KR20120117239A - ３ｄ 영상 촬영용 광학 모듈 - Google Patents

３ｄ 영상 촬영용 광학 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 영상 촬영용 광학 모듈에 관한 것으로, 소정크기의 하우징, 상기 하우징 일측에 구비되어 3D 영상 획득을 위해 좌안 영상을 획득하는 제 1렌즈, 상기 하우징 타측에 구비되어 3D 영상 획득을 위한 우안 영상을 획득하는 제 2렌즈, 상기 제 1렌즈와 제 2렌즈로 입사되는 영상을 촬영기기 카메라 전면에 구비된 제 3렌즈로 입사시키는 광전달부 및 상기 촬영기기로부터 제어받으며, 제 1렌즈를 통해 입사되는 영상과 제 2렌즈를 통해 입사되는 영상을 교번적으로 입사되도록 결정하는 제 1셔터와 제 2셔터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 다양한 휴대용 촬영기기에 설치하여 3D 영상을 촬영할 수 있는 장점이 있다.

Description

３Ｄ 영상 촬영용 광학 모듈{3D image photographing optical modules}
본 발명은 3D 영상 촬영용 광학 모듈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 휴대폰, 스마트폰, 카메라 등에 장착되어 상기 기기들을 통해 3D 영상을 촬영할 수 있는 3D 영상 촬영용 광학 모듈에 관한 것이다.
3D 입체영상 기술은 생동감 있는 영상을 구현하기 위한 것으로 차세대 영상기술로 각광받고 있다. 최근 들어 영화, 교육, 광고 등의 각종 3D 영상 콘텐츠의 제작이 활발해지고 있으며 3D TV의 보급으로 관련시장의 규모가 크게 확대될 것으로 예상되고 있다.
3D 입체영상 기술은 인간이 두 눈을 통해 세상을 바라보는 양안시차의 원리를 이용한다. 인간의 두 눈은 약 65mm 정도 이격되어 있고, 이로 인해 좌안과 우안은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 된다. 그리고, 뇌가 서로 다른 두 화상을 합성하여 인식함으로써 입체감을 느끼게 된다. 따라서, 입체영상을 얻기 위해서는 인간의 좌안과 우안에 해당하는 2대의 영상카메라를 이용하여 피사체를 촬영하고, 좌측 영상과 우측 영상을 동기화하여 합성하는 과정을 거치게 된다.
한편, 좌측 영상과 우측 영상을 얻기 위해서는 일명 '리그(Rig)'라고 불리우는 촬영장비가 필요하다. 리그장치는 2대의 영상카메라가 설치되고 이를 정밀제어하기 위한 핵심장비로서, 영상카메라의 배열방식에 따라 수평식 리그와 직교식 리그로 구분할 수 있다.
수평식 리그는 2대의 영상카메라가 인간의 두 눈과 같이 수평으로 배치된다. 이와 같은 수평식 리그는 영상카메라를 구동시키기 위한 구조를 비교적 단순하게 구성할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 수평식 리그는 영상카메라 자체의 부피로 인해 영상카메라 사이의 광축거리를 인간의 양안거리(약 65mm)만큼 좁힐 수 없는 문제점이 있다. 즉, 수평식 리그를 이용하여 근거리의 피사체를 촬영하는 경우 현실과 다른 입체감을 구현하게 되어 부자연스러운 영상을 제공한다. 이와 같은 문제점으로 인해 수평식 리그는 근거리 촬영에 적합하지 않고, 중거리 및 원거리 촬영에 주로 사용되고 있다.
직교식 리그는 수평식 리그의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 반반사 미러(half mirror)를 중심으로 2대의 영상카메라가 수직으로 배치되는 구조를 갖는다. 즉, 반반사 미러를 통과한 투과광은 수평 배열된 영상카메라에 입사되고, 반사광은 위 또는 아래로 수직 배열된 다른 영상카메라에 입사된다. 그리고, 직교식 리그는 수평 배열된 영상카메라를 좌우로 수평 이동시킴으로써 영상카메라의 광축거리를 조절하게 된다. 이로 인해 영상카메라의 광축거리를 양안거리만큼 좁힐 수 있고, 근거리 피사체에 대한 실제적인 입체감을 충분히 구현할 수 있다.
