KR20140012713A - 이미지 안정화를 위한 액체 렌즈를 갖는 구강내 카메라 - Google Patents

이미지 안정화를 위한 액체 렌즈를 갖는 구강내 카메라 Download PDF

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KR20140012713A
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탄 왕
시아오친 유
지우 장
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Abstract

구강내 카메라(10)는 이미징 시스템(12), 이미징 센서(16), 및 액체 렌즈(36), 렌즈 드라이버 요소들(38), 마이크로프로세서(34) 및 모션 센서(32)를 포함하는 이미지 안정화 장치(14)를 포함한다. 모션 센서(32)는 카메라 이동을 표시하는 모션 신호를 제공한다. 조정가능 액체 렌즈(36)는 제 1 및 제 2 불혼합 액체들 사이에 계면을 갖고 제 1 축에 대한 굴절을 제 1 전극 쌍에서의 제 1 조정 신호에 대응하여 변경하고 제 2 축에 대한 변경을 제 2 전극 쌍에서의 제 2 조정 신호에 대응하여 변경하도록 작동가능하다. 마이크로프로세서(34)는 저장된 명령어들에 응답하여 모션 센서(32)로부터 모션 신호를 획득하고 렌즈 드라이버 요소들(38)과 통신하여 제 1 및 제 2 조정 신호들을 조정가능 액체 렌즈(36)에 제공한다.

Description

이미지 안정화를 위한 액체 렌즈를 갖는 구강내 카메라{INTRA ORAL CAMERA HAVING A LIQUID LENS FOR IMAGE STABILIZATION}
본 발명은 일반적으로 의료 진단 기구들의 분야에 관한 것으로, 특히 치아 이미징을 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이미지 안정화를 제공하기 위해 다중 전극 설계를 사용하는 액체 렌즈를 갖는 구강내 카메라에 관한 것이다.
검출, 치료 및 예방 기술들의 개선들이 있어 왔을지라도, 충치는 모든 연령대들의 사람에게 영향을 미치는 일반적인 질환이다. 적절히 및 즉시 치료되지 않으면, 카리에스는 영구치 손상을 초래하고 심지어 치아 손실을 초래할 수 있었다. 따라서, 구강내 카메라에 기초한 치아 이미징은 큰 흥미를 끈다.
미국 뉴저지주 마운트 로렐 소재의 아크레온 인크로부터 입수가능한 것들과 같은 공지된 구강내 카메라들이 존재한다. 일반적으로, 구강내 카메라들은 대략 1 mm 내지 대략 50 mm 사이에서 변화하는 큰 작동 거리 범위에 걸쳐 동작한다. 그들은 상당한 크기의 피사계 심도(DOF)를 가져야 하며, 피사계 심도는 상이한 작동 거리들에서 다르다. 따라서, 초점 조정은 좋은 이미지 품질을 제공하기 위해 사용된다. 그러나, 미국 특허 제6,019,721호(Holmes)에 개시된 것을 포함하는 대부분의 공지된 구강내 카메라들에 대해, 초점 조정은 렌즈와 이미징 센서 사이의 거리의 조작자 조정에 의해 수동으로 수행된다. 종래의 구강내 카메라들은 자동 초점 능력을 갖지 않고 초점은 각각의 이미지에 대해 개별적으로 조정되어야 한다. 그러므로, 그들은 사용하기에 편리하지 않다.
종래의 구강내 카메라들은, 다른 카메라들과 같이, 이미지 캡처 동안의 진동으로 인해 이미지 흐림을 겪을 수 있다. 이미지 흐림을 감소시키는 것을 목표 삼는 이미지 안정화 방법들이 제안되어 왔다. 예를 들어, 플로팅(floating) 광학 요소를 사용하는 미국 특허 제4,998,809호(Tsuji) 및 제5,040,881호(Tsuji)를 참조한다.
미국 공개 제2009/0141352호(Jannard)는 4개의 액체 렌즈 셀들을 이용하는 렌즈 시스템을 개시하며, 한 쌍의 액체 렌즈 셀들은 이미지 안정화를 일방향으로 제공하고, 다른 쌍의 액체 렌즈 셀들은 이미지 안정화를 다른 방향으로 제공한다.
이미지 안정화를 제공하는 종래의 카메라들은 그의 특정 응용들에서 어느 정도의 성공을 달성할 수 있었을지라도, 그들은 구강내 이미징의 치수 및 동작 요건을 충족하지 않는다. 따라서, 폭이 작고, 사용하기에 편리하며, 이미지 안정화를 모든 방향들로 제공할 수 있는 구강내 카메라에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 목적은 이미지 안정화를 적어도 2개의 직교 방향들로 제공할 수 있는 구강내 카메라를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이미지 안정화를 적어도 2개의 직교 방향들로 제공하기 위해 다중 전극 설계를 사용하는 액체 렌즈를 포함하는 구강내 카메라를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 이미지 안정화를 적어도 2개의 직교 방향들로 제공하기 위해 다중 전극 설계를 사용하는 하나의 액체 렌즈만으로 구성되는 구강내 카메라를 제공하는 것이다.
