KR102326837B1 - 촬상 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촬상 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 단시간에 효과적인 다화각 및 다초점 영상을 얻을 수 있는 고속 렌즈 이동 기술 및 렌즈 이동 에 따른 이미지 촬영 및 분류 기법에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 모터 등을 활용하여 행해지는 느린 렌즈 이동 방식에서 탈피하여 렌즈 이동을 새로운 기법으로 수행함으로써, 하나의 촬상 장치로 다양한 화각 및 초점의 이미지를 단시간에 많이 확보할 수 있는 촬상 장치 및 그 동작 방법을 제공한다.

Description

촬상 장치 및 그 동작방법 {IMAGING APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}

본 발명은 촬상 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은, 고속으로 다시점 또는 다초점 이미지들을 획득할 수 있는 촬상 장치와 그 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이미지를 확대하거나 축소하기 위한 기능을 줌(zoom) 기능이라고 한다. 줌 기능은 촬상 장치에 포함된 렌즈가 이동하여 해당 이미지의 확대 또는 축소된 상을 얻는 광학 줌(optical zoom)방식과, 렌즈의 이동 없이 촬영된 이미지의 일부 화면을 디지털 처리 방식으로 확대 표시하여 줌 효과를 얻는 디지털 줌 방식으로 구분될 수 있다. 광학 줌 방식은 선명도나 색도 등 화질의 저하가 없으며 화질은 이미지 센서의 성능에 의해 좌우된다. 디지털 줌 방식은 전체 화면 중 한정된 일부 정보만을 확대 표시하는 것이므로 화질은 기존의 원본 이미지에서 떨어지거나 왜곡될 수 있다. 한편, 렌즈를 직접 움직여 화상을 촬영할 경우, 렌즈를 통과한 빛은 화상을 기록하는 이미지 센서에 한 점으로 맺혀야 선명한(Focused) 이미지를 얻을 수 있다. 한 점에 모인 빛의 크기가 커질수록 초점이 흐려지므로(Defocused) 렌즈의 이동에 따라 초점을 맞추는 포커싱(Focusing)은 이미지 획득에 중요한 역할을 한다.

광학 줌 방식의 줌 기능과 포커싱은 손으로 렌즈가 포함된 경통을 직접 움직이는 수동 방식과, 렌즈와 물리적으로 연결된 모터의 회전을 이용한 자동 방식으로 구분 될 수 있다. 자동 방식에는 모터뿐만 아니라, 보이스 코일 모터 (Voice Coil Motor, VCM) 또는 압전 세라믹 액추에이터(piezoelectric ceramic actuator)를 활용하는 방식이 있다. 모터를 이용한 방식은 모터 자체의 부피로 인하여 소형화가 어렵고, 모터 회전자와 렌즈를 연결시켜 주는 기어부와의 마찰에서 오는 소음, 렌즈의 고속 이동의 어려움 등 다양한 문제가 있다. 보이스 코일 모터 방식은 코일에 흐르는 전류와 자석에 의한 전자기력을 이용하여 구동하는 방식으로, 전자파 발생 및 정밀도에 한계가 있다. 압전 세라믹 액추에이터를 이용하는 방식은 고정자와 회전자 사이의 마찰에 의해 구동하는 방식으로, 마모에 의해 수명이 짧아지며 가격 또한 높은 단점이 있다.

촬상 장치로 다시점 및 다초점 화상을 단시간에 얻기 위해서는 촬상 장치 안에 설치되어 있는 렌즈들의 빠른 이동이 필요하다. 그러나, 기존의 렌즈 이동 방식을 사용하는 촬상 장치는 렌즈의 이동 속도, 또는 렌즈 이동 명령에 대한 반응 속도가 느리므로 목적 달성이 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 적어도 하나 이상의 렌즈가 고속으로 이동 또는 진동함으로써 단시간에 초점이 상이한 복수의 이미지들 또는 화각이 서로 다른 복수의 이미지들을 획득할 수 있는 촬상 장치 및 그 동작 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 실시 예에 따른, 촬상 장치는 입력되는 전압에 따라 내부에 포함된 렌즈를 이동시키거나, 렌즈 자체를 변형시키는 적어도 하나 이상의 광학소자들 및 상기 내부에 포함된 렌즈의 이동 또는 상기 렌즈 자체의 변형에 따라 서로 다른 화각 또는 초점을 갖는 복수의 이미지들을 획득하는 이미지 센서를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른, 렌즈, 상기 렌즈에 연결되고 상기 렌즈의 움직임을 제어하는 연결부 및 상기 연결부를 지지하는 고정부를 포함하는 촬상 장치의 동작 방법은, 상기 연결부에 포함된 전극에 인가되는 전압에 따라 이동하는 상기 렌즈의 동작 범위를 설정하는 단계, 한 주기당 촬영할 상기 촬상 장치의 프레임 수를 결정하는 단계 및 상기 렌즈의 이동에 따라 상기 프레임 수에 해당하는 복수의 이미지들을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 이미지들은 서로 다른 화각 또는 초점을 가질 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 하나의 촬상 장치로 짧은 시간에 다초점 또는 다화각 이미지들을 저장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다화각 이미지들을 획득하는 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에서 설명한 동작에 따라 획득된 다화각 이미지들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다초점 이미지들을 획득하는 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 장치에 포함된 광학 소자의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 촬상 장치의 화각 조절 렌즈군에 포함된 오목 렌즈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 광학 소자의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 광학 소자의 양 전극에 전압이 인가된 경우 광학 소자에 포함된 렌즈의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 촬상 장치에 포함된 렌즈 및 그 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 화각 조절 렌즈군 및 초점 조절 렌즈에 포함된 복수의 렌즈들의 동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 기준 상태에서 획득되는 이미지를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 원거리의 피사체에 초점이 맞춰진 이미지를 획득하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 근거리의 피사체에 초점이 맞춰진 이미지를 획득하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 9 내지 11에 따라 획득된 이미지들을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 동작을 나타내는 순서도 이 다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 적용 예를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 다른 적용 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 촬상 장치는 이미지 촬상 기능을 구비한 다양한 전자 기기가 될 수 있다. 예를 들어, 디지털 카메라, 스마트 폰, 셀룰러 폰, MP3, PMP, 태블릿 PC, 랩탑 컴퓨터, 스마트 안경, 스마트 워치, 드론 또는 비행체에 장착된 카메라 중 어느 하나로 구현 가능하다.

