KR20110082734A - 자동 초점 조절 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

신속하고 정확하게 초점을 조절할 수 있는 자동 초점 조절 장치 및 그 방법이 개시된다. 자동 초점 조절 장치는 임펄스 신호를 생성하는 임펄스 신호 생성부와, 생성된 임펄스 신호를 피사체에 전송하고 피사체로부터 반사된 임펄스 신호를 수신하는 무선 인터페이스와, 수신된 임펄스 신호의 전파 지연 시간을 획득하는 임펄스 응답 분석부와, 전파 지연 시간에 기초하여 자동 초점 조절 장치와 피사체 사이의 거리를 획득하는 거리 측정부 및 거리에 기초하여 첫 번째 초점 조절을 위한 제어 신호을 제공한 후 촬상된 이미지의 대비(contrast)를 통해 최종 초점 조절을 위한 제어 신호를 제공하는 제어부를 포함한다. 따라서, 신속하고 정확하게 초점을 조절할 수 있다.

Description

자동 초점 조절 장치 및 그 방법{Apparatus For Controlling Of Auto Focus And Method Thereof}
본 발명은 자동 초점 제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속으로 초점을 자동으로 맞출 수 있는 자동 초점 조절 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
자동 초점(Auto Focus)은 카메라나 캠코더 등과 같은 광학 시스템에서 특정 피사체에 초점을 자동으로 맞추는 기능이다. 자동 초점 방식은 크게 능동(Active) 자동 초점 방식과 수동(Passive) 자동 초점 방식으로 구분할 수 있다.
능동 자동 초점 방식은 거리 측정을 위해 카메라가 초음파나 적외선을 방출하기 때문에 능동이라 불린다. 초음파를 이용하는 능동 자동 초점 방식은 카메라의 초음파 발생 장치에서 방출된 초음파가 물체로부터 반사되어 되돌아오기까지의 시간을 측정하고 이를 이용하여 거리를 계산한다.
적외선을 이용한 자동 초점 방식은 삼각 측량을 이용한 방법, 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 세기를 이용하는 방법 및 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 전파 지연 시간을 이용하는 방법이 있고, 이 중 삼각 측량 방식이 주로 사용된다. 삼각 측량을 이용하는 방법은 카메라에서 지속적으로 방향을 달리하며 적외선을 조사하고 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 세기가 최대가 될 때 적외선 조사를 멈춘 다음, 이때의 적외선 조사 각도로 삼각 측량을 수행하여 초점을 조절한다.
상술한 바와 같은 능동 자동 초점 방식은 카메라와 물체 사이에 투명한 반사체가 놓여 있는 경우 초음파나 적외선을 반사하기 때문에 초점을 맞추지 못하는 단점이 있다. 또한, 능동 자동 초점 방식은 초음파나 적외선이 도달할 수 있는 거리에 한계가 있기 때문에 먼 거리에 있는 물체에는 초점을 맞출 수 없다. 또한 시차(parallax)로 인하여 카메라 렌즈와 매우 근접한 물체에도 초점을 정확히 맞출 수 없는 단점이 있다.
수동 자동 초점 방식은 물체로부터 자연적으로 반사된 빛을 이용하여 초점을 맞추는 방식으로서, 크게 대비 검출 방식(Contrast detection system) 및 위상차 검출 방식(Phase-difference detection system)으로 구분할 수 있다.
대비 검출 방식은 초점 조절 렌즈를 움직이면서 이에 상응하는 대비(contrast)를 계속적으로 계산하고, 대비가 최대가 되었을 때 초점이 맞은 것으로 판단하는 방식으로, 주로 컴팩트 디지털 카메라(Point and Shoot 카메라)에 적용되는 초점 조절 방식이다.
현재 시판 중인 대부분의 컴팩트 디지털 카메라는 주로 TTL(Through The Lens) 대비 검출 방식을 사용한다. 컴팩트 디지털 카메라의 경우 별도의 자동 초점 센서를 가지고 있지 않고, 이미지 센서를 통해 얻어진 영상의 대비를 분석하여 초점을 맞춘다. 이는 하나의 자동 초점 포인트에 CCD 센서가 1개뿐인 것과 같으므로 렌즈를 어떤 방향으로 어느 정도 움직여야 하는지 미리 알 수 없고, 렌즈를 조금씩 움직일 때마다 영상의 초점치를 계속적으로 계산해야 하기 때문에 초점을 맞추는데 걸리는 시간이 길어지는 단점이 있다.
