WO2019088716A1 - 단안식 입체 카메라 - Google Patents

단안식 입체 카메라 Download PDF

Info

Publication number
WO2019088716A1
WO2019088716A1 PCT/KR2018/013138 KR2018013138W WO2019088716A1 WO 2019088716 A1 WO2019088716 A1 WO 2019088716A1 KR 2018013138 W KR2018013138 W KR 2018013138W WO 2019088716 A1 WO2019088716 A1 WO 2019088716A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
camera
imaging lens
lens assembly
prism
imaging
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/013138
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
표도연
Original Assignee
주식회사 연시스템즈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 연시스템즈 filed Critical 주식회사 연시스템즈
Publication of WO2019088716A1 publication Critical patent/WO2019088716A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/246—Calibration of cameras

Definitions

  • the present invention relates to a mono-stereo camera for photographing a stereoscopic image of a subject. More specifically, the present invention relates to a stereoscopic camera for capturing stereoscopic images of a subject by two or more right and left convergence points The present invention relates to a miniaturized single-frame stereoscopic camera capable of easily aligning optical axes of two cameras when adjusting a horizontal height or manufacturing a camera.
  • a stereoscopic camera is a camera that can simultaneously acquire a left eye image and a right eye image of a subject using two cameras.
  • a typical stereoscopic camera is a left eye camera for acquiring a left eye image of a subject, and a right eye camera for acquiring a right eye image of a subject Consists of.
  • 1 is a schematic diagram of a stereoscopic camera of the prior art.
  • the light of the subject 1 passes through the main lens 6 and passes through the half mirror H, is image-formed on the left eye camera 4 to obtain a left eye image 5,
  • the light reflected by the right eye H is imaged on the right eye camera 2 to acquire the right eye image 3.
  • the images 3 and 5 acquired by the left eye camera 4 and the right eye camera 2 have a binocular parallax d mutually to realize a stereoscopic image.
  • the right-eye image (3) and the left-eye image (5) must have binocular parallax. Furthermore, stereoscopic cameras should be able to quickly and easily adjust the main time of the obtained right / left images and the horizontal height of the right / left images.
  • the stereoscopic effect is that the subject is arranged to protrude forward from the screen or to stand backward from the screen and the stereoscopic image is expressed in three dimensions.
  • the three-dimensional feeling can be adjusted by changing the convergence point of the photographer.
  • the convergence point is a point at which the virtual center of the optical axis of the left eye camera 4 and the center of the imaginary optical axis of the right eye camera 2 meet in the virtual space .
  • Prior art stereoscopic cameras use complex mechanical configurations and components to adjust the horizontal height of the convergence point and the image.
  • the applicant of the present invention has disclosed a mechanical arrangement for adjusting the convergence point and adjusting the horizontal height of the image in Korean Patent No. 10-1596146.
  • Korean Patent Registration No. 10-1596146 has mounted thereon a plurality of gonio (G) for rotating the first camera 8 and the second camera 9.
  • the first camera 8 In order to adjust the horizontal height of the image, the first camera 8 should be rotated about the Y 'axis or the second camera 9 should be rotated about the Y axis. In order to adjust the height of the first camera 8 or the second camera 9, a plurality of gonio stages are required, and a plurality of linear stages for correcting a movement error caused by the rotation of the camera are required .
  • the conventional stereoscopic camera uses a plurality of rotation / movement devices, it has to use a large number of parts as shown in Fig. 2, the parts are expensive, the miniaturization is limited, the operation is complicated, do. It is very difficult for a photographer to obtain a clear stereoscopic image rich in stereoscopic feeling by rotating / moving the first camera 8 and the second camera 9 one by one, respectively.
  • the present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a simple and compact stereoscopic camera capable of quickly and easily controlling the convergence point and the horizontal height of the image, And to provide the above-mentioned objects.
  • the monocular stereoscopic camera includes a first imaging lens assembly 10, a prism P for refracting or reflecting a light ray passing through the first imaging lens assembly 10, a prism P
  • a first camera 30 including a third imaging lens assembly 31 for imaging a part of a light beam that is refracted or reflected by the prism P and a third imaging lens 31 for imaging the remaining light rays refracted or reflected by the prism P
  • a second camera (40) including an assembly (41).
  • the prism P is moved forward or backward along the longitudinal direction X in which the first imaging lens assembly 10 is disposed so that the convergence point of the third imaging lens assembly 31 or 41, As well as the prism P is rotated about the central axis in the longitudinal direction X in which the first imaging lens assembly 10 is disposed so that the horizontal height of the image formed on the third imaging lens assembly 31,
  • the inventors of the present invention have found that it is possible to control the temperature. That is, according to the present invention, the convergence point and the height of the image plane are adjusted through one operation of rotating, forwarding and reversing the prism P.
  • the prism P may use a prism having an isosceles triangle shape.
  • the prism P may be disposed so as to face the third imaging lens assembly 31 of the first camera 30 or the third imaging lens assembly 41 of the second camera 40, .
  • 1 and 2 are block diagrams for explaining a monocular stereoscopic camera of the prior art.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a single-frame stereoscopic camera according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an image simulating a convergence point value according to a positional change of the isosceles triangular prism of Figs.
  • FIG. 8A is an enlarged view of an isosceles triangular prism portion in an image of FIG. 5, and FIG. 8B is an enlarged view of an isosceles triangular prism portion in an image of FIG. C) is an enlarged view of an isosceles triangular prism portion in an enlarged view of the image of Fig.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a single-frame stereoscopic camera according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a single-frame three-dimensional camera according to a third embodiment equipped with the optical configuration shown in Fig.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the single-frame stereoscopic camera shown in Fig.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the mirror box 320 and the prism P shown in FIG. 10 enlarged.
  • Fig. 13 is an exploded perspective view of the goniometer stage as the rotating means 322 shown in Fig.
  • FIG. 14 is an enlarged view of an enlarged view of the second camera 340 shown in Figs. 10 and 11. Fig.
  • Fig. 15 is a cross-sectional view of the body, the second connecting member, and the imaging unit shown in Fig. 14;
  • main lens housing 320 mirror box
  • connection part 322D second fixing hole
  • Moving means 323A Upper frame
  • 323B lower frame
  • 323C connecting member
  • control module 324 lens box
  • the " stereoscopic image" to be described below includes not only a stereoscopic image of a stationary subject but also a dynamic stereoscopic image of a moving subject, and a " ⁇ imaging lens assembly " Can also be achieved.
  • the present invention provides a simple, three-dimensional camera capable of adjusting the convergence point, adjusting the horizontal height of the image, and aligning the optical axis while operating only one prism, thereby simplifying the internal mechanical structure and being mounted on the miniaturized product .
  • the monocular stereoscopic camera 100 of the present invention includes a first imaging lens assembly 10, a prism P, a third imaging lens assembly 31, 41, a first camera 30, And a second camera (40).
  • the first imaging lens assembly 10 converges light from the subject 8. A part of the light beams passing through the first imaging lens 10 is refracted or reflected by the prism and passes through the third imaging lens assembly 31 and is imaged on the imaging plane 36 of the first camera 30. [ The remaining light beams refracted or reflected by the prism pass through the third imaging lens assembly 41 and are imaged on the imaging plane 46 of the second camera 40. [
  • the prism P has a prism having an isosceles triangle shape to adjust the convergence point or adjust the horizontal height of the image.
