KR20170089197A - 광 이미징 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연성 이미지 센서 및 상기 연성 이미지 센서를 2차원 평면상에서 팽창 또는 수축시키는 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 이미징 장치를 구현하여 왜곡 수차를 최소화하고 시야각과 배율 조절이 가능하다.

Description

광 이미징 장치 {OPTICAL IMAGING DEVICE}
본 발명은 광 이미징 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연성 이미지 센서를 구비한 광 이미징 장치에 관한 것이다.
이미지를 디지털 정보로 저장할 수 있는 카메라가 지속적으로 개발되고 있다. 이러한 카메라의 촬상 시스템은 광 세기 정보를 저장할 수 있는 이미지 센서를 포함한다. 상기 이미지 센서의 예로서, CCD나 CMOS 소자로 구성되는 이미지 센서가 있다. 한편 이미지 센서는 복수의 광 센서 어레이로 구성될 수도 있다. 이러한 이미지 센서를 구비하는 카메라는 더 넓은 시야각, 고배율 줌 기능, 고해상도의 영상을 얻을 수 있도록 연구가 진행되고 있으며, 이를 위해서는 더 정밀하게 수차를 제거하는 기술이 요구된다.
수차는 대부분 이미지 센서의 중심보다 가장자리에서 더 증가하며, 이는 영상을 왜곡시키는 원인이 된다. 물체의 이미지는 렌즈를 통해 이미지 센서에 맺히게 되는데 이때 렌즈의 광축에 평행하게 입사되는 빛은 이미지 센서 면에 정확하게 초점이 맺힌다. 그러나 렌즈의 광축과 각을 이루는, 즉 비축으로 입사되는 빛은 수차로 인하여 이미지 센서 위에 정확하게 초점이 맺히지 않고 이미지 센서의 앞이나 뒤에 초점이 맺힌다. 따라서 이미지 센서의 중앙부에서는 선명한 이미지를 얻을 수 있으나 가장자리 부분은 수차로 인하여 이미지가 흐려지고 일그러지게 된다.
한편, 렌즈로 입사되는 빛의 입사각의 크기에 따라 이미지의 배율이 달라져 이미지의 횡 배율이 광축으로부터의 거리에 따라 변화하는 현상을 왜곡 수차라고 한다. 철망과 같은 물체를 이미지 센서 면과 나란하게 촬영할 때 왜곡 수차가 뚜렷하게 나타나며, 이미지의 가장자리로 갈수록 왜곡이 심해져서 영상의 일그러짐이 나타난다. 이러한 왜곡 수차는 이미지의 선명도와는 관계가 없으나 측량이나 천체 관측에는 문제가 있으므로 보정할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예는, 왜곡 수차를 최소화하고 시야각과 배율을 조절할 수 있는 광 이미징 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예로서, 연성 이미지 센서 및 상기 연성 이미지 센서를 2차원 평면상에서 팽창 또는 수축시키는 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 이미징 장치가 제공될 수 있다.
일 실시예로서 상기 광 이미징 장치는, 상기 연성 이미지 센서와 마주보는 렌즈를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 엑추에이터는 상기 렌즈의 광축에 수직한 평면 상에서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 팽창 또는 수축시킬 수 있다.
일 실시예로서 상기 광 이미징 장치는, 상기 엑추에이터를 제어하여 상기 연성 이미지 센서가 변형되는 정도를 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로서 상기 컨트롤러는, 상기 연성 이미지 센서가 초기에 획득한 이미지의 왜곡 수차 최소화, 초기에 획득한 이미지의 확대, 초기에 획득한 이미지의 축소 및 초기에 획득한 이미지의 시야각 조절 중 적어도 하나가 달성되도록 상기 엑추에이터를 제어할 수 있다.
일 실시예로서 상기 엑추에이터는 전기 활성 폴리머를 포함할 수 있고, 상기 컨트롤러는 상기 엑추에이터에 인가되는 전압을 제어하여 상기 엑추에이터를 제어할 수 있다.
일 실시예로서 상기 엑추에이터는 적어도 상기 연성 이미지 센서의 테두리에 결합될 수 있다.
일 실시예로서 상기 광 이미징 장치는 상기 엑추에이터의 끝을 고정하는 지지대를 더 포함할 수 있고, 상기 엑추에이터는 상기 지지대에서 상기 연성 이미지 센서의 테두리까지의 길이가 늘어나면서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 축소시킬 수 있다.
일 실시예로서 상기 엑추에이터는, 상기 연성 이미지 센서가 결합되고 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변부 및 상기 가변부에 적어도 부분적으로 구비된 복수의 전극을 포함하고, 상기 복수의 전극은 상기 연성 이미지 센서와 중첩되지 않을 수 있다.