위상차 검출 방식은 렌즈를 통해 들어오는 빛을 한 쌍으로 나누어 비교함으로써 초점이 맞았는지를 판단한다. 현재 시판 중인 대부분의 필름 SLR(Single Lens Reflex) 카메라 및 디지털 SLR 카메라는 위상차 검출 방식을 사용한다.
위상차 검출 방식에서 단일 축(single-axis 또는 single-line) 자동 초점 포인트는 보통 1쌍의 이미지 센서로 이루어진다. 각 이미지 센서는 라인 센서로서 길쭉한 모양을 가지는 것이 보통이다. 따라서 수평 수직 방향 중 한 방향의 대비만을 검출할 수 있다. 이에 반해 크로스 타입(cross-type) 자동 초점 포인트는 보통 두 쌍의 이미지 센서로 구성되어 수평 및 수직 방향 모두의 대비를 검출하여 초점을 맞출 수 있다.
위상차 검출 방식은 한 쌍의 이미지 센서로부터 얻어진 이미지 두 개의 위상차를 분석하여, 렌즈를 어떤 방향으로 얼마만큼 이동해야 초점이 맞는지 계산할 수 있다. 따라서 렌즈를 움직이는 동안 계속적으로 영상을 분석해야 하는 대비 검출 방식보다 빠른 자동 초점 조절이 가능하다.
그러나, 상술한 대비 검출 방식 및 위상차 검출 방식은 파란 하늘이나 단색 벽 등과 같이 대비가 적은 물체나 빛이 적은 곳의 물체, 강한 역광 속에 있는 물체, 자동차 표면 등과 같이 반사성이 강한 물체, 반복적인 패턴으로 구성된 물체, 세밀한 디테일(detail)을 많이 포함하는 물체 등에 대해서는 초점을 맞추지 못하거나, 사용자가 의도하지 않은 다른 물체에 초점을 맞출 수 있다.
상술한 바와 같이 현재 양산되고 있는 대부분의 디지털 카메라는 수동 자동 초점 방식을 사용하고 있고, 특히 컴팩트 디지털 카메라에서는 주로 대비 검출 방식을 사용하고 있다. 그러나, 대비 검출 방식은 자동 초점 조절 시간이 수 백 ms 정도로, 인간이 동일 반복 작업에서 지루하다고 인지할 수 있는 최대 시간 간격인 200ms 보다 더 길기 때문에 사용자의 불편함을 유발하고 있다.
또한, 위상차 검출 방식은 대비 검출 방식보다는 초점 조절 속도가 빠르지만 상술한 바와 같이 특정 물체에 대해서는 초점을 정확하게 맞출 수 없는 단점이 있고, 초점을 보다 정확히 맞추기 위해서는 여러 쌍의 이미지 센서를 구비해야 하기 때문에 제조 비용이 상승하는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 신속하고 정확하게 초점을 조절할 수 있는 자동 초점 조절 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 신속하고 정확하게 초점을 조절할 수 있는 자동 초점 조절 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 자동 초절 조절 장치는, 임펄스 신호를 생성하는 임펄스 신호 생성부와, 생성된 상기 임펄스 신호를 피사체에 전송하고 상기 피사체로부터 반사된 임펄스 신호를 수신하는 무선 인터페이스와, 수신된 상기 임펄스 신호의 전파 지연 시간을 획득하는 임펄스 응답 분석부와, 상기 전파 지연 시간에 기초하여 상기 자동 초점 조절 장치와 상기 피사체 사이의 거리를 획득하는 거리 측정부 및 상기 거리에 기초하여 첫 번째 초점 조절을 위한 제어 신호을 제공한 후, 촬상된 이미지의 대비(contrast)를 통해 최종 초점 조절을 위한 제어 신호를 제공하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 상기 첫 번째 초점 조절을 위해 상기 거리에 상응하는 위치로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어신호를 제공할 수 있다. 상기 제어부는 상기 최종 초점 조절을 위해 상기 첫 번째 초점 조절을 위한 제어신호에 상응하여 이동한 초점 렌즈의 위치를 기준으로 미리 정해진 이동거리 범위 내에서 상기 초점 렌즈를 단위 거리만큼씩 이동시키면서 초점 렌즈가 이동한 각 위치에서 촬상된 이미지의 대비를 검출하고, 검출된 이미지의 대비가 가장 높은 위치로 상기 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어 신호를 제공할 수 있다. 상기 무선 인터페이스는 초광대역(Ultra Wide Band) 무선 통신 기술을 사용하여 상기 임펄스 신호를 전송할 수 있다. 상기 임펄스 응답 분석부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 상기 피사체의 특성을 분석할 수 있다. 