KR101244866B1 - 직교식 3ｄ 카메라 구동 장치 - Google Patents

직교식 3ｄ 카메라 구동 장치 Download PDF

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박종해
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강진모
이근식
이준용
박창섭
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한국방송공사
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Abstract

본 발명은 상용의 2D 방송용 카메라 2대를 장착하여 3D 방송의 촬영에 사용될 수 있는 방송용 양안 3D 카메라 구동 장치에 관한 것으로, 전방의 영상을 후방으로 투과시키거나 직각 방향으로 반사시키는 하프미러와, 이 하프미러의 후방에 배치되어, 하프미러를 투과한 영상을 획득하는 제1카메라가 장착되고, 제1카메라를 요(yaw) 축, 피치(pitch) 축에 대해 회전시키거나, 그 축들을 따라 수평 이동시키는 제1카메라 구동 유닛과, 이 제1카메라와 직교하도록 배치되어, 하프미러에서 반사된 영상을 획득하는 제2카메라가 장착되고, 제2카메라를 요(yaw) 축에 대해 회전시키는 제2카메라 구동 유닛과, 제1카메라 구동 유닛과 제2카메라 구동 유닛을 제어하기 위한 구동 제어부를 포함한다.

Description

직교식 3Ｄ 카메라 구동 장치{vertical type stereoscopic camera rig}
본 발명은 직교식 3D 카메라 구동 장치에 관한 것으로, 특히 상용의 2D 방송용 카메라 2대를 장착하여 3D 방송의 촬영에 사용될 수 있는 방송용 양안 3D 카메라 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3D 카메라는 동시에 일정한 위상차를 가진 2장의 영상을 얻을 수 있는 카메라로서, 사람의 양 눈 간격에 상응하는 6 ~ 7cm 정도의 간격을 두고 2개의 카메라를 설치하여 피사체를 촬영함으로써 사람의 양 눈에서 보이는 것과 같은 위상차를 가진 2장의 영상을 획득한다.
일반적으로 방송용 3D 영상 카메라의 경우 카메라는 상용의 2D용 카메라 2대를 배치하여 연동 제어함으로써 3D 영상을 획득하는 것이 바람직하다. 만약 2D 카메라를 별도로 개발한다면 이 2D 카메라를 개발하는 것이 3D 카메라 개발에서 큰 비중을 차지하게 되어 비효율적이기 때문이다. 그런데 이 같은 상용 2D 카메라는 덩치가 크기 때문에 두 카메라를 병치할 경우 사람의 양 눈 간격과 유사한 정도로 근접 설치하는 것이 불가능하다.
2007. 6. 21.자 공개된 미국 공개특허 제2007/0140682호에는 평행사변형 형태의 빔-스플리터, 즉 하프 미러를 사용하여 두 카메라를 직교로 배치함으로써 이러한 문제를 해결하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 개시된 종래기술의 장비는 3D영상의 깊이, 원근감 및 초점 등 3D 효과를 조절하기 위해 장착된 두 대의 카메라를 제어하는데 있어서 단순한 구동 메커니즘을 구비하여 연동이 한계가 있었다. 또한, 주밍이나 포커싱을 제어함에 있어서 두 카메라의 정밀한 제어가 불가능하여 입체감이 떨어지거나 또는 수동으로 입체감을 조절함에 따라 조작이 매우 까다로운 문제가 있었다.
본 발명은 입체감의 정밀한 연동 제어가 가능한 3D 카메라 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
추가로 본 발명은 두 카메라의 주시각 뿐 아니라 광축 에러의 보정이 가능한 3D 카메라 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 양상에 따르면, 직교식 3D 카메라 구동 장치는 전방의 영상을 후방으로 투과시키거나 직각 방향으로 반사시키는 하프미러와, 이 하프미러의 후방에 배치되어, 하프미러를 투과한 영상을 획득하는 제1카메라가 장착되고, 제1카메라를 요(yaw) 축, 피치(pitch) 축에 대해 회전시키거나, 그 축들을 따라 수평 이동시키는 제1카메라 구동 유닛과, 이 제1카메라와 직교하도록 배치되어, 하프미러에서 반사된 영상을 획득하는 제2카메라가 장착되고, 제2카메라를 요(yaw) 축에 대해 회전시키는 제2카메라 구동 유닛과, 제1카메라 구동 유닛과 제2카메라 구동 유닛을 제어하기 위한 구동 제어부를 포함한다.
추가적인 양상에 따르면, 제1카메라 구동 유닛은 제1카메라의 선단부와 후단부의 하단에 요 축에 대해 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 이동부재와, 각각이 이 이동부재와 슬라이딩 가능하게 결합되며, 결합된 이동부재를 구동 제어부의 지시를 받아 피치 축 방향으로 개별 이동시켜 주시각 및 광축간격(Inter-axial distance, IAD)을 조정하는 한 쌍의 리니어 구동부를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 리니어 구동부는 정역으로 회전하는 모터와, 이 모터의 축과 연결되어 회전하며 표면에 수나사가 형성된 스크루 가이드를 포함하고, 또 이동부재는 이 스크루 가이드의 수나사와 대응하여 결합되는 암나사가 형성되어, 모터의 회전방향에 따라 이동부재의 이동방향이 결정될 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 제1카메라 구동 유닛은 제1카메라의 선단부와 후단부의 하단에 피치 축을 중심으로 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 승강부재와, 구동 제어부의 지시를 받아 이 승강부재를 요(yaw)축 방향으로 개별 이동시켜 광축 에러를 보정하는 승강 구동부를 포함할 수 있다.
