KR20180007264A - 가변 렌즈 모듈 - Google Patents
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Abstract
가변 렌즈 모듈이 개시된다. 일 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈은, 유연하고 투명한 재질로 이루어져 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변하는 렌즈와, 전기신호에 의해 팽창 또는 수축하는 적어도 하나의 구동부와, 렌즈와 각 구동부를 물리적 또는 화학적으로 연결하는 적어도 하나의 구조체를 포함한다.
Description
본 발명은 렌즈 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가변 렌즈 기술에 관한 것이다.
광학 렌즈의 경우, 유리 또는 플라스틱 등 변형이 쉽게 일어나지 않는 딱딱한 물질로 이루어진다. 이 경우, 렌즈를 통하여 대상물체를 보고자 할 경우에는 대상물체에 초점을 맞추기 위하여 광축 방향으로 렌즈를 이동시켜 주어야 하는 번거로움이 따른다. 이 문제로 인하여, 대다수 카메라의 경우는 원통 모양의 경통이 필수적으로 존재하며, 자동으로 렌즈를 이동시키기 위하여 렌즈 내부에 모터를 회전 시키는 방법을 사용할 수 밖에 없다.
일 실시 예에 따라, 광 축 방향의 이동 없이도 능동적으로 초점을 조절할 수 있는 가변 렌즈 모듈을 제안한다.
일 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈은, 유연하고 투명한 재질로 이루어져 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변하는 렌즈와, 전기신호에 의해 팽창 또는 수축하는 적어도 하나의 구동부와, 렌즈와 각 구동부를 물리적 또는 화학적으로 연결하는 적어도 하나의 구조체를 포함한다.
각 구동부는 구동 방향을 유도하기 위하여 사전에 팽창된 구조일 수 있다. 각 구동부는 유전율(Dielectric constant)을 가지는 재료층과, 재료층과 결합하여 전기신호를 인가받는 전극을 포함할 수 있다. 재료층은 유연한 재질 또는 늘어날 수 있는 형태일 수 있다. 전극은 유연한 재질 또는 늘어날 수 있는 형태일 수 있다. 각 구조체는 재료층의 두께, 재료층의 유전율, 전극에 인가하는 전기신호의 세기, 렌즈가 가하는 반작용 힘 중 적어도 하나에 의해 그 이동량이 결정될 수 있다. 구조체는 구조체를 기준으로 안쪽에 위치한 제1 전극이 전기신호를 인가받으면 구조체가 바깥쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 팽창시키고, 바깥쪽에 위치한 제2 전극이 전기신호를 인가받으면 전기신호에 의해 안쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 수축시킬 수 있다.
다수의 구조체와 다수의 구동부가 하나씩 쌍을 이루어 렌즈의 중심을 기준으로 방사형으로 배치될 수 있다. 다수의 구조체와 다수의 구동부가 하나씩 쌍을 이루어 바둑판형(Array)으로 배치될 수 있다.
다수의 구동부가 구동부의 개수만큼 독립적(individual)으로 전기신호를 입력받으며, 입력받은 전기신호에 따라 독립적으로 움직일 수 있다.
각 구조체는 렌즈 또는 렌즈 주변에 물리적 또는 화학적으로 연결되어, 움직이는 구조체와 연결된 렌즈의 형태를 가변시킬 수 있다.
각 구동부의 작동에 의하여 각 구조체가 렌즈의 중심을 기준으로 바깥쪽으로 이동하면, 그 이동 힘에 의하여 구조체와 연결된 렌즈 또는 렌즈의 일부가 바깥쪽으로 변형하여 렌즈가 확장되며, 각 구동부의 작동에 의하여 구조체가 렌즈의 중심을 기준으로 안쪽으로 이동하면, 그 이동 힘에 의하여 구조체와 연결된 렌즈 또는 렌즈의 일부가 안쪽으로 변형하여 렌즈가 수축될 수 있다.
