KR100888925B1 - 렌즈의 광축의 위치를 조절할 수 있는 렌즈 홀더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 대칭형인 렌즈의 광축을 이미지 센서의 센서면 상의 특정 위치에 정확하게 정렬할 수 있는 렌즈 홀더를 제공한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 렌즈 홀더는 최소한 하부 기대와 중간 부재와 상판 부재와 제 1 위치 조절 수단 및 제 2 위치 조절 수단을 포함한다.

상기 하부 기대는 이미지 센서가 장착된 카메라 기판과 고정되는 고정 수단을 구비하며, 상기 중간 부재는 상기 상판 부재와 하부 기대의 사이에 배치되되, 상기 상판 부재와 하부 기대는 각각 상기 중간 부재의 내측으로 삽입되어 결합된다. 상기 상판 부재는 렌즈의 광축이 상기 이미지 센서의 센서면에 수직하게 상기 렌즈와 결합되는 체결 수단을 구비하며, 상기 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대는 상기 상판 부재에 결합되는 렌즈의 광축 방향으로 관통되어 있다.

상기 렌즈의 광축을 Z-축으로 하는 직교 좌표계에서 상기 제 1 위치 조절 수단은 상기 상판 부재를 상기 중간 부재에 대하여 Y-축 방향으로만 이동시킬 수 있으며, 상기 제 2 위치 조절 수단은 상기 중간 부재를 상기 하부 기대에 대하여 X-축 방향으로만 이동시킬 수 있다. 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대의 상대적인 위치에 상관없이 상기 렌즈 홀더는 항상 광학적으로 차폐된 구조를 유지한다.

렌즈 홀더, 스테이지 장치, 광축, 정렬, 영상 처리, 어안 렌즈

Description

렌즈의 광축의 위치를 조절할 수 있는 렌즈 홀더{LENS HOLDER FOR ADJUSTING THE LOCATION OF THE OPTICAL AXIS OF A LENS}

본 발명은 렌즈 홀더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전대칭형인 결상 렌즈의 광축을 이미지 센서의 센서면 상의 특정한 위치에 위치시킬 수 있도록 위치 조절 수단을 갖는 렌즈 홀더에 관한 것이다.

도 1은 보드 카메라(board camera)라고 불리는 소형의 CCTV(closed circuit television)의 분해 사시도이다. 상기 보드 카메라(100)는 카메라 기판(120)과 렌즈 홀더(lens holder: 130) 및 결상 렌즈(imaging lens: 110)를 포함한다. 카메라 기판(120)은 대개 인쇄 기판(printed circuit board: 121)에 형성한 전자 회로에 전자 부품들(123)과 CCD 혹은 CMOS 이미지 센서(image sensor: 122)를 장착하여 완성된다. 이미지 센서(122)는 가로 대 세로의 비가 4:3, 1:1 혹은 16:9인 직사각형 모양의 센서면(sensor plane: 124)을 갖는다.

렌즈(110)는 대개 광축(optical axis: 111)을 중심으로 회전 대칭형인 형상을 가진다. 이러한 렌즈는 1매 이상의 렌즈 요소(lens element: 114)를 가지며, 렌즈 요소들은 렌즈 경통(115) 안에 실장된다. 상기 결상 렌즈에 의하여 포착된 피사체(도면에 표시되지 않음)의 영상은 초점면(focal plane: 112)의 일부분인 영상면(image plane: 113)에 형성된다. 상기 초점면(112)은 광축(111)에 수직인 평면이며, 렌즈를 기준으로 피사체가 존재하는 물체쪽(object side)의 반대쪽, 즉 상쪽(image side)에 존재한다. 상기 렌즈(110)의 마디점(nodal point)에서 초점면(112)까지의 거리는 대략 렌즈의 유효 초점 거리(effective focal length)와 일치한다. 상기 초점면에서 실제로 피사체의 영상이 맺히는 영역이 영상면(113)이다. 회전 대칭형인 렌즈의 구조상 영상면(113)은 원판의 형상을 갖는 것이 일반적이다.

도 1에 도시한 바와 같은 영상 시스템으로부터 선명한 영상을 얻기 위해서는 상기 렌즈의 초점면(112)이 센서면(124)과 일치하도록 렌즈와 센서면 간의 광축 방향의 거리를 조절하여야 한다. 이와 같이 센서면과 초점면이 일치할 때 영상의 "초점이 맞았다."라고 일컬어진다. 또한, 상기 영상면(113) 안에 센서면(124)이 완전히 포함되어야 비네팅(vignetting)이 발생하지 않는다. 비네팅이 발생하면 상기 카메라에 연결된 모니터에서 아무런 영상 신호가 존재하지 않는 부분이 존재한다. 비유하면 모서리가 잘린 사진과 같은 형태가 된다. 이와 같은 비네팅이 발생하지 않도록 하기 위해서 상기 영상면(113)의 크기가 센서면(124)에 비하여 충분히 크도록 영상 시스템을 설계하는 것이 일반적인 방법이다.

이와 같이 비네팅이 발생하지 않는 선명한 영상을 얻기 위해서는 먼저 영상면 안에 센서면이 모두 포함될 수 있도록 영상면이 충분한 크기를 가져야 하며, 둘째로는 렌즈와 센서면 사이의 광축 방향의 거리가 정확해야 하고, 셋째로는 영상면 의 중심과 센서면의 중심이 대략 일치하여야 한다.

도 1에 도시한 렌즈 홀더(130)는 이와 같은 기계적인 정렬을 위하여 필요한 부품이다. 소형의 영상 시스템에 사용되는 렌즈 홀더는 도 1에 도시한 바와 같이 대개 고정부(131)와 홀더 경통부(132)로 구성된다. 상기 고정부는 그 안에 이미지 센서(122)를 포함할 수 있도록 속이 빈 상자의 모양이며, 상기 렌즈 홀더(130)와 카메라 기판(120)을 물리적으로 결합하기 위하여 카메라 기판에는 기판 고정 나사 관통공(125)이 형성되며, 대응하는 렌즈 홀더의 고정부에는 기판 고정 나사 체결공(133)이 형성된다. 보드 카메라를 조립하기 위해서 상기 카메라 기판(120)의 이미지 센서(122) 위에 렌즈 홀더(130)를 올려놓은 뒤 기판 고정 나사(126)를 사용하여 카메라 기판과 렌즈 홀더를 고정시킨다.

상기 렌즈 경통(115)의 아래쪽에는 렌즈 체결부(116)가 형성되어 있으며, 렌즈 홀더(130)의 홀더 경통부(132)에는 대응하는 렌즈 체결공(134)이 형성되어 있다. 따라서 상기 렌즈를 홀더 경통부에 끼워 넣은 뒤, 상기 렌즈를 시계 방향으로 회전시키면 렌즈와 센서면 간의 거리를 줄일 수 있으며, 반대로 반시계 방향으로 회전시키면 렌즈와 센서면 간의 거리를 크게 할 수 있다. 초점이 맞은 영상을 얻기 위해서는 상기 카메라를 비디오 모니터에 연결한 후 영상이 가장 선명해질 때까지 렌즈를 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전을 시키게 된다.

도 1과 같은 저가의 영상 시스템에서는 렌즈의 광축(111)과 이미지 센서의 센서면(124)의 중심이 일반적으로 일치하지 않는다. CCD 이미지 센서는 대개 dip type으로 제작되므로 인쇄 기판(121)에 실장될 때 이미 상당한 정도의 정렬 오차가 발생한다. 또한, 렌즈 홀더(130)와 인쇄 기판(121)을 기판 고정 나사(126)로 결합할 때에도 두 부품이 모두 제작 공차를 가지고 있으므로 정렬 오차가 누적되게 된다. 따라서 렌즈와 렌즈 홀더가 완벽하다고 하더라도 최종적으로 완성된 보드 카메라에 있어서 렌즈의 광축과 이미지 센서의 센서면의 중심은 일반적으로 일치하지 않으며, 그 오차는 업계에서 대략 ±0.3mm 정도로 가정한다.

일반적인 영상 시스템에서는 렌즈의 광축이 센서면의 중심과 정확하게 일치하지 않더라도 큰 지장이 없다. 영상면의 크기가 센서면의 크기에 비하여 크기 때문에 비네팅이 발생하지 않으며, 영상면의 중심이 비디오 모니터 화면의 중심과 정확하게 일치하지 않는다는 사실을 육안으로 느끼기 어렵기 때문이다. 그런데 어안 렌즈(fisheye lens)를 사용하여 얻은 영상에 영상 처리(image processing)를 하여 원하는 영상을 추출하는 것과 같은 특수한 기술 분야에서는 이 정렬 오차가 심각한 영상의 왜곡을 발생시킨다.

어안 렌즈는 대개 화각(field of view)이 160°이상이며, 입사광의 입사각(incidence angle)과 영상면에서의 상 크기(image height)가 대체로 비례하는 렌즈를 지칭한다. 보안·감시나 엔터테인먼트 등 많은 경우에서 화각이 180°이상인 어안 렌즈를 필요로 하는 응용 예가 존재한다. 도 2는 Paul Bourke 교수가 컴퓨터로 제작한 가상적인 실내 풍경이며, 이상적인 등거리 투사 방식(equidistance projection scheme)을 가지는 화각 180°의 어안 렌즈를 사용하는 것으로 가정된 것이다. 이 영상은 가로 방향 및 세로 방향의 크기가 모두 250 픽셀인 정사각형의 모양을 가지고 있다. 따라서 광축의 위치, 즉 영상면의 중심의 좌표는 (125.5, 125.5)이며, 입사각 90°인 입사광의 상 크기 r은 r(π/2) = 125.5 - 1 = 124.5로 주어진다.

도 3은 도 2의 영상에서 추출한 전방위 영상의 예이며, 참고 문헌 1의 실시예 8의 영상 처리 알고리즘을 적용한 것이다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 사방 네 벽의 수직선들이 모두 직선으로 표시되고 있다. 이와 같이 수직선이 직선으로 표시되는 것이 정확한 전방위 영상의 특징이다. 한편, 도 4는 도 3과 같은 영상 처리 알고리즘을 적용하되, 영상면의 중심의 좌표에 가로 10 픽셀 및 세로 10 픽셀만큼 오차를 부여한 결과이다. 도 4에서는 영상이 상당히 일그러져 보이는 것을 알 수 있다. 이와 같이 영상 처리를 하는 영상 시스템에서는 영상면에서 중심의 위치, 즉 광축의 위치를 정확하게 조절 내지는 측정할 필요성이 존재한다.

부가적인 문제로 어안 렌즈는 화각이 크기 때문에 영상면의 중심이 센서면의 중심과 일치하지 않을 경우에 영상 시스템에 포착되는 영상의 화각이 심하게 비대칭적이 된다. 즉 왼쪽과 오른쪽의 화각이 크게 다르거나, 위쪽과 아래쪽의 화각이 크게 다르게 된다. 이와 같은 어안 렌즈의 큰 화각으로 인하여 정렬 오차가 눈에 쉽게 띄게 된다.

이와 같은 사실들을 고려하면 어안 렌즈와 같은 광각 렌즈를 사용하는 영상 시스템에서는 영상 처리를 하던 하지 않던 광축의 위치를 정확하게 조절할 필요성이 존재한다. 그런데 어안 렌즈의 광축의 위치를 센서면의 중심에 일치시키는 것이 항상 바람직한 것은 아니다. 예를 들어 화각 180°의 어안 렌즈를 실내벽에 수평으로 장착하여 넓은 영역을 관찰하고자 한다고 하자. 이와 같은 영상 시스템에 서는 수평으로는 렌즈의 화각을 대칭적으로 하여 왼쪽과 오른쪽을 똑같이 넓게 모니터링하는 것이 바람직할 것이다. 그러나 수직 방향으로는 비대칭적인 것이 더 바람직할 것이다. 왜냐하면, 어안 렌즈의 광축을 기준으로 수평선 이상의 영역은 대부분 실내 천정이므로 모니터링할 필요성이 적기 때문이다. 따라서 이와 같은 점들을 고려하면 바람직한 센서면(524)과 영상면(513)의 크기 및 상대적인 위치는 도 5와 같은 형태인 것이 바람직할 것이다.

도 5에서 이미지 센서면(524)은 세로변(524T, 524B)의 길이 B와 가로변(524L, 524R)의 길이 V가 4:3인 일반적인 이미지 센서의 센서면이라고 가정하였다. 어안 렌즈의 화각이 180°라면 렌즈의 편각(half angle) θ₂는 90°이다. 이때 이미지 센서의 픽셀을 최대한 활용하면서도 가로 방향으로 화각 180°의 영상을 얻기 위해서는 영상면(513)의 가장자리가 센서면(524)의 가로변(524L, 524R)에 접하는 것이 바람직하다. 따라서 바람직한 영상면의 크기는 다음의 수학식 1과 같이 주어진다.

한편, 수직 방향으로는 수평선 아래로 모든 영역을 모니터링하는 것이 바람직할 것이다. 따라서 영상면(513)의 테두리가 센서면의 왼쪽변(524L), 오른쪽변(524R) 및 아래쪽변(524B)에 접하도록 영상면의 중심 Ｏ, 즉 광축을 위치시키는 것이 바람직할 것이다.

이와 같은 여러 응용 예에서 렌즈의 광축을 센서면 상의 특정 위치에 정확하게 정렬시킬 필요성이 존재한다. 그 정렬의 정확도는 이미지 센서의 픽셀의 크기가 기준이 될 수 있다. VGA(video graphics array)급의 해상도를 가지는 1/3-inch CCD인 경우에는 각각의 픽셀의 가로변 및 세로변의 길이가 모두 7.5㎛이다. 따라서 바람직하게는 이와 같이 한 픽셀의 크기 이하로 정렬하는 것이 바람직할 것이다. 그런데 도 1에 도시한 바와 같은 통상의 렌즈 홀더를 사용하여 이와 같은 정밀도로 렌즈와 이미지 센서를 정렬한다는 것은 불가능하다.

선명한 영상을 얻기 위한 또 다른 선결 조건으로 잡광(stray light)을 모두 제거해야 한다. 즉, 영상면에는 렌즈에 의하여 결상된 빛만이 도달하여야 하며, 렌즈를 거치지 않은 빛이 새어 들어오게 되면 모두 노이즈로 작용하게 된다. 도 1의 보드 카메라에서 렌즈와 렌즈 홀더와 카메라 기판이 모두 결합된 이후에는 렌즈를 거친 의도된 광선 이외의 잡광은 이미지 센서의 센서면에 도달하지 못한다. 즉, 이와 같은 구조에서 카메라는 광학적으로 완전히 차폐된 구조를 구성하게 된다. 따라서 렌즈 홀더는 기계적 정렬과 더불어 광학적 차폐 효과를 제공한다.