일 실시예로서 상기 광 이미징 장치는 상기 엑추에이터의 끝을 움직임이 가능하게 고정하는 지지대를 더 포함하고, 상기 엑추에이터는 상기 지지대에서 상기 연성 이미지 센서의 테두리까지의 길이가 줄어들면서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 팽창시킬 수 있다.
일 실시예로서 상기 지지대는 상기 엑추에이터가 움직임이 가능하게 관통하는 관통공이 형성되고, 상기 엑추에이터는 상기 관통공을 지나 더 연장되면서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 팽창시킬 수 있다.
일 실시예로서 상기 엑추에이터는, 상기 연성 이미지 센서가 결합되고 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변부 및 상기 가변부에 적어도 부분적으로 구비된 복수의 전극을 포함하고, 상기 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 연성 이미지 센서와 중첩될 수 있다.
일 실시예로서 상기 연성 이미지 센서는 복수의 픽셀 전극을 포함하고, 상기 복수의 픽셀 전극은 상기 엑추에이터에 부분적으로 실장될 수 있다.
일 실시예로서 상기 엑추에이터는, 상기 복수의 픽셀 전극이 실장되는 가변부를 포함하고, 상기 가변부는 전기 활성 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 왜곡 수차가 보정되므로 고해상도의 이미지를 얻을 수 있다. 또한 연성 이미지 센서의 2차원 형상을 변경하여 왜곡 수차를 최소화하므로 수차 보정을 위한 렌즈의 수를 줄이거나 생략할 수 있어 소형의 광 이미징 장치의 구현이 가능하다. 그리고 렌즈를 이동하지 않고서도 연성 이미지 센서의 2차원 형상을 변형하여 확대나 축소 등의 줌 기능을 실현할 수 있고 시야각을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 측면도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 이미지 센싱 모듈의 정면도이고,
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 방향 단면도이고,
도 4는 도 3의 연성 이미지 센서의 변형예를 도시한 단면도이고,
도 5는 도 3의 엑추에이터가 작동하는 모습을 도시한 단면도이고,
도 6은 도 3의 엑추에이터의 변형예를 도시한 단면도이고,
도 7은 이미지 센싱 모듈의 다른 실시예를 도시한 측면도이고,
도 8은 도 7의 엑추에이터가 작동하는 모습을 도시한 단면도이고,
도 9는 도 1의 실시예에 빛이 입사하는 모습을 도시한 측면도이고,
도 10은 왜곡 수차가 0인 이미지의 평면도이고,
도 11은 왜곡 수차가 -인 이미지의 평면도이고,
도 12는 왜곡 수차가 +인 이미지의 평면도이고,
도 13은 왜곡 수차가 최소화되도록 연성 이미지 센서가 늘어난 모습을 도시한 작동 상태도이고,
도 14는 늘어난 연성 이미지 센서에 의해서 시야각이 개선된 모습을 도시한 작동 상태도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였다.
본 발명의 사상은 카메라, 현미경 등 광학 장치를 구비하는 어떠한 장치에도 적용될 수 있다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 이미징 장치의 측면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광 이미징 장치는, 이미지 센싱 모듈(10), 상기 이미지 센싱 모듈(10)을 제어하는 컨트롤러(20) 및 렌즈(30)를 포함한다.
설명의 편의를 위해서 상기 렌즈(30)의 광축에 평행한 축을 도 1에서 z축으로 표시하였다. 그리고 연성 이미지 센서(110)와 나란한 평면을 도 2의 xy 평면으로 표시하였다. 이미지가 맺히는 상기 연성 이미지 센서(110)의 면은 상기 렌즈(30)의 광축에 수직하며, 상기 연성 이미지 센서(110)는 엑추에이터(120, 130, 140, 150)에 의해 상기 xy 평면 상에서 2차원적으로 변형된다.
상기 렌즈(30)는 하나만 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니고 두 개 이상의 렌즈 군일 수도 있다. 또한 상기 렌즈(30)는 볼록 렌즈로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 적용되는 장치의 기능에 따라, 오목 렌즈, 비구면 렌즈, 기타 비정형 렌즈는 물론 렌즈의 모양이나 초점을 변경할 수 있는 액체 렌즈와 같은 능동 렌즈를 포함할 수도 있다.
선택적으로, 상기 렌즈(30)는 확대, 축소 등의 줌 기능을 위해서 광축을 따라 이송될 수 있다. 이를 위해 상기 렌즈(30)를 광축을 따라 이송하는 이송장치를 더 포함할 수도 있다. 상기 이송장치로는, 보이스 코일(voice coil) 모터, 피에조(piezo) 모터, 스텝(step) 모터 등이 사용될 수 있다.