본 명세서에서 사용되는 용어 다시점은, 하나의 촬상 장치로 고정된 거리에서 특정 피사체를 대상으로 획득한 이미지의 결과가 서로 다른 경우, 즉 이미지의 시야가 다른 경우를 의미한다. 또한 다시점은 다화각이라는 용어와 병용될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 다초점은 촬상 장치를 통하여 획득한 이미지들의 초점거리가 상이한 것을 나타낸다. 즉, 촬상 장치로부터 선명한 이미지를 얻을 수 있는 지점까지의 거리가 상이한 경우를 나타낸다.

또한 본 명세서에서 영상, 이미지 또는 화상은 촬상 장치로 피사체를 촬영한 시각적 결과물을 지칭하며 각 용어들은 병용될 수 있다.

본 발명은 적어도 하나 이상의 렌즈가 광축 방향으로 고속 이동 또는 진동하여 다양한 화각 또는 초점을 가진 복수의 이미지를 획득할 수 있는 촬상 장치 및 그 동작방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 렌즈를 단시간에 줌 인 또는 줌 아웃 하는 렌즈 고속 쉬프팅(shifting) 기술과 다양한 화각 또는 초점을 갖는 복수의 이미지를 화각 또는 초점에 따라 분리하여 저장하는 이미지 처리 시스템이 제공될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 고속 쉬프팅 기술은, 렌즈와 렌즈를 고정하는 경통 사이를 이어주는 신축성 있는 고분자 막의 양면에 신축성 있는 유연전극을 부착 또는 도포하고 전극에 전기신호를 가하는 방법을 이용하여 달성할 수 있다. 즉, 유연전극에 인가된 신호의 종류나 세기에 따라 렌즈 주변에 붙어 있는 고분자 막이 수축 또는 팽창하게 되면서 그에 따라 고분자 막과 연결되어 있는 렌즈가 앞뒤로 이동한다.

통상적인 이미지 처리 시스템의 경우, 일반적인 카메라 촬영은 손으로 직접 경통을 돌리거나 오토 포커싱 기술을 이용하여 초점을 맞춘 후에 촬영 버튼을 누르게 되면, 짧은 시간 동안 셔터가 열렸다 닫히면서 이미지 센서에 렌즈를 통해 들어온 화상을 저장한다. 또는 동영상의 경우 렌즈를 통해 들어온 화상을 이미지센서가 연속적으로 받아들여, 이미지 센서가 초당 받아 들이는 화상 수만큼 화상을 연속 저장하게 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 이미지 처리 시스템에서 제안하는 촬상 장치의 동작방법에 따르면, 촬영 버튼을 누르게 되면 아주 짧은 시간에 화각을 조절하는 복수의 렌즈들이 빠르게 앞뒤로 이동하면서 촬영을 진행한다. 예를 들어, 화각을 조절하는 복수의 렌즈들이 1Hz 로 5mm만큼 이동했다가 돌아오는 것이 가능할 경우, 0.5초 동안 편도 5mm를 갈 수 있는 거리가 되므로 촬상 장치의 셔터 속도가 0.1초마다 반응할 경우, 0.5초 동안 화각 또는 초점이 서로 다른 이미지 5장을 얻을 수 있다. 따라서 렌즈의 진동 주기와 폭에 따라 촬영 속도를 결정하고 획득한 이미지를 화각 또는 초점 별로 처리할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다화각 이미지들을 획득하는 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 따르면 다화각 이미지들을 획득하기 위한 촬상 장치는 복수의 렌즈들을 포함하는 화각 조절 렌즈군(101, 102), 적어도 하나 이상의 초점 조절 렌즈(103) 및 이미지 센서(104)를 포함할 수 있다. 도 1은 화각 조절 렌즈군(101, 102)에 포함된 복수의 렌즈들의 이동에 따른 시야를 비교하기 위한 가상의 경로들과 피사체(105, 106, 107)들을 나타낸다.

화각 조절 렌즈군(101, 102)은 볼록렌즈(101)와 오목렌즈(102)를 포함할 수 있다. 화각 조절 렌즈군(101, 102)을 구성하는 볼록렌즈(101)와 오목렌즈(102) 각각은 그 이동에 따라 촬상 장치가 촬영하는 이미지의 화각을 변화시킨다. 실시 예에서, 화각 조절 렌즈군(101, 102)에 포함된 렌즈들의 개수는 도 1에 의해 제한되지 않는다. 다양한 실시 예에서, 화각 조절 렌즈군(101, 102)은 2개를 초과하는 복수의 렌즈들로 구성될 수 있다.

초점 거리 렌즈(103)는 그 이동에 따라 피사체의 상이 맺히는 초점 위치를 조절할 수 있다.

이미지 센서(104)는 렌즈에 들어온 빛의 정보를 저장할 수 있다. 실시 예에서, 이미지 센서(104)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS 이미지 센서 일 수 있다. 이미지 센서(104)의 종류는 도 1에 의해 제한되지 않는다.

일반적으로 화각이 서로 다른 영상 또는 화상을 얻기 위해서는 화각 조절 역할을 하는 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함하는 화각 조절 렌즈군(101, 102)의 동작이 필요하다. 구체적으로 초점 조절 렌즈(103)를 제외한 볼록렌즈(101) 또는 오목렌즈(102)의 이동이 요구된다. 화각 조절 렌즈군(101, 102)은 무한 초점 시스템(afocal zoom system)에 해당하는 렌즈일 수 있다. 실시 예에서, 초점 조절 렌즈(103)와 화각 조절 렌즈군(101, 102)에 포함된 렌즈들 중 적어도 하나 이상의 렌즈가 초점 조절과 화각을 조절하는 역할을 모두 수행할 수 있다.

다양한 실시 예에서 화각 조절 렌즈군은 화각의 변화 유도뿐만 아니라 상의 왜곡, 수차 문제 해결을 위한 기능을 수행할 수 있다. 상의 왜곡 및 수차 문제를 포함하는 이미지 왜곡과 관련된 문제를 해결하기 위해 화각 조절 렌즈군에는 더 많은 렌즈들이 포함될 수 있다.

도 1을 참조하면, 초점 조절 렌즈(103)가 움직이지 않는 상태에서 초점 조절 렌즈(103)를 통하여 들어온 빛의 초점이 이미지 센서(104)에 잡히면, 초점이 맞추어진 화상을 획득할 수 있다. 이 상태에서 화각 조절 렌즈군의 볼록렌즈(101) 및 오목렌즈(102)가 이동하면 볼록렌즈(101) 및 오목렌즈(102)가 이동하는 정도에 따라 화각이 달라질 수 있다(111, 112, 113). 다양한 실시 예에서, 초점 조절 렌즈(103)는 화각 조절 렌즈군의 이동에 따라 함께 이동할 수 있다.