  • an isosceles triangular prism refers to a prism having a triangular shape having the same length on two sides and having the same size of two base angles with respect to a side having the same length (hereinafter referred to as " isosceles ").
  • the equilateral sides of the isosceles triangular prism may face the third imaging lens assembly 31 of the first camera 30 or the third imaging lens assembly 41 of the second camera 40, respectively. That is, one side (hereinafter referred to as " anisotropy ") having a different length faces the first imaging lens assembly 10, and the incident light is deflected or reflected through the isosceles.
  • FIGS. 4, 5, and 7 are images simulating a change in convergence point caused by changing the angle of the interior angle of the isosceles triangular prism. You can see how the simulated convergence points in each image change with the isosceles cabinet.
  • FIGS. 4 to 7 are images obtained by measuring a convergence point value according to a change in the position of the isosceles triangular prism and a change in the internal angle of the equilateral triangle.
  • FIG. 8A is an enlarged view of an isosceles triangular prism portion in an image of FIG. 5
  • FIG. 8B is an enlarged view of an isosceles triangular prism portion in an image of FIG. C) is an enlarged view of an isosceles triangular prism portion in an enlarged view of the image of Fig.
  • the cabinet ( ⁇ 1) of the equilateral through each simulation, the optical path distance (L 1), the optical path distance (L 2), the incident optical path and angle of the isosceles ( ⁇ 2) and the convergence point value are shown in Table 1 below.
  • the present embodiment is characterized in that a light ray passing through the first imaging lens assembly 10 and reflected or refracted through the prism is imaged on the first camera 30 and the second camera 40, It corresponds to a single-frame stereoscopic camera that acquires a stereoscopic image through an image. That is, the convergence point refers to a point where the virtual optical axes of the first camera 30 and the second camera 40 intersect (converge), and the convergence point value in Table 1 indicates the convergence point value of the prism P Represents the distance value from the contact point where the equilateral sides touch each other to the convergence point.
  • the convergence point is set to be infinite unless the optical axis of the first camera and the second camera are artificially adjusted.
  • the isosceles triangular prisms used in Figs. 8A and 8B have the same shape, and have an equiangular internal angle &thetas; 1 and an equilateral angle &thetas;(&thetas; 2 ).
  • FIG. 8A and 8B are different from each other in that the optical path separation distance L 1 and the optical path distance L 2 are different from each other and the optical path separation distance L 1 and optical path distance L 2 ) Is relatively smaller than that of Fig. 8 (A). That is, when the isosceles triangular prism is moved in the direction in which the light is incident (the left direction in FIG. 8) in FIG. 8A, the optical path separation distance L 1 and the optical path distance L 2 become shorter, ). Therefore, it can be seen that the convergence point value of FIG. 8A can be adjusted by moving the isosceles triangular prism along the direction in which the light beam is incident.
  • the isosceles triangular prism used in FIG. 8 (C) is smaller than that in FIG. 8 (A) because the inside angle of the equilateral is 57 degrees. It can be seen that not only the convergence point value can be controlled but also the binocular disparity (stereoscopic value) can be controlled by changing the angle (? 2 ) between the incident light path and the equipotential surface by changing the interior angle of the equilibrium.
  • the convergence point value can be adjusted by changing the position of the isosceles triangular prism and changing the internal angle of the equator, and controlling the binocular disparity in the case of changing the angle of the equator.
  • the convergence point value can be adjusted by moving the prism P along the longitudinal direction in which the first imaging lens assembly 10 is disposed, and the convergence point value of the prism P can be changed So that the convergence point value and the binocular disparity can be controlled.
  • the horizontal height of the image formed on the third imaging lens assembly 31, 41 can be adjusted when the prism P is rotated about the longitudinal axis on which the first imaging lens assembly 10 is disposed.
  • the movement and rotation of the prism P is a phenomenon in which the angle of refraction and reflection inside the prism P having an isosceles triangle shape is finely changed while the light rays incident on the two sides are equally separated. It is preferable that the internal angle to which the isosceles side of the prism P is contacted is more than 30 DEG to less than 60 DEG in order to be suitable for the adjustment of the convergence point and the horizontal height of the image surface, but the range of the total reflection threshold angle of the medium can be varied depending on the material of the prism It is not limited thereto.
  • the internal angle of the prism P that is tangent to the isosceles sides exceeds 60 degrees, the installation angle of the cameras 330 and 340 must be changed so as to be able to be manufactured or changed in order to set the convergence point. , And if it exceeds 30 DEG, fine adjustment of the convergence point value is limited. Further, the prism P has an advantage that the color difference of the separated phases is maintained to be equal to each other, unlike the Hammerfurter which is commonly used.
  • the optical structure of the monocular stereoscopic camera 100 separates the left and right stereoscopic images using a prism and adjusts the convergence point and the horizontal height of the image plane so that the first imaging lens assembly 10 and the third imaging lens assembly 100, (31, 41) may be displayed in the form of a Y-shaped rig.
  • the third imaging lens assemblies 31 and 41 may be selected from at least one of an achromatic lens and an apochromatic lens, and an achromatic lens or an apochromatic lens may be physically combined It can also be used.
  • the achromatic lens can reduce chromatic aberration by overlapping two lenses with different refractive indices.
  • the apochromatic lens has three or more lenses having different refractive indices superimposed thereon, thereby further reducing the chromatic aberration.
  • the apochromatic includes a superacromatic lens and a hyper apochromatic lens which are manufactured by superposing four or more lenses.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a single-frame stereoscopic camera according to a second embodiment of the present invention. Since the monocular stereoscopic camera 200 according to the second embodiment uses the same name for the same configuration as the monocular stereoscopic camera 100 described in the first embodiment, the second imaging lens assembly 20 All but the rest should be interpreted in the same sense.
  • the monohedral stereoscopic camera 200 further includes a second imaging lens assembly 20 between the first imaging lens assembly 10 and the prism P.
  • FIG. The optical axes between the first imaging lens assembly 10 and the third imaging lens assemblies 31 and 41 of the two cameras 30 and 40 are different from each other and astigmatism may occur and the obtained stereoscopic image is blurred and blurred A phenomenon appears.
  • the second imaging lens assembly 20 can resolve the problems caused by astigmatism by changing the focal positions of the third imaging lens assemblies 31 and 41 of the two cameras 30 and 40, 2 imaging lens assembly 20 may include a Plano convex which is convex in the direction facing the prism P and faces the first imaging lens assembly 10, It is not.
  • the second imaging lens assembly 20 is arranged in the form as shown in Fig. 9 including a prone convex lens, for example, an image is formed between the first imaging lens assembly and the second imaging lens assembly, The optical axis of the light passing through the optical axis becomes parallel light that is parallel to each other, and astigmatism can be remarkably reduced.
  • the first imaging lens assembly and the third imaging lens assembly may include a pranoconvex, respectively, but their arrangement may be arranged opposite to the second imaging lens assembly described above.
  • the second and the third imaging lens assemblies may be arranged so as to be convex in the direction in which light is incident, while the second imaging lens assembly 20 is convex in the direction opposite to the direction in which light is incident.
  • the astigmatism includes, for example, chromatic aberration and surface curvature, but is not limited thereto.
  • the second imaging lens assembly 20 can be disposed between the prism P and the third imaging lens assemblies 31 and 41, respectively, 1596416.
  • FIG. 10 is a perspective view of a mono-perspective stereoscopic camera according to a third embodiment equipped with the optical configuration shown in FIG. 9, and FIG. 11 is an exploded perspective view of the mono-perspective stereoscopic camera shown in FIG.
