가변 초점 렌즈

[광학 기술 백서 #26]가변 초점 렌즈

 

  기존 렌즈들은 초점이나 줌을 조정하기 위해 유리 또는 플라스틱 유리(고체)를 이동한다. 매우 오래된 방법이지만 성공적으로 사용할 수 있다. 하지만 사람의 눈은 완벽히 다르게 움직인다. 사람의 눈은 렌즈를 앞뒤로 이동하는 대신, 렌즈의 형태를 변경하여 초점을 조정하기 때문이다. 사람의 눈이 움직이는 원리를 바탕으로 개발하고 특허를 받은 렌즈인 Optotune사의 가변 초점 렌즈를 통해 동작 원리와 혜택을 소개하도록 하겠다. 

 

 

<그림1>기존 렌즈 동작 원리와 사람의 눈 원리 비교

 

 

동작 원리

 

  이 렌즈는 광학 유동체(optical fluid)와 고분자 분리막(polymer membrane) 조합을 기반으로 하는 형상 변화 렌즈이다. 핵심 요소는 광학 액체로 채워지고 얇고 탄성이 있는 고분자 분리막(polymer membrane)으로 봉해진 용기로 구성되어 있다. 원형 링이 가변 렌즈를 형성하는 분리막(membrane)의 중심 부분으로 밀어낸다. 

 

분리막(membrane)의 굴절률과 렌즈의 지름은,
     분리막(membrane)으로 원형 링을 밀거나,
     분리막(membrane)의 바깥 부분으로 압력을 가하거나,
     용기에서 광학 유동체를 주입하거나 빼내는 방법으로 변경할 수 있다.

 

볼록 렌즈에서 평면 렌즈 그리고 오목 렌즈에 이르기까지 렌즈의 형상을 변경할 수 있는 Optotune사의 가변 초점 렌즈의 동작 원리를 아래 그림을 통해 설명하도록 하겠다.

 

		용기 쪽으로 밀어 렌즈를 형성할 수 있는 링으로 렌즈에 광학 유동체를 채울 수 있다.
		렌즈를 형성하는 원형 링은 움직이지 않는다. 전류를 통하게 만들면 렌즈의 외곽 부분에서 분리막을 아래로 밀어 렌즈의 중앙 부분으로 광학 유동체를 주입하는 링만 움직인다.

 

<그림 2>형상 변화 폴리머 렌즈의 가능한 변경

 

 

가변 초점 렌즈의 혜택

 

  가변 초점 렌즈를 사용하였을 때 수 마이크로미터 단위의 렌즈 지름을 변경하여 렌즈 전체를 수 센티미터 단위로 이동하는 것과 같은 광학 효과를 얻을 수 있다. 광학 장비를 소형화할 수 있고, 더 적은 렌즈를 사용할 수 있으며, 불필요한 이동을 없애거나 적게 할 수 있다. 따라서 비싼 기계식 구동 장치를 이제는 사용하지 않아도 된다. 이동을 줄이면 완벽하게 폐쇄된 장비를 만들 수 있고, 먼지가 유입되지 않도록 할 수 있어 보다 견고한 장비를 만들 수 있다. 또한, 사용하는 재료는 유리보다 가벼워 전체 장비의 무게를 줄일 수 있다. 이동을 줄이고 가볍게 만들면 가변 렌즈를 사용하는 장비의 응답 시간을 밀리초 단위로 줄일 수 있고 더 적은 전력만 사용할 수 있다. 또 다른 장점은 생산 중에 드러난다. 가변 렌즈를 사용하는 장비는 허용 공차를 줄일 수 있어 높은 수율을 낼 수 있다는 점이 바로 그것이다.

 

기존 렌즈에 비한 가변 렌즈의 장점을 요약하면 다음과 같다.

·      초소형

·      적은 부품 수

·      빠른 응답

·      저전력

·      적은 허용 오차 감도

 

 

 

이 밖에 가변 초점 렌즈에 대해 궁금한 사항은 언제든지 댓글을 남겨주시면, 성심성의껏 답변하도록 하겠습니다.

 

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필진 소개

 

비전군, Mr Vision 앤비젼 공식 블로그의 마스코트.(비전군 & 비전양) 에어리어 스캔 카메라(Area scan camera)의 몸과 고해상도 렌즈(Super resolution lens)인 얼굴로 머신비전의 알짜배기 정보를 전파하는 지적인 소년