KR20210097740A

KR20210097740A - 초점 거리를 조정할 수 있는 컴팩트 액체 렌즈

Info

Publication number: KR20210097740A
Application number: KR1020217019957A
Authority: KR
Inventors: 스테판 스몰카; 마뉴엘 아슈반덴; 크리스 라닝; 로만 파트쉐이더; 요하네스 하세; 데이비드 안드레아스 니데러
Original assignee: 옵토튠 아게
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-08-09
Also published as: WO2020109605A3; US20220011473A1; WO2020109605A2; CN113167937B; CN113167937A; JP2022509818A; EP3887877A2

Abstract

본 발명은 가변 초점 거리를 갖는 렌즈(1)로, 용기(2)의 내부 공간(3)을 둘러싸는 용기(2), 여기서 내부 공간(3)은 투명한 액체(L)로 채워져 있고, 여기서 상기 용기(2)는 상기 내부 공간(3)을 둘러싸는 원주 측벽(20)을 포함하고, 여기서 상기 측벽(20)은 투명 커버 요소(21) 및 투명하고 탄성 변형 가능한 멤브레인(22)에 연결되어 상기 액체(L)가 상기 멤브레인(22)과 상기 커버 요소(21) 사이에 배치됨, 상기 멤브레인(22)에 연결된 환형 렌즈 셰이퍼(4), 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 내부 원주 가장자리(40)가 상기 멤브레인(22)의 중앙 영역(23)을 정의하고 상기 영역(23)을 통과하는 빛이 상기 영역(23)의 곡률에 따라 굴절됨, 및 상기 렌즈(1)의 상기 영역(23)의 상기 곡률과 렌즈(1)의 초점 거리를 조정하기 위해, 상기 렌즈 셰이퍼(4)를 커버 요소(21) 쪽으로 또는 커버 요소(21)로부터 멀어지게 이동하도록 구성된 액추에이터, 여기서 상기 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위해 상기 액추에이터는 측벽(20)에 통합된 코일(6)을 포함하고, 여기서 상기 액추에이터는 코일(6)에 전류를 생성하여 상기 코일(6)이 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위한 자기장을 생성하도록 구성된다.

Description

초점 거리를 조정할 수 있는 컴팩트 액체 렌즈

본 발명은 초점 거리(focal length)를 조정할 수 있는 렌즈에 관한 것이다.

초점 거리를 조정할 수 있는 렌즈는 다양한 기술 응용 분야에서 사용된다. 특히 스마트폰 및 기타 소형 핸드 헬드 장치와 같은 모바일 애플리케이션의 경우 각 렌즈에 가능한 작은 설치 공간이 필요하다는 것이 매우 중요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 렌즈의 설치 공간을 최소화할 수 있은 콤팩트한 디자인(compact design)을 포함하고 변경될 수 있는 초점 거리를 갖는 렌즈를 제공하는 것이다.

이 문제는 청구항 1 및 청구항 19의 특징을 갖는 렌즈에 의해 해결된다.

본 발명의 이러한 측면의 바람직한 실시 예는 대응하는 하위 청구항에 기재되어 있고 또한 아래에 기재되어 있다.

제1항에 있어서, 가변 초점 거리(variable focal length)를 갖는 렌즈가 개시되며, 이는

- 용기의 내부 공간(internal space)을 둘러싸는 용기(container), 여기서 상기 내부 공간은 투명한 액체로 채워져 있고, 여기서 상기 용기는 상기 내부 공간을 둘러싸는 원주 측벽(circumferential lateral wall)을 포함하고, 여기서 상기 측벽은 상기 용기의 바닥을 형성하는 투명한 단단한 커버 요소(transparent rigid cover element) 및 투명하고 탄성적으로 변형 가능한 멤브레인에 연결되고, 따라서 상기 액체가 멤브레인과 커버 요소 사이에 배치됨;

- 멤브레인에 연결된 환형 렌즈 셰이퍼(annular lens shaper), 상기 렌즈 셰이퍼의 내부 원주 가장자리(inner circumferential edge)가 상기 멤브레인의 중앙 영역을 정의하고 상기 영역을 통과하는 빛은 해당 영역의 곡률에 따라 굴절됨; 및

- 상기 렌즈의 상기 영역의 곡률(curvature) 및 렌즈의 초점 거리를 조정하기 위해, 상기 렌즈 셰이퍼를 상기 커버 요소 쪽으로 또는 커버 요소로부터 멀리 이동하도록 구성된 액추에이터, 여기서 상기 렌즈 셰이퍼를 이동시키기 위해, 특히 코일이 상기 내부 공간과 그 안의 액체를 둘러싸도록 상기 액추에이터는 측벽에 통합된 코일을 포함하고, 여기서 상기 코일이 자기장을 생성하여 렌즈 셰이퍼를 이동시키도록 액추에이터는 상기 코일에 전류를 생성하도록 구성됨;을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 멤브레인은 측벽과 멤브레인 사이에 배열된 환형 스페이서(annular spacer)를 통해 측벽에 연결된다.

