KR20120034596A - 렌즈 어셈블리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20120034596A
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마누엘 아쉬반덴
데이빗 니더러
토마스 슈미다우져
크리스토프 로메르
토마스 컨
슈헹 양
찰스 킹
데니스 레이 키르히호퍼
다니엘 워렌
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노우레스 일렉트로닉스, 엘엘시
옵토투네 아게
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Abstract

광학 장치는 제 1 멤브레인; 제 2 멤브레인; 및 적어도 하나의 전자기적으로 변위가능한 소자를 구비한다. 제 1 멤브레인은 광학 활성 영역을 구비하고 있다. 제 1 멤브레인 및 제 2 멤브레인은 리저버(reservoir) 내부에 배치된 충전재료에 의해 결합된다. 적어도 하나의 전자기 변위가능 소자는 상기 제 2 멤브레인을 통해 상기 충전재료에 결합되어, 상기 전자기적으로 변위가능한 소자의 변위가 상기 충전재료의 이동에 의한 상기 제 1 멤브레인의 광학 활성 영역의 변형을 야기하도록 작용한다.

Description

렌즈 어셈블리 장치 및 방법{LENS ASSEMBLY APPARATUS AND METHOD}
[0001] 본 특허는 "렌즈 어셈블리 시스템 및 방법"이라는 발명의 명칭으로 2009년 3월 13일자 출원된 미국 가출원 제61/160,041호, "렌즈 어셈블리 장치 작동방법"이라는 발명의 명칭으로 2009년 9월 24일자 출원된 미국 가출원 제61/245,438호, 및 "렌즈 어셈블리 장치"라는 발명의 명칭으로 2010년 3월 9일자 출원된 미국 특허출원 제 12/720,093호에 대한 혜택을 35 U.S. C. 119 (e)에 의거하여 청구하며, 상기 미국 가출원 및 특허 출원의 내용은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
[0002] 본 특허는 렌즈를 포함하는 광학 장치 및 렌즈를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
[0003] 다양한 광학 렌즈 시스템은 서로 다른 목적을 위해 오랜 기간 동안 사용되어 왔다. 예컨대, 일부 렌즈 시스템은 영상을 확대하기 위한 용도로 제공되지만 나머지 다른 렌즈 시스템은 영상을 줌인(zooming in)하기 위한 용도로 제공된다. 또한, 렌즈 시스템은 다양한 응용분야 및/또는 서로 다른 환경에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 시스템은 디지털 카메라의 일부가 될 수도 있고, 사용자는 멀리 떨어져 있는 물체들을 줌인하여 이들 물체의 영상을 획득하거나 근접한 물체들에 초점을 맞추고자 원할 수도 있다. 다른 예로서, 렌즈 시스템은 사용자가 근접 영상을 획득하고자 하는 휴대폰 또는 다른 소형 전자장치에 있는 카메라의 일부가 될 수도 있다.
[0004] 다양한 형태의 렌즈 시스템이 다양한 응용분야에서 이용되어 왔지만, 이들 종전의 시스템은 여러 가지 단점을 지닌다. 일 예로서, 시스템 소형화의 요구로 인하여 시스템 부품들은 가능한 한 작아질 필요가 있다. 그러나, 종전 시스템은 부피가 크고 소형화 구현이 어려운 부품을 갖고 있다. 또한, 종전의 시스템은 경우에 따라 렌즈 시스템의 축을 따라 자주 이동하는 다양한 가동부들(moving parts)을 사용하였다. 그러나, 이들 가동부는 부숴지기 쉬운 경향이 있어 시스템 부품의 교체가 필요하고 이들 종전 방법에 있어 신뢰도를 잃게 된다. 또한, 이들 종전 시스템에는 다수개의 부품들이 이용되었는데 이것 역시 종전 방법의 비신뢰도 (및 비용)에 추가되었다. 이들 이유로 인해, 종전 시스템은 제조비용이 많이 들고 이들 시스템에 대한 사용자 만족도가 전술한 단점들에 의해 부정적으로 영향을 받게 되었다.
본 발명은 렌즈 어셈블리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
[0073] 렌즈 어셈블리의 하나 이상의 멤브레인(예컨대, 폴리머 멤브레인)을 변형시키는 자기-코일 액츄에이터 (예컨대, 보이스 코일 모터)를 포함하는 자기 코일 렌즈 어셈블리를 제공한다. 또한, 압전 장치와 같은 다른 장치들이 사용될 수 있다. 많은 예들 중에서, 멤브레인은 충전재료(예컨대, 액체, 겔 또는 폴리머)로 충전되는 적어도 부분적으로 하나 이상의 리저버(reservoir)를 형성할 수도 있다. 멤브레인, 충전재료, 및 멤브레인에 대향하여 배치되는 용기는 렌즈를 제공할 수도 있다. 용어 "렌즈"는 이하의 실시예들 중 전부는 아니지만 충전재료로 채워지고 리저버(reservoir)와 연통되는 삼차원 공간 처럼 적용가능한 것으로 해석되어야 한다는 것에 유념해야 한다. 멤브레인의 최종 변형은 리저버 내부에 있는 충전재료(예컨대, 광학 유체)의 이동으로부터 제공되는 압력을 통해 발생한다. 렌즈의 변형은 원하고 요구하는 대로 렌즈의 광학적 특성을 변화시킨다. 결국, 소형화가 달성되고, 전체 부품수가 줄어들고, 가동부의 개수 및 비용이 감소되며, 시스템 무게가 줄어들고 시스템 신뢰도가 향상된다.
[0074] 많은 실시예에 있어서, 렌즈 어셈블리는 이동 코일, 자속 가이드 구조물, 하나 이상의 자석, 및 렌즈를 구비한다. 렌즈는 리저버 (예컨대, 유체 리저버)를 적어도 부분적으로 한정하는 멤브레인을 구비한다. 코일은 전류에 의해 여자되고, 자속 가이드 구조물에 의해 자속이 형성되어 방향이 정해진다. 이 자속은 코일을 이동시키는 기전력을 발생시킨다. 이 기전력은 와이어의 길이와 이 와이어를 통해 흐르는 전류의 곱인 자기장의 세기와 관련이 있을 수도 있다. 코일의 이동은 멤브레인을 밀고 당김으로써 리저버 내부의 충전물질(예컨대, 유체)을 이동시켜 압력을 발생시키고 그에 따라 멤브레인 및 전체 렌즈의 형상이 변형된다. 그 결과, 렌즈의 광학적 특성이 변화된다. 또 다른 방식으로, 멤브레인의 광학 활성 영역이 변화된다. 이 렌즈는 본 명세서에서 경우에 따라 초점 가변형 렌즈 또는 유체 가변형 렌즈로 지칭되기도 한다.
[0075] 다른 예에 있어서, 코일의 위치는 고정된다. 코일의 여자로 인하여 자화 부품이 이동하여 멤브레인을 이동시킨다. 따라서, 렌즈의 광학적 특성이 조절된다.
[0076] 어셈블리 구성요소의 전체 또는 일부를 지지하기 위해 하우징 구조물 (예컨대, 플라스틱)이 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 하우징 구조물의 일부는 코일에 의해 밀리거나 (당겨져서) 멤브레인을 밀거나 (당기게) 된다. 많은 예들에서, 보빈은 멤브레인 상에서 밀리게 된다.
[0077] 전술한 바와 같이, 모터가 액츄에이터로 사용된다면, 모터 구조물은 하나 이상의 영구자석, 및 하나 이상의 부품을 갖는 자속 가이드 구조물을 구비하는 여러 개의 부재들을 포함할 수도 있다. 이 자속 가이드 구조물은 자기장을 안내하고 이 자기장의 방향을 정하여 충분한 크기 및 방향을 갖는 기전력을 발생시켜 원하는 만큼 코일을 이동시킨다.
[0078] 또한, 모터 구조물은 어셈블리에 고정 및 정렬 기능(예컨대, 렌즈의 멤브레인 또는 다른 부분들의 형상 또는 다른 특성의 지지 및 한정)을 제공하는 다양한 부품들을 구비할 수도 있다. 이와 관련하여, 자속 가이드 구조물은 렌즈의 하우징을 위해 제공되고, 렌즈 형상을 한정하고, 렌즈 구조물을 지지하고, 리저버의 경계 조건을 한정하고, 리저버를 한정하는 부품들을 지지하며, 어셈블리에 구조물을 제공하고/하거나, 하나 이상의 리저버를 한정할 수도 있다. 더욱이, 이들 기능은 자속 가이드 구조물이 자기장의 방향설정 및 안내 기능을 제공할 때 동시에 수행될 수도 있다.
[0079] 자기 코일 렌즈의 코일 부품은 멤브레인에 직접 부착되거나 (보빈과 같은 또 다른 요소(들)을 통해) 멤브레인과 간접적으로 상호작용한다. 또한, 전술한 바와 같이, 멤브레인은 하나 이상의 리저버를 한정한다. 이들 리저버는 충전물질의 일부 예로서 폴리머, 겔, 유체 또는 이온성 액체로 채워질 수도 있다. 충전재료의 다른 예도 가능하다.
[0080] 일부 실시예에 따르면, 코일은 충전재료(예컨대, 유체)를 포함하지 않는 멤브레인의 일측에서 멤브레인과 상호작용한다. 그 결과, 리저버는 그 내부에 기포를 포획하지 않고 보다 편리한 방식으로 충전될 수 있는데, 그 이유는 코일의 가장자리가 리저버 내부에 위치하지 않을 수 있기 때문이다. 또한, 코일은 공기 전용 공간에 있기 때문에, 코일과 어셈블리 외부 장치간에 전기접속을 달성하는 것이 보다 용이해진다.
[0081] 코일 배치는 변경될 수도 있다. 예컨대, 코일은 리저버 내부(예컨대, 리저버를 충전하는 액체 내부)에 배치될 수도 있고, 리저버 내부(예컨대, 멤브레인에 의해 분리된 리저버의 양측)에 부분적으로 배치되거나, 리저버의 외부(예컨대, 리저버의 일측 또는 양측)에 완전히 배치될 수도 있다. 코일은 리저버의 내부에 장착될 때 이 리저버 내부에서 부유할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에 따르면, 일부 실시예에 따르면 코일은 제 위치에 고정될 수도 있다.
[0082] 코일은 다양한 방법에 의해 어셈블리의 다른 부분들에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에 따르면, 코일 와이어는 영구자석에 의해 또는 영구자석으로부터 전기적으로 절연되는 자속 가이드 구조물과 연결될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 와이어는 하우징, 자석 및/또는 금속 기반 구조물에 형성된 홀을 통해 어셈블리의 외부로 안내된다. 또 다른 실시예에 따르면, 와이어는 금속 구조물(예컨대, 금속 스프링)에 연결되거나, 어셈블리의 부품(예컨대, 보빈)에 연결 또는 일체화된다. 또 다른 실시예에 따르면, 와이어는 어셈블리의 홀/슬릿을 통해 외부로 안내되고, 어셈블리의 내부와 일체화된 금속 구조물상에 고정된다. 또 다른 실시예에 따르면, 와이어는 전기 전도성 멤브레인에 결합될 수도 있다.
[0083] 일부 실시예에 따르면, 변형을 달성하기 위해 멤브레인 상에서 코일 (또는 보빈)이 밀어내는 푸시 방법(push approach)이 사용된다. 다른 실시예에 따르면, 멤브레인이 밀리고 당겨지는 푸시-풀 방법(push-pull approach)이 사용된다. 멤브레인 및 코일(또는 보빈)은 접착제(예컨대, 아교) 또는 다른 형태의 체결장치(예컨대, 스크류, 스냅 커넥터, 초음파 용접, 고온 용융 등)에 의해 부착된다. 풀 방법(pull approach) 만 사용될 수도 있다. 해결방법의 유형은 다른 인자들 중에서 어셈블리에 요구되는 전체 높이 및 어셈블리에 사용되는 렌즈의 시작초점 또는 줌 위치에 따라 결정될 수도 있다.
[0084] 본 명세서에서 설명되는 방법들은 임의 조합 또는 순서로 사용되는 임의 개수의 렌즈를 구비하는 다양한 형태의 렌즈 어셈블리를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 여기서 설명되는 임의 개수의 가변형 렌즈는 다른 광학 구성요소 또는 렌즈와 결합하여 사용되어 임의 형태의 광학 어셈블리를 형성할 수 있다.
[0085] 현재 방법은 렌즈 어셈블리의 하나 이상의 멤브레인을 변형시키는 전기적-기계적 작동장치 (예컨대, 압전 모터 또는 다른 형태의 작동장치)를 구비하는 렌즈 어셈블리를 추가로 제공한다. 일부 실시예에 따르면, 렌즈 (예컨대, 유체 렌즈)는 멤브레인(예컨대, 폴리머 멤브레인)과 용기 (예컨대, 유리판, 광학요소, 렌즈 또는 일부 다른 구조물) 사이에 형성되거나 이들 멤브레인과 용기에 의해 둘러싸인다. 또한, 멤브레인 및/또는 용기는 충전재료로 채워지는 하나 이상의 리저버를 적어도 부분적으로 한정할 수도 있다. 이 리저버는 홀, 채널, 슬릿 등을 통해 렌즈 (예컨대, 유체 또는 겔 렌즈)와 연통되고 압전 모터는 용기에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된다. 용기 및 멤브레인은 함께 리저버부 및 렌즈부에 충전재료를 유지하는 기능을 수행한다. 전기적-기계적 작동장치의 구동으로 인하여 (예컨대, 리저버의 영역에서) 용기가 이동하여 리저버와 렌즈 사이에서 충전물이 이동함으로써 압력이 발행하여 멤브레인을 변형시키게 된다. 멤브레인의 변형 및 충전재료의 이동으로 원하고 요구하는 대로 렌즈의 광학적 특성이 변화하게 된다. 결국, 소형화가 달성되고, 전체 부품수가 줄어들고, 가동부의 개수 및 비용이 감소되며, 시스템 무게가 줄어들고 시스템 신뢰도가 향상된다.
[0086] 본 명세서에서 설명되는 해결방법에서 다양한 형태의 전기적-기계적 작동장치가 사용됨으로써 렌즈 어셈블리의 부품들을 이동시킬 수도 있음을 이해할 것이다. 예로서 전술한 바와 같이, 압전 모터가 사용될 수도 있다. 그러나, 이들 방법이 압전 모터의 사용에 한정되지 않고, 예컨대 두 가지 예로서 소형 스테퍼 모터 or 스크류 구동 모터와 같은 다양한 모터나 모터 유사 장치를 구비할 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 환언하면, 본 명세서에서 언급된 다양한 실시예에 따르면 압전 모터가 이용되고 있지만, 기타 다른 형태의 모터 (또는 다른 전기적-기계적 작동장치가 사용될 수도 있다.
[0087] 다른 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리는 압전 모터 (또는 일부 다른 형태의 전기적-기계적 작동장치), 연결 구조물, 및 용기-멤브레인 어셈블리를 구비한다. 용기-멤브레인 어셈블리는 하나 이상의 리저버 (예컨대, 유체 리저버) 및 렌즈 (예컨대, 유체 또는 겔 렌즈)를 적어도 부분적으로 한정하는 멤브레인을 구비함으로써 리저버와 렌즈 사이에 액체 충전재료 (예컨대, 유체 또는 겔)가 유동하거나 이동할 수 있다. 압전 모터는 전기신호에 의해 작동된다. 압전 모터의 작동 (및 압전 모터에 배치되는 압전 물질의 변형)은 연결 구조물을 직접적으로 또는 간접적으로 밀거나 당김으로서 렌즈 어셈블리의 리저버에 직접적으로 또는 간접적으로 작용하여 리저버와 렌즈 사이에서 충전재료(예컨대, 광학 유체)이 이동하게 된다. 충전재료가 이동함으로써 멤브레인에 대해 압력이 발생하여 멤브레인의 형상이 변형되어 렌즈의 광학적 특성이 변화하게 된다. 렌즈 셰이퍼는 멤브레인의 일부분에 부착되어 렌즈의 외경을 형성 및/또는 한정하게 된다. 어셈블리 요소들의 전체 또는 일부를 지지하기 위해 하우징 구조물이 사용될 수도 있다. 일부 실시예에 따르면, 하우징 구조물의 일부가 압전 모터 (또는 다른 형태의 전기적-기계적 작동장치)에 의해 밀리거나 (당겨져서) 연결 구조물의 작동을 통해 멤브레인이 밀리거나 (당겨진다).
[0088] 전술한 바와 같이, 만약, 압전 모터가 전기적-기계적 작동장치로 이용되면, 압전 모터 구조물은 하나 이상의 부품 또는 부분을 갖는 연결 구조물을 이동시키는 하나 이상의 압전 요소를 구비하는 여러 개의 부재들을 포함할 수도 있다. 특히, 연결 구조물은 모터로부터 기계적인 힘을 인가받고 이 힘을 멤브레인을 이동 (예컨대, 밀거나 당김) 시키도록 하는 역할을 하는 하나 이상의 요소들을 구비할 수도 있다. 연결 구조물은 몇 가지 예로서 하나 이상의 핀, 패들, 링, 로드, 보빈, 힌지, 또는 피봇등을 구비할 수도 있다. 일 예로서, 별도의 연결 구조물이 제거될 수도 있고 모터의 일부가 멤브레인에 직접적으로 작용할 수도 있다.
[0089] 또한, 연결 구조물은 렌즈 어셈블리에 고정 및 정렬 기능(예컨대, 렌즈의 멤브레인 또는 다른 부분의 형상 또는 다른 특성의 지지 및 한정)을 제공하는 다양한 부품들을 구비할 수도 있다. 이와 관련하여, 자속 가이드 구조물은 렌즈의 하우징을 위해 제공되고, 렌즈 형상을 한정하고, 렌즈 구조물을 지지하고, 리저버의 경계 조건을 한정하고, 리저버를 한정하는 부품들을 지지하며, 어셈블리에 구조물을 제공하고/하거나, 하나 이상의 리저버를 한정할 수도 있다. 또한, 이들 기능은 연결 구조물에 없는 다른 요소들에 의해 적어도 부분적으로 제공될 수도 있다.
[0090] 전술한 바와 같이, 멤브레인은 하나 이상의 리저버 및 렌즈 셰이퍼의 측면을 한정할 수도 있다. 리저버 및 렌즈는 충전재료의 예로서 폴리머, 겔, 또는 유체와 같은 충전재료로 채워질 수도 있다. 충전재료의 다른 예들도 가능하다. 렌즈 셰이퍼는 멤브레인의 외측부분의 외경부를 한정하고 멤브레인이 렌즈 셰이퍼의 가장자리에서 이동하는 것을 억제시킨다.
[0091] 전기적 및 기계적 작동장치의 배치는 현재 해결방법으로 변경될 수도 있다. 예컨대, 압전 모터가 사용될 때, 이 압전 모터는 예컨대, 코일은 리저버 내부(예컨대, 리저버를 충전하는 액체 내부)에 배치될 수도 있고, 리저버 내부(예컨대, 멤브레인 또는 용기에 의해 분리된 리저버의 양측)에 부분적으로 배치되거나, 리저버의 외부(예컨대, 리저버의 일측 또는 양측)에 완전히 배치될 수도 있다.
[0092] 전기적 및 기계적 작동장치(예컨대, 압전 모터)는 다양항 방법에 의해 어셈블리의 다른 부분에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에 따르면, 연결 와이어는 하우징 내의 홀을 통해 어셈블리의 외부로 안내된다. 또 다른 실시예에 따르면, 와이어는 금속 구조물(예컨대, 금속 스프링)에 연결되거나, 어셈블리의 다른 부분에 연결 또는 일체화된다. 또 다른 실시예에 따르면, 와이어는 어셈블리의 홀/슬릿을 통해 외부로 안내되고 어셈블리의 내부에 일체화되는 금속 구조물 상에 고정된다.
[0093] 일부 실시예에 따르면, (예컨대, 연결 구조물을 통해) 용기를 직적으로 또는 간접적으로 밀어내고 멤브레인의 변형을 달성하기 위해 푸시 전용 방법(push-only approach)이 모터에 의해 사용됨으로써, 렌즈의 광학적 특성을 변화시킨다. 다른 실시예에 따르면, 용기(또는 일부 다른 요소)를 밀어내고 당기는 푸시-풀 방법이 사용된다. 모터, 용기 및 연결 구조물의 부착은 접착제 (예컨대, 아교) 또는 기타 다른 형태의 체결장치와 같은 다양한 방법을 통해 달성될 수도 있다. 풀 전용 방법(pull-only approach)이 사용될 수도 있다. 용기를 이동시키고 (렌즈 변형을 달성하는데) 사용되는 방법의 유형 결정은 다른 인자들 중에서도 어셈블리에 필요한 전체 높이 및 어셈블리에서 사용되는 렌즈의 시작 초점 또는 줌 위치에 좌우될 수도 있다.
[0094] 많은 실시예에 따르면, 광학 장치는 제 1 멤브레인, 제 2 멤브레인, 및 적어도 하나의 전자기적으로 변위가능한 소자(electromagnetically displaceable component)를 구비하고 있다. 제 1 멤브레인은 광학 활성 영역을 구비한다. 제 1 멤브레인 및 제 2 멤브레인은 리저버 내에 배치된 충전재료에 의해 결합된다. 적어도 하나의 전자기 변위가능 소자는 제 2 멤브레인을 통해 충전재료에 결합됨으로써, 적어도 하나의 전자기 변위가능 소자의 변위가 작용하여 충전재료의 이동에 의해 제 1 멤브레인의 광학 활성 영역이 변형된다.
[0095] 충전재료는 액체, 이온성 액체, 겔, 기체, 및 폴리머일 수도 있다. 충전재료의 다른 예 도가능하다. 일부 실시예에 따르면, 충전재료 및 멤브레인은 동일 재료이다.
[0096] 일 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 코일을 구비한다. 또 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 적어도 하나의 자석을 구비한다. 일부 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 자기 연성재료로 구성된다.
[0097] 일부 방법에서, 코일이 사용되면, 전기코일에 인가된 전류가 자기장과 작용하여 기전력을 생성하고 렌즈의 광학축에 대해 대체로 축방향으로 전기코일을 이동시킨다. 일부 실시예에 따르면, 코일은 용기에 대해 정지상태에 있고 적어도 하나의 자석은 코일에 대해 이동가능하다.
[0098] 또 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 제 2 멤브레인에 기계적으로 결합됨으로써, 제 2 멤브레인의 변형으로 충전재료의 이동에 의해 제 1 멤브레인의 변형이 초래된다. 일부 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 기계적 접착(mechanical adhesion), 화학적 접착(chemical adhesion), 분산형 접착(disperse adhesion), 정전기적 접착(electrostatic adhesion) 및 확산형 접착(diffusive adhesion)과 같은 부착 메카니즘(attachment mechanism)에 의해 제 2 멤브레인에 부착된다.
[0099] 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 제 1 멤브레인과 제 2 멤브레인중 적어도 하나의 경계를 정한다. 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 멤브레인 및 제 2 멤브레인은 렌즈 셰이퍼에 의해 서로 간에 경계가 정해진다. 일부 방법에서, 렌즈 셰이퍼는 제 1 멤브레인의 광학 활성 영역의 형상(shape)을 한정하는 원형 개구부를 포함한다.
[00100] 이들 일부 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전자기 변위가능 소자는 제 2 멤브레인의 양측 상에 배치된다. 다른 방법에서, 제 2 멤브레인은 제 1 멤브레인을 측방향으로 에워싸고 있다. 다른 방법에서, 전자기 변위가능 소자는 제 1 멤브레인을 측방향으로 에워싸고 있다.
[00101] 이들 일부 방법에서, 제 1 멤브레인과 제 2 멤브레인 중 적어도 하나는 프리스트레칭 방식(prestretched manner)으로 배치된다. 다른 실시예에 따르면, 멤브레인은 적어도 부분적으로 겔, 엘라스토머, 써머플라스틱(thermoplast), 및 듀로플라스틱(duroplast) 중 적어도 한 가지 물질로 구성된다. 멤브레인을 구성하기 위해 다른 물질의 예가 사용될 수 있다.
[00102] 다른 실시예에 따르면, 코일은 제 2 멤브레인에 부착되는 보빈 및 이 보빈 상에 배치되는 전기 전도성 와이어를 포함한다. 일부 방법에서, 보빈은 강성재료로 구성된다.
[00103] 또 다른 실시예에 따르면, 코일은 자화 구조물(magnetized structure)과 상호작용하도록 작용한다. 이들 일부 실시예에 따르면, 자화 구조물은 적어도 하나의 자석을 포함한다. 자화 구조물은 자속 가이드 구조물을 포함하고 이 자속 가이드 구조물은 자기 연성재로로 구성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 자화 구조물의 둘레는 실제로 직사각형의 형상을 갖는다.
[00104] 이와 같이 구성된 광학 장치는 광학 초점 시스템, 줌 시스템, 및 조명 시스템과 같은 다양한 시스템에서 사용될 수 있다. 다른 시스템의 예도 사용가능하다.
[00105] 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 적어도 하나의 전자기 변위가능 소자 및 연속 멤브레인을 포함한다. 멤브레인은 제 1 멤브레인 섹션 및 제 2 멤브레인 섹션을 구비하고 있고, 이 제 2 멤브레인 섹션은 제 1 멤브레인 섹션로부터 연장된다. 제 1 멤브레인 섹션 및 제 2 멤브레인 섹션은 충전재료를 통해 결합된다. 적어도 하나의 전자기 변위가능 소자의 변위로 인해 제 2 멤브레인 섹션이 이동하여 충전재료가 이동하게 됨으로써 제 1 멤브레인 섹션의 적어도 일부가 변형된다.
[00106] 일부 실시예에 따르면, 충전재료는 변형가능한 재료(deformable material)이다. 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 코일을 구비하고 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 자석을 구비하고 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 자기 연성재료로 구성된다.
[00107] 이들 일부 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 기계적 접착, 화학적 접착, 분산형 접착, 정전기적 접착 및 확산형 접착과 같은 부착 메카니즘에 의해 제 2 멤브레인 섹션에 부착된다.
[00108] 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 제 1 멤브레인 섹션과 제 2 멤브레인 섹션 중 적어도 하나의 경계를 정한다. 일부 실시예에 따르면, 제 1 멤브레인 섹션과 제 2 멤브레인 섹션은 렌즈 셰이퍼에 의해 서로 간의 경계가 정해진다. 일부 방법에서, 렌즈 셰이퍼는 일부 방법에서, 렌즈 셰이퍼는 제 1 멤브레인 섹션의 광학 활성 영역의 형상(shape)을 한정하는 원형 개구부를 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 제 1 멤브레인 섹션을 에워싸고 있다.
[00109] 다른 실시예에 따르면, 제 1 멤브레인 섹션과 제 2 멤브레인 섹션 중 적어도 하나는 프리스트레칭 방식으로 배치될 수도 있다. 멤브레인은 적어도 부분적으로 겔, 엘라스토머, 써머플라스틱, 및 듀로플라스틱으로부터 선택된 적어도 한 가지 물질로 구성된다. 다른 물질의 예가 사용될 수 있다.
[00110] 다른 실시예에 따르면, 코일은 제 2 멤브레인에 부착되는 보빈에 결합된다. 보빈은 사용될 때 강성재료로 구성될 수도 있다.
[00111] 일부 실시예에 따르면, 코일은 자화 구조물과 상호작용하도록 구성된다. 일부 방법에서, 자화 구조물은 적어도 하나의 자석을 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 자화 구조물은 자속 가이드 구조물을 포함한다. 이 자속 가이드 구조물은 자기 연성재료로 구성될 수도 있다.
[00112] 일부 실시예에 따르면, 전자기 변위가능 소자는 모터 시스템의 일부이다. 일부 방법에서, 모터 시스템의 둘레는 거의 직사각형의 형상을 갖는다.
[00113] 광학 장치는 광학 초점 시스템, 줌 시스템, 및 조명 시스템과 같은 다양한 시스템에서 사용될 수 있다. 다른 시스템의 예도 사용가능하다.
[00114] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 적어도 하나의 액츄에이터 부재, 기계적 연결 부재, 렌즈, 렌즈와 연통하는 리저버, 멤브레인, 및 용기를 구비한다. 멤브레인 및 용기는 적어도 부분적으로 충전재료를 밀폐시키고 멤브레인은 기계적 연결 부재에 결합된다. 적어도 하나의 액츄에이터 부재의 전기 여자(electrical excitation)는 적어도 하나의 액츄에이터 부재가 여러 번 이동하도록 작용하게 된다. 이들 각각의 이동은 제 1 간격으로 발생하고, 이러한 적어도 하나의 액츄에이터 부재의 다수의 이동은 기계적 연결 부재를 제 2 간격으로 이동시키도록 작용한다. 제 2 간격은 제 1 간격 보다 실질적으로 크고, 기계적 연결 부재의 이동으로 인해 멤브레인과 충전재료의 변위가 야기된다. 충전재료의 변위로 인해 렌즈의 적어도 하나의 광학적 특성이 변경된다.
[00115] 일부 실시예에 따르면, 적어도 하나의 액츄에이터 부재는 압전 액츄에이터 부재를 구비한다. 이 압전 액츄에이터 부재는 압전 모터의 일부일 수 있다.
[00116] 다른 실시예에 따르면, 액츄에이터 부재는 압전 모터, 스테퍼 모터, 보이스 코일 모터, 스크류 구동 모터, 초소형 전자기계 시스템 모터(microelectromechanical system motor), 및 자왜 모터(magnetostrictive motor) 중 하나의 적어도 일부이다. 또 다른 실시예에 따르면, 충전재료 및 멤브레인은 동일 재료로 구성된다. 일부 실시예에 따르면, 멤브레인은 프리스트레칭 방식으로 배치된다. 일부 방법에서, 멤브레인은 겔, 엘라스토머, 써머플라스틱, 및 듀로플라스틱과 같은 적어도 한 가지 물질로 구성된다.
[00117] 광학 장치는 광학 초점 시스템, 줌 시스템, 및 조명 시스템 중 하나의 적어도 일부일 수도 있다 . 다른 시스템의 예도 가능하다.
[00118] 다른 실시예에 따르면, 모터는, 제 1 자석; 제 1 자석에 근접 배치되는 제 1 코일; 제 2 자석; 제 2 자석에 근접 배치되는 제 2 코일; 제 1 자석에 의해 발생되는 제 1 자속; 제 2 자석에 의해 발생되는 제 2 자속; 및 제 1 및 제 2 자석에 의해 발생되는 제 3 자속을 구비한다. 제 1 코일의 여자 전류는 제 1 및 제 3 자석과 작용함으로써 충분한 힘을 생성하여 제 1 코일이 제 1 자석에 대해 변위되며, 제 2 코일의 여자 전류는 제 2 및 제 3 자석과 작용함으로써 충분한 힘을 생성하여 제 2 코일이 제 2 자석에 대해 변위된다. 제 1 자속, 제 2 자속, 또는 제 3 자속 중 일부는 변형가능한 광학요소를 통과한다.
[00119] 일부 실시예에 따르면, 자속 가이드 구조물은 이 자속 가이드 구조물이 제 1 코일 및 제 2 코일의 자속밀도를 증가시키고 힘을 최적하도록 배치된다. 따른 실시예에 따르면, 제 3 자속은 전체 자속의 중요한 부분이고 코일의 자속밀도를 증가시킨다. 일부 방법에서, 제 1 코일은 광학요소에 기계적으로 결합된다. 또한, 모터는 코일의 자속밀도를 증가시키도록 구성된 적어도 하나의 추가 자석을 구비할 수도 있다.
[00120] 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 변형가능한 렌즈, 제 1 리저버, 광학센서, 및 모터를 구비한다. 제 1 리저버는 변형가능한 렌즈와 연통된다. 광학센서는 변형가능한 렌즈를 통과하는 빛을 수광한다. 모터는 제 1 자석; 제 1 자석에 근접 배치되는 제 1 코일; 및 제 1 자석에 의해 발생되는 제 1 자속을 구비하고, 이때 제 1 자속은 제 1 코일을 통과하여 제 2 코일에 흐르는 전류와 상호작용하여 힘을 생성한다. 모터의 일부는 제 1 리저버와 광학센서 사이에 위치한다. 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 제 2 리저버를 추가로 구비하고 모터의 일부는 제 1 리저버와 제 2 리저버 사이에 위치한다.
[00121] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 반투과성 멤브레인, 용기, 렌즈, 및 충전재료를 구비한다. 렌즈는 반투과성 멤브레인과 용기에 의해 한정된다. 충전재료는 렌즈 내부에 배치되고 멤브레인과 용기에 의해 렌즈내부에 저장된다. 반투과성 멤브레인은 적어도 부분적으로 기체에는 투과성이면서 실질적으로 충전재료에는 불투과성인 재료로 구성되고, 렌즈 내부에 있는 기체는 렌즈가 멤브레인과 용기에 의해 밀폐될 때 멤브레인을 통해 확산된다. 광학 장치의 광학적 특성은 충전재료의 변형을 통해 변화된다.
