KR102006611B1 - 자기유변탄성체를 이용한 가변렌즈모듈과 이를 포함하는 촬상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기유변탄성체를 이용한 가변렌즈모듈과 이를 포함하는 촬상장치를 개시한다. 본 발명에 따른 가변렌즈모듈은, 렌즈; 상기 렌즈의 주변부를 지지하는 것으로서, 자기유변탄성체와, 상기 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 자기유변탄성체에 선택적으로 자기장을 인가하는 전자영구자석을 구비하는 액츄에이터; 상기 렌즈의 하부에 설치된 이미지센서를 포함한다.
본 발명에 따르면, 자기장에 의해 변형하는 특성을 갖는 자기유변탄성체를 이용하여 렌즈의 초점거리 및/또는 시야각(FOV)을 조절할 수 있다. 또한 이를 이용한 가변렌즈의 어레이를 이용하여 고해상도의 광각 촬상장치를 구현할 수 있다.

Description

자기유변탄성체를 이용한 가변렌즈모듈과 이를 포함하는 촬상장치{Variable lens module using magneto-rheological elastomer and imaging apparatus comprising the same}

본 발명은 카메라, 현미경 등과 같은 촬상장치에 사용되는 가변렌즈모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 자기유변탄성체(MRE, Magneto-Rheological Elastomer)를 이용하여 초점거리 및/또는 시야각(FOV)을 조절할 수 있는 가변렌즈모듈과 이를 포함하는 촬상장치에 관한 것이다.

최근 휴대용 전자기기, 자동차, 가전기기 등에 카메라모듈이 기본 사양으로 설치되는 추세이며, 이로 인해 카메라모듈의 수요가 급증하고 기술적 요구사항도 다양해지고 있다.

카메라모듈에 대한 기술적 요구사항은 해상도, 크기, 화각, 오토포커싱(AF), 영상흔들림방지(Optical Image Stabilization, OIS) 등과 같이 매우 다양하며, 종래에는 고해상도, 소형화에 대한 요구가 큰 비중을 차지하였으나 최근에는 광각, 오토포커싱, OIS 등에 대한 중요성이 점차 커지고 있다.

한편 오토포커싱 기능을 갖는 카메라모듈은 렌즈 및/또는 이미지센서를 이동시키는 액츄에이터를 포함하며, 오토포커싱 액츄에이터에는 전자석을 이용하는 VCM(Voice Coil Motor)이 가장 많이 사용되고 있다.

그런데 VCM을 사용하면 렌즈와 이미지센서 사이에 충분한 이동공간이 확보되어야 하므로 카메라모듈의 소형화에 한계가 있고, 구동시 소음이 발생하는 문제점 등이 있다.

이에 따라 최근에는 VCM을 대체할 수 있는 렌즈 액츄에이터에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1686442호(2016.12.14 공고)

본 발명은 이러한 배경에서 안출된 것으로서, 자기유변탄성체를 이용하여 렌즈의 초점거리 및/또는 시야각(FOV)을 조절할 수 있는 가변렌즈모듈과 이를 포함하는 촬상장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 렌즈; 상기 렌즈의 주변부를 지지하는 것으로서, 자기유변탄성체와, 상기 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 자기유변탄성체에 선택적으로 자기장을 인가하는 전자영구자석을 포함하는 액츄에이터; 상기 렌즈의 하부에 설치된 이미지센서를 포함하는 가변렌즈모듈을 제공한다.

본 발명의 일 양상에 따른 가변렌즈모듈에서, 상기 자기유변탄성체의 적어도 일면에는 요철부가 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 가변렌즈모듈에서, 상기 전자영구자석은, 제1 영구자석; 상기 제1 영구자석보다 약한 보자력을 가지며, 상기 제1 영구자석과 반대 방향으로 나란히 배치되는 제2 영구자석; 상기 제1 영구자석의 일단과 상기 제2 영구자석의 일단에 배치된 제1 코어; 상기 제1 영구자석의 타단과 상기 제2 영구자석의 타단에 배치된 제2 코어; 상기 제1 영구자석과 제2 영구자석의 둘레에 함께 감기거나 상기 제2 영구자석의 둘레에 감기는 코일; 상기 제1 코어와 상기 제2 코어를 연결하는 비자성체의 지지판을 포함하며, 상기 자기유변탄성체는 상기 지지판에 의해 지지될 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 가변렌즈모듈에서, 상기 액츄에이터는, 다수의 자기유변탄성체와 다수의 전자영구자석을 포함하고, 상하로 배치되어 서로 대응하는 자기유변탄성체와 전자영구자석이 하나씩 쌍을 이루면서 복층 구조로 배치되고, 적어도 하나의 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에는 다른 전자영구자석에서 발생한 자기장을 차단하기 위한 비자성체가 설치될 수 있다. 이때 상기 렌즈는 다수 개이고, 다수의 렌즈 중에서 적어도 하나의 렌즈는 상기 비자성체로 이루어진 렌즈고정판에 의해 지지될 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 가변렌즈모듈에서, 상기 액츄에이터는 상기 렌즈의 주변을 따라 다수 개가 배치되고, 다수의 액츄에이터에서 적어도 하나의 액츄에이터의 높이를 다른 액츄에이터의 높이와 다르게 함으로써 시야각을 조절할 수 있다. 이 경우에 상기 이미지센서의 상부에 위치하는 자기유변탄성체에 대응하는 전자영구자석에 전원공급부를 연결하여 상기 렌즈의 방향을 조절할 수 있다. 또한 상기 이미지센서의 하부에 위치하는 자기유변탄성체에 대응하는 전자영구자석에 전원공급부를 연결하여 상기 렌즈와 상기 이미지센서의 방향을 함께 조절할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은, 초점거리와 시야각(FOV) 중에서 적어도 하나를 조절할 수 있는 가변렌즈모듈이 다수 배열된 가변렌즈 어레이; 상기 다수의 가변렌즈모듈에 구동전원을 공급하는 전원공급부를 포함하고, 상기 다수의 가변렌즈모듈은 각각, 렌즈; 상기 렌즈의 주변부를 지지하는 것으로서, 자기유변탄성체와, 상기 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 자기유변탄성체에 선택적으로 자기장을 인가하는 전자영구자석을 구비하는 액츄에이터; 상기 렌즈의 하부에 설치된 이미지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상장치를 제공한다.

