KR100797677B1

KR100797677B1 - 액체 렌즈 시스템

Info

Publication number: KR100797677B1
Application number: KR1020060055469A
Authority: KR
Inventors: 오병도
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-23
Also published as: KR20070120773A

Abstract

본원발명은 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈 시스템에 원하는 디옵터를 얻기 위해 소정의 전압을 인가하는 경우, 상기 전압의 인가 전에 일정시간 동안 최대 전압 또는 최소 전압을 인가하도록 하는 오버드라이브 구동방식을 채용함으로써 액체 렌즈의 반응속도를 현저히 감소시킬 수 있도록 한 것을 기술적 특징으로 한다.

액체 렌즈, 계면, 유체, 오버드라이브, 디옵터

Description

액체 렌즈 시스템{LIQUID-LENS SYSTEMS}

도 1 내지 3은 종래 기술에 따른 액체 렌즈의 구조와 동작을 나타내는 단면도이다.

도 4는 액체 렌즈에 있어 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압 및 이에 따라 얻어지는 디옵터를 나타내는 그래프이다.

도 5는 종래 기술에 따라 액체 렌즈에 인가되는 전압과 응답시간과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 6a 내지 도6c는 본원발명에 따라 전압 상승의 경우, 오버드라이브 구동을 실시한 실시 예를 도시하는 그래프이다.

도 7a 및 도 7b는 본원발명에 따라 언더댐핑의 경우에 있어, 오버드라이브 구동을 실시한 실시 예를 도시하는 그래프이다.

도 8a 내지 도 8c는 본원발명에 따라 오버드라이브 구동부를 채용한 액체 렌즈 시스템을 도시한다.

도 9a 내지 도 9c 및 도 10a 및 도 10b는 본원발명에 따른 일 실시 예를 도시한다.

<도면의 주요 부분의 부호의 설명>

100 : 액체 렌즈 시스템 110 : 유체 챔버

120 : 유체 접촉층 130 : 제1 전극

140 : 제2 전극 150 : 절연층

160 : 투명판 전방 요소 170 : 투명판 후방 요소

200 : 계면 210 : 액체 렌즈 구동부

220 : 드라이브 IC 230 : AF 제어부

240 : 오버드라이브 구동부

본원발명은 전기 습윤 현상을 이용한 액체 렌즈에 관한 발명으로, 보다 구체적으로는 액체 렌즈 내부의 계면의 형상변화를 가져오기 위해 요구되는 액체 렌즈의 구동방식에 관한 발명이다.

현재, 줌 렌즈가 포함된 카메라는 이동통신 단말기, 소형 디지털 카메라, 자동카메라 등 다양한 휴대용 멀티미디어 기기에 적용되고 있으며, 기술이 점점 발전하게 됨에 따라 상기 카메라와 같은 다양한 장치를 하나의 휴대용 장치에 일체로 집적하는 것과 동시에 보다 소형화하려는 노력이 계속적으로 진행되고 있다.

종래 줌 렌즈가 포함된 카메라의 경우, 상기 렌즈 요소에 줌 기능을 행하기 위해 요구되는 기계적 운동 때문에, 종래의 줌 렌즈는 상기 렌즈의 광학 축을 따라 이동하도록 구성되어 있어 어느 정도 큰 치수를 가져야 할 필요가 있었으며, 또한, 상기 렌즈의 구동에 요구되는 별도의 모터 등의 구성을 별도로 장착하여야 하기 때문에 그 크기에 있어 소형화를 실현하는 데 장애가 되고 있었다.

또한, 최근 줌 렌즈가 장착된 카메라가 휴대용 단말기 등에 부착되게 됨에 따라 그 크기에 있어 소형화를 실현하여야 한다는 문제는 더욱 필수적으로 요구되고 있으며, 부가하여 종래와 같이 기계적 방식으로 상기 줌 렌즈를 구동하는 경우에는, 상술한 바와 같은 문제 외에도, 상기 줌 렌즈를 구동하기 위해 설치되는 전기모터는 상당한 양의 베터리 전력을 소모하기 때문에 휴대용 단말기에 상기 줌 렌즈를 장착한다는 것은 상당한 기술적 곤란성을 가져야 한다는 문제가 있고, 이에 더해, 종래의 기계적인 방식을 사용하여 렌즈의 줌(zoom)을 실행하기 위해서는 특정한 양의 시간을 필요로 한다는 문제가 있었다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 한 방법으로, 최근 전기습윤(electrowetting) 방식을 이용한 액체 렌즈를 종래의 기계적인 방식의 줌 렌즈에 대체하여 사용하도록 하는 방식이 제안되고 있으며, 이에 대한 활발한 연구가 현재 계속하여 진행되고 있다.

우선, 액체 렌즈에 관한 발명을 개시하고 있는 PCT 국제공개번호 WO 03/069380를 참조하여, 이러한 액체 렌즈의 기본적 구성 및 기능에 관해 간략히 알아보도록 한다.

