KR20150098188A - 가변 초점 반사 렌즈 및 이를 포함하는 영상 시스템 - Google Patents

Abstract

전기 신호에 의해 초점 거리를 변화시키는 가변 초점 반사 렌즈는 도전성의 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층, 상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층 및 상기 제 1 전극층 또는 상기 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사층을 포함한다. 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하고, 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라 상기 반사층의 형태가 변화하여 반사광의 초점 거리가 변화한다. 따라서, 가변 초점 반사 렌즈의 소형화 및 어레이화가 가능하다.

Description

가변 초점 반사 렌즈 및 이를 포함하는 영상 시스템 {REFLECTIVE VARIFOCAL LENS AND IMAGING SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 광학계에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가변 초점 반사 렌즈 및 이를 포함하는 영상 시스템에 관한 것이다.

최근 디지털 기술을 바탕으로 하는 카메라, 휴대용 단말기, 프로젝터, TV등 디스플레이 기술의 발전으로 고해상도 화면 및 관련 광학계의 소형화가 요구되고 있다. 또한 고화질의 영상을 습득하기 위한 광학 렌즈 시스템의 소형화와 편리성이 강조되고 있으며 이를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히 휴대용 단말기에 장착되는 카메라 모듈에 고화질 이미지 센서가 탑재되면서, 가변 초점 및 광학 줌 등의 기능과 소형화의 중요성이 더 부각되고 있다. 현재 휴대폰 카메라 모듈에서 가변 초점 및 광학 줌 기능을 구현하기 위해서 대부분 액츄에이터를 사용하고 있다. 자동 줌 액츄에이터는 렌즈의 위치를 조절하여 자동으로 초점을 맞춰주는 기능을 하며 주로 VCM(voice coil motor)와 피에조를 이용하는 방식이다. VCM 방식은 코일에 흐르는 전류와 자석에 의한 전자기력을 이용하여 구동하는 방식으로 전자파 발생 및 정밀도에 한계가 있으며 피에조 방식은 고정자와 회전좌와의 마찰에 의해 구동하는 방식으로 마모에 의해 수명이 짧고 가격이 높다. 또한 광학 줌 기능을 위한 방식으로 스텝 모터를 사용하는데 이 방식은 회전운동을 하는 구동기로 리드 스크류를 회전시켜 가동부를 선형적으로 이동시키기 때문에 복잡한 메커니즘과 기어부의 마찰 및 소음 등의 단점이 있다. 상기 예들과 같이 대부분의 기존 기술들은 복잡한 구조로 인하여 저가로 제작하는데 어려움이 있으며, 소형화하는데 있어서 크기의 제한이 있다.

또한 반사형 초점 가변 렌즈의 종래 기술은 기체나 유체의 압력을 이용하거나 전자기력을 이용하는 것이 대부분이다. 기체나 유체의 압력을 이용하는 기술은 추가적으로 압력조절장치가 필요하여 소형화나 어레이화 하기가 매우 어렵고, 제작공정 및 구조가 복잡하여 제조단가가 높다는 단점이 있다.

본 발명은 구조가 간단하고 소형화가 가능한 형상 가변 소재를 이용한 가변 초점 반사 렌즈 및 이를 포함하는 영상 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는 형상가변 소재를 이용하여 반사 렌즈의 곡률을 변화시킴으로써 초점 위치를 변경할 수 있는 가변 초점 반사 렌즈를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 가변 초점 반사 렌즈를 포함하는 영상 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈는, 전기 신호에 의해 초점 거리를 변화시키도록 구성되며, 도전성의 제 1 전극층; 상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층; 상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층; 및 상기 제 1 전극층 또는 상기 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사층을 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하고, 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라 상기 반사층의 형태가 변화하여 반사광의 초점 거리가 변화한다.