각 구동부는 독립된 작동에 의하여 독립적인 구동부와 쌍을 이루는 구조체가 구동부의 동작에 의하여 움직여, 구동부와 연결된 렌즈의 변형에 영향을 줄 수 있다.
가변렌즈 모듈은 구동부의 동작 시에 구동부의 구동 방향을 유도하는 고정된 형태의 프레임을 더 포함할 수 있다. 전기신호는 전위차 또는 전압일 수 있다.
다른 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈은, 유연하고 투명한 재질로 이루어져 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변하는 렌즈와, 재료층의 위아래로 위치하고, 전기신호가 인가되는 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극 사이에 위치하고 한 쌍의 전극에 전기신호가 인가되면 인가된 전기신호에 의해 팽창 또는 수축하는 재료층과, 렌즈와 재료층을 물리적 또는 화학적으로 연결하여 재료층의 팽창 또는 수축에 따라 렌즈의 형상을 가변시키는 구조체를 포함한다.
구조체는 전극에 인가되는 전기신호에 따라 수평 방향으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 팽창 또는 압축시킬 수 있다. 구조체는 전극의 위치, 전극의 구성 방법 및 전극의 재료 중 적어도 하나에 따라서 구조체의 이동량, 이동시 받는 힘 및 구조체의 거동 상태 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.
또 다른 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈은, 유연하고 투명한 재질로 이루어져 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변하는 렌즈와, 구조체를 기준으로 안쪽에 재료층의 위아래로 위치하고, 전기신호가 인가되는 한 쌍의 제1 전극과, 구조체를 기준으로 바깥쪽에 재료층의 위아래로 위치하고, 전기신호가 인가되는 한 쌍의 제2 전극과, 한 쌍의 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하고 한 쌍의 제1 전극 또는 제2 전극에 전기신호가 인가되면 인가된 전기신호의 영향을 받는 쪽이 팽창 또는 수축하는 재료층과, 렌즈와 재료층을 물리적 또는 화학적으로 연결하여 재료층의 팽창 또는 수축에 따라 렌즈의 형상을 가변시키는 구조체를 포함한다.
구조체는 안쪽에 위치한 한 쌍의 제1 전극이 전기신호를 인가받으면 바깥쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 팽창시키고, 바깥쪽에 위치한 한 쌍의 제2 전극이 전기신호를 인가받으면 안쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 수축시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 렌즈가 모터에 구동에 의해서 광축 이동하는 것이 아니라, 그 자리에서 형상 변화를 통해 초점 위치를 원하는대로 바꿀 수 있다. 상대적으로 구조가 복잡하고 소형화가 어려운 모터를 작동기로 가질 필요가 없고, 고체의 렌즈를 축 방향으로 이동해야 하는 만큼의 공간이 필요하지 않다. 그 원리가 단순하고 부피가 작은 작동기로 유연한 렌즈를 밀거나 당김으로써 렌즈의 이동 없이 그 형상 변화만을 유도할 수 있다. 따라서, 렌즈 모듈이 들어가는 공간을 획기적으로 줄일 수 있다. 나아가, 이러한 렌즈를 여러 개 중첩하여 만든 줌(zoom) 카메라 등과 같은 경우, 더욱 컴팩트한 설계가 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 렌즈의 초점거리 안에 피사체를 놓고 전압 인가에 따라 렌즈의 바깥쪽으로 확장되는 가변렌즈를 구동시킨다면, 렌즈가 확장됨에 따라 보이는 피사체의 크기가 작아진다. 입력되는 전기신호가 온(ON)/오프(OFF) 방식이 아니고 실시간으로 변하도록 하는 경우, 렌즈의 변형을 실시간으로 조작할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈의 구조도,
도 4는 도 1 내지 도 3의 가변렌즈 모듈이 구동부의 움직임에 따라 구조체의 위치가 변화하는 프로세스를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 구조도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈의 구조도,
도 8은 도 5 내지 도 7의 가변렌즈 모듈이 구동부의 움직임에 따라 렌즈를 확장시키는 프로세스를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 구조도,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동부의 원리를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 단면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 가변렌즈 모듈이 구동부의 움직임에 따라 구조체의 위치가 변화하는 프로세스를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 구조도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈의 구조도,
도 8은 도 5 내지 도 7의 가변렌즈 모듈이 구동부의 움직임에 따라 렌즈를 확장시키는 프로세스를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 구조도,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동부의 원리를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 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.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈의 구조도이다. 세부적으로, 도 1 및 도 2는 가변렌즈 모듈(10)을 위에서 바라본 그림으로서, 도 1은 도 2의 그림에 렌즈(106)를 제거하고 표현한 그림이다. 도 3은 도 1의 가변렌즈 모듈(10)의 일 부분(A)을 측면에서 바라본 그림이다.
