KR20150050640A - 가변 프레넬 렌즈 - Google Patents

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KR20150050640A
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Abstract

본 발명은 가변 프레넬 렌즈에 관한 것이다. 본 발명의 가변 프레넬 렌즈는 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자층과 전기활성 고분자층 상부에 결합되고, 전기활성 고분자층의 형태 변형에 따라 초점의 위치를 변화시키는 프레넬 렌즈를 포함한다.

Description

가변 프레넬 렌즈{VARIABLE FRESNEL LENS}
본 발명은 렌즈에 관한 것으로서, 특히 초점의 거리와 위치를 실시간으로 변화시킬 수 있는 가변 프레넬 렌즈에 관한 것이다.
프레넬 렌즈는 볼록 렌즈와 같은 작용을 하는 대신 두께를 감소시킨 렌즈이다. 렌즈의 두께를 줄이기 위해서, 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)는 렌즈를 복수의 띠 모양으로 분할한다. 이러한, 프레넬 렌즈는 등대, 자동차 미등, 카메라, 광학계 투영기기, 태양 전지 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 수 미터(m)에서 수백 마이크로미터(μm)까지 다양한 크기를 갖는다.
일반적인 프레넬 렌즈는 복수개의 원형의 띠가 주기적으로 형성되어 있다. 프레넬 렌즈는 중심에 위치한 원을 기준으로 먼 곳에 위치한 원들 간에는 간격이 좁아지는 구조를 갖는다. 이러한 구조를 갖는 프레넬 렌즈의 초점은 고정된 위치에 형성되어 있음으로, 초점의 위치를 변화시킬 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 초점의 거리와 위치를 실시간으로 변화시킬 수 있는 가변 프레넬 렌즈를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 가변 프레넬 렌즈는 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자층, 및 상기 전기활성 고분자층 상부에 결합되고, 상기 전기활성 고분자층의 형태 변형에 따라 초점의 위치를 변화시키는 프레넬 렌즈를 포함하고, 상기 전기활성 고분자층은 상기 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자, 및 상기 전기활성 고분자의 상부와 하부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 투명 전극들을 포함하고, 상기 투명 전극들 중 상부에 위치한 투명 전극에 상기 프레넬 렌즈가 결합되는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 상기 전기활성 고분자층의 형태 변화에 따라 변형되는 유연한 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 가변 프레넬 렌즈는 상기 전기활성 고분자층의 측면에 형성되고, 고정된 형태를 유지하는 지지대를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 투명 전극들은 상기 전기활성 고분자층에 전기장을 인가하기 위한 전극 패턴을 형성하고, 상기 전극 패턴을 형성하는 단위 요소들의 크기가 작을수록 상기 초점의 위치 변화가 정밀한 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 투명 전극으로 전기장을 인가하기 위한 전기장 발생기를 포함하고, 상기 전기장 발생기는 상기 초점의 위치 변화를 제어하기 위한 외부 제어 신호를 인가받고, 상기 외부 제어 신호에 따라 상기 전기장의 발생 위치를 제어하는 제어 회로를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전기활성 고분자는 투명한 성질을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 투명 전극은 아이티오(ITO), 탄소 나노 튜브, 은나노선, 그래핀 및 전도성 고분자(conducting polymer) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다른 가변 프레넬 렌즈는 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자, 상기 전기활성 고분자의 상부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 제 1 투명 전극, 상기 전기활성 고분자의 하부에 형성되는 제 2 투명 전극, 및 상기 제 1 투명 전극의 상부에 결합되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 따라 초점의 위치를 변화시키는 프레넬 렌즈를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 상기 전기활성 고분자의 형태 변화에 따라 변형되는 유연한 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전기활성 고분자는 투명한 성질을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극 각각은 아이티오(ITO), 탄소 나노 