상기 임펄스 응답 분석부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 노출값 및 플래시 광량 중 적어도 하나의 정보를 산출할 수 있다. 상기 임펄스 응답 분석부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 상기 제어부에 제공하고, 상기 제어부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 상기 피사체의 특성을 분석할 수 있다. 상기 제어부는 상기 임펄스 신호의 응답 특성과 이에 대응되는 피사체의 특성이 미리 저장된 룩업 테이블(lookup table)을 참조하여 상기 피사체의 특성을 획득한 후, 획득한 상기 피사체의 특성을 제공할 수 있다. 상기 임펄스 응답 분석부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 상기 제어부네 제공하고, 상기 제어부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 노출값 및 플래시 광량 중 적어도 하나의 정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 자동 초점 조절 방법은 임펄스 신호를 피사체에 전송하는 단계와, 상기 피사체로부터 반사된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 전파 지연 시간을 획득하는 단계와, 상기 전파 지연 시간에 기초하여 상기 자동 초점 조절 장치와 상기 피사체 사이의 거리를 획득하는 단계와, 상기 거리에 상응하는 첫 번째 위치로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어 신호를 제공하는 대략적 초점 조절 단계 및 상기 첫 번째 위치를 기준으로 미리 정해진 상기 초점 렌즈의 이동 거리 범위 내에서 촬상된 이미지의 대비를 통해 최종 초점 조절을 위한 제어 신호를 제공하는 미세 초점 조절 단계를 포함한다. 상기 임펄스 신호를 피사체에 전송하는 단계는 초광대역(Ultra Wide Band) 무선 통신 기술을 사용하여 상기 임펄스 신호를 전송할 수 있다. 상기 미세 초점 조절 단계는 상기 첫 번째 위치를 기준으로 미리 정해진 단위 거리 만큼 초점 거리를 상기 초점 렌즈를 이동시키는 초점 렌즈 이동 단계와, 상기 초점 렌즈가 이동한 위치에서 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계와, 획득한 상기 이미지의 대비를 검출하는 대비 검출 단계를 포함하되, 상기 초점 렌즈 이동 단계, 상기 이미지 획득 단계 및 상기 대비 검출 단계는 미리 정해진 회수만큼 반복한 후, 가장 이미지의 대비가 높은 위치로 상기 초점 렌즈를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 조절 방법은 상기 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 상기 피사체의 특성을 분석하는 피사체 특성 분석 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 임펄스 신호의 응답 특성과 이에 대응되는 피사체의 특성이 미리 저장된 룩업 테이블(lookup table)을 참조하여 상기 피사체의 특성을 획득할 수 있다. 상기 자동 초점 조절 방법은 상기 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 노출값 및 플래시 광량 중 적어도 하나의 정보를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 자동 초점 조절 장치 및 그 방법에 따르면, 임펄스 신호를 피사체에 전송하고 피사체로부터 반사되어 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 수 ms 이내에 분석하여 자동 초점 조절 장치와 피사체 간의 거리를 신속하게 산출하고 피사체의 특성을 획득한 후, 산출된 거리에 기초하여 대략적 자동 초점 조절을 수행한 후 대략적 자동 초점 조절을 통해 이동한 초점 렌즈의 위치를 기준으로 미리 정해진 범위 내에서 초점 렌즈를 이동시키면서 대비를 검출하여 가장 대비가 높은 위치로 초점 렌즈를 이동시킨다.
