KR20070035611A - 고속 자동 초점 시스템 - Google Patents

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KR20070035611A
KR20070035611A KR1020077004054A KR20077004054A KR20070035611A KR 20070035611 A KR20070035611 A KR 20070035611A KR 1020077004054 A KR1020077004054 A KR 1020077004054A KR 20077004054 A KR20077004054 A KR 20077004054A KR 20070035611 A KR20070035611 A KR 20070035611A
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micromirror array
array lens
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image
lens
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KR1020077004054A
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조경일
태현 김
김동우
서청수
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스테레오 디스플레이, 인크.
주식회사 옹스트롱
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Abstract

자동 초점 시스템은 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈와, 영상 센서, 및 신호 처리기를 포함한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 피사체를 결상하고, 상을 영상 센서에 초점을 맞춘다. 영상 센서는 광을 받아, 광의 광 에너지를 전기 신호의 형태로 전기 에너지로 변환시킨다. 영상 센서는 피사체에 관한 화상 데이터를 운반하는 전기 신호를 신호 처리기에 전송한다. 신호 처리기는 전기 신호를 받고, 화상 데이터의 화질을 초점 기준과 비교하고, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 조절하도록 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 제어 신호를 생성한다. 이러한 반복 과정은 화상 데이터의 품질이 초점 기준을 만족할 때까지 계속되고, 이 과정은 사람의 눈의 잔상 속도 이내에 완료된다.

Description

고속 자동 초점 시스템{HIGH-SPEED AUTOMATIC FOCUSING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 자동 초점 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈(micromirror array lens)를 포함하는 고속 자동 초점 시스템(automatic focusing system)에 관한 것이다.
카메라, 캠코더, 및 다른 대안물들과 같은 많은 종래의 결상 장치(imaging device)는 더 선명한 상(image)을 용이하게 촬영(capture)하기 위해 자동 초점 시스템을 이용한다. 종래의 자동 초점 렌즈 시스템은 일련의 렌즈, 렌즈 이동 기구, 영상 센서(image sensor), 및 신호 처리기(signal process)를 포함한다. 종래의 자동 초점 시스템은 느린 포커싱(focusing) 속도를 갖기 때문에, 결상 장치 및/또는 결상되는 피사체가 갑자기 이동될 때, 결상 장치는 상의 초점을 잃는다. 그러므로, 결상 장치는 흐린(blurred) 상을 얻는다.
대부분의 종래의 자동 초점 결상 장치는, 포커싱을 위해 하나 이상의 렌즈를 이동시키도록, 전자기적으로 구동되는 전동기(motor) 및/또는 압전기(piezo-electric)적으로 구동되는 장치를 이용한다. 그러나, 결상 장치에 이용되는 종래의 굴절 렌즈와 종래의 렌즈 이동 기구는 상당한 관성을 갖기 때문에, 종래의 자동 초점 시스템의 반응 속도는 아주 느리다. 전자기적 전동기에서, 반응 속도는 자기적 유도계수(inductance)에 의해 제한된다. 빠른 자동 포커싱을 갖는 결상 장치는 아지 발명되지 않고 있다.
그러므로, 짧은 순간에 선명한 이미지가 촬영될 수 있도록 하는 향상된 자동 초점 시스템을 위한 실용적 필요가 있다. 이와 같은 시스템은 제조가 용이하고 기존의 결상 장치와 함께 이용하기에 적합해야 한다.
본 발명은 빠르게 이동하는 피사체의 선명한 상을 촬영하거나 및/또는 결상 장치가 이동 및/또는 진동하고 있는 동안 선명한 상을 촬영할 수 있는 고속 자동 초점 렌즈 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 자동 초점 시스템은 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈와, 영상 센서, 및 신호 처리기를 포함한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 구동소자에 의해 제어되는 복수의 마이크로미러를 포함한다. 구동소자는, 상으로부터의 위상 수차(phase aberration)를 제거하기 위해, 피사체로부터 산란된 광의 광로(optical path)를 연장하거나 축소하도록, 마이크로미러를 후퇴시키거나 및/또는 올라가게 한다.
