KR20030002284A - 카메라용 촬상소자 구동 초점조절 장치 - Google Patents

카메라용 촬상소자 구동 초점조절 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 카메라나 비디오카메라의 초점조절 장치에 관한 것으로서,
디지털 카메라나 비디오카메라 그리고 감시용카메라에 내설되어서 카메라렌즈의 광로인 결상면에 위치한 촬상소자를 광축을 따라 전후로 이동하여 초점을 조절하거나 줌 그리고 마크로렌즈의 기능 을 구현하는 카메라용 촬상소자 구동 초점조절장치와 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
카메라 촬상소자의 고정부와 지지부, 구동부,전자 회로부로 구성되어 있으며, 고정부는 촬상소자를 확고하게 고정시키며 지지부와 연결되어 있으며, 지지부는 구동부가 가동될 때 촬상소자의 수평 수직방향을 확고하게 유지시켜주며, 유연하게 슬라이딩 작동하는 기능을 하고 있으며,구동부는 소형모터를 동력으로 기어를 구동하여 촬상소자의 고정부를 전후로 이동시켜서 초점조절이 가능한 것을 특징으로 하며, 고정초점 방식의 렌즈에 적용되어서 카메라의 촬상소자와 전후 이동으로 자동 초점렌즈와 같이 초점조절이 카메라의 내부에서 이루어지며, 마크로렌즈 기능을 구현하는 것을 특징으로 하며,
핀홀 광학계처럼 피사계심도가 깊은 렌즈 또는 자동초점 조절의 렌즈에 있어서는 카메라의 촬상소자의 전후 이동으로 줌렌즈 기능을 구현 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

카메라용 촬상소자 구동 초점조절 장치{IMAGE SENSOR MOVING TYPE FOCUSING SYSTEM FOR CAMERA}
본 발명은 디지털 카메라나 비디오카메라 그리고 감시용카메라에 내설되어서 카메라렌즈의 광로인 렌즈의 결상면에 위치한 촬상소자를 광축의 전후로 이동하여 초점을 조절하거나 줌렌즈의 기능과 마크로렌즈의 기능을 구현하는 카메라용 촬상소자 구동 초점조절장치와 방법에 관한 것으로서,
종래의 카메라 렌즈의 종류에는 고정초점의 단일렌즈와 초점거리가 연속적으로 가변되는 줌렌즈로 구분될 수 있으며, 고정초점의 단일렌즈는 초점거리가 고정되어 있으며,렌즈의 초점거리에 따라 촬영 화각이 결정되며,
초점거리에 따라 구분하면 촬상면의 대각선길이를 기준으로 인간의 시각과 가장 유사한 화각의 효과를 주는 표준렌즈와 넓은 화각의 광각렌즈 좁은 화각의 망원렌즈로 구분되며, 기타 근접 촬영용 마크로 렌즈,미세 촬영용 마이크로 렌즈, 어안렌즈 등으로 구분된다. 줌렌즈는 연속적으로 초점과 화각을 가변할 수 있는 렌즈를 말하며 단일 렌즈에 비해 무겁고 어두우며, 고가이나 연속적인 화각의 변경이 가능하여 사용이 간편한 특징이 있다.
줌렌즈에 있어서 광학적 줌렌즈와 디지털 줌기능이 있으며,작동에 있어서 손으로 직접 작동시키는 수동과 전동이 있으며,디지털 줌기능은 촬상부분의 일부를 크롭핑해서 제거 함으로서 줌렌즈 기능을 하기 때문에 화상 열화가 발생될 수 있다.
노출조절에 있어서는 수동과 자동조절렌즈가 있으며, 자동노출 조절렌즈에 있어서 자동조리개 내장렌즈와 자동셧터 내장렌즈가 있다.
초점조절에 있어서는 수동과 자동조절이 있으며, 자동 방식에 있어서,
고정초점방식과 수동초점방식, 순간초점방식 그리고 연속초점방식으로 대별될 수 있으며, 고정초점 방식은 초점범위가 고정되어있는 렌즈밝기가 어둡고 피사계심도가 깊은 광각타입의 렌즈에 적용되며,수동초점 방식은 육안으로 피사체의 초점상태를 확인하여 손으로 직접 초점렌즈를 움직여서 초점을 조절하며,순간초점방식은 자동초점 조절용 구동타입으로 카메라에 적용되어 싱글타입으로 초점을 고정하여 구동되며, 연속초점방식은 카메라의 추적포커싱 방법이나 비디오의 연속적인 초점조절에 사용되고 있으며, 이러한 방법들은 카메라 렌즈의 초점조절용 렌즈를 수동 또는 자동으로 구동하여 초점조절을 하고 있으며,
또한 카메라 또는 비디오카메라의 자동초점(Auto Focusing : AF)측거방식은 적외선 및 초음파를 이용한 능동형 액티브방식과, 이미지센싱 및 화상검출을 이용한 수동형 패시브방식으로 크게 구별된다.
