JP2021505954A - レンズ曲率可変装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、レンズ曲率可変装置に関するものである。本発明の一実施例に係るレンズ曲率可変装置は、印加される電気信号に基づいて曲率が可変する液体レンズの曲率を可変するためのレンズ曲率可変装置として、液体レンズに電気信号を印加するレンズ駆動部と、電気信号に基づいて形成された液体レンズの曲率を感知するためのセンサ部と、感知された曲率に基づいて、液体レンズの目標曲率を形成するようにレンズ駆動部を制御する制御部とを含み、センサ部は、液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは面積の変化を感知する。これによって、迅速かつ正確にレンズの曲率を感知できるようになる。【選択図】図７

Description

本発明は、レンズ曲率可変装置に関するものであり、より詳しくは迅速かつ正確にレンズの曲率を感知できるレンズ曲率可変装置に関するものである。
レンズは、光の経路を変換する装置である。レンズは、多様な電子機器に用いられ、特に、カメラに用いられる。
カメラ内のレンズを通過した光は、イメージセンサを通じて電気信号に変換され、変換された電気信号に基づいてイメージが獲得される。
一方、撮影イメージの焦点を調節するために、レンズの位置を可変することが必要である。しかし、カメラが小型の電子機器に用いられる場合、レンズの位置を可変するために、相当な空間が確保される必要がある不都合がある。
そこで、撮影イメージの焦点を調節するために、レンズの位置を可変ではなく、他の方案が研究されている。
本発明の目的は、迅速かつ正確にレンズの曲率を感知できるレンズ曲率可変装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、迅速かつ正確にレンズの曲率を可変できるレンズレンズ曲率可変装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の一実施例に係るレンズ曲率可変装置は、印加される電気信号に基づいて曲率が可変する液体レンズの曲率を可変するためのレンズ曲率可変装置として、液体レンズに電気信号を印加するレンズ駆動部と、電気信号に基づいて形成された液体レンズの曲率を感知するためのセンサ部と、感知された曲率に基づいて、液体レンズの目標曲率を形成するようにレンズ駆動部を制御する制御部とを含み、センサ部は、液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは面積の変化を感知する。
本発明の一実施例に係るレンズ曲率可変装置は、印加される電気信号に基づいて曲率が可変する液体レンズの曲率を可変するためのレンズ曲率可変装置として、液体レンズに電気信号を印加するレンズ駆動部と、電気信号に基づいて形成された液体レンズの曲率を感知するためのセンサ部と、感知された曲率に基づいて、液体レンズの目標曲率を形成するようにレンズ駆動部を制御する制御部とを含み、センサ部は、液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは面積の変化を感知することで、迅速かつ正確にレンズの曲率を感知できるようになる。
特に、液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することで、レンズの曲率を正確に検出できるようになる。
一方、センサ部は、液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することができ、これをフィードバックして、レンズの曲率が可変するように液体レンズに電気信号を印加することで、迅速かつ正確にレンズの曲率を可変できるようになる。
一方、レンズ駆動部から出力される複数の電気信号を液体レンズに供給する複数の導電性ラインと、複数の導電性ラインのうちいずれか１つとセンサ部の間に配置されるスイッチング素子とを含み、センサ部が、スイッチング素子のオン期間の間、液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは面積の変化を感知することで、容易にレンズの曲率を感知できるようになる。
一方、演算された曲率と目標曲率に基づいて、曲率エラーを演算するイコライザーと、演算された曲率エラーに基づいて、パルス幅可変信号を生成して出力するパルス幅可変制御部とを含むことで、迅速かつ正確にレンズの曲率を感知できるようになる。
一方、レンズ曲率可変装置内の制御部は、イメージ処理部からの焦点情報と、ジャイロセンサからのブレ情報を受信し、焦点情報とブレ情報に基づいて、目標曲率を決定することができ、これによって、ブレに対応して、焦点が合わせられたイメージを獲得できるようになる。
本発明の実施例に係るカメラの内部断面図である。 図１ａのカメラの内部ブロック図である。 レンズの駆動方式を説明する図面である。 液体レンズ駆動方式を説明する図面である。 液体レンズ駆動方式を説明する図面である。 液体レンズの構造を示す図面である。 液体レンズの構造を示す図面である。 液体レンズの構造を示す図面である。 液体レンズのレンズ曲率可変を説明する図面である。 液体レンズのレンズ曲率可変を説明する図面である。 液体レンズのレンズ曲率可変を説明する図面である。 液体レンズのレンズ曲率可変を説明する図面である。 液体レンズのレンズ曲率可変を説明する図面である。 本発明に係るカメラの内部ブロック図の一例である。 本発明の実施例に係るカメラの内部ブロック図の一例である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 図７の説明に参照される図面である。 本発明の別の実施例に係るカメラの内部ブロック図の一例である。 本発明のさらに別の実施例に係るカメラの内部ブロック図の一例である。
以下、図面を参照して本発明をより詳しく説明する。
以下の説明で用いられる構成要素に対する接尾辞「モジュール」および「部」は、単純に本明細書の作成が容易となるように付与されるものとして、それ自体で特に重要な意味または役割を付与するものではない。よって、上記「モジュール」および「部」は、相互混用して用いられることもある。
図１ａは、本発明の実施例に係るカメラの内部断面図である。
まず、図１ａは、カメラ１９５に対する断面図の一例である。
カメラ１９５は、絞り１９４、レンズ１９３、イメージセンサ８２０を含むことができる。
絞り１９４は、レンズ１９３に入射する光を開閉することができる。
イメージセンサ８２０は、ＲＧＢをセンシングするために、ＲＧＢフィルター９１０と、光信号を電気信号に変換するセンサアレイ９１１を含むことができる。
これによって、イメージセンサ８２０は、ＲＧＢイメージをセンシングして、出力することができる。
図１ｂは、図１ａのカメラの内部ブロック図である。
図面を参照すると、カメラ１９５は、レンズ１９３と、イメージセンサ８２０と、イメージプロセッサ８３０を含むことができる。
イメージプロセッサ８３０は、イメージセンサ８２０からの電気信号に基づいて、ＲＧＢイメージを生成することができる。
一方、イメージセンサ８２０は、電気信号に基づいて、露出時間が調節される。
図２は、レンズの駆動方式を説明する図面である。
まず、図２の（ａ）は、焦点位置４０１からの光が、レンズ４０３、ビームスプリッタ４０５、マイクロレンズ４０７およびイメージセンサ４０９に伝達されて、イメージセンサ４０９にＦａ大きさの相ＰＨができることを示す。
特に、図２の（ａ）は、焦点位置４０１に対応して、焦点が正確に合わせられたことを例示する。
次に、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）に比べて、レンズ４０３の位置が、焦点位置４０１の方向に移動して、イメージセンサ４０９にＦａより小さい大きさであるＦｂ大きさの相ＰＨができることを示す。
特に、図２の（ｂ）は、焦点位置４０１に対応して、焦点が過剰に前に合わせられたことを例示する。
