KR20070057843A - 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템, 카메라의움직임을 검출하기 위한 시스템을 포함하는 카메라 - Google Patents

카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템, 카메라의움직임을 검출하기 위한 시스템을 포함하는 카메라 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 광학 소자(2)를 가지는 카메라의 움직임을 검출하는 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 렌즈를 통과하는 빛의 일부분을 포착하여 적어도 한 쌍의 광빔(8,10)으로 분할하기 위한 빔 분할기(7)를 포함한다. 각각의 광빔에 대해, 시스템은 광 센서(9,11)를 포함한다. 각 센서에는 광 경로에서 각 광 센서에 대한 회절 격자(9g,11g)가 제공된다. 센서의 회절 격자는 실질적으로 동일한 피치를 가지나, 상기 광 센서에 부딪힘이 다른 광빔에 대해서는 시프트(S)를 하여 위치한다. 시스템은 광 센서로부터 타임시프트된 신호를 비교하기 위한 비교기(5)를 더 포함한다.

Description

카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템, 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템을 포함하는 카메라{SYSTEM FOR DETECTING MOVEMENT OF A CAMERA, CAMERA COMPRISING A SYSTEM FOR DETECTING MOVEMENT OF A CAMERA}
본 발명은 가변 광학 소자를 가진 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템에 관한 것이다. 그러한 시스템은 카메라의 움직임을 검출하기 위한 카메라에서 또는 카메라에 대해 사용된다. 움직임의 검출은 예를 들어 가변 광학 요소의 변경에 의해 비디오 카메라로 촬영할 때, 화상의 흔들림을 자동으로 보상하기 위해 사용된다. 그러한 시스템은 미국 특허 US 5,170,255로부터 예로써 알려져 있다.
소비자 디지털 카메라의 가격 하락에서의 진보는 필름카메라의 빠를 교체를 가져왔다. 높은 인기에도 불구하고, 특히 소비자 디지털 카메라는, 사진 촬영시 카메라가 흔들릴 때 여전히 불리한 점을 가지고 있는데, 왜냐하면 그 때 흐릿한 이미지가 획득될 수 있기 때문일 것이다. 이 흐릿함(blurring)은 뷰어에게 이미지의 질에 좋지 않은 인상을 주는 이미지의 화질로서 주의를 끈다. 해법은 이동 렌즈와 같은 가변 광학 소자의 존재를 포함한다. 이동 렌즈는 종전에, 이미지를 찍을 때 변치않는 이미지를 유지하기 위해, 분리된 자이로스코프에 의해 작동된다. 그러나 이것은 간접적인 방법인데, 왜냐하면 이것이 이미지 자체에 직접 관여하지 않기 때문 이다. 미국 특허 5,170,255는 이미지 센서, 예를 들어 CCD에서 이미지 자체가 사용되는 방법을 제공하고 있다. 차례로 찍힌 두 개의 이미지 간의 차이가 비교된다. 이미지의 특성, 예를 들어 미리 한정된 수직 도는 수평선에서의 에지(edge)는 이미지 흔들림 검출 신호를 제공하기 위해 비교되며, 이러한 신호는 가변 광학 소자를 작동하는데 사용되며, US 5,170,255에서 가변 소자는 가변 각도 프리즘(variable angle prism)에 의해 형성된다.
비록 US 5,170,255에서의 시스템이 움직임 검출을 위해 이미지 자체를 이용함에도 불구하고, 그것은 복잡한 전자 시스템을 필요로 하고, 그 시스템은 빠르지 않다.
본 발명의 목적은 도입 문단에서 설명한 바대로 비교적 간단하고 빠른 시스템 및 카메라를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위해 본 발명의 제 1 양상에 따라 시스템은, 렌즈를 통과하는 빛의 일부를 포착하고, 빔 분할기를 통과하는 빛을 적어도 한 쌍의 광빔으로 나누기 위한, 렌즈 뒤 광 경로에 위치하여 보여지는 빔 분할기를 포함하고, 시스템은 광 신호를 제공하기 위한 적어도 한 쌍의 광 센서(light sensor), 각 광빔을 위한 하나의 센서, 및 광 경로에서 각 광 센서에 대한 회절 격자(grating)를 더 포함하며, 여기서 센서의 쌍의 회절 격자는 실제적으로 동일한 피치(pitch)를 가지나, 상기 센서에 부딪힘이 다른 광빔에 대해서는 시프트를 하여 위치하고, 상기 시스템은 광 센서로부터 타임 시프트된(time shifted)신호를 비교하기 위한 비교기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
렌즈를 통과하는 빛을 사용하므로, 측정이 이미지에 직접 이루어진다. 그것은 간접 방법이 아니다.