  • the monocular stereoscopic camera 300 according to the third embodiment has the same optical configuration of the monocular stereoscopic camera 200 described in the second embodiment and uses the same name for the same configuration, All of which are to be interpreted in the same sense.
  • the monocular stereoscopic camera 300 includes a first lens assembly 10 mounted on a main lens housing 310, 320, the prism P is fixed.
  • the third imaging lens assembly 31 is mounted on the first camera 330 and the third imaging lens assembly 41 is mounted on the second camera 340.
  • the convergence point and the horizontal position of the image can be precisely adjusted by moving the prism P along the X axis and rotating the X axis about the central axis.
  • the mechanical configuration of the movement and rotation of the prism P is described in detail I want to.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the mirror box 320 and the prism P shown in FIG. 10 enlarged. 12, the mirror box 320 may include a fixing device 321 for fixing the position of the prism P and a rotating means 322 for rotating the prism P. [
  • the fixing device 321 fixes the prism P facing the back surface of the prism P so that a circular penetrating hole is formed in the fixing device 321 so that light can be incident on the back surface of the prism P .
  • the rotation unit 322 can be coupled to the lower surface of the fixing unit 321. When the rotation unit 322 rotates, the fixing unit 321 rotates. Finally, the prism P is rotated about the X- .
  • the rotating means 322 may use the goniometer disclosed in Korean Patent No. 1234346, but the present invention is not limited thereto.
  • Fig. 13 is an exploded perspective view of the goniometer stage as the rotating means 322 shown in Fig.
  • the upper base 322G faces the upper surface of the lower base 322B in a curved shape and the upper base 322G faces the lower base 322B in the direction of the reference .
  • the lower surface of the upper base 322G is connected to the connection portion 322C and the connection portion 322C is connected to the movement control member 322A penetrating the lower base 322B. Therefore, the photographer can move the upper base 322G in a curved manner by operating the movement of the movement control member 322A.
  • the connection portion 322C moves along the guide portion 322H formed in the lower base 322B.
  • a first fixing hole 322F is formed on one side of the upper base 322G and a second fixing hole 322D is formed on one side of the lower base 322B to face the first fixing hole 322F .
  • the first fixing hole 322F and the second fixing hole 322D can fix the position of the upper base 322G by fitting the fixing member 322E.
  • a moving means 323 for moving the prism P along the X axis may be coupled to the lower surface of the rotating means 322.
  • the moving means 323 includes, for example, a linear stage, but is not limited thereto. Referring to Fig. 12, the moving means 323 will be described.
  • the moving means 323 includes an upper frame 323A, a lower frame 323B, a connecting member 323C, and a control module 323D.
  • the upper frame 323A engages with the lower base 322B of the rotating means 322 and moves integrally.
  • the lower frame 323B may face the upper frame 323A.
  • the connecting member 323C connects the upper frame 323A and the lower frame 323B with a guide hole formed in the connecting member 323C and a protruding portion inserted into the guide hole and rolling is formed on the upper frame 323A As shown in FIG.
  • the control module 323D rolls the projections of the upper frame 323A to move the upper frame 323A finely along the X axis.
  • the monocular stereoscopic camera 300 may further include a lens box 324 on which the second imaging lens assembly 20 is mounted.
  • the second imaging lens group can be arranged to face opposite sides of the prism P.
  • the prism P is rotated about the X axis through the rotation means 322 exemplarily described above to adjust the horizontal height of the left and right two images and the prism P is moved along the X axis through the moving means 323 So that the convergence point can be adjusted.
  • the monocular stereoscopic camera 300 according to the present invention can be used for adjusting the convergence point and the horizontal height of the image on the prism P, , It is possible to adjust the convergence point and the horizontal height of the image by a simple and quick operation. If only one rotating means 322 and one moving means 323 are disposed under the prism P, it is possible to adjust the convergence point and the horizontal height of the image, .
  • the positions of the rotating means 322 and the moving means 323 are arranged close to each other so that the photographer can quickly adjust the convergence point and the horizontal height of the image.
  • Fig. 14 is an enlarged view of the second camera shown in Figs. 10 and 11, and Fig. 15 is a sectional view of the body, the second connecting member, and the imaging unit shown in Fig.
  • a third imaging lens assembly can be mounted inside the second camera 340 and light rays passing through the third imaging lens assembly can be imaged at the imaging surface (included in the imaging section 342 but not shown) have.
  • the photographer can easily adjust the position error of the second camera 340, the position error alignment of the third imaging lens assembly, and the convergence point by adjusting the tilt of the imaging unit 342.
  • the second camera 340 can easily control them without using bulky and heavy parts to be suitable for miniaturization.
  • the second camera 340 may include a body 341, an imaging unit 342, second connecting members 343a to 343d, and an elastic member S.
  • the body 341 constitutes the skeleton of the second camera 340 and can mount a third imaging lens assembly.
  • the imaging unit 342 is spaced apart from the body 341 and faces a light beam passing through the third imaging lens assembly.
  • the second linking members 343a to 343d adjust the distance between the body 341 and the image pickup unit 342 to adjust the tilt of the image pickup unit 342 facing the body 341.
  • the body 341 and the imaging section 342 may have a rectangular shape, and through-holes may be formed in the respective corners.
  • the second connecting members 343a to 343d have a thread shape and can pass through the through holes formed in the body 341 and the imaging unit 342 to adjust the separation distance between the body 341 and the imaging unit 342.
  • a plurality of springs S may be disposed between the body 341 and the imaging unit 342 so that the tilted imaging unit 342 can be restored to its original position.
  • CONTROL CONTENTS function One 243a, 243b, 243c, and 243d. Adjusting the distance between the third imaging lens assembly and the imaging surface, adjusting the first camera and the second camera position error, correcting manufacturing errors of the third imaging lens assembly of the left and right cameras, 2 243a, 243b, or 243c, 243d. The tilting error correction optical axis movement of the first and second cameras 3 243a, 243d, or 243b, 243c. Convergence point adjustment, optical axis movement
  • the third and fourth imaging lens assemblies mounted on the first camera 330 and the second camera 340 have different physical and optical properties. 1 control. Further, the positions of the third imaging lens assembly, the first camera 330, and the second camera 340 are not directly changed, 1, it is possible to correct the position error and move the optical axis.
  • the height of the image can be finely adjusted by rotating the prism P about the X axis in order to correct the height difference between the two cameras. 2 < / RTI > In other words, 2, the height of the image can be precisely adjusted by rotating the prism P about the X axis after adjusting the relative height of the two images.
  • the convergence point can be finely adjusted by moving the position of the prism P forward or backward along the X-axis direction in order to adjust the convergence point.
  • the configuration of the second camera 240 described above can be applied to the first camera 230 as well.
  • the monocular stereoscopic camera of the present invention is generally used as a general camera for photographing images of people, insects and backgrounds, CCTV, navigation, a vehicle black box, an industrial inspection apparatus, a nondestructive inspection apparatus,
  • an industrial inspection apparatus such as military cameras, drones, smart phones, VR / AR photographic cameras, iris, fingerprints, etc.
  • the endoscope, laparoscope, general microscope, surgical microscope, skin diagnosis Loupes and the like In addition to PCs and PCs, such as military cameras, drones, smart phones, VR / AR photographic cameras, iris, fingerprints, etc., the endoscope, laparoscope, general microscope, surgical microscope, skin diagnosis Loupes and the like.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)