次に、図２の（ｃ）は、図２の（ａ）に比べて、レンズ４０３の位置が、焦点位置４０１の反対方向に移動して、イメージセンサ４０９にＦａより大きい大きさであるＦｃ大きさの相ＰＨができることを示す。
特に、図２の（ｃ）は、焦点位置４０１に対応して、焦点が過剰に後に合わせられたことを例示する。
即ち、図２は、撮影イメージの焦点を調節するために、レンズの位置を可変することを例示する。
図２のように、レンズ４０３の位置を可変する方式として、ボイスコイルモーター(Voice Coil Motor：VCM)方式が用いられている。
しかし、このようなボイスコイルモーター(VCM)方式は、図１の移動端末のように小型の電子機器に用いられる場合、レンズの移動のための相当な空間が確保される必要がある不都合がある。
一方、移動端末に用いられるカメラ１９５の場合、オートフォーカスの他に、ブレ防止(Optical Image Stabilization：OIS)機能が必要である。
ここで、ボイスコイルモーター(VCM)方式を用いる場合、図２のように、左右方向などの一次元方向の移動しかできず、ブレ防止に適していないという問題がある。
本発明では、このような問題点を解決するために、ボイスコイルモーター(VCM)方式ではなく、液体レンズ駆動方式を用いることにする。
液体レンズ駆動方式は、液体レンズに電気信号を印加して液体の曲率を可変することで、オートフォーカスのためにレンズの移動が不必要であり、ブレ防止機能の具現時に、二次元方向または三次元方向のブレ防止が可能であるという長所がある。
図３ａ〜図３ｂは、液体レンズ駆動方式を説明する図面である。
まず、図３ａの（ａ）は、液体レンズ５００に第１電圧Ｖ１が印加され、液体レンズが凹レンズのように動作することを例示する。
次に、図３ａの（ｂ）は、液体レンズ５００に第１電圧Ｖ１より大きい第２電圧Ｖ２が印加され、液体レンズが光の進行方向を変更しないことを例示する。
次に、図３ａの（ｃ）は、液体レンズ５００に第２電圧Ｖ２より大きい第３電圧Ｖ３が印加され、液体レンズが凸レンズのように動作することを例示する。
一方、図３ａでは、印加される電圧のレベルに応じて、液体レンズの曲率またはディオプトリが変化することを例示するが、これに限定されるものではなく、印加されるパルスのパルス幅に応じて、液体レンズの曲率またはディオプトリが変化してもよい。
次に、図３ｂの（ａ）は、液体レンズ５００内の液体が同じ曲率を有することで、凸レンズのように動作することを例示する。
即ち、図３ｂの（ａ）によれば、入射光Ｌｐａａが集中されて、該当する出力光Ｌｐａｂが出力されることになる。
次に、図３ｂの（ｂ）は、液体レンズ５００内の液体が非対称曲面を有することで、光の進行方向が上側に変更されることを例示する。
即ち、図３ｂの（ｂ）によれば、入射光Ｌｐａａが上側に集中されて、該当する出力光Ｌｐａｃが出力されることになる。
図４ａ〜図４ｃは、液体レンズの構造を示す図面である。特に、図４ａは液体レンズの上面図を示し、図４ｂは液体レンズの下面図を示し、図４ｃは図４ａおよび図４ｃのＩ‐Ｉ’の断面図を示す。
特に、図４ａは、図３ａ〜図３ｂの液体レンズ５００の右側面に対応する図面であり、図４ｂは、図３ａ〜図３ｂの液体レンズ５００の左側面に対応する図面である。
図面を参照すると、液体レンズ５００は、図４ａのように、上部に共通電極(ＣＯＭ)５２０が配置される。この時、共通電極(ＣＯＭ)５２０は、チューブ形態に配置され、共通電極(ＣＯＭ)５２０の下部領域に、特に、中空に対応する領域に液体５３０が配置される。
一方、図面では図示されないが、共通電極(ＣＯＭ)５２０の絶縁のために、共通電極(ＣＯＭ)５２０と液体の間に絶縁体(図示されない)が配置されてもよい。
そして、図４ｂのように、共通電極(ＣＯＭ)５２０の下部、特に、液体５３０の下部に複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄが配置される。複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄは、特に、液体５３０を取り囲む形態に配置されてもよい。
そして、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと液体５３０の間に、絶縁のための複数の絶縁体５５０ａ〜５５０ｄがそれぞれ配置される。
即ち、液体レンズ５００は、共通電極(ＣＯＭ)５２０と、共通電極(ＣＯＭ)５２０と離隔して配置される複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと、前記共通電極(ＣＯＭ)５２０と複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄの間に配置される液体５３０および電気伝導性水溶液(図４ｃ)の５９５を含むことができる。
図４ｃを参照すると、液体レンズ５００は、第１基板５１０上の複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄを絶縁するための複数の絶縁体５５０ａ〜５５０ｄ、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄ上の液体５３０と、液体５３０上の電気伝導性水溶液(electroconductive aqueous solution)５９５と、液体５３０と離隔して配置される共通電極(ＣＯＭ)５２０、共通電極(ＣＯＭ)５２０上の第２基板５１５を含むことができる。
共通電極５２０は、中空を有し、ューブ形態に形成される。そして、中空領域に、液体５３０および電気伝導性水溶液５９５が配置される。液体５３０は、図４ａ〜図４ｂのように、円形に配置される。この時の液体５３０は、オイルなどの非伝導性液体であってもよい。
一方、中空領域の下部から上部に行くほどその大きさが大きくなり、これによって、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄは、下部から上部に行くほどその大きさが小さくなる。
図４ｃでは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄのうち第１電極(ＬＡ)５４０ａと、第２電極(ＬＢ)５４０ｂが傾斜するように形成され、下部から上部に行くほどその大きさが小さくなることを例示する。
一方、図４ａ〜図４ｃとは異なって、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄが、共通電極５２０の位置である上部に形成され、共通電極５２０が下部に形成されてもよい。
一方、図４ａ〜図４ｃでは、複数の電極として４つの電極を例示するが、これに限定されるものではなく、２つ以上の多様な個数の電極が形成されてもよい。
一方、図４ｃで、共通電極５２０にパルス形態の電気信号が印加されてから所定時間の後、第１電極(ＬＡ)５４０ａと第２電極(ＬＢ)５４０ｂにパルス形態の電気信号が印加される場合、共通電極５２０と第１電極(ＬＡ)５４０ａ、第２電極(ＬＢ)５４０ｂの間の電位差が発生し、これによって、電気伝導性を有する電気伝導性水溶液５９５の形状が変化し、電気伝導性水溶液５９５の形状変化に対応して、液体５３０の内部の液体５３０の形状が変化する。
一方、本発明では、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと共通電極５２０にそれぞれ印加される電気信号に応じて形成される液体５３０の曲率を容易かつ迅速に感知する方案を提示する。
このために、本発明でのセンサ部９６２は、液体レンズ５００内の第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａと電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化を感知する。