[00122] 광학 장치는 반투과성 멤브레인에 기계적으로 결합되는 기계적 변위가능 소자를 추가로 구비한다. 일부 실시예에 따르면, 반투과성 멤브레인은 다음과 같은 물리적 특성을 갖는다. 즉, 반투과성 멤브레인과 용기 사이에 포집된 기체의 적어도 약 90%는 약 24 시간 내에 반투과성 멤브레인을 통해 확산되고 이때 반투과성 멤브레인 양단부에는 약 1 대기압 차가 존재하게 된다. 다른 예도 가능하다.
[00123] 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 변형가능한 렌즈(deformable lens), 모터, 및 기계적 연결기구를 구비한다. 이 변형가능한 렌즈는 광학축을 갖고 있고, 기계적 연결기구는 모터에 의해 작동되고 충전재료를 통해 가변형 렌즈에 결합됨으로써, 기계적 연결 구조와 충전재료 사이에는 경계면이 존재하게 된다. 이 경계면은 실질적으로 광학축을 에워싸고 있다.
[00124] 일부 실시예에 따르면, 모터는 제 1 간격 만큼 이동하고, 이 제 1 간격은 변형가능한 렌즈의 피크 변위 보다 작다. 다른 실시예에 따르면, 모터는 축방향으로 이동한다. 일부 실시예에 따르면, 충전재료와 기계적 연결기구 사이의 경계면에 배치되는 기계적 연결기구 는 실질적으로 변형가능하지 않다.
[00125] 다른 실시예에 따르면, 기계적 연결 구조는 경계면에 비변형성 표면(non-deformbale surface)을 제공하지 않는다. 충전재료는 경계면에 인접하여 변형가능한 영역을 제공한다. 이 비변형성 표면은 변형가능 영역의 약 25% 내지 약 900%에 달한다. 일부 실시예에 따르면, 기계적 연결기구는 전기 전도성 코일에 부착되는 보빈을 추가로 구비한다.
[00126] 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 액츄에이터 장치는 렌즈, 리저버, 멤브레인, 및 용기를 구비한다. 액츄에이터 장치는 적어도 하나의 압전 모터를 구비하며, 이 적어도 하나의 압전 모터는 제 1 부분, 제 2 부분 및 압전 액츄에이터를 갖는다. 제 2 부분은 제 1 부분에 대해 이동가능하며 연결 구조물에 결합된다. 리저버는 렌즈와 연통상태에 있다. 멤브레인 및 용기는 렌즈 및 리저버 내의 충전재료를 적어도 부분적으로 밀폐시키고, 멤브레인은 연결 구조물과 기계적으로 결합된다. 적어도 하나의 압전 모터의 여자는 적어도 하나의 압전 모터의 제 2 부분을 이동시키도록 작용하여 연결 구조물을 이동시키고 멤브레인과 충전재료의 변위를 초래한다. 충전재료의 변위는 렌즈의 적어도 하나의 광학적 특성을 변화시킨다.
[00127] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 적어도 하나의 압전 모터, 렌즈, 리저버, 멤브레인, 및 용기를 구비한다. 리저버는 렌즈와 연통된다. 멤브레인 및 용기는 렌즈와 리저버 내부에 충전재료를 적어도 부분적으로 밀폐시킨다. 연결 부재(linkage member)는 적어도 하나의 압전 모터와 멤브레인에 결합되고, 힌지를 중심으로 회전가능하다. 적어도 하나의 압전 모터의 여자전류는 힌지를 중심으로 연결 부재를 회전시키도록 작용하고, 멤브레인 및 충전재료의 변위를 야기하는 실질적인 축방향의 힘을 생성한다. 충전재료의 변위로 인해 렌즈의 적어도 하나의 광학적 특성이 변화된다.
[00128] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 하우징, 변형가능한 렌즈, 렌즈 셰이퍼, 제 1 기구(mechanism), 및 제 2 기구를 구비한다. 렌즈 셰이퍼는 변형가능한 렌즈의 형상을 한정해준다. 제 1 기구는 변형가능한 렌즈의 광학적 특성을 조절하기 위해 하우징 내부에 배치된다. 제 2 기구는 변형가능한 렌즈의 광학 적 특성을 조절하기 위해 하우징 내부에 배치된다. 제 2 기구는 전자기계 액츄에이터와 모터 중 적어도 하나이고, 제 1 기구 및 제 2 기구는 서로 다른 타입의 기구들이다.
[00129] 일부 실시예에 따르면, 제 1 기구는 스크류, 스레드(threads), 및 기계적 위치선정 부재와 같은 하나 이상의 부품을 이용한다. 다른 예들도 가능하다.
[00130] 일부 방법에서, 광학 장치는 제 1 기구가 변형가능한 렌즈의 광학적 특성을 추가로 조절하는 것을 방지해 주는 록킹 기구(locking mechanism)를 추가로 구비할 수도 있다. 다른 방법에서, 록킹 기구의 하나 이상의 구성요소는 접착제, 용접, 클램핑 및 열 스테이킹(heat staking)의 적용 공정중 적어도 하나를 포함할 수도 있다
[00131] 일부 실시예에 따르면, 제 1 기구는 하우징으로부터 제거가능하다. 다른 실시예에 따르면, 변형가능한 렌즈는 용기에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 또 다른 실시예에 따르면, 변형가능한 렌즈의 변형으로 인해 이 변형가능한 렌즈의 광학적 특성이 변화한다.
[00132] 다른 실시예에 따르면, 제 1 기구는 용기에 대해 렌즈 셰이퍼의 위치를 변경하여 변형가능한 렌즈의 변형이 초래됨으로써 변형가능한 렌즈의 광학적 특성이 변화한다. 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 멤브레인을 추가로 구비하고, 제 1 기구는 멤브레인의 적어도 일부분의 초기 장력을 변경하는 역할을 한다.
[00133] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 변위 기구(displacement mechanism), 용기, 및 렌즈 셰이퍼를 구비한다. 용기는 충전재료를 적어도 부분적으로 밀폐시키고, 충전재료는 다수개의 변형가능한 렌즈를 적어도 부분적으로 한정한다. 변위 기구는 다수개의 변형가능한 렌즈 중 적어도 하나의 광학적 특성을 변화시킬수 있다.
[00134] 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 멤브레인을 추가로 구비하고, 이 멤 브레인은 충전재료를 적어도 부분적으로 밀폐시킨다. 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 다수개의 변형가능한 렌즈 중 적어도 하나와 상호작용하는 적어도 하나의 광원을 추가로 구비한다. 광원은 발광 다이오드, 레이저, 할로겐 램프, 또는 방전 램프와 같은 소자이다. 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 다수개의 변형가능한 렌즈 중 하나 이상의 렌즈와 연통되는 반사기(reflector)를 추가로 구비한다. 광학 장치는 조명용도로 사용될 수도 있다.
[00135] 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 광원 및 반사기를 구비한다. 광원은 광선을 방출하고, 반사기는 광원에 의해 방출된 광선들 중 일부가 변형가능한 렌즈로 다시 향하도록 하는데, 이 변형가능한 렌즈는 광원에서 직접 방출된 광선을 수광함은 물론, 반사기에서 반사된 광선을 수광한다. 작동 기구(actuation mechanism)는 변형가능한 렌즈에 결합되고 이 변형가능한 렌즈의 변형을 야기하여 광학 장치의 광학적 특성이 변화하도록 작용한다.
[00136] 일부 실시예에 따르면, 변형가능한 렌즈는 겔과 폴리머와 같은 적어도 하나의 물질로 구성된다. 다른 예도 사용가능하다. 다른 실시예에 따르면, 광원은 발광 다이오드, 레이저, 할로겐 램프, 및 방전 램프와 같은 소자이다. 광원의 다른 예들도 가능하다. 또 다른 실시예에 따르면, 반사기는 프리폼 금속(free-form metal), 미러, 프리폼 플라스틱(free-form plastic)과 같은 소자이다. 반사기의 다른 예도 가능하다. 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 필터, 렌즈, 확산기, 격자, 미소 구조체, 또는 미러와 같은 적어도 하나의 강성 광학요소를 추가로 구비한다.
[00137] 다른 실시예에 따르면, 변형가능한 렌즈의 변형은 강성 광학요소가 광원을 향해 이동함으로써 야기된다. 또 다른 실시예에 따르면, 변형가능한 렌즈의 변형은 렌즈 셰이퍼의 변위에 의해 야기된다.
[00138] 일부 실시예에 따르면, 변형가능한 렌즈는 변형가능한 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 제 1 변형가능한 재료로 구성된다. 일부 방법에서, 제 1 변형가능한 재료는 기체, 액체, 이온성 액체, 겔, 및 폴리머 중 적어도 하나의 물질이다.
[00139] 작동 기구는 서로 다른 다양한 기구들을 포함할 수도 있다. 예컨대, 작동 기구는 수동 또는 전자기계 기구일 수도 있다.
[00140] 일부 실시예에 따르면, 변형가능한 렌즈는 반사기에 결합된다. 다른 실시예에 따르면, 광학계 (예컨대, 조명용 시스템)를 형성하기 위해 다수개의 광학 장치가 배치될 수도 있다.
[00141] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 제 1 변형가능한 렌즈, 제 1 리저버, 제 1 용기, 제 2 변형가능한 렌즈, 제 2 리저버, 제 2 용기, 및 전자기계 작동장치를 구비한다. 제 1 리저버는 제 1 충전재료에 의해 제 1 변형가능한 렌즈와 연통상태에 있게 된다. 제 1 용기는 제 1 변형가능한 렌즈 및 제 1 리저버 내부에 있는 충전재료를 적어도 부분적으로 밀폐시킨다. 제 2 리저버는 제 2 충전재료에 의해 제 2 변형가능한 렌즈와 연통상태에 있게 된다. 제 2 용기는 제 2 변형가능한 렌즈 및 제 2 리저버 내부에 있는 충전재료를 적어도 부분적으로 밀폐시킨다. 전자기계 작동장치는 다수의 방향으로 작동가능하고 이 전자기계 작동장치의 적어도 한 방향은 제 1 변형가능한 렌즈의 광학적 특성을 변화시키도록 작용한다. 전자기계 작동장치의 제 2 방향은 제 2 변형가능한 렌즈의 광학적 특성을 변화시키도록 작용한다.
[00142] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 변형가능한 렌즈, 렌즈 셰이퍼, 지지 부재, 및 멤브레인을 구비한다. 렌즈 셰이퍼는 변형가능한 렌즈의 형상을 적어도 부분적으로 한정한다. 렌즈 셰이퍼 및 지지 부재는 멤브레인을 클램핑함으로써 멤브레인이 항상 (또는 실질적으로 항상) 렌즈 셰이퍼와 접촉하게 된다. 변형가능한 렌즈는 볼록 또는 오목 형상을 가질 수 있고, 렌즈 셰이퍼와 지지 부재는 서로에 대해 정지상태에 있다.
[00143] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 렌즈 셰이퍼, 지지 부재, 및 멤브레인을 구비한다. 렌즈 셰이퍼는 렌즈 어셈블리에 형성된 개구부를 에워싸고 있고 내측 링부와 외측 링부를 구비하고 있다. 내측 링부는 대체로 축방향으로 외측 링부로부터 연장한다. 멤브레인은 일반적으로 렌즈 셰이퍼와 지지 부재 사이에 배치된다. 멤브레인은 신축성이 있고 광학 장치의 개구부 양단으로 변형된다. 멤브레인은 멤브레인의 형상에 따라 변하는 반경을 갖는데, 이 반경은 선택적으로 조절가능하다. 멤브레인은 렌즈 셰이퍼의 내측 링부와 접촉하도록 개구부로부터 방사상으로 연장된다.
[00144] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 변형가능한 렌즈, 렌즈 셰이퍼, 및 분리점을 구비한다. 변형가능한 렌즈는 제 1 멤브레인 및 충전재료에 의해 적어도 한정된다. 변형가능한 렌즈는 접촉 영역에서 렌즈 셰이퍼와 접촉하지만, 비접촉 영역에서는 렌즈 셰이퍼와 접촉하지 않는다. 제 1 분리점은 접촉 영역과 비접촉 영역간의 경계면으로서 한정된다. 제 1 분리점은 변형가능한 렌즈의 직경을 한정한다. 렌즈 셰이퍼의 형상은 변형가능한 렌즈의 변형으로 제 1 분리점의 위치가 변경되도록 함으로써, 가변형 렌즈의 직경이 제 1 분리점의 위치와 함께 변경된다. 일부 실시예에 따르면, 분리점의 축방향 위치는 변형가능한 렌즈의 변형에 따라 변경된다.
[00145] 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 제 1 지지 부재; 접촉 영역에서 렌즈 셰이퍼와 접촉하는 제 1 멤브레인; 제 2 멤브레인의 일단부 및 제 1 지지 부재와 연결되는 제 3 멤브레인; 제 2 멤브레인과 제 3 멤브레인 사이의 연결점에 위치하는 제 2 분리점; 제 1 분리점에서 렌즈 셰이퍼와 접하는 제 1 가상선 및 제 2 분리점에서 렌즈 셰이퍼와 접하는 제 2 가상선; 및 제 1 가상선과 제 2 가상선 사이의 각도로 정의되고 대부분의 렌즈 셰이퍼를 포함하는 각도에 대한 보각(supplementary angle)인 연결각(connection angle)을 추가로 구비한다. 연결각의 긍정적 의미는 제 1 가상선을 통해 제 2 가상선에서 부터 렌즈 셰이퍼로 이어지는 방향으로 존재하는 것으로 정의된다. 이때, 연결각은 렌즈 셰이퍼의 양단부에 걸쳐 연장하지 않는다. 연결각의 절대값은 0도 내지 180이다.
[00146] 일부 실시예에 따르면, 렌즈 셰이퍼에 대해 제 1 멤브레인을 유지하기 위해 마찰력 만 사용된다.
[00147] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 제 2 렌즈 셰이퍼 및 제 3 렌즈 셰이퍼를 추가로 구비한다. 가변형 렌즈의 변형으로 인해 렌즈 셰이퍼는 제 2 렌즈 셰이퍼 에서 제 3 렌즈 셰이퍼로 위치 이동하게 되고 변형가능한 렌즈의 직경이 변경된다.
[00148] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 제 2 렌즈 셰이퍼 및 제 3 렌즈 셰이퍼를 추가로 구비한다. 가변형 렌즈의 변형으로 인해 렌즈 셰이퍼는 제 2 렌즈 셰이퍼 에서 제 3 렌즈 셰이퍼로 위치 이동하게 되고 변형가능한 렌즈의 측방향 위치가 변경된다.
[00149] 또 다른 실시예에 따르면, 광학 장치는 변형가능한 렌즈, 렌즈 셰이퍼, 및 작동 장치를 구비한다. 변형가능한 렌즈는 다수의 형상을 취할 수 있다. 렌즈 셰이퍼는 변형가능한 렌즈의 형상을 적어도 부분적으로 한정한다. 작동장치는 변형가능한 렌즈의 적어도 하나의 광학적 특성을 변화시킬 수 있다. 렌즈 셰이퍼의 내측 표면은 제 1 형상을 갖는 제 1 주변부를 구비한 제 1 면으로부터 연장되어, 제 2 형상을 갖는 제 2 주변부를 구비한 제 2 면으로 이어진다. 제 1 형상 및 제 2 형상은 서로 상이하다. 변형가능한 렌즈의 형상은 렌즈 셰이퍼의 제 1 면 또는 제 2 면에 의해 한정될 수 있다.
[00150] 일부 실시예에 따르면, 렌즈 셰이퍼의 제 1 면이 거의 원형이고 렌즈 셰이퍼의 제 2 면은 거의 원형이 아니다. 다른 실시예에 따르면, 렌즈 셰이퍼의 제 1 면이 거의 원형이 아니고 렌즈 셰이퍼의 제 2 면은 거의 원형이 아니다.
[00151] 본 명세서에서 설명된 방법들은 임의 개수의 렌즈 및 조합으로 사용된 기타 광학부품을 갖는 다양한 렌즈 어셈블리를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 임의 형태의 렌즈 어셈블리를 형성하기 위해 본 명세서에 설명된 임의 개수의 가변형 렌즈(tunable lens)가 기타 광학요소들과 조합하여 사용될 수 있어 임의의 광학용도 또는 광학기능을 달성할 수 있다. 또한, 렌즈 어셈블리는 다른 방식의 초점 가변형 렌즈와 비초점 가변형 렌즈(focus tunable and non-focus tunable lenses), 필터, 및 기타 광학계(미러, 격자, 프리즘, 영상 안정화기 및 조리개를 포함함)의 조합결합될 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 가변형 또는 초점 조절형 렌즈는 "줌 렌즈 시스템 및 방법"이란 발명의 명칭으로 본 특허 출원일자와 동일한 일자로 출원된 출원서(대리인 사건번호 제97373호)에 설명된 방법에 따른 시스템과 결합될 수 있고, 그 내용은 본 명세서에 그 전체가 포함되어 있다.
[0005] 발명의 개시내용의 보다 완전한 이해를 위해, 이하의 상세한 설명 및 첨부도면을 참조하기로 한다;
[0006] 도 1A 및 1B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자석 코일 렌즈 어셈블리를 도시한 단면도;
[0007] 도 2A 및 2B는 코일이 멤브레인의 양측에 배치되어 있는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자석 코일 렌즈 어셈블리를 도시한 단면도;
[0008] 도 3은 다수개의 멤브레인을 이동시키기 위해 다수개의 코일이 배치되어 있는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자석 코일 렌즈 어셈블리를 도시한 단면도;
[0009] 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리로부터 변형가능한 렌즈(deformable lens)를 조립하고 기포를 제거하기 위한 제조 공정을 도시한 단면도;
[0010] 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리로부터 변형가능한 렌즈를 조립하고 기포를 제거하기 위한 제조 공정을 도시한 단면도와 함께 도시한 플로우차트;
[0011] 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 단일 축방향 편향 모터를 구비한 자석 코일 렌즈 어셈블리의 단면;
[0012] 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 6의 예의 렌즈 한정 구조물(lens defining structure)을 도시한 사시도;
[0013] 도 8은 단일 모터 구조물이 두 개의 코일을 구동시키는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자석 코일 렌즈 어셈블리의 자속 가이드 구조물(flux guiding structure)을 도시한 단면도;
[0014] 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중 가변렌즈 구조물(dual variable lens structure)을 작동시키기 위한 모터 구조물을 도시한 단면 사시도;
[0015] 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 및/또는 리저버 형성 지점(reservoir shaping point)을 한정하는데 사용되는 자기 구조물을 도시한 단면 사시도;
[0016] 도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자속 가이드 구조물의 모서리속에 분포되는 자석을 갖는 자석 코일 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0017] 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 11의 예의 코일 및 보빈 장치를 도시한 분리 사시도;
[0018] 도 13A 및 도 13B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 코일 및 보빈 장치의 모서리에 자석이 배치되어 있는 도 12의 코일 및 보빈 장치를 도시한 분리 사시도;
[0019] 도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 셰이퍼 슬리브(lens shaper sleeve)를 갖는 자석 코일 렌즈 어셈블리의 단면 사시도;
[0020] 도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자기 코일 렌즈 어셈블리의 코일 연결부를 도시한 도면;
[0021] 도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 15의 예의 자기 코일 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0022] 도 17A 및 도 17B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 하우징 내에 적층된 두 개의 가변렌즈를 갖는 자기 코일 렌즈 어셈블리를 도시한 전체 사시도 및 단면 사시도;
[0023] 도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 자기 코일 렌즈 어셈블리의 보빈-멤브레인의 경계면을 도시한 분리도;
[0024] 도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 18의 보빈 내에서 멤브레인이 클램핑되고 기계적으로 유지되는 보빈-멤브레인 경계면을 도시한 또 다른 분리도;
[0025] 도 20a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공간 축소를 위해 리저버(reservoir) 및 렌즈의 위치선정이 최적화되는 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0026] 도 20b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공간 축소를 위해 리저버 및 렌즈의 위치선정이 최적화되는 도 20a의 렌즈 어셈블리를 도시한 또 다른 도면;
[0027] 도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 공간 축소를 위해 리저버와 보빈 및 렌즈의 위치선정이 최적화되는 또 다른 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0028] 도 22A 및 도 22B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 압전 작동 방식을 이용한 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0029] 도 23A, 도 23B 및 도 23C는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 22의 렌즈 어셈블리의 내부를 도시한 도면;
[0030] 도 24A 및 24B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중 권선 코일을 갖는 보이스 코일 액츄에이터를 구비하는 렌즈 어셈블리를 도시한 사시도;
[0031] 도 25는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 상부 코일에 대향하여 권선된 하부 코일을 나타내는 도 24의 렌즈 어셈블리의 상부 및 하부 코일을 도시한 분리 사시도;
[0032] 도 26은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 24의 어셈블리를 도시한 분리 단면도;
[0033] 도 27A 및 27B은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 26의 어셈블리의 사시도 및, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 어셈블리의 상부에서는 일 방향으로 그리고 하부에서는 반대방향으로 진행되는 전류 흐름 및 자기장 흐름을 도시한 도면;
[0034] 도 28은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 26의 어셈블리에 의해 발생된 자속을 최적화하는 자기장 가이드 링(field guiding 링)을 도시한 도면;
[0035] 도 29는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 일정 각도로 자석들이 자화된 도 26의 어셈블리에 의해 발생된 자속을 도시한 도면;
[0036] 도 30은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보빈이 렌즈 한정 구조물인 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0037] 도 31은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 멤브레인를 위한 모서리가 경사진 접촉점 및 링 구조물의 내경을 도시한 분리도;
[0038] 도 32는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0039] 도 33은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0040] 도 34는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0041] 도 35는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0042] 도 36은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 또 다른 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0043] 도 37A 내지 도 37T는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 또 다른 예들를 도시한 도면;
[0044] 도 38A 내지 도 38F는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보빈 설계ㅡ이 최적화의 일 례를 보여주는 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0045] 도 39A 내지 도 39E는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 구경, 리저버, 및 자기 서브어셈블리의 또 다른 예를 도시한 도면;
[0046] 도 40A 내지 도 40C는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 또 다른 예를 도시한 도면;
[0047] 도 41A 및 도 40B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 또 다른 예를 도시한 도면;
[0048] 도 42A 내지 도 40D는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 렌즈 구성을 도시한 도면;
[0049] 도 43은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 코일 및 자석의 정렬(alignment)을 도시한 도면;
[0050] 도 44는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리 동작의 일 례를 도시한 플로우차트;
[0051] 도 45A 내지 도 45C는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 사시도;
[0052] 도 46A 및 도 46B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 또 다른 예를 도시한 분해 및 단면 사시도;
[0053] 도 47A 내지 도 47D는 다수개의 멤브레인을 변형시키기 위해 다수개의 모터가 배치되는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 및 분해 사시도;
[0054] 도 48A 내지 도 48C는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 틸트 렌즈(tiltable lens)를 구비한 렌즈 어셈블리를 도시한 단면 및 분해 사시도;
[0055] 도 49는 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 단면 사시도;
[0056] 도 50A 내지 도 50D는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 단면 및 분해 사시도;
[0057] 도 51A 및 도 51B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 단면 및 분해 사시도;
[0058] 도 52A 내지 도 52C는 렌즈 움직임을 구현하기 위해 다양한 형태의 연결 구조가 사용되는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 사시도 및 단면도;
[0059] 도 53A 내지 도 53D는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 압전 모터에 인가되는 전압 파형의 일 예를 도시한 도면;
[0060] 도 54A 내지 도54D는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기계적 연결 구조와, 이 연결 구조의 동작 및 이동을 도시한 도면;
[0061] 도 55A 및 도55B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기계적 연결 구조를 도시한 사시도;
[0062] 도 56A 및 도 56B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0063] 도 57A 및 도57B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 사시도;
[0064] 도 58A, 도 58B, 도 58C 및 도 58D는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 액츄에이터를 도시한 도면이다;
[0065] 도 59A 및 도 59B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0066] 도 60은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 사시도;
[0067] 도 61은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어레이 어셈블리를 도시한 도면;
[0068] 도 62A 및 62B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0069] 도 63A 및 632B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0070] 도 64A 및 64B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리를 도시한 도면;
[0071] 도 65A 및 65B는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 셰이퍼(lens shaper)를 도시한 도면이다;
[0072] 당업자라면 단순화 및 명료화를 위해 도면의 구성요소들이 예시된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 특정 동작 및/또는 단계들은 특정한 발생순서로 설명되거나 서술될 수 있음을 이해할 수 있는 한편, 당업자라면 시퀀스에 대한 전문성이 실제로 요구되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어 및 표현들은 본 명세서에 특정 의미가 언급된 것을 제외하고 각각의 해당 조회 및 연구 분야에 대한 용어 및 표현에 부합하는 통상의 의미를 갖는 다는 것을 이해할 것이다.
[00152] 도면(구체적으로, 도 1a 및 1b)을 참조하면, 렌즈 어셈블리(100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(100)는, 자속 가이드 구조물(102), 자석(104), 플라스틱제 홀더(106), 광학 멤브레인(optical membrane, 108), 코일(110)(챔버(107) 내에 설치됨), 하부 플레이트(112)(예컨대, 유리판), 및 통기공(114)을 포함한다. 이 렌즈 어셈블리는 중심부에 개구부(118)를 형성하고 있는데, 이 개구부에는 공기가 채워진다. 덮개(예컨대, 유리 덮개; 도시하지는 않음)가 이 렌즈 어셈블리의 상부에 설치될 수 있다. 이 덮개는 내부 구성요소들을 이물질로부터 보호하고/보호하거나 기타 광학적 기능을 제공하는 역할을 한다. 중심 개구부(118)는 렌즈 어셈블리(100)를 통과하여 축방향(z축 방향)으로 연장되어 있다. 영상이 포함되어 있는 광선(152)이 중심 개구부(118)를 통과하여 축방향으로 렌즈 구조물 속으로 들어간다. 렌즈 구조물의 구성요소에 의해서 작동되는 센서(150, 예컨대, 전하결합 소자(CCD) 또는 CMOS 소자)는 영상을 수광 및 감지한다.
[00153] 그 밖에, 자속 가이드 구조물(102)은, 영구 자석(104)에 의해 형성되며 코일(110)의 여기에 의해 생성되는 자속을 위한 경로를 제공한다. 이 자속 가이드 구조물(102)은 임의의 적절한 상자성체(금속, 특히 철)를 이용해 제작할 수 있다. 보다 구체적으로는, 연자성 철, 강철, 또는 Ni-Fe을 이용할 수 있다. 이 밖에 다른 금속, 복합재료 등도 사용가능하다.
[00154] 광학 멤브레인(108)과 하부 플레이트(112)에 의해서 렌즈 및 리저버(116)가 형성된다. 다양한 충전재료(예컨대, 유체, 기체, 겔, 또는 기타 물질)를 리저버(116)에 속에 충전할 수 있다. 이 리저버(116)에 충전되는 충전재료의 굴절률을 다양하게 선택할 수 있다. 일 실시예를 들자면, 충전재료로 유체를 사용할 수 있으며, 리저버(116) 속에 있는 유체의 굴절률을 개구부(118) 내 공기의 굴절률과 다르도록 선택할 수 있다. 하부 플레이트(112)는 유리로 제작할 수 있으며, 광학적 보정(optical correction) 기능을 한다. 또한, 이 하부 플레이트(112)는 이물질이 렌즈 어셈블리(100)로 유입되는 것을 방지한다.
[00155] 광학 멤브레인(108)은 렌즈의 상부와 하부를 분할하며, 유연한 재료로 제작된다. 광학 멤브레인의 중심부 및 활성영역(원환체(torus); 코일(110)이 부착되는 부분)를 동일한 멤브레인 재료로 제작할 수 있지만, 다른 예로서, 광학 멤브레인의 활성영역와 중심영역/광학영역을 다른 재질의 멤브레인 재료로 제작할 수도 있다. 광학 멤브레인 및/또는 충전재료(예컨대, 광학적 유체)의 특성을 조합함으로써, 반사, 굴절, 회절, 흡수 및/또는 컬러 필터링 기능을 얻을 수 있다. 광학 멤브레인(108) 및/또는 리저버(116) 내 유체물질에 의해서 그 밖의 기능을 또한 얻을 수 있다. 렌즈 어셈블리(100)의 상부를 덮기 위하여 상부 플레이트(도시하지 않음)를 선택적으로 사용할 수도 있다.
[00156] 코일(110)은 임의의 권선 구조를 가지며, 다양한 방법으로 구성할 수 있다. 예를 들어, 코일(110)로서 단일 코일 또는 이중 코일을 사용할 수 있다. 또한, 코일(110)의 와이어도 임의의 적절한 게이지, 즉, 직경을 갖는 것을 사용할 수 있다. 코일(110)을 광학 멤브레인에 부착하기 위하여 다양한 접착제 또는 체결장치를 사용할 수 있다(예컨대, 아교).
[00157] 자석(104)으로는, 원하는 자속 흐름을 생성하는 방향으로 자화되어 있는 영구자석을 사용할 수 있다. 예를 들어, 자석(104)을 광축에 대해서 0도의 축방향 각도로 자화시킬 수 있다. 자석(104)을 다른 자화 방향(즉, 극성) 및 각도 방향으로 자화시킬 수도 있다. 자석(104)을 링 형태의 자석 한 개로 쓸 수도 있고, 여러 개의 부분자석들로 구성할 수도 있다.
[00158] 홀더(106)는 어떠한 재질로도 제작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이를 플라스틱으로 제작한다(예컨대, 이 홀더는 플라스틱이나 그 밖의 재질일 수 있음). 홀더(106)는 렌즈 어셈블리(100)의 나머지 구성요소들 중 일부 또는 전부를 지지하는 역할을 한다.
[00159] 전술한 바와 같이, 렌즈의 전체 형태(예컨대, 광학 멤브레인(108)과 리저버(116)를 포함하는 형태)는, 원하는 광학적 기능에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 비구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 원통형 렌즈(예컨대, 원형 하우징 대신에 사각형 하우징으로 형성됨), 평면 렌즈, 마이크로렌즈(예컨대, 마이크로렌즈 어레이 또는 회절격자), 렌즈의 광학 활성 영역(optically active section)과 일체이거나 이에 부착되는 반사방지 코팅(예컨대, 나노구조체)을 갖는 렌즈 등을 사용할 수 있다. 기타 다른 형태의 렌즈도 사용가능하다.
[00160] 도 1a 및 도 1b의 실시예에 따르면, 충전재료(예컨대, 광학적 유체)는 리저버(116)에 담기는데, 이 리저버의 한 면은 유연한 광학 멤브레인(108)이고 다른 면은 단단한 재료, 즉, 하부 플레이트(112, 예컨대, 보정 유리판)로 이루어진다. 그러나, 다른 실시예에 따르면, 이 리저버의 양면을 서로 다른 광학 멤브레인으로 둘러쌀 수도 있다(즉, 두 개의 유연한 광학 멤브레인과 하나의 모터를 갖는 구조).
[00161] 통기공(114)은 코일(110)이 챔버(107) 내에서 움직일 때에 챔버(107) 내외부로 공기가 흐를 수 있게 한다. 일례를 들자면, 코일(110)이 아래로 움직일 때 공기가 챔버(107) 속으로 유입되고, 코일이 위로 움직일 때에 공기가 챔버(107) 밖으로 나간다.
[00162] 렌즈 어셈블리(100)는 전술한 초점 가변형 렌즈를 임의로 조합하여 쌓아서 구성할 수 있다. 가령, 예를 들면, 다른 방식의 초점 가변형 렌즈와 초점 비가변형 렌즈, 필터, 기타 광학장치(미러, 격자, 프리즘, 조리개 등)의 임의 조합을 통해 구성할 수 있다. 렌즈 어셈블리(100)는 또한 다른 구성요소들과 함께 사용하거나 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
[00163] 도 1a 및 도 1b의 시스템의 동작에 대한 일례를 살펴본다. 코일(110)에 전류를 인가하면, 코일(110)이 이동한다(예컨대, 전류의 방향에 따라 위로 또는 아래로 움직인다). 인가 전류의 크기와 방향은 임의 개수의 장치와 방법으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전류 흐름을 제어하기 위하여 스위치, 버튼, 기타 조작장치를 수동으로 조작할 수 있다. 다른 예에 따르면, 코일(110)에 공급되는 전류 흐름을 자동으로 조절하는 프로그램 또는 알고리즘(예컨대, 자동초점 또는 줌 프로그램/알고리즘)을 이용하여 전류 흐름을 제어할 수도 있다.
