KR0156128B1 - 렌즈 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈 어셈블리에 관한 것으로, 캠코더의 비데오 오토 포커싱장치에서 포커스용 렌즈를 렌즈 사이에 굴절률이 있는 액체를 충전시키고, 렌즈의 양측면에 자성체를 부착시켜 구성하여 렌즈를 액티브화 함으로써 렌즈 자체로 포커스의 변화가 가능케 하며, 전자석의 원리를 이용하여 그 렌즈를 구동하여 오토 포커싱되도록 하므로 포커스 모터를 구성시키지 않아도되며, 포커싱 속도 및 정밀도를 향상시킨 것이다.

또한, 본 발명은 줌 렌즈에도 적용이 가능하다.

Description

렌즈 어셈블리

제1도는 종래의 오토 포커싱 원리를 설명하기 위한 도면.

제2도는 종래의 오토 포커싱 구동장치의 블록도.

제3도 (a), (b)는 본 발명에 따른 액티브 렌즈의 측면도 및 정면도.

제4도는 본 발명에 따른 액티브 렌즈 구동장치의 구성도.

제5도는 (a), (b)는 액티브 렌즈의 구동설명을 위한 도면.

제6도 (a)-(b)는 액티브 렌즈의 구동예도.

제7도 (a)는 인간의 눈의 구조도.

(b), (c)는 초점거리 변경원리 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 렌즈 12 : 굴절률이 높은 액체

13 : 굴절률 조절수단 14 : 자장생성용 코일

15 : 액티브 렌즈 16 : CCD

17 : 수정체 18 : 안근

19 : 망막 20 : 원추

100 : 오토 포커스 데이터처리부 200 : 제어부

300 : 포커스 구동부

본 발명은 렌즈 어셈블리에 관한 것으로서, 특히 캠코더의 포커스용 렌즈를 액티브 (Ative)화 하여 렌즈자체로 포커스의 변화가 가능케 하며, 전자석의 원리로 그 렌즈를 구동하여 오토 포커싱되도록 한 렌즈 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 캠코더에서 콘트라스트 검출방식의 오토 포커스장치는 영상신호 중 고주파수(High Frequency) 성분을 검출하여 이것이 최대치가 되는 곳을 포커싱 포인트로 검출하게 되는데, 이를 제1도를 참조로 설명한다.

우선, 포커스의 핀트(Pint)가 맞으면 상의 에지가 명료하게 되고, 이는 영상신호에서 고역성분이 증가함을 의미한다.

그리고 종래 오토 포커싱의 원리를 설명하기 위해 제1도에 도시한 바와 같은 마운틴 크리이밍(Mountain Climbing)은 일반적인 서보제어에 많이 사용되고 있는 것으로, 원하는 신호레벨이 최대가 되는 포인트를 찾아 모터를 정지시키는 방법이다.

여기서, 먼저 방향을 판단할 경우 현재 위치에서 최적(Jus) 핀트 포인트로 이동하려면 포커스 렌즈를 어느 방향으로 이동시켜야 하는지 판단하기 위해 포커스 렌즈를 임의 방향으로 미소량만큼 이동시켜서 포커스 값이 커지는 방향을 검출한다.

그리고 정점(Just Point)을 확인하기 위해 좌, 우로 미소량을 이동시켜 보아서 실제 이동점이 정점인가를 확인하며, 포커스 속도를 높이면서 정확도가 높고 안정된 동작을 하기 위해선 최적 포인트로부터 멀리 떨어진 위치에서는 모터 속도를 높이고 가까운 곳에서는 모터 속도를 낮추어 주는 형태의 제어를 행하며, 포커스 모터로는 제어가 용이한 스텝 모터를 사용하며, 일반적으로는 4개의 스텝 펄스를 가지고 모터를 구동하게 하고 있다.

제2도는 상기와 같은 원리에 의해 오토 포커싱을 수행하는 종래의 캠코더의 오토포커싱 구동장치의 블록 구성도를 도시한 것으로, 먼저, 입력되는 휘도신호(Y_AF)가 차단 주파수(fc)가 서로 다른 하이 패스 필터(HPF1), (HPF2)를 거쳐 고역성분만이 통과된 후, 각각 증폭기(AMP1), (AMP2)를 통하여 증폭된다.

그리고 상기 증폭기(AMP1), (AMP2)의 출력은 마이컴(MICOM)으로부터의 제어에 의해 스위치(SW1)에 의해 선택되어 버퍼(BUF1)를 통해 로우패스필터(LPF1)로 출력된다.