図４ｃでは、境界領域Ａｃ０の面積としてＡＭ０を例示する。特に、第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃ０の面積がＡＭ０であることを例示する。
図４ｃでは、液体５３０が凹凸ではなく、第１基板５１０等と平行であることを例示する。この時の曲率は、例えば０と定義することができる。
一方、図４ｃのように、第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃ０に対して、次の数学式１によってキャパシタンスＣが形成される。
Figure 2021505954

この時のεは誘電体５５０ａの誘電率、Ａは境界領域Ａｃ０の面積、ｄは第１誘電体５５０ａの厚さを示す。
ここで、ε、ｄは、固定値であると仮定すると、キャパシタンスＣに大きい影響を及ぼすのは境界領域Ａｃ０の面積である。
即ち、境界領域Ａｃ０の面積が大きいほど、境界領域Ａｃ０に形成されるキャパシタンスＣが大きくなる。
一方、液体５３０の曲率が可変するほど、境界領域Ａｃ０の面積が可変するので、本発明では、センサ部９６２を利用して境界領域Ａｃ０の面積を感知したり、または境界領域Ａｃ０に形成されるキャパシタンスＣを感知する。
一方、図４ｃのキャパシタンスは、ＣＡｃ０と定義することができる。
図５ａ〜図５ｅは、液体レンズ５００の多様な曲率を例示する図面である。
まず、図５ａは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと共通電極５２０にそれぞれ電気信号を印加することで、液体５３０に第１曲率Ｒｉａが形成されることを例示する。
図５ａでは、液体５３０に第１曲率Ｒｉａが形成されることで、境界領域Ａａａの面積としてＡＭａ(＞ＡＭ０)を例示する。特に、第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａａａの面積がＡＭａであることを例示する。
数学式１によれば、図４ｃに比べて、図５ａにおける境界領域Ａａａの面積がより大きくなるので、境界領域Ａａａのキャパシタンスがより大きくなる。一方、図５ａのキャパシタンスは、ＣＡａａと定義することができ、図４ｃのキャパシタンスであるＣＡｃ０より大きい値を有することになる。
この時の第１曲率Ｒｉａは正極性の値を有すると定義することができる。例えば、第１曲率Ｒｉａが＋２レベルを有すると定義することができる。
次に、図５ｂは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと共通電極５２０にそれぞれ電気信号を印加することで、液体５３０に第２曲率Ｒｉｂが形成されることを例示する。
図５ｂでは、液体５３０に第２曲率Ｒｉｂが形成されることで、境界領域Ａｂａの面積としてＡＭｂ(＞ＡＭａ)を例示する。特に、第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｂａの面積がＡＭｂであることを例示する。
数学式１によれば、図５ａに比べて、図５ｂにおける境界領域Ａｂａの面積がより大きくなるので、境界領域Ａｂａのキャパシタンスがより大きくなる。一方、図５ｂのキャパシタンスは、ＣＡｂａと定義することができ、図５ａのキャパシタンスであるＣＡａａより大きい値を有することになる。
この時の第２曲率Ｒｉｂ、第１曲率Ｒｉａより大きさが大きい正極性の値を有すると定義することができる。例えば、第２曲率Ｒｉｂが＋４レベルを有すると定義することができる。
一方、図５ａ、図５ｂによれば、液体レンズ５００は凸レンズとして動作し、これによって、入射光ＬＰ１が集中した出力光ＬＰ１ａが出力される。
次に、図５ｃは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと共通電極５２０にそれぞれ電気信号を印加することで、液体５３０に第３曲率Ｒｉｃが形成されることを例示する。
特に、図５ｃでは、左側境界領域Ａｃａの面積としてＡＭａを例示し、右側境界領域Ａｃｂの面積としてＡＭｂ(＞ＡＭａ)を例示する。
特に、第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃａの面積がＡＭａであり、第２電極５４０ｂ上の第２絶縁体５５０ｂの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃｂの面積がＡＭｂであることを例示する。
これによって、左側境界領域Ａｃａのキャパシタンスは、ＣＡａａであり、右側境界領域Ａｃｂのキャパシタンスは、ＣＡｂａである。
この時の第３曲率Ｒｉｃは正極性の値を有すると定義することができる。例えば、第３曲率Ｒｉｃが＋３レベルを有すると定義することができる。
一方、図５ｃによれば、液体レンズ５００は凸レンズとして動作し、これによって、入射光ＬＰ１が一側により集中した出力光ＬＰ１ｂが出力される。
次に、図５ｄは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと共通電極５２０にそれぞれ電気信号を印加することで、液体５３０に第４曲率Ｒｉｄが形成されることを例示する。
図５ｄでは、液体５３０に第４曲率Ｒｉｄが形成されることで、境界領域Ａｄａの面積としてＡＭｄ(＜ＡＭ０)を例示する。特に、第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｄａの面積がＡＭｄであることを例示する。
数学式１によれば、図４ｃに比べて、図５ｄにおける境界領域Ａｄａの面積がより小さくなるので、境界領域Ａｄａのキャパシタンスがより小さくなる。一方、図５ｄのキャパシタンスは、ＣＡｄａと定義することができ、図４ｃのキャパシタンスであるＣＡｃ０より小さい値を有することになる。
この時の第４曲率Ｒｉｄは負極性の値を有すると定義することができる。例えば、第４曲率Ｒｉｄが−２レベルを有すると定義することができる。
次に、図５ｅは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと共通電極５２０にそれぞれ電気信号を印加することで、液体５３０に第５曲率Ｒｉｅが形成されることを例示する。
図５ｅでは、液体５３０に第５曲率Ｒｉｅが形成されることで、境界領域Ａｅａの面積としてＡＭｅ(＜ＡＭｄ)を例示する。特に、第１電極５４０ａ上の第１絶縁体５５０ａの傾斜部分のうち電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｅａの面積がＡＭｅであることを例示する。
数学式１によれば、図５ｄに比べて、図５ｅにおける境界領域Ａｅａの面積がより小さくなるので、境界領域Ａｅａのキャパシタンスがより小さくなる。一方、図５ｅのキャパシタンスは、ＣＡｅａと定義することができ、図５ｄのキャパシタンスであるＣＡｄａより小さい値を有することになる。
この時の第５曲率Ｒｉｅは負極性の値を有すると定義することができる。例えば、第５曲率Ｒｉｅが−４レベルを有すると定義することができる。
一方、図５ｄ、図５ｅによれば、液体レンズ５００は凹レンズとして動作し、これによって、入射光ＬＰ１が発散した出力光ＬＰ１ｃが出力される。
図６は、本発明に係るカメラの内部ブロック図の一例である。
図面を参照すると、図６のカメラ１９５ｘは、レンズ曲率可変装置８００、イメージセンサ８２０、イメージ処理部８６０、ジャイロセンサ８３０、液体レンズ５００を含むことができる。
レンズ曲率可変装置８００は、レンズ駆動部８６０、パルス幅可変制御部８４０、電源供給部８９０を備える。
図６のレンズ曲率可変装置８００の動作を説明すると、パルス幅可変制御部８４０が目標曲率に対応して、パルス幅可変信号Ｖを出力し、レンズ駆動部８６０がパルス幅可変信号Ｖと電源供給部８９０の電圧Ｖｘを利用して液体レンズ５００の複数の電極および共通電極に当該電圧を出力することができる。
即ち、図６のレンズ曲率可変装置８００は、液体レンズの曲率可変のために、オープンループシステム(Open Loop System)で動作する。
このような方式によれば、目標曲率に対応して、液体レンズ５００の複数の電極および共通電極に当該電圧を出力する他に、実際液体レンズ５００の曲率を感知できないという短所がある。
