KR20170105631A - 단안식 입체 카메라 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피사체의 입체 이미지를 촬영하는 단안식 입체 카메라에 관한 것으로서, 본 발명의 단안식 입체 카메라는 제1 결상렌즈 조립체, 제1 결상렌즈 조립체를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러, 하프 미러에 의해 반사된 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체를 포함하는 제1 카메라, 하프 미러를 통과한 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체를 포함하는 제2 카메라, 제1 결상렌즈 조립체와 하프 미러 사이의 광축 또는 하프 미러와 제3 결상렌즈 조립체 사이의 광축에 배치되는 제2 결상렌즈 조립체를 포함한다. 본 발명에 따른 단안식 입체 카메라는 카메라 자체의 위치 조작 및 회전 없이도, 간편하고 손쉽게 카메라에 촬상되는 상 이미지를 동일하게 제어하고, 광축을 변경하며, 주시각을 조절하고, 제3 결상렌즈 조립체, 하프 미러, 카메라의 위치 오차를 보정할 수 있다.

Description

단안식 입체 카메라
본 발명은 피사체의 입체 이미지를 촬영하기 위한 단안식 입체 카메라에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 촬영 현장에서 빠르고 정밀하게 카메라에 촬상되는 상 이미지를 동일하게 제어하고, 광축을 변경하며, 주시각을 조절 및 카메라의 위치 오차를 보정할 수 있는 단안식 입체 카메라에 관한 것이다.
입체 카메라는 두 개의 카메라를 사용하여 피사체의 좌안 영상과 우안 영상을 동시에 획득할 수 있는 카메라로서, 통상적인 입체 카메라는 피사체의 좌안 영상을 획득하는 좌안 카메라, 피사체의 우안 영상을 획득하는 우안 카메라로 구성되어 있다.
도 1은 종래 기술의 입체 카메라의 모식도이다. 도 1을 참고하면, 피사체(1)의 광은 메인 렌즈(6)를 통과하고 하프 미러(H)를 통과한 광은 좌안 카메라(4)에 결상되어 좌안 이미지(5)를 획득하고, 하프 미러(H)에 의해 반사된 광은 우안 카메라(2)에 결상되어 우안 이미지(3)를 획득한다. 좌안 카메라(4)와 우안 카메라(2)가 획득한 이미지들(3, 5)는 서로 양안 시차(d)를 가져 입체 이미지를 구현할 수 있다.
입체 카메라가 선명한 입체 이미지를 획득하기 위해서는 우안 이미지(3)와 좌안 이미지(5)는 양안 시차를 가져야 하고, 상의 크기가 동일해야 한다. 우안 이미지(3)와 좌안 이미지(5)의 상 크기 자체가 동일하지 않으면 품질이 현저히 낮은 입체 이미지를 얻게 된다.
따라서, 종래 기술의 입체 카메라는 좌안 이미지와 우안 이미지의 상의 크기가 동일하도록, 좌안 카메라(4)를 광축을 따라 전/후로 이동(X축 상의 이동)시켜 상의 크기가 동일하도록 제어하거나, 우안 카메라(2)를 광축을 따라 전/후로 이동시켜 상의 크기가 동일하도록 제어한다. 그러나, 피사체는 시시각각 움직임이 변화하는데, 좌안 카메라와 우안 카메라를 미세하게 전/후 이동시키면서 입체이미지를 촬영한다는 것은 사실상 어렵고, 카메라의 기계적인 위치를 변경하는 제어가 매우 번거롭다.
또한, 입체 카메라는 입체 이미지를 획득하기 위해 좌안 카메라와 우안 카메라의 광축을 변경하거나 주시각 조절이 필요한데, 종래 기술은 좌안 카메라(4)의 경우 좌안 카메라를 Z축을 중심축으로 회전하여 광축을 변경하거나 주시각을 조절한다. 주시각은 두 대의 카메라 또는 렌즈가 좌우로 소정 거리만큼 이격된 상태에서 피사체를 촬영할 때, 두 대의 카메라로 좌우의 영상이 화면상에 일치되는 지점인 컨버전스 포인트의 위치와 관련된 것으로써, 컨버전스 포인트를 조절하여 피사체의 입체 이미지가 화면의 앞쪽으로 튀어나오거나 뒤로 물러난 듯 보이도록 조정할 수 있다.
입체 카메라는 입체 이미지를 획득하기 위해서, 광축 정렬이 반드시 필요하다. 광축 정렬이라 함은 하프 미러나 카메라의 위치를 보정하여 광축에 일치시키는 것을 가리킨다. 광축이 정렬되지 않으면 좋은 품질의 입체 이미지를 획득할 수 없다. 따라서, 좌안 카메라와 우안 카메라의 광축을 변경하기 위해, 좌안 카메라(4)의 경우 종래 기술은 촬영자가 좌안 카메라(4)를 Y축을 중심으로 회전시켜 광축을 변경하거나 Z축을 중심으로 회전시켜 광축을 변경한다.