본 발명의 광각 촬상장치에서, 상기 액츄에이터는 상기 렌즈의 주변을 따라 다수 개가 배치되고, 다수의 액츄에이터에 구비된 전자영구자석은 각각 스위칭부를 통해 상기 전원공급부에 연결되고, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 다수의 액츄에이터를 독립적으로 동작시킬 수 있다. 이때 상기 광각 촬상장치는, 상기 다수의 액츄에이터를 독립적으로 제어하는 구동프로그램과, 상기 다수의 가변렌즈모듈의 이미지센서에서 각각 획득한 이미지를 합성하여 통합이미지를 생성하는 이미지합성프로그램을 저장하는 저장장치; 상기 구동프로그램 또는 상기 이미지합성프로그램을 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 자기장에 의해 변형되는 특성을 갖는 자기유변탄성체를 이용하여 렌즈의 초점거리 및/또는 시야각(FOV)을 조절할 수 있다. 또한 이를 이용한 가변렌즈의 어레이를 이용하여 고해상도의 광각 촬상장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 사시도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 단면도
도 3은 자기유변탄성체의 여러 가지 형상을 예시한 도면
도 4는 전자영구자석의 구조를 예시한 도면
도 5 및 도 6은 전자영구자석의 동작원리를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 전원연결구조를 예시한 도면
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변렌즈모듈에서 액츄에이터의 전원연결을 예시한 도면
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변렌즈모듈에서 렌즈와 이미지센서의 간격을 조절하는 모습을 예시한 도면
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 단면도
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 전원연결구조를 예시한 도면
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변렌즈모듈에서 각 렌즈의 위치를 조절하는 모습을 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 사시도
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 평면도
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈의 전원연결구조를 예시한 도면
도 16 및 도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈에서 렌즈의 각도를 조절하는 모습을 예시한 도면
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈에서 렌즈와 이미지센서의 각도를 동시에 조절하는 모습을 예시한 도면
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 촬상장치에 포함된 가변렌즈 어레이를 예시한 도면
도 20은 가변렌즈 어레이가 곡면을 따라 배치된 경우를 예시한 도면
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 촬상장치에서 화각을 넓히는 모습을 예시한 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

참고로 본 명세서에서 하나의 구성요소(element)가 다른 구성요소와 연결, 결합 또는 전기적으로 연결되는 경우는 다른 구성요소와 직접적으로 연결, 결합 또는 전기적으로 연결되는 경우뿐만 아니라 중간에 다른 요소를 사이에 두고 간접적으로 연결, 결합 또는 전기적으로 연결되는 경우도 포함한다. 또한 하나의 구성요소(element)가 다른 구성요소와 직접 연결 또는 결합되는 경우는 중간에 다른 요소 없이 연결 또는 결합되는 것을 의미한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없다면 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 본 명세서에서 전, 후, 좌, 우, 위, 아래 등의 표현은 보는 위치에 따라 달라질 수 있는 상대적인 개념이므로 본 발명의 범위가 반드시 해당 표현으로 제한되는 것은 아니다. 또한 본 명세서에 첨부된 도면에는 실제와 다른 치수 또는 비율로 표시된 부분이 있으나 이는 이해의 편의를 위한 것이므로 이로 인해 본 발명의 범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 된다.

