KR101420425B1 - 카메라의 자동 초점 조절 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

카메라(Camera)의 자동초점조절(Auto Focus) 방법에 있어서, 인코더(Encoder)를 이용하여 렌즈부의 초기 위치를 측정하여 인코더 초기값을 검출하는 과정과, 측정된 인코더 초기값을 자동초점조절을 수행하면서 이동할 렌즈부의 초기 위치 값으로 매칭시키는 과정과, 거리측정센서를 통하여 피사체의 거리를 측정하는 과정과, 미리 정해져 있는 알고리즘을 통하여, 측정된 거리 값에 대한 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하고 포커스 렌즈를 이동시키는 과정과, 실제로 이동된 포커스 렌즈의 위치 값과 변위 값이 같도록 포커스 렌즈의 위치를 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

자동초점조절, 인코더, 거리측정센서

Description

카메라의 자동 초점 조절 장치 및 방법{AUTO FOCUS APPARATUS AND METHOD FOR CAMERA}

본 발명은 카메라에 관한 것으로, 특히 거리 측정 센서(Distance Measuring Sensor)와 인코더(Encoder)를 이용한 카메라의 자동 초점 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상의 카메라는 피사체의 이미지를 필름이나 이미지 센서면(image sensor)에 형성하기 위한 렌즈부(lens system)와 상기 렌즈부에 의해 형성된 이미지를 전기 신호로 검출하기 위한 이미지 센서(image sensor)를 포함한다. 이때의 필름이나 이미지 센서면이 상기 렌즈부의 이미지면이 된다. 상기 렌즈계의 초점은 렌즈와 피사체간의 거리에 따라 그 위치가 변화한다. 따라서 피사체의 위치에 따른 이미지면의 위치 변화량이 그 카메라의 초점 심도(depth of focus)범위 내에 있을 경우에 한하여 우수한 품질의 사진을 촬상 할 수 있다. 즉, 선명한 이미지를 얻기 위해서, 상기 이미지 센서는 그 수광면이 상기 렌즈계의 초점 심도 내에 위치하여야 한다.

따라서 통상적인 카메라, 특히 피사체와의 거리 변화에 따른 초점 위치의 변 화가 큰 매크로(macro) 기능, 다시 말해서 근접 촬상 기능을 갖는 카메라는 피사체와의 거리에 따라 렌즈의 위치를 이동 할 수 있는 장치가 부가되어야 하는데, 이 상대 위치를 자동으로 조절하는 수단을 구비한 카메라를 자동초점조절(Auto Focus : AF) 카메라라고 하고, 현대 사회에서 요구하는 멀티미디어 커뮤니케이션의 중심적인 역할을 담당하기 위해서는 이러한 AF 기능을 구비하는 것이 필수적이라 할 수 있다.

통상적으로 AF 기능을 구비한 카메라의 제어 방식은 카메라와 피사체간의 거리 측정 방법에 따라 크게 수동형 방식과 능동형 방식으로 분류될 수 있다.

수동형 방식은 영상 센서로부터 획득한 영상의 고주파 성분을 검출하여 초점 조절에 유용한 에지값(Edge Value)을 획득하고, 이 에지값이 최대값이 되는 지점으로 렌즈를 이동시키는 방법으로써, 제어부의 제어 신호에 의해 구동부를 동작시켜 포커스 렌즈를 스텝(Step)별로 움직이게 한다. 수동형 방식은 별도의 장치 없이 획득된 영상 신호로부터 초점 제어에 대한 정보를 얻을 수 있고, 소형이면서도 정확도가 높다는 장점 때문에 많은 카메라에서 보편화되어 있는 방식이다. 상기에서 설명된 수동형 방식에 사용되는 카메라의 내부 구성을 하기의 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 기존의 수동형 자동초점조절 기능을 가지는 카메라의 내부 구성도이다.