튜브, 은나노선, 그래핀 및 전도성 고분자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다른 가변 프레넬 렌즈는 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자, 상기 전기활성 고분자의 상부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 제 1 투명 전극, 상기 전기활성 고분자의 하부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 제 2 투명 전극, 상기 제 1 투명 전극의 상부에 결합되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변화에 따라 초점의 위치를 변화시키는 프레넬 렌즈, 및 상기 전기활성 고분자, 상기 제 1 투명 전극, 및 상기 제 2 투명 전극의 측면에 형성되고, 고정된 형태를 유지하는 지지대를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 상기 전기활성 고분자의 형태 변화에 따라 변형되는 유연한 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전기활성 고분자는 투명한 성질을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극 각각은 아이티오(ITO), 탄소 나노 튜브, 은나노선, 그래핀 및 전도성 고분자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가변 프레넬 렌즈는 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자와 유연한 구조의 프레넬 렌즈를 이용함으로써, 초점의 거리와 위치를 실시간으로 변화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 프레넬 렌즈를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 가변 프레넬 렌즈의 측면을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프레넬 렌즈를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프레넬 렌즈의 측면을 도시한 도면,
도 5a 내지 도 5d는 도 1의 가변 프레넬 렌즈에 전기장을 인가할 때의 초점 변화를 도시한 도면들,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지지대를 이용하여 구현된 가변 프레넬 렌즈를 도시한 도면,
도 7은 도 6의 가변 프레넬 렌즈의 측면을 도시한 도면, 및
도 8a 내지 도 8c는 도 6의 가변 프레넬 렌즈에 전기장을 인가할 때의 초점 변화를 도시한 도면들이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 초점의 거리 및 위치를 실시간으로 변화시킬 수 있는 가변 프레넬 렌즈를 제공한다. 본 발명의 가변 프레넬 렌즈는 전기활성 고분자를 이용하여 프레넬 렌즈의 형상 변화를 유도하여 프레넬 렌즈의 특성을 변화시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 프레넬 렌즈를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 가변 프레넬 렌즈(100)는 프레넬 렌즈(110)와 전기활성 고분자층(120)을 포함한다.
프레넬 렌즈(110)는 일예로, 볼록 렌즈와 같은 기능을 가지고 있으며, 두께가 줄여진 형태의 렌즈이다. 프레넬 렌즈(110)는 전기활성 고분자층(120)에 결합되고, 전기활성 고분자층(120)의 변형에 의해 변형되기 위하여 유연한 구조를 갖는다. 또한, 프레넬 렌즈(110)는 입력되는 빛에 의해 초점을 형성한다.
전기활성 고분자층(120)은 빛을 투과시키기 위한 투명한 구조를 갖고, 전기활성 고분자를 포함한다. 여기서, 전기활성 고분자는 인가되는 전기장에 의해 형태가 변형되는 물질이다. 이러한, 전기활성 고분자에 의해 전기활성 고분자층(120)은 형태가 변형되고, 결합된 프레넬 렌즈(110)도 함께 변형시킨다. 이로 인해, 프레넬 렌즈(110)에 의해 형성된 초점은 거리와 위치가 변화될 수 있다.
도 2는 도 1의 가변 프레넬 렌즈의 측면을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 가변 프레넬 렌즈(100)는 도 1에 도시된 a-a' 축을 기준으로 하는 단면을 도시한다.
가변 프레넬 렌즈(100)는 프레넬 렌즈(110)와 전기활성 고분자층(120)을 포함한다.
프레넬 렌즈(110)는 전기활성 고분자층(120)의 상단에 결합되어 있다. 프레넬 렌즈(110)는 얇은 필름의 형태로 형성되며, 전기활성 고분자층(120)의 형태 변형에 따라 변형될 수 있는 연성이 있는 소재로 구성될 수 있다.
전기활성 고분자층(120)은 투명 전극들(121, 122)과 전기활성 고분자(123)를 포함한다.
투명 전극(121)은 전기활성 고분자(123)를 기준으로 상부에 위치한다. 투명 전극(121)의 상부에 프레넬 렌즈(110)가 결합된다. 이때, 투명 전극(121)은 전기활성 고분자(123)의 변형에 의해 프레넬 렌즈(110)와 함께 변형된다.
또한, 투명 전극(122)은 전기활성 고분자(123)를 기준으로 하부에 위치한다.
