KR0138371B1

KR0138371B1 - 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치

Info

Publication number: KR0138371B1
Application number: KR1019930016541A
Authority: KR
Inventors: 원종화
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1998-05-15
Also published as: KR950007436A

Abstract

본 발명은 자동 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치에 관한 것이다.

본 발명은 초점 렌즈와 줌 렌즈로 구성된 렌즈부와, 상기 렌즈들을 통해 들어온 영상이 맺히는 촬상(CCD)부와, 촬상부의 촬상소자에 맺힌 초점 에러(error)를 검출하고 보정하여 선명한 영상이 맺히도록 조절하고 제어하는 제어부와, 제어부의 신호에 따라 초점 렌즈와 줌 렌즈의 위치를 이송시키는 구동모터에 의한 초점과 줌 기능이 조절되는 비디오 카메라 및 캠코더의 자동 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치에 있어서, 상기 구동모터가 초점 렌즈 구동용 선형 초음파 모터와 줌 렌즈 구동용 선형 초음파 모터로 되어 있어, 줌 렌즈 및 초점 렌즈의 이송속도가 빨라지고, 기구적인 복잡성이 단순화되고, 위치정밀가 향상되게 된다.

Description

초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치

제1도는 종래 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치의 개략적인 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치의 개략적인 구성도.

제3도는 선형 초음파 모터의 개략적인 내부 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 초점 오차 검출부의 개략적인 블록도.

제5도는 본 발명에 따른 구동부의 개략적인 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11... 줌 렌즈12... 초점 렌즈

16... 초점오차 검출 신호처리기18... 마이크로 프로세서

28,30... 선형 초음파모터36... 이동자

37... 압전체38... 고정자

본 발명은 비디오 카메라, 캠코더(camcorder)등의 초점 및 줌 기능에 관한 것으로서, 상세하게는 선형 초음파모터를 이용한 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치에 관한 것이다.

최근의 비디오 카메라에는 수배에서 수십배의 줌 렌즈가 사용되고 있다. 줌 렌즈는 널리 공지되어 있는 바와 같이 광각(wide)에서 망원(tele)까지 렌즈의 초점거리를 연속해서 변화시킬 수 있는데, 이를 줌밍(Zooming)이라고 한다. 줌 렌즈의 커다란 특징은 대상 피사체에 핀트를 맞추어 놓고 줌밍하면 핀트가 어긋나지 않고 화상의 크기를 자유자재로 바꿀 수 있다는 점이다. 이러한 줌밍은 렌즈에 달린 레버를 움직여 수동으로 조작하는 방식과 모터에 의해 자동으로 조작되는 방식이 있다. 후자를 모터 줌밍이라 하며 줌밍 버튼을 누르는 것만으로 누구나 간단히 일정한 속도로 줌밍할 수 있으며, 광각에서 망원까지 약 수초정도내외로 줌밍이 가능하다. 또한 피사체에 자동적으로 핀트를 정확히 맞추도록 하는 자동 초점기구가 줌 기능과더불어서 비디오 카메라, 캠코더 및 필름 카메라에 보편적으로 채용되고 있으며, 이와 같은 초점기구를 채용하여도 근거리 자동 초점을 가능하게 할 수가 있어 편리성을 배가시키고 측정도등을 높이고 있다.

제1도에는 종래 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치가 도시되어 있다. 줌 렌즈(11)와 초점 렌즈(12)를 자동으로 구동하기 위해서는 구동부, 제어부, 감지부, 촬상부(13) 등등을 구비할 필요가 있다. 줌 렌즈구동은 디씨(DC) 모터(14)를 보편적으로 채용하여 일정한 속도를 얻고 있으며, 초점 렌즈구동은 스텝(step) 모터(15)를 보편적으로 채용하여 초점을 맞추고 있다. 줌 렌즈부의 망원-광각 스위치(21)를 온(ON)시키면 줌 모터 드라이버(driver)(21)의 구동신호에 의해 DC 모터가 정회전 또는 역회전하고, 워엄(worm) 기어(도시되어 있지 않음)등의 기구에 의해 줌 렌즈가 선형 이동되어 줌밍이 수행된다. 한편 영상처리과정에서 발생된 초점 에러(error)는 초점오차검출 신호처리기(FSP)(17)에서 검출되어 마이크로 프로세서(18)에 입력되고, 마이크로 프로세서에서 신호처리 과정을 거쳐 초점렌즈 모터드라이버(driver)(19)에 입력되며, 이 초점렌즈 모터드라이버의 구동신호에 의해 초점렌즈 모터가 동작된다. 초점렌즈 모터의 동작에 의해 워엄 기어등의 기구(도시되어 있지 않음)가 구동되고 이에 따라 초점 렌즈도 이동되어 자동 초점이 수행된다. 또한 초점렌즈(12)는 슬라이드(slide) 가변저항(20)값등에 의해 절대위치가 판별되고, 페루프(closed-loop)제어를 통해 화상이 제일 선명한 위치에 머무르게 된다. 만일 자동-수동 초점 스위치(22)가 수동으로 선택되면 초점 조절이 수동으로 수행되는 것은 당연하다.