また、図６のレンズ曲率可変装置８００によれば、ブレ防止のために、液体レンズ５００の曲率可変が必要な場合、曲率感知されないので、正確な曲率可変が困難ある短所がある。
ここで、本発明では、図６のように、レンズ曲率可変装置８００をオープンループシステム(Open Loop System)で具現することなく、クローズループシステム(closed Loop System)で具現することにする。
即ち、液体レンズ５００の曲率を把握するために、液体レンズ５００内の液体内部の電極上の絶縁体と、電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃ０に形成されるキャパシタンスを感知し、感知されるキャパシタンスをフィードバックして、目標曲率と現在曲率の差を演算し、その差に対応して制御を行う。
これによれば、迅速かつ正確に液体レンズ５００の曲率を把握することができ、また、目標曲率に対応するように、液体レンズ５００の曲率を迅速かつ正確に制御できるようになる。これについては、図７以下を参照してより詳しく記述する。
図７は、本発明の実施例に係るカメラの内部ブロック図の一例である。
図面を参照すると、本発明の実施例に係るカメラ１９５ｍは、液体レンズ５００の曲率を可変するレンズ曲率可変装置９００と、液体レンズ５００からの光を電気信号に変換するイメージセンサ８２０と、イメージセンサ８２０からの電気信号に基づいてイメージ処理をするイメージ処理部９３０を含むことができる。
特に、図７のカメラ１９５ｍは、ジャイロセンサ９１５をさらに含むことができる。
イメージ処理部９３０は、イメージに対する焦点情報ＡＦを出力することができ、ジャイロセンサ９１５は、ブレ情報ＯＩＳを出力することができる。
これによって、レンズ曲率可変装置９００内の制御部９７０は、焦点情報ＡＦとブレ情報ＯＩＳに基づいて、目標曲率を決定することができる。
一方、本発明の実施例に係るレンズ曲率可変装置９００は、液体レンズ５００に電気信号を印加するレンズ駆動部９６０と、電気信号に基づいて形成された液体レンズ５００の曲率を感知するためのセンサ部９６２と、感知された曲率に基づいて、液体レンズ５００の目標曲率を形成するようにレンズ駆動部９６０を制御する制御部９７０を含み、センサ部９６２は、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化を感知することができる。これによって、迅速かつ正確にレンズの曲率を感知できるようになる。
一方、本発明の実施例に係るレンズ曲率可変装置９００は、印加される電気信号に基づいて曲率が可変する液体レンズ５００をさらに備えることができる。
一方、本発明の実施例に係るレンズ曲率可変装置９００は、電源を供給する電源供給部９９０と、センサ部９６２で感知されたキャパシタンスと関連した信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ９６７をさらに備えることができる。
一方、レンズ曲率可変装置９００は、レンズ駆動部９６０で、液体レンズ５００内の各電極(共通電極、複数の電極)に電気信号を供給するための複数の導電性ラインＣＡ１、ＣＡ２と、複数の導電性ラインのうちいずれか１つ(ＣＡ２)とセンサ部９６２の間に配置されるスイッチング素子ＳＷＬをさらに含むことができる。
図面では、液体レンズ５００内の複数の電極のうちいずれか１つに電気信号を印加するための導電性ラインＣＡ２とセンサ部９６２の間に、スイッチング素子ＳＷＬが配置されることを例示する。この時、導電性ラインＣＡ２と、スイッチング素子ＳＷＬの一端または液体レンズ５００との接点をｎｏｄｅ Ａと命名することができる。
一方、本発明では、液体レンズ５００の曲率感知のために、複数の導電性ラインＣＡ１、ＣＡ２を通じて、液体レンズ５００内の各電極(共通電極、複数の電極)に電気信号を印加する。これによって、図５ａ〜図５ｅなどのように、液体５３０に曲率が形成される。
例えば、第１期間の間、スイッチング素子ＳＷＬがターンオンされる。
この時、スイッチング素子ＳＷＬがターンオンされてセンサ部９６２と導通された状態で、液体レンズ５００内の電極に電気信号が印加される場合、液体レンズ５００内に曲率が形成され、曲率形成に対応する電気信号が、スイッチング素子ＳＷＬを経てセンサ部９６２に供給される。
これによって、センサ部９６２は、スイッチング素子ＳＷＬのオン期間の間、液体レンズ５００からの電気信号に基づいて、液体レンズ５００の液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化を感知したり、境界領域Ａｃ０のキャパシタンスを感知することができる。
次に、第２期間の間、スイッチング素子ＳＷＬがターンオフされ、液体レンズ５００内の電極に電気信号が継続して印加される。これによって、液体５３０に曲率が形成される。
次に、第３期間の間、スイッチング素子ＳＷＬがターンオフされ、液体レンズ５００内の電極に電気信号が印加されないか、ローレベルの電気信号が印加される。
次に、第４期間の間、スイッチング素子ＳＷＬがターンオンされる。
この時、スイッチング素子ＳＷＬがターンオンされてセンサ部９６２と導通された状態で、液体レンズ５００内の電極に電気信号が印加される場合、液体レンズ５００内に曲率が形成され、曲率形成に対応する電気信号が、スイッチング素子ＳＷＬを経てセンサ部９６２に供給される。
一方、第１期間の間感知されたキャパシタンスに基づいて演算された曲率が目標曲率より小さい場合、制御部９７０は、目標曲率に到達するようにするために、駆動部９６０に供給されるパルス幅可変制御信号のパルス幅が増加するように制御することができる。
これによって、共通電極５３０と複数の電極にそれぞれ印加されるパルスの時差が大きくなり、これによって、液体５３０に形成された曲率が大きくなる。
第４期間の間、スイッチング素子ＳＷＬがターンオンされてセンサ部９６２と導通された状態で、液体レンズ５００内の電極に電気信号が印加される場合、液体レンズ５００内に曲率が形成され、曲率形成に対応する電気信号が、スイッチング素子ＳＷＬを経てセンサ部９６２に供給される。
これによって、センサ部９６２は、スイッチング素子ＳＷＬのオン期間の間、液体レンズ５００からの電気信号に基づいて、液体レンズ５００の液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化を感知したり、境界領域Ａｃ０のキャパシタンスを感知することができる。
これによって、制御部９７０は、感知されるキャパシタンスに基づいて、曲率を演算することができ、目標曲率に到達したのか否かを判断することができる。一方、目標曲率に到達した場合、制御部９７０は、該当する電気信号を各電極に供給するように制御することができる。
これによれば、電気信号供給により、液体５３０の曲率を形成し、直ちに液体の曲率を感知できるようになる。よって、迅速かつ正確に液体レンズ５００の曲率を把握できるようになる。
一方、図面におけるレンズ駆動部９６０とセンサ部９６２は、１つのモジュール９６５で形成されてもよい。
一方、図面におけるレンズ駆動部９６０とセンサ部９６２、制御部９７０、電源供給部９９０、ＡＤコンバータ９６７、スイッチング素子ＳＷＬは、システムオンチップ(system on chip、SOC)として、１つのチップ(chip)で具現することができる。
一方、液体レンズ５００は、図４ａ〜図４ｃで説明したように、共通電極(ＣＯＭ)５２０と、共通電極(ＣＯＭ)５２０上の液体５３０と、液体５３０上の電気伝導性水溶液５９５と、液体５３０と離隔して配置される複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄを含むことができる。
一方、センサ部９６２は、図５ａ〜図５ｅで説明したように、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の、面積、または面積の変化、またはこれに対応するキャパシタンスを感知することができる。
