KR20200047614A - 액체 렌즈 - Google Patents

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KR20200047614A
KR20200047614A KR1020207008822A KR20207008822A KR20200047614A KR 20200047614 A KR20200047614 A KR 20200047614A KR 1020207008822 A KR1020207008822 A KR 1020207008822A KR 20207008822 A KR20207008822 A KR 20207008822A KR 20200047614 A KR20200047614 A KR 20200047614A
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liquid lens
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레이먼드 밀러 카람
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

액체 렌즈는 예컨대, 경사 응답 시간을 개선하고 및/또는 광학 수차를 줄임으로써, 액체 렌즈의 성능을 개선하도록 구성된 챔버를 포함할 수 있다. 상기 챔버는 절두 원뿔 형상에 따르는 측벽을 가질 수 있다. 원뿔 각도, 및 넓은 단부 직경, 및 좁은 단부 직경은 경쟁 요인들을 균형 맞춤으로써 선택될 수 있다. 액체 렌즈는 2개의 유체를 포함할 수 있고, 상기 유체 채움 비율은 액체 렌즈의 성능을 개선하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 측벽은 구의 일부에 따를 수 있다.

Description

액체 렌즈
본 출원은 2017년 9월 1일에 제출된 미국 가출원 번호 62/553,466의 우선권을 주장하며, 그 전체가 참고로 본원에 포함된다.
2015년 12월 1일에 발행된 액체 렌즈 배열이라는 명칭의 미국 특허 번호 9,201,174는 그 전체가 참고로 본원에 포함된다.
본원에 개시된 일부 실시예는 액체 렌즈와 같은 가변 초점 렌즈에 대한 것이다.
특정 예시의 실시예가 아래에서 예시의 목적으로 요약된다. 실시예는 본원에 인용된 특정 구현으로 제한되지 않는다. 실시예는 여러 가지 새로운 특징을 포함할 수 있으며, 그 중 하나의 특징이 그 바람직한 속성에 단독으로 책임을 지거나 실시예에 필수적인 것은 아니다.
본원에 개시된 다양한 실시예는 가변 초점 렌즈와 관련될 수 있으며, 이는 챔버, 상기 챔버에 포함된 제1 액체, 및 상기 챔버에 포함된 제2 액체를 포함할 수 있다. 제1 액체 및 제2 액체는 제1 액체와 제2 액체 사이에 액체 경계면을 형성하도록 실질적으로 혼합되지 않을 수 있다. 액체 렌즈는 하나 이상의 제1 전극을 가질 수 있으며, 이는 제1 및 제2 액체와 절연될 수 있다. 하나 이상의 제1 전극은 렌즈의 상응하는 하나 이상의 위치(예컨대, 4개의 사분면의 4개의 전극)에 배치될 수 있다. 액체 렌즈는 제1 액체와 전기 연통하는 하나 이상의 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 액체 경계면의 위치는 적어도 부분적으로 전극에 적용된 전압에 따라 변할 수 있다. 액체 렌즈는 제1 윈도우 및 제2 윈도우를 포함할 수 있다. 챔버는 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 배치되어 제1 액체와 제2 액체 사이의 액체 경계면을 관통하는 광학 경로를 따라 광을 투과시킬 수 있다. 챔버는 가변 초점 렌즈의 성능을 향상시키도록 형성될 수 있다.
액체 경계면은 전극에 전달된 신호에 응답하여 기울어(tilt)질 수 있으므로, 액체 경계면의 광학 축은 광학 경사각(optical tilt angle)에 의해 가변 초점 렌즈의 구조 축(structural axis)에 대해 각을 이룬다.(예컨대, 0 디옵터(diopters)의 액체 경계면을 갖는) 가변 초점 렌즈는 약 100 ms 이상, 약 80 ms 이상, 약 70 ms 이상, 약 60 ms 이상, 약 50 ms 이상, 약 40 ms 이상, 약 30 ms 이상, 약 20 ms의 이상, 약 10 ms 이상, 또는 약 5 ms 이상, 또는 이들의 임의의 범위 또는 값의, (예컨대, 계단 함수(step function) 입력에 대한 응답으로) 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대해 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 가질 수 있다. 유체 경계면이 광학 경사각의 0도에서 0.6도로의 전이의 10 % 내지 90 % 사이에서 이동함에 따라, 가변 초점 렌즈는 약 600 nm 이하, 약 500 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 150 nm 이하, 또는 그 사이의 임의의 값 도는 범위의, 총 파면 오차(wavefront error)를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력할 수 있다.
가변 초점 렌즈의 챔버는 약 2.0 mm 이하, 약 1.0 mm 이하, 약 0.75 mm 이하, 약 0.6 mm 이하 또는 적어도 약 0.5 mm, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위의 높이를 가질 수 있다. 챔버는 절두 원뿔의 형태를 가진 측벽을 포함할 수 있다. 측벽은 약 20도 이상, 약 25도 이상, 약 30도 이상, 약 35도 이상, 약 40도 이상, 약 50도 이상, 약 60도 이상, 또는 85도 이하, 또는 그들 사이의 임의의 값 또는 범위만큼 가변 초점 렌즈의 구조 축에 대해 각을 이룰 수 있다.
챔버는 구체와 실질적으로 일치하는 형상을 갖는 측벽을 포함할 수 있다. 측벽의 상단은 구체의 중심과 정렬될 수 있다. 가변 초점 렌즈는 제1 직경을 갖는 좁은 개구 및 제2 직경을 갖는 넓은 개구를 갖는 측벽을 가질 수 있고, 제2 직경 대 제1 직경의 비는 약 4 대 1 및 약 1.1 대 1 사이일 수 있다. 제2 직경 대 제1 직경의 비율은 약 4 대 1, 약 3 대 1, 약 2 대 1, 약 1.75 대 1, 약 1.5 대 1, 약 1.25 대 1, 약 1.2 대 1, 약 1.15 대 1, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위일 수 있다.
가변 초점 렌즈는 제1 직경을 갖는 좁은 개구 및 제2 직경을 갖는 넓은 개구를 갖는 측벽을 포함하고, 여기서, 0 디옵터에서 그리고 광학 경사각이 없을 때의 액체 경계면은 제3 직경을 가지며, 제3 직경 대 제1 직경의 비율은 약 3 대 1, 약 2.5 대 1, 약 2 대 1, 약 1.75 대 1, 약 1.5 대 1, 약 1.25 대 1, 약 1.2 대 1, 약 1.15 대 1, 약 1.1 대 1, 약 1.05 대 1, 약 1.03 대 1, 이들 사이의 임의의 값 또는 범위일 수 있다.
본원에 개시된 다양한 실시예는 본원에 개시된 다양한 실시예에 따른 이미지 센서 및 가변 초점 렌즈를 갖는 카메라 시스템에 관한 것일 수 있다. 가변 초점 렌즈는 이미지 센서를 통해 이미지를 생성하기 위한 광을 출력할 수 있다. 가변 초점 렌즈에 의해 출력된 광은 광학 경사 동안, 약 500 nm 이하, 약 400 nm, 약 300 nm 이하, 약 200 nm 이하, 약 150 nm 이하, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가질 수 있다. 이미지 센서는 본원에 개시된 바와 같이, 다른 화소 크기(pixel size)가 사용될 수도 있지만, 1.4 미크론(㎛) 이하의 화소 크기를 갖는 화소를 가질 수 있다.
다양한 실시예는 좁은 단부와 넓은 단부를 가진 절두 원뿔의 형태를 가진 측벽을 포함하는 챔버를 가진 액체 렌즈에 대한 것일 수 있다. 절두 원뿔의 좁은 단부는 약 1.5 mm 내지 약 2.2 mm, 또는 약 1.7 mm 내지 약 2.0 mm, 또는 1.8 mm 내지 1.85 mm의 지름을 가질 수 있다. 절두 원뿔의 넓은 단부는 약 2 mm 내지 약 3 mm, 또는 약 2.25 mm 내지 약 2.75 mm, 또는 약 2.4 mm 내지 약 2.5 mm의 지름을 갖는다. 절두 원뿔은 약 400 미크론 내지 약 600 미크론, 또는 약 450 미크론 내지 약 550 미크론의 원뿔 높이를 가질 수 있다. 측벽은 약 20도(degrees) 내지 약 40도, 또는 약 25도 내지 약 35도, 또는 적어도 약 30도의 원뿔 각도만큼 절두 원뿔의 구조 축에 대해 각을 이룰 수 있다. 액체 렌즈는 챔버 내에 포함된 제1 액체 및 챔버 내에 포함된 제2 액체를 가질 수 있다. 제1 액체 및 제2 액체는 제1 액체와 제2 액체 사이에 액체 경계면을 형성하기 위해 실질적으로 혼합되지 않을 수 있다. 액체 렌즈는 절두 원뿔의 넓은 단부 위에 배치된 제1 윈도우를 가질 수 있다. 제1 윈도우는 약 20 미크론 내지 약 70 미크론, 또는 약 30 미크론 내지 약 60 미크론, 또는 약 40 미크론 내지 약 50 미크론의 상부-원뿔 높이만큼 절두 원뿔의 넓은 단부로부터 이격될 수 있다. 액체 렌즈는 절두 원뿔의 좁은 단부 아래에 배치된 제2 윈도우를 가질 수 있다. 챔버는 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 배치되어 액체 경계면, 제1 윈도우, 및 제2 윈도우를 교차하는 광학 경로를 따라 광을 투과시킬 수 있다. 액체 렌즈는, 일부 구현에서, 액체 렌즈의 제1 사분면에 배치되고 제1 및 제2 액체로부터 절연된 제1 절연 전극, 액체 렌즈의 제2 사분면에 배치되고 제1 및 제2 액체로부터 절연된 제2 절연 전극, 액체 렌즈의 제3 사분면에 배치되고 제1 및 제2 액체로부터 절연된 제3 절연 전극, 액체 렌즈의 제4 사분면에 배치되고 제1 및 제2 액체로부터 절연된 제4 절연 전극을 가질 수 있다. 액체 렌즈는 제1 액체와 전기 연통하는 공통 전극을 가질 수 있다. 액체 경계면의 위치는 공통 전극 및 절연 전극에 적용된 하나 이상의 전압에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 액체 경계면은 절연 전극들 사이에 적용된 상이한 전압들에 응답하여 기울어질 수 있으므로, 액체 경계면의 광학 축은 구조 축에 대해 광학 경사각만큼 각을 이룰 수 있다.
(예컨대, 0 디옵터 또는 평평한 액체 경계면을 갖는) 액체 렌즈는 약 100 ms 이하, 약 75 ms 이하, 약 60 ms 이하, 약 50 ms 이하, 약 40 ms 이하, 약 30 ms 이하, 또는 적어도 약 25 ms, 또는 그들 사이의 임의의 값 또는 범위의, (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대한 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 갖는다. 액체 경계면이 약 500 nm 이하, 약 400 nm 이하, 약 300 nm 이하, 또는 약 250 nm 이상 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위의, (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로 이동함에 따라, (예컨대, 0 디옵터 또는 평평한 액체 경계면을 갖는) 액체 렌즈는 25 ms 후 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력할 수 있다. 액체 경계면이 약 400 nm 이하, 약 350 nm 이하, 또는 약 250 nm 이하, 또는 약 200 nm 이상, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위의, (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로 이동함에 따라, (예컨대, 0 디옵터 또는 평평한 액체 경계면을 갖는) 액체 렌즈는 25ms 이후 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력할 수 있다. 약 200 nm 이하, 약 150 nm 이하, 약 125 nm 이하, 약 100 nm 이하, 또는 적어도 약 50 nm, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위의, (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로 액체 경계면이 이동함에 따라, (예컨대, 0 디옵터 또는 평평한 액체 경계면을 갖는) 액체 경계면은 25 ms 후 코마 광학 수차(coma optical aberration)를 가진 광을 출력할 수 있다. 약 400nm 이하, 약 300nm 이하, 약 200nm 이하, 또는 적어도 약 100nm, 또는 이들 사이의 임의의 범위 또는 값의, (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로 액체 경계면이 이동함에 따라, (예컨대, 0디옵터 또는 평평한 액체 경계면을 갖는) 액체 렌즈는 25 ms 이후 트레포일 광학 수차(trefoil optical aberration)를 가진 광을 출력할 수 있다.
액체 경계면이 평평할 때 제1 액체는 제1 액체 높이를 가질 수 있고 제2 액체는 제2 액체 높이를 가질 수 있다. 제1 액체 높이 및 제2 액체 높이는 약 30 %, 약 20 %, 약 15 %, 약 10 %, 약 5 %, 약 3 %, 약 2 %, 약 1 %, 또는 실질적으로 0 % 이하의, 또는 그 사이의 모든 값 또는 범위만큼 변한다. 액체 경계면이 평평할 때, 액체 경계면의 활성 부분과 액체 경계면의 비활성 부분 사이의 비율은 약 2 대 1 내지 약 4 대 1 사이일 수 있고, 또는 약 2.5 대 1 내지 약 3.5 대 1 사이에 있을 수 있다.
본원에 개시된 다양한 실시예는 약 600 미크론 이하의 공동 높이를 갖는 공동(cavity)을 형성하는 챔버, 챔버에 포함된 제1 액체, 및 챔버에 포함된 제2 액체를 포함할 수 있는, 액체 렌즈에 관한 것일 수 있다. 제1 액체 및 제2 액체는 제1 액체와 제2 액체 사이에 액체 경계면을 형성하기 위해 실질적으로 혼합되지 않을 수 있다. 액체 렌즈는 제1 및 제2 액체로부터 절연된 복수의 절연 전극 및 제1 액체와 전기 연통하는 공통 전극을 가질 수 있다. 액체 경계면의 위치는 전극에 적용된 전압에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 액체 경계면은 광학 경사각을 생성하기 위해 절연된 전극 사이에 적용된 상이한 전압에 응답하여 기울어질 수 있다. 액체 렌즈(예를 들어, 0 디옵터 또는 평평한 액체 경계면을 갖는)는 액체 경계면이 약 350 nm 이하, 또는 약 325 nm 이하, 또는 약 300 nm 이하, 또는 약 275 nm 이하, 또는 약 250 nm 이하, 또는 그 안에 한정된 임의의 범위 또는 값의(예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0 도의 광학 경사각에서 0.6 도의 광학 경사각으로 이동함에 따라 25 ms 후 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 갖는 광을 출력하도록 구성될 수 있다.
챔버는 절두 원뿔 형상의 측벽을 가질 수 있고, 측벽은 적어도 약 20도, 적어도 약 25도, 적어도 약 30도, 또는 약 40도 이하, 또는 그 안의 임의의 값 또는 범위만큼 절두 원뿔의 구조 축에 대해 각을 이룰 수 있다. 챔버는 넓은 단부 및 좁은 단부를 갖는 절두 원뿔 형태의 측벽을 가질 수 있다. 넓은 단부의 직경과 좁은 단부의 직경 사이의 비는 약 1 내지 약 2 사이, 또는 1.2 내지 약 1.5 사이, 또는 그 안의 임의의 범위 또는 값이다. 복수의 절연된 전극은 액체 렌즈에서 4개의 각각의 사분면에 배치된 4개의 절연된 전극을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈는 단지 4개의 절연 전극을 가질 수 있으며, 일부 경우 독립적으로 구동될 수 있다.
(예컨대, 0 디옵터 또는 평평한 형상의 액체 경계면을 갖는) 액체 렌즈는 약 20 nm 내지 약 100 ms, 또는 약 25 ms 내지 약 75 ms, 또는 약 50 ms 내지 약 70 ms, 또는 이들 값 사이의 임의의 값 또는 범위의, (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대한 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 가질 수 있다. (예컨대, 0 디옵터의 액체 경계면을 갖는)액체 경계면이 (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0 도의 광학 경사각에서 0.6 도의 광학 경사각으로 이동함에 따라, 25 ms 후, 약 200 nm 내지 약 400 nm, 또는 약 250 nm 내지 약 350 nm, 또는 약 275 nm 내지 약 325 nm의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력할 수 있다. 액체 경계면이 평평할 때의 제2 액체의 높이는 공동 높이의 약 40 % 내지 약 60 %이거나, 또는 약 40 %, 약 45 %, 약 50 %, 약 55 %, 약 60 % 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위일 수 있다. 액체 경계면의 중심 영역에서의 활성 부분과 액체 경계면의 주변 영역에서의 비활성 부분 사이의 비는, 액체 경계면이 평평할 때, 약 2 대 1 내지 약 4 대 1, 또는 약 2.5 대 1 내지 약 3.5 대 1, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위일 수 있다.
본원에 개시된 다양한 실시예는 챔버, 챔버에 포함된 제1 액체 및 챔버에 포함된 제2 액체를 갖는 액체 렌즈에 관한 것일 수 있다. 제1 액체 및 제2 액체는 제1 액체와 제2 액체 사이에 액체 경계면을 형성하기 위해 실질적으로 혼합되지 않을 수 있다. 액체 렌즈는 제1 액체 및 제2 액체로부터 절연될 수 있는 하나 이상의 절연 전극 및 제1 액체와 전기 연통하는 공통 전극을 가질 수 있다. 액체 경계면의 위치는 전극에 적용된 전압에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 액체 경계면은 액체 렌즈에 의해 출력된 광을 투과시켜 이미지를 생성하는 액체 경계면의 중심 영역에 활성 부분을 가질 수 있다. 액체 경계면은 이미지에 실질적으로 기여하지 않는 액체 경계면의 주변 영역에 비활성 부분을 가질 수 있다. 비활성 부분은 평평한 액체 경계면의 면적의 적어도 약 15 %, 또는 적어도 약 20 %, 또는 적어도 약 22 %, 또는 적어도 약 24 %, 또는 적어도 50 %를 차지한다. 비활성 부분은 평평한 액체 경계면의 면적의 적어도 약 10 %, 약 15 %, 약 20 %, 약 25 %, 약 30 %, 약 35 %, 약 40 %, 약 45 %, 약 50 %, 또는 이들 값 사이의 임의의 값 또는 범위를 차지한다.
챔버는 좁은 단부 및 넓은 단부를 갖는 절두 원뿔 형태의 측벽을 가질 수 있고, 넓은 단부의 직경과 좁은 단부의 직경 사이의 비는 약 1.1 대 1 내지 약 2 대 1, 약 1.2 대 1 내지 약 1.5 대 1, 또는 그 안의 임의의 값 또는 범위일 수 있다. 챔버는 절두 원뿔 형상의 측벽을 가질 수 있고, 측벽은 절두 원뿔의 구조 축에 대해 약 20도 내지 약 40도, 또는 약 25도 내지 약 35도, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위의 원뿔 각도의 각을 이룰 수 있다. 하나 이상의 절연된 전극은 액체 렌즈에서 4개의 각각의 사분면에 배치된 4개의 절연된 전극을 포함할 수 있다. 액체 경계면은 절연 전극들 사이에 적용된 상이한 전압들에 응답하여 기울어질 수 있으므로 액체 경계면의 광학 축은 광학 경사각에 의해 액체 렌즈의 구조 축에 대해 각을 이룰 수 있다. 액체 렌즈는 (예를 들어, 0 디옵터의 유체 경계면으로) (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0 도의 광학 경사각에서 0.6 도의 광학 경사각으로의 전이에 대해 약 25 ms 내지 약 75 ms 사이의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 가질 수 있지만, 본원에 개시된 바와 같이, 다른 응답 시간이 또한 적용될 수 있다. 액체 렌즈는 액체 경계면이(예를 들어, 0 디옵터의 유체 경계면을 가진) (예를 들어, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 0도에서 0도에서 0.6도까지의 광학 경사각으로 이동함에 따라, 25 ms 후, 350 nm 이하, 또는 325 nm 이하, 또는 300 nm 이하, 또는 약 250 nm 내지 약 300 nm, 또는 그 안의 임의의 값 또는 범위의 총 파면 오차를 가진 광학 수차를 갖는 광을 출력할 수 있다. 액체 경계면이 평평할 때, 제2 액체의 높이는 공동 높이의 약 40 % 내지 약 60 %, 또는 공동 높이의 약 45 % 내지 약 55 % 일 수 있다.
경사각 응답 시간, 광학 수차 및 물리적 치수 등에 대한 다양한 추가 값과 범위는 특별히 열거되지 않은 경우에도 액체 렌즈에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 다양한 플롯은 시간의 함수로서 광학 수차를 보여준다. 유체 경계면이 기울어짐에 따라 25ms 후의 광학 수차의 양과 관련하여 일부 예시적인 실시예가 설명된다. 그러나, 플롯(plot)은 다양한 다른 시간에서의 광학 수차의 양을 나타내며, 이는 구체적으로 상세히 설명되지 않은 경우에도 본 발명의 일부인 것으로 고려된다. 개시된 다양한 실시예 사이에 물리적 특성을 갖는 것과 같은 다양한 다른 액체 렌즈 설계가 사용될 수 있으며, 이는 구체적으로 논의된 다양한 실시예 사이에 귀속되는 성능을 산출할 수 있음을 이해할 것이다.
특정 실시예는 다음의 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이며, 여기서 유사한 참조 번호는 전체에 걸쳐 유사한 특징을 나타낸다. 이들 도면은 예시적인 목적으로 제공되며, 실시예는 도면에 도시된 특정 구현으로 제한되지 않는다.
도 1a는 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 1b는 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 2a는 4개의 사분면 전극을 가진 액체 렌즈의 예시의 실시예이다.
도 2b는 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 3은 카메라 시스템의 예시의 실시예의 개략도이다.
도 4는 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 5는 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 6은 활성 부분과 비활성 부분을 가진 유체 경계면을 가진 액체 렌즈의 예시를 나타낸다.
도 7은 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 8은 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 9a, 10a, 11a, 12a, 13a, 14, 15a, 16a, 17a, 및 23a는 액체 렌즈의 예시의 실시예에 대한 경사 응답 시간을 보여주는 플롯이다.