도 1의 구성을 살펴보면, 피사체의 이미지를 형성하는 렌즈(101), 형성된 이미지의 정확한 초점을 위한 포커스 렌즈(103), 형성된 이미지를 전기 신호로 검출 하는 이미지 센서(107), 포커스 렌즈를 이동시키는 구동부(109), 이미지 센서로부터 입력되는 이미지 신호와 구동 전류 값을 프레임단위로 처리하는 ISP(Image Signal Processor, 111), 구동부(109)를 제어하는 제어부(113)로 구성되어 있다.

상기 구성을 참조하여 에지값을 획득하고, 최대 에지값을 가지는 지점으로 포커스 렌즈(103)를 이동시키는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 기존의 수동형 자동초점조절 기능을 가지는 카메라를 이용하여 렌즈 위치에 따른 에지값의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2를 살펴보면, 자동초점조절을 수행하는 포커스 렌즈의 이동 거리를 스텝 수에 따라서 0에서 9까지 10구간으로 나누고, 이 스텝을 0부터 9까지 순차적으로 이동하면서 각 스텝 별로 에지값을 검출한다. 도 2의 그래프에서처럼 검출한 에지값 중 스텝 수가 다섯 번째인 지점이 최대 에지값을 가진다고 가정했을 때 포커스 렌즈를 다시 다섯 번째 에지값을 가지는 지점으로 이동시킴으로써 AF 기능을 구현하게 된다.

능동형 방식은 거리측정센서를 이용하여 적외선이나 초음파, 레이저 등을 방출하여 카메라와 피사체간의 거리를 측정하여 AF를 수행하는 방식이다. 능동형 방식은 어두운 장소에서도 우수한 AF 능력을 가지지만, 신호의 방출 및 검출을 위하여 거리측정센서라는 별도의 장치가 필요하다. 상기에서 설명된 능동형 방식에 사용되는 카메라의 내부 구성을 하기의 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 기존의 능동형 AF 기능을 가지는 카메라의 내부 구성도이다.

도 3의 구성을 살펴보면, 피사체의 이미지를 형성하는 렌즈, 형성된 이미지 의 정확한 초점을 위한 포커스 렌즈, 포커스 렌즈를 이동시키는 구동부, 이미지 센서로부터 입력되는 이미지 신호와 구동 전류 값을 프레임단위로 처리하는 ISP, 카메라와 피사체간의 거리를 측정하는 거리측정센서 등으로 구성된다.

거리측정센서에서 방출되는 빛의 종류를 적외선이라 가정하면, 거리측정센서의 송신부(Tx)에서 방출된 적외선이 피사체에 의해 반사되어 거리측정센서의 수신부(Rx)에서 검출되어 카메라에서 피사체까지의 거리(L)에 대한 값을 얻게 된다. 그 값을 ISP에 전달한다. 카메라와 피사체 간의 거리(L)에 대한 값을 전송받은 ISP는 미리 정해져 있는 알고리즘을 통하여 거리에 대한 값에 대한 이동할 포커스 렌즈의 변위(x)를 결정하게 되고, 이를 하기의 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

x = f(L)

상기 수학식 1은 카메라와 피사체와의 거리가 L일 때 초점이 맞는 포커스 렌즈의 변위(x)를 나타내고 있다. 수학식 1을 이용하여 AF 수행을 하기의 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 기존의 능동형 AF 기능을 가지는 카메라 구동부에 전달되는 전류나 접압 등의 입력에 따른 포커스 렌즈의 위치 변화를 나타낸 그래프로서, 각 구동부의 특성에 따른 변화를 도 4에서 A, B, C의 값을 예로 들어 나타내었다.

도 4를 살펴보면, 구동부의 특성 편차 즉, 일반적으로 VCM을 구성하고 있는 스프링의 스프링 상수(k)나, 코일의 감은 횟수, 기구적 간섭 등에 의해 초점이 맞는 거리 지점, 즉 "x"로 이동하기 위한 각 구동 부의 최초 구동 전류 값과 기울기 는 서로 다른 값을 가지게 된다.