이 목적들은 예시적 예로서만 주어지고, 그러한 목적들은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 대표적일 수 있다. 개시된 발명에 의해 본질적으로 달성되는 다른 바람직한 목적들 및 장점들은 당해 기술에서 통상의 기술자들에게 떠오르거나 명백할 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 구강내 카메라가 제공되며, 구강내 카메라는 이미징 센서 및 광학 경로를 따라 광을 이미징 센서로 지향시키는 하나 이상의 광 지향 요소들을 포함하는 이미징 시스템; 및 광 방향을 광학 경로를 따라 조정하여 카메라 이동을 보상하는 이미지 안정화 장치로서, (i) 카메라 이동을 나타내는 모션 신호를 제공하는 모션 센서; (ii) 광학 경로를 따라 배치되고 제 1 및 제 2 불혼합 액체들 사이에 계면을 포함하며, 제 1 축에 대한 굴절을 제 1 전극 쌍에서의 제 1 조정 신호에 대응하여 변경하고 제 2 축에 대한 굴절을 제 2 전극 쌍에서의 제 2 조정 신호에 대응하여 변경하도록 작동가능한 조정가능 액체 렌즈로서, 제 1 및 제 2 축들은 서로에 대해 직교하고 광학 경로에 대해 모두 직교하는 조정가능 액체 렌즈; 및 (iii) 저장된 명령어들에 응답하여 모션 센서로부터 모션 신호를 획득하고 복수의 렌즈 드라이버 요소들과 통신하여 제 1 및 제 2 조정 신호들을 조정가능 액체 렌즈에 제공하는 마이크로프로세서를 포함하는 이미지 안정화 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 구강내 카메라가 제공되며, 구강내 카메라는 이미징 센서 및 광학 경로를 따라 광을 이미징 센서로 지향시키는 하나 이상의 광 지향 요소들을 포함하는 이미징 시스템; 및 광 방향을 광학 경로를 따라 조정하고, 모션 센서, 모션 센서와 통신하는 마이크로프로세서, 2개의 전극 쌍들을 갖는 액체 렌즈, 및 상기 마이크로프로세서와 통신하여 조정 신호들을 전극들에 적용하여서 액체 렌즈를 구동하는 4개의 액체 렌즈 드라이버들을 포함하는 이미지 안정화 시스템을 포함하며, 액체 렌즈는 제 1 광학 지수를 갖는 제 1 액체 및 제 1 액체와 혼합되지 않고 제 2 광학 지수를 갖는 제 2 액체로 충전되는 용기를 포함하고, 제 2 액체는 계면을 따라 제 1 액체와 접촉하고, 제 1 및 제 2 액체들은 실질적으로 동일한 밀도를 갖고, 제 1 및 제 2 광학 지수들 각각은 서로 다르고, 전극 쌍들에서의 전압은 광학 축의 경사를 광학 축에 직교하는 제 1 방향으로, 제 1 방향 및 광학 축에 직교하는 제 2 방향으로, 및 제 1 및 제 2 방향들의 결합으로 조정하여 이미징 센서 상에 형성되는 이미지를 안정화시킨다.
본 발명의 장점들은 본 발명의 카메라가 그의 폭이 작고, 그의 길이 대 폭 비율이 크고, 사용에 편리하며, 환자의 입 내의 이미지 캡처링 동안 이미지 흐림을 감소시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 상술한 그리고 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 첨부 도면들에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들의 이하의 더 특정 설명으로부터 명백할 것이다. 도면들의 요소들은 반드시 서로에 대해 축척에 따라 도시되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 구강내 카메라의 사시도,
도 2a는 2개의 전극들을 갖는 액체 렌즈를 갖는 액체 렌즈를 사용하는 비교 자동 초점 시스템을 도시한 도면,
도 2b는 본 발명에 따른 이미지 안정화 시스템을 도시한 도면,
도 3a는 전압이 제로일 때 2개의 전극들을 갖는 액체 렌즈를 도시한 도면,
도 3b는 전압이 제로가 아닐 때 사용되는 2개의 전극 액체 렌즈를 도시한 도면,
도 3c는 2개의 전극 액체 렌즈의 작동 원리를 도시한 도면,
도 4a는 본 발명에 사용되는 4개의 전극들을 갖는 액체 렌즈의 정면도,
도 4b는 액체 렌즈의 광학 축이 이미징 시스템의 광학 축의 방향에 있을 때 4개의 전극 액체 렌즈의 측면도를 x-z 평면에 도시한 도면,
도 4c는 액체 렌즈의 광학 축이 x-z 평면에 경사질 때 4개의 전극 액체 렌즈의 측면도,
도 4d는 액체 렌즈의 광학 축이 이미징 시스템의 광학 축의 방향에 있을 때 4개의 전극 액체 렌즈의 측면도를 y-z 평면에 도시한 도면,
도 4e는 액체 렌즈의 광학 축이 y-z 평면에 경사질 때 4개의 전극 액체 렌즈의 측면도.
