KR940010591B1 - 자동노출장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

자동노출장치
제 1 도는 종래의 노출장치의 일반적인 구성을 나타내는 브록다이어그램이며,
제 1a 도는 제 1 도의 조리개부의 구성을 보여주는 블록다이어그램이며,
제 1b 도는 제 1 도의 셔터부의 구성을 보여주는 블록다이어그램이며,
제 1c 도는 제 1 도의 롬테이블이 어떠한 정보를 갖고있는가를 보여주며,
제 1d 도는 제 1 도의 종래의 장치에서 노출시간과 조리개의 노출면적과의 관계를 나타내는 그래프이며,
제 1e 도는 제 1 도의 종래의 장치에서 조리개의 개구반경이 어떻게 설정되는가를 보여주며,
제 1f 도는 노출시간과 노출치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
제 2 도는 본 발명의 노출장치의 구성을 보여주는 블록아이어그램이며,
제 3 도는 제 2 도의 셔리스부의 바람직한 실시예를 보여주며,
제 3a 도는 제 3 도의 본 발명에 따른 롬테이블의 형태를 보여준다.
제 4 도는 제 3 도의 셔리스윈도우의 구체적인 형상도이며,
제 4a, b 도는 본 발명에 따른 바람직한 셔리스윈도우의 형상에 관한 방정식을 구하기 위한 그래프들이다.
제 5a, b 도는 본 발명에 따라 노출시간과 셔리스윈도우의 노출면적과의 관계와 그에 따른 노출치를 계산하기 위한 그래프들이며,
제 5c 도는 제 5a 도의 그래프에 따른 노출치를 평균화하기 위한 그래프이며,
제 5d 도는 본 발명에 따른 셔터속도와 셔리스의 이동속도 및 노출치와의 관계를 나타내는 그래프이며,
제 5e 도는 본 발명에 따라 셔리스의 이동속도를 설정한 경우의 엔코더값과 노출치와의 관계를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 카메라와 같은 영상입력장치의 노출장치에 관한 것으로, 특히 셔터와 조리개를 일체형으로 사용하는 노출장치에 관한 것이다.
카메라등의 영상입력장치에서는 셔터(shutter)와 조리개(iris)가 필수적인 구성요소들이다. 노출에 관한 적정한 조절이 카메라등에서의 핵심적인 해결과제이며, 이는 상기 셔터와 조리개의 구동상태에 따른다. 일반적으로 알려진 바에 의하면, 셔터는 빛에 대한 필름의 노출시간(the time of exposure)을 제어하며, 조리개는 개방단면적(opening area)과 초점심도(focusing rate)를 결정한다. 상기 노출시간과 노출단면적의 곱(product)이 노출량(Ev; exposure value)이 된다. 그리고, 상기 초점심도는 노출단면적에 반비례한다. 초기의 카메라에서는 상기와 같은 셔터와 조리개의 상태를 사용자의 임의적인 조작에 의하여 설정하였으나, 전자소자들을 이용하여 자동적으로 조절하는 기술이 일반화되어 왔다.
제 1 도를 참조하면, 종래의 자동노출장치는, 노출센서(10)와 마이크로프로세서(20) 및 롬테이블(30), 조리개부(40) 및 셔터부(50)로 구성된다. 상기 노출센서(10)에 의해 입광이 감지되면, 상기 마이크로프로세서(20)는 상기 롬테이블(30)에 저장된 조리개와 셔터에 관한 데이타에 따라 상기 조리개부(40)와 셔터부(50)의 동작을 제어한다. 상기 조리개부(40)는, 제 1a 도에 도시된 바와 같이, 마이크로프로세서(20)에 의해 제어되는 조리개구동용의 모터(41)와, 조리개(42)와, 상기 모터(41)의 회전수를 검출하여 이를 상기 마이크로프로세서(20)로 알려주는 카운터(43)로 구성된다. 상기 셔터부(50)는, 제 1b 도에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로프로세서(20)에 의해 제어되는 셔터구동용의 모터(51)와, 셔터(52)와, 상기 셔터(52)의 노출시간을 검출하여 상기 마이크로프로세서(20)로 알려주는 타이머(53)로 구성된다. 한편, 상기 마이크로프로세서(20)는 제 1 도의 롬테이블에 기억된 정보에 따라 상기 조리개부(40) 및 셔터부(50)를 제어하고, 이들의 현재의 구동상태가 상기 롬테이블(30)에서 설정된 값과 일치하면 상기 조리개(42)와 셔터(52)의 구동을 중단시킨다.