보다 구체적인 양상에 따르면 승강 구동부는 정역으로 회전하는 모터와, 이 모터의 회전방향에 따라 롤 축을 따라 이동하며, 주행방향으로 경사면이 형성된 경사부재를 포함하고, 승강부재는 경사부재의 경사면과 대응되는 경사면이 형성되어, 모터의 회전방향에 따라 경사부재가 승강할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 제1카메라 구동 유닛은 상기 제1카메라가 롤 축 방향으로 수평 이동할 수 있도록 안내하는 롤 축 안내부와, 이 롤 축 안내부를 따라 제1카메라를 수평 이동 시키는 수동 조작부를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 제2카메라 구동 유닛은 제2카메라가 롤 축을 따라 수평 이동할 수 있도록 안내하는 롤 축 안내부와, 롤 축 안내부를 따라 제2카메라를 직선 이동 시키는 수동 조작부를 포함하는 직선 조작부와, 이 직선 조작부의 하부에 설치되고, 구동 제어부의 지시를 받아 제2카메라를 요(yaw) 축에 대해 회전시켜 주시각을 조정하는 회전구동부를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 직교식 3D 카메라 구동 장치는 각각이 제 1 카메라 및 제 2 카메라의 주밍 및 포커싱 조절 메커니즘에 부착되어 주밍과 포커싱을 조절하는 한 쌍의 주밍/포커싱 구동 유닛을 더 포함하고, 구동 제어부는 이 한 쌍의 주밍/포커싱 구동 유닛에 주밍/포커싱 구동 신호를 출력하는 주밍/포커싱 제어부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 구동 제어부는 광축간격 조절 노브와, 주시각 조절 노브와, 이 광축간격 조절 노브 및 주시각 조절노브와 직렬 인터페이스로 연결되며, 그들로부터 입력된 조작신호들 및 컴퓨터의 사용자 인터페이스로부터 입력된 주밍 및 포커싱 제어 신호에 따라 제 1 카메라 구동 유닛, 제 2 카메라 구동유닛, 주밍/포커싱 구동 유닛에 구동신호를 출력하는 제어 컴퓨터를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 구동 제어부는 주밍 조절 노브와, 포커싱 조절 노브와, 주밍 조절 노브로부터의 주밍 구동 신호와 제어 컴퓨터로부터의 주밍 구동 신호 중 하나와, 포커싱 조절 노브로부터의 구동 신호와 제어 컴퓨터로부터의 포커싱 구동 신호 중 하나를 주밍/포커싱 구동 유닛으로 출력하는 선택부를 더 포함할 수 있다.
본 발명 직교식 3D 카메라 구동 장치에 따르면, 사람의 양안과 대응되는 한 쌍의 카메라를 각각 수평방향과 수직방향으로 배치하고, 그 사이에 하프 미러 유닛을 배치함으로써, 작은 부피를 제공하며 두 개의 카메라가 상호 간의 간섭 없이 이동이 가능할 수 있다.
또한, 고화질의 3D영상의 구현을 위하여, 사람의 양안과 같이 움직이도록 구성되어 효과적인 3D영상을 얻을 수 있으며, 간편한 조작으로 주시각과 초점거리의 정밀한 조정이 가능하여 조작의 편의성을 동시에 제공할 수 있는 효과가 있다.
또, 카메라를 회전 또는 수평 이동시켜 주시각과 초점거리 및 카메라 사이 간격을 조정하는 과정에서 발생할 수 있는 광축에러의 보정이 용이하게 이루어질 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 주요 구성을 설명하기 위한 도식적인 도면,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 주요 구성을 설명하기 위한 도식적인 도면,
도 3은 본 발명에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 개략적인 구성을 보인 정면도,
도 4 내지 도 5는는 본 발명의 주요 구성요소인 제1카메라 구동유닛의 리니어 구동부를 설명하기 위한 평면도,
도 6은 본 발명의 주요 구성요소인 제1카메라 구동유닛의 승강구동부를 설명하기 위한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 주요 구성요소인 제1카메라 구동유닛의 승강구동부를 설명하기 위한 측면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 블록도,
도 9는 또 다른 실시예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 블록도,
도 10은 또 다른 실시예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 주요 구성을 설명하기 위한 도식적인 도면이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 기본 구성요소는 하프미러(100), 제1카메라 구동유닛(200), 제2카메라 구동유닛(300), 구동 제어부(400)를 포함하는 것으로, 상기 제1카메라 구동유닛(200), 제2카메라 구동유닛(300)에 각각 장착되는 제1카메라(10)와 제2카메라(20)는 상호 직교하도록 배치되는 직교식 3D 카메라이며, 따라서 제1카메라 구동유닛(200)과 제2카메라 구동유닛(300) 또한, 서로 수직하게 배치된다. 하프미러(100)는 제1카메라 구동유닛(200)과 제2카메라 구동유닛(300) 사이에 설치되어 전방의 영상을 후방으로 투과시키거나 직각 방향으로 반사시키는 작용을 한다. 제1카메라(10)가 장착되는 제1카메라 구동 유닛(200)의 경우에는 프레임(600)의 수평방향으로 배치되어 하프미러(100)를 투과한 영상을 제1카메라(10)가 획득하게 된다. 한편, 제2카메라 구동 유닛(300)의 경우 프레임(600)의 수직방향으로 배치되어, 하프미러(100)에서 반사된 영상을 제2카메라(20)가 획득할 수 있다.
