KR20220113875A

KR20220113875A - 조정 가능한 광학 장치

Info

Publication number: KR20220113875A
Application number: KR1020220014906A
Authority: KR
Inventors: 마누엘 애쉬완덴 헤르; 데이비드 안드레아스 니더러 헤르; 로만 팻샤이더 헤르; 크리스토퍼 래닝 헤르; 피트 게버스 헤르
Original assignee: 옵토투네 아게
Priority date: 2021-02-07
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2022-08-17
Also published as: EP4040199A1; JP2022121393A; US20220252860A1; CN114911076A

Abstract

광학 요소(10), 액추에이터(20) 및 전송 유닛(30)을 포함하는 조정 가능한 광학 장치(1)로서, 전송 유닛(30)은 제1 섬유(310)를 포함하며, 제1 섬유(310)는 액추에이터(20)로부터 광학 요소(10)로 인장력을 전달하도록 배열되며, 인장력은 광학 요소(10)의 광학 특성의 변화를 초래한다.

Description

조정 가능한 광학 장치{TUNABLE OPTICAL DEVICE}

본 발명은 조정 가능한 광학 장치에 관한 것이다. 조정 가능한 광학 장치는 전자기 복사, 특히 적외선 및 자외선 사이의 파장 범위의 광과 상호작용하도록 배열된다. 광학 장치의 적어도 하나의 광학 특성은 정의 가능한 방식으로 제어된다. 광학 특성은 조정 가능한 광학 장치와 광의 상호작용을 적어도 부분적으로 정의한다.

조정 가능한 광학 장치는 광학 요소와 전송 유닛이 있는 액추에이터를 포함한다. 광학 요소는 굴절 및/또는 회절을 통해 전자기 복사와 상호작용한다. 광학 요소는 조정 가능한 광학 요소이며, 광학 요소의 적어도 하나의 광학 특성은 조정될 수 있다. 광학 요소는 렌즈, 거울, 프리즘 또는 격자(grating)일 수 있다. 특히, 조정 가능한 렌즈는 정의 가능한 방식으로 전자기 복사, 특히 가시 광선과 상호작용하도록 배열되는 굴절 광학 요소이다. 예를 들어, 조정 가능한 렌즈는 광학 전력 및/또는 실린더와 같은 광학 특성을 조정하도록 배열된다. 광학 조정 가능한 장치를 조정할 때 광학 요소의 적어도 하나의 광학 특성이 변경된다.

액추에이터는 전기 신호를 힘으로 변환하도록 배열된다. 액추에이터는 보이스 코일 액추에이터, 전자 영구 자석 액추에이터, 정전기 액추에이터, 형상 기억 합금 액추에이터, 공압 액추에이터 또는 유압 액추에이터 중 하나일 수 있다.

전송 유닛은 제1 섬유를 포함하며, 제1 섬유는 액추에이터로부터 광학 요소로 인장력을 전송하도록 배열된다. 제1 섬유는 적어도 10 GPa, 특히 적어도 100 GPa의 영률(youngs module)을 갖는 재료로 구성될 수 있다. 특히 제1 섬유는 탄소, 케블라(Kevlar), 금속 또는 텍스타일 재료를 포함할 수 있다. 제1 섬유는 단일 섬유 또는 섬유 다발일 수 있다. 섬유는 특히 작은 열팽창을 갖는다. 특히, 섬유의 열팽창은 주변 재료와 동일한 크기 이내(편차 1% 미만)이다. 특히, 섬유는 잘 부서지지 않고 마찰에 강하다(마모가 적음). 섬유는 윤활될 수 있다. 특히 섬유를 윤활하는 것은 섬유 재료의 팽창을 초래하지 않는다. 섬유의 재료는 가소제를 증발시키지 않는다. 특히, 제1 섬유의 재료는 가소제에 둔감하다.

인장력은 광학 요소의 광학 특성을 변화시킨다. 광학 특성은 회절 도수(diffractive power), 구면 도수(spherical power), 원통각, 원통 도수(cylinder power), 프리즘각, 프리즘 도수, 반사율, 투명도 또는 색상 중 적어도 하나일 수 있다. 바람직하게는, 광학 요소는 조정 가능한 렌즈이며, 광학 특성은 구면 도수, 원통각, 원통 도수, 프리즘각, 프리즘 도수이다.

일 실시예에 따르면, 조정 가능한 광학 장치는 광학 요소 및 전송 유닛을 갖는 액추에이터를 포함한다. 전송 유닛은 제1 섬유를 포함한다. 제1 섬유는 액추에이터로부터 광학 요소로 인장력을 전달하도록 배열된다. 인장력은 광학 요소의 광학 특성을 변화시킨다.

본 명세서에 설명된 조정 가능한 광학 장치는 다른것들 중에 다음의 고려 사항을 기반으로 한다. 조정 가능한 광학 장치는 전자기 복사와 상호작용하는 광학 요소의 광학 특성을 제어하기 위해 어떤 형태의 작동이 필요하다. 그러나 적절한 액추에이터를 개발할 때 공간적 제한과 무게 제한은 전력 및 정밀도 측면에서의 요구 사항과 정반대이다.

본 명세서에 설명된 조정 가능한 광학 장치는 전송 유닛을 통해 액추에이터에서 광학 요소로 힘을 전달하는 아이디어를 사용한다. 전송 유닛의 제1 섬유는 액추에이터와 광학 요소의 공간적 분리를 가능하게 한다. 또한, 제1 섬유는 특히 작은 공간 요구사항을 가지며 특히 낮은 질량을 갖는다. 따라서, 전송 유닛은 액추에이터와 관련된 공간적 제약을 줄인다.

일 실시예에 따르면 조정 가능한 광학 장치는 유지 요소를 포함하며, 유지 요소는 유지력을 생성하도록 배열된다. 유지력은 인장력과 반대 방향으로 작용한다. 제1 섬유는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 제1 단부는 액추에이터에 결합되며 제2 단부는 광학 요소에 결합된다. 안정력은 제1 단부에 작용하고 유지력은 제2 단부에 작용한다. 특히, 유지력은 탄성 요소에 의해 제공된다. 탄성 요소는 스프링, 벤딩 빔 또는 광학 요소의 일부일 수 있다. 예를 들어, 유지력이 지속적으로 작용할 수 있다. 예를 들어, 인장력이 유지력을 초과하면, 인장력이 광학 특성의 변화를 초래하며 유지력이 인장력을 초과하면, 유지력이 광학 특성의 상기 변화의 역전을 초래한다. 예를 들어, 전송 유닛, 특히 제1 섬유는 본질적으로 액추에이터로부터 광학 요소로 압축력을 전송하지 않는다.

일 실시예에 따르면, 조정 가능한 광학 장치는 제2 섬유 및 선회 요소를 포함한다. 특히, 제2 섬유는 본질적으로 제1 섬유와 동일하다. 따라서, 제1 섬유에 대해 개시된 특징은 제2 섬유에도 적용되며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 선회 요소는 선회 요소가 회전할 수 있는 선회 지점을 포함한다. 제1 섬유의 제2 단부 및 제2 섬유의 제2 단부는 선회 지점에 대해 선회 요소의 반대측에 연결된다. 제1 섬유의 인장력은 제1 방향으로 선회 요소의 회전을 야기하고 제2 섬유의 인장력은 제2 방향으로 선회 요소의 회전을 야기하며, 제1 방향은 제2 방향과 반대이다. 특히, 제2 섬유의 인장력은 제1 섬유에 대한 유지력으로 작용하고 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 예를 들어, 선회 요소는 전송 유닛의 일부이다. 특히, 제1 섬유의 제2 단부와 선회 지점 사이의 거리 및 제2 섬유의 제2 단부와 선회 지점 사이의 거리는 상이하다. 따라서, 제1 및 제2 섬유의 동일한 인장력은 선회 요소의 회전을 초래할 수 있다. 전송 유닛은 액추에이터로부터 광학 요소로 양방향 힘을 전달하도록 배열될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 섬유는 제1 주요 연장 방향을 갖는 제1 섹션, 제2 주요 연장 방향을 갖는 제2 섹션 및 편향 섹션을 포함한다. 편향 섹션은 제1 섬유를 따라 제1 섹션과 제2 섹션 사이에 배열된다. 제1 주요 연장 방향은 제2 주요 연장 방향에 대해 비스듬히 있고, 편향 섹션에서 제1 섬유는 편향 요소와 접촉한다. 특히, 편향 요소는 제1 섬유의 경로를 변경하도록 배열되고, 이에 의해 인장력이 재지향된다. 유리하게는 편향 요소는 전송 요소의 기하학적 구조를 조정할 수 있게 한다.