도 1은 WO 03/069380의 실시 예로서 제안된 액체 렌즈의 간략한 단면도인 바, 상기 도면을 참조하여 살펴보면, 도 1에서와 같이 상기의 액체 렌즈는 굴절률이 서로 다르고 메니스커스(meniscus)(14)를 통해 접촉하는 비혼합성의 제1 유체(A) 및 제2 유체(B)를 구비하며 실린더 벽을 갖는 실린더 형상의 유체 챔버(5), 상기 실린더 벽의 내측에 배치된 유체 접촉층(contact layer)(10), 상기 유체 접촉층(10)에 의해 상기 제1 유체(A) 및 제2 유체(B)와 분리되는 제1 전극(2) 및 상기 제2 유체(B)를 활성화시키는 제2 전극(12)을 포함한다.

여기서, 상기 제1 전극(2)은 실린더 형상으로서 절연층(insulating layer)(8)에 의해 코팅되고 금속성 물질로 만들어지며, 상기 제2 전극(12)은 유체 챔버(5)의 일측에 배치된다. 또한, 투명한 전방 요소(4)와 투명한 후방 요소(6)는 상기의 두 유체들을 수용하는 상기 유체 챔버(5)의 커버를 형성한다.

이와 같은 구성을 갖는 액체 렌즈의 동작은 다음과 같다.

상기 제1 전극(2)과 제2 전극(12) 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 유 체 접촉층은 제2 유체(B)보다 제1 유체(A)에 대해 높은 습윤성(wettability)을 가진다. 만약, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압(V1, V2, V3)이 인가되면, 일렉트로웨팅(electrowetting) 때문에, 상기 제2 유체(B)에 의한 습윤성이 변하고, 도시한 바와 같이 메니스커스(14)의 접촉각(Q1, Q2, Q3)이 변하게 된다. 따라서, 인가된 전압에 따라 메니스커스의 형상이 변화하게 되고, 이를 이용하여 상기 액체 렌즈의 초점조절을 행하도록 하는 것이다.

즉, 도 1 내지 도 3에서와 같이 인가된 전압의 크기에 따라 제1 유체(B)에서 측정한 상기 메니스커스(14)와 유체 접촉층(10) 사이의 각도는 각각 둔각에서 예각으로, 예컨대 대략 140°, 100°, 60°등으로 변화하게 된다. 여기서, 도 1은 높은 음의 파워(power), 도 2는 낮은 음의 파워, 도 3은 양의 파워를 갖는 배치를 나타낸다. 이와 같이 유체를 이용한 액체 렌즈는 종래의 렌즈의 기계적 구동을 통해 초점을 조절하는 방식에 비해 소형화 및 전력소모에 있어 장점을 지니고 있음을 알 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 액체 렌즈는 계면의 형상을 조절하여 광 경로를 제어하고 이를 통해서 자동초점과 같은 기능을 구비하는 것을 알 수 있다. 이러한 계면의 형상 변화는 LIPPMANN 이론으로 설명되며, 이는 계면의 전하밀도에 따라서 계면 장력이 바뀌기 때문에 발생하는 현상이다.

즉, 계면의 전하밀도는 액체 내부의 전하들이 주어진 포텐셜(전압)의 차이로 인해 분포를 바꾸게 되는 것으로, 구체적으로 전하는 에너지 레벨이 상대적으로 계면으로 이동하게 되어 계면에 전하가 집중하게 되고, 따라서, 계면의 에너지가 바뀌어 형상을 바꾸게 되는 것이다. 이와 같은 메카니즘에 의해 상기 액체 렌즈가 구동되기 때문에 액체를 담을 수 있는 물리적기구, 절연막 및 액체 등이 결정되면, 액체 렌즈의 동작구간은 주어지는 전압에 의해 결정되게 된다. 이와 같은 동작을 설명하는 도면이 도4에 도시되어 있다.

상기 도4에 도시되어 있는 작동구간은 이온 확산이나, 마찰력 등에 의해 생기는 피닝 전압(pinning voltage)으로부터 세츄레이션(saturation) 현상이 발생하는 세츄레이션 전압(saturation voltage) 사이에서 결정되게 된다. 따라서, 실질적인 액체 렌즈의 동작구간은 피닝 전압과 세츄레이션 전압 사이의 디옵터(diopter) 값에 있음을 알 수 있다.

즉, 원하는 디옵터 값의 렌즈를 액체 렌즈로 구현하기 위해서는 대응되는 전압 값을 인가하면 됨을 알 수 있다. 이에 반해, 보통의 자동 초점 렌즈에서는 렌즈의 디옵터 값을 정해진 구간에서 미리 주어진 간격으로 움직여서 영상을 얻고 이렇게 얻어진 영상을 처리하여 초점을 찾는 방식을 사용하게 된다.