따라서, 초점 조절 렌즈의 모든 이동 거리에서 대비를 검출하여 초점을 조정하는 종래의 수동 자동 초점 방식 보다 초점 조절 시간이 최소 2배 이상 빠르고 종래의 능동 자동 초점 방식의 부정확한 거리 측정으로 인한 대비를 보다 향상 시킬 수 있다. 또한, 종래의 수동 및 자동 초점 방식의 단점 중 하나인 단색 물체, 저조도 조건, 야간 촬영에서의 초점 오동작을 해결하여 다양한 피사체 또는 환경에서도 보다 정확하게 초점을 조절할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 신속한 자동 초점 조절을 제공함으로써 촬영시 사용자의 손떨림에 의한 화질 저하 현상을 방지할 수 있고 정확한 초점 조절을 통해 외부 조도와 연관된 날씨와 무관하게 우수한 품질의 영상을 획득할 수 있도록 한다. 또한, 저렴한 비용으로 카메라 또는 캠코더 등의 촬영장치에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 초점값 획득 단계를 상세하게 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대략적 자동 초점 조절 과정의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 장치(100)는 타이밍 신호 발생부(110), 임펄스 신호 생성부(120), 송신부(130), 수신부(140), 임펄스 응답 분석부(150), 거리 측정부(160) 및 제어부(170)를 포함할 수 있다.
타이밍 신호 발생부(110)는 임펄스 신호의 타이밍을 맞추기 위한 타이밍 신호를 생성하여 임펄스 신호 생성부(120)에 제공한다. 여기서, 타이밍 신호 발생부(120)는 제어부(170) 또는 카메라 제어부(20)와 같이 자동 초점 조절 장치(100)의 외부에 위치한 제어부의 제어에 기초하여 타이밍 신호를 발생할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 사진 또는 동영상 촬영을 위해 셔터를 조작하는 경우 이에 상응하여 제어부(170) 또는 외부의 카메라 제어부(20)가 제공한 제어 신호에 상응하여 타이밍 신호를 발생할 수 있다.
임펄스 신호 생성부(120)는 타이밍 신호 발생부(110)로부터 제공된 타이밍 신호에 기초하여 임펄스 신호(impulse signal)를 생성한 후 생성된 임펄스 신호를 송신부(130)에 제공한다.
송신부(130)는 임펄스 신호 생성부(120)로부터 제공된 임펄스 신호를 안테나(미도시)를 통해 피사체에 전송한다. 여기서, 송신부는 상용화된 다양한 무선 통신 기술로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 제한된 대역폭 또는 높은 전력 레벨에서 신호들을 반사시키는 특성을 가지는 장애물을 통과하여 신호를 전송할 수 있는 초광대역(Ultra Wide Band: UWB) 무선 통신 기술을 이용하여 임펄스 신호를 전송할 수 있다.
상술한 바와 같이 송신부(130)에 의해 피사체로 전송된 임펄스 신호는 피사체의 특성에 따라 일부는 피사체에 흡수되고 일부는 반사되어 자동 초점 조절 장치(100)에 되돌아오게 된다.
수신부(140)는 피사체에 반사되어 되돌아오는 임펄스 신호를 안테나를 통해 수신하여 임펄스 응답 분석부(150)에 제공한다. 여기서 수신부(140)는 송신부(140)와 동일한 무선 통신 기술로 구현될 수 있고, 바람직하게는 초광대역 무선 통신 기술로 구현될 수 있다.
임펄스 응답 분석부(150)는 수신부(140)로부터 제공된 임펄스 신호의 임펄스 응답 특성을 분석하여 전파 지연(propagation delay) 시간을 획득하고 획득한 전파 지연 시간을 거리 측정부(160)에 제공한다.
또한, 임펄스 응답 분석부(150)는 수신된 임펄스 신호의 임펄스 응답 특성을 분석한 후 분석한 임펄스 응답 특성을 제어부(170)에 제공하거나 또는 임펄스 응답 특성에 기초하여 피사체의 특성을 분석한 후 분석한 피사체의 특성 정보를 제어부(170)에 제공할 수 있다. 예컨대, 피사체의 특성은 얼굴, 사람, 나무, 유리창, 건물, 배경 등과 같은 피사체의 종류, 피사체의 밝기(색온도), 피사체의 초점 범위 등에 대한 정보를 포함할 수 있고, 이와 같은 피사체의 특성은 노출 보정, 화이트 밸런스(white balance) 조정 등의 제어에 이용될 수 있다.
