KR20220028666A - Composite Variable lens with deformable focal plane - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가변 렌즈에 관한 것으로서, 특히, 복수의 가변렌즈를 이용하여 가변렌즈들의 물리적 변형을 통해서 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 변형을 일으키는 복합 가변 렌즈에 관한 것이다. The present invention relates to a variable lens, and more particularly, to a complex variable lens causing deformation of a field of curvature through physical deformation of the variable lenses using a plurality of variable lenses.
일반적으로 렌즈의 이동을 통하여 초점거리를 가변시킬 수 있지만, 가변(초점)렌즈는 렌즈를 구성하는 유연막의 변형을 통하여 형태를 변화시킴으로써 렌즈가 이동한 효과를 나타낼 수 있다. 이와 같은 가변 렌즈는 공간 제약이 있는 소형 기계, 기구 등에 작은 체적으로 장착되어 필요 시 초점을 맞추도록 활용되고 있다. In general, the focal length can be changed by moving the lens, but the variable (focal) lens can exhibit the effect of moving the lens by changing the shape through the deformation of the flexible film constituting the lens. Such a variable lens is mounted in a small volume to a small machine or instrument having a space constraint, and is utilized to focus when necessary.
그러나, 종래의 렌즈를 사용하는 광학계에서, 초점면의 굴곡(Field of curvature) 현상에 의해 피사체에 대하여 평면 결상면의 모든 점에서 동일하게 초점이 맞는 것은 아니다. 즉, 도 1의 좌측 그림과 같이 피사체의 주변부에 대하여 초점이 맞도록 렌즈를 조절하여도 중심부에 대하여는 초점이 맞지 않을 수 있으며, 도 1의 우측 그림과 같이 피사체의 중심에 대하여 초점이 맞도록 렌즈를 조절하여도 주변부에 대하여는 초점이 맞지 않을 수 있고, 도 1의 가운데 그림과 같이 평균적인 결상면에 초점이 맞출 경우 전체적으로 해상도가 떨어지는 문제가 있다. 이와 같은 초점면의 굴곡 또는 만곡에 대처하여 메니스커스 렌즈를 이용하여 petzval 합의 값을 조절해 주기도 한다. However, in an optical system using a conventional lens, a subject is not equally focused at all points on a planar imaging plane due to a field of curvature phenomenon. That is, as shown in the left figure of FIG. 1 , even if the lens is adjusted to focus on the peripheral part of the subject, the central part may not be in focus, and as shown in the right figure of FIG. Even if , the peripheral portion may not be in focus, and as shown in the middle figure of FIG. 1 , if the focus is on the average imaging plane, there is a problem in that the overall resolution is lowered. In response to the curvature or curvature of the focal plane, the value of the petzval sum may be adjusted using a meniscus lens.
따라서, 일반적인 렌즈 또는 가변렌즈의 초점면의 굴곡(Field of curvature)에도 평면 결상면에 모든 점에서 초점이 맞추어지도록 하기 위한 새로운 기술을 제안한다.Therefore, we propose a new technique for focusing at all points on a planar imaging plane even in the field of curvature of a general lens or a variable lens.
관련 문헌으로서, 특허공개번호 KR10-2001-0023127호(2001.03.26.), 특허공개번호 KR10-2009-0058498호(2009.06.09.) 등이 참조될 수 있다. As related documents, Patent Publication No. KR10-2001-0023127 (2001.03.26.), Patent Publication No. KR10-2009-0058498 (2009.06.09.), etc. may be referred to.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 가변렌즈들의 부착이나 그 사이 공간이나 렌즈 삽입 등을 이용하여, 가변렌즈들의 변형으로, 초점 거리의 변형 및 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 변형을 일으켜서, 초점 거리 및 결상면의 변화를 주기 위하여 추가적인 렌즈의 결합이 불필요한 복합 가변 렌즈를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to change the focal length and focus by using the attachment of the variable lenses, the space between them, or the insertion of the lenses, etc. An object of the present invention is to provide a complex variable lens that does not require the combination of an additional lens in order to cause a deformation of a field of curvature and change a focal length and an imaging plane.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 복합 가변 렌즈는, 유연하고 탄성이 있는 투명막의 물리적 변형이 가능한 제1 가변렌즈; 및 유연하고 탄성이 있는 투명막의 물리적 변형이 가능한 제2 가변렌즈를 포함하고, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형을 조합하여, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡의 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.First, to summarize the features of the present invention, a composite variable lens according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes a first variable lens capable of physical deformation of a flexible and elastic transparent film; and a second variable lens capable of physically deforming the flexible and elastic transparent film, wherein the physical deformation of the first variable lens and the second variable lens is combined to form the first variable lens and the second variable lens It is characterized in that it is possible to control the curvature of the focal plane for the light passing through it.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 각각은, 상기 물리적 변형에 의해, 양쪽 볼록형, 양쪽 오목형, 평면-볼록형, 평면-오목형, 포지티브 메니스커스형, 또는 네거티브 메니스커스형 중 어느 하나의 형태로 가변되는 렌즈일 수 있다.Each of the first variable lens and the second variable lens may, by the physical transformation, be any one of a biconvex, both concave, plano-convex, plano-concave, positive meniscus, or negative meniscus type. The lens may be variable in one form.