KR20160108843A - 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법 - Google Patents

이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160108843A
KR20160108843A KR1020150032133A KR20150032133A KR20160108843A KR 20160108843 A KR20160108843 A KR 20160108843A KR 1020150032133 A KR1020150032133 A KR 1020150032133A KR 20150032133 A KR20150032133 A KR 20150032133A KR 20160108843 A KR20160108843 A KR 20160108843A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens
ion exchange
exchange membrane
voltage
electrode
Prior art date
Application number
KR1020150032133A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101740987B1 (ko
Inventor
김상연
박원형
배진우
신은재
여명
남병욱
Original Assignee
한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기술교육대학교 산학협력단 filed Critical 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority to KR1020150032133A priority Critical patent/KR101740987B1/ko
Publication of KR20160108843A publication Critical patent/KR20160108843A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101740987B1 publication Critical patent/KR101740987B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00028—Bifocal lenses; Multifocal lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

본 발명은, 이온 고분자 금속 복합물(Ionic Polymer Metal Composite, 이후 IPMC로 약칭함)을 이용하여 렌즈의 초점(focus)을 가변할 수 있는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 투명한 재질이며 전압이 인가되면 변형하는 이온교환막(120); 상기 이온교환막(120)의 일측에 도금되어 형성되는 적어도 한 쌍의 전극(110); 및 상기 이온교환막(120)의 타측에 형성되어 있는 렌즈(122)를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법에 따르면, 전압이 인가되면 변형하며 투명한 재질로 구성되는 이온교환막, 및 상기 이온교환막의 양 단부에 도포되는 한 쌍의 전극으로 구성되어 상기 이온교환막 중 전극이 도포되지 않은 중앙부분은 투명한 상태를 유지하게 되며, 전극에 전압이 인가되면 변형되고 대응하여 초점을 변경시킬 수 있는 렌즈로서 작동할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 이온교환막의 일측에 구성되어 상기 이온교환막의 변위를 측정하는 변위계, 변위계와 연결되어 측정된 변위 정보를 수신하여 상기 렌즈의 상태를 인지하고 상기 렌즈의 변위를 조절하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 수신한 제어 신호에 따라 대응하는 전압을 공급하는 전압공급부를 더 포함하여 구성되어 이온교환막의 변위에 대응하는 초점 변경 및 색수차(Chromatic Aberration)를 조절할 수 있다.

Description

이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법{VARIABLE FOCUS LENS BASED ON IONIC POLYMER METAL COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 가변 렌즈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이온 고분자 금속 복합물(Ionic Polymer Metal Composite, 이후 IPMC로 약칭함)을 이용하여 렌즈의 초점(focus)을 가변할 수 있는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법에 관한 것이다.
렌즈란, 하나 이상의 광 파장을 포커싱할 수 있는 장치이다. 가변 렌즈란, 렌즈의 초점거리 또는 위치를 변경할 수 있도록 하는 조절 가능형 렌즈를 의미한다. 최근 기기의 소형화 및 기능의 다양성 추세에 따라 소형화 기기 등에 적용할 수 있는 가변 렌즈에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다. 예컨대, 유압을 이용하여 렌즈의 형상을 제어하는 방법, 전압 인가에 따라 리퀴드 크리스털의 형상을 제어하는 방법, 물(수용액)과 기름의 서로 다른 성질을 이용하는 방법 등이 있다.
그러나 유압을 이용하여 렌즈의 형상을 제어하는 방법은, 수용액이 들어있는 구조의 액추에이터를 동작시켜 유압으로 렌즈 곡률을 변화시키는 것으로서, 액추에이션을 위한 부가적인 부분이 존재하여 초소형화가 어렵고, 다초점 렌즈 어레이 구조에는 적합하지 않다. 전압 인가에 의하여 리퀴드 크리스털의 회전을 유도하고, 회전되는 각도에 따라 빛의 굴절률을 변화시키는 방법은, 렌즈 초점 조절 범위에 한계가 있다는 문제도 있다. 렌즈 홀더 내에 수용액과 기름을 봉입하고, 용기 상하의 전극을 통하여 수용액에 전압을 인가함으로써, 수용액과 기름 경계면 사이의 형상 변화를 이용해 곡률을 변화시키는 방식은, 유연한 형상으로의 구현이 어려울 뿐만 아니라, 초소형 렌즈로의 구현이 불가능하다. 또한, 전해질과 비전해질 용액 사이의 굴절률 차이를 이용하는 방법은 고압의 전압이 요구되므로 전압의 승압을 위한 보조 장비가 필요하고, 이 방법을 구현하기 위하여 필요한 요오드 이온 산화방지제는, 영구적으로 사용할 수 없으며, 요오드 황화로 인하여 분광 투과율을 감소시키는 문제도 있다.