투명 전극들(121, 122)은 유연한 구조를 갖는다. 즉, 투명 전극들(121, 122)은 전기활성 고분자(123)의 팽창과 수축에 따른 변형에 의해 끊어지지 않고, 전기적 특성을 유지할 수 있는 소재로 구성된다. 그러므로, 투명 전극들(121, 122)은 아이티오(ITO: Indium Tin Oxide), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 은나노선(Ag-Nanowires), 그래핀(Graphene), 전도성 고분자(conducting polymer) 등과 같은 다양한 재료들로 구성될 수 있다.
전기활성 고분자(123)는 투명 전극들(121, 122)을 통해 인가된 전기장에 의해 형태(일예로, 모양이나 두께)가 변화한다. 그러므로, 전기활성 고분자(123)는 투명한 성질을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer) 등의 소재로 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 제안된 가변 프레넬 렌즈(100)는 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자층(120)과 전기활성 고분자층(120)에 결합된 유연한 구조의 프레넬 렌즈(110)를 사용한다. 따라서, 본 발명의 가변 프레넬 렌즈(100)는 가변 프레넬 렌즈(100)에 의해 형성된 초점의 거리와 위치를 실시간으로 변화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안된 가변 프레넬 렌즈(100)는 얇은 필름 형태의 프레넬 렌즈(110)와 세 개의 층(121, 122, 123)으로 구성된 전기활성 고분자층(120)을 결합하여 구성된다. 따라서, 본 발명의 가변 프레넬 렌즈(100)는 소형화된 구조를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프레넬 렌즈를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 프레넬 렌즈(110a)에는 프레넬 렌즈(110a)의 중심으로부터 형성된 다수의 원형 띠들(111a, 112a, 118a, 119a)이 형성된다. 다수의 원형 띠들(111a, 112a, 118a, 119a)은 주기적으로 형성되어 있고, 원형의 프레넬 렌즈(110a) 중심으로부터 거리가 멀어질수록 원형 띠들 간의 간격이 좁아지는 형태로 형성된다. 예를 들어, 프레넬 렌즈(110a)의 중심에 가까이 위치한 원형 띠들(111a, 112a) 간의 간격보다 프레넬 렌즈(110a)의 중심에서 상대적으로 멀리 위치한 원형 띠들(118a, 119a) 간의 간격이 좁아짐을 확인할 수 있다.
프레넬 렌즈(110a)에 형성된 원형 띠들의 주기는 프레넬 렌즈(110a)의 초점 거리에 따라 달라질 수 있다. 즉, 초점 거리가 짧을수록 원형 띠들 간의 간격이 감소한다.
이와 같이, 프레넬 렌즈(110a)는 빛이 통과하는 원형 띠(일예로, 111b, 112b, 118b, 119b)(도면에서 흰색으로 표시)와 빛이 통과하지 못하는 원형 띠(일예로, 111a, 112a, 118a, 119a)(도면에서 검은색으로 표시)가 주기적으로 형성될 수 있다. 또한, 프레넬 렌즈(110a)의 다른 형태의 하나로 서로 다른 두 개의 위상이 프레넬 렌즈(110a)의 표면에 형성된 원형 띠들과 같이 주기적으로 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레넬 렌즈의 측면을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 프레넬 렌즈(110b)는 원형일 수 있으며, 측면의 단면을 도시한다. 프레넬 렌즈(110b)는 곡면 형태의 요철이 각 주기마다 형성될 수 있다. 도면에서, 프레넬 렌즈(110b)에 형성된 요철들은 반원과 부채꼴 형태의 곡선으로 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
여기서도, 프레넬 렌즈(110b)는 초점 거리에 따라 각 요철들 간의 간격은 변화할 수 있고, 초점 거리가 짧을수록 요철들 간의 주기는 점차 감소한다.
프레넬 렌즈(110b)는 입사된 빛의 굴절과 회절에 의해 프레넬 렌즈(110b)로부터 일정 거리에 초점(10)을 형성한다. 즉, 도 3에서 설명된 프레넬 렌즈(110a)도 도 4의 프레넬 렌즈(110b)와 유사하게 일정 거리에 초점을 형성할 수 있다.