도1 내지 도4를 참조하여 액체 렌즈 시스템에 소정의 전압을 인가하는 방법을 구체적으로 설명하면, 도1 내지 도3에 도시되어 있는 각각의 전극(2, 12)에 상 기 액체 렌즈 시스템의 외부에 마련되어 있는 액체 렌즈 구동부(미도시)에서 소정의 전압을 인가하는 것, 즉, 도4에 도시되어 있는 피닝 전압 및 세츄레이션 전압 사이의 디옵터 값에 해당하는 전압(V₁ 내지 Vn)을 인가하는 것에 의해 상기 액체 렌즈의 계면 형상의 변화를 가져오도록 하는 것을 알 수 있다.

도5에는 상기 액체 렌즈에 요구되는 디옵터에 대응하는 전압 값을 각각 인가한 경우 각각의 전압 값에 따라 그에 대응하는 디옵터에 도달하는 시간과의 관계가 도시되어 있는 바, 상기 도면을 참조하면, 상술한 바와 같이 액체 렌즈 시스템에 있어, 원하는 액체 렌즈 계면의 형상을 얻기 위해서는, 요구되는 디옵터 값에 해당하는 일정한 전압 값을 상기 액체 렌즈에 인가하여야 함을 알 수 있고, 또한 이러한 특정한 전압이 인가되는 경우 그 전압에 상응하는 디옵터 값을 가지도록 액체 렌즈의 계면의 형상이 변화하는 데는 역학적으로 어느 정도 시간이 필요로 하게 되며, 그 시간은 또한 인가되는 전압에 따라 다름을 알 수 있다. 그리고, 이러한 액체 렌즈의 계면의 형상의 변화는 종래의 기계적인 방식처럼 주기적으로 형성되는 것은 아니고, 비주기적으로 형성되어 진다는 점에서 그 변화를 일정하게 예측하기 어렵다는 문제가 있다.

따라서, 본 출원인은 액체 렌즈에 있어, 상술한 바와 같은 문제점이 발생하는 것을 인식하고, 원하는 디옵터 값을 얻기 위해 소정의 전압을 인가하는 경우, 보다 빨리 액체 렌즈의 계면의 형상변화를 가져올 수 있도록 하는 것과 동시에 어느 정도 일정한 주기를 가지면서 상기 계면의 형상변화를 가져올 수 있도록 하는 방안을 강구하게 되었다.

본원발명은 상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위해 마련한 것으로, 본원발명은 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈 시스템의 구성에 원하는 디옵터를 얻기 위해 소정의 전압을 인가하는 경우, 상기 전압의 인가 전에 일정시간 동안 최대 전압 또는 최소 전압을 인가하도록 하는 오버드라이브 구동방식을 채용함으로써 액체 렌즈의 응답속도를 현저히 감소시킬 수 있도록 한 것을 그 기술적 특징으로 한다.

또한, 본원발명은 액체 렌즈 시스템에 인가되는 전압이 비록 차이가 있을지라도, 상술한 바와 같은 오버드라이브 구동방식을 상기 시스템에 채용하도록 하는 것에 의해 상기 액체 렌즈의 계면 형상의 변화를 어느 정도 주기적으로 발생하도록 함으로서, 상기 계면 형상의 변화를 예측할 수 있도록 하도록 한 것을 다른 기술적 특징으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본원발명의 오버드라이브 방식을 이용한 액체 렌즈 시스템의 구동방법은, 전기 습윤 방식을 사용하여 초점을 제어하는 액체 렌즈 시스템의 구동방법에 있어, 액체 렌즈의 계면 형상에 대응하는 디옵터를 얻기 위해 전압을 인가하는 경우, 상기 전압의 인가 전에 오버드라이브 파형을 구비하는 전압을 미리 인가하도록 하되,

상기 오버드라이브 파형은 일정 시간 동안 최대 전압(Vmax) 또는 최소 전압(Vmin)을 인가하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본원발명의 오버드라이브 구동부를 구비한 액체 렌즈 시스템은 서로 다른 굴절률을 구비하며 계면에 의해 분리되는 제1 및 제2 유체와, 상기 계면의 형상을 변화시키기 위해 제1 유체에 작용하는 제1 전극 및 상기 제1 유체와 절연된 제2 전극 및 상기 양 전극에 전압을 인가하여 액체 렌즈를 구동하기 위한 액체 렌즈 구동부를 포함하여 구성되는 액체 렌즈 시스템에 있어, 상기 액체 렌즈 구동부는 액체 렌즈의 계면 형상에 대응하는 디옵터를 얻기 위해 전압을 인가하는 경우, 상기 전압의 인가 전에 오버드라이브 파형을 구비하는 전압을 미리 인가하도록 하되,

상술한 본원발명의 목적은 이 기술분야에서 숙련된 당업자에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6a 내지 도6c는 본원발명에 따라 전압 상승의 경우, 오버드라이브 구동을 실시한 실시 예를 도시하고, 도 7a 및 도 7b는 본원발명에 따라 언더댐핑의 경우에 있어, 오버드라이브 구동을 실시한 실시 예를 도시하며, 도 8a 내지 도 8c는 본원발명에 따라 오버드라이브 구동부를 채용한 액체 렌즈 시스템을 도시하고, 도 9a 내지 도 9c 및 도 10a 및 도 10b는 본원발명에 따른 일 실시 예를 도시한다.

