KR20230155003A - 2개의 조정가능한 표면들을 갖는 튜닝가능한 렌즈를 갖는 전자 디바이스 - Google Patents

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KR20230155003A
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제임스 이. 페더
이고르 스타메노브
리차드 제이. 토플리스
토마스 엠. 그레고리
마이클 디. 시몬즈
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애플 인크.
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Abstract

렌즈 모듈은 제1 렌즈 요소, 제1 렌즈 요소에 결합된 렌즈 형상화 구조물, 및 제1 렌즈 요소를 조정하기 위해 렌즈 형상화 구조물의 위치를 조정하도록 구성된 복수의 액추에이터들을 포함할 수 있다. 렌즈 모듈은 또한 제2 렌즈 요소, 및 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이의 유체-충전 챔버를 포함할 수 있다. 추가적인 액추에이터들을 요구하지 않고 제2 렌즈 요소의 동적 조정들을 허용하기 위해, 제2 렌즈 요소는 반-강성 렌즈 요소일 수 있다. 액추에이터들이 제1 렌즈 요소의 곡률을 조정할 때, 제2 렌즈 요소에 인가된 게이지 압력이 변경된다. 이는 제2 렌즈 요소의 곡률의 변화를 야기한다. 따라서, 액추에이터들은, 액추에이터들 중 어느 것도 제2 렌즈 요소에 부착되지 않더라도, 제1 및 제2 렌즈 요소들 둘 모두의 곡률을 조정할 수 있다.

Description

2개의 조정가능한 표면들을 갖는 튜닝가능한 렌즈를 갖는 전자 디바이스
본 출원은 2021년 4월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제63/174,840호에 대한 우선권을 주장하며, 이로써 상기 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 대체적으로 전자 디바이스들에 관한 것으로, 더 상세하게는 웨어러블 전자 디바이스 시스템들에 관한 것이다.
전자 디바이스들은 때때로 사용자들에 의해 착용되도록 구성된다. 예를 들어, 헤드 장착형(head-mounted) 디바이스들에는 디바이스들이 사용자의 머리에 착용되게 하는 헤드 장착형 구조물이 제공된다. 헤드 장착형 디바이스들은 렌즈를 갖는 광학 시스템들을 포함할 수 있다. 렌즈는 디바이스들 내의 디스플레이들이 사용자들에게 시각적 콘텐츠를 제시하게 한다.
헤드 장착형 디바이스들은 전형적으로 고정된 형상들 및 속성들을 갖는 렌즈들을 포함한다. 주의를 기울이지 않으면, 헤드 장착형 디바이스의 각각의 사용자에게 콘텐츠를 최적으로 제시하도록 이들 유형의 렌즈들을 조정하는 것은 어려울 수 있다.
헤드 장착형 디바이스는 사용자를 위해 콘텐츠를 디스플레이하는 디스플레이를 가질 수 있다. 디바이스 내의 헤드 장착형 지지 구조물들은 사용자의 머리 상에서 디스플레이를 지지한다.
헤드 장착형 디바이스 내의 렌즈 모듈은 제1 투명 렌즈 요소, 제1 투명 렌즈 요소에 결합된 렌즈 형상화 구조물, 및 제1 투명 렌즈 요소를 조정하기 위해 렌즈 형상화 구조물의 위치를 조정하도록 구성된 복수의 액추에이터들을 포함할 수 있다. 렌즈 모듈은 또한 제2 투명 렌즈 요소, 및 제1 투명 렌즈 요소와 제2 투명 렌즈 요소 사이의 유체-충전 챔버를 포함할 수 있다.
렌즈 모듈 내에 추가적인 액추에이터들을 요구하지 않고 제2 투명 렌즈 요소의 동적 조정들을 허용하기 위해, 제2 투명 렌즈 요소는 반-강성 투명 렌즈 요소일 수 있다. 액추에이터들이 제1 투명 렌즈 요소의 곡률을 조정할 때, 제2 투명 렌즈 요소에 인가된 게이지 압력이 변경된다. 이는 제2 투명 렌즈 요소의 곡률의 변화를 야기한다. 따라서, 액추에이터들은, 액추에이터들 중 어느 것도 제2 투명 렌즈 요소에 부착되지 않더라도, 제1 투명 렌즈 요소 및 제2 투명 렌즈 요소의 곡률 둘 모두를 조정할 수 있다.
제2 투명 렌즈 요소는 선택적으로, 제1 투명 렌즈 요소의 곡률이 업데이트될 때, 제2 투명 렌즈 요소가 점진적으로 곡률을 변화시키는 것을 보장하기 위해, 바이어싱 구조물 또는 가요성 밀봉에 결합될 수 있다. 일부 배열들에서, 제2 투명 렌즈 요소는 제1 안정 상태에서 볼록하고 제2 안정 상태에서 오목한 쌍안정 렌즈 요소일 수 있다.
렌즈 모듈은 또한 제1 유체-충전 챔버 외에도 제2 유체-충전 챔버를 포함할 수 있다. 제1 유체-충전 챔버와 제2 유체-충전 챔버 사이의 채널은 제1 유체-충전 챔버와 제2 유체-충전 챔버 사이에서 유체가 이동하는 것을 가능하게 할 수 있다. 채널 내의 밸브는 유체 교환을 가능하게 하기 위해 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 제1 투명 렌즈 요소를 조작하는 액추에이터들은 제1 유체-충전 챔버 및 제2 유체-충전 챔버 각각 내의 유체의 양을 제어하는 데 사용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 헤드 장착형 디스플레이 디바이스와 같은 예시적인 전자 디바이스의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 헤드 장착형 디바이스의 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른, 탄성중합체 렌즈 요소 및 강성 렌즈 요소를 포함하는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도들이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 개개의 액추에이터들에 결합하기 위한 연장부들을 포함하는 예시적인 렌즈 형상화 요소의 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따른, 탄성중합체 렌즈 요소 및 반-강성 렌즈 요소를 포함하는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따른, 바이어싱 구조물에 결합된 반-강성 렌즈 요소 및 탄성중합체 렌즈 요소를 포함하는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도들이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른, 가요성 밀봉에 결합된 반-강성 렌즈 요소 및 탄성중합체 렌즈 요소를 포함하는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도들이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 제1 및 제2 유체-충전 챔버들, 및 제1 유체-충전 챔버와 제2 유체-충전 챔버 사이의 유동을 제어하기 위한 밸브를 포함하는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 일 실시예에 따른, 탄성중합체 렌즈 요소 및 쌍안정 반-강성 렌즈 요소를 포함하는 예시적인 렌즈 모듈의 측단면도들이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 렌즈 요소 상의 게이지 압력의 함수로서 그 렌즈 요소의 곡률 반경에 대한 예시적인 프로파일들의 그래프이다.
전자 디바이스들은 사용자들에게 콘텐츠를 제시하기 위한 디스플레이들 및 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 전자 디바이스들은 웨어러블 전자 디바이스들일 수 있다. 헤드 장착형 디바이스와 같은 웨어러블 전자 디바이스는 헤드 장착형 디바이스가 사용자의 머리에 착용될 수 있게 하는 헤드 장착형 지지 구조물들을 가질 수 있다.
헤드 장착형 디바이스는 사용자에게 시각적 콘텐츠를 디스플레이하기 위한 하나 이상의 디스플레이 패널들(디스플레이들)로부터 형성된 디스플레이를 포함할 수 있다. 사용자가 디스플레이 상에 초점을 맞추고 시각적 콘텐츠를 볼 수 있게 하도록 렌즈 시스템이 사용될 수 있다. 렌즈 시스템은 사용자의 좌안과 정렬되는 좌측 렌즈 모듈 및 사용자의 우안과 정렬되는 우측 렌즈 모듈을 가질 수 있다.
헤드 장착형 디바이스 내의 렌즈 모듈들은 조정가능한 렌즈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 관찰자들을 위한 디스플레이 콘텐츠를 조정하기 위해 유체 충전 조정가능 렌즈들이 사용될 수 있다.
렌즈 모듈을 구비한 전자 디바이스를 갖는 예시적인 시스템의 개략도가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(8)은 전자 디바이스(10)와 같은 하나 이상의 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 시스템(8)의 전자 디바이스들은 컴퓨터들, 셀룰러 전화기들, 헤드 장착형 디바이스들, 손목시계 디바이스들, 및 다른 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 전자 디바이스(10)가 헤드 장착형 디바이스인 구성들이 때때로 본 명세서에서 일 예로서 설명된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(10)와 같은 전자 디바이스들은 제어 회로부(12)를 가질 수 있다. 제어 회로부(12)는 디바이스(10)의 동작을 제어하기 위한 저장소 및 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 회로부(12)는 하드 디스크 드라이브 저장소, 비휘발성 메모리(예를 들어, 솔리드 스테이트 드라이브를 형성하도록 구성된 전기적으로 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리), 휘발성 메모리(예를 들어, 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리) 등과 같은 저장소를 포함할 수 있다. 제어 회로부(12) 내의 프로세싱 회로부는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 마이크로제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 기저대역 프로세서들, 전력 관리 유닛들, 오디오 칩들, 그래픽 프로세싱 유닛들, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit)들 및 다른 집적 회로들에 기초할 수 있다. 소프트웨어 코드는 회로부(12) 내의 저장소에 저장되고 회로부(12) 내의 프로세싱 회로부 상에서 실행되어, 디바이스(10)에 대한 제어 동작들(예를 들어, 데이터 수집 동작들, 3차원 안면 이미지 데이터를 프로세싱하는 데 수반되는 동작들, 제어 신호들을 사용한 컴포넌트들의 조정을 수반하는 동작들 등)을 구현할 수 있다. 제어 회로부(12)는 유선 및 무선 통신 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로부(12)는 무선 주파수 송수신기 회로부, 예컨대 셀룰러 전화 송수신기 회로부, 무선 근거리 통신망(WiFi®) 송수신기 회로부, 밀리미터파 송수신기 회로부, 및/또는 다른 무선 통신 회로부를 포함할 수 있다.
