 사이에 끼워진다. 평면 ITO 전극이 하나의 기판의 하부 (평면) 표면 상에 코팅되며, 두 번째 전극이 곡선 형 구역(31)의 상부 상에서 조립된다. 이러한 구조는 0-전압 렌징 속성(“0-전압에서의 동작(action-at-0-voltage)”)을 조립하고 갖기 어려우며, 기대하지 않는 전압 실패가 발생하는 경우, 이는 문제를 초래할 수 있다.
곡선형 및 ITO-코팅된 표면 위에 위치하고, 평탄한 상부 표면을 갖는 추가적인 폴리머 층을 이용함으로써, 이러한 0-전압 렌징이 제거될 수 있다[H.Ren, Y.H.Fan, S.Gauza, S.T.Wu, Tunable-focus flat liquid crystal spherical lens(조정가능한 포커스 평탄 액정 구형 렌즈), Applied Phys.Lett., V.84, No.23, pp.4789-4791,(2004).]. 실제로, 이러한 접근법에 의해, 0-전압 렌징 효과가 영구적으로 숨겨져서 “0-전압에서의 무동작(no-action-at-0-voltage)”을 제공하지만, 조립이 여전히 복잡하고, 비용이 많이 소모될 수 있다.
굴절 조정 렌즈의 조립을 위한 유사한 해결책이 참조문헌[미국 특허 제6,859,333호: H.Ren, Y.-H Fan, S.-T. Wu “Adaptive liquid crystal lenses(적응성 액정 렌즈)", 2005년 2월, 2004년 1월 출원]에서 설명되었다. 이는 둘 이상의 평면 기판과 하나 이상의 균질한 네마틱 액정(NLC: nematic liquid crystal) 층으로 구성된 적응성 광학 렌즈 장치이다. 하나의 평면 기판은 구형, 또는 환형의 프레넬 홈이 형성된 투명 전극을 갖고, 나머지 하나는 자신의 내부 표면 상에 코팅된 투명 전극을 갖는다. NLC 층의 두께는 균일하다. LC 층에 전압이 걸릴 때, LC 층 내의 회절 지수의 중앙 대칭 점진 분포가 발생한다. 따라서 LC 층에 의해 광이 포커싱될 수 있다. 적용된 전압을 제어함으로써, 렌즈의 초점 길이는 지속적으로 조정가능하다.
LC 셀의 평탄한 내부 표면은 조립하기 더 용이하지만, 복잡한 곡선형의 “외부” 표면 및 이들 표면 상의 전극 증착물이 이러한 렌즈의 조립을 더 어렵게 만든다.
복수 개의 복잡한 전극의 사용을 피하기 위한 다양한 기하학적 해결책이 제안되었다. 이들 중 하나는 2차원 기하학적 형태의 전극을 사용하는 것을 기반으로 한다. 예를 들어, 구멍 패턴처리된 전극이 참조문헌[M.Ye, S.Sato, Jpn.J.Appl.Phys., V.41, (2002), L571: US 특허 제6,768,536호: D.Okuwaki, S.Sato "Liquid crystal microlens" 2004년 7월, 2002년 11월 출원됨]과 참조문헌[B.Wang, M.Ye, S.Sato, Liquid crystal lens with stacked structure of liquid-crystal layers(액정 층의 적층 구조를 갖는 액정 렌즈), Optics Communications, 250 (2005), pp.266-273]에서 사용되었다. 이러한 접근법의 기본 아이디어는 도 2a(종래 기술)에서 도시되어 있다. 이는 2개의 기판(2) 사이에 끼워지는 LC(1)를 갖는 다소 표준적인 셀이며, 기판들 중 하나(하부 기판)가 ITO(4)에 의해 코팅된다. 그러나 상부 전극(41)에는 구멍(5)이 존재한다. (4)와 (41) 사이로의 전압의 적용에 의해, 중앙 대칭의 전기장(42)이 생성되며, 상기 전기장은 공간적으로 불균일한(중앙 대칭) 방식으로, LC 방향자 n을 재배향시킨다. 그 후, 이는 공간 x에서 해당하는 형태를 갖는 neff(V,x)를 발생한다. 이러한 구조의 주 단점은, LC 층에서 전기장의 요망 공간 프로필을 얻고, 렌즈의 바람직한 광학 속성을 유지하기 위해(특히, 광학 수차를 피하기 위해) 매우 두꺼운 LC 층(큰 d)을 사용해야만 하는 필요성이다.
이러한 접근법의 개선된 버전([B.Wang, M.Ye, S.Sato, Liquid crystal lens with stacked structure of liquid-crystal layers, Optics Communications, 250 (2005), pp.266-273], 도 2b(종래기술)를 참조하라)은 다수의 투명 기판(2)과, 한 쌍의 균일한 투명 전극을 포함한다. 이때, 상기 한 쌍의 균일한 투명 전극은 상부 기판(40)의 하부 측과 하부 기판(4)의 상부 표면 상에 제공된다. 원형 구멍(5)을 갖는 중간 전극(41)이 이들 전극들(4) 사이에 유도된다. 허용될만한 렌즈와 유사한 굴절 지수 기울기(낮은 수차를 위한) 및 경사 결함이 없는 LC 재배향을 얻기 위해, 구멍 패턴처리된 전극(41)과 균일한 전극(4) 사이의 간격이 (직경 4-5mm을 갖는 렌즈에 대하여) 500 내지 1300um이상일 것이며, 이는 높은 전압이 필요하게 한다. (전극(4)과 각각의 전극(41) 및 전극(40) 사이에) 우선 (150V 주순의) 높고 고정된 보조 전압(V0)이 적용되고, 그 후 (175V 수준의) 제어 전압(Vc)이 잇달아 적용될 때, LC는 렌즈 형태의 구조물을 생성한다. 요구되는 높은 전압과 복잡한 역학이 이 방법을 실제로 구현하기 다소 어렵게 만든다. 동일한 접근법을 기반으로 하는 다수의 복합적인 셀 솔루션이 제조 비용과 운용 복잡도를 증가시킨다.
이른바 “모드 제어되는(modal-controlled)” 액정 렌즈가 참조문헌[A.F.Noumov, M.Yu.Loktev, I.R.Guralnik, G.Vdovin, "Liquid-crystal adaptive lenses with modal control", Opt. Lett. 23, 992-994, 1998; G.D.Love, A.F.Naumov, "Modal liquid crystal lenses", Liq. Cryst. Today, 10(1), pp.1-4, 2000;, M.Yu.Loktev, V.N.Belopukhov, F.L.Vladimirov, G.V. Vdovin, G.D. Love, A.F.Naumov, Wave front control system based on modal liquid crystal lenses, Review of Scientific Instruments, V.71, No.9, pp.3290-3297,(2000)]에서 실험되었다. 여기서는 이전의 구멍-패턴처리된 전극에 비교되는 높은 저항 환형 전극(40)이 사용된다(도 2c, 종래 기술). 하부 기판의 균일한 전극(4)과 상부 기판의 환형 전극(40) 사이에 전압이 걸린다. 높은 저항의 전극(40) 및 LC 층(1)에 의해 형성되는 복소 임피던스 때문에, 셀을 가로지르는 rms 전압(그리고 이에 대응되는 제어 필드(42 및 43))의 분포는 중앙 대칭이지만, (전극(40)의 중심과 일치하는 중심을 가지며) 불균일하다. 필드(42 및 43)는 Bessel 함수에 의해 설명되며, 전압-광학 후퇴 종속도는 대략적으로 역 대수 함수이다. 이러한 접근법의 문제는, 높은 저항 전극(40) 광학 수차(임의의 크기 및 위상의 전압이 셀에 걸리는 경우, 최종 위상 분포는 포물선으로부터 멀어질 것이기 때문) 및 전기 제어의 복합도(전압 및 주파수)에 의한 강력한 광 흡수이다.