일 실시예에 따르면, 편향 요소는 마운트 및 가이드 요소를 포함한다. 가이드 요소는 편향 섹션을 안내하도록 배열된다. 가이드 요소는 편향 섹션과 직접 접촉한다. 가이드 요소는 받침점(fulcrum)에서 마운트에 선회 가능하게 연결되며, 받침점과 편향 섹션 사이의 거리는 편향 섹션을 따라 변한다. 예를 들어, 가이드 요소는 가이드 요소에 대한 제1 섬유의 슬라이딩을 방지하는 레일형 형상을 포함한다. 특히, 가이드 요소는 풀리(pulley)를 포함하며, 풀리는 비원형 형상을 가지고/가지거나 받침점은 풀리의 중심에 배열되지 않는다. 특히, 가이드 요소는 제1 섬유와 함께 받침점 주위를 이동하여, 제1 섬유와 가이드 요소 사이의 슬라이딩 마찰이 최소화된다. 유리하게는, 편향 요소는 비원형 형상에 의해 또는 비중심 받침점에 의해 인장력을 지렛대화할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전송 유닛은 헐(hull)을 포함하며, 제1 섬유 및 헐은 보우덴(Bowden) 케이블로 구성된다. 제1 섬유 및 제2 섬유는 공통 헐에 배열될 수 있다. 특히, 제1 섬유 및 제2 섬유는 보우덴 케이블을 형성한다. 특히, 편향 요소는 헐에 의해 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 조정 가능한 광학 장치는 잠금 유닛을 포함하며, 온-상태에서 잠금 유닛은 정의된 상태에서 광학 특성을 유지하도록 배열되며, 오프-상태에서 잠금 유닛은 광학 특성의 변화를 제한하지 않는다. 잠금 유닛은 액추에이터에 의해 정의되는 위치에서 전송 유닛, 특히 제1 및/또는 제2 섬유를 고정하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 잠금 유닛은 오프-상태와 온-상태 사이를 전환하기 위해 전원 공급 장치가 필요하다. 잠금 유닛은 오프-상태 및/또는 온-상태를 유지하기 위해 전원 공급 장치가 필요하지 않다. 대안적으로, 잠금 유닛은 온-상태에서 전력을 요구하지 않으며 오프-상태를 유지하기 위해 전력을 요구한다. 따라서, 잠금 유닛은 전원이 공급되지 않으면 자동으로 온-상태로 돌아간다. 예를 들어 잠금 유닛은 EPM(electro permanent magnet actuator) 또는 형상 기억 합금으로 작동된다. 유리하게는, 잠금 유닛은 지속적인 전원 공급의 필요성 없이 튜닝 상태를 유지함으로써 특히 에너지 효율적인 조정 가능한 광학 장치를 가능하게 한다.

일 실시예에 따르면, 조정 가능한 광학 장치는 제어 유닛 및 가속도계를 포함하며, 가속도계는 광학 장치에 작용하는 가속력을 측정하도록 배열된다. 가속도계는 출력 신호를 제어 유닛으로 전송하고 출력 신호는 측정된 가속도에 따라 달라진다. 제어 유닛은 가속도계의 출력 신호가 미리 정의된 값을 초과할 때 잠금 유닛을 온-상태로 설정하도록 배열된다. 미리 정의된 값은 1 g의 가속도에 해당할 수 있다. 대안적으로, 미리 정의된 값은 가속력의 패턴에 대응할 수 있으며, 가속력의 패턴은 트레이닝 데이터로부터 결정된다. 특히, 센서는 가속력의 상기 패턴을 정의하기 위해 기계 학습을 통해 사전 조정된다(preconditioned). 예를 들어, 가속력의 패턴은 1 g 초과의 가속력이 조정 가능한 광학 장치에 작용하기 전에 발생하는 일반적인 가속 조건에 해당한다. 특히, 가속력의 패턴은 조정 가능한 광학 장치의 검출된 자유 낙하에 대응하며, 잠금 유닛은 자유 낙하가 검출될 때 온-상태로 전환하도록 배열된다. 잠금 유닛은 사전 정의된 값이 초과된 후 사전 정의된 시간 범위 동안 온-상태를 유지하도록 배열될 수 있다. 유리하게는, 잠금 유닛은 광학 요소의 가동 부분의 의도하지 않은 움직임을 방지하고, 이에 의해 조정 가능한 광학 장치의 가속도에 의해 야기되는 손상의 위험이 감소된다.

일 실시예에 따르면, 액추에이터는 형상 기억 합금을 포함한다. 특히, 형상 기억 합금(SMA로 약칭)은 인장력을 제공한다. 형상 기억 합금은 재료가 임계 온도 미만일 때 변형될 수 있고 임계 온도 초과로 가열되면 사전 변형된(“기억된”) 형상으로 되돌아갈 수 있는 합금이다. SMA는 기억 금속, 기억 합금, 스마트 금속, 스마트 합금 또는 근육 와이어라고도 한다. 특히, SMA는 SMA에 전류를 인가함으로써 임계 온도 초과로 가열된다. SMA는 유지력에 의해 변형될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 섬유는 형상 기억 합금을 포함한다. 예를 들어, 섬유는 수동 부분과 능동 부분을 포함한다. 대안적으로, 제1 섬유는 형상 기억 합금으로 구성된다. 이 경우, 제1 섬유는 수동 부분이 없다. 수동 부분은 인장력에 대해 특히 작은 탄성을 갖는 재료로 구성된다. 즉, 수동 부분은 특히 낮은 인장 탄성을 갖는다. 예를 들어, 수동 부분은 금속, 케블라 또는 탄소 섬유를 포함한다. 수동 부분의 인장 탄성은 능동 부분의 인장 탄성보다 작을 수 있다. 능동 부분은 인장력을 생성하도록 배열되는 SMA를 포함한다. 예를 들어, 수동 부분은 능동 부분과 광학 요소 사이에 배열된다. 따라서, 수동 부분은 능동 부분으로부터 광학 요소로 인장력을 전달한다.

일 실시예에 따르면, 액추에이터는 권선 요소를 포함하고, 제1 섬유는 권선 요소 주위에 적어도 부분적으로 권선되고, 액추에이터는 권선 요소를 회전시키도록 배열되고, 인장력은 권선 요소의 회전에 의해 생성된다. 예를 들어, 액추에이터는 스테퍼 모터, 전기 기어 모터, 커패시터 모터, 권선 요소를 회전시키도록 배열된 릴럭턴스 모터 중 하나를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 조정 가능한 광학 장치는 다수의 제1 섬유를 포함하며, 제1 섬유는 인장력을 액추에이터로부터 광학 요소로 전달하도록 배열된다. 권선 요소는 원통형 형상을 가지며 권선 요소는 다중 섹션을 포함하며, 각 제1 섬유는 섹션 중 하나를 중심으로 권선된다. 원통형 형상의 적어도 2 개의 섹션은 상이한 직경을 가지며/가지거나 원통형 형상은 비원형 단면적을 갖는다. 상이한 직경을 갖는 섹션은 공통 권선 요소에 의해 상이한 경로 길이만큼 제1 섬유를 편향시키는 것을 가능하게 한다. 원통형 형상의 비원형 단면적은 권선 요소의 회전 위치에 대한 제1 섬유의 편향 경로 길이의 의존성을 초래할 수 있다. 유리하게는, 상이한 직경을 갖는 섹션 및 권선 요소의 비원형 단면적은 인장력을 생성하기 위한 단일 모터를 사용하는 제1 섬유의 특히 뚜렷한 편향을 가능하게 한다.