동작 동안, 시스템(8) 내의 디바이스들의 통신 회로부(예를 들어, 디바이스(10)의 제어 회로부(12)의 통신 회로부)는 전자 디바이스들 사이의 통신을 지원하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 전자 디바이스는 시스템(8) 내의 다른 전자 디바이스로 비디오 및/또는 오디오 데이터를 송신할 수 있다. 시스템(8) 내의 전자 디바이스들은 유선 및/또는 무선 통신 회로부를 사용하여 하나 이상의 통신 네트워크들(예를 들어, 인터넷, 근거리 통신망 등)을 통해 통신할 수 있다. 통신 회로부는, 데이터가 외부 장비(예를 들어, 테더링된(tethered) 컴퓨터, 핸드헬드 디바이스 또는 랩톱 컴퓨터와 같은 휴대용 디바이스, 원격 서버 또는 다른 원격 컴퓨팅 장비와 같은 온라인 컴퓨팅 장비, 또는 다른 전기 장비)로부터 디바이스(10)에 의해 수신되게 허용하고 그리고/또는 데이터를 외부 장비에 제공하는 데 사용될 수 있다.
디바이스(10)는 입력-출력 디바이스들(22)을 포함할 수 있다. 입력-출력 디바이스들(22)은 사용자가 디바이스(10)에 사용자 입력을 제공하게 허용하는 데 사용될 수 있다. 입력-출력 디바이스들(22)은 또한, 디바이스(10)가 동작하고 있는 환경에 대한 정보를 수집하는 데 사용될 수 있다. 디바이스들(22) 내의 출력 컴포넌트들은 디바이스(10)가 사용자에게 출력을 제공하게 허용할 수 있고, 외부 전기 장비와 통신하는 데 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 입력-출력 디바이스들(22)은 디스플레이(14)와 같은 하나 이상의 디스플레이들을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 디바이스(10)의 디스플레이(14)는 사용자의 좌안 및 우안과 각각 정렬 상태에 있는 (때때로 디스플레이(14)의 좌측 부분 및 우측 부분 및/또는 좌측 디스플레이 및 우측 디스플레이로 지칭되는) 좌측 디스플레이 패널 및 우측 디스플레이 패널을 포함한다. 다른 구성들에서, 디스플레이(14)는 양쪽 눈을 가로질러 연장되는 단일 디스플레이 패널을 포함한다.
디스플레이(14)는 이미지들을 디스플레이하는 데 사용될 수 있다. 디스플레이(14) 상에 디스플레이되는 시각적 콘텐츠는 디바이스(10)의 사용자에 의해 보여질 수 있다. 디스플레이(14)와 같은 디바이스(10) 내의 디스플레이들은 유기 발광 다이오드 디스플레이들 또는 발광 다이오드들의 어레이들에 기초한 다른 디스플레이들, 액정 디스플레이들, LCoS(liquid-crystal-on-silicon) 디스플레이들, 특수 광학장치(예컨대, 디지털 마이크로미러 디바이스들)를 통해 직접적으로 또는 간접적으로 표면 상에 광 빔들을 투사하는 것에 기초한 프로젝터들 또는 디스플레이들, 전기영동 디스플레이들, 플라즈마 디스플레이들, 전기습윤 디스플레이들, 또는 임의의 다른 적합한 디스플레이들일 수 있다.
디스플레이(14)는 가상 현실 콘텐츠 또는 혼합 현실 콘텐츠와 같은 컴퓨터-생성 현실(computer-generated reality, CGR)을 위한 디스플레이 콘텐츠를 제시할 수 있다. 디스플레이(14)가 렌즈들을 통해 사용자에게 가상 현실 콘텐츠를 디스플레이하는 데 사용되는 구성들이 일 예로서 본 명세서에 때때로 설명된다.
입력-출력 회로부(22)는 센서들(16)을 포함할 수 있다. 센서들(16)은, 예를 들어, 3차원 센서들(예를 들어, 광의 빔들을 방출하고, 타깃이 광의 빔들에 의해 조명될 때 생성되는 광 스폿들로부터 3차원 이미지들을 위한 이미지 데이터를 수집하기 위해 2차원 디지털 이미지 센서들을 사용하는 구조화된 광 센서들과 같은 3차원 이미지 센서들, 양안 이미징 배열 내의 2개 이상의 카메라들을 사용하여 3차원 이미지들을 수집하는 양안 3차원 이미지 센서들, 3차원 라이다(lidar)(광 검출 및 레인징) 센서들, 3차원 무선 주파수 센서들, 또는 3차원 이미지 데이터를 수집하는 다른 센서들), 카메라들(예를 들어, 적외선 및/또는 가시 디지털 이미지 센서들), 시선 추적 센서들(예를 들어, 이미지 센서에 기초한 시선 추적 시스템, 및 원하는 경우, 사용자의 눈들로부터 반사된 후에 이미지 센서를 사용하여 추적되는 광의 하나 이상의 빔들을 방출하는 광원), 터치 센서들, 버튼들, 힘 센서들, 스위치들에 기초한 접촉 센서들과 같은 센서들, 가스 센서들, 압력 센서들, 수분 센서들, 자기 센서들, 오디오 센서들(마이크로폰들), 주변 광 센서들, 음성 커맨드들 및 다른 오디오 입력을 수집하기 위한 마이크로폰들, 모션, 위치, 및/또는 배향에 관한 정보를 수집하도록 구성되는 센서들(예를 들어, 가속도계들, 자이로스코프들, 나침반들, 및/또는 이들 센서들 전부 또는 이들 센서들 중 하나 또는 2개의 센서들의 서브세트를 포함하는 관성 측정 유닛들), 지문 센서들 및 다른 생체측정 센서들, 광학 위치 센서들(광학 인코더들), 및/또는 다른 위치 센서들, 예컨대, 선형 위치 센서들, 및/또는 다른 센서들을 포함할 수 있다. 센서들(16)은 근접 센서들(예컨대, 용량성 근접 센서들, 광 기반(광학) 근접 센서들, 초음파 근접 센서들, 및/또는 다른 근접 센서들)을 포함할 수 있다. 근접 센서들은, 예를 들어, 사용자의 코와 디바이스(10) 내의 렌즈 모듈들 사이의 상대 위치들을 감지하기 위해 사용될 수 있다.
사용자 입력 및 다른 정보는 입력-출력 디바이스들(22) 내의 센서들 및 다른 입력 디바이스들을 사용하여 수집될 수 있다. 원하는 경우, 입력-출력 디바이스들(22)은 다른 디바이스들(24), 예컨대 햅틱 출력 디바이스들(예를 들어, 진동 컴포넌트들), 발광 다이오드들 및 다른 광원들, 오디오 출력을 생성하기 위한 이어 스피커들과 같은 스피커들, 및 다른 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 디바이스(10)는 무선 전력을 수신하기 위한 회로들, 다른 디바이스들로 전력을 무선으로 송신하기 위한 회로들, 배터리들 및 다른 에너지 저장 디바이스들(예를 들어, 커패시터들), 조이스틱들, 버튼들, 및/또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
전자 디바이스(10)는 도 1의 예시적인 지지 구조물들(26)에 의해 도시된 바와 같이, 하우징 구조물들(예를 들어, 하우징 벽들, 스트랩들 등)을 가질 수 있다. 전자 디바이스(10)가 헤드 장착형 디바이스(예컨대, 한 쌍의 안경, 고글, 헬멧, 모자 등)인 구성들에서, 지지 구조물들(26)은 헤드 장착형 지지 구조물들(예컨대, 헬멧 하우징, 헤드 스트랩들, 한 쌍의 안경 내의 템플들, 고글 하우징 구조물들, 및/또는 다른 헤드 장착형 구조물들)을 포함할 수 있다. 헤드 장착형 지지 구조물들은 디바이스(10)의 동작 동안 사용자의 머리 상에 착용되도록 구성될 수 있고, 디스플레이(들)(14), 센서들(16), 다른 컴포넌트들(24), 다른 입력-출력 디바이스들(22), 및 제어 회로부(12)를 지지할 수 있다.
도 2는 전자 디바이스(10)가 헤드 장착형 디바이스인 예시적인 구성의 전자 디바이스(10)의 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(10)는 디바이스(10)의 컴포넌트들을 하우징하고 디바이스(10)를 사용자의 머리에 장착하는 데 사용되는 지지 구조물들(예컨대, 도 1의 지지 구조물들(26) 참조)을 포함할 수 있다. 이러한 지지 구조물들은, 예를 들어, 메인 유닛(26-2)을 위한 하우징 벽들 및 다른 구조물들을 형성하는 구조물들(예컨대, 외부 하우징 벽들, 렌즈 모듈 구조물들 등), 및 메인 유닛(26-2)을 사용자의 안면 상에 유지하는 것을 돕는 구조물들(26-1)과 같은 다른 보완 지지 구조물들 또는 스트랩들을 포함할 수 있다.
디스플레이(14)는, 사용자의 좌안 및 우안에 각각 대응하는 좌측 및 우측 디스플레이 모듈들(70) 내에 각각 장착되는 좌측 및 우측 디스플레이 패널들(예컨대, 때때로 좌측 및 우측 디스플레이들 또는 좌측 및 우측 디스플레이 부분들로 지칭되는 좌측 및 우측 픽셀 어레이들)을 포함할 수 있다. 사용자의 좌안에 대응하는 디스플레이 모듈이 도 2에 도시되어 있다.