본 발명에 따라서, 마이크로미러 어레이 렌즈는 피사체로부터 산란된 광(light)을 영상 센서에 반사시킴에 의해 피사체를 결상(image)한다. 영상 센서는 광을 받아 광의 광 에너지(photo energy)를 전기 신호의 형태로 전기 에너지로 변환시킨다. 영상 센서는, 피사체에 관한 화상 데이터(image data)를 운반하는 전기 신호를 신호 처리기에 보낸다. 신호 처리기는 전기 신호를 받고, 화상 데이터의 화질을 초점 기준(focus criteria)과 비교하고, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 조절하도록 마이크로미러 어레이 렌즈의 구동소자에 전송될 제어 신호를 생성한다. 이러한 반복적 과정이, 화상 데이터의 품질이 초점 기준을 충족시킬 때까지 계속되고, 모든 반복 과정은 사람의 눈의 잔상 속도 이내에 완료된다.
본 발명의 능동(active) 자동 초점 시스템은 거리 측정 장치를 포함할 수도 있다. 거리 측정 장치는 정확한 초점 거리를 결정하기 위해, 에너지의 빔을 피사체에 투사하고, 피사체로부터 반사된 에너지를 검출한다. 초점 거리가 결정되면, 신호 처리기는 시스템의 유효 초점거리를 산출하기 위해 렌즈 공식(Lens Formula)을 적용한다. 그 다음, 신호 처리기는 제어 신호를 생성하고, 이 제어 신호를 초점거리를 조절하도록 마이크로미러 어레이 렌즈에 적절히 전송한다.
본 발명의 자동 초점 시스템은 또한, 결상 장치의 결상 시스템과 줌(zoom) 시스템에 이용될 때, 종래의 렌즈와 결합되거나 또는 결합되지 않은 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 자동 초점 시스템은, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리 변화의 속도가 대략 10kHz이기 때문에, 실시간(real-time) 자동 포커싱을 제공한다. 본 발명의 자동 초점 시스템은, 결상 장치의 결상 시스템 및/또는 줌 시스템에 이용될 때, 하나 이상의 종래의 굴절(refractive) 렌즈와 결합된 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 자동 초점 시스템은, 마이크로미러 어레이 렌즈를 포커싱 소자에 적용함에 따라, 종래의 자동 초점 시스템의 렌즈 이동 기구의 필요성을 제거한다. 본 발명은 적은 수의 부품을 갖고, 거시적인(macroscopic) 이동 부품이 없기 때문에, 본 발명은 자동 초점 시스템의 물리적 크기, 무게, 및 생산 비용을 절감할 수 있다. 본 발명은 또한 자동 초점 시스템의 견고성과 수명(service life)을 향상시킬 수 있다.
결론으로서, 종래의 자동 초점 시스템을 능가하는 본 발명에 의해 제공되는 장점은 다음과 같다.
1. 선명한 상이 실시간으로 촬영된다.
2. 이러한 시스템은 비용 효과가 크고 제조가 용이하다.
3. 거시적인 렌즈 이동이 없으므로, 전체 시스템의 신뢰성(reliability)이 증가한다.
4. 하나 이상의 마이크로미러 어레이 렌즈를 추가함에 의해, 거시적 이동 소자를 이용하지 않고, 빠른 가변 줌 시스템을 용이하게 구축할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 태양, 및 장점은, 첨부된 도면과 함께 고려될 때, 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈 시스템을 갖는 결상 장치의 개략도.
도 2는 도 1의 자동 초점 렌즈 시스템 안에 포함된 마이크로미러 어레이 렌즈의 상면도.
도 3(a)와 도 3(b)는 어떻게 마이크로미러 어레이 렌즈가 종래의 오목(concave) 거울을 대체하는 지를 도시하는 개략적 측면도.
도 4는 도 1의 자동 초점 렌즈 시스템의 개략적 측면 분해도.
도 5는 렌즈 공식을 도시하는 개략도.
도 6는 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈 시스템의 다른 실시예의 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈 시스템의 또 다른 실시예의 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 능동 자동 초점 렌즈 시스템을 갖는 결상 장치의 개략도.