가변렌즈모듈의 제1 실시예

본 발명의 제1 실시예에 따른 가변렌즈모듈(100)은 도 1의 사시도 및 도 2의 단면도에 나타낸 바와 같이, 렌즈(110)와, 렌즈(110)를 통과한 빛을 영상데이터로 변환하는 이미지센서(150)와, 렌즈(110)와 이미지센서(150)의 주변에 배치되어 렌즈(110)를 이동시키는 액츄에이터(120)를 포함한다.

가변렌즈모듈(100)의 가장자리에는 액츄에이터(120)를 둘러싸서 지지하는 하우징(180)이 설치될 수 있다.

액츄에이터(120)는 중공부(102)의 둘레에 배치되며, 렌즈(110)의 가장자리는 액츄에이터(120)의 상단에 결합되어 지지될 수 있다.

액츄에이터(120)는 도 2의 단면도에 나타낸 바와 같이, 상하로 배치된 자기유변탄성체(MRE, Magneto-Rheological Elastomer)(130)와 전자영구자석(Electro-Permanent Magnet, EPM)(140)을 포함할 수 있다.

또한 액츄에이터(120)는 최상단에 배치된 상부프레임(121)과 최하단에 배치된 하부프레임(122)을 포함하고, 상부프레임(121)과 하부프레임(122)의 사이에 자기유변탄성체(130)와 전자영구자석(140)이 배치될 수 있다. 하부프레임(122)을 생략하고 하우징(180)의 바닥을 하부프레임으로 활용할 수도 있다.

렌즈(110)는 상부프레임(121)에 직접 결합될 수도 있고, 다른 부재를 이용하여 간접적으로 상부프레임(121)에 결합될 수도 있다.

렌즈(110)의 종류나 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 DCX(Double-Convex), DCV(Double-Concave), PCX(Plano-Convex), PCV(Plano-Concave) 중에서 선택될 수 있다. 또한 렌즈의 곡면은 구면 또는 비구면일 수 있다. 또한 렌즈는 유리재질일 수도 있고 합성수지 재질일 수도 있다.

이미지센서(150)는 빛을 이용하여 영상데이터를 생성하는 소자로서, CCD센서, CMOS 센서 등이 제한 없이 사용될 수 있다.

이미지센서(150)는 렌즈(110)의 하부에 위치하며, 중공부(1020)의 내측에 위치하거나 중공부(102)의 하단에 위치할 수 있다. 이미지센서(150)의 중심축은 중공부(1020)의 중심축과 동축에 배치되는 것이 바람직하다.

이미지센서(150)는 하부프레임(122)에 결합될 수도 있고, 하우징(180)의 바닥에 결합될 수도 있다. 또한 이미지센서(150)는 하부프레임(122)이나 하우징(180)의 바닥으로부터 소정 높이 이격된 위치에 설치될 수도 있다.

자기유변탄성체(130)는 천연고무, 실리콘 고무 등과 같은 고분자 재료에 자기장에 의해 극성을 띄는 자성입자(예, Fe, Ni, Co 등)를 첨가한 것으로서, 자기장이 인가되면 자성입자의 배향으로 인해 탄성이 달라지거나 형상이 변하는 특성을 갖는다. 자기유변탄성체(130)의 성분이나 제조방법은 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예에서는 전자영구자석(140)에 의해 자기장이 인가되면 자기장의 영향으로 인해 자기유변탄성체(130)가 수축 변형되고, 자기장이 제거되면 자기유변탄성체(130)가 본래 형상으로 복원된다.

자기유변탄성체(130)가 수축 변형되면 액츄에이터(120)의 전체 높이가 낮아지므로 액츄에이터(120)에 결합된 렌즈(110)가 하부의 이미지센서(150)쪽으로 이동하게 된다. 자기유변탄성체(130)가 본래의 형상으로 복원되면 렌즈(110)도 원래의 위치로 복원한다.

따라서 이러한 원리를 이용하면 렌즈(110)의 초점거리를 조절하거나 렌즈(110)의 방향을 변화시켜 시야각(FOV)을 조절할 수 있다.

자기유변탄성체(130)는 도 2의 단면도에 나타낸 바와 같이 웨이브(wave) 형상일 수 있다. 그러나 자기유변탄성체(130)의 형상이 반드시 웨이브 형상에 한정되는 것은 아니며, 자기장이 인가되었을 때 전자영구자석(140)쪽으로 수축하여 높이가 줄어들 수 있는 형상을 가지면 된다.

예를 들어 자기유변탄성체(130)는 도 3(a)에 나타낸 바와 같이 저면이 오목한 아치 형상일 수도 있고, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 저면에 다수의 요철부가 형성될 수도 있고, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이 상면에 다수의 요철부가 형성될 수도 있고, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이 상면과 저면에 모두 다수의 요철부가 형성될 수도 있다.

이와 같이 자기유변탄성체(130)의 일면 또는 양면에 형성되는 요철부의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 요철부의 단면 형상은 사다리꼴일 수도 있고, 사각형, 삼각형 등의 다각형일 수도 있고, 곡면일 수도 있다.