특히, 각 제1 섬유의 오프셋 장력은 개별적으로 조정 가능하다. 각 섬유의 인장력(사전 인장)은 서로에 대한 섹션의 상대적 회전을 조정하여 조정 가능하다. 더욱이, 각 제1 섬유의 전송은 개별적으로 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 섬유는 전송을 변경하기 위해 더 작거나 더 큰 직경을 가진 섹션에 부착될 수 있다. 섬유가 레버에 부착되는 경우 레버와 제1 섬유 사이의 부착 위치는 전송을 변경하도록 조정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 조정 가능한 광학 장치는 다수의 제1 섬유를 포함하며, 제1 섬유는 인장력을 액추에이터로부터 광학 요소로 전달하도록 배열된다. 액추에이터는 레버를 포함하며 제1 섬유의 제1 단부는 레버의 상이한 부착 지점에서 각각 결합된다. 특히, 액추에이터는 레버를 회전시키도록 배열된다. 제1 섬유는 레버를 회전시킴으로써 편향되며, 각 제1 섬유의 편향의 양은 레버를 따른 부착 지점의 위치에 따라 좌우된다. 유리하게는, 단일 액추에이터는 다수의 부착 지점을 갖는 레버를 제공함으로써 상이한 양의 편향을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광학 요소는 액체로 채워진 체적을 포함하고 체적은 멤브레인에 의해 한정되며 멤브레인은 광학 요소의 광학 표면을 형성한다. 체적은 정상 작동 중에 전자기 복사에 의해 적어도 부분적으로 통과되는 한정된 영역일 수 있다. 특히, 체적은 멤브레인에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 체적은 기체상 또는 액체상일 수 있는 유체로 채워진다. 특히 유체 체적은 수성 액체 또는 유성 액체로 채워질 수 있다.

멤브레인은 성형 요소에 연결되며 인장력은 성형 요소에 작용하고 인장력은 광학 표면의 형상의 변화를 일으키고, 광학 표면의 형상의 변화는 광학 특성의 변화를 초래한다. 예를 들어, 성형 요소는 링 형상을 가지며, 성형 요소는 멤브레인에 의해 형성된 광학 표면을 둘러싼다. 인장력 및 유지력은 조정 가능한 광학 장치의 광학 축을 따라 성형 요소의 움직임을 초래한다. 광학 축을 따른 성형 요소의 위치를 조정하면 멤브레인의 형상이 변경된다. 멤브레인은 유연하고 일 측의 유체 체적을 제한한다. 특히, 유체는 유연한 멤브레인에 직접 인접한다. 적어도 광학적 특성은 유연한 멤브레인의 형상을 변경함으로써 조정할 수 있다. 여기 및 다음에서 멤브레인과 관련하여 “유연한”이라는 용어는 멤브레인이 주요 연장 평면에 대해 비스듬하게 구부러지는 것을 허용하는 멤브레인의 특성을 설명한다. 특히, 멤브레인은 확장 가능하다. 여기 및 다음에서 멤브레인과 관련하여 “확장 가능한”이라는 용어는 주요 연장 평면을 따라 멤브레인을 가역적으로 확장할 수 있는 멤브레인의 특성을 설명한다.

성형 요소는 멤브레인에 부착된다. 성형 요소는 링 형상을 가질 수 있다. 특히, 성형 요소는 멤브레인의 한 표면에 부착된다. 특히, 멤브레인과 성형 요소는 재료 결합 연결로 연결된다. 대안적으로, 성형 요소와 멤브레인은 일체형 방식으로 제조될 수 있으며, 성형 요소 및 멤브레인은 공통 제조 단계에서 동시에 제조된다. 특히, 성형 요소와 멤브레인은 동일한 재료를 포함할 수 있다. 성형 요소와 멤브레인의 주요 연장 평면은 본질적으로 서로 평행하게 연장된다. 주요 연장 평면에 수직인 방향에서 성형 요소의 두께는 멤브레인의 두께보다 크다. 특히, 성형 요소의 강성은 멤브레인의 강성보다 크다. 예를 들어, 성형 요소는 성형 요소의 둘레를 따라 멤브레인의 편향을 제어하기 위해 멤브레인의 둘레를 따라 힘을 전달하도록 배열된다.

평면도에서, 성형 요소는 비원형 윤곽을 가질 수 있으며, 성형 요소의 윤곽은 가상의 외접원 내에서 연장한다. 여기 및 다음에서 “평면도”는 편향되지 않은 상태에서 성형 요소의 주요 연장 평면에 대해 수직인 투시도이다. 예를 들어, 성형 요소의 주요 연장 평면은 광학 축에 대해 수직으로 연장한다. 형상 요소는 평면도에서 볼 때 비원형 링 형상을 가질 수 있다. 평면도에서 볼 수 있는 성형 요소의 폭은 일정할 수 있다. 대안적으로, 성형 요소의 폭은 링을 따라 상이한 위치에서 변할 수 있다. 성형 요소의 폭은 외접원의 반경 방향을 따라 측정된다. 특히, 링의 윤곽은 성형 요소의 내부 에지에 의해 정의되며, 내부 에지는 멤브레인의 광학 능동 영역을 향한다. 여기 및 다음에서 외접원은 최소 반경을 가지면서 성형 요소의 윤곽을 완전히 둘러싸는 가상의 원이다. 특히, 외접원의 내부 모서리가 윤곽을 정의하기 때문에 외접원은 성형 요소와 교차할 수 있다.

광학 요소의 광학 특성을 조정할 때, 성형 요소의 편향량은 외접원에 대한 성형 요소의 윤곽의 측방향 거리에 비례할 수 있다. 측방향 거리는 성형 요소의 주요 연장 평면을 따라 측정된다. 여기 및 다음에서 측방향 거리는 외접원의 반경 방향으로 측정된다. 특히, 조정 가능한 렌즈의 광학 특성을 변경할 때, 측방향 거리가 증가함에 따라 성형 요소의 섹션의 편향이 증가한다.

성형 요소는 편향에 의해 조정 가능한 렌즈의 광학 특성을 변경하도록 배열된다. 편향은 조정 가능한 렌즈의 광학 축을 따른 방향으로 성형 요소의 변위를 설명한다. 특히 성형 요소의 편향은 멤브레인의 형상의 변화를 초래하여 액체 렌즈의 광학 특성을 변경한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 성형 요소는 원하는 방식으로 액체 렌즈의 광학 특성을 변경하기 위해 멤브레인의 편향을 제한하도록 배열된다.

일 실시예에 따르면, 성형 요소의 이동은 힌지에 의해 안내된다. 예를 들어, 광학 요소는 강성 백 윈도우를 포함하며 성형 요소는 강성이다. 백 윈도우는 액체가 채워지는 체적을 부분적으로 한정할 수 있다. 힌지는 백 윈도우와 성형 요소 사이에 기계적 연결을 제공한다. 성형 요소를 이동시킬 때, 성형 요소는 백 윈도우에 대한 회전 운동을 제공하며, 성형 요소의 각도 변위는 2°미만, 바람직하게는 1°미만이다. 특히, 광학 요소는 성형 요소 및/또는 멤브레인을 백 윈도우에 연결하는 벨로우즈 구조를 포함한다. 벨로우즈 구조는 가요성 멤브레인 재료로 형성될 수 있다. 벨로우즈 구조는 백 윈도우에 대한 성형 요소의 회전 운동을 허용하고 벨로우즈는 액밀 방식(liquid tight fashion)으로 체적을 밀봉한다.

힌지는 벨로우즈 구조의 국부적으로 강화된 영역에 의해 형성될 수 있다. 강화된 영역에서 벨로우즈 구조는 백 윈도우에 대한 성형 요소의 움직임을 한정할 수 있다. 특히, 강화된 영역은 회전축을 중심으로 백 윈도우에 대한 성형 요소의 회전 운동으로 성형 요소 및 백 윈도우의 상대 운동을 제한하며, 회전축은 광학 요소의 광학 축에 대해 수직으로 연장한다. 힌지에 의해 성형 요소의 움직임을 유리하게 안내하는 것은 단순화되고 특히 공간 절약적인 작동을 가능하게 한다.