참고 문헌 2에는 비교적 큰 렌즈 또는 렌즈 그룹(lens subassembly)을 조립하고 조정하는데 도움이 되는 렌즈 홀더가 제시되어 있으며, 조정용 렌즈 장착 링(adjusting mount ring)과 상기 조정용 렌즈 장착 링에 렌즈 또는 렌즈 그룹의 탈착을 하기 위한 탈착 가능한 렌즈 수용 링(removable retaining lens ring) 및 상기 조정용 렌즈 장착 링에 120°각도로 배열되어 안쪽으로 삽입되는 두 개의 조정 나사(adjustment set screws)와 하나의 압력 핀 장치(pressure pin mechanism) 를 포함하여 구성된다.

화상 휴대폰이나 디지털 카메라 등의 광학 장비로 사진을 촬영할 경우에 사용자가 전문가가 아니면 사진 촬영이 일어나는 동안에도 손 떨림 현상이 발생하고, 이는 화질의 저하로 이어진다. 이와 같은 손 떨림 혹은 진동에 의한 화질의 저하를 방지하기 위하여 진동 상쇄 장치(vibration isolating device)가 개발되고 있다. 참고 문헌 3에는 기계적인 방법으로 진동 보정을 하기 위한 렌즈 홀더가 제시되어 있다.

상기 발명의 렌즈 홀더는 이동 틀(movable frame)과 렌즈 장착 틀(lens holding frame)과 고정 틀(stationary frame)이 순차적으로 배열되어 있으며, 렌즈 장착 틀이 이동 틀과 고정 틀 사이에 배치됨으로써 전체 장치의 광축 방향의 길이를 작게 하는 장점이 있다. 세 개의 틀은 대략 도넛 모양이며, 모양과 내경에 있어서 서로 유사하다. 상기 진동 상쇄 장치는 또한 렌즈 고정 틀을 독립된 두 방향으로 흔들 수 있도록 두 개의 압전 소자(piezoelectric elements)로 된 구동 수단(drive means)을 구비하고 있으며, 렌즈 장착 틀의 현재 위치를 파악하기 위하여 렌즈 고정 틀에 한 쌍의 LED 광원이 장착되어 있고, 고정틀에 대응하는 한 쌍의 광전 센서(photosensors)를 구비하고 있다. 상기 압전 소자를 구동하기 위해서는 고주파 전압을 사용한다.

그런데 이 발명은 렌즈를 광축에 수직한 두 방향으로 독립적으로 움직일 수 있지만, 광축의 위치를 조정하기 위한 목적의 발명이 아니므로 렌즈의 광축을 이미지 센서의 센서면 상의 특정 위치에 위치시키고, 고정할 수 없을 뿐만 아니라, 일 반적인 영상 시스템에서 필요한 광학적 차폐 효과를 제공하지 못하는 단점이 있다.

참고 문헌 4에는 본 발명의 목적과 유사한 목적을 가지는 CCTV용 렌즈의 마운트 시프트 장치가 기술되어 있다. 상기 발명은 촬영용 렌즈의 스크루마운트가 카메라 몸체에 부착될 때 생기게 되는 카메라 몸체의 수광면 및 광축간의 이탈 편차가 쉽게 보정될 수 있는 값싼 CCTV용 렌즈의 마운트 시프트 장치에 관한 것으로, 상기 발명의 마운트 시프트 장치는 카메라 몸체에 결합되는 마운트 프레임과, 광축을 갖는 렌즈를 지지하는 렌즈 프레임, 그리고 렌즈 프레임을 마운트 프레임에 대하여 광축에 수직한 두 방향으로 시프트를 할 수 있도록 시프트 링과 바이어스 부재들을 포함한다. 그런데 렌즈 프레임은 마운트 프레임에 대하여 수직한 두 방향으로 모두 조절하여야 하므로 독립적인 두 방향으로 각각 조정하는 것이 곤란하다는 단점이 있다.

한편, 참고 문헌 5에는 디지털 카메라 혹은 화상 휴대폰과 같이 크기가 작은 렌즈 요소를 사용하는 촬상 광학계의 조립시 종종 발생하는 렌즈의 편심에 의한 수율의 저하를 방지할 수 있도록 변조 전달 함수(MTF) 특성에 가장 큰 영향을 미치는 제 1 렌즈 요소의 편심을 보정할 수 있는 렌즈 조정 장치가 기술되어 있다. 상기 발명의 렌즈 조정 장치는 복수 개의 렌즈가 장착되는 경통의 이동을 제한하도록 지지하는 경통 지지대, 상기 경통 지지대 상부에 위치하며 상기 경통의 바깥쪽 둘레에 형성된 측면부를 구비하는 프레임 및 상기 프레임의 측면부에 장착되어 상기 경통에 장착된 복수 개의 렌즈 중에서 물체 측에 가장 가까이에 위치한 제 1 렌즈의 위치를 미세하게 조정할 수 있는 2 개의 미세 조정기와 제 1 렌즈에 대하여 미세 조정기와 반대 방향에서 탄성력을 제공하는 1개 이상의 탄성 부재를 포함한다.

참고 문헌 4의 발명은 렌즈 전체를 광축에 수직한 평면에서 시프트 시키는데 반하여, 참고 문헌 5의 발명은 렌즈 생산시의 수율 향상을 위하여 편심에 가장 민감한 렌즈 요소 하나를 광축에 수직한 평면에서 시프트 시킨다는 점이 다르다. 그러나 렌즈 조정 장치의 원리는 참고 문헌 1 내지 참고 문헌 4의 발명과 유사하게 광축에 수직한 두 방향에서 독립적으로 조정할 수 없다는 단점이 있다.

참고 문헌 6에는 기계적으로 진동 보정을 하기 위한 렌즈 홀더의 또 다른 실시예가 기술되어 있다. 상기 발명의 렌즈 홀더는 고정된 지지대(stationary support plate)와 상기 고정된 지지대에 의하여 지지되며 광축에 수직한 평면에서 X-축 방향으로만 이동이 가능한 X-축 방향 이동 부재(X-direction movable member)와 상기 X-축 방향 이동 부재가 X-축 방향으로만 이동을 할 수 있도록 하는 X-축 가이드 장치(X-direction guide device), 상기 X-축 방향 이동 부재에 의하여 지지되며 광축에 수직한 평면에서 Y-축 방향으로만 이동이 가능한 Y-축 방향 이동 부재(Y-direction movable member)와 상기 Y-축 방향 이동 부재가 Y-축 방향으로만 이동을 할 수 있도록 하는 Y-축 가이드 장치(Y-direction guide device)를 구비하되, 상기 X-축 방향 이동 부재는 고정된 지지대와 Y-축 방향 이동 부재의 사이에 위치하고, 상기 X-축 방향 이동 부재에는 삼각형을 형성하는 세 개의 구슬 지지 구멍(ball retaining through-hole)이 형성되고 이 구슬 지지 구멍에 세 개의 구슬이 삽입되어 상기 구슬이 고정된 지지대와 Y-축 방향 이동 부재에 접촉하며, 임의의 방향으로 회전이 가능하다.

상기 장치를 이용하여 진동 보정을 하기 위해서는 각각 X-축 방향과 Y-측 방향의 구동 수단이 필요하며, 상기 발명은 구동 수단으로 한 쌍의 전자석을 이용하고 있다. 또한, 상기 세 개의 볼은 진동 보정시에 상기 렌즈 홀더의 떨림 현상(rattle)을 방지하기 위한 것이다. 그런데 이 발명의 실시예는 다른 진동 보정용의 렌즈 홀더와 마찬가지로 광축의 위치를 반영구적으로 변경 및 고정하기 위한 목적으로 사용될 수 없다는 단점이 있다.

참고 문헌 7에는 프로젝터의 투사 렌즈를 광축에 수직한 방향으로 시프트 하기 위한 조정 장치가 기술되어 있다. 상기 발명은 입사된 광을 스크린으로 확대 투사시키기 위한 투사 렌즈 모듈과 모듈을 지지하는 승강 브라켓과 승강 브라켓이 승강 가능하게 지지하는 고정 브라켓과, 고정 브라켓과 승강 브라켓 사이에 설치되며 회전 방향에 따라 승강 브라켓을 선택적으로 승강시키는 시프트 유닛과 모듈의 하측에 설치되어 모듈을 탄력적으로 지지하는 탄성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그런데 상기 발명은 렌즈의 광축을 한 방향으로만 조정할 수 있다는 단점이 있고, 무거운 투사 렌즈 모듈을 지지하기 위하여 조정 장치의 구조가 복잡하다.

참고 문헌 8에는 프로젝션 렌즈의 광축을 광축에 수직한 두 방향에서 독립적으로 조정할 수 있는 렌즈 홀더가 기술되어 있다. 그런데 상기 발명의 렌즈 홀더는 이동 부재(movable plate)를 이동시키기 위하여 캠(cam) 장치를 이용하고 있으므로, 이동 가능한 범위가 캠의 작동 범위로 한정되는 단점이 있다. 또한, 웜 기어(worm gear)와 캠 장치를 사용하여 작동 메카니즘이 불필요하게 복잡해지는 단점 이 있다.

[참고문헌 1] 권경일, "회전 대칭형의 광각 렌즈를 이용하여 전방위 영상을 얻는 방법 및 장치", 대한민국 특허 제10-2008-0022039호, 출원일 2008년 3월 10일.

[참고문헌 2] Walter L. Wilson, "Quick-set precision optical holder", 미국 특허 제5,457,577호, 등록일 1995년 10월 10일.

[참고문헌 3] Akira Kosaka, Tetsuro Kanbara, "Lens movable in a perpendicular direction to the optical axis", 미국 특허 제6,005,723호, 등록일 1999년 12월 21일.

[참고문헌 4] 시시도 타카야스, 이토 미노루, "시시티브이 카메라용 렌즈의 마운트 시프트 장치", 대한민국 특허 제10-0397441호, 등록일 2003년 8월 27일.

[참고문헌 5] 최윤석, 정호섭, 김형진, 백재호, "렌즈 조정 장치 및 이를 이용하는 경통 조립체 제조 방법", 대한민국 특허 제10-0691192호, 등록일 2007년 2월 28일.

[참고문헌 6] Shuzo Seo, "Stage apparatus and camera shake correction apparatus using the stage apparatus", 미국 특허 제7,379,093호, 등록일 2008년 5월 27일.

[참고문헌 7] 장경철, "프로젝터의 투사렌즈 시프트 조정장치", 대한민국 특허 제10-0571779호, 등록일 2006년 4월 11일.

[참고문헌 8] Sheng-Feng Lin, "Projection lens shifting mechanism", 미국 특허 제6,909,560호, 등록일 2005년 6월 21일.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 회전 대칭형인 결상 렌즈의 광축을 이미지 센서의 센서면 상의 특정 위치에 정확하게 정렬할 수 있는 렌즈 홀더를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은,

광축을 중심으로 회전 대칭형인 렌즈가 결합되는 상판 부재와, 하부의 카메라 기판에 고정되는 하부 기대와, 상기 상판 부재와 하부 기대가 각각 내측으로 삽입되는 중간 부재와, 상기 상판 부재를 상기 중간 부재에 대하여 Y-축 방향으로 이동시키는 제 1 위치 조절 수단과, 상기 중간 부재를 상기 하부 기대에 대하여 X-축 방향으로 이동시키는 제 2 위치 조절 수단을 포함하는 렌즈 홀더에 의해 달성될 수 있다.

상기 상판 부재와 중간 부재 및 하부 기대는 상기 상판 부재에 결합되는 렌즈의 광축 방향으로 관통되어 있다. 따라서 상기 렌즈에 의하여 포착된 피사체의 영상이 상판 부재와 중간 부재 및 하부 기대에 가려지지 않고 센서면 상에 맺혀질 수 있다. 상기 상판 부재와 중간 부재 및 하부 기대는 광축 방향으로는 상대적인 이동이 불가능하다. 상기 상판 부재에는 렌즈의 체결부에 대응하는 렌즈 체결공이 형성되어 있어 상기 렌즈를 상기 상판 부재에 끼워 넣을 수 있으며, 상기 렌즈를 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전을 시킴으로써 상기 렌즈와 상기 센서면 사이의 간격을 조정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전 대칭형인 결상 렌즈의 광축을 센서면 상의 특정 위치에 정렬할 수 있으므로 상·하·좌·우가 정확하게 대칭적인 영상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 영상 처리를 하는 영상 시스템에서도 영상 처리의 오차를 제거할 수 있어 만족스러운 영상을 얻을 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 23을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

실시예 1

본 발명의 제 1 실시예(A1)의 렌즈 홀더를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 홀더(630)를 사용하는 보드 카메라(600)의 분해 사시도이며, 도면을 용이하게 이해하기 위하여 직교 좌표계를 가정한다. 상기 직교 좌표계의 Z-축은 렌즈(610)의 광축(611)과 일치하며, Y-축은 이미지 센서의 센서면(624)의 한 변에 평행하고, X-축은 센서면의 상기 한 변에 수직한 다른 한 변에 평행하다.

상기 렌즈(610)는 광축(611)을 중심으로 회전 대칭형인 형상을 가지며, 다수 의 렌즈 요소(614)가 렌즈 경통(615)에 실장되어 있으며, 상기 렌즈 경통의 하부에는 렌즈 체결부(616)가 형성되어 있다. 또한, 상기 렌즈 체결부(616)의 상단에 환턱(617)을 형성하면 이미지 센서의 센서면(624)에 도달하는 잡광을 차단하는데 도움이 된다. 상기 렌즈 홀더(630)는 상기 렌즈(610)가 나사결합되는 상판 부재(640)와 카메라 기판(620)에 고정되는 하부 기대(660) 및 상기 상판 부재(640)와 상기 하부 기대(660)가 각각 내측으로 삽입되는 중간 부재(650)를 포함한다. 또한, 상기 렌즈 홀더는 상기 상판 부재(640)를 중간 부재(650)에 대하여 Y-축 방향으로 이동시키는 제 1 위치 조절 수단(670)과, 상기 중간 부재(650)를 상기 하부 기대(660)에 대하여 X-축 방향으로 이동시키는 제 2 위치 조절 수단(680)을 포함한다.