상기와 같은 직교식 3D 카메라의 제1카메라(10)와 제2카메라(20)는 사람의 양안과 대응되기 때문에 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 수평 간격이 조절되면, 양안 간격(IOD)이 조절된다. 또한, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)가 각각의 요축에 대해 회전할 경우 주시각이 조절될 수 있다. 상기 1카메라 구동유닛(200)과 제2카메라 구동유닛(300)은 상기 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 수평 간격을 조절하거나, 각각의 요축에 대해 회전시키기 위해 마련된다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 주요 구성을 설명하기 위한 도식적인 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 개략적인 정면도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치는 전방의 영상을 후방으로 투과시키거나 직각 방향으로 반사시키는 하프미러(100)와, 상기 하프미러(100)의 후방에 배치되어, 하프미러(100)를 투과한 영상을 획득하는 제1카메라(10)가 장착되며, 장착된 제1카메라(10)를 요(yaw) 축, 피치(pitch) 축에 대해 회전시키거나, 그 축들을 따라 수평 이동시키는 제1카메라 구동 유닛(200)과, 상기 제1카메라(10)와 직교하도록 배치되어, 상기 하프미러(100)에서 반사된 영상을 획득하는 제2카메라(20)가 장착되며, 장착된 제2카메라(20)를 요(yaw) 축에 대해 회전시키는 제2카메라 구동 유닛(300)과, 상기 제1카메라 구동 유닛(200)과 제2카메라 구동 유닛(300)을 제어하기 위한 구동 제어부(400)를 포함한다. 여기서 상기 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll) 축은 각 카메라(10,20)를 기준으로 설정되는 좌표계이다. 또한, 상기의 경우 상기 하프미러(100), 제1카메라(10), 제1카메라 구동 유닛(200), 제2카메라(20) 및 제2카메라 구동 유닛(300)은 수직방향과 수평방향으로 형성된 프레임(600)에 고정된다.
상기한 바와 같이 제1카메라(10)와 제2카메라(20)는 상호 직교하도록 배치되고, 제1카메라(10)가 장착되는 제1카메라 구동 유닛(200)의 경우에는 상기 프레임(600)의 수평방향으로 배치되며, 제1카메라(10)를 요(yaw) 축, 피치(pitch) 축에 대해 회전시키나, 그 축들을 따라 수평방향으로 이동시킨다. 반면, 제2카메라 구동 유닛(300)의 경우 상기 프레임(600)의 수직방향으로 배치되어, 하프미러(100)에서 반사된 영상을 획득하는 제2카메라(20)가 장착되며, 장착된 제2카메라(20)를 요(yaw) 축에 대해 회전시키는 작용을 한다. 이때, 상기 제1카메라 구동 유닛(200)과 제2카메라 구동 유닛(300)은 구동 제어부(400)에 의해 제어된다.
상기 제1카메라(10)와 제2카메라(20)는 사람의 좌안과 우안에 각각 대응하는 것으로, 상기 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 수평간격은 사람의 양안 간격과 유사하도록 배치되어야 한다. 상기 제1카메라(10)와 제2카메라(20)는 카메라 바디, 렌즈 유닛, 영상 센서를 포함한다. 상기 카메라 바디는 렌즈 유닛과 영상 센서가 설치될 수납공간을 제공한다. 영상 센서는 카메라 바디 내에 설치되어 피사체의 영상을 획득하며, 렌즈 유닛은 카메라 바디 내에 설치되고, 영상이 영상 센서에 맺히도록 초점을 조절하며, 이를 위하여, 렌즈 유닛은 초점 조절용 구동모터를 포함할 수 있다.
하프미러(100)는 제1카메라 구동유닛(200)과 제2카메라 구동유닛(300) 사이에 설치되어 전방의 영상을 후방으로 투과시키거나 직각 방향으로 반사시키는 작용을 한다. 보다 바람직하게 상기 하프미러(100)는 상기 제1카메라 구동유닛(200)에 장착된 제1카메라(10)의 가상축과 제2카메라 구동유닛(300)에 장착된 제2카메라(210)의 가상축이 교차되는 지점에 설치된다. 이러한 하프 미러(100)는 좌측 영상 및 우측 영상 중 어느 한 영상은 제1카메라(10) 방향으로 투과시키고, 투과되지 않은 나머지 영상은 제2카메라(20)로 반사시키는 기능을 한다.
이와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)는 서로 상이한 축 상에 배치되므로, 양자는 상호 간의 간섭 없이 이동가능하게 된다. 그 결과, 좌측 영상과 우측 영상 간의 시차 간격을 사용자 임의대로 조절할 수 있게 되어, 피사체의 근접 촬영시 근접 촬영에 알맞게 시차 간격을 최소화할 수 있게 된다.
상기 제1카메라 구동 유닛(200) 및 제2카메라 구동 유닛(300)은 모터 등과 같은 별도의 동력발생수단을 구비하고, 상기 동력발생수단을 간단한 조작만으로 구동하는 전동방식을 취할 수 있고, 모터를 구비하지 않고서도 사용자의 힘에 의해 직접 구동시키는 수동조작방식을 취할 수 있다. 상기 제1카메라 구동유닛(200)의 작용으로 상기 제1카메라(10)는 요 축, 피치 축에 대해 회전 운동할 수 있으며, 상기 각 축에 대해서도 수평운동이 가능하게 된다. 한편, 제2카메라 구동 유닛(300)은 상기 제2카메라(20)를 요(yaw) 축으로 회전시키는 작용을 한다.