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 각각은, 링, 및 상기 링의 내측으로 전면과 후면 중 한쪽 또는 양쪽에 형성된 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막을 포함하고, 전면과 후면의, 유연하고 탄성이 있는 투명막들 사이 또는 한쪽 유연하고 탄성이 있는 투명막과 다른 쪽 투명 강체 사이의 링 내측 공간에, 상기 링에 형성된 관통공을 통해 기체 또는 액체나 젤타입의 주입과 배출을 조절함으로써, 또는 상기 링 내측 공간에 기체 또는 액체나 젤타입을 미리 주입해 놓고 밀폐 상태에서 탄성있는 상기 링에 힘을 가하거나 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막에 외력을 가함으로써, 상기 물리적 변형을 일으킬 수 있다.Each of the first variable lens and the second variable lens includes a ring, and the flexible and elastic transparent film formed on one or both of the front and rear surfaces inside the ring, the front and the rear flexible and elastic By controlling the injection and discharge of gas, liquid or gel type through a through hole formed in the ring in the space inside the ring between the transparent films with the By pre-injecting a gas, liquid, or gel type into the inner space of the ring, and applying a force to the elastic ring in a closed state or applying an external force to the flexible and elastic transparent film, the physical deformation can be caused.
상기 복합 가변 렌즈는, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 사이가 소정의 거리 이격되어 형성된 공간을 더 포함할 수 있다. 상기 공간은, 에어이거나, 또는 기체, 액체나 젤타입으로 채워진 상태일 수있다. 상기 공간은, 메니스커스 렌즈를 형성할 수도 있다.The composite variable lens may further include a space formed to be spaced apart by a predetermined distance between the first variable lens and the second variable lens. The space may be air or may be filled with a gas, liquid or gel type. The space may form a meniscus lens.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형을 조합하여, 메니스커스 렌즈에서의 petzval 합을 0, 양의값, 음의값으로 변화시킬 수 있다.By combining the physical deformations of the first variable lens and the second variable lens, the petzval sum in the meniscus lens may be changed to 0, a positive value, or a negative value.
서로 이격된 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 사이의 공간을 사이에 두고, 서로 마주 보는 상기 제1 가변렌즈 면 및 상기 제2 가변렌즈 면 중 한쪽 이상이 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막으로 이루어지고, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형의 조합으로, 상기 공간의 단면 모양의 변형을 일으킬 수 있다.At least one of the first variable lens surface and the second variable lens surface facing each other with a space between the first variable lens and the second variable lens spaced apart from each other is the flexible and elastic transparent film and a combination of the physical deformation of the first variable lens and the second variable lens may cause deformation of the cross-sectional shape of the space.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈는, 전면과 후면에 각각 한쪽 유연하고 탄성이 있는 투명막 및 다른 쪽 투명 강체를 가지고, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 투명 강체 부분을 서로 마주보도록 밀착 결합하거나 소정의 거리 이격되어 결합하여 형성될 수 있다. 이때 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 사이 공간에 강체 렌즈를 포함할 수 있다.The first variable lens and the second variable lens have a flexible and elastic transparent film on one side and a transparent rigid body on the other side, respectively, on front and rear surfaces, and the transparent rigid body portion of the first variable lens and the second variable lens may be formed by closely coupling to face each other, or by being spaced apart from each other by a predetermined distance. In this case, a rigid lens may be included in a space between the first variable lens and the second variable lens.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈는, 전면과 후면에 각각 한쪽 유연하고 탄성이 있는 투명막 및 다른 쪽 투명 강체를 가지고, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 투명 강체 부분을 서로 마주보도록 결합하되, 상기 복합 가변 렌즈는, 상기 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 투명 강체들 사이에 강체 렌즈를 더 포함할 수도 있다.The first variable lens and the second variable lens have a flexible and elastic transparent film on one side and a transparent rigid body on the other side, respectively, on front and rear surfaces, and the transparent rigid body portion of the first variable lens and the second variable lens are coupled to face each other, and the composite variable lens may further include a rigid lens between the transparent rigid bodies of the first variable lens and the second variable lens.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 가변 렌즈의 작동 방법은, 유연하고 탄성이 있는 투명막의 물리적 변형이 가능한 제1 가변렌즈와 제2 가변렌즈를 배치하는 단계; 및 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형을 조합하여, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡을 조절하는 단계를 포함한다.And, the method of operating a variable lens according to another aspect of the present invention comprises the steps of: disposing a first variable lens and a second variable lens capable of physically deforming a flexible and elastic transparent film; and combining the physical deformation of the first variable lens and the second variable lens to adjust the curvature of a focal plane for light passing through the first variable lens and the second variable lens.