이렇게 상기에서 설명된 수동형 방식과 능동형 방식은 각각의 목적과 특성에 따라 다르게 사용되고 있고, 공통적으로 제조 수율을 높이기 위하여 구동부가 동작하기 시작하는 최초 구동 전류와 전류에 따른 포커스 렌즈의 기울기가 일정 범위 안으로 들어오게 제작하고 있다.

그러나 제조 수율을 높이게 되면 각각의 해당 구동부의 구동 전류 값에 맞추어 AF 카메라를 제조하지 않고, 제조 공정상 정하여진 범위 내의 구동부의 구동 전류 값들 중 최소 전류 값을 구동부에 일괄적으로 적용하게 된다. 이를 통해 하나의 구동 전류 값이 서로 다른 구동 전류 값을 가지는 구동부에 적용되고, 각각의 구동부에 최적화된 전류 값이 아니므로 AF 카메라 모듈에 따라 실제 AF 구동에 이용되지 않는 AF 스텝이 나오게 되며, 이는 AF 구동 시간의 증가로 이어진다. 이러한 공통적인 문제점 이외에 상기에서 설명된 수동형 방식과 능동형 방식은 각각의 문제점들을 가지고 있다.

먼저 수동형 방식의 문제점은 피사체에 초점을 맞추기 위해 포커스 렌즈를 스텝 별로 움직여 에지값들을 검출하고 에지값이 최대가 되는 스텝에 포커스 렌즈를 위치하게 함으로써 스텝의 숫자만큼 시간이 걸리게 된다. 이러한 결과 때문에 촬상하는데 있어서 AF를 수행하는 시간이 길어지게 되고, 느린 AF 시간 때문에 동영상 촬영 시 연속적인 AF 수행이 어려워 선명한 동영상 결과를 얻을 수 없게 되어 사용자들의 불편함을 초래할 수 있다.

능동형 방식의 문제점은 제조 공정의 특성상 카메라에 쓰이는 구동부마다 렌 즈의 변위 값이 각기 다르기 때문에 포커스 렌즈가 최대 에지값을 가지는 지점으로 이동하기 위해서는 구동부마다 개별적인 알고리즘이 필요로 하게 된다. 알고리즘 구현은 구현 자체가 어렵고, 개별적으로 구현하게 되면 가격이 올라가게 되므로 양산성에 문제점을 가진다.

이를 개선하기 위한 개별 구동부의 구동 전류에 상관없이 카메라의 빠른 동작 특성을 보장할 수 있는 AF 방법이 요구된다.

본 발명은 거리측정센서와 인코더 타입의 구동부를 이용하여 구동 장치의 특성에 상관없이 자동초점조절을 수행하는 장치를 구현함으로써 일반적인 사진 촬영일 때에는 빠른 자동초점조절이 가능하도록 하고, 동영상 촬영일 때에는 연속적인 자동초점조절이 가능하도록 하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 견지에 있어서, 카메라(Camera)의 자동초점조절(Auto Focus) 방법에 있어서, 인코더(Encoder)를 이용하여 렌즈부의 초기 위치를 측정하여 인코더 초기값을 검출하는 과정과, 측정된 상기 인코더 초기값을 자동초점조절을 수행하면서 이동할 렌즈부의 초기 위치 값으로 매칭시키는 과정과, 거리측정센서를 통하여 피사체의 거리피사체의 거리 값을 측정하는 과정과, 미리 정해져 있는 알고리즘을 통하여, 측정된 거리값에 대한 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하고 포커스 렌즈를 이동시키는 과정과, 실제로 이동된 포커스 렌즈의 위치 값과 변위 값이 같도록 포커스 렌즈의 위치를 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 렌즈부의 초기 위치를 측정하는 것은 상기 인코더의 홀 센서(Hall Sensor)를 이용하여 상기 렌즈부의 초기 위치를 측정하는 것을 특징으로 하고,

상기 홀 센서를 이용하여 측정한 인코더 초기값은 상기 렌즈부의 체결 형태와 체결 위치에 따라 다른 인코더 초기값이 검출될 수 있는 것을 특징으로 하고,