이하의 것은 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이며, 동일한 참조 번호들이 수개의 도면들 각각에서 구조의 동일한 요소들을 식별하는 도면들이 참조된다.
도 1은 일 실시예에 따른 본 발명의 구강내 카메라(10)를 도시한다. 구강내 카메라(10)는 조명 시스템(11)(도시되지 않음), 이미징 시스템(12), 이미지 안정화 장치(14), 및 이미징 센서(16)를 포함한다. 구강내 카메라(10)는 폭(W) 및 길이(L)를 가지며, 폭 및 길이는 축 방향(22) 각각에 수직이고 평행하다. 이미지 안정화 시스템(14)은 다수의 전극들을 갖는 액체 렌즈(36), 액체 렌즈 드라이버들(38), 마이크로프로세서(34), 및 모션 센서(32)를 포함한다.
구강내 카메라(10)는 환자의 입 내에 있는 타겟(1)을 이미지화하고, 이것을 편의상 및 정확히 수행하도록 의도된다. 타겟(1)은 예를 들어 치아일 수 있다.
이미징 시스템(12)은 광을 광학 경로(O)를 따라 지향시키고 큰 피사계 심도(DOF)를 제공하는 광 지향 요소로서 렌즈 또는 렌즈 그룹을 포함한다. 그러한 렌즈 시스템의 설계는 광학 설계 기술에 숙련된 사람들에게 친숙하다. 일 실시예에서, 이미징 시스템(12)은 3개의 렌즈 그룹들을 광 지향 요소들로서 포함한다. 일 실시예에서, 이미징 시스템(12) 내의 각 렌즈는 광학 경로(O)를 따라 고정 위치에 위치된다. 동작 중에, 이미징 시스템(12)은 타겟(1)을 고정 이미징 평면에 위치되는 이미징 센서(16)에 이미지화한다.
구강내 사용을 위해, 구강내 카메라(10)의 폭(W)은 바람직하게는 대략 35 mm 이하이고, 더 바람직하게는 대략 30 mm 이하이고, 가장 바람직하게는 대략 25 mm 이하이다. L/W로 정의되는 폭 비율의 길이는 3과 12 사이이고, 더 바람직하게는 5와 8 사이이다. 게다가, 구강내 카메라(10)의 작동 거리는 대략 1과 300 mm 사이이다. 큰 길이 대 폭 비율, 좁은 폭, 및 특정 작동 거리에 대한 이 요건들은 카메라를 편리하게 환자의 입 내에 끼워맞추기 위해 요구된다. 본 발명의 실시예들에서, 이 요건들은 4개 이상의 전극들을 갖는 조정가능 액체 렌즈를 사용함으로써 충족된다. 사용되는 액체 렌즈는 광학 경로를 따라 배치되고 수신된 조정 신호들에 대응하여 2개의 직교 축들 각각에 대한 굴절을 변경하도록 작동가능한 조정가능 렌즈 요소를 제공한다. 이 타입의 조정가능 렌즈의 사용은 종래의 구강내 카메라들로부터 및 다른 사용들에 의도되는 많은 다른 타입들의 종래의 카메라들로부터 본 발명의 구강내 카메라(10)를 구별한다.
도 2a는 2개의 전극들을 갖는 액체 렌즈(36a)를 사용하는 비교 자동 초점 시스템(50)을 도시한다. 자동 초점 시스템(50)은 이미징 센서(16a), 마이크로프로세서(34a), 액체 렌즈 드라이버(38a) 및 액체 렌즈(36a)를 포함한다. 이 시스템에서, 이미징 센서(16a)는 이미지 신호를 마이크로프로세서(34a)에 송신하며, 이는 그 다음에 이미지 신호를 분석하고, 전압 신호를 생성하며, 전압 신호를 액체 렌즈 드라이버(38a)에 송신한다. 그 다음, 액체 렌즈 드라이버(38a)는 적절한 레벨의 전압을 액체 렌즈(36a) 상에 적용한다.
도 2b는 모션 센서(32), 마이크로프로세서(34), 액체 렌즈(36), 및 액체 렌즈 드라이버들(38)을 포함하는 이미지 안정화 시스템(14)을 도시한다. 액체 렌즈(36)는 이미징 시스템(12)과 이미징 센서(16) 사이에 위치된다. 배리옵틱(프랑스 리옹)으로부터 입수가능한 액체 렌즈와 같은 액체 렌즈(36)는 일렉트로 웨팅(electro-wetting) 타입이다.