바람직하게는, 일 실시 예에 따르면, 상기 환형 스페이서는 원주 방향 벽의 내경보다 큰 내경을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 스페이서는 측벽의 면측에(face side of the lateral wall) 도금된 플레이팅(예를 들어 금속 도금)(plating)이다.

바람직하게는, 상기 스페이서는 금속, 비-자성 재료, 비-자성 금속, 구리, 구리를 포함하는 합금 중 하나를 포함하거나 그 재료로 형성된다. 특히 구리는 PCB에 간단하게 적용할 수 있은 장점이 있다. 또한, 상기 스페이서의 금속 또는 재료는 바람직하게는 비-자성이므로 렌즈 셰이퍼와 코일 사이의 자기 회로를 차폐하지 않는다. 그러나 상기 스페이서는 또한 플라스틱 재료(예를 들어 폴리머) 또는 유리로 형성되거나 이를 포함할 수 있다. 특히, 스페이서는 (온도 상승에 따라) 액체의 부피 팽창을 보상하는데 도움이 되는 열 팽창을 나타내는 재료로 형성될 수 있고, 따라서 상기 스페이서는 렌즈의 수동 온도 보상(passive temperature compensation)을 달성하는데도 도움이 될 수 있다.

도금 대신 상기 스페이서는 또한 측벽에 장착(예를 들어, 접착)된 별도의 환형 스페이서이거나 측벽과 일체로 형성된 부재(member)일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 측벽은 인쇄 회로 기판에 의해 형성되고, 상기 코일은 인쇄 회로 기판에 내장된 전도체에 의해 형성된다.

또한, 본 발명의 대안적인 실시 예에 따르면, 상기 코일은 상기 측벽에 캡슐화된 개별 부품(discrete part)에 의해 형성된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 렌즈 셰이퍼는 환형 영구 자석을 포함하거나 환형 영구 자석에 의해 형성된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 렌즈 셰이퍼는 상기 용기의 내부 공간에 배치되고 액체에 잠기게 된다. 특히 렌즈 셰이퍼(예를 들어 영구 자석)는 상기 멤브레인의 바닥면에 연결되며, 상기 바닥면은 커버 요소를 향한다. 특히, 렌즈 셰이퍼를 액체 내부에 배치하면 상기 렌즈의 광축 방향으로 렌즈의 높이를 줄일 수 있다. 또한, 상기 스페이서와 함께 렌즈 직경을 줄일 수 있다. 이는 스페이서가 투명한 구멍(clear aperture) 외부, 특히 코일 위의 자유 멤브레인 부분을 달성할 수 있기 때문이다. 상기 코일 위에 자유 멤브레인 길이를 갖게 되면 상기 용기의 외부 직경에 비해 투명한 구멍(동일한 코일 크기)을 최대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 영구 자석은 반경 방향(radially)으로 자화되어 따라서 상기 자화가 렌즈 셰이퍼의 반경 방향으로 배향된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 자석은 영구 자석의 자화(magnetization) 방향(또는 렌즈 셰이퍼의 반경 방향)에서 측벽의 내부면(inner side of the lateral wall)을 향하는 원주 외측을 포함한다.

더욱이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 렌즈 셰이퍼는 용기의 내부 공간 외부(outside the internal space of the container)에 배열되고, 특히 상기 렌즈 셰이퍼는 멤브레인의 상부면에 연결되고, 상기 상부면은 커버 요소로부터 멀리 향한다. 또한 이 구성은 특히 스페이서와 함께 렌즈의 외부 직경을 최소화할 수 있다. 또한 여기서, 액추에이터 코일 위의 멤브레인의 일부는 상대적으로 낮은 힘으로 멤브레인을 편향시키는데 사용할 수 있는 자유 멤브레인 길이에 기여한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 영구 자석은 축 방향으로 자화되어 따라서 상기 특히 자화가 렌즈의 광축 방향으로 배향된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 렌즈 셰이퍼는 층(layer)을 포함하고, 여기서 상기 층은 멤브레인의 상부면에 연결되고 멤브레인의 상부면과 영구 자석 사이에 배열된다. 특히, 상기 층은 비자성 재료로 형성된다. 재료는 금속, 플라스틱 재료, 유리, 실리콘 중 하나일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전류 운반 코일(current-carrying coil)과 영구 자석의 자기장의 상호 작용은 로렌츠 힘에 해당한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 렌즈 셰이퍼는 자성 연질 금속으로 형성된 환형 부재로 형성되거나, 여기서 상기 렌즈 셰이퍼는 자성 연질 금속으로 형성된 환형 부재를 포함한다. 특히, 자성 연질 금속(magnetically soft metal)은 철과 니켈을 포함하는 합금, 강자성 금속 중 하나이다. 특히, 본 발명에 따른 자기적으로 연성 금속은 1보다 큰 상대 투과율(relative permeability)을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 환형 부재는 스페이서와 에어 갭을 형성한다.