본 발명에 따른 초점면 변형이 가능한 복합 가변 렌즈에 따르면, 가변렌즈들의 부착이나 그 사이 공간이나 렌즈 삽입 등을 이용하여, 가변렌즈들의 변형으로, 초점 거리의 변형 및 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 변형을 일으킬 수 있으며, 이에 따라 추가적인 렌즈의 결합이 없어도 초점 거리 및 결상면의 변화를 줄 수 있다. 특히, 양측 가변렌즈 사이에 놓인 공간 또는 고체/유동체의 양측의 물리적 변형을 통해서, 해당 공간이 변형되고, 이에 따라 초점 거리의 변형 및 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 변형을 일으킬 수 있다. According to the variable lens capable of changing the focal plane according to the present invention, by using the attachment of the variable lenses, the space between them, or the insertion of the lens, the focal length is changed and the focal plane is curved (Field of curvature) ), and thus the focal length and imaging plane can be changed without additional lens coupling. In particular, through the physical deformation of both sides of the space placed between the two variable lenses or the solid/fluid, the space is deformed, and thus the focal length and the field of curvature may be deformed.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 일반적인 렌즈에서의 초점면의 굴곡(Field of curvature) 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 복합 가변 렌즈의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 복합 가변 렌즈의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 본 발명의 복합 가변 렌즈의 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 복합 가변 렌즈에 적용되는 가변렌즈의 실시예들의 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 가변 렌즈로 구현되는 렌즈 형태의 예들을 나타낸다.
도 4는 일반적인 메니스커스 렌즈의 petzval 합을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 도 2a의 복합 가변 렌즈에서 가변렌즈의 영향이 없는 빛의 투과 과정을 도시한 도면이다.
도 5b는 도 5a에 대한 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 도 2a의 복합 가변 렌즈에서 공간의 우측으로 돌출 변형시의 빛의 투과 과정을 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6a에 대한 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 도 2a의 복합 가변 렌즈에서 공간의 좌측으로 돌출 변형시의 빛의 투과 과정을 도시한 도면이다.
도 7b는 도 6a에 대한 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 설명하기 위한 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included as a part of the detailed description to help the understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention and, together with the detailed description, explain the technical spirit of the present invention.
FIG. 1 is a view for explaining a phenomenon of a field of curvature in a general lens.
2A is a view for explaining a first embodiment of the composite variable lens of the present invention.
2B is a view for explaining a second embodiment of the composite variable lens of the present invention.
2C is a view for explaining a third embodiment of the composite variable lens of the present invention.
3A is a cross-sectional view of embodiments of a variable lens applied to the composite variable lens of the present invention.
FIG. 3B shows examples of lens shapes implemented with the variable lens of FIG. 3A .
4 is a view for explaining the petzval sum of a general meniscus lens.
FIG. 5A is a diagram illustrating a light transmission process without the influence of the variable lens in the composite variable lens of FIG. 2A of the present invention.
FIG. 5B is a view for explaining a field of curvature with respect to FIG. 5A .
FIG. 6A is a diagram illustrating a light transmission process when the composite variable lens of FIG. 2A of the present invention is deformed to protrude to the right of the space.
FIG. 6B is a view for explaining a field of curvature with respect to FIG. 6A .
7A is a view illustrating a light transmission process when the composite variable lens of FIG. 2A of the present invention is deformed to the left side of the space.
FIG. 7B is a view for explaining a field of curvature with respect to FIG. 6A .