본원발명은 액체 렌즈 시스템에 있어, 원하는 디옵터를 얻기 위해 전압을 인가하여 액체 렌즈의 계면 형상의 변화를 가져오는 경우, 상기 전압의 인가 시로부터 상기 액체 렌즈의 계면 형상의 변화가 발생하기까지 걸리는 역학적인 시간을 감소하도록 한 것을 본원발명의 목적으로 한다. 이러한 본원발명의 기술적 특징 및 구성을 구체적으로 서술하기 전에, 우선 액체 렌즈에 있어 인가되는 전압과 액체 렌즈의 계면 변화와의 상관관계를 구체적으로 살펴보도록 한다.

도5는 액체 렌즈에 있어 원하는 디옵터를 얻기 위해 인가되는 전압과, 이에 따라 발생하는 계면의 형상 변화가 발생하기까지의 시간과의 관계가 도시되어 있다. 상기 도5를 참조하면, 액체 렌즈에 있어 보다 큰 디옵터를 얻기 위해서는 보다 높은 전압이 인가되어야 함을 알 수 있고, 또한, 더 높은 전압이 인가될수록 상 기 계면의 형상변화가 발생하기까지의 시간이 감소하고 있음을 알 수 있다.

이러한 인가되는 전압의 크기에 따른 계면 형상의 변화는 이미 상술한 바와 같이, 액체 렌즈의 계면 상에서의 전하 밀도의 분포에 따라 발생하는 것을 알 수 있다.

즉, 전하는 에너지 레벨이 상대적으로 계면으로 이동하기 때문에 계면에 상기 전하가 집중하게 되고, 이렇게 생성된 계면 상에서의 전하 밀도는 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압에 따라 그 분포가 변화하게 되며, 이에 따라 상기 계면의 형상변화가 발생하게 되는 것이다.

한편, 상술한 바와 같이 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압 값이 커지게 되면, 상기 계면 상에서의 에너지의 차이가 커지게 되고, 이에 따라 상기 계면의 형상을 변화시키는 힘이 커지게 된다. 따라서, 상기 도5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압이 커지면 커질수록 계면의 형상의 변화가 빠르게 발생하는 것을 알 수 있다.

이를 간단히 설명하면, 액체 렌즈에 인가되는 전압 값이 커지게 되면(V1〈 V2〈 V3), 일반적으로 요구되는 디옵터 값이 따라서 커지게 됨을 알 수 있고(D1〈 D2〈 D3), 또한, 상술한 바와 같이 계면의 형상변화에 이르기까지의 시간은 더 감소하게 됨을 알 수 있다(T1 〉T2 〉T3).

즉, 본원발명은 상술한 바와 같이 일반적인 액체 렌즈에 전압을 인가하는 경우에 발생하는 문제점인, 낮은 전압 값을 인가할수록 액체 렌즈의 계면의 형상변화가 발생하기까지의 시간이 너무 오래 걸린다는 점 및 인가되는 전압의 크기에 따라 발생하는 상기 계면의 형상변화가 발생하는 시간이 비주기적이며 규칙적이지 않다는 문제점을 해결하도록 하기 위한 것이다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본원발명의 출원인은 상술한 바와 같은 기본적인 원리 "인가된 전압 차가 크면 클수록 계면의 형상변화를 빠르게 가져올 수 있다."는 사실에 기초하여 상술한 바와 같은 문제를 해소할 수 있는 방안을 찾을 수 있었다.

즉, 본원발명은 전기 습윤 방식을 사용하여 초점을 자동으로 제어하는 액체 렌즈 시스템의 구동방법에 있어, 상기 액체 렌즈의 계면 형상에 대응하는 디옵터를 얻기 위해 소정의 전압 값을 인가하는 경우, 상기 전압의 인가 전에 오버드라이브(overdrive) 파형을 구비하는 전압을 미리 인가하도록 한 것을 기술적 특징으로 한다. 특히, 상기 오버드라이브 구동부에 의한 오버드라이브 파형은 일정 시간(Tov) 동안 최대 전압(Vmax) 또는 최소 전압(Vmin)을 인가하도록 하는 것에 의해 형성된다.

이와 같은 본원발명의 기술적 특징을 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 구체적으 로 설명하도록 한다.