Abstract

본 발명은 피사체의 입체 이미지를 촬영하는 단안식 입체 카메라에 관한 것으로서, 제1 결상렌즈 조립체(10), 프리즘(P), 제3 결상렌즈 조립체(31, 41), 제1 카메라(30) 및 제2 카메라(40)를 포함하고, 프리즘(P)의 위치 이동 및 회전을 통해 간편하고 빠르게 컨버전스 포인트와 상의 수평 높이를 조절할 수 있는 단안식 입체 카메라에 관한 것이다.

Description

단안식 입체 카메라
본 출원은 2017년 11월 3일자 한국 특허 출원 제10-2017-0145874호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함한다.
본 발명은 피사체의 입체 이미지를 촬영하기 위한 단안식 입체 카메라에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 촬영 현장에서 빠르고 정밀하게 카메라에 촬상되는 좌우 2개 상의 컨버전스 포인트(Convergence point) 및 좌우 2개 상의 상대적 수평 높이를 조절하거나 카메라를 제조할 때 2개 카메라의 광축을 간편하게 정렬할 수 있는 소형화된 단안식 입체 카메라에 관한 것이다.
입체 카메라는 두 개의 카메라를 사용하여 피사체의 좌안 영상과 우안 영상을 동시에 획득할 수 있는 카메라로써, 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)은 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)가 양안 시차를 가져야 한다. 나아가 입체 카메라는 획득되는 우안/좌안 이미지의 주시각과 우안/좌안 이미지의 수평 높이를 빠르고 쉽게 조절할 수 있어야 한다.
입체감은 피사체가 스크린보다 앞으로 돌출되어 배치되거나 스크린보다 뒤로 물러서서 배치된 것으로써, 상 이미지가 입체적으로 표현된 것이다. 이러한 입체감은 촬영자의 컨버전스 포인트 변화에 의해 조절될 수 있는데, 컨버전스 포인트라 함은 좌안 카메라(4)의 가상의 광축 중심과 우안 카메라(2)의 가상의 광축 중심이 가상의 공간에서 서로 만나는 지점이다. 촬영자가 주피사체에 컨버전스 포인트를 맞추게 되면, 주피사체는 스크린과 같은 위치에 배치되어 표현되고 주피사체보다 앞쪽에 위치한 다른 피사체는 스크린보다 돌출된 것으로 표현되며, 주피사체보다 뒤쪽에 위치한 또다른 피사체는 스크린보다 뒤로 물러서서 배치된 것으로 표현된다. 따라서, 촬영자가 입체영상을 촬영하기 위해서는 컨버전스 포인트 조절이 필수적이라 하겠다.
한편, 우안 이미지와 좌안 이미지의 수평 높이가 일치되지 않은 경우, 양안 시차를 갖는 입체 이미지를 획득하는 것 자체가 불가능하거나 시야피로가 심하고 품질이 낮은 입체 이미지를 획득하게 된다. 즉, 컨버전스 포인트와 우안 이미지와 좌안 이미지의 수평 높이를 조절하는 것은 입체 이미지를 획득하기 위해 필수적인 컨트롤 요소에 해당하고, 이를 제어하지 못하면 입체감을 제대로 부여할 수 없거나 획득된 이미지를 관찰하는 관찰자에게 피로감과 어지러움을 유발하게 된다.
종래 기술의 입체 카메라는 컨버전스 포인트와 상의 수평 높이를 조절하기 위해서, 복잡한 기계적 구성과 부품을 사용하였다. 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1596146호에서 신속한 컨버전스 포인트 조절과 상의 수평 높이를 조절하는 기계적 구성을 밝힌 바 있다. 구체적으로 도 2를 참조하면, 하프 미러가 탑재된 미러 박스(7)에서 분리된 광은 각각 1 카메라(8)와 제2 카메라(9)에 결상되는데, 컨버전스 포인트를 조절하기 위해서는 제1 카메라(8)를 Z' 축을 중심축으로 회전시키거나 제2 카메라(9)를 Z축을 중심축으로 회전시켜야 한다. 이를 위해, 대한민국 등록특허 제10-1596146호는 제1 카메라(8)와 제2 카메라(9)를 회전시키는 복수의 고니오(G)가 탑재되어 있다. 또한, 상의 수평 높이를 조절하기 위해서는 제1 카메라(8)를 Y'축을 중심으로 회전시키거나, 제2 카메라(9)를 Y축을 중심 회전시켜야 한다. 이러한 제1 카메라(8) 또는 제2 카메라(9)의 상 수평 높이를 조절하기 위해서는 복수의 고니오 스테이지가 필요하며, 카메라의 회전에 의해 생기는 이동 오차를 보정하기 위한 복수의 리니어 스테이지가 필요하다.
종래 기술의 입체 카메라는 복수의 회전/이동 장치를 사용하기 때문에 도 2와 같이 많은 부품을 사용해야만 했고, 부품들이 고가에 해당하며 소형화에 한계가 있고, 그 조작 또한 복잡하며 제어에 많은 시간이 소요된다. 피사체는 시시각각 움직임이 변화하는데, 촬영자가 제1 카메라(8)와 제2 카메라(9)를 각각 일일이 회전/이동시키면서 입체감이 풍부하고 선명한 입체 이미지를 얻는다는 것은 매우 어렵다.
따라서, 소형화가 가능하되, 촬영 현장에서 빠르고 손쉬우며 정밀하게 컨버전스 포인트와 상 수평 높이를 제어할 수 있으며, 카메라 제조시에 빠르게 두 광축을 정렬할 수 있는 새로운 개념의 단안식 입체 카메라가 절실히 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 1 조작에 의해 빠르고 간편하게 컨버전스 포인트 및 상의 수평 높이를 제어할 수 있고 광축을 정렬할 수 있으며, 소형화된 제품에 적용할 수 있는 단안식 입체 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 단안식 입체 카메라는 제1 결상렌즈 조립체(10), 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선을 굴절 또는 반사하는 프리즘(P), 프리즘(P)에 의해 굴절 또는 반사된 광선의 일부를 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)를 포함하는 제1 카메라(30) 및 프리즘(P)에 의해 굴절 또는 반사된 나머지 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)를 포함하는 제2 카메라(40)를 포함한다.
상기 프리즘(P)을 제1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향(X)을 따라 전·후진 이동하여 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 수렴점인 컨버전스 포인트(Convergence point)를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 프리즘(P)을 제1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향(X)을 중심축으로 회전함에 따라 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)에 결상되는 상의 수평 높이를 조절할 수 있음을 본 출원인은 밝혀냈다. 즉, 본 발명은 프리즘(P)을 회전 또는 전·후진하는 1 조작을 통해 컨버전스 포인트와 상 수평 높이를 조절한다.
이러한 컨버전스 포인트와 상의 수평 높이를 조절하기 위해서, 상기 프리즘(P)은 이등변 삼각형 형태를 갖는 프리즘을 사용할 수 있다.
상기 프리즘(P)의 등변은 각각 제1 카메라(30)의 제3 결상렌즈 조립체(31)와 또는 제2 카메라(40)의 제3 결상렌즈 조립체(41)와 마주하는 형태로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 단안식 입체 카메라는 카메라 자체의 위치 조작 및 회전 없이도, 간편하고 손쉽게 (1) 컨버전스 포인트, (2) 상의 수평 높이를 조절 및 (3) 광축을 정렬할 수 있으며, (4) 제품 소형화에 적합하다.
따라서, 촬영 현장에서 시시각각 움직이는 피사체를 상황에 맞게 손쉽고 빠르게 제어하여 입체감이 풍부하게 표현된 품질 높은 입체 이미지를 획득할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술의 단안식 입체 카메라를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다.
도 4 내지 도 7의 이등변 삼각형 프리즘의 위치 변화와 등변의 내각 변화에 따른 컨버전스 포인트 값을 시뮬레이션한 이미지이다.
도 8의 (A)는 도 5의 이미지에서 이등변 삼각형 프리즘 부분을 확대한 확대도이고, 도 8의 (B)는 도 6의 이미지에서 이등변 삼각형 프리즘 부분을 확대한 확대도이며, 도 8의 (C)는 도 7의 이미지에서 이등변 삼각형 프리즘 부분을 확대한 확대도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다.
도 10은 도 9에 도시된 광학적 구성을 탑재한 제3 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 사시도이다.
도 11은 도 9에 도시된 단안식 입체 카메라의 분해 사시도이다.
도 12는 도 10에 도시된 미러박스(320)와 프리즘(P)을 확대한 분해 사시도이다.
도 13은 도 10에 도시된 회전수단(322)인 고니오 스테이지를 분해한 분해 사시도이다.
도 14은 도 10 및 도 11에 도시된 제2 카메라(340)를 확대한 확대도이다.
도 15는 도 14에 도시된 몸체, 제2 연결부재, 촬상부의 단면도이다.
[부호의 설명]
100, 200, 300: 단안식 입체 카메라