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, the same components in each drawing are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of already known functions and/or configurations will be omitted. The content disclosed below will focus on parts necessary to understand operations according to various embodiments, and descriptions of elements that may obscure the gist of the description will be omitted. Also, some components in the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically illustrated. The size of each component does not fully reflect the actual size, so the contents described herein are not limited by the relative size or spacing of the components drawn in each drawing.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification. The terminology used in the detailed description is for the purpose of describing the embodiments of the present invention only, and should not be limiting in any way. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular include the meaning of the plural. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, acts, elements, some or a combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, acts, elements, or any part or combination thereof.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are for the purpose of distinguishing one component from other components. is used only as
도 2a는 본 발명의 복합 가변 렌즈의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.2A is a view for explaining a first embodiment of the composite variable lens of the present invention.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 가변 렌즈(100)는, 전면과 후면 중 한쪽 또는 양쪽에서 유연하고 탄성이 있는 투명막(예, 112/122)의 물리적 변형이 가능한 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 포함하며, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이가 소정의 거리 이격되어 형성된 공간(130)을 더 포함한다. 공간(130)은 에어(air)일 수도 있고, 또는 소정의 기체(예, 헬륨, 아르곤 등), 액체(예, 글리세린, 기타 빛의 투과도가 높은 투명 액체 등), 젤타입(예, 젤라틴 등)로 채워질 수도 있다. 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)에 강체 렌즈(도 2c의 330 참조)가 삽입될 수도 있다. 여기서 전면은 빛이 입사되는 부분이고 후면은 빛이 출사되는 부분이며, 이하 마찬가지이다. Referring to FIG. 2A , the composite
도 2a에서, 제1 가변렌즈(110)의 전면(111)과 제2 가변렌즈(120)의 후면(121)이 평면 강체 형태인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 가변렌즈(110)의 전면(111)과 제2 가변렌즈(120)의 후면(121) 역시 필요에 따라 위와 같은 유연하고 탄성이 있는 투명막으로 이루어질 수 있다. In FIG. 2A , the
본 발명에서는 이와 같이 유연하고 탄성이 있는 투명막의 물리적 변형이 가능한 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 배치하여, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)의 상기 물리적 변형을 조합하여, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 조절이 가능하도록 하였다. In the present invention, by disposing the first
특히, 본 발명의 제1 실시예에서는, 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)을 사이에 두고, 서로 마주 보는 제1 가변렌즈(110)의 면(112) 및 제2 가변렌즈(120)의 면(122) 중 한쪽 이상이 유연하고 탄성이 있는 투명막으로 이루어져, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)의 유연하고 탄성이 있는 투명막 부분의 상기 물리적 변형의 조합에 의해, 상기 공간(130)의 단면 모양의 변형을 일으켜서, 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 조절이 가능하도록 하였다. In particular, in the first embodiment of the present invention, with the
도 2b는 본 발명의 복합 가변 렌즈의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.2B is a view for explaining a second embodiment of the composite variable lens of the present invention.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 가변 렌즈(200)는, 유연하고 탄성이 있는 투명막(예, 201/203)의 물리적 변형이 가능한 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 배치하되, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)는 전면과 후면에 각각 한쪽(예, 201/203)은 유연하고 탄성이 있는 투명막 및 다른 쪽은 투명 강체(예, 202/204)를 가지도록 하였다. 여기서, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)의 상기 투명 강체(예, 202/204) 부분은 서로 마주보도록 밀착 결합되거나 소정의 거리 이격되도록 형성될 수 있다. 여기서도 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)은 에어(air)일 수도 있고, 또는 소정의 기체(예, 헬륨, 아르곤 등), 액체(예, 글리세린, 기타 빛의 투과도가 높은 투명 액체 등), 젤타입(예, 젤라틴 등)로 채워질 수도 있다. 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)에 강체 렌즈(도 2c의 330 참조)가 삽입될 수도 있다.Referring to FIG. 2B , the composite