이러한, 자동방식의 노출장치는 조리개와 셔터의 상호조정관계를 어떻게 설정하느냐에 따라 프로그램방식(program mode)과, 조리개우선방식(aperture mode or iris mode) 및 셔터우선방식(shutter mode)으로 나누어진다. 이들 방식들은, 제 1c 도에 도시된 롬테이블(30)로, 노출센서(10)에 의한 노출치(EV)가 마이크로프로세서(20)에 의하여 제 1c 도에 도시된 롬테이블(30)로 입력된다. 롬테이블(30)에서는 상기 노출치(EV)에 따른 조리개와 셔터의 구동상태를 설정하는 데이타를 상기 마이크로프로세서(20)로 전송한다. 조리개의 구동에 관한 데이타는 조리개의 개방단면적을 결정하는 모터(41)의 회전수에 관한 것이며, 셔터의 구동에 관한 데이타는 셔터 날개의 이동속도(v) 및 노출시간(t)에 관한 것이다. 상기 조리개우선방식에서는 조리개의 노출단면적이 먼저 결정된 다음 셔터의 이동속도를 결정되고, 상기 셔터우선방식에서는 셔터의 이동속도가 먼저 결정된 다음 조리개의 노출단면적이 설정된다. 상기 프로그램방식에서는 셔터와 조리개가 연동되기 때문에, 양자의 미세한 조절이 필요하다. 상기 어느 종래의 어느 방식에 있어서나, 노출(또는 노광)중에는 조리개의 노출단면적이 고정되어짐을 알아두기 바란다. 상기와 같이, 조리개부와 셔터부가 별도로 분리된 종래의 노출장치에 있어서, 셔터가 열릴때부터 닫힐때지의 노출시간과 노출단면적과의 관계를 제 1d 도의 그래프로써 알 수 있다. 상기 제 1d 도의 그래프에서는, 유효노출시간 Te 동안에 조리개의 노출단면적이 A로 설정된 것으로 가정한 상태를 나타낸다. 상기 유효노출시간 Te는 Te=T2+(T1+T3)/2=(T0+T2)/2로 나타낼 수 있다. T1은 셔터가 개방된 후의 초기 노출시간을 나타내며, T3은 후기노출시간을 나타낸다. 상기 초기 및 후기 노출시간에서의 그래프는 엄밀히 직선이 아님에 유의하기 바란다. 조리개에는 눈의 동공과 같이 필요한 광량을 조절하기 위한 눈금이 F수로 표시되어 있다.
상기 F수(F#)는, 제 1e 도에 도시된 바와 같이, 초점거리 f와 렌즈의 유효구경 D에 의해 결정된다. 즉, F#=f/D (식1)이다. 노출단면이 원이라고 가정한다면, 노출단면적 A는 A=πR2=πD1/4 (식2)가 된다. 한편, 노출량을 결정하는 노출치(EV)는 2EV=F#2/T=(ln(πf2/4A)-lnTe/in2 (식3)로 정의된다. 상기 식 3에 따라 유효노광시간 Te와 노출치 EV와의 관계를 제 1f 도의 그래프에 나타내었다.