상술한 바와 같이 렌즈의 이동은 실질적으로 워엄 기어등의 작동에 의해 구동되므로, 렌즈의 이동속도가 느려지고, 기구적인 구성도 복잡해지고, 작동시 소음이 발생되는 등의 결과를 초래하고 있다. 또한 줌 렌즈(11)의 위치정보가 초점 렌즈 제어루프에 포함되어 있지 않기 때문에(제1도) 초점 렌즈(12)는 줌 렌즈에 따라 초점 벗어남을 충실히 반영하지 못하고 있으며, 슬라이드 가변저항 및/또는 모터의 분해능(resolution)에 의해 초점 렌즈의 위치 정밀도도 제한되고 있는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 줌 렌즈 및 초점 렌즈의 이동속도를 높이고 기구적인 복잡성을 단순화하고 위치정밀도를 향상시키며 줌 렌즈의 위치정보와 초점 렌즈의 위치정보를 결합한 제어시스템을 갖춘 비디오 카메라 및 캠코더용 초점렌즈 및 줌 렌즈 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 초점 렌즈와 줌 렌즈로 구성된 렌즈부와, 상기 렌즈들을 통해 들어온 영상이 맺히는 촬상(CCD)부와, 촬상부의 촬상소자에 맺힌 초점 에러(error)를 검출하고 보정하여 선명한 화상이 맺히도록 조절하고 제어하는 제어부와, 제어부의 신호에 따라 초점 렌즈와 줌 렌즈의 위치를 이송시키는 구동모터에 의해 초점과 줌 기능이 조절되는 비디오 카메라 및 캠코더의 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치에 있어서,

상기 구동모터는 초점 렌즈 구동용 선형 초음파 모터와 줌 렌즈 구동용 선형 초음파 모터이고, 상기 촬상부에 아이리스(IRIS)의 완전개방상태를 판별하는 아이리스 완전개방판별회로와 RGB 색신호의 최대 변화량을 검지하는 RGB편차량 검지기를 마련하고, 줌 렌즈의 위치정보와 초점 렌즈의 위치정보를 결합한 제어시스템을 구비하여 상기 선형 초음파 모터의 작동에 의해 초점 렌즈 및 줌 렌즈가 구동되도록 된 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 전체적인 구성은 제2도에 도시된 바와 같다. 우선 렌즈(11,12)를 통하여 촬상부(26)에 영상이 맺히면 초점에러 검출용 신호처리기(FSP)(17)에서 초점에러치를 계산하고, 초점에러치가 결정되면 마이크로 프로세서(18)에서 초점 렌즈(12)의 구동량을 계산하고 초음파 모터 드라이버(driver)(19)에 의해 리니어(linear)형 초점 렌즈 구동용 선형 초음파모터(28)가 구동되어 자동으로 초점이 맞추어 진다. 초점 렌즈(12)의 현재위치는 선형 초음파모터(28)내부의 슬라이드 가변저항 센서(도시않됨)를 이용하여 얻어지며, 조리개(25)는 조리개 구동드라이버(5)에 의해 조절된다. 한편 망원-광각 스위치(16)가 동작되면 마이크로 프로세서(18)에 망원 혹은 광각의 동작신호가 입력되고, 마이크로 프로세서는 입력된 동작신호와 줌 렌즈용 선형 초음파모터(30)내부에 있는 슬라이드 가변저항 센서(도시않됨)의 측정값을 연산하여 초음파모터 드라이버(21)를 제어하고, 초음파 모터 드라이버는 줌 렌즈 구동용 선형 초음파모터(30)를 구동하여 줌 기능을 수행한다. 선형으로 구동되는 선형 초음파모터의 사용은 많은 이점을 제공한다. 즉, 선형으로 구동되는 모터를 채용함으로서 회전운동을 직선운동으로 변환하는 워엄기어등의 기구물이 배제되어, 렌즈의 이송속도를 고속화할 수 있고, 렌즈 위치의 정밀도를 향상시키며, 구동장치를 단순화, 소형화할 수 있으며, 기구물의 동작소음을 줄일 수 있다. 또한 모터내부에 슬라이드 가변저항을 내장시킴으로써 가변저항의 분해능을 향상시킬 수 있고, 기구적인 단순화도 가능하게 할 수 있는 이점을 제공한다. 그리고 상술한 바와 같이 초점 렌즈(12)와 줌 렌즈(11)의 위치정보가 모두 마이크로 프로세서(18)에 의해 제어되므로 종래의 줌 레즈(11)의 위치정보가 초점 렌즈(12) 제어루프에 속해 있지 않기 때문에 줌 렌즈의 이동에 따라 발생되는 초점 렌즈의 초점 벗어남을 해결할 수 있다.