각각의 디스플레이 모듈(70)은 디스플레이 부분(14) 및 (때때로 렌즈 스택업(stack-up)(72), 렌즈(72), 또는 조정가능한 렌즈(72)로 지칭되는) 대응하는 렌즈 모듈(72)을 포함한다. 렌즈(72)는, 공통 축을 따라서 배열된 하나 이상의 렌즈 요소들을 포함할 수 있다. 각각의 렌즈 요소는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있고, (예컨대, 임의의 원하는 굴절률을 갖는) 임의의 원하는 재료로 형성될 수 있다. 렌즈 요소들은, 조합하여, 디스플레이(14)로부터의 광을 원하는 방식으로 포커싱하는 고유한 형상들 및 굴절률들을 가질 수 있다. 렌즈 모듈(72)의 각각의 렌즈 요소는 임의의 원하는 재료(예컨대, 유리, 폴리카르보네이트 또는 아크릴과 같은 중합체 재료, 사파이어와 같은 크리스털 등)로 형성될 수 있다.
모듈들(70)은, 선택적으로, 포지셔너(positioner)(58)와 같은 포지셔닝 회로부를 사용하여 사용자의 눈들에 대해 그리고 메인 유닛(26-2)의 하우징 벽 구조물들 중 일부에 대해 개별적으로 위치될 수 있다. 포지셔너(58)는 디스플레이들(14) 및 렌즈 모듈들(72)의 위치를 조정하기 위한 스테퍼 모터들, 압전 액추에이터들, 모터들, 선형 전자기 액추에이터들, 및/또는 다른 전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 포지셔너들(58)은 디바이스(10)의 동작 동안 제어 회로부(12)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 포지셔너들(58)은 사용자의 눈의 동공간 거리(IPD)와 매칭하도록 모듈들(70) 사이의 간격(및 이에 따른 모듈들(70)의 좌측 렌즈와 우측 렌즈 사이의 렌즈-대-렌즈 간격)을 조정하는 데 사용될 수 있다.
일부 경우에, 렌즈 모듈(72)과 디스플레이(14) 사이의 거리는 가변적이다. 예를 들어, 렌즈 모듈과 디스플레이 사이의 거리는 특정 사용자의 시력을 고려하여 조정될 수 있다. 다른 예에서, 렌즈 모듈은 조정가능한 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 일 예로서, 조정가능한 렌즈 요소의 곡률은 사용자의 시력을 보상하기 위해 실시간으로 조정될 수 있다.
일부 경우들에서, 조정가능한 렌즈 모듈은 유체-충전 챔버를 포함할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 유체-충전 챔버를 갖는 조정가능한 렌즈 모듈(72)의 측단면도들이다. 도시된 바와 같이, 유체(92)를 포함하는 유체-충전 챔버(82)(때때로 챔버(82) 또는 유체 챔버(82)로 지칭됨)가 렌즈 요소들(84, 86) 사이에 개재된다.
유체(92)는 미리결정된 굴절률을 갖는 액체, 겔 또는 기체일 수 있다(그리고 그에 따라서 때때로 액체(92), 겔(92) 또는 기체(92)로 지칭될 수 있다). 유체는 때때로 굴절률 매칭 오일, 광학 오일, 광학 유체, 굴절률 매칭 재료, 굴절률 매칭 액체 등으로 지칭될 수 있다. 렌즈 요소들(84, 86)은 동일한 굴절률을 가질 수 있거나 상이한 굴절률들을 가질 수 있다. 렌즈 요소들(84, 86) 사이의 챔버(82)를 충전하는 유체(92)는 렌즈 요소(84)의 굴절률과 동일하지만 렌즈 요소(86)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(86)의 굴절률과 동일하지만 렌즈 요소(84)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(84) 및 렌즈 요소(86)의 굴절률과 동일한 굴절률을 가질 수 있거나, 렌즈 요소(84) 및 렌즈 요소(86)의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 렌즈 요소들(84, 86)은 원형일 수 있거나, 타원형일 수 있거나, 임의의 다른 원하는 형상을 가질 수 있다.
챔버(82) 내의 유체(92)의 양은 일정한 체적 또는 조정가능한 체적을 가질 수 있다. 유체의 양이 조정가능한 경우, 렌즈 모듈은 또한 유체 저장소 및 유체 저장소와 챔버 사이에서 유체를 선택적으로 전달하기 위한 유체 제어 컴포넌트(예컨대, 펌프, 스테퍼 모터, 압전 액추에이터, 모터, 선형 전자기 액추에이터 및/또는 유체 저장소 내의 유체에 힘을 인가하는 다른 전자 컴포넌트)를 포함할 수 있다.
렌즈 요소들(84, 86)은 임의의 원하는 재료(예컨대, 유리, 폴리카르보네이트 또는 아크릴과 같은 중합체 재료, 사파이어와 같은 크리스털 등)로 형성된 투명 렌즈 요소들일 수 있다. 렌즈 요소들(84, 86) 각각은 탄성중합체, 반-강성 또는 강성일 수 있다. 탄성중합체 렌즈 요소들은 높은 가요성을 위해 낮은 영률(Young's modulus)을 갖는 천연 또는 합성 중합체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성중합체 렌즈 요소(84)(때때로 탄성중합체 멤브레인으로 지칭됨)는 1 GPa 미만, 0.5 GPa 미만, 0.1 GPa 미만 등의 영률을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
반-강성 렌즈 요소들은 강성이고 고체이지만 비가요성이 아닌 반-강성 재료로 형성될 수 있다. 반-강성 렌즈 요소는, 예를 들어, 중합체 또는 유리의 얇은 층으로부터 형성될 수 있다. 반-강성 렌즈 요소들은 1 Gpa 초과, 2 GPa 초과, 3 GPa 초과, 10 GPa 초과, 25 GPa 초과 등의 영률을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 반-강성 렌즈 요소들은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴, 유리, 또는 임의의 다른 원하는 재료로 형성될 수 있다. 반-강성 렌즈 요소들의 속성들은, 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때 렌즈 요소가 제1 축을 따라 강성으로 되는 결과를 가져올 수 있다. 이는, 렌즈 요소가 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 만곡될 때에도 제1 축을 따라 가요성을 유지하는 탄성중합체 렌즈 요소와 대조적이다. 반-강성 렌즈 요소들의 속성들은 반-강성 렌즈 요소들이 튜닝가능 렌즈 배율 및 튜닝가능 축을 갖는 원주 렌즈를 형성하도록 허용할 수 있다. 반-강성 렌즈 요소는 탄성중합체 렌즈 요소보다 강성일 수 있지만 강성 렌즈 요소보다 덜 강성일 수 있다.
강성 렌즈 요소들은 유리, 폴리머 재료, 이를테면 폴리카보네이트 또는 아크릴, 결정, 이를테면 사파이어 등으로 형성될 수 있다. 일반적으로, 강성 렌즈 요소들은 렌즈 모듈 내의 렌즈 요소들에 압력이 인가될 때 변형되지 않을 수 있다. 다시 말해서, 강성 렌즈 요소들의 형상 및 위치는 고정될 수 있다. 강성 렌즈 요소의 각각의 표면은 평면형이거나, 오목형(예를 들어, 구형으로 또는 원통형으로 오목함) 또는 볼록형(예컨대, 구형으로 또는 원통형으로 볼록함)일 수 있다. 강성 렌즈 요소들은 25 GPa 초과, 30 GPa 초과, 40 GPa 초과, 50 GPa 초과 등의 영률을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b(및 후속 도면들)에서, 관찰자는 양의 Z-방향에서 렌즈 모듈을 보도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 관찰자가 디바이스(10)를 동작시킬 때, 렌즈 요소(86)는 관찰자와 렌즈 요소(84) 사이에 개재된다. 달리 말하면, 관찰자가 디바이스(10)를 동작시킬 때, 렌즈 요소(84)는 렌즈 요소(86)와 디스플레이(14) 사이에 개재된다.
렌즈 요소들(84, 86) 및 유체-충전 챔버(82)에 부가하여, 렌즈 모듈(72)은 또한 렌즈 형상화 요소(88)를 포함한다. 렌즈 형상화 요소(88)는 하나 이상의 액추에이터들(90)에 결합될 수 있다. 예들로서, 복수의 액추에이터들이 렌즈 형상화 요소의 원주 주위에 포지셔닝될 수 있거나, 또는 단일 액추에이터가 렌즈 형상화 요소의 원주 주위의 다수의 포인트들에서 렌즈 형상화 요소의 편향을 제어할 수 있다. 렌즈 형상화 요소(88)는 또한 렌즈 요소(84)에 결합될 수 있다. 액추에이터들(90)은 렌즈 형상화 요소(88)(때때로 렌즈 형상화기(88), 변형가능한 렌즈 형상화기(88), 렌즈 형상화 구조물(88), 렌즈 형상화 부재(88), 환형 부재(88), 링 형상 구조물(88) 등으로 종종 지칭됨)를 위치시키도록 이동될 수 있다. 렌즈 형상화 요소(88)는 차례로 렌즈 요소(84)의 포지셔닝/형상을 조작한다. 이러한 방식으로, 렌즈 요소(84)의 곡률(그리고 그에 따라, 렌즈 모듈(72)의 렌즈 배율)이 조정될 수 있다. 액추에이터들(90) 및 렌즈 형상화기(88)가 렌즈 요소(84)의 곡률을 변경하는 데 사용되는 예가 도 3b에 도시된다. 도시된 바와 같이, 렌즈 형상화기(88)는 액추에이터들(90)에 의해 방향(94)으로 이동된다. 이는 렌즈 요소(84)가 도 3a(볼록 곡률을 가짐)와 상이한 도 3b(오목 곡률을 가짐)에서의 갖는 곡률을 갖는 것을 초래한다.