더욱이, 특히 액추에이터가 렌즈 셰이퍼(아래 참조)를 이동시키기 위한 자기 저항력을 생성하도록 구성되며, 스페이서는 바람직하게는 비자성 재료로 형성된다.

특히, 렌즈 셰이퍼는, 멤브레인의 상부면에 연결되고 렌즈 셰이퍼의 상기 내부 에지를 형성하는, 환형 부재의 원형 돌출부에 의해 형성된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일의 자기장은 에어 갭(air gap)을 최소화하기 위해 환형 부재(따라서 렌즈 셰이퍼)를 스페이서 쪽으로 이동시키는 자기 저항력(reluctance force)을 생성한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 초점 거리를 조정할 수 있는 렌즈가 개시되며, 상기 렌즈는

- 용기의 내부 공간을 둘러싸는 용기, 여기서 상기 내부 공간은 투명한 액체로 채워져 있고, 여기서 상기 용기는 상기 내부 공간을 둘러싸는 원주 측벽을 포함하고, 여기서 상기 측벽은 상기 용기의 바닥을 형성하는 투명한 강성 커버 요소 및 투명하고 탄성적으로 변형 가능한 멤브레인에 연결되고, 따라서 상기 액체가 멤브레인과 커버 요소 사이에 배치됨;

- 상기 멤브레인에 연결된 환형 렌즈 셰이퍼, 상기 렌즈 셰이퍼의 내부 원주 가장자리가 상기 멤브레인의 중앙 영역을 정의하고 상기 영역을 통과하는 빛은 해당 영역의 곡률에 따라 굴절됨; 및

- 상기 렌즈의 상기 영역의 곡률 및 렌즈의 초점 거리를 조정하기 위해, 상기 렌즈 셰이퍼를 상기 커버 요소 쪽으로 이동하도록 구성된 액추에이터, 여기서 렌즈 셰이퍼를 이동시키기 위해, 상기 액추에이터는 형상 기억 합금으로 형성된 적어도 하나의 변형 가능한 부재(deformable member)를 포함하고, 상기 변형 가능 부재는 렌즈 셰이퍼의 초기 위치에 대응하는 제1상태 및 렌즈 셰이퍼가 렌즈의 초점 거리를 조정하기 위해 커버 요소를 향해 이동되는 제2상태를 포함함;을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 변형 부재(deformable member)를 제1상태에서 제2상태로 가져오기 위하여 상기 액추에이터는 변형 부재를 가열하도록 구성된다. 특히, 상기 액추에이터는 형상 기억 합금으로 형성된 변형 부재에 전류를 발생시켜 변형 부재를 가열하도록 구성된다. 특히, 상기 액추에이터는 예를 들어 코일을 사용하는 유도 가열(induction heating)에 의해 변형 가능한 부재를 가열하도록 구성될 수 있으며, 여기서 상기 액추에이터는 상기 코일에서 교류를 생성하도록 구성되고, 따라서 변형 부재를 가열하기 위해 변형 부재에 와전류(eddy current)가 생성된다(줄 가열).

특히, 일 실시 예에 따르면, 상기 측벽은 내부가 상기 용기의 내부 공간을 향하는 측벽의 내부를 형성하는 단열부(thermally insulating portion)를 포함한다. 상기 단열부(예를 들어 층)는 플라스틱 재료(예를 들어 PCB FR4 재료, 예를 들어 유리-강화 에폭시 라미네이트 재료)로 형성될 수 있다.

또한, 일 실시 예에 따르면, 특히 외부로의 우수한 열 전도를 보장하고 액체의 가열을 최소화하기 위하여(예를 들어 액추에이터의 코일 또는 열을 생성하는 렌즈의 구성 요소로 인해), 상기 측벽은 측벽의 외부를 형성하는 부분(예를 들어 층)을 포함하고, 이 부분은 금속(예를 들어 구리 또는 구리를 포함하는 합금)으로 형성될 수 있다. 특히, 측벽의 이들 부분은 본 발명의 모든 실시 예/양태에서 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 변형 부재는 상기 용기의 내부 공간 외부(outside the internal space of the container)에 배치된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 변형 가능한 부재는 긴 형상(elongated shape)을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 변형 가능한 부재는 루프, 특히 폐쇄 루프(closed loop)를 형성한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 변형 가능한 부재는 측벽의 외부에 배치된 고정 요소(holding elements arranged on an outside of the lateral wall)에 연결된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 렌즈 셰이퍼는 상기 렌즈 셰이퍼의 반경 방향(radial direction)으로 연장되는 4개의 돌출부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 변형 가능한 부재는 4개의 부분(portion)을 포함하고, 여기서 각 부분은 돌출부 중 하나의 위로 연장된다. 따라서, 특히, 상기 렌즈 셰이퍼는 변형 가능한 부재를 통해 렌즈의 용기에 결합된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 변형 부재의 제2상태에서, 각 부분(portion)은 변형 부재의 제1상태에 비해 감소된 곡률을 포함하고, 따라서 상기 부분이 렌즈 셰이퍼의 돌출부 위로 연장된다는 사실로 인해 변형 가능한 부재가 제1상태에서 제2상태로 이동될 때 렌즈 셰이퍼가 커버 요소를 향해 당겨 지도록 하고, 상기 변형 가능한 부재는 고정 요소를 통해 상기 용기에 연결된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 멤브레인은 측벽과 막 사이에 배치된 환형 스페이서를 통해 측벽에 연결되며, 여기서 상기 환형 스페이서(annular spacer)는 바람직하게는 원주 방향 측벽의 내부 지경보다(inner diameter of the circumferential Iateral wall) 큰 내부 직경을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 변형 가능 부재 및 렌즈 셰이퍼는 상기 용기의 내부 공간에 배열되고 액체에 잠기게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 측벽은 인쇄 회로 기판으로 형성된다.