10: 제1 결상렌즈 조립체 20: 제2 결상렌즈 조립체
30, 330: 제1 카메라
40, 340: 제2 카메라 31, 41: 제3 결상렌즈 조립체
36, 46: 결상면 P: 프리즘
310: 메인 렌즈 하우징 320: 미러 박스
321: 고정장치 322: 회전수단
322A: 이동 제어부재 322B: 하부 베이스
322C: 연결부 322D: 제2 고정홀
322E: 고정부재 322F: 제1 고정홀
322G: 상부 베이스
323: 이동수단 323A: 상부 프레임
323B: 하부 프레임, 323C: 연결부재
323D: 제어모듈 324: 렌즈 박스
341: 몸체 342: 촬상부
343a~343d: 제2 연결부재
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 프리즘만을 1 조작하여 컨버전스 포인트 조절, 상의 수평 높이를 조절 및 광축을 정렬할 수 있으면서, 내부 기계적 구조를 간소화하여 소형화 제품에 탑재될 수 있는 단안식 입체 카메라를 제공한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
(1) 제1 실시예
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 단안식 입체 카메라(100)는 제1 결상렌즈 조립체(10), 프리즘(P), 제3 결상렌즈 조립체(31, 41), 제1 카메라(30) 및 제2 카메라(40)를 포함한다.
제1 결상렌즈 조립체(10)는 피사체(8)로부터 광을 수렴한다. 제1 결상렌즈(10)를 통과한 광선 중 일부는 프리즘에 의해 굴절 또는 반사되어 제3 결상렌즈 조립체(31)를 통과하고 제1 카메라(30)의 결상면(36)에 결상된다. 프리즘에 의해 굴절 또는 반사된 나머지 광선은 제3 결상렌즈 조립체(41)를 통과하여 제2 카메라(40)의 결상면(46)에 결상된다.
상기 프리즘(P)은 이등변 삼각형 형태를 갖는 프리즘을 사용하는 것이 컨버전스 포인트 조절이나 상의 수평 높이를 조절하는데 바람직하다. 통상 카메라 분야에 널리 사용되고 있는 직각 프리즘의 경우, 단순한 광로 변경 또는 광 분리는 가능하나 컨버전스 포인트 조절이나 상의 수평 높이를 조절하기 위해 사용될 수 없다. 여기서, 이등변 삼각형 형태의 프리즘이라 함은 두 변의 길이가 같은 삼각형으로써, 길이가 같은 변(이하 '등변'이라 함)에 대한 두 밑각의 크기가 동일한 삼각형 형태를 가진 프리즘을 가리킨다.
이등변 삼각형 프리즘의 등변은 각각 제1 카메라(30)의 제3 결상렌즈 조립체(31) 또는 제2 카메라(40)의 제3 결상렌즈 조립체(41)와 마주할 수 있다. 즉, 길이가 다른 한 변(이하 '이변'이라 함)은 제1 결상렌즈 조립체(10)와 마주하고, 이변으로 입사된 광은 각각 등변을 통해 굴절 또는 반사되어 분리된다.
한편, 시뮬레이션(FUSION-360 프로그램)을 통해, 이등변 삼각형 프리즘을 사용하여 컨버전스 포인트를 조절할 수 있음을 확인하였다. 도 4, 도 5, 도 7은 이등변 삼각형 프리즘이 등변을 이루는 내각의 각도를 변경함에 따른 컨버전스 포인트의 변화를 시뮬레이션한 이미지이다. 각각의 이미지에 시뮬레이션한 컨버전스 포인트가 이등변 내각에 따라 어떻게 달라지는지 알 수 있다.
도 4 내지 도 7은 이등변 삼각형 프리즘의 위치 변화와 등변의 내각 변화에 따른 컨버전스 포인트 값을 측정한 이미지이다. 도 8의 (A)는 도 5의 이미지에서 이등변 삼각형 프리즘 부분을 확대한 확대도이고, 도 8의 (B)는 도 6의 이미지에서 이등변 삼각형 프리즘 부분을 확대한 확대도이며, 도 8의 (C)는 도 7의 이미지에서 이등변 삼각형 프리즘 부분을 확대한 확대도이다.
도 4 내지 도 8을 참고하여, 각 시뮬레이션을 통한 등변의 내각(θ1), 광로 이격거리(L1), 광로 거리(L2), 입사 광로와 등변의 각도(θ2) 및 컨버전스 포인트 값을 비교하면 아래 표 1과 같다.
참고 도면 등변의 내각(θ1) 광로 이격거리(L1) 광로 거리(L2) 입사 광로와등변의 각도(θ2) 컨버전스 포인트 값
[도 4] 60° 16.000 8 30° -
[도 5]도 8(A) 58° 14.638 8 32° 152.859
[도 6]도 8(B) 58° 12.808 7 32° 133.751
[도 7]도 8(C) 57° 14.018 8 33° 101.964
본 실시예는 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과하고 프리즘을 통해 반사 또는 굴절된 광선이 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)에 각각의 상이 결상되는데, 양안시차를 갖는 두 상 이미지를 통해 입체 이미지를 획득하는 단안식 입체 카메라에 해당한다. 즉, 컨버전스 포인트라 함은 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)의 가상의 광축이 서로 교차(수렴)하는 지점을 가리키며, 상기 표 1에서 컨버전스 포인트 값이라 함은 프리즘(P)의 등변이 서로 접하는 접점으로부터 컨버전스 포인트까지의 거리 값을 나타낸다.
도 4와 같이, 시뮬레이션한 결과 등변의 내각이 60°인 정삼각형 프리즘의 경우, 제1 카메라 및 제2 카메라의 광축을 인위적으로 조절하여 설치하지 않는 한 컨버전스 포인트가 무한대로 설정된다. 도 8의 (A) 및 (B)를 비교하면, 도 8의 (A)와 (B)에 사용된 이등변 삼각형 프리즘은 동일한 형상을 가지고, 등변의 내각(θ1) 및 입사 광로와 등변의 각도(θ2)가 같다. 도 8의 (A)와 (B)의 차이점은 광로 이격거리(L1)와 광로 거리(L2)가 서로 다른데, 도 8(B)의 광로 이격거리(L1) 및 광로 거리(L2)가 도 8(A)보다 상대적으로 작다. 즉, 도 8(A)에서 이등변 삼각형 프리즘을 광선이 입사되는 방향(도 8에서 왼쪽 방향)으로 이동하게 되면, 광로 이격거리(L1)와 광로 거리(L2)가 짧아져 도 8(B)와 같게 된다. 따라서 도 8(A)의 컨버전스 포인트 값은 이등변 삼각형 프리즘이 광선이 입사되는 방향을 따라 이동함으로써 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 도 8의 (A)와 (C)를 비교하면, 도 8의 (C)에 사용된 이등변 삼각형 프리즘은 등변의 내각이 57°로써, 도 8의 (A)보다 작다. 등변의 내각을 변화함으로써, 컨버전스 포인트 값을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 입사 광로와 등변의 각도(θ2)를 변경하여 양안시차(입체값)을 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 시뮬레이션 결과를 통해, 이등변 삼각형 프리즘의 위치 변경 및 등변의 내각 변화를 통해 컨버전스 포인트 값을 조절할 수 있고, 등변의 각도 변경의 경우 양안시차까지 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.
시뮬레이션 결과를 도 3에 적용하면, 프리즘(P)을 제1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향을 따라 이동시키면 컨버전스 포인트 값을 조절할 수 있고, 또한 프리즘(P)의 등변의 내각을 변경함으로써 컨버전스 포인트 값과 양안시차를 제어할 수 있다.
나아가 프리즘(P)을 제1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향 축을 중심축으로 회전시킬 경우, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)에 결상되는 상의 수평 높이를 조절할 수 있음을 밝혀냈다.
이러한 프리즘(P)의 이동 및 회전은 이변으로 입사된 광선이 등변으로 분리되 나가면서, 이등변 삼각형 형태를 갖는 프리즘(P)의 내부에서 굴절 및 반사되는 각도가 미세하게 변경되는 현상이다. 컨버전스 포인트 조절 및 상의 수평 높이 조절에 적합하기 위해서 프리즘(P)의 등변이 접하는 내각이 30° 초과 ~ 60° 미만을 갖는 것이 바람직하나, 프리즘의 소재에 따라 매질의 전반사 임계각 범위가 다양하게 변경 가능하므로 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 프리즘(P)의 등변이 접하는 내각이 60°를 초과하면 컨버전스 포인트를 설정하기 위하여 카메라(330, 340)의 설치 각도를 변경하여 제조하거나 변경 가능하도록 만들어야 하므로 완제품의 부피가 커져 소형화에 적합하지 않고, 30° 초과할 경우 컨버전스 포인트 값의 미세 조정하는 데에 한계가 있다. 또한, 프리즘(P)은 통상적으로 사용되는 하미프러와 다르게, 분리된 상의 색차가 서로 동일하게 유지되는 이점이 있다.
본 발명에 따른 단안식 입체 카메라(100)의 광학적 구조는 프리즘을 사용하여 좌우 입체 상을 분리하고, 컨버전스 포인트와 상의 수평 높이를 조절하므로, 제1 결상렌즈 조립체(10)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 배치가 Y자 리그 형태로 나타날 수 있다.
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.
(2) 제2 실시예