실제 이미지가 촬영되는 CCD에 의해 획득되는 이미지의 사용이 아닌, 분리 센서의 사용은, CCD의 비교적 긴 획득시간에 의해 가해진 제한을 제거한다. US5,170,255 시스템에서 보상 속도는 이미지 처리 자체에 의해 제한된다. 이 제한은 제거되고, 센서 자체는 더 빠른 센서가 사용될 수 있고, 결과적으로 더 빠르고 나은 흔들림 보상을 허용하는 실제 이미지 CCD와는 독립된 소자이다.
본 발명은 다음의 견해를 기초로 한다.
움직임 가능한 렌즈 혹은 다른 가변 광학 소자들이 변경되어야 하는 방향과 양을 식별하기 위해, 적어도 두 개의 광빔은 빔 분할기를 이용하여 획득된다. 이 광빔 쌍 중 하나는 제 1 센서로 가고, 제 2 광빔은 제 2 센서로 간다. 양 센서에는 회절 격자가 제공되고, 회절 격자는 실질적으로 동일한 피치(즉, 회절 격자 소자간 거리)를 가진다. 비록 제 1 센서의 회절 격자와 실질적으로 동일한 피치를 가진다 할지라도, 이 제 2 센서의 회절 격자는 광빔에 대해 시프트되는데 예를 들면, 약간 오정렬(misaligned)된다. 두 개의 회절격자가 센서를 통과하는 광빔에 대하여 공간적으로 시프트되기 때문에, 센서 쌍에서의 강도(intensity)는 근접하지만, 동일하지 않다. 이미지가 정확한 속도로 시프트 방향으로 움직인다면, 제 2 광센서는 이전에 제 1 광센서에 의해 수신된 것과 동일한 강도인 I2=I1을 수신한다. 만약 그것이 다른 방향으로 움직인다면, 차이｜I2-I1｜는 증가할 것이다.
그러므로, 차이｜I2-I1｜를 모니터링함으로써, 이미지가 움직이는 방향 및 그러한 움직임의 속도는 검출가능하다. 그 방향과 속도가 검출 가능하므로 피드백 루프(feedback loop)가 동작한다.
이러한 정보를 이용하여 또한 강도 I1을 유지함으로써, 시스템은 움직이는 이미지를 "락(lock)"할수 있고, 가변 광학 소자 액츄에이터(actuator)를 적절히 제어함으로써, 제 1 검출기에서의 강도는 일정하다.
보다 복잡한 실시예에서 시스템과 카메라는 하나 이상의 광빔쌍을 제공하기 위해 하나 이상의 빔 분할기를 포함하는데, 여기서 시스템은 각 빔 분할기에 대해 해당하는 센서 쌍을 포함한다. 한 쌍의 센서를 이용함으로써, 소위 시프트에 대한 병렬 방향(direction parallel)이라고 하는, 한 방향에서의 움직임을 쉽게 검출하는 것이 가능하다. 더 많은 쌍의 센서를 이용함으로써, 바람직하게는 두 쌍을 이용함으로써, 둘 이상의 방향에서 움직임을 검출하는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 센서 쌍은 두 개의 서브 센서(sub-sensor)로 나뉘어지는데, 이 서브센서의 회절 격자의 피치는 다르다. 이것은 움직임에 대한 보다 정확하고 빠른 판단을 가능하게 한다. 그러한 실시예가 아래 도 4에 도시되어 있다.
실시예에서, 빔 분할기는 빔을 동시에 두 개의 센서에 입사한 두 개의 빔으로 나눌 수 있거나 혹은 두 개의 센서에 단일 빔을 교대로 편향시킬 수 있다.