일 실시예에서, 상기 반사층은 상기 제 1 전극층의 하면 또는 상기 제 2 전극층의 상면에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 반사층은 상기 전기활성 고분자층 내에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나와, 상기 전기활성 고분자층은 투명 소재로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전기활성 고분자층은 제 1 고분자층 및 제 2 고분자층을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 반사층은 상기 제 1 고분자층 및 제 2 고분자층 사이에 개재될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전기활성 고분자층은 링 형태의 제 1 영역 및 상기 제 1 영역 내부의 원형의 제 2 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 링 형태이며, 상기 전기활성 고분자층의 상기 제 1 영역의 하면 및 상면 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층은 원형이며, 상기 전기활성 고분자층 내부의 상기 제 2 영역에 형성될 수 있다. 상기 전기활성 고분자층은 투명 소재로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 전기활성 고분자층은 링 형태의 제 1 영역 및 상기 제 1 영역 내부의 원형의 제 2 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 링 형태이며, 상기 전기활성 고분자층의 상기 제 1 영역의 하면 및 상면 상에 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층은 원형이며, 상기 전기활성 고분자층의 상기 제 2 영역의 상면 또는 하면에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 반사층은 상기 전기활성 고분자층 내에 위치하는 다수의 반사성 입자층에 의해 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈는, 도전성의 제 1 전극층; 상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층; 및 상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층을 포함한다. 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나는 빛을 반사시키고, 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화한다. 또한, 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라, 빛을 반사시키는 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나의 형태가 변화하여 반사광의 초점 거리가 변화한다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 영상 시스템은 이미지 센서; 및 인입되는 빛을 반사하여 상기 이미지 센서로 입사시키는 가변 초점 반사 렌즈를 포함한다. 이 경우, 상기 가변 초점 반사 렌즈는 도전성의 제 1 전극층; 상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층; 상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층; 및 상기 제 1 전극층 또는 상기 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사층을 포함한다. 또한, 상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하고, 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라 상기 반사층의 형태가 변화하여 상기 이미지 센서로 입사하는 반사광의 초점 거리가 변화한다.

일 실시예에서, 상기 영상 시스템은 빔 분배기를 더 포함할 수 있다. 상기 빔 분배기는 영상 시스템으로 인입되는 빛을 통과시켜 상기 가변 초점 반사 렌즈에 입사되도록 하고, 상기 가변 초점 반사 렌즈로부터 반사되는 빛의 진행방향을 변경하여 상기 이미지 센서로 입사하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 형상가변 소재를 이용하여 반사 렌즈의 곡률을 변화시킴으로써 초점 위치를 변경할 수 있는 가변 초점 반사 렌즈를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 가변 초점 반사 렌즈를 포함하는 영상 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 가변 초점 반사 렌즈 및 이를 포함하는 영상 시스템에 의하면, 전압 인가시 두께가 팽창 또는 수축할 수 있는 전기활성고분자, 상기 팽창 및 수축을 억제하는 지지대, 빛을 반사하는 반사층을 하나의 필름 형태로 하여 반사 렌즈를 구성할 수 있다. 본 발명에 따른 가변 초점 반사 렌즈는 물리적인 힘이나 압력을 이용하지 않고 전기적으로 구동하기 때문에 그 구조가 매우 간단하여 소형화 및 어레이화가 용이하다. 또한 렌즈의 초점을 변화 시킬 수 있는 범위가 넓고 고속의 초점 변화가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가되지 않은 경우의 형태를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가된 경우의 형태 변화를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 평면도이다.
도 4는 도 3의 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가되지 않은 경우, 그 단면도를 A-A'경로에 따라 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가된 경우, 그 단면도를 A-A'경로에 따라 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시에에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 평면도이다.
도 8은 도 7의 가변 초점 반사 렌즈의 단면도를 B-B' 경로에 따라 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 영상 시스템을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 영상 시스템을 나타내는 도면이다.