여기에 공개된 렌즈 디자인은 휴대폰 카메라, 수술, 내시경 머신 비전, 바코드 스캐닝, 감시 카메라, IOT 장치 및 드론과 같은 소형 애플리케이션을 위해 각 렌즈의 크기를 줄일 수 있다.

다음에서, 본 발명의 추가 장점, 특징 및 실시 예가 도면을 참조하여 설명되며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 렌즈의 실시 예의 개략적인 횡단면도(A)를 도시하고, 여기서 (B)는 실시 예의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 렌즈의 다른 실시 예의 개략적인 횡단면도(A)를 도시하고, 여기서 (B)는 이 실시 예의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 렌즈의 추가 실시 예 (A) 및 (B)의 개략적인 단면도를 도시한다. 과
도 4는 본 발명에 따른 렌즈의 다른 실시 예의 사시도(A) 및 개략적인 단면도를 나타내고, 한편, (C)는 (A) 및 (B)에 도시된 실시 예의 변형의 개략적인 단면도를 나타낸다.

도 1(A) 및 1(B)는 본 발명에 따른 렌즈(1)를 도시하며, 여기서 렌즈(1)는 조정 가능한 초점 거리를 포함한다. 이를 위해, 상기 렌즈(1)는 용기(2)의 내부 공간(3)을 둘러싸는 용기(2)를 포함하고, 여기서 상기 내부 공간(3)은 투명한 액체(L)로 채워지고, 여기서 상기 용기(2)는 상기 내부 공간(3)을 둘러싸는 원주 측벽(20)을 포함하고, 여기서 상기 측벽(20)은 투명한 커버 요소(21) (예를 들어 유리 또는 플라스틱 재료 또는 폴리머로 형성됨)에 연결되고 그리고 액체(L)가 멤브레인(22)과 커버 요소(21) 사이에 배열되는 투명하고 탄성 변형 가능한 멤브레인(22)에 연결된다. 특히, 상기 용기(2)는 광축(A)의 방향으로 투명한 액체(L)를 위한 밀봉된 용기를 형성한다. 또한, 상기 렌즈(1)는 상기 멤브레인(22)에 연결된 환형 렌즈 셰이퍼(annular lens shaper)(4)를 포함하고, 따라서 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 내주(circumferential)(예를 들어 원형) 에지(40)는 멤브레인(22)의 중앙 영역(23)을 정의하고(예를 들어 렌즈(1)의 투명 개구부에 대응함), 상기 영역(23)을 통과하는 광은 상기 영역(23)의 곡률에 따라 굴절된다. 또한, 렌즈(1)의 상기 영역(23)의 상기 곡률 및 렌즈(1)의 초점 거리를 조정/변경하기 위해, 상기 렌즈(1)는 렌즈 셰이퍼(4)를 광축(A)을 따라 커버 요소(21) 쪽으로 또는 커버 요소(21)로부터 멀리 이동시키도록 구성된 액추에이터를 포함한다. 예를 들어, 도 1(A)에서 상기 영역(23)은 평평하지만 렌즈 셰이퍼(4)가 아래로(커버 요소(21) 쪽으로) 이동될 때 내부 공간(3)의 액체(L)로 인해 볼록한 돌출부를 형성하고 따라서 상기 렌즈(1)의 초점 거리가 감소한다. 특히, 렌즈 셰이퍼(4)를 이동하기 위해, 상기 액추에이터는 측벽(20)에 통합된 코일(6)을 포함하고, 여기서 상기 액추에이터는 코일(6)에 전류를 생성하도록 구성되고 따라서 상기 코일(6)은 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위한 자기장을 생성한다. 특히, 상기 코일(6)은 바람직하게는 상기 렌즈(1)의 광축(A)과 일치하는 가상 코일 축(virtual coil axis) 주위로 연장되는 전기 전도체(60)를 포함한다.

도 1(A)에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 멤브레인(22)은 바람직하게는 측벽(20)과 멤브레인(22) 사이에 배열된 환형 스페이서(5)를 통해 측벽(20)에 연결된다. 특히, 상기 스페이서(5)는 상기 측벽(20)의 면측(face side)(20a)에 연결(예를 들어 접착)될 수 있으며, 상기 면측(20a)은 바람직하게는 탄성적으로 변형 가능한 멤브레인(22)에 비해 강성인 커버 요소(21)로부터 멀리 향한다(faces away).