이들 측거용 센서로부터의 신호를 프리앰프로 증폭한 뒤, 연산 회로에서 연산하는 것에 의해서, 합초,비합초를 결정하고,이 연산 결과를 모터, 감속 기구등으로 구성진 초점조절 구동 기구를 움직여서 피사체 거리에 연동해서 촬영렌즈의 초점조절 렌즈부분이 구동한다.
이와 같이 포커싱렌즈를 직접 구동하여 정초점을 하는 경우
렌즈 및 포커싱 구동부의 설계가 기구적으로 복잡해지며, 포커싱부와 측거 및 초점구동부를 소형으로 단일 모듈화가 불가하여 별도로 구성해야 하며, 대형이어서 중량의 초점렌즈를 직접구동 시 소비전류가 높아 전지소모량이 커지며, 반응속도가 느려지는 문제점이 발생된다.
또한 렌즈에는 렌즈의 설계에 따라 최단촬영거리가 있으며,보다 근접해서 촬영하면 렌즈자체에서 초점을 조절할 수가 없는 문제가 발생되며, 별도의 근접촬영 전용렌즈등의 방법을 모색해야만 한다.
이에 고정초점의 단일 렌즈로 손쉽게 촬상용 촬상소자를 움직여서 자동초점조절이 가능하고 마크로 촬영이 가능하며, 자동초점 렌즈나 피사계심도가 깊은 핀홀렌즈에 있어서 촬상용 촬상소자를 움직여서 줌렌즈의 기능을 구현하는 장치와 방법을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하여 디지털카메라 및 비디오 카메라의 촬상소자 구동 초점조절 장치와 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
첫번째, 렌즈의 초점조절 렌즈부분을 구동하여 초점을 조절하지 않고,장치내부의 촬상소자를 전후로 이동하여 장치의 내부에서 초점을 조절하고, 마크로렌즈 기능을 구현하는 것을 특징으로 하며,
두번째, 핀홀렌즈처럼 피사계심도가 깊은 렌즈 또는 자동초점 렌즈에 있어서 촬상소자의 위치를 전후로 이동하여 촬상부의 배율을 조절 할 수 있는 줌렌즈의 기능을 제공하며,
세번째, 대형이어서 중량의 초점렌즈를 직접 구동하지않고 초점조절 구동부가 소형경량으로 저전류 작동은 물론 반응속도와 신뢰도를 향상시킬 수 있으며,
네번째, 초점조절기구를 장치의 내부에 설치하여 외부의 영향이나 충격에 높은 안정성을 확보하는 장치를 제공한다.
도 1은 카메라용 렌즈를 종류별로 비교하여 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 초점조절 방식을 비교하여 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 측거방식을 비교하여 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 피사계심도를 비교하여 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 장치의 주요 구성품을 개략적으로 도시한 도면,
도 6는 본 발명에 따른 장치의 광학계를 개략적으로 도시한 도면,
도 7는 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면,
도 8는 본 발명에 따른 장치의 신호흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 카메라 21 : 촬상소자
12 : 렌즈 22 : 고정부
13 : 광축 23 : 지지부
14 : 결상면 24 : 구동부
15 : 피사체 25 : 전자회로부
26 : 엔코더(encoder)
27 : 수동 초점조절 스위치
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 카메라의 출상소자(21) 구동 초점조절장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
카메라용 촬상소자(21)의 고정부(22)와 지지부(23), 구동부(24),전자 회로부(25)로 구성되어 있으며,
상기 고정부(22)는 촬상소자(21)를 확고하게 고정시키며, 지지부(23)와 연결되어 있으며,상기 지지부(23)는 슬라이드(slide)구조로 구동부(24)가 구동될 때 촬상소자(21)의 수평 수직방향을 확고하게 유지시키고,유연하게 구동하게 하는 기능을 하고 있으며, 상기 전자회로부(25)는 촬상소자부(21)와 플렉시블(flexible)한 코넥터(connector)로 연결 구성되어 있으며, 구동량을 조절하기위한 엔코더(26)나 리미트 스위치와 연결이 가능하며,
수동초점조절 신호나 측거소자로부터 신호를 입력받아 변환,증폭,비교,연산의 일련의 과정을 거쳐 구동부(24),의 모터로 초점조절신호를 출력하며,
상기 구동부(24)는 전자회로부(25)의 출력을 받아 소형모터를 동력으로 기어를 구동하여 촬상소자(21)의 고정부(22)를 전후로 이동시켜서 초점을 조절하여 카메라(11)의 초점을 조절하고,마크로렌즈(macro lens)의 기능을 하며,줌렌즈(zoomlens)의 기능을 하는 것을 특징으로 한다.