가변렌즈 모듈(10)은 얇고 단순한 구조로 구성된다. 모터 등을 활용한 광 축 방향 이동방식으로 초점을 맞추는 렌즈에서 탈피하여, 렌즈(106)의 이동 없이 주변에 연결된 구동부(105)의 움직임에 따라 변형하여 초점이 변화한다. 따라서, 렌즈 모듈의 소형화 및 빠른 응답속도 등을 기대할 수 있다.
가변렌즈 모듈(10)은 렌즈를 통하여 들어오는 광학 정보를 바꾸기 위하여 렌즈를 광 축 방향으로 이동하는 것이 아니라, 제 자리에서 렌즈(106)의 형상 가변을 통하여 광학정보를 변형시킨다. 기존의 딱딱한 렌즈를 유연하게 제조함에 따라, 렌즈(106) 자체를 당기거나 수축시킴으로써 렌즈(106)의 모양 변형을 유도할 수 있다. 여기서 팽창 또는 수축을 유발하는 매개체는 전기신호 입력에 따라 움직임이 유발되는 작동기인 구동부(105)가 될 수 있다.
이하, 전술한 특징을 가진 가변렌즈 모듈(10)의 구조에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 가변렌즈 모듈(10)은 렌즈(106), 구동부(105) 및 구조체(103)를 포함한다. 렌즈(106)는 유연하고 투명한 재질로 이루어져 그 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변한다. 구동부(105)는 전기신호에 의해 팽창 또는 수축한다. 전기신호는 전위차 또는 전압이 될 수 있다. 전기신호에 의해 팽창 또는 수축되므로 구동부(105)에서 발생하는 힘을 전기장력이라 할 수 있다. 전기장력은 그 반응속도가 빠르다는 장점이 있다. 구조체(103)는 렌즈(106)와 구동부(105)를 물리적 또는 화학적으로 연결한다. 그 연결방법은 특정 방법에 한정되지 않는다.
구조체(103)와 구동부(105)는 하나씩 쌍을 이루어 렌즈(106)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치될 수 있다. 다른 예로, 구조체(103)와 구동부(105)는 하나씩 쌍을 이루어 바둑판형(Array)으로 배치될 수도 있다.
일 실시 예에 따른 구동부(105)는 재료층(102)과 전극(104)을 포함할 수 있다. 재료층(102)은 특정 유전 상수(dielectric constant) 또는 유전율을 가지면서 신축성이 우수한 필름(film) 형태의 얇은 재료로 구성된다. 재료층(102)은 방사형으로 팽창된 상태로 안쪽, 바깥쪽의 프레임(101; 선으로 표현함)에 고정될 수 있다. 팽창된 재료층(102)은 프레임(101)의 중간 높이에 위치하여, 프레임(101)을 바닥에 놓았을 때 필름이 팽팽한 상태로 유지되어 바닥으로 처지지 않고 공중에 떠있는 상태이다. 구조체(103)는 재료층(102)의 두께, 재료층(102)의 유전율, 전극(104)에 인가하는 전기신호의 세기, 렌즈(106)가 가하는 반작용 힘 중 적어도 하나에 의해 그 이동량이 결정될 수 있다.