도 3과 도 4에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 가변 프레넬 렌즈(100)는 주기적인 띠들이 빛을 통과하거나 차단하는 구조, 주기적인 띠들이 서로 다른 두 개의 위상을 갖는 구조, 및 주기적인 띠들이 곡면 형태를 갖는 구조의 프레넬 렌즈들(110a, 110b)을 프레넬 렌즈(110)로 모두 이용할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1의 가변 프레넬 렌즈에 전기장을 인가할 때의 초점 변화를 도시한 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 전기활성 고분자층(120)에 전기장이 인가되지 않을 때를 나타내고 있다. 전기장이 인가되지 않을 때, 프레넬 렌즈(110)에 의해 초점(21)이 형성된다.
도 5b를 참조하면, 전기활성 고분자층(120)의 가장자리를 중심으로 전기장(31a, 31b)이 인가될 때를 나타내고 있다. 전기장이 인가되지 않는 프레넬 렌즈(110)의 중심부를 중심으로 전기활성 고분자층(120)이 볼록하게 형성될 수 있다. 프레넬 렌즈(110)도 전기활성 고분자층(120)에 의해 전기활성 고분자층(120)과 함께 볼록한 형태로 변형된다. 이때, 프레넬 렌즈(110)의 초점(22)은 도5a(전기장이 인가되지 않을 때)의 초점(21)을 기준으로 프레넬 렌즈(110)에 가까운 곳에 위치한다.
도 5c를 참조하면, 전기활성 고분자층(120)의 측면 가장자리를 중심으로 전기장(32)이 비대칭적으로 인가될 때를 나타내고 있다. 전기활성 고분자층(120)의 오른쪽 측면 부분에 전기장(32)이 인가되면, 전기장(32)이 인가되지 않는 왼쪽 측면을 중심으로 전기활성 고분자층(120)이 볼록하게 형성될 수 있다. 이때, 프레넬 렌즈(110)의 초점(23)은 도5a의 초점(21)을 기준으로 프레넬 렌즈(110)에 가깝고, 프레넬 렌즈(110)의 측면(왼쪽)에 위치한다.
도 5d를 참조하면, 전기활성 고분자층(120)의 측면 가장자리를 중심으로 전기장(33)이 비대칭적으로 인가될 때를 나타내고 있다. 전기활성 고분자층(120)의 왼쪽 측면 부분에 전기장(33)이 인가되면, 전기장(33)이 인가되지 않는 오른쪽 측면을 중심으로 전기활성 고분자층(120)이 볼록하게 형성될 수 있다. 이때, 프레넬 렌즈(110)의 초점(24)은 도5a의 초점(21)을 기준으로 프레넬 렌즈(110)에 가깝고, 프레넬 렌즈(110)의 측면(오른쪽)에 위치한다.
도 5c와 도 5d에서와 같이 전기장이 전기활성 고분자층(120)에 비대칭적으로 인가되면, 초점 거리뿐만 아니라 광축에 수직한 초점의 위치도 좌우로 변화시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 5d에서는 전기장들(31a, 31b, 32, 33)이 상대적으로 강하게 인가되는 위치를 예시적으로 도시한 것이다. 따라서, 전기활성 고분자층(120)에 인가되는 전기장의 세기, 전기장의 형태, 전기장이 인가되는 위치 등에 따라 다양한 위치에 초점을 형성할 수 있다.
또한, 투명 전극들(121, 122)이 전기활성 고분자층(120)의 전면에 전기장이 고르게 형성되지 않도록 전극 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 투명 전극들(121, 122)이 미리 설정된 전극 패턴을 통해 전기활성 고분자층(120)에 부분적 또는 국소적으로 전기장을 인가할 수도 있다. 그리하면, 가변 프레넬 렌즈(100)는 원하는 위치로 보다 정확하게 초점을 형성하도록 제어할 수 있다.