(본 발명의 상세한 설명)
본 발명의 특별히 바람직한 실시예에서, 기존의 디지털적 및/또는 아날로그적 결상 장치를 위한 자동 초점 시스템(auto-focusing system)이 제공된다. 자동 초점 시스템은, 영상 센서와 신호 처리기가 결합된 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함한다. 자동 초점 시스템은, 목표 피사체 및/또는 결상 장치의 갑작스런 이동에 의해 발생하는 초점이탈(defocusing)을 보정하기 위해 고속의 자동 포커싱을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈 시스템(20)을 포함하는 결상 장치(10)을 도시한다. 자동 초점 렌즈 시스템(20)은 렌즈(30)와, 마이크로미러 어레이 렌즈(40), 영상 센서(50), 및 신호 처리기(60)를 포함한다.
렌즈(30)는 바람직하게는 고정된 초점거리를 갖는 종래의 굴절렌즈이다. 렌즈는 어떠한 적절한 구성으로도 제작될 수 있고, 유리, 플라스틱 또는 어떠한 다른 적절한 물질로도 제작될 수 있다. 렌즈는 피사체(12)를 결상하고, 광이 마이크로미러 어레이 렌즈(40)에 전달되도록, 피사체로부터 산란된 광(14)의 광로에 바람직하 게는 수직으로 위치된다.
마이크로미러 어레이 렌즈(40)는 가변 초점거리 렌즈이다. 이러한 마이크로미러 어레이 렌즈는 제목이 "Fast-response Variable Focusing Micromirror Array Lens"(Proceeding of SPIE Vol. 5055:278-286, 2003)인 논문에서, 제임스 지 보이드 Ⅳ와 조 경일에 의해 제안되고, 마이크로미러 어레이 렌즈의 개선점은 2004년 3월 23일에 출원된 미국 특허 출원 번호 10/806,299, 2004년 3월 27일에 출원된 10/855,554, 2004년 3월 27일에 출원된 10/855,715, 2004년 3월 27일에 출원된 10/855,287, 2004년 3월 28일에 출원된 10/857,796, 및 2004년 3월 28일에 출원된 10/857,280에 개시되고, 그의 모든 개시는 참고문헌으로 편입된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 어레이 렌즈(40)는, 하나 이상의 동심원을 형성하도록 평면상에 동심으로 배열된 복수의 마이크로미러(42)를 포함한다. 바람직하게는 마이크로미러는, 마이크로미러를 회전시키고 병진시키는 구동소자에 의해 정전기적 및/또는 전자기적으로 개별적으로 제어된다. 각각의 마이크로미러는 바람직하게는 금속으로 만들어진 반사면을 포함한다. 마이크로미러의 반사면은 약간의 곡률을 포함하고, 마이크로미러 어레이 렌즈의 유효 반사 영역을 증가시키기 위해 각각의 마이크로미러는 부채꼴 형상을 갖는 것이 현재 바람직하다. 이는 렌즈의 광효율을 증가시킨다.
다른 실시예에서, 마이크로미러(42)의 반사면은 평평할 수 있다.
마이크로미러들이 서로 더 가깝게 위치될 수 있게 하기 위해, 마이크로미러(42)를 지지하는 기계 구조와 마이크로미러를 회전시키고 병진시키는 구동소자는 마이크로미러 하부에 위치된다. 이는 또한 마이크로미러 어레이 렌즈의 유효 반사 영역을 증가시킨다. 마이크로미러가 질량이 작고 작은 관성 모멘트(moment)를 생성하기 때문에, 그의 위치와 자세(attitude)는 대략 10 kHz 의 속도로 변화될 수 있다. 그러므로, 마이크로미러 어레이 렌즈는 대략 10 kHz의 포커싱 반응 속도를 갖는 고속 가변 초점 렌즈가 된다.