상기 이미지 센싱 모듈(10)은 상이 맺히는 이미지 센서의 형상이 변형되도록 구성된 모듈이다. 상기 이미지 센싱 모듈(10)은 연성 이미지 센서(110), 상기 연성 이미지 센서(110)의 형상을 2차원적으로 변형시키는 엑추에이터(120, 130, 140, 150), 상기 엑추에이터를 지지하는 지지대(190)를 포함한다.
상기 연성 이미지 센서(110)는 xy 평면상에서 팽창 및 수축이 가능한 이미지 센서이다. 상기 연성 이미지 센서(110)는 예를 들어 연성 회로기판(Flexible circuit board)에 형성된 CCD, CMOS 등의 반도체 광센서 어레이 또는 유연한 나노 광전자 소자 어레이를 포함할 수 있다. 또는 상기 연성 이미지 센서(110)는 연성 회로기판에 형성된 2차원 나노 판상 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenide), 그래핀, 탄소나노튜브 기반의 광센서 어레이를 포함할 수도 있다.
또는 상기 연성 이미지 센서(110)는 픽셀 단위의 포토 센서나 포토 트랜지스터 등의 광전소자 어레이를 포함할 수도 있다. 이때 포토 센서들이나 포토 트렌지스터들 사이의 간격은 수십 ㎛일 수 있으며, 보다 고해상도의 이미지를 얻기 위해서 간격이 10 ㎛ 이하일 수도 있다.
도 2는 상기 연성 이미지 센서(110)를 정면에서 바라본 평면도이다. 상기 연성 이미지 센서(110)는 정면이 상기 렌즈(30)를 향한다. 그리고 상기 연성 이미지 센서(110)는 후면이 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)와 결합된다.
정면에서 바라본 상기 연성 이미지 센서(110)의 평면 형상은 대체적인 직사각형이다. 그러나 본 발명이 적용되는 장치에 따라 상기 연성 이미지 센서(110)의 평면 형상은 정사각형, 원형, 타원형 기타 임의의 모양일 수 있으며 특정 형상에 한정되지 않는다.
상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)는 도 2의 화살표 방향과 같이 팽창하거나 수축하여 상기 연성 이미지 센서(110)를 2차원적으로 변형시킨다. 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)에 의해 상기 연성 이미지 센서(110)는 도 2의 점선과 같이 2차원적으로 팽창하거나 수축할 수 있다.
상기 엑추에이터는 하나의 수평방향 엑추에이터(120), 하나의 수직방향 엑추에이터(140), 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)를 포함한다. 여기서 수평방향은 도 2의 x 축에 나란한 방향이고 수직방향은 도 2의 y 축에 나란한 방향이다. 그리고 대각선 방향은 상기 연성 이미지 센서(110)의 대향하는 두 개의 모서리를 잇는 방향을 말한다. 설명의 편의상 도 2에 도시된 연성 이미지 센서(110)의 상부 왼쪽 모서리와 하부 오른쪽 모서리를 잇는 방향을 제1 대각선 방향이라고 지칭하고, 도 2에 도시된 연성 이미지 센서(110)의 상부 오른쪽 모서리와 하부 왼쪽 모서리를 잇는 방향을 제2 대각선 방향이라고 지칭한다.
상기 수평방향 엑추에이터(120)는 상기 연성 이미지 센서(110)를 수평방향으로 늘어나거나 줄어들게 하는 엑추에이터이다. 상기 수평방향 엑추에이터(120)는 상기 연성 이미지 센서(110)의 세로 테두리를 지나도록 배치된다. 본 실시예에서 상기 수평방향 엑추에이터(120)는 한 개지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 두 개 이상일 수도 있다. 도 3을 참조하여 상기 수평방향 엑추에이터(120)를 더욱 상세하게 설명한다.
상기 수평방향 엑추에이터(120)는, 상기 연성 이미지 센서(110)의 후면과 결합되는 가변부(121), 상기 가변부(121)의 전면과 후면에 각각 위치하는 복수의 전극(126, 127, 128, 129)을 포함한다. 상기 복수의 전극(126, 127, 128, 129)에 인가되는 전압을 제어하여 상기 가변부(121)가 수평방향으로 늘어나거나 줄어드는 정도를 조절할 수 있다.