一方、センサ部９６２で感知されたキャパシタンスと関連したアナログ信号は、ＡＤコンバータ９６７を通じてデジタル信号に変換され、制御部９７０に入力される。
一方、図５ａ〜図５ｅで説明したように、液体レンズ５００の曲率が大きくなるほど境界領域Ａｃ０の面積が大きくなり、結局境界領域Ａｃ０のキャパシタンスが大きくなる。
本発明では、このような特性を利用して、センサ部９６２で感知されたキャパシタンスを利用して曲率を演算する。
一方、制御部９７０は、液体レンズ５００の曲率が大きくなるようにするために、液体レンズ５００に印加される電圧のレベルまたはパルス幅が増加するように制御することができる。
一方、図５ｃのように、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄのうち第１電極５４０ａと第３電極５４０ｃに異なるレベルの電圧または異なるパルス幅の電圧が印加される場合、液体５３０の第１端部Ａｃａの第１キャパシタンスと、液体５３０の第２端部Ａｃｂの第２キャパシタンスが異なることになる。
これによって、センサ部９６２は、液体５３０の第１端部Ａｃａと、第２端部Ａｃｂのそれぞれのキャパシタンスを感知することができる。
このように、一方、液体レンズ５００内の液体５３０の端部周辺のキャパシタンスを感知することで、レンズの曲率を正確に検出できるようになる。
即ち、一方、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の複数の境界領域のキャパシタンスを感知することで、液体レンズの曲率を正確に検出できるようになる。
一方、共通電極(ＣＯＭ)５２０に一定電圧が印加され、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄにパルスが印加される場合、センサ部９６２は、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄ上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の複数の境界領域に対するキャパシタンスを感知することができる。
一方、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄに一定電圧が印加され、共通電極(ＣＯＭ)５２０にパルスが印加される場合、センサ部９６２は、共通電極(ＣＯＭ)５２０上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域に対するキャパシタンスを感知することができる。
一方、制御部９７０は、センサ部９６２で感知されたキャパシタンスに基づいて、液体レンズ５００の曲率を演算することができる。
この時、制御部９７０は、センサ部９６２で感知されたキャパシタンスが大きくなるほど、液体レンズ５００の曲率が大きくなると演算することができる。
そして、制御部９７０は、液体レンズ５００が目標曲率を有するように制御することができる。
一方、制御部９７０は、センサ部９６２で感知されたキャパシタンスに基づいて液体レンズ５００の曲率を演算し、演算された曲率と目標曲率に基づいて、パルス幅可変信号Ｖをレンズ駆動部９６０に出力することができる。
これによって、レンズ駆動部９６０は、パルス幅可変信号Ｖと電源供給部９９０の電圧ＬＶ１、ＬＶ２を利用して複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄの複数の電極および共通電極５２０に当該電気信号を出力することができる。
このように、液体レンズ５００のキャパシタンスを感知し、これをフィードバックして、レンズの曲率が可変するように液体レンズ５００に電気信号を印加することで、迅速かつ正確にレンズの曲率を可変できるようになる。
一方、制御部９７０は、演算された曲率と目標曲率に基づいて、曲率エラーを演算するイコライザー９７２と、演算された曲率エラーΦに基づいて、パルス幅可変信号Ｖを生成して出力するパルス幅可変制御部９４０を含むことができる。
これによって、制御部９７０は、演算された曲率が目標曲率より大きくなる場合、演算された曲率エラーΦに基づいて、パルス幅可変信号Ｖのデューティーが増加するように制御したり、または液体レンズ５００に印加される複数のパルスの時差であるディレイが増加するように制御することができる。これによって、迅速かつ正確に液体レンズ５００の曲率を可変できるようになる。
一方、制御部９７０は、イメージ処理部９３０からの焦点情報ＡＦと、ジャイロセンサ９１５からのブレ情報ＯＩＳを受信し、焦点情報ＡＦとブレ情報ＯＩＳに基づいて、目標曲率を決定することができる。
この時、決定された目標曲率のアップデート周期は、感知された液体レンズ５００のキャパシタンスに基づいて、演算された曲率のアップデート周期より長いことが好ましい。
結局、演算された曲率のアップデート周期が、目標曲率のアップデート周期より小さいので、速かに液体レンズ５００の曲率を可変して、所望の曲率に変更できるようになる。
図８ａ〜図１２ｂは、図７の説明に参照される図面である。
まず、図８ａは、図６のレンズ曲率可変装置８００と図７のレンズ曲率可変装置９００における液体レンズ５００の曲率変化曲線を示す図面である。
図面を参照すると、ＧＲｏは、図６のレンズ曲率可変装置８００における液体レンズ５００の曲率変化曲線を示し、ＧＲｃは、図８ａのレンズ曲率可変装置９００における液体レンズ５００の曲率変化曲線を示す。
特に、Ｔｘ時点に目標曲率への変化のための電圧がそれぞれ液体レンズ５００に印加され、Ｔｙ時点に電圧印加が中止されることを例示する。
両曲線を比較すると、オープンループシステムの図６のレンズ曲率可変装置８００の場合、目標ディオプトリ(target diopter)に遅くセトリング(settling)され、正確ではないが、クローズループシステムの図７のレンズ曲率可変装置９００の場合、迅速かつ正確にセトリングされることが分かる。
オープンループシステムの図６のレンズ曲率可変装置８００に比べて、クローズループシステムの図７のレンズ曲率可変装置９００の場合、セトリングタイミングが略７０％程度はやくなる。
結局、クローズループシステムの図７のレンズ曲率可変装置９００を用いると、迅速かつ正確に曲率およびディオプトリ(diopter)を形成することができる。
一方、ディオプトリは、図５ａ〜図５ｅで記述した液体５３０の曲率に対応するものであってもよい。これによって、液体５３０の曲率が大きくなるほどディオプトリが大きくなり、曲率が小さいほどディオプトリが小さいと定義することができる。
例えば、図５ａ〜図５ｂのように、曲率が＋２、＋４レベルを有する場合、ディオプトリも、凸レンズに対応する＋２、＋４レベルを有すると定義することができ、図４ｃのように、曲率が０レベルである場合、ディオプトリが、平面レンズに対応する０レベルを有すると定義することができ、図５ｄ〜図５ｅのように、曲率が−２、−４レベルを有する場合、ディオプトリも凹レンズに対応する−２、−４レベルを有すると定義することができる。
図８ｂは、図７のレンズ曲率可変装置９００のうち共通電極(ＣＯＭ)、第１電極(ＬＡ)、スイッチング素子ＳＷＬに対するタイミング図を例示する。
図面を参照すると、Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１の間、スイッチング素子ＳＷＬがオンされる。
一方、センサ部９６２を通じて、境界領域Ａｃ０のキャパシタンスを感知するために、Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１中に、液体レンズ５００に曲率が形成されるようにすることが好ましい。
一方、センサ部９６２におけるセンシングの正確性、安定性のために、本発明では、Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１の間、液体レンズ５００内の共通電極と、複数の電極のうちいずれか１つにパルスが印加されるものとする。