상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈는, 형상가변 소재, 즉, 전기활성 폴리머를 이용하여 반사 렌즈를 제작하고 렌즈 양면에 전압을 인가하여 전기활성 폴리머의 형태를 변화시킴으로써 렌즈의 초점거리를 변화시키는 구조를 갖는다. 상기 가변 초점 반사 렌즈의 구조는 전기활성 고분자 필름과 상기 필름의 양면에 코팅된 전극, 반사층, 그리고 렌즈 모양을 지지할 수 있는 지지대를 포함할 수 있다. 상기 가변 초점 반사 렌즈의 구동 원리는 전기활성 폴리머 필름 양면 전극에 전압을 가하면 전기활성 폴리머 필름이 수평방향으로 팽창하게 되며 이때 지지대가 전기활성 폴리머의 팽창을 방해하는 역할을 하게 되다. 이 때, 전기활성 폴리머 필름은 필름의 수직 방향으로 볼록하게 팽창하게 되며 볼록한 안쪽 면에 빛이 반사할 수 있는 반사층을 형성하면 반사 렌즈가 된다. 이때 볼록한 정도는 인가되는 전압에 따라 조절할 수 있으며 이는 반사 렌즈의 초점을 변화시킬 수 있는 원리이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 또한 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기에서 설명되는 실시 예은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가되지 않은 경우의 형태를 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(100)는, 도전성의 제 1 전극층(103), 제 1 전극층(103) 상에 형성되는 전기활성 고분자층(101), 전기활성 고분자층(101) 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층(104)을 포함한다. 또한, 도 1에는 도시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(100)는 제 1 전극층(103) 또는 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사광을 더 포함한다.

제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)은 전기활성 고분자층(101)에 전압을 인가하는 역할을 할 수 있다. 제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)은 동작시 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)은 전압 인가시 전기활성 고분자층(104)의 형태 변형에 따라 함께 형태가 변형할 수 있도록 유연성이 있는(flexible) 재질로 형성될 수 있다. 제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)은 은나노선, 그래핀, 탄소나노튜브 뿐만 아니라, 유연성이 있는 금속 및 전도성 고분자 등의 물질이 사용될 수 있다. 즉, 제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)은 전도성 및 유연성이 있는 임의의 물질로 구성될 수 있다.

전기활성 고분자층(101)은 전압 인가시 소재의 두께가 변하는 즉, 전압 인가 방향의 수직 방향으로 수축, 팽창할 수 있는 특성을 가질 수 있다. 본 발명에서는 전압의 인가에 따라 소재의 형태가 변하는 물질로서 전기활성 고분자를 제시하고 있으나, 전기활성 고분자 외에 전압에 따라 소재의 형상이 변화할 수 있는 기타 다양한 소재가 전기활성 고분자층(101)을 대체하여 사용될 수 있다.

또한 가변 초점 반사 렌즈의 사용 용도에 따라 전압이 인가되지 않는 초기상태에서 전기활성고분자 필름의 두께가 균일하지 않고 특정부분이 볼록하거나 오목하게 형성될 수 있다. 본 명세서의 전반에 걸쳐 설명의 편의를 위하여, 전압이 인가되지 않았을 때 가변 초점 반사 렌즈(100)가 평평한 형태로 매우 먼 초점 거리를 가지고, 전압이 인가되는 경우 가변 초점 반사 렌즈의 형태가 볼록해짐으로써 초점 거리가 감소하는 실시예가 도시되어 있으나, 실시예에 따라 전압이 인가되지 않았을 때 볼록 또는 오목한 형태를 가지고 특정 전압 인가시 점차 전체 형태가 평평해짐으로써 초점 거리가 증가하는 가변 초점 반사 렌즈 또한 구성 가능하다.