본 발명의 제 2 양상에서, 시스템은, 광 경로상에서 볼 때 렌즈 뒤에 위치한 가변 광학 소자를 더 포함하고, 상기 시스템은 광 신호를 제공하기 위한 적어도 하나의 광 센서(light sensor)로서, 광 경로에서 회절 격자를 포함하는 적어도 하나의 광 센서를 더 포함하며, 여기서 가변 소자는 빔과 회절 격자의 위치를 서로에 대해 시간의 함수로서 변화시키기 위해 배열되며, 상기 시스템은 상기 센서로부터 온 타임 시프트된 신호를 비교하기 위한 비교기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제 2 양상은 가변 광학소자 설비의 비용면에서, 더 적은 센서를 필요로 한다는 이점을 가진다.
본 발명의 이러한 및 추가적인 양상은 예시의 방법으로, 그리고 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명될 것이다.
도 1은 종래의 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 양상에 따른 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 세부사항을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 추가적인 세부사항을 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 2 양상의 예를 도시한 도면.
도면들은 실제 축적대로 도시되지 않는다. 일반적으로, 동일한 구성요소는 도면에서 동일한 참조번호로 나타난다.
도 1은 카메라에 대한 종래의 시스템을 개략적으로 도시한다. 시스템은 가변 프리즘과 같은 가변 광학 소자를 포함한다. 빛은, 프리즘(1) 및 예를 들어 CCD 어레이(array)(3)와 같은 이미지 센서에 이미지를 형성하는 렌즈(2)(좀 더 일반적으로는, 렌즈 세트일 수 있는 추가적인 광학 시스템)를 통과한다. 이미지 센서는 신호들을 이미지 프로세서(4)에 전송한다. 흔들림 검출기(5)에서, 시간적으로 약간 떨어져 있는 이미지로부터의 신호는 흔들림 신호(shaking signal)를 제공하기 위해 분석되는데, 이것은 가변 광학 소자(1)을 구동하는 드라이브(6)로 전송된다. 이러한 일반적인 구조를 사용함으로써, 흔들림에 대한 보상이 가능하다.
비록 그러한 시스템이 알려져 있고 다소 성공적이기는 하나, 그러한 시스템에는 제약이 있다. 그것들은 다소 복잡하고 비교적 느리다. 흔들림이 제어될 수 있는 속도는 이미지가 촬영되고 처리되고 비교되는 속도에 의해 원래 제약된다. 사용된 CCD 이미지 센서는 다소 느리다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템을 도시한다. 시스템은 렌즈(2) 및 예를 들어 CCD 어레이와 같은 이미지 센서(3)를 포함한다. 이 실시예에서 본 발명에 따른 시스템은 빔 분할기 (7)를 포함하는데, 이는 렌즈 뒤에 위치하고, 렌즈를 통과하는 광빔을 두 개의 빔(8,10)으로 분할한다. 빔(8)은 센서(9)에 충돌하고, 빔 (10)은 센서(11)에 충돌한다. 센서(9,11)로부터 나온 신호는 흔들림 파라미터를 결정하는 흔들림 검출기(5)에 공급되는데, 흔들림 파라미터는 흔들림을 보상하기 위해, 예컨대 광학 프리즘 혹은 렌즈(2)를 움직이는 디바이스와 같은 가변 광학 소자를 제어하는데 교대로 이용된다. 신호는, 이 일을 전담하는 센서에 의해 생성되고, 따라서 빠른 신호를 전달하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 실시예에서 센서는 단일 검출기 또는 소그룹(2내지 10미만)의 서브센서들로 구성된다. 그러한 센서들은 CCD 어레이보다 훨씬 빠르다. 흔들림 검출기는 타임 시프트된 신호 I1과 I2를 비교하기 위한 비교기를 포함한다.