[00164] 보다 구체적으로, 도 1a는 전류가 영(0) 암페어일 때 코일이 제 1 위치에 있는 것을 나타낸다. 도 1b를 참조하자면, 전류가 코일(110)에 인가되면 전류와 자석(104)의 자기장이 상호작용하여 기전력을 발생하고, 이에 의해 코일(110)이 제 1 위치로부터 축방향(z축 방향)을 따라 제 2 위치로 이동한다. 코일(110)이 제 2 위치로 이동하면서 광학 멤브레인(108)을 누르게 되고, 이렇게 광학 멤브레인(108)을 누르면 리저버 속의 충전재료(예컨대, 광학적 유체)의 변위되어 광학 멤브레인(108)을 제 1 위치(도 1a 참조)에서 제 2 위치(도 1b참조)로 이동시킨다. 결과적으로 렌즈부의 형태(예컨대, 광학 멤브레인(108)과 하부 플레이트(112)와 충전재료)가 변형된다. 렌즈 형태가 변형됨에 따라 렌즈의 광학적 특성이 변한다. 렌즈의 광학적 특성을 변화시키기 위하여 두께 또는 경도가 균일하지 않은 멤브레인 재료를 사용할 수도 있다.
[00165] 도 2a 및 2b를 참조하면, 렌즈 어셈블리(200)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(200)는, 자속 가이드 구조물(202), 제 2 자석(204), 제 2 자석(205), 광학 멤브레인(208), 코일(210)(챔버(207) 내에 설치됨), 하부 플레이트(212)(예컨대, 유리판 또는 폴리카보네이트판), 상부 플레이트(213)(예컨대, 유리판), 통기공(214, 215)을 포함한다. 상부 플레이트(213)와 광학 멤브레인(208)이 제 2 리저버(218)를 형성하고 하부 플레이트(212)와 광학 멤브레인(208)이 제 2 리저버(216)를 형성한다. 각 리저버(216, 218)에는 충전재료(액체, 겔, 또는 기타 충전재)가 채워진다. 지지 구조물(예컨대, 프라스틱 부품, 도 2a 및 도 2b에는 도시하지 않았음)은 이 렌즈 어셈블리(200)의 전체 또는 일부 구성요소를 지지할 수 있다. 통기공(214)은 코일(210)이 챔버(207) 내에서 움직일 때에 챔버(207) 내외부로 공기가 흐를 수 있도록 한다. 중심 개구부(230)는 렌즈 어셈블리(200)를 통과하여 축방향(z축 방향)으로 연장된다. 영상이 포함되어 있는 광선(252)이 중심 개구부(230)를 통과하여 축방향으로 렌즈 구조물 속에 들어간다. 렌즈 구조물의 구성요소에 의해서 작동되는 센서(250)(예컨대, 전하결합 소자(CCD))는 영상을 수광 및 감지한다.
[00166] 본 실시예에 따르면, 코일(210)을 광학 멤브레인(208)의 양쪽에 부착한다. 코일 부착시에 접착제 또는 체결장치를 사용할 수 있다(예컨대, 아교). 이와 같이 함으로써, 예를 들어, 광학 멤브레인(208)을 당기는 것이 아니라 단순히 밀어서 렌즈를 볼록렌즈에서 오목렌즈로 변형시키거나 조절하는 동작이 가능해진다. 이 경우에는 지지 구조물(예컨대, 보빈)을 접착제를 이용하지 않고도 다른 방식으로 광학 멤브레인(208)에 부착시킬 수 있다. 중력의 영향을 피하기 위해, 양측 리저버(216, 218) 속에는 유사한 밀도를 갖지만 다른 굴절율을 갖는 충전재료(예컨대, 액체)를 채운다.
[00167] 그 밖에, 자속 가이드 구조물(202)은, 영구자석에 의해 형성되며 코일(210)의 자기장과 상호 작용하는 자속의 경로를 가이드한다. 이 자속 가이드 구조물(202)은 임의의 적절한 상자성체(가령, 철)를 이용해 제작할 수 있다. 그 밖의 연자성물질 또는 복합재료도 사용 가능하다.
[00168] 도 2a, 도 2b에서 광학 멤브레인(208)은 렌즈의 상부와 하부를 분할하며, 유연한 재료로 제작한다. 광학 멤브레인(208)의 중심부 및 활성영역(원환체(torus); 코일(210)이 부착되는 부분)를 한가지 멤브레인 재질로 제작할 수 있지만, 다른 예로서, 광학 멤브레인의 활성영역과 중심영역/광학영역을 다른 재질로 제작할 수도 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에 따르면, 광학 멤브레인 또는 충전재료(예컨대, 광학적 유체)를 조합함으로써, 시스템에 다양한 반사, 굴절, 회절, 흡수, 또는 컬러 필터링 특성을 제공할 수 있다. 기타 다른 특성이 제공될 수도 있다.
[00169] 코일(210)은 임의의 권선 구조를 가지며, 다양한 방법으로 구성할 수 있다. 예를 들어, 코일(210)로서 단일 코일 또는 이중 코일을 사용할 수 있다. 또한, 코일(210)의 와이어도 임의의 적절한 게이지, 즉, 직경을 갖는 것을 사용할 수 있다. 자석(204, 205)으로는, 원하는 자속 흐름을 생성하는 방향으로 자화되어 있는 영구자석을 사용할 수 있다(예를 들어, 자석을 반지름 방향 또는 축방향으로 자화시킬 수 있다).
[00170] 홀더(도시하지 않았음)는 어떠한 재질로도 제작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 홀더를 플라스틱 또는 이와 유사한 방식으로 제작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 홀더를 플라스틱으로 제작한다. 홀더는 렌즈 어셈블리의 나머지 구성요소들 중 일부 또는 전부를 지지하는 역할을 한다.
[00171] 렌즈의 형상(예컨대, 각 리저버(216, 218)에 대한 광학 멤브레인(108)의 상대적인 위치)는 다양하다. 예를 들어, 구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 비구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 원통형 렌즈(예컨대, 원형 하우징 대신에 사각형 하우징으로 형성됨), 평면 렌즈, 마이크로렌즈(예컨대, 마이크로렌즈 어레이 또는 회절격자), 렌즈의 광학 활성 영역과 일체 형성되거나 이에 부착될 수 있는 반사방지 코팅(예컨대, 나노구조체)을 갖는 렌즈 등을 사용할 수 있다. 기타 다른 형태의 렌즈도 사용가능하다.
[00172] 도 2a 및 도 2b의 실시예에 따르면, 광학 멤브레인(208)이 리저버(216, 218)를 분할하고 있다. 상하부 플레이트(213, 212)가 리저버(216, 218)의 양측을 둘러싸고 있다. 상하부 플레이트(213, 212)는 유리로 제작할 수 있으며, 광학적 보정 기능을 한다. 또한, 상하부 플레이트(213, 212)은 공극(에어갭)이 상하부 플레이트의 다른 면에 있는 경우에, 이물질이 렌즈 어셈블리(200)로 유입되는 것을 방지한다.
[00173] 이 렌즈 어셈블리(200)는 전술한 초점 가변형 렌즈, 예컨대 다른 방식의 초점 가변형 렌즈와 초점 비가변형 렌즈, 필터, 및 기타 광학계(미러, 격자, 프리즘, 조리개 등)의 임의 조합을 통해 적층 구성할 수 있다. 또한, 렌즈 어셈블리(200)는 다른 구성요소들과 함께 사용될 수 있다.
[00174] 도 2a 및 도 2b의 시스템의 동작에 대한 일례를 살펴본다. 코일(210)에 전류를 인가하면, 코일(210)이 움직인다(예컨대, 전류의 방향에 따라 위로 또는 아래로 움직인다). 인가 전류의 크기와 방향은 임의 개수의 장치와 방법으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전류 흐름을 제어하기 위하여 스위치, 버튼, 기타 조작장치를 수동으로 조작할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 코일(210)에 공급되는 전류 흐름을 자동으로 조절하는 프로그램 또는 알고리즘(예컨대, 자동초점 또는 줌 프로그램/알고리즘)을 이용하여 전류 흐름을 제어할 수도 있다.
[00175] 보다 구체적으로, 도 2a는 전류가 영(0) 암페어일 때 코일이 제 1 위치에 있고 광학 멤브레인(208)도 또한 제 1 위치에 있는 것을 나타낸다. 도 2b를 참조하면, 전류가 코일(210)에 인가된다. 전류는 자석(204, 205) 및 자속 가이드 구조물과 상호작용을 하고, 이에 따라 발생된 기전력에 의해 코일(210)이 제 1 위치로부터 축방향(z축 방향)을 따라 제 2 위치로 이동한다. 코일(210)이 제 2 위치로 이동하면서 광학 멤브레인(208)을 누르게 되고, 이렇게 광학 멤브레인(208)을 누르면 리저버(216, 218) 속의 충전재료가 변위되어 광학 멤브레인(208)이 위로 움직인다. 이에 의해 제 1 리저버(216), 제 2 리저버(218), 광학 멤브레인(108)의 상대적 형태가 변형되기 때문에, 렌즈의 광학적 특성이 변하게 된다. 렌즈의 광학적 특성을 변화시키기 위하여 두께 또는 경도가 균일하지 않은 재료로 광학 멤브레인(208)을 만들 수도 있다.
[00176] 도 3을 참조하면, 렌즈 어셈블리(300)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(300)는, 자속 가이드 구조물(302), 제 1 자석(304), 제 2 자석(305), 홀더(306), 제 1 광학 멤브레인(308), 제 2 광학 멤브레인(309), 제 1 코일(310)(챔버(327) 내에 설치됨), 제 2 코일(311)(제 2 챔버(328) 내에 설치됨), 상부 플레이트(312), 제 1 통기공(314), 제 2 통기공(315)을 포함한다. 챔버(316)는 상부 플레이트(312)(예컨대, 유리판)와 제 1 광학 멤브레인(308) 사이에 형성되며, 내부에는 공기가 채워진다. 리저버(318)는 제 1 광학 멤브레인(308)과 제 2 광학 멤브레인(309) 사이에 형성되며 내부에는 충전재료가 채워진다. 제 2 개구부(313)는 이 렌즈 어셈블리의 하부로 연장되어 있으며 그 내부에 공기가 채워진다. 중심 개구부(330)는 이 렌즈 어셈블리(300)를 통과하여 축방향(z축 방향)으로 연장되어 있다. 영상이 포함되어 있는 광선(352)이 중심 개구부(330)를 통과하여 축방향으로 렌즈 구조물 속에 들어간다. 렌즈 구조물의 구성요소에 의해서 작동되는 센서(350, 예컨대, 전하결합 소자(CCD))는 영상을 수광 및 감지한다.
[00177] 통기공(314, 315)은 코일(310, 311)이 챔버(327, 328) 내에서 움직일 때에 이들 챔버 내외부로 공기가 흐를 수 있도록 한다. 일례를 들자면, 코일(310)이 아래로 움직일 때, 공기는 챔버(327) 속으로 유입되고, 코일이 위로 움직일 때에, 공기는 챔버(327) 밖으로 나간다.
[00178] 상부 플레이트(312)는 유리로 제작할 수 있으며, 광학 보정(optical correction) 기능을 한다. 또한, 이 상부 플레이트(312)는 이물질이 렌즈 어셈블리(300)로 유입되는 것을 방지한다.
[00179] 본 실시예에 따르면 모터 두 개를 사용한다. 보다 구체적으로, 렌즈의 양측(예컨대, 제 1 광학 멤브레인(308), 리저버(318), 제 2 광학 멤브레인(309))에 각각 설치된 별도의 모터에 의해서 렌즈가 변형된다. 챔버(316) 또는 개구부(313)(이 개구부가 덮개 또는 상부 플레이트에 의해 밀봉되어 있는 경우) 중 하나가 밀봉되어 있으면, 렌즈의 양측(즉, 광학 멤브레인(308 및 309))은 서로에 무관하게 변형될 수 있다.
[00180] 자속 가이드 구조물(302)은, 제 1 자석(304) 및 제 2 자석(305)에 의해 형성되는 자속의 경로를 제공한다. 이 자속 가이드 구조물(302)은 임의의 적절한 연자성물질(가령, 철)을 이용해 제작할 수 있다. 그 밖의 금속 또는 복합재료도 사용 가능하다.
[00181] 광학 멤브레인(308, 309)은 유연한 재료로 제작되며 상부와 하부를 분할한다. 광학 멤브레인의 중심영역 및 활성영역(원환체(torus); 코일(310, 311)이 부착되는 부분)을 한가지 재질로 제작할 수 있지만, 다른 실시예에 따르면, 광학 멤브레인의 활성영역과 중심영역/광학영역을 다른 재질로 제작할 수도 있다. 여기에서 도시된 바와 같이, 광학 멤브레인(308, 309) 및/또는 리저버(318)는, 전체 시스템에 대해서 다양한 다양한 반사, 굴절, 회절, 흡수, 또는 컬러 필터링 기능을 제공할 수 있다. 기타 다른 기능 역시 제공될 수 있다.
[00182] 코일(310, 311)은 임의의 권선 구조를 가지며, 다양한 방법으로 구성할 수 있다. 예를 들어, 코일(310 또는 311)로서 단일 코일 또는 이중 코일을 사용할 수 있다. 코일(310, 311)의 와이어로는 임의의 적절한 게이지, 즉, 직경을 갖는 것을 사용할 수 있다. 또한, 포장 밀도를 높이기 위한 제품인 직사각형 또는 육각형 단면의 와이어를 사용할 수 있다. 자석(304, 305)은 원하는 자속 방향을 생성하는 방향으로 자화된 것이면 어느 것이든 사용가능하다.
[00183] 홀더(306)는 어떠한 재질로도 제작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 홀더는 플라스틱으로 구성되는 요소이다. 홀더(306)는 렌즈 어셈블리의 나머지 구성요소들 중 일부 또는 전부를 지지하는 역할을 한다.
[00184] 렌즈(예컨대, 광학 멤브레인(308, 309)과 리저버(318))의 형태는 다양하다. 예를 들어, 구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 비구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 원통형 렌즈(예컨대, 원형 하우징 대신에 사각형 하우징으로 형성됨), 평면 렌즈, 마이크로렌즈(예컨대, 마이크로렌즈 어레이 또는 회절격자), 렌즈의 광학적 활성영역과 일체형성되거나 이에 부착되는 반사방지 코팅(예컨대, 나노구조)을 갖는 렌즈 등을 사용할 수 있다. 렌즈의 광학적 특성을 변화시키기 위하여 두께 또는 경도가 균일하지 않은 멤브레인 재료를 사용할 수도 있다.
[00185] 도 3에 도시된 바와 같이, 광학 멤브레인(308, 309)은 리저버(318)에 있는 충전재료를 구속하고 있다. 상부덮개는 챔버(316)를 밀봉시키고, 하부덮개(도시하지 않았음)는 또한 개구부(313)를 밀봉시킨다.
[00186] 이 렌즈 어셈블리(300)는 전술한 초점 가변형 렌즈를 임의로 조합하여 적층 구성할 수 있다. 가령, 예를 들면, 다른 방식의 초점 가변형 렌즈와 초점 비가변형 렌즈, 필터, 및 기타 광학계(미러, 격자, 프리즘 및 조리개 포함)의 임의 조합을 통해 구성할 수 있다. 렌즈 어셈블리(200)는 또한 다른 구성요소들과 함께 사용할 수 있다.
[00187] 도 3의 시스템의 동작에 대한 일례를 살펴본다. 코일(310, 311) 중 하나 또는 두 개에 전류를 가한다. 인가 전류의 크기와 방향은 임의 개수의 수단과 방법으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전류 흐름을 제어하기 위하여 스위치, 버튼, 기타 조작장치를 수동으로 조작할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 코일(210)에 공급되는 전류 흐름을 자동으로 조절하는 프로그램 또는 알고리즘(예컨대, 자동초점 또는 줌 프로그램/알고리즘)을 이용하여 전류 흐름을 제어할 수도 있다. 자석의 자기장과 인가 전류가 상호작용하여 기전력을 발생하고, 이에 의해 코일 중 하나 또는 모두가 축방향으로 z축 방향을 따라 이동한다. 코일(310 및/또는 311)의 움직임에 의해 리저버(318) 속의 충전재료(예컨대, 광학적 유체)가 변위되어 전체 렌즈의 형상를 변형시킨다. 챔버(316)가 밀봉되어 있기 때문에, 각 광학 멤브레인(308, 309)은 독립적으로 제어가능하다.
[00188] 본 명세서에서 설명된 광학 멤브레인은 다양한 방법과 제조기법을 이용하여 제작할 수 있다. 예를 들어, 광학 멤브레인은 나이프코팅(knife coating), 커튼코팅(curtain coating), 캘린더링(calenda링), 사출성형(injection molding), 나노 임프린팅(nano-imprinting), 스퍼터링(sputte링), 고온 엠보싱(hot embossing), 캐스팅(casting), 스핀 코팅(spin-coating), 분사(spraying), 및/또는 화학적 자기조립법(chemical self-assemgly techniques)을 이용하여 제작될 수 있다. 다른 방식도 가능하다.
[00189] 또한, 광학 멤브레인은 다양한 재료로 만들 수 있다. 예를 들자면, 광학 멤브레인을 겔(예를 들어, Litway사의 광학겔(Optical Gel) OG-1001); 폴리머(예컨대, Dow Corning사의 PDMS Sylgard 186, 또는 Neukasil RTV 25); 아크릴 재료(예컨대, 3M사의 VHB 4910); 폴리우레탄; 및/또는 몇 가지 탄성체(elastomer)로 제작할 수 있다. 이들 예 중에서, 광학 멤브레인은 공기가 통과하는(단 액체나 겔은 통과하지 못함) 투과성 재질로 제조한다. 그 밖에 다른 예도 가능하다.
[00190] 추가적으로, 일부 실시예에 따르면, 광학 멤브레인을 프리스트레치 기법(pre-stretch)으로 제작한다. 이 기법에 의하면 광학 품질이 개선되고 광학 멤브레인의 움직임이나 변형에 신속히 반응하도록 한다. 예를 들어, 광학 멤브레인을 탄성 장력(elastic tension)하에서 프리스트레치 기법으로 설치할 수 있다. 광학 멤브레인의 안쪽 영역의 탄성 장력이 광학 멤브레인의 바깥쪽 영역의 장력보다 작도록 광학 멤브레인을 스테이지에서 펼칠 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프리스트레칭을 사용하지 않는다.
[00191] 도 4 및 5를 참조하면, 렌즈 어셈블리를 형성하는 방법의 다른 실시예가 도시되어 있다. 단계 502(도 4a)에서, 하우징을 준비한다. 하우징에는, 두 가지 예시를 들자면, 자속 가이드 구조물와 플라스틱 홀더를 포함시킬 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 설명한 렌즈 어셈블리의 부분품에 대한 재질 선택시에는 렌즈 어셈블리의 가동부들 사이의 마찰력을 최소화하도록 선택할 수 있다. 예를 들어, 내구성 플라스틱을 사용할 수 있다.
[00192] 단계 504(도 4b)에서, 광학 멤브레인을 하우징에 결합 또는 연결한다. 광학 멤브레인에는 유연한 반사방지 코팅을 형성할 수 있다. 이 반사방지 코팅은 예를 들어, 광학 멤브레인을 이루는 렌즈와 일체로 형성되거나 렌즈에 부착되는 유연한 재질로 성형된 나노구조체이다. 이 코팅은 얇은 층의 나노입자(예컨대, 광학 멤브레인 위의 얇은 층에 균일하게 분포된 SiO2 입자)를 포함할 수 있다. 또한 당업자에게 알려져 있는 다른 코팅들도 고려한다.
[00193] 단계 506(도 4c)에서, 이 구조물의 위 아래를 뒤집어서 진공상태로 만든다. 그 다음에 광학 멤브레인 위에 유체(예컨대, 오일)를 투입한다. 유체는 다양한 방법으로 투입할 수 있다. 가령, 잉크분사(ink-jetting), 디스펜싱(dispensing), 펌핑(pumping), 및/또는 도우징(dosing) 방법을 이용할 수 있다. 당업자에게 알려져 있는 다른 방법들도 또한 고려한다.
[00194] 단계 508(도 4d)에서, 덮개(예컨대, 유리 덮개)를 하우징에 부착한다. 결합시에는 아교 등의 접착제나 체결장치(예컨대, 스크류, 스냅 커넥터(snap connectors), 초음파 용접, 고온 용융(hot melting) 등)를 사용할 수 있다. 렌즈의 광로상에 위치하는 덮개는, 예를 들어, 반사성, 회절성, 투명성, 흡수성, 굴절성 유리 또는 컬러필터 유리로 만들 수 있다. 형태도 또한, 반사방지 코팅, 긁힘 방지 코팅, 무광 코팅 등을 적용한 프리즘, 렌즈, 마이크로 또는 나노구조물 등 다양한 형태를 포함할 수 있다(이들 형태에 한정되는 것은 아니다). 다른 실시예도 가능하다.
[00195] 단계 510(도 4e)에서, 하우징을 다시 뒤집으면, 기포가 위로 올라간다. 단계 512(도 4f)에서, 공기가 광학 멤브레인을 투과하기 때문에, 기포가 빠져나가 리저버에는 기포가 없거나 거의 없게 된다. 유체 챔버는 다양한 방식으로 밀봉할 수 있다. 가령, 예를 들자면, 열용융(heat melting), 접착(gluing), 가교(cross-linking), 초음파 용접, 및/또는 클램핑을 사용할 수 있다. 당업자에게 알려져 있는 다른 밀봉 방법들도 또한 고려한다.
[00196] 도 6 내지 도 8을 참조하면, 렌즈 어셈블리(600)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(600)는, 제 1 보빈(601)(예컨대, L자형 보빈), 제 2 보빈(602)(예컨대, L자형 보빈), 제 1 코일(604), 제 2 코일(605), 자석(606), 외부케이스 복귀 부재(608), 중심 코어(610), 금속 실린더(612)(단면도에서는 기둥으로 표시됨), 제 1 유체렌즈(613), 제 2 유체렌즈(614), 고정렌즈(616), 구경부(aperture portion)(618), 렌즈 부착점(620)을 포함한다. 별도의 영상센서(650)는 이 렌즈 어셈블리(600)를 통해서 영상을 수신한다. 센서(650)(예컨대, CCD 센서)와 상부 덮개에 대한 부착물과 별도의 보정용 광학 장치에 대해서는 본 실시예에 따르면 도시하지 않았다.
[00197] 렌즈의 구경부(618)는 개구부를 포함하고 있으며, 모든 방향으로 고정되어 있고 적어도 부분적으로 자속 가이드 구조물에 의해서 경계가 한정되어 있다. 본 실시예에 따르면, 모든 부분을 플라스틱이 지지하고 있으며, 자속 가이드 구조물은 플라스틱 속에 박혀서 설치된다. 이러한 방법에 의해서, 렌즈의 경계를 한정하는 가동 자석 또는 가동 코일을 갖는 구조물에서보다도 광학 품질이 더욱 높아진다. 광학 품질이 개선되는 이유는, 내구성이 있는 구조물의 대부분 또는 전부를 이루는 어느 한 부품을 적어도 일부분 사용하기 때문이다. 또한, 광학 품질은 렌즈의 횡방향 설치의 정확도에 크게 의존한다.
[00198] 보빈(601, 602)은 다른 구성요소 일부 또는 전부를 제자리에 지지하는 임의의 구조를 갖는다. 코일(604, 605)은 어떠한 것이든 와이어를 감아서 만든 전기 코일이다. 코일(604, 605)은, 예를 들어, 보빈의 일부분에 와이어를 감아서, 또는 칩인덕터 형태로 제작하여 사용할 수 있다. 다른 실시예의 코일도 사용가능하다. 보빈(601, 602)은 또한 렌즈를 변형시키기 위해서 이동한다.
[00199] 자석(606)은 임의의 적절한 방향(예컨대, 반지름 방향)으로 자화된 영구 자석이다. 금속 실린더(612)와 외부케이스 복귀 부재(608)는 금속이나 기타 상자성체/연자성체로 제작할 수 있는 자속 가이드 구조물를 구현한다. 자속 가이드 구조물는 코일을 이동시키는 기전력을 발생시키는 자속의 경로를 가이드한다. 이 자속 가이드 구조물은, 한 가지 예를 들자면, 인서트 몰딩 기법으로 제작가능한데, 다른 방법도 또한 사용할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따르면, 두 개의 독립된 코일을 하나의 모터 구조물 내에 배치한다.
[00200] 전술한 바와 같이, 두 개의 독립된 코일(604, 605)을 사용하는데, 이들이 여자되면 보빈(601, 602)을 움직인다. 보빈(601, 602)이 움직이면 이 렌즈 어셈블리의 상부와 하부에 있는 렌즈의 형상과 광학적 특성이 변한다. 예를 들어, 렌즈(613, 614)를 광학 멤브레인과 고정판으로 형성할 수 있으며, 보빈의 움직임에 의해서 리저버(다른 곳에서 설명함) 내의 충전재료가 이동하거나 위치를 바꾸게 된다. 줌 효과를 얻기 위해 두 개의 초점 가변형 렌즈(613, 614)를 사용한다. 렌즈(613 또는 614) 중 어느 하나의 특성이 바뀌면, 다른 쪽 렌즈를 조절하여 영상센서에 영상의 초점을 맺도록 한다. 따라서 개별적 가변이 가능한 렌즈의 어느 하나를 자동 초점 및/또는 줌 렌즈로 사용할 수 있다. 고정렌즈(616)는 유리 또는 플라스틱으로(또는 기타 적절한 소재로) 만들 수 있는데, 이 고정렌즈는 센서(650) 전체를(또는 거의 전체를) 비출 수 있으면서도 렌즈 어셈블리의 높이를 줄이도록 하는 발산형 렌즈이다.
[00201] 이 렌즈 어셈블리(600)의 중심 코어(610)는 플라스틱 또는 기타 적절한 소재를 성형하여 만들 수 있는데, 이는 광학 멤브레인 또는 다른 요소들을 지지하기 위한 고정구이다. 중심 코어(610)는 또한 모든 광학 부품들의 위치를 한정한다. 예를 들어, 중심 코어(610)는 유체 렌즈(614)와 고정렌즈(616)의 위치를 한정한다. 중심 코어(610)는 또한 자속 가이드 구조물의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 도 6-8의 실시예에는 초점 렌즈(렌즈(613)) 및 줌 렌즈(렌즈(614))가 포함된다. 그리고 한 개의 모터 구조물이 구비된다.
[00202] 플레이트(예컨대, 유리판; 도시하지 않았음)을 구조물의 상부에 설치할 수 있다. 따라서, 제 1 유체 렌즈계(즉, 플레이트, 유체 리저버, 광학 멤브레인)와 보빈이 렌즈 어셈블리의 상부로부터 아래로 이동한다. 이와 유사한 유체 렌즈계가 어셈블리의 하부에 위치한다. 코일(604, 605)이 여자되면, 이에 의해 보빈(601, 602)이 움직이고, 그에 따라 이 시스템의 광학적 특성이 조절된다.
[00203] 본 실시예에 따르면, 고정체와 광학 부품들은 모두 중심 코어(610) 내에 위치한다. 결과적으로, 렌즈 어셈블리에 소요되는 부품들의 개수와 복잡도가 최소화된다. 일부 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리의 주요 원가는 렌즈가 부착되는 원, 구경, 보정된 렌즈, 메니스커스(meniscus) 렌즈, 기타 광학부품, 전하결합소자(CCD) 센서의 설치상의 허용오차에 의해 결정된다.
[00204] 도 6-8에 나타낸 실시예들에는 뒤집힌 상부 렌즈가 사용된다. 이 경우에, 상부 렌즈는 물체의 외부로 향하는 대신에 센서를 향해 아래로 떨어진다. 보빈의 상방향으로의 힘에 의해서 렌즈의 하향 운동이 일어나며, 하방으로의 힘에 의해 상하향 운동이 일어난다. 이러한 구조에 의해서 공간 효과, 원가 효과, 그리고 자기적 효과가 일어날 수 있다. 그러나 다른 방법에 따르면, 유체 리저버가 물체를 향해서 위로 향해 있다. 이러한 경우에, 코일/보빈의 하방향 힘에 의해서 렌즈의 상향 힘이 발생한다(도 1a 및 1b를 예시적으로 참조할 것).
[00205] 도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈 어셈블리의 외측에는 링(622)이 있는데, 이는 상부 렌즈의 상부 광학 멤브레인이 부착되는 지점에 있다. 이 링(622)은 성형가공된 중심 코어(610) 주위에 설치된다.
[00206] 도 8을 참조하면, 자속 가이드 구조물에 의해 가이드되는 바람직한 자속 패턴의 일례가 도시되어 있다. 이 부재는 자석이 8개인 구조지만 자석이 4개인 구조로 변경할 수 있는바, 이 가이드 부재를 적절하게 변경할 수 있다. 이 부재는 또한 두 개의 플레이트을 갖는 축방향으로 자화된 구조물일 수도 있다. 실린더(612)를 구부려서 내부 부분(본 도면에서 기둥으로 묘사함)을 안쪽으로 이동시킬 수도 있다. 실린더(612)를 렌즈 어셈블리의 모서리로 이동시킴으로써 인서트몰드로 성형한 코넥터(하부에 돌출되도록 설치되어 회로를 연결하는 역할을 함)를 사용할 수 있게 된다.
[00207] 중심 코어(610)에는 어셈블리 전체의 대부분의 고정구들이 내장되며, 외부 클램핑 구조물도 또한 자속 가이드 구조물로서 작용한다. 중심 코어(610)에는 하부 구경이 포함된다. 보정 렌즈 구조물을 위한 고정체가 또한 구경 내에 형성된다. 중심 코어(610)에는, 몇가지 예를 들자면, 자극(pole piece) 자기 구조물 삽입부, 높은 정밀도의 렌즈 조작 구조물, 보이스 코일에서 나오는 리드 와이어를 배선하기 위한 선재, 회로 기판에 유닛을 연결시키는 핀이 있는 인서트몰딩을 갖는 구조물을 포함할 수 있다.
[00208] 도 8에 도시된 바와 같이, 자속선(630)은 도시한 바와 같이 형성되어 가이드된다. 이 자속선(630)은 z축(축방향)에 수직 방향으로 형성되어 코일을 통과한다. 이렇게 코일을 통한 자속 방향을 선정하면, 코일을 움직이는데 필요한 바람직하고 동작가능한 기전력이 발생하고 최대화된다.
[00209] 도 9를 참조하면, 렌즈 어셈블리의 다른 실시예가 도시되어 있다. 링 구조물(902)(예컨대, 립(lip))에 의해서 렌즈(예컨대, 광학 멤브레인(904), 충전재료, 외장용기 등)의 경계가 한정된다. 링 구조물(902)은 광학 멤브레인(904)의 동심도(concentricity), 평탄도(flatness), 평행성(parallelism), 원형성(circularity), 표면 마감(surface finish)에 영향을 주고, 따라서 렌즈의 광학적 특성에 영향을 준다. 본 명세서의 다른 부분에서 설명한 실시예에 따르면, 자속 가이드 구조물(911)(자석의 자속을 가이드하는 구조물)를, 원하는 결과를 얻기 위하여 렌즈 어셈블리의 몇 군데 다양한 부위에 설치할 수 있다.
[00210] 렌즈 어셈블리에는 자석(906), 제 1 코일(908), 제 2 코일(910), 원통형 금속편(912), 제 1 보빈(914), 제 2 보빈(918)이 포함된다. 도 9의 실시예는 도 6-8의 실시예와 유사하게 동작한다. 다만, 두 보빈 중 하나는 위로 밀리고 다른 보빈은 아래로 밀린다는 것만 다르다.
[00211] 도 10을 참조하면, 렌즈 어셈블리(1000)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 여기서 설명한 다른 실시예들과 유사한 구성요소들을 갖는다. 그러나 본 실시예예에 따르면, 자속 가이드 구조물는 렌즈의 형상를 만드는 지점을 한정하기 위해 사용한다. 도 10의 실시예는 푸쉬-풀 방식에 관한 것으로서, 광학 멤브레인의 푸쉬 동작과 풀 동작이 모두 이루어진다. 축방향으로 자화된 자석도 사용한다.
[00212] 렌즈 어셈블리(1000)에는 자속 가이드 구조물(1002), 자석(1004), 코일(1006), 상부 플레이트(1008)가 포함된다. 옵션으로 상부 덮개를 덮을 수 있는 인덱싱부(idexing portion)(1001)도 구비된다. 그리고 광학 멤브레인(도시하지 않았음)을 위한 광학 멤브레인 접촉점(1010)이 코일과 자속 가이드 구조물(1002)에 부착된다. 렌즈 어셈블리(1000)의 광학 멤브레인을 이동시키는 동작은 도 1a, 1b에 나타낸 실시예의 경우와 유사하다.