이하에서는, 화각 조절 렌즈군의 이동에 따라 변화하는 화각들을 설명한다.

예를 들어, 도 1의 (a) 렌즈 배열 상태에서 볼록렌즈(101) 및 오목렌즈(102)가 (b) 렌즈 배열 상태로 이동하면, (a) 렌즈 배열 상태의 화각(111)보다 좁은 화각(112)의 상을 획득할 수 있다. 여기서 화각이 좁다는 것은 획득된 이미지가 확대된 상을 나타내는 것일 수 있다(Zoom In(108)). (a) 렌즈 배열 상태에서, (b) 렌즈 배열 상태로 변경 될 때, 볼록 렌즈(101)와 오목 렌즈(102)간의 거리가 좁아질 수 있다.

(a) 렌즈 배열 상태에서, 볼록렌즈(101) 및 오목렌즈(102)가 (c) 렌즈 배열 상태로 이동하면, (a) 렌즈 배열 상태의 화각(111)보다 넓은 화각(112)의 상을 획득할 수 있다.. 따라서 피사체(105,106,107)를 포함한 그 주변 영역까지 포함하는 넓은 영역의 화상을 얻을 수 있다(Zoom out(109). (a) 렌즈 배열 상태에서 (c) 렌즈 배열 상태로 변경 될 때, 볼록 렌즈(101)와 오목 렌즈(102)간의 거리가 넓어질 수 있다.

도 2는 도 1에서 설명한 동작에 따라 획득된 다화각 이미지들을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 촬상 장치(204)를 이용하여 피사체(201, 202, 203)들의 이미지들을 나타낸다. 예를 들면, 촬상 장치(204)는 촬상 장치(204)에 포함된 적어도 하나 이상의 렌즈를 이동시켜 서로 다른 화각을 갖는 복수의 이미지들(205, 206, 207)을 획득할 수 있다. 도 2를 참조하면, 촬상 장치(204)는 하나의 프레임에 3개의 서로 다른 화각을 갖는 이미지들(205, 206, 207)을 획득할 수 있다. 촬상 장치(204)가 하나의 프레임마다 획득할 수 있는 이미지들의 수는 도 2에 의해 제한되지 않는다.

도 2를 참조하면, 촬상 장치(204)는 화각 조절 렌즈군에 포함된 적어도 하나 이상의 렌즈와 초점 조절 렌즈를 이용시킬 수 있다. 촬상 장치(204)는 하나의 프레임에 일반 이미지(206), 줌 인(Zoom In) 이미지(205) 및 줌 아웃(Zoom Out) 이미지(207)를 획득할 수 있다. 실시 예에서,줌 인(Zoom In) 되었을 때, 화각은 좁아지고 피사체는 크게 보이며, 초점 조절 렌즈의 이동에 따라 가장 먼 피사체(A)가 선명하게 보일 수 있다(205). 반대로 줌 아웃 되면 화각이 넓어지는 동시에 초점 조절 렌즈의 이동에 따라 가장 가까운 피사체(B)가 선명하게 보이고, 주변 환경까지 포함된 화상을 얻을 수 있다(207). 화각 조절 렌즈 군에 속해 있는 렌즈와 초점 조절 렌즈에 속해 있는 렌즈가 독립 관계에 있는 경우(예: 화각과 초점을 동시에 조절하는 렌즈가 없을 경우), 같은 화각에서도 초점 조절 렌즈의 이동에 따라 선명한 초점이 맺히는 위치가 달라질 수 있다. 다양한 실시 예에서, 설계 방법에 따라 선명한 초점이 맺히는 범위(깊이; depth)를 조절할 수 있다. 따라서 모든 피사체가 선명하게 보일 수도 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1의 (a) 렌즈 배열 상태에서 획득된 이미지는 도 2의 일반 이미지(206)일 수 있고, (b) 렌즈 배열 상태에서 획득된 이미지는 줌 인 이미지(205)일 수 있으며, (c) 렌즈 배열 상태에서 획득된 이미지는 줌 아웃 이미지(207)일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다초점 이미지들을 획득하는 촬상 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면 다초점 이미지들을 획득하는 촬상 장치는 화각 조절 렌즈군(301, 302), 초점 조절 렌즈(303) 및 이미지 센서(304)를 포함할 수 있다.

촬상 장치는 다초점 이미지들 획득하기 위해서, 볼록 렌즈(301)와 오목 렌즈(302)를 포함하는 화각 조절 렌즈군(301, 302)을 고정한 상태에서, 초점 조절 렌즈 (303)의 광축 방향의 이동으로 촬상하고자 하는 피사체들(310, 320, 330) 각각에 초점이 맞는 이미지들을 획득할 수 있다. 예를 들어, (a) 렌즈 배열 상태에서 (b) 렌즈 배열 상태로 변경 될 때, 초점 조절 렌즈 (303)의 위치는 이미지 센서(304) 방향으로 가까워 질 수 있다. 이 때, 촬상 후 예상되는 이미지의 초점이 가까운 거리에 위치한 피사체(B)(330)에서 중간 거리에 위치한 피사체(C)(320)로 이동할 수 있다. 따라서 획득이 예상되는 이미지는 340에서 350으로 바뀔 수 있다. 도 3에서, 실선 이미지는 초점이 맞추어진 상태이며 점선 이미지는 초점이 맞지 않아 흐릿한 상태를 나타낸다. 또한 이미지는 상하좌우가 정립 상으로 보정된 상태의 수정된 이미지를 나타낸다.

(b) 렌즈 배열 상태에서 (c) 렌즈 배열 상태로 변경 될 때, 초점 조절 렌즈 (303)의 위치는 이미지 센서(304) 방향으로 더욱 가까워 질 수 있다. 이 때, 촬상 후 예상되는 이미지의 초점이 중간 거리에 위치한 피사체(C)(320)에서 먼 거리에 위치한 피사체(A)(310)로 이동할 수 있다. 따라서 획득이 예상되는 이미지는 350에서 360으로 바뀔 수 있다. 실시 예에서, 렌즈 배열에 따른 초점 위치의 범위는 렌즈의 초점 거리, 렌즈의 종류 및 특성, 빛의 특성 등 설계 방법에 따라서 변할 수 있다.