이처럼 최근에는 입체영상 관련 장치들의 기술들이 빠르게 개발되고 있으며, 3차원 영상을 통해 사용자들에게 제공할 수 있는 컨텐츠도 매우 다양하다. 일반인들의 경우 쉽게 접할 수 있는 촬영기기는 휴대폰, 스마트폰, 카메라 등을 이용하여 개인적으로 영상 컨텐츠를 제작하는 경우도 매우 빈번하다. 하지만, 현실적으로 입체 영상 기술이 고속으로 성장하고 있는 실정에서 일반 개인들이 3차원 영상을 촬영하기란 현실적으로 불가능한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 휴대폰, 스마트폰, 일반 카메라를 포함하여 촬영기기 등에 쉽게 부착하여 3D 영상을 획득할 수 있는 촬영용 광학 모듈을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정크기의 하우징, 상기 하우징 일측에 구비되어 3D 영상 획득을 위해 좌안 영상을 획득하는 제 1렌즈, 상기 하우징 타측에 구비되어 3D 영상 획득을 위한 우안 영상을 획득하는 제 2렌즈, 상기 제 1렌즈와 제 2렌즈로 입사되는 영상을 촬영기기 카메라 전면에 구비된 제 3렌즈로 입사시키는 광전달부 및 상기 촬영기기로부터 제어받으며, 제 1렌즈를 통해 입사되는 영상과 제 2렌즈를 통해 입사되는 영상을 교번적으로 입사되도록 결정하는 제 1셔터와 제 2셔터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광학수단은, 상기 제 1렌즈와 제 2렌즈에 각각 입사되는 광을 각각 반사시키는 제 1프리즘과 제 2프리즘 및 상기 제 1프리즘과 제 2프리즘에서 반사된 광이 상기 제 1셔터와 제 2셔터를 통과한 광을 상기 촬영기기에 구비된 제 1렌즈로 입사되도록 반사시키는 반사부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사부는, 빔스플리터와 미러가 각각 구비되어 제 1렌즈를 통해 입사되는 광은 상기 미러를 통해 반사된 후 빔스플리터를 투과하여 상기 제 3렌즈로 입사되고, 상기 제 2렌즈를 통해 입사된 광은 상기 빔스플리터를 통해 반사되어 상기 제 3렌즈로 입사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징에는, 상기 제 3렌즈와 마주하는 원도우가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1셔터와 제 2셔터는, LCD 패널을 사용하거나, 기계식 셔터를 사용하며, 상기 촬영기기와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 촬영기기는, 상기 제 1셔터와 제 2셔터의 개폐속도를 제어하여 제어된 개폐속도에 따라 촬영된 영상 출력을 제어하며, 셔터 제어 신호에는 제 1셔터와 제 2셔터를 판별하는 코드 신호를 통해 두 개의 셔터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 휴대폰, 스마트폰, 카메라 등의 휴대용 촬영기기에 장착하여 3D 영상을 쉽게 촬영할 수 있으며, 구조가 간단하여 제조비용이 적은 이점이 있다.
또한, 하우징의 구조만 촬영기기에 적합하게 변경되면 모든 촬영기기에 용이하게 장착할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 개략적인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 광 입사 상태를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 장착된 상태를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 장착된 다른 예를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈은, 소정크기의 하우징, 상기 하우징 일측에 구비되어 3D 영상 획득을 위해 좌안 영상을 획득하는 제 1렌즈, 상기 하우징 타측에 구비되어 3D 영상 획득을 위한 우안 영상을 획득하는 제 2렌즈, 상기 제 1렌즈와 제 2렌즈로 입사되는 영상을 촬영기기 카메라 전면에 구비된 제 3렌즈로 입사시키는 광전달부 및 상기 촬영기기로부터 제어받으며, 제 1렌즈를 통해 입사되는 영상과 제 2렌즈를 통해 입사되는 영상을 교번적으로 입사되도록 결정하는 제 1셔터와 제 2셔터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈은, 스마트폰, 휴대폰 등과 같은 휴대용 촬영기기에 장착하고, 촬영기기의 셔터 제어신호를 통해 좌안, 우안 영상을 번갈아 획득할 수 있는 구조가 간단한 입체 영상 촬영을 위한 광학 모듈에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 개략적인 사시도이다. 본 발명에 따른 3차원 영상 광학 모듈은, 하우징(100), 상기 하우징 내측에 구비되는 제 1렌즈(200)와 제 2렌즈(210), 상기 렌즈에서 입사되는 광을 전달하는 반사부(330), 입사되는 광을 선택적으로 투과시키는 제 1셔터(400)와 제 2셔터(410)로 크게 구성된다.
하우징(100)은 본 발명에 따른 광학적 구성요소들을 수용하기 구성으로써, 금속재나 플라스틱계열의 합성수지로 제작되며, 내부에는 소정의 공간이 형성된다. 상기 하우징은 적용할 촬영기기에 적합한 크기를 가질 수 있으며, 촬영기기에 장착될 수 있도록 구조적으로 다양한 형태를 가질 수 있다.