도6a에는 도5에 도시되어 있는 액체 렌즈에 있어 원하는 디옵터를 얻기 위해 인가되는 전압(V₁, V₂, V₃)과, 이에 따라 발생하는 계면의 형상변화가 발생하기까지의 시간과의 관계 중, 디옵터 D₂, D₃와 관련된 부분만을 개시하고 있고, 도6b에는 본원발명에 따른 오버드라이브 파형이 개시되어 있음을 알 수 있는 바, 상기 파형은 일정시간(Tov) 동안 인가되는 최대 전압(Vmax)이 단위펄스로 형성되어 있다. 도6c는 상기 도6a에 따른 전압(V₂, V₃)을 인가하기 전에 미리 상기 도6b에 따른 오버드라이브 파형을 인가하고 그 후, 상기 전압을 인가한 경우, 이에 따른 계면 형상의 변화에 걸리는 시간 및 파형의 형상이 개시되어 있다.

즉, 원하는 디옵터를 얻기 위해 이에 대응하는 소정의 전압(V₂, V₃)을 인가하기 전에 미리 일정 시간(Tov) 동안 상기 V₃에 대응하는 최대전압 Vmax을 단위 펄스로 인가하는, 즉, 오버드라이브 파형을 인가하도록 한 후, 상기 소정의 전압(V₂, V₃)을 순차적으로 인가하도록 한 후의 결과가 도6c에 도시되어 있다. 여기서, 디옵터에 해당하는 전압만을 인가한 경우의 결과는 점선으로 도시되어 있고, 본원발명에 따라 오버드라이브 구동을 실시한 경우의 결과는 실선으로 도시되어 있는 바, 상기 결과에 의하면, 디옵터 D₂, D₃에 도달하기까지의 시간은 종래 전압만을 인가한 경우의 T₂, T₃에서 본원발명에 따라 오버드라이브 구동을 실시한 경우 T₂', T₃'로 종래에 비해 상기 디옵터에 도달하기까지의 시간이 상당한 정도로 감소하고 있음을 알 수 있다.

따라서, 종래 전압의 인가에 의해 액체 렌즈의 계면 형상의 변화에 이르기까지 걸리던 시간이 본원발명에 따른 경우 상당한 정도로 감소하고 있다는 점에서 상기 액체 렌즈 시스템의 응답성이 매우 향상됨을 알 수 있으며, 또한 본원발명을 적용한 경우, 상기 계면의 형상 변화에 이르기까지의 시간인 T₂', T₃'이 거의 일정하게 형성됨을 알 수 있다는 점에서 어느 정도 규칙성을 가지고 상기 액체 렌즈의 계면 형상의 변화를 가져올 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다.

상기 액체 렌즈의 구동 실시 예에서, 오버드라이브 파형은 오직 단위 펄스만을 사용하고 있는 것을 개시하고 있으나, 본원발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 본원발명의 기술적 범위를 벗어나지 않는 한, 1개 이상의 단위 펄스 또는 다양한 형상의 펄스를 인가하는 것도 가능하다. 즉, 본원발명의 오버드라이브 파형은 일정시간 동안 최대 전압 또는 최소 전압을 인가할 수 있다면, 어떠한 파형을 사용하는 것도 가능하며, 그에 따른 효과 역시 동일하다.

덧붙여, 상기 액체 렌즈에 있어 전압의 하강(낮은 디옵터를 얻기 위한 경우, 언더댐핑(underdamping)이 요구되는 경우)의 경우에도, 상술한 바와 같은 액체 렌즈의 전압 상승 시와 동일하게 상기 액체 렌즈의 계면 형상에 대응하는 디옵터를 얻기 위한 전압의 인가 전에, 소정의 오버드라이브 파형을 인가하도록 하는 바, 이 경우의 오버드라이브 파형은 일정 시간(Tov) 동안 최소 전압(Vmin)을 1개 이상의 단위 펄스 또는 멀티 스텝 펄스로 인가하는 방식을 사용할 수 있다.

이와 같은 방식을 사용하는 경우가 도7a 및 도7b에 구체적으로 도시되어 있는 바, 도7a는 오버드라이브 파형으로 일정 시간(Tov) 동안 인가하는 최소 전압(Vmin)을 단위 펄스의 방식으로 인가하는 경우를 도시하고 있고, 도7b는 오버드라이브 파형으로 일정 시간(Tov) 동안 인가하는 최소 전압(Vmin)을 멀티 스텝 펄스의 방식으로 인가하는 경우를 도시한다.

도8a는 본원발명에 따른 일 실시예를 개시하고 있는 것으로, 오버드라이브 구동부를 구비한 액체 렌즈 시스템을 개시한다.

도8a에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 액체 렌즈 시스템(100)은 굴절률이 서로 다르며 계면(200)을 통해 접촉하는 제1 유체(A) 및 제2 유체(B)와, 상기 제1 유체(A) 및 제2 유체(B)를 구비하는 실린더 벽을 갖는 실린더 형상의 유체 챔버(110)와, 상기 실린더 벽의 내측에 배치된 유체 접촉층(120), 상기 유체 접촉층(120)에 의해 상기 제1 유체(A) 및 제2 유체(B)와 분리되는 제1 전극(130) 및 상기 제2 유체(B)를 활성화시키는 제2 전극(140)을 포함하여 구성되고, 상기 제1 전 극(140)은 실린더 형상으로서 절연층(150)에 의해 코팅되어 형성되며, 상기 제2 전극(140)은 유체 챔버(110)의 일 측에 배치되도록 구성된다. 또한, 투명한 전방 요소(160)와 투명한 후방 요소(170)는 상기 두 유체를 수용하는 상기 유체 챔버(110)의 커버를 형성하고 있다.