도 4는 예시적인 렌즈 형상화 요소(88)의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 렌즈 형상화 요소(88)는 환형 또는 링 형상을 가질 수 있으며, 렌즈 형상화 요소는 중앙 개구를 둘러싼다. 렌즈 형상화 요소는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 렌즈 형상화 요소는 원형, 타원형이거나 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 도 4의 예에서, 렌즈 형상화 요소는 불규칙한 형상(예컨대, 링 형상 주위의 불균일한 반경)을 갖는다. 예를 들어, 중앙 개구의 중심으로부터 렌즈 형상화 요소의 에지까지의 제1 거리(96)(예컨대, 최소 거리)는 중심 개구의 중심으로부터 렌즈 형상화 요소의 에지까지의 제2 거리(98)(예컨대, 최대 거리)보다 작을 수 있다. 거리(96, 98)는 100 밀리미터 미만, 60 밀리미터 미만, 40 밀리미터 미만, 30 밀리미터 미만, 10 밀리미터 초과, 20 밀리미터 초과, 10 내지 50 밀리미터 등일 수 있다.
렌즈 형상화 요소(88)는 렌즈 형상화 요소의 메인 부분으로부터 연장되는 복수의 탭들(88E)을 갖는다. 탭들(88E)(때때로, 연장부들(88E), 액추에이터 포인트들(88E) 등으로 지칭됨)은 개개의 액추에이터에(또는 단일 액추에이터의 개개의 편향-제어 부분들에) 결합될 수 있다. 일 예에서, 각각의 액추에이터 탭은 액추에이터(예컨대, 텅-앤-그루브 배열(tongue-and-groove arrangement))의 슬롯 내로 돌출될 수 있다. 슬롯은 Z-방향으로 탭(88E)의 위치를 제어하기 위해 (예컨대, Z-방향으로) 선택적으로 위 및 아래로 이동될 수 있다. 다시 말해서, 액추에이터(90)는 선형 액추에이터이다. 이들 예들은 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 임의의 원하는 유형의 액추에이터(예컨대, 텅-앤-그루브 액추에이터, 힌지 스타일 패들을 갖는 액추에이터 등)가 사용될 수 있다.
도 4에서, 복수의 탭들(88E)(및 대응하는 액추에이터들)이 렌즈 형상화 요소(88)의 둘레 주위에 어떻게 분포될 수 있는지가 도시된다. 탭들(88E)은 균일한 방식으로(예컨대, 인접한 탭들(88E)의 각각의 쌍 사이에 동일한 간격으로) 또는 불균일한 방식으로(예컨대, 인접한 탭들(88E) 중 적어도 2개 사이에 동일하지 않은 간격으로) 렌즈 형상화 요소(88) 주위에 분포될 수 있다.
각각의 쌍의 인접한 탭들(88E) 사이에는 렌즈 형상화기 세그먼트(88S)가 있다. 도 4의 예에서, 렌즈 형상화 요소(88)의 둘레 주위에 8개의 탭들(88E)이 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 더 많은 탭들(및 대응하는 액추에이터들)은 렌즈 형상화 요소(88)가 결합되는 렌즈 요소(예컨대, 렌즈 요소(84))의 형상의 더 큰 제어를 가능하게 한다. 임의의 원하는 수의 탭들 및 액추에이터들(예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개, 4개 초과, 6개 초과, 8개 초과, 10개 초과, 12개 초과, 20개 초과, 20개 미만, 10개 미만, 4 내지 12 등)은 렌즈 요소에 대한 특정 타겟 형상들, 렌즈 모듈의 타겟 비용/복잡성 등에 따라 사용될 수 있다.
일반적으로, 각각의 액추에이터는 (예컨대, Z-축에 평행한) 하나의 방향으로만 힘을 인가하는 점력으로서 작용할 수 있다. 의도하지 않게 렌즈 형상화 요소(88)에 토크 또는 다른 힘을 인가하는 것을 방지하기 위해, 액추에이터 슬롯들은 연장부들(88E)보다 클 수 있다. 이는 탭(88E)이 슬롯 내에서 회전하기 위한 공간을 제공한다(토크가 렌즈 형상화기에 인가되는 것을 방지함). 추가로, 연장부(88E)는 렌즈 형상화 요소를 의도하지 않게 신장시키는 것을 방지하기 위해 슬롯 안팎으로 활주할 수 있다.
렌즈 형상화 요소(88)는 탄성중합체(예컨대, 위에서 더 상세히 논의된 바와 같이, 높은 가요성을 위해 낮은 영률을 갖는 천연 또는 합성 중합체) 또는 반-강성(예컨대, 위에서 더 상세히 논의된 바와 같이, 강성 및 고체이지만 비가요성이 아닌 반-강성 재료로 형성됨)일 수 있다. 반-강성 렌즈 형상화 요소는 예를 들어, 중합체, 유리, 금속 등의 얇은 층으로 형성될 수 있다. 렌즈 형상화 요소(88)는 렌즈 모듈 주위의 링에서 형성되기 때문에, 렌즈 형상화 요소(88)는 투명할 필요가 없다(그리고 그에 따라 금속과 같은 불투명 재료로 형성될 수 있음).
도 3a 및 도 3b로 돌아가면, 렌즈 요소(86) 및/또는 액추에이터들(90)은 지지 구조물(102)(때때로 렌즈 모듈 지지 구조물(102), 렌즈 하우징(102) 등으로 지칭됨)에 부착될 수 있다. 지지 구조물(102)은 렌즈 모듈 주위의 링에서 형성될 수 있고, 불투명 또는 투명 재료로 형성될 수 있다. 지지 구조물(102)은 강성일 수 있고, 따라서 렌즈 모듈(72)에 기계적 강도를 제공할 수 있다. 챔버(82)는 렌즈 요소들(84, 86), 지지 구조물(102), 및/또는 가요성 벨로우즈(bellows)(104)에 의해 정의될 수 있다. 가요성 벨로우즈(104)는 렌즈 형상화기(88) 및 액추에이터들(90)에 의해 조작되는 챔버를 수용하도록 팽창 및 수축될 수 있다.
도 3a 및 도 3b의 예에서, 렌즈 요소(84)는 탄성중합체 렌즈 요소이고, 렌즈 요소(86)는 (예컨대, 렌즈 요소(84)보다 큰 강성을 갖는) 강성 렌즈 요소이다. 도 3a에서, 렌즈 요소(84)는 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 볼록한 형상을 갖도록 조작된다. 이러한 유형의 배열로, 강성 렌즈 요소(86)에 양의 게이지 압력(예컨대, 음의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 도 3b에서, 렌즈 요소(84)는 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 오목한 형상을 갖도록 조작된다. 이러한 유형의 배열로, 강성 렌즈 요소(86)에 음의 게이지 압력(예컨대, 양의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 그러나, 도 3a 및 도 3b 둘 모두에서, 렌즈 요소(86)는 강성 렌즈 요소이기 때문에, 양의 게이지 압력이 인가되는지 또는 음의 게이지 압력이 인가되는지 여부에 관계없이 렌즈 요소(86)의 형상은 일정하게 유지된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 강성 렌즈 요소(86)는 액추에이터들(90)이 렌즈 형상화기(88)를 포지셔닝하는 방법에 관계없이 동일한 곡률을 유지할 수 있다.
일부 경우들에서, 렌즈 요소(86)가 또한 조정가능한 형상을 갖는 것이 바람직할 수 있다. (렌즈 요소(84)에서와 유사하게) 렌즈 요소(86)의 형상을 직접 조작하기 위해 추가의 액추에이터들이 렌즈 모듈에 포함될 수 있다. 그러나, 디바이스의 비용, 복잡성 및 중량을 최소화하기 위해, 렌즈 요소(86)를 위한 전용 액추에이터들을 포함하는 것을 피하는 것이 바람직할 수 있다. 추가적인 액추에이터들을 포함하지 않으면서 조정가능한 렌즈 요소(86)를 제공하기 위해, 렌즈 요소(86)는 반-강성 렌즈 요소일 수 있다. 이러한 유형의 배열이 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다.
도 5a 및 도 5b는 탄성중합체 렌즈 요소(84) 및 반-강성 렌즈 요소(86)를 갖는 렌즈 모듈들의 측단면도들이다. 렌즈 모듈의 전체 구조물은 도 3a 및 도 3b와 관련하여 설명된 구조물과 유사하며, 이러한 중복 부분들의 설명들은 명료성을 위해 반복되지 않을 것이다. 탄성중합체 렌즈 요소(84) 및 반-강성 렌즈 요소(86)는 동일한 재료 또는 상이한 재료들로 형성될 수 있다.
도 5a는 렌즈 요소(84)가 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 볼록한 형상을 갖도록 조작되는 위치에 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 양의 게이지 압력(예컨대, 음의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)가 (도 5a에 도시된 바와 같이) 최소 곡률을 갖는 비교적 평평한 형상을 취하게 한다. (렌즈 요소(84)가 볼록 곡률을 갖는 경우) 도 5a의 렌즈 요소(86)의 곡률 반경은 비교적 클 수 있다. 대안적으로, 도 5a의 렌즈 요소(86)는 렌즈 요소(84)가 볼록 곡률을 가질 때 평면일 수 있다.
반대로, 도 5b는 렌즈 요소(84)가 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 오목한 형상을 갖도록 조작되는 위치에 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 음의 게이지 압력(예컨대, 양의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)가 도 5a에서보다 작은 곡률 반경을 갖는 오목 곡률을 갖게 한다. 렌즈 요소(86)의 곡률 반경은 부호를 변경할 수 있고/있거나 도 5b의 배열을 도 5a의 배열과 비교할 때, 10% 초과, 20% 초과, 50% 초과, 100% 초과, 200% 초과 등만큼 변할 수 있다.