이 신호는 로우패스필터(LPF1)에서 저역성분만 통과되어 아날로그 디지털 변환기( ADC1)에 입력되어 디지털 신호로 출력된다.

이때, 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC1)에 입력된 신호를 기준전압발생부(1)로 부터의 최저기준전압(Voltage Reference Bottom)(V_RB)과 최고기준전압(Voltage Reference Top)(V_RT)에 의해 클램프된 후, 디지털 신호로 변환된다.

그리고 상기 아날로그 디지털 변환기 (ADC1)에 의해 디지털 신호로 변환된 신호는 영역분할IC(2)에서 영역분할되어 각 면적에 대해 디지털 적분이 실행된 후, 멀티플렉서(MUX1)를 통해 마이컴(MICOM)의 입출력포트(I/O)로 입력되어 마이컴(MICOM)에서 오토 포커싱 프로그램의 데이터로 사용되어진다.

한편, 줌 위치 센서(3), 홀소자(4), 포커스 앤드 센서(5)로 줌 렘즈(A)의 위치 및 아이리스(Iris)(B)의 열린 상태 및 포커스 렌즈인 마스터 렌즈(C)의 위치 등이 센싱되어 각각 줌 엔코더(6), 포커스 앤드 센싱부(7), 홀 센싱부(8)를 통하여 마이컴(MICOM)에 오토 포커싱용 데이터로 입력되어 오토포커싱 프로그램에 의해 포커스 모터 구동부(9)를 제어하게 된다.

따라서 포커스 모터(M1)가 상기 포커스 모터 구동부(9)에서 스텝 펄스를 받아서 구동되게 되는데, 그 구동에 의해 포커스용 마스터 렌즈(C)를 좌, 우로 이동시켜서 비데오 오토 포커스가 이루어지도록 한다.

이때, 텔레/와이드(Tele/Wide)를 위한 줌 모터(M2)도 마이컴(MICOM)의 줌 모터 구동부(10)의 제어에 따라 구동되게 되며, 상기 줌 모터 구동부(10)에 의한 줌 모터(M2)의 구동에 의해 줌 렌즈(A)가 좌, 우로 구동되게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 포커스 모터를 사용하여 포커스용 마스터 렌즈를 좌, 우로 이동시킴으로써 오토 포커싱을 수행함으로 그만큼 디스플레이 속도가 늦다는 단점이 있었다.

즉, 마스터 렌즈의 이동은 아주 미세하므로 그 구동을 위해 포커스 모터로써 스텝핑 모터를 사용해야만 한다.

따라서 모터로 구동하는 것은 그 디스플레이가 구조적으로 제한을 받게 됨에 따라 속도에 의한 정밀도가 떨어지므로 속도를 높일 수 없는 요인에 의해 속도의 제한을 받게 되는 것이다.

본 발명은 이러한 점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 오토 포커싱용 렌즈를 액티브화 하여렌즈 자체로 포커스의 변화가 가능케 한 렌즈 어셈블리를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 입력되는 휘도신호를 처리하여 오토포커스 데이터를 출력하는 오토포커스 데이터처리부와, 두께변화에 따라 굴절률이 조절되어 초점거리가 변경되는 액티브 렌즈와, 액티브 렌즈의 측면에 부착되어 인가되는 전류에 따라 액티브 렌즈의 두께를 변화시키는 굴절률 조절수단과, 오토포커스 데이터처리부의 출력에 따라 굴절률 조절수단에 인가되는 전류를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성됨에 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시에를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제3도 (a), (b)는 본 발명에 따른 렌즈 어셈블리의 측면 및 정면을 도시한 것으로, 본 발명에 따른 액티브화 한 오토 포커스 렌즈(이하, 액티브 렌즈라 칭함)(15)는 렌즈(11) 사이에 굴절률이 높은 액체(12)를 채우고, 렌즈(11) 측면쪽에 띠형태의 자성체인 굴절률 조절수단(13)을 부착시켜 구성된다.

제4도는 본 발명에 따른 구동장치를 도시한 것으로, 입력되는 휘도신호(Y_AF)를 처리하여 오토 포커스 데이터로 출력하는 오토 포커스 데이터 처리부(100)와, 상기 오토 포커스 데이터 처리부(210)와 상기 포커스 정보 검출부(210)에서 검출된 신호를 수신하여 미리 지정된 값과 비교하여 포커스 에러신호를 출력하는 포커스 에러 판별부(220)로 된 제어부(200)와, 상기 제어부(200)의 출력신호에 따라 상기 자장생성용 코일(14)에 흐르는 전류를 제어하여 상기 굴절률 조절수단(13)이 서로 밀리거나 당겨지도록 하여 액티브 렌즈(15)의 두께를 조정함으로써 포커스 포인트 위치를 제어하는 포커스 구동부(300)로 구성된다.