즉, 종래 기술의 입체 카메라는 입체 이미지를 획득하기 위해, 촬영자가 직접적으로 카메라의 물리적 위치를 이동시키거나 회전하는 방식을 사용한 것이다.
종래 기술의 예로써, 대한민국 등록특허 제1214855호는 좌안 및 우안 카메라 모두에 조절 모듈을 장착하고, 조절 모듈을 이용하여 광축 정렬 및 주시각을 조절한다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이 대한민국 등록특허 제1214855호는 조절 모듈의 구조가 매우 복잡하여 시시각각 움직이는 피사체를 촬영하는 촬영 현장에 적용성이 떨어지고, 제품화에 소용되는 비용이 비싸다는 문제가 있다.
또한, 좌안 이미지 및 우안 이미지를 촬영하는 좌우 각각의 렌즈와 피사체까지의 거리뿐만 아니라 두 렌즈의 물리적 특성 또한 일치해야 하는데, 렌즈 제작 시의 오차가 상존하기 때문에 물리적으로 일치한 렌즈를 만드는 데 어려움이 있다. 물리적으로 일치하지 않는 두 렌즈를 사용해서 정밀한 입체 이미지를 촬영하기는 매우 어려운데, 물리적 동일성의 한계를 갖는 두 렌즈는 사용 시 좌안 이미지와 우안 이미지의 상 크기를 일치시켜야만 품질 높은 입체 이미지를 획득할 수 있기 때문이다. 따라서, 촬영 현장에서 빠르고 손쉽고 정밀하게 상의 크기, 주시각 및 광축 변경을 제어할 수 있는 새로운 개념의 단안식 입체 카메라가 절실히 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 카메라 본체의 위치 및 회전 없이도, 촬영자가 간편하고 손쉽게 카메라의 (1) 제1 및 제2 카메라에 촬상되는 상 이미지를 동일하게 제어하고, (2) 광축을 변경하며, (3) 주시각을 조절하고, (4) 제3 결상렌즈 조립체, 하프 미러, 카메라의 위치 오차를 보정할 수 있는 단안식 입체 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에 따른 단안식 입체 카메라는 제1 결상렌즈 조립체(10), 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러(H), 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)를 포함하는 제1 카메라(30), 하프 미러(H)를 통과한 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)를 포함하는 제2 카메라(40) 및 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이의 광축 또는 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41) 사이의 광축에 배치되는 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)를 포함한다.
즉, 본 발명의 단안식 카메라는 광축에 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)를 포함하여 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)를 광축을 따라 이동시킴으로써, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 초점위치를 변화시키거나, 제1 카메라(30)의 상 크기와 제2 카메라(40)의 상 크기가 동일하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 단안식 입체 카메라는 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)가 광축을 기준으로 좌측 수직한 방향으로 연장된 연장선(Y축, Y'축)을 중심으로 회전(이하 '틸팅'이라 함)됨에 따라 광축 정렬이 이루어지며, 상기 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)가 광축을 기준으로 하부 수직한 방향으로 연장된 연장선(Z축, Z'축)을 중심으로 회전(이하 '패닝'이라 함)됨에 따라, 광축 정렬 및 주시각 조절이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 단안식 입체 카메라는 카메라 자체의 위치 조작 및 회전 없이도, 간편하고 손쉽게 (1) 제1 및 제2 카메라에 촬상되는 상 이미지를 동일하게 제어하고, (2) 광축을 변경하며, (3) 주시각을 조절하고, (4) 제3 결상렌즈 조립체, 하프 미러, 카메라의 위치 오차를 보정할 수 있다.
따라서, 촬영 현장에서 시시각각 움직이는 피사체를 상황에 맞게 손쉽고 빠르게 제어하여 입체감이 잘 표현된 품질 높은 입체 이미지를 획득할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 단안식 입체 카메라를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 하프 미러(H)를 삭제하고 단일 카메라로 구성한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 입체 카메라의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 입체 카메라의 구성도이다.
도 9는 도 2의 광학적 구성을 탑재한 제5 실시예에 따른 입체 카메라의 사시도이다.
도 10은 도9의 입체 카메라를 분해한 분해 사시도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 제2 결상렌즈 하우징을 확대한 이미지와 단면을 도시한 도면이다.
도 12는 도 9 및 도 10에 도시된 패닝, 틸팅 및 롤링 수단인 고니오 스테이지를 분해한 분해 사시도이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 배치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 이하에서 설명하는 “입체 이미지”는 정지된 피사체의 입체 이미지뿐만 아니라, 움직이는 피사체의 동적 입체 이미지를 연결한 동영상도 포함되고, “~ 결상렌즈 조립체”는 하나의 렌즈로서 이루어질 수도 있지만 2 이상의 렌즈로도 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 카메라의 위치 이동 없이도, 제2 결상렌즈 조립체를 사용하여 간편하고 손쉽게 상 이미지를 동일하게 제어하고, 광축을 변경하며, 주시각을 조절하고 카메라의 위치 오차를 보정할 수 있는 단안식 입체 카메라를 제공한다. 이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
(1)제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 단안식 입체카메라(100)는 제1 결상렌즈 조립체(10), 하프 미러(H), 제2 결상렌즈 조립체(21, 22), 제3 결상렌즈 조립체(31, 41), 제1 카메라(30) 및 제2 카메라(40)를 포함한다.