[00213] 도 11 내지 도 16을 참조하면, 자속 가이드 구조물의 모서리에 자석이 배치되며 자석이 반지름 방향으로 자화되는 렌즈 어셈블리(1100)가 도시되어 있다. 이들 도면에서 동일한 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다(예컨대, 도 11의 '1116'은 도 12의 '1216'과 같은 구성요소를 나타낸다). 이 실시예는 렌즈의 전체 높이 및/또는 직경을 감소시킬 수 있는바, 컴팩트한 사이즈를 요하는 경우에 특히 효과가 있다. 추가적으로, 본 실시예는 단면 형상이 정사각형 또는 직사각형인 영상센서에 연결하기에 적합하다.
[00214] 렌즈 어셈블리(1100)는, 자속 가이드 구조물(1102), 코일(1104), 제 1 자석(1116), 제 2 자석(1118), 제 3 자석(1120), 제 4 자석(1122), 보빈(1106), 플렉시블 접촉부(1128), 광학 멤브레인(1110)과 플레이트(1112) 사이에 형성되는 리저버(1108)를 포함한다. 렌즈 셰이퍼(shaper) 슬리브(1114)는 광학 멤브레인(1110)을 안착시키고 그 경계를 한정한다. 제어부(1124)는 코일(1104)을 흐르는 전류를 제어한다. 앞에서 전술한 바와 같이, 제어부(1124)의 제어는 사용자가 수동으로 조종하는 임의의 조작기(예컨대, 버튼, 스위치, 노브 등) 또는, 예를 들어, 수광한 영상의 특성에 맞게 전류를 자동으로 조절하는 제어프로그램(예컨대, 자동초점 또는 줌 알고리즘)으로 수행된다. 서로 다른 렌즈를 제어하기 위하여 서로 다른 제어부를 사용할 수 있다.
[00215] 렌즈 어셈블리(1100)의 모서리에 위치한 자석의 설치는 자화된 자석을 자속 가이드 구조물 속으로 자기적으로 정렬시킴으로써 행할 수 있다. 이를 수동으로 행한 다음에 자화를 나중에 할 수도 있다. 모서리에 자석(1116, 1118, 1120, 1122)의 위치를 선정함으로써, 코일 와이어를 하우징 바깥으로 빼내는 것이 보다 자유로워진다. 특히, 자석이 위치하지 않는 쪽에 있는 하우징 바깥으로 와이어를 빼내는 것이 가능하다. 통기를 위하여 하우징의 평평한 면에 슬릿을 형성할 수 있다. 코일의 움직임을 고려하여 코일 와이어를 플렉시블 스프링 접촉부(외부로 노출되어 있음)에 연결시키는 것도 또한 가능하다. 다른 방법으로서, 다른 실시예에 따르면, 코일 와이어의 신축성을 이용하여 와이어를 렌즈 하우징 속에 결합되어 있는 고정된 전기 접촉부쪽으로 유도할 수 있다(도 16 참조).
[00216] 또한, 본 명세서에서 설명한 모든 실시예의 구성요소들의 형태와 구성은 변경할 수 있다. 그리고 도 11 내지 도 16의 실시예에 따르면, 반대로 자화된 두 자석을 네 모서리 각각에 사용함으로써 자속 가이드 구조물의 적어도 일부분(또는 많은 부분)이 필요없게 될 수 있다. 반사방지(AR) 코팅을 렌즈 어셈블리의 다양한 구조물에 적용하여 이 렌즈 어셈블리를 빛이 통과하면서 반사되는 것을 줄일 수 있다.
[00217] 유체 보유 구조물에 보빈의 형상을 맞추는 작업을 할 수 있다. 형상을 맞춤으로써 이 부분의 전체 크기를 줄이는 이점이 있고, 충격 완화 성능이 개선되고, 구조물을 움직이는데 드는 전체 힘이 줄어든다.
[00218] 대략 사각형 형태의 보빈을 사용하면, 보빈의 축방향 변위를, 렌즈 셰이퍼 슬리브(1114)에 의해 경계가 정해지는 광학 활성영역 직경의 약 10%까지 줄일 수 있다. 이는, 예컨대 렌즈 반지름의 대략 10% 내지 렌즈 반지름의 대략 70%의 렌즈 변형이 필요한 경우에 효과가 있음을 증명할 수 있다.
[00219] 도시된 바와 같이, 제 1 자석(1116), 제 2 자석(1118), 제 3 자석(1120), 제 4 자석(1122)은 렌즈 어셈블리의 모서리에 위치하며, 자석은 화살표(1330) 방향으로 반경방향으로 자화된다. 또한, 도시된 바와 같이, 코일 와이어는 플라스틱 보빈에 연결된 플렉시블 금속 접촉부에 직접 접합된다. 이로써, 코일 권선기에서 추출한 다음에 와이어를 부착하는 것이 복잡한 문제가 방지된다.
[00220] 전술한 바와 같이, 구비된 보이스 코일 모터 구조물은 그 모서리에 네 개의 직사각형 자석을 갖는다. 이러한 설계에 의해서 렌즈 어셈블리의 높이, 폭, 길이가 감소된다. 높이가 감소하는 이유는 두꺼운 판이 없기 때문이다. 직사각형 디자인에 의해서 직사각형 형태의 센서에 맞추는 것이 가능해진다. 렌즈 셰이퍼 슬리브(1114)에 의해서 금속 복귀 구조물에 대한 허용오차가 줄어들면서도 구조물을 이루고 있는 렌즈에 대한 정확도가 유지될 수 있다. 이로써 렌즈 어셈블리의 제조원가가 줄어든다. 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 코일 와이어의 신축성을 이용하여 전기 도체에 연결하는 다른 방식의 코일 연결 방법을 이용할 수 있다.
[00221] 도 17a 및 17b를 참조하면, 렌즈 어셈블리(1700)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리는 상부 플렉시블 렌즈(1702), 양면 오목렌즈(1704), 하부 플렉시블 렌즈(1706), 적외선(IR) 필터(1708)를 포함한다. 스페이서(1710)에 의해서 렌즈 어셈블리(1700)가 두 부분으로 분할된다.
[00222] 이 렌즈 어셈블리(1700)에서는 개별 가변형 렌즈(예컨대, 렌즈 1702 및 1706)의 임의의 조합을 이용할 수 있다. 이 개별 가변형 렌즈는, 다른 초점 가변형 렌즈 또는 다른 경성 광학장치(예를 들어, 렌즈, 필터, 확산기, 광 조리개 등)와 조합하여 사용하는 적어도 하나의 초점 가변형 렌즈(예컨대, 자동초점 렌즈) 또는 다중 렌즈(예컨대, 줌 기능이 있는 렌즈)를 포함한다. 렌즈통(barrel)에 렌즈를 적층함으로써 조립이 단순해지고 원가가 절감될 수 있다. 또한, 외측 렌즈통에 슬롯을 형성함으로써 렌즈통 밖으로 전기 접촉부를 끌어내어 제어 IC에 연결하는 것이 가능하다.
[00223] 도 18 및 도 19를 참조하면, 광학 멤브레인(1801)을 보빈(1804)에 부착하는 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에 따르면, 보빈은 그 주위에 코일이 감기는 구조물이다. 코일(1802)이 여자되면 움직이게 되는데, 그에 따라 자속 가이드 경로에 의해 유도되는 것과 같이, 자석(1806)에 의해 생성된 자기장과 코일 전류의 상호작용에 의해서 보빈(1804)이 움직인다. 광학 멤브레인(1801)과 캡(1810)은 식별자(1808)가 나타내는 각도로 위치한다.
[00224] 보빈이나 성형된 자석 내부에 렌즈막 포획 장치(lens film capture system)를 들여보내거나 삽입하거나 그렇지 않으면 부착함으로써, 조립시 충전재료 충전 단계에서 기포가 남아있을 수 없는 작은 형상의 어셈블리를 얻게 된다. 나아가, 얇은 링을 제자리에 용접하여 안착시킬 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 광학 멤브레인은 렌즈의 액체측 위에 있는 캡과 약 90도로 만난다. 그러나 도 18에 도시된 실시예에 따르면, 각도(1808)가 대략 180도에 더 가깝다. 반경이 0.05mm가 될 수 있기 때문에(멤브레인이 캡(1810)과 보빈(1804) 사이에 위치할 경우에), 여전히 약간 들어가게 될 것이다(즉, 캡과 멤브레인 사이의 각이 약간 작게 될 것이다). 그러나 이 각은 다른 실시예에 따르면 보다는 훨씬 작게 될 것이다.
[00225] 캡(1810)은 캡(1810)과 보빈(1804) 사이에서 광학 멤브레인을 붙잡는다. 보빈(1804)의 곡선(1812)에 의해서 리저버 내에 기포가 생성 또는 형성되는 것을 피하는데 도움이 될 수 있다. 본 실시예는 렌즈 어셈블리의 많은 유형에 적용할 수 있지만, 광학 멤브레인를 밀고 당기는데 모두 사용되는 렌즈 어셈블리에 대해서는 특히 유용하다. 채널(channel)은 광학 멤브레인 주위에 경로를 형성하는 경로를 나타낸다. 홀은 관통공을 나타내는 것으로서 도 20b에 나타내었다.
[00226] 도 20a, 20b, 21을 참조하면, 렌즈 어셈블리의 다른 실시예가 도시되어 있다. 광학 멤브레인(2002)은 위치 2004와 2006 사이에서 이동하며, 리저버(2008)는 플레이트(2010)과 광학 멤브레인(2002) 사이에 형성된다. 코일(2012)이 여자되면 전자기력이 발생하여 코일(2012)을 광학 멤브레인(2002)쪽으로 민다. 도 20b에 상세히 도시된 바와 같이, 코일이 움직임에 따라 유체는 광학 멤브레인(2002)에 있는 채널(예컨대, 홀)(2014)을 통해서 리저버의 제 1 부분(2016)에서부터 제 2 부분(2018)으로 교환된다.
[00227] 도 20a 및 도 20b의 실시예에 따르면, 리저버는 서로 다른 부분에서 분할된다. 이 부분을 연결하기 위하여, 채널(2014)을 광학 멤브레인에 배치하는데, 이로 인해 광학 멤브레인 주위의 유체가 리저버의 서로 다른 부분 사이에서 이동하게 된다. 채널(2014)은 광학 멤브레인에 임의의 수직 위치로 위치할 수도 있다. 다른 실시예에 따르면, 채널 대신에 독립적인 광학 멤브레인을 사용할 수도 있다. 독립적인 광학 멤브레인을 사용하면, 리저버의 위치가 렌즈 위치와 완전히 무관해질 수 있다. 유체가 압축되고 있기 때문에, 예를 들어, 리저버는 어느 장소에든 있을 수 있고 어느 방향에서라도 압축될 수 있다.
[00228] 도 21의 실시예에 따르면, 리저버는 도 20a 및 20b의 실시예에 비해 내려가 있다. 코일(2012)이 광학 멤브레인의 초기 곡선의 탄젠트(2100) 바로 아래에 있도록 모터 구조물이 설치된다. 예를 들어, 모터를 이전 실시예에 따르면 보다 0.5mm 이동시킬 수 있다. 결과적으로, 구조물 높이가 10mm 미만이 되도록 할 수 있다. 본 실시예에서는, 적은 이동으로도 렌즈 변형이 크도록 보빈 형태를 최적화한다. 보빈 구조의 최적화에 대해서는 본 명세서의 다른 부분에서 추가 설명한다.
[00229] 도 22a, 도 22b, 도 23a, 도 23b 및 도23c를 참조하면, 보이스 코일 모터 대신에 압전 액츄에이터를 사용하는 렌즈 어셈블리의 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 보이스 코일 모터를 사용하는 대신에, 이동하는 압전 액츄에이터(압전 모터로도 부름)를 사용함으로써 렌즈를 변형시킨다. 압전의 작은 이동을 스틱슬립(stick-slip) 효과를 이용함으로써 큰 이동 거리로 변환할 수 있다.
[00230] 압전 액츄에이터(2202)는 압전 소자(2206)를 갖는 슬라이더(2204)를 포함한다. 렌즈의 경계를 한정하는 슬리브(2208)은 슬라이더(2204) 내에 결합되고, 리저버(2212)를 덮는 광학 멤브레인(2210)에 부착된다. 리저버(2212)는 광학 멤브레인(2210)과 유리 덮개(2211) 사이에 형성된다. 하우징 덮개(2214)는 전체 어셈블리 위에 결합된다. 압전 소자(2206)를 갖는 액츄에이터는 슬라이더(2204)를 상하로 움직여서 광학 멤브레인(2210)에 충격을 주어, 이 충격에 의해 광학 멤브레인(2210)의 형체가 변하도록 한다. 덮개(예컨대, 유리)는 이 렌즈 어셈블리의 하부에 설치된다.
[00231] 도 23a 내지 도 23c에 특히 도시된 바와 같이, 압전 소자는 슬라이더(2204)에 고정된다. 다른 방식으로, 한 개의 압전 링을 사용할 수 있다. 슬라이더(2204)가 상하로 이동하여 리저버(2212) 내의 액체 위치를 변화시킴으로써, 렌즈의 형상이 변하게 된다.
[00232] 이들 실시예들은 압전 액츄에이터 소자(2206)를 이용하여 슬라이더(2204)를 수직 경로로 이동시키는 것을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 압전 액츄에이터 소자(2206)는 링 형태로 배치되는데, 각 소자는 하우징 내에 설치되거나 또는 가동부품 위에 탑재된다. 압전에 의해 발생한 힘을 사용할 때의 장점은 압전 액츄에이터 소자(2206)에 의해서 비교적 큰 힘을 얻을 수 있는 것이다. 또한, 이 압전 액츄에이터는 슬라이더(2204)를 상하로 이동시킬 때에만 전력을 소모한다. 일단 지정된 초점거리에 도달하면, 슬라이더(2204)와 압전 소자(2206)는 추가로 전력을 소모하지 않으면서 정위치에 그대로 있게 된다.
[00233] 도 24 내지 도 30을 참조하면, 렌즈 어셈블리(2400)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이중 코일(2402)이 여자되면 보빈(2404)을 누른다. 보빈(2404)은 원통형인데, 이 형태는 마찰을 줄인다. 플렉시블 접촉부(2406)을 통해 코일을 여기시킨다. 자석(2408)은 코일(2402) 주위에 설치된다. 도 30을 참조하면, 보빈(2404)는 광학 멤브레인(2410)의 형태를 한정한다. 렌즈 셰이퍼 슬리브(2412)가 광학 멤브레인(2410)에 부착된다. 하부 덮개플레이트(2416)이 광학 멤브레인(2410)과 플레이트(2416) 사이에 형성된 리저버(2414)를 밀봉한다. 이들 실시예는 컴팩트한 어셈블리를 제공해주는데, 그 이유는, 렌즈의 경계를 한정짓는 구조물의 축방향 이동에 의해서 보빈 아래에 있는 액체의 위치가 변할 수 있고 렌즈 경계를 한정짓는 구조물과 하부 덮개플레이트(2416) 사이의 거리가 변할 수 있기 때문이다. 이로써 광학적 효과가 증가하게 된다. 다른 실시예에 따르면, 자석을 일정한 각도로(그리고 원하는대로 반경 방향이나 비반경 방향으로) 자화시킬 수 있다.
[00234] 다시 도 25 및 도 26을 참조하면, 도 24와 유사한 실시예가 도시되어 있다. 여기서 상부 코일은 시계방향으로 감고, 하부 코일은 반시계 방향으로 감는다. 상부 코일에서 하부 코일로는 점프 와이어(2413)가 구비된다. 아치형 표면(2415)에 의해서 보빈과 렌즈 셰이퍼(shaper)(예컨대, 금속 실린더) 사이의 마찰과 접촉이 적어진다. 다른 방식으로서, 이동축 상에 리브(rib)를 위치시킬 수 있다. 리저버 내의 일정한 압력에 의해서 렌즈 셰이퍼에 수직한 보빈의 상대적 위치를 일정하게 유지하는데 광학 멤브레인이 도움을 준다. 전류 흐름을 두 방향으로 얻기 위하여, 점프 와이어 지점에서 와이어를 감는다.
[00235] 도 27, 도 28 및 도 29를 특히 참조하면, 렌즈 어셈블리의 설계를 바탕으로 자속 패턴을 조절하는 것에 대해서 도시되어 있다. 도 27이 나타내는 자속 패턴의 예는, 자속 가이드 구조물로서 사용되는 원통형 강철 실린더(예컨대, 도 6의 단면도에 기둥으로 표시되어 있는 실린더(612))가 없는 경우이다. 도 6의 예는, 다른 방향으로 이동하는 두 개의 보빈을 나타낸다. In both 도 6과 현재 설명하고 있는 도 25-29의 실시예 모두에 있어서, 반지름방향으로의 내향, 외향 자속을 이용하고 있다. 그러나 도 25 내지 도 29의 실시예에서는 보빈이 하나의 동일한 방향으로 움직이고, 코일 권선은 오직 한 방향으로만 힘이 작용하도록 방향이 바뀐다.
[00236] 도 28은 자속 가이드 구조물에 강철 실린더가 사용되는 실린더를 나타낸다. 도 29는 자석이 소정의 각도로 자화되어 있는 경우의 자속 패턴이 자화 방향을 변하시키고 있는 것을 나타낸다. 이 모든 실시예에 있어서, 코일은 보빈 위에 감긴다. 도 29의 실시예에서, 코일은 250회 감은 것이며, 100mA로 여기되고, 세라믹 자석을 사용하였다.
[00237] 도 31을 참조하면, 렌즈 어셈블리의 다른 실시예가 도시되어 있다. 렌즈의 경계를 한정하는 지점(3102)은 광학 멤브레인이 완전히 변형되는 지점(3104)로부터 최소 변형되는 지점(3105)까지 이동하는 곳에 나타난다. 구조물(3107)은 모서리가 경사져 있으며 광학 멤브레인을 누른다(도 31에서는 명확하게 보이기 위하여 이 구조물이 올라가 있는 것을 표시하였는데, 이 구조물은 광학 멤브레인에 반하여 눌려진다). 본 실시예의 방법에서 경사면에 의해서 다양한 장점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 광학 멤브레인과 렌즈 어셈블리 사이의 접촉점에 하나 이상의 경사면을 형성한다면, 측정가능한 부분이 보다 더 많아질 수 있다. 다수의 경사면에 의해서 또한, 렌즈 경계 한정 지점(3102)의 반경(3113)에 관련된 에러가 감소될 수 있다. 또한, 경사면들은 원, 타원, 사각형 등과 같은 다양한 형태일 수 있다.
[00238] 도 31에서, 낮은 위치와 높은 측면에서 광학 멤브레인에 매치되는 제 1 경사면(3106)은, 최대 높이에 있는 렌즈의 위치 바로 위에 있게 된다. 제 2 경사면(1309)과 제 3 경사면(1311)도 또한 존재한다. 렌즈는 제 2 경사면(1309)과 제 3 경사면(1311)의 일부 또는 전부와 접촉할 수 있지만, 그 변형 때문에 제 1 경사면(1306)과는 접촉하지 않는다. 그러나 렌즈의 경계를 한정하는 지점(3102)은 일정하게 유지된다.
[00239] 렌즈의 경계를 한정하는 지점은 실제로 반지름(즉, 길이)일 수 있다. 렌즈의 경계를 한정하는 지점(3102)이 하나의 점이든 원호(길이)이든 간에, 이 지점은 렌즈 셰이퍼의 형태에 의존하여 이동하거나 고정된 위치에 머무를 수 있다. 경사면이 하나인 경우에는 금속으로 제작할 수 있고, 경사면이 다수인 경우에는 플라스틱으로 만들 수 있다.
[00240] 도 32를 참조하면, 렌즈 어셈블리(3200)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(3200)는 렌즈 셰이퍼(예컨대, 플라스틱으로 제작됨)(3202), 광학 멤브레인(3204), 코일(3206), 금속 푸셔(pusher)(3208), 하우징(예컨대, 플라스틱 하우징)(3210), 금속 하우징(3212), 덮개(예컨대, 유리 덮개)(3214)를 포함한다. 덮개(3214)와 광학 멤브레인(3204)이 리저버(3216)의 경계를 한정짓는다. 본 실시예에서 자석은 사용하지 않는다.
[00241] 금속 푸셔(3208)와 금속 하우징(3212)은 투자성 또는 연자성 물질로 제작되고, 전류가 코일(3206)을 통해서 흐를 때 금속 푸셔(3208)가 상하로 이동하는 극성으로 자화된다. 푸셔의 이동이 전류 크기에 비례하지만 전류의 방향에는 무관할 때에, 조정된 응답을 얻게 된다. 예를 들어, 0 암페어일 때, 이 장치는 정지 위치에 있다. +0.1 암페어와 -0.1 암페어일 때는 동일한 폐회로 위치로 이동한다. 금속 푸셔(3208)는 접착제, 체결장치, 기타 수단에 의해서 광학 멤브레인(3204)에 부착된다. 나머지 구성요소의 특성에 대해서는 다른 부분에서 설명하였으므로, 여기서는 더 설명하지 않는다.
[00242] 동작을 살펴보면, 코일(3206)이 고정되어 있다가 여자되면 금속 푸셔(3208)가 아래로 내려간다. 결과적으로, 리저버(3216) 내의 충전재료(예컨대, 광학적 유체)의 위치가 변하게 되고, 광학 멤브레인(3204)의 형태가 변하며, 렌즈(광학 멤브레인(3204), 충전재료, 플레이트(3212))의 광학적 특성이 조절된다.
[00243] 보다 구체적으로, 코일(3206)을 통한 전류 흐름이 없을 때에는 자기장이 생기지 않아 금속 하우징(3212)(투자성 또는 연자성 물질로 제작됨)을 통해 자기장이 흐르지 않는다. 코일(3206)을 통해 전류가 흐르면, 폐회로 자속이 금속 부분에서 증강되어 이 자속이 금속 하우징(3212)과 금속 푸셔(3208)를 통해 흐르게 된다. 그 결과로 금속 푸셔(3208)와 금속 하우징(3212) 사이의 인력에 의해서 외부 링에 있는 광학 멤브레인(3204)이 변형되고, 결과적으로 광학 멤브레인(3204)의 중심에 있는 광학 활성영역이 변경된다.
[00244] 도 32를 참조하여 설명한 실시예의 한가지 장점은 영구 자석을 사용하지 않기 때문에 영구자석의 스냅인(snap-in)이 일어날 수 없다는 것이다. 일반적으로 말해서, 자석이 서로 너무 가깝게 있으면, 자석과 금속 간의 인력이 광학 멤브레인과 탄성 광학 멤브레인의 유지력보다 커서 자석과 금속이 서로 접근하는 것을 방해한다. 이러한 현상이 일어나면, "스냅인(snap-in)"이 발생하고 자석과 금속은 전류가 제거되더라도 각자가 아무런 작용을 하지 않아 서로 떨어지지 않는다. 즉, 장치가 고정된 위치에서 멈춰버린다. 도 32의 구성은 스냅인이 일어나는 것을 방지하는 구성이며, 만약 스냅인이 일어난다면 이를 쉽게 복귀시킬 수 있다.
[00245] 도시된 바와 같이, 영구 자석을 사용하지 않으므로써 이 방법을 저렴하게 구현할 수 있다. 코일(3206)은 하우징 내에 고정되어 움직이지 않는다. 이로써 충격 저항 효과가 생기며, 내부와 외부 구성요소 또는 장치들과의 전기적 연결이 용이해진다. 또한, 렌즈 셰이퍼(3202)가 고정되어 광학 품질이 높다.
[00246] 도 33을 참조하면, 렌즈 어셈블리(3300)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(3300)는 렌즈 셰이퍼(예컨대, 자화되지 않는 플라스틱 부분)(3302), 광학 멤브레인(3304), 코일(3306), 금속 푸셔(3308), 자석(3310), 금속 하우징(3312), 덮개(예컨대, 유리 덮개)(3314)를 포함한다. 덮개(3314)와 광학 멤브레인(3304)이 리저버(3316)의 경계를 한정짓고 있다. 탄성 고무씰(3318)이 금속 푸셔(3308)와 코일(3306) 사이에 위치한다. 이 씰(3318)은 스냅인 현상을 방지하는 목적 및 씰링 부재로서 사용하는 것이다.
[00247] 본 실시예에 따르면, 영구 자석(3310)은 금속 하우징(3312)과 금속 푸셔(3308) 내에서 일정한 자속을 발생시킨다. 이로써 금속 푸셔(3308)와 금속 하우징(3312) 사이에 인력이 발생한다.
[00248] 금속 푸셔(3208)는 전류가 코일(3306)을 통해서 흐를 때, 그리고 자석(3310)에 의해 생성된 자기장에 의해서(그리고 전류의 방향에 의존하여) 금속 푸셔(3308)가 상하로 이동하도록 하는 극성으로 자화된다. 금속 푸셔(3308)는 접착제, 체결장치, 기타 수단에 의해서 광학 멤브레인(3304)에 부착된다. 나머지 구성요소의 특성에 대해서는 다른 부분에서 설명하였으므로, 여기서는 더 설명하지 않는다.
[00249] 동작을 살펴보면, 코일(3306)이 고정되어 있다가 여자되면 금속 푸셔(3308)가 이동한다. 결과적으로, 리저버(3316) 내의 충전재료(예컨대, 광학적 유체)의 위치가 변하게 되고, 광학 멤브레인(3304)의 형태가 변하며, 렌즈(광학 멤브레인(3304), 리저버(3316), 플레이트(3312))의 광학적 특성이 조절된다.
[00250] 보다 구체적으로, 금속 하우징(3312)과 금속 푸셔(3308) 사이의 최초 거리는 금속 푸셔(3308)와 자석(3310)의 인력에 대해서 작용하는 탄성고무 씰(3318)에 의해 한정된다. 전류가 코일(3306)을 통해 흐르면, 제어가능한 필드가 DC 필드에 중첩된다. 전류 방향에 따라, 금속 푸셔(3308)와 자석(3310) 사이의 인력이 증가 또는 감소한다. 금속 푸셔(3308)와 자석(3310) 사이의 거리가 줄어들 때에 스냅인 현상을 방지하기 위하여, 탄성고무 씰(3318)을 조절하여 고무를 압축하는데 필요한 힘이 금속 푸셔(3308)와 자석(3310) 간의 인력보다 크도록 조절한다.
[00251] 도시된 바와 같이, 가동 코일이 없고 코일의 리드 와이어로 인한 문제가 없다. 렌즈는 두 방향으로 조절가능하다. 즉, 금속 푸셔(3308)에 걸리는 힘을 전류의 제어에 의해서 증감시킬 수 있다. 탄성고무 씰(3318)에 사용하는 고무는 스냅인 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있을 정도의 경도를 갖는 것을 선택한다. 또한, 스냅인을 방지하는 거리에 있는 금속에 비자기성 물체를 넣음으로써 스냅인을 방지할 수 있다.
[00252] 도 34를 참조하면, 렌즈 어셈블리(3400)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(3400)는 광학 멤브레인(3404), 코일(3406), 금속 푸셔(3408), 자석(3410), 금속 하우징(3412), 덮개(예컨대, 유리 덮개)(3414)를 포함한다. 덮개(3414)와 광학 멤브레인(3404)이 리저버(3416)의 경계를 한정짓고 있다. 탄성 고무씰(3418)이 금속 푸셔(3408)와 코일(3406) 사이에 위치한다. 본 실시예에서, 금속 푸셔(3408)는 광학 멤브레인(3404)의 형태를 한정한다. 도 32 및 33의 실시예와 비교할 때, 렌즈 셰이퍼를 사용하지 않아서, 소형 폼팩터(smaller form factor)를 제공한다. 탄성고무 씰(3418)은 금속 푸셔(3408)가 제대로 중심에 위치하고 스냅인이 방지될 수 있도록 제작할 수 있다. 본 실시예에서, 전류가 인가되면 렌즈의 위치와 형태가 변한다.
[00253] 금속 푸셔(3408)는 전류가 코일(3406)을 통해서 흐를 때 그리고 자석(3410)에 의해 생성된 자기장에 의해서(그리고 전류의 방향에 의존하여) 금속 푸셔(3408)가 상하로 이동하도록 하는 극성으로 자화된다. 금속 푸셔(3408)는 접착제, 체결장치, 기타 수단에 의해서 광학 멤브레인(3404)에 부착된다.
[00254] 동작을 살펴보면, 코일(3406)이 고정되어 있다가 여자되면 금속 푸셔(3408)가 이동한다. 결과적으로, 리저버(3416) 내의 충전재료(예컨대, 광학적 유체)의 위치가 변하게 되고, 광학 멤브레인(3404)의 형태가 변하며, 렌즈(광학 멤브레인(3404), 리저버(3416), 플레이트(3412))의 광학적 특성이 조절된다.
[00255] 도 35를 참조하면, 렌즈 어셈블리(3500)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(3500)는 렌즈 셰이퍼(예컨대, 금속 부분품)(3502), 광학 멤브레인(3504), 코일(3506), 금속 하우징(3512), 덮개(예컨대, 유리 덮개)(3514)를 포함한다. 덮개(3514)와 광학 멤브레인(3504)이 리저버(3516)의 경계를 한정짓고 있다. 이 실시에에서는 자석과 금속 푸셔를 사용하지 않는다. 탄성 고무씰(3518)이 금속 렌즈 셰이퍼(3502)와 코일(3506) 사이에 위치한다. 금속 렌즈 셰이퍼(3502)가 부착되어 광학 멤브레인(3504)의 형태를 한정한다. 도 32의 실시예와 비교할 때, 렌즈 셰이퍼를 사용하지 않아, 소형 폼팩터(small form factor)를 제공한다. 또한, 탄성고무 씰(3518)은 금속 푸셔(3508)가 제대로 중심에 위치하고 스냅인이 방지될 수 있도록 제작할 수 있다. 본 실시예에서, 전류가 인가되면 렌즈의 위치와 형태가 변한다.
[00256] 금속 렌즈 셰이퍼(3502)는 전류가 코일(3506)을 통해서 흐를 때 금속 렌즈 셰이퍼(3502)가 이동하도록 하는 극성으로 자화된다. 금속 렌즈 셰이퍼(3502)는 접착제, 체결장치, 기타 수단에 의해서 광학 멤브레인(3504)에 부착된다. 나머지 구성요소의 특성에 대해서는 다른 부분에서 설명하였으므로, 여기서는 더 설명하지 않는다.
[00257] 동작을 살펴보면, 코일(3506)이 고정되어 있다가 여자되면 금속 렌즈 셰이퍼(3502)가 아래로 이동한다. 결과적으로, 리저버(3516) 내의 충전재료(예컨대, 광학적 유체)의 위치가 변하게 되고, 광학 멤브레인(3504)의 형태가 변하며, 렌즈(광학 멤브레인(3504), 리저버(3516), 플레이트(3512))의 광학적 특성이 조절된다.
[00258] 도 36을 참조하면, 렌즈 어셈블리(3600)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(3600)는 렌즈 셰이퍼(예컨대, 금속 부분품)(3602), 광학 멤브레인(3604), 코일(3606), 금속 하우징(3612), 덮개(예컨대, 유리 덮개)(3614)를 포함한다. 덮개(3614)와 광학 멤브레인(3604)이 리저버(3616)의 경계를 한정짓고 있다. 이 실시에에서는 자석과 금속 푸셔를 사용하지 않고, 코일(3606)이 광학 멤브레인(3604)에 있는 금속 렌즈 셰이퍼(3602)와 동일한 쪽에 위치한다. 탄성 고무씰(3618)이 렌즈 셰이퍼(3602)와 코일(3606) 사이에 위치한다. 렌즈 셰이퍼(3602)가 부착되어 광학 멤브레인(3604)의 형태를 한정한다. 높이를 최소화하기 위하여, 금속 렌즈 셰이퍼(3602)를 유연한 광학 멤브레인(3604) 쪽에 배치한다. 광학 멤브레인(3604)은 금속 하우징(3612)에 부착하여 렌즈 내의 액체를 용이하게 밀봉할 수 있다. 탄성고무 씰(3618)은 씰링 부재로서 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 전류가 인가되면 렌즈의 위치와 형태가 변한다.
[00259] 금속 렌즈 셰이퍼(3602)는 전류가 코일(3606)을 통해서 흐를 때 금속 렌즈 셰이퍼(3602)가 이동하도록 하는 극성으로 자화된다. 전류의 크기에 의해 렌즈 셰이퍼(3602)의 이동이 결정된다. 금속 렌즈 셰이퍼(3602)는 접착제, 체결장치, 기타 수단에 의해서 광학 멤브레인(3604)에 부착된다. 나머지 구성요소의 특성에 대해서는 다른 부분에서 설명하였으므로, 여기서는 더 설명하지 않는다.