제 1렌즈(200)와 제 2렌즈(210)는 좌안 영상과 우안 영상을 획득하기 위한 것으로, 상기 하우징 전면 양측으로 각각 구비된다. 상기 제 1, 2렌즈는 영상 획득 형태에 따라 다양한 볼록, 오목 등의 다양한 광학적 원리를 적용한 렌즈가 적용될 수 있다.
렌즈를 통해 입사되는 광은 광전달부(300)를 순차적으로 통과하여 최종적으로 촬영기기의 카메라 모듈로 입사되도록 구성된다. 상기 광전달부는 렌즈를 통해 입사되는 광을 카메라 모듈에 전달하기 위한 다양한 형태로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 일실시예로는 각 렌즈를 통해 입사되는 광을 반사하는 제 1프리즘(310)과 제 2프리즘(320), 상기 프리즘을 통해 반사되는 광을 다시 반사시켜 촬영기기의 카메라 모듈로 입사시키는 반사부(330)로 구성된다. 상기 반사부는 광학적 구조를 간소화시키기 위하여 하나의 미러(331)와 빔스플리터(332)로 구성될 수 있다. 여기서 상기 미러(331)는 100% 반사율을 가지는 미러이며, 빔스플리터는 하프(half)에 해당한다. 따라서 제 1렌즈로 입사되는 광은 제 1프리즘에서 반사되어 다시 미러로 입사되고, 미러에 의해 전부 반사되어 빔스플리터에 입사된 후 일부는 반사되고 일부는 투과하여 촬영기기의 카메라 모듈에 구성된 제 3렌즈로 입사된다.
제 2렌즈를 통해 입사된 광은 제 2프리즘에서 반사되어 상기 빔스플리터로 입사되어 일부는 투과되고 일부는 반사되고 카메라 모듈로 입사된다.
여기서, 제 1렌즈와 제 2렌즈로 입사되는 좌안 영상과 우안 영상을 선택적으로 획득하기 위하여 프리즘과 미러 또는 프리즘과 빔스플리터 사이 광 경로에는 각각 제 1셔터(400)와 제 2셔터(410)가 구비된다. 상기 셔터는 입사되는 광을 교번적으로 입사되도록 제어하는 입사광을 차단/투과시키는 것으로, 이는 LCD이나 기계식 셔터장치로 구성될 수 있다.
상기 제 1셔터와 제 2셔터는 촬영기기와 유선 또는 무선으로 연결되어 셔터 동작을 제어 받게 되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 광 입사 상태를 도시한 도면이다. 도 2는 광 경로는 나타낸 것으로, 우선 제 1렌즈를 통해 입사되는 광은 제 1프리즘에서 반사되어 제 1셔터를 통과한다. 상기 제 1셔터의 선택적인 개방을 통해 투과된 빛은 미러에서 전부 반사된 후 빔스플리터에 의해 일부는 반사되고 일부는 투과되어 촬영기기에 구비된 제 3렌즈로 입사된다. 따라서, 제 1렌즈를 통해 촬영기기에서 좌안 영상을 획득한다.
제 2렌즈를 통해서 입사되는 광은 우안 영상을 획득하는 것으로, 입사된 광은 제 2프리즘을 통해 반사된 후 제 2셔터의 선택적인 개방을 통해 빔스플리터에서 일부는 투과하구 일부는 반사되어 제 3렌즈로 입사된다.
상기와 같이 구성되는 촬영모듈은 상기 제 1셔터와 제 2셔터의 제어를 위하여 촬영기기와 무선 또는 유선으로 연결되며, 펌웨어 등의 소프트웨어를 통해 입체 영상 촬영을 위한 교번적인 개폐를 구현하는 제어신호를 입력받게 된다. 한 프레임은 제 1렌즈를 통한 영상을 입력받을 때 제 1셔터는 개방되고, 제 2셔터는 닫힌다. 제 2렌즈를 통한 영상을 입력받을 때에는 제 2셔터는 개방되고, 제 1셔터는 닫힌다. 이처럼 셔터의 반복 동작을 통해 촬영기기 카메라 모듈에 입력되는 영상을 통해 3차원 영상을 획득할 수 있다.
이때, 상기 촬영기기는 상기 제 1셔터와 제 2셔터의 개폐속도를 제어한다. 셔터의 개폐속도를 제어하여 저속 또는 고속의 입체 영상을 사용자가 원하는대로 획득할 수 있다. 또한 셔터 속도 제어신호에 따라 획득한 영상을 촬영기기는 출력할 때 제어한다. 예를 들어 각 셔터를 1/200sec 로 셔터를 제어할 경우 좌안 우안 최종 영상은 1/400sec 속도로 제어되는 것이고, 이 속도로 촬영된 영상된 영상은 촬영기기에 저장 시 속도 정보를 제공함으로써 얼마의 셔터 속도로 제어되었는지 여부를 확인할 수 있다. 또한, 사용자가 원하는데로 셔터 속도를 제어하여 영상을 획득할 수 있는 것이다. 입체 이미지를 획득할 경우에는 각 셔터가 한번씩만 개폐하여 좌안/우안 이미지를 획득하여 입체 이미지를 획득한다.