반사층(미도시)은 가변 초점 반사 렌즈(100)로 입사한 입사광을 반사하여 반사광을 발산하도록 하는 역할을 하며 금속, 유전체 등 빛을 반사시킬 수 있는 소재로 형성될 수 있다. 또한, 반사층(미도시)의 구조 및 위치 또한 빛이 반사될 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(100)는 전기활성 고분자층(101)을 지지하는 지지대(102)를 더 포함할 수 있다. 지지대(102)는 가변 초점 반사 렌즈(100)의 외곽에 위치할 수 있다. 제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)에 전압 인가시 지지대(102)는 그 형태대로 전기활성 고분자층(101)의 팽창을 방해하는 역할을 한다. 그러면 전기활성 고분자층(101)은 층의 수직 방향으로 볼록하게 팽창하게 된다. 제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)에 전압이 인가되어 가변 초점 반사 렌즈(100)의 형태가 변하는 상황에 대하여는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가된 경우의 형태 변화를 도시하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 도 1과 유사하게, 가변 초점 반사 렌즈(100)는 제 1 전극층(103), 제 2 전극층(104), 전기활성 고분자층(101) 및 지지대(102)를 포함한다. 제 1 전극층(103) 및 제 2 전극층(104)에 전압이 인가되면, 전기활성 고분자층(101)이 층 방향으로 팽창하게 된다. 이 때 전기활성 고분자층(101)을 지지하는 지지대(102)가 지지 영역 내에서 전기활성 고분자층(101)의 팽창을 방해한다. 따라서 지지대(102)에 의해 지지되지 않는 영역 내에서 전기활성 고분자층(101)은 층의 수직 방향으로 볼록하게 팽창된다. 전기활성 고분자층(101)의 형태 변화에 따라 반사층(미도시)도 형태를 변화하여, 초점 위치(F)가 변경된다. 도 1 및 도 2에서는 전압 인가시 초점 거리가 감소하는 가변 초점 반사 렌즈(100)가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 필요에 따라 전압 인가시 초점 거리가 증가하도록 가변 초점 반사 렌즈를 구성할 수도 있다.

전기활성 고분자층(101)의 변형되는 정도는 인가되는 전압에 따라 조절할 수 있다. 따라서, 가변 초점 반사 렌즈(100)의 초점 거리 또한 인가 전압을 변경함으로써 조절할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 실시예에서, 인가 전압의 크기가 커질수록 반사층(미도시)의 곡률 반경이 작아지므로, 초점 거리도 짧아지게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 평면도이다. 또한, 도 4는 도 3의 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가되지 않은 경우, 그 단면도를 A-A'경로에 따라 나타내는 도면이다.

도 3과 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(200)는 도전성의 제 1 전극층(203), 제 1 전극층(203) 상에 형성되는 전기활성 고분자층(201), 전기활성 고분자층(201) 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층(204) 및 제 2 전극층(204) 상에 형성되는 반사층(205)을 포함한다. 반사층(205)은 제 2 전극층(204) 방면으로 인입되는 빛을 반사시킨다. 제 1 전극층(203) 및 제 2 전극층(204)에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층(201)의 형태가 변화하고, 전기활성 고분자층(201)의 형태가 변화함에 따라 반사층(205)의 형태가 변화하여 반사광의 초점 거리가 변화한다. 도 3에는 반사층(205)이 제 2 전극층(204)의 외곽에 형성되는 실시예가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가변 초점 반사 렌즈(200)는 필름으로 구성된 전기활성 고분자층(201)과, 그 양면에 코팅된 제 1 전극층(203) 및 제 2 전극층(204), 그리고 제 2 전극층(204) 상에 코팅된 반사층(205)을 포함한다. 즉, 가변 초점 반사 렌즈(200)는 한 장의 박막 필름 형태로 형성될 수 있다.