더욱이, 특히 환형 스페이서(5)는 원주의 측벽(20)의 내부 직경(D2)보다 큰 내부 직경(D1)을 포함하고, 따라서 상기 측벽(20)과 스페이서(5)에 의해 형성된 내부 면(inner side)이 원주 방향 단차(circumferential step)를 형성한다.

도 1(A)에 따르면, 상기 스페이서(5)는 금속으로 형성된 환형 부재(5)일 수 있다. 바람직하게는, 상기 금속은 비-자성 금속, 구리, 구리를 포함하는 합금 중 하나이다.

일 실시 예에 따르면, 상기 측벽(20)은 인쇄 회로 기판에 의해 형성되고, 여기서 상기 코일(6)은 상기 PCB의 도체(conductor)(60)에 의해 형성되며, 즉, 상기 도체(60)/코일(6)은 인쇄 회로 기판에 내장되고 PCB의 필수 부분을 형성한다. 대안적인 실시 예에 따르면, 상기 코일(6)은 상기 측벽(20)에 캡슐화되는 개별 부품(즉, 권선 코일)일 수 있다.

또한, 보이스 코일 모터 원리에 기초하여 상기 코일(6)을 사용하여 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위해, 상기 렌즈 셰이퍼(4)는 환형 영구 자석을 포함한다. 특히, 렌즈 셰이퍼는 영구 환형 자석(4)에 의해 형성된다.

도 1(A)에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 렌즈 셰이퍼(4)는 바람직하게는 용기(2)의 내부 공간(3)에 배열되고 상기 액체(L)에 침지된다. 이것은 렌즈(1)의 매우 컴팩트한 디자인을 가능하게 한다. 특히, 렌즈 셰이퍼/영구 자석(4)은 멤브레인(22)의 바닥면(22b)에 연결되고, 상기 바닥면(22b)은 커버 요소(21)와 마주한다.

특히, 상기 영구 자석(4)은 반경 방향으로 자화되어 각각의 자화 M이 렌즈 셰이퍼(4)의 반경 방향(R)으로 배향되고, 반경 방향(R)은 광축(A)에 수직이고 바깥쪽을 향한다.

용기(2)의 내부 공간(3)에 자석/렌즈 셰이퍼(4)의 배치로 인해, 자석(4)의 원주 외부 면(4b)은 반경 방향 R/영구 자석(4)의 자화 방향(M)으로 측벽(20)의 내측(20b)과 마주한다.

도 2(A)에 도시된 바와 같이, 스페이서(5)가 생략되거나 도 2(A)에 따라 상기 측벽(20)의 면측(20a) 상에 도금된 금속 도금에 의해 형성될 수 있는 더 얇은 스페이서(5)로 대체되는 경우 광축(A) 방향으로의 렌즈(1)의 높이가 더 감소될 수 있다. 바람직하게는, 상기 금속 도금의 금속은 비자성 금속, 구리, 구리를 포함하는 합금 중 하나이다.

도 1(A) 및 2(A)에 도시된 실시 예에서, 상기 자석(4)은 액체(L)에 침지된다. 특히, 상기 스페이서(5)는 또한 자기적으로 연성 금속(즉, 강자성 금속 또는 예를 들어 철 및 니켈을 포함하는 합금)으로 형성될 수 있다.

도 3(A) 및 (B)에 도시된 대안적인 실시 예에 따르면, 상기 렌즈 셰이퍼(4)는 또한 렌즈(1)의 용기(2)의 내부 공간(3) 외부에 배열될 수 있다.

특히, 도 3(A)는 도 1(A)에 도시된 실시 예의 변형을 도시하고, 여기서, 도 3(A)에서, 도 1(A)와 대조적으로, 액추에이터는 릴럭턴스 액추에이터(reluctance actuator)이고 따라서 자석(4)은 금속, 특히 자기적으로 연성 금속(즉, 강자성 금속 또는 예를 들어 철 및 니켈을 포함하는 합금)으로 형성된 환형 부재(4)로 대체된다.

그러나 이전과 같이 측벽(20)의 면측(20a)에 배치된 스페이서(5)는 바람직하게는 비자성 금속/재료로 형성되고 환형 부재(4)로부터 에어 갭(42)에 의해 분리되며, 따라서 상기 액추에이터의 코일(6)에 의해 생성된 자기장이 에어 갭(42)을 최소화하기 위해 스페이서(5)를 향해 환형 부재(4)(즉, 렌즈 셰이퍼(4))를 이동시키는 자기 저항력(reluctance force)을 생성하도록 한다. 이것은 멤브레인(22)의 영역(23)의 곡률 및 이에 따라 렌즈(1)의 초점 거리를 변경한다.

특히 도 3(A)와 같이, 상기 환형 부재(4)는 상기 멤브레인(22)의 상부 측면(22a)에 연결되고 렌즈 셰이퍼(4)의 상기 내부 에지(40)를 형성하는 원형 돌출부(43)를 포함할 수 있다.

