WO2017111558A1 - 단안식 입체 카메라 - Google Patents

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WO2017111558A1
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lens assembly
camera
half mirror
optical axis
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표도연
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Definitions

  • the present invention relates to a monocular stereoscopic camera for capturing a stereoscopic image of a subject, and more specifically, to control the same image image captured by the camera quickly and precisely at the shooting site, to change the optical axis, It relates to a monocular stereoscopic camera that can adjust and correct the positional error of the camera.
  • a stereoscopic camera is a camera that can simultaneously acquire a left eye image and a right eye image of a subject by using two cameras.
  • a stereoscopic camera is a left eye camera that acquires a left eye image of a subject and a right eye camera that acquires a right eye image of a subject. Consists of.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a stereoscopic camera of the prior art.
  • light of the subject 1 passes through the main lens 6, and light passing through the half mirror H is imaged by the left eye camera 4 to obtain a left eye image 5, and the half mirror
  • the light reflected by (H) is imaged in the right eye camera 2 to obtain the right eye image 3.
  • the images 3 and 5 acquired by the left eye camera 4 and the right eye camera 2 may have a binocular parallax d to implement a stereoscopic image.
  • the right eye image 3 and the left eye image 5 should have binocular parallax and the image size should be the same. If the image size itself of the right eye image 3 and the left eye image 5 are not the same, a stereoscopic image having a significantly lower quality is obtained.
  • the stereoscopic camera of the prior art controls the left eye camera 4 to move forward / backward along the optical axis (moving on the X axis) so that the size of the image is the same so that the image size of the left eye image and the right eye image are the same, Move (2) back and forth along the optical axis to control the image size to be the same.
  • the subject changes every moment, and it is practically difficult to take a three-dimensional image while moving the left and right cameras slightly forward and backward, and the control of changing the mechanical position of the camera is very cumbersome.
  • the stereoscopic camera needs to change the optical axis of the left eye camera and the right eye camera or adjust the angle of view in order to acquire a stereoscopic image.
  • the left eye camera 4 changes the optical axis by rotating the left eye camera about the Z axis Or adjust the visual angle.
  • the angle of view refers to the position of the convergence point, which is the point at which the left and right images coincide on the screen when the subject is photographed with two cameras or lenses separated by a predetermined distance from side to side. You can adjust it so that the three-dimensional image of the subject pops out in front of the screen or looks back.
  • Optical axis alignment refers to correcting the position of the half mirror or camera to match the optical axis. If the optical axis is not aligned, good quality stereoscopic images cannot be obtained. Therefore, in order to change the optical axis of the left eye camera and the right eye camera, in the case of the left eye camera 4, the conventional technique is that the photographer rotates the left eye camera 4 about the Y axis to change the optical axis or rotates about the Z axis to adjust the optical axis. Change it.
  • the stereoscopic camera of the prior art uses a method in which the photographer directly moves or rotates the physical position of the camera to acquire a stereoscopic image.
  • Korean Patent No. 1214855 is equipped with an adjustment module for both the left eye and the right eye camera, and adjusts the optical axis alignment and the viewing angle using the adjustment module.
  • the Republic of Korea Patent No. 1214855 has a problem that the control module is very complicated, so that it is inapplicable to a shooting site for photographing a moving subject at a time, and that the cost used for commercialization is expensive.
  • the distance between the left and right lenses and the subjects photographing the left and right eye images, as well as the physical characteristics of the two lenses, must be identical. Since there are errors in manufacturing the lens, it is difficult to create a physically matched lens. have. It is very difficult to capture precise stereoscopic images using two physically inconsistent lenses, but two lenses with limitations of physical identity can only obtain high quality stereoscopic images by matching the image size of the left and right eye images. Because there is. Therefore, there is an urgent need for a new concept of a monocular stereoscopic camera capable of controlling image size, angle of view, and optical axis change quickly, easily and precisely at the shooting site.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and without the position and rotation of the camera body, the photographer can easily and easily control the image images captured by (1) the first and second cameras of the camera, 2) It is an object of the present invention to provide a monocular stereoscopic camera capable of changing the optical axis, (3) adjusting the viewing angle, and (4) correcting the position error of the third imaging lens assembly, the half mirror, and the camera.