여기서도 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)의 상기 물리적 변형을 조합하여, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 조절이 가능하도록 하였다. Here again, by combining the physical deformation of the first
도 2c는 본 발명의 복합 가변 렌즈의 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.2C is a view for explaining a third embodiment of the composite variable lens of the present invention.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 가변 렌즈(300)는, 유연하고 탄성이 있는 투명막(예, 301/303)의 물리적 변형이 가능한 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 배치하되, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)는 전면과 후면에 각각 한쪽(예, 301/303)은 유연하고 탄성이 있는 투명막 및 다른 쪽은 투명 강체(예, 302/304)를 가진다. 여기서, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)의 상기 투명 강체(예, 302/304) 부분은 서로 마주보도록 결합하되, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)의 투명 강체들(예, 302/304) 사이에 강체 렌즈(330)를 더 포함한다. 강체 렌즈(330)는 유리, 폴리카보네이트 등 일반적인 광학계 렌즈와 같은 적절한 재질로 이루어질 수 있다. 강체 렌즈(330)는 볼록형 렌즈인 것을 예로 들어 도시하였으나 이에 한정되지 않으며 도 3b와 같은 모든 형태의 렌즈가 가능하며, 경우에 따라 2이상의 복수의 렌즈를 일렬로 배치하는 것을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2C , the composite
도 3a는 본 발명의 복합 가변 렌즈에 적용되는 가변렌즈(110/120)의 실시예들의 단면도이다. 도 3a는 원형 렌즈의 중심을 지나도록 절단한 경우의 단면도를 나타내었다. 도 3b는 도 3a의 가변 렌즈(110, 120)로 구현되는 렌즈 형태의 예들을 나타낸다. 3A is a cross-sectional view of embodiments of the
도 3a와 같이, 본 발명의 복합 가변 렌즈에 적용되는 각각의 가변렌즈(110/120)는, 링(10), 및 링(10)의 내측으로 전면과 후면 중 한쪽 또는 양쪽에 형성된 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22)을 포함한다. 링(10)은 휘어지지 않는 강체(예, 금속이나 플라스틱 등)로 형성된다. 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22)은 폴리비닐 클로아이드(Polyvinyl chloride), 폴리비닐 아세탈(polyvinyl acetal) 등 고분자물질로 이루어질 수 있다. 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22)이 없는 부분은 전면 또는 후면에 투명 강체(50)로 이루어진다(도 3a의 (b), (c)). 투명 강체(50)는 유리, 폴리카보네이트 등 일반적인 광학계 렌즈와 같은 적절한 재질로 이루어질 수 있다. As shown in Figure 3a, each variable lens (110/120) applied to the composite variable lens of the present invention, the
링(10)에는 관통공(11)이 형성되어 있으며, 이를 통해 소정의 기체(예, 헬륨, 아르곤 등), 액체(예, 글리세린, 기타 빛의 투과도가 높은 투명 액체 등), 젤타입(예, 젤라틴 등) 등의 주입과 배출을 조절함으로써, 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22) 부분이 물리적 변형을 일으키도록 제어될 수 있다. 이와 같은 관통공(11)을 통한 기체, 액체, 또는 젤타입 등의 매체의 주입과 배출은 수동으로 제어될 수도 있고, 전자적인 코드를 통해 자동 제어되도록 할 수도 있다. A through
링(10)의 내측으로 전면과 후면 양쪽에 형성된 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22)을 이용하는 경우(도 3a의 (a)), 도 3b와 같이, 투명막(21/22)의 물리적 변형을 통해, 양쪽 볼록형(Biconvex), 양쪽 오목형(Biconcave), 포지티브 메니스커스형(Positive Meniscus), 또는 네거티브 메니스커스형(Negative Meniscus) 등으로 형태가 가변될 수 있다. 또한, 전면 또는 후면에 투명 강체(50)로 이루어진 경우(도 3a의 (b), (c)), 투명막(21/22)이 있는 부분의 물리적 변형에 의해, 평면-볼록형(Plano-Convex), 평면-오목형(Plano-Concave) 등으로 형태가 가변될 수 있다.When using the flexible and elastic
한편, 도 3a에서와 같이, 링(10)에 형성된 관통공(11)을 통하여, 기체, 액체, 젤타입 등을 주입하고 배출하여 투명막(21/22) 부분이 물리적 변형을 일으키는 방식 이외에도, 투명막(21/22) 부분의 물리적 변형을 일으키기 위한 다른 다양한 방식이 적용될 수 있다. On the other hand, as in FIG. 3a, through the through
예를 들어, 링(10) 내측의 전면과 후면의 유연하고 탄성이 있는 투명막들(21/22) 사이 또는 한쪽 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22)과 다른 쪽 투명 강체(50) 사이의 링(10) 내측 공간에, 관통공(11)을 통하여 또는 관통공(11)이 없다하더라도 다른 주입구를 통하여, 위와 같은 기체 또는 액체나 젤타입을 미리 주입해 놓고 주입된 기체 또는 액체나 젤타입이 상기 링(10) 내측 공간에 밀폐 상태로 유지되도록 할 수 있다. 이와 같은 밀폐 상태에서 링(10)은 강체이나 어느 정도 탄성력을 가지는 재질로 제작될 수 있으므로, 링(10)에 힘을 가하거나(힘을 증가 또는 감소) 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22)에 외력을 가함으로써, 투명막(21/22) 부분의 물리적 변형을 일으킬 수 있다. 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막(21/22)에 외력을 가하는 경우는, 투명막(21/22)의 가장자리 측에 소정의 수단을 이용하여 힘이 가해지는 정도나 힘이 가해지는 면적을 조절하는 방법 등을 포함할 수 있다. For example, between the front and rear flexible and elastic