特に、図８ｂのように、共通電極５３０に、Ｔ２時点にＤＴ２のパルス幅を有するパルスが印加される。これによって、Ｔ２時点以後に液体レンズ５００に曲率が形成される。
これによって、センサ部９６２は、Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１の間、Ｔ２時点からＴ３時点の間の期間の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応して、電気伝導性水溶液５９５と電極が形成するキャパシタンスを感知することができる。
一方、センサ部９６２は、Ｔ２時点からＴ３時点の間の期間の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応する電気伝導性水溶液５９５と電極の間の電位差または電流を感知することもできる。
次に、Ｔ４時点に第１電極(ＬＡ)にＤＴ３のパルス幅を有するパルスが印加される。
即ち、Ｔ２時点に共通電極(ＣＯＭ)にハイレベルの電圧が印加され、Ｔ４時点に第１電極(ＬＡ)にハイレベルの電圧が印加される。
共通電極(ＣＯＭ)に印加されるパルスと、第１電極(ＬＡ)に印加されるパルスの時差ＤＦＦ１によって、液体レンズ５００内の液体５３０に形成される曲率が可変する。
例えば、パルスの時差ＤＦＦ１が大きくなるほど、電極、電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃ０の面積の大きさが増加し、これによって、キャパシタンスが大きくなり、結局曲率が大きくなる。
図９ａと図９ｂは、センサ部の多様な方式を示す図面である。
まず、図９ａは、別途の追加パルス信号の印加なしに、キャパシタンスを感知できるセンサ部９６２ａを示す。
図９ａのレンズ曲率可変装置９００ａ内のセンサ部９６２ａは、Continuous Sensing方式で動作することができる。
このために、図９ａのセンサ部９６２ａは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄの少なくとも１つの電極からの電気信号をフィルタリングするフィルター１１１２と、フィルター１１１２からの電気信号のピークを検出するピーク検出器(peak detector)１１１４と、ピーク検出器１１１４からの電気信号を増幅する増幅器(Programmable gain amplifier：PGA)１１１６を含むことができる。
具体的に、図９ａのセンサ部９６２ａは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄの少なくとも１つの電極に接続されたスイッチング素子ＳＷＬのターンオン区間の間、液体レンズ５００のキャパシタンスを感知することができる。
次に、図９ｂは、共通電極(ＣＯＭ)５２０に別途の追加パルス信号を印加して、追加パルス信号印加中に、キャパシタンスを感知できるセンサ部９６２ｂを示す。
図９ｂのレンズ曲率可変装置９００ｂ内のセンサ部９６２ｂは、Discrete Sensing方式で動作することができる。
このために、図９ｂのセンサ部９６２ｂは、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄの少なくとも１つの電極からのキャパシタンスを電圧に変換する変換部１１２２と、電圧を増幅する増幅器１１２４を含むことができる。
具体的に、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄの少なくとも１つの電極に接続されたスイッチング素子ＳＷＬのターンオン区間の間、共通電極(ＣＯＭ)５２０に追加パルス信号が印加され、図９ｂのセンサ部９６２ｂは、スイッチング素子ＳＷＬのターンオン区間の間、追加パルス信号に基づいて形成された液体レンズ５００のキャパシタンスを感知することができる。
一方、図９ａおよび図９ｂの全てに適用可能なレンズ駆動部は、図１０のように例示できる。
図１０は、図９ａまたは図９ｂのレンズ駆動部の内部回路図の一例である。
図面を参照すると、図１０のレンズ駆動部９６０ａは、レンズを駆動する第１駆動部９６１と、センサを駆動する第２駆動部１３１０を含むことができる。
一方、レンズ駆動部９６０ａは、第２駆動部１３１０にパルス幅可変信号を出力するパルス幅制御部１３２０をさらに備えることができる。
一方、パルス幅制御部１３２０は、図７のパルス幅制御部９４０内に備えられてもよい。
第１駆動部９６１は、相互直列接続される第１上アーム、下アームスイッチング素子(upper-arm and lower-arm switching elements)Ｓａ、Ｓ’ａと、相互直列接続される第２上アーム、下アームスイッチング素子Ｓｂ、Ｓ’ｂを含むことができる。
この時、第１上アーム、下アームスイッチング素子Ｓａ、Ｓ’ａと、第２上アーム、下アームスイッチング素子Ｓｂ、Ｓ’ｂは相互並列接続される。
第１上アームスイッチング素子Ｓａと、第２上アームスイッチング素子Ｓｂには、電源供給部９９０からのＬＶ２レベルの電源が供給される。
第２駆動部１３１０は、相互直列接続される第３上アーム、下アームスイッチング素子Ｓｃ、Ｓ’ｃを含むことができる。
第３上アームスイッチング素子Ｓｃには、レベルが低い追加パルスを生成するために、電源供給部９９０からのＬＶ２レベルより低いＬＶ１レベルの電源が供給される。
第１上アームスイッチング素子Ｓａと第１下アームスイッチング素子Ｓ’ａの間のノードまたは第３上アームスイッチング素子Ｓｃと第３下アームスイッチング素子Ｓ’ｃの間のノードを通じて共通電極５２０に電圧が印加され、第２上アームスイッチング素子Ｓｂと第２下アームスイッチング素子Ｓ’ｂの間のノードを通じて第１電極(ＬＡ)５４０ａに電圧が印加される。
図１１ａは、図１０のレンズ駆動部９６０ａの動作を説明するための波形図の一例であり、図１１ｂは、図９ａのセンサ部９６２ａの動作を説明するために参照される図面である。
図面を参照すると、Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１の間、スイッチング素子ＳＷＬにハイレベルが印加され、スイッチング素子ＳＷＬがオンされる。
一方、Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１の間、Ｓｂスイッチング素子とＳ’ｂスイッチング素子にそれぞれローレベルの制御信号ＬＡＰ、ＬＡＭが印加され、Ｓｂスイッチング素子とＳ’ｂスイッチング素子がフローティングされる。
Ｓｂスイッチング素子とＳ’ｂスイッチング素子は、相補的にターンオンされるが、スイッチング素子ＳＷＬがオンされる期間の間、全てフローティングされる。
一方、Ｔ２時点に、Ｓａスイッチング素子に印加される制御信号ＣＭＨＰはハイレベル、Ｓ’ａスイッチング素子に印加される制御信号ＣＭＨＭはローレベルに変わる。
一方、Ｓａスイッチング素子とＳ’ａスイッチング素子は、常に相補的にターンオンされる。
一方、Ｔ２時点に、Ｓａスイッチング素子に印加される制御信号ＣＭＨＰはハイレベルに変わり、Ｔ４時点に、Ｓｂスイッチング素子に印加される制御信号ＬＡｐがハイレベルに変わる。
Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１のうちＴ２時点にＤＴ２のパルス幅を有するパルスが印加される。これによって、Ｔ２時点以後に液体レンズ５００に曲率が形成される。
これによって、センサ部９６２は、Ｔ１とＴ３時点の間の期間ＤＴ１の間、Ｔ２時点からＴ３時点の間の期間の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することができる。
具体的に、Ｔ２時点からＴ３時点の間の期間の間、フィルター１１１２にＬＶ３レベルの信号が印加され、ピーク検出器１１４がこれを検出し、ＰＧＡ１１１６が増幅される。これによって、Ｔ２時点からＴ３時点の間の期間の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することができる。