  • the monocular stereoscopic camera reflects a part of the light beams passing through the first imaging lens assembly 10 and the first imaging lens assembly 10 and the half mirror H passes the rest.
  • the first camera 30 includes a third imaging lens assembly 31 to form a light beam reflected by the half mirror H, and a third imaging lens assembly to form a light beam passing through the half mirror H.
  • the monocular camera of the present invention includes the second imaging lens assembly 20, 21, 22 on the optical axis to move the second imaging lens assembly 20, 21, 22 along the optical axis, thereby causing the third imaging lens assembly to be moved.
  • the focus positions of the first and second cameras 31 and 41 may be changed or the image size of the first camera 30 and the image size of the second camera 40 may be the same.
  • the second imaging lens assembly 20, 21, 22 is rotated about an extension line (Y-axis, Y-axis) extending in a vertical direction leftward with respect to the optical axis (hereinafter 'tilting').
  • the optical axis is aligned, and the second imaging lens assembly 20, 21, 22 is rotated about an extension line (Z-axis, Z′-axis) extending in a lower vertical direction with respect to the optical axis.
  • panning optical axis alignment and vergence adjustment may be performed.
  • the monocular stereoscopic camera according to the present invention can (1) control the image images captured by the first and second cameras equally and easily, and (2) change the optical axis without the position manipulation and rotation of the camera itself. 3) adjust the viewing angle, and (4) correct the position errors of the third imaging lens assembly, the half mirror, and the camera.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a conventional monocular stereoscopic camera.
  • FIG. 2 is a block diagram of a monocular stereoscopic camera according to a first embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 are schematic diagrams of a half camera H shown in FIG. 2 and a single camera.
  • FIG. 6 is a block diagram of a monocular stereoscopic camera according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a stereoscopic camera according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a stereoscopic camera according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of a stereoscopic camera according to a fifth embodiment incorporating the optical configuration of FIG. 2.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating the three-dimensional camera of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a view illustrating an enlarged image and a cross-sectional view of the second imaging lens housing illustrated in FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view illustrating the Gonio stage, which is the panning, tilting and rolling means shown in FIGS. 9 and 10.
  • the "stereoscopic image” described below includes not only a stereoscopic image of a stationary subject but also a moving image connecting a dynamic stereoscopic image of a moving subject, and the " ⁇ imaging lens assembly” may be formed as a single lens, but may include two or more lenses. It can also be done.
  • the present invention can easily and easily control the image image, change the optical axis, adjust the viewing angle, and correct the position error of the camera using the second imaging lens assembly without the camera's position shift.
  • the monocular stereoscopic camera 100 of the present invention includes a first imaging lens assembly 10, a half mirror H, a second imaging lens assembly 21 and 22, and a third imaging lens assembly. 31, 41, a first camera 30, and a second camera 40.
  • the first imaging lens assembly 10 converges the light incident from the subject 8.
  • the light beam passing through the first imaging lens 10 passes through the half mirror H.
  • the half mirror H reflects some of the light rays and passes the rest.
  • the light rays reflected by the half mirror H pass through the second imaging lens assembly 21 and are then imaged in the third imaging lens assembly 31, and the light rays passing through the half mirror H pass through the second imaging lens assembly.
  • the third imaging lens assembly 41 is imaged.
  • the third imaging lens assemblies 31 and 41 may be mounted on the first and second cameras 30 and 40, as shown in FIG. 2.
  • the stereoscopic camera 100 of this embodiment is in the form of an orthogonal rig in which each optical axis connecting the half mirror H and the third imaging lens assemblies 31 and 41 is vertical or near vertical.
  • the second imaging lens assembly 21, 22 can (1) change the focal position of the third imaging lens assembly 31, 41, (2) The image size formed on the third imaging lens assembly 31 and the image size formed on the third imaging lens assembly 41 may be controlled to be the same.
  • the conventional technique is to move the first camera 30 and the second camera 40 itself on which the third imaging lens assemblies 31 and 41 are mounted along the optical axis (X ′ axis, X axis).
  • the focal positions of the third imaging lens assemblies 31 and 41 were adjusted and adjusted so that the image sizes of the first and second cameras were the same.
  • the method of moving the first and second cameras 30 and 40 itself is very cumbersome and time-consuming to easily and quickly control a moving subject at any time in the shooting scene.