도 4는 일반적인 메니스커스 렌즈(400)의 petzval 합을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining the petzval sum of a
도 4와 같이, 메니스커스 렌즈(400)는 한쪽면은 볼록면을 이루고 다른쪽 면은 오목면을 이룬다. 도면과 같이, 중심선 상의 한 중심에서 오목면의 굴곡의 반경 r1, 중심선 상의 다른 중심에서 볼록면의 굴곡의 반경 r2, 중심선에서의 렌즈(400)의 두께를 d라 하자.As shown in FIG. 4 , one side of the
메니스커스 렌즈(400)에서의 petzval 합 1/Rptz은, r1=r2일 때 0이 되며, 이때 초점면의 굴곡(Field of curvature)에 영향이 없으며, 굴절력(refractive power)의 증가에 따라 초점거리만을 변화시킨다. The petzval sum 1/R ptz in the
메니스커스 렌즈(400)에서의 petzval 합 1/Rptz은, r2=r1-d일 때 [수학식1]과 같이 음의 값을 가지며, 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 심화시키며 경우에 따라 초점거리의 변화를 동반되도록 할 수도 있다. 여기서, n은 메니스커스 렌즈(400)의 굴절율이다. The petzval sum 1/R ptz in the
[수학식1][Equation 1]
메니스커스 렌즈(400)에서의 petzval 합 1/Rptz은, r2=r1-d((n-1)/n)일 때 [수학식2]와 같이 양의 값을 가지며, 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 평면쪽으로 완화시킬 수 있다.The petzval sum 1/R ptz in the
[수학식2][Equation 2]
결국, 위에서 petzval 합 1/Rptz이 0일때와 음의 값을 가질 때에는, 초점거리의 변화가 가능하며, 위에서 petzval 합 1/Rptz이 음의 값 또는 양의 값을 가질 때에는 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 변화시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 경우를 조합하여 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 조절이 가능하고, 초점 거리의 조절이 가능하다. As a result, when the petzval sum 1/R ptz is 0 and when it has a negative value, the focal length can be changed, and when the petzval sum 1/R ptz has a negative or positive value, the focal plane is curved. (Field of curvature) can be changed. Accordingly, by combining these cases, it is possible to adjust the field of curvature and to adjust the focal length.
이와 같은 원리에 따라, 도 2a, 도 2b, 도 2c의 구조를 이용하여, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)의 위와 같은 물리적 변형을 조합하여, 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 조절이 가능하고, 초점 거리의 조절이 가능함을 알 수 있다. According to this principle, by using the structure of FIGS. 2A, 2B, and 2C, the physical deformation of the first
예를 들어, 도 2a에서 가변 렌즈(110, 120)의 투명막(112, 122)의 변형을 통해, 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)의 변형이 이루어지고, 특히, 공간(130)은 메니스커스 렌즈를 형성할 수 있다. 이에 따라 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 조절이 가능하고, 초점 거리의 조절이 가능하다. 마찬가지로, 도 2b, 도 2c의 구조에서도, 가변 렌즈(110, 120)의 투명막(201, 203/301, 303)의 변형을 통해서도, 전체적인 구조가 메니스커스 렌즈와 유사하게 작동될 수 있으며, 이에 따라 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120)를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 조절이 가능하고, 초점 거리의 조절이 가능할 수 있다. For example, in FIG. 2A , through the deformation of the
도 5a는 본 발명의 도 2a의 복합 가변 렌즈(100)에서 가변렌즈(110, 120)의 영향이 없는 빛의 투과 과정을 도시한 도면이다. 도 5a는 도 2a의 복합 가변 렌즈(100)가 카메라 등의 광학계에 적용되고 집광렌즈(150)를 통해 모아진 빛을 복합 가변 렌즈(100)로 투과시키는 경우를 나타내었다. 도 5b는 도 5a에 대한 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 설명하기 위한 도면이다. 5A is a diagram illustrating a light transmission process without the influence of the
도 5a 및 도 5b와 같이, 도 2a의 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)의 변형이 양측 평면과 같이 유지될 때, 메니스커스 렌즈(400)에서의 petzval 합 1/Rptz이 0이 되는 경우와 유사하게 동작하며, 이때 평면(190)에 상대적인 초점면의 굴곡(Field of curvature)(191)에 영향이 없으며, 굴절력의 증가에 따라 초점거리만을 변화시킨다(도 5b 참조). As shown in FIGS. 5A and 5B, when the deformation of the
도 6a는 본 발명의 도 2a의 복합 가변 렌즈(100)에서 공간(130)의 우측으로 돌출 변형시의 빛의 투과 과정을 도시한 도면이다. 도 6a는 도 2a의 복합 가변 렌즈(100)가 카메라 등의 광학계에 적용되고 집광렌즈(150)를 통해 모아진 빛을 복합 가변 렌즈(100)로 투과시키는 경우를 나타내었다. 도 6b는 도 6a에 대한 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 6A is a diagram illustrating a light transmission process when the composite
도 6a 및 도 6b와 같이, 도 2a의 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)의 변형이 우측 돌출 형태로 유지될 때, 메니스커스 렌즈(400)에서의 petzval 합 1/Rptz이 [수학식1]과 같이 음의 값을 가지는 경우와 유사하게 동작하며, 이때 평면(190)쪽에 대하여 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 심화시키며, 경우에 따라 초점거리의 변화를 동반되도록 할 수도 있다(도 6b 참조). 6A and 6B, when the deformation of the