(곡선형, 또는 구멍-패턴처리된 전극의 기하학적 형태를 사용함으로써, 또는 임피던스에 의해 유도되는 기울기를 통해 불균일 전기장이 얻어지는) 모든 이전의 예제와 비교할 때, 낮은 주파수(가령 1㎑)의 전기장 εDC(여기서는 구동 전기장을 일컫기 위해, “DC"라고 일컬어짐)에서의 물질의 유전율(dielectric permittivity)의 기울기를 이용하는 바람직한 해결책이 제안되었다. 즉, 중간 층(3)이 2개의 제어 전극(4) 사이로 삽입되어, 요망 기울기의 구동 전기장을 발생시킨다[B.Wang, M.Ye, S.Sato, Lens of electrically controllable focal length made by a glass lens and liquid crystal layers, Applied Optics, V.43, No.17, pp.3420-3425, 2004](도 3, 종래기술). 실제로, 중간 층(3)은 (ε(g) DC를 갖는) 유리로 구성되고, 공간적으로 불균일한 두께를 갖는다. 중간 공간의 나머지 부분(7)이 ε(a) DC=1을 갖는 공기로 채워진다. 중단 매체의 유전율의 불균일성 때문에(ε(g) DC>ε(a) DC), (전극(4)을 통한) 낮은 주파수의 전기 전압의 적용이 LC 셀 내부에 공간적으로 불균일한 전기장을 발생한다. 따라서 셀의 중앙부의 전기장(43)이 경계부 근방의 전기장(42)과 다를 것이다(더 약할 것이다). 도 3(종래 기술)의 특정 경우에서, 2개의 LC 셀이 효과를 보강하기 위해 사용된다. 이러한 접근법의 이점은, 적정 형태의 중간 물질(가령, 렌즈)을 사용하여, 요망 공간 형태(기울기)가 얻어질 수 있다는 것이다.
그러나 이 접근법에서, 3가지 주요한 문제가 역시 해결되기 위해 남아 있다. 이들 중 하나는 내재적은 0-전압 렌징 효과(“0-전압에서의 동작”)이다. 두 번째 문제는, 다중 유리-공기 표면 상에서의 프레넬 반사(Fresnel reflection)로 인한 기하학적 형태의 높은 광학적 손실을 피하기 위해 다수의 반사방지 코팅을 가져야 하는 필요성에 관련되어 있다(광학 주파수에서 굴절 지수는 유리 ng=1.5 및 공기 na=1에 대하여 꽤 다르기 때문이다). 마지막으로, ε(g) DC(유리의 타입에 따라서 3.8 내지 14.5로 달라짐)와 ε(a) DC=1 간의 최대 얻을 수 있는 대비 때문에, 전기장(따라서 neff(V,x))의 얻을 수 있는 대비(contrast)가 심각하게 제한된다. (실제로는 높은 n 물질 렌즈를 사용할 수 있지만, 이는 상당한 프레넬 손실을 발생시킬 것이다.)
따라서 저 손실의, 효과적이면서, 전기적으로 조정가능한(tunable) 포커스의 광학 장치가 여전히 요망되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 균일한 전극 및 평면(표준) LC 셀을 이용하여 공간적으로 불균일한 전기장을 생성하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 이들의 용도는 장치는 저 손실을 갖고, 단순한 구성 및/또는 제조를 갖는, 액정(LC)을 이용하는 굴절 및 회절 광학 요소의 포커싱 속성의 전기 광학적 튜닝을 발생시키기 위함이다. 일부 실시예에서, 효과적인 제어를 갖고, "0-전압에서의 무 동작(no-action-at-0-voltage)" 동작을 가능하게 하는 이러한 장치를 생성하기 위한 방법 및 장치가 제공된다.
본 발명의 첫번째 양태에서, 처음볼 때는 비논리적이라고 보여지는 구조를 제안한다. 이러한 제안의 모호함을 설명하기 위해, 예를 들어 도 4의 이전 기하학적 형태를 이용한다.
(LC 셀과 중간 유리(3) 사이의)나머지 공간을 특정 물질(71)로 채울 것을 제안한다. 이러한 물질의 예로는 저주파수 유전율 ε(S) DC와 높은 (광학) 주파수 굴절 지수 nS를 갖는 수계 용액이 있다. 종래 기술에서, 특정 2극 분자 특성 때문에, 물은 큰 ε(S) DC(78 정도)를 갖고, 반면에, 다소 낮은 nS(1.33 정도)를 갖는다고 알려져 있다. 따라서, n(3)=nS를 갖는 중간 물질(3)을 이용함으로써, "0-전압에서의 무 동작" 속성을 제공할 수 있다. 이러한 물질의 예로는 적정 기하학적 형태 및 크기의 불화 폴리머(fluorinated polymer)(통상적으로 매우 낮은 nP를 갖음)일 수 있다. 따라서 광학 주파수에서, "0-전압에서의 무 동작"을 제공하는 평면 균일함이 존재할 것이다. 이에 덧붙여, 어떠한 추가적인 프레넬 반사 및 광학 손실이 없을 것이다. 한편, (제어를 위해 사용되는) 저주파수 장에서의 유전율의 비범한 큰 대비가 존재할 것이다.
도 1a는 불균일한 LC 층을 이용하는 종래 기술의 튜닝 가능한 렌즈의 주요 요소를 도시한다.
도 1b는 균일한 LC 층을 이용하고, 0-전압 렌징 효과를 갖는 불균일 외부 기판을 이용하는 종래 기술의 튜닝 가능한 렌즈의 주요 요소를 도시한다.
도 2a, b, c는 균일한 LC 층과 불균일 기판을 이용하고, 구멍-패턴처리된 2 개의 제어 전극(a), 또는 3개의 제어 전극(b), 또는 원형 제어 전극(c)을 갖는 종래 기술의 튜닝 가능한 렌즈의 주요 요소를 도시한다.
도 3은 균일한 LC 층과 균일한 전극을 이용하며, 저주파수 유전율의 기울기를 생성하기 위해 (전극들 사이에) 불균일 중간 객체를 이용하는 종래 기술의 튜닝 가능한 렌즈의 주요 요소를 도시한다.
도 4A는 높은 효율의 “0전압에서의 무 동작” 및 낮은 손실 동작을 가능하게 하는, 균일한 LC 층과 균일한 전극을 이용하는 공간적으로 불균일한 전기장 및 튜닝 가능한 렌즈(b)의 발생을 가능하게 하는 감춰진 구조(a)의 주요 요소를 도시한다.
도 4B는 복합적인 반구형태를 갖는 감춰진 층을 도시한다.
도 4C는 전기장의 배향을 렌즈의 중앙부 쪽으로 향하게 하는, 코어 렌즈 구조와 이를 둘러싸는 액정을 포함하는 전기장 변조 층을 갖는 가변 포커스 액정 렌즈를 도시한다.
도 4D는 전기장의 배향을 렌즈의 중앙부에서 벗어나게 하는, 코어 렌즈 구조와 이를 둘러싸는 액정을 포함하는 전기장 변조 층을 갖는 가변 포커스 액정 렌즈를 도시한다.
도 5는 도 4에서 도시되는 튜닝 가능한 렌즈를 시험하기 위해 구축된 실험용 샘플의 주요 요소를 도시한다.
도 6A는 도 5의 샘플을 이용하는 분자 재배향의 공간적으로 불균일한 딜레이를 도시한다.
도 6B는 광학 파워의 대응하는 변화를 야기하는 전압의 함수로서 액정 배향의 변화를 도시한다.
도 6C는 도 6B의 정보를 그래픽적으로 표현한 전압의 함수로서의, 튜닝 가능한 렌즈의 광학 파워의 그래프이다.
도 7은 0, 17.4 및 67V의 3가지 선택된 전압에서의 도 5의 샘플을 이용하여 실험으로 얻어진 공간 불균일 위상 딜레이 링의 마이크로-포토그래피이다.