  • the present invention devised a method of moving and rotating the second imaging lens assembly 21 and 22. First, the structure and function of the second imaging lens assembly 21 and 22 will be described.
  • FIGS. 3 to 5 are schematic diagrams in which the half mirror H shown in FIG. 2 is deleted and configured as a single camera.
  • FIG. 3 illustrates a case where the second imaging lens assembly 21 is installed
  • FIG. 4 illustrates a case where the second imaging lens assembly 21 is not installed.
  • the second imaging lens assembly 21 serves to pull the focal position of the third imaging lens assembly 41 forward, that is, to move the focal position of the third imaging lens assembly 41 to the right side of FIG. 3.
  • the length of (the length from the first imaging lens assembly 10 to the imaging surface 46) can be reduced (so that the position of the first imaging lens assembly can be moved to the right side of the drawing).
  • the focal position of the third imaging lens assembly 41 should be the position of the virtual image 9 of the first imaging lens assembly 10
  • the third imaging lens assembly 21 is used to perform the third imaging. The effect of advancing the focal position of the lens assembly 41 can be brought.
  • the second imaging lens assembly 21 serves to control the focus position and the image size of the third imaging lens assembly 41. Furthermore, when the second imaging lens assembly 21 is moved along the optical axis, the focus position and the image size of the third imaging lens assembly 41 are controlled without moving the third imaging lens assembly 41 and the camera 40 itself. can do.
  • the focus position is adjusted while moving the positions of the first camera 30 and the second camera 40 along the optical axis according to the position of the subject during the shooting, and the image of the first camera 30 is adjusted. Matching the size with the image size of the second camera 40 is essential.
  • the present invention moves the second imaging lens assembly 21 along the optical axis between the half mirror H and the third imaging lens assembly 31 without moving the position of the first and second cameras 30 and 40.
  • the focus position is adjusted by moving the second imaging lens assembly 22 along the optical axis between the half mirror H and the third imaging lens assembly 41, and the image size of the first camera 30 and the second camera 40 are adjusted. Can be controlled to have the same image size.
  • the second imaging lens assembly 22 rotates about the Z axis, and the second imaging lens assembly 21 rotates around the Z ′ axis by panning.
  • the angle of view refers to the position of the convergence point, which is the point where the two images are matched on the screen when the subject is photographed with two cameras or lenses separated by a predetermined distance from side to side. By placing the location closer or farther away, you can adjust the stereoscopic image of the subject to protrude forward or back out of the screen.
  • the monocular stereoscopic camera 100 adjusts the optical axis movement and angle of view by easily and simply panning the second imaging lens assembly 21, 22 without panning manipulation of the first and second cameras 30 and 40 itself. This is possible.
  • the second imaging lens assembly 22 may rotate about the Y axis, and the second imaging lens assembly 21 may move the optical axis by tilting about the Y ′ axis. .
  • Optical axis shift by tilting the second imaging lens assembly 21, 22 compensates for the position of the half mirror H, the first camera 30, the second camera 40, and the third imaging lens assembly 31, 41. For this purpose, it must be essentially controlled by the photographer at the time of shooting. For example, in order to correct an installation angle error of the half mirror H, the optical axis alignment is performed by finely moving the positions of the first and second cameras 30 and 40.
  • the positions of the third imaging lens assemblies 31 and 41 and the first and second cameras 30 and 40 may not be physically perfectly vertically disposed, and may be reflected by the light beams passed and reflected through the half mirror H. In accordance with this, the positions of the first and second cameras 30 and 40 must be moved.
  • the monocular stereoscopic camera according to the present invention is easy and simple without the tilting operation of the half mirror H, the third imaging lens assemblies 31 and 41, and the first and second cameras 30 and 40 itself.
  • the optical axis can be moved by tilting the 21 and 22, and the positional errors of the half mirror H, the third imaging lens assembly 31 and 41, and the first and second cameras 30 and 40 can be compensated for. .
  • the second imaging lens assembly 21 or 22 or the third imaging lens assembly 31 or 41 may be selected from at least one of a macro lens and a telephoto lens capable of close-up magnification.
  • the third imaging lens assembly 31, 41 is limited when the distance between the imaging surface 36 and the third imaging lens assembly 31 and the distance between the imaging surface 46 and the third imaging lens assembly 41 are limited.