대안적으로, 성형 요소는 탄성적으로 변형 가능하고, 액추에이터는 다수의 제1 섬유를 포함하며, 인장력은 성형 요소의 다수의 편향 지점으로 전달되며, 편향 지점은 서로 이격된다. 인장력은 각 편향 지점에 대해 별도의 액추에이터에 의해 생성될 수 있다. 대앉거으로, 단일 액추에이터는 인장력을 생성할 수 있으며, 이는 다수의 편향 지점에 적용된다. 각각의 편향 지점에 가해지는 편향력의 부분은 다양할 수 있다. 편향 지점은 성형 요소를 따라 분포될 수 있다. 특히, 편향 지점은 서로 분리된다. 예를 들어, 각 편향 지점에 가해지는 인장력은 개별적으로 제어할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광학 요소는 조정 가능한 렌즈이며, 조정 가능한 광학 특성은 구(sphere), 원통 도수 및 원통 축이다.

여기 및 다음에서 조정 가능한 광학 요소의 자오선은 외접원의 중심을 통해 연장하는 가상의 직선을 설명하며, 다른 자오선은 서로에 대해 비스듬히 연장한다.

구(SPH로 약칭)는 초점 거리의 디옵터로 측정된 렌즈 도수의 양을 나타낸다. 구에 대한 멤브레인의 편향은 광학 요소의 모든 자오선에서 동일하다. 광학 요소는 멤브레인의 정의 가능한 변형에 의해 구면 렌즈 도수를 변경하도록 배열된다.

원통(CYL로 약칭) 도수는 광학 요소의 비점수차(astigmatism)에 대한 광학 도수를 나타낸다. 멤브레인은 원통 도수를 생성하기 위해 비구면 표면 형상을 갖는다. 특히, 원통 도수를 생성하기 위해 멤브레인은 제1 자오선을 따라 멤브레인에 추가된 곡률이 없고 제2 자오선을 따라 멤브레인이 최대 추가된 곡률을 가지도록 하는 형상을 가지며, 제1 자오선 및 제2 자오선은 서로에 대해 수직으로 연장한다. 광학 요소는 제2 자오선을 따라 멤브레인의 곡률을 변경하도록 배열된다.

원통 축은 비점수차를 교정하기 위해 추가된 곡률이 없는 제1 자오선의 각도를 설명한다. 즉, 원통 축은 제2 자오선으로부터 90도 떨어진 제1 자오선의 각도이며, 제2 자오선은 원통 도수를 포함한다. 원통 축은 1°에서 180°사이의 각도로 정의된다. 광학 요소는 원통 축을 1°에서 180°사이의 각도로 변경하도록 배열될 수 있다.

특히, 광학 특성은 프리즘 도수 및 프리즘 축 및 add이다. 프리즘 도수는 프리즘 디옵터(“p.d” 또는 위첨자 삼각형)로 측정된 광학 요소의 프리즘 도수의 양이다. 프리즘 도수는 미터법 또는 영국식 분수 단위(예를 들어, 0.5 또는 1/2)로 표시된다. 프리즘은 광학 축에 대한 멤브레인의 표면의 기울기에 해당한다. 프리즘 도수는 멤브레인의 표면이 기울어지는 각도의 절대값을 정의한다. 조정 가능한 렌즈는 프리즘 도수를 변경하도록 배열될 수 있다.

프리즘 축은 광학 요소의 프리즘 도수의 방향이다. 프리즘 축은 광학 요소의 표면이 광학 축에 대해 기울어지는 자오선의 각도를 나타낸다. 프리즘 축은 자오선을 따라 연장할 수 있다. 프리즘 축은 1°에서 360°사이의 각도로 정의될 수 있다. 광학 요소는 프리즘 축을 1°에서 360°로 변경하도록 배열될 수 있다.

Add는 광학 요소의 일부에 적용되는 추가 배율(magnifying power)이다. 특히, Add가 있는 광학 요소는 다초점 렌즈이다. 추가된 배율은 +0.75 에서 +3.00 디옵터 범위이다.

일 실시예에 따르면, 제1 섬유는 가요성 샤프트를 형성한다. 액추에이터는 제1 섬유의 제1 단부에 토크를 전달한다. 토크는 주요 연장 축을 중심으로 제1 섬유의 회전을 초래한다. 광학 요소는 토크를 광학 특성의 변화로 변환하도록 배열된다.

가요성 샤프트는 방사형 전기 기계 동력 전달(radial electromechanical power transmission)을 위한 연결 요소이다. 가요성 샤프트는 코어 주위에 여러 층의 와이어를 감아 만들 수 있다. 코어에서 외부 층을 향해 볼 때 각 층은 이전 층과 반대 방향으로 감쌀 수 있다.

와이어의 품질, 와이어의 수, 와이어의 직경, 와이어의 권선 유형 및 가요성 샤프트의 생산 동안 템퍼링 온도는 가요성 샤프트의 기계적 특성을 결정한다. 기계적 특성은 유연성, 비틀림 강도, 동력 전달, 다른 속도에서의 진행 특성 및 일 방향 또는 양 방향 회전의 하중 중 적어도 하나일 수 있다.

특히 와이어는 케블라, 탄소, 강, 스테인레스강 또는 청동을 포함한다. 와이어는 황동 도금될 수 있다. 와이어의 직경은 0.1 mm 내지 5 mm일 수 있다.

여기 및 다음에서 토크는 특정 종류의 안장력으로 이해된다. 토크는 축에서 벗어난 인장력으로 인해 발생하며, 가요성 샤프트의 상기 축은 코어 와이어에 의해 정의된다. 따라서, 코어 와이어 주위에 나선형으로 안내되는 인장력은 토크를 발생시킨다. 따라서, 코어 와이어는 인장력을 안내하고 코어 와이어에 감긴 와이어의 층 중 적어도 하나는 인장력을 전달한다. 특히, 시계 방향의 토크는 시계 방향으로 감긴 와이어의 층 중 적어도 하나에 의해 전달된다. 반시계 방향의 토크는 반시계 방향으로 감긴 와이어의 층 중 적어도 하나에 의해 전달된다.

머리 장착 가능 장치 또한 지정된다. 특히, 여기에 설명된 머리 장착 가능 장치는 여기에 설명된 조정 가능한 광학 장치를 포함한다. 따라서, 머리 장착 가능 장치에 대해 공개된 모든 특징은 조정 가능한 광학 장치에 대해서도 공개되며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

일 실시예에 따르면, 머리 장착 가능 장치는 안경, 증강 현실 안경, 가상 현실 안경 중 적어도 하나이다.

안경(eyeglasses) 또는 안경(glasses)이라고도 하는 안경은 사람의 눈 앞에 고정되는 프레임에 장착되는 광학 요소를 포함하는 비전 안경이며, 일반적으로 코의 다리와 귀에 놓인 안경다리(temple)를 활용한다. 안경은 일반적으로 돋보기 및 근시에 사용되는 안경과 같은 시력 교정에 사용된다.

특히, 안경은 예를 들어 건설 노동자 또는 실험실 기술자를 위해 날라다니는 파편에 대한 눈 보호를 제공하도록 배열될 수 있다. 안경은 광학 요소뿐만 아니라 눈의 측면에 대한 보호를 포함할 수 있다. 안경은 가시광선 및 근시선광 또는 방사선에 대해 필터링하도록 배열될 수 있다. 안경은 밝은 대낮에 더 나은 시력을 허용하고 과도한 수준의 자외선으로 인한 손상으로부터 눈을 보호할 수 있는 선글라스일 수 있다. 특히, 광학 요소는 밝은 광으로부터 보호하기 위해 착색되거나 눈부심을 제거하기 위해 편광된다.

특히, 안경은 특정한 시각 정보를 보기 위해 배열될 수 있다. 예를 들어, 안경은 스테레오스코피를 통해 3차원 시각을 경험할 수 있도록 배열된다.

가상 현실 안경은 착용자에게 가상 현실을 제공하도록 배열될 수 있다. 특히, 가상 현실 안경은 비디오 게임, 시뮬레이터 또는 트레이너를 경험하도록 배열될 수 있다. 가상 현실 안경은 각 눈, 스테레오 사운드 및 자이로스코프, 가속도계, 자력계, 구조화된 조명 시스템을 포함할 수 있는 머리 동작 추적 센서에 대해 별도의 이미지를 제공하는 입체 머리 장착 디스플레이를 포함할 수 있다. 머리 장착 가능 장치는 눈 추적 센서 및 게이밍 컨트롤러를 포함할 수 있다.