상기 상판 부재(640)는 사각형의 판재(641)와 상기 판재(641)의 하부에 돌출형성된 사각형으로 된 하향 삽입부(642) 및 상기 판재(641)와 상기 하향 삽입부(642)를 Z-축 방향으로 관통하는 렌즈 체결공(643)을 포함한다. 또한, 상기 하향 삽입부(642)의 일 측면(g) 및 이에 대향되는 측면(h)에는 제 1 내측 관통공(644) 및 제 2 내측 관통공(645)이 Y-축 방향으로 형성된다.

상기 중간 부재(650)의 내측에는 상기 상판 부재(640)의 하향 삽입부(642)가 내측으로 삽입되는 삽입공(651)이 형성되며, 상기 삽입공(651)은 상하부가 개구된 정사각형의 관체 형상이다. 또한, 상기 중간 부재(650)는 도 6에 나타낸 바와 같이 Y-축 방향을 지향하도록 일 측면(c) 및 이에 대향되는 측면(d)의 상부에 상기 제 1 내측 관통공(644)에 대응하는 제 1 외측 관통공(654)과 제 2 내측 관통 공(645)에 대응하는 제 2 외측 관통공(655)이 형성된다. 또한, X-축 방향을 지향하도록 타 측면(a) 및 이에 대향되는 측면(b)의 하부에 제 3 외측 관통공(656)과 제 4 외측 관통공(657)이 형성된다.

상기 상판 부재의 하향 삽입부(642)의 X-축 방향의 길이는 상기 삽입공의 X-축 방향의 길이와 동일하며, Y-축 방향의 길이는 상기 삽입공의 Y-축 방향의 길이보다 작다. 즉, 상기 하향 삽입부의 Y-축 방향의 길이는 X-축 방향의 길이보다 작게 형성된다.

상기 하부 기대(660)는 상측의 상향 삽입부(661)와 하측의 고정부(662) 및 안쪽의 상기 Z-축 방향으로 관통된 사각형의 내실(663)로 구성되며, 상기 상향 삽입부(661)가 상기 중간 부재(650)의 삽입공(651)으로 삽입된다. 상기 상향 삽입부(661)는 X-축 방향을 지향하도록 일 측면(e) 및 이에 대향되는 측면(f)에 제 3 내측 관통공(666)과 제 4 내측 관통공(667)이 형성된다.

상기 하부 기대의 상향 삽입부(661)의 Y-축 방향의 길이는 상기 삽입공의 Y-축 방향의 길이와 동일하며, X-축 방향의 길이는 상기 삽입공의 X-축 방향의 길이보다 작다. 즉, 상기 상향 삽입부(661)는 X-축 방향의 길이가 Y-축 방향의 길이보다 작게 형성된다.

상기 전자 부품이 장착된 인쇄 기판(621)에는 기판 관통공(625)이 형성되며, 기판 고정 나사(626)를 사용하여 카메라 기판(620)과 고정부(662)를 결합한다. 이를 위하여 상기 고정부(662)의 하단에는 인쇄 기판(621)의 기판 관통공(625)에 대응하는 기판 고정 나사 체결공이 형성된다.

상기 내실(663)은 상하부가 개구된 사각형의 관체 형상이다. 따라서 피사체에서 비롯되는 입사광은 상기 렌즈(610)의 결상 작용에 의하여 영상면으로 수렴하되, 그 광선의 경로는 상판 부재(640)의 렌즈 체결공(643), 중간 부재(650)의 삽입공(651) 및 하부 기대(660)의 내실(663)에 의하여 차단되지 않고 이미지 센서(622)의 센서면(624)까지 도달할 수 있다. 또한, 이미지 센서(622)는 상기 하부 기대(660)의 내실(663)로 삽입됨으로써 렌즈(610)에서부터 센서면(624)까지의 거리를 줄이는 동시에 센서면(624)에 도달하는 잡광을 차단하는 효과를 가진다.

상기 제 1 위치 조절 수단(670)은 상기 제 1 외측 관통공(654) 및 제 1 내측 관통공(644)에 끼워지는 제 1 가이드 핀(671)과, 상기 제 2 외측 관통공(655) 및 제 2 내측 관통공(645)에 끼워지는 제 1 조절 나사(672)를 포함하여 구성된 것으로, 상기 상판 부재(640)의 하향 삽입부(642)가 중간 부재(650)의 삽입공(651)에 삽입된 후 제 1 내측 관통공(644)을 통해 제 1 가이드 핀(671)에 끼워짐으로써 상판 부재(640)는 제 1 가이드 핀(671)을 타고 중간 부재(650)에 대하여 Y-축 방향으로만 직선이동이 가능하게 된다. 상기 제 1 가이드 핀(671)의 양단에는 스냅링(snap ring: 673)과 결합되는 스냅링 체결부(675)가 형성되어 있고, 제 1 가이드 핀(671)의 길이는 중간 부재(650)의 Y-축 방향의 길이보다 길다. 따라서 제 1 가이드 핀(671)과 상판 부재(640) 및 중간 부재(650)가 결합된 상태에서 제 1 가이드 핀(671)의 스냅링 체결부(675)는 중간 부재(650)의 일 측면(c) 및 대향하는 측면(d)으로 돌출된다. 이는 도 7 및 도 9a에서도 명확하게 파악된다. 상기 돌출된 스냅링 체결부(675)에 스냅링(673)을 체결하면 상기 제 1 가이드 핀(671)이 중간 부재(650)로부터 이탈되지 않는다.

다시 도 6을 참조하면, 상기 제 1 조절 나사(672)는 일단에 형성된 나사 머리(674)와 타단에 형성된 스냅링 체결부(677) 및 그 중간에 형성된 나사부(676)로 구성된다. 상기 상판 부재(640)의 하향 삽입부(642)에 형성된 제 2 내측 관통공(645)의 내주면에는 상기 제 1 조절 나사(672)의 나사부(676)에 대응하는 암나사가 형성되어 있다. 또한, 제 1 조절 나사(672)의 길이는 중간 부재(650)의 Y-축 방향의 길이보다 길다. 따라서 제 1 조절 나사(672)와 상판 부재(640) 및 중간 부재(650)가 결합된 상태에서 제 1 조절 나사(672)의 나사 머리(674) 및 스냅링 체결부(677)는 중간 부재(650)의 일 측면(c) 및 대향하는 측면(d)으로 돌출된다(도 9a 참조). 상기 돌출된 스냅링 체결부(677)에 스냅링(673)을 체결하면 상기 제 1 조절 나사(672)가 중간 부재(650)로부터 이탈되지 않으며, 상기 제 1 조절 나사(672)를 조절하여 상기 상판 부재(640)를 중간 부재에 대하여 Y-축 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 제 2 위치 조절 수단(680)은 상기 제 3 외측 관통공(656) 및 제 3 내측 관통공(666)에 끼워지는 제 2 가이드 핀(681)과, 상기 제 4 외측 관통공(657) 및 제 4 내측 관통공(667)에 끼워지는 제 2 조절 나사(682)를 포함하여 구성된 것으로, 상기 하부 기대(660)의 상향 삽입부(661)가 중간 부재(650)의 삽입공(651)에 삽입된 후 제 3 내측 관통공(666)을 통해 제 2 가이드 핀(681)에 끼워짐으로써 중간 부재(650)는 제 2 가이드 핀(681)을 타고 하부 기대(660)에 대하여 X-축 방향으로만 직선이동이 가능하게 된다. 상기 제 2 가이드 핀(681)은 제 1 가이드 핀(671)과 형상이나 크기가 동일하며, 제 2 조절 나사(682)는 상기 제 1 조절 나사(672)와 형상이나 크기가 동일하다. 또한, 제 2 위치 조절 수단(680)의 작용 원리는 제 1 위치 조절 수단(670)의 작용 원리와 유사하므로 중복 설명은 생략한다.

상기 제 1 위치 조절 수단(670) 및 제 2 위치 조절 수단(680)을 사용하여 렌즈(610)의 광축(611)을 센서면(624) 상의 특정한 위치에 정렬시킬 수 있다. 일반적으로 광축을 센서면의 중심에 정확히 정렬시킬 수 있지만, 응용 예에 따라서는 센서면의 중심이 아닌 특정한 위치에 정렬시킬 수 있다. 이와 같이 렌즈의 광축을 센서면 상의 특정 위치에 정렬시킨 후에는 그 장소에서 이탈되지 않도록 고정할 필요성이 있다. 중간 부재의 외벽에 형성된 홀더 고정 나사 체결공(659) 및 홀더 고정 나사(658)는 이와 같은 목적을 달성하기 위한 홀더 고정 수단이다.

홀더 고정 나사(658)는 중간 부재(650)의 외벽에 형성된 홀더 고정 나사 체결공(659)에 나사 결합된다. 상기 홀더 고정 나사 체결공은 중간 부재의 벽을 관통하여 형성되어 있다. 따라서 홀더 고정 나사(658)를 충분히 조임으로써 홀더 고정 나사는 중간 부재의 삽입공으로 돌출되어 상판 부재의 하향 삽입부(642) 혹은 하부 기대의 상향 삽입부(661)에 접촉하게 된다. 이때 상기 홀더 고정 나사를 충분히 조이면 홀더 고정 나사와 상기 하향 삽입부 혹은 상향 삽입부와의 마찰력에 의하여 상대적인 이동이 불가능하게 된다. 따라서 제 1 위치 조절 나사 및 제 2 위치 조절 나사를 사용하여 광축의 위치를 조정한 후에는 상기 홀더 고정 수단을 사용하여 더 이상 이동이 불가능하도록 고정을 할 수 있으며, 따라서 광축의 위치는 바람직한 위치에서 이탈되지 않는다.

상기 렌즈 체결부(616)와 상판 부재(640)의 렌즈 체결공(643)은 수나사와 암나사로 구성되어 있으므로, 상기 렌즈를 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전시킴으로써 초점이 맞는 영상을 얻을 수 있다. 이와 같이 초점을 맞춘 이후에는 렌즈가 더 이상 회전하지 않도록 고정할 필요가 있다. 이를 위하여 렌즈 고정 나사(652)를 사용한다.

렌즈 고정 나사(652)는 상기 중간 부재의 일 측면(c)에 형성된 렌즈 고정 나사 삽입공(653)을 통하여 상기 상판 부재(640)의 하향 삽입부(642)에 형성된 렌즈 고정 나사 체결공(646)에 체결된다. 상기 렌즈 고정 나사 삽입공은 렌즈 고정 나사에 비하여 충분히 큰 직경을 가지고 있으므로 렌즈 고정 나사는 중간 부재에 걸리지 않게 상기 렌즈 고정 나사 체결공에 체결될 수 있다. 상기 렌즈 고정 나사 체결공은 하향 삽입부의 외벽에서 렌즈 체결공까지 관통되어 있다. 따라서 렌즈 고정 나사를 충분히 조이면 렌즈 고정 나사는 상판 부재의 렌즈 체결공으로 돌출되어 렌즈 체결부에 접촉하게 된다. 따라서 렌즈 고정 나사와 렌즈 체결부의 마찰력에 의하여 렌즈가 회전하는 것을 방지할 수 있다.

도 6에서는 렌즈 체결부에 형성된 수나사와 상판 부재에 형성된 암나사인 렌즈 체결공에 의하여 상기 렌즈와 렌즈 홀더가 결합된다. 그런데 이는 렌즈를 렌즈 홀더에 결합하기 위한 렌즈 체결 수단의 일 실시예일 뿐이다. 예를 들어 사진기와 같은 고가의 장비에는 F-mount 혹은 T-mount와 같은 특별한 체결 수단을 사용한다. 본 발명의 실시예는 일반적인 렌즈 체결 수단을 갖는 렌즈 홀더 전체에 적용되며, 렌즈 체결공을 가지는 렌즈 홀더에 국한되지 않는다.

한편, 도 7은 도 6의 보드 카메라가 조립이 완료된 상태의 사시도이며, 도 8은 도 7에서 I-I를 따라 절단한 단면도이다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 상기 판재(641)는 중간 부재(650)와 비슷한 크기를 가지되, 상기 중간 부재의 삽입공(651)을 완전히 가리는 사각형의 형상을 가진다. 특히, 제 1 조절 나사 혹은 제 2 조절 나사를 사용하여 렌즈의 광축을 센서면의 중심에서 최대한 이탈시키더라도 상기 판재(641)와 삽입공(651)의 사이에 빈 틈이 생기지 않도록 충분한 크기를 가진다. 이와 같은 구조로 인하여 렌즈에 의하여 결상되어 영상면으로 수렴하는 광선이 아닌 잡광이 상판 부재와 중간 부재의 틈으로 새어들지 않는다. 또한, 하부 기대의 고정부와 카메라 기판도 기판 고정 나사를 사용하여 빈 틈이 없이 결합된다. 따라서 본 발명의 실시예의 렌즈 홀더는 렌즈 홀더의 조정 상태에 상관없이 항상 광학적으로 차폐된 구조를 유지한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예의 결합 및 작동 관계를 설명하기로 한다. 렌즈 홀더(630)를 조립하기 위하여 상판 부재(640)를 중간 부재(650)에 삽입한 후 제 1 가이드 핀(671)을 제 1 외측 관통공(654)에 끼워 제 1 내측 관통공(644)을 통과시켜 결합한 후 양단의 스냅링 체결부(675)에 스냅링(673)을 체결한다. 마찬가지로 제 1 조절 나사(674)를 중간 부재(650)의 한 측면(d)의 제 2 외측 관통공(655)에 끼워 제 2 내측 관통공(645)을 통과시킨 뒤 나사 머리(674)를 시계방향으로 회전시켜 상판 부재(640)의 하향 삽입부(642)에 Y-축 방향으로 형성된 제 2 내측 관통공(645)의 암나사부를 지나가도록 한다. 이와 같이 나사 머리(674)를 회전시켜 제 1 조절 나사(672)의 스냅링 체결부(677)가 중간 부재(650)의 일 측 면(c)으로 돌출이 되면 스냅링(673)을 체결한다.

이렇게 조립된 중간 부재(650)를 하부 기대(660)의 상향 삽입부(661)의 외측으로 삽입하고 앞서 설명한 제 1 위치 조절 수단(670)의 결합 방법과 동일한 방법으로 제 2 가이드 핀(681)과 제 2 조절 나사(682)를 결합시킨다. 마지막으로 홀더 고정 나사(658)와 렌즈 고정 나사(652)를 대응하는 홀더 고정 나사 체결공(659) 및 렌즈 고정 나사 체결공(646)에 각각 결합시킴으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 홀더(630)의 조립이 완료된다.