상기 제1카메라 구동 유닛(200)이 제1카메라(10)를 피치 축 방향으로 직선 이송시키면, 사람의 양안 사이의 간격과 대응되는 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 광축간격(IOD)이 조절된다. 또한, 제1카메라 구동 유닛(200)이 제1카메라(10)를 요 축 방향으로 직선 이송시키면, 결과적으로 제1카메라(10)가 승강되는 결과가 나타나게 된다. 한편, 제1카메라 구동 유닛(200)이 제1카메라(10)를 피치 축에 대해 회전시키거나, 요 축 중심으로 회전시킬 경우, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 주시각이 조절되는 데, 이 경우 상기 제1카메라(10)와 대응하여 제2카메라(20)의 주시각 조절이 이루어지도록 제2카메라 구동 유닛(300)은 상기 제2카메라(20)를 요 축에 대해 회전시킨다.
도 4 내지 도 5는는 본 발명의 주요 구성요소인 제1카메라 구동유닛의 리니어 구동부를 설명하기 위한 평면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일 양상에 따르면, 상기 제1카메라 구동 유닛(200)은 상기 제1카메라(10)의 선단부와 후단부의 하단에 요 축에 대해 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 이동부재(210,220)와, 상기 각각의 이동부재(210,220)와 슬라이딩 가능하게 결합되며, 결합된 이동부재(210,220)를 상기 구동 제어부(400)의 지시를 받아 피치 축 방향으로 개별 이동시켜 주시각 및 광축간격(separation)을 조절하는 한 쌍의 리니어 구동부(230,240)를 포함할 수 있다. 상기 리니어 구동부(230,240)의 작용으로 상기 이동부재(210,220)는 개별적으로 이동하게 된다. 즉, 상기 리니어 구동부(230,240)의 개별적인 구동 여부에 따라 상기 제1카메라(10)는 피치 축 방향으로 직선 이동하거나, 요 축 중심으로 회전할 수 있다.
상기 전, 후방의 리니어 구동부(230,240)가 동시에 동일한 방향으로 작동하면, 상기 전,후방의 이동부재(210,220)가 동일한 방향으로 이동되어 결과적으로 상기 제1카메라(10)는 피치 축 방향으로 직선 이동하여 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 광축간격(IOD)이 조절된다. 한편, 상기 전방의 리니어 구동부(230)는 작동하지 않고, 후방의 리니어 구동부(240)만 작동하게 되면, 상기 후방의 이동부재(220)만 피치 축 방향으로 직선 이동하게 되고, 제1카메라(10)는 요 축 중심으로 회전가능하게 각각의 이동부재(210,220)와 연결되었기 때문에 전방의 이동부재(210)의 회전축을 중심으로 하여 회전하게 되고, 결과적으로 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 주시각이 조절된다. 또한, 전방의 리니어 구동부(230)만 작동하고 후방의 리니어 구동부(240)는 작동하지 않을 경우, 또는 전, 후방의 리니어 구동부가 각각 반대 방향으로 작동하는 경우에도 제 1 카메라(10)가 요 축에 대해 회전 운동하여 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 주시각이 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 리니어 구동부(230, 240)는 정역으로 회전하는 모터(231,241)와, 상기 모터(231,241)의 축과 연결되어 회전하며, 표면에 수나사가 형성된 스크류 가이드(232,242)를 포함하고, 상기 이동부재(210,220)는 상기 스크류 가이드(232,242)의 수나사와 대응하여 결합되는 암나사가 형성되어, 상기 모터(231,241)의 회전방향에 따라 이동부재(210,220)의 이동방향이 결정될 수 있다. 즉, 상기 모터(231,241)가 회전하면, 상기 모터(231,241)의 축과 연결된 스크류 가이드(232,242)가 회전하게 되고, 이동부재(210,220)의 암나사와 스크류 가이드(232,242)의 수나사가 맞물리면서 이동부재(210,220)가 피치 축 방향으로 수평 이동하게 된다.
도 6은 본 발명의 주요 구성요소인 제1카메라 구동유닛의 승강구동부를 설명하기 위한 정면도이고, 도 7은 본 발명의 주요 구성요소인 제1카메라 구동유닛의 승강구동부를 설명하기 위한 측면도이다. 상기 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 제1카메라 구동 유닛(200)은 상기 제1카메라(10)의 선단부와 후단부의 하단에 피치 축을 중심으로 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 승강부재(250,260)와, 상기 구동 제어부(400)의 지시를 받아 상기 승강부재(250,260)를 요(yaw)축 방향으로 개별 이동시켜 광축 에러를 보정하는 승강 구동부(270,280)를 포함할 수 있다. 상기 승강 구동부(270,280)는 상기 각각의 승강부재(250,260)를 개별적으로 승강시킬 수 있다. 즉, 상기 승강부재(250,260)를 요 축 방향으로 수평 이동시키게 되는데 이때, 상기 각각의 승강부재(250,260)는 피치 축을 중심으로 회전가능하게 연결되기 때문에 선단부와 후단부의 승강 구동부(270,280)중 어느 하나만 작동하게 될 경우, 선단부와 후단부의 승강부재(250,260)중 어느 하나는 상승 또는 하강하게 되고, 결과적으로 제1카메라(10)의 기울기가 조절되면서, 광축 보정이 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 승강 구동부(270,280)는 정역으로 회전하는 모터(271,281)와, 상기 모터(271,281)의 회전방향에 따라 롤 축을 따라 이동하며, 주행방향으로 경사면(273,283)이 형성된 경사부재(272,282)를 포함하고, 상기 승강부재(250,260)는 상기 경사부재(272,282)의 경사면(273,283)과 대응되는 경사면(251,261)이 형성되어, 상기 모터(271,281)의 회전방향에 따라 상기 경사부재(272,282)가 승강할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 경사부재(272,282)는 상기 이동부재(210,220)와 동일한 방식으로 작동할 수 있다. 즉, 상기 모터(271,281)의 축과 연결된 스크류 가이드 및 상기 스크류 가이드의 외면에 형성된 수나사와 대응하는 암나사가 경사부재(272,282)에 형성되어 모터(271,281)의 회전방향에 따라 경사부재(272,282)가 수평 이동할 수 있다.