투명 전극들(121, 122)에 형성된 전극 패턴은 그물망과 같은 메쉬 형태를 갖거나, 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등과 같이 픽셀 단위로 전기장을 인가할 수 있는 형태를 가질 수 있다. 이와 같이, 투명 전극들(121, 122)의 전극 패턴을 형성하는 단위 요소의 크기가 작을수록 초점의 위치 변화에 대한 정밀도가 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지지대를 이용하여 구현된 가변 프레넬 렌즈를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 가변 프레넬 렌즈(200)는 프레넬 렌즈(210), 전기활성 고분자층(220), 및 지지대(230)를 포함한다. 여기서, 가변 프레넬 렌즈(200)는 도 1 내지 도 4를 통해 설명된 가변 프레넬 렌즈(100)와 유사한 구조를 가지고 있으며, 지지대(230)를 추가로 포함하는 차이점을 갖는다.
따라서, 지지대(230)를 포함한 구조를 제외한 가변 프레넬 렌즈(200)의 나머지 구성에 대한 설명은 도 1 내지 도 4를 참조하기로 한다.
프레넬 렌즈(210)는 전기활성 고분자층(220)의 상부에 위치한다.
전기활성 고분자층(220)은 인가된 자기장에 의해 형태가 변형되며, 상부에 위치한 프레넬 렌즈(210)의 형태를 함께 변화시킨다.
지지대(230)는 전기활성 고분자층(220)의 측면에 형성되고, 고정된 형태를 유지한다. 지지대(230)는 전기활성 고분자층(220)의 형태 변형에 의한 영향을 받지 않는 구조를 갖는다.
도 7은 도 6의 가변 프레넬 렌즈의 측면을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 가변 프레넬 렌즈(200)는 도 6에 도시된 b-b' 축을 기준으로 하는 단면을 도시한다. 가변 프레넬 렌즈(200)는 프레넬 렌즈(210), 전기활성 고분자층(220), 및 지지대(230)를 포함한다.
프레넬 렌즈(210)는 전기활성 고분자층(220)의 상단에 결합되어 있다.
전기활성 고분자층(220)은 투명 전극들(221, 222)과 전기활성 고분자(223)를 포함한다.
투명 전극(221)은 전기활성 고분자(223)를 기준으로 상부에 위치한다. 투명 전극(221)에 프레넬 렌즈(210)가 결합된다.
또한, 투명 전극(222)은 전기활성 고분자(223)를 기준으로 하부에 위치한다.
고정된 형태를 유지하는 지지대(230)는 전기활성 고분자층(220)의 양면에 있는 투명 전극들(221, 222)에 전기장이 인가될 때, 전기활성 고분자층(220)이 가장자리로 팽창되는 것을 방지하기 위한 기능을 갖는다. 지지대(230)는 전기활성 고분자층(220)의 가장자리, 즉 측면에 위치한다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6의 가변 프레넬 렌즈에 전기장을 인가할 때의 초점 변화를 도시한 도면들이다.
도 8a를 참조하면, 전기활성 고분자층(220)에 전기장이 인가되지 않을 때를 나타내고 있다. 전기장이 인가되지 않을 때, 프레넬 렌즈(210)에 의해 초점(41)이 형성된다.
도 8b를 참조하면, 전기활성 고분자층(220)의 가장자리를 중심으로 전기장(51a, 51b)이 인가되는 때를 나타내고 있다. 지지대(230a, 230b)는 전기장의 인가에 따라 전기활성 고분자층(220)이 얇아지면서 가장자리 방향으로 팽창하는 것을 억제한다. 이로 인해, 전기장이 인가되지 않는 프레넬 렌즈(210)의 중심부를 기준으로 전기활성 고분자층(220)이 위쪽(프레넬 렌즈(210)가 위치한 방향)으로 휘어진다.
이때, 프레넬 렌즈(210)의 초점(42)은 도 8a(전기장이 인가되지 않을 때)의 초점(41)을 기준으로 초점 거리가 증가한다. 즉, 초점(42)이 프레넬 렌즈(210)를 기준으로 먼 곳에 형성된다.