여기서, 상기 오토 포커스 데이터 처리부(100)는 제2도는 휘도신호(Y_AF) 처리블럭과 동일하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 렌즈의 구조를 사람의 눈에 최대한 가까운 형태로 하여 포커싱을 하고자 하는 것으로, 그 원리를 설명하기 위해 제7도 (a)에 인간의 눈의 구조를 도시하였다.

이를 보면 수정체(17)에 안근(18)이 붙어 있고, 화상이 맺혀지는 망막(19)과, 그 신호를 대뇌로 전송하는 점인 원추(20) 등의 구조로 되어 있다.

만일, 인간이 제7도 (b)와 같이 먼 거리에 있는 피사체를 볼 경우는 망막(19)에 초점을 맞추기 위해 안근(18)이 수축되고, 이 수축에 의해 수정체(17)가 얇아지게 되어 굴절률의 변화가 생겨 초점거리가 길어지게 되며 심도가 얕아진다.

반면에, 제7도 (c)와 같이 가까운 거리의 피사체를 볼 경우는 안근(18)이 이완되어 수정체(17)가 두꺼워지므로 초점을 조정하게 된다.

이와 같은 원리를 이용한 본 발명은 우선, 제어부(200)에서 오토 포커스를 위해 오토 포커스 데이터 처리부(100)로부터 입력되는 신호에 따른 제어 펄스를 포커스 구동부(300)에 전송시키면 상기 포커스 구동부(300)에 상기 제어부(200)로부터 인가되는 제어펄스에 따라 상기 자장생성용 코일(14)에 흐르는 전류의 양과 방향을 제어한다.

그 구동예로, 상기 포커스 구동부(300)로부터 인가되는 전류의 방향에 의해 상기 자장생성용 코일(14) 양쪽에 극성이 결정될 경우 상기 굴절률 조절수단(13)과 다른 극성을 띠게 되면(N극과 S극 또는 S극과 N극), 서로 끌어당기게 되고, 그 끌어당기는 힘은 자장생성용 코일(14)에 흐르는 전류에 비례한 자장의 세기만큼 생성이 되어 액티브 렌즈(15)의 폭이 변화된다.

즉 제5도 (a)에 도시한 것처럼 굴절률 조절수단(13)이 밖으로 밀리면 굴절률이 높은 액체(12)라 밖으로 밀리고 렌즈(11) 쌍이 서로 가까워지며, 이에 따라 포커스 위치가 변화되는데, 굴절률 조절수단(13)이 서로 밀리게 됨에 따라 포커스의 길이는 멀어지게 되는 것이며, 제어부(200)에서 제어하는 만큼 포커스 거리가 변화된다.

또한, 제5도 (b)와 같이 포커스의 길이를 짧은 쪽으로 구동하려면 제어부(200)는 포커스 구동부(300)를 제어하여 자장생성용 코일(14)에 흐르는 전류의 방향을 반대로 하여 액티브 렌즈(15)의 굴절률 조절수단(13)과 같은 극성을 띠게 하여 굴절률 조절수단(13)이 안쪽으로 밀리면 굴절률이 높은 액체(12)가 밀려서 렌즈(11) 사이의 거리를 멀게 하여 포커스 거리를 짧게 한다.

이를 제6도 (a)-(c)를 참조로 요약하면 다음과 같다.

우선, (a)와 같이 피사체가 3m의 거리에 있을 경우를 기준으로 할 경우(촛점위치는 F), (b)와 같이 피사체가 3m 이내에 있을 경우의 오토 포커스 동작은 다음과 같다.

처음 기준상태에서는 아직 포커스가 맞지 않았으므로 CCD(16)에 맺히는 상이 흐리다-제어부(200)가 입력되는 오토 포커스 데이터를 이용하여 포커스 구동부(300)를 구동-자장생성용 코일(14)에 흐르는 전류를 변화-자장변동-액티브 렌즈를 부름(안쪽으로 밀음)-액티브 렌즈 폭변화(a 위치에서 b 위치로 됨)-포커스 포인트(촛점) 변동(F1위치로)-포커스 정점확인의 과정을 거쳐 제6도 (b)와 같이 포커싱한다.