상기 수평방향 엑추에이터의 가변부(121)는 수평방향(도 2의 x축 방향)으로 연장되고 두께가 있는 띠 형상이며, 양단부가 지지대(190)에 고정된다. 상기 가변부(121)의 두께방향은 상기 렌즈(30)의 광축 방향에 나란하다. 상기 가변부(121)는 전기 활성 폴리머(electroactive polymer)를 포함할 수 있다. 전기 활성 폴리머란 전기장에서 형상이나 크기가 변형되는 폴리머를 말한다. 전기 활성 폴리머는 공지된 것이므로 상세한 설명을 생략한다.
상기 수평방향 엑추에이터의 가변부(121)의 전면(도 3의 상부에 위치하는 면) 중심에는 상기 연성 이미지 센서(110)가 결합되어 상기 수평방향 엑추에이터의 가변부(121)가 늘어날 때 상기 연성 이미지 센서(110)도 함께 늘어나고 상기 수평 방향 엑추에이터가 줄어들 때 상기 연성 이미지 센서(110)도 함께 줄어들 수 있다.
상기 복수의 전극은 상기 연성 이미지 센서(110)를 기준으로 왼쪽에 위치하는 한 쌍의 제1 전극(126, 127)과 상기 연성 이미지 센서(110)를 기준으로 오른쪽에 위치하는 한 쌍의 제2 전극(128, 129)을 포함한다. 여기서 전극 앞에 붙여진 "제1"과 "제2"는 상기 전극의 위치에 따라 상대적으로 붙여진 것일 뿐 각 전극의 극성을 포함하여 각 전극의 특성과는 관계가 없다.
상기 한 쌍의 제1 전극은 상기 수평방향 엑추에이터의 가변부(121) 전면에 구비되는 전극(126)과 후면에 구비되는 전극(127)을 포함한다. 상기 한 쌍의 제1 전극(126, 127)은 두께방향으로 서로 대응되는 위치에 구비된다. 그리고 상기 한 쌍의 제2 전극은 상기 수평방향 엑추에이터의 가변부(121) 전면에 구비되는 전극(128)과 후면에 구비되는 전극(129)을 포함한다. 상기 한 쌍의 제2 전극(128, 129)은 두께방향으로 서로 대응되는 위치에 구비된다.
상기 수평방향 엑추에이터의 가변부(121) 전면에 구비되는 제1 전극(126)과 제2 전극(128)은 각각 상기 연성 이미지 센서(110)와 이격된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 수평방향 엑추에이터 가변부(121) 전면에 구비되는 제1 전극(126)과 제2 전극(128)은 적어도 부분적으로 상기 연성 이미지 센서(110)와 중첩될 수도 있다. 이때에는 서로 중첩되는 부분 사이에는 절연체가 더 구비된다.
상기 컨트롤러(20)는 상기 한 쌍의 제1 전극(126, 127) 사이에 인가되는 전압과 상기 한 쌍의 제2 전극(128, 129) 사이에 인가되는 전압을 각각 제어하여 상기 가변부(121)의 변형 정도를 제어할 수 있다. 이는 도 5를 참조하여 후술한다.
상기 수직방향 엑추에이터(140)는 상기 연성 이미지 센서(110)를 수직방향으로 늘어나거나 줄어들게 하는 엑추에이터이다. 상기 수직방향 엑추에이터(140)는 상기 연성 이미지 센서(110)의 가로 테두리를 지나도록 배치되며, 수직방향을 따라 지지대(170)까지 연장된다. 본 실시예에서 상기 수직방향 엑추에이터(140)는 한 개지만 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 수직방향 엑추에이터는 두 개 이상 구비될 수도 있다.
상기 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)는 상기 연성 이미지 센서(110)를 대각선 방향으로 늘어나거나 줄어들게 하는 엑추에이터이다. 상기 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)는 제1 대각선 방향 엑추에이터(130)와 제2 대각선 방향 엑추에이터(150)를 포함한다.
상기 제1 대각선 방향 엑추에이터(130)는 전면에 상기 연성 이미지 센서(110)가 결합되고, 상기 제1 대각선 방향을 따라 연장되어 상기 지지대(190)에 고정된다. 상기 제2 대각선 방향 엑추에이터(150)는 전면에 상기 연성 이미지 센서(110)가 결합되고, 상기 제2 대각선 방향을 따라 연장되어 상기 지지대(190)에 고정된다.
상기 제1 대각선 방향 엑추에이터(130)와 상기 제2 대각선 방향 엑추에이터(150)는 상기 연성 이미지 센서(110)의 후면 중앙에서 서로 교차될 수 있다.
본 실시예에서 상기 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)는 두 개이나 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 구비되지 않을 수도 있으며, 두 개 이상일 수도 있다. 한편 다른 실시예로서 상기 수평방향과 상기 수직방향 사이의 임의의 각도를 가지는 방향으로 연장되는 엑추에이터가 더 구비될 수도 있다.