상기 이동할 렌즈부의 초기 위치 값으로 매칭시키는 것은 구동 전류 값이 상 기 인코더 초기값에 해당하는 값이 되기 전까지 자동초점조절 수행을 하지 않는 것을 특징으로 하고,

상기 거리측정센서를 통하여 피사체의 거리를 측정하는 것은 포커스 렌즈를 스텝별로 이동하여 에지값이 최대인 지점을 찾는 것이 아니라, 거리측정센서를 이용하여 한 순간에 거리를 측정하여 이동할 렌즈부의 거리를 스텝 별로 나눌 필요 없이 최적 위치가 검출되는 것을 특징으로 하고,

상기 선형적인 형태가 되도록 조정하는 것은 상기 실제로 이동된 렌즈부의 위치 값과 상기 변위 값의 계수비(Scaling Factor)가 "1"을 만족하도록 선형적으로 상기 렌즈부의 위치를 재조정하여 포커스 렌즈의 최적 이동 거리 값을 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 있어서, 카메라(Camera)의 자동초점조절(Auto Focus) 장치에 있어서, 렌즈부의 초기 위치를 측정하여 인코더 초기값을 검출하는 인코더(Encoder)와, 피사체와의 거리를 측정하여 그 측정 값을 ISP로 전송하는 거리측정센서와, 상기 인코더 초기값을 전송받아 자동초점조절 시작 위치로 매칭시키고, 미리 정해져 있는 알고리즘을 통하여 상기 거리측정센서로부터 전송받은 측정값에 대한 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위 값을 결정하는 ISP(Image Signal Processor)와, 상기 이동된 포커스 렌즈 위치와 상기 변위 값이 같도록 포커스 렌즈 위치 값을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 제어부는 상기 실제로 이동된 포커스 렌즈 위치와 상기 변위 값의 계수비(Scaling Factor)가 "1"을 만족하도록 선형적으로 상기 렌즈부의 위치 값을 재조 정하는 피드백제어회로(Feedback Control Circuit)와, 상기 피드백제어회로에서 재조정된 렌즈부의 위치 값을 전송 받아 상기 렌즈부를 움직이는 구동부의 모터(Motor)를 제어하여 렌즈부를 이동시키는 드라이버(Driver)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 카메라의 자동 초점 조절 장치 및 방법에 있어서, 거리측정장치와 인코더 타입의 구동부를 이용하여 구동부의 특성에 상관없이 동일한 구동 특성을 가지는 장치를 구현함으로써 스텝 별로 여러 프레임을 거쳐 자동초점조절을 수행하는 과정과 달리 하나의 프레임만으로 자동초점조절이 가능해짐으로 빠르고 연속적인 자동초점조절을 수행할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 구성 및 동작 방법에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

종래의 기술에서 언급한 바와 같이 통상적인 AF 방법은 수동형일 경우, 기존의 제조 공정상 정하여진 VCM 구동 전류 값들 중 최소 전류 값을 모든 VCM에 일괄적으로 적용하게 되어 최적화된 구동 전류 값을 가지지 못하게 되고, AF 구동 시간 이 낭비되어 AF 구동 시간이 길어지는 문제점을 가지고 있었다. 또한 에지값이 최대가 되는 스텝을 검출하여 해당 스텝에 해당하는 위치만큼 포커스 렌즈를 움직여 AF를 수행하기 때문에 AF를 수행하는데 걸리는 시간이 길어지는 문제점을 가지고 있었다.

능동형일 경우에도 VCM 최초 구동 전류 및 구동 전류에 따른 포커스 렌즈의 위치의 상이함으로 인한 개별적인 알고리즘 사용으로 양산성에 문제점을 가지고 있었다.

따라서 종래 기술에 언급한 문제를 해결하고자 본 발명에서는 종래 기술에서 이용했던 구동부의 구동 전류에 상관없이 AF를 수행하여 AF 구동 시간의 낭비 없이 빠르고 연속적인 AF 수행이 가능한 새로운 방법을 제안한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정센서를 이용하여 AF 기능을 수행하는 카메라의 내부 구성도이다.