다양한 실시 예에서, 피사체와 렌즈들의 거리에 따라 이미지 센서(304)에 맺히는 상은 상의 상하가 반전된 역상일 수 있다. 이 경우, 이미지 센서는 역상을 상하 반전하여 정립 상으로 보정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 장치에 포함된 광학 소자의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 광학 소자(1)는 렌즈(10), 연결부(20) 및 고정부(30)를 포함할 수 있다.

렌즈(10)는 목적에 따라 빛을 투과시켜 모으거나, 분산시킬 수 있다.

연결부(20)는 렌즈(10)와 고정부(30)를 연결하고, 렌즈(10)를 제 1축 방향으로 고속 이동 시킬 수 있다. 연결부(20)는 얇은 막으로 이루어지고, 투명한 재질일 수 있다. 또는 연결부(20)는 신축성이 뛰어난 여러 가닥의 선으로 구성될 수도 있다. 실시 예에서 연결부(20)는 얇고 납작한 고무줄 형태의 여러 가닥의 선으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 연결부(20)는 유전성 탄성체(Dielectric Elastomer)로 만들어진 고분자 막의 형태일 수 있다. 실시 예에서 연결부(20)는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어 질 수 있다.

폴리디메틸실록산(PDMS)는 유전성(dielectric property)을 가지고 있어 양단에 전압을 가했을 때 전기장이 형성되어 전기장의 세기에 따라 연결부(20)가 압축될 수 있다. 연결부(20)의 전체 부피는 일정하므로 압축될 경우, 연결부(20)는 길이 방향으로 늘어나 렌즈의 위치를 쉬프팅(shifting) 시킬 수 있다.

연결부(20)의 구성 및 기능은 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

고정부(30)는 연결부(20)와 연결되고 연결부(20)와 렌즈(10)를 지지할 수 있다. 고정부(30)는 렌즈(10)가 연결부(20)의 형상이 변함에 따라 이동할 때, 움직이지 않고 고정되는 부분이다.

도 5는 도 4의 광학 소자의 단면을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 광학소자는 렌즈(10), 연결부(20) 및 고정부(30)를 포함할 수 있다. 연결부(20)는 전극(21a, 21b)과 변형부(23)를 포함할 수 있다.

변형부(23)는 렌즈(10)와 고정부(30)를 연결한다. 변형부(23)는 얇은 막으로 이루어지고, 투명한 재질일 수 있다. 또는 변형부(23)는 신축성이 뛰어난 여러 가닥의 선으로 구성될 수도 있다. 실시 예에서 변형부(23)는 얇고 납작한 고무줄 형태의 여러 가닥의 선으로 이루어질 수 있다.

변형부(23)는 변형부(23)에 부착된 전극(21a, 21b)에 전압이 인가되면, 형상이 변형되는 유전성(dielectric property) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 변형부(23)는 전기 활성 고분자(electroactive polymer, EAP)로 이루어질 수 있다. 전기활성고분자는 빠른 응답속도, 큰 작동변위, 구동 시 낮은 전력 소모량 등의 장점뿐만 아니라 고분자소재가 가지는 우수한 가공성으로 인한 경량화, 박막화, 소형화 가능하다. 전기 활성 고분자는 작동방식에 따라 크게 두 가지로 구분된다. 전압이 인가되면, 이온의 이동과 확산에 의해 고분자가 수축-팽창 변형을 일으키는 이온성 전기 활성 고분자(ionic EAP)와 전자 분극(polarization) 현상에 의하여 변형이 일어나는 전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)로 구분된다.

이온성 전기 활성 고분자로는 전기유변유체(electrorheological fluids, ERP), 탄소나노튜브(carbon nanotubes, CNT), 전도성 고분자(conducting polymers, CP), 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC), 고분자겔(ionic polymer gels, IPG) 등이 있으며 큰 작동력, 빠른 응답속도, 낮은 인가 전압 등의 장점을 갖는다.

전자성 전기 활성 고분자(electronic EAP)는 액정 탄성체(liquid crystal elastomers, LCE), 전기-점탄성 탄성체(electro-viscoelastic elastomers), 전기 변형 고분자(electrostrictive polymer), 전기 변형 가지형 탄성체(electrostrictive graft elastomers), 유전탄성체(dielectric elastomers), 강유전성 고분자(ferroelectric polymers)등을 포함할 수 있으며 빠른 응답속도, 정교한 변위조절이 가능하다.

실시 예에서, 변형부(23)는, 투명하고 신축성을 갖는 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어 질 수 있다. 폴리디메틸실록산(PDMS)는 유전성(dielectric property)을 가지고 있어 양단에 전압이 가해졌을 때 형성된 정전기력에 따라 변형부(23)가 압축될 수 있다. 변형부(23)의 전체 부피는 일정하므로 압축될 경우, 길이 또는 면 방향으로 늘어나서, 렌즈의 위치를 쉬프팅(shifting) 시킬 수 있다.

구체적으로 유전성이 있는 물질의 경우, 신축성이 뛰어난 물질의 양면에 신축성이 뛰어난 전극을 붙여 전압을 가하면, 양 전극 사이에 정전기력이 형성되어 변형부(23)의 평형 상태 또는 정전기력의 크기에 따라 물질의 변형이 일어난다.

전극(21a, 21b)은 변형부(23)에 형성되며, 구체적으로 변형부(23)의 제1 표면과 제1 표면과 대향하는 제2 표면에 각각 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, PDMS재질로 된 얇은 막 형태의 변형부(23)의 양단 전극(21a, 21b)에 전압이 걸려, 전극면 사이에 압착 힘이 발생할 수 있다. 발생한 압착 힘에 의하여 막 또는 고무줄 형태의 변형부(23)가 길이 방향으로 늘어나 막의 연결된 렌즈(10)가 쉬프팅(shifting), 즉 광축 방향으로 이동하는 효과를 얻을 수 있다. 인가한 전기신호를 없애면 양 전극(21a, 21b) 사이의 인력(압착력)이 없어져, 얇아졌던 막은 다시 두께를 회복하며 제자리로 되돌아 온다.

이때, 변형부(23)의 형상이 변형됨에 따라 전극(21a, 21b)의 형상도 함께 변할 수 있도록 전극(21a, 21b)은 신축성 있는 재료, 예를 들면 고분자(polymer)를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라 투명한 전극 또는 유연한 전극이 사용될 수도 있다.