한편, 이온 고분자 금속 합성물의 형태 변형 성질을 이용하는 방식에 대해서도 많은 연구가 이루어지고 있다. 도 1은 종래의 이온성 고분자 금속 복합체의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 이온성 고분자 금속 복합체는 금속 전극들(12, 14)과 불소로 치환된 이온성 고분자 막(10)의 복합물로서 일례로 내피온(Nafion, DuPont사) 막 및 내피온 막의 양면에 배치된 백금 전극을 구비한다.
도 1을 참조하면, 금속 전극들(12, 14) 사이에 전압이 인가되면 이온성 고분자 막(10) 내부에서 양이온(16)이 물 분자(18)와 함께 금속 전극들(12, 14) 중 음극(cathode) 쪽으로 이동하게 된다. 따라서 물 분자의 증가에 의해 음극 근처의 이온성 고분자 막(10)의 부피가 팽창하고, 물 분자의 감소에 의해 금속 전극들(12, 14) 중 양극(anode) 근처의 이온성 고분자 막(10)의 수축이 일어나게 되어 결국 이온성 고분자 막(10)이 양극 쪽으로 구부러지게 된다.
이온성 고분자 금속 복합체는 저전압 구동이 가능하고 동작 시 열이나 전자기파 등이 발생하지 않으므로, 소프트 로보틱 액추에이터, 인공 근육 및 다이나믹 센서를 제작하는 데 이용될 수 있으며, 이에 대해 활발한 연구가 진행되고 있다.
예컨대, 일본에서 2006년 9월 2일자로 출원된 일본특허출원번호 제2006-238391호의 개시를 참조하여 보면, 주머니 모양의 투명한 가용성막 내부에 투명한 액체(물, 렌즈 본체)를 충진하고, 액체 외부에 구비되는 이온 고분자 금속 합성물의 형태 변형 성질을 이용하여 렌즈 곡률을 변형시키는 발명을 개시하고 있다. 이와 같은 방식은 투명한 액체의 곡률을 변화시키기 위해서는 투명한 액체와의 압력을 유지해야 하기 때문에 전압 손실이 발생하며, 충격 또는 손상 등에 의해 투명한 액체가 유출될 유려 등의 문제점이 있었다. 또한, 공정상 투명한 액체를 수용한 가용성막을 기밀적으로 유지해야 하므로 그 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 투명한 재질로 구성되며 전압이 인가되면 변형하는 이온교환막, 이온교환막의 일측에 도금되어 형성되는 한 쌍의 전극, 및 이온교환막의 타측에 형성되어 있는 렌즈로 구성되어 전극에 전압이 인가되면 이온교환막이 변형되고 대응하여 렌즈의 변위가 변하므로 렌즈의 초점 조절이 가능한 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 이온교환막의 일측에 구성되어 상기 이온교환막의 변위를 측정하는 변위계, 변위계와 연결되어 측정된 변위 정보를 수신하여 상기 렌즈의 상태를 인지하고 상기 렌즈의 변위를 조절하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 수신한 제어 신호에 따라 대응하는 전압을 공급하는 전압공급부로 구성되어 상기 이온교환막의 변위에 대응하는 초점 및 색수차(Chromatic Aberration)를 조절할 수 있는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈는,
투명한 재질이며 전압이 인가되면 변형하는 이온교환막(120);
상기 이온교환막(120)의 일측에 도금되어 형성되는 적어도 한 쌍의 전극(110); 및
상기 이온교환막(120)의 타측에 형성되어 있는 렌즈(122)를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈는,
상기 이온교환막(120)의 일측에 구성되어 상기 이온교환막(120)의 변위를 측정하는 변위계(200);
상기 변위계(200)와 연결되어 측정된 변위 정보를 수신하여 상기 렌즈(122)의 상태를 인지하고 조절할 수 있는 제어 신호를 생성하는 제어부(300); 및
상기 제어부(300)로부터 제어 신호를 수신하여 상기 제어 신호에 따라 대응하는 전압을 공급하는 전압공급부(400)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 렌즈(122)는,
볼록 렌즈, 오목 렌즈 및 평평한 상태의 렌즈 중 어느 하나일 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극(110)은,
상기 이온교환막(120)의 일측 단부 또는 양쪽 단부 중 어느 하나에 도금하여 하나 또는 두 쌍의 전극(110)을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 신호는,
상기 전극에 인가되는 전압의 전위 및 전압의 주파수 중 적어도 어느 하나를 제어하는 신호일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어 신호는,
상기 전위 또는 전압의 주파수에 의해 상기 렌즈의 배율 및 선명도 중 적어도 어느 하나가 변경하도록 제어할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 제조 방법은,
이온교환막(120)의 일측이 대응하여 렌즈를 형성하도록 평판 성형틀을 제조하는 과정;
상기 평판 성형틀과 상기 이온교환막(120)을 열압착법에 의하여 찍어 상기 렌즈 형태를 생성하는 과정;