  • a telephoto-based lens and using the second imaging lens assembly (21, 22) together to enable close-up photography to enlarge the image of the first imaging lens assembly 10, or the third imaging lens assembly ( 31 and 41, macro lenses (lenses capable of close-up magnification) are used, and further, the second imaging lens assembly 21 or 22 is used to bring the focus position closer to the second imaging lens assembly 21.
  • 22 can have a function of correcting chromatic aberration and image curvature, so that the virtual image made behind the first imaging lens assembly 10 can be enlarged and photographed. It is also possible to use the above-described method in a cross or mixed manner.
  • the close-up photographing may be performed as the third imaging lens assembly 31 or 41.
  • Vignetting can be reduced by using a macro lens that can be used or a lens capable of adjusting the magnification in the second imaging lens assembly 20, and the selection width of the first imaging lens assembly 10 can be widened.
  • the camera imaging surfaces 36 and 46 are separated from the first imaging lens assembly 10 as compared with the case of using a telephoto lens. It also has the effect of reducing the size of the entire system.
  • a higher magnification lens (a lens having a short focal length of the lens) may be used for the second imaging lens assemblies 21 and 22.
  • the second imaging lens assembly 21, 22 or the third imaging lens assembly 31, 41 may be selected from at least one of an achromatic lens and an apochromatic lens.
  • Lenses or Apochromatic lenses may be used in physical combination.
  • Achromatic lenses overlap two lenses with different refractive indices, which can reduce chromatic aberration.
  • Apochromatic lenses overlap three or more lenses having different refractive indices, thereby further reducing chromatic aberration.
  • the apochromatic includes a super achromatic lens and a hyper apochromatic lens which are manufactured by overlapping four or more lenses.
  • the stereoscopic camera 100 may be installed in the second imaging lens assembly 20 to adjust the magnification of the lens to adjust the angle of view and minimize the vignetting phenomenon.
  • the diaphragms 32 and 42 may be installed in the third imaging lens assemblies 31 and 41, and may not be installed in the first imaging lens assembly 10.
  • the aperture-mounted lens is used as the first imaging lens assembly 10
  • the aperture provided in the first imaging lens assembly 10 is photographed in an open state.
  • FIG. 6 is a block diagram of a monocular stereoscopic camera according to a second embodiment of the present invention. Since the stereoscopic camera 200 according to the second embodiment of the present invention described below uses the same name for the same configuration as the stereoscopic camera 100 described in the first embodiment, all except for the arrangement relationship have the same meaning. Should be interpreted.
  • the optical axes connecting the half mirror H and the third imaging lens assemblies 31 and 41 are arranged horizontally or close to each other.
  • the stereoscopic camera 200 may further include reflectors 261, 263, and 265 so that the optical axis of the light beam passing through the half mirror H and the optical axis of the reflected light beam are parallel to each other.
  • the reflectors 263 and 265 reflect the light beams passing through the half mirror H in the direction in which the second imaging lens assembly 21 and the third imaging lens assembly 32 are positioned.
  • the reflector 261 reflects the light reflected by the half mirror H in the direction in which the second imaging lens assembly 22 and the third imaging lens assembly 41 are positioned.
  • the reflectors 261, 263, 265 are not particularly limited as long as the optical axis can be changed by reflecting light rays, but includes, for example, a mirror.
  • the panning and tilting of the second imaging lens assemblies 21 and 22 are the same as those described in the first embodiment.
  • the second imaging lens assemblies 21 and 22 share the same image image captured by the first and second cameras simply and easily by positional movement, panning, and tilting along the optical axis. Control, change the optical axis, adjust the viewing angle, and correct the position error of the third imaging lens assembly, the half mirror, and the camera.
  • the positions of the third imaging lens assemblies 31 and 41 may not be physically different from each other. Positioning, tilting and panning of the assemblies 21 and 22 can solve this problem.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a stereoscopic camera according to a third embodiment of the present invention. Since the stereoscopic camera 300 according to the third exemplary embodiment uses the same name for the same configuration as the stereoscopic camera 100 described in the first exemplary embodiment, all except for the arrangement relationship should be interpreted as having the same meaning.
  • the stereoscopic camera 300 includes a second imaging lens assembly 20 disposed between the first imaging lens assembly 10 and the half mirror H, and the second imaging lens assembly 21. And 22 are disposed between the half mirror H and the third imaging lens assemblies 31 and 41, respectively.