도 5는 도 3의 가변 초점 반사 렌즈에 전압이 인가된 경우, 그 단면도를 A-A'경로에 따라 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 도 4과 유사하게, 가변 초점 반사 렌즈(200)는 제 1 전극층(203), 제 2 전극층(204), 전기활성 고분자층(201) 및 지지대(202)를 포함한다. 제 1 전극층(203) 및 제 2 전극층(204)에 전압이 인가되면, 전기활성 고분자층(201)이 층 방향으로 팽창하게 된다. 이 때 전기활성 고분자층(201)을 지지하는 지지대(202)가 지지 영역 내에서 전기활성 고분자층(201)의 팽창을 방해한다. 따라서 지지대(202)에 의해 지지되지 않는 영역 내에서 전기활성 고분자층(201)은 층의 수직 방향으로 볼록하게 팽창된다. 전기활성 고분자층(201)의 형태 변화에 따라 반사층(205)도 형태를 변화하여, 초점 위치(F)가 변경된다. 도 4 및 도 5에서는 전압 인가시 초점 거리가 감소하는 가변 초점 반사 렌즈(200)가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 필요에 따라 전압 인가시 초점 거리가 증가하도록 가변 초점 반사 렌즈를 구성할 수도 있다.

전기활성 고분자층(201)의 변형되는 정도는 인가되는 전압에 따라 조절할 수 있다. 따라서, 가변 초점 반사 렌즈(200)의 초점 거리 또한 인가 전압을 변경함으로써 조절할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 실시예에서, 인가 전압의 크기가 커질수록 반사층(205)의 곡률 반경이 작아지므로, 초점 거리도 짧아지게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(300)는 도전성의 제 1 전극층(303), 제 1 전극층(303) 상에 형성되는 전기활성 고분자층(301), 전기활성 고분자층(301) 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층(304) 및 전기활성 고분자층(301) 내에 형성되는 반사층(305)을 포함한다. 또한, 가변 초점 반사 렌즈(300)는 전기활성 고분자층(301)을 지지하는 지지대(302)를 포함한다. 도 6에 도시된 실시예에서는 반사층(301)이 전기활성 고분자층(301) 내부에 삽입되는데, 전기활성 고분자층(301)의 팽창 및 밴딩 시에 전기활성 고분자층(301)이 보호층 역할을 해주게 되며, 팽창 및 수축에 따른 반사층(305)의 스트레스를 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

반사층(305)이 전기활성 고분자층(301) 내에 위치하는 경우, 인입되는 빛의 방향에 따라 제 1 전극층(303) 및 제 2 전극층(304) 중 적어도 하나는 투명한 소재로 형성되어야 하고, 전기활성 고분자층(303) 또한 투명한 소재로 형성되어야 한다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예의 경우, 반사층(205)이 전기활성 고분자층(201) 및 제 2 전극층(205) 외부에 형성되므로, 전기활성 고분자층(201) 및 전극층들(203, 204)이 불투명하더라도 반사층(205)은 인입되는 입사광을 반사시킬 수 있다. 그러나, 도 6에 도시된 실시예의 경우, 입사광은 제 1 전극층(303) 및 제 2 전극층(304) 및 적어도 하나와 전기활성 고분자층(301)을 통과하여야 하므로, 제 1 전극층(303) 및 제 2 전극층(304) 중 적어도 하나는 투명한 소재로 형성되어야 하고, 전기활성 고분자층(303) 또한 투명한 소재로 형성될 필요가 있다. 예를 들어, 제 1 전극층(303)이 투명한 소재로 형성되는 경우, 제 1 전극층(303) 방면으로 인입되는 입사광이 제 1 전극층(303) 및 전기활성 고분자층(301)을 통과하여 반사층(305)에 의해 반사된 후, 반사광이 다시 전기활성 고분자층(301) 및 제 1 전극층(303)을 통과하여 가변 초점 반사 렌즈(300) 외부로 방출될 수 있다. 제 2 전극층(304)이 투명한 소재로 형성되는 경우, 제 2 전극층(304) 방면으로 인입되는 입사광이 제 2 전극층(304) 및 전기활성 고분자층(301)을 통과하여 반사층(305)에 의해 반사된 후, 반사광이 다시 전기활성 고분자층(301) 및 제 2 전극층(304)을 통과하여 가변 초점 반사 렌즈(300) 외부로 방출될 수 있다.