이와 같이 조립이 완료된 렌즈 홀더(630)를 카메라 기판(620)과 기판 고정 나사(626)를 사용하여 결합시킨 후, 마지막으로 렌즈(610)의 렌즈 체결부(616)를 상판 부재(640)의 렌즈 체결공(643)에 결합시킨다. 이후, 렌즈(610)의 높이를 조절하기 위해서 렌즈(610)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜서 초점을 맞추게 된다. 이와 같은 조정이 완료된 이후에는 홀더 고정 나사(658)와 렌즈 고정 나사(652)를 조여서 렌즈와 렌즈 홀더를 단단히 고정시키게 된다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 1 실시예에서 "렌즈"를 Y-축 방향으로 이동시키는 작동상태를 나타낸 "III-III"선 평단면도이고, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 1 실시예에서 "렌즈"를 X-축 방향으로 이동시키는 작동상태를 나타낸 "II-II"선 평단면도이다.

도 9a에 나타낸 바와 같이 제 1 조절 나사(672)를 풀면(즉, 반시계 방향으로 회전시키면) 제 1 조절 나사(672)의 나사부(676)가 맞물린 제 2 내측 관통공(645)의 암나사부에서 회전을 하게 된다. 그런데 나사 머리(674)와 스냅링(673)에 의하 여 제 1 조절 나사(672) 자체는 전진이나 후진이 불가능하다. 따라서 제 1 조절 나사(672)를 풀면 상판 부재(640)가 반대 방향으로 움직이게 된다. 다시 말하면, 제 1 조절 나사(672)를 풀면 제 1 조절 나사가 플러스 Y-축 방향(도면 기준 위쪽 방향)으로 후진하는 대신에 상판 부재(640)가 마이너스 Y-축 방향(도면 기준 아래쪽 방향)으로 전진하게 된다. 반대로, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 제 1 조절 나사(672)를 조이면(즉, 시계 방향으로 회전시키면) 제 1 조절 나사(672)가 마이너스 Y-축 방향으로 전진하는 대신에 상판 부재(640)가 플러스 Y-축 방향으로 후진하게 된다. 이와 같은 작용에 의하여 센서면(624)에 대한 렌즈의 광축의 Y-축 방향의 위치를 용이하게 조절할 수 있다.

도 9a를 참조하면 제 1 조절 나사(672)의 직경은 나사 머리(674)에서 스냅링 체결부(677) 쪽으로 갈수록 순차적으로 작아지는 구조로 되어있다. 또한, 제 1 조절 나사(672)와 체결되는 제 2 외측 관통공(655)과 제 2 내측 관통공(645)도 대응하는 크기를 가진다. 따라서 제 1 조절 나사(672)는 렌즈 홀더에 오직 한 방향으로만 결합될 수 있다.

마찬가지로 도 10a를 참조하여 제 2 조절 나사(682)를 풀면 중간 부재(650)가 플러스 X-축 방향(도면 기준 우측 방향)으로 후진하게 되며, 반대로 도 10b를 참조하여 제 2 조절 나사(682)를 조이면 중간 부재(650)가 마이너스 X-축 방향(도면 기준 좌측 방향)으로 전진하게 된다.

이와 같은 조작을 통하여 광축의 위치를 센서면(624) 상의 바람직한 위치에 위치시킨 후 홀더 고정 나사(658)를 조이면 마찰에 의하여 상판 부재(640), 중간 부재(650) 및 하부 기대(660)가 상대적으로 고정이 된다. 또한, 초점이 선명하게 맞았다면 도 6에서와 같이 렌즈 고정 나사(652)를 조여서 렌즈(610)를 렌즈 홀더(630)에 대하여 상대적으로 고정할 수 있다.

실시예 2

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 홀더를 나타낸 분해 사시도이며, 도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 홀더를 나타낸 종단면도이다. 제 1 실시예에서와 마찬가지로 도면을 용이하게 이해하기 위하여 직교 좌표계를 가정한다. 상기 직교 좌표계의 Z-축은 렌즈(1110)의 광축(1111)과 일치하며, Y-축은 이미지 센서의 센서면(1124)의 한 변에 평행하고, X-축은 센서면의 상기 한 변에 수직한 다른 한 변에 평행하다.

도 11에 나타낸 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예(A2)에 따른 렌즈 홀더(1130)는 렌즈(1110)가 나사결합되는 상판 부재(1140)와, 하부의 카메라 기판(1120)에 고정되는 하부 기대(1160)와, 상기 상판 부재(1140)와 하부 기대(1160)가 각각 내측으로 삽입되는 중간 부재(1150)와, 상기 상판 부재(1140)를 중간 부재(1150)에 대하여 Y-축 방향으로 이동시키는 제 1 위치 조절 수단과, 상기 중간 부재(1150)를 하부 기대(1160)에 대하여 X-축 방향으로 이동시키는 제 2 위치 조절 수단을 포함하여 구성된다.

상기 상판 부재(1140)는 사각형의 판재(1141)와 상기 판재(1141)의 하부에 돌출형성된 사각형으로 된 하향 삽입부(1142) 및 상기 판재(1141)와 상기 하향 삽 입부(1142)를 Z-축 방향으로 관통하는 렌즈 체결공(1143)을 포함한다. 또한, 상기 판재(1141)의 일 측면(g) 및 이에 대향되는 측면(h)에는 코일 스프링 고정 나사 체결공(1144)이 Y-축 방향을 향해 형성되고, 상기 하향 삽입부(1142)의 일 측면(i)에는 렌즈 고정 나사 체결공(1146)이 형성되며, 상기 하향 삽입부의 또 다른 한 측면(j)에는 제 1 판 스프링 고정 나사 체결공이 형성된다. 또한, 상기 하향 삽입부(1142)의 대향하는 두 모서리에 Z-축 방향으로 상측 코일 스프링 삽입공(1145)이 형성되어 있다(도 12 참조).

상기 중간 부재(1150)는 내측에 상기 상판 부재(1140)의 하향 삽입부(1142)가 내측으로 삽입되는 삽입공(1151)이 형성되며, 상기 삽입공(1151)은 상하부가 개구된 사각형의 관체 형상이다. 또한, 상기 중간 부재(1150)는 X-축 방향을 지향하도록 일 측면(a)에 렌즈 고정 나사 삽입공(1153)이 형성되고, 그 양측에 제 1 고정 나사 체결공(1156)이 형성되며, 이에 대향되는 측면(b)의 하부에 제 2 조절 나사 체결공(1155)이 형성된다. 또한, 상기 중간 부재(1150)의 Y-축 방향을 지향하도록 일측면(c)의 상부에 제 1 조절 나사 체결공(1154)이 형성되며, 이에 대향되는 타 측면의 하부에 제 2 고정 나사 체결공(1157)이 형성된다.

상기 하부 기대(1160)는 상측의 상향 삽입부(1161)와 하측의 고정부(1162) 및 안쪽에 형성된 내실(1163)로 구성되며, 상기 상향 삽입부(1161)의 대향되는 두 모서리에는 하측 코일 스프링 삽입공(1165)이 형성되고, 고정부(1162)에는 대응하는 코일 스프링 걸림턱(1166)이 형성된다. 상기 고정부(1162)는 이미지 센서(1122)와 전자 부품이 장착된 카메라 기판(1120)과 나사 결합으로 고정된다. 이 를 위하여 상기 카메라 기판(1120)에는 기판 관통공(1125)이 형성되며, 상기 고정부(1162) 하단의 대응되는 위치에는 기판 고정 나사 체결공(1164)이 형성되므로 기판 고정 나사(1126)를 사용하여 하부 기대(1160)와 카메라 기판(1120)을 단단히 고정시킬 수 있다.

상기 코일 스프링(1191)의 상단 고리부는 상판 부재(1140)의 하향 삽입부(1142)에 형성된 상측 코일 스프링 삽입공(1145)을 통과하여 상판 부재(1140)의 판재(1141)에 체결된 코일 스프링 고정 나사(1192)에 걸리도록 하고, 하단 고리부는 하부 기대(1160)의 상향 삽입부(1161)에 형성된 하측 코일 스프링 삽입공(1165)을 통과하여 상기 고정부(1162)에 형성된 코일 스프링 걸림턱(1166)에 걸리도록 하여 고정된다 (도 12 참조).

상기 제 1 위치 조절 수단은 제 1 판 스프링(1172)과 하향 삽입부(1142)의 일 측면(j)에 형성된 제 1 판 스프링 고정 나사 체결공과 상기 제 1 판 스프링을 상기 일 측면에 고정하는 제 1 판 스프링 고정 나사(1173)와 중간 부재(1150)의 일 측면(c)에 형성된 제 1 조절 나사 체결공(1154) 및 상기 제 1 조절 나사 체결공에 체결되는 제 1 조절 나사(1171)로 구성된다. 상기 제 1 판 스프링(1172)은 반원형으로 구부러진 형상이며, 일측이 제 1 판 스프링 고정 나사(1173)에 의하여 하향 삽입부(1142)의 일 측면(j)에 고정된 것으로, 상판 부재(1140)를 마이너스 Y-축 방향으로 밀어내는 역할을 한다.

상기 제 1 조절 나사(1171)는 중간 부재(1150)의 한 측면(c)에 형성된 제 1 조절 나사 체결공(1154)을 통하여 상판 부재(1140)의 하향 삽입부(1142)의 일 측면 을 지지하는 역할을 한다. 따라서 제 1 조절 나사(1171)를 조이거나 풀어서 상판 부재(1140)와 중간 부재(1150)의 Y-축 방향의 간격을 조절할 수 있으며, 상기 제 1 판 스프링(1172)은 상판 부재(1140)를 제 1 조절 나사(1171)와 반대 방향으로 밀어주는 탄성력을 제공해줌으로써 상판 부재(1140)와 중간 부재(1150)의 Y-축 방향의 간격이 안정적으로 유지될 수 있다. 조정이 끝난 후에는 중간 부재의 일 측면(a)에 형성된 제 1 고정 나사 체결공(1156)에 체결된 제 1 고정 나사(1175)를 충분히 조임으로써 상판 부재(1140)가 중간 부재(1150)에 대하여 더 이상 Y-축 방향으로 움직이지 못하도록 고정할 수 있다.

한편, 상기 제 2 위치 조절 수단은 제 2 판 스프링(1182)과 상기 상향 삽입부(1161)의 일 측면(e)에 형성된 제 2 판 스프링 고정 나사 체결공(1167)과 상기 제 2 판 스프링을 상기 일 측면에 고정하는 제 2 판 스프링 고정 나사(1183)와 중간 부재(1150)의 일 측면(b)에 형성된 제 2 조절 나사 체결공(1155) 및 상기 제 2 조절 나사 체결공에 체결되는 제 2 조절 나사(1181)로 구성된다. 상기 제 2 판 스프링(1182)은 제 1 판 스프링(1172)과 동일한 형상이며, 일측이 제 2 판 스프링 고정 나사(1183)에 의하여 하부 기대(1160)의 상향 삽입부(1161)의 일 측면(e)에 고정된 것으로, 중간 부재(1150)를 플러스 X-축 방향으로 밀어내는 역할을 한다. 따라서 상기 제 1 위치 조절 수단의 작동 방법과 마찬가지의 방법으로 중간 부재(1150)와 하부 기대(1160) 사이의 X-축 방향의 간격은 제 2 위치 조절 수단에 의하여 조절될 수 있다. 조정이 끝난 후에는 중간 부재의 일 측면(d)에 형성된 제 2 고정 나사 체결공(1157)에 체결된 제 2 고정 나사(1185)를 충분히 조임으로써 중간 부재(1150)가 하부 기대(1160)에 대하여 더 이상 X-축 방향으로 움직이지 못하도록 고정할 수 있다.

한편, 도 12를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 렌즈 홀더는 상판 부재(1140)와 중간 부재(1150) 및 하부 기대(1160)의 광축 방향의 간격이 벌어지지 않도록 코일 스프링(1191)을 사용한다. 상기 코일 스프링(1191)은 상기 코일 스프링의 상단 고리부가 상측 코일 스프링 삽입공(1145)을 통과하여 상기 판재(1141)에 Y-축 방향으로 설치된 코일 스프링 고정 나사(1192)에 걸려지고, 상기 코일 스프링의 하단 고리부가 하측 코일 스프링 삽입공(1165)을 통과하여 하부 기대(1160)의 코일 스프링 걸림턱(1166)에 걸려지도록 설치됨으로써, 상판 부재(1140)와 하부 기대(1160)를 서로 잡아당기는 탄성력을 제공하게 된다. 따라서 상판 부재(1140)와 하부 기대(1160)는 일정한 간격을 유지하게 된다.

첨부된 도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 홀더의 평단면도를 나타낸 것으로, 제 2 조절 나사(1181)를 조작하여 중간 부재(1150)와 하부 기대(1160)의 X-축 방향의 간격 조정 원리를 나타낸 것이다. 도 13a를 참조하여 제 2 조절 나사(1181)를 풀면 제 2 판 스프링(1182)의 탄성 복원력에 의해 중간 부재(1150)가 우측으로 밀려나게 되고, 결과적으로 광축은 센서면(1124)의 중심을 기준으로 오른쪽으로 이동하게 된다.

한편, 반대로 작동되는 동작은 도 13b에 나타낸 바와 같이, 제 2 조절 나사(1181)를 조이면 제 2 조절 나사는 하부 기대(1160)를 오른쪽으로 밀어내게 되지만 하부 기대는 카메라 기판에 고정된 상태이므로 하부 기대를 밀어내는 힘이 중간 부재에 역으로 작용하여 중간 부재(1150)가 좌측으로 이동하게 되며, 따라서 광축은 센서면(1124)의 중심을 기준으로 왼쪽으로 이동하게 된다. 이로 인해 제 2 판 스프링(1182)은 압착된 상태가 된다.

이와 동일한 방법으로 제 1 조절 나사(1171)를 조작하여 상판 부재(1140)와 중간 부재(1150)의 Y-축 방향의 간격 조정이 가능할 것이며, 이에 대해서는 반복 설명을 생략하더라도 당업자가 본 실시예를 이해하는데 어려움이 없을 것이다.

실시예 3

첨부된 도 14는 본 발명의 제 3 실시예(A3)에 따른 렌즈 홀더를 나타낸 분해 사시도이며, 도 15는 종단면도이다. 본 발명의 제 3 실시예의 렌즈 홀더(1430)도 상판 부재(1440)와 중간 부재(1450) 및 하부 기대(1460)로 구성된다. 제 1 실시예와 마찬가지로 도면을 용이하게 이해하기 위하여 직교 좌표계를 가정한다. 상기 직교 좌표계의 Z-축은 렌즈(1410)의 광축(1411)과 일치하며, Y-축은 이미지 센서의 센서면(1424)의 한 변에 평행하고, X-축은 센서면의 상기 한 변에 수직한 다른 한 변에 평행하다.