도 3(B)는 멤브레인(22)의 영역(23)을 변형시키기 위해 보이스-코일 액추에이터(voice-coil actuator)를 이용하는 도 3(B)에서 도시된 실시 예의 변형을 도시한다. 여기서, 도 3(A)의 환형 부재(4)는 예를 들어 금속으로 형성된 층(41)과 함께 렌즈 셰이퍼(4)를 형성하는 환형 영구 자석(4a)으로 대체되고, 여기서 상기 층(41)은 멤브레인(22)의 상부면(22a)에 연결되고 멤브레인(22)의 상부면(22a)과 렌즈 셰이퍼(4)의 영구 자석(4a) 사이에 배열되고, 따라서 상기 금속층(41)은 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 원형 에지(40)를 형성한다. 특히, 도 1 및 2와 대조적으로, 상기 자석(4)은 이제 축 방향으로 자화되어 자화(magnetization)(M)가 렌즈(1)의 광축(A) 방향으로 배향된다.

지금까지 설명된 실시 예는 각각의 렌즈 셰이퍼(4) 또는 릴럭턴스 모터를 이동시키기 위해 쌍극-쌍극 또는 로렌츠 상호 작용(음성 코일)을 사용했다(도 3(A)). 그러나 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키고 그와 함께 렌즈(1)의 초점 거리를 조정/변경하기 위해 본 발명의 실시 예들에 따라 형상 기억 합금이 사용될 수도 있다.

예를 들어 도 4(A) 및(B)에 도시된 바와 같이, 이러한 렌즈(1)는 다시 용기(2)의 내부 공간(3)을 둘러싸는 용기(2)를 포함하고, 여기서 상기 내부 공간(3)은 투명한 액체(L)로 채워지고, 여기서 상기 용기(2)는 상기 내부 공간(3)을 둘러싸는 원주 측벽(20)을 포함하고, 여기서 상기 측벽(20)은 용기(2)의 바닥을 형성하는 투명 커버 요소(21) 및 투명하고 탄성적으로 변형 가능한 멤브레인(22)에 연결되어 상기 액체(L)가 멤브레인(22)과 커버 요소(21) 사이에 배치된다. 더욱이, 상기 렌즈(1)는 또한 멤브레인(22)에 연결된 환형 렌즈 셰이퍼(4)를 포함하고, 따라서 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 내부 원주 에지(inner circumferential edge)(40)는 렌즈(1)의 중앙 영역(23)을 정의하고 상기 영역(23)을 통과하는 광은 상기 영역(23)의 곡률에 따라 굴절된다. 더욱이, 상기 멤브레인(22)의 상기 영역(23)의 상기 곡률과 렌즈(1)의 초점 거리를 조정/변경하기 위해 상기 렌즈(1)는 렌즈 셰이퍼(4)를 커버 요소(21) 쪽으로 이동시키도록 구성된 액추에이터를 포함하고, 여기서 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위해, 상기 액추에이터는 형상 기억 합금으로 형성된 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)를 포함한다. 특별히, 상기 변형 가능 부재(7)는 렌즈 셰이퍼(4)의 초기 위치에 대응하는 제1상태 및 상기 렌즈 셰이퍼(4)가 렌즈(1)의 초점 거리를 조정하기 위해 상기 커버 요소(21)를 향해 이동되는 제2상태를 포함한다.

특히, 상기 액추에이터는 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)를 가열하여 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)를 제1상태에서 제2상태로 가져 오도록 구성된다. 이를 위해, 상기 액추에이터는 변형 부재(7)에 전류를 생성하여 줄 열(직접 전기 가열)을 생성함으로써 적어도 하나의 변형 부재(7)를 가열하도록 구성될 수 있다.

도 4(A) 및(B)에 나타난 변형에 따르면, 적어도 하나의 변형 가능한 부재(7)는 용기(2)의 내부 공간(3) 외부에 배열될 수 있다. 그리고 길쭉한 형상을 포함하고 루프를 형성할 수 있다. 특히, 변형 가능한 형상 기억 합금 부재(7)는 상기 측벽(20)의 외부(20c)로부터 돌출된 고정 요소(8)를 통해 상기 용기(2)에 연결될 수 있다. 다른 쪽에서는 상기 변형 가능 부재(7)는 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 돌출부(45) 위에 놓인 부분(70)을 포함하고, 상기 돌출부(45)는 이는 멤브레인(22)의 상부면(22a)에 연결되고 렌즈(1)의 곡률-조정 가능한 중앙 영역(조리개)(23)을 정의하는 렌즈 셰이퍼(4)의 상기 원주 에지(40)를 형성하는 렌즈 셰이퍼(4)의 환형 베이스 부분(44)으로부터 돌출된다.