도 9b, 10b, 11b, 12b, 13b, 15b, 16b, 17b, 및 23b는 액체 렌즈의 예시의 실시예에 대한 코마 광학 수차를 보여주는 플롯이다.
도 9c, 10c, 11c, 12c, 13c, 15c, 16c, 17c, 및 23c는 액체 렌즈의 예시의 실시예에 대한 트레포일 광학 수차를 보여주는 플롯이다.
도 9d, 10d, 11d, 12d, 13d, 15d, 16d, 및 17d는 액체 렌즈의 예시의 실시예에 대한 총 파면 오차를 보여주는 플롯이다.
도 18a 및 18b는 액체 렌즈의 예시의 실시예에 대한 코마 광학 수차를 보여주는 플롯이다.
도 19a는 액체 렌즈의 예시의 실시예에 대한 경사 응답 대 시간을 보여주는 플롯이다.
도 19b는 액체 렌즈의 예시의 실시예에 대한 초점 반응을 보여주는 플롯이다.
도 20은 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 21은 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 22는 액체 렌즈의 예시의 실시예의 단면도이다.
도 1a는 액체 렌즈일 수 있는 가변 초점 렌즈(10)의 예시의 실시예의 단면이다. 도 1a의 액체 렌즈(10)와 더불어 본원에 개시된 다른 액체 렌즈는 '174 특허에 개시된 액체 렌즈와 같거나 유사한 특징을 가질 수 있으며, '174 특허에 개시된 것과 유사한 기술을 사용하여 만들어질 수 있다. 액체 렌즈(10)는 유체 경계면(예를 들어, 액체 경계면)(15)을 형성하는, 제1 유체(14) 및 제2 유체(16)와 같은, 적어도 2개의 실질적으로 혼합되지 않는 유체(예를 들어, 액체)를 포함하는 공동(12)을 가질 수 있다. 제1 유체(14)는 전기 전도성일 수 있고 제2 유체(16)는 전기 절연될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 유체(14)는 극성 유체, 및/또는 수용액일 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 유체(16)는 오일(oil)일 수 있다. 제1 유체(14)는 제2 유체(16)보다 높은 유전율(dielectric constant)을 가질 수 있다. 투명한 플레이트를 포함할 수 있는 하부 윈도우(18)(예를 들어, 때때로 제1 윈도우로 지칭됨)는 공동(12) 아래에 있을 수 있고, 투명한 플레이트를 포함할 수 있는 상부 윈도우(20)(예를 들어, 때때로 제2 윈도우로 지칭됨)는 공동(12) 위에 있을 수 있다. 하부 윈도우(18) 및 상부 윈도우(20)라는 용어가 본원에서 사용되지만, 액체 렌즈(10)는, 다양한 실시예에서, 하부 윈도우(18)가 상부 윈도우(20)보다 높은 위치된 위치(예를 들어, 도 1a에 도시된 위치로부터 거꾸로 됨)를 포함하여, 예시적인 도면에 도시된 배향과 상이할 수 있는 다양한 배향으로 위치될 수 있음이 이해될 것이다. 적어도 하나의 제1 전극(22)은 절연 재료(24)에 의해 공동(12) 내의 유체(14, 16)로부터 절연될 수 있다. 제2 전극(26)은 제1 유체(14)와 전기 연통할 수있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제2 전극(26)은 제1 유체(14)와 직접 전기 접촉할 수 있다. 다른 실시 예에서, 제2 전극(26)은 제2 전극(26)과 제1 유체(14) 사이의 직접적인 접촉없이, 예컨대, 용량 결합에 의해, 제1 유체(14)와 간접적으로 전기 연통할 수 있다.
액체 렌즈(10)의 초점 길이를 변화시키기 위해서와 같이, 유체(14, 16) 사이의 유체 경계면(15)의 형상을 제어하기 위해 전극(22 및 26) 사이에 전압이 적용될 수 있다. 도 1a는 전극(22 및 26) 사이에 전압이 적용되지 않은 제1 상태의 액체 렌즈(10)를 도시하며, 도 1b는 전극(22 및 26) 사이에 전압이 적용되는 제2 상태에서의 액체 렌즈(10)를 도시한다. 챔버(12)는 소수성(hydrophobic) 재료로 만들어진 하나 이상의 측벽을 가질 수 있다. 예를 들어, 절연 재료(24)는 소수성일 수 있다. 일부 실시예에서, 절연 재료(24)는 파릴렌(parylene)일 수 있으며, 이는 절연성 및 소수성일 수 있다. 일부 실시예에서, 별도의 소수성 레이어가 사용될 수있다. 전압이 적용되지 않을 때, 측벽 상의 소수성 재료는 제1 유체(14)(예를 들어, 수용액)를 튕겨낼 수 있으므로 제2 유체(16)(예를 들어, 오일)는, 예컨대, 도 1a에 도시 된 유체 경계면(15) 형상을 생성하기 위해, 측벽의 비교적 넓은 구역을 덮을 수 있다. 제2 전극(26)을 통해 제1 전극(22)과 제1 유체(14) 사이에 전압이 적용될 때, 제1 유체(14)는 제1 전극(22)으로 끌어 당겨질 수 있으며 및/또는 측벽 상의 소수성 재료 상의 제1 유체(14)의 습윤성은 증가될 수 있고, 이는 측벽 아래의 유제 경계면(15)의 위치를 구동하여 측벽 구역의 더 많은 부분이 제1 유체(14)와 접촉할 수 있다. 유체 경계면(15)은 전극(22, 26) 사이의 상이한 크기의 전압을 적용함으로써 다양한 상이한 위치로 구동될 수 있다.
도 2a는 액체 렌즈(10)의 예시적인 실시예의 평면도를 도시한다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 제1 전극(22)은 액체 렌즈(10)에 대해 상이한 위치에 위치된 다수의 전극(22a-d)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈(10)는 액체 렌즈(10)의 4개의 사분면에 위치될 수 있는, 4개의 전극(22a, 22b, 22c, 22d)을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 제1 전극(22)은 다양한 수의 전극(예를 들어, 1개의 전극, 2개의 전극, 4개의 전극, 6개의 전극, 8개의 전극, 12개의 전극, 16개의 전극, 32개의 전극 또는 이들 사이의 임의의 값)을 포함할 수 있다. 전극(22a-d)은 독립적으로 구동될 수 있고(예를 들어, 동일하거나 상이한 전압이 적용됨), 액체 렌즈(10)의 상이한 사분면 상의 상이한 위치에 유체 경계면(15)을 위치시키는데 사용될 수 있다.
도 2b는 전극(22a 및 22d)을 통해 취해진 단면도를 도시한다. 전극(22d)보다 전극(22a)에 더 많은 전압이 적용되면, 유체 경계면(15)은 전극(22a)의 사분면에서 측벽 아래로 더 끌어당겨질 수 있으며, 이는 예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이, 유체 경계면(15)이 기울어지게 할 수 있다. 액체 렌즈(10)의 광학 축(30)은 전극(22a-d)에 상이한 전압을 적용함으로써 액체 렌즈(10)의 구조 축(28)에 대해 다양한 다른 방향으로 그리고 다양한 양으로 기울어질 수 있다. 구조 축(28)은 액체 렌즈(10) 또는 그 일부(예를 들어, 공동(12)의 일부, 절단 원뿔의 일부 등)의 회전 대칭 축일 수 있다. 구조 축(28)은 윈도우(18, 20) 중 하나 또는 둘 모두의 중심, 또는 공동(12)의 중심을 통과할 수 있다. 액체 렌즈(10)의 구조 축(28)은 액체 렌즈의 종방향 축으로 간주될 수 있다. 구조 축(28)은 유체 경계면(15)이 예를 들어 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 회전 대칭 형상을 가질 때, 및/또는 전극(22a-d)이 동일한 전압 수준으로 구동될 때, 및/또는 유체 경계면(15)이 기울어지지 않을 때, 액체 렌즈(10)의 광학 축 상에 놓일 수 있다. 액체 렌즈(10)의 광학 축(30)과 액체 렌즈(10)의 구조 축(28) 사이의 광학 경사각(32)의 방향 및/또는 크기는 유체 경계면의 형상을 수정하기 위해 전극(22a-d)을 구동함으로써 제어될 수 있다. 광학 경사는 광학식 이미지 흔들림 방지, 축외 포커싱 등을 제공하기 위해 카메라 시스템에 의해 사용될 수 있다. 일부 경우에, 액체 렌즈(10)에 가해지는 힘을 보상하기 위해 전극(22a-d)에 상이한 전압이 적용될 수 있으므로, 액체 렌즈(10)는 축상 포커싱을 유지한다. 기울어진 유체 경계면(15)을 통과한 광(30)은 광이 액체 렌즈(10)로 들어가는 방향에 대해 광학 경사각(32)만큼 각을 이루는 방향을 향해 수렴되거나, 또는 그로부터 멀어질 수 있다. 유체 경계면(150)은 광학 경사각(32)을 생성하는 물리적 경사각(34)까지 기울어질 수 있다. 광학 경사각(32)과 물리적 경사각(34) 사이의 관계는 유체(14, 16)의 굴절률에 적어도 부분적으로 의존한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 유체(14)는 약 1.35 내지 약 1.42, 또는 약 1.37 내지 약 1.4(예를 들어, 약 1.38 또는 1.39)의 굴절률을 가질 수 있고, 제2 유체(16)는 약 1.45 내지 약 1.55, 또는 약 1.47 내지 약 1.52(예를 들어, 약 1.49 또는 1.5)의 굴절률을 가질 수 있다. 제1 및 제2 유체(14, 16)의 굴절률 사이의 차이는 약 0.07 내지 0.15, 약 0.09 내지 약 0.13(예를 들어, 약 0.11)일 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 굴절률을 갖는 다양한 다른 유체가 사용될 수 있다. 본원의 다양한 실시예는 0도에서 0.6 도로의 광학 경사각의 전이와 관련하여 논의된다. 일부 실시예에서, 이는 유체 경계면(15)의 0도에서 약 8 도로의 물리적 경사의 전이에 상응할 수 있다.
도 3은 액체 렌즈와 같은 가변 초점 렌즈(10)를 포함할 수 있는 카메라 시스템(300)의 예시적인 실시예를 도시한다. 가변 초점 렌즈(10)는 본원에 기술된 다른 가변 초점 렌즈와 유사하거나 동일할 수 있다. 카메라 시스템(300)은 스마트폰, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 등과 같은 모바일 전자 장치에 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라 시스템(300)은 컴팩트 카메라(point-and-shoot camera), 디지털 일안 반사식(DSLR) 카메라, 또는 기타 적합한 카메라 유형 같은 전용 카메라 장치에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라 시스템(300)은 차 또는 다른 자동차 또는 모터 구동 차량과 같은, 다른 장치 또는 시스템에 통합될 수 있다.
카메라 시스템(300)은 CCD(전하 결합 소자) 센서, 또는 CMOS 센서, 또는 임의의 다른 적절한 유형의 이미지 센서일 수 있는 이미지 센서(302)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(302)는 전자 이미지를 생성하기 위해 광을 수신하고 전기 신호를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 센서(302)는 사진 필름 상에 이미지를 생성하기 위해 광에 노출될 수 있는 사진 필름을 포함할 수 있다. 디지털 이미지 센서(302)는 약 0.5 미크론 내지 약 10 미크론 사이의 화소 크기를 가질 수 있는 복수의 센서 화소를 가질 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(302)의 화소는 약 0.5 미크론, 약 0.6 미크론, 약 0.7 미크론, 약 0.8 미크론, 약 0.9 미크론, 약 1.0 미크론, 약 1.1 미크론, 약 1.2 미크론, 약 1.5 미크론, 약 2 미크론, 약 2.5 미크론, 약 5 미크론, 약 7.5 미크론, 약 8 미크론, 약 9 미크론, 또는 약 10 미크론, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 한정되는 임의의 범위의 화소 크기를 가질 수 있지만, 이들 범위를 벗어나는 값이 일부 예시에서 사용될 수 있다. 이미지 센서(302)는 ㎟ 당 약 1000 화소, ㎟ 당 약 1200 화소, ㎟ 당 약 1500 화소, ㎟ 당 약 2500 화소, ㎟ 당 약 5000 화소, ㎟ 당 약 10,000 화소, ㎟ 당 약 25,000 화소, ㎟ 당 약 50,000 화소, 약 100,000 ㎟ 당 화소, ㎟ 당 약 250,000 화소, ㎟ 당 약 500,000 화소, ㎟ 당 약 750,000 화소, ㎟ 당 약 850,000 화소, ㎟ 당 약 900,000 화소, ㎟ 당 약 950,000 화소, 또는 ㎟ 당 약 1,000,000 화소 또는 ㎟ 당 2,000,000 화소, 또는 ㎟ 당 약 3,000,000 화소, 또는 ㎟ 당 약 4,000,000 화소, 또는 ㎟ 당 약 5,000,000 화소 또는 그 사이의 임의의 값 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 한정되는 임의의 범위의 화소 밀도를 가질 수 있지만, 이들 범위를 벗어나는 값이 일부 예시에서 사용될 수 있다.
가변 초점 렌즈(예를 들어, 액체 렌즈)(10)는 이미지 센서(302)로 광을 보내서 이미지를 생성할 수 있다. 카메라 시스템(300)은 적소에 고정될 수 있고 가변 초점 렌즈(10)와 이미지 센서(302) 사이에 위치될 수 있는 하나 이상의 렌즈 요소(304)의 적층(stack)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 렌즈 요소(304)는 양면 볼록, 평면 볼록, 오목 볼록 렌즈(positive meniscus), 볼록 오목 렌즈(negative meniscus), 평면 오목, 양면 오목, 더블릿(doublet), 비구면 및 색지움 렌즈 요소, 등의 임의의 조합과 같은, 다양한 렌즈 유형을 포함할 수 있다. 렌즈 요소(304)는 포커싱(focusing), 디포커싱(defocusing) 및 광학 수차 감소와 같은, 이미지 센서(302)로 지향되는 광 상의 다양한 광학 작동을 수행할 수 있다. 일부 구현에서, 하나 이상의 렌즈 요소(304)는 생략될 수 있고, 액체 렌즈(10)는 중간 광학 요소없이 이미지 센서(302)로 광을 지향시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 하나 이상의 렌즈 요소(304)와 이미지 센서(302) 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 렌즈 요소(304) 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라 시스템(300)은 제2 가변 초점 렌즈(10)를 포함하고, 렌즈 시스템은 2 개의 가변 초점 렌즈(10)를 사용하여 카메라 줌 기능(예를 들어, 광학 줌 기능)을 구현할 수 있다.
하우징(306, housing)은 이미지 센서(302)에 대해 가변 초점 렌즈(10) 및/또는 하나 이상의 렌즈 요소(304)를 위치시킬 수 있다. 하우징(306)은 폐쇄 구조, 또는 카메라 시스템(300)의 요소를 위치시키도록 구성된 임의의 다른 적절한 지지 구조일 수 있다. 하나 이상의 렌즈 요소(302)의 광학 축(29)은 액체 렌즈(10)의 구조 축(28)과 정렬될 수 있으며, 이는 광학 경사가 액체 렌즈(10)에 적용되지 않을 때 액체 렌즈(10)의 광학 축(30)과 또한 정렬될 수 있다. 광학 경사각(32)이 액체 렌즈(10)에 적용될 때, 액체 렌즈(10)의 광학 축(30)은 하나 이상의 렌즈 요소(304)의 광학 축(29)에 대해 각을 이룰 수 있다. 광학 축(29)은 그 중앙 영역에서와 같이 이미지 센서(302)와 교차할 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)와 이미지 센서(302) 사이와 같은, 카메라 시스템(300)에서 광을 재지향시키기 위해 하나 이상의 반사 광학 요소(예를 들어, 거울)가 사용될 수 있다.
카메라 시스템(300)은 제어기(310)를 포함할 수 있다. 제어기(310)는 초점 거리 및/또는 초점 방향을 조정하기 위해 가변 초점 렌즈(10)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(310)는 특정 초점 길이 및/또는 초점 방향을 구현하도록 구성된 전압으로 액체 렌즈(10)의 전극을 구동시키도록 구성될 수 있다. 제어기(310)는 이미지 센서(302)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(310)는 이미지 센서(302)로부터 수신된 신호를 처리하여 이미지를 생성할 수 있다. 제어기(310)는 셔터(예를 들어, (도 3에 도시되지 않은) 선택된 시간에 이미지 센서(302)가 셔터 기능을 구현할 수 있게 하는 전자 셔터 또는 물리적 셔터), 또는 사용자 인터페이스(312)와 같은, 다른 구성 요소를 제어하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(310)는 스마트 폰 또는 태블릿 컴퓨터 상의 다른 기능과 같은 카메라 시스템(300)을 포함하는 장치의 다른 기능을 작동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 가변 초점 렌즈(10), 이미지 센서(302), 사용자 인터페이스(312) 및 카메라 시스템(300)의 다른 구성요소 또는 통합 장치 중 하나 이상을 제어하기 위해 다른 제어기가 사용될 수있다.
카메라 시스템(300)은 하나 이상의 버튼, 스위치, 다이얼, 마이크로폰, 터치 스크린 또는 다른 사용자 입력 요소와 같은 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성될 수 있는 사용자 인터페이스(312)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(312)는 이미지를 생성하기 위한 명령, 일련의 이미지, 또는 비디오, 카메라 설정을 변경하기 위한 입력, 자동 초점, 광학 이미지 안정화 및/또는 또는 줌을 수신할 수 있다. 사용자 인터페이스(312)는 하나 이상의 디스플레이 스크린, 스피커, 프린터, 또는 다른 정보 출력 요소에 의해 사용자에게 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 사용자 인터페이스(312)는 카메라 시스템에 의해 촬영된 이미지, 또는 촬영되고 있는 영역의 미리보기, 또는 카메라 시스템의 설정에 관한 정보를 표시할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 입력 및 출력 요소는 예컨대 터치 스크린 디스플레이와 결합될 수 있다.
카메라 시스템(300)은 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리(314)일 수 있는 메모리(314)를 포함할 수 있다. 제어기(310)는 동작 및 본원에 기술된 특징을 구현하기 위해 메모리(314)에 저장된 컴퓨터 판독 가능 명령어를 실행할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 하드웨어 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(314)는 카메라 시스템(300)에 의해 생성된 이미지를 저장하는데 사용될 수 있다. 메모리(314)는 카메라 시스템(300) 및/또는 그에 의해 생성된 이미지에 대한 설정 및 파라미터에 관한 정보를 저장하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라 시스템(300)은 다수의 메모리 모듈을 포함할 수 있으며, 이는 다수의 메모리 모듈을 공유하거나 스토리지 유형에 전용할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에 판독 전용일 수 있는 컴퓨터 실행 가능 명령을 저장하기 위해 제1 메모리 모듈이 사용될 수 있고, 카메라 시스템(300)에 의해 생성된 이미지를 저장하기 위해 제2 메모리 모듈이 사용될 수 있다.
카메라 시스템(300)은 카메라 시스템(300)의 모션에 관한 정보를 제공 할 수 있는 모션 센서(316)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모션 센서(316)는 가속도계, 자이로 스코프 센서, 또는 카메라 시스템(300)의 모션에 대한 정보를 제공할 수 있는 임의의 다른 적합한 유형의 모션 센서(316)일 수 있다. 모션 센서(316)는 가변 초점 렌즈(10)와 함께 사용되어 광학 이미지 안정화 특징을 구현할 수 있다. 모션 센서(316)는 모션 정보를 제어기(310)에 제공할 수 있고, 제어기(310)는 모션 센서(316)에 의해 검출된 카메라 시스템(300)의 모션을 적어도 부분적으로 보상하기 위해 가변 초점 렌즈를 구동할 수 있다. 예를 들어, 카메라 시스템(300)이 사용중 흔들릴 경우, 모션 센서(316)는 움직임의 방향 및/또는 움직임의 양과 같은, 카메라 시스템(300)의 움직임에 대한 모션을 측정하고 제어기로 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 모션 센서(316)는 카메라 시스템(300)이 어느 정도만큼 하향 방향으로 회전했음을 나타내는 정보를 제공할 수 있다. 제어기(310)는 (예를 들어, 유체 경계면(15)을 기울임으로써) 카메라 움직임을 적어도 부분적으로 보상하기 위해 액체 렌즈(10)를 구동하기 위한 파라미터를 결정할 수 있다. 본원에 개시된 일부 예시는 0.6 도의 광학 경사각을 생성하기 위해 유체 경계면(15)을 기울이는 것에 관한 것이다. 제어기(310)는 광학 경사(예를 들어, 이 예시에서 0.6 도의 상향 광학 경사)를 생성하기 위해 액체 렌즈(10)의 4개의 전극(22ad)에 적용될 전압을 결정하기 위해 순람표(lookup table) 또는 공식을 사용할 수 있다. 그 후, 모션 센서(316)는 (예를 들어, 주기적으로) 업데이트된 모션 정보를 제공할 수 있고, 제어기(310)는 이에 따라 액체 렌즈(10)를 조정할 수 있다. 물리적 경사와 광학 경사 사이의 관계는 적어도 부분적으로 제1 유체(14)(예를 들어, 극성 유체)와 제2 유체(16)(예를 들어, 비극성 유체)의 굴절률 사이의 차이에 의존할 수 있다.