도 5의 구성을 살펴보면, 카메라와 피사체간의 거리를 측정하여 측정값을 ISP(515)로 전송하는 거리측정센서(517), 피사체의 이미지를 형성하는 렌즈(501), 형성된 이미지의 정확한 초점을 위한 포커스 렌즈(503), 형성된 이미지를 전기 신호로 검출하는 이미지 센서(505), 포커스 렌즈(503)의 초기 위치를 검출하고 이동된 포커스 렌즈(503)의 위치 신호를 ISP(515)와 제어부(511)로 전송하는 인코더(507), 포커스 렌즈(503)를 이동시키는 구동부(509), 이미지 센서(505)로부터 입력되는 이미지 신호와 거리측정센서(517)로부터 검출된 데이터를 이용하여 포커스 렌즈(503)가 움직여야 할 변위를 결정하는 ISP(515), 구동부(509)를 제어하는 제어부(513)로 구성된다.

도 5에 도시된 인코더(507)는 홀 센서와 영구 자석으로 구성되어 있고, 인코더 초기값을 이용하여 AF 수행 시 실제 렌즈가 움직이기 시작하는 값을 알 수 있다. 제어부(513)는 원칩(One Chip)의 형태로 피드백제어회로와 드라이버로 구성되며, 제어 신호를 이용하여 구동 장치를 제어하는 역할을 담당한다.

이미지 센서(505)에는 일반적으로 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 또는 CCD(Charge-Coupled Device)가 사용되는데 렌즈를 통해 들어온 빛 신호를 전기적인 신호로 바꾸어 주는 역할을 한다.

이상 상기에 나열된 도 5의 각 구성 요소의 역할에 대해 설명하면 하기와 같다.

거리측정센서(517)는 적외선, 초음파, 레이져 등을 전달 매체 신호로 사용하고 송신부(Tx)에서 전달 매체 신호를 피사체로 전송한다. 피사체에서 반사되어 돌아오는 이 신호는 수신부(Rx)에서 수신하여 피사체와의 거리를 측정하게 되고, 측정된 값은 전류나 전압 등의 형태로 ISP(515)로 전달된다.

ISP(515)는 거리측정센서(517)로부터 전송된 이미지 데이터를 처리하는 이미지 신호 처리의 역할을 한다. AF 수행을 시작할 때 포커스 렌즈(503)가 움직이기 시작하는 위치 값, 즉 인코더 초기값을 인코더(507)로부터 받아 그 값을 저장한다. 또한 거리측정센서(517)로부터 들어온 전류 혹은 전압 값과 내부 알고리즘을 비교하여 포커스 렌즈(503)가 움직일 위치를 결정하게 되고, 이를 제어부(511)에 전달 한다.

인코더(507)는 영구 자석과 홀 센서로 구성되어 있고, 홀 센서는 포커스 렌즈(503)의 움직임에 따라 함께 이동하면서 포커스 렌즈(503)가 구동부(509)에 의해 움직이기 시작하는 시점을 ISP(515)에 전달하고, 실제 이동한 포커스 렌즈(503)의 이동 거리를 측정하여 제어부(511)에 전달하는 역할을 한다.

상기에 설명된 도 5의 구성 요소들을 바탕으로 자동초점조절을 수행하는 과정을 하기의 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정센서와 인코더를 포함한 카메라에서 자동초점조절 기능을 수행하는 흐름을 나타낸 흐름도로서, 인코더 초기값을 검출하는 부분과 거리측정센서를 통하여 측정된 거리에 따라 포커스 렌즈를 제어하는 부분으로 구성되어 흐름이 진행된다.