스마트 안경이라고도 하는 증강 현실 안경(AR 안경으로 약칭)은 착용자가 보는 것과 나란히 또는 정보를 추가하는 웨어러블 컴퓨터 안경이다. 증강 현실 안경은 광학 헤드 장착 디스플레이(OHMD) 또는 투명 헤드업 데스플레이(HUD) 또는 증강 현실(AR) 오버레이가 있는 내장형 무선 안경을 통해 시야에 정보를 중첩하도록 배열될 수 있다. AR 안경은 투사된 디지털 이미지를 반사하고 사용자가 AR 안경을 통해 볼 수 있도록 배열된다. 특히, AR 안경 및/또는 VR 안경은 자연어 음성 명령에 의해 인터페이스되도록 배열된다.

AR 안경 및/또는 VR 안경은 내부 또는 외부 센서로부터 정보를 수집하도록 배열될 수 있다. 머리 장착 가능 장치는 다른 기기나 컴퓨터에서 데이터를 제어하거나 검색하도록 배열될 수 있다. AR 안경 및/또는 VR 안경은 모바일 운영 시스템을 실행하고 블루투스 또는 WiFi 헤드셋을 통해 오디오 및 비디오 파일을 사용자에게 전송하기 위해 휴대용 미디어 플레이어로 기능하도록 배열될 수 있다. 머리 장착 가능 장치는 수명 기록 및 활동 추적 기능을 수행하도록 배열될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 머리 장착 가능 장치는 안경다리를 포함하며, 안경다리는 광학 요소와 사용자의 머리 사이에 기계적 연결을 확립하도록 배열되며, 액추에이터는 안경다리에 배열된다. 특히, 안경다리는 전송 요소, 특히 제1 섬유와 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는다.

특히, 송신 유닛의 편향 섹션은 안경다리가 프레임 또는 광학 요소에 연결되는 영역에 배열된다. 특히, 안경다리는 프레임 또는 광학 요소에 대해 접을 수 있다.

조정 가능한 광학 장치의 추가 이점 및 유리한 개선 및 설계는 도면과 관련하여 제시된 다음의 예시적인 실시예로부터 초래된다.
도 1은 개략적인 사시도로 머리 장착 가능 장치의 2 개의 조정 가능한 광학 장치의 예시적인 실시예이다.
도 2는 개략적인 평면도로 머리 장착 가능 장치의 2 개의 조정 가능한 광학 장치의 예시적인 실시예이다.
도 3, 4a, 4b 및 5는 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치에 포함된 광학 요소의 예시적인 실시예이다.
도 6은 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치에 포함된 액추에이터의 예시적인 실시예이다.
도 7, 8 및 9는 조정 가능한 광학 장치에 포함된 편향 요소의 예시적인 실시예이다.
도 10은 개략적인 단면도로 조정 가능한 광학 장치에 포함된 제1 및 제2 섬유를 갖는 전송 유닛의 예시적인 실시예이다.
도 11 및 12는 2 개의 상이한 측면에서 본 조정 가능한 광학 장치에 포함된 권선 요소의 예시적인 실시예이다.
도 13은 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치에 포함된 광학 요소의 예시적인 실시예이다.
도 14a, 14b 및 14c는 개략적인 단면도로 조정 가능한 광학 장치의 예시적인 실시예이다.
도 15 및 16은 개략적인 단면도로 가요성 샤프트를 형성하는 제1 섬유의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 17은 개략적인 단면도로 가요성 샤프트에 연결되는 조정 가능한 광학 장치의 예시적인 실시예이다.

유사한 요소, 동일한 요소 또는 동일하게 작용하는 요소는 도면에서 동일한 참조 기호로 제공된다. 도면에 도시된 수치 및 요소의 비율은 축적으로 간주되어서는 안된다. 오히려, 개별 요소는 더 나은 설명 및/또는 더 나은 이해를 위해 과장되게 크게 표시될 수 있다.

도 1은 개략적인 사시도로 머리 장착 가능 장치(90)의 2 개의 조정 가능한 광학 장치(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 머리 장착 가능 장치(90)는 안경, 증강 현실 안경 또는 가상 현실 안경일 수 있다. 조정 가능한 광학 장치(1)는 각각 광학 요소(10), 액추에이터(20) 및 전송 유닛(30)을 포함한다. 전송 유닛(30)은 다수의 제1 섬유(310)를 포함하며, 제1 섬유(310)는 액추에이터(20)로부터 광학 요소(10)로 인장력을 전달하도록 배열된다. 인장력은 광학 요소(10)의 광학 특성의 변화를 가져온다.

머리 장착 가능 장치는 안경다리(91)를 포함한다. 안경다리(91)는 광학 요소(10) 및 사용자의 머리 사이에 기계적 연결을 설정하도록 배열된다. 액추에이터(20)는 안경다리(91)에 배열된다. 조정 가능한 광학 요소(10)는 사용자의 눈 앞에 각각 배열되는 조정 가능한 렌즈이다.

도 2는 개략적인 평면도로 머리 장착 가능 장치(90)의 조정 가능한 광학 장치(1)의 예시적인 실시예를 도시한다. 액추에이터(20)는 안경다리(91)에 배열된다. 액추에이터(20)에 의해 생성된 힘은 제1 섬유(310)에 의해 광학 요소(10)로 전달된다. 제1 섬유(310)의 섹션은 헐(60) 내에서 연장한다. 제1 섬유(310) 및 헐(60)은 보우덴 케이블을 형성한다.

헐(60)은 각각 제1 섬유(310)와 직접 접촉한다. 제1 섬유(310)는 제1 주요 연장 방향을 갖는 제1 섹션(311), 제2 주요 연장 방향을 갖는 제2 섹션(312) 및 편향 섹션(313)을 포함한다. 편향 섹션(313)은 제1 섬유(310)를 따라 제1 섹션(311) 및 제2 섹션(312) 사이에 배열되며 헐(60) 내에서 연장한다. 제1 주요 연장 방향은 제2 주요 연장 방향에 대해 비스듬히 있으며, 편향 섹션(313)에서 제1 섬유(310)는 편향 요소(70)를 형성하는 헐(60)과 접촉한다.

도 3은 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치(1)에 포함된 광학 요소(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 광학 요소(10)는 광학 축(Z)을 갖는 조정 가능한 렌즈이다. 조정 가능한 광학 요소(10)는 액체로 채워진 체적(100)을 포함한다. 액체는 투명하며 체적(100)은 멤브레인(101), 백 윈도우(105) 및 벨로우즈(1006)에 의해 한정된다. 멤브레인(101)은 광학 요소(10)의 광학 표면을 형성한다. 멤브레인(101)은 성형 요소(102)에 연결되며, 제1 섬유(310)로부터의 인장력은 성형 요소(102)에 작용한다. 성형 요소(102)는 가요성이다. 따라서, 성형 요소(102)의 상이한 섹션은 광학 축(z)을 따른 그 위치가 달라질 수 있다. 인장력은 광학 표면의 형상의 변화를 초래하며, 광학 표면의 형상의 변화는 조정 가능한 광학 요소(10)의 광학 특성의 변화를 초래한다.

도 4a는 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치(10)에 포함된 광학 요소(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 제1 섬유(310)는 성형 요소(102)의 상이한 편향 지점에 부착된다. 조정 가능한 광학 장치(1)는 잠금 유닛(80)을 포함하며, 온-상태에서 잠금 유닛(80)은 정의된 상태에서 광학 특성을 유지하도록 배열되며, 오프-상태에서 잠금 유닛(80)은 광학 특성의 변화를 제한하지 않는다.

잠금 유닛(80)은 온-상태로 전환될 때 제1 섬유의 제1 단부(310a)로부터 제2 단부(310b)로의 인장력의 전달을 차단하도록 배열된다. 오프-상태 잠금 유닛(80)은 제1 섬유(310)의 움직임을 한정하지 않는다. 본 실시예에서, 잠금 유닛(80)은 제1 섬유(310)에 대해 횡방향으로 연장하는 잠금 섬유(81)를 포함한다. 잠금 섬유(81)는 잠금 유닛(80)이 온-상태에 있을 때 잠금 패드(82)에 대해 제1 섬유(310)를 누르도록 배열된다. 따라서, 작동 지점(104)은 광학 축(Z)을 따라 그 위치를 유지하며, 이에 의해 조정 가능한 렌즈(10)의 튜닝 상태가 유지된다.