상기 하부 기대(1460)는 상부의 하단 수용부(1461)와 하부의 고정부(1462)로 구성된다. 또한, 상기 하단 수용부(1461)의 내부에는 하단 결합공(1463)이 형성되고, 상기 고정부(1462)의 내부에는 내실(1464)이 형성된다. 상기 하단 수용부(1461)는 원통형의 외주면을 가지며, 상기 하단 결합공(1463)의 형상도 원통형이다. 또한, 상기 외주면과 상기 하단 결합공의 회전 대칭축은 일치한다. 한편, 상 기 내실(1464)은 사각형의 관체 형상이다. 상기 하단 수용부(1461)의 회전 대칭축은 상기 내실(1464)의 중심을 지난다. 이 공통의 축이 하부 기대 중심축(1413)이다.

상기 하단 수용부(1461)의 외주면을 따라 일정한 간격으로 하부 기대 고정 나사 체결공(1466)이 형성되어 있으며, 상기 하부 기대 고정 나사 체결공(1466)은 상기 하단 수용부(1461)의 외주면에서 상기 하단 결합공(1463)까지 관통되어 있다.

상기 하부 기대(1460)는 카메라 기판(1420)과 기판 고정 나사를 사용하여 고정되며, 상기 카메라 기판의 기판 관통공(1425)에 대응되는 상기 하부 기대(1460)의 고정부(1462)의 하단에는 기판 고정 나사 체결공(1465)이 형성된다.

상기 카메라 기판(1420)에 장착된 이미지 센서(1422)는 상기 내실(1464) 안으로 삽입되고, 하부 기대 중심축(1413)은 이미지 센서(1422)의 센서면(1424)의 중심과 대략 일치한다 (도 15 참조). 대략 일치한다는 표현은 하부 기대(1460)의 중심을 수직으로 관통하는 하부 기대 중심축(1413)이 이미지 센서의 센서면(1424)의 중심과 일치하도록 설계되고 조립되지만, 제작 및 조립 공차에 의하여 정확히 일치하지 않는다는 의미이다.

상기 중간 부재(1450)는 상부의 중간 수용부(1451)와 하부의 중간 결합부(1452)로 구성된다. 또한, 상기 중간 수용부(1451)의 내부에는 중간 결합공(1453)이 형성되고, 상기 중간 결합부(1452)의 내부에는 중간 관통공(1454)이 형성된다. 상기 중간 수용부(1451)의 외주면에는 손으로 잡고 회전시키기에 용이하도록 중간 핸들(1455)이 형성되어 있다. 상기 중간 핸들(1455)이란 상기 중간 수 용부(1451)의 외주면을 따라 Z-축 방향으로 형성된 돌기를 지칭한다.

상기 중간 결합공(1453)은 상기 하단 결합공(1463)의 모양과 동일한 원통면의 형상을 가진다. 이 중간 결합공(1453)의 회전 대칭축이 중간 부재 중심축(1412)이다 (도 15 참조). 또한, 상기 중간 관통공(1454)도 원통면의 형상을 가진다.

본 발명의 사상에 의하면 중간 결합공(1453)의 회전 대칭축과 중간 관통공(1454)의 회전 대칭축이 서로 일치할 필요는 없지만, 두 회전 대칭축이 일치하는 것이 더 바람직할 수 있다. 상기 중간 관통공(1454)의 반경은 상기 중간 결합공(1453)의 반경보다 작다. 즉, 중간 부재(1450)의 중간 결합공(1453)과 중간 관통공(1454)은 2단의 관체 형상이며, 중간 결합공과 중간 관통공의 경계는 원형의 단턱을 형성한다.

상기 중간 결합부(1452)의 외주면은 V자형의 오목한 중간 부재 레일 홈(1458)이 형성된 회전 대칭형의 형상을 가진다 (도 15 참조). 그런데 상기 중간 결합부(1452)의 외주면의 회전 중심축은 상기 중간 부재 중심축(1412)과 일치하지 않는다. 다시 말하면, 상기 중간 부재 중심축(1412)은 상기 중간 결합부(1452)의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 편심되어 있다.

상기 중간 결합부(1452)의 외주면의 반경은 상기 하단 수용부(1461)의 내부에 형성된 하단 결합공(1463)의 반경과 일치한다. 따라서 상기 중간 부재의 중간 결합부(1452)는 상기 하부 기대의 하단 결합공(1463)에 결합되어 상기 하부 기대 중심축을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하다. 이때 상기 중간 부재 중심 축(1412)은 상기 하부 기대 중심축(1413)을 기준으로 회전하게 된다.

상기 하부 기대(1460)의 하단 수용부(1461)의 외주면에는 등간격으로 하부 기대 고정 나사 체결공(1466)이 형성되어 있으며, 상기 하부 기대 고정 나사 체결공의 개수는 3개가 가장 적합하고, 따라서 상기 3개의 하부 기대 고정 나사 체결공은 상기 외주면을 따라 120° 간격으로 형성되어 있다. 또한, 상기 하부 기대 고정 나사 체결공(1466)의 중심축(1466a)은 상기 중간 부재 레일 홈(1458)의 중심축(1458a)보다 약간 아래를 지나간다.

도 15를 참조하여 상기 하부 기대 고정 나사 체결공(1466)에 하부 기대 고정 나사(1467)를 체결하면 상기 하부 기대 고정 나사는 중간 부재(1450)의 중간 결합부(1452)가 하부 기대(1460)의 하단 수용부(1461)로부터 이탈하지 않도록 고정시키는 역할을 한다. 이때 상기 하부 기대 고정 나사(1467)를 느슨하게 하면 상기 중간 부재(1450)는 하부 기대(1460)에 대하여 회전이 가능하다. 한편, 상기 하부 기대 고정 나사(1467)를 조이면 상기 하부 기대 고정 나사(1467)가 중간 부재(1450)의 중간 결합부(1452)에 대하여 큰 마찰력을 발휘하므로 상기 중간 부재(1450)가 회전할 수 없게 된다.

더구나 상기 하부 기대 고정 나사(1467)의 중심축이 상기 V자형의 중간 부재 레일 홈(1458)의 중심선(1458a)보다 아래에 존재하기 때문에, 상기 하부 기대 고정 나사(1467)를 조일수록 상기 중간 부재(1450)가 하부 기대(1460) 쪽으로 당겨지는 효과를 가진다. 따라서 상기 하부 기대 고정 나사(1467)를 조일수록 중간 부재(1450)가 상기 하부 기대(1460)에 대하여 회전하는 것이 어렵게 된다.

상기 상판 부재(1440)는 상부의 판재(1441)와 하부의 상단 결합부(1442)로 구성된다. 상기 상단 결합부의 외주면은 V자형의 오목한 상판 부재 레일 홈(1448)이 형성된 회전 대칭형의 형상을 가지며, 상기 상단 결합부의 외주면의 반경은 상기 중간 수용부(1451)의 내부에 형성된 중간 결합공(1453)의 반경과 일치하고, 상기 상판 부재 중심축(1411)은 상기 상단 결합부의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있다.

상기 판재(1441)는 원판의 형상으로서 중간 수용부(1451)의 중간 결합공(1453)을 완전히 덮을 수 있도록 충분한 직경을 가지고 있으며, 가장자리를 손잡이로 사용할 수 있도록 상단 핸들(1444)이 형성된다. 상기 상단 핸들(1444)은 상기 중간 핸들(1455)과 동일한 형상을 가진다. 조작의 편의를 위해서는 상기 상단 핸들(1444)의 중심축이 상단 결합부(1442)의 외주면의 회전 대칭축과 일치하는 것이 바람직하다.

상기 상판 부재의 내부에는 광축 방향으로 상판 부재를 관통하는 렌즈 체결공(1443)이 형성되되, 상기 렌즈 체결공(1443)은 렌즈(1410)의 렌즈 체결부(1416)가 나사 결합되는 체결공이다. 상기 상판 부재(1440)의 렌즈 체결공(1443)에 광축을 중심으로 회전 대칭형인 렌즈(1410)의 렌즈 체결부(1416)가 결합되므로, 상기 렌즈 체결공(1443)의 중심축(1411)은 광축과 일치하며, 또한 상기 상판 부재 중심축과 일치한다. 이 렌즈 체결공은 렌즈와 렌즈 홀더가 체결되는 가장 간단하고 저렴한 체결 수단이다.

또한, 판재(1441)의 외주면에 렌즈 고정 나사 체결공(1445)이 형성되어 있으 며, 상기 렌즈 고정 나사 체결공(1445)은 상기 판재의 외주면에서 상기 렌즈 체결공(1443)까지 관통되어 있다.

이하에서 본 발명의 제 3 실시예의 작동 관계를 살펴보기로 한다. 도 16 및 도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 홀더의 원리를 예시한 도면이다. 하부 기대(1460)는 도면 기준으로 상·하·좌·우가 대칭적인 구조이며, 하부 기대(1460)의 하단 결합공(1463)은 반지름 R₁인 원통면이다. 또한, 상기 하단 결합공의 중심 Ｏ는 센서면(1424)의 중심과 일치한다. 상기 하부 기대(1460)의 고정부(1462)의 외벽(1462b)은 하단 결합공(1463)과 중심이 일치하는 원통면이 될 수도 있으며, 제 1 내지 제 2 실시예의 하부 기대와 같이 내실을 포함하는 상자형의 모양이 될 수도 있다.

중간 부재(1450)의 중간 결합부(1452)의 외주면(1452b)은 상기 하단 결합공(1463)과 일치하는 크기를 가진다. 따라서 상기 중간 결합부(1452)가 상기 하단 결합공(1463)에 결합된 상태에서 상기 중간 부재(1450)는 상기 하부 기대(1460)에 대하여 360°자유로이 회전이 가능하며, 회전시에도 상기 중간 결합부(1452)의 외주면(1452b)의 중심은 변하지 않는다. 다시 말하면, 상기 하부 기대(1460)의 하단 결합공(1463)은 상기 중간 부재(1450)의 중간 결합부(1452)의 외주면(1452b)에 대하여 가이드 역할을 한다.

상기 중간 부재(1450)의 중간 결합공(1453)은 반지름 R₂ 인 원통면이다. 그런데 상기 중간 부재(1450)의 중간 결합공(1453)의 중심 Ｏ'은 상기 중간 부재의 중간 결합부(1452)의 외주면(1452b)의 중심 Ｏ와 일치하지 않는다. 도 16에서 두 중심간의 거리는 R이다. 따라서 상기 중간 부재(1450)를 상기 하부 기대(1460)에 대하여 회전시키면 상기 중간 부재(1450)의 중간 결합부(1452)의 외주면(1452b)의 중심 Ｏ의 위치는 변하지 않지만, 상기 중간 결합공(1453)의 중심 Ｏ'는 상기 외주면(1452b)의 중심 Ｏ를 기준으로 반지름 R인 원을 그리며 회전하게 된다.

마찬가지로 상판 부재(1440)의 상단 결합부(1442)의 외주면(1442b)은 상기 중간 부재(1450)의 중간 결합공(1453)과 일치하는 크기를 가진다. 따라서 상기 상단 결합부(1442)가 상기 중간 결합공(1453)에 결합된 상태에서 상기 상판 부재(1440)는 상기 중간 부재(1450)에 대하여 360°자유로이 회전이 가능하며, 회전시에도 상기 상단 결합부(1442)의 외주면(1442b)의 중심은 변하지 않는다. 다시 말하면, 상기 중간 부재(1450)의 중간 결합공(1453)은 상기 상판 부재(1440)의 상단 결합부(1442)의 외주면(1442b)에 대하여 가이드 역할을 한다.

상기 상판 부재(1440)의 렌즈 체결공(1443)은 나사선을 무시하면 반지름 R₃인 원통면의 형상이다. 그런데 상기 상판 부재(1440)의 렌즈 체결공(1443)의 중심 Ｏ"는 상기 상판 부재(1440)의 상단 결합부(1442)의 외주면(1442b)의 중심 Ｏ'와 일치하지 않는다. 두 중심간의 거리도 R이다. 따라서 상기 상판 부재(1440)를 상기 중간 부재(1450)에 대하여 회전시키면 상기 상판 부재(1440)의 상단 결합부(1442)의 외주면(1442b)의 중심 Ｏ'의 위치는 변하지 않지만, 상기 렌즈 체결공(1443)의 중심 Ｏ"는 상기 상단 결합부(1442)의 외주면(1442b)의 중심 Ｏ'를 기 준으로 반지름 R인 원을 그리며 회전하게 된다.

결과적으로 상판 부재(1440)의 렌즈 체결공(1443)의 중심 Ｏ"는 중간 부재(1450)의 중간 결합공(1453)의 중심 Ｏ'을 기준으로 반지름 R인 원을 그리며 회전이 가능하고, 상기 중간 부재(1450)의 중간 결합공의 중심 Ｏ'은 하부 기대(1460)의 하단 결합공(1463)의 중심 Ｏ를 기준으로 반지름 R인 원을 그리며 회전이 가능하다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 하부 기대(1460)의 하단 결합공(1463)의 중심 Ｏ는 그냥 하부 기대의 중심 Ｏ로, 중간 부재(1450)의 중간 결합공(1453)의 중심 Ｏ'은 중간 기대의 중심으로, 그리고 상판 부재(1440)의 렌즈 체결공(1443)의 중심 Ｏ"은 상판 부재의 중심 Ｏ"으로 약칭한다.

도 16에서는 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'이 하부 기대(1460)의 중심 Ｏ에 대하여 X-축 방향으로 R의 거리에 있으며, 상판 부재(1440)의 중심 Ｏ"은 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'에 대하여 음의 X-축 방향으로 R의 거리에 있다. 따라서 하부 기대(1460)의 중심 Ｏ와 상판 부재(1440)의 중심 Ｏ"가 일치하게 된다. 또한, 상판 부재(1440)의 렌즈 체결공(1443)으로 회전 대칭형인 렌즈(1410)가 결합된다. 따라서 렌즈(1410)의 광축(1411)과 렌즈 체결공(1443), 즉 상판 부재(1440)의 중심축(1411), 하부 기대(1460)의 중심축(1413) 및 센서면(1424)의 중심이 모두 일치하게 된다. 결과적으로 광축(1411)이 센서면(1424)의 중앙에 정확히 위치하게 된다.