전자영구자석(140)은 영구자석의 둘레에 감긴 코일에 공급되는 전류를 제어하여 외부 자기장을 온(on) 또는 오프(off) 시킬 수 있는 장치이다.

본 발명의 실시예에서는 전자영구자석(140)의 외부 자기장이 온(on) 되면 자기유변탄성체(130)가 전자영구자석(140)쪽으로 끌리면서 수축 변형되고, 외부 자기장이 오프(off) 되면 자기유변탄성체(130)가 원래 형상으로 복원하며, 이를 통해 렌즈(110)의 위치를 조절한다.

전자영구자석(140)은, 도 4에 예시한 바와 같이, 서로 반대방향으로 나란히 배치된 제1 영구자석(141)과 제2 영구자석(142), 제1 및 제2 영구자석(141,142)의 둘레에 감긴 코일(143)과, 제1 및 제2 영구자석(141,142)의 일단과 타단에 각각 설치된 자성체 재질의 제1 코어(145)와 제2 코어(146)를 포함할 수 있다.

또한 전자영구자석(140)의 일측에는 자기유변탄성체(130)를 지지하기 위한 지지판(149)이 설치될 수 있다. 지지판(149)은 제1 및 제2 영구자석(141,142)과 나란히 배치되고, 지지판(149)의 일단과 타단은 각각 제1 코어(145)와 제2 코어(146)에 결합될 수 있다. 이러한 지지판(149)은 비자성체인 것이 바람직하다.

제1 영구자석(141)과 제2 영구자석(142)의 보자력(coercive force)은 서로 다른 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는 보자력이 매우 큰 네오디뮴(NdFeB) 자석을 제1 영구자석(141)에 사용하고, 네오디뮴(NdFeB) 자석에 비해 보자력이 매우 작은 AlNiCo자석을 제2 영구자석(142)으로 사용한다. 다만 자석의 종류가 이에 한정되는 것은 아니므로 제1 및 제2 영구자석(141,142)을 각각 다른 종류의 자석으로 대체할 수도 있다.

제1 영구자석(141)과 제2 영구자석(142)은 극성이 서로 반대가 되도록 나란히 배치된다. 따라서 제1 영구자석(141)의 N극은 제2 영구자석(142)의 S극과 인접하게 되고, 제1 영구자석(141)의 S극은 제2 영구자석(142)의 N극과 인접하게 된다.

도면에는 제1 영구자석(141)과 제2 영구자석(142)이 서로 접하는 것으로 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니며 서로 이격될 수도 있다.

또한 도면에는 코일(143)이 제1 영구자석(141)과 제2 영구자석(142)을 모두 감는 것으로 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 보자력이 작은 제2 영구자석(142)에만 코일(143)을 감을 수도 있다.

제1 및 제2 영구자석(141,142)의 양단에 각각 배치된 제1 코어(145)와 제2 코어(146)는 강자성체로서, 예를 들어 철(Fe) 또는 철-코발트 합금일 수 있다.

이러한 전자영구자석(140)을 이용하여 자기유변탄성체(130)를 변형 또는 복원시키는 방법은 다음과 같다.

먼저 도 5(a)는 전자영구자석(140)의 코일(143)과 전원공급부(300)의 연결이 차단된 상태를 나타낸 것이다.

이 상태에서는 제1 영구자석(141)과 제2 영구자석(142)이 서로 반대 극성으로 배치되어 있으므로 제1 영구자석(141)의 N극에서 나온 자기력선은 제2 코어(146)를 거쳐 인접한 제2 영구자석(142)의 S극으로 들어가고, 제2 영구자석(142)의 N극에서 나온 자기력선은 제1 코어(145)를 거쳐 인접한 제1 영구자석(141)의 S극으로 들어간다.

따라서 이 상태는 상부에 배치된 자기유변탄성체(130)에 영향을 미칠 수 있는 외부 자기장이 오프(off)된 상태이며, 자기유변탄성체(130)의 수축이나 움직임이 발생하지 않는다.

그런데 이러한 상태에서 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 코일(143)에 전원공급부(300)를 연결하여 소정 세기의 전류를 제1 방향으로 공급하면, 보자력이 약한 제2 영구자석(142)의 극성은 코일(143) 내부에 형성된 유도자기장에 의해 반대로 변경된다.

즉, 제2 영구자석(142)의 S극이 N극으로 변경되고, 이로 인해 제1 영구자석(141)과 제2 영구자석(142)의 극성 방향이 동일하게 된다.

이렇게 되면 제1 영구자석(141)의 N극과 제2 영구자석(142)의 N극에서 나온 자기력선이 제2 코어(146)를 거쳐 반대쪽의 제1 코어(145)로 들어감에 따라 외부 자기장이 형성된다.

이러한 외부 자기장이 형성되면 자기유변탄성체(130)를 전자영구자석(140)쪽으로 당기는 자기력이 발생하며, 이로 인해 자기유변탄성체(130)가 전자영구자석(140)쪽으로 수축 변형하게 된다.