도 6을 살펴보면, 601단계에서 인코더를 이용하여 렌즈부의 초기 위치를 검출한다. 검출된 렌즈부의 초기 위치 값은 인코더 초기값이 된다. 인코더에서 인코더 초기값이 검출되었으면 603단계에서 검출된 인코더 초기값을 ISP로 전송한다. ISP에서는 측정된 인코더 초기값을 AF 수행시 렌즈부가 처음 이동하기 시작하는 위치에 해당하는 렌즈부의 초기 위치 값으로 매칭시킨다. 인코더 초기값을 첫 번째 AF 스텝의 시작점으로 매칭함으로 인하여 낭비되는 스텝이 사라지게 된다. 여기서 전송되는 인코더 초기값은 구동 장치의 특성에 따라서 각각 다르게 나타날 수 있다.

다음으로 605단계에서 거리측정센서를 통하여서 피사체와의 거리를 측정한 다. 거리측정센서의 송신부(Tx)로부터 방출된 신호에 대한 피사체의 반사를 다시 수신부(Rx)에서 받아 거리를 측정한다. 거리측정센서에서 측정된 카메라와 피사체간의 거리 값은 ISP로 전송된다.

다음으로 607단계에서 카메라와 피사체간의 거리 값을 전송받은 ISP는 미리 정해져 있는 알고리즘을 통하여 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위(x), 즉 인코더 초기값으로부터 초점 조절을 위해 변화되어야 하는 인코더 값을 결정하게 된다. 여기서 카메라와 피사체와의 거리를 "L"로 두고 계산한다. 이때 상기에서 설명한 인코더 초기값에 대한 선형적 계수비 제어로 인하여 하기의 수학식을 이용하여 각 구동부의 초기 구동 전류에 상관없이 변위(x)를 결정하는 알고리즘을 구현할 수 있다.

1/a + 1/b = 1/f

상기 수학식 2는 본 발명에 적용되는 초점 거리 공식으로서, "a"는 포커스 렌즈에서 피사체까지의 거리를 나타내고, "b"는 포커스 렌즈에서 센서면까지의 거리를 나타내고, "f"는 렌즈의 초점 거리를 나타낸다.

f는 렌즈의 특성에 따라 상수 값으로 정해져 있으므로, 포커스 렌즈에서 센서면까지의 거리를 나타내는 b도 그 값이 정해진다. 그러므로 b에서 포커스 렌즈의 초기 위치 값(VCM에 입력이 없을 경우 센서면과 포커스 렌즈의 거리)을 빼면 실제로 포커스 렌즈가 이동해야 할 거리가 결정되게 된다. 실제로 포커스 렌즈가 이동해야 할 거리(x) 값은 각 구동부에 상관없이 피사체와의 거리(L)에 따라 포커스 렌즈가 이동해야 할 거리를 나타내므로 구동부 특성에 상관없이 다음과 같은 일반 수 식으로 나타낼 수 있다.

x = f(L) = fA(L) = fB(L) = fC(L)

상기 수학식 3은 AF 수행 시 거리측정센서를 이용하여 변위를 구하기 위한 알고리즘을 본 발명의 특성에 맞게 보정한 것으로써, 카메라에서 피사체까지의 거리를 "L"로 나타내고, 변위, 즉 초점이 맞는 포커스 렌즈의 위치를 "x"로 나타내고 특성 편차를 가지는 구동부 A, B, C가 있을 때 하나의 알고리즘으로 처리 가능함을 나타내었다.

ISP는 상기 수학식 2를 통하여 각 구동 장치의 특성에 상관없이 변위(x)를 결정하게 되고, 변위 값에 따른 포커스 렌즈의 이동 거리 값, 즉 인코더 값을 제어부에 전달하고 포커스 렌즈를 이동시킨다.

609단계에서 제어부는 ISP에서 결정된 인코더 값과 실제 포커스 렌즈의 움직임을 통해 나오는 인코더 값이 같아지도록 하기 위해여 피드백제어를 통해 구동부에 제어 신호를 전달한다. 611단계에서 제어 신호를 전달받은 구동부는 포커스 렌즈를 움직여 자동초점조절을 수행한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인코더의 초기값을 이용하여 AF 수행을 나타낸 그래프로서, 구동부의 인코더 초기값의 특성에 따라 E1, E2, E3 의 값으로 다르게 나타나고 있다. 이러한 각 구동부의 인코더 초기값을 카메라를 동작시킬 때마다 포커스 렌즈를 초기화 하면서 저장시켜 놓음으로써 항상 제어부로부터 생성되는 포커스 렌즈의 초기 움직임이 필요한 제어 신호를 알 수 있게 된다.