[00260] 동작을 살펴보면, 코일(3606)이 도 32 내지 도 35의 실시예에서 처럼 고정되어 있지 않고 렌즈 셰이퍼(3602)와 함께 움직인다. 코일(3603)이 여자되면 금속 렌즈 셰이퍼(3602)가 아래로 내려간다. 결과적으로, 리저버(3616) 내의 충전재료(예컨대, 광학적 유체)의 위치가 변하고, 광학 멤브레인(3604)의 형태가 변경되어, 렌즈(광학 멤브레인(3604), 리저버(3616), 플레이트(3612))의 광학적 특성이 조절된다.
[00261] 전술한 바와 같이, 본 방법은 다양한 이득을 제공한다. 더욱이, 여기에 기재한 모든 방법들에 의해 일어나는 내구성이 종전의 시스템과 비교하여 더 우수하다. 업계나 정부의 요구조건을 만족하기 위해서 많은 렌즈 어셈블리가 100,000회의 동작을 보장해야 하기 때문에, 이 렌즈 어셈블리의 구성요소 중 많은 수를 플라스틱으로 제작하면, 플라스틱의 내구성에 의해서 렌즈 어셈블리 구성요소의 고장이 발생하지 않을 것을 보장할 수 있게 될 것이다. 그러나 다른 재료도 또한 사용할 수 있다.
[00262] 여기서 기술한 푸쉬 동작만 수행하는 렌즈에 있어서, 코일이 연속적으로 렌즈와 접촉해야 할 필요는 없다. 보이스 코일은 보빈에 권취될 수 있다. 또는, 보이스 코일이 부동(float)상태가 되어 때때로 모터 간극 내에 닿아서 스쳐 지나갈 수 있도록 보이스 코일을 캡슐화할 수도 있다. 허용오차는 보빈/코팅이 모터에는 닿지만 코일에는 닿지 않도록 설정할 수 있다.
[00263] 코일과 모터의 접근거리에 의해서 렌즈 어셈블리가 충돌, 이동, 삐걱거릴 때에 일어나는 충격에 따른 문제를 최소화할 수 있다. 이러한 방법의 장점은 모터 벽에 코일을 근접시킴으로써 소모성 고정구 없이도 어셈블리의 기능을 수행할 수 있다.
[00264] 렌즈의 경계를 한정하는 구조물을 자속 가이드 구조물로 사용함으로써, 금속 및 자석의 크기를 최대한으로 사용할 수 있고, 따라서 가동코일에서 생성되는 힘을 극대화할 수 있고, 그에 따라 전력 소모를 최소화할 수 있다. 또한 자성 부품을 렌즈 어셈블리의 하우징의 일부로서 사용하면 접착제 없이도 조립을 용이하게 할 수 있어서 조립이 한층 쉬워지고 비용 효율이 높아진다.
[00265] 본 명세서 기재한 방법에 사용된 가동 코일에 의해서 자석이 금속 구조물에 고착되는 것이 방지된다. 변형가능한 광학 멤브레인에 가동 영구자석이 결합되어 있는 상태에서 강한 기계적 충돌이 일어나면, 이 자석은 금속 구조물에 영구적으로 붙어버릴 수 있게 되어(스냅인 현상), 렌즈 고장이 일어난다. 이러한 문제는 가동 코일을 사용하는 본 발명의 방법에 의해서 해결된다.
[00266] 두 개의 가변형 렌즈를 사용하여 줌 모듈을 구성함으로써, 두 렌즈를 독립적으로 제어할 수 있다. 이는 가동 코일 대신에 다수의 가동 자석을 사용하는 경우에는 구현할 수 없다.
[00267] 또한, 광학 멤브레인이 스프링처럼 작용하기 때문에, 코일에 흐르는 전류를 변화시킴으로써 광학 멤브레인의 변형을 용이하게 제어가능하다. 또한, 전술한 바와 같이, 평판 형태에서 풍선 형태로 렌즈가 변형되는 것을 가정할 경우에는 특히, 제조 과정이 매우 단순해진다.
[00268] 이제 도 37a 내지 도 37t를 종합적으로 참조하면, 렌즈 어셈블리(3700)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 렌즈 어셈블리(3700)는, 상부 광학 멤브레인(3702), 하부 광학 멤브레인(3703), 코어 서브어셈블리(3704), 하우징 베이스 서브어셈블리(3706), 최종 덮개 서브어셈블리(3708), 쿠션(3710)(렌즈 어셈블리(3700)의 구성요소이 완충되도록 하며 임의의 적절한 부드러운 재료(실리콘겔 등)로 제작할 수 있음), 상부 모터 서브어셈블리(3712), 하부 모터 서브어셈블리(3714)를 포함한다. 이 렌즈 어셈블리(3700)는 최적의 허용오차를 갖는 구조물이 되도록 구성된다. 이 렌즈 어셈블리(3700) 내의 광학부의 일부 또는 전부는 최소한의 추가 구성요소를 이용하여 조회하거나 색인할 수 있다.
[00269] 도 37k, 도 37l 및 도 37t에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 광학 멤브레인(3702, 3703)은 본 명세서에 기재된 다른 광학 멤브레인과 유사하다. 많은 실시예에서, 광학 멤브레인(3702 및 3703)에는 적어도 부분적으로 공기가 투과된다. 광학 멤브레인(3702)이 완전히 변형되면 위쪽으로 이동하였고, 광학 멤브레인(3703)이 완전히 변형되면 아래쪽으로 이동하였다. 광학 멤브레인의 다른 특징에 대해서는 앞에서 논의하였는바, 여기서는 더 설명하지 않는다.
[00270] 도 37b 및 도 37j에 특히 도시된 바와 같이, 코어 서브어셈블리(3704)는 상부 렌즈 덮개(3720)(예컨대, 유리 등의 투명재료로 제작함), 상부 렌즈 구경부(3722)(개구부(3723)를 포함함), 중심 렌즈부재(3724), 하부 렌즈 구경부(3726)(개구부(3727)를 포함함), 및 하부 유리 덮개(3728)를 포함한다. 도 37c에 특히 도시된 바와 같이, 상부 광학 멤브레인(3702)은 코어 서브어셈블리(3704) 위에 결합되는데, 접착제(예컨대, 아교) 또는 체결장치를 통해 부착된다.
[00271] 도 37s에 도시된 바와 같이, 중심 렌즈부재(3724)은 보정 렌즈(3780)(일 실시예를 들자면 약 3mm 직경임), 구경지지부(3782)(구경부 중의 하나를 유지하고 지지함), 지지부(3783)(덮개를 지지함), 통기공(3784)(중심 렌즈부재(3724)의 내부로부터 공기를 방출시킴), 자동화설비 사용점(3785)(다른 곳에 렌즈 어셈블리를 부착할 경우에 인덱싱/정렬을 하기 위함), 리저버(3785)(하부에 덮개가 부착됨), 및 광학 멤브레인 부착면(3786)을 포함한다. 구경부 및 덮개를 중심 렌즈부재(3724)에 적용하여 코어 서브어셈블리(3704)를 형성한다. 도 37s는 중심 렌즈부재(3724)의 한쪽 면만을 나타내는 것이며, 중심 렌즈부재(3724)의 하부(하부 가변형 유체 렌즈 렌즈용)에도 동일한 구조가 있음을 이해할 수 있을 것이다.
[00272] 중심 렌즈부재(3724)는 외부 하우징의 일부로서 형성할 수 있고, 이로써 부품수가 감소하고, 원가가 절감되며, 오차 허용범위가 커진다. 전술한 바와 같이, 이 구조물에는 두 개의 가변형 유체 렌즈 렌즈 각각에 대해서 두 개의 리저버가 있다.
[00273] 또한 전술한 바와 같이, 인덱싱설비를 사용할 수 있다(예를 들어, 조립을 용이하게 하기 위하여 각 측에 두 개씩 네 개의 홀을 형성함). 또한, 진공조립 공정 동안에 공기가 빠져나갈 수 있고 온도가 낮을 때에 내부의 습한 공기가 응축되는 것을 막기 위하여 통기공을 형성한다. 중심 렌즈부재의 하부면을 하부 렌즈 셰이퍼(3762)에 부착하여 하부 광학 멤브레인(3703)에 대한 광학적 허용오차의 경계를 한정한다.
[00274] 상부 렌즈 구경부(3722) 및 하부 렌즈 구경부(3726) 각각에는 구경(aperture)(3723 및 3727)이 뚫려있고, PET(Polyethylene terephthalate) 소재로 제작하는데, 본 발명의 방법에서는 대부분 검정색의 소재를 사용한다.
[00275] 도 37d 및 도 37n에 도시된 바와 같이, 하부 모터 서브어셈블리(3714)는 코일(3730), 보빈(3731), 자석(3732), 및 자속 가이드 구조물(3734)을 포함한다. 도 37e 및 도 37m에 도시된 바와 같이, 상부 모터 서브어셈블리는 코일(3740), 보빈(3741), 자석(3742), 및 자속 가이드 구조물(3744)을 포함한다. 코일의 이동량을 최소화하기 위하여, 보빈(3731 및 3741)이 이 렌즈 어셈블리(3700)의 광학부를 둘러싸도록 한다.
[00276] 도시된 바와 같이, 모터는 L자형 단면을 갖는 8각형의 자속 가이드 구조물(3734 및 3744)을 포함할 수 있다. 이러한 구조에 의해서 렌즈 어셈블리에 있어서의 자기적(마그네틱) 구조가 형성되어, 장치가 컴팩트해지고, 자석의 동작점이 높아져서 고온에서도 자석이 높은 에너지를 생성할 수 있게 된다.
[00277] 도 37f 및 도 37l에 도시된 바와 같이, 최종 덮개 서브어셈블리(3708)는 보호 덮개(3750) 및 렌즈 셰이퍼(3752)를 포함한다. 도 37g 및 37h에 도시된 바와 같이, 하우징 베이스 서브어셈블리(3706)는 메니스커스 렌즈(3760) 및 하부 렌즈 셰이퍼(3762)를 포함한다.
[00278] 상부 렌즈 셰이퍼(3752)는 다양한 기능을 한다. 예를 들어, 힘 정렬 리브(3753)는 상부 모터 구조물을 정위치에 안착시키고 상부 플레이트를 구조물에 정렬시킨다. 이 리브는 또한 모터 구조물를 겔 쿠션으로 밀어넣는다. 이러한 기능에 의해서 상부 덮개의 응력이 최소화되며 렌즈 셰이퍼의 오차 허용범위를 유지하는데 도움이 된다. 또한, 렌즈 형성 기능시에 통기공(3754)을 이용한 기압 안정화가 이루어진다. 노치(notch)(3755)에 의해서 렌즈 어셈블리의 다른 부분에 코일을 정렬시키는 기능이 제공된다. 보빈의 내경은 렌즈 셰이퍼(3752)의 외경(3756)에 정렬된다. 렌즈 셰이퍼(3752)는 덮개 유리 정렬 구조(예컨대, 링 형태)를 포함한다. 또한, 렌즈 셰이퍼(3752)를 광학 멤브레인에 접착할 때에 용이하도록 언더컷을 형성한다. 이러한 기능 및 특징들은 하부 렌즈 셰이퍼(3762)에도 또한 포함될 수 있다.
[00279] 이러한 많은 실시예에 있어서, 보빈 구조물의 구성(예컨대 형태 및 크기)은 최적화된 것이다. 이러한 점에서, 그리고 도 37o에 도시된 바와 같이, 보빈(3741)은 대략 그 단면이 "T"자형이다. 보빈의 형태는 다양한 파라미터에 따라 최적화된다. 우선, 코일/보빈은 코일(3740)이 감긴 보빈(3741)을 움직일 수 있고 유체의 위치를 변화시켜서 렌즈를 완전히 변형시킬 수 있을 정도의 힘-변위(force-displacement) 성능을 가져야 한다. 일 실시예에 있어서, 코일(3740)은 광학 멤브레인(3702)이 움직일 때 높은 자기장 영역에 위치한다. 최적화할 수 있는 또다른 파라미터는 보빈(3741)의 내경이 렌즈 셰이퍼(3752)의 외경과 접하는 위치이다.
[00280] 보빈(3741)의 크기가 너무 작으면, 가령, "T"자의 수직선 부분이 너무 작으면, 코일(3740)에서 보빈(3741)을 움직이기 위해 인가되는 힘이 부족해진다. "T"자의 수평선 부분이 너무 작으면, 유체를 움직이기 위하여 보빈의 이동이 너무 커지기 때문에 힘이 과다하게 될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 보빈의 수직 크기(즉, "T"자의 수직선)가 너무 길면, 리저버의 유체가 x방향으로 너무 많이 움직이게 되고, 반면에 보빈의 수평부분(즉, "T"자의 수평선)이 너무 크면, 액체를 움직이기 위하여 너무 많은 힘이 소요된다. 따라서 보빈의 수평크기와 수직크기를 조절하여서 중간 정도의 움직임이 일어나는 조건(적은 움직임과 많은 움직임 사이의 중간지점)을 만드는 것이 바람직하다.
[00281] 도 37p 및 도 37q를 참조하면, 보빈(3741)에 코일(3740)이 감겨있는 이상적인 T자 형태를 예시하고 있다. 여기서 "T"자 형태라고 하는 구조는 대략 T자형이란 것이지(오히려 L자 형태로 보임) 정확하게 T자라는 것은 아님을 이해할 것이다. 본 실시예에서, 보빈 형상은 광학 멤브레인(3702)이 변형되지 않은 상태(도 37p)에서 완전 변형 상태(도 37q)로 움직일 때에 광학 멤브레인이 S자 곡선을 형성하도록 최적화한다. 광학 멤브레인(3702)이 움직임에 따라, 도 37q의 "S"자 형상으로 변형되는 것이 최적의 형상임은 몇 가지 실시예에서 도시된 바 있다.
[00282] 도 37의 시스템은 본 본 명세서에서 설명된 다른 실시예들 중 몇몇과 유사한 방식으로 동작한다. 즉, 각 렌즈에 연계된 코일이 전류에 의해 여기된다. 이 전류는 각 유체가변형 렌즈와 연계된 자속 가이드 구조물에 의해 가이드되는, 영구자석이 생성한 자속과 상호작용한다. 전류와 자속의 상호작용에 의해 기전력이 발생하여 해당 코일을 움직인다. 코일이 움직여서 상응한 광학 멤브레인을 밀면, 리저버 내의 충전재료(예컨대, 유체)가 움직여서 압력이 생성되어 광학 멤브레인 및 전체 렌즈의 형상이 변형된다. 결과적으로, 렌즈의 광학적 특성을 필요한 정도로 변경할 수 있다.
[00283] 사각형(또는 적어도 직사각형) 단면의 보빈(3741)은 또한 바람직한 힘-변위 특성을 발휘한다. 보빈에서의 코일의 배치에 의해서 푸쉬 동작만 하는 구조에서의 바람직한 힘-변위가 가능해진다. 코일은 최대 변위점에서 최대의 자속을 생성하도록 설치한다. 코일 상부의 리브(3749)를 통해 와이어를 정리할 수 있다(도 37r 참조). 보빈(3741)은 또한, 코일에서 나오는 와이어가 꺾이지 않고 코일과 보빈이 움직일 때에 손상되지 않도록 형성한다.
[00284] 보빈의 형상 및 "T"자의 수평 부분의 크기에 의해서 보빈 및 유체 구조물 사이의 거리를 결정한다. 거리는 광학 멤브레인이 보빈 및 코일 사이에서 S자 형태로 변형되도록 결정한다. 광학 멤브레인이 완전 변형된 상태일 때에 물방울 모양으로 되는 것은 바람직하지 않다. 그 이유는 광학 멤브레인이 다른 구조물에 닿아서 영향을 줄 수 있기 때문이다. 이러한 방법에 의해서 구조가컴팩트해지며, 광학 멤브레인/유체 리저버와 접촉하게 되는 보빈 부분의 표면적을 바꿈으로써 힘-변위 곡선을 변경할 수 있다. 유체 렌즈 표면적에 대한 보빈 표면적의 이상적인 구성은 지렛대 작용을 낳아서, 렌즈의 변위가 달라지게 된다. 중심에 위치한 광학 구조물로부터 바깥쪽으로 방사상으로 보빈이 위치할 경우에 보빈의 표면적이 더 커지게 되어서 효율적인 변환비를 얻게 된다.
[00285] 렌즈 기억장치(스택)에 기록된 모든 렌즈 데이터는 색인(인덱싱)되며, 본 실시예에서 결정된 해당 위치를 용이하게 조회할 수 있다. 이로써, 사용 부품들의 허용오차가 극히 작아지게 된다. 이에 관련하여, 하부 렌즈 셰이퍼(3762)는 상부 렌즈 셰이퍼가 아래로 연장되는 것보다 더 위로 렌즈 어셈블리를 연장시킨다. 이 부분에는 렌즈 정렬기, 메니스커스 렌즈, 영상 센서, 모든 렌즈 및 렌즈 경계를 확정짓는 부품들에 대한 기준면이 포함된다. 용접물(도 37a의 렌즈 어셈블리의 상부에 표시한 기둥)에 의해서 정렬 및 용이한 조립 뿐만 아니라 열용융 고정이 가능해진다. 와이어 슬롯의 형태는, 와이어를 끊어뜨리지 않고 납땜가능한 위치까지 끌고 갈 수 있도록 신중하게 설계한다.
[00286] 렌즈 어셈블리(3700)에 존재하는 경계면(예컨대, 광학 멤브레인과 접하고 있는 공기와의 경계면)에 반사방지 코팅을 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 한 가지 실시예에 따르면, 나노구조를 복제하여 이 구조를 광학 멤브레인 위에 전사할 수 있는 마스터시트(master sheet)를 사용할 수 있다. 경화하지 않은 폴리머를 나노구조가 형성된 마스터시트에 코팅한다. 펼쳐진 광학 멤브레인 위에 마스터시트를 올려 놓고 폴리머를 자외선이나 열선 등으로 경화시킨다. 나노구조물이 형성된 폴리머층이 부착된 프리스트레치된(pre-stretched) 광학 멤브레인으로부터 마스터시트를 벗겨낸다. 잉크젯 인쇄 또는 분사코팅 방식으로 광학 멤브레인 위에 나노입자를 도포한다. 프리스트레칭될 수 있는 광학 멤브레인 상에 고온 엠보싱 또는 플라즈마 에칭에 의해 나노구조를 형성한다.
[00287] 상부 광학 멤브레인을 코어/구경 서브어셈블리에 적용하기 위하여 다양한 방법을 사용할 수 있다. 유체 내에 갇힌 기포를 제거하기 위하여 구경 서브어셈블리가 부착된 코어 어셈블리를 진공 챔버에 넣는다. 기포는 광학 품질을 저하시킬 수 있기 때문이다. 상부 부착면에 접착제를 도포하고, 유체를 상부 유체 리저버에 투입한다. 광학 멤브레인을 상부 표면에 위치시키고 접착제를 경화시킨다. 나머지 기포는 반투과성인 광학 멤브레인을 통해 빠져 나간다.
[00288] 코어 어셈블리는 아래와 같은 절차로 조립할 수 있다. 구경 서브어셈블리가 부착된 코어 어셈블리를 진공 챔버(예컨대, 공기를 99% 제거하려면 10mbar, 90%의 공기를 제거하려면 100mbar)에 넣는다. 상부 부착면에 접착제를 도포하고, 유체를 상부 유체 용기(리저버)에 투입한다. 광학 멤브레인을 상부 표면에 위치시키고 접착제를 경화시킨다. 시간 절약 및 안전성을 위해서 UV 시멘트를 사용하는 것도 가능하다.
[00289] 다음에 중심 렌즈부를 뒤집는다. 하부 부착면에 접착제를 도포하고, 유체를 하부 유체 용기(리저버)에 투입한다. 광학 멤브레인을 하부 표면에 위치시키고 접착제를 경화시킨다. 코어를 진공 챔버에서 제거하고 불필요한 부분을 제거하는 싱귤레이션(singulation)을 실시할 수 있다(이때 예컨대 고온 나이프를 사용할 수 있다).
[00290] 도 37에 도시된 렌즈 어셈블리(3700)의 다른 부분을 다양한 방법으로 조립할 수 있다. 상부 렌즈 구경을 중심 렌즈부재(CLP)의 상부에 적용함으로써 구경 어셈블리가 부착된 코어를 조립할 수 있다. 상부 렌즈 덮개를 CLP의 상부에 부착한다. 구경과 CLP 사이의 홈에 접착제를 도포한다. 과정 중에 유리를 보호하기 위하여 고정구를 사용한다. CLP를 뒤집어서 CLP의 하부에 하부 렌즈 구경을 적용한다. 하부 렌즈 덮개를 CLP의 하부에 부착한다. 구경 및 CLP 사이의 틈에 접착제를 도포한다. 접착제를 자외선으로 경화시킨다. 접착제 사용시에는 흘러내리는 문제를 피하기 위하여 점도가 큰 접착제를 사용하는 것이 좋다.
[00291] 보다 나은 광학 품질을 얻기 위하여 광학 멤브레인의 프리스트레칭법을 사용할 수 있다. 프리스트레칭에 의해서 렌즈의 주름이 방지되고, 렌즈 형상에 대한 중력의 영향이 감소하고, 코일에 인가되는 전기에 대한 렌즈의 반응이 빨라지게 된다.
[00292] 하우징 베이스는 하부 렌즈 셰이퍼에 메니스커스 렌즈를 삽입하여 조립할 수 있다. 메니스커스 렌즈 및 하부 렌즈 셰이퍼 사이의 틈에 접착제를 도포하고, 접착제를 경화시킨다.
[00293] 하부 모터 서브어셈블리는 하부 자속 가이드 구조물을 하부 렌즈 셰이퍼에 삽입하여 조립할 수 있다. 하부 자석을 하부 자속 가이드 구조물 위로부터 삽입한다. 자석 사이의 간극에 접착제를 도포하고, 및 경화 온도를 낮춘다. 하부 렌즈 셰이퍼를 통해 와이어를 삽입(insertion)/스레딩(threading)하고 관련 핀(예컨대, 외부 장치의 연결핀)에 와이어를 부착함으로써 하부 코일이 자석 위로 삽입한다.
[00294] 상부 모터 서브어셈블리는 상부 자속 가이드 구조물에 상부 자석을 삽입하여(예컨대, 모서리에 삽입, 필요시에는 접합제를 사용함) 조립한다. 상부 자속 가이드 구조물을 통한 와이어의 삽입/스레딩 동작에 의해 자석 위로 상부 코일을 삽입한다.
[00295] 최종 덮개 서브어셈블리는 상부 보호플레이트을 상부 렌즈 셰이퍼 위에 설치함으로써 조립한다. 상부 보호플레이트과 상부 렌즈 셰이퍼 사이의 틈에 접착제를 도포하고, 접착제를 경화시킨다.
[00296] 렌즈 어셈블리의 코어는, 코어 서브어셈블리를 하부 모터 서브어셈블리에 삽입하여 조립한다. 쿠션을 코어 서브어셈블리에 부착한다. 쿠션은 적절한 경도(hardness)와 신축성(flexibility)을 갖는 실리콘 고무로 만들 수 있다. 이 쿠션은 렌즈 조립 공정 중에 롤 형태로 투입할 수 있다. 쿠션의 날개부분(flap)을 중심 렌즈에 덮는다. 상부 모터를 삽입하고 최종 덮개를 정렬 핀 위에 위치시킨다. 정렬 핀과 최종 덮개에는 고온 용융(hot melt)을 이용한다. 코일에서 나온 와이어는 해당 핀(예컨대, 외부 장치의 연결부)에 납땜한다.
[00297] 상술한 제조/조립 방법들은 단지 예들에 불과하며 사용자의 특수 요구 또는 특정 디자인에 적합하도록 필요한 대로 변경/수정될 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, 재료, 사용된 공정, 사용된 공구, 치수, 수행된 행위, 및 실행된 단계들의 순서는 상기 방법들에 의해 변경/수정될 수 있다. 또한, 전술한 모든 구성요소들 또는 일부 구성요소의 조립/제조 방법들의 다른 예들도 가능하다.
[00298] 도 38A 내지 도 38F를 참조하면, 본 명세서에 설명된 원리에 따라 최적화된 크기와 구조를 갖는 보빈 구조의 일 예가 설명된다. 이제 특히, 도 38A에서, 보빈(3802)의 내경은 렌즈 한정 구조물(3804)의 외경과 합치한다. 만약 보빈(3802)이 1%의 허용오차를 갖고 렌즈 한정 구조물(3804)이 1%의 허용오차를 갖는다면, 이 두 개 구성요소들 사이의 차이가 어셈블리의 반경의 2% 보다 약간 큰 것으로 확인되었다. 코일(3806)은 자석(3808)의 내측에 배치된다.
[00299] 상부 모터에 대해, 보빈(3802)은 위치(3803)로 표시된 자석(3808)의 단부에 코일(3806)이 도달하는 때, 설치됨이 바람직하다. 코일(3806)의 상부 치수는 어셈블리가 허용하는 정도 만큼 크다. 일부 예에서, 코일은 자석(3808)의 상부까지 연장하며 다른 예들에서는 그러하지 않다.
[00300] 렌즈 한정 구조물(3804)과 렌즈 어셈블리의 외경 사이에는 한정된 공간이 존재한다. 코일(3806)과 자석(3808) 양자는 이 공간에 맞추어진다. 일부 예에서, 힘의 견지에서 코일(3806)의 최적양은 대략 0.5㎜이다. 더 큰 코일 폭은 동일한 양의 힘을 발생하지만 자석(3808)의 작용점은 자석이 작아질수록 감소될 것이다. 이들 방법에서는, 대략 0.5㎜ 미만의 권취 폭(winding width)이 더 적은 힘을 발생하는 것으로 확인되었다.
[00301] 이제 도 38B를 참조하면, 비변형 위치(un-deformed position)에 멤브레인(3810)이 도시된다. 도 38C에 도시된 바와 같이, 멤브레인(3810)은 완전 변형된 상태로 도시된다.
[00302] 이제 도 38D를 참조하면, 부분(3805)(T의 수평 부분)이 너무 크면, 멤브레인(3810)은 직선과 같이 연장하며 여분의 힘이 멤브레인(3810)을 변형하기 위하여 필요할 것이다. 이제 도 38F에서, 부분(3805)이 너무 작으면, 멤브레인(3810)은 내부로 변형되기 쉽고 힘이 낭비되어 멤브레인(3810)의 리저버부를 변형시킬 것이다. 일 예에서는, 부분(3805)(및 보빈(3802))을 위한 최적 구조의 도 38E에 도시된 바와 같이, 멤브레인(3810)의 변형은 S자 형상을 취하는 경향이 있다.
[00303] 이제 전체적으로 도 39A-39E에서, 렌즈 어셈블리(3900)의 다른 예가 설명된다. 본 실시예에서, 하부 신축성 렌즈는 도 37의 예들에 도시된 바와 같이 센서가 아닌 물체를 향하게 된다. 렌즈 어셈블리(3900)는 상부 멤브레인(3902), 하부 멤브레인(3903), 제 1 코어 서브어셈블리(3904), 제 2 코어 서브어셈블리(3905), 하우징 베이스 서브어셈블리(3906), 최종 덮개 서브어셈블리(3908), 상부 모터 서브어셈블리(3912), 하부 모터 서브어셈블리(3913), 제 1 구경부(3922), 제 2 구경부(3923), 상부 고정렌즈(3940)(예컨대, 보정렌즈), 하부 고정렌즈(3941)(예컨대, 메니스커스 렌즈), 제 1 플레이트(3943), 제 2 플레이트(3944), 제 1 리저버(reservoir)(3945), 및 제 2 리저버(3946)를 포함한다. 플레이트와 멤브레인의 결합이 각각의 리저버의 형상을 형성한다. 따라서, 어셈블리(3900)는 두 개의 가변형 렌즈(예컨대, 유체 가변형)와 두 개의 고정렌즈를 포함한다. 어셈블리(3900)는 줌(zoom), 자동초점, 또는 다른 광학 기능을 제공하도록 작동될 수 있다.
[00304] 본 실시예에 따르면, 두 코어 서브 어셈블리(3904, 3905)들이 제공되며, 이 서브어셈블리들의 각각은 하나의 액체 리저버(챔버)(3945 및 3946)로 작용한다. 따라서, 리저버(용기들)가 별개로 구성될 수 있으므로 생산성 문제는 감소된다. 또한, 일정한 측면 작용(즉, 공구의 일부가 측면으로부터 나오고/배치되고/사용되는 것이 필요하고 2차원 공정에 의해 생성될 수 없는 구조를 구성할 수 있는)은 렌즈들에 기압 해제공들을 제공하기 위해 필요하다. 상부 렌즈 셰이퍼(shaper)와 하부 고정렌즈(3941)(예컨대, 메니스커스 렌즈)는 모두 예컨대 가열 접착을 통해 고정된다.
[00305] 도 39B에 도시된 바와 같이, 상부 모터 서브어셈블리(3912)는 상부 코일(3930), 상부 자석(3931), 및 상부 보빈(3950)을 포함한다. 하부 모터 서브어셈블리(3913)는 하부 코일(3932), 하부 자석(3933), 및 하부 보빈(3951)을 포함한다. 상부 렌즈 셰이퍼(3934)는 상부 렌즈(3902)를 형성한다. 하부 렌즈 셰이퍼(3936)는 하부 렌즈(3903)를 형성한다. 멤브레인(3902 및 3903)의 형상을 조정하기 위한 어셈블리(3900)의 작동은 이미 설명되었으며 여기서 반복 기재하지 않는다.
[00306] 도 39C에 도시된 바와 같이, 코일 와이어(3938)는 하부 렌즈 셰이퍼(3936)를 통하여 인출된다. 와이어(3938)의 스레딩(threading)은 제조 공정 동안 어셈블리(3930)로부터 와이어(3938)들을 제거하기 위해 사용된다.
[00307] 도 39D에 도시된 바와 같이, 제 1 구경부(3922)는 흡수 성능을 제공하도록 흑색으로 착색된다. 하부 쿠션(3917)이 하부 모터를 고정하고 허용오차를 보상하도록 사용된다. 가열 용접(3919)이 최종 덮개 어셈블리와 유사하게 사용될 수 있다. 도 39E에 도시된 바와 같이, 어셈블리(3900)를 위한 기압 해제를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
[00308] 이제, 도 40A 내지 도 4C를 참조하면, 렌즈 어셈블리(4000)의 다른 예가 설명된다. 렌즈 어셈블리(4000)는 상부 멤브레인(4002), 코어 서브어셈블리(4004), 하우징 베이스 서브어셈블리(4006), 최종 덮개 서브어셈블리(4008), 모터 서브어셈블리(4012), 제 1 구경부(4022)(예컨대, 흡수 성능을 제공하도록 흑색으로 착색됨), 제 2 구경부(4023)(비반사 성능을 제공하도록 흑색으로 착색됨), 상부 고정렌즈(예컨대, 보정렌즈) (4041), 하부 고정렌즈(예컨대, 메니스커스 렌즈(4042)), 쿠션(4010)(어셈블리(4000)의 요소들의 쿠션을 제공하기 위하여 그리고 고무와 같은 적절한 신축성 재료로 제조될 수 있다), 상부 덮개(4044)(예컨대, 유리로 제조), 상부 렌즈 셰이퍼(4045), 플레이트(4046), 및 리저버(4047)를 포함한다. 플레이트와 멤브레인의 결합은 리저버(4047)의 형상을 형성한다. 모터 서브어셈블리(4012)는 보빈(4050), 코일(4051), 및 자석(4052)을 포함한다. 멤브레인(4002)의 형상을 조정하기 위한 어셈블리(4000)의 작동은 이미 설명되었으며 여기는 반복 기재하지 않는다. 또한, 도 40에 있는 여러 구소요소들은 이미 본 명세서에서 설명되었으며(예컨대, 도 37 및 39의 예들에 대해 설명됨) 그 구성과 기능에 대해서는 더 이상 여기에서 설명되지 않을 것이다.
[00309] 어셈블리(4000)는 하나의 유체 가변형 렌즈와 세 개의 고정렌즈들을 포함한다. 기압 해제는 고정렌즈들의 챔퍼(chamfer)(4053)들을 통해 제공될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 고정렌즈(4040, 4041, 및 4042)들은 어셈블리(4000)에 억지끼워 맞춤식(press fit)으로 결합될 수 있다. 일 예에서, 가변형 렌즈는 자동초점 모듈의 일부로서 작용될 수 있다.