상기 수직방향 엑추에이터(140)와 상기 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)는 배치되는 위치가 상이할 뿐 도 3을 참조하여 설명한 수평방향 엑추에이터(120)와 동일하게 가변부와 복수의 전극을 포함하도록 구성되므로 상세한 설명을 생략한다. 상기 수직방향 엑추에이터와 상기 대각선 방향 엑추에이터(130, 150) 각각의 가변부는 전기활성 폴리머를 포함할 수 있으며, 전극에 인가되는 전압을 제어함으로서 팽창 또는 수축되는 정도를 조절할 수 있다.
상기 수평방향 엑추에이터(120), 상기 수직방향 엑추에이터(140), 상기 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)는 모두 상기 연성 이미지 센서(110)의 후면 중앙에서 교차할 수 있다. 본 실시예에서는 각 엑추에이터(120, 130, 140, 150)가 전체적으로 띠 형상이나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)는 서로 교차하는 부분이 상기 연성 이미지 센서(110)와 유사한 크기의 직사각형일 수 있다. 이때 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)가 서로 교차하는 부분인 단일의 직사각형 부분은 상기 연성 이미지 센서(110)의 후면 전체와 결합될 수 있다.
상술한 엑추에이터는 일 실시예일뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 엑추에이터는 상기 연성 이미지 센서(110)를 2차원적으로 변형시킬 수 있는 어떠한 구성의 엑추에이터여도 좋다. 예를 들어, 상기 엑추에이터는 기체나 유체의 압력을 이용하는 등 물리적 방법을 기반으로 동작하여 연성 이미지 센서가 변형되도록 구성될 수 있다. 또는 상기 엑추에이터는 전기적, 자기적 힘에 의해 동작하여 연성 이미지 센서가 변형되도록 구성될 수도 있다. 또한 상기 엑추에이터는 상기 연성 이미지 센서(110)의 2차원 형상을 변형시키는 경우뿐 아니라 각 픽셀 간의 간격을 넓히거나 좁힐 수 있는 구성이어도 좋다.
상기 지지대(190)는 xy 평면에 대해서 원형인 프레임이며, 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)를 고정한다. 상기 지지대(190)는 상기 연성 이미지 센서(110)가 팽창할 수 있는 최대 크기를 고려하여 상기 렌즈(30)보다 더 큰 직경을 갖는 원형 프레임일 수 있다. 상기 지지대(190)는 절연성 재질로 이루어진다.
상기 컨트롤러(20)는 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)의 구동을 제어하여 상기 연성 이미지 센서(110)를 2차원적으로 변형시킴으로써 왜곡 수차를 최소화한다. 구체적으로, 상기 컨트롤러(20)는 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150) 각각에 구비되는 전극들에 인가되는 전압의 크기를 제어하여 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)가 늘어나거나 줄어드는 정도를 제어한다.
상기 컨트롤러(20)는 상기 수평방향 엑추에이터(120)의 전극들에 인가되는 전압, 상기 수직방향 엑추에이터(140)의 전극들에 인가되는 전압, 상기 제1 대각선 방향 엑추에이터(130)의 전극들에 인가되는 전압 및 상기 제2 대각선 방향 엑추에이터(150)의 전극들에 인가되는 전압을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러(20)는 초기의 상기 연성 이미지 센서(110), 즉 변형되지 않은 상태의 상기 연성 이미지 센서(110)에 맺히는 이미지의 왜곡 수차의 정도를 근거로 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150) 각각의 전극들에 인가되는 전압의 크기를 결정할 수 있다.
상기 컨트롤러(20)는 초기의 상기 연성 이미지 센서(110)가 획득한 이미지의 전부 또는 일부분을 근거로 상기 이미지의 왜곡 수차의 정도를 결정할 수 있다. 상기 이미지의 왜곡 수차의 정도에 따른 인가되어야 하는 전압의 크기는 기결정되어 별도의 메모리에 저장된 값이거나 실시간으로 상기 컨트롤러(20)에 의해 계산될 수 있다.
예를 들어, 각 왜곡 수차의 정도마다 이를 최소화하기 위해 요구되는 이미지 센서의 변형 모양은 다양한 영상 처리 기술을 통해 얻을 수 있다. 상기 컨트롤러(20)는 왜곡 수차의 정도에 따라 기결정된 이미지 센서의 변형 모양 정보를 근거로 각 엑추에이터에 인가되어야 할 전압의 크기를 실시간으로 계산할 수 있다.