제1 결상렌즈 조립체(10)는 피사체(8)로부터 입사된 광을 수렴한다. 제1 결상렌즈(10)를 통과한 광선은 하프 미러(H)를 거치는데, 하프 미러(H)는 광선 중 일부는 반사하고 나머지는 통과시킨다. 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선은 제2 결상렌즈 조립체(21)를 통과한 후 제3 결상렌즈 조립체(31)에서 결상되며, 하프 미러(H)를 통과한 광선은 제2 결상렌즈 조립체(22)를 통과한 후 제3 결상렌즈 조립체(41)에 결상된다. 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 카메라(30, 40)에 탑재될 수 있다. 본 실시예의 입체 카메라(100)는 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)를 연결하는 각각의 광축이 수직 또는 수직에 가까운 직교식 리그의 형태이다.
<광축을 따라 제2 결상렌즈 조립체의 이동>
제2 결상렌즈 조립체(21, 22)는 광축(X'축, X축)을 따라 이동함으로써, (1) 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 초점위치를 변화시킬 수 있고, (2) 제3 결상렌즈 조립체(31)에 결상된 상 크기와 제3 결상렌즈 조립체(41)에 결상된 상 크기가 동일하도록 제어할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래 기술은 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)가 탑재된 제1 카메라(30) 및 제2 카메라(40) 자체를 광축(X'축, X축)을 따라 이동시키는 방식으로, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 초점위치를 조절하고 제1 및 제2 카메라의 상 크기가 동일하도록 맞추었다. 그러나, 제1 및 제2 카메라(30, 40) 자체를 이동하는 방식은 촬영 현장에서 시시각각 움직이는 피사체를 상황에 따라 손쉽고 빠르게 제어하기가 매우 번거롭고 시간이 많이 소요된다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해, 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)를 이동 및 회전시키는 방식을 착안해 냈는데, 먼저 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)의 구조과 기능을 설명하고자 한다.
제2 결상렌즈 조립체의 위치 변화에 따라, 제3 결상렌즈 조립체의 초점위치와 상 크기가 변화하는 구체적으로 원리를 설명하기 위해, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 이해를 돕기 위해, 도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 하프 미러(H)를 삭제하고 단일 카메라로 구성한 모식도이다.
도 3은 제2 결상렌즈 조립체(21)가 설치된 경우를 보여주고, 도 4는 제2 결상렌즈 조립체(21)가 설치되지 않은 경우를 보여준다. 제2 결상렌즈 조립체(21)는 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점 위치를 앞으로 당기는 역할 즉, 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점 위치를 도 3의 우측으로 이동시키는 역할을 하므로 전체 시스템의 길이(제1 결상렌즈 조립체(10)로부터 촬상면(46)까지의 길이)를 줄일 수 있다(제1 결상렌즈 조립체의 위치를 도면의 우측으로 이동시킬 수 있도록 함).
다시 말하면, 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치는 제1 결상렌즈 조립 체(10)의 가상의 상(9)의 위치가 되어야 하므로 제2 결상렌즈 조립체(21)를 사용하여 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치를 앞당기는 효과를 가져올 수 있다.
예를 들어, 도 3의 광학 구성에서 정상적인 입체 이미지가 획득된다면, 도 4의 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치와 제1 결상렌즈 조립체(10)의 가상의 상(9)의 위치가 맞지 않으므로 정상적인 상이 형성될 수 없다. 이 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 결상렌즈 조립체(10)의 위치를 제3 결상렌즈 조립체(41)에서 더 멀리 위치하도록, 제1 결상렌즈 조립체(10)를 이동시켜야만 정상적인 상을 얻을 수 있다. 그러나, 제1 결상렌즈 조립체(10)를 도 5와 같이 이동시키면 비네팅 현상이 발생되는 문제가 있다.
이와 같이, 제2 결상렌즈 조립체(21)는 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치와 상 크기를 제어하는 역할을 한다. 나아가 제2 결상렌즈 조립체(21)를 광축을 따라 이동시키면, 제3 결상렌즈 조립체(41) 및 카메라(40) 자체를 이동시키지 않고도 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점 위치와 상 크기를 제어할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명하면, 촬영 시 피사체의 위치에 따라 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)의 위치를 광축을 따라 각각 이동시키면서 초점 위치를 맞추고, 제1 카메라(30)의 상 크기와 제2 카메라(40)의 상 크기를 일치시키는 작업은 반드시 필요하다. 본 발명은 제1 및 제2 카메라(30, 40)의 위치 이동 없이, 제2 결상렌즈 조립체(21)를 하프미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31) 사이에서 광축을 따라 이동시키거나 제2 결상렌즈 조립체(22)를 하프미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(41) 사이에서 광축을 따라 이동시킴으로써 초점위치를 맞추고, 제1 카메라(30)의 상 크기와 제2 카메라(40)의 상 크기가 동일하도록 제어할 수 있다.