상술한 전체적인 작용에 대한 각 부분별 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 렌즈(32)가 장착된 선형 초음파모터(34)의 구성을 도시한다. 제3도에 도시된 렌즈(32)는 초점 렌즈 또는 줌 렌즈중의 하나이며, 마찬가지로 선형 초음파모터(34)도 초점 구동용 선형 초음파모터 또는 줌 렌즈 구동용 선형 초음파모터중의 하나이다. 렌즈(32)는 렌즈 마운트(35)와 이동자(36)에 의해 고정된다. 렌즈 마운트(35)는 렌즈 마운트 지지대(43)에 의해 지지 고정된다. 이동자(36)위에는 압전체(37)가 부착되어 있다. 초음파모터 드라이버(19,20)(제2도)에 의해 초음파 모터(34)가 구동되면 렌즈(32)도 고정자(38)위를 움직이게 된다. 렌즈(32)는 슬라이드 가이드(39), 렌즈 마운트 지지대 및 렌즈 마운트를 통해서 수직을 유지하고 스프링(40)에 의해 고정자(38)와 이동자(36)사이에는 일정압력이 걸리면서 렌즈가 이송될 수 있는 것이다. 압전체(37)와 이동자(36)는 공지의 기술을 그대로 본 발명에 적용하였다. 선형 초음파모터(34)는 상술한 바와 같이 수직방향의 압력을 이용하여 마찰력을 발생시켜 압전체(37)에 의해 초음파를 얻어 초음파 진동에 의해 선형운동하게 된다. 렌즈 마운트 지지대(41)와 연동해서 내부 슬라이드 저항(41)은 선형이동을 하며 이에 의해 줌 렌즈 및 초점 렌즈의 현재 위치가 판별된다. 고정자(38)의 양단부에 마련된 이동한계 홈(42)은 줌 렌즈 및 초점 렌즈의 이동범위를 제한하는데 사용된다.

제4도는 정확한 초점 오차를 검출 신호처리하기 위한 초점오차 검출부(45)의 블록도를 도시하며, 초점오차 검출부(45)는 FSP(17)(제2도)내에 포함된다. 기존의 초점오차 검출은 비디오 작성회로(44)에서만 검출되어 정확한 초점오차 검출이 곤란하였으나, 본 발명은 조리개완전개방 판별회로(46), RGB분리회로(48), RGB편차량 검지기(50) 및 아날로그 스위치(52)를 더 구비하여 완전한 초점오차 검출을 함으로써 보다 선명한 화상을 얻을 수 있도록 하였다. 즉, 조리개완전개방 판별회로(46)는 조리개가 완전히 열린상태를 어두운 경우로 판단하고, RGB분리회로(48)는 영상신호를 색신호 R,G,B로 분리하고, RGB편차량 검지기(50)는 색신호 R,G,B의 변화량 AR,AG,AB중에서 최대의 편차량을 판별하여 초점에러치를 결정하도록 하였다. 즉 RGB차량 검지기(50)에서 선택된 최대의 편차량과, 통상의 휘도신호(Y)와 비디오 작성회로(44)의 신호와, 조리개완전개방 판별회로(46)의신호를 아날로그 스위치(52)에서 스위칭하고 이것을 초점에러검출 신호처리기(17)에서 초점에러치 계산에 이용하여 석양과 같은 단색의 화상에서도 정확한 초점 에러를 구할 수 있도록 하였다.