일반적으로, 반-강성 렌즈 요소(86)는 렌즈 요소(84)가 더 큰 볼록 곡률을 가질 때 더 적은 오목 곡률을 갖는 것이 바람직하고, 렌즈 요소(84)가 더 큰 오목 곡률을 가질 때 반-강성 렌즈 요소(86)가 더 큰 오목 곡률을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 유형의 배열은 예로서, 처방 안경류의 렌즈 구조물들을 모방하는 것을 도울 수 있다. 도 5a 및 도 5b의 렌즈 모듈은, 렌즈 요소(86)의 형상을 직접적으로 제어하기 위해 추가적인 액추에이터들을 필요로 하지 않고서 (볼록 곡률이 증가함에 따라 렌즈 요소(86)의 오목 곡률이 더 적은) 이러한 관계를 달성한다. 다시 말해서, 렌즈 모듈 내의 어떠한 액추에이터들도 렌즈 요소(86)에 부착되지 않는다. 그러나, 렌즈 요소(84)가 (액추에이터들(90)에 의해) 조작된 결과로서 렌즈 요소(86)에 인가되는 압력은 렌즈 요소(86)가 원하는 곡률을 취하게 한다. 렌즈 요소(86)의 곡률은 액추에이터들(90)이 렌즈 요소(84)의 곡률을 변경함에 따라 점진적으로 변할 수 있다(렌즈 요소(86) 상의 게이지 압력이 또한 점진적으로 변하고 렌즈 요소(86)의 형상이 게이지 압력에 응답하기 때문임).
도 5a 및 도 5b에서, 탄성중합체 렌즈 요소(84)는 1 GPa 미만, 0.5 GPa 미만, 0.1 GPa 미만 등의 영률을 가질 수 있다. 한편, 반-강성 렌즈 요소들(86)은 강성이고 고체이지만 비가요성이 아닌 반-강성 재료로 형성될 수 있다. 반-강성 렌즈 요소(86)는, 예를 들어, 중합체 또는 유리의 얇은 층으로부터 형성될 수 있다. 반-강성 렌즈 요소(86)는 1 Gpa 초과, 2 GPa 초과, 3 GPa 초과, 10 GPa 초과, 25 GPa 초과 등의 영률을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 렌즈 요소(86)의 영률은 렌즈 요소(84)의 영률보다 클 수 있다.
(반-강성 렌즈 요소(86)가 탄성중합체 렌즈 요소(84)보다 큰 영률을 갖는) 전술된 예에서, 탄성중합체 렌즈 요소(84)와 반-강성 렌즈 요소(86)는 상이한 재료들로 형성될 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 다른 가능한 예에서, 탄성중합체 렌즈 요소(84) 및 반-강성 렌즈 요소(86)는 동일한 재료들로 형성될 수 있지만 상이한 두께들을 가질 수 있다. 예를 들어, 반-강성 렌즈 요소(86)는 렌즈 요소(84)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 반-강성 렌즈 요소는 렌즈 요소(84)의 두께의 1.5배 초과, 렌즈 요소(84)의 두께의 2배 초과, 렌즈 요소(84)의 두께의 3배 초과, 렌즈 요소(84)의 두께의 5배 초과, 렌즈 요소(84)의 두께의 10배 초과, 렌즈 요소(84)의 두께의 50배 초과, 렌즈 요소(84)의 두께의 1.5 내지 10배, 렌즈 요소(84)의 두께의 20배 미만 등의 두께를 가질 수 있다. 일반적으로, 렌즈 요소(86)는 렌즈 요소(84)보다 큰 두께 및/또는 영률을 가질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 탄성중합체 렌즈 요소(84) 및 동적으로 조정가능한 반-강성 렌즈 요소(86)를 갖는 렌즈 모듈의 측단면도들이다. 렌즈 모듈의 전체 구조물은 도 5a 및 도 5b와 관련하여 설명된 구조물과 유사하며, 이러한 중복 부분들의 설명들은 명료성을 위해 반복되지 않을 것이다.
렌즈 요소(86)가 변화하는 게이지 압력의 함수로서 형상(곡률)을 점진적으로 변화시키는 것을 보장하기 위해, 렌즈 모듈은 또한 바이어싱 구조물(106)을 포함할 수 있다. 바이어싱 구조물(106)은 렌즈 모듈 주위의 링에서 연장될 수 있고, (디스크-형상을 갖는) 렌즈 요소(86)에 바이어스 힘을 인가할 수 있다. 바이어싱 구조물(106)은 렌즈 요소(86)의 중심을 향해 렌즈 요소(86)의 에지들을 바이어싱할 수 있다. 예를 들어, 도 6b의 좌측에서, 바이어싱 구조물(106)은 반-강성 렌즈 요소(86)를 (렌즈 요소(86)의 중심을 향해) 양의 X-방향으로 바이어싱한다. 도 6b의 우측에서, 바이어싱 구조물(106)은 반-강성 렌즈 요소(86)를 (렌즈 요소(86)의 중심을 향해) 음의 X-방향으로 바이어싱한다. 바이어싱 구조물(106)은 스프링, 가요성 벨로우즈 구조물, 또는 렌즈 요소(86)의 에지들에 바이어스 힘을 인가하는 임의의 다른 원하는 구조물로 형성될 수 있다. 바이어싱 구조물(106)은 렌즈 요소(86) 주위에 연속적인 링으로서 형성될 수 있거나, 또는 주어진 위치에서 렌즈 요소(86)에 점력을 각각 인가하는 렌즈 요소의 둘레 주위에 분포된 복수의 이산 바이어싱 구조물들을 포함할 수 있다.
도 6a는 렌즈 요소(84)가 렌즈 형상화 요소(88)(및 액추에이터들(90))에 의해 볼록한 형상을 갖도록 조작되는 위치에 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 양의 게이지 압력(예컨대, 음의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)의 에지들이 바이어싱 구조물(106)에 대해 외향으로 밀어내게 한다. 반-강성 렌즈 요소(86)는 (도 6a에 도시된 바와 같이) 최소 곡률을 갖는 비교적 평평한 형상을 취한다. (렌즈 요소(84)가 볼록 곡률을 갖는 경우) 도 6a의 렌즈 요소(86)의 곡률 반경은 비교적 클 수 있다. 대안적으로, 도 6a의 렌즈 요소(86)는 렌즈 요소(84)가 볼록 곡률을 가질 때 평면일 수 있다.
반대로, 도 6b는 렌즈 요소(84)가 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 오목한 형상을 갖도록 조작되는 위치에 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 음의 게이지 압력(예컨대, 양의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)가 도 6a에서보다 작은 곡률 반경을 갖는 오목 곡률을 갖게 한다. 바이어싱 구조물(106)은 원하는 오목 곡률을 갖는 렌즈 요소(86)를 제공하기 위해 렌즈 요소들의 에지들을 렌즈 요소의 중심을 향해 밀어내는 것을 돕는다. 따라서, 바이어싱 구조물(106)(때때로 스프링(106), 가요성 벨로우 구조물(106), 가요성 밀봉 구조물(106) 등으로 지칭됨)은 렌즈 요소(86)가 변화하는 게이지 압력의 함수로서 형상(곡률)을 점진적으로 변화시키는 것을 돕는다. 바이어싱 구조물의 도움으로, 렌즈 요소(86)는, 액추에이터들(90)이 렌즈 요소(84)의 형상을 (도 6a에서와 같이) 볼록으로부터 (도 6b에서와 같이) 오목으로 점진적으로 변경할 때, (도 6a에서와 같이) 평면 또는 높은 곡률 반경 형상으로부터 (도 6b에서와 같이) 낮은 곡률 반경을 갖는 오목한 형상으로 점진적으로 형상을 변경한다.
렌즈 요소(86)의 곡률 반경은 부호를 변경할 수 있고/있거나 도 6b의 배열을 도 6a의 배열과 비교할 때, 10% 초과, 20% 초과, 50% 초과, 100% 초과, 200% 초과 등만큼 변할 수 있다.
바이어싱 구조물(106)은 접착제를 이용하여 렌즈 요소(86)의 에지에 부착되거나 다른 원하는 부착 메커니즘(예컨대, 기계적 연동)을 사용하여 렌즈 요소(86)의 에지에 고정될 수 있다. 다른 가능한 예로서, 바이어싱 구조물(106)은 렌즈 요소(86)와 일체로 형성될 수 있다(예컨대, 렌즈 요소(86)와 동일한 재료로 형성될 수 있고/있거나 단일 단계에서 렌즈 요소(86)와 몰딩될 수 있다).
도 7a 및 도 7b는 탄성중합체 렌즈 요소(84) 및 가요성 밀봉을 갖는 동적으로 조정가능한 반-강성 렌즈 요소(86)를 갖는 렌즈 모듈의 측단면도들이다. 렌즈 모듈의 전체 구조물은 도 5a 및 도 5b와 관련하여 설명된 구조물과 유사하며, 이러한 중복 부분들의 설명들은 명료성을 위해 반복되지 않을 것이다.
렌즈 요소(86)가 변화하는 게이지 압력의 함수로서 형상(곡률)을 점진적으로 변화시키는 것을 보장하는 것을 돕기 위해, 렌즈 모듈은 또한 가요성 밀봉(108)을 포함할 수 있다. 가요성 밀봉(108)은 렌즈 모듈 주위의 링에서 연장될 수 있고, 렌즈 요소(86)와 지지 구조물(102) 사이에 개재될 수 있다. 가요성 밀봉(108)은 렌즈 요소(86)와 지지 구조물(102) 사이에 기밀 밀봉을 형성하여 유체(92)가 밀봉에서 챔버(82) 내로 또는 밖으로 누설되지 않는 것을 보장할 수 있다.
가요성 밀봉은 (바이어싱 구조물(106)과 유사하게) (디스크-형상을 갖는) 렌즈 요소(86)에 바이어스 힘을 인가할 수 있다. 가요성 밀봉(108)은 렌즈 요소의 중심을 향해 렌즈 요소(86)의 에지들을 바이어싱할 수 있다. 예를 들어, 도 7b의 좌측에서, 가요성 밀봉(108)은 반-강성 렌즈 요소(86)를 (렌즈 요소(86)의 중심을 향해) 양의 X-방향으로 바이어싱한다. 도 7b의 우측에서, 가요성 밀봉(108)은 반-강성 렌즈 요소(86)를 (렌즈 요소(86)의 중심을 향해) 음의 X-방향으로 바이어싱한다.