카메라 시스템(300)은 자동 초점 시스템(318)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자동 초점 시스템(318)은 위상 검출, 이미지 콘트라스트 검출, 또는 레이저 거리 검출, 또는 임의의 다른 적절한 기술을 사용하여, 액체 렌즈(10)의 초점 거리를 구동하는 방법을 결정하기 위한 정보를 제공할 수 있다. 제어기(310)는 정보를 수신할 수 있고 적절한 초점 거리를 달성하기 위해 액체 렌즈(10)를 구동하는 방법을 결정할 수 있다. 예로서, 자동 초점 시스템(318)은 이미지 타겟(image target)이 카메라 시스템으로부터 5 m 떨어져 있다고 결정할 수 있다. 제어기(310)는 이 정보를 사용하여 카메라 시스템(300)이 5 m의 초점 거리를 달성하도록 액체 렌즈(10)를 구동하는 방법을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(310)는 액체 렌즈(10)에 적절한 초점 거리를 달성하기 위해 액체 렌즈(10)의 전극에 적용될 전압을 결정하기 위해 순람표 또는 공식을 사용할 수 있다. 초점 거리(예를 들어, 자동 초점) 및 초점 방향(예를 들어, 광학 이미지 안정화를 위해)을 동시에 제어하기 위해 제어기(310)가 액체 렌즈(10)를 사용할 수 있다. 카메라 시스템(300)은 제어기(310), 액체 렌즈(10), 센서 등과 같은 카메라 시스템(300)의 구성 요소에 전력을 제공하기 위한 전원(320)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전원(320)은 배터리일 수 있다.
액체 렌즈(10)가 초점 거리 및/또는 초점 방향을 변경하기 위해 유체 경계면(15)을 이동할 때, 액체 렌즈(10)의 유체(14, 16)는 위치를 이동시키는 데 시간이 걸린다. 예를 들어, 도 1b 및 도 2b를 참조하면, 광학 이미지 안정화 시스템이 액체 렌즈(10)를 (예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같은) 광학 경사각이 없는 것에서 (예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이) 왼쪽 방향으로 광학 경사각(32)을 갖는 것으로 변경하는 경우, 제1 유체(12) 중 일부는 왼쪽으로 이동하고, 제2 유체(14) 중 일부는 오른쪽으로 이동한다. 일부 경우에, 광학 이미지 안정화는 카메라 시스템(300)의 흔들림을 보상하기 위해 광학 경사 각도(32)가 상이한 방향들 사이에서 앞뒤로 이동하게 할 수 있다. 액체 렌즈(10)의 초점 길이의 변화는 또한 시간이 걸린다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 유체 경계면(15)을 도 1a의 휴지 상태로부터 도 1b의 구동 상태로 구동하기 위해 전압이 적용될 때, 제1 유체(14)의 일부는 공동의 측면을 향해 이동하고, 제2 유체(16)의 일부는 공동(12)의 중간을 향해 이동한다. 액체 렌즈(10)에서의 유체(14, 16)의 이동은, 예컨대 서로에 대해 및/또는 챔버(12)의 경계에 대해 이동하는 유체의 유체 역학으로 인해, 시간이 걸릴 수 있다.
본원에 개시된 일부 실시예는 (예를 들어, 액체 렌즈(10)를 더 빠르게 만들기 위해 응답 시간을 감소시킴으로써) 응답 시간을 향상 시키도록 구성된 액체 렌즈에 관한 것이다. 예를 들어, 액체 렌즈(10)의 높이를 증가시키는 것은 응답 시간을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 유체 경계면(15)과 하부 윈도우(18) 사이의 거리를 증가시키고 및/또는 유체 경계면(15)과 상부 윈도우(20) 사이의 거리를 증가시키는 것은 액체 렌즈(10)를 더 빠르게 만들기 위해 응답 시간을 감소시킬 수 있다. 본 발명이 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 유체 경계면(15)을 윈도우(18, 20)에서 유체(14, 16)의 경계 레이어들 중 하나 또는 둘 모두로부터 멀어지게 더 많은 유체 이동이 발생하는 유체 경계면(15)을 이동시키면 유체 경계면(15) 근처의에 유체를 더 자유롭게 이동하게 된다고 여겨진다. 따라서, 일부 경우에, 액체 렌즈(10) 내의 유체(14 및/또는 16)의 양을 증가시키는 것은 응답 시간을 개선 할 수 있다. 유체 경계면(15)과 윈도우(18 및/또는 20) 사이의 거리를 증가시키는 것은 응답 시간을 향상시킬 수 있지만, 리턴을 감소시킬 수 있다. 또한, 일부 예시에서, 캐비티 높이를 감소시키거나, 액체 렌즈(10)에서 유체(14 및/또는 16)의 양을 감소시키거나, 또는 유체 경계면이 이동함에 따라 댐핑(damping)을 감소시키기 위해 유체 경계면(15)과 윈도우(18 및/또는 20) 사이의 거리를 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 경쟁 인자 사이의 균형이 액체 렌즈(10)에 대한 적절한 공동 높이 및 유체 량을 결정하는데 사용될 수 있다.
유체 경계면(15)의 폭을 감소시키는 것은 응답 시간을 향상시킬 수 있다 (예를 들어, 응답 시간을 낮춤). 예를 들어, 액체 렌즈(10)의 직경(예를 들어, 하부 윈도우(18)에서 챔버(12)의 좁은 단부에서 광학 개구의 직경)을 감소시키고 및/또는 챔버(12)를 좁히는 것(예를 들어, 절단된 원뿔)은 액체 렌즈(10)의 응답 시간을 줄일 수 있다. 일부 경우에, 원뿔 각도(402)를 감소시키는 것(예를 들어, 측벽을 더 가파르게 만들기 위해)은 액체 렌즈의 속도를 높이기 위한 응답 시간을 감소시킬 수 있다. 본 발명이 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 액체 렌즈 내에서 이동되는 유체의 양을 감소시키는 것은 액체 렌즈(10)가 초점 길이 및/또는 초점 방향의 변화에 더 빠르게 반응할 수 있게 하는 것으로 여겨진다.
일부 예시에서, 액체 렌즈(10)는 액체 렌즈(10)를 통해 투과되는 광에 대한 광학 수차를 도입할 수 있다. 유체 경계면(15)의 형상은 광학적으로 이상적이지 않은 형상을 가질 수 있으며, 이는 광학 수차를 도입할 수 있다. 일부 예시에서, 유체 경계면이 광학 경사각(32)으로 기울어질 때, 유체 경계면(15)의 형상은 코마, 트레포일, 비점수차(astigmatism) 등과 같은 광학 수차를 도입할 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 유체 경계면(15)의 형상을 제어하기 위해 전극의 한정된 수(예를 들어,도 2a 및 2b에서 4개의 전극(22a-d))를 가지며, 이는 일부 경우 유체 경계면(15)이 최적 형상을 달성하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 2개의 인접한 전극들 (예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같은 전극(22a 및 22b)) 사이의 전이 영역에서, 유체 경계면(15)은 인접한 전극들 모두에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히 인접 전극이 상당히 상이한 전압으로 구동될 때(예를 들어, 약 1볼트(V), 약 1.5V, 약 2V, 약 2.5V, 약 3V, 약 4V 또는 그 이상, 또는 임의의 인접 전극 사이의 전압 차, 다른 전압 값 및 액체 렌즈의 구성에 따라 실질적인 오류를 생성하지만), 인접하는 전극의 경쟁 효과는 인접 전극 사이의 전이 영역에서 유체 경계면(15)이 트레포일을 포함하는 광학 수차를 유도하게 할 수 있다.
본원에 개시된 일부 실시예는 광학 수차를 감소시키거나 액체 렌즈의 광학 성능을 향상시키도록 구성된 액체 렌즈에 관한 것이다. 추가 전극을 사용하면 전극 간 전이 구역에서 전압 레벨의 변화를 유연하게 할 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈(10)는 도 2a에 도시된 4개의 전극(22a-d) 대신 8개 또는 16개의 전극을 가질 수 있고, 인접한 전극 사이의 전압 차이가 감소될 수 있으며, 이에 의해 액체 렌즈(10)로부터의 광학 수차가 감소된다. 본원에 논의된 바와 같이, 다양한 수의 전극이 사용될 수 있다.
유체 경계면(15)의 크기를 증가시키는 것은 일부 경우에 광학 수차를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 광학 애퍼처(aperture)에 대해 액체 렌즈(10)의 챔버(12)를 넓히는 것(예를 들어, 원뿔 각도(402)를 증가시킴으로써 챔버(12)의 측벽을 형성하는 절두 원뿔을 넓히는 것)은 일부 광학 수차를 감소시킬 수 있다. 본 발명이 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, (예를 들어, 유체 경계면(15)이 전극(22a-d)에 가장 가까운) 유체 경계면(15)의 에지에서 (예를 들어, 트레포일에 대한) 가장 강한 광학 수차가 발생하는 것으로 여겨진다. 유체 경계면(15)의 에지를 이미지 센서(302)에 도달하는 광을 투과시키는 액체 렌즈(15)의 구역(예를 들어, 광학 개구) 밖으로 더 이동시킴으로써, 이미지를 생성하기 위해 이미지 센서(302)에 도달하는 광에 대한 광학 수차가 감소될 수 있다. 더 강한 광학 수차 (예를 들어, 트레포일로부터의)를 생성하는 유체 경계면의 일부분은 유체 경계면의 주변부에 있는 이미지 센서로부터 "숨겨질" 수 있다. 액체 렌즈(10)의 직경을 증가시키는 것은 광학 수차를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 원뿔 각도(402)를 동일하게 유지하면서 절두 원뿔의 좁은 개구(예를 들어, 좁은 직경(404))의 크기를 증가시키는 것은 일부 광학 수차를 감소시킬 수 있다. 본 발명이 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 전극(22a-d)과 이격된 유체 경계면(15)의 면적을 증가시키고 및/또는 전극(22a-d)으로부터 유제 경계면(15)의 중심까지의 거리를 증가시키는 것은 전극(22a-d) 사이의 전압 전이로부터 유체 경계면(15)상의 전체 왜곡을 감소시킬 수 있다.
일부 예시에서, 일부 유형의 파면 오차는 증가할 수 있지만 다른 유형의 파면 오차는 감소할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 예를 들어, 원뿔 각도(402)를 감소시키는 것(예를 들어, 측벽을 가파르게 하기 위해)은 트레포일을 증가시키지만, 코마를 감소시킬 수 있다. 유체 경계면(15)이 기울어짐에 따라 더 큰 유체 경계면은 더 많은 펌핑(pumping)을 생성할 수 있다. 더 큰 유체 경계면은 안정되는 데 시간이 오래 걸릴 수 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 전체 코마를 증가시킬 수 있다. 더 큰 원뿔 각도(402)는 유체 경계면(15)의 이동이 더 많아서 동일한 양의 물리적 경사(34) 또는 광학 경사(32)를 생성할 수 있으며, 이는 더 많은 코마를 생성할 수 있다. 따라서, 경쟁 인자 사이의 균형이 액체 렌즈(10)에 대한 파라미터를 결정하는데 사용될 수 있다.
도 4 및 도 5는 액체 렌즈와 같은 가변 초점 렌즈(10)의 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다. 액체 렌즈(10)는 챔버(12)의 적어도 일부에 대한 절두 원뿔 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 액체 렌즈를 사용하여 생성된 이미지에 일부 광학 수차(예를 들어, 트레포일)의 영향을 감소시킬 수 있는 비교적 넓은 절두 원뿔을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 비교적 좁은 절단 원뿔을 가질 수 있으며, 이는 일부 광학 수차(예를 들어, 코마)를 감소시키고, 응답 시간을 개선할 수 있다. 공동(12)의 형상(예를 들어, 절두 원뿔 구조 포함)은 액체 렌즈(10)의 작동 파라미터를 균형을 맞추거나 우선 순위를 정하도록 선택될 수 있다. 절두 원뿔의 측벽은 원뿔 각도(402)만큼 구조 축(28)에 대해 각을 이룰 수 있다. 본원에 개시된 액체 렌즈(10)의 원뿔 각도(402)는 약 5도, 약 10도, 약 20도, 약 25도, 약 30도, 약 35도, 약 40도, 약 45도, 약 50도, 약 60도, 약 70도, 약 80도, 약 85도, 또는 이들 각도 값의 임의의 조합에 의해 제한되는 임의의 각도 범위가 있지만, 이들 범위 밖의 다른 각도가 일부 경우에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 챔버(12)의 적어도 일부는 원통형(예를 들어, 0도의 원뿔 각도(402))을 가질 수 있다.
절두 원뿔 구조는 좁은 직경(404)을 갖는 좁은 부분(예를 들어, 하부 윈도우(18)에서 절두 원뿔의 단부에서 상대적으로 좁은 개구) 및 넓은 직경(406)을 갖는 넓은 부분(예를 들어, 상부 윈도우(20)에 가장 가까운 절두 원뿔의 단부에서 상대적으로 넓은 개구)를 가질 수 있다. 상기 넓은 부분 직경(406) 대 상기 좁은 부분 직경(404)의 비는 약 1.1 대 1, 약 1.2 대 1, 약 1.3 대 1, 약 1.4 대 1, 약 1.5 대 1, 약 2.0 대 1, 약 2.5 대 1, 약 3.0 대 1, 약 3.5 대 1, 약 4.0 대 1, 약 4.5 대 1, 약 4.8 대 1, 약 5.0 대 1, 또는 이들 값의 임의 조합 내의 비율의 임의의 범위일 수 있지만, 일부 경우 이 범위 외의 값이 사용될 수 있다.
0 디옵터일 때 (예를 들어, 평면을 가로 질러 평평할 때, 구조 축(28)에 수직일 수 있는) 유체 경계면(15)은 평평한 유체 경계면 직경(408)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 증가된 전압으로 유체 경계면을 구동시키는 것은 유체 경계면(15)의 가장자리가 절두 원뿔의 측벽을 따라 아래로 구동됨에 따라 유체 경계면 직경(408)이 감소하게 할 수 있다. 액체 렌즈에 적용된 전압을 감소시키는 것은 유체 경계면(15)의 가장자리가 절두 원뿔의 측벽 위로 이동함에 따라 유체 경계면 직경(408)이 증가되게 할 수 있다. 도 4와 5는 광학 출력을 생성할 수 없는(예컨대, 0 디옵터) 평평한 상태의 유체 경계면을 보여준다. 평평한 유체 경계면 직경(408)과 좁은 직경(404) 사이의 비는 약 1.02 대 1, 약 1.05 대 1, 약 1.07 대 1, 약 1.08 대 1, 약 1.09 대 1, 약 1.1 대 1, 약 1.2 대 1, 약 1.5 대 1, 약 2.0 대 1, 약 2.5 대 1, 약 3.0 대 1, 약 3.5 대 1, 약 4.0 대 1, 약 4.5 대 1, 약 4.8 대 1, 약 5.0 대 1, 또는 이들 사이의 임의의 비율 값, 또는 이들 비율 값의 임의의 조합 내의 임의의 비율 범위일 수 있지만, 이들 밤위 외의 값도 일부 경우 사용될 수 있다. 절두 원뿔의 넓은 직경(406)과 평평한 유체 경계면 직경(408) 사이의 비는 약 1.02 대 1, 약 1.05 대 1, 약 1.07 대 1, 약 1.08 대 1, 약 1.09 대 1, 약 1.1 대 1, 약 1.2 대 1, 약 1.5 대 1, 약 2.0 대 1, 약 2.5 대 1, 약 3.0 대 1, 약 3.5 대 1, 약 3.8 대 1, 약 4.0 대 1, 약 4.5 대 1, 약 5 대 1, 또는 이들 사이의 임의의 비율 값, 또는 이들 비율 값의 임의의 조합 내의 임의의 비율 범위일 수 있지만, 이들 밤위 외의 값도 일부 경우 사용될 수 있다.
절두 원뿔의 좁은 부분은 이미지를 생성하는 데 사용되는 광을 위한 광학 애퍼처를 제공할 수 있고, 일부 경우에 액체 렌즈(10)로 들어가는 광의 일부는 이미지를 생성하기 위해 광학 애퍼처를 통해 출력되지 않는다. 예를 들어, 일부 광은 상부 윈도우(20)를 통해 액체 렌즈(10)로 들어갈 수 있고, 유체 경계면을 통과할 수 있고, 절두 원뿔의 측벽, 또는 액체 렌즈의 일부 다른 구조에 충돌할 수 있으므로, 광은 액체 렌즈(10)의 하부 윈도우(18)를 통해 출력되지 않는다. 일부 구현에서, 광은 다른 방향으로 액체 렌즈를 통해, 하부 윈도우(18)를 통해, 유체 경계면(15)을 통해, 그리고 상부 윈도우(20)를 통해 전파될 수 있음을 이해해야 한다. 절두 원뿔의 좁은 부분(예를 들어, 단부)은 또한 이 구현 광학 애퍼처를 제공할 수 있다.
도 6을 참조하면, 이는 액체 렌즈(10)의 평면도를 도시하며, 유체 경계면(15)은 활성 유체 경계면 부분(15a) 및 비활성 유체 경계면 부분(15b)을 가질 수있다. 광은 활성 유체 경계면 부분(15a)를 통과할 수 있고 이미지를 생성하기 위해 액체 렌즈(10)에 의해 출력될 수 있다. 비활성 유체 경계면 부분(15b)은 이미지를 생성하기 위해 액체 렌즈(10)로부터 출력되는 광에 실질적으로 기여하지 않는다. 비활성 유체 경계면 부분(15b)을 통과하는 일부 소량의 광은 액체 렌즈(10)로부터 출력될 수 있고, 예컨대 광이 액체 렌즈(10)의 하나 이상의 성분으로부터 반사되거나 산란되는 경우, 이미지 생성에 기여할 수 있음이 이해될 것이다. 일부 실시예에서, 활성 유체 경계면 부분(15a)을 통과하는 광은 액체 렌즈(10)에 의해 반사 및/또는 산란되지 않고 액체 렌즈(10)로부터 출력될 수 있다. 일부 실시예에서, 활성 유체 경계면 부분(15a)을 통과하는 대부분의 광은 이미지를 생성하기 위해 액체 렌즈(10)로부터 출력될 수 있고 및/또는 비활성 유체 경계면 부분(15b)을 통과하는 대부분의 광은 이미지를 생성하기 위해 액체 렌즈(10)로부터 출력되지 않는다. 일부 구현에서, 비활성 유체 경계면 부분(15b)을 통과하는 광의 대부분은 액체 렌즈에 의해 흡수되거나, 이미지 생성에 기여하지 않는 방향으로 반사, 산란 또는 달리 재지향될 수 있다. 활성 유체 경계면 부분(15a)은 도 6에 도시된 바와 같이, 유체 경계면(15)의 중심 부분을 포함할 수 있다. 비활성 유체 경계면 부분(15b)은 도 6에 도시된 바와 같이, 유체 경계면(15)의 주변 부분을 포함할 수 있다. 비활성 유체 경계면 부분(15b)은 활성 유체 경계면 부분(15a)을 둘러쌀 수 있다. 유체 경계면(15)이 상이한 위치로 구동됨에 따라, 활성 및 비활성 유체 경계면(15)의 양이 변할 수 있다. 예를 들어, 유체 경계면(15)을 측벽 아래로 구동하기 위해 더 많은 전압이 적용될 때, 활성 유체 경계면 부분(15a)의 면적이 증가될 수 있다. 적용된 전압이 감소 또는 정지 될 때, 유체 경계면(15)은 측벽 위로 이동할 수 있고, 이는 비활성 유체 경계면 부분(15b)의 면적을 증가시킬 수 있다. 유체 경계면(15)이 평평할 때(예를 들어, 0 디옵터이며 기울어지지 않은) 활성 유체 경계면 부분(15a)의 면적 대 비활성 유체 경계면 부분(15b)의 면적의 비는 약 0.2 대 1, 약 0.3 대 1, 약 0.4 대 1, 약 0.5 대 1, 약 0.6 대 1, 약 0.7 대 1, 약 0.8 대 1, 약 0.9 대 1, 약 1 대 1, 약 1.5 대 1, 약 2 대 1, 약 2.5 대 1, 약 3 대 1, 약 3.5 대 1, 약 4 대 1, 약 4.5 대 1, 약 5 대 1, 또는 이들 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 제한되는 임의의 범위일 수 있지만, 이들 범위 밖의 다른 비율이 일부 구현에 사용될 수 있다. 비활성 부분(15b)은 유체 경계면의 면적의(예컨대, 평평할 때) 적어도 약 5 %, 약 10 %, 약 15 %, 약 20 %, 약 25 %, 약 30 %, 약 35 %, 약 40 %, 약 45 %, 약 50 %, 약 60 %, 약 70 %, 약 80 % 이상, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 그에 의해 제한된 임의의 범위를 차지할 수 있지만, 다른 구성이 가능하다. 활성 부분(15a)은 유체 경계면의 면적의(예컨대, 평평할 때) 적어도 약 5 %, 약 10 %, 약 15 %, 약 20 %, 약 25 %, 약 30 %, 약 35 %, 약 40 %, 약 45 %, 약 50 %, 약 60%, 약 70 %, 약 80 % 이상, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 그에 의해 제한된 임의의 범위를 차지할 수 있지만, 다른 구성이 가능하다.
일부 실시예에서, 예컨대, 공동(12)의 절두 원뿔 구조를 넓히기 위해 원뿔 각도(402)를 증가시키거나 및/또는 평평한 유체 경계면의 높이를 상승시키기 위해 더 많은 제2 유체(16)를 추가하는 것과 같은 것을 통해, 비활성 유체 경계면 부분(15b)의 면적을 증가시키는 것은, 예컨대, 비활성 유제 경계면 부분(15b)으로 더 많은 광학 수차를 밀어내는 것을 통해, 광학 수차를 줄일 수 있다. 도 4의 액체 렌즈(10)는 예를 들어, 도 2b의 액체 렌즈와 비교하여, 액체 렌즈(10)를 통해 투과된 광에 대한 일부 유형의 광학 수차(예를 들어, 트레포일)를 감소시키도록 구성될 수있다. 도 4의 액체 렌즈(10)는 더 넓은 원뿔 각도(402)(예를 들어, 45도, 그러나 30도, 또는 60도 이상과 같은 다양한 다른 원뿔 각도가 사용될 수 있음) 및 더 높은 유체 경계면(15)을 가질 수 있으며, 이는 유체 경계면(15)의 활성 부분(15a)에 의해 생성된 특정 광학 수차(예컨대, 트레포일 및/또는 비점수차)의 양을 줄일 수 있다.