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 구성도이다. 제2 실시예에 따른 단안식 입체 카메라(200)는 제1 실시예에서 설명한 단안식 입체 카메라(100)와 동일한 구성에 대해 동일명칭을 사용하므로 이하에서 설명하는 제2 결상렌즈 조립체(20)를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 단안식 입체 카메라(200)는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 프리즘(P)의 사이에 제2 결상렌즈 조립체(20)를 더 포함한다. 제1 결상렌즈 조립체(10)와 두 카메라(30, 40)의 제3 결상렌즈 조립체(31, 41) 간의 광축이 서로 달라 비점수차(Astigmatism)가 발생할 수 있고, 획득된 입체 이미지가 흐려지고 번짐 현상이 나타난다.
제2 결상렌즈 조립체(20)는 두 카메라(30, 40)의 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 초점위치를 변화시켜 비점수차에 의해 유발되는 문제점들을 해결할 수 있는데, 이를 해결하기 위해 제2 결상렌즈 조립체(20)는 프리즘(P)과 마주하는 방향으로 볼록하고 제1 결상렌즈 조립체(10)와 마주하는 면은 평평한 형태를 가진 프라노컨벡스(Plano convex)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 결상렌즈 조립체(20)가 프라노컨벡스를 포함하여 도 9와 같은 형태로 배치될 경우, 예를 들면 제1 결상렌즈 조립체와 제2 결상렌즈 조립체의 사이에 상이 형성되고, 제2 결상렌즈 조립체를 통과한 광은 광축이 서로 평행한 평행광을 이루게되어 비점수차를 현저하게 줄일 수 있다. 이때, 제1 결상렌즈 조립체와 제3 결상렌즈 조립체는 각각 프라노컨벡스를 포함할 수 있으나, 이들의 배치 형태는 앞서 설명한 제2 결상렌즈 조립체와 반대되는 형태로 배치될 수 있다. 예컨대, 도 9에서와 같이 제2 결상렌즈 조립체(20)가 광이 입사하는 방향의 반대 방향으로 볼록한 반면, 제1 및 제3 결상렌즈 조립체는 광이 입사되는 방향으로 볼록하도록 배치될 수 있다. 비점수차는 예를 들면 색수차와 상면만곡을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
이에 대한 구체적인 설명은 대한민국 등록특허 제1596146호에 개시되어 있으므로 자세한 내용은 생략하기로 한다. 한편, 제2 결상렌즈 조립체(20)는 도 9에 도시된 것과 다르게, 프리즘(P)과 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 사이에 각각 배치될 수 있고, 이에 대한 구성 또한 대한민국 등록특허 제1596416호에 개시되어 있다.
(3) 제3 실시예
도 10은 도 9에 도시된 광학적 구성을 탑재한 제3 실시예에 따른 단안식 입체 카메라의 사시도이고, 도 11은 도 9에 도시된 단안식 입체 카메라의 분해 사시도이다. 제3 실시예에 따른 단안식 입체 카메라(300)는 제2 실시예에서 설명한 단안식 입체 카메라(200)의 동일한 광학적 구성을 내부에 탑재한 것으로써, 동일구성에 대해서는 동일명칭을 사용하므로 배치 관계를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 본 발명에 제3 실시예에 따른 단안식 입체 카메라(300)는 메인 렌즈 하우징(310)에 제1 결상렌즈 조립체(10)가 탑재되고, 미러 박스(320)에는 프리즘(P)이 고정된다. 제3 결상렌즈 조립체(31)는 제1 카메라(330)에 탑재되고, 제3 결상렌즈 조립체(41)는 제2 카메라(340)에 탑재된다.
앞서 설명한 바와 같이, 프리즘(P)의 X축을 따른 이동과 X축을 중심축으로 회전함으로써 컨버전스 포인트와 상의 수평 위치를 정밀하게 조절할 수 있는데, 프리즘(P)의 이동 및 회전의 기계적 구성을 구체적으로 설명하고자 한다.
도 12는 도 10에 도시된 미러박스(320)와 프리즘(P)을 확대한 분해 사시도이다. 도 12를 참조하면, 상기 미러박스(320)는 프리즘(P)의 위치를 고정하는 고정장치(321) 및 프리즘(P)을 회전시키는 회전수단(322)를 포함할 수 있다.
고정장치(321)는 프리즘(P)의 이면과 마주하여 프리즘(P)을 고정하되, 프리즘(P)의 이면에 광선이 입사될 수 있도록, 고정장치(321)에는 원형의 관통홀이 형성될 수 있다. 한편, 고정장치(321)의 하면에는 회전수단(322)이 결합될 수 있고 회전수단(322)이 회전하면 고정장치(321)가 회전하게 되며, 최종적으로 프리즘(P)이 X축을 중심축으로 회전하게 된다.
예를 들면, 회전수단(322)은 대한민국 등록특허 제1234346호에 개시된 고니오 스테이지를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 13은 도 10에 도시된 회전수단(322)인 고니오 스테이지를 분해한 분해 사시도이다. 도 13을 참조하여 회전수단(322)인 고니오 스테이지를 설명하면, 상부 베이스(322G)가 하부 베이스(322B) 상면에 곡면으로 마주하고, 상부 베이스(322G)가 하부 베이스(322B) 위치를 기준으로 곡선 이동한다. 상부 베이스(322G)의 하면은 연결부(322C)와 결합되어 있고, 연결부(322C)는 하부 베이스(322B)를 관통한 이동 제어부재(322A)와 연결되어 있다. 따라서, 촬영자가 이동 제어부재(322A)의 움직임을 조작하여 상부 베이스(322G)를 곡선 이동시킬 수 있다. 한편, 연결부(322C)는 하부 베이스(322B)의 내부에 형성된 가이드부(322H)를 따라 이동한다.
상부 베이스(322G)의 일 측면에는 제1 고정홀(322F)이 형성되어 있고, 하부 베이스(322B)의 일 측면에는 상기 제1 고정홀(322F)과 마주하는 제2 고정홀(322D)이 형성되어 있다. 상기 제1 고정홀(322F)과 제2 고정홀(322D)은 고정부재(322E)가 끼워져 상부 베이스(322G)의 위치를 고정할 수 있다.
상기 회전수단(322)의 하면에는 프리즘(P)을 X축을 따라 이동(전·후진)시키는 이동수단(323)이 결합될 수 있다. 상기 이동수단(323)은 예를 들면 리니어 스테이지를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 12를 참조하여 이동수단(323)을 설명하면, 상기 이동수단(323)은 상부 프레임(323A), 하부 프레임(323B), 연결부재(323C) 및 제어모듈(323D)을 포함한다.
상부 프레임(323A)은 회전수단(322)의 하부 베이스(322B)와 결합하여 일체로 움직인다. 하부 프레임(323B)은 상부 프레임(323A)와 마주할 수 있다. 연결부재(323C)는 상부 프레임(323A)과 하부 프레임(323B)을 연결하되, 연결부재(323C)에는 가이드 홀이 형성되고, 상기 가이드 홀에 삽입되어 롤링(rolling)하는 돌출부가 상부 프레임(323A)에 형성될 수 있다. 제어모듈(323D)은 상부 프레임(323A)의 돌출부를 롤링시켜 상부 프레임(323A)을 X축을 따라 미세하게 이동시킨다.
추가적으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 단안식 입체 카메라(300)는 제2 결상렌즈 조립체(20)가 탑재되는 렌즈 박스(324)를 더 포함할 수 있다. 제2 결상렌즈 조집체는 프리즘(P)의 이변과 마주하여 배치될 수 있다.
이상에서 예시적으로 설명한 회전수단(322)을 통해 프리즘(P)을 X축을 중심축으로 회전시켜 좌우 두 상의 수평 높이를 조절하고, 이동수단(323)을 통해 프리즘(P)을 X축을 따라 이동시켜 컨버전스 포인트를 조절할 수 있다. 종래 기술의 컨버전스 포인트 조절 및 상의 수평 높이 조절은, 제1 카메라와 제2 카메라의 상대적 위치를 조절하기 위한 다수의 제어부품을 사용하였으나, 본 발명의 단안식 입체 카메라(300)는 프리즘(P)을 간편하고 빠른 1 조작을 통해 컨버전스 포인트와 상의 수평 높이를 조절할 수 있다. 프리즘(P)의 하부에 하나의 회전수단(322)과 하나의 이동수단(323)만 배치하면 컨버전스 포인트와 상의 수평 높이를 조절할 수 있으므로 종래 기술과 같이 많은 부품이 필요로 하지 않아 소형화가 가능하다. 또한 회전수단(322)과 이동수단(323)의 위치가 상하로 가깝게 배치되어 촬영자가 빠르게 컨버전스 포인트와 상의 수평 높이를 조절할 수 있다.
도 14은 도 10 및 도 11에 도시된 제2 카메라를 확대한 확대도이고, 도 15는 도 14에 도시된 몸체, 제2 연결부재, 촬상부의 단면도이다.
제2 카메라(340)의 내부에는 제3 결상렌즈 조립체가 탑재될 수 있고, 제3 결상렌즈 조립체를 통과한 광선이 촬상면(촬상부(342)에 포함되어 있으나 그림에는 미도시)에서 결상될 수 있다.
이때, 촬영자가 촬상부(342)의 기울기를 조절하여 간단하게 제2 카메라(340)의 위치 오차 정렬, 제3 결상렌즈 조립체의 위치 오차 정렬 및 컨버전스 포인트를 조절할 수 있다. 제2 카메라(340)는 소형화에 적합하도록 부피가 크고 중량이 무거운 부품을 사용하지 않고도 간편하게 이들을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제2 카메라(340)는 몸체(341), 촬상부(342), 제2 연결부재(343a 내지 343d) 및 탄성부재(S)를 포함할 수 있다. 몸체(341)는 제2 카메라(340)의 골격을 이루고, 제3 결상렌즈 조립체를 탑재할 수 있다. 상기 촬상부(342)는 몸체(341)와 이격되어 마주하고, 제3 결상렌즈 조립체를 통과한 광선이 결상된다.