한편, 도 17에서는 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'이 하부 기대(1460)의 중심 Ｏ에 대하여 양의 Y-축 방향으로 R의 거리에 있으며, 상판 부재(1440)의 중심 Ｏ"은 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'에 대하여 양의 Y-축 방향으로 R의 거리에 있다. 결과적으로 광축은 센서면(1424)의 중심에 대하여 양의 Y-축 방향으로 2R의 거리에 있게 된다. 이와 같은 방법을 사용하여 중간 부재(1450)와 상판 부재(1440)를 적당한 각도로 회전시킴으로써 광축의 중심을 센서면(1424)의 중심으로부터 반경이 2R인 원안의 임의의 위치에 정렬할 수 있다.

도 18은 센서면(1424)의 중심에 대한 광축의 편심된 위치가 (x, y)로 주어지기 위한 상판 부재(1440) 및 중간 부재(1450)의 정확한 회전각을 이해하기 위한 개념도이다. 도 18에서 이미지 센서의 센서면(1424)의 중심을 좌표계의 원점 Ｏ로 가정한다. 상기 좌표계의 원점 Ｏ는 또한 하부 기대(1460)의 내실(1464)의 중심과도 일치한다. 이때 원점 Ｏ에서 광축 Ｏ"까지의 거리 R_o는 수학식 2와 같이 주어진다.

원점 Ｏ에서 상기 광축 Ｏ"에 이르는 선분이 X-축과 이루는 방위각 θ는 수학식 3과 같이 주어진다.

따라서 수학식 4 내지 5의 관계식이 성립한다.

한편, 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'은 원점 Ｏ에서부터 거리 R에 있으며, 원점에서부터 상기 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'에 이르는 선분이 X-축과 이루는 방위각은 φ이다. 또한, 상판 부재(1440)의 중심 Ｏ"은 상기 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'에서부터 거리 R에 있으며, 상기 상판 부재(1440)의 중심 Ｏ"에서 상기 중간 부재(1450)의 중심 Ｏ'에 이르는 선분이 X-축과 이루는 방위각은 χ이다. 따라서 수학식 6 내지 7의 관계식이 성립한다.

상판 부재(1440)의 편심의 정도가 중간 부재(1450)의 편심의 정도와 동일하므로 상기 세 선분은 이등변 삼각형을 구성한다. 따라서 수학식 8의 관계식이 성립한다.

여기서 각도 δ는 원점 Ｏ, 즉 상기 하부 기대의 중심 혹은 하부 기대 중심축(1413)에서 상판 부재의 중심 Ｏ", 즉 광축(1411)에 이르는 선분과 상기 원점 Ｏ에서 상기 중간 부재의 중심 Ｏ', 즉 중간 부재 중심축(1412)에 이르는 선분이 이루는 각도이다. 따라서 삼각함수의 성질에 의하여 다음의 부등식이 성립한다.

또한, 도 18을 참조하여 각도 δ는 수학식 10과 같이 주어진다.

한편, 방위각들은 다음의 간단한 관계식을 만족한다.

수학식 4 내지 수학식 6을 이용하면 방위각 χ를 유일하게 결정할 수 있다.

따라서 임의의 좌표 (x, y)에 광축(1411)을 위치시키기 위한 중간 부재(1450)의 회전각 φ 및 상판 부재(1440)의 회전각 χ를 수학식 2 내지 12에서 유일하게 결정할 수 있다.

본 발명의 제 3 실시예에서 상기 상판 부재(1440)의 편심의 정도 R은 상기 중간 부재(1450)의 편심의 정도 R과 일치하는 것이 바람직하다. 또한, 카메라 기판(1420)과 이미지 센서(1422) 및 하부 기대(1460)를 조립하는데 발생하는 통상적인 공차가 D라고 하면, 상기 중간 부재(1450) 및 상판 부재(1440)의 편심의 정도는 그 절반으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 수학식 13의 관계식이 성립한다.

상기 R이 크면 광축의 위치를 넓은 범위에 걸쳐서 조정할 수 있으나, 통상적인 공차를 벗어나는 조절 범위는 필요하지 않다. 또한, 조절 범위가 커지면 그만큼 미세조정이 어렵게 되는 단점이 있다.

도 15를 참조하면, 상판 부재(1440)의 렌즈 체결공(1443)의 반경보다는 중간 부재(1450)의 중간 관통공(1454)의 반경이 더 커야 하며, 상기 중간 관통공의 반경보다는 상기 하부 기대(1460)의 내실(1464)이 더 커야함은 자명하다.

실시예 4

도 19는 본 발명의 제 4 실시예(A4)의 렌즈 홀더를 사용하는 C-마운트(cine mount) 혹은 CS-마운트 (cine short mount) 카메라의 분해 사시도이며, 도 20은 본 발명의 제 4 실시예의 홀더를 사용하는 카메라의 종단면도이다. 제 1 실시예와 마찬가지로 도면을 용이하게 이해하기 위하여 직교 좌표계를 가정한다. 상기 직교 좌표계의 Z-축은 렌즈(1910)의 광축(1911)과 일치하며, Y-축은 이미지 센서의 센서면(1924)의 한 변에 평행하고, X-축은 센서면의 상기 한 변에 수직한 다른 한 변에 평행하다.

C-마운트 렌즈는 17.526mm의 백플랜지(back flange)를 가지며, CS-마운트 렌즈는 12.5mm의 백 플랜지를 가진다. 또한, C-마운트 렌즈와 CS-마운트 렌즈의 체결부는 1 inch 수나사로 구성되어 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 본 실시예의 카메라가 CS-마운트 카메라라고 가정한다.

본 발명의 제 4 실시예의 렌즈 홀더는 제 1 내지 제 3 실시예의 렌즈 홀더와 다르게 상판 부재(1940)와 중간 부재(1950)와 하부 기대(1960)와 후면 커버(1990)로 구성된다. 따라서 렌즈 홀더라기보다는 카메라 경통에 더 가깝다. 그러나 설명의 편의상 렌즈 홀더라고 지칭하기로 한다.

상기 하부 기대(1960)는 상부의 하단 결합부(1962)와 하부의 경통부(1961)로 구성된다. 상기 하단 결합부(1462)는 회전 대칭형의 형상을 가지며, 외주면에 V자형의 오목한 하부 기대 레일 홈(1968)이 형성되고 (도 20 참조), 내부에는 원통면의 형상을 가지는 하단 관통공(1963)이 형성된다. 한편, 상기 경통부(1961)의 내부에는 내실(1964)이 형성되고, 외주면은 용도에 따라서 원통형 혹은 사각형의 형상을 가진다. 또한, 상기 하단 결합부(1962)의 회전 대칭축은 상기 경통부(1961)의 외주면의 중심 및 내실(1964)의 중심을 지난다. 이 공통의 축이 하부 기대 중심축이다.

상기 하부 기대(1960)는 카메라 기판(1920)과 기판 고정 나사를 사용하여 고 정되며, 상기 카메라 기판은 상기 하부 기대의 내실(1964) 안으로 삽입되되, 상기 카메라 기판(1920)의 기판 관통공(1925)에 대응되는 상기 하부 기대(1960)의 내실(1964)에는 기판 고정 나사 체결공이 형성된다. 따라서 상기 카메라 기판(1920)에 장착된 이미지 센서(1922)는 상기 내실(1964) 안으로 삽입되고, 하부 기대(1960)의 중심축은 이미지 센서(1922)의 센서면(1924)의 중심과 대략 일치한다.

바람직하게는 상기 카메라 기판(1920)이 상기 하부 기대(1960)의 내실(1964) 안으로 삽입 및 고정된 후, 후면 커버(1990)를 이용하여 상기 하부 기대의 후면을 먼지와 잡광으로부터 차폐시키는 것이 바람직하다. 후면 커버에는 후면 커버 고정 나사 관통공(1995)이 형성되고, 대응하는 경통의 위치에는 후면 커버 고정 나사 체결공이 형성된다. 따라서 후면 커버 고정 나사(1996)를 사용하여 경통부(1961)와 후면 커버(1990)를 결합시킬 수 있으며, 먼지와 잡광으로부터 이미지 센서를 보호하는 이외에도 외관을 향상시키는 효과가 있다.

상기 중간 부재(1950)는 상부의 중간 결합부(1952)와 하부의 중간 수용부(1951)로 구성된다. 또한, 상기 중간 수용부(1951)의 내부에는 원통형의 중간 결합공(1953)이 형성되고, 상기 중간 결합부(1952)의 내부에는 원통형의 중간 관통공(1954)이 형성된다. 상기 중간 수용부(1951)의 외주면은 손으로 잡고 회전시키기에 용이하도록 중간 핸들(1955)이 형성되어 있다. 상기 중간 결합공(1953)의 회전 대칭축과 중간 관통공(1954)의 회전 대칭축 및 중간 핸들(1955)의 중심축은 모두 일치하는 것이 바람직하다.

상기 중간 결합부(1952)의 외주면은 V자형의 오목한 레일 홈(1958)이 형성된 회전 대칭형의 형상을 가진다 (도 20 참조). 상기 중간 결합부의 외주면의 회전 대칭축이 중간 부재 중심축이다. 그런데 상기 중간 부재 중심축은 상기 중간 관통공(1954)의 회전 중심축과 일치하지 않는다. 다시 말하면, 상기 중간 결합부(1952)의 외주면은 상기 중간 관통공(1954)에 대하여 편심되어 있다.

상기 중간 결합공(1953)과 중간 관통공(1954)은 공통의 회전 대칭축을 가지는 원통면의 형상을 가진다. 전술한 바와 같이 중간 결합부(1952)의 외주면의 회전 대칭축이 중간 부재 중심축이다. 본 발명의 사상에 의하면 중간 핸들(1955)의 중심축과 중간 결합공(1953) 및 중간 관통공(1954)의 공통의 회전 대칭축이 서로 일치할 필요는 없지만, 서로 일치하는 것이 더 바람직하다. 상기 중간 관통공(1954)의 반경은 상기 중간 결합공(1953)의 반경보다 작다. 즉, 중간 부재(1950)의 중간 결합공(1953)과 중간 관통공(1954)은 2단의 관체 형상이며, 중간 결합공과 중간 관통공의 경계는 원형의 단턱을 형성한다.

상기 중간 결합공(1453)의 반경은 상기 하단 결합부(1962)의 외주면의 반경과 일치한다. 따라서 상기 하단 결합부(1962)는 상기 중간 부재의 중간 결합공(1953)에 결합되며, 상기 중간 부재는 상기 하부 기대에 대하여 360°자유로이 회전이 가능하다. 결과적으로 상기 중간 부재 중심축은 상기 하부 기대 중심축을 기준으로 자유로이 회전이 가능하다.

상기 중간 수용부(1951)의 외주면에는 등간격으로 중간 부재 고정 나사 체결공(1956)이 형성되어 있으며, 상기 중간 부재 고정 나사 체결공의 개수는 3개가 가장 적합하고, 따라서 상기 3개의 중간 부재 고정 나사 체결공(1956)은 상기 외주면 을 따라 120°간격으로 형성되어 있다.

상기 중간 부재와 상기 하부 기대가 결합된 상태에서 상기 중간 부재 고정 나사(1957)의 중심축(1957a)은 상기 하부 기대 레일 홈(1968)의 중심선(1968a)보다 약간 위를 지나간다. 도 20을 참조하여 상기 중간 부재 고정 나사 체결공(1956)에 중간 부재 고정 나사(1957)를 체결하면 상기 중간 부재 고정 나사(1957)는 하부 기대(1960)의 하단 결합부(1962)가 중간 부재(1950)의 중간 수용부(1951)로부터 이탈하지 않도록 고정시키는 역할을 한다. 이때 상기 중간 부재 고정 나사(1457)를 느슨하게 하면 상기 중간 부재(1950)는 하부 기대(1960)에 대하여 자유로이 회전이 가능하다. 한편, 상기 중간 부재 고정 나사(1957)를 조이면 상기 중간 부재 고정 나사(1957)가 하부 기대(1960)의 하단 결합부(1962)에 대하여 큰 마찰력을 발휘하므로 상기 중간 부재(1950)가 회전할 수 없게 된다. 더구나 상기 중간 부재 고정 나사(1957)의 중심축(1957a)이 상기 V자형 하부 기대 레일 홈(1968)의 중심선(1968a)보다 위에 존재하기 때문에, 상기 중간 부재 고정 나사(1957)를 조일수록 상기 중간 부재(1950)가 상기 하부 기대(1960) 쪽으로 당겨지는 효과를 가진다. 따라서 상기 하부 기대 고정 나사(1957)를 조일수록 중간 부재(1950)가 상기 하부 기대(1960)에 대하여 회전하는 것이 어렵게 된다.

상기 상판 부재(1940)는 상부의 판재(1941)와 하부의 상단 결합부(1942)로 구성된다. 상기 상단 결합부(1942)의 내부에는 회전 대칭형의 형상을 가지는 원통형의 상단 결합공(1944)이 형성된다. 상기 상단 결합공의 반경은 상기 중간 결합부(1952)의 외주면의 반경과 일치한다.

상기 판재(1941)는 원판의 형상으로써 중간 부재(1950)의 중간 결합공(1953)을 완전히 덮을 수 있도록 충분한 직경을 가지고 있으며, 상기 판재(1941)의 내부에 렌즈 체결공(1943)이 형성된다. 상기 렌즈 체결공은 렌즈(1910)의 렌즈 체결부(1916)가 나사 결합되는 체결 수단이다. 상기 상판 부재(1940)의 렌즈 체결공(1943)에 광축을 중심으로 회전 대칭형인 렌즈(1910)의 렌즈 체결부(1916)가 결합되므로, 상기 렌즈 체결공(1943)의 중심축은 광축(1911)과 일치한다. 상기 렌즈 체결공의 중심축이 상판 부재 중심축이다. 상판 부재 중심축은 상기 상단 결합공의 회전 대칭축에 대하여 일정 간격만큼 편심되어 있다.

상기 판재(1941)의 외주면과 상단 결합부(1942)의 외주면에 걸쳐서 상단 핸들(1949)이 형성된다. 상기 상단 핸들(1949)은 상기 중간 핸들(1955)과 동일한 형상을 가진다. 상기 판재(1941)의 외주면에 렌즈 고정 나사 체결공(1945)이 형성되며, 상기 렌즈 고정 나사 체결공(1945)은 상기 판재의 외주면에서 상기 렌즈 체결공(1943)까지 관통되어 있다. 또한, 상기 상단 결합부(1942)의 외주면에 상판 부재 고정 나사 체결공(1948)이 형성된다.

본 발명의 제 3 실시예(A3)의 렌즈 홀더와 제 4 실시예(A4)의 렌즈 홀더에서 가장 큰 차이점은 결합부와 수용부의 상하가 바뀌었다는 점이고, 그외의 작동관계는 위에서 설명한 제 3 실시예(A3)와 대동소이하므로 이에 대한 반복설명은 생략한다.