도 6의 구조를 위해, 전기활성 고분자층(301)을 제 1 고분자층 및 제 2 고분자층 두 개의 층으로 구성하고, 그 사이에 반사층(305)을 형성하는 방식으로, 가변 초점 반사 렌즈(300)를 구성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시에에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 평면도이고, 도 8은 도 7의 가변 초점 반사 렌즈의 단면도를 B-B' 경로에 따라 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 8을 함께 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(400)는 도전성의 제 1 전극층(403), 제 1 전극층(403) 상에 형성되는 전기활성 고분자층(401), 전기활성 고분자층(401) 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층(404), 반사층(405) 및 지지대(402)를 포함한다. 도 7 및 도 8의 실시예에서, 전기활성 고분자층(401)은 링 형태의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 내에 원형으로 형성되는 제 2 영역을 포함한다. 제 1 전극층(403) 및 제 2 전극층(404)은 링 형태를 가지며, 전기활성 고분자층(401) 상의 상기 제 1 영역의 상면 및 하면에 각각 형성된다. 반사층(405)은 원형이며, 전기활성 고분자층(401) 상의 상기 제 2 영역의 하면에 제 2 전극층(404)에 인접하여 형성된다.

도 7 및 도 8에 도시된 실시예에 의하면, 빛이 입사되는 부분에 반사층(405)이 형성되어 있다. 가변 초점 반사 렌즈의 중앙 부분인 제 2 영역에 전극층 없이 전기활성 고분자층(401) 및 반사층(405)으로만 형성되고 제 1 전극층(403) 및 제 2 전극층(404)은 반사층(405) 외곽의 제 1 영역에 형성되어 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 가변 초점 반사 렌즈(400)는 전압을 인가했을 때 반사층(405)이 있는 부분은 전기활성 고분자층(401)이 팽창하지 않고 휘기만 하는 구조로서, 전기활성 고분자층(401)의 팽창시 반사층(405)이 함께 팽창 또는 수축하지 않으므로 유연성이 없는 딱딱한 소재로도 반사층(405)을 형성할 수 있다.

이때 제 1 전극층(403)은 도 8에 도시된 것처럼 제 2 전극층(404)과 동일하게 제 1 영역상에 형성할 수도 있고, 제 1 영역 및 제 2 영역 모두를 포함하는 영역에 제 1 전극층(403)을 형성할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(500)는 도전성의 제 1 전극층(503), 제 1 전극층(503) 상에 형성되는 전기활성 고분자층(501), 전기활성 고분자층(501) 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층(504), 반사층(505) 및 지지대(502)를 포함한다. 도 9의 실시예에서, 전기활성 고분자층(501)은 링 형태의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 내에 원형으로 형성되는 제 2 영역을 포함한다. 제 1 전극층(503) 및 제 2 전극층(504)은 링 형태를 가지며, 전기활성 고분자층(501) 상의 상기 제 1 영역의 상면 및 하면에 각각 형성된다. 반사층(505)은 원형이며, 전기활성 고분자층(501) 내부의 상기 제 2 영역에 형성된다. 실시예에 따라, 반사층(505)은 전기활성 고분자층(501) 내부의 제 2 영역 및 제 1 영역의 적어도 일부를 포함하도록 형성될 수 있다. 도 9의 실시예는 도 6의 실시예 및 도 8의 실시예의 장점을 모두 포함하도록 형성된 구조이다. 도 9의 실시예에서는, 반사층(505)이 전기활성 고분자층(501) 내부에 위치하도록 형성하고, 제 1 및 제 2 전극층(503, 504)은 빛이 인입되지 않는, 가변 초점 반사 렌즈의 외곽 부분에 형성하도록 한다.