그러나, 도 4의 액체 렌즈(10)는 도 2b의 액체 렌즈보다 느린 응답 시간을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4 실시예의 더 큰 유체 경계면(15)은 도 2b 실시예에서보다 더 많은 유체가 이동되기 때문에 위치를 변경하기 위해 더 많은 시간을 요구할 수 있다. 도 5의 액체 렌즈는 도 4의 액체 렌즈보다 더 빠른 응답 시간을 갖도록 구성될 수 있다. 액체 렌즈(10)는 원뿔 높이(410)를 가질 수 있으며, 이는 구조 축(28)에 평행한 선을 따른 공동(12)의 절두 원뿔 부분의 높이일 수 있다. 액체 렌즈(10)는 구조 축(28)에 평행한 선을 따라 절두 원뿔 위의 공동(12)의 높이일 수 있는 상부-원뿔 높이(412)를 가질 수 있다. 전체 챔버 높이는, 예를 들어, 원뿔 높이(410)와 상부-원뿔 높이(412)의 합계일 수 있다. 액체 렌즈(10)는 (예를 들어, 0 디옵터이며 기울어지지 않은 것과 같이, 평평할 때) 유체 경계면(15)과 상부 윈도우(20) 사이의 구조 축(28)에 평행한 선을 따른 거리일 수 있는 제1 유체 높이(414)를 가질 수 있다. 액체 렌즈(10)는 (예를 들어, 0 디옵터이며 기울어지지 않은 것과 같이, 평평할 때) 유체 경계면(15)과 하부 윈도우(18) 사이의 구조 축(28)에 평행한 선을 따른 거리일 수 있는 제2 유체 높이(416)를 가질 수 있다. 전체 챔버 높이는 제1 유체 높이(414)와 제2 유체 높이(416)의 합일 수 있다.
도 4 및 5를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 도 5의 액체 렌즈(10)는 도 4의 실시예보다 더 큰 전체 챔버 높이를 갖는다. 상부-원뿔 높이(412)는 도 5의 예시적인 실시예에서 더 크고, 유체 경계면 레벨이 상승된다(예를 들어, 도 4에서보다 도 5에서 더 많은 제2 유체(16)를 사용함으로써). 더 큰 제1 유체 높이(414)는 유체 경계면(15) 근처에서 대부분의 유체 움직임을 갖는 구역이 상부 윈도우(20)로부터 더 멀리 이격되게 하므로, 상부 윈도우의 경계층 유체로부터 더 멀어지게 하고, 이는 유체 경계부(15) 근처의 유체가 (예를 들어, 액체 렌즈(10)에 적용된 전압의 변화에 대한 응답으로) 더 빠르게 이동하게 할 수 있다. 더 큰 제2 유체 높이(416)는 유체 경계면(15) 근처에서 가장 많은 유체 움직임을 갖는 구역이 하부 윈도우(18)로부터 더 멀리 이격되게 하므로, 하부 윈도우 에서의 경계층 유체로부터 더 멀어지게 하고, 이는 유체 경계면(15) 근처의 유체가 (예를 들어, 액체 렌즈(10)에 적용된 전압의 변화에 응답하여) 더 빠르게 이동하게 할 수 있다. 많은 변형이 가능하다. 예를 들어, 상부-원뿔 높이(412)는 절두 원뿔 구조와 상부 윈도우(20) 사이에 더 큰 전극(26) 또는 스페이서를 사용함으로써 증가될 수 있다. 더 큰 원뿔 높이(410)는 공동(12)의 전체 높이를 증가시키기 위해 사용될 수 있으며, 이는 제1 유체 높이(414) 및 제2 유체 높이(416) 중 하나 또는 둘 모두를 증가시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 절두 원뿔 형상은 공동(12)의 전체 높이를 연장할 수 있다.
일부 예시에서, 코마는 액체 렌즈의 공동 높이가 증가함에 따라 증가될 수 있다. 예를 들어, 중간(또는 임의의 다른 비례하는 위치)에서 유체 경계면을 유지하면서 공동 높이를 증가시키는 것은 더 큰 유체 경계면을 야기할 수 있다. 일부 경우, 증가된 공동 높이는 안정 시간(settling time)을 줄임으로써 코마를 줄일 수 있다. 일부 경우(예를 들어, 공동 높이가 안정 시간 상의 효용 체감 점으로 증가된 경우), 큰 유체 경계면은 더 큰 코마를 생성할 수 있다(예를 들어, 유체 경계면(15)이 기울어진 경우). 액체 렌즈의 매개 변수를 결정하기 위해 경쟁 요소를 균형 조정할 수 있다.
다양한 액체 렌즈 구조가 사용될 수 있다. 도 7은 본원에 개시된 다른 액체 렌즈와 유사하거나 동일한 특징 및 특허 '174에 기술된 다양한 특징을 포함할 수 있는 액체 렌즈(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 4-6의 액체 렌즈와 관련하여 설명된 동일한 측정, 거리, 크기, 비율 및 기능이 도 7의 실시예에 적용될 수 있다. 도 7의 액체 렌즈(10)는 예를 들어, 도 4-6과 관련하여 본원에서 논의된 것과 유사한 이유로 낮은 광학 수차를 제공하도록 구성될 수 있다. 상부 윈도우(20)는 좁아진 중앙 부분을 가질 수 있으며, 이는 액체 렌즈(10)의 압력 변화(예를 들어, 온도 변화에 의해 야기된) 및/또는 액체 렌즈(10)에 대한 충격(예를 들어, 액체 렌즈가 통합된 장치를 떨어뜨려 야기된)을 수용하도록 구부러질 수 있다. 도 7에서, 상부 윈도우(20)는 투명한 재료(예를 들어, 유리)의 플레이트일 수 있고, 재료는 상부 윈도우(20)의 양측면으로부터 (예를 들어, 에칭 또는 임의의 다른 적절한 기술에 의해) 제거될 수 있다. 상부 윈도우(20)는 상단의 리세스(recess) 및 하단의 리세스를 포함할 수 있다. 제1 유체 높이(414), 상부-원뿔 높이(412), 및/또는 전체 챔버 높이와 같은 측정은 상부 윈도우(20)가 구부러지지 않을 때 측정될 수 있다. 도 8을 참조하면, 일부 실시예에서, 상부 윈도우(20)는 윈도우(20)의 내부 부분(예를 들어, 바닥면)에 형성된 리세스를 가질 수 있다. 일부 예에서, 윈도우의 외부 부분(예를 들어, 상부 측면)은 동일 평면에 있거나 평평할 수 있다. 윈도우(20)를 만들기 위해, 윈도우(20)의 외부 부분(예를 들어, 상부 측면)으로부터 재료를 제거하지 않고 (예를 들어, 에칭을 통해) 윈도우(20)의 내부 부분(예를 들어, 바닥 측면)으로부터만 재료를 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 더 많은 재료가 윈도우(20)의 외부 부분(예를 들어, 상부 측면)보다 내부 부분(예를 들어, 바닥측면)으로부터 제거되어 윈도우(20)의 외부 부분(예를 들어, 상부 측면) 상의 리세스보다 내부 부분(예를 들어, 바닥 측면) 상에 리세스를 더 크게 만든다. 액체 렌즈(10)의 윈도우(20)의 내부 부분(예를 들어, 하부 측면)상의 리세스는 챔버 높이를 증가시킬 수 있으며, 이는 본원에 논의된 바와 같이, 액체 렌즈 응답 시간, 또는 다른 액체 렌즈 성능 파라미터를 개선할 수 있다.
다양한 실시예에서, 절두 원뿔 구조의 좁은 개구는 약 0.25 mm, 약 0.5 mm, 약 0.75 mm, 약 1.0 mm, 약 1.25 mm, 약 1.5 mm, 약 1.7 mm, 약 1.75 mm, 약 1.8 mm, 약 1.85 mm, 약 1.9 mm, 약 1.95 mm, 약 2.0 mm, 약 2.1 mm, 약 2.25 mm, 약 2.5 mm, 약 3 mm, 약 3.5 mm, 약 4.0 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 7 mm, 약 8 mm, 약 9 mm, 약 10 mm, 약 11mm, 약 12mm, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 제한되는 임의의 범위의 좁은 직경(404)을 가질 수 있지만, 이들 범위 밖의 값은 더 큰 규모의 렌즈와 같은 일부 경우에 사용된다. 평평한 유체 경계면(예를 들어, 0 디옵터 및 광학 경사각)은 약 0.5 mm, 약 1.0 mm, 약 1.25 mm, 약 1.5 mm, 약 1.75 mm, 약 2.0 mm, 약 2.25 mm, 약 2.5 mm, 약 2.75 mm, 약 3 mm, 약 3.5 mm, 약 4 mm, 약 5 mm 약 6 mm, 약 7.5 mm, 약 10 mm, 약 12.5 mm, 약 15 mm, 약 20 mm, 약 30 mm, 약 40 mm, 약 50 mm, 약 60 mm, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 임의의 조합에 의해 한정된 임의의 범위의 넓은 직경(406)을 가질 수 있지만, 이들 범위 외의 값은 더 큰 규모의 렌즈와 같은 일부 경우에 사용될 수 있다. 평평한 유체 경계면 (예를 들어, 0 디옵터 및 광학 경사각 없음)은 약 0.3 mm, 약 0.5 mm, 약 0.75 mm, 약 1.0 mm, 약 1.25 mm, 약 1.5 mm, 약 1.75 mm, 약 2.0 mm, 약 2.25 mm, 약 2.5 mm, 약 3 mm, 약 3.5 mm, 약 4.0 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 7.5 mm, 약 10 mm, 약 15 mm, 약 20 mm, 약 25 mm, 약 30 mm, 약 40 mm, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 임의의 조합에 의해 한정된 임의의 범위의 직경(408)을 가질 수 있지만, 이들 범위 외의 값은 더 큰 규모의 렌즈와 같은 일부 경우에 사용될 수 있다.
원뿔 높이(410)는 약 0.1 mm, 약 0.2 mm, 약 0.25 mm, 약 0.3 mm, 약 0.4 mm, 약 0.5 mm, 약 0.6 mm, 약 0.75 mm, 약 1.0 mm, 약 1.25 mm, 약 1.5 mm, 약 1.75 mm, 약 2.0 mm, 약 2.5 mm, 약 3 mm, 약 4 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 7 mm, 약 8 mm, 약 9 mm, 약 10 mm, 약 12 mm, 또는 이들 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위일 수 있지만, 이들 범위 외의 값들이 더 큰 규모의 렌즈와 같은, 일부 예시에서 사용될 수 있다. 상부-원뿔 높이(412)는 약 5 미크론, 약 10 미크론, 약 20 미크론, 약 25 미크론, 약 30 미크론, 약 35 미크론, 약 40 미크론, 약 45 미크론, 약 50 미크론, 약 55 미크론, 약 60 미크론, 약 65 미크론, 약 75 미크론, 약 100 미크론, 약 125 미크론, 약 150 미크론, 약 175 미크론, 약 200 미크론, 약 250 미크론, 약 300 미크론, 약 350 미크론, 약 400 미크론, 약 500 미크론, 약 700 미크론, 약 1.0 mm, 약 1.5 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 약 4 mm, 약 5 mm, 약 7 mm, 약 8 mm, 약 10 mm, 또는 이들 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위일 수 있지만, 이들 범위 외의 값들이 더 큰 규모의 렌즈와 같은, 일부 예시에서 사용될 수 있다. 원뿔 높이(410) 대 상부-원뿔 높이(412)의 비는 약 20 대 1, 약 17 대 1, 약 15 대 1, 약 13 대 1, 약 12 대 1, 약 11 대 1, 약 10 대 1, 약 9 대 1, 약 8 대 1, 약 7 대 1, 약 5 대 1, 약 3 대 1, 약 2 대 1, 약 1.5 대 1, 약 1 대 1, 약 0.75 대 1, 약 0.5 대 1, 약 0.25 대 1, 또는 이들 사이의 임의의 값의, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위의 비일 수 있지만, 이들 범위 외의 값들이 일부 예시에서 사용될 수 있다. 원뿔 높이(410)는 상부-원뿔 높이(412)보다 약 0 % (동일한 크기), 약 5 %, 약 10 %, 약 20 %, 약 30 %, 약 40 %, 약 50 %, 약 75 %, 약 100 %, 약 150 %, 약 200 %, 약 300 %, 약 400 %, 약 500 %, 약 700 %, 약 1,000 %, 약 1,500 %, 약 2,000 %, 또는 이들 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위일 수 있지만, 다른 값들이 사용될 수 있다.
제1 유체 높이(414)(예를 들어, 본원에서 논의된 바와 같이, 유체 경계면이 평평할 때 측정됨)는 약 0.1 mm, 약 0.15 mm, 약 0.2 mm, 약 0.25 mm, 약 0.3 mm, 약 0.35 mm, 0.4 mm, 약 0.5 mm, 약 0.75 mm, 약 1.0 mm, 약 1.25 mm, 약 1.5 mm, 약 2.0 mm, 약 3.0 mm, 약 4.0 mm, 약 5.0 mm, 약 6.0 mm, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이러한 값의 임의의 조합에 의해 제한되는 임의의 범위의 값을 가질 수 있지만, 이 범위 밖의 값은 더 큰 규모의 렌즈와 같은 일부 경우에 사용될 수 있다. 제2 유체 높이(416)(예를 들어, 본원에서 논의된 바와 같이, 유체 경계면이 평평할 때 측정됨)는 약 0.1 mm, 약 0.15 mm, 약 0.2 mm, 약 0.25 mm, 약 0.3 mm, 약 0.35 mm, 약 0.4 mm, 약 0.5 mm, 약 0.75 mm, 약 1.0 mm, 약 1.25 mm, 약 1.5 mm, 약 1.75 mm, 약 2.0 mm, 약 2.5 mm, 약 3.0 mm, 약 4.0 mm, 약 5.0 mm, 약 6.0 mm, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이러한 값의 임의의 조합에 의해 제한되는 임의의 범위의 값을 가질 수 있지만, 이 범위 밖의 값은 더 큰 규모의 렌즈와 같은 일부 경우에 사용될 수 있다.
액체 렌즈(10)는 액체 렌즈(10)가 (예를 들어, 초점 거리를 조절하고 및/또는 경계면(15)을 기울이기 위해)유체 경계면(15)을 이동시킬 때, 제1 유체(14)에 대한 전단력 및 제2 유체(16) 상의 전단력이 균형을 이룰수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 유체에 대한 전단력은 약 1 %, 약 2 %, 약 3 %, 약 5 %, 약 7 %, 약 10 %, 약 15 %, 약 20 %, 약 25 %, 약 30 %, 또는 이들 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 한정된 임의의 범위 이상까지 변할 수 있지만, 다른 값이 사용될 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈(10)가 (예를 들어, 0.6 도의 광학 경사를 생성하기 위해)유체 경계면(15)을 움직일 때, 일부 제1 유체(14) 및 일부 제2 유체(16)는 액체 렌즈 내에서 이동할 수 있다. 액체 렌즈(10)에서 고정 구조물에 인접한 유체(14, 16)(예를 들어, 하부 윈도우(18) 및/또는 상부 윈도우(20))는 유체(14, 16)에 대한 경계층(boundary layer)으로서 작용할 수 있으며, 이는 이동에 저항할 수 있다. 일부 경우에, 전단력은 유체 경계면에서 유체의 움직임까지 확장되어 유체의 움직임에 영향을 줄 수 있으며, 이는 액체 렌즈(10)의 응답 시간을 늦출 수 있다. 일부 경우에, 전단력은 액체 렌즈(10)의 댐핑을 증가시킬 수 있다. 전단력이 유체 경계면(15)의 움직임에 영향을 미칠 수 있는 정도는 유체의 점도, 정지 구조와의 경계면 면적, 및/또는 경계층으로부터 유체 경계면(15)까지의 거리에 의존할 수 있다. 액체 렌즈(10)는 유체 경계면(15)에서 제1 유체(14)에 대한 전단력과 유체 경계면(15)에서 제2 유체(16)에 대한 전단력이 균형을 이루거나, 실질적으로 동일하거나, 또는 상기 식별된 양 또는 범위만큼 서로 변할 수 있도록 구성될 수 있다. 예시로서, 제1 유체(14)는 극성 유체일 수 있고, 1 내지 2 mPa*s (20 ℃에서)의 점도를 가질 수 있고, 제2 유체(16)는 비극성 유체일 수 있고, 2 내지 5 mPa*s(섭씨 20도에서)의 점도를 가질 수 있다. 제2 유체(16)는 제1 유체(14)보다 점성이 높을 수 있기 때문에, 전단력은 제1 유체(14)보다 제2 유체(16)의 경계층으로부터 더 많은 영향을 받을 수 있다. 전단력(예컨대, 유체 경계면(15)에서)을 균형 맞추기 위해 제1 유체(14)에 대해 제2 유체(16)의 점도가 증가함에 따라 제2 유체 높이(416)는 증가될 수 있다. 일부 실시예에서, 더 많은 경계층 면적(예를 들어, 유체와 고정 구조물 사이의 더 많은 접촉 면적)은 전단력을 증가시킬 수 있고, 유체(14, 16)의 높이(414, 416)는 유체(14, 16)의 경계층 면적을 처리하도록 조정될 수 있다. 제1 유체 높이(414) 대 제2 유체 높이(416)의 비는 약 10 대 1, 약 7 대 1, 약 5 대 1, 약 3 대 1, 약 2 대 1, 약 1.5 대 1, 약 1 대 1, 약 0.75 대 1, 약 0.5 대 1, 약 0.25 대 1, 약 0.1 대 1, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 한정되는 임의의 비율 범위일 수 있지만, 이들 범위 밖의 값이 경우에 따라 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 유체 높이(416)는 0 %(동일한 크기), 약 5 %, 약 10 %, 약 20 %, 약 30 %, 약 40 %, 약 50 %, 약 75 %, 약 100 %, 약 150 %, 약 200 %, 약 300 %, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 제한되는 임의의 값 범위만큼 제1 유체 높이(414)보다 클 수 있지만(또는 그 반대), 다른 값이 사용될 수 있다.
절두 원뿔의 좁은 부분 직경(404) 대 제1 유체 높이(414) 및/또는 제2 유체 높이(416)의 비율은 약 25 대 1, 약 20 대 1, 약 15 대 1, 약 12 대 1, 약 10 대 1, 약 8 대 1, 약 6 대 1, 약 5 대 1, 약 4 대 1, 약 3 대 1, 약 2 대 1, 약 1.5 대 1, 약 1.25 대 1, 약 1 대 1, 약 0.9 대 1, 약 0.8 대 1, 약 0.75 대 1, 또는 이들 사이의 임의의 비율 값, 또는 이들 비율 값의 임의의 조합 내의 임의의 값의 범위일 수 있지만, 이들 외의 다른 값이 일부 구현에서 사용될 수 있다. 전체 챔버 높이는 원뿔 높이(410) 및 상부-원뿔 높이(412)에 대해 개시된 임의의 값의 합, 또는 제1 유체 높이(414) 및 제2 유체 높이(416)에 대해 개시된 임의의 값의 합일 수 있다. 절두 원뿔의 좁은 부분 직경(404)은 제1 유체 높이(414) 및/또는 제2 유체 높이(416)보다 0 % (동일한 크기), 약 5 %, 약 10 %, 약 20 %, 약 30 %, 약 40 %, 약 50 %, 약 75 %, 약 100 %, 약 150 %, 약 200 %, 약 300 %, 약 350 %, 약 400 %, 약 450 %, 약 500 %, 약 600 %, 약 700 %, 약 800 %, 약 900 %, 약 1,000 %, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 한정되는 임의의 범위의 값만큼 더 클 수 있지만, 다른 값이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 유체 높이(414) 및/또는 제2 유체 높이(416)는 절두 원뿔의 좁은 부분 직경(404)보다, 0 % (동일한 크기), 약 5 %, 약 10 %, 약 20 %, 약 30 %, 약 40 %, 약 50 %, 약 75 %, 약 100 %, 약 150 %, 약 200 %, 약 300 %, 약 400 %, 약 500 %, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합에 의해 한정되는 임의의 범위의 값만큼 더 클 수 있지만, 다른 값이 사용될 수 있다.
본 발명은 본원에 개시된 구성 요소의 크기에 기초한 다양한 다른 비율, 및 본원에 열거된 비율에 기초한 다양한 구성 요소 크기를 포함하는 것으로 고려된다. 예를 들어, 제1 특징이 X1 또는 X2 크기를 갖는 것으로 개시되고 제2 특징이 Y1 또는 Y2 크기를 갖는 것으로 기술되는 경우, 본 발명은 또한 제1 특징과 제2 특징 사이의 비가 X1 대 Y1, X1 대 Y2, X2 대 Y1, 및/또는 X2 대 Y2인 실시예를 개시하는 것으로 고려된다. 비율은 예를 들어 더 크거나 더 작은 규모의 액체 렌즈에 대해, 본원에 기재된 값보다 크거나 작은 크기로 스케일링될 수 있다. 본원에 개시된 일부 실시예는 스마트 폰 또는 다른 소형 장치와 함께 사용되는 크기의 액체 렌즈(10)에 관한 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈는 본원에 기재된 크기, 또는 그 사이의 임의의 크기보다, 약 5 배, 약 10 배, 약 20 배 또는 약 100 배 더 클 수 있다. 일부 실시예에서, 동일한 비율의 구성 요소 크기가 더 큰 액체 렌즈에 적용될 수 있다. 그리고 일부 실시예에서, 액체 렌즈 응답 시간 및 광학 수차의 원리는 더 큰 액체 렌즈에 스케일링(scale)되고 적용될 수 있다. 액체 렌즈의 응답 시간은 액체 렌즈(10)에 대한 하나 이상의 고유 주파수, (액체 렌즈(10) 내의 유체의 함수일 수 있는) 액체 렌즈 내의 음속, 액체 렌즈(10)의 형상, 및/또는 액체 렌즈(10)의 감쇠비에 의존할 수 있다.