한편, 상기 제1 전극(130) 및 제2 전극(140)에 연결되어 상기 액체 렌즈의 계면(200)의 형상 변화를 가져올 수 있는 디옵터에 해당하는 전압 값을 인가하도록 하는 액체 렌즈 구동부(210)는 상기 액체 렌즈 모듈의 외부에 마련되어, 상기 액체 렌즈 시스템(100)의 일부를 구성하도록 한다.

도8b 및 도8c에는 상기 액체 렌즈 구동부(210)의 일 실시 예가 개시되어 있다.

상기 도면을 참조하면, 상기 액체 렌즈 구동부(210)는 드라이브 IC(220)와 AF 제어부(230)를 포함하여 구성되는 데, 도8b에는 본원발명에 따라 상기 액체 렌즈 시스템(100)에 오버드라이브 파형을 인가하기 위한 오버드라이브 구동부(240)가 드라이브 IC(220)에 마련되어 있는 한 실시 예가 도시되어 있고, 도8c에는 본원발명에 따라 상기 액체 렌즈 시스템(100)에 오버드라이브 파형을 인가하기 위한 오버드라이브 구동부(240)가 AF 제어부(23)에 마련되는 한 실시 예가 개시되어 있다.

상술한 바와 같이, 본원발명은 상기 액체 렌즈 구동부(210) 내에 마련되는 오버드라이브 구동부(240)를 통하여 상기 액체 렌즈 시스템(100)에 소정의 오버드라이브 파형을 미리 인가하도록 함으로서 본원발명에 따른 액체 렌즈 시스템(100)의 구동 응답성을 보다 빠르게 향상시키도록 한다. 한편, 상기 실시 예에서는 상기 오버드라이브 구동부(240)가 드라이브 IC(220) 또는 AF 제어부(23)에 포함되어 있는 것을 개시하고 있으나, 상기 오버드라이브 구동부(240)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 의해 그 위치는 자유롭게 조정이 가능하다.

상술한 바와 같이 구성된 액체 렌즈 시스템(100)을 통하여 본원발명에 따른 오버드라이브 파형을 인가하도록 하는 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도9a는 상승 전압을 액체 렌즈에 인가하는 경우의 한 실시 예를 도시하고 있는 것으로, 상기 도면을 참조하면, -5 디옵터에 해당하는 인가전압은 0V임을 알 수 있고, 5 디옵터에 대응하기 위해 인가되는 전압 값은 20V이며, 30 디옵터에 대응하기 위해 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압은 40V임을 알 수 있다. 또한, 상기 5디옵터에 도달하기까지는 약 400ms의 응답시간을 갖는 것을 알 수 있고, 상기 30 디옵터에 도달하기까지는 약 100ms의 응답시간을 갖는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 각각의 디옵터에 도달하기 위해 서로 다른 전압 값을 상기 액체 렌즈에 인가하는 경우, 그 인가되는 전압 차가 작을수록 요구되는 디옵터에 도달하는 시간은 더 필요로 하는 것을 알 수 있다.

이 때, 본원발명에 따른 오버드라이브 구동부(240)에서, 상기 디옵터에 대응하는 전압의 인가 전에 미리 도9b에 도시되어 있는 바와 같은 40V(Vmax), 30ms(Tov)로 구성된 단위 펄스의 오버드라이브 파형을 상기 액체 렌즈 시스템(100)에 인가하고, 그 후 상기 5 디옵터에 대응하는 전압 값인 20V를 상기 액체 렌즈에 인가하도록 한다.

이 경우의 결과가 도9c에 도시되어 있는 바, 상기 도면을 참조하면, 종래 5 디옵터에 도달하기까지 약 400ms의 시간을 갖던 파형(점선으로 도시)이 약 40ms의 시간에 상기 5 디옵터의 값에 도달(실선으로 도시)하고 있음을 알 수 있다. 즉, 종래 상기 5 디옵터의 값에 도달하기까지 걸리던 시간이 400ms에서 40ms로 상당한 정도로 그 응답시간이 감소하고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 상기 오버드라이브 파형을 상기 30 디옵터에 대응하는 40V의 전압 값에 적용한 경우에도 상기 5 디옵터의 값에 도달할 때까지의 시간과 거의 유사한 시간에 상기 디옵터의 값에 도달하는 것을 확인할 수 있다.