모션 센서(32)는 일 예에서 자이로스코프이다. 자이로스코프는 각 운동량 보존 법칙에 기초하여 배향을 측정 또는 유지한다. 모션 센서(32)는 액슬(axle)이 임의의 각도 배향을 취할 수 있는 스피닝 휠(spinning wheel) 또는 디스크를 사용할 수 있다. 각 운동량 보존으로 인해, 이 각도 배향은 그것이 자이로스코프의 높은 스핀 레이트와 연관되는 큰 각 운동량을 사용하지 않는 것보다 주어진 외부 토크에 대응하여 훨씬 적게 변경된다. 자이로스코프는 외부 토크를 최소화하기 위해 짐벌들에 장착된다. 따라서, 자이로스코프의 배향은 그것이 장착되는 플랫폼의 임의의 모션에 관계없이 거의 고정 유지된다. 그러므로, 자이로스코프는 구강내 카메라(10)의 이동을 검출하고 이동 정보를 마이크로프로세서(34)에 송신하기 위해 모셜 검출기로서의 사용에 유리하다.
선택적으로, 이미징 센서(16)는 이미지 선명도와 같은 이미지 품질 특성들이 또한 구강내 카메라(10)의 진동을 반영하기 때문에 이동 정보를 마이크로프로세서(34)에 제공할 수도 있다. 일반적으로, 그러나, 이미징 센서(16)로부터의 이동 정보는 단독으로 이미지 안정화에 적당하지 않을 수 있다. 그러나, 모션 센서(32)에 의해 제공되는 이동 정보와 결합될 때, 이미징 센서(16)로부터의 이동 정보는 유용할 수도 있다.
모션 센서(32)는 카메라 이동을 나타내는 모션 신호를 제공한다. 마이크로프로세서(34)는 저장된 명령어들에 응답하여 모션 센서로부터 모션 신호를 획득하고 복수의 렌즈 드라이버 요소들과 통신하여 제 1 및 제 2 조정 신호들을 조정가능 액체 렌즈 요소에 제공한다. 마이크로프로세서(34)는 이 모션 신호로부터 이동 정보를 분석하고, 그것을 복수의 전압들 중 4개 이상에 대응하는 전압 신호로 변환하며, 이 전압들을 각각의 액체 렌즈 드라이버 요소들(38)을 통해 액체 렌즈(36)에 가장 잘 적용하는 곳을 결정한다. 특수한 경우들에서, 적용된 전압들 중 2개 이상은 동일할 수 있다. 마이크로프로세서(34)는 또한 전압 신호를 액체 렌즈 드라이버 요소들(38)에 송신한다. 일 예에서, 마이크로프로세서(34)는 전압 신호를 4개의 액체 렌즈 드라이버들(액체 렌즈 드라이버 1 - 액체 렌즈 드라이버 4)에 송신하며, 이는 그 다음에 4개의 조정 신호들, 즉 전압들(V1, V2, V3, 및 V4)을 액체 렌즈(36)에 적용한다. 액체 렌즈 드라이버들은 전압들을 조정 신호들로서 액체 렌즈(36)에 적용할 때, 액체 렌즈(36) 내의 제 1 및 제 2 액체들 사이의 액체 계면의 형상은 변경된다. 액체 렌즈(36)에서 액체 계면의 형상의 이러한 변경은 또한 구강내 카메라(10)가 이동되거나 진동될 때 타겟(1)이 좋은 초점을 갖는 이미징 센서(16) 상에 이미지화되도록 이미징 시스템(12) 내의 다른 렌즈들의 이동을 보상하는데 도움을 준다.
대안적으로, 4개의 액체 렌즈 드라이버들은 4개의 독립 전압들을 조정 신호들로서 제공할 수 있는 단일 특수 액체 렌즈 드라이버로 대체될 수 있다.
본 발명의 구강내 카메라의 하나의 특징은 액체 렌즈(36)가 다중 전극 설계를 사용한다는 것이므로, 액체 렌즈(36)가 4개 이상의 전극들을 갖고 따라서 이미지를 2개의 직교 축들을 따라 수신된 조정 신호들에 대응하여 안정화시키기 위해 작동가능한 것을 의미한다. 비교로서, 종래의 액체 렌즈는 2개의 전극들을 사용하고, 기껏해야 이미지를 단지 단일 축을 따라 수신된 조정 신호에 대응하여 안정화시키기 위해 작동가능하다.