한편, 상기 경사부재(272,282)의 경사면(273,283) 및 승강부재(250,260)의 경사면(251,261)은 상호 대응하는 방향으로 형성되어져 있다. 일례로, 경사부재(272,282)의 경우 그 상면에 경사면(273,283)이 형성되고, 승강부재(250,260)의 경우 상기 경사부재(272,282)가 이동할 경우, 상기 경사면(273,283)을 따라 매끄럽게 승강할 수 있도록 그 하면에 경사면(251,261)이 형성된다. 따라서, 상기 모터(271,281)의 회전방향에 따라 경사부재(272,282)가 왕복 이동하게 되고, 그 이동방향에 따라 승강부재(250,260)가 승강하면서 제1카메라(10)가 승강하게 된다. 한편, 상기 모터(271,281)의 회전방향이 다르거나, 두 개의 모터 중 어느 하나만 구동할 경우, 상기 경사부재(272,282)의 이동방향이 서로 다르거나 어느 하나의 경사부재만 이동하고 다른 하나는 정지하게 된다. 상기의 경우에는 경사부재(272,282)와 연동되는 승강부재(250,260) 중 어느 하나는 상승하고 다른 하나는 하강하거나, 어느 하나의 승강부재만 승강하고 다른 하나는 정지한다. 상기 두 가지의 경우에 제1카메라(10)는 피치 축을 기준으로 전방 또는 후방으로 기울여지게 된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 제1카메라 구동 유닛(200)은 상기 제1카메라(10)가 롤 축 방향으로 수평 이동할 수 있도록 안내하는 롤 축 안내부(291)와, 상기 롤 축 안내부(291)를 따라 제1카메라(10)를 수평 이동시키는 수동 조작부(292)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 롤 축 안내부(291)는 상기 제1카메라(10)가 롤 축 방향으로 전진 또는 후진할 수 있도록 롤 축과 평행하도록 프레임(600)에 장착된다. 수동 조작부(292)는 상기 제1카메라(10)가 롤 축 안내부(291)를 따라 롤 축 방향으로 수평 이동할 수 있도록 즉, 전진 또는 후진할 수 있도록 수동 조작하는 것으로, 레버의 형태를 취할 수 있으며, 또한, 롤 축 안내부(291)에는 제1카메라(10)의 전진, 후진 거리를 확인할 수 있도록 눈금이 형성될 수 있고, 전진 및 후진된 위치를 고정할 수 있는 별도의 잠금수단이 마련될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 제2카메라 구동 유닛(300)은 상기 제2카메라(20)가 롤 축을 따라 수평 이동할 수 있도록 안내하는 롤 축 안내부(311)와, 상기 롤 축 안내부(311)를 따라 제2카메라(20)를 직선 이동시키는 수동 조작부(312)를 포함하는 직선 조작부(310)와, 상기 직선 조작부(310)의 하부에 설치되고, 상기 구동 제어부(400)의 지시를 받아 상기 제2카메라(20)를 요(yaw) 축에 대해 회전시켜 주시각을 조정하는 회전구동부(320)를 포함할 수 있다.
상기 롤 축 안내부(311)는 상기 제2카메라(20)가 롤 축 방향으로 승강할 수 있도록 롤 축과 평행하도록 제2카메라(20)의 배면에 결합되며, 프레임(600)에 고정된다. 수동 조작부(312)는 상기 제2카메라(20)가 롤 축 안내부(311)를 따라 롤 축 방향으로 직선 이동할 수 있도록 수동 조작한다. 또한, 상기 롤 축 안내부(311)에는 승강거리를 확인할 수 있도록 눈금이 형성될 수 있으며, 승강된 위치를 고정할 수 있는 별도의 잠금수단이 구비될 수 있다.
또, 상기 제2카메라 구동 유닛(300)은 제2카메라(20)를 요(yaw) 축에 대해 회전시켜 주시각을 조정하는 회전구동부(320)를 포함할 수 있다. 회전구동부(320)는 상기 제2카메라(20)를 요 축을 중심으로 회전시키는 모터와 같은 동력발생수단을 포함할 수 있으며, 수직방향으로 배치된 프레임(600)상에 고정된다. 상기 회전구동부(320)는 구동 제어부(400)의 지시를 받아 상기 제2카메라(20)를 회전시켜 결과적으로는 제1카메라(10)와 제2카메라(20)의 주시각을 조절한다. 본 발명에서와 같이 회전구동부(320)의 작용으로 제1카메라(10)뿐 만 아니라 제2카메라(20)를 동시에 회전시켜 주시각을 조정할 경우, 어느 하나의 카메라만 움직여 주시각을 조절했을 때보다 안정적인 주시각의 조절이 이루어져 좀 더 사실적인 3D영상을 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 블럭도이다. 도시된 바와 같이 일 실시예에 따른 구동 제어부(400)는 제 1 카메라 구동 유닛(200)의 구동에 필요한 모터들(231,241,271,281)과 제 2 카메라 구동 유닛(300)의 구동에 필요한 모터(321)로 구동 신호를 출력한다.