상술한 실시 예에서 확인된 바와 같이, 원하는 디옵터에 해당하는 전압 값을 인가하기 전에, Vmax, Tov에 해당하는 오버드라이브 파형을 미리 인가한 후, 상기 원하는 디옵터에 해당하는 전압 값을 인가하면, 상기 Vmax의 Tov의 값과 유사한 시간에 상기 원하는 디옵터의 값을 얻을 수 있는 효과를 가짐을 확인할 수 있다. 여기서, 상기 Vmax에 해당하는 값은 도4에 도시되어 있는 바와 같은 세츄레이션 전압 값과 같거나 작은 값의 범위 내에서 선택되도록 하는 것이 바람직하다.

도10은 하강 전압을 사용하여 언더댐핑(underdamping)을 행하는 경우의 한 실시 예를 도시하고 있는 것으로, 상기 도면을 참조하여 본원발명에 따른 구체적인 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도10a는 오버드라이브 구동부(240)를 통하여 현재의 전압(Vc)에 0V(Vmin), 60ms의 Tov로 구성된 단위 펄스의 오버드라이브 파형을 상기 액체 렌즈 시스템(100)에 인가하고, 그 후, 원하는 디옵터에 대응하는 전압 값인 Vw에 해당하는 전압 값을 상기 액체 렌즈에 인가하는 경우를 도시하고 있으며,

도10b는 오버드라이브 구동부(240)를 통하여, 현재의 전압(Vc)에 최대 전압으로 40V 또는 60V(Vmax), 최소 전압 0V(Vmin), 60ms의 Tov로 구성된 멀티 스텝 펄스의 오버드라이브 파형을 상기 액체 렌즈 시스템(100)에 인가하고, 그 후, 원하는 디옵터에 대응하는 전압 값인 Vw에 해당하는 전압을 인가하여 언더댐핑을 실시하는 한 실시 예를 개시하고 있으며, 상술한 바와 같은 실시 예에서, 오버드라이브 파형을 미리 인가하여 상기 Vw에 대응하는 디옵터의 값을 얻은 결과, 약 65ms의 응답시간에 걸리는 것을 확인할 수 있다. 상술한 멀티 스텝 방식으로 오버드라이브 파형을 인가하는 경우에는 계면의 움직임을 더욱 활발하게 할 수 있다는 효과를 가진다.

즉, 상기 실시 예에 개시되어 있는 바와 같이, 언더댐핑을 행하는 경우에 있어서도, 상기 상승 전압을 인가하는 경우와 마찬가지로, 원하는 디옵터에 해당하는 전압 값을 인가하기 전에, 오버드라이브 구동부를 통하여 Vmin, Tov에 해당하는 전압 값을 미리 인가한 후, 상기 원하는 디옵터에 해당하는 전압 값을 인가하면, 상기 Vmin의 Tov의 값과 유사한 시간에 상기 원하는 디옵터를 얻을 수 있는 효과를 가짐을 확인할 수 있다.

본원발명에서는 상술한 바와 같이 오버드라이브 구동방식을 사용하도록 하는 것에 의해 종래 액체 렌즈가 원하는 디옵터를 구비하는 속도(또는 액체 렌즈 내부의 계면이 원하는 형상을 가지는 데 필요한 시간)를 현저하게 감소시키도록 한다. 또한, 본원발명의 상기 실시 예에서는 오버드라이브 파형의 한 실시 예로 단위 펄스 또는 멀티 스텝 펄스를 들어 이를 구체적으로 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, AC와 DC 모두에 적용하는 것이 가능하다.

덧붙여, 본원발명의 상술한 바와 같은 오버드라이브 파형을 이용한 구동방식은, 상기 실시 예에 개시된 바와 같은 장치로 그 적용범위가 한정되는 것은 아니ㅁ며, 다른 액츄에이터나 전기습윤을 이용하는 다른 디스플레이 장치에도 적용하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본원발명에 따라 오버드라이브 구동부를 구비하는 액체 렌즈 시스템은 종래의 액체 렌즈 시스템에 비해 원하는 디옵터를 얻기 위한 응답속도에 있어 현저한 향상을 가져온다는 기술적 효과를 지닌다.

또한, 각각의 디옵터에 대응하는 전압을 인가하는 경우, 상기 원하는 디옵터에 도달하기까지의 시간이 규칙적으로 달성될 수 있다는 점에서도 장치의 예측가능성을 높인다는 기술적 효과를 지닌다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

피닝(pinning) 전압과 세츄레이션(saturation) 전압 사이의 작동구간에서 인가되는 전압의 크기에 대응하는 액체렌즈의 계면 형상의 변화에 따라 상기 액체렌즈의 초점을 제어하며, 상기 계면 형상의 변화에 걸리는 시간이 인가되는 전압의 크기에 반비례하는 액체 렌즈 시스템의 구동방법에 있어,

상기 액체렌즈의 계면 형상에 대응하는 디옵터를 얻기 위해 전압을 인가하는 경우,

상기 디옵터를 얻기 위한 전압보다 전압 차가 커 상기 계면 형상의 변화에 걸리는 시간을 줄일 수 있는 오버드라이브 파형을 구비하는 전압을 미리 인가한 후,