도 3(a)와 도 3(b)는 마이크로미러 어레이 렌즈(40)와 종래의 오목 거울(24) 사이의 유사점을 도시한다. 오목 거울이 고정된 초점거리를 갖는 볼록(convex) 굴절 렌즈로서 기능을 한다는 것은 잘 알려져 있다. 그러나, 도 3(b)에서 도시된 바와 같이, 마이크로미러 어레이 렌즈(40)는 복수의 마이크로미러(42)를 포함하고, 종래의 오목 거울과 달리 마이크로미러 어레이 렌즈는 마이크로미러(42)의 회전운동 및/또는 병진운동을 제어함에 의해 그 초점거리를 변화시킬 수 있다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 반사형 프레넬(Fresnel) 렌즈의 형태이다.
도 3(b)는 어떻게 마이크로미러 어레이 렌즈(40)가 상을 얻는 지를 도시한다. 임의의 산란된 광(44)은 마이크로미러(42)의 위치를 제어함에 의해 화상면(image plane)의 한 점 F에 수렴한다. 임의의 광(44)의 위상은 마이크로미러(42)의 각각을 병진시킴에 의해 동일하도록 조절될 수 있다. 요구되는 마이크로미러의 병진운동의 변위 범위는 적어도 광의 파장의 절반이다.
마이크로미러 어레이 렌즈(40)의 초점거리 F는 각각의 마이크로미러(42)의 회전운동 및/또는 병진운동을 제어함에 의해 변화된다. 마이크로미러가 회전운동과 병진운동을 가질 수 있기 때문에, 마이크로미러 어레이 렌즈는 공간 광 변조 기(Spatial Light Modulator, SLM)일 수 있다. 그러므로, 각각의 마이크로미러를 독립적으로 제어함에 의해, 렌즈는 피사체와 그 상 사이의 매질에 의해 발생되는 광학적 효과에 기인하거나, 또는 상을 근축상(paraxial imagery)의 법칙으로부터 벗어나게 하는 렌즈 시스템의 결함에 기인한 수차를 교정할 수 있다. 마이크로미러는, 상으로부터의 위상 수차를 제거하기 위해, 피사체로부터 산란된 광의 광로를 연장 하거나 축소 하도록, 후퇴하거나 올라간다.
상술된 바와 같이, 종래의 반사적 렌즈의 이상적 형상이 곡률을 갖기 때문에, 각각의 마이크로미러(42)는 곡률을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 마이크로미러의 크기가 충분히 작으면, 평평한 마이크로미러를 갖는 마이크로미러 어레이 렌즈의 수차는 곡률을 갖는 종래의 렌즈와 크게 상이하지 않기 때문에, 마이크로미러의 곡률을 제어할 필요는 크지 않다.
다시 도 1을 참조하여, 영상 센서는 CCD(Charge Coupled Device), CMOS 영상 센서, 또는 어떠한 다른 적절한 대안물일 수 있다. 다른 실시예에서, 영상 센서는 하나 이상의 광 검출기(photo detector)를 포함할 수 있다. 영상 센서는 피사체로부터 산란된 광의 광에너지를 전기 신호(55)의 형태로 전기 에너지로 변환시킨다. 전기 신호는 피사체에 관한 화상 테이터를 운반한다. 영상 센서는 처리를 위해 생성된 신호를 신호 처리기(60)에 전송한다.
신호 처리기(60)는 바람직하게는 결상 장치(10) 안에 포함되거나 또는 분리될 수 있는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)이다. 신호 처리기(60)는 화상 데이터의 선명도(sharpness)와 대비(contrast)를 분석하는 알고리즘을 이 용한다. 선명도 기준을 이용하는 방법을 포함하는, 그러나 이 방법에 한정되지 않는 본 발명에 따라 다양한 신호 처리 알고리즘이 이용될 수 있다. 신호 처리기는 화상 데이터의 화질을 초점 기준과 비교하고, 제어 신호(65)를 생성한다. 이 제어 신호는 피사체의 상의 초점이 조절되도록 마이크로미러 어레이 렌즈(40)에 전송된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점 시스템의 작동을 도시한다. 첫째, 피사체(12)로부터 산란된 광은 렌즈(30)에 의해 굴절되고, 마이크로미러 어레이 렌즈(40)에 의해 영상 센서(50)로 반사된다. 마이크로미러 어레이 렌즈로부터 반사된 광은 영상 센서(50)에 의해 받아지고, 피사체의 화상 데이터를 운반하는 전기 신호(55)로 변환된다. 다음, 전기 신호는 신호 처리기(60)로 전송되어, 이 신호 처리기에서 화상 데이터가 분석되고 카메라 초점 기준과 비교된다. 더 상세하게 후술되는 바와 같이, 비교된 화상 데이터에 기초하여, 신호 처리기는 제어 신호(65)를 생성한다. 이 제어 신호는 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 조절하도록 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 어레이 렌즈(40)의 초점거리는 영상 센서(50)에 의해 받아진 상의 품질에 영향을 미친다. 예로서, 마이크로미러 어레이 렌즈가, 반사된 광이 영상 센서(50)에 미치지 못하는 점 A에서 초점이 맞도록 하는(in-focus) 초점거리를 갖는다면, 영상 센서는 "흐린(blurred)" 화상 데이터를 운반하는 전기 신호(55)를 생성할 것이다. 따라서, 신호 처리기는 "흐린" 신호를 처리하고, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 연장하기 위해, 마이크로미 러(42)의 위치가 조절되도록 하는 제어 신호(65)를 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송할 것이다.