[00310] 이제 도 41A 및 41B를 참조하면, 렌즈 형성의 또 다른 예가 설명된다. 제 1 멤브레인(4102)이 부착점(도 41a의 4104 및 도 41b의 4106)에 부착된다. 제 2 부착점(418)이 또한 도 41A에 도시된다. 어셈블리는 또한 지지부(support)(4108)와 렌즈 셰이퍼(4110)를 포함한다. 도 41A는 볼록 형상의 렌즈를 도시하며 도 41B는 오목 형상의 렌즈를 도시한다. 도 41A에는 제 1 가상선( theoretical line)(4136)과 제 2 가상선(4138)이 도시된다. 선들은 연결 각도(4135)를 형성한다.
[00311] 고품질의 형상을 유지하면서 볼록 및 오목 상태로 조정될 수 있는 정밀 렌즈를 달성하기 위하여, 렌즈 셰이퍼(4110)는 멤브레인 부착점이 단일 렌즈 셰이퍼에 의해 형성되도록 구성된다. 아교(glue)의 사용을 피하기 위하여, 지지부(4108)가 지지부(4108)와 렌즈 셰이퍼 사이의 각도(α)에 배치되며 이 각도(α)는 오목 부분(각도(β)에 의하여 표시된)의 멤브레인의 곡률보다 크다. 이들 방법들의 하나의 이점은 렌즈 셰이퍼와 서포트 사이와 같이 아교에 의한 접착이 필요치 않으며, 동시에 렌즈 부착점이 잘 형성되는 것이다.
[00312] 도 41A에 도시된 바와 같이, 변형가능한 렌즈는 적어도 제 1 멤브레인(4102)과 충전재료에 의해 형성된다. 변형가능한 렌즈는 접촉 영역에서 렌즈 셰이퍼(4110)와 접하며, 비접촉 영역에서는 렌즈 셰이퍼와 접하지 않는다. 제 1 분리점(4104)은 접촉 영역과 비접촉 영역 사이의 계면으로 형성된다. 제 1 분리점(4104)은 변형가능한 렌즈의 직경을 정의한다. 렌즈 셰이퍼(4110)의 형상에 의해 변형가능한 렌즈의 직경이 제 1 분리점(4104)의 위치에 따라 변하도록 변형가능한 렌즈의 변형과 같이 제 1 분리점(4104)의 위치가 변할 수 있다. 일정한 예들에서, 분리점의 축방향 위치는 변형가능한 렌즈의 변형과 같이 변한다.
[00313] 이들 예들의 다른 것들에서, 광학 장치는 또한 제 1 지지 부재(4108); 접촉영역에서 렌즈 셰이퍼(4110)와 접하는 제 1 멤브레인의 서브 세트인 제 2 멤브레인(또는 멤브레인 부분 또는 섹션)(4132); 제 2 멤브레인(4132)의 단부와 제 1 지지 부재(4108)에 연결된 제 3 멤브레인(또는 멤브레인 부분 또는 섹션)(4140)을 포함한다. 제 1 가상선(4136)은 제 1 분리점(4140)에서 렌즈 셰이퍼(4140)에 수직이며 제 2 가상선(4134)은 제 2 분리점(4138)에서 렌즈 셰이퍼(4110)에 수직이다. 연결 각도(4135)는 제 1 가상선(4136)과 제 2 가상선(4134) 사이의 각도로서 정의되며 렌즈 셰이퍼(4110)의 대부분을 포함하는 각도에 대해 보충 각도이다. 연결각도 양의 감지는 제 2 가상선(4134)으로부터 제 1 가상선(4136)을 통과하여 렌즈 셰이퍼(4110)로 향하는 방향으로 정의되며 연결각도(4135)는 렌즈 셰이퍼(4110)를 가로지르지 않는다. 연결각도(4135)의 절대값은 0 내지 180도이다.
[00314] 일부 실시예에 따르면, 렌즈 셰이퍼에 대해 제 1 멤브레인(4102)을 유지하기 위하여 마찰력만이 사용된다.
[00315] 또 다른 실시예에 따르면, 렌즈 어셈블리 장치는 또한 제 2 렌즈 셰이퍼와 제 3 렌즈 셰이퍼를 포함한다. 변형가능한 렌즈의 변형은 제 2 렌즈 셰이퍼로부터 제 3 렌즈 셰이퍼로의 렌즈 셰이퍼의 이동을 발생하고 변형가능한 렌즈의 직경을 변경한다.
[00316] 또 다른 실시예에 따르면, 광학장치는 또한 제 2 렌즈 셰이퍼와 제 3 렌즈 셰이퍼를 포함한다. 변형가능한 렌즈의 변형은 제 2 렌즈 셰이퍼로부터 제 3 렌즈 셰이퍼로의 분리점의 이동을 발생하고 변형가능한 렌즈의 축방향 위치를 변경한다.
[00317] 이제 도 42A 내지 42D를 참조하면, 두 가지 가변 렌즈 구조(4202 및 4204)와 결합하여 전술한 방법들이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 예들에는, 도시된 바와 같이, 하부 및 상부 렌즈들은 오목 또는 볼록 형상으로 확장될 수 있으며 도시된 여러 조합과 본 명세서에 설명된 여러 방법들에 따라 사용될 수 있다.
[00318] 이제 도 43를 참조하면, 코일(4302)이 제 1 위치(4304)로부터 제 2 위치(4306)로 이동한다. 코일(4302)이 자석(4310)의 평면(4308) 아래에서 이동하려면, 이동력을 발생시키는 코일에서 전류에 수직인 자속이 급속히 감소하여 제거된다. 본 실시예에 따르면, 가장 변형된 상태에서 코일(4302)은 자석(4310)의 하부면과 일치한다. 도 43에 도시된 바와 같이, 자속 분포가 도시되는 데, 여기서 코일(4302)은 가장 변형된 위치에 있다. 도시된 바와 같이, 코일(4302)의 하부는 자석(4310)의 하부와 일치한다.
[00319] 본 명세서에 설명된 방법들은 종전 시스템들에서 사용된 멤브레인들보다 두꺼운 멤브레인들과 같이 사용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 10-50㎛의 두께와 0.5MPa의 강성(stiffness)(영률)을 갖는 멤브레인이 사용될 수 있다. 다른 예들도 가능하다.
[00320] 비교적 두꺼운 멤브레인들이 여러 이점들을 제공한다. 예컨대, 더 두꺼운 멤브레인들은 멤브레인들의 제조에서 가공을 더욱 용이하게 하며 형상을 유지하기 용이하다. 또한, 멤브레인은 중력의 영향을 덜 받으므로(렌즈들이 수직 위치에 있을 때) 여전히 양호한 광학 품질을 제공하는 더 큰 렌즈들이 가능하다. 또한, 더 두꺼운 렌즈들은 취급시 또는 충격 발생시 파단될 가능성이 적다. 멤브레인 두께는 조절하기 용이하여(100㎛ 두께의 멤브레인의 경우 1㎛ 두께의 변화는 단지 1%이나, 10 두께의 멤브레인의 경우 10%이다) 광학적 특성이 향상된다. 또한, 멤브레인이 두꺼울 수록 AR 코팅을 더 두꺼운 멤브레인 내부로 더욱 용이하게 형성할 수 있다.
[00321] 이제 도 44를 참조하면, 하나 이상의 렌즈들의 광학적 특성을 조정하는 방법의 일 예가 설명된다. 단계(4402)에서, 전기 에너지에서 기계 에너지로의 변환이 발생한다. 전기 에너지에서 기계 에너지로의 변환은 몇 가지 예로서 압전 모터, 자왜 모터, 스테핑 모터, 또는 보이스 코일 모터와 같은 전기적-기계적 작동 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 압전모터는 몇 가지 예로서 의사 정적파(quasi-static), 초음파, 스테핑, 관성, 정재파, 진행파(travelling wave), 양 방향 또는 일 방향 압전모터일 수 있다. 이러한 모터들은 보통 압전 모터 제조업자들의 예로서 윌리엄스 앤 브라운(Williams and Brown), 코니코 미놀타(Konico Minolta), 뉴포커스(New Focus), 레브리넨코(Lavrinenko), 바시아비커스(Bacnsiavichus), 나노모션(Nanomotion, 피지크 인스트루먼트(Physik Instrumente), 또는 뉴스케일 코포레이션(New Scale corporations)에 의해 제조된다.
[00322] 본 명세서에 설명된 일부 실시예에 따르면, 모터는 압전 모터인 것으로 설명된다. 그러나, 모터는 전기활성(electroactive) 폴리머 모터, 자왜(magneto-restrictive) 모터, 보이스 코일 모터, 스테퍼 모터와 같은 적절한 종류의 전기적-기계적 작동 장치일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 모터나 장치들의 다른 예들도 가능하다.
[00323] 단계(4404)에서, 기계적인 힘(단계(4402)에서 발생됨)은 렌즈의 특성을 최종적으로 변화시키는 압력으로 변환된다. 렌즈는 충전재료로 충전되고 리저버와 통하는 3차원 공간일 수 있다. 전기적-기계적 작동 장치(예컨대, 압전 모터)는 렌즈 및/또는 리저버의 내부 충전재료에 직간접적으로 작용하도록 기계적인 힘을 발생시킨다.
[00324] 한 가지 방법에서, 연결 구조는 기계적으로 리저버 표면에 상호 접속하며 연결구조는 몇 가지 예로서 구동 로드, 패들, 핀, 접착제를 포함한다. 연결 구조에 의해 연통된 기계적인 힘은 리저버 표면에 압력을 생성하고 압력은 리저버 및/또는 렌즈 내의 충전재료를 이동시킨다. 더욱 구체적으로 그리고 전술한 바와 같이, 리저버는 렌즈와 통하고 충전재료는 리저버에 미치는 힘의 방향, 크기, 및 다른 특성에 기초하여 리저버와 렌즈 사이에서 교환된다. 본 명세서에 설명된 많은 예들에서 하나 이상의 리저버들이 렌즈와 상호 접속 또는 연통하는 것으로 설명되며 충전재료가 이들 두 개의 분리된 공간들 사이에서 교환되는 것으로 설명되는 것을 이해할 것이다. 그러나, 두 개의 라벨링된 별도의 구별되는 공간들(즉, 렌즈와 리저버) 대신에, 단일 공간(예컨대, 단일 리저버)이 사용될 수 있으며 이 단일 공간 내에서 충전재료가 이동될 수 있을 것이다.
[00325] 또한, 리저버는 하나 이상일 수 있다. 복수의 리저버, 그 조합들 또는 리저버와 튜브 또는 채널들이 또한 사용될 수 있다. 리저버는 개방된 채널 또는 개구 또는 하나 이상의 유체 챔버들의 네트워크를 통해 렌즈(즉, 광학적 특성이 결정되는 광학 영역)에 직접 연결될 수 있다. 다른 구조들도 가능하다.
[00326] 단계(4406)에서 멤브레인에 가해지는 압력으로 인해 렌즈의 광학적 변형이 발생한다. 적어도 부분적으로 멤브레인의 크기, 곡률, 및 형상이 렌즈 어셈블리 내의 렌즈의 광학적 특성을 결정한다. 충전재료(예로서, 광학 유체)의 압력이 멤브레인을 변형시키고 발생되는 변형의 양을 결정한다. 멤브레인은 오목, 볼록 또는 평면 형상이 되도록 변형될 수 있다. 멤브레인의 곡률은 다른 형상들 중에서 구형이 될 수 있다. 다른 예들도 가능하다.
[00327] 이제 도 45A를 참고하면, 렌즈 어셈블리(4500)의 일 예가 설명된다. 렌즈 어셈블리(4500)는 상부 렌즈 셰이퍼(4522)를 갖는 상부 하우징(4501), 하부 렌즈 셰이퍼(4522)를 갖는 하부 하우징(4502), 상부 용기(4503)와 상부 멤브레인(4502) 사이에 둘러싸인 상부 충전재(4512), 하부 용기(4504)와 하부 멤브레인(4506) 사이에 둘러싸인 하부 충전재(4513)를 포함한다. 도면에서 ‘상부(top)'라는 용어는 렌즈 어셈블리로 빛이 관통하여 입사하는 렌즈 어셈블리의 측면을 지칭하고 ’하부(bottom)'라는 용어는 예컨대 센서와 같이 빛이 그 위로 투사되도록 렌즈 어셈블리를 관통하여 방출되는 렌즈 어셈블리의 측면을 지칭한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 모든 예들에서 광학 부품들의 공칭 중심을 통과하는 선인 광학축은 단일 직선으로 도시되지만, 렌즈 어셈블리의 광학 부품들 앞, 사이 및 후에 광학축의 방향을 변경하기 위하여 미러이나 프리즘같은 반사 부품들을 도입할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 멤브레인(4505)은 상부 렌즈 셰이퍼(4522)에 의해 내부 섹션(4565)과 외부 섹션(4555)으로 구분될 수 있다. 멤브레인(4506)은 하부 렌즈 셰이퍼(4523)에 의해 내부 섹션(4566)과 외부 섹션(4556)으로 구분될 수 있다. 상부 용기(4503)로 연장된 내부 섹션(4565)의 둘레는 충전재를 렌즈(내부 섹션(4565)에 의해 구획된)와 리저버(내부 섹션의 외부)로 구분한다. 하부 용기(4504)로 연장된 내부 섹션(4566)의 둘레는 충전재(4513)를 렌즈(내부 섹션(4566)에 의해 구획된)와 리저버(내부 섹션의 외부)로 구분한다. 일 예에서 용기(4503 및 4504)는 단단한 플라스틱 부재들(플레이트들)이다. 다른 예에서, 용기(4503, 4504)들은 유리 및/또는 다른 광학 재료로 제조되며 광학적 보정 기능을 제공한다. 다른 재료들이 또한 용기(4503, 4504)를 구성하기 위하여 사용될 수 있다. 광선(4550)이 통과하고 그 특성들은 렌즈 어셈블리(4500)에 의해 변경되고 변경된 광선들은 일 예에서 전자 센서칩도 가능한 센서(4552)에 의해 감지된다.
[00328] 하우징(4501, 4502)들은 다른 구성요소들의 전부 또는 일부를 지지하며 플라스틱이나 다른 적절한 재료로 구성될 수 있다. 상부 렌즈 셰이퍼(4522)와 하부 렌즈 셰이퍼(4523)는 각 멤브레인 나아가서 렌즈의 2차원 형상을 한정한다. 특히, 렌즈 셰이퍼들은 각 멤브레인(4505, 4506)과 접촉하며 일정한 정도로 멤브레인(4505, 4506)과의 접촉에 기인하는 렌즈(4531, 4535)의 형상의 둘레를 한정한다. 렌즈(4505, 4506)들의 형상에 미칠 수 있는 다른 인자들은 멤브레인의 탄성 응력, 충전재 용적 공간의 충전재의 유압이다. 충전재 용적 공간은 렌즈 및 리저버 내의 충전재의 총 용적 공간으로 간주되며 멤브레인과 용기 사이에서 중량 우위(preponderance)가 존재할 수 있다. 셰이퍼 링에 의해 제한된 바와 같은 멤브레인의 복원력과 충전재 압력 사이의 힘의 균형은 렌즈의 형상을 결정한다.
[00329] 렌즈들을 경계지우는 멤브레인(4505, 4506)들은 적어도 부분적으로 신축성 재료로 제조된다. 멤브레인의 내부 섹션과 외부 섹션은 동일한 멤브레인 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서 멤브레인의 액츄에이터 섹션과 내부 섹션은 다른 멤브레인 재료로 제조될 수 있다. 멤브레인(4505, 4506)들과 충전재료(예컨대, 광학 유체)의 성질은 결합하여 반사성, 굴절성, 회절성, 및 흡수성, 및/또는 컬러 필터링 기능을 제공한다. 다른 기능들은 또한 리저버의 멤브레인 및/또는 충전재료에 의해 제공된다. 임의의 상부 플레이트(도시 생략됨)는 어셈블리(4500)의 상부를 덮도록 사용될 수 있다.
[00330] 멤브레인(4505, 4506)들과 용기(4503, 4504)들은 각각 리저버(4533, 4537)들과 렌즈(4531, 4535)들로 구성되는 충전재 용적 공간을 한정한다. 다른 충전재료(예컨대, 유체, 이온성 액체, 기체, 겔, 또는 다른 재료)들이 리저버(4533, 4537)들과 렌즈(4531, 4535)들을 충전하기 위해 사용될 수 있다. 리저버와 렌즈들을 충전하기 위해 사용되는 충전재료(4512, 4513)들의 굴절율은 또한 변할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 유체가 충전재료로 사용되며, 리저버 및 렌즈들에서 유체의 굴절율은 주위 공기의 굴절율과 다르게 선택된다.
[00331] 압전 모터들(명확성을 위해 도 45A에 도시 생략됨)을 사용하여 용기(4503, 4504)들과 상호 작용시키거나 축방향으로 이동시켜 멤브레인(4505, 4506)들은 변형(충전재료(4512, 4513)의 이동 압력을 통해)되어 렌즈 어셈블리의 렌즈들의 변경된 광학적 거동을 발생시킨다. 상부 보정렌즈(4520)이 제 1 용기(4503) 하부에 배치되고 제 2 보정렌즈(4529)가 제 2 용기(4504)의 상부에 배치된다. 보정렌즈(4520, 4529)들은 수동적인 부품들이며(예컨대, 그들의 형상은 변하지 않음), 렌즈 어셈블리(4500)를 통과하는 빛(4550)의 적절한 포커싱을 보장한다. 예컨대, 렌즈 어셈블리가 줌 및/또는 자동초점 기능을 제공하면, 이어서 보정렌즈(4520, 4529)들은 센서(4552)에서 수용된 빛의 적절한 포커싱을 보증한다.
[00332] 이제M 도 45B 및 도 45C를 참조하면, 두 가지 작동 상태로 도시된 렌즈 어셈블리의 일 예가 설명된다. 이들 도면들에서 구성요소들의 참조부호는 도 45A에서 사용된 참조부호들에 대응한다. 도 45B에 도시된 바와 같이, 상부 보정렌즈(4520)와 하부 보정렌즈(4529)는 거리(d3) 만큼 분리된다. 도 45C에 도시된 바와 같이, 압전모터(명확성을 위해 이들 도면들에서 도시 생략됨)는 용기(4503 및/또는 4504)를 이동시키기 위하여 작동되었다. 따라서, 용기(4503, 4504)들이 이동하므로 도 45C에 도시된 바와 같이 보정렌즈(4520, 4522)간의 거리는 거리(d4)로 감소한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 방법들은 렌즈(4500)의 포커싱 특성의 적어도 일부를 자동으로 조정할 수 있다.
[00333] 이제, 도 46a 내지 46b를 참조하면, 하우징의 모서리들에 위치된 압전모터들을 도시하는 렌즈 어셈블리의 상세 도면이 설명된다. 렌즈 어셈블리(4600)는 상부 하우징(4601), 상부 렌즈 셰이퍼(4602), 하부 하우징(4623), 및 상부 용기(4603)와 상부 멤브레인(4605) 사이에 포위된 상부 충전재(4612), 하부 용기(4604)와 하부 멤브레인(4606) 사이에 포위된 하부 충전재(4613)를 포함한다. 상부 멤브레인(4605)은 상부 렌즈 셰이퍼(4622)에 의해 내부 섹션(4665)과 외부 섹션(4655)으로 구분될 수 있다. 하부 멤브레인(4606)은 하부 렌즈 셰이퍼(4623)에 의해 내부 섹션(4666)과 외부 섹션(4656)으로 구분될 수 있다. 상부 용기(4603)를 향하여 연장된 내부 섹션(4665)의 둘레는 충전재를 렌즈(내부 섹션(4665)에 의해 한정된)와 리저버(내부 섹션의 외부)로 구분한다. 하부 용기(4604)를 향하여 연장된 내부 섹션(4666)의 둘레는 충전재를 렌즈(내부 섹션(4666)에 의해 한정된)와 리저버(내부 섹션의 외부)로 구분한다. 일 예에서, 용기(4603, 4604)들은 단단한 플라스틱 부재들이다. 다른 예에서, 용기(4603, 4604)들은 유리 및/또는 다른 광학 재료들로 구성되며 광학적 보정 기능을 제공한다. 다른 재료들이 또한 용기(4603, 4604)들을 구성하기 위하여 사용될 수 있다. 그들이 이동함에 따라, 용기(4603, 4604)들은 어셈블리(4600) 일 측의 볼베어링(4640, 4641)들에 의해 그리고 어셈블리(4600)의 다른 측에서 제 1 압전모터(4642)와 제 2 압전모터(4643)에 의해 안내된다. 압전 모터(4642, 4643)들은 연결기구(linkage)(4645, 4646)들에 연결될 수 있으며, 연결기구(4645, 4646)들은 재차 용기(4603, 4604)들에 연결될 수 있다. 볼베어링(4640, 4641)들은 연결기구(4648)들에 연결할 수 있으며 연결기구(4647, 4648)들은 용기(4603, 4604)들에 통할 수 있다. 다른 예들에서 연결기구들은 생략된다.
[00334] 렌즈들을 한정하는 멤브레인(4605, 4606)들은 적어도 부분적으로 신축성 재료로 제조된다. 멤브레인들의 내부 섹션들과 외부 섹션들은 동일한 멤브레인 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서 멤브레인의 액츄에이터 섹션과 내부 섹션은 다른 멤브레인 재료들로 구성된다. 멤브레인들 및/또는 충전재료들(예컨대, 광학 유체)의 특성들은 반사성, 굴절성, 회절성, 및 흡수성, 및/또는 컬러 필터링 기능을 제공하도록 결합한다. 또한, 다른 기능들이 리저버의 멤브레인 및/또는 충전재료들에 의해 제공될 수 있다. 임의의 상부 플레이트(도시 생략됨)가 어셈블리(4600)의 상부를 덮도록 사용될 수 있다.
[00335] 멤브레인(4605, 4606)과 용기(4603, 4604)들은 리저버(4633, 4637)들과 렌즈(4631, 4635)들을 각각 구성하는 충전재 용적 공간을 한정한다. 다른 충전재료(예컨대, 유체, 기체, 겔, 또는 다른 재료들)가 리저버(4633, 4637) 및 렌즈(4631, 4635)를 충전하도록 사용될 수 있다. 리저버((4633, 4637) 및 렌즈(4631, 4635)를 충전하기 위해 사용되는 충전재료들의 굴절율은 변할 수 있다. 일 예에서, 충전재료로서 유체가 사용될 수 있으며, 리저버들과 렌즈들의 유체의 굴절율은 주위 공기의 굴절율과 다르게 선택된다.
[00336] 압전 모터(4642, 4643)를 사용하여 용기(4603, 4604)와 상호 작용시키거나 축방향으로 이동시킴으로써 멤브레인(4605, 4606)은 (충전재료(4612, 4613)의 이동 압력을 통해) 변형되어 렌즈 어셈블리의 렌즈들의 광학적 거동을 변화시킨다. 상부 보정렌즈(4620)가 제 1 용기(4603) 하부에 배치되고 제 2 보정렌즈(4629)가 제 2 용기(4604)의 상부에 배치된다. 보정렌즈(4620, 4629)들은 수동적인 부품들이며(예컨대, 그들의 형상은 변하지 않음), 렌즈 어셈블리(4600)를 통과하는 빛의 적절한 포커싱을 보장한다. 예컨대, 렌즈 어셈블리가 줌 및/또는 자동초점 기능을 제공하면, 이어서 보정렌즈(4620, 4629)들은 센서(명확성을 위하여, 도 46a, 46b에서 도시 생략됨)에서 수용된 빛의 적절한 포커싱을 보증한다.
[00337] 도 46A와 46B에 도시된 바와 같이, 용기들은 일 측에서 볼 베어링(4640, 4641)들에 의해, 다른 측에서 압전 모터(4642, 4643)들에 의해 안내된다. 압전 모터(4642, 4643)에 전압이 인가되면, 압전 재료(압전 모터들 내부의)는 변형되거나 진동하여, 모터들의 일정 요소들을 이동시키고, 이러한 이동이 이동되는 연결기구(4645, 4646)들에 연통되어, 이 연결기구들의 이동이 화살표 번호(4624)로 표시된 방향으로 용기들을 일반적으로 이동시킨다. 본 실시예에서, 압전 모터(4642, 4643)는 별개로(즉, 분리된 제어신호들이 각각에 인가되어 각 렌즈의 형성을 독립적으로) 제어된다.
[00338] 압전모터(4642, 4643)들 내의 압전 재료의 변형 또는 진동은 일 방향에서 연결기구가 용기의 접촉면 위에서 고착하고 다른 방향에서 연결기구들과 용기들이 서로에 대해 슬라이딩하여(즉, 슬리핑), 특정 방향으로의 용기를 이동시킬 수 있도록 제어된다. 이러한 '부착 미끄럼(stick-slip)' 거동은 용기들의 축 방향 이동을 발생시킨다. 전기신호의 형상(또는 다른 특성)을 변경함으로써 부착 미끄럼 거동은 역전되어, 용기들의 축 방향 운동의 역전 방향을 발생시킨다. 이러한 다양한 용기들의 이동은 멤브레인 (및 렌즈)의 다양한 변형을 발생시켜 렌즈들의 광학적 특성의 변화를 초래한다. 일부 실시예에 따르면, 볼 베어링들은 액체 용기의 기울어짐을 방지하고 마찰력을 감소시키도록 사용된다. 대체적으로, 압전 모터들은 중간 연결기구들이 없이 용기들을 직접적으로 구동 또는 이동시킬 수 있다. 또한 두 개의 압전 모터들이 제공되고 이는 각각의 별도의 제어를 제공하여 상부 및 하부 렌즈들의 별개의 형성을 가능하게 한다(즉, 자유도 2). 다른 실시예에 따르면, 두 축을 따른 별도의 운동이 가능한 단일 모터가 또한 사용될 수 있다.
[00339] 압전 모터(4642, 4643)들은 몇 가지 예에서 전단(shear), 스택(stack), 또는 회전 압전모터들일 수 있다. 예컨대, 도 46A와 46B의 압전 모터는 렌즈 어셈블리의 하우징(4602) 위에 고정된 전단 압전 블록이다. 대체적으로, 압전 모터(4642, 4643)들은 이들 장치들 내에 위치된 압전 재료의 변형에 기인하여 회전하는 금속, 플라스틱, 또는 세라믹핀에 연결될 수 있다(예컨대, 도 50 및 55의 예의 참조). 이러한 회전은 용기들의 축 방향으로의 이동으로 변환되고, 이는 광학 멤브레인에 연결된다. 일반적으로, 압전 모터(4642 또는 4643)를 전원 공급장치에 연결하는 것이 더욱 용이하도록 하우징(4602)에 대해 비가동부 내에 또는 비가동부에 위치시키는 것이 효과적이다.
[00340] 일 실시예에 따르면, 장치가 효율적으로 기능하도록 하우징의 광학 개구부와 모터 푸싱을 갖춘 섹션 사이에서 멤브레인으로의 공기 교환이 필요하다. 이는 하우징의 통기공(4651)들 또는 작은 슬릿들을 통해 달성될 수 있다. 렌즈들과 리저버의 유체 운동에 의한 공기 이동이 외부 공기와의 균형을 이룰 수 있도록 통기공(4651)들은 배치된다. 대체적으로, 리저버 위의 공기와 렌즈 위의 공기 사이에서 교환이 발생할 수 있을 것이다. 필요시, 공기 이동을 늦추기 위하여 공기 스프링이 사용될 수 있으며 통기는 제거될 수 있었다.
[00341] 어셈블리(4600)는 다른 초점 가변형 렌즈 및 비초점 가변형 렌즈, 필터 및 기타 광학계(미러, 격자, 프리즘, 셔터, 영상 안정화기 및 조리개 포함)의 조합과 결합될 수 있다. 어셈블리(4600)는 또한 다른 요소들과 같이 사용되거나 다른 요소들을 포함할 수 있 있다.
[00342] 압전 모터의 이동의 양과 방향은 소정 개수의 장치들과 방법들에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 사용자는 전압을 제어하기 위하여 스위치, 버튼, 또는 다른 제어장치를 수동으로 누를 수 있다. 다른 예들에서 인가된 전압은 프로그램 또는 알고리즘(예컨대, 자동초점 또는 줌 프로그램 또는 알고리즘)에 의해 제어될 수 있으며, 이는 모터들에 인가된 전압을 자동으로 조정한다.
[00343] 이제 도 47A 내지 도 47D를 참조하면, 렌즈 어셈블리(4700)의 다른 예가 설명된다. 렌즈 어셈블리(4700)는 상부 하우징(4701), 하부 하우징(4702), 상부 렌즈 셰이퍼(4722), 하부 렌즈 셰이퍼(4723), 상부 및 하부 용기(4703 및 4704), 네 개의 압전 모터(4742, 4743, 4744, 및 4753), 네 개의 전기쿠션(4710, 4777, 4778, 및 4779), 상부 링(4714)과 하부 링(4715), 상부 및 하부 멤브레인(4705 및 4706)을 각각 포함한다. 상부 멤브레인(4705)과 상부 용기(4703)는 상부 충전재 용적 공간(4717)을 형성하고 하부 멤브레인(4706)과 하부 용기(4704)는 하부 충전재 용적 공간(4718)을 형성한다. 충전재 용적 공간(4717, 4718)들은 멤브레인과 용기들 사이의 3차원 공간을 모두 포함한다. 충전재 용적 공간(4717, 4718)들의 각각은 액체, 이온성 액체, 겔, 또는 일부 다른 충전재료와 같은 충전재료로 채워진다. 통기공(4751)에 의해 렌즈 어셈블리(4700)의 비충전 영역으로 공기가 유입되고 유출된다. 여러 구성요소들은 본 명세서에 설명된 방법에 따라 구성되며 그 구성은 여기 반복기재 하지 않는다.
[00344] 어셈블리(4700)를 관통하여 중앙 개구부(4730)가 축 방향으로 연장한다(z-축 방향으로). 광선(4750)은 렌즈 구조의 중앙 개구부(4730)를 통하여 축 방향으로 투사된다. 렌즈 구조의 도면에 도시되지 않은 다른 광학 부품들과 가변형 렌즈에 의해 그 위에 일단 작용되면, 센서(4752)(예컨대, 전하결합소자(CCD))는 영상를 수용하여 검출할 수 있다. 센서(4752)는 추가적으로 얻어진 영상를 가공 및/또는 저장하는 다른 가공 요소들과 통신할 수 있다.
[00345] 본 실시예에 따르면, 링(4714, 4715)들은 멤브레인(4705, 4706)들에 각각 부착된다. 부착은 소정 접착제 또는 체결 장치(예컨대, 아교)에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 이로써 멤브레인(4705, 4706)으로의 푸싱 및 풀링(pulling)이 볼록 형상으로부터 오목 형상으로 렌즈를 이동시키거나 조정하기 위하여 필요한 동작이 이루어질 수 있다. 중력 영향을 방지하기 위하여, 리저버(4712, 4713)들의 양측이, 이 실시예에 따르면 유사한 밀도를 가지나 상이한 굴절율을 갖는 충전재료(예컨대, 액체)들로 충전될 수 있다.
[00346] 도 47A 내지 도 47D의 실시예에서, 광학 멤브레인(4705)은 신축성 재료로 제조된다. 멤브레인(4705, 4706)들의 내부 섹션과 외부 섹션은 하나의 멤브레인 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서 멤브레인의 외부 섹션과 내부 섹션은 다른 멤브레인 재료로 구성될 수 있다. 멤브레인 또는 충전재료(예컨대, 광학 유체)는 시스템에 대한 여러 반사, 굴절성, 회절성, 및 흡수성, 또는 컬러 필터링 특성을 제공하도록 결합할 수 있다. 다른 특성들이 제공될 수도 있다.
[00347] 압전 모터(4742, 4743, 4744, 및 4753)는 특정 유형의 벤딩, 전단, 스택형, 또는 회전, 또는 다중 형상의 압전 액츄에이터로 제조된다. 전기 쿠션(4710, 4777, 4778, 및 4779)이 도전성 또는 비도전성 폴리머(예컨대, 폼(foam))로 제조될 수 있으며, 부품의 이동을 방지하고 어셈블리 허용오차를 허용하고 및/또는 미끄러짐을 방지하도록 구조를 충전하기 위하여 사용될 수 있다.