상기 디옵터를 얻기 위한 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 오버드라이브 방식을 이용한 액체 렌즈 시스템의 구동방법.
제1항에 있어서,

상기 오버드라이브 파형을 구비하는 전압은, 상기 디옵터를 얻기 위한 전압을 인가하는 시간(Tov)까지 최대 전압(Vmax)을 지속적으로 인가하며,

상기 최대 전압(Vmax)의 오버드라이브 파형은 1개 이상의 단위 펄스로 인가하는 것을 특징으로 하는 오버드라이브 방식을 이용한 액체 렌즈 시스템의 구동방법.
제1항에 있어서,

상기 오버드라이브 파형을 구비하는 전압은, 상기 디옵터를 얻기 위한 전압을 인가하는 시간(Tov)까지 최소 전압(Vmin)을 지속적으로 인가하며,

상기 최소 전압(Vmin)의 오버드라이브 파형은 1개 이상의 단위 펄스 또는 멀티 스텝 펄스로 인가하는 것을 특징으로 하는 오버드라이브 방식을 이용한 액체 렌즈 시스템의 구동방법.
제2항에 있어서,

상기 최대 전압(Vmax)은 상기 디옵터를 얻기 위한 전압보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 오버드라이브 방식을 이용한 액체 렌즈 시스템의 구동방법.
제3항에 있어서,

상기 최소 전압(Vmin)은 상기 디옵터를 얻기 위한 전압보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 오버드라이브 방식을 이용한 액체 렌즈 시스템의 구동방법.
제4항에 있어서,

상기 최대 전압(Vmax)은 상기 세츄레이션(saturation) 전압보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 오버드라이브 방식을 이용한 액체 렌즈 시스템의 구동방법.
서로 다른 굴절률을 구비하며 계면에 의해 분리되는 제1 및 제2 유체와, 상기 계면의 형상을 변화시키기 위해 제1 유체에 작용하는 제1 전극 및 상기 제1 유체와 절연된 제2 전극 및 상기 양 전극에 전압을 인가하여 액체 렌즈를 구동하기 위한 액체 렌즈 구동부를 포함하여 구성되며,

상기 액체 렌즈 구동부는 피닝(pinning) 전압과 세츄레이션(saturation) 전압 사이의 작동구간에서 인가되는 전압의 크기에 대응하는 액체렌즈의 계면 형상의 변화에 따라 상기 액체렌즈의 초점을 제어하며, 상기 계면 형상의 변화에 걸리는 시간은 상기 인가되는 전압의 크기에 반비례하는 액체 렌즈 시스템에 있어,

상기 액체렌즈의 계면 형상에 대응하는 디옵터를 얻기 위해 전압을 인가하기 이전에, 상기 디옵터를 얻기 위한 전압보다 전압 차가 커 상기 계면 형상의 변화에 걸리는 시간을 줄일 수 있는 오버드라이브 파형을 구비하는 전압을 미리 인가하는 오버드라이브 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 시스템.
제7항에 있어서,

상기 오버드라이브 구동부는 상기 디옵터를 얻기 위한 전압을 인가하는 시간(Tov)까지 최대 전압(Vmax)을 지속적으로 인가하며,

상기 최대 전압(Vmax)의 오버드라이브 파형은 1개 이상의 단위 펄스인 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 시스템.
제7항에 있어서,

상기 오버드라이브 구동부는 상기 디옵터를 얻기 위한 전압을 인가하는 시간(Tov)까지 최소 전압(Vmin)을 지속적으로 인가하며,

상기 최소 전압(Vmin)의 오버드라이브 파형은 1개 이상의 단위 펄스 또는 멀티 스텝 펄스인 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 시스템.
제8항에 있어서,

상기 최대 전압(Vmax)은 상기 디옵터를 얻기 위한 전압보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 시스템.
제9항에 있어서,

상기 최소 전압(Vmin)은 상기 디옵터를 얻기 위한 전압보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 시스템.
제10항에 있어서,

상기 최대 전압(Vmax)은 상기 세츄레이션(saturation) 전압보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 시스템.
제7항에 있어서,

상기 액체 렌즈 구동부는 드라이브 IC와 AF 제어부를 포함하여 구성되고,

상기 오버드라이브 구동부는 상기 드라이브 IC에 포함되는 것을 특징으로 하는 오버드라이브 구동부를 구비한 액체 렌즈 시스템.
제7항에 있어서,

상기 액체 렌즈 구동부는 드라이브 IC와 AF 제어부를 포함하여 구성되고,

상기 오버드라이브 구동부는 AF 제어부에 포함되는 것을 특징으로 하는 오버드라이브 구동부를 구비한 액체 렌즈 시스템.
제7항에 있어서,

상기 제1 유체는 전도성 유체이고, 상기 제2 유체는 비전도성 유체인 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 시스템.