가요성 밀봉(108)은 렌즈 요소(86)와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 이러한 유형의 배열에서, 가요성 밀봉(108)은 렌즈 요소(86)보다 얇을 수 있다. 가요성 밀봉(108)은 또한 렌즈 요소(86)와 상이한 재료(예컨대, 더 낮은 영률을 갖는 더 탄성이 있는 재료)로 형성될 수 있다. 가요성 밀봉(108)(때때로 바이어싱 구조물(108), 가요성 립(lip)(108), 가요성 벽(108) 등으로 지칭됨)는 렌즈 요소(86) 주위에 연속 링으로서 형성될 수 있다.
도 7a는 렌즈 요소(84)가 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 볼록한 형상을 갖도록 조작되는 위치에 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 양의 게이지 압력(예컨대, 음의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)의 에지들이 가요성 밀봉(108)에 대해 외향으로 밀어내게 한다. 가요성 밀봉(108)은 이 위치에서 렌즈 요소(86)의 (예컨대, X-방향으로의) 측방향 팽창을 수용한다. 반-강성 렌즈 요소(86)는 (도 7a에 도시된 바와 같이) 최소 곡률을 갖는 비교적 평평한 형상을 취한다. (렌즈 요소(84)가 볼록 곡률을 갖는 경우) 도 6a의 렌즈 요소(86)의 곡률 반경은 비교적 클 수 있다. 대안적으로, 도 7a의 렌즈 요소(86)는 렌즈 요소(84)가 볼록 곡률을 가질 때 평면일 수 있다.
반대로, 도 7b는 렌즈 요소(84)가 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 오목한 형상을 갖도록 조작되는 위치에 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 음의 게이지 압력(예컨대, 양의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)가 도 7a에서보다 작은 곡률 반경을 갖는 오목 곡률을 갖게 한다. 가요성 밀봉(108)은 원하는 오목 곡률을 갖는 렌즈 요소(86)를 제공하기 위해 렌즈 요소들의 에지들을 렌즈 요소의 중심을 향해 밀어내는 것을 돕는다. 따라서, 가요성 밀봉(108)은 변화하는 게이지 압력의 함수로서 렌즈 요소(86)가 형상(곡률)을 점진적으로 변화시키는 것을 돕는다. 가요성 밀봉의 도움으로, 렌즈 요소(86)는, 액추에이터들(90)이 렌즈 요소(84)의 형상을 (도 7a에서와 같이) 볼록으로부터 (도 7b에서와 같이) 오목으로 점진적으로 변경할 때, (도 7a에서와 같이) 평면 또는 높은 곡률 반경 형상으로부터 (도 7b에서와 같이) 낮은 곡률 반경을 갖는 오목한 형상으로 점진적으로 형상을 변경한다.
렌즈 요소(86)의 곡률 반경은 부호를 변경할 수 있고/있거나 도 7b의 배열을 도 7a의 배열과 비교할 때, 10% 초과, 20% 초과, 50% 초과, 100% 초과, 200% 초과 등만큼 변할 수 있다.
가요성 밀봉(108)은 접착제를 이용하여 렌즈 요소(86)의 에지에 부착되거나 다른 원하는 부착 메커니즘(예컨대, 기계적 연동)을 사용하여 렌즈 요소(86)의 에지에 고정될 수 있다. 다른 가능한 예로서, 가요성 밀봉(108)은 렌즈 요소(86)와 일체로 형성될 수 있다(예컨대, 렌즈 요소(86)와 동일한 재료로 형성될 수 있고/있거나 단일 단계에서 렌즈 요소(86)와 몰딩될 수 있다).
도 8은 제1 및 제2 탄성중합체 렌즈 요소들 및 제1 및 제2 챔버들을 갖는 렌즈 모듈의 측단면도이다. 도 8의 렌즈 모듈(72)은 제1 유체-충전 챔버(82-1) 및 제2 유체-충전 챔버(82-2)를 포함한다. 제1 및 제2 유체-충전 챔버들(82-1, 82-2) 둘 모두는 (이전에 설명된 바와 같이) 유체(92)로 충전된다. 유체-충전 챔버(82-1)(때때로 챔버(82-1) 또는 유체 챔버(82-1)로 지칭됨)가 렌즈 요소들(84-1, 86) 사이에 개재된다(그리고 그에 의해 부분적으로 한정됨). 유체-충전 챔버(82-2)(때때로 챔버(82-2) 또는 유체 챔버(82-2)로 지칭됨)가 렌즈 요소들(84-2 및 86) 사이에 개재된다(그리고 그에 의해 부분적으로 정의됨).
도 8에서, 렌즈 요소들(84-1, 84-2)은 탄성중합체 렌즈 요소들인 반면, 렌즈 요소(86)는 (렌즈 요소들(84-1, 84-2)보다 높은 강성을 갖는) 강성 렌즈 요소이다. 렌즈 요소(84-1)는 렌즈 요소(84-1)의 곡률을 제어하는 (이전 도면들에서 논의된 바와 같은) 렌즈 형상화기(88)에 부착될 수 있다. 도 8의 렌즈 모듈(72)은 또한, 위에서 이미 도시되고 논의된 바와 같이, 지지 구조물(102), 가요성 벨로우즈(104) 및 하나 이상의 액추에이터들을 포함한다.
추가적인 액추에이터들을 추가하지 않고 탄성중합체 렌즈 요소(84-2)의 형상의 제어를 가능하게 하기 위해, 챔버들(82-1, 82-2) 사이의 채널(112)에 밸브(110)가 개재될 수 있다. 채널(112)은 밸브(110)가 개방될 때 유체가 챔버들(82-1, 82-2) 사이에서 유동할 수 있게 할 수 있다. 밸브(110)가 폐쇄될 때, 챔버들(82-1, 82-2) 내의 유체의 체적은 고정된 상태로 유지될 수 있다. 제어 회로부(예컨대, 도 1의 제어 회로부(12))는 제어 신호 라인(114)을 사용하여 밸브(112)를 제어할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 챔버들(82-1, 82-2) 사이의 채널(112)은 (챔버(82-1)로의 접근을 허용하기 위한) 가요성 벨로우즈 구조물(104)의 개구 및/또는 (챔버(82-2)로의 접근을 허용하기 위한) 지지 구조물(102) 내의 개구를 포함할 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 채널(112) 및 밸브(110)는 챔버들(82-1, 82-2) 사이의 유체 교환을 가능하게 하는 임의의 원하는 위치에 있을 수 있다.
렌즈 요소(84-1)의 곡률을 제어하는 것 외에도, 렌즈 형상화기(88)(및 대응하는 액추에이터들)는 챔버들(82-1, 82-2) 사이의 유체의 교환을 제어하기 위한 펌프로서의 역할을 효과적으로 할 수 있다. 디바이스 내의 제어 회로부는 밸브(110)를 개방하는 동안 음의 Z-방향으로 렌즈 형상화기(88)를 이동시키도록 액추에이터들을 제어할 수 있다. 이 상태에서, 렌즈 요소(84-1)에는 볼록 곡률이 제공되고, 양의 게이지 압력(예컨대, 음의 Z-방향의 힘)이 강성 렌즈 요소(86)에 인가된다. 이러한 양의 게이지 압력은 강성 렌즈 요소(86)를 변형시키지 않는다(이는 그의 곡률을 유지함). 그러나, 렌즈 형상화기/액추에이터들로부터의 압력은 챔버(82-1)로부터의 유체(92)를 (채널(112)을 통해) 챔버(82-2) 내로 강제한다. 챔버(82-2) 내의 증가된 체적은 탄성중합체 렌즈 요소(84-2)를 음의 Z-방향으로 밀어내어 렌즈 요소(84-2)의 곡률을 감소시킨다. 원하는 렌즈 형상이 달성되면, 제어 회로부는 밸브(110)를 폐쇄할 수 있다.
디바이스 내의 제어 회로부는 밸브(110)를 개방하는 동안 양의 Z-방향으로 렌즈 형상화기(88)를 이동시키도록 액추에이터들을 제어할 수 있다. 이러한 상태에서, 렌즈 요소(84-1)에는 (예컨대, 도 7b에서와 같이) 오목 곡률이 제공되고, 강성 렌즈 요소(86)에 음의 게이지 압력이 인가된다. 이러한 음의 게이지 압력은 강성 렌즈 요소(86)를 변형시키지 않는다(이는 그의 곡률을 유지함). 그러나, 렌즈 형상화기/액추에이터들로부터의 음의 압력은 챔버(82-2)로부터의 유체(92)를 챔버(82-1) 내로 끌어당긴다. 챔버(82-2) 내의 감소된 체적은 탄성중합체 렌즈 요소(84-2)가 양의 Z-방향으로 이동하여 렌즈 요소(84-2)의 곡률을 증가시킬 수 있게 한다. 원하는 렌즈 형상이 달성되면, 제어 회로부는 밸브(110)를 폐쇄할 수 있다. 이러한 방식으로, 렌즈 형상화기/액추에이터들 및 밸브(110)는 렌즈 요소들(84-1, 84-2)의 곡률 둘 모두를 제어하는 데 사용될 수 있다.
렌즈 요소(84-2)의 곡률 반경은 부호를 변경할 수 있고/있거나 도 8의 렌즈 형상화기(88)의 제어에 응답하여, 10% 초과, 20% 초과, 50% 초과, 100% 초과, 200% 초과 등만큼 변할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 탄성중합체 렌즈 요소(84) 및 쌍안정 반-강성 렌즈 요소(86)를 갖는 렌즈 모듈의 측단면도들이다. 렌즈 모듈의 전체 구조물은 도 5a 및 도 5b와 관련하여 설명된 구조물과 유사하며, 이러한 중복 부분들의 설명들은 명료성을 위해 반복되지 않을 것이다. 탄성중합체 렌즈 요소(84) 및 반-강성 렌즈 요소(86)는 동일한 재료 또는 상이한 재료들로 형성될 수 있다.