[00348] 링(4714, 4715)은 당업자에게 자명한 재료(들)로 제조될 수 있다. 일 예에서, 링(4714, 4715)은 플라스틱 재료로 제조된다. 압전 모터(4742, 4743, 4744, 및 4753)와의 부착 미끄럼 상호 작용을 향상하기 위하여, 링(4714, 4715)들은 금속으로 제조되거나 압전 모터(4742, 4743, 4744 및 4753)들과 직접 접촉하는 금속핀과 일체화할 수 있다. 부착 미끄럼 작동 동안, 압전 모터는 링(4714, 4715)들과의 접촉을 통해 링(4714, 4715)들을 이동시킨다. 최종적으로, 접촉이 상실되고(예컨대, 압전 모터가 회전하고 그 일부분이 링(4714, 4715)들로부터 회전하여 이탈하거나 분리하는) 압전 모터(4742, 4743, 4744, 및 4753)들과 링은 서로에 대해 미끄러진다(즉, 미끄럼 동작이 발생함). 예컨대, 압전 모터(4742, 4743, 4744, 및 4753)들은 한번에 링(4714 또는 4715)과 접촉하고 링과의 마찰을 통해 링에 고착하거나 부착하는(마찰력에 기인하여) 회전하는 실린더 부분을 가지거나 구동할 수 있다. 이러한 시간 동안, 링(4714 또는 4715)은 이동된다. 다른 시간에, 마찰은 링(4714 또는 4715)과 결합하거나 및/또는 이동시키기에 충분히 강하지 못하며 링과 압전 모터(4742 또는 4743)의 실린더 요소는 서로에 대해/대항하여 미끄러진다. 이와 같이, 링(4714 또는 4715)은 압전 모터(4742, 4743, 4744, 및 4753)에 의해 이동된다. 그러나 부착 미끄럼 방법 외에 다른 동작 방법 및 기술이 링(4714 또는 4715)을 이동시키기 위하여 사용될 수 있다.
[00349] 기계적인 부품들을 이동시키기 위해 부착 미끄럼 또는 다른 방법들을 사용함으로써 압전 모터는 일반적으로 화살표로 라벨(4724) 표시된 방향들로 상향 또는 하향의 축 방향으로 렌즈 링(4714 또는 4715)를 이동시킨다. 링(4714 또는 4715)은 멤브레인 위로 또는 내부로 밀거나 당겨져서 멤브레인(4705, 4706)들 각각의 변형을 초래한다. 이 변형의 결과로서 충전재료의 이동, 및 렌즈 형상의 변경, 그리고 결과적으로 렌즈의 광학적 특성의 변화를 발생시킨다. 이러한 방법의 하나의 이점은 렌즈 셰이퍼들의 고정 위치는 이동에서 허용오차 조건들을 감소시키도록 작용하는 것이다. 렌즈 어셈블리의 축방향 크기를 더욱 감소시키기 위하여 또한 링을 사용하는 것이 가능하며, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이 렌즈 형성 링으로서 멤브레인 위로 밀려진다. 이러한 방법은 렌즈 셰이퍼를 위한 공간을 절약할 수 있다.
[00350] 리저버의 내부 부분(즉, 각 용기의 베이스를 향하여 돌출된 렌즈 셰이퍼의 내부 둘레에 의해 한정된 용적 공간)은 렌즈(4731, 4735)를 한정하고 렌즈(4731 및 4735)의 3차원 형상이 변할 수 있다. 예컨대, 렌즈의 광학적 활성 영역에 일체화되거나 부착될 수 있는 구면형 렌즈(예컨대, 볼록 렌즈 및 오목 렌즈), 비구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 원통형 렌즈(예컨대, 원형 대신 사각형 렌즈 셰이퍼에 의해 형성됨), 평면 렌즈, 및 일정한 마이크로 렌즈(예컨대, 마이크로 렌즈 어레이 또는 회절 격자), 및 미소 렌즈 구조(예컨대, 반사 방지 코팅을 포함함)가 생성될 수 있다. 렌즈 형상의 다른 예들이 생성될 수 있다. 렌즈의 광학적 특성을 변경시키기 위하여 두께, 경도 또는 프리스트레칭이 균일하지 않은 멤브레인 재료을 사용할 수도 있다.
[00351] 어셈블리(4700)는 초점 가변형 렌즈 및 비초점 가변형 렌즈, 필터, 및 기타 광학계(미러, 격자, 프리즘 및 조리개를 포함함)의 임의 조합을 통해 결합될 수도 있다. 어셈블리(4700)는 기타 소자들과 함께 사용될 수도 있다.
[00352] 도 47A 내지 도 47D의 시스템의 동작의 일예에 따르면, 압전 모터(4742, 4743, 4744, 및4753)에 구동 신호전압이 인가됨으로써 링(4714 및4715)이 이동(예컨대, 인가된 전기신호의 형태, 타이밍, 주파수 및/또는 기타 특성에 따라 상방향 또는 하방향으로 이동함)한다. 전기제어신호의 형태 및 기타 특성은 임의 개수의 장치 또는 방법에 의해 제어되어 모터로 제공될 수도 있다. 예컨대, 사용자는 스위치, 버튼이나 기타 제어장치 또는 전압제어 인터페이스를 수동으로 눌러 조잘할 수도 있다. 또 다른 예에서는, 프로그램 또는 알고리즘(예컨대, 자동초점 또는 줌 프로그램 또는 알고리즘)에 의해 전압이 제어될 수도 있다.
[00353] 도 53A 내지 도 53D를 참조하면, 스틱 슬립 모터(stick-slip motor)에 인가된 신호 파형은 톱니 파형일 수도 있다. 도 53A에 도시된 바와 같이, 연결 부재(5302)는 (지점(5306)에서 모터에 인가되는 것 처럼) 파형의 완곡 상승 구간 중 모터 레그(motor leg)(5340)에 의해 밀릴 수도 있고 파형의 하강시에는 부착상태(stick)에 있게 된다. 지점(5308)에서는, 부착 현상(sticking)이 여전히 발생하지만(도 53B 참조), 지점(5310)에서는 미끄럼 현상(slipping)이 발생한다만(도 53D참조). 지점(5312)에서는 부착 현상이 발생한다(도 53D 참조). 인가된 파형은 고주파 파형(예컨대, 320 kHz)일 수도 있고, 압전 모터의 서로 다른 공진 주파수 모드들이 구동되어 바람직한 방향으로의 이동을 달성한다.
[00354] 도 48A 내지 도 48C를 참조하면, 렌즈 어셈블리(4800)의 또 다른 실시예가 설명된다. 렌즈 어셈블리(4800)은 하우징(4802), 상부 및 하부 렌즈 셰이퍼(4822 및 4823), 상부 및 하부 용기(4803 및 4804), 압전 모터(4842) 및 볼(4808)과 고정구(4807)를 갖는 베어링, 상부 멤브레인(4805) 및 하부 멤브레인 (4806)을 구비한다. 상부 충전재 용적 공간(4817)은 상부 용기(4803)(예컨대, 유리판)과 제 1 멤브레인(4805) 사이에 형성된다. 하부 충전재 용적 공간(4818)은 하부 액체 용기(4804)와 제 2 멤브레인(4806) 사이에 형성되고 충전재료로 채워진다. 중앙 개구부(4830)는 어셈블리(4800)을 통해 축방향으로 (z-축 방향으로) 연장된다. 광선들들(4850)은 렌즈 구조체의 중앙 개구부(4830)을 축방향으로 통과하는 영상을 나타낸다. 센서(4852)(예컨대, 전하 결합 소자 (CCD))는 렌즈 구조체의 부품들에 의해 일단 구동되고 나면 광선(4850)에 의해 전달되는 영상을 수신하고 감지한다.
[00355] 본 실시예에서는, 세 개의 압전 모터가 사용된다. 보다 구체적으로, 상부 렌즈 셰이퍼는 제 1 압전 모터(4842)에 의해 이동된다. 하부 렌즈 셰이퍼는 제 2 압전 모터(도시 생략됨) 및 제 3 압전 모터(4844)에 의해 이동되고 볼 베어링(4808)에 의해 안내된다. 제 2 및 제 3 압전 모터(4844)는 제 1 압전 모터(4842)와 개별적으로 (그리고 별도로 제어됨으로써, 렌즈 셰이퍼를 축방향으로는 이동시킬 수 없고 다만 렌즈 셰이퍼를 틸팅할 수 있을 뿐이다. 이 기술은 영상 안정화를 달성하고 조립 허용오차를 보상하는데 사용된다.
[00356] 멤브레인의 내부 섹션 및 외부 섹션은 한 종류의 멤브레인 재질로 만들어 질 수도 있다. 그러나, 다른 실시예에서는, 멤브레인의 외부 섹션 및 내부 섹션이 서로 다른 멤브레인 재질로 구성된다. 멤브레인(4805 및 4806), 리저버 (4812 및 4813), 및 상부 및 하부 용기(4803 및 4804)는 전체 시스템에 다양한 반사, 굴절, 회절, 흡수 및/또는 컬러 필터링 기능을 제공할 수 있다. 기타 다른 기능들이 멤브레인/리저버에 의해 제공될 수도 있다.
[00357] 렌즈의 형상은 다향한 유형의 렌즈를 제조하기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 비구면형 렌즈(예컨대, 볼록렌즈, 오목렌즈), 원통형 렌즈(예컨대, 원형 하우징 대신에 사각형 하우징으로 형성됨), 평면 렌즈, 마이크로렌즈(예컨대, 마이크로렌즈 어레이 또는 회절격자), 렌즈의 광학 활성 영역과 일체이거나 이에 부착될 수 있는 나노 렌즈 구조체(예컨대, 반사방지 코팅을 포함)을 갖는 렌즈 등을 사용할 수 있다. 기타 다른 형태의 렌즈 구조체도 사용가능하다. 렌즈의 광학적 특성을 변화시시키기 위해 두께 또는 경도가 균일하지 않은 멤브레인 재료를 사용할 수도 있다.
[00358] 어셈블리(4800)는 초점 가변형 렌즈를 임의로 조합하여 적층 구성할 수 있다. 가령, 예를 들면, 다른 방식의 초점 가변형 렌즈와 초점 비가변형 렌즈, 필터, 및 기타 광학계(미러, 격자, 프리즘, 영상 안정화기 및 조리개 포함)의 임의 조합을 통해 구성할 수 있다. 렌즈 어셈블리(4800)는 또한 다른 구성요소들과 함께 사용하거나 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
[00359] 도 48A 내지 도 48C의 시스템의 동작의 일 실시예에 따르면, 전기신호가 압전 모터들 중 하나 또는 전체에 인가될 수 있다. 인가된 전기신호는 임의 개수의 장치 또는 방법에 의해 제어될 수도 있다. 예컨대, 전압은 압전 모터에 공급되는 전압을 자동으로 조절하는 프로그램 또는 알고리즘(예컨대, 자동초점 프로그램)에 의해 제어될 수 있다. 압전 모터와 렌즈 셰이퍼간의 직접 상호작용으로 인해 렌즈 셰이퍼(4822 또는 4823)가 z-축 방향으로 축이동을 하게 된다. 렌즈 셰이퍼(4822 또는 4823)의 이동으로 충전재 용적 공간 내의 충전재료(예컨대, 광학 유체)가 변위되어 전체 렌즈 형상 및 렌즈의 광학적 특성이 변화하게 된다.
[00360] 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 설명된 멤브레인은 다양한 방법 및 제조 기술에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 나이프코팅, 커튼코팅, 캘린더링, 사출성형, 나노 임프린팅, 스퍼터링, 고온 엠보싱, 캐스팅, 스핀 코팅, 분사, 및/또는 화학적 자기조립법을 이용하여 제작될 수 있다. 다른 방식도 가능하다.
[00361] 멤브레인은 다양한 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 겔(예컨대, 광학겔 OG-1001 by Litway); 폴리머(예컨대, PDMS Sylgard 186 by Dow Corning, or Neukasil RTV 25); 아크릴 재료(예컨대, VHB 4910 by the 3M Company); 폴리우레탄; 및/또는 엘라스토머)로 구성될 수 있다. 많은 실시예에서, 멤브레인은 공기(액체 또는 겔이 아님) 투과성 재료로 구성된다. 다른 구성예도 가능하다.
[00362] 또한, 멤브레인은 프리스트레칭 처리된다. 이 기술은 향상된 광학품질을 제공하고 멤브레인의 이동이나 변형에 대해 보다 신속하게 반응할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 탄성 인장상태 하에서 프리스트레칭 방식으로 장착될 수도있다. 멤브레인은 멤브레인의 내측 영역의 탄성 인장력이 그 외측 영역의 인장력보다 작아지도록 여러 단계로 스트레칭될 수도 있다. 다른 실시예에서는, 프리스트레칭 기술이 사용되지 않는다.
[00363] 이제, 도 49를 참조하면, 렌즈 어셈블리(4900)의 또 다른 실시예가 설명된다. 하우징(4901)은 용기(4903)를 밀폐시키고, 하우징(4901)의 일부는 렌즈 셰이퍼(4922)의 기능을 수행하기도 한다. 압전 모터(4942)는 용기(4903)에 결합된다. 멤브레인(4905)은 멤브레인(4905)과 용기(4903) 사이의 충전재 용적공간(4917) 내의 충전재료(4912)를 유지시켜 준다. 충전재 용적공간(4917)은 내부 섹션 또는 렌즈부(4931) 및 외부 섹션 또는 리저버부(4921)를 구비한다. 볼 베어링(4907)은 하우징(4901)과 용기(4903) 사이에 마찰력을 감소시키고 그 사이의 틸팅동작을 방지하는데 사용된다. 전술한 구성요소들의 상세한 구성 및 배치에 대해 설명하였고 이하에서 반복 설명하지 않을 것이다.
[00364] 압전 모터(4942)는 용기(4903)에 결합된다. 이 결합은 아교 또는 기타 적절한 체결기구 또는 체결 방법에 의해 이루어 질 수도 있다. 하우징(4901)은 일체화된 렌즈 셰이퍼(4922)를 가지며 하우징(4901)은 압전 모터(4942)와 하우징 사이의 압전 모터에 의해 (예컨대, 부착 미끄럼 운동(stick-slip motion)으로) 이동된다. 하우징(4901)의 이동으로 인해 충전재 용적공간(4917) 내부의 충전재료(4912)가 이동하게 되고, 멤브레인(4905이 변형된다. 그 결과, 내부 섹션의 광학적 특성이 변화하게 된다.
[00365] 도 50A 및 도 50B를 참조하면, 렌즈 어셈블리(5000)이 설명된다. 어셈블리(5000)는 렌즈 셰이퍼(5022), 용기(5003), 멤브레인(5005), 충전재료(5012), 충전재 용적공간(5017) (멤브레인(5005)과 용기(5003( 사이에 형성됨), 링(5014), 및 압전 모터(5042)를 밀폐시키는 하우징(5001, 5002)을 구비한다. 이들 구성요소의 구성 및 배치에 대해 이전에 이미 설명되었고 이하에서는 다시 설명하지 않는다. 본 실시예에 따르면, 압전 모터(5024) 및 핀(5016)은 스크류-구동 모터 역할을 한다. 압전 모터(5042)는 핀(5016)에 의해 결합되고 링(5014)에 형성된 홀속에 결합된다. 핀(5016)의 회전으로 인해 결합영역에서 화살표(5024)로 표시된 방향으로 링(5014)이 밀리고 당겨진다. 링(5014)은 신축성 힌지(5028)에 결합되거나 이 힌지와 결합되어 힌지를 따라 링의 만곡을 허용하게 된다.
[00366] 본 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 일부 다른 실시예와 비교할 때, 볼 베어링의 사용이 제거됨으로써 부품수가 줄어든다. 멤브레인(5005)은 압전 모터(5042)를 이용하여 일측에서 링(5014)를 이동(화살표(5024)로 표시된 상향이동 및 하향이동)시킴으로써 변형된다. 대향측에서, 링(5014)은 하우징(5002)에 부착된다. 전술한 바와 같이, 링은 만곡이 허용되는 신축성 힌지(5028)를 구비한다. 링이 압전 모터에 의해 이동되면, 이 링은 (z-축에 대해) 틸팅되고 멤브레인(5005)의 외부 섹션을 밀고 당기으로써, 충전재 용적공간(5017)의 외부 섹션이 변형되고 충전재 용적공간(5017)의 외부 섹션 또는 렌즈부(5031)의 형상이 변화하게 된다. 이러한 이동은 화살표(5049 및 5024)의 방향을 따라 달성될 수도 있다.
[00367] 렌즈부 셰이퍼(5022)가 변형가능한 렌즈(5031)을 한정하기 때문에
링(5014)의 틸팅 동작은 렌즈부(5031)의 광학 품질에 영향을 주지 않는다. 힌지(5028)를 이용하는 대신, 도 50A 및 도 50B의 광학 장치는 틸팅 링의 고정측이 도 50C 및 도 50D에 도시된 지점을 중심으로 회동하도록 한다. 도 50C 및 도 50D를 특별히 참조하면, 링(5014)은 지점(505)에 고정될 수도 있고, 핀(5014)이 화살표(5024)로 표시된 방향으로 상하 이동함에 따라, 링은 화살표(5049)로 표시된 방향으로 회동한다.
[00368] 압전 모터(5042)는 핀(5016)을 회전시키고 이 핀은 링(5014)의 홀속에 결합된다. 압전 모터(5042)에서 스틱 슬립(stick-slip) 또는 다중 모드 진동(multi-modal vibration)에 의한 핀(5016)의 회전으로 인해 링(5014)은 화살표(5024)로 표시된 바와 같이, 상하 방향으로 밀리고 당겨진다. 이와는 달리, 핀 (5016)과 압전 모터(5042)는 단일 구성요소일 수도 있고 링(5014)에 직접 연결될 수도 있다. 도 50A 내지 도 50D의 실시예가 줌 렌즈 보다 가변성(tuning)이 덜 요구되는 초점 렌즈에 특히 유리하는 다는 것을 이해할 것이다.
[00369] 도 51A 및 도 51B를 참조하면, 렌즈 어셈블리(5100)의 또 다른 실시예가 설명된다. 엔즈 어셈블리(5100)는 렌즈 셰이퍼(5122), 용기(5103), 멤브레인(5105), 충전재료(5112), 충전재 용적공간(5117) (멤브레인(5105)과 용기(5103) 사이이에 형성됨), 볼 베어링(5107) 및 압전 모터(5142)를 밀폐시키는 하우징(5101, 5102)을 구비한다. 이들 구성요소는 (예컨대, 도 45 및 도 46에 대해) 이전에 설명되었고 이하에서는 다시 설명하지 않는다.
[00370] 본 실시예에 따르면, 압전 모터(5142)의 형상은 용기(5103)(예컨대, U자-형상임)을 파지 또는 클램핑하도록 구성된다. 보다 구체적으로는, 용기(5103)의 연장 부재(5125)는 압전 모터(5142)에 의해 클램핑된다. 압전 모터(5142)는 작동시 연장 부재(5125) (및 전체 용기(5103)를 상하 방향으로 이동시킨다(예컨대, according to 스틱 슬립 운동). 전술한 바와 같이, 이러한 연장 부재(5125)의 운동은 충전재 용적공간(5117)에 충격을 주어 멤브레인(5105)을 이동시키고 내부 섹션 또는 렌즈부(5131)의 형상을 변경시킨다. 그 결과, 렌즈부(5131)(렌즈 어셈블리 (5100)를 통과하는 광선(5150)에 광학적으로 작용하는 부분)의 광학적 특성이 변화한다.
[00371] 이제 도 52A를 참조하면, 비대칭 구성의 렌즈 모듈(5200)(즉, 카메라에 사용되는 바와 같은)이 설명된다. 제 1 커넥터 연결기구(5259)(및 스텝 요소(5262) 및 제 2 커넥터 연결기구(5261)는 패들(5258)을 압전모터(5242)에 연결한다. 연결기구(5259, 5261)는 패들(5258), 압전모터(5242), 또는 독립적인 부품들의 일부일 수 있다. 연결기구(5259, 5261)들은 압전모터(5242)로부터의 힘을 패들(5258)로 전달하는 작용을 수행한다. 멤브레인(5205) 또는 용기(5203)의 외측부(5255)와 접하지 않고 연결이 이루어지도록 스텝 요소(5262)는 패들(5258) 내부로 삽입되거나 또는 결합된다. 멤브레인(5255)은 패들(5258)과 상부 용기(5203) 사이에 배치된다. 용기(5203)는 용기 구조의 두 가지 예들에서 플라스틱 부품 또는 유리판일 수 있다. 하부 용기(5204)가 또한 어셈블리(5200) 내부에 배치된다. 하부 용기를 포함하는 제 2 멤브레인/패들 장치가 사용될 수 있으나 도 52A에 단순성을 위하여 도시되지 않았다. 보정렌즈통 하우징(5263)이 상기 설명한 요소들을 내장한다. 이러한 구조에서, 하우징(5263)은 상부 용기(5203)와 하부 용기(5204)의 일체형 부분으로 도시된다. 렌즈통 하우징(5263)은 또한 보정광학요소용의 고정구와 보정광학요소(도시 생략됨)들을 포함한다. 일 예에서, 구경부는 렌즈통의 일체형 부분으로 성형되나 이것이 필요하지는 않다.
[00372] 패들(5258)은 모터와 유체에 기계적으로 상호 연결 또는 결합된다. 일 예에서, 패들(5258)은 평탄하고 보강 리브들을 포함할 수 있다. 패들(5258)의 형상 및 크기는 충전재에 효율적으로 힘(예컨대, 푸시)을 전달하도록 최적화될 수 있다. 이러한 예에서, 패들은 레그(5264)들을 포함한다. 레그(5264)들에 의해 패들의 이동이 느릴 경우 패들-충전재의 상호작용이 저하될 수 있고 패들의 이동이 빠른 경우 패들-충전재의 상호작용이 향상될 수 있다.
[00373] 멤브레인(5205)은 렌즈 셰이퍼(도시 생략)에 의해 내부 섹션(5265)과 외부 섹션(5255)으로 구분된다. 렌즈 셰이퍼와 접촉하는 멤브레인의 내부 섹션(5265)의 가장자리는 렌즈의 외부 형상을 한정함으로써 멤브레인을 구속한다. 힌지(5228, 5229)들은 패들(5258)과 상부 용기(5203)에 결합된다. 이러한 예에서, 힌지들은 레그(5264)의 단부에서 분리점에 배치된다. 힌지(5228, 5229)는 아교, 멤브레인 재료와 같은 여러 상이한 재료들로 제조될 수 있으며, 용기(5203)의 포켓에 배치될 수 있다. 힌지(5228, 5229)는 레그(5264)로 제조될 수 있으며 레그(5264)를 신축적으로 구성하여 레그(5264)로 상향으로 연장할 수 있다. 힌지(5228, 5229)들은 용기(5203)의 일부일 수 있다.
[00374] 이제 도 52B를 참조하면, 도 52A의 장치는 렌즈를 외부로 밀어 곡률을 증가시키는 장치와 같이 도시된다. 보다 구체적으로는, 압전 모터는 패들(5258)에 기계적으로 연결된 연결기구(5259)를 밀고, 이는 용기(5203) 내부로 밀려져서 렌즈(5235)에 유체를 밀어서 형상을 변화시킨다. 충전재를 담고 있는 멤브레인(5205)은 번호(5280, 5281, 5282)로 표시한 점들에서 신장한다. 멤브레인(5205)은 부호(5283, 5284)로 표시한 점들에서 외부 가장자리들에 위치된다.
[00375] 멤브레인(5205)은 부호(5285, 5286)로 표시한 점들에서 유지되고 이들은 또한 렌즈 형상의 외부 가장자리를 규정하는 위치들이다. 도시된 바와 같이, 멤브레인(5205)은 패들(5208)과 용기(5203) 사이에 배치된다. 이러한 위치는 어셈블리(5200)의 구성을 용이하게 할 수 있으므로 제조과정 동안 효과적이다. 다른 예에서, 패들(5258)은 용기(5203) 위를 직접 민다.
[00376] 이제 도 5C를 참조하면, 도 52A와 52B의 장치는 렌즈를 내측으로 밀어서 형상이 볼록한 대신에 형상이 오목한 렌즈 형상을 형성하는 것을 도시한다. 멤브레인(5205)과 용기(5203) 사이에 형성된 리저버 내의 충전재의 양방향 이동이 채용될 수 있으나 필수적이지는 않음을 이해할 것이다. 예컨대, 리저버의 초기 충진 양에 따라 렌즈는 이동을 허용하기보다 곡률을 변화시킨다. 여기 이러한 예에서는 볼록 형상으로부터 오목 형상으로 변하는 것으로 도시된다.
[00377] 모터는 패들(5258)에 기계적으로 연결된 연결기구(5259)를 밀어 용기(5203)를 밀고 충전재(예컨대, 광학 유체)를 렌즈(5235)로 밀어 넣어 형상을 변화시킨다. 유체를 담고 있는 멤브레인(5205)은 참조부호(5280, 5281, 및 5282)를 신장시킨다. 멤브레인(5205)은 참조부호(5283, 5384)로 표시된 점들에서 외부 가장자리에 유지된다. 멤브레인(5205)은 참조부호(5285 및 5286)로 표시된 점들에 유지되고 이는 또한 렌즈 형상의 외부 가장자리를 규정하는 위치이다.
[00378] 이제 도 54A 내지 도 54D를 참조하면, 렌즈 셰이퍼들에 대해 유체 용기들을 축 방향으로 이동시키기 위한 기계적 연결기구의 다른 예가 설명된다. 여기 설명된 렌즈 조립체의 다른 일정 요소들이 명확성을 위하여 도 54A 내지 도 54D에서 생략된다. 이러한 예에서, 2차원으로 독립적으로 동시에 변형시킬 수 있는 전기적-기계적 작동 장치(5467)가 렌즈 조립체 하우징(명확성을 위해 도시 생략)의 일측 벽에 배치된다. 예컨대, 이 작동 장치는, 전압이 세트를 이루는 전극(5468)들에 걸쳐 인가되는 경우 수평 방향으로 그리고 전압이 제 2의 세트를 이루는 전극(5469)들에 인가되는 경우 수직 방향으로 변형하는 전기활성 폴리머(electroactive polymer)를 포함한다.
[00379] 작동 장치(5467)는 구동점(5470)에서 하부 링(5415)에 부착된다. 분절 부재(5472), 강성부재(rigid member)(5473), 및 피벗(5474)을 가지는 기계적인 연결기구(5471)는 구동점(5470)에서 액츄에이터(5467)의 수직 이동을 하부 링(5415)의 수직 이동과 결합하고 수평 작동을 상부 링(5414)의 수직 이동과 결합한다. 연결기구(5471)와 안내 브래킷(5475, 5476)의 분절(articulation)은 기계적인 시스템을 과도하게 속박하지 않고 모든 의도된 이동을 결속하도록 사용된다.
[00380] 분절 부재(articulated member)(5472)는 하부 링(5415)에 부착된 안내 브래킷(5476)을 통해 하부 링(5415)에 결합된다. 강성 부재(5473)는 유사하게 상부 링(5414)에 부착된 상부 안내 브래킷(5475)을 통해 상부 링(5414)에 연결된다.
[00381] 수직 방향으로의 이동의 경우, 하부 링(5415)은 수직 방향으로 이동된다. 분절 부재(5472)는 하부 안내 브래킷(5476)의 내에서 수평으로 자유 이동하여 이 이동을 강성부재(5473)에 연결한다. 수평 방향으로의 이동의 경우, 분절 부재(5472)는 하부 안내 브래킷(5476)을 통해 자유로이 미끄럼 이동하고 피벗(5474) 둘레로 강성부재(5473)를 회전시켜 상부 안내 브래킷(5475)에서 강성 부재(5473)의 수직 이동을 발생시킨다. 상부 안내 브래킷(5475)에 의해 강성부재(5473)는 자유 회전할 수 있다. 강성부재(5473)의 상부 안내 브래킷(5475)에서의 수직 이동은 상부 링(5414)에 결합된다.
[00382] 기계적인 연결기구(5471)의 동작이 도 54B 내지 도 5D에 설명된다. 도 54B의 작동 장치의 비작동 상태에서, 기계적인 연결기구는 링들을 휴지 위치에 유지한다. 도54c에 도시된 구동점(5470)에서의 수직 작동의 경우, 분절 부재(5472)는 강성부재(5473)와 최소로 결합하면서 하부링(5415)과 같이 이동한다. 도 54D의 구동점(5470)에서의 수평 작동의 경우, 분절 부재(5472)는 피벗(5474) 둘레에 회전하는 강성부재(5473)를 수평으로 밀어서 상부 안내 브래킷(5475)에서 수직 이동을 발생시킨다.
[00383] 당업자라면 본 실시예의 연결기구는 단지 대략 상부 및 하부 링(5414, 5415)들의 독립적인 이동을 가능하게 한다는 것을 이해할 것이다. 하부 링(5415)의 일정 운동은 상부 링(5414)의 운동과 결합할 것으로 보이며 역의 경우도 그러하다. 연결기구(5471)는 이러한 효과를 최소화하도록 의도된다. 대체적인 메카니즘들이 자유도 2의 작동 장치를 공통축으로 이동하는 두 개의 부재들에 독립적으로, 또는 대략 독립적으로 결합하도록 고려된다.
[00384] 도 55A는 가변 광학렌즈(5531)를 가진 렌즈 모듈(5500)의 일부를 도시한다. 모듈(5500)은 유체 시스템과 가변 광학렌즈(5531)에의 연결기구를 이용하는 전기-기계적인 작동 기구를 가진다. 도 55A에서 하우징들과 접속들은 전체적으로 도시되지 않으며; 액츄에이션 메카니즘과 이 설명을 분리하기 위하여 단지 연결점들만이 제공된다.
[00385] 하우징(도시 생략)과 패들(5558) 사이에 연결부(5587)가 제공된다. 패들(5558)은 다른 형상들이 고려되어도 실질적인 "U" 형상을 가질 수 있다. 레그(5564)들은 렌즈(5531) 둘레로 고정되도록 이격될 수 있다. 연결부(5587)는 예컨대, 패들(5558)의 수직 이동을 가능하게 할 수 있는 볼 베어링 구조 또는 기계적인 가이드의 형태일 수 있다. 다른 실시예에서, 연결부(5587)는 또한 힌지일 수 있다. 보다 구체적으로, 힌지는 패들을 제조시 사용되었던 같은 재료로 제조되는 활성 힌지일 수 있다. 다른 실시예에서, 힌지는 예컨대, 플라스틱의 부가적인 부분과 같은 다른 재료로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 이 재료는 탄성체, 접착제, 또는 힌지의 소정의 특성을 제공할 수 있는 다른 유사 재료일 수 있다. 연결부(5587) 또는 접합의 이러한 형태는 연결부(5587) 둘레의 패들(5558)의 일반적으로 회전 이동을 유도할 수 있다. 다른 실시예에서, 연결부(5587)는 패들(5507)의 레그(5564)들이 내부에 고정될 수 있는 포켓 또는 홈일 수 있다. 이러한 실시예는 접착제나 부가적인 연결 구조의 필요를 감소시키거나 제거할 수 있다. 예컨대, 감쇠 화합물이 첨가되는 것이 연결부(5587)일 것이다. 이는 일반적으로 회전 운동을 발생시키지만; 포켓이나 홈이 다른 이동 형태를 위해 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 연결부(5587)는 수월한 회전이 가능하도록 둥근 슬롯에 위치된 힌지나 둥근 부분일 수 있을 것이다.
[00386] 충전재 용적공간(5517)은 패들(558)과 용기(5503) 사이에 형성될 수 있다. 충전재는 패들(5558)의 이동 결과 렌즈(5531)를 향하거나 그로부터 멀어질 수 있다. 구동 연결기구(5559)는 변환기 또는 모터(전기적-기계적)(5542)에서 패들(5558)로의 이동을 연결하도록 제공될 수 있다. 연결기구(5559)는 예컨대, 샤프트, 나사산 형성 로드, 또는 다른 형태의 연결기구일 수 있다. 모터(5542)는, 예컨대, 소형 스테퍼 모터, 무정류자 모터, 압전 모터, 전기활성 폴리머 모터, 또는 소정 기능을 제공할 수 있는 다른 형태의 변환기일 수 있다. 도 55A에 도시된 실시예에서, 모터(5542)는 연결기구(5559)를 동작시키거나 민다. 일 실시예에서, 모터(5542)는 나사구동 회전 연결기구(5559)일 수 있으며, 연결기구(5559)는 패들(5558)의 나사산 형성부(5588)와 결합한 나사산 형성 로드일 수 있다. 다른 실시예에서, 패들(5558)의 이 영역은, 결합 영역(5588) 내에 고정하도록 구성되거나 둥글게 가공되는 연결기구(5559)가 패들(5558)을 밀거나 당기도록 포켓이나 홈을 가지거나 형성할 수 있다.