상기 이온교환막(120)을 수처리하는 과정; 및
상기 이온교환막(120)의 일측의 단부에 도금하여 적어도 한 쌍의 전극(110)을 생성하는 과정을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 렌즈(122)는,
볼록 렌즈, 오목 렌즈 및 평평한 상태의 렌즈 중 어느 하나일 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극(110)은,
상기 이온교환막(120)의 일측 단부 또는 양쪽 단부 중 어느 하나에 도금하여 하나 또는 두 쌍의 전극(110)을 형성할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법에 따르면, 전압이 인가되면 변형하며 투명한 재질로 구성되는 이온교환막, 및 상기 이온교환막의 양 단부에 도포되는 한 쌍의 전극으로 구성되어 상기 이온교환막 중 전극이 도포되지 않은 중앙부분은 투명한 상태를 유지하게 되며, 전극에 전압이 인가되면 변형되고 대응하여 초점을 변경시킬 수 있는 렌즈로서 작동할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 이온교환막의 일측에 구성되어 상기 이온교환막의 변위를 측정하는 변위계, 변위계와 연결되어 측정된 변위 정보를 수신하여 상기 렌즈의 상태를 인지하고 상기 렌즈의 변위를 조절하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 수신한 제어 신호에 따라 대응하는 전압을 공급하는 전압공급부를 더 포함하여 구성되어 이온교환막의 변위에 대응하는 초점 변경 및 색수차(Chromatic Aberration)를 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 이온 고분자 금속 복합체의 액추에이션 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막을 생성하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2에 따라 이온교환막을 처리하는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3에 따라 처리된 이온교환막(120)에 전극을 생성시키는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이온 고분자 금속 복합물에 전압이 인가되기 전의 상태를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이온 고분자 금속 복합물에 전압이 인가된 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 가변 렌즈의 동작원리를 간략하게 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 가변 렌즈를 제어하기 위한 구성을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 고분자 금속 복합물을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극에 인가되는 전압에 따른 이온 고분자 금속 복합물의 변위를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 렌즈를 이용하는 사용예를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 렌즈를 이용하는 또 다른 사용예를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이온교환막(120)을 생성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 이온교환막(120)은 내피온(Nafion, DuPont사)을 열압착법(Thermal Imprint Lithography)을 이용하여 100~150℃, 바람직하게는 120℃의 평판 성형틀에서 대략 1MPa(10.2kg/cm2)의 압력으로 1시간가량 열압착하여 성형한다. 평판 성형틀의 일측이 반구형으로로 돌출된 것, 또는 움푹 패인 것을 사용하여 이에 대응하여 형성되는 이온교환막(120)의 일측이 대응하여 반구 형태로 움푹 패이거나, 돌출하도록 형성시킨다. 여기서 성형틀의 일측이 반구형으로 돌출되거나 또는 반구형으로 움푹 패인 것으로 설명하였으나, 성형틀의 일측에 대응하는 영역은 특정한 굴절률을 갖는 볼록렌즈 형태로 돌출하거나, 오목렌즈 형태로 움푹 패인 형태 또는 평평한 형태일 수 있다. 따라서, 평판 성형틀에 의해 열압착된 내피온의 일측은 오목렌즈 형태로 움푹 패이거나, 볼록렌즈 형태로 돌출한 형상, 또는 평평한 형상이 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2에 따라 이온교환막을 처리하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 내피온과 같은 이온교환막(120)은 물과 같은 수용액 내에서는 팽창하고 친수성을 가진다. 따라서 각각의 금속 전극(110) 사이에 개재된 이온교환막(120)은 많은 양의 극성 용매(예를 들면 물)를 흡수한다.