이와같은 종래의 자동노출장치에서는 프로그램방식이건 조리개우선도는 셔터우선방식이건간에 조리개부와 셔터부를 별도로 구비하여야 하기 때문에, 카메라등의 부품수가 많아지며, 조리개 및 셔터를 각각 기계적으로 조정하기 위한 기구부가 복잡해지는 불편함이 있다. 또한 프로그램방식인 경우에는 조리개 및 셔터가 연동되고 그 제어가 고정밀도를 필요로 하기 때문에, 적당한 노출상태를 만들기 위한 연동제어가 까다롭고 복잡해진다.
더욱이, 제 1d 도에서 초기노출시간 T1과 후기노출시간 T3에서의 그래프궤적이 엄밀히 직선이 아니므로, 유효노출시간 Te와 조리개의 노출단면적 A의 곱으로 나타나는 노출량에 오차가 발생되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 조리개와 셔터를 별도로 구비하지 않고도 간단한 구성으로 노출기능을 행할 수 있는 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 조리개와 셔터의 기능을 일체화한 자동노출장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 단일모듈써 카메라의 노출상태를 쉽게 제어할 수 있는 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 제작이 용이하고 부품수가 적은 카메라장치를 제공함에 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 노출센서와 마이크로프로세서를 가지는 자동노출장치에 있어서, 소정형상의 윈도우를 각각 가지며 서로 반대방향으로 이동하는 두 개의 셔리스윙들과, 상기 셔터윙들을 서로 반대방향으로 동시에 구동시키며 상기 마이크로프로세서에 의하여 제어되는 모터와, 상기 모터의 회전상태를 감지하는 엔코더디스크와, 상기 엔코더디스크에 기록된 엔코더값을 검출하여 상기 마이크로프로세서에 알리는 카운터와, 상기 마이크로프로세서에 연결되어 상기 엔코더값을 대응하는 노출치와 함께 저장하는 롬테이블을 구비함을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 제 2 도를 참조하면, 본 발명에 따른 노출장치는, 노출센서(100), 마이크로프로세서(200), 롬테이블(300) 및 셔터부(400)(shuris=shutter+iris)로 구성된다.
상기 노출센서(100) 및 마이크로프로세서(200)의 제 1 도와 같이 구성되고 동작한다. 노출센서(100)는 CCD소자(charge coupled device) 등을 이용한다. 상기 마이크로프로세서(200)는, 상기 노출센서(100)로부터 노출치(EV)가 입력되면, 이를 롬테이블(300)로 전송하여 상기 노출치에 해당하는 엔코더값(n)을 셔리스부(400)로 공급한다.
상기 셔리스부(400)의 실시예적인 구성은 제 3 도에 도시되어 있다. 두 개의 셔리스윙(shuris wing)(510) 및 (520)은 복원력을 가지는 인장스프링(530) 및 (540)에 각각 연결되어 있으며, 구동모터(410)에 연결되어 서로 반대방향으로 좌우이동을 한다. 또한, 상기 셔리스윙(510)(520)에는 소정 패턴의 셔리스윈도우(shuris window)(511)(521)가 형성되어 있다. 상기 구동모터(410)의 외면에는 엔코더디스크(420)가 설치되어 있다. 이 엔코더디스크(420)상에는 상기 구동모터(410)의 회전상태를 감지할 수 있도록 하기 위한 엔코더값(n)이 기록되어 있다.
상기 엔코더값(n)은, 제 3a 도에 도시된 본 발명에 따른 롬테이블(300)내에서 대응하는 노출치(EV)에 의해 지정된다. 상기 본 발명에 사용되는 롬테이블(300)은 전술한 종래의 장치에서의 롬테이블(제 1c 도를 참조하라)에 비하여 간단한 구성을 가짐에 유의하기 바란다. 상기 엔코더디스크(420)에는, 상기 엔코더값(n)이 상기 롬테이블(300)에서의 설정값에 일치하는가를 검사하고 그 결과를 마이크로프로세서(200)에 알리기 위하여, 카운터(430)가 연결되어 있다.
상기 마이크로프로세서(200)는 상기 카운터(430)의 출력이 상기 설정된 엔코더값(n)과 일치하면, 구동모터(410)의 동작을 중단시켜 노출동작을 중단시킨다. 실제적인 노출동작은 두 개의 셔리스윙(510) 및 (520)이 일정한 속도로 서로 교차함에 의해 시작된다.