도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(600)는 도전성의 제 1 전극층(603), 상기 제 1 전극층(603) 상에 형성되는 전기활성 고분자층(601), 전기활성 고분자층(601) 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층(607) 및 지지대(602)를 포함한다. 도 10의 실시예에서, 제 2 전극층(607)은 빛을 반사시키는 특징을 포함한다. 즉, 도 10에 도시된 가변 초점 반사 렌즈(600)에서 제 2 전극층(607)은 전기활성 고분자층(601)의 형태를 변화시키기 위해 전기 신호를 인가하는 역할 및 입사광을 반사시키는 반사층의 역할 모두를 수행한다. 도 10에는 제 2 전극층(607)이 반사층의 역할을 수행하는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 제 1 전극층(603)이 반사층의 역할을 수행할 수도 있고, 제 1 전극층(603) 및 제 2 전극층(607) 모두가 반사층의 역할을 수행할 수도 있다. 가변 초점 반사 렌즈의 실제 구동시 초점의 변화의 필요성이 상대적으로 작은 경우, 두 개의 전극층 중 적어도 하나의 전극층을 유연성과 광반사특성이 좋은 금속 박막으로 형성함으로써 구조 및 생산 공정을 단순화시킬 수 있다.

도 11은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈의 단면도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈(700)는 도전성의 제 1 전극층(703), 제 1 전극층(703) 상에 형성되는 전기활성 고분자층(701), 전기활성 고분자층(701) 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층(704), 반사층(705) 및 지지대(702)를 포함한다. 도 11의 실시예에서, 반사층(705)은 전기활성 고분자층(701) 내에 위치하는 다수의 반사성 입자들(708)로 형성된 층에 의해 형성된다. 따라서, 전기활성 고분자층(701)은 빛을 통과하는 투명 소재로 형성할 수 있다. 전기활성 고분자층(701) 내의 위치한 다수의 반사성 입자들(708)로 반사층(705)을 구성하는 경우, 박막 형태의 반사층을 구비할 필요가 없으므로 전기활성 고분자층(701)의 형태가 변화하더라도 반사층이 파괴될 가능성이 낮아진다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 반사 렌즈는 반사층을 반드시 박막 형태로 구성할 필요는 없으며, 전기활성 고분자층의 변형에 따라 초점거리를 변화시킬 수 있는 임의의 구성요소로서 형성할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 영상 시스템을 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 영상 시스템(800)은 가변 초점 반사 렌즈(810) 및 이미지 센서(820)를 포함한다. 가변 초점 반사 렌즈(810)는 렌즈에 대해 약 45도의 각도로 인입되는 입사광을 반사하여, 반사된 반사광이 이미지 센서(820)로 입사되도록 한다. 가변 초점 반사 렌즈(810)는 도전성의 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층, 상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층 및 상기 제 1 전극층 또는 상기 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사층을 포함한다. 또한, 가변 초점 반사 렌즈(810)의 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하고, 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라 상기 반사층의 형태가 변화하여 상기 이미지 센서(820)로 입사하는 반사광의 초점 거리가 변화한다.

도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 영상 시스템을 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 영상 시스템(900)은 가변 초점 반사 렌즈(910), 이미지 센서(920) 및 빔 분배기(930)를 포함한다. 빔 분배기(930)는 영상 시스템(900)으로 입사되는 입사광을 통과시켜 가변 초점 반사 렌즈(910)에 입사되도록 한다. 또한, 빔 분배기(930)는 반사면(931)에 의해 가변 초점 반사 렌즈(910)로부터 반사되는 제 1 반사광을 반사시켜 제 2 반사광을 생성한다. 빔 분배기(930)에 의해 생성된 제 2 반사광은 이미지 센서(920)로 입사된다. 가변 초점 반사 렌즈(910)는 도전성의 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층, 상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층 및 상기 제 1 전극층 또는 상기 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사층을 포함한다. 또한, 가변 초점 반사 렌즈(910)의 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하고, 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라 상기 반사층의 형태가 변화하여 제 1 반사광의 초점 거리가 변화한다. 따라서, 빔 분배기(930)에 의해 생성된 제 2 반사광의 초점 거리 또한 변화한다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100, 200: 가변 초점 반사 렌즈 101, 201: 전기활성 고분자층
102, 202: 지지대 103, 203: 제 1 전극층
104, 204: 제 2 전극층 205: 반사층
800, 900: 영상 시스템 810, 910: 가변 초점 반사 렌즈
820, 920: 이미지 센서 930: 빔 분배기