또한, 촬영기기는 셔터 제어 신호를 촬영 모듈에 제공할 때 각 셔터의 코드 신호를 함께 부여한다. 이는 촬영기기로부터 출력되는 제어신호가 촬영 모듈로 전송될 때 제 1셔터와 제 2셔터가 해당 제어 신호를 입력받기 위한 것이다.
한편, 좌안 영상과 우안 영상을 제 3렌즈로 입사시키기 위해 제 3렌즈와 마주하는 하우징 일면으로는 이미지 광 투과용 원도우(340)가 구비된다. 따라서 획득된 최종광은 상기 원도우(340)를 투과하여 카메라 모듈에 입사된다.
도 3은 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 장착된 상태를 도시한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 3D 영상 촬영용 광학 모듈의 장착된 다른 예를 도시한 도면이다. 도시된 예는 스마트폰에 장착된 3D 영상 촬영 모듈을 나타낸 것으로, 도 3은 하우징(100)이 스마트폰 상부측을 둘러싸도록 스마트폰 둘레에 대응하는 홈을 가지고 삽입되며, 상기 원도우가 제 3렌즈에 마주하도록 끼움 결합시킨 후 셔터를 제어하는 케이블 또는 무선 통신을 통해 셔터를 제어하면서 촬영기기의 카메라 모듈과 연동시킨다. 도 4의 경우 하우징이 촬영기기 상부측에 고정되도록 구성한 것이다. 이처럼 하우징을 촬영기기에 설치하기 위한 구조는 다양하게 변경될 수 있는 것으로, 이에 한정되는 것은 결코 아니다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 스마트폰이나 카메라와 같은 촬영기기에 쉽게 장착하여 입체 영상을 용이하게 획득할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 하우징 200 : 제 1렌즈
210 : 제 2렌즈 300 : 광전달부
310 : 제 1프리즘 320 : 제 2프리즘
330 : 반사부 331 : 미러
332 : 빔스플리터 340 : 원도우
400 : 제 1셔터 410 : 제 2셔터
500 : 촬영기기 510 : 제 3렌즈

Claims (6)

  1. 소정크기의 하우징;
    상기 하우징 일측에 구비되어 3D 영상 획득을 위해 좌안 영상을 획득하는 제 1렌즈;
    상기 하우징 타측에 구비되어 3D 영상 획득을 위한 우안 영상을 획득하는 제 2렌즈;
    상기 제 1렌즈와 제 2렌즈로 입사되는 영상을 촬영기기 카메라 전면에 구비된 제 3렌즈로 입사시키는 광전달부; 및
    상기 촬영기기로부터 제어받으며, 제 1렌즈를 통해 입사되는 영상과 제 2렌즈를 통해 입사되는 영상을 교번적으로 입사되도록 결정하는 제 1셔터와 제 2셔터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 영상 촬영용 광학 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광전달부는,
    상기 제 1렌즈와 제 2렌즈에 각각 입사되는 광을 각각 반사시키는 제 1프리즘과 제 2프리즘; 및
    상기 제 1프리즘과 제 2프리즘에서 반사된 광이 상기 제 1셔터와 제 2셔터를 통과한 광을 상기 촬영기기에 구비된 제 1렌즈로 입사되도록 반사시키는 반사부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 영상 촬영용 광학 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 반사부는,
    빔스플리터와 미러가 각각 구비되어 제 1렌즈를 통해 입사되는 광은 상기 미러를 통해 반사된 후 빔스플리터를 투과하여 상기 제 3렌즈로 입사되고, 상기 제 2렌즈를 통해 입사된 광은 상기 빔스플리터를 통해 반사되어 상기 제 3렌즈로 입사되는 것을 특징으로 하는 3D 영상 촬영용 광학 모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 하우징에는,
    상기 제 3렌즈와 마주하는 원도우가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 3D 영상 촬영용 광학 모듈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1셔터와 제 2셔터는,
    LCD 패널을 사용하거나, 기계식 셔터를 사용하며, 상기 촬영기기와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어되는 것을 특징으로 하는 3D 영상 촬영용 광학 모듈.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 촬영기기는,
    상기 제 1셔터와 제 2셔터의 개폐속도를 제어하여 제어된 개폐속도에 따라 촬영된 영상 출력을 제어하며, 셔터 제어 신호에는 제 1셔터와 제 2셔터를 판별하는 코드 신호를 통해 두 개의 셔터를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 영상 촬영용 광학 모듈.
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