이와 같이 제2 영구자석(142)의 극성이 바뀐 이후에는 도 6(a)에 나타낸 바와 같이 코일(143)과 전원공급부(130)의 연결을 끊어도 보자력으로 인해 제2 영구자석(142)의 극성은 변경된 상태로 유지된다.

수축된 자기유변탄성체(130)를 본래 형상으로 복원시키기 위해서는 제2 영구자석(142)의 극성 방향을 처음과 동일하게 변경해야 한다.

이를 위해서는 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 코일(143)에 제1 방향과 반대인 제2 방향의 전류를 공급해야 하며, 이렇게 하면 제2 영구자석(142)의 극성이 처음과 동일하게 변경되면서 외부 자기장이 제거되고 자기유변탄성체(130)의 형상도 본래 대로 복원된다.

전자영구자석(140)을 이러한 방식으로 동작시키기 위해서는 코일(143)에 공급되는 전류의 방향을 정/역 방향으로 선택할 수 있는 스위칭수단이 설치되어야 함은 물론이다.

한편 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변렌즈모듈(100)은 렌즈(110)의 이동거리를 충분히 확보하기 위하여 다수의 자기유변탄성체(130)와 다수의 자기유변탄성체(130)에 개별적으로 자기장을 인가할 수 있는 다수의 전자영구자석(140)을 포함할 수 있다.

예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 내지 제3 자기유변탄성체(130a,130b,130c)를 상하로 이격하여 배치하고, 제1 내지 제3 자기유변탄성체(130a,130b,130c)의 하부에 자기장을 인가할 수 있는 제1 내지 제3 전자영구자석(140a,140b,140c)을 각각 배치할 수 있다.

이때 제1 자기유변탄성체(130a)는 제1 전자영구자석(140a)에서 발생한 자기장에 의해 수축 또는 복원 동작을 하며, 제2 자기유변탄성체(130b)는 제2 전자영구자석(140b)에서 발생한 자기장에 의해 수축 또는 복원 동작을 하며, 제3 자기유변탄성체(130c)는 제3 전자영구자석(140c)에서 발생한 자기장에 의해 수축 또는 복원 동작을 한다.

도면에는 나타내지 않았으나, 제1 전자영구자석(140a)의 하부에는 제1 전자영구자석(140a)에서 발생한 자기장이 제2 자기유변탄성체(130b)에 영향을 미치지 않도록 비자성체를 설치하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 제2 전자영구자석(140b)의 하부에는 제2 전자영구자석(140b)에서 발생한 자기장이 제3 자기유변탄성체(130c)에 영향을 미치지 않도록 비자성체를 설치하는 것이 바람직하다.

한편 도면에는 각 자기유변탄성체(130a,130b,130c)의 하부에 자기장을 인가할 전자영구자석(140a,140b,140c)이 배치되는 것으로 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 각 자기유변탄성체(130a,130b,130c)의 상부에 자기장을 인가할 전자영구자석(140a,140b,140c)을 배치할 수도 있다.

액츄에이터(120)의 외곽을 둘러싸는 하우징(180)에는 액츄에이터(120)를 구성하는 상부프레임(121), 하부프레임(122), 제1 내지 제3 자기유변탄성체(130a,130b,130c), 제1 내지 제3 전자영구자석(140a,140b,140dc) 등의 승강운동을 가이드하는 가이드수단을 설치할 수도 있다.

또한 액츄에이터(120)는 최상단의 상부프레임(121)을 아래쪽으로 누르는 스프링 등의 가압수단(도면에는 나타내지 않았음)을 포함할 수도 있다.

이와 같이 다수의 전자영구자석(140a,140b,140c)이 상하로 배치된 경우에는, 도 7에 나타낸 바와 같이 전원공급부(300)와 다수의 전자영구자석(140a,140b,140c)을 독립적으로 연결하는 제1 스위칭부(310)를 설치하는 것이 바람직하다.

또한 전원공급부(300)와 제1 스위칭부(310)의 사이에는 전류방향을 정/역 변환하는 제2 스위칭부(320)를 설치하는 것이 바람직하다.

이상에서는 다수의 전자영구자석(140a,140b,140c)이 상하로 배치된 경우를 설명하였는데, 도 8에 나타낸 바와 같이 다수의 전자영구자석(140)을 동일한 높이에서 중공부(102)의 둘레를 따라 등간격으로 배치할 수도 있다.

이 경우에는 도 8에 나타낸 바와 같이 동일한 레이어에 배치된 다수의 영구자석(140)을 동시에 전원공급부(300)에 연결할 수도 있고, 이와 달리 별도의 스위칭수단을 설치하여 다수의 전자영구자석(140)을 독립적으로 전원공급부(300)에 연결할 수도 있다.