본 발명의 실시예들이 종래의 액체 렌즈들을 사용하는 카메라 실시예들을 통해 어떻게 유리하게 되는지를 더 잘 이해하기 위해, 액체 렌즈가 어떻게 동작하는지를 검토하고 2개의 전극들, 즉 단일 전극 쌍을 사용하는 액체 렌즈들, 및 4개의 전극들, 즉 2개의 전극 쌍들을 사용하는 렌즈들 사이의 차이를 이해하면 유용하다. WO 2010/057336(Liu)의 도 1 및 도 2에 대응하는 도 3a - 도 3c를 참조하면, 2개의 전극들을 갖는 종래의 액체 렌즈(36a)는 또한 일반적으로 동일한 밀도의 두 종류의 액체들을 포함한다. 액체들은 원추형 용기 내의 2개의 투명 윈도우들(107) 사이에 삽입된다. 일 실시예에서, 한 액체는 전도성 물(103)인 한편, 다른 액체는 광학 축(105)에 안정성의 척도를 제공하는 오일(101)이다. 액체 렌즈(36a)는 오일(101)로부터 분리되지만 물(103)과 전기적으로 접촉하는 전극들(109 및 113)을 더 포함하고; 가변 전압은 조정 신호로서 전극들에 선택적으로 적용될 수 있다. 절연체(111)는 전극들(109 및 113) 사이에서 그들을 분리하기 위해 증착된다. 오일(101)과 물(103) 사이의 계면(115)은 원추형 구조를 가로질러 적용되는 전압에 따라 그의 형상을 변경할 것이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제로 볼트가 적용될 때, 계면(115)은 약간 만곡되고 오일(101)의 표면은 오목해진다. 전압이 대략 40 볼트로 증가될 때, 오일(101)의 표면은 도 3b에 도시된 바와 같이, 매우 볼록해진다. 이러한 방법으로, 액체 렌즈(36a)는 전극들 상에 적용되는 전압의 변경에 의해 원하는 굴절력을 획득할 수 있다.
도 3c는 2개의 전극들을 갖는 액체 렌즈(36a)의 작동 원리를 도시한다. 액체 렌즈(36a)는 후술되는 일렉트로 웨팅 현상에 기초하여 작동된다: 한 방울의 물(103)은 얇은 절연 층에 의해 커버되는 금속으로 이루어진 기판 상에 증착된다. 기판에 적용되는 전압은 액적의 접촉 각도를 수정하도록 정전기 압력을 생성하여 액체가 그의 형상을 변경하게 한다. 2개의 등밀도 액체들은 액체 렌즈에 이용된다: 하나는 오일(101)과 같은 절연체인 한편 다른 것은 물(103)과 같은 전도체이다. 전압의 변화는 액체-액체 계면(115)의 곡률의 변경을 초래하며, 이는 차례로 렌즈의 광파워 또는 굴절의 변경을 초래한다.
4개의 전극들(2개의 전극 쌍들)을 갖는 액체 렌즈(36)와 2개의 전극들을 갖는 종래의 액체 렌즈(36a) 사이의 일부 유사성들에도 불구하고, 그들의 동작 및 능력들은 상당히 다르다. 첫째로, 2개의 전극들을 갖는 액체 렌즈(36a)의 광학 축은, 도 3a - 도 3c에 도시된 바와 같이, 전극들이 2개의 액체들의 전체 계면에 대해 대칭적으로 배열되기 때문에 그의 정규 방향으로부터 떨어져서 경사질 수 없다. 따라서, 2개의 단일 전극 액체 렌즈는 이미지 안정화를 제공하기 위해 사용될 수 없다.
액체 렌즈(36a) 내의 2개의 전극들 중 하나가 2개의 부분들로 분리되고 조정 신호를 제공하는 전압 신호가 2개의 액체들의 계면의 2개의 점들 상에 적용될 때(Jannard에 의한 미국 공개 제2009/0141352호 참조), 액체 렌즈(36a)의 광학 축은 단일 축에 대해 단지 변경될 수 있다. 따라서, 이러한 방법으로 수정되는 액체 렌즈는 카메라의 진동 또는 다른 이동을 일방향으로만 보상할 수 있다. 진동을 2개의 직교 방향들로 보상하기 위해, 2개의 전극들을 각각 갖는 2개의 분리 액체 렌즈들은 '1352 Jannard 출원에 설명되는 바와 같이, 사용되어야 한다. 대조적으로, 4개의 분리 전극들을 갖는 하나의 액체 렌즈(36)는, 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명되는 바와 같이, 이미징 시스템의 광학 축에 직교하는 2개의 직교 방향으로 이미지 안정화를 제공하는데 충분하다.
종래의 액체 렌즈들과 2개의 전극 쌍들을 갖는 액체 렌즈의 능력들과 사용 사이의 두번째 차이는 드라이버 구성요소들에 관한 것이다. 4개의 전극 액체 렌즈(36)를 구동하는 액체 렌즈 드라이버(38)는 액체 렌즈 드라이버들(38)이 액체 렌즈(36)의 광학 축의 2차원 경사에 대응하는 4개의 상이한 전압들을 제공해야 하는 반면, 액체 렌즈 드라이버(38a)는 액체 렌즈를 가로질러 단일 전압만 단지 제공하기 때문에 2개의 전극 액체 렌즈(36a)를 구동하는 액체 렌즈 드라이버들(38a)과 다르다.