또는, 임펄스 응답 분석부(150)는 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 분석한 후 분석한 임펄스 응답 특성에 기초하여 노출값 및/또는 플래시의 적정 광량을 산출한 후 산출된 노출값 및/또는 플래시의 적정 광량을 제어부(170)에 제공하도록 구성될 수도 있다.
거리 측정부(160)는 임펄스 응답 분석부(150)로부터 제공된 전파 지연 시간에 기초하여 자동 초점 조절 장치(100)와 피사체간의 물리적인 거리를 산출한 후 산출된 거리를 제어부(170)에 제공한다. 여기서, 거리 측정부(160)는 수학식 1을 통하여 자동 초점 조절 장치(100)와 피사체간의 거리를 산출(d)할 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서, C는 빛의 속도를 의미하고, Td는 전파 지연 시간을 의미한다.
제어부(170)는 거리 측정부(160)로부터 제공된 피사체와 자동 초점 조절 장치(100)간의 거리 정보에 기초하여 초점 렌즈를 구동시키기 위한 모터 제어 신호를 생성한 후 생성된 모터 제어 신호를 렌즈 구동 모터(10)에 제공한다. 여기서, 상기 초점 렌즈는 카메라 또는 캠코더 등의 렌즈 모듈에 포함된 렌즈로 렌즈 구동 모터의 구동에 상응하여 이동하여 초점을 맞추기 위해 사용되는 렌즈를 의미한다.
또한, 제어부(170)는 임펄스 응답 분석부(150)로부터 제공된 임펄스 응답 특성에 기초하여 피사체의 특성을 분석한 후 분석된 피사체의 특성 정보를 외부의 카메라 제어부(20)에 제공할 수 있다.
제어부(170)는 상기 임펄스 응답 특성에 해당되는 피사체의 특성 정보를 미리 저장된 룩업 테이블(lookup table)을 참조하여 획득할 수 있다. 이를 위해 자동 초점 조절 장치(100)는 상기 룩업 테이블을 저장하는 비휘발성 메모리(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 자동 초점 조절 장치(100)는 반복적인 실험을 통하여 다양한 피사체별로 임펄스 응답 특성을 분석하고 각각의 피사체 특성 정보와 임펄스 응답 특성을 대응시켜 구성된 룩업 테이블을 포함하고, 제어부(170)는 임펄스 응답 분석부(150)로부터 임펄스 응답 특성이 제공되면, 제공된 임펄스 응답 특성에 대응되는 피사체의 특성 정보를 룩업 테이블에서 검색함으로써 피사체의 특성정보를 획득할 수 있다.
또는, 제어부(170)는 임펄스 응답 분석부(150)로부터 제공된 임펄스 응답 특성에 상응하여 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 분석한 후, 분석한 임펄스 응답 특성에 기초하여 노출값 및/또는 플래시의 적정 광량을 산출한 후 산출된 노출값 및/또는 플래시의 적정 광량을 외부의 카메라 제어부(20)에 제공하도록 구성될 수도 있다.
또는, 상기 피사체의 특성 정보, 노출값 및/또는 플래시의 적정 광량을 임펄스 응답 분석부(150)가 획득한 후 제어부(170)에 제공하는 경우에는, 제어부(150)는 임펄스 응답 분석부(150)로부터 제공받은 정보를 외부의 카메라 제어부(20)에 단순히 전달하는 기능을 수행한다. 도 1에서는 설명의 편의상 제어부(170)가 카메라 제어부(20)에 피사체의 특성 정보를 제공하는 것으로 예를 들어 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제어부(170)는 기능적으로 연결된 다른 어떤 장치에도 피사체의 특성 정보를 제공하도록 구성될 수 있다.
제어부(170)는 상술한 바와 같은 대략적(coarse) 초점 조절 기능을 수행한 후 미세(fine) 초점 조절 기능을 수행한다.
구체적으로 제어부(170)는 상기한 바와 같은 기능을 수행하여 대략적 초점이 조절된 초점 렌즈의 위치에서 이미지를 획득한 후 획득한 이미지에 대해 초점치(focus value)를 산출하여 대비(contrast)를 검출하고, 다시 미리 정해진 소정 단위 거리로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어를 수행한 후 다시 이미지를 획득하고 획득한 이미지에 대해 대비를 검출한다. 그리고, 이와 같은 과정을 미리 정해진 회수(예를 들면, 3회)만큼 반복하여 가장 대비가 높은 초점 렌즈의 위치를 최종적인 초점 위치로 결정한다.