一方、即ち、Ｔ２時点に共通電極(ＣＯＭ)にハイレベルの電圧が印加され、Ｔ４時点に第１電極(ＬＡ)にハイレベルの電圧が印加される。
共通電極(ＣＯＭ)に印加されるパルスと、第１電極(ＬＡ)に印加されるパルスの時差ＤＦＦ１によって、液体レンズ５００内の液体５３０に形成される曲率が可変する。
例えば、パルスの時差ＤＦＦ１が大きくなるほど、電極、電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃ０の面積の大きさが増加し、これによって、キャパシタンスが大きくなり、結局曲率が大きくなる。
一方、図１１ａの場合、図１０の第２駆動部１３１０は動作しない。
次に、Ｔ５時点に、共通電極５２０が接地され、Ｔ６時点に、第１電極(ＬＡ)５４０ａが接地される。以後、Ｔ７およびＴ８時点は、Ｔ１およびＴ２時点などを繰り返す。
図１１ｃは、図１０のレンズ駆動部９６０ａの動作を説明するための波形図の別の例であり、図１１ｄは、図９ａのセンサ部９６２ａの動作を説明するために参照される図面である。
図１１ｃは、図１１ａの波形図と類似しているが、図１０の第２駆動部１３１０内のスイッチング素子Ｓｃ、Ｓ’ｃの動作のための制御信号ＣＭＬＰ、ＣＭＬＭが図示されることにその差がある。
センサ部ＳＷＬは、Ｔ１とＴ２の期間の間ターンオンされ、Ｔ２以後からターンオフされる。
一方、Ｔ２時点に、Ｓａスイッチング素子に印加される制御信号ＣＭＨＰはハイレベルに変わり、Ｔ３時点に、Ｓｂスイッチング素子に印加される制御信号ＬＡｐがハイレベルに変わる。
Ｔ１とＴ２の期間中に、Ｓｃスイッチング素子がターンオンされる。これによって、図１１ｄのように、電源供給部９９０ｂから供給されるＬＶ１レベルを有する追加パルスＳＭＰが、共通電極(ＣＯＭ)に印加される。
これによって、センサ部９６２は、Ｔ１とＴ２時点の間の期間ＤＴ１の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することができる。
具体的に、Ｔ１時点からＴ２時点の間の期間の間、フィルター１１１２にＬＶ３レベルより低いＬＶ５レベルの信号が印加され、ピーク検出器１１４がこれを検出し、ＰＧＡ１１１６が増幅される。これによって、Ｔ１時点からＴ２時点の間の期間の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することができる。
次に、Ｔ３時点に共通電極ＣＱＭに、ＤＴ２のパルス幅を有し、ＬＶ１レベルより大きいＬＶ２レベルを有するパルスＳＬＰが印加される。
次に、Ｔ４時点に第１電極(ＬＡ)にＤＴ３のパルス幅を有するパルスが印加される。
共通電極ＣＱＭに印加されるパルスと、第１電極(ＬＡ)に印加されるパルスの時差ＤＦＦ１によって、液体レンズ５００内の液体５３０に形成される曲率が可変する。
例えば、パルスの時差ＤＦＦ１が小さいほど、電極、電気伝導性水溶液５９５と接触する境界領域Ａｃ０の面積の大きさが増加し、これによって、キャパシタンスが大きくなり、結局曲率が小さくなることができる。
図１１ｅは、図１０のレンズ駆動部９６０ａの動作を説明するための波形図のまた別の例であり、図１１ｆは、図９ｂのセンサ部９６２ｂの動作を説明するために参照される図面である。
図１１ｅは、図１１ｃの波形図と類似しているが、図１１ｃとは異なって、Ｔ１〜Ｔ２の期間の間、図１０の第２駆動部１３１０内のスイッチング素子Ｓｃ、Ｓ’ｃの動作のための制御信号ＣＭＬＰ、ＣＭＬＭが、１つのパルスではなく、複数のパルスを有することにその差がある。
これによって、図１１ｆのように、Ｔ１〜Ｔ２の期間の間、共通電極(ＣＯＭ)に、複数のパルスＳＭＰａが印加される。
これによって、センサ部９６２は、Ｔ１とＴ２時点の間の期間ＤＴ１の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することができる。
具体的に、Ｔ１時点からＴ２時点の間の期間の間、Ｃ２Ｖコンバータ１１２２にＬＶ３複数のパルス信号が印加され、ＳＣ増幅器１１２４が複数のパルス信号を増幅することができる。これによって、Ｔ１時点からＴ２時点の間の期間の間、液体レンズ５００内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液５９５の間の境界領域Ａｃ０の面積の大きさまたは面積の変化に対応するキャパシタンスを感知することができる。特に、センサ部９６２の出力により、キャパシタンスに対応する電圧信号が出力される。
図１３ａは、本発明の別の実施例に係るカメラの内部ブロック図の一例である。
図面を参照して説明すると、図１３ａのカメラ１９５ｎおよびレンズ曲率可変装置９００ｂは、図７のカメラ１９５ｍおよびレンズ曲率可変装置９００と類似しているが、センサ部９６２が、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄに対応する複数の液体５３０の端部のキャパシタンスを感知することにその差がある。
このために、共通電極(ＣＯＭ)５２０にローレベルの電圧が印加され、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄにパルス信号が印加される。
一方、センサ部９６２０の動作のために、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと液体レンズ５００の間に接続される導電性ラインＣＡ〜ＣＤとセンサ部９６２の間に複数のスイッチング素子ＳＷＬａ〜ＳＷＬｄが備えられることが好ましい。
センサ部９６２は、複数のスイッチング素子ＳＷＬａ〜ＳＷＬｄがターンオンされる区間の間、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄに印加されるパルス信号に基づいて、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄ上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域に対するキャパシタンスを感知し、これを制御部９７０に伝達することができる。
これによって、液体レンズ５００の複数の境界領域に対するキャパシタンスを感知できるようになる。
さらに、図１３ａのカメラ１９５ｎで、手ブレ補正に対応して、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄに印加される電圧を可変して、非対称曲率形成などが可能であるので、手ブレ補正を正確かつ迅速に行うことができるようになる。
図１３ｂは、本発明のさらに別の実施例に係るカメラの内部ブロック図の一例である。
図面を参照して説明すると、図１３ｂのカメラ１９５ｏおよびレンズ曲率可変装置９００ｃは、図７のカメラ１９５ｍおよびレンズ曲率可変装置９００と類似しているが、センサ部９６２が、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄに対応する液体の端部のキャパシタンスを感知することにその差がある。
このために、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄにローレベルの電圧が印加され、共通電極(ＣＯＭ)５２０にパルス信号が印加される。
一方、センサ部９６２０の動作のために、複数の電極(ＬＡ〜ＬＤ)５４０ａ〜５４０ｄと液体レンズ５００の間に接続される導電性ラインＣＡ〜ＣＤではなく、共通電極(ＣＯＭ)と液体レンズ５００の間に接続される導電性ラインＣＭとセンサ部９６２の間に、スイッチング素子ＳＷＬが備えられることが好ましい。
センサ部９６２は、スイッチング素子ＳＷＬがターンオンされる区間の間、共通電極(ＣＯＭ)に印加されるパルス信号に基づいて、電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域に対するキャパシタンスを感知し、これを制御部９７０に伝達することができる。