도 9는 상하로 배치된 제1 내지 제3 전자영구자석(140a,140b,140c)에 동시에 전류를 공급하였을 때 제1 내지 제3 자기유변탄성체(130a,130b,130c)의 웨이브 형상이 펴지면서 렌즈(110)와 이미지센서(150)의 간격이 좁아지는 모습을 나타낸 것이다.

가변렌즈모듈의 제2 실시예

전술한 제1 실시예에서는 가변렌즈모듈이 하나의 렌즈(110)를 구비하는 것으로 설명하였으나, 도 10의 단면도에 나타낸 가변렌즈모듈(100a)과 같이 이미지센서(150)의 상부에 다수의 렌즈(110a,110b,110c)가 설치될 수도 있다.

이를 위하여 액츄에이터(120)의 내부에는 제2 및 제3 렌즈(110b,110c)의 가장자리를 지지할 수 있는 렌즈고정판(124,125)이 설치될 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에서는, 제2 및 제4 자기유변탄성체(130b,130d)의 하부에 각각 렌즈고정판(124,125)을 설치하였으나 설치 위치가 이에 한정되지 않음은 물론이다.

렌즈고정판(124,125)은 비자성체인 것이 바람직하다. 이 밖에도 각 전자영구자석(140a,140b,140c,140d,140e)에 의해 발생한 자기장이 다른 자기유변탄성체에 영향을 미치지 않도록 각 자기유변탄성체(130a,130b,130c,130d,130e)의 상부 또는 하부에는 자기절연을 위한 비자성체(128,129)를 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 가변렌즈모듈(100a)의 경우에도 도 11에 나타낸 바와 같이 전원공급부(300)와 각 전자영구자석(140a,140b,140c,140d,140e)을 독립적으로 연결하는 제1 스위칭부(310)를 설치하는 것이 바람직하다.

또한 전원공급부(300)와 제1 스위칭부(310)의 사이에는 전류방향을 정/역 변환하는 제2 스위칭부(320)를 설치하는 것이 바람직하다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변렌즈모듈(100a)의 모든 전자영구자석(140a,140b,140c,140d,140e)에 동시에 전류를 공급하였을 때 모든 자기유변탄성체(130a,130b,130c,130d,130e)의 웨이브 형상이 펴지면서 각 렌즈(110a,110b,110c)와 이미지센서(150)의 간격뿐만 아니라 각 렌즈(110a,110b,110c)의 간격도 좁아지는 모습을 나타낸 것이다.

가변렌즈모듈의 제3 실시예

본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈(110b)은 도 13의 사시도, 도 14의 평면도, 및 도 15의 단면도에 나타낸 바와 같이, 렌즈(110)의 주변에 등간격으로 배치된 다수의 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)를 포함한다. 다수의 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)의 외곽에는 하우징(180)이 설치될 수 있다.

도면에는 액츄에이터의 개수가 4개인 것으로 나타나 있으나 액츄에이터의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.

렌즈(110)의 가장자리는 각 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)의 상부프레임(121)에 직접 결합될 수도 있고, 다른 부재를 매개로 상부프레임(121)에 간접적으로 결합될 수도 있다.

렌즈(110)는 중공부(102)의 상단에 배치될 수도 있고 내측에 배치될 수도 있다. 렌즈(110)의 중심축은 중공부(102)의 중심축과 동축에 배치되는 것이 바람직하다.

각 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)는 상하로 배치된 다수의 자기유변탄성체(130a,30b,130c)와 다수의 자기유변탄성체(130a,130b,130c)에 각각 대응하는 다수의 전자영구자석(140a,140b,140c)을 포함한다.

각 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)는 다른 액츄에이터의 자기유변탄성체 및 전자영구자석과 자기적으로 절연되는 것이 바람직하며, 이를 위해서 각 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)의 측방에는 자기절연부(160)를 형성하는 것이 바람직하다. 자기절연부(160)는 비자성물질일 수도 있고, 빈 공간일 수도 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈(100b)은 제1 내지 제4 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)의 외곽에 배치되어 이를 지지하는 하우징(180)을 포함할 수 있다. 하우징(180)에는 각 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)의 승강운동을 가이드하는 가이드수단이 설치될 수 있다.

한편 도 15에 예시한 바와 같이, 각 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)에 구비된 제1 내지 제3 전자영구자석(140a,140b,140c)은 각각 제1 스위칭부(310)를 통해 각각 개별적으로 전원공급부(300)에 연결될 수 있다.

또한 전원공급부(300)와 제1 스위칭부(310)의 사이에는 전류방향을 정/역 변환하는 제2 스위칭부(320)가 설치될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 가변렌즈모듈(100b)은 다수의 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)를 포함하므로 일부 액츄에이터에만 전원을 연결하여 렌즈(110)의 방향을 변화시킴으로써 시야각(FOV)을 조절할 수도 있다.