상기 연성 이미지 센서(110)의 후면과 결합되는 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)의 부분이 단일의 직사각형인 경우, 연성 이미지 센서는 픽셀 단위의 광전 소자로 구비되어 직접 상기 엑추에이터의 가변부에 실장(embed)될 수도 있다. 도 4는 이러한 변형예에 따른 연성 이미지 센서(110')를 도시한 것이다.
상기 연성 이미지 센서(110')는 복수의 픽셀 전극(111, 112, 113, 114, 115)이 바로 엑추에이터의 가변부(121) 전면에 기결정된 간격으로 실장되어 형성된다. 상기 엑추에이터의 가변부(121)에서 상기 복수의 픽셀 전극(111, 112, 113, 114, 115)들이 실장되는 부분의 형상은 실질적으로 도 2의 연성 이미지 센서(110)의 형상과 동일하며, 복수의 픽셀 전극(111, 112, 113, 114, 115)이 실장된 가변부(121)는 그 자체로 연성 이미지 센서(110')가 된다.
상기 컨트롤러(20)에 의해 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)의 각 전극에 전압이 인가되면 상기 복수의 픽셀 전극(111, 112, 113, 114, 115) 사이의 간격이 늘어나거나 줄어들면서 상기 연성 이미지 센서(110')의 형상이 2차원적으로 변형된다.
일 실시예로서 상기 복수의 픽셀 전극(111, 112, 113, 114, 115)에 인가되는 전압을 제어하는 별도의 컨트롤러가 더 구비될 수 있다. 상기 컨트롤러(20)는 상기 엑추에이터의 구동을 제어하여 상기 복수의 픽셀 전극(111, 112, 113, 114, 115) 간의 간격을 조절할 수 있다. 또는 상기 컨트롤러(20)는 상기 엑추에이터의 제어는 물론 상기 복수의 픽셀 전극(111, 112, 113, 114, 115)도 제어하도록 구성될 수도 있다.
도 5는 도 1의 실시예의 작동상태도로서, 상기 컨트롤러(20)에 의해 상기 엑추에이터(120, 130, 140, 150)의 각 전극에 전압이 인가될 때의 상기 연성 이미지 센서(110)가 2차원적으로 수축하는 상태를 도시한 것이다. 도 5는 상기 수평방향 엑추에이터(120)에 대해서만 도시하였으나, 이는 상기 수직방향 엑추에이터(140)와 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)에도 동일하게 적용된다.
상기 컨트롤러(20)에 의해 상기 수평방향 엑추에이터(120)의 한 쌍의 제1 전극(126, 127) 사이에 전압(V)이 인가되고 한 쌍의 제2 전극(128, 129) 사이에 전압(V)이 인가되면, 가변부(121)에서 한 쌍의 제1 전극(126, 127) 사이에 위치한 부분과 한 쌍의 제2 전극(128, 129) 사이에 위치한 부분은 수평방향을 따라 늘어나게 된다. 따라서 상기 가변부(121)에서 상기 연성 이미지 센서(110)와 결합되는 부분은 내측으로(도 5의 화살표 방향으로) 가압되면서 줄어든다.
상술한 바와 같이 상기 컨트롤러(20)는 상기 수평방향 엑추에이터(120), 상기 수직방향 엑추에이터(140), 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150) 각각의 늘어나거나 줄어드는 정도를 독립적으로 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러(20)는 상기 수직방향 엑추에이터(130)의 각 전극에도 상기 수평방향 엑추에이터(120)에서와 마찬가지로 전압을 인가하고, 상기 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150)의 전극에는 전압을 인가하지 않을 수 있다. 상기 컨트롤러(20)의 제어에 의해서 상기 연성 이미지 센서(110)는 도 2의 안쪽 점선으로 표시된 형상으로 2차원적으로 수축된다.
이렇게 상기 컨트롤러(20)가 각 엑추에이터의 가변정도를 독립적으로(또는 선택적으로) 제어하여 상기 연성 이미지 센서를 다양한 형상으로 변형시킬 수 있다. 한편 상술한 변형 실시예에 따른 연성 이미지 센서(110') 역시 동일한 원리로 2차원 형상이 변형될 수 있다.
도 6은 변형예에 따른 수평방향 엑추에이터(120')가 적용된 단면도이다. 변형예에 따른 수평방향 엑추에이터(120')는, 상기 연성 이미지 센서(110)의 좌측 테두리에서 상기 지지대(190)까지 연장되는 좌측 수평방향 엑추에이터(120A)와 상기 연성 이미지 센서(110)의 우측 테두리에서 상기 지지대(190)까지 연장되는 우측 수평방향 엑추에이터(120B)를 포함한다. 상기 수평방향 엑추에이터(120')는 상기 연성 이미지 센서(110)의 후면 중심부에는 결합되지 않고 테두리에 결합된다.