도 8은 도 5의 샘플을 이용한 이미지 평면의 실험으로 얻어진 편이의 포토그래피이다.
도 9는 균일한 LC 층과 균일한 전극을 이용하고, 회절 중간 물체를 이용하는 튜닝 가능한 회절 렌즈의 주요 요소를 도시한다.
도 10은 균일한 LC 층과 균일한 전극을 이용하고, 불균일 중간 물체를 이용하는 튜닝 가능한 회절 렌즈의 주요 요소를 도시한다.
도 11은 2개의 균일한 LC 층과, 균일한 전극들 사이에 배치되는 중간 불균일 요소를 이용하는 튜닝 가능한 회절 렌즈의 주요 요소를 도시한다.
도 12는 빔 조향과 가변 포커스를 모두 수행하는 렌즈 시스템의 주 요소를 도시한다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 가변 포커스 액정 렌즈를 포함하는 모바일 전화기의 측면 단면도이며, 여기서, 카메라 시스템의 CCD, 또는 CMOS 이미징 칩의 회로 보드로의 장착과, 액정 렌즈, 그 밖의 다른 고정된 렌즈 및 외부 하우징이 나타난다.
도 14는 도 13에 따르는 튜닝 가능한 액정 렌즈를 포함하는 모바일 전화기를 도시한다.
본 발명은 균일한 전극 및 장치에 의해 공간적으로 불균일한 전기장을 발생시키기 위한 방법을 제공한다. 상기 전극 및 장치는 광의 전파를 제어하기 위해 이 방법을 사용한다. 본 발명의 장치는 튜닝가능한 포커싱, 회절, 조정 등을 위해 사용될 수 있다.
간략성의 차원에서, 다음의 기재는 간단한 굴절 및 회절 구조에 초점을 맞출 것이지만, 그 밖의 다른 타입의 구조 및 요소들의 보다 복잡한 조합이 동일하게 사용될 수 있다. 마찬가지로, 정적, 또는 전기-광학적 물질을 이용하는 실시예가 설명될 것이지만, 동일한 목적(저손실, 고효율 작업, 일부 실시예에서, “0-전압에서의 무동작(no-action-at-0-voltage)”속성)을 이루기 위해, 이를 대체하여 그 밖의 다른 물질이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
도 1a를 참조하면, 종래 기술의 렌즈가 도시되는데, 여기서 LC(1)는 투명 전극(4)을 갖는 2개의 유리 기판(2) 사이에 끼워진다. 불균일 프로파일 요소(3)가 LC 층에 침적되어, 장치의 굴절 지수의 공간적으로 균일한 조정치가 얻어질 수 있다. 이러한 튜닝 가능한 렌즈를 만들고, 제어하는 것은 매우 어려운 일이다.
도 1b를 참조하면, 공지 기술 렌즈가 도시되며, 이때, LC(1)이 투명 전극(4)을 갖는 2개의 유리 기판(2) 사이에 끼워진다. 여기서는 이전 경우와는 반대로, 균일한 LC 층이 사용된다. 그러나 불균일한 프로파일 요소(31)가 상부 기판 상에서 사용되며, 이때, 상기 상부 기판은 상기 곡선형 표면(31) 상에 놓인 투명 전극(4)에 의해 덮인다. 이로 인해서, 장치의 굴절 지수의 공간적으로 균일한 변조가 얻어질 수 있다. 그러나 튜닝 가능한 렌즈를 만들고, 제어하는 것은 매우 어려우며, 이에 추가로, 이러한 장치는 의무적인 “0-전압에서의 동작(action-at-0-voltage)” 작동을 갖는다.
도 2a를 참조하면, 공지 기술의 렌즈가 도시되어 있으며, 균일한 LC 층(1)이 간격(d)만큼 이격된 2개의 유리 기판(2) 사이에 끼워져 있다. 상기 장치를 구동하기 위해, 2개의 투명 전극이 사용된다. 하부 전극(4)은 균일하며, 반면에 상부 전극(41)은 직경의 중앙에 구멍(5)을 갖는다. 균일한 전극과 불균일한 전극의 조합에 의해, 셀의 경계부(42)와 중앙부(43)에서 서로 다른, 공간적으로 불균일한 전기장의 발생이 가능해진다. 이는 대응하는 공간적으로 불균일한 방향자(director)의 재-배향(reorientation)과 광 포커싱을 발생시킨다. 그러나 강력한 수차(aberration)를 피하기 위해, 구동 전압과 스위칭 시간(10초 정도)을 상당히 증가시키는 매우 두꺼운 LC 층이 사용되어야 한다.
도 2b를 참조하면, 종래 기술의 렌즈가 도시되어 있으며, 여기서는 두꺼운 LC 층의 사용을 피하기 위해, 이전 접근법(도 2a)이 수정되었다. 추가적인 균일한 전극(40)이 구멍-패턴처리된 전극(41)의 상부 상에서 사용된다. 중간 유리 층(2)에 의해, 이들 전극들은 서로 고립된다. 또한 LC 층에 요망 장(field)의 형태를 제공하는 두께를 갖는 추가적인 유리 층(6)이 구멍-패턴처리된 전극(41)과 LC 층(1) 사이에 삽입된다. 그러나 강력한 경사 결함(disclination)을 피하기 위해, 매우 복합 적인 동적 여기(dynamic excitation)가 사용된다(우선 전극(4)과 전극(41) 간에 전압이 적용되고, 그 후, 전극(4)과 전극(40) 사이에 또 다른 장력이 적용된다). 이는 제어 회로를 복잡하게 하며, 요구되는 전압이 매우 높아지게 한다(150-170V).
도 2c를 참조하면, 공지 기술의 렌즈가 도시되며, 여기서 LC(1)는 투명 전극(4) 및 (40)을 갖는 2개의 유리 기판(2) 사이에 끼워진다. 이러한 접근법의 특이성은 (이전의 경우에서 사용되는 구멍-패턴처리된 전극과는 달리) 직경(5)을 갖는 상부 전극(40)의 원형 형태이다. 또한, LC 층(1)과 조합하여, 전기장을 심하게 감쇠시키고, 외곽(42)과 중심부(43)의 장(field)의 상당한 차이를 발생시키는 강력한 전기 임피던스를 제공하도록, 전극(40)의 높은 저항 물질과 매개변수는 선택된다. 이는 공간적으로 불균일한 LC 재배향과 광 포커싱을 발생시킨다. 높은 전항을 갖는 상부 전극으로 인해, 이러한 장치의 (주파수 및 진폭) 제어는 매우 어렵고, 광학 손실이 매우 높다.
도 3을 참조하면, 공지 기술의 렌즈가 도시되어 있으며, 여기서 상부와 하부 기판(2) 상에 배치되는 균일한 LC 층(1)과 균일한 전극(4)을 이용하여 튜닝 가능한 렌즈가 제공된다. 중간 렌즈와 유사한 유리 구조(3) 및 공기를 포함하는 자유 공간(7)이 존재하며, 이들은 중간 기판(2)에 의해 LC 층(1)으로부터 격리된다. 균일한 전극들(4) 사이로의 전압의 적용이 장치의 외곽(42)과 중앙부(43)에서 서로 다른 전기장을 발생시키고, 이로 인해서, 불균일한 방향자 재배향과 광 포커싱을 발생할 수 있다.
이러한 접근법의 몇 가지 단점이 존재한다. 첫째는 전기 전압의 예기되지 않 은 오류가 있을 때(“0-전압에서의 동작(action-at-0-voltage)“)의 렌징 효과(lensing effect)이다. 이는 유리 렌즈(3)와 공기(7) 사이의 피할 수 없는 대비(contrast)에 관련되어 있으며, LC 층(1)에서의 불균일 전기장을 발생시킬 것을 요구한다.