유사하게, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리가, 반사된 광이 영상 센서(50)의 뒤에 있는 점 C에 초점이 맞도록 한다면, 영상 센서는 마찬가지로 "흐린" 화상 데이터를 운반하는 전기 신호(55)를 생성할 것이다. 따라서, 신호 처리기는 "흐린" 신호를 처리하고, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 축소하기 위해, 마이크로미러(42)의 배치가 조절되도록 하는 제어 신호(65)를 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송할 것이다.
그 점에 있어서, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리는, 반사된 광이 영상 센서상의 점 B에 초점이 맞춰져서, 카메라 초점 기준을 충족하는 "선명한(sharp)" 상을 제공할 때까지 반복적인 과정으로 조절된다. 이러한 반복 과정은 바람직하게는 사람의 눈의 잔상 속도 이내에 완료된다. 그러므로, 신호 처리기는 반복 조절의 수와 사람의 눈의 잔상 속도의 곱과 같거나 더 큰 속도를 가져야 한다. 예로서, 마이크로미러 어레이 렌즈가 5회의 반복 안에 초점 기준을 충족시키도록 조절되면, 신호 처리기는 적어도 150Hz(5회 반복 x 30Hz의 잔상 속도)의 처리 시간을 가져야 한다.
일반적으로, 자동 초점 시스템의 반응은 신호 처리기의 속도에 의해서 보다는 포커싱 기구의 속도에 의해 제한된다. 종래의 자동 초점 시스템에서, 제어 신호는 렌즈 또는 렌즈 시스템의 위치를 제어하기 위해 전동기 및/또는 압전 구동기에 전송된다. 그러므로, 종래의 자동 초점 시스템의 반응 시간은 영상 처리 시간과 렌 즈의 위치를 제어하는데 걸리는 시간의 함수이다.
그러나, 본 발명에서, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리 변화 속도는 대략 10 kHz이다. 그러므로, 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리 변화 속도가 화상 처리 속도보다 훨씬 빠르기 때문에, 본 발명의 자동 포커싱 시간은 거의 화상 처리 시간의 함수이다. 따라서, 본 발명의 자동 포커싱 시간은 종래의 자동 포커싱 시스템에 비해 개선되었다.
본 발명에 따른 자동 초점 시스템은, 이동 전화와 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA)에 이용되는 소형 카메라, 캠코더, 방송용 카메라, 영화 카메라 및 다른 대안물들을 포함하는 기존의 아날로그 및 디지털 카메라에 이용될 수 있다. 이와 같은 시스템은 또한 기존하는 결상 장치의 줌 시스템에도 이용될 수 있다.
본 발명의 더 구별되는 특징은 도 5에 도시된다. 렌즈(210)로부터 피사체(200)와 영상 센서(220)까지의 거리들 사이의 수학적 관계는, 렌즈 방정식(Lens Equation)의 일반적인 가우스 형(Gaussian form)에서 설명된다.