  • the second imaging lens assembly 20, 21, 22 is moved, panned and tilted along the optical axis in the same manner as described in the stereoscopic camera 100 of the first embodiment.
  • the second imaging lens assembly 20 moves along the X axis to change the focal positions of the third imaging lens assemblies 31 and 41, thereby changing the focal positions of the images of the first camera 30 and the second camera 40. You can.
  • the second imaging lens assembly 22 moves along the X axis to change the focal position of the third imaging lens assembly 41 or control the image size of the first camera 30 and the second camera 40 to be the same. can do.
  • the second imaging lens assembly 21 moves along the X 'axis to change the focal position of the third imaging lens assembly 31 or to make the image sizes of the first camera 30 and the second camera 40 the same. Can be controlled.
  • the second imaging lens assembly 22 is panned by rotating the Z axis about the central axis and tilted by rotating the Y axis about the central axis.
  • the second imaging lens assembly 21 is panned by rotating around the Z 'axis and tilted by rotating around the Y' axis.
  • the second imaging lens assembly 20 is disposed between the first imaging lens assembly 10 and the half mirror H, and before the light beam passes through the half mirror H. It is also possible to change the focal position collectively or change the optical axis by panning and tilting. In addition, the second imaging lens assembly 20 may reduce the vignetting of the left and right images by installing a lens capable of adjusting the magnification.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a stereoscopic camera according to a fourth embodiment of the present invention. Since the stereoscopic camera 400 according to the fourth exemplary embodiment uses the same name for the same configuration as the stereoscopic camera 100 described in the first exemplary embodiment, all except for the arrangement relationship should be interpreted as having the same meaning.
  • a second imaging lens assembly 20 is disposed between the first imaging lens assembly 10 and the half mirror H.
  • the second imaging lens assembly 20 moves along the X axis to change the focal position of the third imaging lens assembly 31 or 41 in the same manner as described in the stereoscopic camera 100 of the first embodiment. Vignetting of the image of the first camera 30 and the second camera 40 may be minimized by providing a lens with a magnification adjustable in the imaging lens assembly 20.
  • the second imaging lens assembly 20 is disposed between the first imaging lens assembly 10 and the half mirror H, before the light beam passes through the half mirror H.
  • the optical axis can be changed by changing the focus position collectively or by panning and tilting.
  • FIG. 9 is a perspective view of a stereoscopic camera according to a fifth embodiment incorporating the optical configuration of FIG. 2, and FIG. 10 is an exploded perspective view of the stereoscopic camera of FIG. 9. Since the stereoscopic camera 500 according to the fifth embodiment has the same optical configuration of the stereoscopic camera 100 described in the first embodiment therein and uses the same name, the rest of the stereoscopic camera 500 has the same meaning except for the arrangement relationship. Should be interpreted.
  • the first imaging lens assembly 10 is mounted on the main lens housing 510, and the half mirror is mounted on the mirror box 520. do.
  • the second imaging lens assembly 21 is mounted on the second imaging lens housing 590
  • the third imaging lens assembly 31 is mounted on the third imaging lens housing 530
  • the first camera housing 540 is mounted on the second imaging lens housing 590.
  • the first camera 30 is mounted.
  • the second imaging lens assembly 22 is mounted on the second imaging lens housing 580, the third imaging lens assembly 41 is mounted on the third imaging lens housing 550, and the second imaging lens assembly 560 is mounted on the second camera housing 560.
  • the second camera 40 is mounted
  • the second imaging lens assembly 22 will be described. After moving along the optical axis, after performing tilting and panning, the position of the second imaging lens assembly 22 and the position of the second camera housing 560 are fixed. Subsequently, the second imaging lens assembly 21 is moved along the optical axis, and the positions of the second imaging lens assembly 21 and the first camera housing 540 are fixed after tilting and panning.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an enlarged image and a cross-sectional view of the second imaging lens housing 580 illustrated in FIGS. 9 and 10.
  • the second imaging lens housing 580 has a hollow cylindrical shape, and the second imaging lens assembly 22 is disposed in an opening of one side.
  • the outer surface of the second imaging lens housing 580 has a corrugated bellows shape, and a fastener is connected to the outer surface of the second imaging lens housing 580.