일 실시 예에 있어서, 한 쌍의 모터(231,241)는 제 1 카메라(10)를 요(yaw) 축 방향으로 회전시키거나 피치(pitch) 축 방향으로 수평 이동시킨다. 또 다른 실시예에 있어서, 한 쌍의 모터(271,281)는 제 1 카메라(10)를 피치 축 방향으로 회전시키거나 요 축 방향으로 수평 이동, 즉 승강시킨다. 또 다른 실시 예에 있어서, 모터(321)는 제 2 카메라(20)를 요 축을 중심으로 회전시킨다.
또 다른 실시예에 있어서 각 카메라(10,20)에 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)가 설치된다. 한 쌍의 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)는 제 1 카메라(10) 및 제 2 카메라(20)의 주밍 및 포커싱 조절 메카니즘에 부착되어 해당 카메라의 주밍과 포커싱을 조절한다. 상용화된 카메라의 제조사에서 공급되는 이 부품은 주밍/포커싱을 전기적인 신호에 의해 원격제어할 수 있도록 지원한다.
본 명세서에 있어서 구동 제어부(400)는 이런 다양한 실시예에 대응하여 적절한 구동 신호를 출력하도록 해석된다. 구동 제어부(400)는 개인용 컴퓨터 혹은 전용의 하드웨어로 구현될 수 있다. 주시각 조작부(510), 양안 간격 조작부(520), 포커싱 조작부(530), 주밍 조작부(540)는 사용자의 조작 지시를 입력받는다. 이들은 노브(knob) 형태 혹은 바 형태의 그래픽 유저 인터페이스로 구현될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 구동 제어부(400)는 제1카메라(10) 및 제2카메라(20)의 주시각을 제어하는 주시각 제어부(410)와, 제1카메라(10) 및 제2카메라(20) 사이의 간격을 조절하는 광축간격 제어부(420)를 포함한다. 주시각 제어부(410)는 주시각 조작부(510)의 조작 신호에 응답하여 모터들(231, 241)을 구동하여 제 1 카메라(10)를 그 요 축에 대해 회전시키고, 모터(321)를 구동하여 제 2 카메라(20)를 그 요 축에 대해 회전시키되, 제 1 카메라(10)와 반대 방향으로 회전시켜 컨버젼스(convergence), 즉 주시각을 조절한다. 광축간격 제어부(420)는 광축간격 조작부(520)의 조작 신호에 응답하여 모터 들(231, 241)을 구동하여 제 1 카메라(10)를 그 피치 축 방향으로 평행이동시켜, 제 1 카메라(10)와 제 2 카메라(20)의 간격인 양안 간격을 조절한다.
또 다른 실시 예에 있어서, 3D 카메라 구동 장치는 각각이 제 1 카메라(10) 및 제 2 카메라(20)의 주밍 및 포커싱 조절 메카니즘에 부착되어 주밍과 포커싱을 조절하는 한 쌍의 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)를 더 포함하고, 구동 제어부(400)는 한 쌍의 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)에 주밍/포커싱 구동 신호를 출력하는 주밍/포커싱 제어부(430,440)를 더 포함할 수 있다. 주밍 제어부(430) 및 포커싱 제어부(440)는 각각 주밍 조작부(530) 및 포커싱 조작부(540)의 조작 신호에 따라 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)를 구동한다. 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)는 상용 카메라의 렌즈 모듈에 부착 고정되어 모터에 의해 주밍/포커싱 조절 노브를 정역으로 회전시켜 주밍/포커싱을 전기적인 구동 신호에 의해 원격 제어할 수 있도록 지원하는 것으로, 카메라 제조사에 의해 공급된다. 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)에서 주밍과 포커싱은 독립적으로 제어되지만 외관상 하나의 부품으로 일체화되어 있어 여기서는 편의상 함께 지시하였다. 본 명세서에서 주밍/포커싱 제어부(430,440)는 주밍 제어부(430) 및 포커싱 제어부(440)를 통칭하며, 주밍/포커싱 구동부(O1,O2)는 주밍 구동부(O1) 및 포커싱 구동부(O2)를 통칭하는 것으로 해석된다.
상용 카메라는 렌즈의 광학적 특성의 불균일성으로 인해 특히 주밍 시에 렌즈 표면의 서로 다른 영역에서 초점을 맞추게 된다. 이러한 광축의 불균일성으로 인해 주밍 정도에 따라 3D 카메라 시스템을 구성하는 두 카메라의 촬영 영상에 일탈(deviation)이 생기게 된다. 이러한 일탈은 일정한 위상차로 동일한 피사체를 촬영해야하는 두 카메라가 원래 촬영해야할 영상에서 약간씩 벗어난 부분을 촬영하게 되는 것을 의미할 수 있다.
일 양상에 따라 두 대의 카메라가 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 카메라 구동장치에 장착되고 주밍치를 변경하면서 예를 들면 체스판 이미지와 같은 표준 이미지를 촬영하여 각 주밍 정도에 따른 영상의 불일치를 측정하여 보정해야할 광축 정렬 오프셋 값을 조정값 저장부(450)에 저장한다.