또 다른 차이로서, 전압 신호들을 4개의 전극 액체 렌즈(36)를 구동하는 액체 렌즈 드라이버들(38)에 송신하는 마이크로프로세서(34) 로직은 전압 신호들을 2개의 전극 액체 렌즈(36a)를 구동하는 액체 렌즈 드라이버(38a)에 송신하는 마이크로프로세서(34a) 로직과 상이하다. 이것은 4개의 전극 경우에 대해, 마이크로프로세서(34)가 액체 렌즈(36)의 광학 축의 2차원 경사에 대응하는 4개의 상이한 전압 신호들을 생성해야 하기 때문이다. 따라서, 마이크로프로세서(34)는 마이크로프로세서(34a)의 것과 다른 알고리즘을 사용한다.
도 4a는 4개의 각각의 전압들(V1, V2, V3, 및 V4)이 전압 신호들로서 적용되는 4개의 전극들을 갖는 액체 렌즈(36)의 정면도를 도시한다. 하나의 전극 쌍에 대해, 전압들(V1 및 V3)은 액체 계면의 형상을 x 방향으로 제어하기 위해 사용되는 한편, 다른 전극 쌍에서의 전압들(V2 및 V4)은 형상을 y 방향으로 제어한다.
도 4b 및 도 4c는 각각 V1 및 V3가 동일하고 V1 및 V3가 동일하지 않을 때 액체 렌즈(36)의 측면도들을 x-z 평면에 도시한다. 액체 렌즈(36)는 2개의 기판들(42a, 42b) 및 2개의 액체들 - 액체(A) 및 액체(B)를 포함한다. 이미징 시스템(12)의 광학 축(40)은 z 방향과 평행하며, z 방향은 x-y 평면에 직교한다.
일반적으로, 액체(A) 및 액체(B)는 혼합되지 않고 상이한 광학 지수들을 갖는다. 이 액체들은 실질적으로 동일한 밀도, 즉 바람직하게는 서로 +/- 12% 내의 밀도들을 갖는다. 하나는 일반적으로 예를 들어 제 1 굴절률을 갖는 오일 또는 유성 물질을 포함하는 절연 액체이고, 다른 것은 전형적으로 예를 들어 제 2 굴절률을 갖는 수용액을 포함하는 전도 액체이다. 이 액체들은 원추형 용기 내의 2개의 투명 기판들(42a, 42b) 사이에 삽입된다. 일 실시예에서, 예를 들어 액체(A)는 전도성인 물(103)인 한편, 인케이싱(encasing) 액체(B), 즉 오일(101)은 리드(lid)의 역할을 한다. 이것은 고정량의 물이 포함되는 것을 허용하고, 액체 렌즈(36)의 광학 축(40)에 안정성의 척도를 제공한다. 액체들 사이의 계면의 상대 형상은 렌즈의 굴절 성질들을 결정한다. 2개의 액체들의 상대 굴절률들은 조정가능 굴절을 제공하기 위해 일부 양만큼 서로 달라야 한다.
도 4b에 도시된 바와 같이 조정 신호들이 V1 = V3일 때, 액체 렌즈(36)는 x-z 평면의 표준 렌즈의 역할을 하며, x-z 평면의 광학 축(40a)은 이미징 시스템(12)의 광학 축(40)을 따른다. 이 경우에, 액체 렌즈(36)는 초점 조정 기능을 x-z 평면에 단지 제공한다.
도 4c는 조정 신호들(V1 및 V3)이 동일하지 않을 때 액체 렌즈(36)의 광학 축(40b)이 이미징 시스템(12)의 광학 축(40)에서 떨어져서 x-z 평면에 경사지는 것을 도시한다. x-z 평면의 이러한 경사는 또한 광학 축(40b)의 경사가 구강내 카메라(10)의 진동 또는 다른 이동을 x 방향으로 보상할 수 있기 때문에 x 방향의 경사로 지칭된다.
마찬가지로, 도 4d는 조정 신호들(V2 및 V4)이 동일할 때 액체 렌즈(36)의 측면도를 y-z 평면에 도시한다. 액체 렌즈(36)는 광학 축(40c)이 이미징 시스템(12)의 광학 축(40)을 따른 표준 렌즈의 역할을 한다. 이 경우에, 액체 렌즈(36)는 초점 조정 기능을 y-z 평면에 단지 제공한다.
도 4c와 유사하게, 도 4e는 조정 신호들(V2 및 V4)이 동일하지 않을 때 액체 렌즈(36)의 광학 축(40d)이 이미징 시스템(12)의 광학 축(40)에서 떨어져서 y-z 평면에 경사지는 것을 도시한다. y-z 평면의 이러한 경사는 또한 광학 축(40d)의 경사가 구강내 카메라(10)의 진동 또는 다른 이동을 y 방향으로 보상할 수 있기 때문에 y 방향의 경사로 지칭된다.