제 4 도, 제 4a, b 도를 참조하여, 본 발명에 따른 셔리스윈도우의 바람직한 형상을 어떻게 설정하는가를 설명한다. 먼저, 전술한 F수(F#)와 노출단면적 A 및 노출치 EV에 관한 방정식(식), (식2) 및 (식3)으로부터 ∫A dt=(πf²/4)·2-EV(식4)의 관계를 구할 수 있다. 보통, 노출을 제어하는 마이크로프로세서는 8비트 또는 4비트를 사용하기 때문에, 노출치(EV)가 노출시간 t에 대하여 일차함수이거나 2차함수이어야 제어가 간편하다.
제 4a 도의그래프가 EV=-at+b (식5)의 관계식을 만족하는 일차함수라 가정한다(이차함수인 경우에는 EV=(ax-b)²+c이며, 여기서는 설명의 편의상 일차함수로 하였음). 제어하고자 하는 노출치 EV의 목표값을 t=ts일 때 EV=EVs, t=t₁일 때 EV=EV₁로 두고, 상기 (식5)에서의 상수 a,b의 값을 구할 수 있다.
a=(EVs-EV₁)/(t₁-ts)=(EVs-EV₁)/T, b=EVs+a·ts이다.
상기 a,b의 값을 상기 (식5)와 (식4)에 대입하여 정리하면, 상기 (식4)는 ∫A dt=(πf²/4)·2at-b(식6)으로 된다. 실제적으로, 두 개의 셔리스윙이 교차하면서 형성하는 노출단면적은 A의 4배가 되므로, 상기 (식6)은 4A=(πf²/4)·2at-b·a·ln 2, A=(πf²/6)·2at-b·a·ln2=∫y(t)dt (식7)로 표현된다.
결과적으로, 제 4b 도와 같은 곡선의 방전식은 y(t)=(πf²/16)·a²·(ln2)²·2at-b(식8)로 주어진다. 상기 (식8)에 따라서 설정될 수 있는 상기 제 4 도의 셔리스인도우의 적정한 치수들은 r0=2.035mm, r₁=0.15mm, r₂=0.50mm, r₃=0.50mm, r₄=2.10mm, L1=1.785mm, L2=2.069mm, θ=60°로 하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 r0-4등은 곡률반경들을 나타낸다.
그러면, 상기와 같이 설계된 셔리스윈도우의 형상을 이용하여 노출동작을 행할 경우에, 본 발명에 따른 노출치가 어떻게 형성되는가를 설명한다. 셔리스윈도우가 형성된 두 개의 셔리스윙을 일정한 속도로 서로 교차시키면, 노출시간(t)과 두 개의 셔리스윈도우에 의한 노출면적으로 결정되는 노출량(또는 노출치)이 제 5a 도와 같이 나타난다.
제 5a 도에서 초기노출시간 ts에서부터 임의의 노출시간 ta까지의 그래프의 면적은 ∫A dt=∫(πD²/4)dt (식9)로 된다. 그러나, 상기 (식9)에서는 노출단면적 A와 유효구경 D를 일정하다고 가정한 상태의 수식이므로, 본 발명에서처럼 셔리스윈도우에 의한 노출단면적 A이 변하는 경우에는 그대로 적용할 수가 없다. 따라서, 상기 유효구경 D의 값을 총노출시간(T)동안 상기 노출단면적의 평균값에 대응하는 환산유효구경 Dr값으로 설정하는 것이 필요하다. 이를 위하여, 먼저, 총노출시간(T)을 n개의 단위구간으로 나누면, i번째 단위구간에서의 단면적 Ai≡(Ai+Ai-1)/2≡(A(ti)-(A(ti-1)/2 (식10)로 표현된다. 셔리스윙의 이동속도가 일정하므로, 각 단위구간별로 이동에 소요되는 단위시간미분치 δt가 상기 단면적 Ai에 곱해진 다음, 그 결과가 총노출시간에 걸쳐 산술합산(summation)된다(제 5b 도를 참조하라). 상기 산술합산된 결과가 총노출시간 T동안의 평균단면적으로 계산된다. 즉,이다. 그래서 상기 환산유효구경 Dr은(식11)로 된다.