도 4를 참조하여 설명된 광학 소자는 도 1 내지 3을 참조하여 설명된 화각 조절 렌즈군에 포함된 렌즈 또는 초점 조절 렌즈일 수 있다.

도 6은 도 5의 광학 소자의 양 전극에 전압이 인가된 경우 광학 소자에 포함된 렌즈의 이동을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 전극(21a, 21b)에 전압이 인가되면, 변형부(23)는 생성된 정전기력에 따라 늘어나거나 줄어들어 렌즈(10)가 앞 뒤로 이동할 수 있다. 렌즈(10)가 쉬프팅(shifting)되는 정도는 변형부(23)의 구조, 전극의 크기와 종류 및 인가되는 전압에 따라 (a)상태와 같이 왼쪽으로 오목한 형태, 또는 (b) 상태와 같이 오른쪽으로 볼록한 형태로 변형 될 수 있다.

전극(21a, 21b)에 인가된 전압이 제거되면, 변형부(23)가 다시 제자리로 되돌아옴에 따라 렌즈(10)의 위치가 기준 상태로 복귀할 수 있다.

구체적으로, 렌즈(10)가 이동하는 방향과 이동 거리는 변형부(23)의 두께, 변형부(23)의 유전율, 인가되는 전기신호의 세기, 렌즈를 포함한 연결부(20)의 구조 및 제작 방법에 따라 달라질 수 있다.

실시 예에서, 렌즈(10)가 화각 조절 렌즈군에 포함된 렌즈인 경우, 렌즈(10)가 이동함에 따라 다화각 이미지들이 획득될 수 있다.

실시 예에서, 렌즈(10)가 초점 조절 렌즈인 경우, 렌즈(10)가 이동함에 따라 다초점 이미지들이 획득될 수 있다.

도 5 및 도 6에서는 렌즈(10)가 볼록 렌즈인 경우를 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의상 예로 든 것이고, 다양한 형태의 렌즈에 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 촬상 장치에 포함된 렌즈 및 그 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7의 실시 예에서는 렌즈의 형상 변화를 직접 유도하는 방법에 설명된다. 구체적으로, 렌즈가 광축 이동을 하지 않는 상태에서, 렌즈 자체의 형상을 직접 변형하여 도 6의 실시 예와 같이 렌즈가 이동하는 것과 동일한 현상을 유도할 수 있다. 즉, 빛의 진행 경로를 바꾸는 방법 중, 도 6을 참조하여 설명한 렌즈 쉬프팅 방법 이외에도 렌즈 자체가 유연한 재질이면, 렌즈의 형상 변화를 직접 유도할 수 있다. 예를 들어, 화각 조절 렌즈군에 포함된 각 렌즈(401,402)가 투명하고 유연한(flexible)한 재질로 이루어져 있을 경우, 도 6을 참조하여 설명된 렌즈 쉬프팅 방법을 렌즈에 직접 적용하면, 렌즈가 입력되는 전기신호(전압)에 따라 늘어나거나(401) 줄어들어(402) 빛의 진행 경로가 바뀔 수 있다. 렌즈의 형상을 직접 변화시키는 방법은 다음의 네 가지 방법에 따라 구현될 수 있다.

첫 번째로 렌즈의 양면에 투명유연전극(403, 404)이 도포 또는 부착되어 있고, 렌즈의 재질이 전극(403, 404)이 인가되는 전압에 따라서 만들어지는 정전기력에 반응하는 재질일 경우, 전기신호 입력에 따라 렌즈가 늘어났다 줄어들 수 있다.

두 번째 방법으로는 두 개의 투명유연전극(405, 406)과 투명 전극에 인가된 신호에 따라 변화하는 변형부(407)가 렌즈의 중간에 삽입되거나 내부에 부착되어 있는 경우, 전기신호에 따라 렌즈 전체의 모양이 변화될 수 있다.

세 번째 방법은 변화에 필요한 두 투명 전극(409, 410)과 투명 전극에 인가된 신호에 따라 변화하는 변형부(408)가 렌즈의 바깥쪽에 부착되거나 밀하게 연결되어 있을 경우 렌즈의 형상변화를 유도할 수 있다.

네 번째 방법은 렌즈의 주변에 연결된 끈 또는 막의 형상변화로 인해 유도되는 인장, 수축힘이 렌즈에 영향을 주어 렌즈의 형상이 변하는 방법으로써 도 13에서 보다 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 화각 조절 렌즈군 및 초점 조절 렌즈에 포함된 복수의 렌즈들의 동작을 나타내는 도면이다.

도 8에서는 두 개의 렌즈들이 쉬프팅하는 경우를 가정하여 설명한다. 도 8에 도시된 두 개의 렌즈들은 각각 화각 조절 렌즈군에 포함된 렌즈이거나 초점 조절 렌즈 중 어느 하나일 수 있다. 또한 각 렌즈는 독립적으로 또는 관련적으로 동작할 수 있다.

화각 조절 렌즈군에 포함된 렌즈들의 개수는 도 8에 의해 제한되지 않는다. 또한, 도 8은 렌즈들이 볼록렌즈 또는 오목렌즈의 두 종류로만 구성되어 있을 경우를 도시하고 있으나, 획득할 수 있는 이미지의 특징에 따라 더 많은 종류의 렌즈가 사용될 수 있다. 초점 조절 렌즈의 개수도 도 8에 의해 제한되지 않는다.

도 8을 참조하면, 렌즈들의 쉬프팅에 따른 형태는 각 렌즈의 동작에 따라 501 내지 508의 8가지 동작으로 구분될 수 있다.

먼저, 볼록렌즈는 정지한 상태에서 오목렌즈만 앞으로 움직이면서 화각 또는 초점 변화(501), 오목렌즈만 뒤로 움직이면서 화각 또는 초점 변화(502)가 가능하다. 또한, 오목렌즈는 정지한 상태에서 볼록렌즈가 뒤로 움직이면서 화각 또는 초점 변화(503), 볼록렌즈가 앞으로 움직이면서 화각 또는 초점 변화(504)가 가능하다.