도 9a는 렌즈 요소(84)가 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 오목한 형상을 갖도록 조작되는 위치에 있는 렌즈 모듈을 도시한다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 음의 게이지 압력(예컨대, 양의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)가 비교적 작은 곡률 반경을 갖는 오목 곡률을 갖게 한다.
도 9a 및 도 9b에서, 반-강성 렌즈 요소(86)는 렌즈 모듈(72)에 통합될 때 사전 응력을 받을 수 있다. 다시 말해서, 렌즈 모듈에 맞도록, 반-강성 렌즈 요소(86)는 (예컨대, 렌즈 요소의 중심을 향해 렌즈 요소의 에지들에 인가되는 압력으로) 측방향으로 압착될 수 있다. 지지 구조물(102)은 예로서, 이러한 사전 응력을 인가할 수 있다. 반-강성 렌즈 요소에 인가된 사전 응력 때문에, 반-강성 렌즈 요소는 2개의 안정 상태들을 가질 수 있다. 따라서, 반-강성 렌즈 요소는 때때로 쌍안정 반-강성 렌즈 요소로 지칭될 수 있다. (예를 들어, 도 5a 및 도 5b에서와 같이) 제1 곡률에서 제2 곡률로 점진적으로 변화하는 대신에, 렌즈 형상화기(88)가 음의 Z-방향으로 이동함에 따라, 렌즈 요소(86)의 곡률은 도 9a에 도시된 바와 같이 유지될 수 있다. 다시 말해서, 렌즈 요소(86)의 곡률은, 렌즈 요소로 하여금 (도 9b에 도시된 바와 같이) 그의 제2 안정 상태로 플립(flip)하게 하는 게이지 압력에 도달할 때까지 게이지 압력을 변화시키면서 (도 9a에서와 같이) 제1 안정 상태에서 고정된 상태로 유지된다.
제2 안정 상태에서, 렌즈 요소(84)는 렌즈 형상화 요소(88)에 의해 볼록한 형상을 갖도록 조작된다. 이러한 유형의 배열로, 반-강성 렌즈 요소(86)에 양의 게이지 압력(예컨대, 음의 Z-방향의 힘)이 인가될 수 있다. 이는 반-강성 렌즈 요소(86)가 볼록 곡률을 갖게 한다.
따라서, 사전 응력 렌즈 요소(86)는, 렌즈 요소(84)가 또한 볼록 곡률을 갖는 경우 렌즈 요소(86)가 볼록 곡률을 갖게 하고, 렌즈 요소(84)가 또한 오목 곡률을 갖는 경우 오목 곡률을 갖게 한다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 렌즈들(84, 86)의 곡률들 사이의 임의의 원하는 관계가 사용될 수 있다. 그러나, 이 배열에서, 렌즈 요소(86)의 곡률은 (그 렌즈 요소(86)의 에지들에 인가된 사전 응력으로 인해) 2개의 상이한 안정 상태들을 가질 수 있다.
다른 가능한 배열에서, 렌즈 요소는 2개 초과의 안정 상태들을 가질 수 있고, 인가되는 게이지 압력에 따라 3개 이상의 안정 상태들 사이에서 스위칭할 수 있다. 그러나, 곡률은 3개 이상의 안정 상태들 사이에서 변하지 않는다.
렌즈 요소(86)의 곡률 반경은 부호를 변경할 수 있고/있거나 도 9b의 배열을 도 9a의 배열과 비교할 때, 10% 초과, 20% 초과, 50% 초과, 100% 초과, 200% 초과 등만큼 변할 수 있다.
도 10은 렌즈 요소 상의 게이지 압력의 함수로서 그 렌즈 요소에 대한 다양한 곡률 반경 프로파일들의 그래프이다. 게이지 압력은 렌즈 모듈 내의 탄성중합체 렌즈 요소(84)의 곡률을 나타냄에 유의해야 한다. 예를 들어, 도 5a 및 5b를 고려한다. 렌즈 요소(84)가 오목 곡률을 갖도록 제어될 때, 렌즈 요소(86)에 대한 연관된 게이지 압력은 낮다(예컨대, 음의 게이지 압력(P1)). 렌즈 요소(84)가 볼록 곡률을 갖도록 제어될 때, 렌즈 요소(86)에 대한 연관된 게이지 압력은 높다(예컨대, 양의 게이지 압력(P2)).
프로파일(202)은 도 3a 및 도 3b의 강성 렌즈 요소(86)의 곡률 반경을 도시한다. 도시된 바와 같이, 렌즈 요소는 강성이기 때문에, 렌즈 요소의 곡률 반경은 음의 게이지 압력(P1)으로부터 양의 게이지 압력(P2)까지 일정하게 유지된다.
프로파일(204)은 도 5 내지 도 7의 반-강성 렌즈 요소(86)(또는 도 8의 렌즈 요소(84-2))의 곡률 반경에 대한 예시적인 프로파일을 도시한다. 도시된 바와 같이, 렌즈 요소의 곡률 반경은 네거티브 게이지 압력(P1)으로부터 포지티브 게이지 압력(P2)으로 이동할 때 점진적으로 증가한다(예컨대, 덜 만곡된다). 이러한 방식으로, 디바이스 내의 제어 회로부는 렌즈 요소(84)의 곡률을 조작하도록 렌즈 형상화기(88)를 제어할 수 있으며, 이는 렌즈 요소(86)에 대한 게이지 압력의 변화들을 야기하고, 이는 도시된 바와 같이 프로파일(204)에 따른 렌즈 요소(86)의 곡률의 변화들을 야기한다. 따라서, 렌즈 요소(86)의 곡률은 렌즈 요소(84)의 곡률을 업데이트하는 것과 병렬로 동적으로 업데이트된다. 디바이스 내의 제어 회로부는 도 10의 P1 및 P2에서의 곡률들 또는 임의의 중간 게이지 압력/곡률을 갖도록 렌즈 요소들을 제어할 수 있다.
프로파일(206)은 도 9a 및 도 9b의 쌍안정 반-강성 렌즈 요소(86)의 곡률 반경에 대한 예시적인 프로파일을 도시한다. 도시된 바와 같이, 렌즈 요소의 곡률 반경은 네거티브 게이지 압력(P1)으로부터 포지티브 게이지 압력(P2)으로 이동할 때 제1 안정 상태에서 일정하게 유지된다. 일부 중간 압력에서, 렌즈 요소(86)는 제1 안정 상태로부터 제2 안정 상태로 스위칭할 수 있다. 따라서, 렌즈 요소의 곡률은 상이한 곡률(예컨대, 도 9b의 볼록 곡률)로 단계 변화를 이룰 것이다. 이어서, 게이지 압력이 양의 게이지 압력(P2)으로 이동하는 것을 완료할 때, 렌즈 요소의 곡률 반경은 제2 안정 상태로 계속 일정하게 유지된다.
프로파일들(204 및 206)의 형상은 단지 예시적이다. 일반적으로, 임의의 원하는 프로파일 형상들이 사용될 수 있다(예컨대, 프로파일(204)은 비-선형일 수 있다).
일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조물; 광을 방출하는 디스플레이; 및 디스플레이로부터 광을 수신하는, 헤드 장착형 지지 구조물에 의해 지지된 렌즈 모듈을 포함하고, 렌즈 모듈은, 챔버를 한정하는 제1 투명 렌즈 요소 및 제2 투명 렌즈 요소 - 제1 투명 렌즈 요소는 탄성중합체 렌즈 요소이고 제2 투명 렌즈 요소는 반-강성 렌즈 요소임 -; 제1 투명 렌즈 요소와 제2 투명 렌즈 요소 사이의 챔버 내의 유체; 및 제1 투명 렌즈 요소의 제1 곡률을 조정하도록 구성된 복수의 액추에이터들을 포함하고, 제1 투명 렌즈 요소의 제1 곡률을 조정하는 것은 또한 제2 투명 렌즈 요소의 제2 곡률의 변화를 야기하는 시스템이 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 제2 투명 렌즈 요소의 제2 곡률의 변화는 20% 초과의 제2 투명 렌즈 요소의 곡률 반경의 변화를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 투명 렌즈 요소는 제2 투명 렌즈 요소보다 얇다.
다른 실시예에 따르면, 제1 투명 렌즈 요소는 제2 투명 렌즈 요소보다 낮은 영률을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 복수의 액추에이터들과 제1 투명 렌즈 요소 사이에 부착된 렌즈 형상화 구조물을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 렌즈 형상화 구조물은 복수의 연장부들을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 연장부들 중 각각의 연장부는 복수의 액추에이터들의 개개의 액추에이터에 결합된다.
다른 실시예에 따르면, 렌즈 형상화 구조물은 중앙 개구 주위의 링에서 연장되고, 제1 투명 렌즈 요소는 중앙 개구와 중첩된다.
다른 실시예에 따르면, 제2 투명 렌즈 요소는 제1 안정 상태 및 제2 안정 상태를 갖는 쌍안정 렌즈 요소이고, 제2 곡률은 제1 상태에서 오목하고, 제2 곡률은 상기 제2 상태에서 볼록하다.
다른 실시예에 따르면, 제1 곡률을 오목에서 볼록으로 조정하는 것은 제2 투명 렌즈 요소로 하여금 제1 안정 상태로부터 제2 안정 상태로 스위칭하게 한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 곡률을 오목으로부터 볼록으로 점진적으로 조정하는 것은 제2 곡률의 곡률 반경이 점진적으로 증가하게 한다.
다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 제2 투명 렌즈 요소의 중심을 향해 제2 투명 렌즈 요소의 에지에 힘을 인가하는 바이어싱 구조물을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 지지 구조물을 포함하고, 바이어싱 구조물은 제2 투명 렌즈 요소와 지지 구조물 사이에 밀봉을 형성한다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 액추에이터들은 지지 구조물 상에 형성된다.