  • the fastener includes a bolt 581 and a nut 582, and a bolt 581 is inserted into an outer surface of the second imaging lens housing 580 to be fastened with the nut 582, between the bolt and the nut.
  • the spring can be fitted.
  • four bolts 581, nuts 582, and springs 583 may be disposed at regular intervals on the outer surface of the second imaging lens housing 580.
  • the photographer can work to tighten and loosen the bolt 581 at four positions using a driver A or the like.
  • the second imaging as the outer shape of the second imaging lens housing 580 changes.
  • the lens assembly 22 moves or tilts and pans along the optical axis in the forward and backward directions.
  • the optical axis movement of the second imaging lens assembly 22 may be performed by adjusting the positions of the third imaging lens housing 550 and the second imaging lens housing 580.
  • the stereoscopic camera 500 according to the present invention may further include a linear stage 574 for optically moving the second imaging lens assembly 22.
  • the linear stage 574 is not particularly limited as long as the linear stage 574 can linearly move the positions of the third imaging lens housing 550 and the second camera housing 560 in a state where the position of the second imaging lens housing 580 is fixed. Generally well known linear stages can be used.
  • the stereoscopic camera 500 includes a rolling means 571 so that the second imaging lens assembly 21, the first camera housing 540, and the third imaging lens housing 530 can be tilted, panned, and rolled. ), The tilting means 572 and the panning means 573 may be further included.
  • rolling refers to the rotation of the second imaging lens assembly 21, the first camera housing 540, and the third imaging lens housing 530 illustrated in FIG. 10 about the X ′ axis.
  • the rolling means 571, the tilting means 572, and the panning means 573 may use, for example, the gonio stage disclosed in Korean Patent No. 1234346, but is not limited thereto.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view illustrating the Gonio stage, which is the panning, tilting and rolling means shown in FIGS. 9 and 10.
  • the panning, tilting, and rolling means may use the same Gonio stage in different directions, but with reference to FIG. 12, the Gonio stage, which is a panning means 571, is described with the upper base 571G being the lower base 571B.
  • the upper surface 571G faces the upper surface, and the upper base 571G curves based on the lower base 571B position.
  • the lower surface of the upper base 571G is coupled with the connecting portion 571C, and the connecting portion 571C is connected with the movement control member 571A passing through the lower base 571B. Therefore, the photographer can curve the upper base 571G by manipulating the movement of the movement control member 571A.
  • the connection part 571C moves along the guide part 571H formed in the lower base 571B.
  • a first fixing hole 571F is formed at one side of the upper base 571G, and a second fixing hole 571D is formed at one side of the lower base 571B facing the first fixing hole 571F. It is.
  • a fixing member 571E may be inserted into the first fixing hole 571F and the second fixing hole 571D to fix the position of the upper base 571G.
  • the rolling means 571, the tilting means 572, and the panning means 573 may all finely curve the second imaging lens housing 590, the first camera housing 540, and the third imaging lens assembly housing 530. Although they are the same in that they can be moved, their installation directions are different.
  • the rolling means 571 performs rolling by rotating the second imaging lens housing 590, the first camera housing 540, and the third imaging lens housing 530 about the X ′ axis. do.
  • the tilting means 572 rotates the second imaging lens housing 590, the first camera housing 540, and the third imaging lens housing 530 based on the Y ′ axis to perform tilting.
  • the panning means 573 rotates the second imaging lens housing 590, the first camera housing 540, and the third imaging lens housing 530 based on the Z ′ axis to perform panning.
  • the tilting means, the panning means, and the rolling means of the second imaging lens assembly of the present invention are described as the Gonio stage in the first camera, and the second imaging lens housing 580 having an outer surface of the second camera in the bellows shape.
  • the Gonio stage in the first camera
  • the second imaging lens housing 580 having an outer surface of the second camera in the bellows shape.
  • the three-dimensional camera of the present invention is typically a general camera for photographing images of people, insects, backgrounds, CCTV, navigation, vehicle black box, industrial inspection device, non-destructive inspection equipment, cameras for museum exhibits or merchandise display, educational Cameras, military cameras, drones, smartphones, VR / AR shooting cameras, PCs, as well as endoscopes, laparoscopes, general microscopes, surgical microscopes and the like where the subject is in close proximity to the lens of the stereoscopic camera can be used.

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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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