[00387] 패들(5558) 위의 결합 구조(5588)의 위치는 모터가 작동되는 경우 얻어지는 레버리지에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 연결부(5587)가 결합 구조(5588)에 근접하면 작은 변위에 걸쳐 큰 힘을 운반할 수 있는 모터(5542)가 적절하게 사용될 수 있으며, 연결(5588)로부터 결합 구조(5588)가 더 멀수록 큰 이동에 걸쳐 작은 힘을 운반할 수 있는 모터가 적절하게 사용될 수 있을 것이다. 패들(5558)의 형상은 구조의 기계적인 효율을 증가시키기 위하여 멤브레인(5505)에 걸쳐 힘을 밀거나 당기는 것을 분배하도록 구성될 수 있다.
[00388] 도 55B는 패들(5558)이 모터(5449)에 의해 작동되는 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 패들(5558)은 패들(5558)의 몸체에 의해 한정되는 평면에 실질적으로 평행하지 않게 연장하는 연장부(5589)를 갖는다. 이 연장부(5589)는 연결기구(5559)에 의해 밀고 당겨지는 결합 특징부를 가질 수도 있다. 모터(5542)에 연결되는 연결기구(5559)는 결합 특징부(5588)와 대응결합하도록 라운딩처리된 단부를 가질 수도 있다. 이러한 타입의 경계면을 제공함으로써, 변환기의 이동은 패들(5558)의 이동과 동일한 평면에서 수행되지 않는다. 이것은 레버리지를 변화시키고 잠재적 공간 최적화를 제공한다. 다른 연결기구 및/또는 경계면도 가능하고, 이는 단일 마찰 부착부를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 단일, 이중 또는 다중 모터를 이용한 단일, 이중, 또는 다중 렌즈 어셈블리의 조합을 예컨대, 포커싱 및/또는 줌잉에 사용되는 단일 렌즈 어셈블리(즉, 단일 가변렌즈)와 같은 소정의 응용분야에 필요한 것으로 고려하는 것도 이해해야 한다. 다른 실시예에서, 이들 기능을 수행하기 위해 두 개 이상의 어셈블리들을 조합하여 사용할 수도 있다.
[00389] 도 56A 및 도 56B를 참조하면, 렌즈 어셈블리의 또 다른 실시예가 설명된다. 이 렌즈 어셈블리는 제 1 섹션(5601), 광학 투명 섹션(5612), 광학 유체(5616), 멤브레인(5608), 기체 교환홀(5615)을 갖는 렌즈 셰이퍼(5602), 덮개 플레이트(5613) (예컨대, 유리로 구성됨), 하부 하우징(5606), 나사산(5632)으로 연결된 상부 하우징(5605) 및 허용오차 흡수링(5630)을 갖는 용기를 구비한다. 흡수링(5630)은 두께가 약 0.2mm이고 실리콘, 폴리우레탄 또는 아크릴 재료로 구성되는 링일 수도 있다. 링(5630)을 수축시키기 위해 다른 치수와 재료가 사용될 수도 있다. 도면의 다른 구성요소들은 전술한 것과 동일한 방식으로 위에서 이미 설명되었다.
[00390] 하부 하우징(5606)과 상부 하우징(5605) 간의 나사결합 기구 및 화살표(5632)로 표시된 방향으로 압축가능하고 (그리고 압축해제가능한) 연성 허용오차 흡수링(5630)을 이용하여 제 1 섹션(5601)과 렌즈 셰이퍼(5602) 사이의 간격을 조절함으로써, 유체(5616)의 충전재 용적과 용기 용적의 제조 허용오차가 보상될 수 있다. 이러한 간격 조절은 수동 또는 자동화 장치로 이루어지는 기계식 조절에 의해 발생한다. 기타 다른 조절방법이 사용될 수도 있다. 이들 방법에서, 유체 충전후 렌즈 시스템의 초기 초점 길이의 용이한 조절은 화살표(5632)로 표시된 방향을 따라 전술한 조절을 수행으로써 달성된다.
[00391] 도 57A 및 도 57B를 참조하면, 렌즈 어셈블리(5700)의 또 다른 실시예가 설명된다. 도 57A에 도시된 바와 같이, 렌즈 어셈블리(5700)는 영상 보정용으로 사용되는 다수개의 렌즈(5705, 5706 및 5707)를 포함하는 렌즈통 하우징(5704)로 구성된다. 이들 렌즈는 폴리카보네이트, 폴리스티렌 또는 기타 광학 투명 플라스틱 재료로 구성될 수 있다. 구성재료의 다른 예들이 사용될 수도 있다. 광학 투명 액체(5702) (또는 기타충전재료)가 변형가능한 멤브레인(5701) 및 광학 투명 용기(5703)에 의해 밀폐된다. 용기(5703) 및 하우징(5704)은 기계연동장치(mechanical interlocking) 또는 글루잉(gluing)을 통해 상호 연결된다. 하우징(5710)의 중앙부는 변형가능한 멤브레인(5701)과 접촉상태에 있고 멤브레인의 형상을 한정한다. 코일(5708)은 변형가능한 멤브레인(5701)에 연결된다. 참조부호(5711)로 표시된 자기장은 코일(5708)을 통해 흐르는 전류와 상호작용하여 화살표(5712)의 방향으로 코일 상에 축방향의 힘이 발생한다. 이 힘은 멤브레인(5701)의 변형시 이동함에 따라 변형가능한 멤브레인(5701)의 중앙 광학 활성부의 형상을 변화시켜 광선(5713)에 작용한다. 본 실시예에서는 매우 적은 수의 부품이 요구되어 비용면에서 매우 효과적인 자동초점 모듈을 가능하게 한다. 또한, 허용오차에 대해 민감하지 않다.
[00392] 도 57B는 자석(5709)이 움직이고 있고 코일(5708)이 렌즈통 하우징 (5704) 상에 고정되어 있다는 한 가지 차이점이 있을 뿐 유사한 실시예를 설명하고 있다. 도 57B에 도시된 모든 다른 구성요소들은 도 57A와 동일하고 유사한 기능을 수행한다.
[00393] 도 58A를 참조하면, 비대칭 액츄에이터가 설명된다. 이 구조체는 중심축(5826)을 에워싸고 있다. 이 구조체는 제 1 코일(5802), 제 2 코일(5804), 제 1 자석(5818), 제 2 자석(5820), 및 제 3 자석(5822)을 구비한다. 코일(5802 및 5804)의 와이어가 전류에 의해 여자되면, 코일(5802 및 5804)은 하부 복귀 자속 가이드 구조물(5806), 상부 복귀 자속 가이드 구조물(5808), 및 측면 복귀 자속 가이드 구조물(5810)에 의해 방향이 정해지는 자속과 화살표(5812)로 표시되는 방향으로 상호작용한다. 모든 자석의 극성화(polarization)를 역전시킴으로써 자속흐름은 균등하지만 역전될 것이다. 측면 복귀 자속 가이드 구조물(5810)은 부품 및/또는 제어 표유 자기장(control stray fields)에 의해 연관된 제조 허용오차의 흡수를 지원하기 위해 측면 복귀 오버행부(side return overhang portion)(5824)를 구비한다. 다소간의 오버행은 본 실시예의 동작의 기본원리를 변화시키기는 않을 것이다. 자석, 코일, 및 측면 복귀 구조물은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 구현될 수 있다.
[00394] 도 58A의 실시예에 따르면, 자속선의 중요한 부분이 전류 흐름 방향에 대해 거의 직각으로 코일(5802 및 5804)을 통해 흐른다. 환언하면, 적절한 각도관계로 표유 자기장을 포함하고 자기장을 집속하여 소정 공간을 위해 최적화된 양의 힘을 발생시키는 구조물이 생성된다. 자속은 화살표(5812)로 표시된 경로에 집중된다. 그 결과, 코일(5802 및 5804)은 이동될 충분한 힘을 받고/받거나 전술한 바와 같이 렌즈의 특성을 조절하는 기타 구성요소들을 이동시킨다.
[00395] 도 58B 및 도 58C를 참조하면, 또 다른 액츄에이터가 설명된다. 이 액츄에이터는 제 1 코일(5856), 제 1 자석(5852), 제 2 코일(5858) 및 제 2 자석(5854)을 구비한다. 액츄에이터는 용기(5864 및 5866)(본 명세서에서 설명됨)에 근접하게 그리고 주 광학 경로(도 58B의 5868 및 5880) 내의 외측 광선에 인접하게 배치된다. 코일(5856 및 5858)의 와이어에 인가될 때의 전류와 자석(5852 및 5854)은 화살표(5872, 5874, 및 5876)로 표시된 방향으로 흐르는 자속선과 상호작용한다. 이 자속선은 용기(5864 및 5866)를 포함할 수 있는 렌즈의 광학 구조물을 통과하여 흐르고 이 자속선의 일부는 주 광학 경로(5868) 내부로 가로질로 진행할 것이다. 도58B는 주 광학 경로(5872, 5874, 5876)를 보여주고 있고, 도 58C는 2차 자속경로를 보여준다. 자석, 코일 및 측면 복귀 구조물은 본 명세서에 설명된 바와 같이 구현될 수 있다.
[00396] 하부 자석(5854)의 제 1 부분(상부)는 상부 자석(5852)의 제 2 부분(하부)에 의해 생성된 자속들을 공유한다. 도시된 바와 같이, 자속선들은 자석들(5852 및 5854) 사이에서 재사용되고 보강되며 동일한 자기 회로의 일부가 된다. 하부 자석(5454)은 상부 자석(5852)에 대해 자기 저항이 덜한 경로를 제공하는데, 이는 하부 자석(5454) 없이 제공될 것이다. 그 결과, 충분한 힘을 생성하여 코일(5856 및 5858)을 이동시키고 (본 명세서에 설명된 바와 같이 멤브레인을 직접적으로 또는 간접적으로 이동시키고), 동시에 렌즈 어셈블리내의 광학 장치의 배치이후에 남아있는 극도로 제한되고 불연속적인 공간속에 삽입될 정도로 작은 효율적인 액츄에이터 구조물이 제공된다.
[00397] 도 58A 및 도 58B (및 본 명세서)에 도시된 액츄에이터가 렌즈 어셈블리의 일부로서 도시되었지만, 이 액츄에이터는 다른 형태의 장치 및 다양한 응용분야에 대해 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 액츄에이터는 (예컨대, 트위터 및 우퍼 스피커를 움직이도록) 스피커와 조합하여 사용될 수도 있다. 기타 다른 예들도 사용가능하다. 사실상, 본 명세서에 설명된 액츄에이터는 임의 형태의 시스템 또는 응용제품의 적절한 부품에 힘을 공급하는데 사용될 수 있다.
[00398] 도 58D는 렌즈 어셈블리의 광학부의 예를 도시하고 있다. 이러한 예로는 멤브레인(5892), 광학 충전재료(5893), 용기(5891) 및 용기(5894)에 내장된 보정 렌즈(5894)을 포함하는 상부 가변 광학 어셈블리(5890)을 들 수 있다. 이 어셈블리(5890)는 센서(5899)로부터 가장 멀리 이격된 광학 부품이다. 이러한 방법은 센서(5899)에서부터 덮개(5898)(예컨대, 덮개 유리)까지의 높이를 최소화하면서 성능을 극대화시킬 어셈블리의 구현을 가능하게 한다. 또 다른 실시예에서, 렌즈 어셈블리는 용기(5891)에 내장된 광학요소(5894)를 갖는다. 본 실시예에 따르면,제 2 렌즈는 매우 콤팩트한 광학 설계가 가능한 푸시-풀(볼록-오목) 렌즈이다.
[00399] 도 58A 및 도 58D의 실시예에서, 자기 구조물들은 함께 결합됨은 물론, 시스템의 하나 이상의 광학요소들(예컨대, 렌즈, 용기, 또는 멤브레인)을 통해 결합된다. 모터 구조물에는 매우 작은 공극들이 형성되어 있다. 측면 복귀 구조물은 하우징에 자기 부착(self-attaching)됨으로써, 접착제(예컨대, 아교)없이 용이한 어셈블리를 제공한다. 또한, 이들 방법은 자기 구조물의 느슨한 위치선정으로 코일에 의해 발생되는 자기력이 최소로 감소될 것이기 때문에 어셈블리 관점에서 볼 때 허용되는 결함이 있다. 또한, 자석들은 잘 한정되어 있고, 포스트들(posts)은 자석의 위치를 한정한다.
[00400] 도 59A 및 도 59B를 참조하면, 렌즈 어셈블리(5900)의 일 예가 설명된다. 이 렌즈 어셈블리는 상부 하우징(5905), 상부 용기(5904), 상부 자기 복귀 구조물(5926), 구경부(5921), 덮개 플레이트(5901), 충전재료(5903), 멤브레인(5902), 보정 렌즈(5925), 자석(5914), 상부 보빈(5912), 상부 코일(5913), 복귀 구조물(5915), 연성 회로 전선관(5920), 충전재료(5906), 자석(5919), 하부 보빈(5916), 하부 코일(5917), 자속 복귀 구조물(5918), 센서 덮개(5911)(예컨대, 유리판), 멤브레인(5908), 하부 하우징(5910), 메니스커스 렌즈(5909), 및 하부 용기(5907)를 구비한다.
[00401] 이들 부품들의 구성, 동작 및 상호작용은 본 명세서에서 설명되었으므로 이하에서는 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 동작 및 작동의일 예는 도 58B를 참조하여 설명되었음을 이해할 것이다.
[00402] 도 59B에 도시된 바와 같이, 연성 회로 전선관(5920)은 커넥터(5922)에 결합된다. 연성 전기 커넥터(5921)(예컨대, 와이어)는 커넥터(5921)로부터 연장되고 보빈(5916) 주위로 권취되어 코일(5917)을 형성한다. 따라서, 코일(보빈을 에워싸고 있음) 주위에서 커넥터(5922) 및 도체(5921)를 통해 외부 전원(도시 생략)에서 연성 회로 전선관(5920)으로 전류가 흐르고, 연성 회로 전선관(5920)를 통해 백아웃된다. 코일(5913)을 위한 와이어 연결은 연성 회로 전선관및 포스트(5923)을 통해 전선관으로 하향 안내되는 커넥터(5924)를 통해 이루어진다.
[00403] 도체(5921)는 이동이 없고 이동하면서 약간의 힘만을 흡수한다. 도체(5921)는 보호 채널을 통과하여 외부전원 또는 연결부로 안내되기 때문에 상부 코일에 대해 공간 절약 능력 및 안정성이 제공되도록 배치된다.
[00404] 하부 코일(5917) 상의 하부 도체는 자석(5919) 아래에서 활주하고 멤브레인(5908)으로부터 실질적인 간격을 유지하게 된다. 하부하우징의 간극으로 인해 도체들은 외부전원으로 용이하게 안내될 수 있다.
[00405] 도시된 바와 같이, 상부 보빈(5912)은 상부 코일(5913)을 유지하기 위해 4 개의 핑거부를 구비한다. 이러한 구성방법은 충격 흡수 능력 및 공간 절약 능력을 제공하는데, 이 공간 절약 능력은 상부 보빈이 구성되지 않는 경우보다 더 소형인 어셈블리의 구성을 가능하게 해준다. 이러한 보빈 구성은 광학장치가 상부 덮개(5901)에 보다 근접하게 배치될 수 있도록 해준다. 일반적으로 말해, 제 1 가변형 렌즈가 광학 경로에서 더 앞서 (즉, 상부에 더 근접하게) 배치될 수록, 모듈은 더 짧게 구성되는데, 그 이유는 광이 가장 앞선 위치에서 재형성될 수 있기 때문이다.
[00406] 코일(5913)은 멤브레인 및 충전재료로부터 실제 간격만큼 이격되지만 열 전도성 외부금속에 근접하게 배치되기 때문에 온도 향상이 제공된다. 보빈(5912)의 정사각형의 형상은 자기장내에 있는 와이어의 길이를 최대화시킨다. 정방형 보빈의 모서리는 대체로 자속면에서 효율적이지 못하기 때문에 이 방법은 효율성을 향상시키기 위해 포스트를 제공한다. 정방형 보빈(5912)을 갖는 포스트 구성은 자석(5914)과 자속 가이드 구조물(5915) 사이의 공간을 최소화해준다. 또한, 와이어는 접착되거나 다른 접착제로 부착될 필요가 없기 때문에 비용을 줄여준다. 보빈(5912)의 거미형상 핑거는 멤브레인 푸싱 링과 코일 유지 구조 사이에 가장 짧은 간격을 제공한다.
[00407] 하부 보빈(5916)은 멤브레인(5908)에 기계적으로 상호연결된다. 보빈(5916)은 넓은 이동 범위를 가지며 일부 원인으로서 긴 자석(5919)과 비교적 직선의 자기장이 생성되기 때문에 거의 동일한 힘을 갖는다.
[00408] 상부 하우징(5905)은 원통(barrel)으로 설계되고 메니스커스 렌즈(5909)를 제외한 모든 렌즈들을 포함한다. 상부 하우징(5905)은 렌즈 셰이퍼 기능을 추가로 제공한다. 하우징의 일측은 대부분의 광학부품(예컨대, 평행 레퍼런싱을 제공함)을 레퍼런싱(referencing)함으로써, 단일 핀-성형(single pin-mold)이 가능하고 그에 따라 향상된 동심도(concentricity) 및 허용오차를 제공하게 된다. 상부 하우징(5905)은 코일(5913)을 기계적 충격(즉, 코일(5913)이 기계적으로 구속됨)으로부터 보호한다. 또한, 상부 하우징은 광학부(optical section)에서 모터부(motor section)로의 공기흐름을 가능하게 하고 완전한 기압 완화 기능(integral barometric relief function)을 제공하는 홀들을 가진다. 하부 가변형 렌즈는 도 41A 및 41B에 도시된 바와 같이 렌즈 셰이퍼 및 리테이너 기구/지지 부재를 이용한 푸시-풀 렌즈(push-pull lens)(본 명세서에 설명됨)이다. 렌즈의 가변 반경은 렌즈의 형상을 변화시키지 않고, 기계 클램핑 구조물이 이러한 기능을 제공할 수도 있다. 렌즈의 변형시, 렌즈의 형상은 물론, 그 축방향 위치 및 반경도 변하지 않는다.
[00409] 메니스커스 렌즈(5909)는 영상 센서에 직접 연결되는 하우징(5910)에 고정 배치되어 비용의 효율성 및 허용오차의 낮은 민감도을 제공하게 된다. 보정 렌즈(5925) (소정 재료로 구성된 보정 광학요소일 수도 있음)는 용기(5904)에 배치된다. 이와 관련하여, 보정 렌즈(5925)는 본 명세서에서 설명된 바 있는 충전재로 채워진 렌즈(filler-filled lens)와 일체화 형성된다.
[00410] 그렇게 조립된 어셈블리(5900)는 덮개(5901)통해 입사되는 광선의 집속을 위한 제 1 가변형 렌즈(구성요소 5903, 5902, 5904, 5912, 및 5913 포함함)를 구비한다. 제 2 가변형 렌즈(구성요소 5906, 5908, 5907, 5916, 및 5917 포함함) 역시 줌잉을 위해 제공된다. 결과적으로, 두 가지 기능을 위해 최적화될 수 있는 두 개의 상이한 가변형 시스템(tunable systems)이 제공된다. 보정 렌즈(5925)는 구면 수차(spherical aberrations)와 같은 광학적 오차를 보정한다. 메니스커스 렌즈(5909)는 중요한 광선 각도 요건을 달성하는데 기여한다. 많은 실시예에서, 전술한 광학부품들은 원형이거나 대체로 원형인 형상을 갖는다. 그러나, 필요에 따라 기타 다른 형상들도 사용가능하다.
[00411] 본 실시예에서, 멤브레인의 변형을 초래하는 충전재료의 양은 일정하다 (그러나, 특수 렌즈 내에서의 그 상대적인 변위는 변화함). 자석(5914 및 5919)은 코일(5913 및 5917)에 직각인 자기장을 제공하면서 자극화될 수도 있고, 코일(5913 및 5917)과 자석(5914 및 5919)은 서로에 대해 변위된다,
[00412] 도 60을 참조하면, 렌즈 어셈블리(6000)의 또 다른 예가 설명된다. 렌즈 어셈블리(600)는 도 59A 및 59B에 설명된 렌즈 어셈블리와 유사하고 유사한 도면참조 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 60의 액츄에이터의 작동은 도 58A의 액츄에이터에 대해 전술한 방식으로 동작한다. 보다 구체적으로, 렌즈 어셈블리(6000)는 상부 하우징(6005), 상부 자속 가이드 구조물(6019), 덮개(6001) (예컨대, 유리로 구성됨), 충전재료(6003), 멤브레인(6002), 상부 용기(6004), 외측 쉴드 또는 하우징(6030), 푸셔(6012), 코일(6013), 자석(6020), 하부 코일(6017), 하부 자석(6021), 외부 복귀 구조물(6015), 하부 보빈(6016), 메니스커스 렌즈(6009), 하부 용기(6007), 보정 렌즈(6025), 충전재료(6006), 멤브레인(6008), 렌즈 셰이퍼(6022), 하부 복귀 구조물(6018), 및 자석(6014)을 구비한다.
[00413] 도 60의 예에서, 광학 렌즈간의 상호연결은 렌즈통 설계로 인해 최소화되는데, 이것은 대다수의 광학요소들이 하우징(6005)의 일측에 레퍼런싱되어 어셈블리 및 부품의 허용오차가 최소화된다는 다는 것을 의미한다. 하부 보빈(6016)은 두 개의 섹션으로 분리되어, 렌즈 적층 이후에 코일(6017)이 추가될 수 있다.
[00414] 도 61을 참조하면, 렌즈 어레이(6100)의 일 예가 설명된다. 렌즈 어레이(6100)는 투명 광학 플레이트(6101), 용기(6102), 하우징(6108), 광원 (예컨대, 발광 다이오드 (LEDs))(6107), 렌즈 영역(6106), 및 영역(6105) 내에서 변위된 충전재료를 구비하는)충전재료(6104)을 구비한다. 동작에 있어서, 용기(6102)는 광학 플레이트(6101)를 통해 위에서 푸싱동작에 의해 충전재료를 변위시킨다. 이렇게 함으로써, 압력이 생성되어 충전재료(6104)가 영역(6105)로/로부터 선택적으로 이동된다. 이와 관련하여, 영역들(6105) (및 여기서 한정된 렌즈)은 동일하거나 상이하다. 결론적으로, 광원(6107)로부터 투과된 광은 마치 충전재료(6104) 및 플레이트(6101)를 통과하면서 변화하는 하나 이상의 특성을 가질 수 있다. 영향을 받은 특성으로는 광 분포, 휘도 및 색상을 들 수 있다. 기타 다른 예들도 가능하다. 렌즈 어셈블리(6100)는 빌딩, 옥외 및 차량 내부와 같은 임의의 환경이나 배경에서 광을 제공하도록 사용될 수도 있다. 광원(6107)은 LEDs와 같은 발광 소자일 수도 있다. 충전재료(6104)는 액체, 겔, 폴리머, 기체 또는 본 명세서에서 전술한 기타 변형가능한 충전재일 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 기타 작동방법(예컨대, 6101의 압전 소자 또는 기계적 푸싱동작을 이용함)이 용기(6102) 대신 사용될 수도 있다. 충전재료는 멤브레인 및 액체 물질중 한 가지로 이루어질 수 있다.
[00415] 도 62A 및 도 62B를 참조하면, 렌즈 어셈블리(6200)의 또 다른 예가 설명된다. 렌즈 어셈블리(6200)는 광원(201)(예컨대, LED), 제 1 광학 매체(6202) (e.g. 기체, 액체 폴리머, 또는 유리), 강성 광학요소(6203) (예컨대, 렌즈, 확산기, 필터, 또는 격자), 제 2 광학 매체(6208) (예컨대, 기체, 액체 폴리머, 또는r 유리), 반사기(6204) (예컨대, 프리폼 미러), 변형가능한 충전재료(6205) (예컨대, 액체, 겔, 또는 폴리머), 및 강성 보정 광학요소(6206) (예컨대, a 렌즈, 확산기, 필터, 또는 격자)를 구비한다. 보정 광학요소(6206)가 축방향(6209)으로 기계적 또는 전기적으로 변위되면, 충전재료(6205)는 변형되어, 6210에서 경계면이 변형됨에 따라 광선(6207)의 방향이 변경된다.
[00416] 제 2 광학 매체(6208)와 충전재료(6205)를 분리시키는 경계면(6210)은 제 2 광학 매체(6208) 또는 변형가능한 충전재료(6205)와 동일하거나 상이한 재료로 구성된 변형가능한 멤브레인일 수도 있다. 렌즈 어셈블리(6200)는 조명 시스템과 같은 광빔 조정 응용장치에 사용될 수 있다. 렌즈 어셈블리(6200)는 독립형 유닛, 어레이의 부품 또는 대형 광학계의 부품일 수 있다.
[00417] 도 63A 및 도 63B를 참조하면, 렌즈 어셈블리의 또 다른 예가 설명된다. 어셈블리(6300)는 광원(6301)(예컨대, LED), 반사기(6202)(예컨대, 프리폼 미러), 변형가능한 충전재료(6203)(예컨대, 액체, 겔, 또는 폴리머), 및 렌즈 셰이퍼(6304)를 구비한다. 렌즈 셰이퍼(6304)가 축방향(6306)으로 기계적 또는 전기적으로 변위되면, 충전재료(6303)는 변형되어, 6307에서 경계면이 변형됨에 따라 광선(6305)의 방향이 변경된다.
[00418] 경계면(6307)은 변형가능한 충전재료(6303)와 광학 매체(6308)를 분리시키고, 광학 매체(6308) 또는 변형가능한 충전재료(6303)와 동일하거나 상이한 재료로 이루어진 변형가능한 멤브레인일 수 있다. 어셈블리(6300)는 조명 시스템과 같은 광빔 조정 응용장치에 사용될 수 있다. 렌즈 어셈블리(6300)는 독립형 유닛, 어레이의 부품 또는 대형 광학계의 부품일 수 있다.
[00419] 도 64A 및 도 64B를 참조하면, 렌즈 어셈블리의 또 다른 예가 설명된다. 어셈블리(6400)는 광원(6401)(예컨대, LED), 반사기(6402)(예컨대, 프리폼 미러), 제 1 광학 매체(6406)(예컨대, 기체, 액체 폴리머, 또는 유리), 변형가능한 충전재료(6403) (예컨대, 액체, 겔, 또는 폴리머), 및 렌즈 셰이퍼(6404)를 구비한다. 렌즈 셰이퍼(6404)가 축방향(6407)으로 기계적 또는 전기적으로 변위되면, 충전재료(6403)는 변형되어, 경계면(6408 및 6409)이 변형됨에 따라 광선(6405)의 방향이 변경된다.
[00420] 변형가능한 충전재료(6403)와 광학 매체(6406 및 6410)을 분리시키는 경계면(6408 및 6409)은 광학 매체(6406 및 6410) 또는 변형가능한 충전재료(6403)와 동일하거나 상이한 재료로 이루어진 변형가능한 멤브레인일 수 있다. 어셈블리(6400)는 조명 시스템과 같은 광빔 조정 응용장치에 사용될 수 있다. 렌즈 어셈블리(6400)는 독립형 유닛, 어레이의 부품 또는 대형 광학계의 부품일 수 있다.
[00421] 도 65A를 참조하면, 본 명세서에서 설명된 실시예들과 사용될 수 있는 렌즈 셰이퍼(6500)의 일 예가 설명된다. 렌즈 셰이퍼(6500)는 제 1 형상을 갖는 제 1 주변부(6501)를 가지는 제 1 면(6521)으로부터 제 2 형상을 갖는 제 3 주변부(6502)를 가지는 제 1 면(6522)까지 연장되는 제 1 표면(6511)을 구비한다. 제 1 형상 및 제 2 형상은 서로 상이하다. 멤브레인의 형상은 렌즈 셰이퍼에 의해 한정된다. 렌즈가 볼록 상태에서 오목 상태로 변경되면, 렌즈 셰이퍼의 서로 다른 주변부가 멤브레인의 형상은 물론 변형가능한 렌즈의 형상도 한정한다. 렌즈 셰이퍼(6500)는 멤브레인/변형가능한 렌즈의 형상을 주변부(6501)에 의해 한정되는 대형 타원형 렌즈로부터 주변부(6502)에 의해 한정되는 소형 타원형 렌즈로 변형시킨다. 도 65B를 참조하면, 본 명세서에서 설명된 예들과 사용하기 위한 렌즈 셰이퍼(6510)의 또 다른 예가 설명된다. 본 실시예에 따르면, 렌즈 셰이퍼(6510)는 장방형의 제 1 주변부(6511) 및 원형의 제 2 주변부(6512)를 구비한다. 멤브레인의 변형에 따라 멤브레인의 형상은 렌즈 셰이퍼의 서로 다른 부분들에 의해 한정됨으로써 변형가능한 렌즈의 형상이 실제로 장방형 렌즈에서 원형 렌즈로 변화하게 된다.
[00422] 본 발명의 개시 내용은 그 다양한 수정 및 대체 실시예가 가능하지만, 도면의 예시를 통해 특정 실시예들이 도시되며 이들 실시예는 본 명세서에서 상세히 설명되었다. 그러나, 이러한 개시 내용은 본 발명을 특정 형태로 한정하고자 의도된 것이 아니고, 모든 변경물, 대체물 및 균등물을 포함하도록 의도된 것임을 이해할 것이다.
[00423] 본 발명을 실시하기 위해 본 발명자에게 알려진 최상의 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예들이 본 명세서에서 설명된다. 예시된 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 되는 다는 것을 이해해야 한다.

Claims (26)

  1. 광학 활성 영역을 포함하는 제 1 멤브레인;
    제 2 멤브레인; 및
    적어도 하나의 전자기적으로 변위가능한 소자를 포함하는 광학 장치로서,
    상기 제 1 멤브레인과 제 2 멤브레인은 리저버(reservoir) 내부에 배치된 충전재료에 의해 결합되고,
    상기 전자기 변위가능 소자는 상기 제 2 멤브레인을 통해 상기 충전재료에 결합되어, 상기 전자기적으로 변위가능한 소자의 변위가 상기 충전재료의 이동에 의한 상기 제 1 멤브레인의 광학 활성 영역의 변형을 야기하도록 작용하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전재료는 액체, 이온성 액체, 겔, 기체, 및 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자기 변위가능 소자는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전자기 변위가능 소자는 적어도 하나의 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자기 변위가능 소자는 자기 연성재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 전기코일에 인가되는 전류가 자기장과 작용하여 기전력을 생성하고 전기코일을 상기 광학 장치의 광학축에 대해 축방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제4항에 있어서, 용기에 대해 코일이 정지상태에 있고 상기 적어도 하나의 자석은 상기 코일에 대해 이동가능한 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충전재료 및 상기 멤브레인은 동일한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자기 변위가능 소자는 상기 2 멤브레인에 기계적으로 결합되어, 상기 2 멤브레인의 변형이 상기 충전재료의 이동에 의해 상기 제 1 멤브레인의 변형을 야기하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전자기 변위가능 소자는 기계적 접착, 화학적 접착, 분산형 접착, 정전기적 접착 및 확산형 접착으로 구성된 그룹으로부터 선택된 부착기구에 의해 상기 제 2 멤브레인에 부착되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전자기 변위가능 소자는 상기 제 1 멤브레인과 상기 제 2 멤브레인 중 적어도 하나의 멤브레인의 경계를 정하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제 1 멤브레인 및 상기 제 2 멤브레인은 렌즈 셰이퍼(lens shaper)에 의해 상호 경계가 정해지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 렌즈 셰이퍼는 상기 제 1 멤브레인의 광학 활성 영역의 형상을 한정하는 원형 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전자기 변위가능 소자는 상기 제 2 메브레인의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제 2 메브레인은 상기 제 1 메브레인을 측방향으로 에워싸는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 전자기 변위가능 소자는 제 1 메브레인을 측방향으로 에워싸는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제 1 멤브레인과 상기 제 2 멤브레인 중 적어도 하나는 프리스트레칭 방식(pre-stretched manner)으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인은 적어도 부분적으로 겔, 엘라스토머, 써머플라스틱 및 듀로플라스틱으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재질로구성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  19. 제3항에 있어서, 상기 코일은 상기 제 2 멤브레인에 부착되는 보빈과, 상기 보빈상에 배치되는 전기 전도성 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 보빈은 강성재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 코일은 자화 구조물과 상호작용하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 자화 구조물은 적어도 하나의 자석을 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 자화 구조물은 자속 가이드 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 자화 구조물은 자기 연성재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  25. 제21항에 있어서, 상기 자화 구조물의 주변부는 거의 직사각형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 광학 장치는 광학 초점, 줌 시스템 및 조명 시스템 중 하나의 적어도 일부인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
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