즉, 제어부(170)는 대략적 초점 조절 과정을 통해 획득한 초점 렌즈의 위치를 기준으로 상기 초점 렌즈를 미리 정해진 단위 거리 만큼씩 이동시키면서 대비를 검출하여 가장 대비가 높은 초점 렌즈의 위치로 초점 렌즈를 이동시킴으로써 미세 초점 조절을 수행한다.
상기 미리 정해진 단위 거리는 모터 제어 신호에 상응하여 렌즈 구동 모터가 소정 각도만큼 회전할 때 상기 소정 각도의 회전에 상응하는 초점 렌즈의 이동 거리가 될 수 있다. 예컨대, 상기 렌즈 구동 모터가 스텝 모터인 경우 상기 단위 거리는 상기 스텝 모터의 한 스텝에 상응하는 초점 렌즈의 이동 거리가 될 수 있고, 상기한 미세 초점 조절 과정이 세 번 수행 되는 경우, 초점 렌즈의 전체 이동 거리는 스텝 모터의 3 스텝에 상응하는 거리가 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 과정을 나타내는 흐름도이고, 도 3은 도 2에 도시된 초점값 획득 단계를 상세하게 나타낸 흐름도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대략적 자동 초점 조절 과정의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 과정은 크게 대략적 자동 초점 조절 과정(단계 201 내지 211)과 미세 자동 초점 조절 과정(단계 220 내지 235)으로 구성된다.
대략적 자동 초점(Coarse Auto Focus) 조절 과정(단계 201 내지 211)은 임펄스 신호를 피사체에 방사하고 피사체로부터 반사되어 되돌아온 임펄스 신호를 분석하여 초점 렌즈의 위치를 제어하는 과정이고, 미세 자동 초점(Fine Auto Focus) 조절 과정(단계 220 내지 235)은 대략적 자동 초점 조절 과정에서 획득한 초점 렌즈의 위치를 기준으로 미리 설정된 단위 거리만큼 초점 렌즈를 이동시키면 대비를 검출하고 이와 같은 과정을 미리 지정된 회수만큼 반복한 후 대비가 최대가 되는 위치로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어를 수행하는 과정이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 자동 초점 조절 장치는 임펄스 신호를 생성하고(단계 201), 생성된 임펄스 신호를 피사체에 전송한다(단계 203). 여기서, 상기 임펄스 신호는 초광대역(UWB) 무선 통신 기술을 통해 피사체에 전송될 수 있다.
이후, 자동 초점 조절 장치는 전송된 임펄스 신호가 미리 설정된 기준 시간 이내에 임펄스 신호가 수신되는가를 판단하고(단계 205), 상기 기준 시간 이내에 임펄스 신호가 수신된 것으로 판단되면, 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 분석하여 임펄스 신호의 지연 시간을 획득한다(단계 207).
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 타이밍 신호에 상응하여 시간 t1에서 임펄스 신호를 피사체에 전송하면 시간 t2에서 전송된 임펄스 신호가 피사체에 반사되어 수신되고, 시간 t2와 시간 t1의 차이가 전파 지연 시간 Td가 된다.
단계 205에서 판단 결과, 임펄스 신호가 상기 기준 시간 이내에 수신되지 않은 것으로 판단되면 이는 피사체가 원거리에 있음을 의미하므로 자동 초점 조절 장치는 초점을 무한대로 설정하기 위한 모터 제어 신호를 제공한다(단계 237). 또는 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 기준 시간을 조정하여 원거리에 위치하는 피사체의 초점을 보다 정확하게 조정할 수 있도록 구성될 수도 있다.
이후, 자동 초점 조절 장치는 임펄스 응답 특성에 기초하여 피사체의 특성을 분석하고 분석된 피사체의 특성을 외부 장치(예를 들면, 카메라 제어부)에 제공함으로써 피사체의 특성이 화이트 밸런스 조정이나 노출 또는 촬영 모드 설정 등과 같은 카메라나 캠코더의 자동 제어에 이용될 수 있도록 한다. 여기서, 자동 초점 조절 장치는 비휘발성 메모리에 미리 저장된 룩업 테이블에서 상기 임펄스 응답에 대응되는 피사체의 특성을 검색함으로써 피사체의 특성 정보를 획득할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 시간 t1에 전송된 임펄스 신호가 전파 지연 시간 Td 후에 시간 t2에서 수신되면, 수신된 임펄스 신호의 응답(151) 특성을 분석하여 피사체의 특성을 분석할 수 있다.