Figure 112007015326952-PCT00001
여기서,
Figure 112007015326952-PCT00002
는 렌즈와 피사체 사이의 거리,
Figure 112007015326952-PCT00003
는 렌즈와 영상 센서 사이의 거리, 그리고
Figure 112007015326952-PCT00004
는 자동 초점 렌즈 시스템의 유효 초점거리이다.
종래의 자동 초점 시스템에서, 렌즈의 초점거리
Figure 112007015326952-PCT00005
는 고정되고, 렌즈와 피 사체 사이의 거리
Figure 112007015326952-PCT00006
가 변화됨에 따라, 렌즈와 영상 센서 사이의 거리
Figure 112007015326952-PCT00007
가 조절된다. 렌즈를 횡단이동(traverse)시킴에 의해 발생하는 추가적인 움직임과 진동은 짧은 순간 안에 선명한 상을 얻는 것을 거의 불가능하게 한다.
그러나, 본 발명의 자동 초점 시스템에서, 렌즈와 영상 센서 사이의 거리
Figure 112007015326952-PCT00008
은 고정되고, 렌즈와 피사체의 거리
Figure 112007015326952-PCT00009
가 변화됨에 따라, 자동 초점 시스템의 유효 초점거리
Figure 112007015326952-PCT00010
가 조절된다. 그러므로, 본 발명의 포커싱 시스템에 인가되는 진동력은 최소이며, 피사체는 사람의 눈의 잔상 속도보다 더 빠른 속도로 초점이 맞추어진다.
다시 도 6을 참조하여, 또 다른 실시예에서, 자동 초점 시스템(20)은, 영상 센서(50)과 가변 초점 렌즈(40)의 사이임과 동시에 피사체로부터 산란된 광의 광로에 위치된 빔 스플리터(beam splitter)(70)를 포함할 수도 있다. 영상 센서와 마이크로미러 어레이 렌즈는 서로 평행하도록 배열된다. 빔 스플리터는 광의 방향을 90도 변경시킴으로써, 일직선상의 광학적 정렬을 모사한다. 마이크로미러 어레이 렌즈는 광로에 수직으로 위치된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에서, 자동 초점 시스템(110)은 자동 초점 기능을 갖는 단일 렌즈 결상 시스템(110)을 포함할 수 있다. 이와 같은 시스템은 마이크로미러 어레이 렌즈(140)와 영상 센서(150)를 포함할 수도 있다. 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리는 초점이 맞는 상을 얻도록 조절될 수 있다. 그러므로, 마이크로미러 어레이 렌즈는, 결상 시스템에 가까운 피사체(170)을 결상 하기 위해 더 짧은 초점거리를 갖고, 결상 시스템으로부터 먼 피사체(180)를 결상하기 위해 더 긴 초점거리를 가진다.
도 8은 본 발명에 따른 능동 자동 초점 시스템을 갖는 결상 장치(310)를 도시한다. 본 실시예의 자동 초점 시스템은 정확한 초점 거리
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를 결정하기 위해, 일반적으로 적외선 또는 광 에너지인, 에너지의 빔(367)을 피사체(312)에 투사하는 이미터(emitter)(미도시)와 검출기(detector)(미도시)를 갖는 거리 측정 장치(360)를 포함한다. 피사체 거리가 결정되면, 신호 처리기는 시스템의 유효 초점거리를 산출하기 위해 렌즈 공식을 적용하고, 이에 따라서 초점거리를 조절하기 위해 마이크로미러 어레이 렌즈에 제어 신호를 전송한다. 본 실시예의 자동 초점 시스템은 전자동(point and shoot) 카메라를 위해 이상적이다.