상기 제2 연결부재(343a~343d)는 몸체(341)와 촬상부(342)의 이격거리를 조절하여 몸체(341)와 마주하는 촬상부(342)의 기울기를 조절한다. 예를 들면, 몸체(341) 및 촬상부(342)가 사각형의 형상을 갖고, 각각의 모서리에 관통홀이 형성될 수 있다. 제2 연결부재(343a 내지 343d)는 나사산 형태를 갖고 몸체(341)와 촬상부(342)에 형성된 관통홀을 통과하여 몸체(341)와 촬상부(342)의 이격거리를 조절할 수 있다. 또한, 기울어진 촬상부(342)가 다시 원위치로 복원될 수 있도록, 몸체(341)와 촬상부(342)의 사이에는 복수의 스프링(S)이 배치될 수 있다.
도 10 및 도 14을 참조하여, 제2 연결부재(243a 내지 243d)의 조임/풀림을 통해 달성할 수 있는 기능을 정리하면 아래 표 2와 같다.
NO. 제어 내용 기능
1 243a, 243b, 243c, 243d를조임/풀림 제3 결상렌즈 조립체와 촬상면 사이의 거리 조절, 제1 카메라, 제2 카메라 위치 오차 조절, 좌우 두 카메라의 제3 결상렌즈 조립체의 제조 오차 보정
2 243a, 243b 또는 243c, 243d를조임/풀림 제1 및 제2 카메라의 틸팅 오차 보정 광축 이동
3 243a, 243d 또는 243b, 243c를조임/풀림 컨버전스 포인트 조절, 광축 이동
렌즈 제조에 있어서, 물리적 및 광학적 성질이 완전히 동일한 렌즈를 제작해 낸다는 것은 불가능하다 할 것이다. 즉, 제1 카메라(330)와 제2 카메라(340)에 탑재되는 제3 결상렌즈 조립체는 물리적 및 광학적 성질이 서로 다를 수밖에 없는데, 이를 보정하는 것이 상기 표 2의 NO. 1 제어이다. 또한, 제3 결상렌즈 조립체와 제1 카메라(330) 및 제2 카메라(340)의 위치를 직접적으로 변경하지 않고도, 상기 표 2의 NO. 1의 제어를 통해 위치 오차 보정 및 광축 이동이 가능하다.
두 카메라의 상의 높이 차이를 보정하기 위해서 프리즘(P)을 X축을 중심으로 회전하여 미세하게 상의 높이를 조절할 수도 있으나, 큰 범위의 상 높이 조절은 상기 표 2의 NO. 2를 통해 조절할 수 있다. 즉, 촬영자는 상기 표 2의 NO. 2를 통해 대략적인 좌우 두 상의 상대 높이를 조절한 후, 프리즘(P)을 X축을 중심으로 회전하여 상의 높이를 정밀하게 조절할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 컨버전스 포인트를 조절하기 위해 프리즘(P)의 위치를 X축 방향을 따라 전·후진 이동하여 미세하게 컨버전스 포인트를 조절할 수 있으나, 큰 범위의 컨버전스 포인트 조절은 상기 표 2의 NO. 3을 통해 조절할 수 있다. 즉, 촬영자는 상기 표 2의 NO. 3을 통해 대략적인 컨버전스 포인트를 조절한 후, 프리즘(P)의 위치를 X축 방향으로 전·후진 이동하여 컨버전스 포인트를 정밀하게 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 제2 카메라(240)의 구성은 제1 카메라(230)에 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 단안식 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, 홍채, 지문 등의 생체인식용 카메라, PC뿐만 아니라 피사체가 입체 카메라의 렌즈와 근접한 곳에 있는 내시경, 복강경, 일반 현미경, 수술용 현미경, 피부진단용 루페 등에도 탑재되어 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 제1 결상렌즈 조립체(10);
    제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선을 굴절 또는 반사하는 프리즘(P);
    상기 프리즘(P)에 의해 굴절 또는 반사된 광선의 일부를 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)가 탑재된 제1 카메라(30); 및
    상기 프리즘(P)에 의해 굴절 또는 반사된 나머지 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)가 탑재된 제2 카메라(40)를 포함하는 단안식 입체 카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    상기 프리즘(P)이 제1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향(X)을 따라 전·후진하여 제3 결상렌즈 조립체(31, 41) 광축의 수렴점인 컨버전스 포인트(Convergence point)를 조절하거나, 상기 프리즘(P)이 제1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향(X)을 중심축으로 회전함에 따라 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)에 결상되는 상의 수평 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘(P)은 두 변의 길이가 같은 삼각형으로써, 등변에 대한 두 밑각의 크기가 동일한 이등변 삼각형(Isosceles triangle)의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프리즘(P)의 등변은 각각 제1 카메라(30)의 제3 결상렌즈 조립체(31) 또는 제2 카메라(40)의 제3 결상렌즈 조립체(41)와 마주하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    상기 프리즘(P)의 위치를 고정하는 고정장치(321); 및
    상기 고정장치(321)와 연결되어 상기 프리즘(P)을 1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향(X)을 중심축으로 회전시키는 회전수단(322)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전수단(322)는
    일면이 오목한 곡면 형상을 갖는 하부 베이스(322B);
    상기 하부 베이스(222B)의 상면과 마주하고, 일면이 볼록한 형상을 갖는 상부 베이스(322G); 및
    상기 하부 베이스(322B)의 상부에서 상기 상부 베이스(322G)를 곡면 이동시키는 이동 제어부재(322A)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    상기 고정장치(321)의 하부에 연결되어 상기 프리즘(P)을 제1 결상렌즈 조립체(10)가 배치된 길이방향(X)을 따라 전·후진시키는 이동수단(323)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 카메라(30) 또는 상기 제2 카메라(40)는
    상기 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)를 탑재한 몸체(341);
    상기 몸체(341)와 이격되어 마주하고, 상기 제3 결상렌즈 조립체의 상이 결상되는 촬상부(342); 및
    상기 몸체(341)와 촬상부(342)의 이격거리를 조절하는 제2 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몸체(341) 및 상기 촬상부(342)는 사각형 또는 원형의 형상을 가지고, 각각의 모서리에 관통홀이 형성되며,
    상기 제2 연결부재는 상기 관통홀(H)에 나사산 형태로 삽입되는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 연결부재(343a~343d)를 사용하여 상기 촬상부(342)를 상기 몸체(341)와의 이격거리를 조절하거나 기울임으로써, 제3 결상렌즈 조립체(31, 41), 제1 카메라 및 제2 카메라의 위치 오차 정렬, 좌우 상의 상대높이 조절, 컨버전스 포인트 조절 중 어느 하나 이상이 제어되는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    제1 결상렌즈 조립체(10)와 제3 결상렌즈 조립체(31, 41)의 연결된 배치가 'Y'자 형태의 리그를 갖는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 단안식 입체 카메라는
    상기 제1 결상렌즈 조립체(10)와 프리즘(P)의 사이에 배치되는 제2 결상렌즈 조립체(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단안식 입체 카메라.
PCT/KR2018/013138 2017-11-03 2018-10-31 단안식 입체 카메라 WO2019088716A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0145874 2017-11-03
KR1020170145874A KR102010230B1 (ko) 2017-11-03 2017-11-03 단안식 입체 카메라