또한 각 구동부의 인코더 초기값에 따른 각기 다른 그래프 기울기가 선형적 계수비 제어로 인하여 모두 일정한 기울기를 가지게 되어 구동부의 구동 전류에 관계없는 제어가 가능하게 된다. 즉, 동일한 입력값의 변화(E1+a, E2+a, E3+a)에 대해 동일한 포커스 렌즈의 이동을 가지게 된다. 또한 구동부가 움직이는 시점인 인코더 값이 변하는 시점을 체크하여 각 구동부의 인코더의 초기값을 하나의 값으로 보정하면 하기의 도 8과 같이 나타낼 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인코더의 초기값을 보정하여 자동초점조절 수행을 나타낸 그래프로서, 도 7에서 도시된 인코더 초기값(E1, E2, E3)이 저장되어 있고 그 값을 감안하여 판단함으로써 최적 포커스 위치로 가기 위안 인코더 값 변화량은 모두 "a"가 되어 그 변화량이 동일하게 된다. 이 변화량은 저장된 인코더 초기값을 감안하여 판단한 것으로 실제 인코더 값은 E1+a, E2+a, E3+a 가 된다.

이때, 변위(x)로 포커스 렌즈를 이동시키는 작업은 기존 자동초점조절 수행 방법처럼 포커스 렌즈를 스텝별로 이동하여 에지값이 최대인 지점을 찾는 것이 아니라, 거리측정센서를 이용하여 한 순간에 거리를 측정하여 줌으로써 하나의 프레임보다 짧은 시간에 최적 위치가 판단된다. 여기서 하나의 프레임은 한번의 사진을 스캔하는 시간에 해당하며, 에지값을 모두 스캔하기 위해서는 해당 스텝 숫자에 해당하는 프레임 수가 필요하게 된다. 본 발명에서는 이미지를 한번도 스캔하지 않아도 거리가 정확히 측정되기 때문에 한 프레임보다 짧은 시간에 최적 위치가 판단되게 된다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라의 자동 초점 조절 장치 및 방법의 구성 및 동작이 이루어질 수 있다. 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

도 1은 기존의 수동형 자동초점조절 기능을 가지는 카메라의 내부 구성도

도 2는 기존의 수동형 자동초점조절 기능을 가지는 카메라를 이용하여 렌즈 위치에 따른 포커스 값의 변화를 나타낸 그래프

도 3은 기존의 능동형 자동초점조절 기능을 가지는 카메라의 내부 구성도

도 4는 기존의 능동형 AF 기능을 가지는 카메라 구동부에 전달되는 전류나 접압 등의 입력에 따른 포커스 렌즈의 위치 변화를 나타낸 그래프

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정센서를 이용하여 자동초점조절 기능을 수행하는 카메라의 내부 구성도

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 거리측정센서와 인코더를 포함한 카메라에서 자동초점조절 기능을 수행하는 흐름을 타나낸 흐름도

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인코더의 초기값을 이용하여 자동초점조절 수행을 나타낸 그래프

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인코더의 초기값을 보정하여 자동초점조절 수행을 나타낸 그래프

Claims (16)

1. 카메라(Camera)의 자동초점조절(Auto Focus) 방법에 있어서,

   포커스 렌즈의 초기 이동을 위해 필요한 제어 신호에 해당하는 인코더(encoder)의 초기값을 측정하는 과정과,

   거리측정센서(Distance Measuring Sensor)를 통하여 피사체의 거리값을 측정하는 과정과,

   측정된 거리 값에 대한 상기 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하는 과정과,

   상기 인코더의 초기값에 따른 제어 신호를 드라이버로 전달함으로써 실제로 이동된 포커스 렌즈의 위치 값과 상기 변위 값이 같도록 상기 드라이버에 의해 이동시킬 포커스 렌즈의 위치를 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 인코더의 초기값을 측정하는 것은,