이러한 접근법의 두 번째 단점은 프레넬 반사 손실(Fresnel reflection loss)이다. 이는 층(3)의 상부 표면과 중간 기판(2)의 하부 표면 상에 반사방지 코팅의 사용을 필요로 하며, 이는 제품 비용을 증가시킨다.
이러한 접근법의 세 번째 단점은 전기장의 제한된 공간 변조이다. 이는 유리/공기 유전 상수의 비가 제한되기 때문이다(통상적으로 ε(g) DC/ε(a) DC < 8). 따라서 전기장의 강력한 공간 변조를 획득하기 위해, 유리(3)의 프로파일은 심하게 곡선형일 필요가 있고, 이로 인해서, 첫 번째 문제가 더 나빠질 수 있다.
일부 실시예에서, 앞서 언급된 3가지 단점 없이 장치를 성취할 수 있게 해주는 물질의 조합을 제안하고자 한다. 성공하기 위해, 전기장의 주파수(v)에 따른 물질의 유전율ε의 종속도의 기본 속성을 사용한다.
먼저 이전 공지 기술의 렌즈의 동작을 분석하고, 이 접근법의 단점의 원인을 분석하겠다. 저 주파수 전기장에서의 유리의 유전율과 공기의 유전율의 다름(ε(g) DC≠ε(a) DC) 덕분에 불균일 전기장은 얻어진다(지수 "DC"로 나타나는
Figure 112008069579176-PCT00001
). 이전 접근법의 세번째 단점은 (낮은 구동 주파수에서의) 비 교적 작은 비(ε(g) DC/ε(a) DC)이다. 동시에, 이전 접근법의 첫번째 및 두번째 단점은 높은 (광학) 주파수에서의 유리와 공기의 유전화율(dielectric susceptibility)(간단하게는 ε(g) opt 및 ε(a) opt)이 꽤 다르다는 사실로부터 기인한다.
그러나 종속도ε(v)는 물질(유전체, 반도체, 금속)의 특징 및 그 기하학적 형태에 따라 달라지는 여러 다른 형태를 가질 수 있다. 따라서 앞서 언급된 3가지 단점을 모두 해결하기 위한 물질(3) 및 물질(7)의 조합을 찾는 것을 제안하고자 한다.
따라서 도 4A에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 첫번째 실시예에서, 광학적으로 균일한, 그러나 LC 배향을 구동하기 위해 사용되는 더 낮은 주파수의 전기장에 대해서는 심하게 불균일한 감춰진 구조(hidden structure)를 제안하고자 한다. 실제로, 물질(3) 및 물질(71)은, 다양한 전기 전위의 2개의 균일한 전극(4)(도 4A) 사이에 끼워넣어질 때, 전기 전압 없이는 어떠한 포커싱 속성도 갖지 않으면서, 강력한 포커싱을 가능하게 한다. 도 4A의 감춰진 구조를 이용하는 효과는, 특정 물질(71)에 의해 (도 4A의 LC 셀과 중간 유리(3) 사이의) 나머지 공기 공간을 채우기 위함이다. 이러한 물질의 예로는 특정 저주파수 유전율(ε(S) DC)과 높은 (광학) 주파수 유전율(ε(S) opt)을 갖는 수계 용액(water based solution)이 있을 수 있 다(이 물질의 광학 굴절 지수(nS)가 nS = [ε(S) opt]0.5로 정의됨을 주지하라). 매우 고유한 2극성 분자 특성 때문에, 물은 큰 ε(S) DC(78 정도)를 가지며, 한편으로는 매우 낮은 nS(1.3 정도)를 갖는다.
따라서 (요소(71)로서의) 수계 용액(
Figure 112008069579176-PCT00002
및
Figure 112008069579176-PCT00003
)과 매우 낮은 광학 굴절 지수n(3)과 ε(3) DC를 갖는 중간 물질(3)의 조합을 이용함으로써, 3가지 문제점 모두가 해결될 수 있다. 이러한 물질의 예는 (통상적으로
Figure 112008069579176-PCT00004
및
Figure 112008069579176-PCT00005
의 매우 낮은 값을 갖는) 불화 폴리머(fluorinated polymer)일 수 있다. 따라서 광학 주파수에서, 평면 균일성(planar uniformity)과 0전압에서의 비-렌징(no-lensing-at-0-voltage)이 존재할 것이다. 구조물(3)이 광학 파에 대하여 "감춰져(hidden)"있을 것이다(
Figure 112008069579176-PCT00006
). 덧붙이자면, 어떠한 추가적인 프레넬 반사 및 광학 손실도 존재하지 않을 것이다(
Figure 112008069579176-PCT00007
). 한편, 이전 경우인
Figure 112008069579176-PCT00008
와 달리, 저주파수 장에서의 유전율의 비정상적으로 큰 대비(contrast)
Figure 112008069579176-PCT00009
가 존재할 것이다. 이러한 대비에 의해, 광학 파(optical wave)를 포커싱하기 위해 요구되는 공간적으로 불균일한 전기장과 LC 방향자(director)의 재배향이, 필요할 때만 용이하게 발생될 수 있다.
물은 높은 저주파수 유전 상수를 발생하는 액체의 한 가지 예에 불과하다. 일반적으로, 극성 액체(polar liquid) 및 겔은 높은 유전 값을 갖는다. 글리세롤이 가시 광에 투과되고, 요망 굴절 지수 값을 가지면서 광범위한 온도 범위에서 액체로 유지되기 때문에, 바람직할 것이라고 발견되었다.
일부 실시예에서, 0 전압에서의 렌징(lensing at zero voltage)이 바람직하며, npol≠nS이다. 예를 들어, 이미징 광소자의 일부분인 고정된 렌즈는 (3)과 (71)의 조합을 제공받을 수 있다. 이러한 경우, 구조(3)를 중간 유리 층(2)과 일체 구성하는 것이 또한 가능할 수 있다.
일부 실시예에서, 전기장 변조 층(3, 71)의 설계에 의해, 전기장의 강도 및 배향이 적절하게 변조될 수 있다. 도 4B는 복합적인 반구 형태를 갖는 감춰진 층(hidden layer)을 도시한다. 도 4C에서, 가변 포커스 액정 렌즈는, 코어 렌즈(core lens) 구조 및 상기 코어 렌즈 구조를 둘러싸는 액체를 포함하는 전기장 변조 층을 가지며, 이때, 상기 코어 렌즈 구조와 상기 코어 렌즈 구조를 둘러싸는 액체는, (71)의 낮은 유전율과 (3)의 높은 유전율로 인해, 전기장 라인의 배향을 렌즈의 중심 쪽으로 향하게 한다. 반면에 도 4D에서, 가변 포커스 액정 렌즈는, 코어 렌즈 구조 및 상기 코어 렌즈 구조를 둘러싸는 액체를 포함하는 전기장 변조 층을 가지며, 이때, 상기 코어 렌즈 구조와 상기 코어 렌즈 구조를 둘러싸는 액체는, (71)의 낮은 유전율과 (3)의 높은 유전율로 인해, 전기장 라인의 배향을 렌즈의 중심에서 멀어지는 방향으로 향하게 한다. (71)의 유전율이 (3)의 유전율보다 훨씬 더 크다면, 도 4D의 실시예에서 전기장의 전체 프로파일은 마치 도 4C의 것처럼 더 바람직할 것이다.
도 5를 참조하여, 앞서 언급된 접근법에 따라 구축되고, 물질(71)로서 물을 이용하며, 폴리머는 불화 폴리머이거나, 또는 액체의 굴절 지수와는 조화를 이루고, 요소(3)로서 저 주파수 유전 상수의 상당한 차이를 갖는 그 밖의 다른 종류의 물질일 수 있는, 이러한 튜닝 가능한 렌즈(tunable lens)의 구체적인 예를 제시하겠다.