재료층(102)의 위아래로 한 쌍의 전극(104)이 위치하며, 재료층(102)의 상단 중심에 구조체(103)가 위치하여 전극(104)과 연결된다. 한 쌍의 전극(104)에 전기신호가 인가되면 재료층(102)이 팽창 또는 수축되고, 재료층(102)에 놓인 구조체(103)가 면 방향으로 이동한다. 그러면 구조체(103)와 연결된 렌즈(106)가 팽창 또는 수축한다. 이때, 면 방향은 렌즈의 넓은 면을 기준으로 광축 방향인 수직 방향이 아니라, 수평 방향을 의미한다.
구동부(105)와 구조체(103)는 다수 개일 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 구동부(105)와 4개의 구조체(103)로 이루어져, 4개의 구동부(105)가 그 개수만큼 독립적(individual)으로 전기신호를 입력받으며, 입력받은 전기신호에 따라 독립적으로 움직일 수 있다. 각 구조체(103)는 렌즈(106) 또는 렌즈(106) 주변에 물리적 또는 화학적으로 연결되어, 움직이는 구조체(103)와 연결된 렌즈(106)의 형태를 가변시킬 수 있다. 각 구동부(105)는 독립된 작동에 의하여 독립적인 구동부(105)와 쌍을 이루는 구조체(103)가 구동부(105)의 동작에 의하여 움직여, 구동부(105)와 연결된 렌즈(106)의 변형에 영향을 준다.
도 3은 도 1의 링의 단면을 잘라서 봤을 때의 모습이다. 팽창된 재료층(102)이 프레임(101)에 고정되어 중력에 의해 처짐 없이 잘 버티고 있고, 팽팽한 재료층(102) 위에 구조체(103)가 고정되어 있다. 구조체(103)는 전극(104)에 인가되는 전기신호에 의하여 원의 중점을 기준으로 바깥쪽으로 팽창한다. 전극(104)은 신축성이 있거나 늘어나더라도 전극(104)의 본래 역할을 수행할 수 있도록 구현된다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 가변렌즈 모듈이 구동부의 움직임에 따라 구조체의 위치가 변화하는 프로세스를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 구조도이다.
도 4의 왼쪽 그림은 전극(104)에 전기신호가 인가되기 이전의 구동부의 모습을, 도 4의 오른쪽 그림은 전기신호가 인가되고 난 이후의 구동부의 모습을 도시한 것이다. 전극(104)에 전기신호가 인가되면, 도 4의 오른쪽 그림과 같이 전극(104) 사이의 재료층(102)이 바깥쪽으로 늘어나고, 그에 따라 구조체(103)도 바깥쪽으로 이동한다. 구조체(103)가 바깥으로 이동하면 구조체(103)와 연결된 유연 렌즈가 확장하게 되면서 확장된 렌즈의 초점거리는 짧아지게 된다.
전극(104)은 도 4에 도시된 바와 같이 구조체(103)를 기준으로 안쪽에 위치하고 있으나, 전극(104)의 배치는 반드시 구조체(103)를 기준으로 안쪽에 위치한다고 한정할 수 없다. 또한, 전극(104)의 위치나 전극(104)의 구성 방법, 전극(104)의 재료 등에 따라서 구조체(103)의 이동량, 이동시 받는 힘, 구조체(103) 하나하나의 거동 상태는 달라질 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가변렌즈 모듈의 구조도이다. 세부적으로, 도 5 및 도 6은 가변렌즈 모듈(20)을 위에서 바라본 그림으로서, 도 5는 도 6의 그림에 렌즈(206)를 제거하고 표현한 그림이다. 도 7은 도 5의 가변렌즈 모듈(20)의 일 부분(A)을 측면에서 바라본 그림이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 가변렌즈 모듈(20)은 렌즈(206), 구동부(205) 및 구조체(203)를 포함한다. 구동부(205)는 재료층(202)과 두 쌍의 전극(204-1, 204-2)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 3을 참조로 하여 전술한 가변렌즈 모듈(10)과 도 5 내지 도 7을 참조로 하여 후술할 가변렌즈 모듈(20)의 차이점이라 하면, 도 5 내지 도 7의 가변렌즈 모듈(20)은 우선 4개의 구조체(203) 위에 투명하며 신축성이 뛰어난 렌즈(206)가 올라가 있다. 도 1 내지 도 3에서는 단 한 쌍의 전극(104)에 4개의 구조체(103)가 바깥쪽 방향으로만 이동 가능하다면, 도 5 내지 도 7에서는 두 쌍의 전극(204-1, 204-2)에 구조체(203)가 하나씩, 즉, 안쪽 및 바깥쪽 이동이 가능하도록 총 4개로 되어 있다. 다시 말해, 도 1 내지 도 3에서는 전극(104)이 한 쌍만 있는 것에 반해, 도 5 내지 도 7에서는 전극(204-1, 204-2)이 두 쌍 존재한다.