これによって、液体レンズ５００の境界領域に対するキャパシタンスを感知できるようになる。
さらに、図１３ｂのカメラ１９５ｏで、手ブレ補正に対応して非対称曲率形成などが可能であるので、手ブレ補正を正確かつ迅速に行うことができるようになる。
一方、図７〜図１３ｂで説明したレンズ曲率可変装置９００は、移動端末、車両、ＴＶ、ドローン、ロボット、ロボット掃除機など多様な電子機器に採用可能である。
一方、本発明のレンズ曲率可変装置の動作方法は、レンズ曲率可変装置に備えられたプロセッサが読み取ることのできる記録媒体に、プロセッサが読み取ることのできるコードとして具現することが可能である。プロセッサが読み取ることのできる記録媒体は、プロセッサによって読み取ることのできるデータが格納されるあらゆる種類の記録装置を含む。プロセッサが読み取ることのできる記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ格納装置などがあり、また、インターネットを通じた伝送などのような搬送波の形態で具現なるものも含む。また、プロセッサが読み取ることのできる記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式にプロセッサが読み取ることのできるコードが格納されて実行されてもよい。
以上では、本発明の好ましい実施例に対して図面を参照して説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者によって多様な変形実施が可能であり、そのような変形実施も本発明に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (19)

  1. 印加される電気信号に基づいて曲率が可変する液体レンズの曲率を可変するためのレンズ曲率可変装置において、
    前記液体レンズに前記電気信号を印加するレンズ駆動部と、
    前記電気信号に基づいて形成された液体レンズの曲率を感知するためのセンサ部と、
    前記感知された曲率に基づいて、前記液体レンズの目標曲率を形成するように前記レンズ駆動部を制御する制御部と、を含み、
    前記センサ部は、前記液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは前記面積の変化を感知することを特徴とする、レンズ曲率可変装置。
  2. 前記センサ部は、
    前記液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の前記面積の大きさまたは前記面積の変化に対応して、前記電気伝導性水溶液と前記電極が形成するキャパシタンスを感知することを特徴とする、請求項１に記載のレンズ曲率可変装置。
  3. 前記センサ部は、
    前記感知されたキャパシタンスを電圧信号に変換することを特徴とする、請求項２に記載のレンズ曲率可変装置。
  4. 前記センサ部で感知されたキャパシタンスと関連した信号をデジタル信号に変換するコンバータをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のレンズ曲率可変装置。
  5. 前記センサ部は、
    前記液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の前記面積の大きさまたは前記面積の変化に対応する前記電気伝導性水溶液と前記電極の間の電位差または電流を感知することを特徴とする、請求項１に記載のレンズ曲率可変装置。
  6. 前記レンズ駆動部から出力される複数の電気信号を前記液体レンズに供給する複数の導電性ラインと、
    前記複数の導電性ラインのうちいずれか１つと前記センサ部の間に配置されるスイッチング素子とをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のレンズ曲率可変装置。
  7. 前記センサ部は、前記スイッチング素子のオン期間の間、前記液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは前記面積の変化を感知することを特徴とする、請求項６に記載のレンズ曲率可変装置。
  8. 前記センサ部は、
    前記複数の導電性ラインのうち少なくとも１つにパルス信号が印加され、前記スイッチング素子がオンされる間、前記液体レンズ内の電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域の面積の大きさまたは前記面積の変化を感知することを特徴とする、請求項６に記載のレンズ曲率可変装置。
  9. 前記液体レンズは、
    共通電極と、
    前記共通電極と離隔して配置される複数の電極と、
    前記共通電極と複数の電極の間に配置される液体および前記電気伝導性水溶液を備えることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ曲率可変装置。
  10. 前記液体レンズは、前記複数の電極を絶縁するための複数の絶縁体をさらに備えることを特徴とする、請求項９に記載のレンズ曲率可変装置。
  11. 前記キャパシタンスが大きくなるほど、前記液体レンズの曲率が大きくなることを特徴とする、請求項２に記載のレンズ曲率可変装置。
  12. 前記複数の電極のうち第１電極と第２電極に異なる電圧が印加される場合、前記センサ部で感知される前記液体の第１端部の第１キャパシタンスと、前記液体の第２端部の第２キャパシタンスは異なることを特徴とする、請求項９に記載のレンズ曲率可変装置。
  13. 前記共通電極に印加される第１パルスと前記複数の電極のうちいずれか１つに印加される第２パルスの時差が大きいほど、前記液体レンズの曲率が大きくなることを特徴とする、請求項９に記載のレンズ曲率可変装置。
  14. 前記制御部は、
    前記共通電極および複数の電極のうち少なくとも１つにパルスが印加される間、前記センサ部で感知されるキャパシタンスに基づいて、前記液体レンズの曲率を演算し、前記演算された曲率と前記目標曲率に基づいて、パルス幅可変信号を前記レンズ駆動部に出力することを特徴とする、請求項９に記載のレンズ曲率可変装置。
  15. 前記制御部は、
    前記演算された曲率が前記目標曲率より小さくなる場合、前記パルス幅可変信号のデューティーが増加するように制御することを特徴とする、請求項１４に記載のレンズ曲率可変装置。
  16. 前記制御部は、
    前記演算された曲率と目標曲率に基づいて、曲率エラーを演算するイコライザーと、
    前記演算された曲率エラーに基づいて、前記パルス幅可変信号を生成して出力するパルス幅可変制御部とを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のレンズ曲率可変装置。
  17. 前記センサ部は、
    前記複数の電極のうち少なくとも１つの電極からの電気信号をフィルタリングするフィルターと、
    前記フィルターからの電気信号のピークを検出するピーク検出器と、
    前記ピーク検出器からの電気信号を増幅する増幅器とを備えることを特徴とする、請求項９に記載のレンズ曲率可変装置。
  18. 前記複数の電極のうち少なくとも１つの電極に接続されたスイッチング素子のターンオン区間の間、前記共通電極にパルス信号が印加され、
    前記センサ部は、
    前記スイッチング素子のターンオン区間のうち前記パルス信号印加区間の間、前記液体レンズ内の前記共通電極上の絶縁体と電気伝導性水溶液の間の境界領域のキャパシタンスを感知することを特徴とする、請求項９に記載のレンズ曲率可変装置。
  19. 前記センサ部は、
    前記複数の電極のうち少なくとも１つの電極からのキャパシタンスを電圧に変換する変換部と、
    前記電圧を増幅する増幅器とを備えることを特徴とする、請求項９に記載のレンズ曲率可変装置。
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