도 5의 평면 구조는 많은 이유에서 이점을 갖는다. 공지 기술에서 알려진 바와 같이, 액정을 내포하고 액정 층을 형성하는 편평한 투명 판은 액정을 수용하도록 제작하기 용이하다. 액정이 전기장에 반응하기 때문에, 그리고 전극들 간의 간격이 더 작을 때 전기장은 더 크기 때문에, 평평한 기하학적 형태가 구조를 컴팩트하게 유지하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 판들 중 하나는 인접하는 전기장 변조 층의 구성요소와 일체 구성될 수 있다.
"감춰진 구조(hidden structure)"를 갖는 것, 즉, 광학 장치의 이미지 형성 부 내에서 공간적으로 균일한, 광학 굴절 지수를 제공하는 전기장 변조 층(3, 71)을 갖는 것이, 많은 경우에서 바람직하지만, 또한 광 전파의 어느 수준의 정적인 제어(static control)를 제공하는, 예를 들어, 렌즈 시스템에서 약간의 포커싱 파워(focusing power)를 제공하는 전기장 변조 층을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이들 경우에서, 전기장 변조 층을 함께 형성하는 2개의 물질 간, 또는 광학 시스템으로 조합되는 광학 속성(또는 효과)을 갖는 단일 물질 간의 굴절 지수 차이가 존재할 수 있다.
극성 액체, 또는 겔인 단일 물질의 경우, 액체, 또는 겔이 광학 덮 개(optical envelope)로 캡슐화된다. 예를 들어, 글리세롤의 기포가 요망 형태의 전기장을 제공할 수 있고, 이미지 형성에 미치는 그 광학적 효과가 전체 렌즈 시스템에서 보상/일체구성될 수 있다, 즉, 그 밖의 다른 렌즈 구성요소가 기포의 광학 이미징 효과를 보충하여, 이미지 평면에서 올바른 이미지를 제공할 수 있다.
또한 전기장을 변조하기 위해 이용될 수 있는 그 밖의 다른 타입의 고체 물질이 존재한다. 공지된 다양한 높은 유전율의 세라믹 물질이 존재하는데, 예를 들어, 페로브스카이트(바륨 스트론튬 티타네이트), (Ba, Sr)TiO3 기반의 물질, 또는 CaCu3Ti4O12기반 물질, 또는 (Li, Ti)-도핑된 NiO, 또는 Ca1-xLaxMnO3(x <= 0.03), 또는 103 내지 106의 낮은 주파수의 유전율 값을 갖는 폴리머-세라믹 나노-복합물 등이 있다. 이러한 물질은 고형체(solid body)로서 홀로 사용되거나, 바람직한 높은 유전율의 물질을 얻기 위한 투명 플라스틱, 겔, 또는 액체로의 첨가제로서 사용될 수 있다. 홀로 사용될 때, 전기장의 상당한 변조를 얻기 위해 요구되는 두께는 최소 수준이며, 이로 인해서, 포커싱(또는 수차) 효과가 최소화되거나, 무시할만한 수준이 될 수 있다.
도 6A는 앞서 언급된 렌즈를 이용함으로써 얻어진 실험 데이터를 도시한다. (45도로 배향된 방향자(director)를 갖는) 튜닝 가능한 렌즈가 교차된 편광자(polarizer)와 분석자(analyzer) 사이에 배치된다. 상기 편광자와 분석자는 각각 수직 방향으로, 그리고 수평 방향으로 배향되어 있다. 균일한 전압의 적용에 의해, LC 층에서 공간적으로 불균일한 전기장이 생성되며, 이는 대응하는 방향자를 재배향(reorientation)시킨다. 이러한 재배향은 (작은 직경의) 프로브 빔(probe beam)에 의해 검출되는데, 이때, 상기 프로브 빔은 렌즈의 중심부(도 6A에서 "물 미포함"으로서 점선으로 된 곡선으로 표시된 부분)에서의 재배향을 테스트하고, 그 후, 주변부(도 6A에서 "물 포함"으로서 실선으로 된 곡선으로 표시된 부분)에서의 재배향을 테스트한다.
도 6B는 가변 포커스 렌즈의 경우, 액정의 전기장 변화의 효과와, 광학 파워에 최종적으로 미쳐지는 효과를 보여준다. 나타나는 바와 같이, 전압이 0으로부터 증가됨에 따라서, 전기장에 의해, 렌즈의 이미지 형성 부분에 걸친 배향의 공간적인 다양한 변화가 도출될 수 있다. 그러나 특정 전압에서, 렌즈의 중앙 부분에서, 액정의 배향의 전체적인 변화가 얻어지고, 전압의 추가적인 증가에 의해 포화가 야기되며, 전압이 계속 상승함에 따라서, 부분을 형성하는 전체 이미지가 배향의 완전한 변화에 도달하고, 이에 따라서 굴절 지수에 대한 동일한 값에 도달함에 따라서 렌즈는 결국 소실된다. 전압의 함수로서 도시된 광학 파워(optical power)가 도 6C에서 도시된다.
얻어진 LC 재배향의 원형 대칭 특성이 도 7에서 보여지며, 여기서 적용되는 전압에 따른 링(ring) 구조의 종속도가 나타난다. 각각의 링이 LC 층에서 전파되는 평범한(ordinary) "o" 파와 비범한(extraordinary) "e" 파 사이에서 2π 차동 위상 편이에 대응한다. 따라서 전압에 따른 링의 전개가 LC 층의 비범한 굴절 지수 ne의 유효 공간 곡선의 전개를 보여준다.
도 8은 이미지 평면의 전기적으로 튜닝가능한 편이(electrically tunable shift)를 보여준다. 광학 시스템은 시준된 백색 광과, 고정된 렌즈(fixed lens)와, 도 5의 튜닝가능한 렌즈(tunable lens)로 구성된다.
도 9를 참조하는 본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 발명에서 제안된 기본 원리를 이용하는 튜닝가능한 회절 구조가 도시되며, 상기 구조는 2개의 물질 시스템의 조합으로 구성되며, 하나(3)는 특정 기하학적 형태를 갖고, 다른 하나(71)는 첫번째 것을 감싼다. 이 경우에서, 요소(3)는 공간적으로 평면 주기(planar-periodic), 또는 원형 주기(circularly-periodic)적인 형태를 가지며, 예를 들어, 이는 스위칭 가능한 프레넬 렌즈 동작의 형태일 수 있다. 한쌍의 균일한 전극(4)으로의 균일한 전압의 적용이 LC 층(1)에서 주기적으로 변조되는 전기장을 발생할 것이다. 이는 주기적으로 변조되는 방향자 재배향과 회절 구조의 형성을 발생한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 회절 구조는 대칭적인 사인파형, 사각형, 또는 삼각형 단면을 가질 뿐 아니라, 비대칭적 회절 패턴을 제공하기 위해 비대칭(가령, 경사지고(tilted) 비대칭적인, 가령 블레이즈드 격자(blazed grating)) 단면을 가질 수 있다.
도 10을 참조하는 본 발명의 또 다른 실시예에서, 중간 구조(3)는 공간적으로 불균일한, 비대칭의, 그러나 비주기적인 형태, 가령, 선형으로(또는 비선형으로) 변하는 두께를 가질 수 있다(가령, 쐐기 형태). 이 경우, 전극(4)으로의 균일한 전압의 적용이 (구조(3)의 기하학적 형태에 의해 영향을 받는) 공간적으로 불균 일한 전기장을 발생시킬 것이며, 상기 불균일한 전기장은 공간에서 대응하는 회절 지수 변화를 발생시킬 것이다. 이는 전기적으로 변할 수 있는 광 전파를 제공할 것이다. 쐐기 구조의 경우, 전압의 적용이 LC 층(1)의 공간적으로 변하는 회절 지수 변조를 발생시킬 것이며, 이로 인해서, 튜닝 가능한 쐐기 구조 및 이에 대응하는 튜닝 가능한 빔 편의(beam deviation)(조향-steering)가 어어질 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔(8)은 적용되는 전압에 따라서 빔(81)으로 편의될 것이다.