도 7a는 본 발명의 도 2a의 복합 가변 렌즈(100)에서 공간(130)의 좌측으로 돌출 변형시의 빛의 투과 과정을 도시한 도면이다. 도 7a는 도 2a의 복합 가변 렌즈(100)가 카메라 등의 광학계에 적용되고 집광렌즈(150)를 통해 모아진 빛을 복합 가변 렌즈(100)로 투과시키는 경우를 나타내었다. 도 7b는 도 6a에 대한 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 설명하기 위한 도면이다. 7A is a diagram illustrating a light transmission process when the composite
도 7a 및 도 7b와 같이, 도 2a의 서로 이격된 제1 가변렌즈(110) 및 제2 가변렌즈(120) 사이의 공간(130)의 변형이 좌측 돌출 형태로 유지될 때, 메니스커스 렌즈(400)에서의 petzval 합 1/Rptz이 [수학식2]와 같이 양의 값을 가지는 경우와 유사하게 동작하며, 이때 초점면의 굴곡(Field of curvature)을 평면(190)쪽으로 완화시킬 수 있다(도 7b 참조).7A and 7B, when the deformation of the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 초점면 변형이 가능한 복합 가변 렌즈(100/200/300)에 따르면, 가변렌즈들(110, 120)의 부착이나 그 사이 공간이나 렌즈 삽입 등을 이용하여, 가변렌즈들(110, 120)의 변형으로, 초점 거리의 변형 및 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 변형을 일으킬 수 있으며, 이에 따라 추가적인 렌즈의 결합이 없어도 초점 거리 및 결상면의 변화를 줄 수 있다. 특히, 양측 가변렌즈(110, 120) 사이에 놓인 공간(130) 또는 고체/유동체(130)의 양측의 물리적 변형을 통해서, 해당 공간(130)이 변형되고, 이에 따라 초점 거리의 변형 및 초점면의 굴곡(Field of curvature)의 변형을 일으킬 수 있다. As described above, according to the variable focal
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all technical ideas with equivalent or equivalent modifications to the claims as well as the claims to be described later are included in the scope of the present invention. should be interpreted as
가변렌즈(110, 120)
공간(130)
강체 렌즈(330)Variable lens (110, 120)
space (130)
rigid lens (330)
Claims (12)
유연하고 탄성이 있는 투명막의 물리적 변형이 가능한 제2 가변렌즈를 포함하고,
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형을 조합하여, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡의 조절이 가능한 복합 가변 렌즈.A first variable lens capable of physical deformation of the flexible and elastic transparent film; and
Including a second variable lens capable of physical deformation of the flexible and elastic transparent film,
Combining the physical deformations of the first variable lens and the second variable lens, a complex variable lens capable of adjusting the curvature of a focal plane for light passing through the first variable lens and the second variable lens.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 각각은,
상기 물리적 변형에 의해, 양쪽 볼록형, 양쪽 오목형, 평면-볼록형, 평면-오목형, 포지티브 메니스커스형, 또는 네거티브 메니스커스형 중 어느 하나의 형태로 가변되는 렌즈인 복합 가변 렌즈.The method of claim 1,
Each of the first variable lens and the second variable lens,
A compound variable lens, which is a lens variable in any one of a biconvex, biconcave, plano-convex, plano-concave, positive meniscus, and negative meniscus type by the physical transformation.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 각각은,
링, 및 상기 링의 내측으로 전면과 후면 중 한쪽 또는 양쪽에 형성된 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막을 포함하고,
전면과 후면의, 유연하고 탄성이 있는 투명막들 사이 또는 한쪽 유연하고 탄성이 있는 투명막과 다른 쪽 투명 강체 사이의 링 내측 공간에, 상기 링에 형성된 관통공을 통해 기체 또는 액체나 젤타입의 주입과 배출을 조절함으로써, 또는 상기 링 내측 공간에 기체 또는 액체나 젤타입을 미리 주입해 놓고 밀폐 상태에서 탄성있는 상기 링에 힘을 가하거나 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막에 외력을 가함으로써, 상기 물리적 변형을 일으키는 복합 가변 렌즈.The method of claim 1,
Each of the first variable lens and the second variable lens,
a ring, and the flexible and elastic transparent film formed on one or both of the front and rear surfaces to the inside of the ring,
In the inner space of the ring between the front and rear flexible and elastic transparent films or between one flexible and elastic transparent film and the other transparent rigid body, gas, liquid, or gel type By controlling injection and discharge, or by pre-injecting gas, liquid, or gel type into the inner space of the ring and applying a force to the elastic ring in a closed state or applying an external force to the flexible and elastic transparent film, A compound variable lens that causes the physical deformation.