실시예 5

도 21은 본 발명의 제 5 실시예(A5)에 따른 렌즈 홀더를 나타낸 분해 사시도이고, 도 22는 결합된 사시도이며, 도 23은 결합 단면도이다. 본 발명의 제 5 실시예의 렌즈 홀더도 상판 부재(2140)와 중간 부재(2150) 및 하부 기대(2160)로 구성된다. 제 1 실시예와 마찬가지로 도면을 용이하게 이해하기 위하여 직교 좌표계를 가정한다. 상기 직교 좌표계의 Z-축은 렌즈(2110)의 광축(2111)과 일치하며, Y-축은 이미지 센서의 센서면의 한 변에 평행하고, X-축은 센서면의 상기 한 변에 수직한 다른 한 변에 평행하다.

상기 하부 기대(2160)는 상부의 하단 수용부(2161)와 하부의 고정부(2162)로 구성된다. 또한, 상기 하단 수용부(2161)의 내부에는 원통형의 하단 결합공(2163)이 형성되고, 상기 고정부(2162)의 내부에는 원통형의 하단 관통공(2164)이 형성된다. 상기 하단 결합공(2163)의 회전 대칭축은 상기 하단 관통공(2164)의 회전 대칭축과 일치한다. 이 공통의 회전 대칭축이 하부 기대 중심축(2113)이다.

상기 하부 기대(2160)는 카메라 경통(2170)과 나사 결합되며, 상기 카메라 경통의 렌즈 체결공(2172)에 대응되는 상기 하부 기대(2160)의 고정부(2162)의 외주면에는 경통 체결부(2167)가 형성된다 (도 23 참조). 상기 카메라 경통의 렌즈 체결공(2172)은 대개 1 inch 암나사로 형성된다. 따라서 상기 경통 체결부(2167)는 1 inch 수나사로 형성되는 것이 바람직하다. 도면에 도시되지 않은 이미지 센서가 장착된 카메라 기판은 본 발명의 제 4 실시예에서와 마찬가지로 카메라 경통에 안쪽으로 삽입되어 고정된다. 상기 하부 기대 중심축(2113)은 이미지 센서의 센서면에 수직하며, 하부 기대 중심축의 위치는 이미지 센서의 센서면의 중심과 대 략 일치한다.

상기 하단 수용부(2161)의 외주면에 하단 핸들(2165)이 형성되며, 하단 결합공(2163)의 외측에 다수의 홀더 고정 나사 체결공(2166)이 형성된다. 또한, 상기 하단 핸들(2165)의 중심축과 고정부(2162)의 외주면에 형성된 경통 체결부(2167)의 중심축이 모두 하부 기대 중심축(2113)과 일치하는 것이 바람직하다.

상기 중간 부재(2150)는 상부의 중간 수용부(2151)와 하부의 중간 결합부(2152)로 구성된다. 상기 중간 결합부(2152)의 외주면은 회전 대칭형인 원통면의 형상을 가지며, 외주면의 반경은 상기 하단 수용부(2161)의 하단 결합공(2163)의 반경과 일치한다.

또한, 상기 중간 부재의 내부에는 원통형의 중간 결합공(2153)이 형성되며, 상기 중간 결합공(2153)은 상기 중간 수용부(2161)와 중간 결합부(2152)를 관통하여 형성된다. 상기 중간 결합공(2153)의 회전 대칭축이 중간 부재 중심축(2112)이다. 상기 중간 부재 중심축(2112)은 상기 중간 결합부(2152)의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 일정 간격만큼 편심되어 있다.

상기 중간 수용부(2151)의 외주면은 손으로 잡고 회전시키기에 용이하도록 중간 핸들(2155)이 형성되어 있다. 상기 중간 핸들(2155)이란 상기 중간 수용부(2151)의 외주면을 따라 Z-축 방향으로 형성된 돌기를 지칭한다. 또한, 상기 중간 결합공(2153)의 외측에 복수의 중간 호형공(2154)이 형성되어 있다.

전술한 바와 같이 상기 중간 결합부(2152)의 외주면의 반경은 상기 하단 수용부(2161)의 내부에 형성된 하단 결합공(2163)의 반경과 일치한다. 따라서 상기 중간 결합부(2152)는 상기 하부 기대의 하단 결합공(2163)에 결합되어 상기 하단 결합공(2163)의 회전 대칭축을 중심으로 360°자유로이 회전이 가능하다. 이때 상기 중간 부재 중심축(2112)은 상기 하부 기대 중심축(2113)을 중심으로 회전하게 된다.

상기 상판 부재(2140)는 상부의 판재(2141)와 하부의 상단 결합부(2142)로 구성된다. 상기 상단 결합부(2142)의 외주면은 회전 대칭형인 원통면의 형상을 가지되, 상기 상단 결합부의 외주면의 반경은 상기 중간 수용부(2151)의 중간 결합공(2153)의 반경과 일치한다.

상기 상판 부재(2140)의 내부에는 광축(2111) 방향으로 상기 상판 부재를 관통하는 렌즈 체결공(2143)이 형성된다. 상기 렌즈 체결공은 렌즈의 렌즈 체결부가 나사 결합되는 체결 수단으로서, 상기 렌즈 체결공에 결합되는 렌즈의 광축은 상판 부재 중심축과 일치한다. 상기 상판 부재 중심축은 상기 상단 결합부의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 일정 간격만큼 편심되어 있다.

상기 판재(2141)는 상기 중간 부재의 중간 결합공(2153)을 완전히 덮는 원판의 형상을 가지고, 상기 판재의 외주면에 상단 핸들(2144)과 렌즈 고정 나사 체결공(2146)이 형성되며, 상기 렌즈 체결공의 외측에 복수의 상단 호형공(2145)이 형성된다. 상기 상단 핸들(2144)은 상기 중간 핸들(2155)과 동일한 형상을 가진다. 조작의 편의를 위해서는 상단 핸들(2144)의 중심축이 상단 결합부(2142)의 외주면의 회전 대칭축과 일치하는 것이 바람직하다.

상기 상판 부재(2140)와 중간 부재(2150) 및 하부 기대(2160)는 홀더 고정 나사(2180)에 의하여 상대적으로 고정된다. 상기 홀더 고정 나사(2180)는 상판 부재의 상단 호형공(2145)과 중간 부재의 중간 호형공(2154)을 관통하여 하부 기대(2160)의 홀더 고정 나사 체결공(2166)에 결합된다. 상기 홀더 고정 나사가 없는 상태에서는 중간 부재(2150)는 하부 기대(2160)에 대하여 하부 기대 중심축(2113)을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하며, 상기 상판 부재(2140)는 상기 중간 부재(2150)에 대하여 중간 부재 중심축(2112)을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하다. 따라서 본 발명의 제 3 내지 제 4 실시예의 방법과 유사한 방법으로 렌즈의 광축을 이미지 센서의 센서면 상의 특정점에 위치시킬 수 있다. 이와 같은 조정이 끝난 후에는 상기 홀더 고정 나사(2180)를 상단 호형공(2145)과 중간 호형공(2154)을 통과하여 홀더 고정 나사 체결공(2166)에 체결한 후 단단하게 조이면 상기 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대는 상대적으로 고정되어 정렬된 상태를 유지하게 된다.

본 발명의 제 5 실시예의 렌즈 홀더는 C-mount 혹은 CS-mount 카메라의 렌즈 체결공(2172)에 결합된 렌즈 홀더의 렌즈 체결공(2143)에 체결되는 렌즈(2110)의 광축의 위치를 상기 카메라 경통(2170) 내부에 장착된 이미지 센서의 센서면에 대하여 조절할 수 있는 것을 특징으로 하며, 렌즈 홀더의 동작 원리는 제 4 실시예의 원리와 거의 유사하므로 반복 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 제 5 실시예의 결합 및 작동관계를 설명한다. 먼저, 하부 기대(2160)의 고정부의 경통 체결부(2167)가 카메라 경통(2170)의 렌즈 체결공(2172)에 단단하게 나사 결합된다. 한편, 상기 중간 부재(2150)의 중간 결합 부(2152)는 상기 하부 기대의 하단 결합공(2163)으로 삽입되고, 이어서 상판 부재(2140)의 상단 결합부(2142)는 중간 부재(2150)의 중간 결합공(2153)으로 삽입된다. 다음으로, 상판 부재(2140)의 상단 호형공(2145)에 홀더 고정 나사(2180)를 삽입하여 중간 부재(2150)의 중간 호형공(2154)을 관통한 뒤 그 하단이 하부 기대(2160)의 홀더 고정 나사 체결공(2166)에 결합되게 한다. 이후 렌즈(2110)의 렌즈 체결부(2116)를 상판 부재(2140)의 렌즈 체결공(2143)에 나사 결합시키고, 카메라를 비디오 모니터에 연결하여 선명한 영상이 얻어질 때까지 렌즈를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜 초점을 맞춘다. 여기서 렌즈의 광축과 일치하는 상판 부재 중심축(2111)이 중간 부재 중심축(2112)에 대하여 편심되어 있고, 상기 중간 부재 중심축(2112)은 다시 하부 기대 중심축(2113)에 대하여 편심되어 있으므로 상판 부재(2140)와 중간 부재(2150)를 적절한 방향으로 회전시켜 렌즈의 광축을 이미지 센서면 상의 특정 위치에 위치시킬 수 있다. 이와 같이 상판 부재(2140) 및 중간 부재(2150)를 독립적으로 회전시켜서 렌즈의 광축, 즉 영상면의 중심의 위치를 조절한 다음 홀더 고정 나사(2180)를 조여 렌즈 홀더를 고정시킨다.

실시예 6

본 발명의 각 실시예를 설명함에 있어서 회전 대칭형인 렌즈의 광축의 위치를 조절하기 위한 렌즈 홀더에 국한하여 기술하였으며, 암묵적으로 렌즈는 결상 렌즈인 것으로 기술하였다. 그러나 본 발명의 실시예의 렌즈 홀더는 비결상용 렌즈(non-imaging lens)에도 마찬가지로 사용될 수 있다. 예를 들어 레이저 시준 기(laser beam collimator)의 정확한 위치를 조절하기 위하여 사용될 수 있다. 더 나아가서 렌즈가 아니라 중심축을 기준으로 회전 대칭형인 대상물(object)의 중심축의 위치를 정밀하게 조정하기 위하여 사용될 수도 있다. 이와 같은 경우에는 본 발명의 실시예에서와 같이 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대가 렌즈의 광축에 대응하는 Z-축 방향으로 관통되어 있을 필요가 없다.

본 발명의 실시예의 렌즈 홀더를 스테이지 장치(stage appararus)로 사용하기 위해서는 렌즈 홀더보다 더 간단한 조건을 만족하면 되며, 이러한 스테이지의 구성적 요건은 다음과 같다.

본 발명의 제 6 실시예의 스테이지 장치는 회전 대칭형인 대상물의 회전 대칭축의 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다. 상기 스테이지 장치는 하부 기대와 중간 부재와 상판 부재를 포함하며, 상기 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대는 각각 상판 부재 중심축과 중간 부재 중심축과 하부 기대 중심축을 구비한다. 상기 상판 부재 중심축과 중간 부재 중심축과 하부 기대 중심축은 모두 평행하다.

상기 상판 부재는 상기 대상물의 회전 대칭축과 상판 부재 중심축이 일치되게 상기 대상물과 결합되는 체결 수단을 구비하며, 상기 하부 기대는 상기 하부 기대 중심축에 수직한 다른 물체의 일단에 고정되는 고정부를 구비한다. 상기 중간 부재는 상기 하부 기대 중심축을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하게 상기 하부 기대와 결합되고, 상기 상판 부재는 상기 중간 부재 중심축을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하게 상기 중간 부재와 결합된다. 여기서 상기 중간 부재 중심축은 상기 하부 기대 중심축에 대하여 일정한 간격만큼 편심되어 있고, 상기 상판 부재 중심축은 상기 중간 부재 중심축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 종래의 보드 카메라라고 불리는 소형의 CCTV의 분해 사시도이다.

도 2는 Paul Bourke 교수가 컴퓨터로 제작한 가상적인 실내 풍경이며, 이상적인 등거리 투사 방식을 가지는 화각 180°의 어안 렌즈를 사용하는 것으로 가정된 것이다.

도 3은 도 2의 영상에서 추출한 전방위 영상의 예이며, 참고 문헌 1의 실시예 8의 영상 처리 알고리즘을 적용한 것이다.

도 4는 도 3과 같은 영상 처리 알고리즘을 적용하되, 영상 처리 알고리즘에 적용하는 영상면의 중심 좌표를 실제 영상면의 중심 좌표에서 가로 10 픽셀 및 세로 10 픽셀만큼 어긋나도록 적용한 결과이다.

도 5는 종래 기술에서 어안 렌즈와 이미지 센서의 센서면의 배치 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 홀더를 사용하는 보드 카메라의 분해 사시도이다.

도 7은 도 6의 보드 카메라가 조립이 완료된 상태의 사시도이다.

도 8은 도 7에서 I-I를 따라 절단한 단면도이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제 1 실시예에서 "렌즈"를 Y-축 방향으로 이동시키는 작동상태를 나타낸 "II-II"선 평단면도이다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 1 실시예에서 "렌즈"를 X-축 방향으로 이동시키는 작동상태를 나타낸 "III-III"선 평단면도이다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 홀더를 나타낸 분해 사시도이다.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 홀더를 나타낸 종단면도이다.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 홀더의 평단면도이다.

도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 홀더를 나타낸 분해 사시도이다.

도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 홀더를 사용하는 보드 카메라의 종단면도이다.

도 16 및 도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 홀더의 원리를 예시한 도면이다.

도 18은 이미지 센서면의 중심에 대한 광축의 편심된 위치가 (x, y)로 주어지기 위한 상판 부재 및 중간 부재의 정확한 회전각을 이해하기 위한 개념도이다.

도 19는 본 발명의 제 4 실시예의 렌즈 홀더를 사용하는 CS-마운트 카메라의 분해 사시도이다.

도 20은 본 발명의 제 4 실시예의 렌즈 홀더를 사용하는 CS-마운트 카메라의 종단면도이다.

도 21은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 렌즈 홀더를 사용하는 CS-마운트 카메라의 분해 사시도이다.

도 22는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 렌즈 홀더를 사용하는 CS-마운트 카 메라의 결합된 사시도이다.