   상기 인코더의 홀 센서(Hall Sensor)를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 홀 센서를 이용하여 측정한 인코더의 초기값은,

   렌즈부의 체결 형태와 체결 위치에 따라 다른 인코더 초기값으로 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 인코더의 초기값에 해당하는 구동 전류의 값을 결정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하는 것은

   하기의 수학식 4를 통하여 변위를 결정하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.

   [수학식 4]

   x = f(L) = fA(L) = fB(L) = fC(L)

   상기 수학식 4에서 렌즈와 피사체와의 거리가 L로 나타내고, 초점이 맞는 포커스 렌즈의 위치를 x로 나타내고 각기 다른 구동부의 구동 전류를 A, B, C로 나타냄.
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7. 제 1항에 있어서,

   상기 실제로 이동된 포커스 렌즈의 위치값과 상기 변위값의 계수비(Scaling Factor)는 하기 수학식 1을 통하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.

   [수학식 1]

   x = f (L)

   상기 x는 변위이며, L은 카메라와 피사체 간의 거리를 나타냄.
8. 제1항에 있어서, 상기 측정된 거리 값에 대한 상기 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위를 결정하는 과정은,

   미리 정해진 알고리즘에 의해 결정하는 과정임을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 초기값은 상기 포커스 렌즈의 적어도 하나의 실제 움직임으로부터 측정되는 것임을 특징으로 하는 자동초점조절 방법.
10. 카메라(Camera)의 자동초점조절(Auto Focus) 장치에 있어서,

    포커스 렌즈의 초기 이동을 위해 필요한 제어 신호에 해당하는 인코더의 초기값을 측정하는 상기 인코더(Encoder)와,

    피사체와의 거리를 측정하여 그 측정 값을 ISP로 전송하는 거리측정센서와,

    상기 인코더의 초기값을 전송받아 상기 거리측정센서로부터 전송받은 측정값에 대한 포커스 렌즈가 이동해야 할 변위 값을 검출하는 ISP(Image Signal Processor)와,

    상기 인코더의 초기값에 따른 제어 신호를 드라이버로 전달함으로써 실제로 이동된 포커스 렌즈의 위치와 상기 변위 값이 같도록 상기 드라이버에 의해 이동시킬 포커스 렌즈 위치 값을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 제어부는,

    상기 실제로 이동된 포커스 렌즈의 위치와 상기 변위 값의 계수비(Scaling Factor)는 하기 수학식1을 만족하도록 선형적으로 상기 포커스 렌즈의 위치 값을 재조정하는 피드백제어회로(Feedback Control Circuit)와,

    [수학식 1]

    x = f (L)

    상기 x는 변위이며, L은 카메라와 피사체 간의 거리를 나타냄.

    상기 피드백제어회로에서 재조정된 포커스 렌즈의 위치 값을 전송 받아 상기 포커스 렌즈를 움직이는 구동부의 모터(Motor)를 제어하여 상기 포커스 렌즈를 이동시키는 드라이버(Driver)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동초점조절 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 인코더는,

    영구 자석 및 홀 센서(Hall Sensor)를 포함함을 특징으로 하는 자동초점조절 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 인코더는,

    상기 포커스 렌즈의 움직임에 따라 이동되도록 동작하는 것임을 특징으로 하는 자동초점조절 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 인코더는,

    구동부에 의해 상기 포커스 렌즈가 움직이기 시작하는 시점을 상기 ISP로 전달함을 특징으로 하는 자동초점조절 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 인코더는,

    상기 포커스 렌즈의 실제 이동 거리를 측정하여 상기 제어부로 전달함을 특징으로 하는 자동초점조절 장치.
16. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,

    각 구동부의 구동 전류에 관계없이 구동부를 제어함을 특징으로 하는 자동초점조절 장치.

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