또한, 자동 초점 조절 장치는 단계 207의 실행을 통해 획득한 임펄스 신호의 전파 지연 시간에 기초하여 피사체와 자동 초점 조절 장치 사이의 물리적인 거리를 산출한다(단계 209).
이후, 자동 초점 조절 장치는 산출된 거리에 상응하는 초점 위치로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 모터 제어 신호를 생성한 후 생성된 모터 제어 신호를 렌즈 구동 모터에 제공한다(단계 211).
이후, 자동 초점 조절 장치는 상술한 바와 같은 대략적 자동 초점 조절 과정(단계 201 내지 단계 211)의 실행을 통해 이동한 초점 렌즈의 위치에서 초점값을 획득한 후(단계 220), 상기 초점값 획득의 실행 회수가 미리 설정된 회수만큼 수행되었는지를 판단한다(단계 231).
단계 231에서 판단 결과 초점값 획득 실행 회수가 미리 설정된 기준회수 만큼 실행되지 않은 것으로 판단되면, 자동 초점 조절 장치는 미리 설정된 단위 거리만큼 초점 렌즈를 이동시키기 위한 모터 제어신호를 렌즈 구동 모터에 제공한다(단계 233). 또는 단계 231에서 초점값 획득 실행 회수가 미리 설정된 기준회수 만큼 실행된 것으로 판단되면, 자동 초점 조절 장치는 상기 미리 정해진 회수만큼의 실행을 통해 획득한 초점 위치 중 가장 대비가 높은 위치로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 모터 제어 신호를 생성하여 렌즈 구동 모터에 제공한다(단계 235).
도 3을 참조하여 상기한 초점값 획득 단계를 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 자동 초점 조절 장치는 이미지 센서의 수직 동기 신호를 대기한 후(단계 221), 상기 수직 동기 신호가 생성되면 이에 상응하여 이미지 센서로부터 촬상된 이미지를 획득하고(단계 223), 획득한 이미지에서 미리 설정된 소정 영역에 대한 초점치를 산출하여 대비를 검출한다(단계 225).
상술한 바와 같이 미세 자동 초점 조절 과정에서는 단계 211의 수행을 통해 대략적 초점이 조절된 초점 렌즈의 위치를 기준으로 미리 설정된 단위 거리 만큼 초점 렌즈를 이동시키면서(단계 233) 초점값 획득 단계(단계 220)를 실행하여 가장 대비가 높은 위치를 최적의 초점 위치로 판단하고 초점 렌즈를 상기 최적의 초점 위치로 이동시킴으로써 미세하게 초점을 조절 한다.
상기 미리 정해진 단위 거리는 모터 제어 신호에 상응하여 렌즈 구동 모터가 소정 각도만큼 회전할 때 상기 소정 각도의 회전에 상응하는 초점 렌즈의 이동 거리가 될 수 있다. 예컨대, 상기 렌즈 구동 모터가 회전하는 최소 단위를 스텝(step)이라 지칭할 때, 상기 단위 거리는 렌즈 구동 모터의 한 스텝 회전에 상응하는 초점 렌즈의 이동 거리 또는 렌즈의 초점 거리를 의미할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절과정에서 초점값 획득 단계(단계 220)가 3회 실행되도록 구성된 경우 렌즈 구동 모터는 1회 실행시 1스텝씩 이동하여 총 3스텝만큼 회전할 수 있고 초점 렌즈는 단계 211의 실행을 통해 설정된 위치를 기준으로 렌즈 구동 모터의 각 스텝에 상응하는 거리만큼 이동하게 된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 타이밍 신호 발생부 120 : 임펄스 신호 생성부
130 : 송신부 140 : 수신부
150 : 임펄스 응답 분석부 160 : 거리 측정부
170 : 제어부

Claims (15)

  1. 자동으로 초점을 조절하는 자동 초점 조절 장치에 있어서,
    임펄스 신호를 생성하는 임펄스 신호 생성부;
    생성된 상기 임펄스 신호를 피사체에 전송하고 상기 피사체로부터 반사된 임펄스 신호를 수신하는 무선 인터페이스;
    수신된 상기 임펄스 신호의 전파 지연 시간을 획득하는 임펄스 응답 분석부;
    상기 전파 지연 시간에 기초하여 상기 자동 초점 조절 장치와 상기 피사체 사이의 거리를 획득하는 거리 측정부; 및
    상기 거리에 기초하여 첫 번째 초점 조절을 위한 제어 신호을 제공한 후, 촬상된 이미지의 대비(contrast)를 통해 최종 초점 조절을 위한 제어 신호를 제공하는 제어부를 포함하는 자동 초점 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 첫 번째 초점 조절을 위해 상기 거리에 상응하는 위치로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 최종 초점 조절을 위해, 상기 첫 번째 초점 조절을 위한 제어신호에 상응하여 이동한 초점 렌즈의 위치를 기준으로 미리 정해진 이동거리 범위 내에서 상기 초점 렌즈를 단위 거리만큼씩 이동시키면서 초점 렌즈가 이동한 각 위치에서 촬상된 이미지의 대비를 검출하고, 검출된 이미지의 대비가 가장 높은 위치로 상기 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무선 인터페이스는