요약하면, 본 발명에 사용되는 액체 렌즈(36)는 4개의 상이한 전압들이 렌즈의 특정 영역들에 적용될 수 있는 4개의 전극들을 갖기 때문에, 액체 렌즈 내의 2개의 액체들의 계면의 형상은 제 1 방향(x-z 평면에서), 또는 제 2 방향(y-z 평면에서), 또는 동시에 양방향들로 선택적으로 경사질 수 있다. 그 결과, 액체 렌즈(36)의 광학 축은 독립적으로 x-z 및 y-z 평면들에 선택적으로 경사질 수 있다. 이것은 본래 카메라의 진동 또는 다른 이동을 임의의 방향으로 결합된 경사들을 통해 x-z 및 y-z 평면들에서 보상하기 위해 그의 광학 축을 경사지게 하는 능력을 액체 렌즈(36)에 제공한다. 따라서, 액체 렌즈(36)는 임의의 구성요소의 기계적 이동에 의존하는 것 없이 광학 이미지 안정화를 제공할 수 있다.
조명 시스템(11)은 이미징 센서(16)에서 개선된 이미징을 위한 타겟(1)을 조명하기 위해 광원으로부터 광을 지향시키도록 구성된다. 광원은 하나 이상의 발광 다이오드들(LED들) 또는 임의의 다른 공지된 광원일 수 있다. 조명 시스템(11)은 구강내 카메라(10) 패키지에 통합될 수 있거나 분리 장치로부터 제공될 수 있다. 조명을 타겟(1)을 향해 외부 광원으로부터 지향시키는 광섬유 또는 다른 광 가이드가 제공될 수 있었다.
이미징 센서(16)는 타겟(1)의 이미지를 고정 위치에서 기록한다. 이미징 센서(16)는 상보적 금속-산화물-반도체(CMOS) 소자, 전하 결합 소자(CCD), 또는 임의의 다른 공지된 센서 어레이 타입일 수 있다.
구강내 타켓을 이미지화하는 본 발명의 구강내 카메라(10)가 설계될지라도, 이 장치는 다른 적절한 응용들에 사용될 수 있으며, 특히 카메라 폭 요건은 내시경 응용들에 대한 것과 같이, 상당히 제한된다.
본 발명은 현재 바람직한 실시예를 특히 참조하여 상세히 설명되었지만, 변화들 및 수정들은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 달성될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 그러므로, 현재 개시된 실시예들은 모든 점들에서 예시적이고 제한되지 않는 것으로 간주된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 표시되고, 그의 등가물들의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경들은 그 안에 포함되도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 구강내 카메라에 있어서,
    이미징 센서, 및 광학 경로를 따라 광을 상기 이미징 센서로 지향시키는 하나 이상의 광 지향 요소를 포함하는 이미징 시스템과,
    광 방향을 상기 광학 경로를 따라 조정하여 카메라 이동을 보상하는 이미지 안정화 장치를 포함하며, 상기 이미지 안정화 장치는,
    (a) 카메라 이동을 나타내는 모션 신호를 제공하는 모션 센서와,
    (b) 상기 광학 경로를 따라 배치되고 제 1 불혼합 액체와 제 2 불혼합 액체 사이에 계면을 포함하며, 제 1 축에 대한 굴절을 제 1 전극 쌍에서의 제 1 조정 신호에 대응하여 변경하고 제 2 축에 대한 굴절을 제 2 전극 쌍에서의 제 2 조정 신호에 대응하여 변경하도록 작동가능한 조정가능 액체 렌즈로서, 상기 제 1 및 제 2 축은 서로에 대해 직교하고 또한 상기 광학 경로에 대해 모두 직교하는, 상기 조정가능 액체 렌즈와,
    (c) 저장된 명령어에 응답하여 상기 모션 센서로부터 상기 모션 신호를 획득하고 복수의 렌즈 드라이버 요소와 통신하여 상기 제 1 및 제 2 조정 신호를 상기 조정가능 액체 렌즈에 제공하는 마이크로프로세서를 포함하는
    구강내 카메라.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모션 센서는 자이로스코프인
    구강내 카메라.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 4개보다 많은 전극을 포함하는
    구강내 카메라.
  4. 제 1 항에 있어서,
    1 내지 300 mm 사이의 작동 거리를 갖는
    구강내 카메라.
  5. 제 1 항에 있어서,
    폭 및 길이를 갖고, 상기 길이 대 폭 비율은 5와 8 사이인
    구강내 카메라.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 상기 이미징 시스템과 상기 센서 사이의 상기 광학 경로를 따라 고정 위치에 배치되는
    구강내 카메라.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 시스템의 각 렌즈는 상기 광학 경로를 따라 고정 위치에 위치되는
    구강내 카메라.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미징 센서는 상기 광학 경로를 따라 고정 위치에 위치되는
    구강내 카메라.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 모션 센서에 의해 검출되는 이동 정보 및 상기 이미징 센서에 의해 검출되는 이동 정보 모두를 분석하는
    구강내 카메라.