상기 좌측 수평방향 엑추에이터(120A)는 수평방향을 따라 연장되고 일단이 상기 연성 이미지 센서(110)의 좌측 테두리에 고정되며 반대단이 상기 지지대(190)에 고정되는 가변부(122)를 포함한다. 그리고 상기 좌측 수평방향 엑추에이터(120A)는 상기 가변부(122)의 전면과 후면에 서로 대응되도록 부착된 한 쌍의 제1 전극(126, 127)을 포함한다.
상기 우측 수평방향 엑추에이터(120B)는 수평방향을 따라 연장되고 일단이 상기 연성 이미지 센서(110)의 우측 테두리에 고정되며 반대단이 상기 지지대(190)에 고정되는 가변부(123)를 포함한다. 그리고 상기 우측 수평방향 엑추에이터(120B)는 상기 가변부(123)의 전면과 후면에 서로 대응되도록 부착된 한 쌍의 제2 전극(128, 129)을 포함한다.
즉, 변형 실시예에 따른 수평방향 엑추에이터(120)는 도 3의 엑추에이터(120)의 가변부(121)가 상기 연성 이미지 센서(110)의 테두리와만 결합되도록 변형된 것이다.
이와 마찬가지로 수직방향 엑추에이터(140)나 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150) 역시 상기 연성 이미지 센서(110)의 테두리와만 결합되도록 변형될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 모듈의 단면도이다. 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 모듈은 연성 이미지 센서(110), 상기 연성 이미지 센서(110)를 2차원적으로 변형시키는 엑추에이터(160), 상기 엑추에이터(160)를 지지하는 지지대(190')를 포함한다.
상기 엑추에이터(160)는 가변부(161), 상기 가변부의 전면에 전체적으로 도포된 전면 전극(162) 및 상기 가변부의 후면에 전체적으로 도포된 후면 전극(163)을 포함한다. 상기 연성 이미지 센서(110)는 상기 전면 전극(162) 상에 배치되며, 상기 연성 이미지 센서(110)와 상기 전면 전극(162) 사이에 절연체(미도시)가 구비되어 그 사이를 절연한다.
상기 엑추에이터(160)의 가변부(161)는 전기활성 폴리머를 포함하여 전압이 인가되면 팽창한다. 도 7의 엑추에이터(160)는 상기 연성 이미지 센서(110)와 전극(162, 163)이 중첩되므로 상기 전극에 전압이 인가되면 가변부(161)가 늘어나면서 상기 연성 이미지 센서(110)가 함께 늘어나게 된다.
상기 지지대(190')는 상기 엑추에이터(160)의 양 단이 삽입되는 관통공(191)을 더 구비하여 상기 엑추에이터(160)가 늘어나는 경우에도 상기 엑추에이터(160)를 지지할 수 있다.
도 7의 엑추에이터(160)는 도 2의 수평방향 엑추에이터(120)가 변형된 경우의 Ⅰ-Ⅰ' 방향 단면 형상일 수 있다. 또는 도 7의 엑추에이터(160)는 수직방향 엑추에이터(140), 두 개의 대각선 방향 엑추에이터(130, 150) 중 적어도 하나가 변형된 경우의 단면 형상일 수 있다.
도 7의 이미지 센싱 모듈은 도 1의 광 이미징 장치에 적용될 수 있으며, 컨트롤러(20)에 의해 전극(162, 163)에 인가되는 전압이 제어된다. 도 8은 상기 컨트롤러(20)에 의해 상기 엑추에이터(160)의 전극(162, 163)에 전압(V)이 인가된 때 상기 연성 이미지 센서(110)가 2차원적으로 팽창하는 모습을 도시한 것이다.
상기 엑추에이터(160)에 전압이 인가되면 상기 가변부(161)가 화살표 방향과 같이 외측으로 팽창하게 되고, 연성 이미지 센서(110)가 함께 팽창하게 된다. 팽창하는 상기 엑추에이터(160)는 상기 프레임(190')의 외경보다 더 길게 팽창할 수 있다.
이러한 방식으로 도 2의 외측 점선과 같이 연성 이미지 센서(110)를 2차원적으로 팽창시킬 수 있다.
도 9 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 작동 상태를 상세하게 설명한다. 조리개(40)가 전면에 구비된 렌즈(30)를 통해 물체로부터의 빛이 입사한다. 이때 상기 렌즈(30)의 광축에 나란한 빛(1,2,3)과 상기 렌즈(30)의 광축에 비스듬하게 입사하는 빛(4,5,6)이 있으며, 비축으로 입사하는 빛(4,5,6)에 의해 왜곡 수차가 발생할 수 있음은 상술하였다.