도 8c를 참조하면, 전기활성 고분자층(220)의 가장자리를 중심으로 전기장(52a, 52b)이 인가되는 때를 나타내고 있다. 지지대(230a, 230b)는 전기장의 인가에 따라 전기활성 고분자층(220)이 얇아지면서 가장자리 방향으로 팽창하는 것을 억제한다. 이로 인해, 전기장이 인가되지 않는 프레넬 렌즈(210)의 중심부를 기준으로 전기활성 고분자층(220)이 아래쪽(프레넬 렌즈(210)가 위치하지 않은 방향)으로 휘어진다.
이때, 프레넬 렌즈(210)의 초점(43)은 도 8a(전기장이 인가되지 않을 때)의 초점(41)을 기준으로 초점 거리가 감소한다. 즉, 초점(43)이 프레넬 렌즈(210)를 기준으로 가까운 곳에 형성된다.
가변 프레넬 렌즈(200)의 투명 전극들(221, 222)은 도 5a 내지 도 5d에서 설명된 투명 전극들(221, 222)과 같은 전극 패턴을 형성하여 초점의 위치를 정밀하게 제어할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c에서도, 전기활성 고분자층(220)에 인가되는 전기장들(51a, 51b, 52a, 52b)은 예시적으로 설명된 것으로 다양한 세기와 다양한 형태로 인가될 수 있다.
한편, 가변 프레넬 렌즈들(100, 200)은 투명 전극들(121, 122, 221, 222)에 전기장을 인가하기 위한 전기장 발생기(미도시)를 추가적으로 포함할 수 있다. 이때, 전기장 발생기는 초점 거리 제어를 위한 외부 제어 신호에 따라 전기장의 발생 위치를 제어하는 제어 회로를 포함한다. 전극 패턴이 형성된 투명 전극의 경우, 제어 회로는 전극 패턴으로 공급되는 전기장의 크기 등의 제어를 통해 가변 프레넬 렌즈들(100, 200)의 초점 위치를 변화시킬 수 있다.
본 발명에서 제안된 가변 프레넬 렌즈는 전기장에 의해 변형되는 전기활성 고분자층과, 전기활성 고분자층의 상부에 유연한 프레넬 렌즈를 결합하여 구현될 수 있다. 따라서, 가변 프레넬 렌즈는 소형화된 구조를 갖도록 할 수 있고, 가변 프레넬 렌즈에 의해 형성된 초점의 위치를 자유롭게 실시간으로 변화시킬 수 있다. 또한, 가변 프레넬 렌즈는 전기활성 고분자를 이용함에 따라 광축을 기준으로 초점의 위치를 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향으로도 변화시킬 수 있다.
이를 통해, 본 발명에서 제안된 가변 프레넬 렌즈는 초점의 위치 변화를 통해 광학 기기(일예로, 카메라, 광학계 투영 기기, 조명 등), 산업용 기기(일예로, 등대, 자동차 등), 의료 기기(일예로, 진단 기기 등), 신재생 에너지 기기(일예로, 태양 전지 등) 등과 같은 다양한 분야에 활용될 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200: 가변 프레넬 렌즈 110, 210: 프레넬 렌즈
120, 220: 전기활성 고분자층 121, 122, 221, 222: 투명 전극
123, 223: 전기활성 고분자 230: 지지대

Claims (15)

  1. 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자층; 및
    상기 전기활성 고분자층 상부에 결합되고, 상기 전기활성 고분자층의 형태 변형에 따라 초점의 위치를 변화시키는 프레넬 렌즈를 포함하고,
    상기 전기활성 고분자층은
    상기 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자; 및
    상기 전기활성 고분자의 상부와 하부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 투명 전극들을 포함하고,
    상기 투명 전극들 중 상부에 위치한 투명 전극에 상기 프레넬 렌즈가 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈는 상기 전기활성 고분자층의 형태 변화에 따라 변형되는 유연한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 프레넬 렌즈는
    상기 전기활성 고분자층의 측면에 형성되고, 고정된 형태를 유지하는 지지대를 더 포함하는 가변 프레넬 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 전극들은 상기 전기활성 고분자층에 전기장을 인가하기 위한 전극 패턴을 형성하고,
    상기 전극 패턴을 형성하는 단위 요소들의 크기가 작을수록 상기 초점의 위치 변화가 정밀한 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투명 전극으로 전기장을 인가하기 위한 전기장 발생기를 포함하고,
    상기 전기장 발생기는 상기 초점의 위치 변화를 제어하기 위한 외부 제어 신호를 인가받고, 상기 외부 제어 신호에 따라 상기 전기장의 발생 위치를 제어하는 제어 회로를 포함하는 가변 프레넬 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기활성 고분자는 투명한 성질을 갖는 유전성 탄성체(dielectric elastomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 전극은 아이티오(ITO), 탄소 나노 튜브, 은나노선, 그래핀 및 전도성 고분자(conducting polymer) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  8. 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자;