일 예로서, 도 16에 예시한 바와 같이, 제1 액츄에이터(120a)의 제1 내지 제3 전자영구자석(140a,140b,140c)에만 전원을 연결하면, 제1 액츄에이터(120a)에 구비된 웨이브 형상의 자기유변탄성체(130a,130b,130c)가 수축함에 따라 렌즈(110)가 한쪽으로 기울어지므로 이를 이용하여 시야각(FOV)을 조절할 수 있다.

다른 예로서, 이미지센서(150)가 중공부(102)의 중간쯤에 위치하는 경우에는 렌즈(110)와 함께 이미지센서(150)의 각도를 조절하는 것도 가능하다.

즉, 도 17에 나타낸 바와 같이, 이미지센서(150)의 상부에 배치된 자기유변탄성체(130a,130b)만을 수축시키면 렌즈(110)의 방향을 변경시킬 수 있고, 도 18에 나타낸 바와 같이 이미지센서(150)의 하부에 배치된 자기유변탄성체(130b,130c)만을 수축시키면 렌즈(110)와 이미지센서(150)의 방향을 함께 변경시킬 수 있다.

가변렌즈 어레이를 이용한 광각촬상장치

전술한 실시예에 따른 가변렌즈모듈(100,100a,100b)을 다수 개 준비하여 소정 패턴으로 배열하면 도 19에 예시한 바와 같이 광각 촬상장치를 위한 가변렌즈 어레이(200)를 구현할 수 있다.

가변렌즈 어레이(200)에 사용되는 가변렌즈모듈(100)의 개수와 배열패턴은 도 19에 나타낸 것에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

또한 다수의 가변렌즈모듈(100)은 도 19에 나타낸 바와 같이 평면을 따라 배치될 수도 있고, 도 20에 나타낸 바와 같이 곡면(구면, 비구면 등)을 따라 배치될 수도 있고, 경사면을 따라 배치될 수도 있다.

또한 다수의 가변렌즈모듈(100)은 동일한 평면 또는 곡면에 전부 배치될 수도 있고, 일부의 가변렌즈모듈(100)은 다른 평면이나 곡면에 배치될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 광각 촬상장치는 이러한 가변렌즈 어레이(200)를 이용함으로써 보다 넓은 시야각을 확보할 수 있는 이점이 있다.

예를 들어 도 21에 나타낸 바와 같이 2개의 가변렌즈모듈(100a,100b)에서 서로 반대쪽에 위치한 액츄에이터에 전원을 연결하여 각 렌즈(110)를 서로 반대쪽으로 기울이면 각 렌즈(110)가 동일한 방향으로 향하는 경우에 비하여 더 넓은 시야각을 확보할 수 있다.

이 경우에는 공지된 이미지 스티칭 알고리즘을 활용하여 다수의 가변렌즈모듈(100)의 각 이미지센서(150)에서 획득한 이미지를 하나의 통합이미지로 합성할 수도 있다.

이를 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 촬상장치는 이미지합성 프로그램을 저장하는 저장장치와, 이미지합성 프로그램을 실행하여 다수의 이미지를 하나의 통합이미지로 합성하는 프로세서를 포함할 수 있다. 한편 상기 저장장치에는 다수의 액추에이터를 독립적으로 제어하는 구동프로그램이 저장될 수 있다. 이 경우 프로스세서는 상기 구동프로그램을 실행하여 다수의 액츄에이터를 독립적으로 제어할 수 있음은 물론이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있다..

일 예로서, 전술한 실시예에서는 가변렌즈모듈(100,100a,100b)의 평면 형상이 원형인 것으로 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니므로 평면 형상이 사각, 오각, 육각 등의 다각형일 수도 있고 기타 다른 평면 형상을 가질 수도 있다.

다른 예로서, 전술한 실시예에서는 가변렌즈모듈이 4개의 액츄에이터(120a,120b,120c,120d)를 갖는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 렌즈(110)의 방향을 보다 다양하고 정밀하게 제어하기 위해서는 렌즈(110)의 주변에 렌즈(110)를 지지하는 액츄에이터를 더 많이 설치할 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 구체적인 적용에 있어서 다양하게 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다.

100: 가변렌즈모듈 102: 중공부 110: 렌즈
120: 액츄에이터 121: 상부프레임 122: 하부프레임
124: 렌즈고정판 125: 렌즈고정판 128,129: 비자성체
130: 자기유변탄성체 140: 전자영구자석 141: 제1 영구자석
142: 제2 영구자석 143: 코일 145: 제1 코어
146: 제2 코어 149: 지지판 150: 이미지센서
160: 자기절연부 180: 하우징 200: 가변렌즈 어레이
300: 전원공급부 310: 제1 스위칭부 320: 제2 스위칭부

Claims (11)