도 3은 도 2에서 개략적으로 도시한 본 발명의 실시예를 더 세부적으로 도시한다. 센서(9,11)에는 각각 회절 격자(9g,11g)가 개별적으로 제공되고, 이들 회절 격자의 피치(P)는 실질적으로 센서이다. 상기 센서 및 회절 격자는 하나의 차이점을 제외하고는 실질적으로 동일하며, 회절 격자(9g, 11g)는 빔(8,10)에 대해 시프트(S)만큼 시프트된다. 그 결과, 만약 이미지가, 정확한 속도로, 시프트(S)의 방향으로 움직인다면, 제 2 센서가 이전에 제 1 센서에 의해 수신된 것과 같이 동일한 강도(I2=I1)를 수신한다. 만약 다른 방향으로 움직인다면, 차이｜I2-I1｜가 증가할 것이다. 그러므로 차이 I2(t + Δt)-I1(t), 즉 센서 (9, 11)로부터의 타임 시프트된 신호를 모니터링함으로써, 시프트(S)의 방향으로 흔들림 속도가 모니터링된다.
이 정보를 이용하여 강도(I1)를 일정하게 유지함으로써, 상기 시스템은 움직이는 이미지를 "락"할 수 있고, 가변 광학 소자 액츄에이터를 적절히 제어함으로써, 제 1 검출기에서의 강도는 일정하다.
센서(9,11)은 이미지 센서(3)와는 독립된 센서들이고, 따라서 상기 센서의 제한된 속도로 인한 제약이 해제된다.
시프트(S)는 CCD 어레이(3)의 픽셀 크기의 전형적으로 0.1 내지 5, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 이다.
이 간단한 실시예에서 두 개의 센서가 사용된다.
도 4는 센서(9,11)가 두 개의 서브센서(9',9" 및 11',11")를 각각 포함하는 좀 더 복잡한 예를 도시한다. 회절 격자간 시프트는 다른 한 쌍의 서브센서(11',11")(시프트 S2)에 대해서보다는 한 쌍의 서브센서(9',11")(시프트 S1)에 대해서 다르다. 이것은 속도의 보다 정확한 결정을 허용한다. 회절 격자를 구비한 센서를 사용함으로써, 회절격자의 피치에 나란한 흔들림 속도를 결정하는 것이 가능하다. 바람직한 실시예에서, 디바이스는, 한 쌍의 센서에 대해 회절 격자가 제 1 방향(예. 수평 방향)으로 배열된 반면 다른 한 쌍의 센서에 대해 회절 격자가 제 1방향에 가로지르는 방향, 예를 들어 수직 방향으로 나열된, 더 많은 센서 쌍을 구비한다.
본 발명의 이러한 양상에서 두 센서가 사용된다.
본 발명의 다른 양상이 도 5에 도시된다. 본 발명의 이러한 양상에서, 시간의 함수로서 빔과 회절격자의 위치를 서로에 대해 변화시키기 위해 사용되지만, 단일 회절 격자를 가진 단일 센서이지만 가변 거울 혹은 가변 프리즘과 같은) 가변 광학 소자(51)가 사용된다. 만약 시프트(S)가 흔들림의 방향에 있는 경우 및 정확한 속도에서 강도가 일정하게 유지되는 경우, 이러한 구조는 또한 이 시프트(S)를 제공한다. 따라서 타임 시프트된 신호를 모니터일 함으로써, 예를 들어 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 비교기(52)를 사용하여, 예를 들어 시간 (t + Δt)에서의 I1을 시간 t에서의 신호 I1과 비교함으로써, 회절 격자에 대해 수직인 흔들림 속도가 획득될 수 있다. 빔과 회절격자의 서로에 대한 다소 시간 종속적인 시프트는 도 5에 개략적으로 도시된 (예를 들어 가변 프리즘 혹은 거울 혹은 움직일수 있는 렌즈를 사용하는)빔을 처리함으로써, 또는 도 6에 개략적으로 도시된 회절격자를 움직임으로써 획득될 수 있다. '움직이는' 회절 격자는 예를 들어 LCD 어레이에 의해 제공될 수 있다. LCD 어레이를 사용하여, 투명 및 불투명 줄무늬(stripe)의 영상이 제공될 수 있고, 투명 및 불투명 줄무늬의 위치를 변경시킴으로써, 이를 통해 '움직이는' 회절 격자를 구성할 수 있다.