보다 상세하게 이온교환막(120)을 수처리하는 과정에 대하여 설명하기로 한다. 열압착법에 의해 성형된 이온교환막(120)을 증류수(H2O)와 과산화수소수 (H2O2)혼합 용액에 한 시간 가량 침지시켜 이온교환막(120)이 증류수와 과산화수소수의 혼합액을 흡수 할 수 있도록 한다. 다시, 이온교환막(120)을 증류수 수용액에 1시간가량 침지시킨다. 다시 이온교환막(120)을 황산(H2SO4) 용액에 1시간가량 침지시킨다. 마지막으로 이온교환막(120)을 증류수에 한 시간 가량 침지시켜 이온교환막(120)이 많은 양의 극성 용매를 흡수할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3에 따라 처리된 이온교환막(120)에 전극을 생성시키는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 전극(110)은 그 성능 및 효과를 높이기 위해 주로 표면저항이 작은 백금(platinum)을 이온교환막(120)에 무전해 도금시켜 생성된다. 본 발명에 따른 무전해 도금법은 네피온 필름을[Pt(NH3)4]2 (Tetraammineplatinum(II) nitrate - 테트라아민플래티늄 나이트라이트 또는 백금염, 이후 백금염이라 칭함)용액에 침지시키고, 이온교환막(120)에 대해 친수성을 띠고 있는 수산화 이온(-OH)을 백금 화합물과 반응시켜 H+를 [Pt(NH3)4]2+으로 이온 교환 시킨다. 이후, 백금염이 흡착된 이온교환막(120)을 환원 용액인 NaBH4(sodium borohydride)에 침지시켜 백금염을 백금 금속으로 환원시켜 이온교환막(120)의 일측에 백금 확산층을 형성시킨다.
이 때, 이온교환막(120)에 도금되는 백금 전극(110)은 이온교환막(120)의 렌즈(122)가 생성된 부분을 제외한 일측 또는 양측에 도금하여 생성시킨다. 바람직하게는 렌즈(122)가 성형된 부분을 제외한 양측 단부에 금속 전극(110)을 도금시킨다. 따라서, 이온교환막(120)의 중앙부는 투명한 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈가 성형된 상태 또는 평평한 상태인 채로 유지하도록 제조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이온 고분자 금속 복합물에 전압이 인가되기 전의 상태를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이온 고분자 금속 복합물에 전압이 인가된 상태를 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이온 고분자 금속 복합물(100) 중 이온교환막(120)은 투명하며 그 양 단부는 전극(110)으로 도금되어 있는 상태이다. 투명한 중앙 부분은 렌즈(122)를 포함하고 있다. 이 때, 이온교환막(120)의 일측 단부에 도금된 각각의 전극(110)에 전압이 인가되면 이온교환막(120)은 변위가 발생한다. 이온교환막(120)에 발생하는 변위에 의해 렌즈(122)에도 변위가 발생한다. 이와 같이 이온교환막(120)에 발생하는 변위에 의해 렌즈(122)의 초점이 변경된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 가변 렌즈의 동작원리를 간략하게 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 도 7에는 2개의 렌즈(122)가 도시된다. 좌측의 렌즈(122)는 변위가 없는 상태, 즉 전극(110)에 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸다. 빛은 좌측의 렌즈(122)를 투과하여 제1 초점(f1)에 수렴한다. 우측의 렌즈(122)는 이온교환막(120)에 도금된 전극(110)에 전압이 인가된 상태의 렌즈(122)를 표시한다. 빛이 우측의 렌즈(122)를 투과하여 제2 초점(f2)에 수렴함을 나타낸다. 즉, 이온교환막(120)에 접촉된 각각의 전극(110)에 전압이 인가되면, 렌즈(122)에 변위가 발생한다. 렌즈(122)에 발생된 변위에 대응하여 초점이 변한다. 즉, 이온교환막(120)에 인가된 전압에 의해 렌즈(122)에는 변위가 발생하게 되며 대응하여 초점이 f1에서 f2로 가변된다.