    초광대역(Ultra Wide Band) 무선 통신 기술을 사용하여 상기 임펄스 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 임펄스 응답 분석부는
    상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 상기 피사체의 특성을 분석하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 임펄스 응답 분석부는
    상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 노출값 및 플래시 광량 중 적어도 하나의 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 임펄스 응답 분석부는
    상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 상기 제어부에 제공하고, 상기 제어부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 상기 피사체의 특성을 분석하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 임펄스 신호의 응답 특성과 이에 대응되는 피사체의 특성이 미리 저장된 룩업 테이블(lookup table)을 참조하여 상기 피사체의 특성을 획득한 후, 획득한 상기 피사체의 특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 임펄스 응답 분석부는
    상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성을 상기 제어부에 제공하고, 상기 제어부는 상기 수신된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 노출값 및 플래시 광량 중 적어도 하나의 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 장치.
  10. 자동 초점 조절 장치의 자동 초점 조절 방법에 있어서,
    임펄스 신호를 피사체에 전송하는 단계;
    상기 피사체로부터 반사된 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 전파 지연 시간을 획득하는 단계;
    상기 전파 지연 시간에 기초하여 상기 자동 초점 조절 장치와 상기 피사체 사이의 거리를 획득하는 단계;
    상기 거리에 상응하는 첫 번째 위치로 초점 렌즈를 이동시키기 위한 제어 신호를 제공하는 대략적 초점 조절 단계; 및
    상기 첫 번째 위치를 기준으로 미리 정해진 상기 초점 렌즈의 이동 거리 범위 내에서 촬상된 이미지의 대비를 통해 최종 초점 조절을 위한 제어 신호를 제공하는 미세 초점 조절 단계를 포함하는 자동 초점 조절 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 임펄스 신호를 피사체에 전송하는 단계는
    초광대역(Ultra Wide Band) 무선 통신 기술을 사용하여 상기 임펄스 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 미세 초점 조절 단계는
    상기 첫 번째 위치를 기준으로 미리 정해진 단위 거리 만큼 초점 거리를 상기 초점 렌즈를 이동시키는 초점 렌즈 이동 단계;
    상기 초점 렌즈가 이동한 위치에서 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계;
    획득한 상기 이미지의 대비를 검출하는 대비 검출 단계를 포함하되,
    상기 초점 렌즈 이동 단계, 상기 이미지 획득 단계 및 상기 대비 검출 단계는 미리 정해진 회수만큼 반복한 후, 가장 이미지의 대비가 높은 위치로 상기 초점 렌즈를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 자동 초점 조절 방법은
    상기 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 상기 피사체의 특성을 분석하는 피사체 특성 분석 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 피사체 특성 분석 단계는
    상기 임펄스 신호의 응답 특성과 이에 대응되는 피사체의 특성이 미리 저장된 룩업 테이블(lookup table)을 참조하여 상기 피사체의 특성을 획득하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 자동 초점 조절 방법은
    상기 임펄스 신호의 응답 특성에 기초하여 노출값 및 플래시 광량 중 적어도 하나의 정보를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 방법.
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