단일 센서 사용의 이점은 센서의 감도에서의 차로 인한 어떤 문제점도 회피된다는 점이다. 불리한 점은 가변 광학 소자가 사용된다는 점이다. 본 실시예의 추가적으로 불리한 점은 변화의 속도가 빨라야만 한다는 점 즉, 이미지의 자연적 변화에 비교하여 시간 주기 내에서 상대적으로 작아야 한다는 점이다.
간략하게, 본 발명은 다음에 의해 설명될 수 있다 :
가변 광학 소자(2)를 가진 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템. 시스템은 렌즈를 통과하는 빛의 일부를 캡쳐하기 위한 및 적어도 한 쌍의 광빔(8,10)으로 분할하기 위한 빔 분할기(7)를 포함한다. 각 광빔에 대해, 시스템은 광센서(9,11)를 포함한다. 각 센서에는 각 광센서에 대한 경로에서 회절 격자(9g,11g)가 제공된다. 센서의 회절 격자는 실질적으로 같은 피치를 가지지만, 상기 센서에 입사하는 광빔마다 시프트(S)를 가지고 위치한다. 시스템은 광센서로부터 온 타임 시프트된 신호를 비교하기 위한 비교기(5)를 더 포함한다.
제 2 실시예에서 추가적인 가변 광학 센서(51) 또는 움직이는 회절 격자는 빔 분할기 대신 사용된다.
본 발명이 상기에 특정하게 도시되고 설명된 것에 의해 한정되지 않는다는 점이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본 발명은 각각의 및 모든 새로운 특성 및 이들의 조합에 존재한다. 청구항에서 참조 번호는 청구항의 보호 범위를 제한하지 않는다. 동사 "포함하다"와 그 활용어의 사용은 청구항에 기술된 소자 이외의 존재를 배제하지 않는다. 단수로 쓰여진 요소는 해당 요소가 복수라는 것을 배제하지 아니한다.
본 발명은 가변 광학 소자를 가진 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템에 이용가능하다.

Claims (4)

  1. 가변 광학 소자(2)를 구비한 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 렌즈를 통과하는 빛의 일부를 포착하고, 빔 분할기(7)를 통과하는 빛을 적어도 한 쌍의 광빔(8,10)으로 나누기 위한, 광경로에서 보았을 때 렌즈(2) 뒤에 위치하는 빔 분할기(7)를 포함하고, 각 광빔 당 하나의 센서씩 광 신호(I1,I2)를 제공하기 위한 적어도 한 쌍의 광 센서(9,11), 및 광 경로에서 각 광센서에 대한 회절 격자(9g,11g)를 더 포함하며, 상기 센서의 회절 격자는 실제적으로 동일한 피치(pitch)를 가지나, 시프트(S)가 상기 센서에 입사하는 광빔에 대해 다르도록 위치하고, 시스템은 광센서(9,11)로부터 타임 시프트된(time shifted) 신호를 비교하기 위한 비교기(5)를 더 포함하는,
    가변 광학 소자를 구비한 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    둘 이상의 쌍의 광빔을 제공하기 위한 하나 혹은 그 이상의 빔 분할기를 포함하며, 각 빔 분할기에 대해 대응하는 한 쌍의 센서(9',9",11',11")를 포함하는,
    가변 광학 소자를 구비한 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  3. 가변 광학 소자를 구비한 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 광 경로에서 보았을 때 렌즈(2) 뒤에 위치하는 가변 광학 소자(51)를 추가적으로 포함하며, 상기 시스템은, 광 경로에서 회절격자(9g)를 포함하는, 광 신호를 제공하기 위해 적어도 하나의 광 센서(9)를 포함하며, 상기 가변 소자는 시간의 함수로서 빔과 회절격자의 위치를 서로에 대해 변화시키기 위해 배열되고, 상기 시스템은 센서로부터의 타임 시프트된 신호를 비교하기 위한 비교기를 더 포함하는,
    가변 광학 소자를 구비한 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템.
  4. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 시스템을 포함하는 카메라.
KR1020077006273A 2004-09-22 2005-09-13 카메라의 움직임을 검출하기 위한 시스템, 카메라의움직임을 검출하기 위한 시스템을 포함하는 카메라 KR20070057843A (ko)

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