또 다른 실시 예에 있어서, 주밍 제어부(430) 및 포커싱 제어부(440)는 현재 주밍값에 상응하는 조정값 저장부(450)에 저장된 오프셋 값을 읽어 한 쌍의 모터(271,281)를 구동하여 카메라를 요축 방향으로 평행이동 시키거나 피치축을 중심으로 회전시켜 광축 정렬을 수행한다. 또다른 양상에 따르면, 조정값 저장부(450)에 저장된 오프셋 값은 한 쌍의 모터(231,241)에 관련된 수평 오프셋 값을 더 포함할 수 있다. 또다른 양상에 다른 주밍 제어부(430) 및 포커싱 제어부(440)는 현재 주밍값에 상응하는 조정값 저장부(450)에 저장된 오프셋 값을 읽어 한 쌍의 모터(231,241)를 구동하여 카메라를 피치축 방향으로 평행이동 시키거나 요축을 중심으로 회전시켜 광축 정렬을 수행할 수 있다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 직교식 3D 카메라 구동 장치의 구동 제어를 설명하기 위한 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 구동 제어부(400)는 주시각 조작부(510)와 광축간격 조작부(520)와, 이 주시각 조작부(510) 및 광축간격 조작부(520)와 직렬 인터페이스, 예를 들면 RS-232 혹은 USB 인터페이스로 연결되며, 그들로부터 입력된 조작신호들 및 컴퓨터의 사용자 인터페이스로부터 입력된 주밍 및 포커싱 제어 신호에 따라 제 1 카메라 구동 유닛(200), 제 2 카메라 구동유닛(300), 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)에 구동신호를 출력하는 제어 컴퓨터(460)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서 광축간격 조작부(520)는 노브(knob) 형태를 취하며, 사용자의 조작 정도를 전기적인 신호로 감지하는 로터리 엔코더와 그 감지된 전기적인 신호를 제어 컴퓨터(460)로 전송하는 직렬 인터페이스로 구성될 수 있다. 유사하게 주시각 조작부(510)는 노브(knob) 형태를 취하며 사용자의 조작 정도를 전기적인 신호로 감지하는 로터리 엔코더와 그 감지된 전기적인 신호를 제어 컴퓨터(460)로 전송하는 직렬 인터페이스로 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서 주시각 조작부(510)는 광축간격 조작부(520)의 직렬 인터페이스로부터 수신한 광축간격 구동 신호와, 자체에서 생성된 주시각 구동 신호를 다중화하여 직렬 인터페이스를 통해 제어 컴퓨터(460)로 전송하는 다중화부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따른 실시예에 있어서, 구동 제어부(400)는 주밍 조작부(530)와, 포커싱 조작부(540)와, 주밍 조작부(530)로부터의 주밍 구동 신호와 제어 컴퓨터(460)로부터의 주밍 구동 신호 중 하나와, 포커싱 조작부(540)로부터의 구동 신호와 제어 컴퓨터(460)로부터의 포커싱 구동 신호 중 하나를 주밍/포커싱 구동부(O1, O2)로 출력하는 선택부(470)를 더 포함할 수 있다. 주밍 조작부(530)는 노브(knob) 형태를 취하며 사용자의 조작 정도를 전기적인 신호로 감지하는 로터리 엔코더와 그 감지된 전기적인 신호를 외부로 전송하는 직렬 인터페이스로 구성될 수 있다. 유사하게 포커싱 조작부(540)는 노브(knob) 형태를 취하며 사용자의 조작 정도를 전기적인 신호로 감지하는 로터리 엔코더와 그 감지된 전기적인 신호를 외부로 전송하는 직렬 인터페이스로 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서 포커싱 조작부(540)는 주밍 조작부(530)의 직렬 인터페이스로부터 수신한 주밍 구동 신호와, 자체에서 생성된 포커싱 구동 신호를 다중화하여 직렬 인터페이스를 통해 제어 컴퓨터(460)로 전송하는 다중화부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서 주밍 조작부(530) 및 포커싱 조작부(540)의 출력이 선택부(470)의 일 입력에 공급된다. 또 다른 실시 예에 있어서, 제어 컴퓨터(460)는 주밍, 포커싱, 광축간격, 주시각을 통합적으로 제어할 수 있는 소프트웨어로 구현된 제어 패널을 지원할 수 있다. 컴퓨터 화면 상에서 그래픽으로 표시된 주밍, 포커싱, 광축간격, 주시각 조절 바를 마우스로 움직여서 사용자는 주밍, 포커싱, 광축간격, 주시각을 조절할 수 있다. 컴퓨터의 직렬 인터페이스 카드에서 출력되는 주밍, 포커싱, 광축간격, 주시각의 구동 신호들이 선택부(470)의 타 입력에 공급될 수 있다. 선택부(470)는 두 입력단에 공급된 신호들 중 하나를 출력한다. 출력 신호의 선택은 사용자가 조작하는 선택부(470)에 구비된 스위치의 조작에 따라 이루어질 수도 있고, 두 입력 중 활성화된 하나의 입력을 출력할 수 있다. 이때 제어 컴퓨터(460)는 주밍 조작부(530) 및 포커싱 조작부(540)의 출력 값들을 수신하여 화면에 표시되는 주밍 및 포커싱 조절 바의 위치에 반영할 수 있다. 이에 따라 물리적인 조작부들과 소프트웨어적인 그래픽 인터페이스간의 동기화된 조적이 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
10 : 제1카메라 20 : 제2카메라
100 : 하프미러 200 : 제1카메라 구동 유닛
210, 220 : 이동부재 230, 240 : 리니어 구동부
231, 241 : 모터 232, 242 : 스크류 가이드
250, 260 : 승강부재 251, 261 : 경사면
270, 280 : 승강 구동부 271, 281 : 모터