요약하면, 본 발명의 자동 초점 시스템은, 마이크로미러 어레이 렌즈를 포커싱 소자에 적용함으로써, 종래의 자동 초점 시스템의 렌즈 이동 기구에 대한 필요성을 제거한다. 본 발명은 작은 수의 부품을 갖고, 거시적인 이동 부품이 없기 때문에, 본 발명은 자동 초점 시스템의 물리적 크기, 무게, 및 생산 비용을 절감할 수 있다. 본 발명은 또한 자동 초점 시스템의 견고성과 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 현재 바람직한 실시예들을 참조하여 제시되었다. 본 발명의 원리, 사상, 및 범위를 크게 벗어나지 않고, 기술된 구조의 변경과 변화가 행해질 수도 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
그러므로, 상기 설명은 첨부된 도면에서 설명되고 도시된 바로 그 구조에만 관련된 것으로 해석되서는 안되며, 충분하고 공평한 범위를 갖는 것인 다음 청구항과 일관되며, 이를 뒷받침하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (28)

  1. 복수의 마이크로미러(micromirror)를 포함하는 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈(micromirror array lens)를 갖는 자동 초점 시스템(automatic focusing system)으로서, 각각의 마이크로미러는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 조절하도록 구동소자에 의해 제어되는 것인 자동 초점 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    a) 피사체로부터 산란된 광을 받는 영상 센서(imaging sensor)로서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리는 상기 피사체의 상(image)이 상기 영상 센서에 초점이 맞도록(in-focus) 조절되는 것인 상기 영상 센서 ; 및
    b) 상기 영상 센서와 상기 마이크로미러 어레이 렌즈와 통신하는 신호 처리기
    를 더 포함하는 자동 초점 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 영상 센서는 광의 광 에너지를 상기 피사체에 관련된 화상 데이터(image data)를 운반하는 전기 신호로 변환하고, 상기 영상 센서는 상기 전기 신호를 상기 신호 처리기로 전송하는 것인 자동 초점 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 신호 처리기는 상기 화상 데이터의 화질을 초점 기 준(focus criteria)과 비교하는 알고리즘을 이용하고, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 제어 신호를 생성하는 것인 자동 초점 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커맨드 신호는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리를 조절하기 위해, 상기 마이크로미러를 회전 및/또는 병진시키는 상기 구동 소자를 작동시키는 것인 자동 초점 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리는, 상기 화상 데이터의 화질이 상기 초점 기준을 충족시킬 때까지 조절되는 것인 자동 초점 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템의 포커싱 속도는 사람의 눈의 잔상 속도보다 빠르거나 같은 것인 자동 초점 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템은 결상 장치에 이용되는 것인 자동 초점 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 피사체를 결상하고, 상기 피사체로부터 산란된 광이 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전달되도록 하는 적어도 하나의 종래의 렌즈를 더 포함하는 자동 초점 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    a) 피사체로부터 산란된 광을 받는 영상 센서로서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리는 상기 피사체의 상이 상기 영상 센서에 초점이 맞도록 조절되는 것인 상기 영상 센서 ; 및
    b) 정확한 초점 거리를 결정하기 위해 에너지의 빔을 상기 피사체에 투사하는 이미터(emitter)와 검출기(detector)를 포함하는 거리 측정 장치
    를 더 포함하는 자동 초점 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제어 신호는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리를 조절하도록 구동소자를 작동시키는 것인 자동 초점 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 각각의 마이크로미러는 피사체와 그 상 사이의 매질에 기인한 광 효과에 의해 발생되거나, 상을 근축상(paraxial imagery)의 법칙으로부터 벗어나게 하는 렌즈 시스템의 결함에 의해 발생되는 수차를 교정하도록 독립적으로 제어되는 것인 자동 초점 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템은 결상 장치를 위한 줌 시스템의 일부로서 이용되는 것인 자동 초점 시스템.
  14. 적어도 하나의 마이크로미러 어레이 렌즈를 포함하는 자동 초점 시스템을 갖는 결상 장치로서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 복수의 마이크로미러를 포함하고, 각각의 마이크로미러는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리를 조절하기 위해 구동소자에 의해 제어되는 것인 자동 초점 시스템을 갖는 결상 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템은,
    a) 피사체로부터 산란된 광을 받는 영상 센서로서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈는 상기 피사체를 결상하며, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리는 상기 피사체의 상이 상기 영상 센서에 초점이 맞도록 조절되는 것인 상기 영상 센서; 및
    b) 상기 영상 센서와 상기 마이크로미러 어레이 렌즈와 통신하는 신호 처리기
    를 더 포함하는 것인 결상 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 영상 센서는 광의 광 에너지를 상기 피사체에 관련된 화상 데이터를 운반하는 전기 신호로 변환하고, 상기 영상 센서는 상기 전기 신호를 상기 신호 처리기로 전송하는 것인 결상 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 신호 처리기는 상기 화상 데이터의 화질을 초점 기준 과 비교하는 알고리즘을 이용하고, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 제어 신호를 생성하는 것인 결상 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 커맨드 신호는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리를 조절하기 위해, 상기 마이크로미러를 회전 및/또는 병진시키는 상기 구동 소자를 작동시키는 것인 결상 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리는, 상기 화상 데이터의 화질이 상기 초점 기준을 충족시킬 때까지 조절되는 것인 결상 장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템의 포커싱 속도는 사람의 눈의 잔상 속도보다 빠르거나 같은 것인 결상 장치.