상기 복합 가변 렌즈는,
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 사이가 소정의 거리 이격되어 형성된 공간을 더 포함하는 복합 가변 렌즈.The method of claim 1,
The composite variable lens,
The composite variable lens further comprising a space formed to be spaced apart by a predetermined distance between the first variable lens and the second variable lens.
상기 공간은, 에어이거나, 또는 기체, 액체나 젤타입으로 채워진 상태인 복합 가변 렌즈.5. The method of claim 4,
The space is air, or a complex variable lens in a state filled with gas, liquid or gel type.
상기 공간은, 메니스커스 렌즈를 형성하는 복합 가변 렌즈.5. The method of claim 4,
The space is a composite variable lens forming a meniscus lens.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형을 조합하여,
메니스커스 렌즈에서의 petzval 합을 0, 양의값, 음의값으로 변화시키는 복합 가변 렌즈.The method of claim 1,
By combining the physical deformation of the first variable lens and the second variable lens,
A compound variable lens that changes the petzval sum in a meniscus lens to 0, positive or negative values.
상기 공간에 강체 렌즈를 포함하는 복합 가변 렌즈.5. The method of claim 4,
A composite variable lens comprising a rigid lens in the space.
서로 이격된 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈 사이의 공간을 사이에 두고, 서로 마주 보는 상기 제1 가변렌즈 면 및 상기 제2 가변렌즈 면 중 한쪽 이상이 상기 유연하고 탄성이 있는 투명막으로 이루어지고,
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형의 조합으로, 상기 공간의 단면 모양의 변형을 일으키는 복합 가변 렌즈.4. The method of claim 3,
At least one of the first variable lens surface and the second variable lens surface facing each other with a space between the first variable lens and the second variable lens spaced apart from each other is the flexible and elastic transparent film is made of,
Combination of the physical deformation of the first variable lens and the second variable lens, the composite variable lens causing a deformation of the cross-sectional shape of the space.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈는,
전면과 후면에 각각 한쪽 유연하고 탄성이 있는 투명막 및 다른 쪽 투명 강체를 가지고,
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 투명 강체 부분을 서로 마주보도록 밀착 결합하거나 소정의 거리 이격되어 결합하여 형성된 복합 가변 렌즈.4. The method of claim 3,
The first variable lens and the second variable lens,
It has a flexible and elastic transparent film on one side and a transparent rigid body on the other side, respectively, on the front and back sides,
A complex variable lens formed by closely coupling the transparent rigid body parts of the first variable lens and the second variable lens to face each other or by being spaced apart from each other by a predetermined distance.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 사이 공간에 강체 렌즈를 포함하는 복합 가변 렌즈.11. The method of claim 10,
A composite variable lens including a rigid lens in a space between the first variable lens and the second variable lens.
상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈의 상기 물리적 변형을 조합하여, 상기 제1 가변렌즈 및 상기 제2 가변렌즈를 통과하는 빛에 대한, 초점면의 굴곡을 조절하는 단계
를 포함하는 가변 렌즈의 작동 방법.
disposing a first variable lens and a second variable lens capable of physically deforming a flexible and elastic transparent film; and
adjusting the curvature of a focal plane with respect to light passing through the first variable lens and the second variable lens by combining the physical deformation of the first variable lens and the second variable lens;
A method of operating a variable lens comprising a.
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