도 8은 도 5 내지 도 7의 가변렌즈 모듈이 구동부의 움직임에 따라 렌즈를 확장시키는 프로세스를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 구조도이다.
도 8을 참조하면, 가변렌즈 모듈(20)이 구동부(205)의 움직임에 따라 구동부(205)에 연결된 구조체(103)가 움직인다. 구조체(103)가 움직이면 구조체(103)와 연결된 렌즈(206)가 확장된다.
기준이 되는 도 8의 중간의 가변렌즈 모듈은 렌즈(206)가 수축이나 팽창 없이 구조체(203)에 붙어 있는 구조이다. 도 3의 오른쪽 그림은 4곳의 전극에 통일된 전기신호 입력에 따라 4개의 구조체(203)가 바깥쪽으로 이동하여 그에 따라 렌즈(206)가 팽창하는 모습을 도시하였다. 이와 반대로, 도 3의 왼쪽 그림은 4곳의 전극에 통일된 전기신호 입력에 따라 4개의 구조체(203)가 안쪽으로 이동하여 그에 따라 렌즈(206)가 수축하는 모습을 도시하였다.
이하, 도 8을 참조로 하여, 구조체(203)의 이동에 따른 렌즈(206)의 초점거리 변화 프로세스에 대해 후술한다. 도 8의 모든 구동부에서 구조체(203)를 기준으로 전극은 안쪽(204-2)과 바깥쪽(204-1) 두 곳에 다 위치한다. 도 8의 오른쪽 그림과 같이 구조체(203)를 기준으로 원의 중점 방향으로, 즉, 안쪽의 전극(204-2)에 전기신호가 인가될 경우, 안쪽의 전극(204-2)이 바깥쪽으로 늘어나 구조체(203)가 바깥쪽으로 이동하며, 이것은 렌즈(206)의 확장으로 연결된다. 결국, 렌즈(206)가 팽창되면서 확장된 렌즈(206)의 초점거리는 짧아지며, 렌즈(206) 밑에 위치한 “E”라는 문자는 기존의 문자보다 작게 보일 수 있다. 이와는 반대로, 도 8의 왼쪽 그림과 같이 구조체(203)를 기준으로 원의 바깥쪽 방향, 즉, 바깥쪽의 전극(204-1)에 전기신호가 인가될 경우, 바깥쪽의 전극부분(204-1)이 원의 중점 방향(안쪽)으로 늘어나 4개의 구조체(203)가 안쪽으로 이동하며, 이것은 렌즈(206)의 수축으로 연결된다. 결국, 렌즈(206)가 수축되면서 수축된 렌즈(206)의 초점거리는 길어지며, 렌즈(206) 밑에 위치한 “E”라는 문자는 기존의 문자보다 확대되어 보일 수 있다. 도 8에서 점선으로 표시된 원은 확대나 축소 이전의 렌즈(206)의 크기를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동부의 원리를 설명하기 위한 가변렌즈 모듈의 단면도이다.
도 9의 왼쪽 그림은 가변렌즈 모듈(30)이 전기신호 인가 이전의 모습이며, 오른쪽 그림은 전기신호 인가 이후의 모습이다. 고정된 프레임(301) 사이에 재료층(302)이 위치한다. 재료층(302)은 특정 유전상수를 가지는 신축성이 뛰어난 물질일 수 있다. 예를 들어, 재료층(302)은 막 형태이다. 특히, 고분자 막일 수 있다. 고분자 막은 탄성중합체(elecstomeric material)일 수 있는데, 대표적으로 PDMS(polydimethylsiloxane)나 3M사의 VHB 필름일 수 있다. 재료층(302)은 전극(304)에 전기신호 입력 시, 구조체(303)의 이동방향을 유도하기 위하여 미리 팽창시킨 상태에서 프레임(301)에 고정을 시킨다. 일례로, 재료층(302)은 면 방향으로 방사형으로 팽창되어 고정되어 있다.
구조체(303)는 재료층(302)과 물리적 또는 화학적으로 결합하고 있다. 구조체(303)는 구동부(305)의 작동에 따라 렌즈에 힘 전달이 단시간 내에 잘 전달되는 것을 전제로 어떤 재료도 사용 가능하다. 따라서, 재료층(302)과 구조체(303) 사이에 순간 접착제나, 경우에 따라서는 양면테이프 따위의 접착 물질에 의한 고정도 가능하다. 도 9를 참조로 한 예는 어디까지나 예시일 뿐, 효과적인 이동 및 작동 힘의 전달을 위하여 구조의 형태를 더욱 복잡하게 하는 것도 가능하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 구동부(305)는 한 쌍의 전극(304)만 재료층(302)의 일부 영역, 예를 들어 바깥 영역에 위아래로 위치할 수 있다. 여기서, 전극(304)의 재료는 신축성이 뛰어난 재료로 구성된 전도성이 뛰어난 물질 또는 전도성이 우수한 미세 파티클이 네트워크 구조로 형성되어 재료의 신축에도 구조가 유지되어 전도성이 크게 떨어지지 않는 재료일 수 있다. 예를 들어, 그래핀(Graphene), 탄소 나노입자(Carbon nanoparticle), 탄소 나노튜브(Carbon nanotube), 은 나노와이어(Silver Nanowire) 등이 될 수 있다.
전극(304) 사이에 유전성(dielectric property)을 가진 재료층(302)이 위치한 상태에서, 전극(304) 양단에 전기신호, 예를 들어 전압을 인가했을 때, 재료층(302)이 전극(305) 사이에 생성된 정전기력(electrostatic force)에 의하여 압축될 수 있다. 전체 부피가 일정한 재료층(302)이 전압에 의하여 전극(305) 부분에서 압착 힘에 의하여 두께가 얇아지게 되면, 힘이 가해지지 않은 쪽으로 면 방향으로 팽창하게 되어, 구조체(303)가 이동하게 된다(303-1→303-2). 여기서, 전극(304) 또한 면 방향 부피팽창에 의해 늘어날 수 있으며, 과도하게 늘어날 경우 도 9의 오른쪽 그림처럼 구속되지 않은 재료층(302)의 일부분에서 그 단면이 휠 수 있다.
전극(304)의 양단에 걸린 전위차가 없어지면서 재료층(302)과 전극(304)의 형태는 다시 도 9의 왼쪽 그림처럼 돌아올 수 있다. 구조체(303)의 이동량은 재료층(302)의 두께, 재료층(302)의 유전율, 인가하는 전기신호의 세기(전위차: 전압), 렌즈가 가하는 반작용 힘 등 여러 요인에 따라 결정된다. 전극(304)에 입력되는 전기신호가 온(ON)/오프(OFF) 방식이 아니고 실시간으로 변하도록 하는 경우, 렌즈의 변형을 실시간으로 조작할 수 있다.
표 1은 완성된 가변렌즈 모듈에 전기신호 입력 시 확장되는 렌즈의 변형율을 나타낸 것이다.
| 인가전압 (kV) | 면적 변형율(%) |
| 0 | 0 |
| 2.4 | 3.1 |
| 2.8 | 6.1 |
| 3.2 | 9.3 |
| 3.6 | 12.5 |
| 4.0 | 15.7 |
| 4.4 | 19.0 |
| 4.8 | 20.7 |
| 5.2 | 22.3 |
표 1은 구조체가 전기신호 인가에 의하여 중점 대비 바깥쪽으로 이동하여 결국 구조체와 연결되어 있는 유연 렌즈가 구조체의 이동에 의하여 확장되는 양을 기록하여 기존의 크기 대비 얼마나 면 팽창을 했는지에 대한 실험결과이다. 변형율 계산시, 초기치는 전압 또는 전위차를 구동부의 재료층에 인가하지 않았을 경우, 직경 5mm의 렌즈의 단면적을 기준(0%)으로 하였다.
전기신호 인가에 따른 렌즈의 변형은 유연 렌즈와 재료층의 물리적 특성에 따라 많은 차이를 보이므로, 표 2를 통해 재료층의 소재정보를, 표 3을 통해 렌즈의 소재정보를 간략하게 정의하였다. 그러나 전극 패턴의 차이, 실험 환경의 차이 등 기술하지 않은 수 많은 요소들이 가변렌즈 모듈의 성능에 관여할 수 있다.
| 항목 | 수치 |
| 두께 (Thickness) | 60 ㎛ |
| 표준 장력 (Normal Tensile) | 690 KPa |
| 항목 | 수치 |
| 두께 (Thickness) | 0.2 (주변부) ~ 1.2 (중앙부) mm |
| 표준 장력 (Normal Tensile) | 1.8 N/mm2 |
| 점성 (viscosity) | 1,800 mPa s |
표 3의 변형율 정보에서 알 수 있듯이 면적 변형율(%)은 인가전압(kV)이 커질수록 높아지는 경향을 나타냄을 알 수 있다.
도면들을 참조로 하여 전술한 가변 렌즈를 여러 개 중첩하여 카메라를 만들 수 있다. 예를 들어, 줌(zoom) 카메라를 구성할 수 있는데, 이 경우 더욱 컴팩트한 설계가 가능하다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 20, 30: 가변렌즈 모듈
101. 301: 프레임
102, 202, 302: 재료층
103, 203, 303: 구조체
104, 204-1, 204-2, 304: 전극
105, 205, 305: 구동부
106, 206: 렌즈
101. 301: 프레임
102, 202, 302: 재료층
103, 203, 303: 구조체
104, 204-1, 204-2, 304: 전극
105, 205, 305: 구동부
106, 206: 렌즈
Claims (20)
- 유연하고 투명한 재질로 이루어져 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변하는 렌즈;
전기신호에 의해 팽창 또는 수축하는 적어도 하나의 구동부; 및
상기 렌즈와 각 구동부를 물리적 또는 화학적으로 연결하는 적어도 하나의 구조체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서, 각 구동부는
구동 방향을 유도하기 위하여 사전에 팽창된 구조인 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서, 각 구동부는
유전율(Dielectric constant)을 가지는 재료층; 및
상기 재료층과 결합하여 전기신호를 인가받는 전극;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 3 항에 있어서,
상기 재료층은 유연한 재질 또는 늘어날 수 있는 형태인 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 3 항에 있어서,
상기 전극은 유연한 재질 또는 늘어날 수 있는 형태인 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 3 항에 있어서, 각 구조체는
재료층의 두께, 재료층의 유전율, 전극에 인가하는 전기신호의 세기, 렌즈가 가하는 반작용 힘 중 적어도 하나에 의해 그 이동량이 결정되는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 3 항에 있어서, 상기 구조체는
구조체를 기준으로 안쪽에 위치한 제1 전극이 전기신호를 인가받으면 상기 구조체가 바깥쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 팽창시키고, 바깥쪽에 위치한 제2 전극이 전기신호를 인가받으면 전기신호에 의해 안쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 수축시키는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서,