한편, 이에 한정되지 않고 두 렌즈가 동시에 움직일 경우, 두 렌즈의 이동량의 차이를 두면서 동시에 앞으로 움직이는 화각 또는 초점 변화(505), 동시에 뒤로 움직이는 화각 또는 초점 변화(506)가 가능하며, 볼록렌즈는 앞으로, 오목렌즈는 뒤로 움직이면서 화각 또는 초점 변화(507), 또는 볼록렌즈는 뒤로, 오목렌즈는 앞으로 움직이는 화각 또는 초점 변화(508)가 가능하다. 즉, 본 발명의 촬상 장치는 전술한 연결부 또는 렌즈 자체에 인가된 전기 신호에 따라 각각의 렌즈의 움직임을 조합하여 다양한 모드로 동작할 수 있다. 일반적으로 렌즈가 n개 있을 경우 3ⁿ-1(-1은 모든 렌즈가 정지 또는 중립 상태인 경우)의 경우의 수만큼 다양한 움직임을 구현할 수 있다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 소자의 동작에 따라 다초점 이미지가 획득되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 기준 상태에서 획득되는 이미지를 설명하기 위한 도면이다.

도 12는 도 9 내지 11에 따라 획득된 이미지들을 설명하기 위한 도면이다.

도 9 및 도 12를 참조하면 촬상 장치의 전면에 세 개의 피사체가 배치되어 있다. 촬상 장치와 각 피사체간의 거리는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어 피사체 A(901)가 촬상 장치로부터 가장 멀리 떨어져 있으며, 피사체 B(902)가 촬상 장치로부터 가장 가까이 배치되어 있고, 피사체 C(903)는 피사체 A(901)와 피사체 B(902) 사이에 위치할 수 있다.

복수의 렌즈를 포함하는 가상의 통합 렌즈(900)는 기준 상태에 배치되어 있다. 피사체로부터의 초점 거리(d1)에 따라 피사체 C(903)(또는, 그 거리의 평면)에 초점이 맞추어질 수 있다. 이미지 센서(910)에서는 피사체 C(903)가 가장 선명하게 보이는 이미지가 획득된다. 나머지 피사체들(A, B)의 경우 초점이 맞춰지지 않았으므로, 선명하지 않게 보일 수 있다.

도 9의 초점 거리(d1)에 따라 획득된 이미지는 도 12의 첫 번째 이미지(1201)일 수 있다.

도 10은 원거리의 피사체에 초점이 맞춰진 이미지를 획득하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 10 및 도 12를 참조하면 촬상 장치의 전면에 세 개의 피사체가 배치되어 있다. 촬상 장치와 각 피사체간의 거리는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어 피사체 A(1001)가 촬상 장치로부터 가장 멀리 떨어져 있으며, 피사체 B(1002)가 촬상 장치로부터 가장 가까이 배치되어 있고, 피사체 C(1003)는 피사체 A(1001)와 피사체 B(1002) 사이에 위치할 수 있다.

복수의 렌즈를 포함하는 가상의 통합 렌즈(1000)는 피사체 A(1001)와 d2만큼의 초점거리를 갖도록 배치되어 있다. 피사체로부터의 초점 거리(d2)에 따라 피사체 A(1001)(또는, 그 거리의 평면)에 초점이 맞추어질 수 있다. 이미지 센서(1010)에서는 피사체 A(1001)가 가장 선명하게 보이는 이미지가 획득된다. 나머지 피사체들(B, C)의 경우 초점이 맞춰지지 않았으므로, 선명하지 않게 보일 수 있다.

도 10의 초점 거리(d2)에 따라 획득된 이미지는 도 12의 두 번째 이미지(1202)일 수 있다.

도 11은 근거리의 피사체에 초점이 맞춰진 이미지를 획득하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 11 및 도 12를 참조하면 촬상 장치의 전면에 세 개의 피사체가 배치되어 있다. 촬상 장치와 각 피사체간의 거리는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어 피사체 A(1101)가 촬상 장치로부터 가장 멀리 떨어져 있으며, 피사체 B(1102)가 촬상 장치로부터 가장 가까이 배치되어 있고, 피사체 C(1103)는 피사체 A(1101)와 피사체 B(1102) 사이에 위치할 수 있다.

복수의 렌즈를 포함하는 가상의 통합 렌즈(1100)는 피사체 B(1102)와 d3만큼의 초점거리를 갖도록 배치되어 있다. 피사체로부터의 초점 거리(d3)에 따라 피사체 B(1102) (또는, 그 거리의 평면)에 초점이 맞추어질 수 있다. 이미지 센서(1110)에서는 피사체 B(1102)가 가장 선명하게 보이는 이미지가 획득된다. 나머지 피사체들(A, C)의 경우 초점이 맞춰지지 않았으므로, 선명하지 않게 보일 수 있다.

도 11의 초점 거리(d3)에 따라 획득된 이미지는 도 12의 세 번째 이미지(1203)일 수 있다.

도 4 내지 8을 참조하여 설명된 렌즈의 이동 또는 렌즈 자체의 변형이 일어나는 경우에 렌즈가 초점 조절 렌즈인 경우, 도 12의 이미지들이 한번에 획득될 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 광학소자(1300)는 렌즈(1310), 연결부(1320) 및 고정부(1330)를 포함할 수 있다.

도 13의 광학 소자(1300)는 도 4의 광학 소자(1)와 달리 고정부(1330)의 단면이 사각형일 수 있다. 또한 연결부(1320)는 도 4의 연결부(20)와 달리 막형태가 아닌 복수 개의 연결부(1320)들이 균형 있게 분산 배치될 수 있다. 예를 들면, 연결부(1320)는 렌즈(1310)의 일부분과 고정부(1330)의 일부분에만 연결될 수 있다.

고정부(1330)의 형태는 도 4 또는 도 13에 제한되지 않고, 렌즈(1310)와 연결부(1310)를 지지하는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

도 13의 광학 소자(1300)의 연결부(1310)에 전압이 인가되면, 렌즈(1310)의 광축 방향 쉬프팅 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 주변의 막 형태의 연결부(1310)가 늘어날 때 가해지는 힘에 의하여 렌즈(1310) 자체의 형상이 변할 수도 있다. 예를 들어, 렌즈(1310)가 유연한 재질인 경우, 렌즈(1310)의 주변막이 신장되면서 고정부(1330)를 기준으로 렌즈(1310) 중앙방향으로 모이 는 힘이 발생하게 되므로 렌즈가 압축되어 형상이 변할 수 있다. 또한 렌즈 표면 자체의 형상이 변할 수도 있다. 렌즈(1310)가 연결부(1320)의 변형에 의해 쉬프팅할 것인지, 쉬프팅 없이 렌즈(1310) 자체의 형상이 변할 지 또는 쉬프팅과 렌즈(1310) 자체의 형상 변화가 동시에 일어날지에 관해서는 렌즈(1310)의 물성, 연결부(1320)의 물성, 또는 전극의 배치, 새로운 구조 등 외부적인 조건에 의하여 결정될 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 동작을 나타내는 순서도 이다.