도 4b는 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치(10)에 포함되는 광학 요소(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 제1 섬유(310)는 성형 요소(102)의 상이한 편향 지점에 부착된다. 조정 가능한 광학 장치(1)는 잠금 유닛(80)을 포함하며, 온-상태에서 잠금 유닛(80)은 정의된 상태에서 광학 특성을 유지하도록 배열되고, 오프-상태에서 잠금 유닛(80)은 광학 특성의 변화를 제한하지 않는다. 여기서 잠금 유닛(80)은 용기 둘레에 원주 방향으로 연장하는 형상 기억 합금(SMA)을 포함한다. 용기(106)는 SMA에 대한 카운터 지지대(counter support)를 제공한다.

특히, 용기(106)는 조정 가능한 광학 부품(10)을 조정하도록 배열된 액추에이터(20)에 대한 카운터 지지대를 제공한다. 액추에이터(20)는 다수의 SMA 섬유(21)를 포함하며, 이는 용기(106) 주위로 원주 방향으로 연장한다. 액추에이터는 제1 섬유(310)에 연결되며, 이는 SMA로부터 성형 요소(102)로 안장력을 전달하도록 배열된다. SMA(21)는 접촉 요소(107)에 의해 전기적으로 연결 가능하다.

제1 섬유(310)(점선)는 조정 가능한 광학 요소(10)의 용기(106) 주위로 연장하는 액추에이터(20)에 연결된다. 용기(106)는 측방향으로 조정 가능한 광학 요소의 체적을 한정한다. 특히, 용기(106)는 강성이며 용기(106)는 조정 가능한 광학 요소(10)를 조정할 때 변형되지 않는다. 액추에이터는 용기(106) 주위를 감싸는 형상 기억 합금(21)(점선)을 포함하는 와이어를 포함한다.

도 5는 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치(1)에 포함되는 광학 요소(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 5에 도시되는 실시예는 유지 요소(40)를 포함함으로써 도 3에 도시되는 실시예와 상이하다. 유지 요소(40)는 유지력을 생성하도록 배열되며, 유지력은 제1 섬유(310)에 의해 제공된 인장력에 대해 반대 방향으로 작용한다. 제1 섬유(310)는 제1 단부(310a) 및 제2 단부(310b)를 포함하며, 제1 단부(310a)는 액추에이터(20)에 연결되며 제2 단부(310b)는 광학 요소(10)에 연결된다. 인장력은 제1 단부(310a)에 작용하며, 유지력은 제2 단부(310b)에 작용한다. 본 실시예에서, 유지 요소(40)는 다중 스프링을 포함하며, 스프링은 광학 축(Z)을 따라 성형 요소(102)를 이동시키도록 배열된다. 특히, 유지 요소(40)는 액추에이터(20)가 인장력을 제공하지 않고 잠금 유닛(80이 오프-상태이면 조정 가능한 광학 요소(10)가 튜닝되지 않은 상태로 돌아가도록 배열된다.

도 6은 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치(1)에 포함되는 액추에이터(20)의 예시적인 실시예를 도시한다. 액추에이터는 안경다리(91) 내에 배열된다. 조정 가능한 광학 장치(1)는 제어 유닛(83) 및 가속도계(84)를 포함하며, 가속도계(84)는 광학 장치(10)에 작용하는 가속도력을 측정하도록 배열된다. 가속도계(84)는 출력 신호(840)를 제어 유닛(83)에 전달한다. 출력 신호(83)는 측정된 가속도에 비례하며, 제어 유닛(83)은 가속도계(84)의 출력 신호가 미리 정의된 값을 초과할 때 잠금 유닛(80)을 온-상태로 설정하도록 배열된다.

조정 가능한 광학 장치는 다수의 제1 섬유(310)를 포함하며, 제1 섬유(310)는 인장력을 액추에이터(20)로부터 광학 요소(10)로 전달하도록 배열된다. 액추에이터(20)는 베어링(232)에 회전 가능하게 부착된 레버(23)를 포함한다. 제1 섬유(310)의 제1 단부(310a)는 레버(23)의 상이한 부착 지점(231)에서 각각 결합된다. 액추에이터(20)의 주어진 스트로크에 대한 각 제1 섬유(310)의 운동 범위는 레버(23)를 따른 각 부착 지점(231)의 위치에 의존한다. 운동 범위는 베어링(232)에 대한 부착 지점(231)의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 유리하게는, 레버(23)는 제1 섬유(310)의 다수의 상이한 운동 범위에서 단일 스트로크를 전달할 수 있게 한다.

도 7, 8 및 9는 조정 가능한 광학 장치(1)에 포함되는 편향 요소(70)의 예시적인 실시예를 도시한다. 제1 섬유(310)는 제1 주요 연장 방향(311a)을 갖는 제1 섹션(311), 제2 주요 연장 방향(312a)을 갖는 제2 섹션(312) 및 편향 섹션(313)을 포함한다. 편향 섹션(313)은 제1 섬유(310)를 따라 제1 섹션(311) 및 제2 섹션(312) 사이에 배열된다. 편향 섹션(313)에서 제1 섬유(310)는 편향 요소(70)와 접촉한다. 제1 주요 연장 방향(311a)은 제2 주요 연장 방향(312a)에 대해 비스듬히 있다.

편향 요소(70)는 마운트(71) 및 가이드 요소(72)를 포함한다. 가이드 요소(72)는 편향 섹션(313)을 안내하도록 배열되며 가이드 요소(72)는 편향 섹션(313)과 직접 접촉한다. 가이드 요소(72)는 받침점(73)에서 마운트(71)에 선회 가능하게 연결된다.

도 7의 실시예에서, 편향 섹션(313)과 접촉하는 가이드 요소(72)의 부분은 일정한 곡률 반경을 가지며 받침점은 상기 부분에 등거리인 위치에 배열된다. 따라서, 편향 요소는 제1 섬유(310)의 레버리지를 변경하지 않는다.

도 8의 실시예에서, 편향 섹션(313)과 접촉하는 가이드 요소(72)의 부분은 제2 섹션(312)에 더 가까운 측에서 보다 제1 섹션에 더 가까운 측에서 더 작은 곡률 반경을 갖는다. 따라서, 받침점(73)과 편향 섹션(313) 사이의 거리는 편향 섹션(313)을 따라 변한다. 받침점은 제1 섹션보다 제2 섹션에 더 가까운 위치에 배열된다. 따라서, 편향 요소는 제1 섬유(310)의 레버리지를 변경하고, 이는 주어진 스트로크에 대한 제2 부분의 편향보다 제1 부분의 더 작은 편향을 초래한다.

도 9의 실시예에서, 편향 섹션(313)과 접촉하는 가이드 요소(72)의 부분은 제2 섹션(312)에 더 가까운 측에서보다 제1 섹션에 더 가까운 측에서 더 큰 곡률 반경을 갖는다. 따라서, 받침점(73)과 편향 섹션(313) 사이의 거리는 편향 섹션(313)을 따라 변한다. 받침점은 제2 섹션보다 제1 섹션에 더 가까운 위치에 배열된다. 따라서, 편향 요소는 제1 섬유(310)의 레버리지를 변경하고 이는 주어진 스트로크에 대한 제2 부분의 편향보다 제1 부분의 더 큰 편향을 초래한다.

도 10은 개략적인 단면도로 조정 가능한 광학 장치에 포함되는 선회 요소(50), 제1 섬유(310), 제2 섬유(320)를 갖는 전송 유닛(30)의 예시적인 실시예를 도시한다. 제1 섬유(310) 및 제2 섬유(320)는 헐(60)에서 안내된다.

선회 요소(50)는 선회 요소(50)가 그 주위에서 회전 가능한 선회 지점(51)을 포함한다. 제1 섬유(310)의 제2 단부(310b) 및 제2 섬유(320)의 제2 단부(320b)는 선회 지점(51)에 대해 선회 요소(50)의 반대측에 연결된다. 제1 섬유(310)의 인장력은 제1 방향, 특히 시계 방향으로 선회 요소(50)의 회전을 초래하며, 제2 섬유(320)의 인장력은 제2 방향, 특히 반시계 방향으로 선회 요소(50)의 회전을 초래하며, 제1 방향은 제2 방향에 반대이다. 특히, 제2 섬유(320)의 인장력은 제1 섬유(310)에 대한 유지력이다.