도 8은 본 발명에 따른 가변 렌즈를 제어하기 위한 구성을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 고분자 금속 복합물을 나타낸 도면이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈는, 이온 고분자 금속 복합물(100) 및 변위계(200), 제어부(300) 및 전압공급부(400)를 포함하여 구성되며, 이온 고분자 금속 복합물(100)은 이온교환막(120) 및 전극(110)을 포함하며, 이온교환막(120)의 일측에는 렌즈(122)가 형성되어 있을 수 있다.
전극(110)은 이온교환막(120)의 일측 단부 또는 양 단부에 전술한 도금 공정에 의해 생성될 수 있다. 전극(110)에 인가되는 전압에 의해 이온교환막(120)은 변형, 예컨대, 굽힘 등의 현상에 의해 변위가 발생할 수 있다. 이온교환막(120)은 전극(110)에 접촉되어 전극(110)에 인가된 전압의 작용에 의해 변형된다. 이온교환막(120)의 도금되지 않은 일측에 형성된 렌즈(122)는 가변 렌즈(122)로서의 기능을 가질 수 있다. 바람직하게는, 렌즈(122)는 이온교환막(120)의 도금되지 않은 일측의 중앙 부분에 생성되도록 할 수 있다. 렌즈(122)를 이와 같이 구성하는 이유는 전극(110)이 생성되는 부분이 이온교환막(120)의 단부이기 때문이다. 또는, 전극(110)이 이온교환막(120)의 양 단부에 형성될 수 있기 때문에, 이와 같은 이유로 렌즈(122)를 중앙 부분의 일측에 구성하는 것이 바람직하다.
전술한 실시예에서는 이온교환막(120)의 일측 단부에 형성된 전극(110)에만 전압을 인가하는 실시예에 대하여 설명하였지만, 양측 단부에 각각 한 쌍의 전극(110)이 생성되도록 하고, 양 단부에 형성된 2개의 전극(110) 쌍에 각각 전압을 인가하여 이온교환막(120)에 형성된 렌즈(122)의 변위 발생량을 증가시킬 수도 있다. 2개의 전극 쌍을 모두 제어하는 경우, 복잡한 렌즈(122)의 변형을 제어할 수 있으므로 복잡한 줌인-줌아웃 및 선명-흐릿함을 제어할 수 있다. 마찬가지로 보다 다양한 필터 효과도 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이 중앙 부분의 렌즈(122)는 가변 렌즈로서의 기능을 갖게 된다. 이 때, 렌즈(122)는 오목 렌즈, 볼록 렌즈 또는 평판한 상태로 제조될 수 있다.
이온교환막(120)의 일측에 구성된 변위계(200)는 가변 렌즈의 변위를 측정할 수 있다. 즉, 이온교환막(120)에 접촉된 전극(110)에 전압을 인가하면, 가변 렌즈로 동작하는 이온교환막(120)의 렌즈(122)가 변형된다. 이 때, 변위계(200)는 미세한 위치 변화를 감지하여야 한다. 따라서, 미세한 변위까지 감지할 수 있는 레이저 변위계(200)가 사용될 수 있다. 또한, 변위계(200)는 렌즈(122)의 변위를 감지해야 하므로 렌즈(122)에 가까운 위치에 구성하는 것이 바람직하다. 변위계(200)에 의해 측정된 렌즈(122)의 변위 정보는 제어부(300)로 전송된다. 제어부(300)는 렌즈(122)의 굴절률과 변위 정보를 함께 분석하여 현재 렌즈(122)의 배율 및 색수차 등을 인지할 수 있다.
제어부(300)는 변위계(200)로부터 측정된 변위 정보를 수신하여 상기 렌즈(122)의 초점의 상태를 인지하고 조절할 수 있다. 즉, 제어부(300)를 통해 배율 또는 색수차를 변경하라는 이벤트 또는 사용자로부터의 명령이 입력되면, 제어부(300)는 전압공급부(400)를 제어하여 전압공급부(400)로 하여금 이온교환막(120)의 전극에 인가하는 전압을 조절하도록 하여 배율 또는 색수차를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 변위계(200)로부터 제어된 배율 또는 색수차에 대응하는 변위 정보가 입력되었는지의 여부를 확인할 수 있다.