<제2 결상렌즈 조립체의 패닝>
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 결상렌즈 조립체(22)는 Z축을 중심축으로 회전하고, 제2 결상렌즈 조립체(21)은 Z'축을 중심축으로 회전하는 패닝에 의해, 광축 이동 및 주시각 조절이 가능하다. 주시각은 두 대의 카메라 또는 렌즈가 좌우로 소정 거리만큼 이격된 상태에서 피사체를 촬영할 때, 두 대의 카메라로 좌우의 영상이 화면상에 일치되는 지점인 컨버전스 포인트의 위치와 관련된 것으로써, 컨버전스 포인트의 위치를 가까이하거나 먼 곳에 둠으로써 피사체의 입체 이미지가 화면의 앞쪽으로 튀어나오거나 뒤로 물러나 보이도록 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 단안식 입체 카메라(100)는 제1 및 제2 카메라(30, 40) 자체의 패닝 조작 없이도, 손쉽고 간편하게 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)를 패닝함으로써 광축 이동과 주시각 조절이 가능하다.
<제2 결상렌즈 조립체의 틸팅>
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 결상렌즈 조립체(22)는 Y축을 중심축으로 회전하고, 제2 결상렌즈 조립체(21)는 Y'축을 중심축으로 회전하는 틸팅에 의해 광축을 이동할 수 있다. 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)의 틸팅에 의한 광축 이동은 하프 미러(H), 제1 카메라(30), 제2 카메라(40) 및 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 위치 보상을 위해, 촬영 시 촬영자에 의해 필수적으로 제어되어야 한다. 구체적인 예를 들면, 하프 미러(H)의 설치각도 오차를 보정하기 위해, 종래에는 제1 및 제2 카메라(30, 40)의 위치를 미세하게 이동하여 광축 정렬을 하였다. 동일한 의미로써, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41), 제1 및 제2 카메라(30, 40)의 위치는 물리적으로 완전한 수직 배치가 불가능하고, 하프 미러(H)에 통과 및 반사된 광선에 맞추어 제1 및 제2 카메라(30, 40)의 위치를 이동해야만 한다.
본 발명에 따른 단안식 입체 카메라는 하프 미러(H), 제3 결상렌즈 조립체(31, 41), 제1 및 제2 카메라(30, 40) 자체의 틸팅 조작 없이도, 손쉽고 간편하게 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)를 틸팅하여 광축 이동이 가능하고, 하프 미러(H), 제3 결상렌즈 조립체(31, 41), 제1 및 제2 카메라(30, 40)의 위치 오차를 보상할 수 있다.
이상에서 설명한 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)의 패닝 및 틸팅의 방식과 기능을 정리하면, 아래 표 1과 같다.
구분 제2 결상렌즈 조립체의 회전(도 2 참고) 기능
패닝 Z축, Z'축을 중심축으로 회전 광축 이동, 주시각 조절
틸팅 Y축, Y'축을 중심축으로 회전 광축 이동, 하프 미러, 제3 결상렌즈 조립체, 제1 및 제2 카메라의 위치 오차 보상
제2 결상렌즈 조립체(21, 22) 또는 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)는 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈 및 망원계열의 렌즈로부터 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
촬상면(36)과 제3 결상렌즈 조립체(31) 사이의 거리 및 촬상면(46)과 제3 결상렌즈 조립체(41) 사이의 거리를 조절하는 데 한계가 있는 경우 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)로서 망원 계열의 렌즈를 사용하고 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)를 함께 사용함으로써 근접 촬영이 가능하도록 하여 제1 결상렌즈 조립체(10)의 상을 확대 촬영하거나, 제3결상렌즈 조립체(31, 41)로서 마크로 계열(근접 확대 촬영이 가능한 렌즈)의 렌즈를 사용하고 추가로 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)를 이용하여 초점 위치를 더욱 근접하도록 하며 아울러 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)가 색수차 및 상면만곡을 보정하는 기능을 갖도록 함으로써 제1 결상렌즈 조립체(10)의 후방에 만들어진 가상의 상을 최종 확대하여 촬영할 수 있다. 또한 상술한 방식을 교차 또는 혼합한 방식으로 사용할 수도 있다.