  10. 구강내 카메라에 있어서,
    이미징 센서, 및 광학 경로를 따라 광을 상기 이미징 센서로 지향시키는 하나 이상의 광 지향 요소를 포함하는 이미징 시스템과,
    광 방향을 상기 광학 경로를 따라 조정하고, 모션 센서, 상기 모션 센서와 통신하는 마이크로프로세서, 2개의 전극 쌍을 갖는 액체 렌즈, 및 상기 마이크로프로세서와 통신하여 조정 신호를 상기 전극에 적용하여서 상기 액체 렌즈를 구동하는 4개의 액체 렌즈 드라이버를 포함하는 이미지 안정화 시스템을 포함하며,
    상기 액체 렌즈는 제 1 광학 지수를 갖는 제 1 액체 및 상기 제 1 액체와 혼합되지 않고 제 2 광학 지수를 갖는 제 2 액체를 포함하는 용기를 포함하고, 상기 제 2 액체는 계면을 따라 상기 제 1 액체와 접촉하고, 상기 제 1 및 제 2 액체는 실질적으로 동일한 밀도를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 광학 지수 각각은 서로 다르고, 상기 전극 쌍에서의 전압은 광학 축의 경사를 상기 광학 축에 직교하는 제 1 방향으로, 상기 제 1 방향 및 상기 광학 축에 직교하는 제 2 방향으로, 그리고 상기 제 1 및 제 2 방향의 결합 방향으로 조정하여 상기 이미징 센서 상에 형성되는 이미지를 안정화시키는
    구강내 카메라.
  11. 구강내 카메라에 있어서,
    타겟의 이미지를 이미징 센서 상에 형성하는 이미징 시스템과,
    모션 센서, 상기 모션 센서와 통신하는 마이크로프로세서, 4개의 전극을 갖는 액체 렌즈, 및 상기 마이크로프로세서와 통신하여 조정 신호를 상기 4개의 전극에 적용하여서 상기 액체 렌즈를 구동하는 액체 렌즈 드라이버를 포함하는 이미지 안정화 시스템을 포함하며,
    상기 액체 렌즈는 제 1 광학 지수를 갖는 제 1 액체 및 상기 제 1 액체와 혼합되지 않고 제 2 광학 지수를 갖는 제 2 액체를 포함하는 용기를 포함하고, 상기 제 2 액체는 계면을 따라 상기 제 1 액체와 접촉하고, 상기 제 1 및 제 2 액체는 실질적으로 동일한 밀도를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 광학 지수 각각은 서로 다르고,
    상기 모션 센서는 상기 카메라의 이동을 검출하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 모션 센서에 의해 검출된 이동 정보를 분석하고, 상기 이동 정보를 조정 신호로 변환하며 상기 조정 신호를 상기 액체 렌즈 드라이버에 송신하고, 상기 액체 렌즈 드라이버는 복수의 조정 신호를 상기 액체 렌즈의 상기 4개의 전극에 적용하여 상기 제 1 액체와 제 2 액체 사이의 계면의 형상을 변경하고 상기 액체 렌즈의 광학 축을 상기 광학 축에 직교하는 제 1 방향으로, 상기 제 1 방향 및 상기 광학 축에 직교하는 제 2 방향으로, 또는 상기 제 1 및 제 2 방향으로부터 형성되는 임의의 결합된 방향으로 선택적으로 경사지게 해서 상기 이미징 센서 상에 형성되는 이미지를 안정화시키는
    구강내 카메라.
  12. 타겟의 구강내 이미지를 획득하는 방법에 있어서,
    광을 상기 타겟으로부터 광학 경로를 따라 이미지 센서를 향해 지향시키는 단계와,
    상기 타겟에 대한 이미지 센서의 이동을 감지하는 단계와,
    액체 렌즈 내의 2개의 액체의 계면의 형상을 제 1 및 제 2 축 중 어느 하나 또는 모두를 따라 변경함으로써 감지된 이동에 따라 상기 광학 경로를 조정하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 축은 상호 직교하고 상기 광학 경로에 대해 모두 직교하는, 상기 광학 경로를 조정하는 단계와,
    상기 조정된 광학 경로를 따라 수신되는 광에 따라 상기 타겟의 이미지 데이터를 캡처하는 단계를 포함하는
    타켓의 구강내 이미지 획득 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 이동을 감지하는 단계는 자이로스코프로부터 신호를 수신하는 단계를 포함하는
    타켓의 구강내 이미지 획득 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈 내의 상기 계면의 형상을 변경하는 단계는 가변 전압 신호를 하나 이상의 액체 렌즈 드라이버로부터 상기 렌즈에 적용하는 단계를 포함하는
    타켓의 구강내 이미지 획득 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 제 1 액체, 및 상기 제 1 액체와 접촉하는 제 2 액체를 포함하는 용기를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 액체는 혼합되지 않고, 상이한 광학 지수를 가지며, 실질적으로 동일한 밀도를 갖는
    타켓의 구강내 이미지 획득 방법.
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