예컨대, 제어부(300)는 전압공급부(400)로 하여금 교류 전압을 전극(110)에 인가하도록 하여 교류 전압에 대응하여 렌즈의 변위가 제어되도록 조절할 수 있다. 또는, 직류를 걸어주는 경우에는 원하는 방향으로 이온교환막(120)이 변위되도록 할 수 있다. 이와 같이 가변 렌즈의 변위를 조절하여 대응하는 배율 및 색수차를 조절할 수 있다. 배율 및 색수차는 각각 줌인-줌아웃 및 선명-흐림과 같은 의미로도 해석될 수 있을 것이다.
예컨대, 빠르게 변하는 주파수를 갖는 전압을 걸어주면, 렌즈를 통해 결상되는 상은 흐릿한 상이 결상될 것이다. 또는 직류 전압을 걸어주는 경우에는 줌-줌아웃, 선명-흐릿함을 조절할 수 있다. 즉, 렌즈(122)가 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈인 경우에는 가해지는 전압을 조절하여 줌-줌아웃, 선명-흐릿함을 조절할 수 있다. 또는 렌즈가 오목 렌즈, 볼록 렌즈 또는 평평한 경우면, 가해지는 전압의 주파수를 달리하여 렌즈에 필터 효과를 제공할 수 있다. 예컨대, 또는 렌즈의 형상에 상관없이 교류 전압을 걸어주어 상이 떨리는 듯한 필터링 효과를 제공할 수 있을 것이다.
전압공급부(400)는 상기 제어부(300)로부터 렌즈의 초점 조절 신호에 따라 대응하는 전압을 전극(110)에 공급할 수 있다. 전압공급부(400)는 제어부(300)의 제어에 따라 교류 전압, 직류 전압 등의 전압 또는 특정한 파형을 갖는 전압을 제공함으로써, 렌즈(122)에 필터링 효과를 제공하거나, 또는 줌인-줌아웃, 흐림 - 선명 등을 제어할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극에 인가되는 전압에 따른 이온 고분자 금속 복합물의 변위를 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, 전극에 인가되는 전압과 이온교환막(120)의 변위는 비례한다. 전압이 증가하면 이온교환막(120)의 변위도 증가한다. 즉, 전압공급부(400)를 통해 전극(110)에 인가되는 전압의 전위와 주파수를 제어하면, 전술한 바와 같이 렌즈(122)의 배율(줌인-줌아웃) 및 선명도(선명-흐림)을 제어할 수 있다. 또는 주파수에 변화를 주어 렌즈(122)의 변위가 빠르게 변하도록 하여 렌즈(122)를 통해 맺히는 상이 선명도가 빠르게 변하도록 하여 애니메이션과 같이 보여지도록 하는 필터로서의 기능을 수행할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 렌즈를 사용하는 사용예를 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 렌즈를 사용하는 또 다른 사용예를 나타낸 도면이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 이온교환막(120)의 중앙 부분은 투명한 상태를 유지한다. 이 때, 이온교환막(120)의 전극에 전압을 인가하여 줌인-줌아웃(도 10) 및 선명 - 흐림(도 11)을 제어한 상태를 제어할 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 이온 고분자 금속 복합물
110: 전극
120: 이온교환막
122: 렌즈
200: 변위계
300: 제어부
400: 전압공급부

Claims (9)

  1. 투명한 재질이며 전압이 인가되면 변형하는 이온교환막(120);
    상기 이온교환막(120)의 일측에 도금되어 형성되는 적어도 한 쌍의 전극(110); 및
    상기 이온교환막(120)의 타측에 형성되어 있는 렌즈(122)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈는,
    상기 이온교환막(120)의 일측에 구성되어 상기 이온교환막(120)의 변위를 측정하는 변위계(200);
    상기 변위계(200)와 연결되어 측정된 변위 정보를 수신하여 상기 렌즈(122)의 상태를 인지하고 조절할 수 있는 제어 신호를 생성하는 제어부(300); 및
    상기 제어부(300)로부터 제어 신호를 수신하여 상기 제어 신호에 따라 대응하는 전압을 공급하는 전압공급부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈(122)는,
    볼록 렌즈, 오목 렌즈 및 평평한 상태의 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극(110)은,
    상기 이온교환막(120)의 일측 단부 또는 양쪽 단부 중 어느 하나에 도금하여 하나 또는 두 쌍의 전극(110)을 형성하는 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어 신호는,
    상기 전극에 인가되는 전압의 전위 및 전압의 주파수 중 적어도 어느 하나를 제어하는 신호인 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 신호는,
    상기 전위 또는 전압의 주파수에 의해 상기 렌즈의 배율 및 선명도 중 적어도 어느 하나가 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  7. 이온교환막(120)의 일측이 대응하여 렌즈를 형성하도록 평판 성형틀을 제조하는 과정;
    상기 평판 성형틀과 상기 이온교환막(120)을 열압착법에 의하여 찍어 상기 렌즈 형태를 생성하는 과정;
    상기 이온교환막(120)을 수처리하는 과정; 및
    상기 이온교환막(120)의 일측의 단부에 도금하여 적어도 한 쌍의 전극(110)을 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 렌즈(122)는,