또한 카메라용 촬상소자(21) 구동 초점 조절장치를 작동시키는 방법에 있어서,
카메라(11)의 릴리즈버튼(release button) 을 누르면, 측광과 측거가 시작되며,
측거용 센서로부터 코넥터를 거쳐 전자회로부(25)에 입력된 신호를 증폭한 뒤, 연산 회로에서 연산하는것에 의해서, 합초인지 비합초인지,전핀인지 후핀인지 또는 디포커스(defocus)량은 어느 정도인지를 결정하고,이 연산 결과를 모터, 감속 기구등으로 구성된 초점조절 구동부(24)로 출력하면 촬상소자 (21)구동부(24)가 광축(13)의 전후로 움직여서 초점조절이 이루어진다. 이때 측거용 쎈서는 촬상소자(21)가 그 기능을 겸하거나 외부의 측거용 쎈서에서도 입력이 가능하며,액티브(active)방식과 패시브(passive) 방식의 쎈서(sensor)에 적용이 가능하며,촬상소자(21) 구동부(24),의 구동량을 조절하기 위한 엔코더(26)나 리미트 스위치(limit switch)와 결합이 가능하다.
또한 자동측거가 이루어지지 않는 피사체나 수동초점조절을 위해서 수동 초점 스위치(27)와 연결 가능하며,이는 줌기능 스위치로 사용 가능하다.
고정초점 방식의 렌즈(12)에 적용되어서 카메라의 촬상소자(21) 고정부(22)의 전후 이동으로 자동 초점렌즈와 같이 초점조절이 자동으로 카메라(11)의 내부에서 이루어지며,이때 근거리 피사체(15)의 경우 렌즈(12)와 촬상소자(21)의 촬상면(14)가 멀어지며,원거리퍼사체는 렌즈(12)와 촬상소자(21)가 가까워져서 초점을 조절하며, 근접촬영용으로 마크로 설계가 되어 있지않는 렌즈(12)를 사용해서도 렌즈(12)의 최단촬영거리 범위를 연장하여 손쉽게 근접촬영이 가능한 특징을 가지고 있다.
또한 핀홀(pin hole) 광학계처럼 피사계심도가 깊은 렌즈 또는 자동초점 조절의 렌즈(12)에 있어서는 카메라(11)의 촬상소자(21)의 고정부(22)가 광축(13)전후로 이동하여 줌렌즈와 같은 줌인 아웃(zoom-in zoom-out) 기능을 구현 가능하며,이때 렌즈(12)와 촬상소자(21)가 가까워지면 광각렌즈(12)의 효과가 생기고 촬상소자(21)와 렌즈(12)가 멀어지면 좁은화각의 망원렌즈효과를 구현하는 것을 특징으로 하며, 이때 수동초점스위치(27)가 줌렌즈 구동 스위치 기능을하며, 조작에 따라 촬상소자부(21)가 렌즈(12)의 전후로 구동하여 줌렌즈의 효과를 구현한다.