1. 렌즈;
   상기 렌즈의 주변부를 지지하는 것으로서, 자기유변탄성체와, 상기 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 자기유변탄성체에 선택적으로 자기장을 인가하는 전자영구자석을 포함하는 액츄에이터;
   상기 렌즈의 하부에 설치된 이미지센서
   를 포함하고,
   상기 전자영구자석은,
   제1 영구자석;
   상기 제1 영구자석보다 약한 보자력을 가지며, 상기 제1 영구자석과 반대 방향으로 나란히 배치되는 제2 영구자석;
   상기 제1 영구자석의 일단과 상기 제2 영구자석의 일단에 배치된 제1 코어;
   상기 제1 영구자석의 타단과 상기 제2 영구자석의 타단에 배치된 제2 코어;
   상기 제1 영구자석과 제2 영구자석의 둘레에 함께 감기거나 상기 제2 영구자석의 둘레에 감기는 코일;
   상기 제1 코어와 상기 제2 코어를 연결하는 비자성체의 지지판
   을 포함하며, 상기 자기유변탄성체는 상기 지지판에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 가변렌즈모듈
2. 제1항에 있어서,
   상기 자기유변탄성체의 적어도 일면에는 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 가변렌즈모듈
3. 삭제
4. 렌즈;
   상기 렌즈의 주변부를 지지하는 것으로서, 자기유변탄성체와, 상기 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 자기유변탄성체에 선택적으로 자기장을 인가하는 전자영구자석을 포함하는 액츄에이터;
   상기 렌즈의 하부에 설치된 이미지센서
   를 포함하며,
   상기 액츄에이터는, 다수의 자기유변탄성체와 다수의 전자영구자석을 포함하고, 상하로 배치되어 서로 대응하는 자기유변탄성체와 전자영구자석이 하나씩 쌍을 이루면서 복층 구조로 배치되고,
   적어도 하나의 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에는 다른 전자영구자석에서 발생한 자기장을 차단하기 위한 비자성체가 설치된 것을 특징으로 하는 가변렌즈모듈
5. 제4항에 있어서,
   상기 렌즈는 다수 개이고, 다수의 렌즈 중에서 적어도 하나의 렌즈는 상기 비자성체로 이루어진 렌즈고정판에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 가변렌즈모듈
6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 액츄에이터는 상기 렌즈의 주변을 따라 다수 개가 배치되고, 다수의 액츄에이터에서 적어도 하나의 액츄에이터의 높이를 다른 액츄에이터의 높이와 다르게 함으로써 시야각을 조절하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈모듈
7. 제6항에 있어서,
   상기 이미지센서의 상부에 위치하는 자기유변탄성체에 대응하는 전자영구자석에 전원공급부를 연결하여 상기 렌즈의 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈모듈
8. 제6항에 있어서,
   상기 이미지센서의 하부에 위치하는 자기유변탄성체에 대응하는 전자영구자석에 전원공급부를 연결하여 상기 렌즈와 상기 이미지센서의 방향을 함께 조절하는 것을 특징으로 하는 가변렌즈모듈
9. 초점거리와 시야각(FOV) 중에서 적어도 하나를 조절할 수 있는 가변렌즈모듈이 다수 배열된 가변렌즈 어레이와, 상기 가변렌즈모듈에 구동전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 광각 촬상장치에 있어서,
   상기 가변렌즈모듈은 각각,
   렌즈;
   상기 렌즈의 주변부를 지지하는 것으로서, 자기유변탄성체와, 상기 자기유변탄성체의 상부 또는 하부에 설치되어 상기 자기유변탄성체에 선택적으로 자기장을 인가하는 전자영구자석을 포함하는 액츄에이터;
   상기 렌즈의 하부에 설치된 이미지센서
   를 포함하고,
   상기 전자영구자석은,
   제1 영구자석;
   상기 제1 영구자석보다 약한 보자력을 가지며, 상기 제1 영구자석과 반대 방향으로 나란히 배치되는 제2 영구자석;
   상기 제1 영구자석의 일단과 상기 제2 영구자석의 일단에 배치된 제1 코어;
   상기 제1 영구자석의 타단과 상기 제2 영구자석의 타단에 배치된 제2 코어;
   상기 제1 영구자석과 제2 영구자석의 둘레에 함께 감기거나 상기 제2 영구자석의 둘레에 감기는 코일;
   상기 제1 코어와 상기 제2 코어를 연결하는 비자성체의 지지판
   을 포함하며, 상기 자기유변탄성체는 상기 지지판에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 광각 촬상장치
10. 제9항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 렌즈의 주변을 따라 다수 개가 배치되고,
    다수의 액츄에이터에 구비된 전자영구자석은 각각 스위칭부를 통해 상기 전원공급부에 연결되고, 상기 스위칭부를 제어하여 상기 다수의 액츄에이터를 독립적으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 광각 촬상장치
11. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 액츄에이터를 독립적으로 제어하는 구동프로그램과, 상기 다수의 가변렌즈모듈의 이미지센서에서 각각 획득한 이미지를 합성하여 통합이미지를 생성하는 이미지합성프로그램을 저장하는 저장장치;
    상기 구동프로그램 또는 상기 이미지합성프로그램을 실행하는 프로세서
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상장치

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