특히, 카메라 촬상면(36, 46)의 크기가 제1 결상렌즈 조립체(10)가 만든 가상의 제1 초점면의 상 크기보다 클 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)로서 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈를 사용하거나 제2 결상렌즈 조립체(20)에 배율 조절이 가능한 렌즈를 설치함으로써 비네팅을 줄일 수 있으며, 제1 결상렌즈 조립체(10)의 선택 폭을 넓힐 수 있다.
또한, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)로서 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈를 사용함으로써, 망원계열의 렌즈를 사용하는 경우에 비해서, 제1 결상렌즈 조립체(10)로부터 카메라 촬상면(36, 46)까지 전체 시스템의 크기를 줄이는 효과도 생긴다.
한편, 위와 같은 효과를 얻기 위하여 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)에 배율을 더 높은 렌즈(렌즈의 초점거리가 짧은 렌즈)를 사용할 수도 있다.
상기 제2 결상렌즈 조립체(21, 22) 또는 상기 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)는 아크로매틱(Achromatic) 렌즈 및 아포크로매틱(Apochromatic) 렌즈로부터 적어도 하나 이상으로 선택될 수 있는데, 아크로매틱(Achromatic) 렌즈 또는 아포크로매틱(Apochromatic) 렌즈를 물리적으로 결합하여 사용할 수도 있다. 아크로매틱 렌즈는 굴절률이 서로 다른 두 개의 렌즈를 겹친 것으로서 색수차를 줄일 수 있다. 아포크로매틱 렌즈는 굴절률이 서로 다른 3 개 이상의 렌즈를 겹쳐 것으로서, 색수차를 더욱 줄일 수 있다. 여기서 아포크로매틱은 4 개 이상의 렌즈를 겹쳐 제조하는 슈퍼아크로매틱 렌즈, 하이퍼아포크로매틱 렌즈를 포함한다.
추가적으로, 본 발명에 따른 입체 카메라(100)는 제2 결상렌즈 조립체(20)에 배율 조절이 가능한 렌즈를 설치하여 화각을 조절하고 비네팅 현상을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 입체 카메라(100)는 조리개(32, 42)가 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)에 설치될 수 있고, 제1 결상렌즈 조립체(10)에는 설치되지 않을 수 있다. 그리고, 조리개가 설치된 렌즈를 제1 결상렌즈 조립체(10)로 사용한다 하더라도 제1 결상렌즈 조립체(10)에 설치된 조리개는 개방된 상태에서 촬영이 이루어진다.
(2)제2 실시예
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다. 이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 카메라(200)는 제1 실시예에서 설명한 입체 카메라(100)와 동일한 구성에 대해 동일명칭을 사용하므로 배치 관계를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 제2 실시예에 따른 입체 카메라(200)는 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)를 연결하는 각각의 광축이 서로 수평 또는 수평에 가깝게 배치된 수평형 리그이다. 구체적으로 제2 결상렌즈 조립체(21)와 제3 결상렌즈 조립체(31)를 연결하는 광축과 제2 결상렌즈 조립체(22)와 제3 결상렌즈 조립체(41)를 연결하는 광축이 서로 수평 또는 수평에 가깝게 배치된 형태이다.
하프 미러(H)를 통과한 광선의 광축과 반사된 광선의 광축이 서로 평행하도록, 입체 카메라(200)는 반사부(261, 263, 265)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 반사부(263, 265)는 하프 미러(H)를 통과한 광선을 제2 결상렌즈 조립체(21) 및 제3 결상렌즈 조립체(32)가 위치한 방향으로 반사한다. 한편, 반사부(261)는 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선을 제2 결상렌즈 조립체(22) 및 제3 결상렌즈 조립체(41)가 위치한 방향으로 반사한다. 여기서, 반사부(261, 263, 265)는 광선을 반사하여 광축을 변경할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면 거울을 포함한다.
제2 결상렌즈 조립체(21, 22)의 패닝, 틸팅에 대한 설명은 제1 실시예에서 설명한 바와 같다. 제2 실시예에 따른 입체 카메라(200)는 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)가 광축을 따라 위치 이동, 패닝, 틸팅에 의해 간편하고 손쉽게 제1 및 제2 카메라에 촬상되는 상 이미지를 동일하게 제어하고, 광축을 변경하며, 주시각을 조절하고, 제3 결상렌즈 조립체, 하프 미러, 카메라의 위치 오차를 보정할 수 있다.
특히, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)가 하나의 카메라 본체(50)에 탑재된 경우, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 위치를 물리적으로 서로 다르게 이동할 수 없는데, 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)의 위치 이동, 틸팅 및 패닝을 통해 이러한 문제를 해결할 수 있다.
(3)제3 실시예
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 입체 카메라의 구성도이다. 제3 실시예에 따른 입체 카메라(300)는 제1 실시예에서 설명한 입체 카메라(100)와 동일한 구성에 대해 동일명칭을 사용하므로 배치 관계를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.
도 7을 참조하여 설명하면, 입체 카메라(300)는 제2 결상렌즈 조립체(20)가 상기 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 배치되고, 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)가 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 사이에 각각 배치된다.