도 9a 내지 9d는 액체 렌즈가 광학 경사가 없는 상태에서 광학 경사각(32)이 0.6 도인 상태로 전이됨에 따라 상이한 원뿔 각도(402)를 갖는 액체 렌즈로부터의 데이터를 나타내는 차트이다. 도 9a 내지 9b에 사용된 액체 렌즈는 630 미크론의 공동 높이에 대해, 4개의 전극 (22a-d), 1.8 mm의 좁은 직경(404), 600 미크론의 원뿔 높이, 및 30 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 절두 원뿔 구조를 갖는다. 선(502)은 30도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 상응한다. 선(504)은 40도의 원뿔 각도(402)를 갖는 액체 렌즈(10)에 상응한다. 선(506)은 50도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 상응한다. 선(508)은 60도의 원뿔 각도(402)를 갖는 액체 렌즈(10)에 상응한다.
도 9a는 액체 렌즈의 응답 시간을 보여준다. X-축은 초 단위의 시간에 해당하고, Y-축은 0.6도의 광학 경사의 백분율로의 광학 경사에 해당한다. 예시적인 액체 렌즈의 평평한 유체 경계면의 경사를 나타내는 다양한 플롯이 본원에 제공되지만, 유사한 플롯이 광학 출력을 제공하도록 만곡된 유체 경계면을 기울이는 데 적용될 수 있다. 도 9a에서 알 수 있는 바와 같이, 30도의 더 좁은 원뿔 각도를 갖는 액체 렌즈는 가장 빠른 응답 시간을 가졌으며, 원뿔 각도가 증가함에 따라 응답 시간이 느려졌다. 60 도의 원뿔 각도를 가진 액체 렌즈는 가장 느린 응답 시간을 갖는다. 응답 시간을 결정하기 위해 다양한 기술이 사용될 수 있다. 10 % 내지 90 % 기술은 (예를 들어, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 액체 렌즈(10)가 전이의 10 %에서 90 %로 변하는 데 걸리는 시간의 양인 응답 시간을 결정할 수 있다. 예를 들어, 0도의 광학 경사각(32)에서 0.6도의 광학 경사각(32)으로의 전이의 경우, 10 % 내지 90 %의 응답 시간은 (예를 들어, 목표 광학 경사 입력에서 0도에서 0.6도로의 급격한 변화에 응답하여) 액체 렌즈(10)가 0.06도의 광학 경사각(32)에서 0.54도로 변하는데 걸리는 시간의 크기일 수 있다.
도 9b는 액체 렌즈에 대한 코마 광학 수차를 도시한다. X-축은 초 단위의 시간에 상응하고, Y-축은 액체 렌즈에 의해 출력되는 광에 대한 미크론 단위의 코마 광학 수차로부터의 파면 오차에 상응한다. 도 9b에서 알 수 있는 바와 같이, 30도의 더 좁은 원뿔 각도를 갖는 액체 렌즈는 약 0.41 미크론의 피크(peak)로, 가장 많은 코마 광학 수차를 가지며, 원뿔 각도(402)가 증가함에 따라 코마 광학 수차는 감소하였다. 원뿔 각도가 40 도인 액체 렌즈는 약 0.36 미크론의 피크 코마를 갖는다. 원뿔 각도가 50 도인 액체 렌즈는 약 0.31 미크론의 피크 코마를 갖는다. 원뿔 각도가 60 도인 액체 렌즈는 약 0.22 미크론의 피크 코마를 갖는다. 비록 본 발명이 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 원뿔 각도가 넓을수록 유체 경계면의 주변부 대부분이 시야에서 "숨겨져" 코마 광학 수차가 더 작아서 더 넓은 콘 각도에 대해 가시화되는 것으로 여겨진다. 그러나, 원뿔 각도가 더 큰 액체 렌즈는 안정되는 데 시간이 오래 걸리므로, 이는 시간이 지남에 따라 전체 코마를 증가시킬 수 있다. 30도의 원뿔 각도를 가진 (예를 들어, 선(502)) 액체 렌즈는 약 17ms 후에 약 0.1 미크론의 코마에 도달할 수 있다. 원뿔 각도가 40도인 액체 렌즈(예를 들어, 선(504))는 약 20 ms 만큼에 약 0.1 미크론의 코마에 도달할 수 있다. 50도의 원뿔 각도(예를 들어, 선(506))을 갖는 액체 렌즈는 약 24 ms 만큼 약 0.1 미크론의 코마에 도달할 수 있다. 약 60도(예를 들어, 선(508))의 원뿔 각도를 갖는 액체 렌즈는 약 30 ms만큼 약 0.1 미크론의 코마에 도달할 수 있다. 선(502, 504, 506, 508)들에 대한 곡선 아래의 구역을 비교함으로써, 더 낮은 원뿔 각도는 전체 코마를 덜 생성할 수 있음을 알 수 있다.
도 9c는 액체 렌즈에 대한 트레포일 광학 수차를 도시한다. X-축은 초 단위의 시간에 해당하고, Y-축은 액체 렌즈에 의해 출력되는 광에 대한 미크론 단위의 트레포일 광학 수차로 인한 파면 오차에 해당한다. 도 9c에서 트레포일에 대한 Y-축의 음수는 차트에서 공간적으로 낮은 값이 더 많은 트레포일 광학 수차에 해당함을 의미한다. 도 9c에서 볼 수 있는 바와 같이, 30 °의 더 좁은 원뿔 각도를 가진 액체 렌즈는 약 -0.27 미크론에서 안정되는, 가장 높은 트레포일 광학 수차를 가지며, 원뿔 각도(402)가 증가함에 따라 트레포일 광학 수차는 감소한다. 40도의 원뿔 각도를 가진 액체 렌즈는 약 -0.24 미크론에서 안정된 트레포일을 갖는다. 50도의 원뿔 각도를 가진 액체 렌즈는 약 -0.21 미크론에서 안정된 트레포일을 갖는다. 60도의 원뿔 각도를 가진 액체 렌즈는 약 -0.17 미크론에서 안정된 트레포일을 갖는다.
도 9d는 피스톤(piston)과 틸트(tilt)를 제외한, 광학 수차로 인한 전체 파면 오차를 도시한다. 본원에 개시된 다양한 실시예에서, 전체 파면 오차는 피스톤 또는 틸트를 포함하지 않으며, 이는 피스톤 및 틸트가 유체 경계면의 포커싱(focusing)을 조정하는데 사용될 수 있고, 의도하지 않은 오류가 아니기 때문이다. X-축은 초 단위의 시간에 해당하고, Y-축은 미크론 단위의 파면 오차에 해당한다. 도 9d에서 볼 수 있는 바와 같이, 30도의 더 좁은 원뿔 각도를 가진 액체 렌즈는 가장 큰 파면 오차를 가지며, 파면 오차는 원뿔 각도(402)가 증가함에 따라 감소한다. 어떤 경우에는, 원뿔 각도가 증가함에 따라, 트레포일(예를 들어, 이미지 센서에 보이는)이 감소될 수 있는 반면, 코마는 증가할 수 있다. 일부 경우, 트레포일은 코마가 증가하는 것보다 더 많이 감소될 수 있어서, 원뿔 각도를 증가시키는 것은 전체적인 효과를 갖거나 또는 총 파면 오차를 감소시킨다. 도 9a 내지 도 9d에 도시된 바와 같이, 원뿔 각도(402)를 증가시키는 것은 광학 수차를 감소시키는 것과 같이, 액체 렌즈(10)의 광학 품질을 향상시킬 수 있다. 그러나, 원뿔 각도(402)를 증가시키는 것은 액체 렌즈(10)를 늦추는 응답 시간을 증가시킬 수 있다.
도 10a-10d는 액체 렌즈가 광학 경사가 없는 상태에서 (예를 들어, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 0.6도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이됨에 따라 상이한 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈로부터 데이터를 보여주는 차트이다. 도 10a-10b에 사용된 액체 렌즈는 도 10a-10d에 사용된 액체 렌즈의 절두 원뿔이 2.0 mm의 좁은 직경(404)을 가진 것을 제외하고는, 도 9a-9d에 사용된 것과 동일한 것이다. 원뿔 높이는 600 미크론이며, 630 미크론의 공동 높이에 대해, 상부-원뿔 높이는 30 미크론이다. 선(510)은 30도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(512)은 40도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(514)은 50도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(516)은 60도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다.
도 10a는 도 9a와 유사하며, 원뿔 각도(402)가 더 넓어짐에 따라 액체 렌즈의 응답 시간이 늦춰지는 것을 보여준다. 도 10a에 대한 도 9a의 비교는 1.8 mm에서 2.0 mm로 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)을 줄이는 것이 액체 렌즈(10)의 응답 시간을 증가하게 하고, 이는 액체 렌즈(10)가 늦춰지는 것을 나타낸다.
도 10b는 도 9b와 유사하며, 이는 액체 렌즈(10)의 원뿔 각도(402)가 넓은 절두 원뿔 구조로 더 커짐에 따라 피크 코마 광학 수차가 감소하는 것을 나타낸다. 그러나, 시간에 따른 전체 코마 광학 수차는 원뿔 각도(402)가 더 넓은 원뿔로 증가함에 따라 증가될 수 있다. 도 10b에 대한 도 9b의 비교는 1.8 mm에서 2.0 mm로의 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)의 증가가 피크 코마 광학 수차를 감소하게 하는 것을 보여준다. 그러나, 좁은 직경(404)을 증가는 전체 코마를 시간에 따라 증가하게 하였다.
도 10c는 도 9c와 유사하고, 액체 렌즈(10)의 원뿔 각도(402)가 공동(402)의 절두 원뿔 구조를 더 크게 넓힘에 따라 트레포일 광학 수차는 감소하는 것을 보여준다. 도 10c에 대한 9c의 비교는 1.8 mm에서 2.0 mm로의 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)의 증가가 트레포일 광학 수차를 감소시키는 것을 보여준다.
도 10d는 도 9d와 유사하며, 액체 렌즈(10)의 원뿔 각도(402)가 공동(12)의 절두 원뿔 구조를 더 크게 넓힘에 따라 피스톤 및 틸트를 제외한 광학 수차로부터의 파면 오차가 감소하는 것을 보여준다. 도 10d에 대한 도 9d의 비교는 1.8 mm에서 2.0 mm로의 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)의 증가가 파면 오차를 감소시키는 것을 보여준다. 일부 경우, 트레포일은 코마가 증가된 것보다 더욱 줄어들 수 있으므로, 원뿔 각도의 증가는 전체적인 효과를 갖거나 또는 총 파면 오차를 감소시킨다.
도 11a-11d는 액체 렌즈가 (예컨대, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 광학 경사가 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이됨에 따라 상이한 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈로부터의 데이터를 보여주는 차트이다. 도 11a-11b에 사용된 액체 렌즈는 도 11a-11d에 사용된 액체 렌즈의 절두 원뿔이 2.2 mm의 좁은 직경(404)을 갖는다는 것을 제외하고, 도 9a-9d에 사용된 것과 동일하다. 원뿔 높이는 600 미크론이고, 630 미크론의 공동 높이에 대한, 상부-원뿔 높이는 30 미크론이다. 선(520)은 30도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(522)은 40도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(524)은 50도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(526)은 60도의 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다.
도 11a는 도 9a와 유사하며, 원뿔 각도(402)가 더 넓어짐에 따라 액체 렌즈의 응답 시간이 늦춰지는 것을 보여준다. 도 11a에 대한 도 10a의 비교는 2.0 mm에서 2.2 mm로 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)을 줄이는 것이 액체 렌즈(10)의 응답 시간을 더욱 증가하게 하고, 이는 액체 렌즈(10)가 늦춰지는 것을 나타낸다.
도 11b는 도 9b와 유사하며, 이는 액체 렌즈(10)의 원뿔 각도(402)가 넓은 절두 원뿔 구조로 더 크게 넓어짐에 따라 피크 코마 광학 수차가 감소하는 것을 나타낸다. 그러나, 시간에 따른 전체 코마 광학 수차는 원뿔 각도(402)가 더 넓은 원뿔로 증가함에 따라 증가될 수 있다. 도 11b에 대한 도 10b의 비교는 2.0 mm에서 2.2 mm로의 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)의 증가가 피크 코마 광학 수차를 더욱 감소하게 하는 것을 보여준다. 그러나, 좁은 직경(404)의 증가는 전체 코마를 시간에 따라 증가하게 하였다.
도 11c는 도 9c와 유사하고, 액체 렌즈(10)의 원뿔 각도(402)가 공동(12)의 절두 원뿔 구조를 더 크게 넓힘에 따라 트레포일 광학 수차는 감소하는 것을 보여준다. 도 11c에 대한 10c의 비교는 2.0 mm에서 2.2 mm로의 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)의 증가가 트레포일 광학 수차를 더욱 감소시키는 것을 보여준다.
도 11d는 도 9d와 유사하며, 액체 렌즈(10)의 원뿔 각도(402)가 공동(12)의 절두 원뿔 구조를 더 크게 넓힘에 따라 피스톤 및 틸트를 제외한 광학 수차로부터의 파면 오차가 감소하는 것을 보여준다. 도 11d에 대한 도 10d의 비교는 2.0 mm에서 2.2 mm로의 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)의 증가가 파면 오차를 감소시키는 것을 보여준다. 일부 경우, 트레포일은 코마가 증가된 것보다 더욱 줄어들 수 있으므로, 원뿔 각도의 증가는 전체적인 효과를 갖거나 또는 총 파면 오차를 감소시킨다.
도 9a-11d에 의해 예시된 바와 같이, (예컨대, 광학 애퍼처로서 작동할 수 있는) 좁은 부분의 직경(404)의 증가는 예컨대, 총 광학 수차를 줄임으로써 광학 품질을 개선할 수 있으며, 그러나, 또한 응답 시간을 증가시킬 수 있고, 또는 액체 렌즈(10)를 늦출 수 있다. 좁은 직경을 넓혀 형성된 넓은 애퍼처는 또한 이미지를 생성하기 위해 더 많은 광이 액체 렌즈를 관통하게 함으로써, 다른 광학점 이점을 가질 수 있다. 더 넓은 애퍼처는 (예컨대, 더 빠른 셔터 속도) 이미지가 더 빨리 발생되게 할 수 있으며, 모션 블러(motion blur)를 줄일 수 있다. 대형 애퍼처는 또한 (예컨대, 카메라 시스템에 의해 발생된 이미지에서의 보크 효과(bokeh effect)를 생성하기 위해) 카메라 시스템의 시계 특성을 개선할 수 있다.
도 12a-12d는 액체 렌즈가 (예컨대, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 광학 경사가 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이됨에 따라 액체 렌즈(10)의 절두 원뿔 구조의 좁은 직경(404)에 대해 상이한 크기를 가진 액체 렌즈로부터의 데이터를 보여주는 차트이다. 도 12a-12d에 사용된 액체 렌즈는 723 미크론의 공동 높이에 대해, 30도의 원뿔 각도(402), 600 미크론의 원뿔 높이, 123 미크론의 상부-원뿔 높이를 갖는다. 도 12a-12d에 대해, 제2 유체 높이(416)는 175 미크론의 값을 가지며, 이는 유체 경계면(15)이 평평할(예를 들어, 0 디옵터 및 경사 없음) 때 측정될 수 있다. 선(530)은 1.8 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(532)은 2.0 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(534)은 2.2 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(536)은 2.5 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(538)은 3.0 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다.
도 12a는 도 9a, 10a, 및 11a와 유사하며, 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm에서 3.0 mm로 증가함에 따라 액체 렌즈의 응답 시간이 증가하거나, 액체 렌즈가 늦춰지는 것을 보여준다. 도 12b는 도 9b, 10b, 및 11b와 유사하며, 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm에서 3.0 mm로 증가함에 따라 피크 코마 광학 수차가 감소하는 것을 보여준다. 그러나, 좁은 직경(404)의 증가는 전체 코마가 시간에 따라 증가하게 한다. 도 12c는 도 9c, 10c, 및 11c와 유사하며, 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm에서 3.0 mm로 증가함에 따라 트레포일 광학 수차가 감소하는 것을 보여준다. 도 12d는 도 9d, 10d, 및 11d와 유사하며, 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm에서 3.0 mm로 증가함에 따라 피스톤 및 틸트를 제외하고 광학 수차로부터 총 파면 오차가 감소하는 것을 보여준다. 일부 경우, 트레포일은 코마가 증가하는 것보다 더 줄어들 수 있으므로, 원뿔 각도의 증가는 전체적인 효과를 가지거나 총 파면 오차를 감소시킨다.
도 13a-13b는 액체 렌즈가 (예컨대, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 광학 경사가 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이됨에 따라 액체 렌즈(10)의 절두 원뿔 구조의 좁은 직경(404)에 대한 상이한 크기를 가진 액체 렌즈로부터의 데이터를 보여주는 차트이다. 도 13a-13d에 사용된 액체 렌즈는 도 12a-12d에 사용된 액체 렌즈에 대한 175 미크론에 비해, 13a-13b에 사용된 액체 렌즈의 제2 유체 높이(416)가 250 미크론인 것을 제외하면, 도 12a-12b에 사용된 액체 렌즈와 동일하다. 따라서, 도 13a-13d에 대한 도 12a-12d의 비교는 제2 유체(16)(예컨대, 오일)의 높이(416)의 증가의 효과를 예시할 수 있다. 도 13a-13d에 대해, 액체 렌즈는 30도의 원뿔 각도(402), 600 미크론의 원뿔 높이, 및 123 미크론의 상부-원뿔 높이를 갖는다. 선(540)은 1.8 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(542)은 2.0 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(544)은 2.2 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(546)은 2.5 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다. 선(548)은 3.0 mm의 좁은 직경(404)을 가진 액체 렌즈(10)에 해당한다.
도 13a는 도 12a와 유사하며 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm에서 3.0 mm로 증가함에 따라, 액체 렌즈의 응답 시간이 증가하거나, 액체 렌즈가 늦춰지는 것을 보여준다. 도 13a에 대한 도 12a의 비교는 제2 유체(16)의 높이(416)의 증가가 응답 시간을 줄일 수 있는 것을 보여주며, 이는 액체 렌즈 속도를 높이는 것을 나타낸다. 따라서, 액체 렌즈에 대한 추가 유체의 추가 및/또는 액체 렌즈의 높이 증가는 응답 시간을 개선할 수 있으며, 이는 액체 렌즈를 더 빠르게 만들고, 이는 놀라운 결과를 이룰 수 있다. 액체 렌즈의 유체의 양을 증가시키는 것이 액체 렌즈를 느려지게 할 것으로 예상할 수 있다. 제2 유체의 양의 증가는 유체 경계면이 원뿔을 더 높이 위치시키게 할 수 있으며, 이는 더 큰 유체 경계면을 야기할 수 있고, 이러한 더 커진 유체 경계면은 더 느려질 것을 예상할 수 있다(예컨대, 더 긴 응답 시간을 가진). 그러나, 본원에 논의한 바와 같이, 제2 유체의 높의 증가는 (예컨대, 응답 시간을 감소시키기 위해) 렌즈를 더 빠르게 한다는 것이 밝혀졌다.
(예컨대, 제2 유체의 높이 증가에 의해) 바닥 윈도우와 유체 경계면 사이의 거리의 증가는 응답 시간을 개선할 수 있으나, 추가 유체가 추가됨에 따른 효용 체감을 가질 수 있다. 또한, 유체 경계면이 상부 윈도 근처에 위치되게 하도록 제2 유체의 추가 체적이 추가된 경우, 응답 시간은 (예컨대, 상부 윈도우에서의 경계 조건에서 전단력으로 인해) 증가할 수 있다. 또한, 일부 경우, 액체 렌즈는, 예컨대, 윈도우 중 하나 또는 모두에 더 가까이 유체 경계면을 위치시킴으로써, 댐핑이 증가되도록 디자인될 수 있다. 따라서, 경쟁 요건들 사이의 균형은 사용을 위한 유체의 양과 유체 경계면의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 경우, 액체 렌즈는 평평한 유체 경계면이 공동(12)의 높이의 약 절반에 위치될 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 액체 렌즈는 평평한 유체 경계면이 공동 높이의 약 20 %, 약 30 %, 약 40 %, 약 50 %, 약 60 %, 약 70 %, 약 80 %, 또는 그 이상, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위에 위치될 수 있도록 구성될 수 있지만(예컨대, 유체 체적을 가질 수 있음), 다른 구성도 가능하다. 일부 경우, 유체 경계면의 실제 위치는 유체 경계면의 곡률에 따를 수 있으며, 이는 가장 빠른 응답 시간을 생성하는 유체의 체적에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈는 도 1a에서와 같이, (예컨대, 제1 유체로부터 제2 유체로) 대부분 또는 모두 오목한 유체 경계면 움직임 범위를 가질 수 있는 경우, 이때 (예컨대, 공동의 측벽에서 경계 조건으로부터 이격된) 유체 경계면의 중심 영역은 바닥 윈도우(18) 비교적 근처에 있을 수 있다. 본 실시예에서, 제2 유체(16)의 체적을 증가시키는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 바닥 윈도우(18)로부터 멀어지게 유체 경계면을 상승시킬 수 있으며, 이는 응답 시간을 개선할 수 있다(예컨대, 액체 렌즈에 대한 평균 움직임 범위에 대한 공동(12)의 중간을 향해 유체 경계면의 중심 영역을 위치시킴으로써). 액체 렌즈가 도 1b에서와 같이, 대부분 또는 모두 볼록한(예컨대, 제1 유체로부터 제2 유체로) 유체 경계면의 움직임 범위를 가진 경우, 이때 (예컨대, 공동의 측벽에서 경계 조건으로부터 이격된) 유체 경계면의 중앙 영역은 상부 윈도우(20)에서 비교적 가까이 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 유체(16)의 체적을 감소시키는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 상부 윈도우(20)로부터 유체 경계면을 낮출 수 있으며, 이는 (예컨대, 액체 렌즈에 대해 평균 움직임 범위의 공동의 중간을 향해 유체 경계면의 중심 구역을 위치시킴으로써) 응답 시간을 개선할 수 있다.