    상기 전기활성 고분자의 상부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 제 1 투명 전극;
    상기 전기활성 고분자의 하부에 형성되는 제 2 투명 전극; 및
    상기 제 1 투명 전극의 상부에 결합되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 따라 초점의 위치를 변화시키는 프레넬 렌즈를 포함하는 가변 프레넬 렌즈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈는 상기 전기활성 고분자의 형태 변화에 따라 변형되는 유연한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기활성 고분자는 투명한 성질을 갖는 유전성 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극 각각은 아이티오(ITO), 탄소 나노 튜브, 은나노선, 그래핀 및 전도성 고분자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  12. 전기장에 의해 형태가 변형되는 전기활성 고분자;
    상기 전기활성 고분자의 상부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 제 1 투명 전극;
    상기 전기활성 고분자의 하부에 형성되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변형에 의해 변형되는 제 2 투명 전극;
    상기 제 1 투명 전극의 상부에 결합되고, 상기 전기활성 고분자의 형태 변화에 따라 초점의 위치를 변화시키는 프레넬 렌즈; 및
    상기 전기활성 고분자, 상기 제 1 투명 전극, 및 상기 제 2 투명 전극의 측면에 형성되고, 고정된 형태를 유지하는 지지대를 포함하는 가변 프레넬 렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈는 상기 전기활성 고분자의 형태 변화에 따라 변형되는 유연한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전기활성 고분자는 투명한 성질을 갖는 유전성 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극 각각은 아이티오(ITO), 탄소 나노 튜브, 은나노선, 그래핀 및 전도성 고분자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 프레넬 렌즈.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190092062A (ko) 2018-01-30 2019-08-07 연세대학교 산학협력단 3축 초점거리 변환이 가능한 디스플레이 패널
WO2021125451A1 (ko) * 2019-12-17 2021-06-24 한국기술교육대학교 산학협력단 자동 다초점 및 손떨림보정 기능을 갖는 전기 반응형 겔렌즈
KR20210077301A (ko) * 2019-12-17 2021-06-25 한국기술교육대학교 산학협력단 평면전극을 갖는 3차원적 초점 가변 프레넬식 겔렌즈
KR20210077299A (ko) * 2019-12-17 2021-06-25 한국기술교육대학교 산학협력단 3차원적 초점 가변 프레넬식 겔렌즈
WO2022265133A1 (ko) * 2021-06-17 2022-12-22 (주)이미지스테크놀로지 Pvc 겔 기반 전기활성 프레넬 존 플레이트 렌즈 시스템

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105960561A (zh) * 2013-12-16 2016-09-21 飞利浦灯具控股公司 灵活不受阻碍的射束成形
US10996432B2 (en) 2017-12-26 2021-05-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Reflective active variable lens and method of fabricating the same
US10809524B2 (en) * 2018-01-08 2020-10-20 Facebook Technologies, Llc Varifocal apparatuses, systems, and methods employing a deformable stepped lens
US10908325B1 (en) * 2018-01-19 2021-02-02 Facebook Technologies, Llc Liquid lens for varifocal display
JP7381087B2 (ja) * 2018-01-26 2023-11-15 コーリー、ジェッド マイクロ広帯域分光分析装置
CN109491064B (zh) * 2019-01-08 2022-03-25 北京理工大学 一种拉伸变焦式柔性菲涅耳透镜太阳能聚光器
CN111399213B (zh) * 2020-03-30 2021-02-02 北京理工大学 基于介电弹性体和液体双驱动的光束偏转器