또한 본 발명은 첨부한 도면에 한정 된 것은 아니며 본원 발명 사상을 일탈하지않는 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 디지털카메라나 비디오 카메라에 적용 가능한 촬상소자 구동 초점조절 장치에 관한 것으로서,
고정초점 방식의 렌즈에 적용되어서 촬상소자의 전후 이동으로 자동초점렌즈와 같이 초점조절이 자동 또는 수동으로 장치의 내부에서 이루어지며,렌즈의 최단촬영거리 범위를 연장하여 마크로렌즈의 기능을 구현가능하며,
핀홀 렌즈처럼 피사계심도가 깊은 렌즈 또는 자동초점렌즈에 있어서는 카메라의 촬상소자의 전후 이동으로 줌렌즈 기능을 구현 가능한 특징이 있으며,
단일초점렌즈 또는 수동초점 렌즈의 저렴한 가격으로 자동초점렌즈의 기능을 구현하고,품질이 높은 광학적 줌렌즈기능을 구현할 수 있으며,
또한 초점 조절기구를 렌즈로부터 분리시켜서, 장치의 안정성 향상은 물론 자동초점의 구동부를 단순화할 수 있으며, 중량의 렌즈를 직접 구동하지않고 초점조절 구동부가 소형 경량으로 저전류 작동은 물론 반응속도와 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 초점조절기구를 장치의 내부에 설치하여 외부의 영향이나 충격에 높은 안정성을 갖는 장치를 제공하며,
또한 촬상소자의 기본기능에서 측거신호와 측광신호를 추출하고 촬상소자를 구동하여 초점을 조절하고 노광량을 조절하는 기능을 통합하여 모듈화 함으로서 대량생산에 따른 높은 경제성의 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 카메라용 촬상소자 구동 초점조절 장치에 있어서,
    카메라용 촬상소자의 고정부와 지지부, 구동부,전자 회로부로 구성되어 있으며,
    상기 고정부는 촬상소자를 확고하게 고정시키며 지지부와 연결되어 있으며, 상기 지지부는 슬라이드 구조로 구동부가 가동될 때 촬상소자의 수평 수직방향을 확고하게 유지시켜주며,유연하게 구동하도록 하고 있으며,
    상기 전자회로부는 촬상소자와 플렉시블한 코넥터로 연결 구성되어 있으며, 구동량을 조절하기위한 엔코더나 리미트스위치와 연결 가능하며, 자동초점조절이 불가능한 경우 수동으로 초점조절이 가능한 수동초점조절 스위치와 연결 가능하며,
    측거소자로부터 측거신호를 입력받아 일련의 신호처리후 구동부의 모터로 초점조절신호를 출력하며,
    상기 구동부는 전자회로부의 출력을 받아 소형모터를 동력으로 기어를 구동하여 촬상소자의 고정부를 광축의 전후로 이동시켜서 초점을 조절하며,렌즈의 최단촬영거리를 확장하여 근접촬영 가능한 것을 특징으로 하는 카메라용 촬상소자 구동 초점조절장치.
  2. 카메라용 촬상소자 구동 초점조절 장치를 작동 시키는 방법에 있어서,
    카메라의 릴리즈버튼을 누르면, 측광과 측거가 시작되며,
    측거용 센서로부터 코넥터를 거쳐 전자회로부에 입력된 신호를 증폭연산하고, 이 연산결과를 기어,모터, 감속 기구등으로 구성된 초점조절 구동부로 출력하면 촬상소자를 광축의 전후로 움직여서 초점조절이 이루어지며,
    이때 측거용 쎈서는 촬상소자가 그 기능을 겸하거나 외부의 측거용 쎈서에서 입력이 가능하며,액티브 방식과 패시브방식의 쎈서에 적용이 가능하며,
    촬상소자구동부의 구동량을 조절하기 위한 엔코더나 리미트 스위치와 결합이 가능하며, 또한 자동측거가 이루어지지 않는 피사체나 수동초점조절을 위해서 수동 초점 스위치와 연결 가능한 것을 특징으로 하며,
    고정초점 방식의 렌즈에 적용되어서 카메라의 촬상소자 고정부를 광축의 전후로 이동하여 자동 초점렌즈와 같이 초점조절이 자동으로 카메라의 내부에서 이루어지며, 이때 근거리 피사체의 경우 렌즈와 촬상소자가 멀어지며,원거리피사체는 렌즈와 촬상소자가 가까워져서 초점을 조절하며, 근접촬영용으로 마크로 설계가 되어 있지않는 렌즈를 사용해서도 렌즈의 최단촬영거리 범위를 연장하여 손쉽게 근접촬영이 가능한 특징을 가지고 있으며,
    또한 핀홀 광학계처럼 피사계심도가 깊은 렌즈 또는 자동초점 조절의 렌즈에 있어서는 카메라의 촬상소자의 고정부가 전후로 이동하여 줌렌즈와 같은 줌인 아웃 기능을 구현 가능하며,이때 렌즈와 촬상소자가 가까워지면 광각렌즈의 효과가 생기고 촬상소자와 렌즈가 멀어지면 좁은화각의 망원렌즈효과를 구현하는 것을 특징으로 하는 카메라용 촬상소자 구동 초점조절장치를 작동 시키는 방법
  3. 상기 청구항 1에 있어서,
    핀홀 광학계처럼 피사계심도가 깊은 렌즈 또는 자동초점 조절의 렌즈에 적용되어서 카메라의 촬상소자의 고정부가 전후로 이동하여 줌렌즈와 같은 줌인 아웃 기능을 구현 가능하며,이때 렌즈와 촬상소자가 가까워지면 광각렌즈의 효과가 생기고 촬상소자와 렌즈가 멀어지면 좁은화각의 망원렌즈효과를 구현하는 것을 특징으로 하는 카메라용 촬상소자 구동 초점조절장치.
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