도 23은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 렌즈 홀더를 사용하는 CS-마운트 카메라의 결합 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

610 : 렌즈 620 : 카메라 기판

630 : 렌즈 홀더 640 : 상판 부재

650 : 중간 부재 660 : 하부 기대

670 : 제 1 위치 조절 수단 680 : 제 2 위치 조절 수단

Claims (15)

1. 렌즈의 광축의 위치를 조절할 수 있는 렌즈 홀더에 있어서,

   상기 렌즈 홀더는 하부 기대와 중간 부재와 상판 부재와 제 1 위치 조절 수단 및 제 2 위치 조절 수단을 포함하며,

   상기 하부 기대는 이미지 센서가 장착된 카메라 기판과 고정되는 고정 수단을 구비하며,

   상기 중간 부재는 상기 상판 부재와 하부 기대의 사이에 배치되되,

   상기 상판 부재와 하부 기대는 각각 상기 중간 부재의 내측으로 삽입되어 결합되며,

   상기 상판 부재는 렌즈의 광축이 상기 이미지 센서의 센서면에 수직하게 상기 렌즈와 결합되는 체결 수단을 구비하며,

   상기 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대는 상기 상판 부재에 결합되는 렌즈의 광축 - 이하 Z-축이라 지칭함 - 방향으로 관통되어 있으며,

   상기 제 1 위치 조절 수단은 상기 상판 부재를 상기 중간 부재에 대하여 Z-축에 수직한 한 방향 - 이하 Y-축 방향이라고 지칭함 - 으로만 이동시킬 수 있으며,

   상기 제 2 위치 조절 수단은 상기 중간 부재를 상기 하부 기대에 대하여 Z-축 및 Y-축에 수직한 또 다른 한 방향 - 이하 X-축 방향이라고 지칭함 - 으로만 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 중간 부재는 Z-축 방향으로 관통되어 있는 삽입공을 구비하는 정사각형의 관체 형상이며,

   상기 상판 부재는 상기 삽입공을 완전히 가리는 상부의 사각형의 판재와 상기 중간 부재의 삽입공으로 삽입되어 결합되는 하부의 하향 삽입부 및 광축을 중심으로 회전 대칭형인 렌즈가 나사 결합되는 체결공을 구비하되,

   상기 하향 삽입부는 Y-축 방향의 길이가 X-축 방향의 길이보다 작으며,

   상기 하부 기대는 상기 중간 부재의 삽입공으로 삽입되어 결합되는 상부의 상향 삽입부와 카메라 기판에 고정되는 하부의 고정부 및 상기 Z-축 방향으로 관통된 사각형의 내실을 구비하되,

   상기 상향 삽입부는 X-축 방향의 길이가 Y-축 방향의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 중간 부재의 Y-축 방향의 양측면의 상부에 제 1 외측 관통공 및 제 2 외측 관통공이 형성되고,

   상기 중간 부재의 X-축 방향의 양측면의 하부에 제 3 외측 관통공 및 제 4 외측 관통공이 형성되며,

   상기 상판 부재의 하향 삽입부의 Y-축 방향의 양측면에는 상기 중간 부재의 제 1 외측 관통공 및 제 2 외측 관통공에 대응하는 제 1 내측 관통공 및 제 2 내측 관통공이 형성되고,

   상기 하부 기대의 상향 삽입부의 X-축 방향의 양측면에는 상기 중간 부재의 제 3 외측 관통공 및 제 4 외측 관통공에 대응하는 제 3 내측 관통공 및 제 4 내측 관통공이 형성되고,

   상기 제 1 위치 조절 수단은 상기 제 1 외측 관통공 및 제 1 내측 관통공에 끼워지는 제 1 가이드 핀과, 상기 제 2 외측 관통공 및 제 2 내측 관통공에 끼워지는 제 1 조절 나사를 포함하며,

   상기 제 2 위치 조절 수단은 상기 제 3 외측 관통공 및 제 3 내측 관통공에 끼워지는 제 2 가이드 핀과, 상기 제 4 외측 관통공 및 제 4 내측 관통공에 끼워지는 제 2 조절 나사를 포함하고,

   상기 상판 부재의 제 2 내측 관통공에는 상기 제 1 조절 나사의 나사부에 대응하는 암나사가 형성되며,

   상기 하부 기대의 제 4 내측 관통공에는 상기 제 2 조절 나사의 나사부에 대응하는 암나사가 형성되며,

   상기 고정부의 하단에 기판 고정 나사 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 상판 부재와 중간 부재 및 하부 기대를 상대적으로 고정하는 홀더 고정 수단을 포함하는 렌즈 홀더.
5. 회전 대칭형인 대상물의 회전 대칭축의 위치를 조절할 수 있는 스테이지 장치에 있어서,

   상기 스테이지 장치는 하부 기대와 중간 부재와 상판 부재를 포함하며,

   상기 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대는 각각 상판 부재 중심축과 중간 부재 중심축과 하부 기대 중심축을 구비하되,

   상기 상판 부재 중심축과 중간 부재 중심축과 하부 기대 중심축은 모두 평행하며,

   상기 상판 부재는 상기 대상물의 회전 대칭축과 상판 부재 중심축이 일치되게 상기 대상물과 결합되는 체결 수단을 구비하며,

   상기 하부 기대는 상기 하부 기대 중심축에 수직한 다른 물체의 일단에 고정되는 고정 수단을 구비하고,

   상기 중간 부재는 상기 하부 기대 중심축을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하게 상기 하부 기대와 결합되고,

   상기 상판 부재는 상기 중간 부재 중심축을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하게 상기 중간 부재와 결합되되,

   상기 중간 부재 중심축은 상기 하부 기대 중심축에 대하여 일정 간격만큼 편심되어 있고,

   상기 상판 부재 중심축은 상기 중간 부재 중심축에 대하여 상기 일정 간격만 큼 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
6. 렌즈의 광축의 위치를 조절할 수 있는 렌즈 홀더에 있어서,

   상기 렌즈 홀더는 하부 기대와 중간 부재와 상판 부재를 포함하며,

   상기 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대는 각각 상판 부재 중심축과 중간 부재 중심축과 하부 기대 중심축을 구비하되,

   상기 상판 부재 중심축과 중간 부재 중심축과 하부 기대 중심축은 모두 평행하며,

   상기 상판 부재는 렌즈의 광축과 상기 상판 부재 중심축이 일치되게 상기 렌즈와 결합되는 체결 수단을 구비하며,

   상기 하부 기대는 이미지 센서가 장착된 카메라 기판과의 고정 수단을 구비하며,

   상기 중간 부재는 상기 하부 기대 중심축을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하게 상기 하부 기대와 결합되고,

   상기 상판 부재는 상기 중간 부재 중심축을 기준으로 360°자유로이 회전이 가능하게 상기 중간 부재와 결합되되,

   상기 중간 부재 중심축은 상기 하부 기대 중심축에 대하여 일정 간격만큼 편심되어 있고,

   상기 상판 부재 중심축은 상기 중간 부재 중심축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있으며,

   상기 상판 부재와 중간 부재와 하부 기대는 상기 광축 방향으로 관통되어 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 하부 기대는 상부의 하단 수용부와 하부의 고정부로 구성되며,

   상기 하단 수용부는 상기 하부 기대 중심축을 기준으로 회전 대칭형의 형상을 가지며,

   상기 하단 수용부의 내부에는 원통형의 하단 결합공이 형성되며,

   상기 고정부의 내부에는 상기 하부 기대 중심축 방향으로 관통된 사각형의 내실이 형성되되,

   상기 하부 기대 중심축은 상기 내실의 중심을 지나고,

   상기 하단 수용부의 외주면에는 하부 기대 고정 나사 체결공이 형성되고,

   상기 고정부의 하단에는 기판 고정 나사 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 중간 부재는 상부의 중간 수용부와 하부의 중간 결합부로 구성되며,

   상기 중간 결합부의 외주면은 V자형의 오목한 중간 부재 레일 홈이 형성된 회전 대칭형의 형상을 가지며,

   상기 중간 결합부의 외주면의 반경은 상기 하단 수용부의 내부에 형성된 하 단 결합공의 반경과 일치하고,

   상기 중간 부재 중심축은 상기 중간 결합부의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있으며,

   상기 중간 결합부의 내부에는 상기 중간 부재 중심축을 기준으로 회전 대칭형인 원통형의 중간 관통공이 형성되고,

   상기 중간 수용부의 내부에는 상기 중간 부재 중심축을 기준으로 회전 대칭형인 원통형의 중간 결합공이 형성되며,

   상기 중간 수용부의 외주면에는 중간 핸들과 중간 부재 고정 나사 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 상판 부재는 상부의 판재와 하부의 상단 결합부로 구성되며,

   상기 상단 결합부의 외주면은 V자형의 오목한 상판 부재 레일 홈이 형성된 회전 대칭형의 형상을 가지며,

   상기 상단 결합부의 외주면의 반경은 상기 중간 수용부의 내부에 형성된 중간 결합공의 반경과 일치하고,

   상기 상판 부재 중심축은 상기 상단 결합부의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있으며,

   상기 판재는 상기 중간 부재의 중간 결합공을 완전히 덮는 원판의 형상이고,

   상기 상판 부재의 내부에는 광축 방향으로 형성된 렌즈 체결공이 형성되되,

   상기 렌즈 체결공은 렌즈의 렌즈 체결부가 나사 결합되는 체결 수단이며,

   상기 렌즈 체결공에 결합되는 렌즈의 광축은 상기 상판 부재 중심축과 일치하고,

   상기 판재의 외주면에는 상단 핸들과 렌즈 고정 나사 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 하부 기대는 상부의 하단 결합부와 하부의 경통부로 구성되며,

    상기 하단 결합부는 하부 기대 중심축을 기준으로 회전 대칭형의 형상을 가지며,

    상기 하단 결합부의 내부에는 원통형의 하단 관통공이 형성되고,

    상기 하단 결합부의 외주면에 V자형의 오목한 하부 기대 레일 홈이 형성되며,

    상기 경통부의 중심축은 상기 하부 기대 중심축과 일치하며,

    상기 경통부의 내부에는 내실이 형성되며,

    상기 내실에는 카메라 기판과 고정되는 기판 고정 나사 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 중간 부재는 상부의 중간 결합부와 하부의 중간 수용부로 구성되며,

    상기 중간 수용부의 내부에는 회전 대칭형인 원통형의 중간 결합공이 형성되며,

    상기 중간 결합공의 반경은 상기 하단 결합부의 외주면의 반경과 일치하고,

    상기 중간 부재 중심축은 상기 중간 결합공의 회전 대칭축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있으며,

    상기 중간 결합부의 내부에는 상기 중간 결합공의 회전 대칭축을 기준으로 회전 대칭형인 원통형의 중간 관통공이 형성되고,

    상기 중간 결합부의 외주면은 상기 중간 부재 중심축을 기준으로 회전 대칭형의 형상을 가지되,

    상기 중간 결합부의 외주면에 V자형의 오목한 중간 부재 레일 홈이 형성되고,

    상기 중간 수용부의 외주면에는 중간 핸들과 중간 부재 고정 나사 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 상판 부재는 상부의 판재와 하부의 상단 결합부로 구성되며,

    상기 상단 결합부의 내부에는 회전 대칭형의 형상을 가지는 원통형의 상단 결합공이 형성되고,

    상기 상단 결합공의 반경은 상기 중간 결합부의 외주면의 반경과 일치하며,

    상기 상판 부재 중심축은 상기 상단 결합공의 회전 대칭축에 대하여 상기 일 정 간격만큼 편심되어 있고,

    상기 판재의 내부에 렌즈 체결공이 형성되되,

    상기 렌즈 체결공은 렌즈의 렌즈 체결부가 나사 결합되는 체결 수단이고,

    상기 렌즈 체결공에 결합되는 렌즈의 광축은 상기 상판 부재 중심축과 일치하며,

    상기 판재의 외주면과 상단 결합부의 외주면에 걸쳐서 상단 핸들이 형성되고,

    상기 상단 결합부의 외주면에 상판 부재 고정 나사 체결공이 형성되며,

    상기 판재의 외주면에 렌즈 고정 나사 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
13. 제 6항에 있어서,

    상기 하부 기대는 상부의 하단 수용부와 하부의 고정부로 구성되며,

    상기 하단 수용부의 내부에는 하부 기대 중심축을 기준으로 회전 대칭형의 형상을 가지는 원통형의 하단 결합공이 형성되고,

    상기 하단 수용부의 외주면에 하단 핸들이 형성되며,

    상기 하단 결합공의 외측에 홀더 고정 나사 체결공이 형성되며,

    상기 고정부의 내부에는 상기 하부 기대 중심축을 기준으로 회전 대칭형의 형상을 가지는 원통형의 하단 관통공이 형성되며,

    상기 고정부의 외주면에는 경통 체결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 중간 부재는 상부의 중간 수용부와 하부의 중간 결합부로 구성되고,

    상기 중간 결합부의 외주면은 회전대칭형인 원통면의 형상을 가지되,

    상기 중간 결합부의 외주면의 반경은 상기 하단 수용부의 하단 결합공의 반경과 일치하고,

    상기 중간 부재 중심축은 상기 중간 결합부의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있으며,

    상기 중간 부재의 내부에는 상기 중간 수용부와 중간 결합부를 관통하는 중간 결합공이 형성되되,

    상기 중간 결합공은 상기 중간 부재 중심축을 기준으로 회전 대칭형인 원통면의 형상을 가지고,

    상기 중간 수용부의 외주면에는 중간 핸들이 형성되며,

    상기 중간 결합공의 외측에 복수의 중간 호형공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 상판 부재는 상부의 판재와 하부의 상단 결합부로 구성되며,

    상기 상단 결합부의 외주면은 회전 대칭형인 원통면의 형상을 가지되,

    상기 상단 결합부의 외주면의 반경은 상기 중간 수용부의 중간 결합공의 반경과 일치하고,

    상기 상판 부재 중심축은 상기 상단 결합부의 외주면의 회전 대칭축에 대하여 상기 일정 간격만큼 편심되어 있으며,

    상기 상판 부재의 내부에는 광축 방향으로 상기 상판 부재를 관통하는 렌즈 체결공이 형성되되,

    상기 렌즈 체결공은 렌즈의 렌즈 체결부가 나사 결합되는 체결 수단이고,

    상기 렌즈 체결공에 결합되는 렌즈의 광축은 상기 상판 부재 중심축과 일치하며,

    상기 판재는 상기 중간 부재의 중간 결합공을 완전히 덮는 원판의 형상을 가지고,

    상기 판재의 외주면에 상단 핸들과 렌즈 고정 나사 체결공이 형성되며,

    상기 렌즈 체결공의 외측에 복수의 상단 호형공이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 홀더.

Images