US20220283340A1 (en) * 2021-03-05 2022-09-08 Facebook Technologies, Llc Liquid lens with gravity sag correction

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050085915A (ko) * 2002-12-30 2005-08-29 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 고분자 액추에이터를 포함하는 광학장치
KR20070118594A (ko) * 2005-01-21 2007-12-17 존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드 가변 초점 거리를 갖는 적응성 전기 활성 렌즈
KR20080107409A (ko) * 2006-02-07 2008-12-10 에테하 취리히, 에테하 트랜스퍼 조정가능한 회절 격자

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5069813A (en) * 1990-12-10 1991-12-03 Bell Communications Research, Inc. Electrically controlled polarization-independent liquid crystal fresnel lens
KR20060034700A (ko) * 2003-07-14 2006-04-24 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 가변렌즈
US7136227B2 (en) 2004-08-06 2006-11-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fresnel zone plate based on elastic materials
DE102004059798A1 (de) * 2004-12-10 2006-06-29 Ovd Kinegram Ag Optisch variables Element mit elektrisch aktiver Schicht
JP4697786B2 (ja) 2005-08-23 2011-06-08 セイコープレシジョン株式会社 可変焦点レンズとこれを用いた焦点調節装置及び撮像装置
KR100924231B1 (ko) 2007-07-20 2009-11-02 성균관대학교산학협력단 투명한 전기활성 엘라스토머 구동기를 이용한 초점거리조절렌즈
KR101239151B1 (ko) 2010-08-09 2013-03-07 광주과학기술원 가변 초점 유체렌즈
KR101946076B1 (ko) * 2010-09-02 2019-02-08 메르크 파텐트 게엠베하 신규한 광활성 폴리머를 함유하는 광기전 전지
KR101859793B1 (ko) * 2011-04-28 2018-05-18 메르크 파텐트 게엠베하 신규한 광활성 중합체
KR20120130406A (ko) 2011-05-23 2012-12-03 한국전자통신연구원 프레넬 렌즈 어레이를 이용한 빔 전달 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050085915A (ko) * 2002-12-30 2005-08-29 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 고분자 액추에이터를 포함하는 광학장치
KR20070118594A (ko) * 2005-01-21 2007-12-17 존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드 가변 초점 거리를 갖는 적응성 전기 활성 렌즈
KR20080107409A (ko) * 2006-02-07 2008-12-10 에테하 취리히, 에테하 트랜스퍼 조정가능한 회절 격자

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190092062A (ko) 2018-01-30 2019-08-07 연세대학교 산학협력단 3축 초점거리 변환이 가능한 디스플레이 패널
US11106109B2 (en) 2018-01-30 2021-08-31 Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University Display panel capable of three-axis focal point length conversion
WO2021125451A1 (ko) * 2019-12-17 2021-06-24 한국기술교육대학교 산학협력단 자동 다초점 및 손떨림보정 기능을 갖는 전기 반응형 겔렌즈
KR20210077301A (ko) * 2019-12-17 2021-06-25 한국기술교육대학교 산학협력단 평면전극을 갖는 3차원적 초점 가변 프레넬식 겔렌즈
KR20210077299A (ko) * 2019-12-17 2021-06-25 한국기술교육대학교 산학협력단 3차원적 초점 가변 프레넬식 겔렌즈
WO2022265133A1 (ko) * 2021-06-17 2022-12-22 (주)이미지스테크놀로지 Pvc 겔 기반 전기활성 프레넬 존 플레이트 렌즈 시스템
KR20220169039A (ko) * 2021-06-17 2022-12-27 (주)이미지스테크놀로지 Pvc 겔 기반 전기활성 프레넬 존 플레이트 렌즈 시스템

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