도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)의 제1상태에서, 각 부분(70)은 정의된 곡률을 포함하고 상기 렌즈 셰이퍼는 도 4(B)에도 도시된 초기 위치에 있다. 그러나 이 곡률은 변형 부재(7)를 가열함으로써 제2상태로 전환될 때 감소된다. 제2상태에서 상기 부분(70)은 제1상태에 비해 더 직선적이어서 렌즈 셰이퍼(4)를 아래쪽으로(즉, 커버 요소(21) 쪽으로) 누른다. 이것은 영역(23)의 곡률과 함께 렌즈(1)의 초점 거리를 변경한다. 특히, 이러한 렌즈 셰이퍼(11)의 움직임은 내부 공간(3)의 액체(L)로 인해 멤브레인(22) 영역(23)의 볼록한 돌출을 발생시켜 렌즈(1)의 초점 거리를 감소시킬 수 있다.

또한 여기서, 도 4(B)에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인(22)은 측벽(20) (예를 들어 면측(20a))과 멤브레인(22) 사이에 배열된 환형 스페이서(5)를 통해 측벽(20)에 연결될 수 있다. 특히, 상기 환형 스페이서(5)는 원주 방향 벽(20)의 내부 직경(D2)보다 큰 내부 직경(D1)을 포함할 수 있다.

도 4(C)는 도 4(A) 및 (B)에 도시된 실시 예의 변형을 도시하고, 여기서 도 4(A) 및 (B)와 달리, 형상 기억 합금으로 형성된 적어도 하나의 변형 가능 부재(7) 및 렌즈 셰이퍼(4)는 용기(2)의 내부 공간(3)에 배열되고 액체(L)에 침지되어 광축(A) 방향으로 상기 렌즈(1)의 높이를 더욱 감소시킨다. 또한, 상기 측벽(20)은 특히 변형 부재(7)를 구동하기 위한 렌즈(1)의 전기 부품(electrical component)이 상기 렌즈(1)의 측벽(20)에 통합될 수 있도록 인쇄 회로 기판으로 형성될 수 있다.