도 13b는 도 12b와 유사하며 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm로부터 3.0 mm로 증가함에 따라 피크 코마 광학 수차가 감소하는 것을 보여준다. 그러나, 좁은 직경(404)의 증가는 시간에 따라 전체 코마가 증가하게 한다. 도 13b에 대한 도 12b의 비교는 제2 유체(16)의 높이(416)의 증가는 액체 렌즈(10)에 대한 피크 코마 광학 수차를 줄일 수 있는 것을 보여준다. 전체 코마는 또한 (예컨대, 유체 경계부를 공동 높이의 중심을 향해 이동시키기 위해) 제2 유체(16)의 높이(416)를 증가함으로써 감소될 수 있다. 도 13c는 도 12c와 유사하며, 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm에서 3.0 mm로 증가함에 따라 트레포일 광학 수차가 감소하는 것을 보여준다. 도 13c에 대해 도 12c의 비교는 제2 유체(16)의 높이(416)의 증가가 액체 렌즈(10)에 대한 트레포일 광학 수차를 줄일 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 측벽 위로 유체 경계면(15)을 이동시키는 것은 유체 경계면의 더 많은 주변부가 이미지 센서로부터 숨겨지게 할 수 있으므로, (주변부에서 가장 두드러질 수 있는) 트레포일은 결과적인 이미지에 덜 영향을 줄 수 있다. 도 13d는 도 12d와 유사하며 액체 렌즈(10)의 좁은 직경(404)이 1.8 mm에서 3.0 mm로 증가함에 따라 피스톤 및 틸트를 제외하고 광학 수차로부터의 총 파면 오차가 감소하는 것을 보여준다. 도 13d에 대한 도 12d의 비교는 제2 유체(16)의 높이(416)의 증가가 액체 렌즈(10)에 대한 파면 오차를 줄일 수 있다는 것을 보여준다.
일부 예시에서, 제2 유체(16)의 높이를 증가시키기 위해 제2 유체(예컨대, 오일)를 더욱 증가시키는 것은, 예컨대, 광학 수차를 감소시킴으로써, 액체 렌즈 및 광학 품질의 모든 응답 시간을 개선할 수 있다. 그러나, 제2 유체 높이(416)가 증가될 수 있는 양에 대한 제한이 있을 수 있다. 일부 구현에서, 예컨대 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 소형 전자 장치에서, 액체 렌즈(10)의 이용 가능한 높이가 제한될 수 있다. 일부 예시에서, 제2 유체(16)는 액체 렌즈의 상대적으로 비싼 구성요소일 수 있으며, 일부 경우 더 많은 양의 제2 유체(16)를 추가하는 것은 액체 렌즈(10)의 속도 및/또는 광학 품질에 대한 개선의 효용 체감을 가질 수 있다. 일부 경우, 제2 유체 높이의 증가는 제2 유체 높이에 대해 최대 2 mm의 액체 렌즈의 속도 개선을 생성할 수 있다. 상이한 점도의 상이한 유체를 사용하는 것과 같은, 다른 렌즈 구성은 다른 높이에서 효용 체감을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 너무 많은 제2 유체(16)를 추가하는 것은 특히 유체 경계면(15)이 광학 경사각(32)으로 기울어진 경우, 허용할 수 없는 컬러 분할(color splitting)을 야기할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 특성은 컬러 분할에 대응하거나 방지하는데 사용될 수 있다. 도 12a-13d에 도시된 바와 같이, 제2 유체 높이(416)의 증가는 광학 수차를 줄이는 것보다 응답 시간을 줄이는 것에 더욱 상당한 효과를 가질 수 있다. 일부 예시에서, (예컨대, 50도, 60도, 또는 그 이상의) 넓은 원뿔 각도(402)는 예를 들어, 액체 렌즈(10)의 중심으로부터 멀리 유체 경계면(15)의 에지를 밀게 되고, 이로써 시야 밖으로 유체 경계면(15)의 에지를 이동시키므로써, 제2 유체 높이(416)의 증가가 광학 수차를 줄이는 것에서 더욱 효과적이게 할 수 있다.
도 14는 액체 렌즈가 (예컨대, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 광학 경사가 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이됨에 따라 액체 렌즈의 제1 유체 높이(414)에 대해 상이한 크기를 가진 액체 렌즈로부터 데이터를 보여주는 차트이다. 도 14에 대해, 액체 렌즈는 50도의 원뿔 각도(402), 600 미크론의 원뿔 높이, 및 1.8 mm의 좁은 직경(404)을 갖는다. 도 14의 차트는 30 미크론, 60 미크론, 90 미크론, 120 미크론, 150 미크론, 180 미크론, 240 미크론 및 300 미크론의 상부-원뿔 높이(412)를 가진 액체 렌즈에 상응하는 선을 포함한다. 상부-원뿔 높이(412)(및 전체 공동 높이)의 증가는 제1 유체 높이(414)가 증가하게 할 수 있으며, 이는 유체 경계면(15)과 상부 윈도우(20) 사이의 거리를 증가시킬 수 있다. (550)으로 명시된 선은 30 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당하며, 선(552)은 300 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 도 14의 선(550)과 선(552) 사이의 선들은 공간 제한으로 인해 명시하지 않았지만, (아래에서 위로) 60 미크론, 90 미크론, 120 미크론, 150 미크론, 180 미크론 및 240 미크론의 상부-원뿔 높이에 해당한다. 도 14는 (예를 들어, 액체 렌즈의 상부-원뿔 높이(412)의 증가에 의한) 제1 유체(14)의 높이(414)의 증가가 액체 렌즈(10) 속도를 증가시키기 위해 응답 시간을 줄일 수 있음을 도시한다. 따라서, 액체 렌즈로의 추가 유체의 추가 및/또는 액체 렌즈의 높이의 증가는 액체 렌즈를 더 빠르게 만들며, 이는 놀라운 결과일 수 있다. 액체 렌즈의 유체 양의 증가는 액체 렌즈의 속도를 늦출 것이라는 예상을 할 수 있다. 그러나, 본원에 논의된 바와 같이, 제1 유체의 높이의 증가는 렌즈 속도를 높이는 것(예컨대, 응답 시간을 줄이는 것)으로 밝혀졌다.
도 15a-15d는 액체 렌즈가 (예컨대, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 광학 경사가 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이됨에 따라 액체 레즈의 제1 유체 높이(414)에 대한 상이한 크기를 가진 액체 렌즈로부터 데이터를 보여주는 차트이다. 도 15a-15d에 대해, 액체 렌즈는 30도의 원뿔 각도(402), 600 미크론의 원뿔 높이, 1.85 mm의 좁은 직경(404), 및 175 mm의 제2 유체 높이(416)를 갖는다. 선(560)은 30 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 선(562)은 100 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 선(564)은 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 상부-원뿔 높이(412)의 증가는 제1 유체 높이(414)가 증가하게 할 수 있으며, 이는 유체 경계면(15)과 상부 윈도우(20) 사이의 거리를 증가시킬 수 있다.
도 15a는 도 9a와 유사한 응답 시간을 보이며, (예컨대, 상부-원뿔 높이(412)가 증가하면서) 제1 유체 높이(414)가 증가함에 따라, 응답 시간이 감소하거나, 또는 액체 렌즈 속도가 높아지는 것을 보여준다. 제1 유체 높이(414)는 예를 들어, 원뿔 높이(410)의 증가와 같은, 다른 구조 변화에 의해 증가될 수 있다. 도 15b는 30 미크론, 100 미크론, 및 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈가 대략 동일한 양의 피크 코마를 갖는 것을 보여준다. 전체 코마(예를 들어, 플롯 15b에서의 곡선 아래의 구역)는 더 큰 상부-원뿔 높이(예컨대, 선(564))에 대해 낮아질 수 있으며, 작은 각도만큼, 더 작은 상부-원뿔 높이(예컨대, 선(560))에 대해 더 높아질 수 있다. 도 15c는 30 미크론, 100 미크론, 및 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈가 대략 동일한 양의 트레포일 광학 수차를 갖는 것을 도시한다. 도 15d는 30 미크론, 100 미크론, 및 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈가 피스톤 및 틸트를 제외한, 광학 수차로부터의 파면 오차의 대략 같은 양을 가질 수 있다는 것을 도시한다.
도 16a-16d는, 도 16a-16d의 액체 렌즈가 도 15a-15d에서와 같이 175 미크론과 대조적으로, 250 미크론의 제2 유체 높이(416)를 가진 것을 제외하고, 도 15a-15d에 사용된 것과 같은 액체 렌즈로부터의 데이터를 보여주는 차트이다. 따라서, 도 16a-16d에 대한 도 15a-15d의 비교는 액체 렌즈(10)의 제2 유체 높이(416)를 변화시키는 효과를 예시할 수 있다. 도 16a-16d에 대해, 액체 렌즈는 30도의 원뿔 각도(402), 600 미크론의 원뿔 높이, 1.85 mm의 좁은 직경(404), 및 250 미크론의 제2 유체 높이(416)를 갖는다. 선(570)은 30 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 선(572)은 100 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 선(574)은 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 상부-원뿔 높이(412)의 증가는 제1 유체 높이(414)가 증가하게 할 수 있으며, 이는 유체 경계면(15)과 상부 윈도우(20) 사이의 거리를 증가시킬 수 있다.
도 16a는 도 9a와 유사한 응답 시간을 보이며, 제1 유체 높이(414)가 (예컨대, 상부-원뿔 높이(412)의 증가에 의해) 증가함에 따라, 응답 시간이 감소하거나, 또는 액체 렌즈 속도가 증가하는 것을 보여준다. 도 16a에 대한 도 15a의 비교는 175 미크론에서 250 미크론의 제2 유체 높이(416)의 증가가 응답 시간을 감소시킬 수 있는 것을 보여주며, 이는 액체 렌즈 속도가 높아지는 것을 나타낸다. 도 16b는 30 미크론, 100 미크론, 및 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈가 대략 동일한 양의 피크 코마를 갖는 것을 보여준다. 전체 코마(예컨대, 플롯 16b의 곡선 아래의 구역)는 더 큰 상부-원뿔 높이(예컨대, 선(574))에 대해 낮아질 수 있으며, 작은 각도만큼, 더 작은 상부-코마 높이(예컨대, 선(570))에 대해 더 높아질 수 있다. 도 16b에 대한 도 15b의 비교는 175 미크론에서 250 미크론의 제2 유체 높이(416)의 증가는 코마 광학 수차를 줄일 수 있고, 일부 경우 오직 상대적으로 작은 각도만큼 줄일 수 있다. 도 16c는 30 미크론, 100 미크론, 및 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈가 일부 경우 오직 상대적으로 작은 각도만큼만 트레포일 광학 수차를 줄일 수 있다는 것을 도시한다. 도 16d는 30 미크론, 100 미크론, 및 200 미크론의 상부-원뿔 높이를 가진 액체 렌즈가 피스톤 및 틸트를 제외하고, 대략 동일한 양의 광학 수차로부터의 파면 오차를 가질 수 있다는 것을 도시한다. 도 16d에 대한 도 15d의 비교는 175 미크론에서 250 미크론의 제2 유체 높이(416)의 증가가, 일부 경우 상대적으로 작은 각도만큼만, 피스톤 및 틸트를 제외하고, 광학 수차로부터의 파면 오차를 줄일 수 있는 것을 보여준다.
일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 절두 원뿔 (예컨대, 방향에 따라, 거구로된 절두 원뿔) 구조를 포함하는 챔버(12)를 가질 수 있다. 액체 경계면(15)이 기울어져 있지 않은 경우, 유체 경계면(15)의 가장자리는 원 형태를 가질 수 있다. 유체 경계면(15)이 광학 경사각(32)으로 기울어져 있는 경우, 유체 경계면(15)의 가장자리는 타원 형태를 가질 수 있으며, 이는 액체 렌즈(10)의 광학계를 저하시킬 수 있다. 예를 들어, 유체 경계면(15)의 타원 형태는 액체 렌즈(10)를 통해 투과된 광의 비점수차를 야기할 수 있다. 일부 경우, 비점수차는 더 큰 원뿔 각도(402)(예컨대, 더 넓게 각을 이루는 측벽)를 가진 공동 형태에 대한 것보다, 더 좁은 원뿔 각도(402)(예컨대, 더 가파른 측벽)을 가진 공동 형태에 대해 더 좋지 않을 수 있다. 따라서, 액체 렌즈의 특성을 결정하기 위해 다양한 요인들이 균형을 이룰 수 있다.
도 17a-17d는 액체 렌즈가 (예컨대, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 광학 경사가 없는 상태(예컨대, 평평한 유체 경계면)에서 0.6도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이됨에 따라 상이한 원뿔 높이(410)와 상이한 유체 양을 가진 액체 렌즈로부터 데이터를 보여주는 차트이다. 도 17a-17d에 사용된 액체 렌즈는 1.8 mm의 좁은 직경, 30도의 원뿔 각도, 및 30 미크론의 상부-원뿔 높이를 갖는다. 선(580, 582, 584)에 대해, 액체 렌즈는 0.5의 채움 비율을 가지며, 공동의 중간에서 평평한 유체 경계면을 가지며, 제1 유체 높이는 실질적으로 제2 유체 높이와 동일하다. 선(590, 592, 594)에 대해, 액체 렌즈는 0.6의 채움 비율을 가지며, (예컨대, 제1 유체 높이 대 제2 유체 높이의 비율이 4 대 6임) 공동 높이의60 %에 평평한 유체 경계면을 갖는다. 선(580, 590)에 대해, 액체 렌즈는 (430 미크론의 공동 높이에 대해) 400 미크론의 원뿔 높이를 갖는다. 선(582, 292)에 대해, 액체 렌즈는 (530 미크론의 공동 높이에 대해) 500 미크론의 원뿔 높이를 갖는다. 선(584, 594)에 대해, 액체 렌즈는 (630 미크론의 공동 높이에 대해) 600 미크론의 원뿔 높이를 갖는다.
도 17a는 도 9a와 유사하고, 원뿔 높이 (및 공동 높이)가 증가함에 따라 액체 렌즈의 응답 시간이 개선되는 것을 보여준다. 도 17a는 또한 0.5의 채움 비율이 0.6의 채움 비율보다 더 빠른 응답 시간을 생성했다는 것을 보여준다. 도 17b는 도 9b와 유사하며, 시간에 따른 전체 코마 광학 수차가 원뿔 높이(및 공동 높이)를 증가시킴으로써 감소될 수 있음을 보여준다. 도 17b는 또한 전체 코마가 0.6보다 0.5의 채움 비율에 대해 더 낮아질 수 있음을 보여준다. 선(580)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 45 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(582)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 26 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(584)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 17 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(590)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 58 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(592)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 29 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(594)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 20 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(580)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 25 ms 이후 0.17 미크론으로 안정될 수 있다. 선(582)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 25 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(584)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 25 ms 이후 0.06 미크론으로 안정될 수 있다. 선(590)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 25 ms 이후 0.18 미크론으로 안정될 수 있다. 선(592)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 25 ms 이후 0.112 미크론으로 안정될 수 있다. 선(594)의 액체 렌즈에 대해, 코마는 약 25 ms 이후 0.07 미크론으로 안정될 수 있다.
도 17c는 도 9c와 유사하고, 동일한 유체 채움 비율을 가지며, 원뿔 높이(및 공동 높이)가 증가함에 따라 트레포일 광학 수차가 감소하는 것을 보여준다. 동일한 채움 비율을 가진 더 높은 공동 높이는 측벽 위로 더 높이 유체 경계면을 위치시킬 수 있으며, 이는 이미지 센서로부터 "숨겨진" 유체 경계면의 더 큰 주변 영역을 야기할 수 있다. 도 17c는 또한 0.5에서 0.6으로 채움 비율을 변경하는 것은 트레포일을 감소시킬 수 있는 것을 보여준다. 0.5에서 0.6으로 채움 비율을 변경하는 것은 유체 경계면이 공동에서 더 높이 위로 이동시키고, 이미지 센서로부터 "숨겨진" 유체 경계면의 주변부의 크기를 증가시킬 수 있다. 일부 경우, 채움 비율의 증가는 일부 광학 수차(예컨대, 코마)를 증가시킬 수 있지만 다른 광학 수차(예컨대, 트레포일)를 감소시킬 수 있다. 액체 렌즈에 대한 유체 채움 비율을 선택하기 위해 경쟁 요건들은 균형이 이뤄질 수 있다. 도 17d는 도 9d와 유사하며, (피스톤 및 틸트를 제외한) 전체 파면 오차를 보여준다. 도 17d에 도시된 바와 같이, 파면 오차는 400 미크론에서(선(580) 및 선(590)) 500 미크론(선(582, 592))으로 원뿔 높이를 증가시킴으로써, 또한 원뿔 높이를 600 미크론(선(584, 592))으로 증가시킴으로써 파면 오차가 감소될 수 있다. 600 미크론(선(584,594))의 원뿔 높이에 대해, 0.5에서 0.6으로의 채움 비율은 전체 파면 오차를 줄일 수 있다. 400 미크론(선(580,590))의 원뿔 높이에 대해, 파면 오차는 0.5와 0.6의 채움 비율에 대해 대략 동일하다. 선(580)의 액체 렌즈에 대해, 파면 오차는 약 25 ms 이후 약 0.35 미크론일 수 있다. 선(582)의 액체 렌즈에 대해, 파면 오차는 약 25 ms 이후 약 0.31 미크론일 수 있다. 선(584)의 액체 렌즈에 대해, 파면 오차는 약 25 ms 이후 약 0.28 미크론일 수 있다. 선(590)의 액체 렌즈에 대해, 파면 오차는 약 25 ms 이후 약 0.35 미크론일 수 있다. 선(592)의 액체 렌즈에 대해, 파면 오차는 약 25 ms 이후 약 0.31 미크론일 수 있다. 선(594)의 액체 렌즈에 대해, 파면 오차는 약 25 ms 이후 약 0.28 미크론일 수 있다.
(예를 들어, 약 8도의 물리적 경사각을 사용하여 달성될 수 있는) 0도의 광학 경사에서 0.6도의 광학 경사로의 갑작스럽게 변화하는 계단 함수 경사 입력에 대한 응답으로 측정된 광학 수차가 본원에 다양한 예시로 제공된다. 일부 경우, 광학 이미지 안정화를 구현할 때, 경사 입력은 계단 함수 입력보다 정현파 입력과 더 유사할 수 있다. 예를 들어, 카메라를 잡고 있는 사람(예컨대, 스마트폰 상에서)은 일반적으로 정현파 패턴에서 흔들리는(예컨대, 약 10 Hz로) 손을 가질 수 있다.
유체 채움 비율은 전체 공동 높이, 또는 원뿔 높이에 비례할 수 있다. 제2 유체의 높이는 원뿔 높이 또는 공동 높이의 25 %, 30 %, 45 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 또는 75 %, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 범위일 수 있지만, 다른 구성이 가능하다.
도 18a-18b는 다양한 공동 높이를 가진 액체 렌즈에 대한 정현파 경사 입력 신호로 야기된 코마 광학 수차의 플롯을 도시한다. 도 18a 및 18b에 대한 액체 렌즈는 1.8 mm의 좁은 직경, 30도의 원뿔 각도, 0.5의 채움 비율, 및 30 미크론의 상부-원뿔 높이를 갖는다. 선(650)은 10 Hz의 주파수를 가진 정현파 경사 입력을 나타낸다. 선(652)은 (예컨대, 630 미크론의 공동 높이에 대해) 600 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 선(654)은 (예컨대, 730 미크론의 공동 높이에 대해) 700 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 선(656)은 (예컨대, 830 미크론의 공동 높이에 대해) 800 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 선(658)은 (예컨대, 930 미크론의 공동 높이에 대해) 900 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 공동 높이가 (예컨대, 원뿔 높이를 증가시킴으로써) 630 미크론에서 930 미크론으로 증가됨에 따라, 코마 광학 수차는 감소될 수 있다. 도 18b에서, 선(660)은 (예컨대, 930 미크론의 공동 높이에 대해) 900 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 선(662)은 (예컨대, 1,030 미크론의 공동 높이에 대해) 1,000 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 선(664)은 (예컨대, 1,130 미크론의 공동 높이에 대해) 1,100 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 선(666)은 (예컨대, 1,230 미크론의 공동 높이에 대해) 1,200 미크론의 원뿔 높이를 가진 액체 렌즈를 나타낸다. 공동 높이가 (예컨대, 원뿔 높이를 증가시킴으로써) 930 미크론에서 1,230 미크론으로 증가됨에 따라, 코마 광학 수차는 감소될 수 있지만, 코마에서의 감소는 630 미크론과 930 미크론 사이의 공동 높이 변화로 야기된 코마 감소보다 더 적다. 공동 높이의 증가는 (예컨대, 코마를 감소함으로써) 광학 품질을 개선하기 위해 효용 체감을 가질 수 있다. 이러한 특정 예시에서, 930 미크론 미만의 공동 높이를 증가시키는 것과 비교하여, 공동 높이를 930 미크론 이상으로 증가시키기 위해 코마에서의 증분 개선이 상당히 감소된다. 상이한 공동 높이에서 효용 체감을 가질 수 있는 다른 구성이 가능하다.
일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 구 형상에 실질적으로 일치시키는 측벽을 가질 수 있으며, 이는 기울어질 때 유체 경계면(15)의 에지의 형상을 개선할 수 있다. 굴곡진 측벽은, 제조 공차 또는 약간의 조정으로 인한 것처럼, 일부 위치에서 가상의 구 형상에 완전하게 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 굴곡진 측벽은 가상 구체로부터 최대 약 15 %, 약 10 %, 약 5 %, 또는 약 3 %, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위만큼, 변할 수 있지만, 다른 값들이 일부 실시예에서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 측벽은 타원 형태, 난형, 또는 다른 굴곡진 형상에 실질적으로 따를 수 있다.