도 11을 참조하는 본 발명의 또 다른 실시예에서, 편광 독립 장치(polarization independent device)를 얻기 위해, 2개의 요소의 조합((3)+(71))이라는 동일한 원리가 사용될 수 있다. 따라서 또 다른 LC 층(11)이 첫 번째 LC 층(1)에 추가하여 사용될 수 있고, 이러한 방식으로, 이들 층이 교차되는 방향자를 갖는다(예를 들어, 층(1)의 방향자는 하나의 평면 상에 있고, 층(11)의 방향자는 상기 평면에 수직으로 위치한다). 조합된 구조가 2개의 층(1)과 층(11) 사이에 삽입된다. 제조 동안, 이들은 각각 하나의 전극만을 갖는(예를 들어, 단지 하나의 전극(4)만이 상위 셀의 상부 기판의 바닥 상에 배치되고, 또 다른 전극(41)이 하부 셀의 바닥 기판의 상부 상에 배치되는) 2개의 LC 셀 사이에 단순히 끼워질 수 있다. 구조(3)의 형태(51)는 공간적으로 불균일하며, 대칭적이고, 주기적일 수 있다. 이러한 방식으로, 전극(4)과 전극(41) 간의 전압의 적용이, 상위 LC 셀과 하위 LC 셀 모두에서 (형태(51)에 의해 영향받는) 공간적으로 불균일한 전기장을 발생시킬 것이다. 그 후, 이는 방향자 재배향과, 2개의 교차 방향 모두에서 이에 대응하는 굴절 지수 변화를 발생시킬 것이고, 이는 2개의 광학 편광 모두에 영향을 미친다.
앞서 언급된 모든 경우에서, 높은 (광학) 주파수 파에 대하여 공간적으로 균일하게 조합된 구조((3)+(71))를 얻기 위한 방식으로 요소(3) 및 (71)의 물질 조성은 선택될 수 있다. 따라서 이 경우에서 구조(3)는 "감춰질(hidden)" 수 있다. 장치의 나머지(유리 기판(2), LC 층(1) 및 전극(4))의 횡단면이 균일하도록 선택되어질 수 있다. 이 경우, 광 편의, 또는 포커싱 없이("0-볼트에서의 무 동작(no-action-at-0-voltage)"), 전체 장치가 공간적으로(횡단으로, 그리고 필요한 경우 길이 방향으로) 균일한 장치로서 기능할 것이다.
동시에, 일부 특정 적용예에 있어서, 0-전압의 경우에 있어서, 특정 광학 기능(가령, 렌징, 회절, 편의 등)을 얻기 위한 방식("0-전압에서 동작(action-at-0-voltage)")으로 물질 조성 및 형태의 선택이 이뤄질 수 있고, 그 후, 이는 전기 전압을 적용시킴으로써, 수정될 수 있다.
도 12는 빔 조향(beam steering)과 가변 포커스(variable focus)를 모두 수행하는 렌즈 시스템의 원리 요소를 개략적으로 도시한다. 상기 렌즈(10)는 가변 포커스이며, 상기 렌즈(12)는 굴절형(refractive)의, 가변 조향 광학 장치이며, 반면에, 렌즈(14)는 한번에 고정된 각도만큼 조향(steering)을 변화시키는 회절형(diffractive)의 조향 장치이다(이는 활성이거나 비활성이다). 요구되는 다양한 방향 및 범위에 대하여, 이러한 튜닝 가능한 광학 장치를 조합함으로써, 완전한 PTZ(Pan, Tilt and Zoom) 카메라 렌즈 시스템이 얻어질 수 있다. 회절 장치가 광학 파워, 또는 조향 각도의 상당한 변화를 제공할 수 있는 동안, 회절 장치는 변할 수 있게 튜닝 가능하다. LC 층 사이에서 투명 판 및/또는 전극을 공유함으로써, 전체 렌즈 시스템의 두께가 감소될 수 있다.
도 13은 모바일, 또는 셀 전화기의 소형 카메라와 렌즈 조립체(15)의 해체도를 도시한다. 튜닝 가능한 LC 렌즈(10)가 고정된 렌즈 광학 시스템 조립체로 일체 구성된다. 도 14는 모바일 전화기 내의 조립체(15)를 도시한다.
본 발명의 장치의 전기 제어 메커니즘만 상세하게 설명되었다. 그러나 장치를 구동하거나 그 속성(가령, 자성, 열 등)을 변화시키기 위한 그 밖의 다른 여기 메커니즘(excitation mechanism)에 대하여 동일한 원리가 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 또 다른 실시예에서, (셀 전극에 의해 발생하는, 또는 추가적인 수단에 의해 발생하는) 열이 조합 구조((3)+(71))의 물질 속성을 변화시켜서, 상기 구조를 0-전압의 경우에서, "감춰진(hidden)", 또는 "드러나는(revealed)" 구조로 만들기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 2개의 물질(3) 및 (71)의 굴절 지수 온도 변화 계수 dn/dT는, 주어진 온도(T0)에서, 그 굴절 지수가 동일(n3=n71)하도록 선택되어질 수 있다. 그러나 조건 dn3/dT=dn71/dT가 만족되지 않는 경우, 그 밖의 다른 온도에 대한 경우가 되지는 않을 것이다. 따라서 물질의 적정한 선택에 의해, 단순히 가열함으로써, 감추는 조건을 제어할 수 있다. 이로 인해서, 추가적인 렌징 효과의 발생이 가능해지고, 예를 들어, 전체 렌즈의 수차를 제어할 수 있다.
다양한 물질 조성, 다양한 LC 층, 다양한 전극, 다양한 방향자 정렬, 다양한 기하학적 형태 등이, 요소(3)와 (71)의 조합을, 저주파수 전기장에 대하여 광학 파의 "감춰진" 상태와 매우 강력한 유전율 대비를 제공할 수 있는 핵심 요소로서 갖 는 본원발명에서 청구되는 동일한 장치를 조립하기 위해 사용될 수 있음을 인지해야 한다.

Claims (16)

  1. 광의 전파를 제어하기 위한 가변 광학 장치(variable optical device)에 있어서, 상기 가변 광학 장치는
    - 액정 층(liquid crystal layer)
    - 상기 액정 층에 대응하는 전기장을 발생시키도록 배열되는 전극, 그리고
    - 상기 전극과 이와 이웃하는 상기 액정 층 사이에 배열되며, 상기 광학 장치를 통과하는 광의 전파를 제어하는 방식으로, 상기 전기장을 공간적으로 변조(spatially modulate)하기 위한 전기장 변조 층(electric field modulation layer)
    을 포함하며, 이때, 상기 전기장 변조 층은
    + 공간적으로 균일한 광학 굴절 지수,
    + 극성 액체(polar liquid), 또는 겔,
    + 20 이상의, 바람직하게는 1000 이상의 유전 상수를 갖는 높은 저주파수 유전 상수 물질
    중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변조 층은 제 1 저주파수 유전 상수를 가지며 상기 전기장의 요망 변조에 영향을 주기 위한 형태를 갖는 고형체(solid body)와, 상기 고형체를 둘러싸거나, 이웃하는 제 2 저주파수 유전 상수의 물질을 포함하며, 상기 고형체 및 상기 제 2 물질은 층의 기하학적 형태를 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전기장 변조 층은 공간적으로 균일한(spatially uniform) 광학 굴절 지수를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 물질은 극성 액체, 또는 겔인 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 극성 액체, 또는 겔은 글리세롤인 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 층은 액정을 함유하는 2개의 투명 판을 포함하는 평면 기하학적 형태(planar geometry)를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전기장 변조 층은 상기 판 중 하나와 일체 구성되는 하나 이상의 구성요소를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 층은 상기 전기장 의 함수로서, 자신의 굴절 지수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전기장 변조 층이 상기 전기장의 주기적인 공간 단계 변조(periodic spatial step modulation)를 제공하여, 상기 장치가 활성 상태와 비활성 상태로 제어가능한 회절 광학 장치가 되는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전기장 변조 층이 상기 전기장의 주기적 공간 가변 변조(periodic spatial variable modulation)를 제공하여, 상기 장치가 변할 수 있게 튜닝 가능한 굴절 광학 장치가 되는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 장치는 가변 포커스 렌즈인 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 장치는 빔 조향 장치인 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 장치는 가변 포커스 렌즈와 빔 조향 장치 모두인 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 광의 전파의 제어가 최소한의 편광 종속도를 갖도록, 상기 장치는 서로 다른 편광을 갖는 둘 이상의 상기 액정 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기장 변조 층은 고정된 저주파수 유전 공간 분포를 가지며, 상기 전기장은 상기 전극으로 적용되는 전압을 변조함으로써, 변조되는 것을 특징으로 하는 가변 광학 장치.