  21. 제15항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템은 피사체를 결상하고, 상기 피사체로부터 산란된 광이 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전달되도록 하는 적어도 하나의 종래의 렌즈를 더 포함하는 것인 결상 장치.
  22. 제15항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템의 상기 신호 처리기는 피사체 거리를 결정하기 위해 에너지의 빔을 상기 피사체에 투사하는 이미터와 검출기를 포함 하고, 상기 신호 처리기는 상기 시스템의 유효 초점거리를 결정하기 위해 렌즈 공식(Lens Formula)을 적용하고, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 제어 신호를 생성키는 것인 결상 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제어 신호는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리를 조절하도록 구동소자를 작동시키는 것인 결상 장치.
  24. 제14항에 있어서, 각각의 마이크로미러는 피사체와 그 상 사이의 매질에 기인한 광 효과에 의해 발생되거나, 상을 근축상(paraxial imagery)의 법칙으로부터 벗어나게 하는 렌즈 시스템의 결함에 의해 발생되는 수차를 교정하도록 독립적으로 제어되는 것인 결상 장치.
  25. 제14항에 있어서, 상기 자동 초점 시스템은 상기 결상 장치의 줌 시스템의 일부로서 이용되는 것인 결상 장치.
  26. 결상된 피사체를 포커싱하는 방법으로서,
    a) 종래의 렌즈 또는 마이크로미러 어레이 렌즈로 피사체를 결상하고, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈로 상을 영상 센서에 포커싱하는 단계;
    b) 상기 피사체로부터 산란된 광의 광 에너지를 상기 피사체에 관한 화상 데이터를 운반하는 전기 신호로 변환시키는 단계와, 상기 신호를 상기 영상 센서와 통신하는 신호 처리기에 전송하는 단계;
    c) 상기 화상 데이터를 초점 기준으로 분석하고, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송되는 제어 신호를 생성하는 단계;
    d) 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리를 조절하는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 구동소자를 작동시키도록 상기 제어 신호를 전송하는 단계; 및
    e) 상기 화상 데이터가 상기 초점 기준을 충족시킬 때까지 단계 (a)에서 단계 (d)까지 반복하는 단계;
    를 포함하는 결상된 피사체를 포커싱하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 단계 (a)에서 단계 (d)까지 반복하는 단계는 사람의 눈의 잔상 속도 이내에 완료되는 것인 방법.
  28. 결상되는 피사체를 포커싱하는 방법으로서,
    a) 거리 측정 장치를 이용하여 결상되는 피사체 거리를 측정하는 단계;
    b) 자동 초점 시스템의 유효 초점거리를 결정하기 위해 렌즈 공식을 적용하는 단계;
    c) 상기 거리 측정 장치로부터의 제어 신호를 상기 자동 초점 시스템의 마이크로미러 어레이 렌즈에 전송하는 단계로서, 상기 신호는 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 초점거리가 상기 유효 초점거리가 되도록 조절하는 구동소자를 작동시키는 것인 상기 전송 단계; 및
    d) 상기 피사체의 상이 영상 센서에 포커싱되는 단계로서, 상기 마이크로미러 어레이 렌즈의 상기 초점거리는 상기 상이 상기 영상 센서에 초점이 맞춰지도록 조절되는 것인 상기 포커싱 단계;
    를 포함하는 결상되는 피사체를 포커싱하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150068779A (ko) * 2013-12-12 2015-06-22 삼성전자주식회사 줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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