Claims

가변 초점 거리를 갖는 렌즈(1)로,
- 용기(2)의 내부 공간(3)을 둘러싸는 용기(2) - 여기서 내부 공간(3)은 투명한 액체(L)로 채워져 있고, 여기서 상기 용기(2)는 상기 내부 공간(3)을 둘러싸는 원주 측벽(20)을 포함하고, 여기서 상기 측벽(20)은 투명 커버 요소(21) 및 투명하고 탄성 변형 가능한 멤브레인(22)에 연결되어 상기 액체(L)가 상기 멤브레인(22)과 상기 커버 요소(21) 사이에 배치됨,
- 상기 멤브레인(22)에 연결된 환형 렌즈 셰이퍼(4) - 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 내부 원주 가장자리(40)가 상기 멤브레인(22)의 중앙 영역(23)을 정의하고 상기 영역(23)을 통과하는 빛이 상기 영역(23)의 곡률에 따라 굴절됨, 및
- 상기 렌즈(1)의 상기 영역(23)의 상기 곡률과 렌즈(1)의 초점 거리를 조정하기 위해, 상기 렌즈 셰이퍼(4)를 커버 요소(21) 쪽으로 또는 커버 요소(21)로부터 멀어지게 이동하도록 구성된 액추에이터, 여기서 상기 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위해 상기 액추에이터는 측벽(20)에 통합된 코일(6)을 포함하고, 여기서 상기 액추에이터는 코일(6)에 전류를 생성하여 상기 코일(6)이 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위한 자기장을 생성하도록 구성됨;을 포함하는 가변 초점 거리를 갖는 렌즈(1).
제1항에 있어서,
상기 멤브레인(22)은 측벽(20)과 멤브레인(22) 사이에 배치된 환형 스페이서(5)를 통해 측벽(20)에 연결되는 렌즈.
제2항에 있어서,
상기 스페이서(5)는 상기 측벽(20)의 내부 직경(D2)보다 큰 내부 직경(D1)을 포함하는 렌즈.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 스페이서(5)는 측벽(20)의 면측(20a) 상에 도금된 플레이팅인 렌즈.
제2항 내지 제4항에 있어서,
상기 스페이서(5)는 금속, 비-자성 금속, 구리, 구리를 포함하는 합금, 플라스틱 재료, 중합체 중 하나의 재료로 형성되거나 이를 포함하는 렌즈.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽(20)은 인쇄 회로 기판에 의해 형성되고, 여기서 상기 코일(6)은 인쇄 회로 기판에 내장된 전도체(60)에 의해 형성되는 렌즈.
제1항 내지 제5항에 있어서,
상기 코일(6)은 상기 측벽(20)에 캡슐화된 개별 부품에 의해 형성되는 렌즈.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 셰이퍼(4)는 환형 영구 자석(4a)을 포함하거나 환형 영구 자석(4)에 의해 형성되는 렌즈.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 셰이퍼(4)는 용기(2)의 내부 공간(3)에 배열되고 액체(L)에 침지되는 렌즈.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석(4)은 반경 방향으로 자화되는 렌즈.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석(4)은 상기 측벽(20)의 내부면(20b)을 향하는 원주 외측(4b)을 포함하는 렌즈.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 셰이퍼(4)는 용기(2)의 내부 공간(3) 외부에 배치되는 렌즈.
제12항에 있어서,
상기 영구 자석(4)은 축 방향으로 자화되는 렌즈.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 렌즈 셰이퍼(4)는 비-자성 층(41)을 포함하고, 여기서 상기 층(41)은 상기 멤브레인(22)의 상부면(22a)에 연결되고 상기 멤브레인(22)의 상부면(22a)과 렌즈 셰이퍼(4)의 영구 자석(4a) 사이에 배치되는 렌즈.
제8항에 있어서 또는 제8항을 인용할 때 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일(6)과 영구 자석(4, 4a)의 자기장의 상호 작용은 로렌츠 힘에 해당하는 렌즈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 셰이퍼(4)는 자성 연질 금속으로 형성된 환형 부재(4)에 의해 형성되거나 또는 상기 렌즈 셰이퍼(4)는 자성 연질 금속으로 형성된 환형 부재를 포함하는 렌즈.
제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환형 부재(4)는 스페이서(5)와 함께 에어 갭(42)을 형성하는 렌즈.
제17항에 있어서,
상기 코일(6)의 자기장은 상기 에어 갭(42)을 최소화하기 위해 스페이서(5)를 향해 환형 부재(4)를 이동시키는 자기 저항력을 생성하는 렌즈.
가변 초점 거리를 갖는 렌즈(1)로,
- 용기(2)의 내부 공간(3)을 둘러싸는 용기(2) - 여기서 내부 공간(3)은 투명한 액체(L)로 채워져 있고, 여기서 상기 용기(2)는 상기 내부 공간(3)을 둘러싸는 원주 측벽(20)을 포함하고, 여기서 상기 측벽(20)은 투명 커버 요소(21) 및 투명하고 탄성 변형 가능한 멤브레인(22)에 연결되어 상기 액체(L)가 상기 멤브레인(22)과 상기 커버 요소(21) 사이에 배치됨,
- 상기 멤브레인(22)에 연결된 환형 렌즈 셰이퍼(4) - 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 내부 원주 가장자리(40)가 상기 멤브레인(22)의 중앙 영역(23)을 정의하고 상기 영역(23)을 통과하는 빛이 상기 영역(23)의 곡률에 따라 굴절됨, 및
- 상기 멤브레인(22)의 상기 영역(23)의 상기 곡률과 상기 렌즈(1)의 초점 거리를 조정하기 위해, 상기 렌즈 셰이퍼(4)를 커버 요소(21) 쪽으로 또는 커버 요소(21)로부터 멀어지게 이동하도록 구성된 액추에이터, 여기서 상기 렌즈 셰이퍼(4)를 이동시키기 위해, 상기 액추에이터는 형상 기억 합금으로 형성된 적어도 하나의 변형 가능한 부재(7)를 포함하고, 여기서 상기 변형 가능 부재(7)는 상기 렌즈 셰이퍼(4)의 초기 위치에 대응하는 제1상태 및 상기 렌즈(1)의 초점 거리를 조정하기 위해 상기 렌즈 셰이퍼(4)가 커버 요소(21)를 향해 이동되는 제2상태를 포함함;을 포함하는 가변 초점 거리를 갖는 렌즈(1).
제19항에 있어서,
상기 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)를 제1상태에서 제2상태로 가져가기 위하여, 상기 액추에이터는 상기 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)를 가열하도록 구성된 렌즈.
제19항 또는 제20항에 있어서,
상기 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)는 상기 용기(2)의 내부 공간(3) 외부에 배치되는 렌즈.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)는 긴 형상을 포함하는 렌즈.
제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 변형 가능 부재(7)는 루프를 형성하는 렌즈.
제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)는 측벽(20)의 외부(20c)에 배치된 고정 요소(8)에 연결되는 렌즈.
제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌즈 셰이퍼(4)는 렌즈 셰이퍼(4)의 반경 방향(R)으로 연장되는 4개의 돌출부(45)를 포함하는 렌즈.
제25항에 있어서,
상기 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)는 4개의 부분(70)을 포함하고, 각 부분은 렌즈 셰이퍼(4)의 돌출부(45) 중 하나의 위로 연장되는 렌즈.
제26항에 있어서,
여기서 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)의 제2상태에서, 각 부분(70)은 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)의 제1상태에 비해 감소된 곡률을 포함하고, 적어도 하나의 변형 가능 부재(7)가 제1상태에서 제2상태로 이동될 때 상기 렌즈 셰이퍼(1)가 커버 요소(21)를 향해 당겨지는 렌즈.
제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 멤브레인(22)은 상기 측벽(20)과 멤브레인(22) 사이에 배치된 환형 스페이서(5)를 통해 상기 측벽(20)에 연결되는 렌즈.
제19항 또는 제20항에 있어서,
적어도 하나의 변형 가능 부재(7) 및 렌즈 셰이퍼(4)는 상기 용기(2)의 내부 공간(3)에 배치되고 액체(L)에 잠기는 렌즈.
제19항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽(20)은 인쇄 회로 기판으로 형성되는 렌즈.