제5도는 본 발명에 따른 초음파 구동방식에 관한 일실시예를 도시한 것으로서 최근의 기술과 같이 마이크로 프로세서(18)를 본 발명에서도 구동제어방식으로 채용하였다. 드라이버(driver)(19,21)에 걸리는 위상차를 0°, 90° 혹은 0°, -90°로함으로써 선형 초음파모터의 전.후이동이 가능하며 상차가 중간값일 경우에는 속도제어도 할 수 있다. 즉, 사용주파수에 따라 선형 초음파 모터의 속도제어도 가능하다는 것을 해당기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알수 있을 것이다. 본 발명에서는 최적의 효과를 얻기 위해 마이크로 프로세서(18)의 상차, 주파수, 그리고 D/A 컨버터의 진폭 제어신호를 드라이버(19,20)로 전압제어하고, 트랜스포머(transformer)(54,56)에서 신호의 크기를 변환시켜 압체(57,58)를 진동시킴으로써, 상차, 주파수, 그리고 D/A 컨버터 신호의 입력을 모두 모터의 제어에 사용할 수 있다. 압전체(57,58)는 제3도의 압전체(37)와 동일한 것이며, 압전체의 진동에 의해 이동자는 고정자를 이동하게 되는 것이다. 센서(60,61)는 또하나의 압전전극으로서 전압을 가하는 것은 아니고 압전체로부터 역으로 압전체의 변형을 이용하여 발생파형을 감지하여 마이크로 프로세서(18)에 피드백(feedback)시킴으로써 마이크로 프로세서에 의한 초음파 구동파형을 원하는 대로 전체적으로 정형할 수 있다. 즉 압전체(57,58)의 진동상태를 감지하여 선형 초음파모터가 최적으로 구동할 수 있는 파형(예를 들면, 정현파형이나 상차, 주파수등)이 되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 선형으로 구동되는 모터를 채용함므로서 회전운동을 직선운동으로 변환하는 워엄기어등의 기구물이 배제되어, 렌즈의 이송속도를 고속화할 수 있고, 렌즈 위치의 정밀도를 향상시키며, 구동장치를 단순화, 소형화할 수 있으며, 기구물의 동작소음을 줄일 수 있고, 또한 모터내부에 슬라이드 가변저항을 내장시킴으로써 가변저항의 분해능을 향상시킬 수 있고, 기구적인 단순화도 가능하며, 모든 초점에러의 요인을 검출함으로서 정확한 초점을 얻을 수 있고, 또한 줌 렌즈의 위치정보와 초점 렌즈의 위치정보를 결합한 제어시스템을 갖춤으로서 선명한 영상을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

초점 렌즈와 줌 렌즈로 구성된 렌즈부와, 상기 렌즈들을 통해 들어온 영상이 맺히는 촬상(CCD)부와, 촬상부의 촬상소자에 맺힌 초점 에러(error)를 검출하고 보정하여 선명한 영상이 맺히도록 조절하고 제어하는 제어부와, 제어부의 신호에 따라 초점 렌즈와 줌 렌즈의 위치를 이송시키는 구동모터를 구비하여 이들에 의해 초점과 줌 기능이 조절되는 촬영장치의 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치에 있어서,

상기 구동 모터가 초점 렌즈 구동용 선형 초음파모터 및 줌 렌즈 구동용 선형 초음파모터이고,

상기 초점 렌즈 구동용 및 줌 렌즈 구동용 선형 초음파모터가 슬라이드 가이드와 렌즈 마운트와, 렌즈 마운트 지지대와, 스프링을 구비하여 상기 선형 초음파모터의 고정자와 이동자 사이에 위치하는 상기 초점 렌즈 및 상기 줌 렌즈가 수직을 유지하고, 일정 압력을 얻도록 하고,

상기 렌즈 마운트 지지대와 연동하여 상기 초점 렌즈 및 줌 렌즈의 현재 위치를 판별토록 하는 가변저항 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치.
제1항에 있어서,

상기 고정자의 양단부에 설치되어 초점 렌즈 및 줌 렌즈의 이동거리를 제한하는 이동한계 홈을 더 설치한 것을 특징으로 하는 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치.
제1항에 있어서,

상기 초점 렌즈 구동용 및 줌 렌즈 구동용 선형 초음파모터가 상기 제어부의 마이크로 프로세서와 구동 드라이버에 의해 상차, 주파수 및 진폭 제어로 구동되는 것을 특징으로 하는 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치.
제3항에 있어서,

상기 마이크로 프로세서와 상기 구동 드라이버에 의해 상기 선형 초음파모터가 구동되는 상태를 검지할 수 있는 센서를 상기 선형 초음파모터내에 구비시킨 것을 특징으로 하는 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치.
제4항에 있어서,

상기 센서가 상기 선형 초음파모터의 구동상태를 발진파형으로 변환하여 상기 마이크로 프로세서에 상기 발진 파형을 피드백시켜 상기 선형 초음파모터가 최적의 상태로 구동되도록 피드백 제어하는 제어 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치.
제1항에 있어서,

상기 촬상부내에 조리개 완전개방 판별회로와, RGB분리회로와, RGB편차량 검지기와, 아날로그 스위치를 구비하여 상기 제어부와 정확한 초점에러를 검출하도록 초점에러 검출부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 초점 렌즈 및 줌 렌즈 구동장치.