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019088716A1 true WO2019088716A1 (ko) 2019-05-09

Family

ID=66333448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/013138 WO2019088716A1 (ko) 2017-11-03 2018-10-31 단안식 입체 카메라

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102010230B1 (ko)
WO (1) WO2019088716A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115268050A (zh) * 2022-08-26 2022-11-01 中山大学 一种单摄显微立体成像装置与方法
CN116540212A (zh) * 2023-07-06 2023-08-04 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种三维成像装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980084797A (ko) * 1997-05-26 1998-12-05 미노루 이나바 스테레오 카메라
KR20030093533A (ko) * 2002-06-03 2003-12-11 이영화 입체동영상촬영장치용 어댑터
US20080122923A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Imaging system for producing three-dimensional image
KR20150031046A (ko) * 2013-09-13 2015-03-23 (주) 케이투이 광 경로 쉬프트 모듈, 및 이를 구비한 입체 동영상 촬영용 비디오 카메라 어댑터
KR101596146B1 (ko) * 2014-06-26 2016-02-22 표도연 단안식 입체 카메라

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980084797A (ko) * 1997-05-26 1998-12-05 미노루 이나바 스테레오 카메라
KR20030093533A (ko) * 2002-06-03 2003-12-11 이영화 입체동영상촬영장치용 어댑터
US20080122923A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Imaging system for producing three-dimensional image
KR20150031046A (ko) * 2013-09-13 2015-03-23 (주) 케이투이 광 경로 쉬프트 모듈, 및 이를 구비한 입체 동영상 촬영용 비디오 카메라 어댑터
KR101596146B1 (ko) * 2014-06-26 2016-02-22 표도연 단안식 입체 카메라

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115268050A (zh) * 2022-08-26 2022-11-01 中山大学 一种单摄显微立体成像装置与方法
CN116540212A (zh) * 2023-07-06 2023-08-04 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种三维成像装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190050459A (ko) 2019-05-13
KR102010230B1 (ko) 2019-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10708471B2 (en) Alignment of a camera system, camera system and alignment aid
KR101446767B1 (ko) 입체 영상 촬상 장치
US9667845B2 (en) Variable 3-dimensional adaptor assembly for camera
JP4131818B2 (ja) 光軸合わせ能力を有する単軸立体ビデオ撮像装置
CN1910495A (zh) 用于体视成像系统的会聚光学系统
JP2004524553A6 (ja) 光軸合わせ能力を有する単軸立体ビデオ撮像装置
WO1999060916A2 (en) Multiple magnification stereo video telescope objective lens system
WO2019088716A1 (ko) 단안식 입체 카메라
US11968350B2 (en) Lens apparatus and image pickup apparatus
US6667836B2 (en) High performance viewfinder eyepiece with a large diopter focus range
WO2017111558A1 (ko) 단안식 입체 카메라
WO2011078615A2 (en) Distance adaptive 3d camera
WO2009069925A1 (fr) Porte-objectif permettant de régler l'axe optique de l'objectif
US8228373B2 (en) 3-D camera rig with no-loss beamsplitter alternative
WO2017111274A1 (ko) 입체 이미지를 촬영하기 위한 단안식 현미경
US4509832A (en) Optical arrangement for producing two anamorphotically compressed images correlated by an interocular base distance
US20190235214A1 (en) Spherical camera lens system, camera system and lens assembly
WO2018004127A1 (ko) 수평형 단안식 입체 카메라
US20230164415A1 (en) Camera for a portable electronic device with optical image stabilization
US20230008557A1 (en) Split-field optics for imaging and ranging
USH261H (en) Optical alignment method for binocular displays
JPH0921962A (ja) 立体視内視鏡
JPH095642A (ja) 立体内視鏡装置
JPH03131189A (ja) 撮像装置
JP2003215464A (ja) 実体顕微鏡

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18874454

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18874454

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1025A DATED 22.01.2021)