도 19a는 0도의 광학 경사로부터 렌즈 형상에 대해 최대 광학 경사각을 향해 구동되는 4개의 액체 렌즈에 대한 데이터를 보여준다. 도 19b는 광학 출력이 없는 상태에서 약 66 디옵터의 광학 출력으로 구동되는 4개의 액체 렌즈에 대한 데이터를 보여준다. 선(670)은 30도의 원뿔 각도, 2 mm의 좁은 직경, 350 미크론의 원뿔 높이, 및 30 미크론의 상부-공동 높이(380 미크론의 공동 높이)를 가진 액체 렌즈에 해당한다. 선(672)는 유사한 액체 렌즈에 해당하지만, 400 미크론의 원뿔 높이(430 미크론의 공동 높이)를 갖는다. 선(674)은 유사한 액체 렌즈에 해당하지만, 450 미크론의 원뿔 높이(480 미크론의 공동 높이)를 갖는다. 선(676)은 유사한 액체 렌즈에 해당하지만, 600 미크론의 원뿔 높이(630 미크론의 공동 높이)를 갖는다. 도 19a 및 19b는 600 미크론의 원뿔 높이(선(676))가 더 빠른 경사 응답 시간을 생성할 수 있지만, (예컨대, 오버슈트(overshoot) 및/또는 진동(oscillations)을 야기할 수 있는) 덜 댐핑을 생성할 수 있다는 것을 보여준다. 450 미크론의 원뿔 높이는 더 느린 경사 응답 시간을 생성할 수 있지만, (예컨대, 오버슈트 및/또는 진동을 줄일 수 있는) 더 댐핑을 생성할 수 있다는 것을 보여준다. 400 미크론의 원뿔 높이는 더 느린 경사 응답 시간을 생성하지만, 더 댐핑을 생성할 수 있다. 350 미크론의 원뿔 높이는 4개의 액체 렌즈의 가장 느린 경사 응답 시간을 생성하지만, (오버슈트를 줄이고 진동을 줄일 수 있는) 가장 큰 댐핑을 생성할 수 있다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 공동 높이를 줄임으로써 증가된 댐핑은 효용 체감을 가질 수 있다. 공동 높이와 같은, 액체 렌즈에 대한 파라미터를 결정할 때 경쟁 요인들이 고려될 수 있다.
도 20은 액체 렌즈(10)의 예시의 실시예의 단면도이며, 여기서 챔버(12)의 적어도 일부는 구형 부분에 일치하는 측벽을 포함한다. 액체 렌즈 챔버(12)의 절두 원뿔 구조는 굴곡진 측벽을 가질 수 있으며, 이는 구형의 일부의 형상과 일치할 수 있다. 측벽의 형상에 의해 정의된 가상의 구가 도 20에서 점선으로 도시된다. 측벽은 넓은 개구에서 좁은 개구로 이동하며 그 크기가 연속적으로 감소하는 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 넓은 개구는 도 20에 도시된 바와 같이, 가상의 구의 중심과 정렬될 수 있다. 가상의 구의 중심은 도 20에서 수평의 점선에 의해 도시된다. 유체 경계면(15)은 구의 중심을 가로질러 위치되고, 이때 유체 경계면(15)의 에지는 광학 경사각을 갖도록 기울어질 때 원형을 유지할 것이다. 그러나, 유체 경계면(15)은 구의 중심으로부터 멀리 이격될 수 있으므로, 유체 경계면(15)은 측벽을 기울이거나 및/또는 위아래로 이동시켜 액체 렌즈(10)의 초점 길이 및/또는 초점 방향을 변화시킬 수 있다. 유체 경계면(15)이 기울어진 경우, 유체 경계면(15)의 에지는 비-원형으로 가정할 수 있다. 그러나, 이러한 비-원형 형상은 액체 렌즈가 절두 원뿔 구조를 형성하기 위해 직선 측벽을 가진 경우일 때보다 원의 형상에 더 가까울 수 있다. 따라서, 가상의 구의 일부의 형상에 일치할 수 있는, 굴곡진 측벽은 액체 렌즈(10)의 광학 성능을 개선할 수 있다.
유체 경계면(15)이 가상의 구의 중심에 더 가까이 위치할수록, 기울어진 유체 경계부(15)의 가장자리의 형태는 원 형태에 더욱 가깝게 근접할 수 있으며, 이는 광학 품질을 개선할 수 있다. 그러나, 유체 경계면(15)이 가상 구의 중심에 더 가까이 위치할수록, 유체 경계면의 기울어지는 움직임의 범위는 더 작아질 것이다. 특정 성능 파라미터를 충족시키기 위한 것같이, 액체 렌즈의 구조를 결정하기 위해 경쟁 요인들이 균형을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 경계면(15)이 평평한 경우(예컨대, 0 디옵터이며 광학 경사각이 없는)에는 유체 경계면이 구조 축(28)을 가로지르는 구의 가장자리로보다 구의 중심으로 더 가까이 있을 수 있다. 도 20에서, 거리(602)는 평평한 유체 경계면(15)으로부터 가상 구의 중심까지의 거리이며, 거리(604)는 평평한 유체 경계면(15)으로부터 액체 렌즈(10)의 구조 축(28)을 가로지르는 가상 구의 가장자리까지의 거리이고, 여기서, 상기 유체 경계면(15)은 가상 구의 중심과 액체 렌즈(10)의 구조 축(28)을 가로지르는 가상 구의 가장자리 사이에 위치한다. 상기 거리(604) 대 거리(602)의 비율은 약 5 대 1, 약 4 대 1, 약 3 대 1, 약 2.5 대 1, 약 2 대 1, 약 1.5 대 1, 약 1.25 대 1, 약 1.1 대 1, 약 1 대 1, 약 0.9 대 1, 약 0.8 대 1, 또는 약 0.75 대 1, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 상기 값들의 임의의 값 내의 임의의 범위일 수 있지만, 상기 범위 외의 값도 사용될 수 있다. 거리(604)는 거리(602)보다 예컨대, 0 % (같은 크기), 약 5 %, 약 10 %, 약 20 %, 약 30 %, 약 40 %, 약 50 %, 약 75 %, 약 100 %, 약 150 %, 약 200 %, 약 300 %까지, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 상기 값들의 임의의 조합 내의 임의의 범위만큼 더 클 수 있고(또는 그 반대), 다른 값이 사용될 수 있다. 평평한 유체 경계면(15)에서 가상 구의 중심까지의 거리(602)는 가상 구의 반경의 약 3 %, 약 5 %, 약 10 %, 약 15 %, 약 20 %, 약 25 %, 약 30 %, 약 35 %, 약 40 % 또는 약 45 %일 수 있으며, 또는 그 사이의 임의의 값 또는 범위일 수 있다.
일부 경우, 측벽의 형상의 형성하는 구의 구역은, 예를 들어 도 21에 도시된 바와 같이, 구의 중심으로부터 떨어저 이동될 수 있으며, 이는 구조 축(28)에 평행한 선에 대한 측벽의 각도(606)를 넓게 하는 효과를 가질 수 있으며, 이는 본원에서 논의한 바와 같이, 원뿔 각도(402)를 넓게 하는 것과 유사하게, 광학 수차를 줄일 수 있다.
도 22는 액체 렌즈(10)의 예시의 실시예를 도시하며, 여기서, 유체 경계면(15)은 측벽의 형상을 형성하는 가상 구의 중심에 위치한다. 유체 경계면(15)이 광학 경사각(32)으로 경사진 경우, 유체 경계면의 제1 측면은(예컨대, 도 22의 우측면) 구의 중심 아래에 위치할 수 있고, 유체 경계면의 제2 측면(예컨대, 제1 측면의 반대측)은(예를 들어, 도 22의 좌측면) 구의 중심 위에 위치할 수 있다. 도 22의 액체 렌즈(10)는 베이스 부분(612, base portion)과 오버행 부분(610, overhang portion)에 의해 형성된 공동의 측벽을 가질 수 있으며, 이는, 예컨대, 부착 또는 접착 또는 조립 공정을 이용하여, 함께 결합될 수 있다. 많은 변형이 가능하다. 측벽은 환상면(toroid), 타원형, 난형 등과 같은, 다른 굴곡진 형상에 따를 수 있다.
도 23a-23c는 상이한 원뿔 각도(402)를 가진 액체 렌즈로부터의 데이터를 보여주는 차트이다. 선(680)은 5도의 원뿔 각도에 해당한다. 선(682)은 10도의 원뿔 각도에 해당한다. 선(684)은 20도의 원뿔 각도에 해당한다. 선(686)은 30도의 원뿔 각도에 해당한다. 선(688)은 40도의 원뿔 각도에 해당한다. 도 23a 내지 도 23c의 액체 렌즈는 1.85 mm의 좁은 직경, 500 미크론의 원뿔 높이, 30 미크론의 상부 원뿔 높이(예를 들어, 530 미크론의 전체 공동 높이), 및 0.5의 채움 비율을 갖는다. 도 23a-23c에서, 액체 렌즈는 광학 경사가 없는 상태(예컨대, 0 디옵터의 광학 출력을 가진 평평한 유체 경계면)에서 (예컨대, 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 1도의 광학 경사각(32)을 가진 상태로 전이되었다. 제1 유체의 굴절률과 제2 유체의 굴절률 사이의 차이는 0.11이다.
도 23a는 도 9a와 유사하며, 이는 원뿔 각도가 감소됨에 따라(예컨대, 더 가파른 측벽을 형성하기 위해), 액체 렌즈의 응답 시간이 개선되는 것을 보여준다. 예를 들어, 선(680)의 액체 렌즈(예컨대, 5도의 원뿔 각도)는 약 28 ms의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 가질 수 있다. 선(682)의 액체 렌즈(예컨대, 10도의 원뿔 각도)는 약 30 ms의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 가질 수 있다. 선(684)의 액체 렌즈(예컨대, 20도의 원뿔 각도)는 약 36 ms의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 가질 수 있다. 선(686)의 액체 렌즈(예컨대, 30도의 원뿔 각도)는 약 58 ms의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 가질 수 있다.
도 23b는 도 9b와 유사하며, 이는 원뿔 각도를 줄임으로써 전체 코마 광학 수차가 시간에 따라 감소될 수 있음을 보여준다. 선(680)의 액체 렌즈(예를 들어, 5도의 원뿔 각도)에 대해, 코마는 약 21 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(682)의 액체 렌즈(예컨대, 10도의 원뿔 각도)에 대해, 코마는 약 23 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(684)의 액체 렌즈(예컨대, 20도의 원뿔 각도)에 대해, 코마는 약 26 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(686)의 액체 렌즈(예컨대, 30도의 원뿔 각도)에 대해, 코마는 약 30 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 선(688)의 액체 렌즈(예컨대, 40도의 원뿔 각도)에 대해, 코마는 약 35 ms 이후 0.1 미크론으로 안정될 수 있다. 피크 코마는 더 높은 원뿔 각도를 가진 액체 렌즈에 대해 더 낮아질 수 있다. 본 발명이 이론에 한정되어야 하는 것은 아니지만, 코마를 야기하는 초기 유체 경계면 변형의 많은 부분이 더 큰 원뿔 각도로 야기된 더 큰 유체 경계면에 대해 광학 애퍼처 외부로 "숨겨지는" 것이라고 여겨진다. 그러나, 더 큰 유체 경계면은 더 느리게 안정되고, 이는 시간에 따라 더 많은 코마 광학 수차를 야기할 수 있다.
도 23c는 도 9c와 유사하며, 원뿔 각도가 증가함에 따라 트레포일 광학 수차가 감소될 수 있는 것을 보여준다. 선(680)의 액체 렌즈(예컨대, 5도의 원뿔 각도)에 대해, 피크 트레포일은 약 0.6 미크론일 수 있으며 약 0.53 미크론에서 (예를 들어, 약 0.1 초 이후) 안정될 수 있다. 선(682)의 액체 렌즈(예컨대, 10도의 원뿔 각도)에 대해, 피크 트레포일은 약 0.58 미크론일 수 있으며 약 0.51 미크론에서 (예를 들어, 약 0.1 초 이후) 안정될 수 있다. 선(684)의 액체 렌즈(예컨대, 20도의 원뿔 각도)에 대해, 피크 트레포일은 약 0.53 미크론일 수 있으며 약 0.47 미크론에서 (예를 들어, 약 0.1 초 이후) 안정될 수 있다. 선(686)의 액체 렌즈(예컨대, 30도의 원뿔 각도)에 대해, 피크 트레포일은 약 0.47 미크론일 수 있으며 약 0.425 미크론에서 (예를 들어, 약 0.1 초 이후) 안정될 수 있다. 선(688)의 액체 렌즈(예컨대, 40도의 원뿔 각도)에 대해, 피크 트레포일은 약 0.42 미크론일 수 있으며 약 0.38 미크론에서 (예를 들어, 약 0.1 초 이후) 안정될 수 있다.
본원에서 논의된 바와 같이, 원뿔 각도의 증가는 트레포일 광학 수차를 줄일 수 있다. 그러나, 원뿔 각도의 증가는 또한 비점수차의 증가, 코마의 증가, 및/또는 액체 렌즈의 응답 시간을 느리게 하는 것과 같은, 액체 렌즈에서의 부정적인 효과를 가질 수 있다. 따라서, 액체 렌즈에 대해, 원뿔 각도, 및 다른 물리적 파라미터(예컨대, 원뿔 높이, 공동 높이, 애퍼처 크기 등)를 결정할 때 경쟁 요인들이 고려될 수 있다. 일부 실시예에서, 약 15도와 약 45도 사이의 원뿔 각도, 약 20도와 40도 사이, 약 25도와 약 35도 사이, 또는 약 30도의 원뿔 각도는 이러한 경쟁 요인들 사이에 균형을 가진 액체 렌즈에 대해 사용될 수 있지만, 다른 구성도 가능하다.
본원에 개시된 이론을 사용하여, 액체 렌즈(10)는 액체 렌즈(10)의 하나 이상의 파라미터를 최적화하도록 디자인될 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈(10)는 수차로 인한 약간의 광학 품질을 희생하지만, 빠른 응답 시간을 갖도록 디자인될 수 있다. 액체 렌즈는 어느정도 더 느린 응답 시간을 갖지만, (예를 들어, 광학 수차를 줄임으로써) 높은 광한 품질을 갖도록 디자인될 수 있다. 액체 렌즈는 (예컨대, 더 큰 챔버 높이 및/또는 더 큰 폭을 가진) 덜 소형화되도록 디자인될 수 있으며, 이는 액체 렌즈가 유사한 광학 품질의 다른 액체 렌즈에 비해 개선된 광학 품질과 상대적으로 빠른 응답 시간을 갖게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 액체 렌즈(10)는 (예를 들어, 0도에서 0.6도로의 갑자기 변화하는 계단 함수 입력 신호에 대한 응답으로) 약 400 ms, 약 300 ms, 약 250 ms, 약 200 ms, 약 150 ms, 약 100 ms, 약 75 ms, 약 60 ms, 약 50 ms, 약 40 ms, 약 30 ms, 약 25 ms, 약 20 ms, 약 15 ms, 약 10 ms, 약 5 ms, 또는 이들 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위의, 0도에서 0.6도로의 광학 경사각의 전이를 위한 10 %에서 90 %의 응답 시간을 가질 수 있다. 액체 렌즈(10)가 (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 경사 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사로, 또는 0.6도의 광학 경사의 90 %로, 또는 0.6도의 광학 경사를 향해 10 % 내지 90 %로 전이함에 따라, 또는 전이의 25 sm 이후, 또는 약 500 nm, 약 400 nm, 약 350 nm, 약 300 nm, 약 250 nm, 약 200 nm, 약 175 nm, 약 150 nm, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위 (그러나, 다른 값들도 사용될 수 있음) 이후, (액체 렌즈(10)의 초점 길이 및 초점 방향을 변화시키기 위해 사용되기 때문에 오차가 고려되지 않은) 피스톤 및 틸트를 제외하고, 광학 수차로부터의 (예컨대, 이미지 획득 시간 동안 최대 또는 평균) 파면 오차를 가진 광을 출력하도록 액체 렌즈(10)는 구성될 수 있다. 액체 렌즈(10)가 (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 경사 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사로, 또는 0.6도의 광학 경사의 90 %로, 또는 0.6도의 광학 경사를 향해 10 % 내지 90 %로 전이함에 따라, 또는 전이의 25 sm 이후, 또는 약 500 nm, 약 400 nm, 약 350 nm, 약 300 nm, 약 250 nm, 약 200 nm, 약 175 nm, 약 150 nm, 약 125 nm, 약 100 nm, 약 75 nm, 약 50 nm, 약 40 nm, 약 30 nm, 약 20 nm, 약 10 nm, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위 (그러나, 다른 값들도 사용될 수 있음) 이후, (액체 렌즈(10)의 초점 길이 및 초점 방향을 변화시키기 위해 사용되기 때문에 오차가 고려되지 않은) 피스톤 및 틸트를 제외하고, 광학 수차로부터의 (예컨대, 이미지 획득 시간 동안 최대 또는 평균) 코마 파면 오차를 가진 광을 출력하도록 액체 렌즈(10)는 구성될 수 있다. 액체 렌즈(10)가 (예컨대, 계단 함수 입력에 대한 응답으로) 경사 없는 상태에서 0.6도의 광학 경사로 또는 0.6도의 광학 경사의 90 %로, 또는 0.6도의 광학 경사를 향해 10 % 내지 90 %로 전이함에 따라, 또는 전이의 25 sm 이후, 또는 약 500 nm, 약 400 nm, 약 350 nm, 약 300 nm, 약 250 nm, 약 200 nm, 약 175 nm, 약 150 nm, 또는 그 사이의 임의의 값, 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위 (그러나, 다른 값들도 사용될 수 있음) 이후, (액체 렌즈(10)의 초점 길이 및 초점 방향을 변화시키기 위해 사용되기 때문에 오차가 고려되지 않은) 피스톤 및 틸트를 제외하고, 광학 수차로부터의 (예컨대, 이미지 획득 시간 동안 최대 또는 평균) 트레포일 파면 오차를 가진 광을 출력하도록 액체 렌즈(10)는 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 액체 렌즈는 높은 화소 밀도를 가진 이미지 센서가 사용된 경우 적은 파면 오차를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 피스톤 또는 틸드를 제외한, 광학 수차로부터의 (이미지 획득 시간 동안의 평균 또는) 최대 파면 오차가 200 nm 이하인 경우, 1 미크론의 화소 크기의 화소를 가진 이미지 센서는, 우수한 이미지 품질을 가진 것으로 밝혀졌다. 피스톤 또는 틸드를 제외한, 광학 수차로부터의 (이미지 획득 시간 동안의 평균 또는) 최대 파면 오차가 300 nm 이하인 경우, 1.2 미크론의 화소 크기의 화소를 가진 이미지 센서는, 우수한 이미지 품질을 가진 것으로 밝혀졌다. 피스톤 또는 틸드를 제외한, 광학 수차로부터의 (이미지 획득 시간 동안의 평균 또는) 최대 파면 오차가 375 nm 이하인 경우, 1.3 미크론의 화소 크기의 화소를 가진 이미지 센서는, 우수한 이미지 품질을 가진 것으로 밝혀졌다. 카메라 시스템은 미크론의 화소 크기 당 약 200 nm, 약 225 nm, 약 250 nm, 약 275 nm, 또는 약 300 nm의 파면 오차(또는, 이들 사이의 임의의 값 또는 범위, 그러나 다른 디자인이 가능함)를 가진 이미지를 생성하기 위해 액정 렌즈를 사용할 수 있다. 액체 렌즈(10)는 약 100 미크론, 약 200 미크론, 약 300 미크론, 약 400 미크론, 약 500 미크론, 약 600 미크론, 약 700 미크론, 약 800 미크론, 약 900 미크론, 약 1 mm, 약 1.1 mm, 약 1.2 mm, 약 1.3 mm, 약 1.4 mm, 약 1.5 mm, 약 1.7 mm, 약 2.0 mm, 약 2.5 mm, 약 3.0 mm, 약 4.0 mm, 약 5.0 mm, 약 7 mm, 약 10 mm, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위의 챔버 높이를 가질 수 있지만, 본원에 논의된 바와 같이, 예컨대 더 큰 규모의 액체 렌즈에 대해, 다른 값이 사용될 수 있다. 액체 렌즈(10)는 약 200 미크론, 약 300 미크론, 약 400 미크론, 약 500 미크론, 약 600 미크론, 약 700 미크론, 약 800 미크론, 약 900 미크론, 약 1 mm, 약 1.1 mm, 약 1.2 mm, 약 1.3 mm, 약 1.4 mm, 약 1.5 mm, 약 1.7 mm, 약 2.0 mm, 약 2.5 mm, 약 3.0 mm, 약 4.0 mm, 약 5.0 mm, 약 7 mm, 약 10 mm, 또는 이들 사이의 임의의 값 또는 이들 값의 임의의 조합 내의 임의의 범위의 전체 높이(예컨대, 윈도우를 포함하여)를 가질 수 있지만, 본원에 논의된 바와 같이, 예컨대 더 큰 규모의 액체 렌즈에 대해, 다른 값이 사용될 수 있다.