    볼록 렌즈, 오목 렌즈 및 평평한 상태의 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전극(110)은,
    상기 이온교환막(120)의 일측 단부 또는 양쪽 단부 중 어느 하나에 도금하여 상기 전극(110)을 형성하는 것을 특징으로 하는 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈.
KR1020150032133A 2015-03-08 2015-03-08 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법 KR101740987B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150032133A KR101740987B1 (ko) 2015-03-08 2015-03-08 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150032133A KR101740987B1 (ko) 2015-03-08 2015-03-08 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160108843A true KR20160108843A (ko) 2016-09-21
KR101740987B1 KR101740987B1 (ko) 2017-05-29

Family

ID=57080676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150032133A KR101740987B1 (ko) 2015-03-08 2015-03-08 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101740987B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112162338A (zh) * 2020-11-20 2021-01-01 太原师范学院 一种基于ipmc驱动的全固态可调焦微透镜

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112162338A (zh) * 2020-11-20 2021-01-01 太原师范学院 一种基于ipmc驱动的全固态可调焦微透镜

Also Published As

Publication number Publication date
KR101740987B1 (ko) 2017-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11982810B2 (en) Or relating to variable focusing power optical devices
US10718958B2 (en) Rigid, gas-permeable polymer as over-mold and sealant for adaptive opthalmic lens
EP3360005A2 (en) Lens comprising an adjustable focus length
Feng et al. Micromachined optical fiber enclosed 4-electrode IPMC actuator with multidirectional control ability for biomedical application
JP2007518133A (ja) 可変焦点レンズ
KR20140113553A (ko) 메타표면 요소를 통합하는 안과용 장치
NO326372B1 (no) Polymerlinse
JP2009271095A (ja) 可変焦点レンズ、オートフォーカス装置、および撮像装置
Zeng et al. Liquid tunable microlenses based on MEMS techniques
US20200400973A1 (en) Lens comprising an adjustable focal length
JP2007536593A (ja) エレクトロウェッティングセル及びそれを駆動する方法
TW200537231A (en) Zoom optical system
KR20140113551A (ko) 메타표면 요소를 통합하는 안과용 장치를 위한 방법
JP2008058841A (ja) 可変形状液体型の可変焦点レンズ
Shahini et al. Toward individually tunable compound eyes with transparent graphene electrode
KR101740987B1 (ko) 이온 고분자 금속 복합물 기반 가변 렌즈 및 가변 렌즈의 제조 방법
Huang et al. Optofluidic lenses for 2D and 3D imaging
JP2009278787A (ja) アクチュエータ素子
Liu et al. Self‐Contained Focus‐Tunable Lenses Based on Transparent and Conductive Gels
JP2005185090A (ja) 移動機構及びそれを用いた小型カメラ、ゴニオメーターとファイバースコープ
JP7246068B2 (ja) 光学素子、及び光学素子の作製方法
US20200201078A1 (en) Fluid-containing contact lens with soft posterior element
CN101349810B (zh) 供液体透镜用的光轴定位装置
Zhang et al. Miniature and tunable high voltage-driven soft electroactive biconvex lenses for optical visual identification
WO2020138242A1 (ja) 電気変位材料、これを用いた光学素子、マイクロレンズアレイ、及び光学素子の作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant