KR20120060232A - 광학 배율 스위치(ｏｐｓ) - Google Patents

광학 배율 스위치(ｏｐｓ) Download PDF

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KR20120060232A KR1020127009547A KR20127009547A KR20120060232A KR 20120060232 A KR20120060232 A KR 20120060232A KR 1020127009547 A KR1020127009547 A KR 1020127009547A KR 20127009547 A KR20127009547 A KR 20127009547A KR 20120060232 A KR20120060232 A KR 20120060232A
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Abstract

본 발명은 일반적으로 광학 시스템 및/또는 렌즈 부착물 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로 제어할 수 있게 스위칭 가능한 다양한 상태에서 스위칭 가능한 광학 배율 스위치(OPS)를 광학 시스템 및/또는 렌즈 부착물에 제공하는 것이다.
연성 투명 물질(12), 예를 들어 실리콘-겔은 유리 플레이트(10)의 표면에 배치된다.
상기 유리 플레이트(10)는 액츄에이터에 의해 렌즈 바디(10)의 표면을 향해 이동할 수 있다.
연성 물질 요소(12)가 렌즈 바디(12) 표면과 접촉할 때, 상기 표면은 그의 광학 특성을 변화시킨다.

Description

광학 배율 스위치(ＯＰＳ){OPTICAL POWER SWITCH(OPS)}
본 발명은 일반적으로 광학 시스템 및/또는 렌즈 부착물 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로 연성 투명 물질 요소를 렌즈 또는 렌즈 부착물 또는 광학 시스템의 다른 타입의 광학 요소의 일부로서 제어 가능하게 적응시킴으로써 제어 가능하게 스위칭할 수 있는 광학 배율 시스템(OPS)을 제공하는 광학 시스템 및/또는 렌즈 부착물에 관한 것이다.
광학 시스템의 초점거리, 배율 등 또는 렌즈 부착물을 변화시키는 방법은 종래기술에 공지되어 있다. 통상의 기술자에 공지된 바와 같이 전통적으로 이것은 상기 시스템의 하나 이상 또는 복수의 렌즈를 이동시키거나 상기 광학 시스템의 하나 또는 여러 렌즈의 형상을 변화시켜 달성되었다.
그러나, 광학 시스템 내에서 기계적 이동은, 예를 들어 모바일 폰, 소형 휴대용 카메라, 휴대용 컴퓨터의 웹 카메라 등에서 사용되는 것과 같이 보통 광학 시스템의 다양한 현대 어플리케이션의 요구와는 반대로 상대적으로 큰 기계적 스윙(swing)을 필요로 한다. 이러한 시스템은 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 마이크로 시스템의 요구조건과 호환되어야 한다. 렌즈를 이동시키는 것은 특히 마이크로 시스템의 경우 단점이 되는 상대적으로 큰 이동을 필요로 한다. 또한, 연속적으로 조정 가능한 렌즈에 대한 종래기술로서는 예를 들어 일렉트로웨팅(electro wetting) 또는 액정(liquid crystal) 렌즈를 사용한 조정 가능한 렌즈가 있다. 전형적으로, 이러한 시스템은 높은 구동 전압을 필요로 하지만 광학 배율의 범위는 제한적이고 광수차는 광학 시스템의 광학 배율을 변경하는 경우 달라진다.
OPS의 기능을 제공하는 광학 시스템의 다른 예는, 예를 들어 미국 특허 제6,897,995호에 개시되어 있다. 빛을 켜고 끄는 스위칭이 가능한, 조정 가능한 회절 격자(TDG) 광학 스위치가 개시되어 있다. 하지만, 상기 장치는 보통 마이크로 광학 시스템의 렌즈 시스템 및/또는 렌즈 부착물에 적응시키기 곤란하다.
따라서, 종래에는 약간의 기계적 이동으로 상대적으로 높은 광학 효과를 스위칭할 수 있고 동시에 OPS가 사용되는 렌즈 시스템의 광학 파라미터(예를 들어 수차)를 실질적으로 변화시키지 않는 OPS 시스템에 대한 요구가 있고, 또한 OPS가 광학 마이크로 시스템의 요구에 대해 적응 가능해야 한다는 요구도 있다.
따라서, 개선된 OPS 장치는 장점을 갖고, 특히 보다 효율적 그리고/또는 신뢰할 만한 OPS 장치는 장점을 갖는다.
본 발명의 다른 목적은 종래기술에 대안을 제공하는 것이다.
특히, 약간의 기계적 이동으로 20 dpt를 초과하는 상대적으로 높은 광학 배율의 스위칭을 제공하는 광학 구성요소를 포함하는 OPS 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적으로 이해될 수 있다. 또한, 렌즈 프로파일은 본 발명에 따른 OPS 장치의 작동 동안 실질적으로 유지될 것이다.
따라서, 전술된 목적 및 다른 여러 목적들은 본 발명의 제1 태양에서는 예를 들어 실리콘-겔과 같은 연성 광학 물질 요소를 광학 요소(렌즈)의 표면으로 밀고 그리고/또는 상기 광학 요소의 표면으로부터 후퇴시켜 광학 시스템의 광축과 교차하는 광학 요소 표면(예를 들어 렌즈 표면)의 광학 특성 파라미터 수치를 비활성 및/또는 활성 또는 변화시키는 기능을 포함하는 OPS 장치를 제공함으로써 얻어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 요소는 광학 요소를 통과하는 빛의 "온" 상태와 "오프" 상태 사이에서 스위칭이 가능하다. 실시예에 대한 상기 예의 또 다른 태양에 따르면, 상기 광학 요소는 초점 거리의 제1 특정 수치와 제2 특정 수치 사이에서 초점 거리를 스위칭할 수 있다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 예에 따르면, 본 발명에 따른 OPS의 스위칭은 광학 줌 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 예에 따르면, 본 발명에 따른 OPS의 스위칭은 광학 매크로 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 예에 따르면, 연성 물질 요소, 예를 들어 실리콘-겔은 광학 요소 물질(예를 들어 렌즈 물질)과 동일한 굴절률을 갖는다. 이러한 동일한 각각의 굴절률에 대한 실시예에 대한 예에서, 광학 배율은 스위칭되어 실질적으로 0으로 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 예에 따르면, 연성 물질 요소, 예를 들어 실리콘-겔은 광학 요소 물질(예를 들어 렌즈 물질)과 다른 굴절률을 갖는다. 이러한 다른 각각의 굴절률에 대한 실시예의 예에서, 광학 배율은 광학 요소와 투명 연성 물질 요소 사이에 존재하는 접촉의 상태, 예를 들어 완전 접촉 또는 완전 비접촉 상태 또는 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역에 존재하는 중첩 면적의 크기에 의존하는 제1 특정 레벨과 제2 특정 수치 사이에서 스위칭될 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 각각 연성 물질의 먼쪽 및 유리 플레이트의 먼쪽의 렌즈 표면을 사용함으로써 렌즈 사용시 각자 다른 두 초점 거리 수치를 조정하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 예에 따르면, 렌즈 바디는 연성 투명 물질, 예를 들어 실리콘-겔로 만들어지고 유리 플레이트로부터 제어 가능하게 밀리고 각각 후퇴된다. 또는, 이와 달리 유리 플레이트가 렌즈 바디로부터 각각 밀리고 후퇴된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 렌즈 바디는 어떤 형태의 광학 요소도 될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 렌즈 바디는 산란 표면이다. 상기 산란 표면이 밀려 연성 투명 물질 요소 표면에 접촉하는 경우, 연성 물질 요소와 접촉하는 광학 요소는 빛 투과성 요소가 된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 렌즈 바디는 각각 연성 투명 물질 요소와의 접촉부로 밀려나거나 상기 접촉부로부터 후퇴됨으로써 광학 요소와 투명 연성 물질 요소 사이에 있는 접촉의 상태, 예를 들어 완전 접촉 또는 완전 비접촉 상태 또는 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역에 있는 중첩 면적의 크기에 따라서 광학 시스템을 통한 상이한 광투과도를 제공하는 불규칙 표면, 예를 들어 톱니 형상을 갖는 표면, 울퉁불퉁한 표면 등을 포함하는 광학 요소이다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 광학 요소는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)이다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 광학 요소 및 연성 물질 요소가 서로 평행면을 갖는 것이 요구되지 않는다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 예를 들어 광학 요소는 연성 물질 요소의 접촉면에 대해 평행하지 않은 면을 구비한 프리즘이다. 이는 광학 요소와 투명 연성 물질 요소 사이에 있는 접촉의 상태, 예를 들어 완전 접촉 또는 완전 비접촉 상태 또는 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역에 있는 중첩 면적의 크기에 의존하는 광학 시스템을 통과하는 빛의 방향 변화를 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 광학 요소 및 연성 물질 요소는 평행면을 갖지만 광학 시스템을 관통하는 광축에 대해 수직으로 배향되지는 않는다. 이는 광학 요소와 투명 연성 물질 요소 사이에 있는 접촉의 상태, 예를 들어 완전 접촉 또는 완전 비접촉 상태 또는 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역에 있는 중첩 면적의 크기에 의존하는 광학 시스템을 통과하는 빛의 평행 이동을 제공한다.
본 발명의 상기 특성 및 다른 특성은 첨부된 청구범위에 기재되어 있다. 본 발명의 실시예에 대한 일부 예들은 첨부 도면에 도시되어 있고 상기 도면은 오직 설명을 위해서만 제공되고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 도시되는 것이 아니다.
본 발명의 개별 태양은 각각 임의의 다른 태양과 조합될 수 있다. 본 발명의 상기 태양 및 다른 태양은 설명된 실시예와 관련하여 이하의 설명으로 인해 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 요소 설계의 파라미터의 예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 매크로 스위치의 일 예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 광학 줌 시스템의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 대한 일 예의 디스플레이 시스템의 일 사용예를 도시한다.
도 6은 오목 렌즈를 포함하는 본 발명의 실시예에 대한 다른 예를 도시한다.
도 7은 광학 구성요소의 다중 적층물을 포함하는 본 발명의 실시예에 대한 일 예를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 장치의 일 예를 도시한다.
본 발명에 따른 일 실시예의 개별적 요소는 물리적으로, 기능적으로 그리고 논리적으로 단일 유닛, 복수 유닛 또는 별개의 기능 유닛의 일부와 같은 임의의 적합한 방법으로 제공될 수 있다. 본 발명은 단일 유닛으로 제공되거나 다양한 유닛 사이에서 물리적으로 그리고 기능적으로 모두 분배될 수 있다.
비록 본 발명은 상술된 실시예와 관련하여 기술되어 있지만, 본 발명이 결코 본 발명의 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위를 토대로 해석되어야 한다. 청구범위의 문맥상, 용어 "포함하는" 또는 "포함한다" 는 다른 가능한 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 또한 상기 언급한 "일" 또는 "하나" 등의 부호는 복수 개를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한 도면에 표시된 요소에 대한 청구범위의 도면 부호가 사용되었다고 하여 그러한 사용이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 다양한 청구범위에서 언급된 개별적인 구성들은 가능한 한 유리하게 조합될 수 있고, 다른 청구범위에서 이러한 구성들을 언급하는 것이 구성들의 조합이 불가능하고 유리하지 않다는 점을 배제하지 않는다.
본 발명의 일 태양은 예를 들어 실리콘-겔과 같은 연성 광학 물질 요소를 각각 광학 요소(렌즈)의 표면으로 밀고 그리고/또는 상기 광학 요소의 표면으로부터 후퇴시켜 광학 시스템의 광축과 교차하는 광학 요소 표면(예를 들어 렌즈 표면)의 광학 특성 파라미터 수치를 비활성 및/또는 활성 또는 변화시키는 기능을 포함하는 OPS 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 대한 일 예에 따르면, OPS 장치는 예를 들어 연성 투명 물질 요소, 투명 실리콘-겔 요소 및 연성이지만 경화되고 얇은 조각으로 형성된 정육면체의 실리콘-겔로, 예를 들어 렌즈 표면의 곡선 형상을 고르게 하여 렌즈의 표면 형상을 변화시킴으로써 제공된다. 이 연성 실리콘-겔의 얇은 조각은 통상의 기술자에게 공지되어 있는 바와 같이 투명 광학 유리 플레이트에 적층될 수 있고 경화될 수 있으며 경화 후 연성으로 남는다. 도 1과 관련하여, 렌즈 바디(10)는 유리 플레이트(11)에 적층된 실리콘-겔의 요소(또는 연성 물질 요소)(12)의 정면에 위치되어 있다. 도 1에서 예를 든 것과 같이, 본 발명에 따른 광학 배율 스위치(OPS)의 작동은 예를 들어, 각각 제어 신호를 사용하여 액츄에이터를 활성화하여 렌즈 바디(10)를 향해 유리 플레이트(11)를 이동시키는 것이며, 연성 실리콘-겔(12)은 렌즈 바디(10)의 곡선면 쪽으로 향해 있고 상기 렌즈 바디(10)의 표면은 렌즈 바디(10)의 광축과 교차한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘-겔의 굴절률과 렌즈 바디 물질의 굴절률이 동일하고 연성 실리콘-겔 요소가 렌즈 표면과 완전하게 접촉하고 있을 때, 렌즈 바디(10)와 상기 렌즈 바디(10) 표면과 접촉하고 있는 실리콘-겔(12)의 조합의 광학 효과는 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 초점 거리를 무한대로 이동시킨다. 상기 조건의 광학 효과, 즉 도 1의 렌즈 조립체를 통과하는 빛의 광학 배율은 실질적으로 0이다. 실리콘-겔(12)이 렌즈 바디(10) 표면과 전혀 접촉하지 않을 때, 도 1의 렌즈 조립체를 통과하는 빛의 광학 배율은 빛이 통과하며 OPS 시스템의 부분인 전체 렌즈 조립체의 광학 성질에 의해 한정된다.
또한 렌즈 바디 표면(10)과 연성 실리콘-겔 요소(12) 사이의 표면 접촉 영역의 중첩 정도는 렌즈 조립체를 통과하는 빛의 광학 배율에 광학 효과를 미치는 것은 분명하다. 진행하는 빛의 광학 배율 수치는 각각 렌즈 바디(10)의 표면과 실리콘-겔(12)의 표면 사이의 접촉면의 중첩 면적의 크기에 비례한다. 따라서, 각각 제1 레벨과 제2 레벨 사이의 렌즈 조립체를 통과하는 빛의 광학 배율의 크기를 조정하는 것이 가능하다.
렌즈 바디(10)의 물질과 실리콘-겔(12)의 굴절률이 동일할 때, 상기에서 기술된 제1 광학 배율 레벨 및 제2 광학 배율 레벨은 OPS를 각각 "온" 또는 "오프" 상태로 스위칭하는 것과 동등하다. 각각 렌즈 바디(10)의 굴절률과 실리콘-겔 요소(12)의 굴절률이 다를 때, OPS는 각각 제1 특정 광학 배율 레벨과 제2 특정 광학 배율 레벨 사이에서 스위칭된다. 또한 이는 렌즈 조립체를 한정된 각각의 제1 초점거리와 제2 초점거리 사이에서 각각 스위칭시키는 것과 동등하다. 또한 광학 렌즈 바디(10)의 표면과 연성 물질 요소 또는 실리콘-겔 요소(12) 사이의 접촉면의 중첩 면적의 크기를 단지 제어함으로써 초점 거리를 제1 특정 수치와 제2 수치 사이에서 제어할 수 있는 것은 전술된 바로부터 분명하다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 예에 따르면, 각각 두 초점 거리 수치를 연성 물질 요소(12)의 먼쪽의 렌즈 표면, 예를 들어 상기에서 기술된 실리콘-겔 요소 및/또는 유리 플레이트(12)의 먼쪽을 사용함으로써 조정하는 것이 가능하다.
도 2와 관련하여, 예를 들어 매크로 광학 시스템을 설계하는 것과 관련된 광학 파라미터가 도시된다. 매크로 광학 시스템이란 광학 시스템이 물체를 광학 시스템에 매우 가깝게 초점을 맞추는 것이 가능할 때 사용되는 용어이다. 본 발명에 따른 OPS의 실시예에 대한 이러한 예에서, 매크로 OPS 렌즈, 예를 들어 모바일 전화에 사용되는 렌즈 직경은 2밀리미터(D렌즈 = 2mm)이다. 매크로 거리 f는 50밀리미터인 것이 바람직하다. 이는 종래에 알려진(공지된) 이하 방정식의 계산으로부터 유도된 이하의 파라미터를 제공한다.
렌즈의 높이는 이하 방정식에 의해 주어진다.
Hlens=Rlens- SQRT(Rlens 2 -(Dlens /2)2 (1)
H렌즈는 렌즈의 높이이고, R렌즈는 렌즈 바디 요소의 반경이고 D렌즈는 OPS 요소의 직경이다.
Rlens= 1/(1/((η-1) ? 1/f)) (2)
η 는 렌즈 바디 물질의 굴절률이다.
예를 들어, η는 1.5, f는 50밀리미터이면, 방정식(2)에 의해 R렌즈는 25밀리미터이다. 방정식(1)에 의해 H렌즈는 0.020밀리미터이다.
그러나, 실제 상황 또는 본 발명에 따른 OPS 장치의 설계에서, 연성 물질 요소(12), 예를 들어 실리콘-겔 요소는 열팽창을 할 것이다. 따라서 상기 물질의 사용에서 열팽창 계수, 예를 들어 광학 요소를 사용할 때 온도 범위가 현재로 기대되며 사용되는 상온에서 실리콘-겔 물질의 계수를 보상하는 것이 필요하다. 예를 들어, 상온 RT +/-40 ℃에서 작동 환경은 H렌즈 파라미터에 임의의 부가 수치를 부가하는 것을 필요하게 만든다. 본 발명의 실시예에 대한 일 예에서, 실리콘-겔이 사용되고, 상기 작동 환경에서 100마이크로미터의 겔 층의 열팽창에 대해 보상을 제공하기 위해 필요한 부가적 공간은 0.006밀리미터이다. 따라서 단지 26마이크로미터의 이동이 온도 범위, 예를 들어 -20℃ 내지 +60℃ 내에서 50밀리미터의 매크로 렌즈 조립체를 위한 각각 "온" 또는 "오프" 사이에서 OPS에 상태 스위칭을 제공하기 위해 필요하다.
이러한 특정 크기의 26마이크로미터의 이동은 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 주지된 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 액츄에이터 시스템 또는 압전 액츄에이터 시스템 내에서 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 OPS 매크로의 사용에 대한 일 예가 도 3에 도시되어 있다.
OPS 장치의 임의의 광학 구성에의 사용은 본 발명의 범위내이다. 본 발명에 따른 OPS 장치의 사용에 대한 다른 예가 도 4에 도시되어 있다. 상기 예는 본 발명에 따른 OPS 장치가 렌즈 조립체에서 어떻게 줌 작동을 제어하는 데 사용될 수 있는지를 설명한다. 본 발명에 따른 두 OPS 요소 사이에서 사용되는 프리즘 렌즈의 광학 특성은 통상의 기술자에게 공지되어 있다. OPS의 기능은 렌즈 조립체에 의해 주어지는 줌의 양을 "온" 또는 "오프"로 스위칭하는 것이다. 그러나, OPS와 중간에 있는 광학 프리즘 요소 사이의 접촉면의 제어 가능한 중첩 면적은 줌 성질을 "온" 또는 "오프"로 스위칭할 뿐만 아니라 줌의 양을 조정하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 OPS가 사용될 수 있는 다양한 다른 광학 어플리케이션이 있다. 특허 출원 US2006/0152646 A1에 복수의 핀홀과 조합되는 복수의 광학 스위치를 사용하는 디스플레이 시스템이 개시되어 있다. 디스플레이 시스템을 개시하는 것은 본 발명의 범위 내가 아니다. 그러나, 도 5에서 특허 출원 US2006/0152646 A1에 공개에 따른 디스플레이 시스템이 얼마나 간단하게 본 발명에 따른 OPS 장치를 디스플레이 시스템에서 사용된 빛을 조절하기 위해 사용할 때 만들어질 수 있는지 도시되어 있다.
도 6은 또한 본 발명에 따른 OPS의 렌즈 바디에 오목 형상 렌즈면(도 1의 볼록 예와 대조적으로)을 사용하는 것이 가능하다는 것을 도시한다. 도 6에 도시된 실시예에 대한 이러한 예에서 배열된 마이크로 홀이 오목 형상 렌즈 바디 요소의 중심에 있다. OPS를 작동시킬 때, 연성 물질 요소와 렌즈 바디의 오목 형상면 사이에 갇힌 임의의 공기 또는 가스는 상기 배열된 마이크로 홀을 통과해 빠져나갈 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 적층된 OPS 장치의 실시예에 대한 일 예를 도시한다. 여러 OPS 요소, 예를 들어 도 7에 도시된 적층된 OPS가 광학 시스템에서 사용될 수 있다.
도 8은 어떻게 MEMS 액츄에이터가 본 발명에 따른 OPS 장치에 사용될 수 있는지를 도시한다. 왼쪽의 그림은 액츄에이터의 구성 및 OPS의 이동 부분을 도시한다. 상기 이동은 페이퍼면에 대해 수직이다. 오른쪽의 그림은 OPS의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 대한 다른 예에 따르면, 렌즈 바디는 연성 투명 물질, 예를 들어 실리콘-겔로 만들어지고 예를 들어, 액츄에이터를 활성화함으로써 제어 가능하게 유리 플레이트로부터 각각 밀리고 후퇴된다. 또한, 이와 달리 유리 플레이트는 연성 렌즈 바디로부터 각각 밀리고 후퇴된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 상기 렌즈 바디는 어떤 형태의 광학 요소도 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 일 실시예에서 렌즈 바디는 산란 표면이다. 산란 표면이 밀려 연성 투명 물질 요소와 접촉할 때, 연성 물질 요소와 접촉하는 광학 요소는 빛 투과성 요소가 된다. 본 발명의 다른 태양에 따르면, 렌즈 바디는 각각 연성 투명 물질 요소와의 접촉부로 밀리거나 접촉부로부터 후퇴됨으로써 광학 요소와 투명 연성 물질 요소 사이에 있는 접촉의 상태, 예를 들어 완전 접촉 또는 완전 비접촉 상태 또는 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역에 있는 중첩 면적의 크기에 따라서 광학 시스템을 통한 상이한 광투과도를 제공하는 불규칙 표면, 예를 들어 톱니 형상을 갖는 표면,울퉁불퉁한 표면 등을 포함하는 광학 요소이다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 광학 요소는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)이다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 광학 요소 및 연성 물질 요소가 평행면을 갖는 것이 요구되지 않는다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 예를 들어 광학 요소는 연성 물질 요소의 접촉면에 대해 평행하지 않은 면을 구비한 프리즘이다. 이는 광학 요소와 투명 연성 물질 요소 사이에 있는 접촉의 상태, 예를 들어 완전 접촉 또는 완전 비접촉 상태 또는 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역에 있는 중첩 면적의 크기에 의존하는 광학 시스템을 통과하는 빛의 방향 변화를 제공한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 광학 요소 및 연성 물질 요소는 평행면을 갖지만 광학 시스템을 통해 빛이 투과하는 광축에 대해 수직으로 배향되지 않는다. 이는 광학 요소와 투명 연성 물질 요소 사이에 있는 접촉의 상태, 예를 들어 완전 접촉 또는 완전 비접촉 상태 또는 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역에 있는 중첩 면적의 크기에 의존하는 광학 시스템을 통과하는 빛의 평행 이동을 제공한다.
각각 광학 요소 표면과 투명 연성 물질 요소의 표면 사이의 접촉을 제공하는 광학 요소 또는 투명 연성 물질 요소 중 어느 하나의 이동(또는 모두 이동 가능)은 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 여러 타입의 액츄에이터로 달성될 수 있다. 첨부된 청구범위에 의해 포함되는 본 발명의 원리에 따라 사용될 수 있는 임의의 메커니즘, 장치, 조립체 등은 본 발명의 범위 내 이다. 상기 도면 및 본문에 도시된 실시예에 대한 예는 특정 액츄에이터의 디자인 또는 타입의 사용에 한정되지 않는다. 전자적으로 제어되는 액츄에이터에 인가되는 제어 신호는 연결된 액츄에이터의 활성화를 제공하는 한계 레벨을 초과하는 임의의 전압 레벨을 가진 신호일 수 있다. 이동의 크기(즉 얼마나 멀리 이동되었는지 또는 이동양)는 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이 전압 레벨에 비례할 수 있다. 광학 시스템의 많은 어플리케이션에서, 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서 시스템을 이용할 수 있다. 예를 들어, 모바일 폰, 디지털 카메라 등은 특정 액츄에이터 타입 또는 디자인을 활성화하기 위한 정확한 전압 레벨을 제공하도록 프로그램될 수 있는 계산 리소스를 가진다.
광학 요소 표면과 투명 물질 요소 표면 사이의 접촉 영역의 임의의 중첩 면적 크기를 제공하는 경우에, 광학 요소의 표면의 간단한 기하학적 모델 및 투명 물질 요소의 표면은 시스템에서 임의의 중첩 면적의 레벨을 달성하기 위해 제공될 필요가 있는 이동의 크기를 확인하기 위해 사용될 수 있다. 그리고 나서 실제로 사용되고 있는 액츄에이터 타입은 인가된 전압과 액츄에이터에 의한 변위 사이의 공지된 관계를 갖고, 따라서 임의의 이동을 위해 액츄에이터에 인가되어야 하는 필요한 특정 전압은 정확하게 확인된다. 상기 관계는 예를 들어 계산 요소 또는 프로세서가 판독할 수 있는 룩 업 테이블(look up table)에 저장될 수 있다. 상기 테이블은 각각 변위를 나타내는 수치들에 의해 색인이 만들어질 수 있고, 각각 색인된 저장 위치의 변위를 달성하기 위해 필요한 전압 수치에 대응하는 수치들은 저장된다. 룩 업 테이블로부터 상기 수치가 판독될 때, 액츄에이터가 디지털 방식으로 제어 가능하면 계산 요소 또는 프로세싱 요소는 상기 수치를 신호를 통해 직접 액츄에이터로 전달할 수 있고, 액츄에이터가 아날로그 타입이면 디지털-아날로그 컨버터로 상기 수치를 전달한다. 변위 수치의 수치 범위는 전술된 바와 같이 "오프" 상태에서 "온" 상태까지를 한정하는 수치 범위와 일치한다. 상기 두 상태 사이를 이동할 때, 계산 요소 또는 프로세서 요소는 연속하는 방식으로 상기 테이블의 모든 색인을 통과해 이동할 수 있다. 이는 실시예에 대한 예에서 상기 방식으로 제어되는 OPS의 상태 스위칭을 달성할 것이다. 부드러운 이동이 필요한 경우, 제어 신호 및 계산 요소 또는 프로세서가 사용하는 속도를 필터링하도록 사용되는 전자 필터가 본 발명의 실시예에 대한 상기 예에 따른 OPS 시스템에서 임의의 이동 태양을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 대한 일 예에 따르면, 계산 요소 또는 프로세서는 정보, 예를 들어 본 발명에 따른 OPS 장치를 상기에서 기술한 임의의 상태에 놓기 위해 기계 요소 또는 프로세서에 전달되는 메시지 또는 신호를 수용한다. 이러한 방식으로 OPS 장치를 광학 시스템과 통합시키는 것이 가능하고, 광학 시스템의 다른 곳에서 발생한 신호는, 예를 들어 직접 제어 신호로서 또는 조정 루프 피드백 시스템에서 피드백 조건의 결과로서 OPS 장치를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 OPS 장치는 독립하여 사용되거나 광학 시스템 조립체의 임의의 광학 구성요소 타입과 조합하여 사용될 수 있는, 다용도이고 간단하며 견고한 광학 장치이다. 상기 광학 시스템 또는 광학 조립체는 본 발명에 따른 단지 하나의 OPS 장치 및 예를 들어 광학 시스템 또는 광학 조립체의 하나 또는 복수의 광축과 교차하는 적층되거나 개별적으로 광학 시스템 또는 광학 조립체 내에 위치한 복수의 상기 OPS 장치를 포함할 수 있다. 상기의 공개에서, 몇몇 OPS 장치 어플리케이션의 예가 기술되었다. 그러나 그러한 예는 본 발명에 따른 OPS 어플리케이션의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, OPS 장치는, 예를 들어 광섬유 통신 시스템에서 가변 광학 감쇠기로 사용될 수 있다.
빛이 기기, 장치 또는 시스템 등의 특정 기술적 기능을 달성하기 위한 기술 구성으로서 사용되는 어떠한 응용 분야에서라도 적절하다면 첨부된 청구범위에서 청구된 바와 같이 OPS 장치를 사용하는 것은 본 발명의 범위 내이다.

Claims (15)

  1. 광학 배율 스위치 장치이며,
    투명 연성 물질 요소(12)의 제2 면으로 향하는 제1 면을 갖는 광학 요소(10)를 포함하고,
    투명 연성 물질 요소(12)는 이동 가능한 투명 지지부(11) 위로 적층되고,
    인가된 제어 신호에 반응하는 액츄에이터는 투명 연성 물질 요소(12)의 표면을 광학 요소(10)의 표면을 향해 이동시켜 상기 광학 배율 스위치 장치의 하나 이상의 광학 특성 또는 광학 파라미터 수치를 변경할 수 있고,
    상기 인가된 제어 신호는 광학 요소의 표면과 투명 연성 물질 요소의 표면 사이에 완전 접촉 또는 비 접촉 상태를 제공하거나 광학 요소 표면 영역의 일부와 연성 물질 요소 표면 영역의 일부 사이에 특정 영역의 중첩 접촉을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소(10)는 이동 가능하고, 상기 이동은 액츄에이터에 의해 제어되고, 투명 지지부(11)에 적층된 투명 연성 물질 요소(12)는 고정되어 있는 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학 요소(10)은 이동 가능하고, 상기 이동은 제1 액츄에이터에 의해 제어되고, 투명 지지부(11)에 적층된 투명 연성 물질 요소(12)는 이동 가능하고, 상기 이동은 제2 액츄에이터에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10)는 연성 물질 요소(12)가 생략된 상태에서 투명 연성 물질로 만들어지고, 투명 지지부(11)는 독립하여 사용되는 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10)는 오목 렌즈인 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10)는 볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10)는 서로 평행한 면을 구비한 프리즘인 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10)는 서로 평행하지 않은 면을 구비한 프리즘인 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10)의 제1 면 및 상기 투명 연성 물질 요소(12)의 제2 면은 각각 광학 배율 스위치 장치의 광축에 대해 수직으로 상기 광축과 교차하는 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10)의 제1 면 및 상기 투명 연성 물질 요소(12)의 제2 면은 각각 광학 배율 스위치 장치의 광축에 대해 복각으로 상기 광축과 교차하는 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  11. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(10) 물질의 굴절률은 투명 연성 물질 요소(12)의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 요소(10) 물질의 굴절률은 투명 연성 물질 요소(12)의 굴절률과 다른 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제어 신호 레벨은 액츄에이터와 통신하는 계산 장치로 계산되고, 상기 신호 레벨은 계산 장치로 전송된 메시지 또는 외부 신호에 의해 정의되는 광학 배율 스위치 장치의 상태에 비례하는 것을 특징으로 하는
    광학 배율 스위치 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 광학 배율 스위치 장치의 매크로 렌즈 시스템에서의 사용.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 광학 배율 스위치 장치의 줌 렌즈 시스템에서의 사용.
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