272, 282 : 경사부재 273, 283 : 경사면
291 : 롤 축 안내부 292 : 수동 조작부
300 : 제2카메라 구동 유닛 310 : 직선 조작부
311 : 롤 축 안내부 312 : 수동 조작부
320 : 회전 구동부 400 : 구동 제어부
410 : 광축간격 조절 노브 420 : 주시각 조절 노브
430 : 제어 컴퓨터 440 : 주밍 조절 노브
450 : 포커싱 조절 노브 460 : 선택부
470 : 주밍 제어부 480 : 포커싱 제어부

Claims (10)

  1. 전방의 영상을 후방으로 투과시키거나 직각 방향으로 반사시키는 하프미러와;
    상기 하프미러의 후방에 배치되어, 하프미러를 투과한 영상을 획득하는 제1카메라가 장착되며, 장착된 제1카메라를 요(yaw) 축, 피치(pitch) 축에 대해 회전시키거나, 그 축들을 따라 수평 이동시키는 제1카메라 구동 유닛과;
    상기 제1카메라와 직교하도록 배치되어, 상기 하프미러에서 반사된 영상을 획득하는 제2카메라가 장착되며, 장착된 제2카메라를 요(yaw) 축에 대해 회전시키는 제2카메라 구동 유닛과;
    상기 제1카메라 구동 유닛과 제2카메라 구동 유닛을 제어하기 위한 구동 제어부;를 포함하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1카메라 구동 유닛은,
    상기 제1카메라의 선단부와 후단부의 하단에 요 축에 대해 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 이동부재;
    상기 각각의 이동부재와 슬라이딩 가능하게 결합되며, 결합된 이동부재를 상기 구동 제어부의 지시를 받아 피치 축 방향으로 개별 이동시켜 주시각 및 광축간격(separation)을 조정하는 한 쌍의 리니어 구동부;를 포함하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 리니어 구동부는,
    정역으로 회전하는 모터;
    상기 모터의 축과 연결되어 회전하며, 표면에 수나사가 형성된 스크류 가이드;를 포함하고, 상기 이동부재는 상기 스크류 가이드의 수나사와 대응하여 결합되는 암나사가 형성되어, 상기 모터의 회전방향에 따라 이동부재의 이동방향이 결정되는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제1카메라 구동 유닛은,
    상기 제1카메라의 선단부와 후단부의 하단에 피치 축을 중심으로 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 승강부재;
    상기 구동 제어부의 지시를 받아 상기 승강부재를 요(yaw)축 방향으로 개별 이동시켜 광축 에러를 보정하는 승강 구동부;를 포함하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 승강 구동부는,
    정역으로 회전하는 모터;
    상기 모터의 회전방향에 따라 롤 축을 따라 이동하며, 주행방향으로 경사면이 형성된 경사부재;를 포함하고, 상기 승강부재는 상기 경사부재의 경사면과 대응되는 경사면이 형성되어, 상기 모터의 회전방향에 따라 상기 경사부재가 승강하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제1카메라 구동 유닛은,
    상기 제1카메라가 롤 축 방향으로 수평 이동할 수 있도록 안내하는 롤 축 안내부;
    상기 롤 축 안내부를 따라 제1카메라를 수평 이동시키는 수동 조작부;를 포함하는 직교식 3D 카메라 구동장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제2카메라 구동 유닛은,
    상기 제2카메라가 롤 축을 따라 수평 이동할 수 있도록 안내하는 롤 축 안내부와, 롤 축 안내부를 따라 제2카메라를 직선 이동시키는 수동 조작부를 포함하는 직선 조작부와;
    상기 직선 조작부의 하부에 설치되고, 상기 구동 제어부의 지시를 받아 상기 제2카메라를 요(yaw) 축에 대해 회전시켜 주시각을 조정하는 회전구동부;를 포함하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 직교식 3D 카메라 구동 장치가
    각각이 제 1 카메라 및 제 2 카메라의 주밍 및 포커싱 조절 메카니즘에 부착되어 주밍과 포커싱을 조절하는 한 쌍의 주밍/포커싱 구동 유닛;을 더 포함하고,
    상기 구동 제어부는
    상기 한 쌍의 주밍/포커싱 구동 유닛에 주밍/포커싱 구동 신호를 출력하는 주밍/포커싱 제어부;를 더 포함하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 구동 제어부는,
    광축간격 조절 노브와;
    주시각 조절 노브와;
    상기 광축간격 조절 노브 및 주시각 조절노브와 직렬 인터페이스로 연결되며, 그들로부터 입력된 조작신호들 및 컴퓨터의 사용자 인터페이스로부터 입력된 주밍 및 포커싱 제어 신호에 따라 상기 제 1 카메라 구동 유닛, 제 2 카메라 구동유닛, 주밍/포커싱 구동유닛에 구동신호를 출력하는 제어 컴퓨터;를 포함하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 구동 제어부는 :
    주밍 조절 노브와;
    포커싱 조절 노브와;
    상기 주밍 조절 노브로부터의 주밍 구동 신호와 상기 제어 컴퓨터로부터의 주밍 구동 신호 중 하나와, 상기 포커싱 조절 노브로부터의 구동 신호와 상기 제어 컴퓨터로부터의 포커싱 구동 신호 중 하나를 상기 주밍/포커싱 구동유닛으로 출력하는 선택부;를 더 포함하는 직교식 3D 카메라 구동 장치.
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