한편, 제6도 (c)와 같이 기준상태보다 피사체가 멀리 있을 경우에 포커싱 동작은 다음과 같다.

처음 기준상태에서 아직 포커스가 맞지 않았으므로 CCD(16)에 맺히는 상이 흐리다-제어부(200)에 입력되는 오토 포커스 데이터를 이용하여 포커스 구동부(300)를 구동-자장생성용 코일(14)의 전류변화-자장변동-액티브 렌즈를 당김(밖으로 당김)-액티브 렌즈의 폭변화(a 위치에서 d 위치로 됨)-포커스 포인트(촛점) 변동(F2 위치로)-포커스 정점확인의 과정을 거쳐 포커싱한다.

한편, 상기 굴절률이 높은 책체(12)에 대한 설명을 하면 다음과 같다.

일반적으로 굴절률은 현재 사용중인 렌즈에서 굴절률이 1.43-2.01까지 200여종이 있으며, 또한 분산계수가 각기 다르다.

그리고 렌즈를 선택할 때 그 렌즈 어셈블리의 분산계수와 그 때 맞는 굴절률을 상기 200여종의 렌즈 재료에서 선택하여 사용하고 있다.

굴절류(n)은 공기가 1로 정의되어 있고 물은 약 1.5로 되어 있으며, 렌즈를 구성할 때 그 때 특성에 맞는 즉, 굴절률과 분산계수가 맞는 액체를 택일하여 액티브 렌즈를 구성시켜야 하므로 본 발명에서는 렌즈 어셈블리 구성에 맞는 굴절률과 분산게수이면 어떠한 액체를 사용하여도 무방하다. 그리고 본 발명에서는 렌즈 어셈블리를 구성함에 있어서, 오토 포커스가 가능한 굴절률과 분산계수가 적절한 액체이면 물이든 관계없이 사용이 가능하다.

따라서 굴절률이 높은 액체란 그 렌즈 어셈블리를 형성함에 있어서 그 때에 맞는 굴절률과 분산계수를 갖춘 액체를 의미한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 캠코더의 포커스 렌즈를 액티브화 하여 마이컴의 제어에 따라 자장생성용 코일에 흐르는 전류량 및 전류방향의 제어로 렌즈 폭을 조정하여 포커스를 변화시킬 수 있게 되므로 오토 포커스를 위한 포커스 모터를 사용치 않아도 되어 모터에 의한 소음 및 모터 구성에 따른 경비를 절감할 수 있게 된다.

또한, 렌즈 제어의 속도가 모터에 의하지 않고 렌즈 자체로 제어되므로 포커싱 속도가 빠르며, 모터로 구동할 경우에 비해 더 정밀하게 포커싱을 제어할 수 있게 되는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 다른 액티브 렌즈를 줌 렌즈에 적용시키면 줌 모터도 없앨 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 입력되는 휘도신호를 처리하여 오토포커스 데이터를 출력하는 오토포커스 데이터처리부와, 두께변화에 따라 굴절률이 조절되어 초점거리가 변경되는 액티브 렌즈와, 상기 액티브 렌즈의 측면에 부착되어 인가되는 전류에 따라 액티브 렌즈의 두께를 변화시키는 굴절률 조절수단과, 상기 오토포커스 데이터처리부의 출력에 따라 상기 굴절률 조절수단에 인가되는 전류를 제어하는 제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 렌즈 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 굴절률이 있는 액체는 오토 포커스가 가능한 굴절률과 분산계수를 갖춘 액체를 의미함을 특징으로 하는 렌즈 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 상기 굴절률 조절수단은 상기 액티브 렌즈의 양측면에 띠형태의 자성체가 부착되는 것임을 특징으로 하는 렌즈 어셈블리.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 액티브 렌즈는 렌즈 내부에 굴절률이 있는 액체가 충전되고, 상기 렌즈의 측면에 자성체가 부착되어 구성됨을 특징으로 하는 렌즈 어셈블리.
5. 제1항에 있어서, 상기 굴절률이 있는 액체(12)는 피사체가 기준거리보다 멀리 있을 경우 상기 제어수단에 의해 액티브 렌즈를 얇게 제어하게 하는 것을 특징으로 하는 렌즈 어셈블리.
6. 제1항에 있어서, 상기 굴절률이 있는 액체(12)는 피사체가 기준거리보다 가까이 있을 경우 상기 제어수단에 의해 액티브 렌즈를 두껍게 제어하게 하는 것을 특징으로 하는 렌즈 어셈블리.