액체 렌즈(10)는 약 100 ms 또는 그보다 더 빠른, (계단 함수 입력 신호에 대응하여) 광학 경사각의 0도에서 약 0.6도로의 전이를 위한 10 % 내지 90 %의 응답 시간, 및 약 500 nm 또는 그 이하의, 피스톤 또는 틸트를 제외한, 광학 수차로부터의 파면 오차를 가질 수 있다. 액체 렌즈(10)는 약 60 ms 또는 그보다 더 빠른, (계단 함수 입력 신호에 대응하여) 광학 경사각의 0도에서 약 0.6도로의 전이를 위한 10 % 내지 90 %의 응답 시간, 및 약 400 nm 또는 그 이하의, 피스톤 또는 틸트를 제외한, 광학 수차로부터의 파면 오차를 가질 수 있다. 액체 렌즈(10)는 약 50 ms 또는 그보다 더 빠른, (계단 함수 입력 신호에 대응하여) 광학 경사각의 0도에서 약 0.6도로의 전이를 위한 10 % 내지 90 %의 응답 시간, 및 약 300 nm 또는 그 이하의, 피스톤 또는 틸트를 제외한, 광학 수차로부터의 파면 오차를 가질 수 있다. 액체 렌즈(10)는 약 40 ms 또는 그보다 더 빠른, (계단 함수 입력 신호에 대응하여) 광학 경사각의 0도에서 약 0.6도로의 전이를 위한 10 % 내지 90 %의 응답 시간, 및 약 200 nm 또는 그 이하의, 피스톤 또는 틸트를 제외한, 광학 수차로부터의 파면 오차를 가질 수 있다. 액체 렌즈(10)는 약 20 ms 또는 그보다 더 빠른, (계단 함수 입력 신호에 대응하여) 광학 경사각의 0도에서 약 0.6도로의 전이를 위한 10 % 내지 90 %의 응답 시간, 및 약 400 nm 또는 그 이하의, 피스톤 또는 틸트를 제외한, 광학 수차로부터의 파면 오차를 가질 수 있다. 액체 렌즈(10)는 약 15 ms 또는 그보다 더 빠른, (계단 함수 입력 신호에 대응하여) 광학 경사각의 0도에서 약 0.6도로의 전이를 위한 10 % 내지 90 %의 응답 시간, 및 약 500 nm 또는 그 이하의, 피스톤 또는 틸트를 제외한, 광학 수차로부터의 파면 오차를 가질 수 있다. 다른 실시예는 이들 예시들 사이의 응답 시간 및 파면 오차 값을 갖도록 구성된 액체 렌즈를 포함할 수 있다.
본원에 기술된 원리 및 이점들은 다양한 기기들에서 구현될 수 있다. 이러한 기기의 예시는, 이에 한정하지 않지만, 소비자 전자 제품, 소비자 전자 제품의 부품, 전기 테스트 장비 등을 포함할 수 있다. 본원에 기술된 원리 및 이점들은 렌즈에 대한 것이다. 렌즈를 가진 예시의 제품들은 휴대 전화 (예를 들어, 스마트폰), 건강 관리 모니터링 장치, 자동차 전자 시스템과 같은 차량 전자 시스템, 웹캠, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 개인용 디지털 단말기 (PDA), 냉장고, DVD 플레이어, CD 플레이어, 디지털 비디오 레코더 (DVR), 캠코더, 카메라, 디지털 카메라, 복사기, 팩시밀리, 스캐너, 멀티-주변기기, 손목 시계, 시계 등을 포함할 수 있다. 또한, 기기는 미완성 제품을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 방법, 기술, 마이크로프로세서, 및/또는 본원에 기술된 제어기는 하나 이상의 특수 목적 컴퓨터 장치에 의해 구현된다. 특수 목적 컴퓨터 장치는 기술을 수행하기 위해 배선될 수 있으며, 또는 하나 이상의 응용 주문형 집적 회로(ASIC), 또는 기술을 수행하도록 프로그램된 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA)와 같은 디지털 전자 장치를 포함할 수 있으며, 또는 펌웨어, 메모리, 다른 저장소, 또는 조합의 프로그램 명령에 따라 기술을 수행하도록 프로그램된 하나 이상의 범용 하드웨어 프로세서를 포함할 수 있다. 명령은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 이동식 디스크, CD-ROM 또는 기타 형태의 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체의 다른 형태에 존재할 수 있다. 이러한 특수 목적 컴퓨터 장치는 또한 맞춤형 하드웨어에 내장된 로직, ASIC 또는 FPGA를 맞춤형 프로그래밍과 결합하여 기술을 달성할 수 있다. 특수 목적 컴퓨터 장치는 데스크탑 컴퓨터 시스템, 서버 컴퓨터 시스템, 휴대용 컴퓨터 시스템, 휴대용 장치, 네트워킹 장치 또는 기술을 구현하기 위해 하드웨어에 내장되어 있거나 및/또는 프로그램된 로직을 통합하는 임의의 다른 장치 또는 장치의 조합일 수 있다.
본원에 기술된 마이크로프로세서 또는 제어기는 iOS, 안드로이드, 크롬 OS, 윈도우 XP, 윈도우 Vista, 윈도우 7, 윈도우 8, 윈도우 Server, 윈도우 CE, Unix, Linux, SunOS, Solaris, iOS, Blackberry OS, VxWorks 또는 다른 호환되는 운영 시스템와 같은 운영 체제 소프트웨어에 의해 조정될 수 있다. 다른 실시예에서, 컴퓨터 장치는 독점 운영 시스템에 의해 제어될 수 있다. 종래의 운영 시스템은 실행을 위한 컴퓨터 프로세스를 제어 및 스케줄링하고, 메모리 관리를 수행하고, 파일 시스템, 네트워킹, I/O 서비스를 제공하고, 그리고 다른 것들 사이의, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 같은 사용자 인터페이스 기능을 제공한다.
본원에 개시된 마이크로프로세서 및/또는 제어기는 맞춤형 하드웨어 내장형 로직, 하나 이상의 ASIC 또는 FPGA, 펌웨어 및/또는 마이크로프로세서 및/또는 제어기가 특수 목적 기계가 되게 하는 프로그램 로직을 이용하여 본원에 개시된 기술을 구현할 수 있다. 하나의 실시예에 따라, 본원에 개시된 기술의 일부는 메모리에 포함된 하나 이상의 시퀀스 명령을 실행하는 것에 대한 대응으로 도 3의 제어기(310)에 의해 수행된다. 이러한 명령은 저장 장치와 같은, 다른 저장 매체로부터 메모리로 판독될 수 있다. 메모리에 포함된 명령의 시퀀스의 실행은 프로세서 또는 제어기가 본원에 개시된 공정 단계를 수행하게 한다. 대안 실시예에서, 하드웨어 내장된 회로망은 소프트웨어 명령과 조합하여 또는 대체하여 사용될 수 있다.
더욱이, 본원에 개시된 실시예와 관련된 다양한 예시의 로직 블록 및 모듈은 프로세서 장치와 같은 기계, 디지털 신호 프로세서(DSP), 응용 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA, field programmable gate array), 또는 다른 프로그램 가능한 로직 장치, 이산 게이트 또는 트렌지스터 로직, 이산 하드웨어 구성요소, 본원에 개시된 기능을 수행하도록 디자인된 이들의 임의의 조합에 의해 구현 또는 수행될 수 있다. 프로세서 장치는 마이크로프로세서일 수 있으며, 그러나 대안으로, 프로세서 장치는 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 기계, 동일한 것의 조합 등일 수 있다. 프로세서 장치는 컴퓨터-실행 가능한 명령을 처리하도록 구성된 전자 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서 장치는 FPGA 또는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리하지 않고 로직 작동을 수행하는 다른 프로그램 가능한 장치를 포함한다. 프로세서 장치는 또한 예컨대, DSP 및 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 함께 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 조합과 같은, 컴퓨터 장치의 조합으로서 구현될 수 있다. 주로 디지털 기수에 대해 본원에 개시되었지만, 프로세서 장치는 또한 주로 아날로그 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 본원에 개시된 렌더링 기술 중 일부 또는 모두는 아날로그 회로망에서 또는 혼합된 아날로그 및 디지털 회로망에서 구현될 수 있다.
문맥상 달리 명확하게 요구되지 않는 한, 발명의 설명 및 청구 범위 전체에서, "구성하다", "구성하는", "포함하다", "포함하는" 등의 단어는 배타적이거나 철저한 뜻이 아니라; 즉, "포함하지만 이에 제한되지 않는다"는 의미에서, 광의의 의미로 이해되어야 한다. 본원에 일반적으로 사용되는, "결합된" 또는 "연결된"이라는 단어는 직접 연결되거나 또는 하나 이상의 중간 요소에 의해 연결될 수 있는 둘 이상의 요소를 지칭한다. 또한, 본 출원에서 사용될 때, "본원에서", "위의", "아래" 및 유사한 의미의 단어는 본 출원의 특정 부분이 아닌 전체로서 본 출원을 지칭해야 한다. 문맥상 허용되는 경우, 단수 또는 복수를 사용하는 상세한 설명의 단어는 각각 복수 또는 단수를 포함할 수 있다. 둘 이상의 항목의 리스트와 관련하여 "또는" 이라는 단어는 단어의 다음 해석을 모두 포함하려는 의도이다: 리스트의 임의의 항목, 리스트의 모든 항목, 및 리스트의 항목의 임의의 조합. 본원에 제공된 모든 수치는 측정 오차 범위 내에서 유사한 값을 포함하도록 의도된다.
본 발명은 특정 실시예 및 예시를 포함하지만, 당업자들은 그 범위가 구체적으로 개시된 실시예를 넘어 다른 대안적인 실시예 및/또는 사용 및 명백한 수정 및 등가물들까지 확장된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 실시예의 몇 가지 변형이 상세하게 도시되고 설명되었지만, 다른 변형은 본 발명에 기초하여 당업자에게 쉽게 명백할 것이다. 또한, 실시예의 특정 특성 및 양태의 다양한 조합 또는 하위 조합이 만들어질 수 있으며 여전히 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 고려된다. 개시된 실시예의 다양한 특징 및 양태는 실시예의 다양한 모드를 형성하기 위해 서로 결합되거나 대체될 수 있음을 이해해야 한다. 본원에 개시된 임의의 방법은 인용된 순서대로 수행될 필요는 없다. 따라서, 범위는 전술한 특정 실시예에 의해 제한되어서는 안된다.
특히, 달리 언급되거나 사용된 문맥 내에서 달리 이해되지 않는 한, "할 수 있는", "일 수 있는", "가능할 수 있는" 또는 "가능한"과 같은 조건부 언어는 일반적으로 특정 실시예가 다른 실시예는 특정 특징, 요소 및/또는 단계를 포함하지 않는다. 따라서, 이러한 조건부 언어는 일반적으로 특징, 요소 및/또는 단계가 하나 이상의 실시예에 필요한 방식이거나, 또는 이들 특징, 요소 및/또는 단계는 임의의 특정 실시예에서 포함되거나 수행되어야 하는 것인지, 하나 이상의 실시예가 반드시 사용자 입력 또는 프롬프트 여부를 결정하기 위한 논리를 포함한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 본원에 사용된 제목은 독자의 편의를 위한 것이며 범위를 제한하려는 것은 아니다.
또한, 본원에 설명된 장치, 시스템 및 방법은 다양한 변형 및 대안적인 형태에 영향을 받을 수 있지만, 그 특정 예는 도면에 도시되어 있고 본원에 상세히 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태 또는 방법으로 제한되는 것이 아니라 반대로, 본 발명은 개시된 다양한 구현의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 균등물 및 대안을 포함하는 것이다. 또한, 구현 또는 실시예와 관련된 임의의 특정 특성, 양태, 방법, 특성, 특징, 품질, 속성, 요소 등은 본원에 제시된 모든 다른 구현 또는 실시예에서 사용될 수 있다. 본원에 개시된 임의의 방법은 인용 된 순서대로 수행될 필요는 없다. 본원에 개시된 방법은 전문업에 종사하는 사람이 취한 특정 행동을 포함하 수 있다; 그러나, 이 방법에는 명시적으로 또는 암시적으로 해당 조치에 대한 제3자 지시가 포함될 수도 있다.
본원에 개시된 범위는 또한 임의의 및 모든 중첩, 하위 범위 및 이들의 조합을 포함한다. "최대", "적어도", "보다 큼", "보다 작음", "사이에" 등과 같은 언어는 인용된 수를 포함한다. "약" 또는 "대략"과 같은 용어 후의 수는 인용된 수를 포함하며 상황에 따라 해석되어야 한다(예컨대, 상황에서 합리적으로 가능한한 정확하게, 예를 들어, ± 5 %, ± 10 %, ± 15 % 등). 예를 들어, "약 3.5 mm"에는 "3.5 mm"가 포함된다. "실질적으로"와 같은 용어 뒤에 오는 문구는 인용된 문구를 포함하며 상황에 따라 해석되어야 한다(예컨대, 상황에 따라 합리적으로 가능한 많이). 예를 들어, "실질적으로 일정한"은 "일정한"을 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 측정은 주변 온도 및 압력을 포함한 표준 조건에서 이루어진다.

Claims (38)

  1. 좁은 단부와 넓은 단부를 가진 절두 원뿔 형상을 가진 측벽을 포함하는 챔버, 여기서, 상기 절두 원뿔의 좁은 단부는 약 1.7 mm 내지 약 2.0 mm의 직경을 가지며, 상기 절두 원뿔의 넓은 단부는 약 2.25 mm 내지 약 2.75 mm의 직경을 갖고, 상기 절두 원뿔은 약 400 미크론 내지 약 600 미크론의 원뿔 높이를 가지며, 상기 측벽은 약 20도 내지 약 40도의 원뿔 각도만큼 절두 원뿔의 구조 축에 대해 각을 이룸;
    상기 챔버에 포함된 제1 액체;
    상기 챔버에 포함된 제2 액체, 여기서, 상기 제1 액체와 제2 액체는 상기 제1 액체와 제2 액체 사이에 액체 경계면을 형성하도록 실질적으로 혼합되지 않음;
    상기 절두 원뿔의 넓은 단부 위에 배치된 제1 윈도우, 여기서, 상기 제1 윈도우는 약 20 미크론 내지 약 70 미크론의 상부-원뿔 높이만큼 상기 절두 원뿔의 넓은 단부로부터 이격됨;
    상기 절두 원뿔의 좁은 단부 아래에 배치된 제2 윈도우, 여기서, 상기 챔버는 상기 액체 경계면, 제1 윈도우, 및 제2 윈도우를 가로지르는 광학 경로를 따라 광을 투과시키도록 상기 제1 윈도우와 제2 윈도우 사이에 배치됨;
    액체 렌즈의 제1 사분면에 배치되고 상기 제1 및 제2 액체와 절연된 제1 절연 전극;
    상기 액체 렌즈의 제2 사분면에 배치되고 상기 제1 및 제2 액체와 절연된 제2 절연 전극;
    상기 액체 렌즈의 제3 사분면에 배치되고 상기 제1 및 제2 액체와 절연된 제3 절연 전극;
    상기 액체 렌즈의 제4 사분면에 배치되고 상기 제1 및 제2 액체와 절연된 제4 절연 전극; 및
    상기 제1 액체와 전기 연통하는 공통 전극, 여기서, 상기 액체 경계면의 위치는 상기 공통 전극과 절연 전극들에 적용된 전압에 적어도 부분적으로 기초하고, 상기 액체 경계면은 상기 절연 전극들 사이에 적용된 상이한 전압에 대한 응답으로 기울어지므로 상기 액체 경계면의 광학 축은 광학 경사각만큼 구조 축에 대해 각을 이룸;을 포함하는, 액체 렌즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대해 약 100 ms 또는 그 이하의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 갖는, 액체 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대해 약 75 ms 또는 그 이하의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 갖는, 액체 렌즈.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대해 약 25 ms 또는 그 이하의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 갖는, 액체 렌즈.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 약 500 nm 또는 그 이하의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  6. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 약 400 nm 또는 그 이하의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 적어도 약 250 nm의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 약 400 nm 또는 그 이하의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  9. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 약 350 nm 또는 그 이하의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 적어도 약 200 nm의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 약 150 nm 또는 그 이하의 코마 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  12. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 약 125 nm 또는 그 이하의 코마 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 적어도 약 50 nm의 코마 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 약 400 nm 또는 그 이하의 트레포일 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  15. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 약 300 nm 또는 그 이하의 트레포일 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 25 ms 이후 적어도 약 100 nm의 트레포일 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 경계면이 평평한 경우 상기 제1 액체는 제1 액체 높이를 가지며 제2 액체는 제2 액체 높이를 갖고, 여기서, 상기 제1 액체 높이와 제2 액체 높이는 약 20 % 이하까지 변하는, 액체 렌즈.
  18. 청구항 1 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 경계면이 평평한 경우 상기 액체 경계면의 활성 부분과 상기 액체 경계면의 비활성 부분 사이의 비율은 약 2 대 1과 약 4 대 1 사이인, 액체 렌즈.
  19. 액체 렌즈로서, 상기 액체 렌즈는:
    약 600 미크론 또는 그 이하의 공동 높이를 가진 공동을 형성하는 챔버;
    상기 챔버에 포함된 제1 액체;
    상기 챔버에 포함된 제2 액체, 여기서, 상기 제1 액체와 제2 액체는 상기 제1 액체와 제2 액체 사이에 액체 경계면을 형성하도록 실질적으로 혼합되지 않음;
    상기 제1 및 제2 액체와 절연된 복수의 절연 전극; 및
    상기 제1 액체와 전기 연통하는 공통 전극, 여기서, 상기 액체 경계면의 위치는 상기 전극들에 적용된 전압에 적어도 부분적으로 기초하고, 상기 액체 경계면은 상기 절연 전극들 사이에 적용된 상이한 전압에 대한 응답으로 기울어져 광학 경사각을 생성하고, 상기 액체 렌즈는 상기 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 대응으로 0도의 광학 경사에서 0.6도의 광학 경사로 이동함에 따라 25 ms 이후 약 350 nm 또는 그 이하의 전체 파면 오차를 가진 광학 수차를 갖는 광을 출력하도록 구성됨;을 포함하는, 액체 렌즈.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 챔버는 절두 원뿔 형상의 측벽을 가지며, 여기서, 상기 측벽은 적어도 약 20도의 원뿔 각도만큼 절두 원뿔의 구조 축에 대해 각을 이루는, 액체 렌즈.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 원뿔 각도는 약 40도 또는 그 이하인, 액체 렌즈.
  22. 청구항 19 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 넓은 단부 및 좁은 단부를 가진 절두 원뿔 형상의 측벽을 가지며, 여기서, 상기 넓은 단부의 직경과 좁은 단부의 직경 사이의 비율은 약 1.2와 약 1.5 사이인, 액체 렌즈.
  23. 청구항 19 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 절연 전극은 액체 렌즈의 4개의 각각의 사분면에 배치된 4개의 절연 전극을 포함하는, 액체 렌즈.
  24. 청구항 19 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대해 약 25 ms와 약 75 ms 사이의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 갖는, 액체 렌즈.
  25. 청구항 19 내지 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 약 25 ms 이후 약 200 nm 및 400 nm 사이의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  26. 청구항 19 내지 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 액체의 높이는 액체 경계면이 평평할 때 공동 높이의 약 40 % 내지 약 60 %인, 액체 렌즈.
  27. 청구항 19 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 경계면의 중심 영역에서의 활성 부분과 액체 경계면의 주변 영역에서의 비활성 부분 사이의 비율은 액체 경계면이 평평한 경우 약 2 대 1 에서 약 4 대 1 사이인, 액체 렌즈.
  28. 액체 렌즈로서, 상기 액체 렌즈는:
    챔버;
    상기 챔버에 포함된 제1 액체;
    상기 챔버에 포함된 제2 액체, 여기서, 상기 제1 액체와 제2 액체는 상기 제1 액체와 제2 액체 사이에 액체 경계면을 형성하도록 실질적으로 혼합되지 않음;
    상기 제1 및 제2 액체와 절연된 하나 이상의 절연 전극; 및
    상기 제1 액체와 전기 연통하는 공통 전극, 여기서, 상기 액체 경계면의 위치는 상기 전극들에 적용된 전압에 적어도 부분적으로 기초함;을 포함하되,
    여기서, 상기 액체 경계면은 이미지를 생성하기 위해 액체 렌즈에 의해 출력된 광을 투과시키는 액체 경계면의 중심 영역에 활성 부분을 가지며, 상기 액체 경계면은 상기 이미지에 실질적으로 기여하지 않는 액체 경계면의 주변 영역에 비활성 부분을 갖고, 여기서, 상기 비활성 부분은 상기 평평한 액체 경계면의 적어도 약 20 %의 면적을 차지하는, 액체 렌즈.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 비활성 구역은 상기 액체 경계면이 평평할 때 액체 경계면의 적어도 24 %를 차지하는, 액체 렌즈.
  30. 청구항 28 또는 29에 있어서,
    상기 비활성 구역은 상기 액체 경계면이 평평할 때 액체 경계면의 50 % 또는 그 이하를 차지하는, 액체 렌즈.
  31. 청구항 28 내지 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 좁은 단부와 넓은 단부를 가진 절두 원뿔 형상의 측벽을 가지며, 상기 넓은 단부의 직경과 좁은 단부의 직경은 약 1.2 대 1에서 약 1.5 대 1 사이인, 액체 렌즈.
  32. 청구항 28 내지 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 절두 원뿔 형상의 측벽을 가지며, 상기 측벽은 약 25도 내지 약 35도의 원뿔 각도만큼 절두 원뿔의 구조 축에 대해 각을 이루는, 액체 렌즈.
  33. 청구항 28 내지 32 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 절연 전극은 액체 렌즈의 4개의 각각의 사분면에 배치된 4개의 절연 전극을 포함하는, 액체 렌즈.
  34. 청구항 28 내지 33 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 경계면은 상기 절연 전극들 사이에 적용된 상이한 전압에 대한 응답으로 기울어지므로 상기 액체 경계면의 광학 축은 상기 액체 렌즈의 구조 축에 대해 광학 경사각만큼 각을 이루는, 액체 렌즈.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 전이에 대해 약 25 ms와 약 75 ms 사이의 10 % 내지 90 %의 응답 시간을 갖는, 액체 렌즈.
  36. 청구항 34 또는 35에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 약 25 ms 이후 약 350 nm 또는 그 이하의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  37. 청구항 34 또는 35에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 액체 경계면이 계단 함수 입력에 대한 응답으로 0도의 광학 경사각에서 0.6도의 광학 경사각으로의 이동함에 따라 약 25 ms 이후 약 325 nm 이하의 총 파면 오차를 갖는 광학 수차를 가진 광을 출력하는, 액체 렌즈.
  38. 청구항 19 내지 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 경계면이 평평할 때 상기 제2 액체의 높이는 공동 높이의 약 40 % 내지 약 60 %인, 액체 렌즈.
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