  16. 이미징 렌즈(imaging lens)를 포함하는 카메라를 갖는 모바일 전화기에 있어서, 상기 이미징 렌즈는 청구범위 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따르는 가변 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 전화기.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120138688A (ko) * 2011-06-15 2012-12-26 삼성디스플레이 주식회사 액정 렌즈 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20130004082A (ko) * 2011-06-30 2013-01-09 삼성디스플레이 주식회사 액정 렌즈 및 이를 포함하는 표시 장치

Families Citing this family (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101201143B1 (ko) * 2005-10-28 2012-11-13 엘지디스플레이 주식회사 액정 표시 장치 및 이의 구동 방법
US8072574B2 (en) * 2008-02-25 2011-12-06 LensVector Tunable liquid lens with reduced aberration
WO2009136667A1 (ja) * 2008-05-09 2009-11-12 スカラ株式会社 可変焦点レンズ、液晶レンズ、及びそれらを用いた眼へ刺激を与えるための装置
JP2009294654A (ja) * 2008-05-09 2009-12-17 Scalar Corp 眼鏡
CN103792740B (zh) 2008-06-06 2017-12-12 兰斯维克托公司 可调谐液晶光学装置
JP2011523722A (ja) * 2008-06-06 2011-08-18 レンズヴェクター インコーポレイテッド チューナブル液晶光学装置の接続部構造
BRPI0914232A2 (pt) 2008-06-21 2015-11-03 Lensvector Inc dispositivo óptico, métodos para configurar dinamicamente uma geometria de eletrodo efetiva, para acionar um dispositivo de cristal líquido, e, para ajustar frequência de um dispositivo óptico de cristal líquido, uso de um material dependente de frequência, material dependente de frequência, composição condutora termal ou fotopolimerizável, e, eletrodo óptico
US8184218B2 (en) * 2008-06-21 2012-05-22 Lensvector Inc. Optically hidden electromagnetic source for generation of spatially non uniform magnetic field and tunable devices made thereof
US8033054B2 (en) 2008-06-21 2011-10-11 Lensvector Inc. Electro-optical devices using dynamic reconfiguration of effective electrode structures
US20110090415A1 (en) * 2008-06-22 2011-04-21 Lensvector Inc. Tunable liquid crystal optical device
US8854519B2 (en) * 2009-01-15 2014-10-07 E-Vision Smart Optics, Inc. Electro-active focus and zoom systems
US8228418B2 (en) * 2009-03-20 2012-07-24 Eastman Kodak Company Anti-aliasing spatial filter system
US8854527B2 (en) 2009-05-03 2014-10-07 Lensvector, Inc. Optical lens having fixed lenses and embedded active optics
WO2011008443A2 (en) 2009-06-29 2011-01-20 Lensvector Inc. Wafer level camera module with active optical element
JP5334116B2 (ja) * 2009-07-07 2013-11-06 秋田県 低電圧駆動液晶レンズ
TWI417574B (zh) * 2009-10-09 2013-12-01 Chunghwa Picture Tubes Ltd 變焦透鏡陣列與可切換式平面立體顯示器
TWI396893B (zh) * 2009-10-22 2013-05-21 Univ Nat Chiao Tung 光電裝置
US9140920B2 (en) 2009-10-27 2015-09-22 Lensvector, Inc. Method and apparatus for testing operation of an optical liquid crystal device
JP2011099999A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Akita Prefecture 液晶光学デバイス
US20120242924A1 (en) * 2009-12-10 2012-09-27 Lensvector Inc. Apparatus and Method for Dynamically Controlling Light Transmission
US8134636B2 (en) * 2009-12-14 2012-03-13 Yi-Shin Lin Autofocusing optical system using tunable lens system
US9036102B2 (en) 2009-12-23 2015-05-19 Lensvector Inc. Image stabilization and shifting in a liquid crystal lens
TWI412829B (zh) * 2010-08-04 2013-10-21 Univ Nat Chiao Tung 液晶透鏡及其製造方法
GB2484067B (en) * 2010-09-22 2012-12-05 Au Optronics Corp Graded index birefringent component
US8687040B2 (en) * 2010-11-01 2014-04-01 Omnivision Technologies, Inc. Optical device with electrically variable extended depth of field
US9065991B2 (en) 2010-11-04 2015-06-23 Lensvector Inc. Methods of adjustment free manufacture of focus free camera modules
US9314148B2 (en) 2010-12-06 2016-04-19 Lensvector, Inc. Motionless adaptive stereoscopic scene capture with tuneable liquid crystal lenses and stereoscopic auto-focusing methods
US20130314632A1 (en) * 2010-12-10 2013-11-28 Lensvector Inc. Fast tunable liquid crystal optical apparatus and method of operation
US10156722B2 (en) 2010-12-24 2018-12-18 Magic Leap, Inc. Methods and systems for displaying stereoscopy with a freeform optical system with addressable focus for virtual and augmented reality
CN103477269B (zh) * 2011-01-17 2016-01-06 奥特司科技株式会社 液晶透镜、液晶透镜驱动方法、透镜单元、摄像机模块及胶囊型医疗设备
US10098727B1 (en) 2011-02-11 2018-10-16 Lensvector Inc. Tuneable liquid crystal lens intraocular implant and methods therefor
EP2503364A1 (en) * 2011-03-22 2012-09-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Camera system comprising a camera, camera, method of operating a camera and method for deconvoluting a recorded image
DE102011016852A1 (de) * 2011-04-06 2012-10-11 Laser- Und Medizin-Technologie Gmbh, Berlin Seitlich gerichtet abstrahlende sowie konfokal detektierende Faseroptiken
TWI452396B (zh) * 2011-10-06 2014-09-11 Univ Nat Chiao Tung 可電壓控制之光學元件及其製備方法
AU2012358278B2 (en) * 2011-12-23 2016-04-14 Johnson & Johnson Vision Care, Inc. Variable Optic Ophthalmic device including liquid crystal elements
JP5946299B2 (ja) * 2012-03-13 2016-07-06 国立大学法人信州大学 コロッサル誘電性を持つゲル状ポリマーデバイス及びその製造方法
CN102707344A (zh) * 2012-03-26 2012-10-03 京东方科技集团股份有限公司 一种3d显示装置、透镜面板及其制作方法
TWI476484B (zh) * 2012-07-11 2015-03-11 Ligxtal Technology Inc 液晶透鏡結構及其電控液晶眼鏡結構
JP2014038254A (ja) * 2012-08-17 2014-02-27 Toshiba Corp 液晶レンズ装置及び画像表示装置及び駆動装置
KR101407489B1 (ko) * 2012-11-29 2014-06-13 서울대학교산학협력단 액체를 이용한 에너지 전환 장치
CN103852936B (zh) * 2012-12-04 2017-06-16 乐金显示有限公司 立体图像显示装置
CN103076706B (zh) * 2013-01-05 2015-02-04 东南大学 一种焦距可调液晶微透镜阵列
CN103913922A (zh) * 2013-01-06 2014-07-09 东莞万士达液晶显示器有限公司 可切换二维与三维显示模式的显示装置及其液晶透镜
JP2014182300A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Toshiba Corp 液晶光学素子、固体撮像装置、携帯情報端末、および表示装置