촬상 장치가 이미지를 획득함에 있어, 화각 조절 렌즈군에 포함된 적어도 하나의 개별 렌즈와 초점 조절 렌즈가 고속으로 쉬프팅하게 되면, 이미지 센서는 화각이 상이한 이미지들 또는 초점이 상이한 이미지들을 실시간으로 촬영하고 저장할 수 있다. 이 과정에서, 촬상 장치는 획득된 이미지들을 화각 또는 초점에 따라 저장할 수 있다.

도 14를 참조하면, 1401 단계에서, 촬상 장치는 렌즈의 동작 범위를 설정한다. 렌즈의 동작 범위는 렌즈가 쉬프팅에 의해 앞 뒤로 이동하는 최대 거리일 수 있다. 예를 들면, 렌즈의 동작 범위는 광학 소자에 인가되는 전압의 세기에 따라 달라질 수 있다.

1403 단계에서, 촬상 장치는 한 주기당 촬영할 프레임의 수를 설정할 수 있다. 구체적으로 촬상 장치는 렌즈의 동작 범위가 1401 단계에서 설정되면, 렌즈가 기준 상태에서 동작 범위만큼 이동한 후 다시 기준 상태로 복귀하기까지 한 주기라고 할 때, 한 주기 동안 이미지 센서가 획득할 이미지의 수, 즉 프레임의 개수를 설정할 수 있다. 도 14에서는 설명의 편의상 프레임이 3인 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나, 프레임의 수는 도 14에 의해 제한되지 않는다.

1405 단계에서, 촬상 장치는 내부 카운터 값을 0으로 세팅한다.

1407 단계에서, 촬상 장치는 렌즈가 이동 중인지 여부를 판단할 수 있다. 렌즈가 이동을 멈추면, 이미지 획득이 끝난 것이므로, 동작을 종료한다. 1407 단계에서, 촬상 장치는 렌즈가 이동중이면, 1409 단계로 진행한다.

1409 단계 내지 1421 단계에서, 촬상 장치는 이미지를 획득할 때마다 내부 카운터의 수를 증가시키며, 내부 카운터 값에 따라 획득한 이미지를 분류할 수 있다.

1409 단계에서, 촬상 장치는 내부 카운터 값이 3n+0(n은 자연수)인 경우에는 이미지 센서가 획득한 이미지가 제1 화각 또는 제1 초점 거리를 갖는 이미지인 것으로 판단하고 획득한 이미지를 제1 이미지로 저장할 수 있다(1411).

1413 단계에서, 촬상 장치는 내부 카운터 값이 3n+1인 경우에는 이미지 센서가 획득한 이미지가 제2 화각 또는 제2 초점 거리를 갖는 이미지인 것으로 판단하고 획득한 이미지를 제2 이미지로 저장할 수 있다(1415).

1417 단계에서, 촬상 장치는 내부 카운터 값이 3n+2인 경우에는 이미지 센서가 획득한 이미지가 제3 화각 또는 제3 초점 거리를 갖는 이미지인 것으로 판단하고 획득한 이미지를 제3 이미지로 저장할 수 있다(1419).

1421단계에서, 촬상 장치는 제1 내지 제3 화각 또는 초점 거리를 갖는 이미지가 저장되면 촬상 장치는 내부 카운터의 수를 증가시키고 1407 단계로 진행한다.

도 14에 따른 촬상 장치의 동작 방법에 따르면, 촬상 장치는 다화각 또는 다초점 이미지들을 동일한 화각 또는 동일한 초점을 갖는 이미지들끼리 저장할 수 있다. 따라서, 하나의 촬상 장치를 이용하여 복수의 촬상 장치로 이미지들을 획득한 효과를 얻을 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 구조를 나타내는 블록도이다.

도 15를 참조하면, 촬상 장치(1500)는 렌즈군(1510), 이미지 센서(1520), 제어부(1530) 및 저장부(1540)를 포함할 수 있다. 도 15에서는 촬상 장치(1500)가 렌즈군(1510), 이미지 센서(1520), 제어부(1530) 및 저장부(1540)만을 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 다양한 실시 예에서, 렌즈군(1510), 이미지 센서(1520), 제어부(1530) 및 저장부(1540) 이외에도 다양한 기능을 수행하는 모듈이 포함될 수 있다. 예를 들면, 제어부(1530)는 다화각 또는 다초점 이미지를 프레임 별로 획득하기 위한 내부 카운터(미도시)를 더 포함할 수 있다.

렌즈군(1510)은 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 렌즈군(1510)은 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함하는 화각 조절 렌즈군과 초점 조절 렌즈를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 초점 조절 렌즈는 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 렌즈군(1510)에 포함된 각 렌즈들은 도 4 또는 도 13의 광학 소자일 수 있다.

이미지 센서(1520)는 렌즈군(1510)에 포함된 복수의 렌즈들을 통해 빛의 정보를 저장할 수 있다. 실시 예에서, 이미지 센서(1520)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS 이미지 센서 일 수 있다.

제어부(1530)는 촬상 장치(1500)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(1530)는 초점 설정부(1531) 및 화각 설정부(1532)를 포함할 수 있다.

초점 설정부(1531)는 렌즈군(1510)에 포함된 복수의 렌즈들 중 초점 조절 렌즈의 동작 범위를 설정할 수 있다. 초점 조절 렌즈는 초점 설정부(1531)가 설정한 동작 범위에 따라 이동할 수 있다.

화각 설정부(1532)는 렌즈군(1510)에 포함된 복수의 렌즈들 중 화각 조절 렌즈군에 포함된 렌즈들의 동작 범위를 설정할 수 있다. 화각 설정부(1532)가 설정한 동작 범위에 따라 화각 조절 렌즈군에 포함된 렌즈들이 이동할 수 있다.

제어부(1530)는 초점 설정부(1531) 및 화각 설정부(1532)가 설정한 렌즈군(1510)에 포함된 렌즈들의 동작범위에 따라 렌즈들의 연결부에 포함된 전극들에 인가할 전압을 결정하고, 결정된 전압을 인가할 수 있다.