도 10의 철망 형상의 이미지(210)를 촬영한다고 가정하면, 왜곡도가 -인 경우 도 11의 이미지(220)와 같이 촬영되며, 왜곡도가 +인 경우 도 12의 이미지(230)와 같이 촬영된다. 상기 컨트롤러(20)는 촬영하고자 하는 물체에 초점을 맞춘 다음 기준(reference) 영상을 촬영하여 상기 왜곡도, 즉 왜곡 수차의 정도를 판단할 수 있다. 상기 컨트롤러(20)는 상술한 바와 같이 엑추에이터의 구동을 제어하여 도 13의 화살표 방향과 같이 연성 이미지 센서(110)를 2차원적으로 변형시킨다. 상기 연성 이미지 센서(110)의 2차원 형상이 변형되면서 왜곡 수차가 최소화될 수 있으며 확대되거나 축소된 영상을 얻을 수 있으므로 렌즈(30)의 이동 없이도 줌 기능이 구현된다.
도 14는 상기 연성 이미지 센서(110)가 2차원적으로 팽창한 경우 시야각이 넓어지는 모습을 도시한 것이다. 초기의 연성 이미지 센서(110)는 광축과 나란하게 입사되는 빛(1,2,3)과 비축으로 입사된 빛(4,5,6)에 의해 θ1 크기의 시야각을 갖는다.
반면, 도 14에 도시된 연성 이미지 센서(110)는 팽창되므로 렌즈(30)의 광축에 대해 더 큰 각도로 비스듬하게 입사하는 빛(7,8,9)까지 팽창된 연성 이미지 센서(110)에 맺히게 되며 θ2 정도의 시야각을 갖는다. 따라서 상기 렌즈(30)의 이동 없이도 시야각의 조절이 가능하다.
10: 이미지 센싱 모듈 20: 컨트롤러
30: 렌즈 40: 조리개

Claims (13)

  1. 연성 이미지 센서; 및
    상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 팽창 또는 수축시키는 엑추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연성 이미지 센서와 마주보는 렌즈를 더 포함하고,
    상기 엑추에이터는 상기 렌즈의 광축에 수직한 평면 상에서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 팽창 또는 수축시키는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 엑추에이터를 제어하여 상기 연성 이미지 센서가 변형되는 정도를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는
    광 이미징 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 연성 이미지 센서가 초기에 획득한 이미지의 왜곡 수차 최소화, 초기에 획득한 이미지의 확대, 초기에 획득한 이미지의 축소 및 초기에 획득한 이미지의 시야각 조절 중 적어도 하나가 달성되도록 상기 엑추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 엑추에이터는 전기 활성 폴리머를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 엑추에이터에 인가되는 전압을 제어하여 상기 엑추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 엑추에이터는 적어도 상기 연성 이미지 센서의 테두리에 결합되는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 엑추에이터의 끝을 고정하는 지지대를 더 포함하고,
    상기 엑추에이터는 상기 지지대에서 상기 연성 이미지 센서의 테두리까지의 길이가 늘어나면서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 축소시키는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 엑추에이터는,
    상기 연성 이미지 센서가 결합되고, 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변부; 및
    상기 가변부에 적어도 부분적으로 구비된 복수의 전극을 포함하고,
    상기 복수의 전극은 상기 연성 이미지 센서와 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 엑추에이터의 끝을 움직임이 가능하게 고정하는 지지대를 더 포함하고,
    상기 엑추에이터는 상기 지지대에서 상기 연성 이미지 센서의 테두리까지의 길이가 줄어들면서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 팽창시키는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 지지대는 상기 엑추에이터가 움직임이 가능하게 관통하는 관통공이 형성되고,
    상기 엑추에이터는 상기 관통공을 지나 더 연장되면서 상기 연성 이미지 센서를 2차원적으로 팽창시키는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 엑추에이터는,
    상기 연성 이미지 센서가 결합되고, 전기 활성 폴리머를 포함하는 가변부; 및
    상기 가변부에 적어도 부분적으로 구비된 복수의 전극을 포함하고,
    상기 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 연성 이미지 센서와 중첩되는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 연성 이미지 센서는 복수의 픽셀 전극을 포함하고,
    상기 복수의 픽셀 전극은 상기 엑추에이터에 부분적으로 실장된 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 엑추에이터는,
    상기 복수의 픽셀 전극이 실장되는 가변부를 포함하고,
    상기 가변부는 전기 활성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광 이미징 장치.
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