US9851616B2 (en) 2013-06-26 2017-12-26 Texas Instruments Incorporated Non-moving optical beam steering using non-pixelated liquid crystal optical phased arrays
JP6099827B2 (ja) * 2013-09-23 2017-03-22 エルシー−テック ディスプレイズ アーベーＬｃ−Ｔｅｃ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ａｂ 高コントラスト電気光学液晶カメラアイリス
US9915826B2 (en) * 2013-11-27 2018-03-13 Magic Leap, Inc. Virtual and augmented reality systems and methods having improved diffractive grating structures
CN103616787B (zh) * 2013-12-04 2017-05-17 中航华东光电有限公司 液晶透镜及应用该透镜的立体显示装置
US9696583B2 (en) * 2013-12-27 2017-07-04 Lg Display Co., Ltd. Switchable type display device and method of driving the same
EP3149939A4 (en) 2014-05-30 2018-02-21 Magic Leap, Inc. Methods and systems for displaying stereoscopy with a freeform optical system with addressable focus for virtual and augmented reality
EP3249451B1 (en) * 2015-01-23 2020-09-30 Osaka University Liquid crystal element, deflection element, liquid crystal module, and electronic device
JP6746590B2 (ja) 2015-01-26 2020-08-26 マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． 改良された回折格子構造を有する仮想および拡張現実システムおよび方法
AU2016225962B2 (en) * 2015-03-05 2021-02-25 Magic Leap, Inc. Improved manufacturing for virtual and augmented reality systems and components
EP3440486A4 (en) 2016-04-07 2019-04-24 Magic Leap, Inc. SYSTEMS AND METHODS OF EXTENDED REALITY
US11650045B2 (en) 2016-06-24 2023-05-16 3Shape A/S 3D scanner using a structured beam of probe light
CN106249448A (zh) * 2016-08-11 2016-12-21 四川大学 一种蓝相液晶透镜
US10859868B2 (en) 2017-08-11 2020-12-08 Coopervision International Limited Flexible liquid crystal cells and lenses
GB2575991B (en) * 2018-07-31 2022-07-20 In2Engineering Ltd Pressure indicator cap
ES2711456B2 (es) * 2018-09-14 2020-12-15 Univ Madrid Politecnica Dispositivo optico configurable
US11003016B2 (en) * 2018-09-21 2021-05-11 Coopervision International Limited Flexible, adjustable lens power liquid crystal cells and lenses
KR102590932B1 (ko) * 2019-02-25 2023-10-18 주식회사 엘지화학 광학 디바이스
CN109709739B (zh) * 2019-03-18 2021-12-07 北京航空航天大学 一种短焦距液晶透镜
CN110297374A (zh) * 2019-07-01 2019-10-01 京东方科技集团股份有限公司 一种液晶透镜及显示装置
TWI709790B (zh) * 2019-08-27 2020-11-11 國立交通大學 液晶透鏡
US20230004050A1 (en) * 2019-12-09 2023-01-05 UNIVERSITé LAVAL Electrode structure for creating electrical potential gradient
CN111722423A (zh) * 2020-06-22 2020-09-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 液晶和超表面相结合的连续可变焦超透镜
CN116018549A (zh) 2020-08-11 2023-04-25 毛崇昌 偏振不敏感硅上液晶
WO2022187949A1 (en) * 2021-03-08 2022-09-15 Tigran Galstian Liquid crystal cell assembly and method for detection enhancement
CN115128794A (zh) * 2021-03-25 2022-09-30 中强光电股份有限公司 匀光元件
CN113867030A (zh) * 2021-10-21 2021-12-31 浙江科技学院 一种基于液晶的线性到径向偏振光转换聚焦透镜

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6127725B2 (ko) * 1974-03-23 1986-06-26 Dainippon Insatsu Kk
US4572616A (en) 1982-08-10 1986-02-25 Syracuse University Adaptive liquid crystal lens
JPS62140603A (ja) * 1985-12-12 1987-06-24 Agency Of Ind Science & Technol 液体分離膜
JPS645988A (en) * 1987-06-29 1989-01-10 Mikio Ezaki Manufacture of potassium silicate fertilizer from potassium sulfate
JPH0268520A (ja) * 1988-09-02 1990-03-08 Sharp Corp 表示装置
GB2255193B (en) * 1991-04-24 1994-10-12 Marconi Gec Ltd Optical device
JPH05203943A (ja) * 1991-06-11 1993-08-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶パネルおよびそれを用いた液晶投写装置
JPH06289064A (ja) * 1993-03-31 1994-10-18 Ricoh Co Ltd ファブリ−ペロ−共振器型電界センサ−
DE4328785A1 (de) * 1993-08-26 1995-03-02 Consortium Elektrochem Ind Optische Elemente mit abbildender farb- und polarisationsselektiver Reflexion enthaltend cholesterische Flüssigkristalle sowie Herstellung und Verwendung dieser Elemente
JP3303275B2 (ja) * 1996-01-17 2002-07-15 日本電信電話株式会社 光学素子およびその素子を用いた光学装置
JPH10289064A (ja) 1997-04-17 1998-10-27 Tec Corp 二重化磁気ディスクシステムの制御方法
JP3547030B2 (ja) * 1997-06-04 2004-07-28 日本電信電話株式会社 光学素子の駆動方法
US6437925B1 (en) * 1998-06-30 2002-08-20 Olympus Optical Co., Ltd. Optical apparatus
JP2003161810A (ja) 2001-11-28 2003-06-06 Citizen Electronics Co Ltd 密着イメージセンサー用紫外線硬化型液晶マイクロレンズ
JP3979090B2 (ja) 2001-12-28 2007-09-19 日本電気株式会社 カメラ付き携帯型電子機器
JP4653398B2 (ja) 2002-02-19 2011-03-16 リクアヴィスタ ビー． ヴィー． 表示装置
US7327434B1 (en) * 2002-05-08 2008-02-05 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Tunable electronic lens and prisms using inhomogeneous nano scale liquid crystal droplets
US20060043980A1 (en) * 2002-12-30 2006-03-02 Verstegen Emile J K Controllable two layer birefringent optical component
US7345812B2 (en) * 2003-02-21 2008-03-18 University Of Kansas Method and apparatus for use of III-nitride wide bandgap semiconductors in optical communications
US7218375B2 (en) 2003-06-05 2007-05-15 Universite Laval Electrically variable focus polymer-stabilized liquid crystal lens having non-homogenous polymerization of a nematic liquid crystal/monomer mixture
JP3873049B2 (ja) * 2003-10-10 2007-01-24 独立行政法人科学技術振興機構 液晶光学素子
TWI244306B (en) 2003-11-06 2005-11-21 Benq Corp Mobile phone and digital camera thereof
US6859333B1 (en) * 2004-01-27 2005-02-22 Research Foundation Of The University Of Central Florida Adaptive liquid crystal lenses
CN1914555A (zh) * 2004-02-06 2007-02-14 皇家飞利浦电子股份有限公司 照相装置、含照相装置的移动电话、及照相装置的制备方法
JP2006145957A (ja) 2004-11-22 2006-06-08 Citizen Watch Co Ltd 液晶光学素子及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120138688A (ko) * 2011-06-15 2012-12-26 삼성디스플레이 주식회사 액정 렌즈 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20130004082A (ko) * 2011-06-30 2013-01-09 삼성디스플레이 주식회사 액정 렌즈 및 이를 포함하는 표시 장치

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