일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조물; 광을 방출하는 디스플레이; 및 디스플레이로부터 광을 수신하는, 헤드 장착형 지지 구조물에 의해 지지된 렌즈 모듈을 포함하고, 렌즈 모듈은, 챔버를 한정하는 제1 투명 렌즈 요소 및 제2 투명 렌즈 요소 - 제1 투명 렌즈 요소는 탄성중합체 렌즈 요소이고 제2 투명 렌즈 요소는 반-강성 렌즈 요소임 -; 제1 투명 렌즈 요소와 제2 투명 렌즈 요소 사이의 챔버 내의 유체; 및 제1 투명 렌즈 요소 및 제2 투명 렌즈 요소 둘 모두의 곡률을 동적으로 조정하도록 구성되는, 제1 투명 렌즈 요소에 부착된 액추에이터들을 포함하고, 제2 투명 렌즈 요소에는 액추에이터들이 부착되지 않는 시스템이 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 제2 투명 렌즈 요소는 제1 투명 렌즈 요소보다 높은 강성을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 액추에이터들과 제1 투명 렌즈 요소 사이에 부착된 렌즈 형상화 구조물을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 제1 투명 렌즈 요소는 제2 투명 렌즈 요소보다 얇다.
다른 실시예에 따르면, 제1 투명 렌즈 요소 및 제2 투명 렌즈 요소 둘 모두의 곡률을 동적으로 조정하는 것은 제2 투명 렌즈 요소의 곡률 반경을 20% 초과만큼 조정하는 것을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 헤드 장착형 지지 구조물; 광을 방출하는 디스플레이; 및 디스플레이로부터 광을 수신하는, 헤드 장착형 지지 구조물에 의해 지지된 렌즈 모듈을 포함하고, 상기 렌즈 모듈은, 강성 렌즈 요소; 강성 렌즈 요소보다 낮은 강성을 갖는 제1 투명 렌즈 요소 - 제1 투명 렌즈 요소 및 강성 렌즈 요소는 제1 유체-충전 챔버를 한정함 -; 강성 렌즈 요소보다 낮은 강성을 갖는 제2 투명 렌즈 요소 - 제2 투명 렌즈 요소 및 강성 렌즈 요소는 제2 유체-충전 챔버를 한정하고, 제1 투명 렌즈 요소는 탄성중합체 렌즈 요소이고, 제2 투명 렌즈는 요소는 반-강성 렌즈 요소임 -; 제1 유체-충전 챔버와 제2 유체-충전 챔버 사이의 채널; 제1 유체-충전 챔버와 제2 유체-충전 챔버 사이의 채널을 통한 유동을 허용하기 위해 개방되도록 구성된, 채널 내의 밸브; 및 밸브가 개방되는 동안, 제1 투명 렌즈 요소를 이동시키고 제1 유체-충전 챔버와 제2 유체-충전 챔버 사이의 유동을 제어하도록 구성된 복수의 액추에이터들을 포함하는 시스템이 제공된다.
다른 실시예에 따르면, 렌즈 모듈은 제1 투명 렌즈 요소에 결합된 링-형상 구조물을 포함하고, 복수의 액추에이터들은 제1 투명 렌즈 요소를 이동시키기 위해 링-형상 구조물을 조정하도록 구성된다.
전술한 것은 단지 예시적인 것이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (21)

  1. 시스템으로서,
    헤드 장착형 지지 구조물;
    광을 방출하는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이로부터 상기 광을 수신하는, 상기 헤드 장착형 지지 구조물에 의해 지지된 렌즈 모듈을 포함하고, 상기 렌즈 모듈은,
    챔버를 한정하는 제1 투명 렌즈 요소 및 제2 투명 렌즈 요소 - 상기 제1 투명 렌즈 요소는 탄성중합체 렌즈 요소이고 상기 제2 투명 렌즈 요소는 반-강성 렌즈 요소임 -;
    상기 제1 투명 렌즈 요소와 상기 제2 투명 렌즈 요소 사이의 챔버 내의 유체; 및
    상기 제1 투명 렌즈 요소의 제1 곡률을 조정하도록 구성된 복수의 액추에이터들을 포함하고, 상기 제1 투명 렌즈 요소의 상기 제1 곡률을 조정하는 것은 또한 상기 제2 투명 렌즈 요소의 제2 곡률의 변화를 야기하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 투명 렌즈 요소의 상기 제2 곡률의 변화는 20% 초과의 상기 제2 투명 렌즈 요소의 곡률 반경의 변화를 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 투명 렌즈 요소는 상기 제2 투명 렌즈 요소보다 얇은, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 투명 렌즈 요소는 상기 제2 투명 렌즈 요소보다 낮은 영률(Young's modulus)을 갖는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 상기 복수의 액추에이터들과 상기 제1 투명 렌즈 요소 사이에 부착된 렌즈 형상화 구조물을 더 포함하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 렌즈 형상화 구조물은 복수의 연장부들을 갖는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 연장부들 중 각각의 연장부는 상기 복수의 액추에이터들의 개개의 액추에이터에 결합되는, 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 렌즈 형상화 구조물은 중앙 개구 주위의 링에서 연장되고, 상기 제1 투명 렌즈 요소는 상기 중앙 개구와 중첩되는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 투명 렌즈 요소는 제1 안정 상태 및 제2 안정 상태를 갖는 쌍안정 렌즈 요소이고, 상기 제2 곡률은 상기 제1 상태에서 오목하고, 상기 제2 곡률은 상기 제2 상태에서 볼록한, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 곡률을 오목으로부터 볼록으로 조정하는 것은 상기 제2 투명 렌즈 요소로 하여금 상기 제1 안정 상태로부터 상기 제2 안정 상태로 스위칭하게 하는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 곡률을 오목으로부터 볼록으로 점진적으로 조정하는 것은 상기 제2 곡률의 곡률 반경이 점진적으로 증가하게 하는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은,
    상기 제2 투명 렌즈 요소의 중심을 향해 상기 제2 투명 렌즈 요소의 에지에 힘을 인가하는 바이어싱 구조물을 더 포함하는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은,
    지지 구조물을 더 포함하고, 상기 바이어싱 구조물은 제2 투명 렌즈 요소와 상기 지지 구조물 사이에 밀봉을 형성하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 액추에이터들은 상기 지지 구조물 상에 형성되는, 시스템.
  15. 시스템으로서,
    헤드 장착형 지지 구조물;
    광을 방출하는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이로부터 상기 광을 수신하는, 상기 헤드 장착형 지지 구조물에 의해 지지되는 렌즈 모듈을 포함하고, 상기 렌즈 모듈은,
    챔버를 한정하는 제1 투명 렌즈 요소 및 제2 투명 렌즈 요소 - 상기 제1 투명 렌즈 요소는 탄성중합체 렌즈 요소이고 상기 제2 투명 렌즈 요소는 반-강성 렌즈 요소임 -;
    상기 제1 투명 렌즈 요소와 상기 제2 투명 렌즈 요소 사이의 챔버 내의 유체; 및
    상기 제1 투명 렌즈 요소 및 상기 제2 투명 렌즈 요소 둘 모두의 곡률을 동적으로 조정하도록 구성되는, 상기 제1 투명 렌즈 요소에 부착된 액추에이터들을 포함하고, 상기 제2 투명 렌즈 요소에는 액추에이터들이 부착되지 않는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 투명 렌즈 요소는 상기 제1 투명 렌즈 요소보다 높은 강성을 갖는, 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 상기 액추에이터들과 상기 제1 투명 렌즈 요소 사이에 부착된 렌즈 형상화 구조물을 더 포함하는, 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제1 투명 렌즈 요소는 상기 제2 투명 렌즈 요소보다 얇은, 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제1 투명 렌즈 요소 및 상기 제2 투명 렌즈 요소 둘 모두의 곡률을 동적으로 조정하는 것은 상기 제2 투명 렌즈 요소의 곡률 반경을 20% 초과만큼 조정하는 것을 포함하는, 시스템.
  20. 시스템으로서,
    헤드 장착형 지지 구조물;
    광을 방출하는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이로부터 상기 광을 수신하는, 상기 헤드 장착형 지지 구조물에 의해 지지되는 렌즈 모듈을 포함하고, 상기 렌즈 모듈은,
    강성 렌즈 요소;
    상기 강성 렌즈 요소보다 낮은 강성을 갖는 제1 투명 렌즈 요소 - 상기 제1 투명 렌즈 요소 및 상기 강성 렌즈 요소는 제1 유체-충전 챔버를 한정함 -;
    상기 강성 렌즈 요소보다 낮은 강성을 갖는 제2 투명 렌즈 요소 - 상기 제2 투명 렌즈 요소 및 상기 강성 렌즈 요소는 제2 유체-충전 챔버를 한정하고, 상기 제1 투명 렌즈 요소는 탄성중합체 렌즈 요소이고, 상기 제2 투명 렌즈는 요소는 반-강성 렌즈 요소임 -;
    상기 제1 유체-충전 챔버와 상기 제2 유체-충전 챔버 사이의 채널;
    상기 제1 유체-충전 챔버와 상기 제2 유체-충전 챔버 사이의 상기 채널을 통한 유동을 허용하기 위해 개방되도록 구성된, 상기 채널 내의 밸브; 및
    상기 밸브가 개방되는 동안, 상기 제1 투명 렌즈 요소를 이동시키고 상기 제1 유체-충전 챔버와 상기 제2 유체-충전 챔버 사이의 유동을 제어하도록 구성된 복수의 액추에이터들을 포함하는, 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은,
    상기 제1 투명 렌즈 요소에 결합된 링-형상 구조물을 더 포함하고, 상기 복수의 액추에이터들은 상기 제1 투명 렌즈 요소를 이동시키기 위해 상기 링-형상 구조물을 조정하도록 구성되는, 시스템.
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