도 11 및 12는 2 개의 상이한 측면에서 본 조정 가능한 광학 장치에 포함되는 권선 요소(22)의 예시적인 실시예이다. 액추에이터(20)는 권선 요소(22)를 포함하며, 다수의 제1 섬유(310)는 권선 요소(22)의 주위에 적어도 부분적으로 감긴다. 액추에이터(20)는 회전축(R)을 중심으로 권선 요소(22)를 회전시키도록 배열되며, 인장력은 권선 요소(22)의 회전에 의해 생성된다.

도 12의 회전축(R)을 따른 도면에 도시된 바와 같이, 권선 요소(22)는 원통형 형상을 갖고 다중 섹션(221)을 포함한다. 제1 섬유는 섹션(221) 중 하나 주위에 각각 감기며, 적어도 2 개의 섹션(221)은 상이한 직경을 가지며/가지거나 원통형 형상은 비원형 단면적을 갖는다.

도 13은 개략적인 측면도로 조정 가능한 광학 장치(1)에 포함되는 광학 요소(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 전송 유닛(30)은 2 개의 제1 섬유(310)를 포함하며, 이는 광학 요소(10)의 원주 둘레에 십자형으로 배열된다. 액추에이터(20)는 인장력을 제공하며, 이에 의해 백 윈도우(105)와 성형 요소(102) 사이의 거리가 감소된다. 이러한 움직임은 체적(100)의 압력을 증가시키며, 이에 의해 멤브레인(101)은 광학 축(z)을 따라 편향된다.

도 14a는 개략적인 단면도로 조정 가능한 광학 장치(1)의 예시적인 실시예를 도시한다. 액추에이터(20)는 형상 기억 합금(21)을 포함한다. 형상 기억 합금(21)은 제1 섬유(310)에 의해 광학 요소(10)로 전달되는 인장력을 제공하도록 배열된다. 형상 기억 합금(21)은 형상 기억 합금(21)의 전류에 의해 작동될 수 있다.

특히, 제1 섬유(310)는 형상 기억 합금을 포함하거나 제1 섬유(310)는 형상 기억 합금(21)으로 이루어진다.

성형 요소(102)의 이동은 힌지(103)에 의해 안내된다. 힌지(103)는 성형 요소(102)와 백 윈도우(105)의 상대적인 움직임을 안내하며, 성형 요소(102)는 강성이다. 유리하게는, 광학 요소의 튜닝 상태는 성형 요소(102)의 안내된 운동으로 인해 제어하기가 특히 간단하다.

조정 가능한 광학 장치(1)는 형상 기억 합금(21) 및 스프링(85)을 갖는 잠금 유닛(80)을 포함한다. 온 상태에서, 스프링은 안경다리의 측벽에 대해 제1 섬유(310)를 밀어서 제1 섬유(310)의 움직임이 차단된다. 오프-상태에서, 형상 기억 합금은 스프링(85)을 제1 섬유(310)로부터 멀어지게 잡아당긴다. 이에 의해 제1 섬유는 스프링(85)에 의해 운동이 제한되지 않는다.

도 14b는 개략적인 단면도로 조정 가능한 광학 장치(1)의 예시적인 실시예를 도시한다. 액추에이터(20)는 제1 섬유(310)를 형성하는 형상 기억 합금(21)을 포함한다. 형상 기억 합금(21)은 제1 섬유(310)에 의해 광학 요소(10)에 전달되는 인장력을 제공하도록 배열된다. 성형 요소(102)의 움직임은 힌지(103)에 의해 안내된다. 힌지(103)는 성형 요소(102)와 백 윈도우(105)의 상대적인 움직임을 안내하며, 성형 요소(102)는 강성이다. 체적(100)은 강성 용기(106), 백 윈도우(105) 및 멤브레인(101)에 의해 한정된다. 멤브레인(101)은 성형 요소(102) 및 용기(106) 사이에서 적어도 부분적으로 연장한다. 멤브레인(101)은 성형 요소가 백 윈도우(105)에 대해 회전될 때 탄성적으로 변형될 수 있으며, 이에 의해 성형 요소의 적어도 일부는 광학 축(Z)을 따라 편향될 수 있다. 힌지(103)는 적어도 단면에서 광학 축(Z)을 따라 성형 요소(102)의 움직임을 제한하며, 이에 의해 힌지는 백 윈도우(105)에 대한 성형 요소(102)의 회전축을 정의한다.

도 14c는 개략적인 단면도로 조정 가능한 광학 장치(1)의 예시적인 실시예를 도시한다. 액추에이터(20)는 도 14b에 도시된 액추에이터와 유사하게 작동한다. 밸로우즈 구조(106)는 체적(100)을 측방향으로 한정한다. 여기 및 다음에서 측방향은 광학 축(Z)에 대해 수직으로 연장한다. 벨로우즈 구조(106)는 광학 축(Z)을 따라 연장할 수 있는 접힌 멤브레인으로부터 형성될 수 있다. 힌지(103)는 벨로우즈 구조(106)의 강화된 섹션에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 멜로우즈 구조는 벨로우즈 구조(106)에 적용되는 접착제에 의해 국부적으로 강화된다.

도 15는 일 방향으로의 개략적인 단면도로 가요성 샤프트를 형성하는 제1 섬유(310)의 예시적인 실시예를 도시한다. 제1 섬유(310)는 코어 와이어(31)를 포함하며 단면도는 코어 와이어(310)의 주요 연장 방향에 수직인 방향이다. 와이어의 2 개의 층은 코어 와이어(31)를 중심으로 감긴다. 제1 와이어 층(32)은 코어 와이어(31)를 중심으로 시계 방향으로 감기며 제2 와이어 층(33)은 제1 와이어 층(32)을 중심으로 반시계 방향으로 감긴다. 따라서, 제1 와이어 층(32)의 인장력은 시계 방향으로 토크를 전달하고 제2 와이어 층(33)의 인장력은 반시계 방향으로 토크를 전달한다.

도 16은 코어 와이어(31)의 주요 연장 방향을 따른 방향으로의 개략적인 단면도로 가요성 샤프트를 형성하는 제1 섬유의 예시적인 실시예를 도시한다. 특히, 제1 섬유(310)는 추가의 와이어 층을 포함할 수 있다.

도 17은 개략적인 단면도로 가요성 샤프트에 연결되는 조정 가능한 광학 장치(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 제1 섬유(310)는 가요성 샤프트를 형성한다. 액추에이터(20)(미도시)는 제1 섬유(310)의 제1 단부(310a)에 토크를 전달한다. 토크는 주요 연장 축 주위, 특히 코어 와이어 주위에 제1 섬유(310)의 회전을 초래한다. 광학 요소(10)는 토크를 광학 특성의 변화로 변환하도록 배열된다. 전송 유닛(30)은 제1 섬유(31)와 성형 요소(102)를 기계적으로 연결하는 적어도 하나의 연결 요소(34)를 포함한다. 연결 요소(34)는 시계 방향 및 반시계 방향으로 토크를 전달하도록 배열된다. 토크는 광학 축(Z)을 따라 성형 요소(102)를 편향시키며, 이는 멤브레인(101)의 표면 프로파일의 변화를 초래하며, 이에 의해 조정 가능한 광학 요소(10)의 광학 특성이 변경된다.

본 발명은 그 설명에 의해 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 모든 새로운 특징 및 특징의 모든 조합을 포함하며, 특히 이 특징 또는 이 조합 자체가 특허 청구항 또는 예시적인 실시예에 명시적으로 지정되지 않더라도 특허 청구항의 특징의 모든 조합을 포함한다.