Claims (11)

1. 전기 신호에 의해 초점 거리를 변화시키는 가변 초점 반사 렌즈로서,
   도전성의 제 1 전극층;
   상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층;
   상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층; 및
   상기 제 1 전극층 또는 상기 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사층을 포함하고,
   상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하고,
   상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라 상기 반사층의 형태가 변화하여 반사광의 초점 거리가 변화하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사층은 상기 제 1 전극층의 하면 또는 상기 제 2 전극층의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사층은 상기 전기활성 고분자층 내에 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나와, 상기 전기활성 고분자층은 투명 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 전기활성 고분자층은 제 1 고분자층 및 제 2 고분자층을 포함하고, 상기 반사층은 상기 제 1 고분자층 및 제 2 고분자층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기활성 고분자층은 링 형태의 제 1 영역 및 상기 제 1 영역 내부의 원형의 제 2 영역을 포함하고,
   상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 링 형태이며, 상기 전기활성 고분자층의 상기 제 1 영역의 하면 및 상면 상에 형성되고,
   상기 반사층은 원형이며, 상기 전기활성 고분자층의 상기 제 2 영역의 상면 또는 하면에 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기활성 고분자층은 링 형태의 제 1 영역 및 상기 제 1 영역 내부의 원형의 제 2 영역을 포함하고,
   상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층은 링 형태이며, 상기 전기활성 고분자층의 상기 제 1 영역의 하면 및 상면 상에 형성되고,
   상기 반사층은 원형이며, 상기 전기활성 고분자층 내부의 상기 제 2 영역에 형성되며,
   상기 전기활성 고분자층은 투명 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사층은 상기 전기활성 고분자층 내에 위치하는 다수의 반사성 입자층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
9. 도전성의 제 1 전극층;
   상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층; 및
   상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층을 포함하는 가변 초점 반사 렌즈로서,
   상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나는 빛을 반사시키는 것을 특징으로 하고,
   상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하며,
   상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라, 빛을 반사시키는 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나의 형태가 변화하여 반사광의 초점 거리가 변화하는, 가변 초점 반사 렌즈.
   
10. 이미지 센서; 및
    인입되는 빛을 반사하여 상기 이미지 센서로 입사시키는 가변 초점 반사 렌즈를 포함하는 영상 시스템으로서,
    상기 가변 초점 반사 렌즈는:
    도전성의 제 1 전극층;
    상기 제 1 전극층 상에 형성되는 전기활성 고분자층;
    상기 전기활성 고분자층 상에 형성되는 도전성의 제 2 전극층; 및
    상기 제 1 전극층 또는 상기 제 2 전극층 방면으로 인입되는 빛을 반사시키는 반사층을 포함하고,
    상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층에 인가되는 전기 신호에 의해 상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화하고,
    상기 전기활성 고분자층의 형태가 변화함에 따라 상기 반사층의 형태가 변화하여 상기 이미지 센서로 입사하는 반사광의 초점 거리가 변화하는, 영상 시스템.
    
11. 제 10 항에 있어서, 상기 영상 시스템은 빔 분배기를 더 포함하고,
    상기 빔 분배기는 영상 시스템으로 인입되는 빛을 통과시켜 상기 가변 초점 반사 렌즈에 입사되도록 하고, 상기 가변 초점 반사 렌즈로부터 반사되는 빛의 진행방향을 변경하여 상기 이미지 센서로 입사하도록 하는, 영상 시스템.

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