제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)는 제1 실시예의 입체 카메라(100)에서 설명한 바와 동일한 방식으로 광축을 따라 이동, 패닝 및 틸팅된다.
제2 결상렌즈 조립체(20)는 X축을 따라 이동하여 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 초점위치를 변화시켜, 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)의 상의 초점 위치를 변화시킬 수 있다.
제2 결상렌즈 조립체(22)는 X축을 따라 이동하여 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치를 변화시키거나, 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)의 상 크기가 동일하도록 제어할 수 있다. 제2 결상렌즈 조립체(21)는 X'축을 따라 이동하여 제3 결상렌즈 조립체(31)의 초점위치를 변화시키거나, 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)의 상 크기가 동일하도록 제어할 수 있다.
제2 결상렌즈 조립체(22)는 Z축을 중심축으로 회전함으로써 패닝되고, Y축을 중심축으로 회전함으로써 틸팅된다. 한편, 제2 결상렌즈 조립체(21)은 Z'축을 중심축으로 회전함으로써 패닝되고, Y'축을 중심축으로 회전함으로써 틸팅된다.
제3 실시예의 입체 카메라(300)는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H)의 사이에 제2 결상렌즈 조립체(20)가 배치되어, 광선이 하프 미러(H)을 통과하기 전에 초점 위치를 일괄적으로 변화시키거나, 패닝 및 틸팅에 의해 광축을 변경할 수도 있다. 또한 제2 결상렌즈 조립체(20)에는 배율 조절이 가능한 렌즈를 설치함으로써 좌우 영상의 비네팅을 줄일 수 있다.
(4)제4 실시예
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 입체 카메라의 구성도이다. 제4 실시예에 따른 입체 카메라(400)는 제1 실시예에서 설명한 입체 카메라(100)와 동일한 구성에 대해 동일명칭을 사용하므로 배치 관계를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.
도 8을 참조하여 설명하면, 입체 카메라(400)는 제2 결상렌즈 조립체(20)가 상기 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 배치된다.
제2 결상렌즈 조립체(20)는 제1 실시예의 입체 카메라(100)에서 설명한 바와 동일한 방식으로, X 축을 따라 이동하여 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 초점위치를 변화시키거나, 제2 결상렌즈 조립체(20)에 배율 조절이 가능한 렌즈를 설치함으로써 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)의 상의 비네팅 현상을 최소화할 수도 있다. 제4 실시예의 입체 카메라(400)는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H)의 사이에 제2 결상렌즈 조립체(20)가 배치되어, 광선이 하프 미러(H)을 통과하기 전에 초점 위치를 일괄적으로 변화시키거나, 패닝 및 틸팅에 의해 광축을 변경할 수 있다.
(5)제5 실시예
도 9는 도 2의 광학적 구성을 탑재한 제5 실시예에 따른 입체 카메라의 사시도이고, 도 10은 도9의 입체 카메라를 분해한 분해 사시도이다. 제5 실시예에 따른 입체 카메라(500)는 제1 실시예에서 설명한 입체 카메라(100)의 동일한 광학적 구성을 내부에 탑재한 것으로써, 동일명칭을 사용하므로 배치 관계를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.
도 2 및 도 10을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 입체 카메라(500)는 메인 렌즈 하우징(510)에 제1 결상렌즈 조립체(10)가 탑재되고, 미러 박스(520)에 하프 미러가 탑재된다. 제2 결상렌즈 하우징(590)에는 제2 결상렌즈 조립체(21)가 탑재되고, 제3 결상렌즈 하우징(530)에는 제3 결상렌즈 조립체(31)가 탑재되며, 제1 카메라 하우징(540)에는 제1 카메라(30)가 탑재된다.
제2 결상렌즈 하우징(580)에는 제2 결상렌즈 조립체(22)가 탑재되고, 제3 결상렌즈 하우징(550)에는 제3 결상렌즈 조립체(41)가 탑재되며, 제2 카메라 하우징(560)에는 제2 카메라(40)이 탑재된다
본 발명에 따른 입체 카메라(500)가 촬영 시, 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)가 광축에 따라 이동, 틸팅 및 패닝되는 구성을 예를 들어 설명하면, 우선 제2 결상렌즈 조립체(22)를 광축을 따라 이동시킨 뒤, 틸팅 및 패닝을 수행한 후, 제2 결상렌즈 조립체(22)의 위치와 제2 카메라 하우징(560)의 위치를 고정한다. 이어서, 제2 결상렌즈 조립체(21)를 광축에 따라 이동하고, 틸팅 및 패닝을 수행한 후 제2 결상렌즈 조립체(21)와 제1 카메라 하우징(540)의 위치를 고정한다.