이러한 결과는, 제 5c 도에 도시된 바와 같이, 종래의 조리개의 노출단면적이 총노출시간 T동안 Amean으로 고정되었을 경우의 노출량과 상기 제 5c 도의 평균화된 면적 S2이 같음을 의미한다. 상기 (식11)에서 산술합산항을 S로 두면, 상기 (식11)은(식12)로 된다. 이를 전술한 식1), (식2) 및 (식3)의 기본식들을 이용하여 본 발명에 따른 노출치 EV에 관한 식을 유도하면, EV=(ln(nπf²/2S)-ln T)/ln2 (식12)로 된다. 상기 (식12)로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 노출치 EV는 총노출시간 T로써 제어될 수 있다.
즉, 제 3 도에서 셔리스윙(510)(520)의 이동속도가 일정하므로 이들의 이동변위만을 조절함으로써, 노출동작을 행할 수 있는 것이다. 상기 셔리스윙들의 이동변위는, 셔리스윙을 실제적으로 구동시키는 구동모터(410)에 회전상태를 감지하는, 엔코더디스크(420)에 기록된 엔코더값(n)에 의하여 결정된다. 이 엔코더값(n)은 제 3a 도에 도시된 바와 같은 롬테이블(300)에 저장되어 있다. 결과적으로, 본 발명에서는 상기 엔코더값(n)만에 따라 셔리스윙을 구동시킴에 의하여 노출동작을 할 수 있기 때문에, 종래처럼 조리개의 노출단면적, 셔터의 이동속도 노출시간등등을 각각 조정할 필요가 없는 것이다.
본 발명에서, 두 개의 셔리스윈도우(511)(521)가 교차하기 시작할 때의 엔코더값은 예를들어 11.5로 두고, 노출단면적이 최대일때의 엔코더값을 예를들어 36.5로 둘 수 있다. 따라서, 전 구간을 25구간으로 나누어 조정할 수 있다. 제 5d, e 도를 참조하면, 본 발명에 바람직한 셔리스윙의 이동속도는, 최대노출치 EVmax와 최소노출치 EVmin의 차이가 가장 크게 되도록 하는 조건에서 설정된다. 바람직한 셔리스윙의 이동속도는 123mm/sec 내지 180mm/sec 사이의 값으로 하면 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 자동노출장치에 있어서 조리개와 셔터기능이 일체화된 셔리스기구를 이용하기 때문에, 장치의 간소화를 실현시키는 효과가 있다. 또한 본 발명은 조리개와 셔터기능이 일체화된 셔리스기구를 이용하여 엔코더값만으로 노출동작을 제어하므로, 단일모듈로써 노출제어를 할 수 있는 편리함이 있다.

Claims (2)

  1. 노출센서와 마이크로프로세서를 가지는 자동노출장치에 있어서, 소정형상의 윈도우를 각각 가지며 서로 반대방향으로 이동하는 두 개의 셔리스윙들과, 상기 셔리스윙들을 서로 반대방향으로 동시에 구동시키며 상기 마이크로프로세서에 의하여 제어되는 모터와, 상기 모터의 회전상태를 감지하는 엔코더디스크와, 상기 엔코더디스크에 기록된 엔코더값을 검출하여 상기 마이크로프로세서에 알리는 카운터와, 상기 마이크로프로세서에 연결되어 상기 엔코더값을 대응하는 노출치와 함께 저장하는 롬테이블을 구비함을 특징으로 하는 자동노출장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 셔리스윙이 복원력을 가지는 스프링에 의하여 고정되어 있음을 특징으로 하는 자동노출장치.
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