저장부(1540)는 이미지 센서(1520)가 획득한 복수의 이미지들을 저장할 수 있다. 저장부(1540)는 다화각 또는 다초점 이미지들을 프레임별로 저장하기 위해 제1 내지 제N 저장부들(1541_1~1541_N)을 포함할 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 적용 예를 나타낸 도면이다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치는 자동차에 장착된 전방카메라(1610)일 수 있다. 이 경우, 자동차가 이동 중에 실시간으로 빠르게 화각 조절 렌즈군에 포함된 렌즈 또는 초점 거리 조절 렌즈를 이동시키면서 화각 또는 초점이 다른 복수의 이미지들을 획득할 수 있다.

예를 들면, 전방카메라(1610)는 서로 다른 화각을 갖는 복수의 이미지들(1601 내지 1603)을 획득할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 분류 방법에 의할 경우, 초점 거리 별로 실시간 촬영된 이미지가 각각 서로 다른 저장부에 저장되고, 가령 렌즈 이동 주기당 3개의 다른 초점 거리 이미지를 저장하는 카메라의 경우, 넓은 화각의 영상(zoom out)(1603)과 좁은 화각의 영상(zoom in)(1601)을 동시에 얻을 수 있으므로, 자동차 번호판 등의 정확한 정보를 식별해야 할 경우는 좁은 화각의 영상(1603)이 저장된 파일을 확인하면 되므로 정확한 문자 판독이 가능하다고 할 수 있다. 따라서 동일시점에서 여러 대의 카메라의 효과를 낼 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치의 다른 적용 예를 나타낸 도면이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 촬상 장치는 정찰용 드론(1700)의 카메라(1710)에도 적용될 수 있다. 정찰용 드론(1700)에 설치된 한 대의 카메라(1710)에 포함된 화각 조절 렌즈들과 초점 거리 조절 렌즈를 빠르게 움직이며 촬영함으로써, 다화각 또는 다초점의 영상 촬영이 가능하다. 따라서, 한 주기 당 촬영하는 이미지 개수 만큼의 카메라를 절약할 수 있다. 예를 들면, 카메라(1710)는 서로 다른 화각을 갖는 복수의 이미지들(1701 내지 1703)을 획득할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 렌즈의 고속 줌 기능으로 인한 고속 촬영기능을 바탕으로 화각이 서로 다른 다화각 이미지들을 촬영하거나, 서로 다른 초점 거리를 갖는 다초점 이미지들을 고속으로 촬영할 수 있다. 따라서, 동일시점에서 여러 대의 촬상 장치로 촬영한 효과를 가질 수 있으므로, 설치와 운용의 시간적 비용, 그에 수반하는 경제적 비용을 모두 줄일 수 있는 이점이 있다.

상술한 실시 예들에서, 모든 단계는 선택적으로 수행의 대상이 되거나 생략의 대상이 될 수 있다. 또한 각 실시 예에서 단계들은 반드시 순서대로 일어날 필요는 없으며, 뒤바뀔 수 있다. 한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 명세서의 실시 예들은 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 명세서의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

101: 볼록 렌즈
102: 오목 렌즈
103: 초점 조절 렌즈
104: 이미지 센서
105, 106, 107: 피사체

Claims (16)

1. 복수 개의 광학소자; 및
   상기 복수 개의 광학소자를 통하여 들어온 화상을 받아들이는 이미지 센서; 를 포함하되,
   상기 복수 개의 광학소자의 각각은:
   렌즈;
   상기 렌즈의 둘레를 둘러싸되 상기 렌즈로부터 원주 방향으로 이격된 고정부; 및
   상기 렌즈와 상기 고정부 사이에서 상기 렌즈와 상기 고정부를 연결시키는 연결부; 를 포함하고,
   상기 렌즈, 상기 고정부 및 상기 연결부는 광축에 수직한 평면 상에 제공되며,
   상기 연결부에 전압이 인가되면, 상기 렌즈는 상기 광축에 평행한 방향으로 움직여 상기 평면의 앞으로 이동하거나, 상기 평면의 뒤로 이동하고,
   상기 렌즈가 이동할 때 상기 고정부의 위치는 고정되어 있으며,
   상기 복수 개의 광학소자의 렌즈들이 이동할 때, 상기 복수 개의 광학소자의 고정부들 사이의 거리는 변하지 않는 촬상 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 연결부는,
   유전성 물질을 포함하는 변형부;
   상기 변형부에 부착되는 전극;을 더 포함하는 촬상 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 변형부는,
   상기 전극에 인가되는 전압에 의해 형성되는 전기장의 세기에 따라 늘어나거나 수축하는 촬상 장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 변형부는,
   전기 활성 고분자로 구성된 고분자 막 형태인 촬상 장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 변형부는,
   폴리디메틸실록산으로 구성되는 촬상 장치.
7. 제 3항에 있어서, 상기 변형부는,
   전기유변유체, 탄소나노튜브, 전도성 고분자, 이온성 고분자 금속 복합체, 고분자겔, 액정 탄성체, 전기 점탄성 탄성체, 전기 변형 고분자, 전기 변형 가지형 탄성체, 유전탄성체 및 강유전성 고분자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 촬상 장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 렌즈는,
   유전성 물질로 구성되고, 내부에 투명한 전극을 포함하는 촬상 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 렌즈는 내부에 투명한 전극을 포함하는 촬상 장치.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD) 이미지 센서 또는 상보성 금속 산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS) 이미지 센서 중 어느 하나인 촬상 장치.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 광학 소자 및 상기 이미지 센서를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 촬상 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 광학 소자에 포함된 상기 적어도 하나 이상의 렌즈 중 초점 조절 렌즈의 동작 범위를 설정하는 초점 설정부; 및
    상기 광학 소자에 포함된 상기 적어도 하나 이상의 렌즈 중 화각 조절 렌즈의 동작 범위를 설정하는 화각 설정부;를 포함하는 촬상 장치.
13. 제 12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 초점 설정부 및 상기 화각 설정부가 설정한 상기 동작 범위에 따라 상기 광학 소자에 인가할 전압을 결정하고, 결정된 상기 전압을 인가하는 촬상 장치.
14. 제 11항에 있어서,
    상기 이미지 센서가 획득한 서로 다른 화각 또는 초점을 갖는 복수의 이미지들을 상기 촬상 장치가 한 주기당 촬영할 이미지들 수인 프레임별로 각각 저장하는 저장부를 더 포함하는 촬상 장치.
    
    
    
15. 삭제
16. 삭제

Images