이를 순서대로 설명하면, 촬영자가 상기 제2 결상렌즈 하우징(580)을 조작하여 제2 결상렌즈 조립체(20)를 틸팅 및 패닝할 수 있다. 도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 제2 결상렌즈 하우징(580)을 확대한 이미지와 단면을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하여 설명하면, 제2 결상렌즈 하우징(580)은 속이 빈 원통 형태이고 일측의 개구부에 제2 결상렌즈 조립체(22)가 배치된다. 제2 결상렌즈 하우징(580)의 외면은 주름진 자바라 형태를 가지고, 제2 결상렌즈 하우징(580)의 외면에는 체결구가 연결된다. 예를 들면, 상기 체결구는 볼트(581) 및 너트(582)를 포함하고, 제2 결상렌즈 하우징(580)의 외면에는 볼트(581)가 삽입되어 너트(582)와 체결되고, 볼트와 너트 사이에는 스프링이 끼워질 수 있다. 볼트(581), 너트(582) 및 스프링(583)은 도 11에 도시된 바와 같이 제2 결상렌즈 하우징(580)의 외면에 일정한 간격으로 벌어져 4개 배치될 수 있다.
따라서, 촬영자가 4개 위치의 볼트(581)에 드라이버(A) 등을 사용하여 조임 및 풀림을 작업할 수 있고, 이 경우 제2 결상렌즈 하우징(580)의 외면 형태가 변화함에 따라 제2 결상렌즈 조립체(22)가 광축을 따라 전후 방향으로 이동하거나 틸팅 및 패닝된다.
한편, 도 9및 도 10을 참조하면, 제3 결상렌즈 하우징(550)과 제2 결상렌즈 하우징(580)의 위치를 조절하여, 제2 결상렌즈 조립체(22)의 광축 이동을 수행할 수 있는데, 본 발명에 따른 입체 카메라(500)는 제2 결상렌즈 조립체(22)를 광축 이동시키는 리니어 스테이지(574)를 더 포함할 수 있다. 리니어 스테이지(574)는 제2 결상렌즈 하우징(580)의 위치를 고정한 상태에서 제3 결상렌즈 하우징(550) 및 제2 카메라 하우징(560)의 위치를 직선 이동시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 통상적으로 널리 알려진 리니어 스테이지를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 입체 카메라(500)는 제2 결상렌즈 조립체(21), 제1 카메라 하우징(540), 제3 결상렌즈 하우징(530)이 틸팅, 패닝, 및 롤링될 수 있도록, 롤링 수단(571), 틸팅 수단(572) 및 패닝 수단(573)을 더 포함할 수 있다. 여기서 롤링이라 함은 도 10에 도시된 제2 결상렌즈 조립체(21), 제1 카메라 하우징(540), 제3 결상렌즈 하우징(530)이 X'축을 중심축으로 회전하는 것을 카리킨다.
상기 롤링 수단(571), 틸팅 수단(572) 및 패닝 수단(573)은 예를 들면 대한민국 등록특허 제1234346호에 개시된 고니오 스테이지를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는 도 9 및 도 10에 도시된 패닝, 틸팅 및 롤링 수단인 고니오 스테이지를 분해한 분해 사시도이다. 패닝, 틸팅 및 롤링 수단은 방향을 달리하되 동일 고니오 스테이지를 사용할 수 있는데, 도 12를 참조하여 패닝 수단인(571)인 고니오 스테이지를 설명하면, 상부 베이스(571G)가 하부 베이스(571B) 상면에 곡면으로 마주하고, 상부 베이스(571G)가 하부 베이스(571B) 위치를 기준으로 곡선 이동한다. 상부 베이스(571G)의 하면은 연결부(571C)와 결합되어 있고, 연결부(571C)는 하부 베이스(571B)를 관통한 이동 제어부재(571A)와 연결되어 있다. 따라서, 촬영자가 이동 제어부재(571A)의 움직임을 조작하여 상부 베이스(571G)를 곡선 이동시킬 수 있다. 한편, 연결부(571C)는 하부 베이스(571B)의 내부에 형성된 가이드부(571H)를 따라 이동한다.
상부 베이스(571G)의 일 측면에는 제1 고정홀(571F)이 형성되어 있고, 하부 베이스(571B)의 일 측면에는 상기 제1 고정홀(571F)과 마주하는 제2 고정홀(571D)이 형성되어 있다. 상기 제1 고정홀(571F)과 제2 고정홀(571D)은 고정부재(571E)가 끼워져 상부 베이스(571G)의 위치를 고정할 수 있다.
상기 롤링 수단(571), 틸팅 수단(572) 및 패닝 수단(573)은 모두 제2 결상렌즈 하우징(590) 및 제1 카메라 하우징(540), 제3 결상렌즈 조립체 하우징(530)을 미세하게 곡선 이동시킬 수 있는 점에서 동일하지만, 그 설치 방향이 각기 다르다.
도 10을 참조하여 설명하면, 롤링 수단(571)은 X'축을 기준으로 제2 결상렌즈 하우징(590) 및 제1 카메라 하우징(540), 제3 결상렌즈 하우징(530)을 회전시켜 롤링을 수행한다. 틸팅 수단(572)은 Y'축을 기준으로 제2 결상렌즈 하우징(590) 및 제1 카메라 하우징(540), 제3 결상렌즈 하우징(530)을 회전시켜 틸팅을 수행한다. 패닝 수단(573)은 Z'축을 기준으로 제2 결상렌즈 하우징(590) 및 제1 카메라 하우징(540), 제3 결상렌즈 하우징(530)을 회전시켜 패닝을 수행한다.
도 10에서는 본 발명의 제2 결상렌즈 조립체의 틸팅 수단, 패닝 수단 및 롤링 수단을 제1 카메라에서 고니오 스테이지로 설명하고, 제2 카메라에서는 외면이 자바라 형태인 제2 결상렌즈 하우징(580)으로 설명하였으나, 서로 교차된 형태로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 고니오 스테이지만을 사용하거나 자바라 형태인 제2 결상렌즈 하우징(580)만을 사용할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
이상에서 설명한, 본 발명의 입체 카메라는 통상적으로 인물, 곤충, 배경 등의 이미지를 촬영하는 일반 카메라, CCTV, 네비게이션, 차량 블랙박스, 산업용 검사장치, 비파괴 검사 장비, 박물관 전시품이나 상품 전시용 카메라, 교육용 카메라, 군사용 카메라, 드론, 스마트폰, VR/AR 촬영 카메라, PC뿐만 아니라 피사체가 입체 카메라의 렌즈와 근접한 곳에 있는 내시경, 복강경, 일반 현미경, 수술용 현미경 등에도 탑재되어 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1 결상렌즈 조립체(10);
    제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러(H);
    하프 미러(H)에 의해 반사된 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)를 포함하는 제1 카메라(30);
    하프 미러(H)를 통과한 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)를 포함하는 제2 카메라(40); 및
    제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이의 광축 또는 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41) 사이의 광축에 배치되는 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)를 포함하는 단안식 입체 카메라이되,
    상기 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22) 중 적어도 하나는 광축을 따라 이동함으로써, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 초점위치를 변화시키거나 상기 제1 카메라(30)의 상 크기와 제2 카메라(40)의 상 크기가 동일하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    상기 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)가 광축을 기준으로 좌측 수직한 방향으로 연장된 연장선(Y축, Y'축)을 중심축으로 회전(이하 '틸팅'이라 함)됨에 따라 광축 정렬이 이루어지는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    상기 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)가 광축을 기준으로 하부 수직한 방향으로 연장된 연장선(Z축, Z'축)을 중심축으로 회전(이하 '패닝'이라 함)됨에 따라, 광축 정렬 및 주시각 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 결상렌즈 조립체(20)는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 배치되고,
    상기 제2 결상렌즈 조립체(20)는 배율 조절이 가능한 렌즈로써 화각을 조정하여 비네팅 현상을 최소화하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 결상렌즈 조립체(20)는
    상기 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 배치되고,
    상기 제2 결상렌즈 조립체(21, 22)는
    상기 하프 미러(H)와 상기 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  6. 제1항에 있어서,
    제2 결상렌즈 조립체(21, 22)는 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 사이에 배치되고,
    하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)를 연결하는 각각의 광축이 서로 평행 또는 수직한 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  7. 제1항에 있어서,
    제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22) 또는 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)는
    근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈, 망원계열의 렌즈, 아크로매틱(Achromatic) 렌즈 및 아포크로매틱(Apochromatic) 렌즈 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    상기 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22) 중 적어도 하나를 틸팅시키는 틸팅수단(572); 및
    상기 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22) 중 적어도 하나를 패닝시키는 패닝수단(573)을 포함하고,
    상기 틸팅수단(572) 및 패닝수단(573)은
    일면이 오목한 곡면 형상을 갖는 하부 베이스(571B);
    상기 하부 베이스(571B) 상면과 마주하고, 일면이 볼록한 형상을 갖는 상부 베이스(571G); 및
    상기 하부 베이스(571B)의 상부에서 상기 상부 베이스(571G)를 곡면 이동시키는 이동 제어부재(571A)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)를 내부에 탑재하고, 광축을 정렬하는 제2 결상렌즈 하우징(580)을 더 포함하고,
    상기 제2 결상렌즈 하우징(580)은
    속이 빈 원통 형태이고, 일측의 개구부에 제2 결상렌즈 조립체(22)가 탑재되며 외면은 주름진 자바라 형태를 가지고,
    일정한 간격으로 이격되어 배치된 체결구가 상기 제2 결상렌즈 하우징(580)의 외면을 관통하고, 상기 체결구가 조임 또는 풀림에 의해 제2 결상렌즈 하우징의 외면 형태가 변경됨에 따라 제2 결상렌즈 조립체(20, 21, 22)가 패닝 및 틸팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
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