1 조정 가능한 광학 장치
10 조정 가능한 광학 요소
20 액추에이터
30 전송 유닛
310 제1 섬유
90 머리 장착 가능 장치
91 안경다리
60 헐
311 제1 섹션
312 제2 섹션
313 편향 섹션
100 체적
101 멤브레인
102 성형 요소
103 힌지
104 편향 지점
105 백 윈도우
106 벨로우즈
310a 제1 섬유의 제1 단부
310b 제1 섬유의 제2 단부
70 편향 요소
40 유지 요소
80 잠금 유닛
81 잠금 섬유
82 잠금 패드
23 레버
231 부착 지점
232 베어링
83 제어 유닛
84 가속도계
71 마운트
72 가이드 요소
73 받침대
z 광학 축
311a 제1 섹션의 주요 연장 방향
312a 제2 섹션의 주요 연장 방향
50 선회 요소
51 선회 지점
320 제2 섬유
22 권선 요소
221 섹션
R 회전축
21 형상 기억 합금
85 스프링
106 용기
31 코어 와이어
32 제1 와이어 층
33 제2 와이어 층
34 연결 요소
107 접촉 요소

Claims

광학 요소(10), 액추에이터(20) 및 전송 유닛(30)을 포함하는 조정 가능한 광학 장치(1)로서,
상기 전송 유닛(30)은 제1 섬유(310)를 포함하며,
상기 제1 섬유(310)는 액추에이터(20)로부터 광학 요소(10)에 인장력을 전달하도록 배열되며, 그리고
인장력은 상기 광학 요소(10)의 광학 특성의 변화를 초래하는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항에 있어서,
유지 요소(40)를 포함하며, 상기 유지 요소(40)는 유지력을 생성하도록 배열되며,
유지력은 인장력에 대해 반대 방향이며,
상기 제1 섬유(310)는 제1 단부(310a) 및 제2 단부(310b)를 포함하며, 제1 단부(310a)는 액추에이터(20)에 연결되며 제2 단부(310b)는 광학 요소(10)에 연결되며,
인장력은 상기 제1 단부(310a)에 작용하며, 그리고
유지력은 상기 제2 단부(310b)에 작용하는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제2 섬유(320) 및 선회 요소(50)를 포함하며,
상기 선회 요소(50)는 선회 요소(50)가 그 주위에서 회전 가능한 선회 지점(51)을 포함하며,
상기 제1 섬유(310)의 제2 단부(310b) 및 제2 섬유(320)의 제2 단부(320b)는 선회 지점(51)에 대해 선회 요소(50)의 반대측에 연결되며,
상기 제1 섬유(310)의 인장력은 제1 방향으로 선회 요소(50)의 회전을 초래하며, 상기 제2 섬유(320)의 인장력은 제2 방향으로 선회 요소(50)의 회전을 초래하며, 제1 방향은 제2 방향에 반대인,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 섬유(310)는 제1 주요 연장 방향을 갖는 제1 섹션(311), 제2 주요 연장 방향을 갖는 제2 섹션(312) 및 편향 섹션(313)을 포함하며,
상기 편향 섹션(313)은 제1 섬유(310)를 따라 제1 섹션(311) 및 제2 섹션(312) 사이에 배열되며, 그리고
상기 제1 주요 연장 방향은 제2 주요 연장 방향에 대해 비스듬히 있으며, 그리고
상기 편향 섹션(313)에서 제1 섬유(310)는 편향 요소(70)와 접촉하는,
조정 가능한 광학 장치.
제4항에 있어서,
상기 편향 요소(70)는 마운트(71) 및 가이드 요소(72)를 포함하며,
상기 가이드 요소(72)는 편향 섹션(313)을 안내하도록 배열되며,
상기 가이드 요소(72)는 편향 섹션(313)과 직접 접촉하며,
상기 가이드 요소(72)는 받침대(73)에서 마운트(71)에 선회 가능하게 연결되며,
상기 받침대(73)와 편향 섹션(313) 사이의 거리는 편향 섹션(313)을 따라 변하는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전송 유닛은 헐(60, hull)을 포함하며, 제1 섬유(310) 및 헐(60)은 보우덴 케이블을 형성하는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
잠금 유닛(80)을 포함하며, 온-상태에서 잠금 유닛(80)은 정의된 상태에서 광학 특성을 유지하도록 배열되며, 오프-상태에서 잠금 유닛(80)은 광학 특성의 변화를 제한하지 않는,
조정 가능한 광학 장치.
제7항에 있어서,
제어 유닛(83) 및 가속도계(84)를 포함하며, 상기 가속도계(84)는 광학 장치(10)에 작용하는 가속도력을 측정하도록 배열되며,
상기 가속도계(84)는 제어 유닛(83)에 출력 신호(840)를 전달하며,
상기 출력 신호(840)는 측정된 가속도에 의존하며, 그리고
상기 제어 유닛(83)은 가속도계(84)의 출력 신호(840)가 미리 정의된 값을 초과할 때 잠금 유닛(80)을 온-상태로 설정하도록 배열되는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 액추에이터(20)는 형상 기억 합금(21)을 포함하는,
조정 가능한 광학 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 섬유(310)는 형상 기억 합금을 포함하거나 제1 섬유(310)는 형상 기억 합금으로 이루어지는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 액추에이터(20)는 권선 요소(22)를 포함하며,
상기 제1 섬유(310)는 권선 요소(22) 주위에 적어도 부분적으로 감기며,
상기 액추에이터(20)는 권선 요소(22)를 회전시키도록 배열되며, 인장력은 상기 권선 요소(22)의 회전에 의해 생성되는,
조정 가능한 광학 장치.
제11항에 있어서,
다수의 제1 섬유(310)를 포함하며,
상기 제1 섬유(310)는 액추에이터(20)로부터 광학 요소(10)로 인장력을 전달하도록 배열되는,
상기 권선 요소(22)는 원통형 형상을 가지며,
상기 권선 요소(22)는 다수의 섹션(221)을 포함하며, 각 제1 섬유(310)는 섹션 중 하나의 주위에 감기며, 적어도 2 개의 섹션(221)은 상이한 직경을 가지며/가지거나 원통형 형상은 비원형 단면적을 갖는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
다수의 제1 섬유(310)를 포함하며, 상기 제1 섬유(310)는 액추에이터(20)로부터 광학 요소(10)로 인장력을 전달하도록 배열되며,
상기 액추에이터(20)는 레버(23)를 포함하며,
상기 제1 섬유(310)의 제1 단부(310a)는 레버(23)의 상이한 부착 지점(231)에 각각 결합되는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광학 요소(10)는 액체로 채워진 체적(100)을 포함하며,
상기 체적(100)은 멤브레인(101)에 의해 한정되며, 멤브레인(101)은 광학 요소(10)의 광학 표면을 형성하며,
상기 멤브레인(101)은 성형 요소(102)에 연결되며, 인장력은 성형 요소(102)에 작용하며, 인장력은 광학 표면의 형상의 변화를 초래하며, 광학 표면의 형상의 변화는 광학 특성의 변화를 초래하는,
조정 가능한 광학 장치.
제14항에 있어서,
상기 성형 요소(102)의 움직임은 힌지(103)에 의해 안내되거나, 또는
상기 성형 요소(102)는 탄성적으로 변형 가능하며,
상기 액추에이터(20)는 다수의 제1 섬유(310)를 포함하며, 그리고
인장력은 상기 성형 요소(102)의 다수의 편향 지점(104)에 전달되며, 편향 지점(104)은 서로 이격되는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 섬유(310)는 가요성 샤프트를 형성하며,
상기 액추에이터(20)는 제1 섬유(310)의 제1 단부(310a)에 토크를 전달하며,
상기 토크는 주요 연장 축을 중심으로 제1 섬유의 회전을 초래하며, 그리고
상기 광학 요소(10)는 토크를 광학 특성의 변화로 변환하도록 배열되는,
조정 가능한 광학 장치.
제1항 또는 제2항에 따른 조정 가능한 광학 장치(1)를 포함하는 머리 장착 가능 장치(90)로서,
상기 머리 장착 가능 장치는 안경, 증강 현실 안경, 가상 현실 안경 중 적어도 하나인,
머리 장착 가능 장치.
제17항에 있어서,
안경다리(91)를 포함하며,
상기 안경다리(91)는 광학 요소(10)와 사용자의 머리 사이에 기계적 연결을 설정하도록 배열되며, 액츄에이터(20)는 안경다리(91) 내에 배열되는,
머리 장착 가능 장치.