다수의 구조체와 다수의 구동부가 하나씩 쌍을 이루어 렌즈의 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서,
다수의 구조체와 다수의 구동부가 하나씩 쌍을 이루어 바둑판형(Array)으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서,
다수의 구동부가 구동부의 개수만큼 독립적(individual)으로 전기신호를 입력받으며, 입력받은 전기신호에 따라 독립적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서, 각 구조체는
렌즈 또는 렌즈 주변에 물리적 또는 화학적으로 연결되어, 움직이는 구조체와 연결된 렌즈의 형태를 가변시키는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서,
각 구동부의 작동에 의하여 각 구조체가 렌즈의 중심을 기준으로 바깥쪽으로 이동하면, 그 이동 힘에 의하여 구조체와 연결된 렌즈 또는 렌즈의 일부가 바깥쪽으로 변형하여 렌즈가 확장되며,
각 구동부의 작동에 의하여 구조체가 렌즈의 중심을 기준으로 안쪽으로 이동하면, 그 이동 힘에 의하여 구조체와 연결된 렌즈 또는 렌즈의 일부가 안쪽으로 변형하여 렌즈가 수축되는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서, 각 구동부는
독립된 작동에 의하여 독립적인 구동부와 쌍을 이루는 구조체가 구동부의 동작에 의하여 움직여, 구동부와 연결된 렌즈의 변형에 영향을 주는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서, 상기 가변렌즈 모듈은
구동부의 동작 시에 구동부의 구동 방향을 유도하는 고정된 형태의 프레임;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기신호는 전위차 또는 전압인 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 유연하고 투명한 재질로 이루어져 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변하는 렌즈;
재료층의 위아래로 위치하고, 전기신호가 인가되는 한 쌍의 전극;
상기 한 쌍의 전극 사이에 위치하고, 상기 한 쌍의 전극에 전기신호가 인가되면 인가된 전기신호에 의해 팽창 또는 수축하는 재료층; 및
상기 렌즈와 재료층을 물리적 또는 화학적으로 연결하여 재료층의 팽창 또는 수축에 따라 렌즈의 형상을 가변시키는 구조체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 16 항에 있어서, 상기 구조체는
전극에 인가되는 전기신호에 따라 수평 방향으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 팽창 또는 압축시키는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 16 항에 있어서, 상기 구조체는
전극의 위치, 전극의 구성 방법 및 전극의 재료 중 적어도 하나에 따라서 구조체의 이동량, 이동시 받는 힘 및 구조체의 거동 상태 중 적어도 하나가 결정되는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 유연하고 투명한 재질로 이루어져 형상이 가변함에 따라 초점거리가 변하는 렌즈;
구조체를 기준으로 안쪽에 재료층의 위아래로 위치하고, 전기신호가 인가되는 한 쌍의 제1 전극;
구조체를 기준으로 바깥쪽에 재료층의 위아래로 위치하고, 전기신호가 인가되는 한 쌍의 제2 전극;
상기 한 쌍의 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치하고, 한 쌍의 제1 전극 또는 제2 전극에 전기신호가 인가되면 인가된 전기신호의 영향을 받는 쪽이 팽창 또는 수축하는 재료층; 및
상기 렌즈와 재료층을 물리적 또는 화학적으로 연결하여 재료층의 팽창 또는 수축에 따라 렌즈의 형상을 가변시키는 구조체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈. - 제 19 항에 있어서, 상기 구조체는
안쪽에 위치한 한 쌍의 제1 전극이 전기신호를 인가받으면 바깥쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 팽창시키고, 바깥쪽에 위치한 한 쌍의 제2 전극이 전기신호를 인가받으면 안쪽으로 이동하여 구조체와 연결된 렌즈를 수축시키는 것을 특징으로 하는 가변렌즈 모듈.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |