KR101179273B1

KR101179273B1 - 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치

Info

Publication number: KR101179273B1
Application number: KR1020090131085A
Authority: KR
Inventors: 권오석; 신동환; 안진웅; 이동하
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2012-09-04
Also published as: KR20110074187A

Abstract

본 발명에 따르는 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치는, 상기 촬상장치의 후면 중 렌즈 중심에 대응되는 지점과 일측 종단이 연결된 연결 바 장치; 상기 연결 바 장치에 대한 3차원 회전 운동과 직선 운동을 가이드하는 직선 운동 가이드가 형성된 볼 조인트 장치; 제1 내지 제3 직선 링크(AD,AB,CD 링크)와 하나의 삼각 링크(BPC 링크)로 구성되며, 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)은 상기 연결 바 장치의 타측 종단과 볼 조인트를 통해 연결되고, 상기 제1직선 링크(AD 링크)는 일측 종단이 회전축(A)과 연결되고, 상기 제2직선 링크(AB 링크)는 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제2꼭지점(B)과 회전축(A)간에 연결되며, 상기 회전축(A)을 기준으로 회전하고, 상기 제3직선 링크(CD 링크)는 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제3꼭지점(C)과 상기 제1직선 링크(AD 링크)의 타측 종단(D) 사이에 연결하는 4 바 장치; 상기 4 바 장치의 회전축(A)을 통해 상기 제2직선 링크(AB 링크)에 대한 회전력을 제공하는 1차원 모터;를 구비하며, 상기 4 바 장치의 제2직선 링크(AB 링크)가 회전함에 따라 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)이 2차원 궤적을 그리고, 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)이 그리는 2차원 궤적에 따라 상기 촬상장치의 렌즈 중심이 움직임을 특징으로 한다. 특히, 상기 4 바 장치의 제2직선 링크(AB 링크)가 회전함에 따라 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)이 8자 형상의 궤적을 그리고, 상기 촬상장치의 렌즈 중심도 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)의 움직임에 따라 8자 형상의 궤적을 그림을 특징으로 한다.

촬상장치, 4 바 장치

Description

촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치{APPARATUS OF CONTROLLING DIRECTION FOR CAMERA}

본 발명은 촬상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차원 구동장치를 이용하여 촬상장치의 촬상방향을 2차원으로 조정할 수 있게 하는 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치에 관한 것이다.

기술의 발달과 더불어 촬상장치는 다양한 목적에 부합될 수 있도록 촬상 방향을 조정할 수 있도록 개발되어 상용화되고 있다.

종래 기술 중 Son Truong, Jon Kieffer, Alexander Zelinsky. "A Cable-driven Pan-tilt Mechanism for Active Vision" In Proc. Australian Conference on Robotics and Automation, Brisbane 1999, pp 172-177.는 촬상장치의 수직 및 수평 방향 조정을 위하여 팬-틸트(Pan-Tilt) 2차 구동 장치를 이용하였다.

그리고 C. Gosselin, E. St-Pierre, M. Gagne. "On the development of the agile eye", IEEE Robotics and Automation Magazine, pp. 29-37, Dec, 1996.는 3차 구동 장치를 사용하며, 이중 2차는 수직 및 수평 방향 조정을 위하여 사용되었다.

이와 같이 종래에는 촬상장치의 수직 및 수평 방향을 조정하기 위하여 2차 구동장치가 사용되었다.

본 발명은 하나의 1차원 구동장치를 이용하여 촬상장치의 촬상방향을 2차원으로 조정할 수 있게 하는 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치는, 상기 촬상장치의 후면 중 렌즈 중심에 대응되는 지점과 일측 종단이 연결된 연결 바 장치; 상기 연결 바 장치에 대한 3차원 회전 운동과 직선 운동을 가이드하는 직선 운동 가이드가 형성된 볼 조인트 장치; 제1 내지 제3 직선 링크(AD,AB,CD 링크)와 하나의 삼각 링크(BPC 링크)로 구성되며, 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)은 상기 연결 바 장치의 타측 종단과 볼 조인트를 통해 연결되고, 상기 제1직선 링크(AD 링크)는 일측 종단이 회전축(A)과 연결되고, 상기 제2직선 링크(AB 링크)는 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제2꼭지점(B)과 회전축(A)간에 연결되며, 상기 회전축(A)을 기준으로 회전하고, 상기 제3직선 링크(CD 링크)는 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제3꼭지점(C)과 상기 제1직선 링크(AD 링크)의 타측 종단(D) 사이에 연결하는 4 바 장치; 상기 4 바 장치의 회전축(A)을 통해 상기 제2직선 링크(AB 링크)에 대한 회전력을 제공하는 1차원 모터;를 구비하며, 상기 4 바 장치의 제2직선 링크(AB 링크)가 회전함에 따라 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)이 2차원 궤적을 그리고, 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)이 그리 는 2차원 궤적에 따라 상기 촬상장치의 렌즈 중심이 움직임을 특징으로 한다.

특히, 상기 4 바 장치의 제2직선 링크(AB 링크)가 회전함에 따라 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)이 8자 형상의 궤적을 그리고, 상기 촬상장치의 렌즈 중심도 상기 삼각 링크(BPC 링크)의 제1꼭지점(P)의 움직임에 따라 8자 형상의 궤적을 그림을 특징으로 한다.

상기한 본 발명은 1차원 구동장치를 이용하여 촬상장치의 촬상방향을 2차원으로 조정할 수 있게 함으로써, 구조 및 제어를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 비용의 절감효과까지 야기할 수 있는 효과가 있다.

<촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치의 구조>

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치의 구조를 도시한 것이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 촬상장치(200)에 대한 촬상방향 조정장치는 하나의 1차원 구동장치(116)를 통해 촬상장치(200)의 렌즈 중심에 대향되는 제1면에 렌즈 중심 지점 L이 8자 형상의 궤적을 그리면서 2차원으로 이동될 수 있게 한다.

이를 위해 촬상방향 조정장치의 내부에 위치하는 제2면에 상기 촬상장치(200)의 후면 중 렌즈 중심 지점 L에 대응되는 지점과 연결된 지점 P가 상기 렌즈 중심 지점 L이 그리는 8자 형상의 궤적에 대응되는 8자 형상의 궤적을 그리도록 하는 4 바 장치(100)를 구비한다.

상기 4 바 장치(100)의 지점 P와 상기 촬상장치(200)의 후면 중 렌즈 중심 지점 L에 대응되는 지점이 8자 형상의 궤적을 그릴 수 있도록 상기 4 바 장치(100)의 지점 P와 상기 촬상장치(200)의 후면 중 렌즈 중심 지점 L에 대응되는 지점은 연결 바 장치(110)를 통해 연결된다.

상기 지점 P의 움직임에 따라 상기 지점 L이 안정적으로 8자 형상의 궤적을 그릴 수 있도록 상기 제1면과 제2면 사이에는 직선 운동 가이드(미도시)가 형성된 볼 조인트 장치(112)가 설치되는 고정 지점 J가 위치한다.

상기 고정 지점 J에 설치되는 볼 조인트 장치(112)는 상기 연결 바 장치(110)를 3차원 공간에서 회전 운동되게 가이드한다. 상기 연결 바 장치(110)는 상기 볼 조인트 장치(112)의 홀에 끼워진 상태에서 상기 지점 P의 움직임에 따라 3차원 공간에서 회전 운동하여 상기 지점 L이 상기 지점 P의 움직임에 대응되는 궤적을 그리게 한다. 상기 지점 P는 BPC 링크(108)의 한 지점으로 상기 BPC 링크(108)의 지점 P과 상기 연결 바 장치(110)는 3차원 공간에서 회전 운동할 수 있도록 볼 조인트 장치를 통해 연결된다.

상기 4 바 장치(100)는 세 개의 직선 링크인 AD 링크(102), AB 링크(104), CD 링크(106)와 하나의 삼각 링크인 BPC 링크(108)로 구성된다.

상기 4 바 장치(100)의 지점 A, B, C, D, P는 평면인 제2면 상에 위치하며, 상기 AD 링크(102), AB 링크(104), BPC 링크(108), CD 링크(106)는 평면인 제2면 상에서 움직인다.

상기 AD 고정 링크(102)는 지점 A와 지점 D 사이를 연결하며, 상기 지점 A와 상기 지점 D는 고정된다.

그리고 상기 AB 링크(104)는 지점 A와 지점 B 사이를 연결하며, 1차원 구동장치(116)에 의해 지점 A를 기준으로 지점 B를 360도로 회전시킨다.

상기 CD 링크(106)는 지점 C와 지점 D 사이를 연결한다.

상기 BPC 링크(108)는 삼각형태로서 지점 B,P,C에 연결되며, 상기 지점 B가 상기 AB 링크(104)에 의해 360도 회전함에 따라 상기 지점 P는 8자 형태의 궤적을 그린다.

상기 1차원 구동장치(116)는 지점 A를 기준으로 AB 링크(104)를 360도로 정역방향으로 회전시킨다.

<촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치의 동작>

이제, 상기한 바와 같이 구성되는 촬상방향 조정장치의 동작을 설명한다.

지점 A에 설치된 1차원 구동장치(116)가 상기 4 바 장치(100)의 상기 AB 링크(104)를 지점 A를 중심으로 360도 회전시키면, BPC 링크(108)의 지점 P는 8자 형상의 궤적에 따라 움직인다.

상기 지점 P가 상기 지점 L과 연결 바 장치(110)를 통해 연결되므로, 상기 지점 P가 8자 형상의 궤적에 따라 움직이면, 상기 지점 L도 상기 지점 P의 움직임에 대응되게 8자 형상의 궤적을 그리며 움직인다. 즉, 제2면의 지점 P가 좌상점에 있을 때 제1면의 지점 L은 우하점에 위치하고, 지점 P가 우하점에 있을 때 지점 L은 좌상점에 위치하고, 지점 P가 8자 형상의 교차점에 있을 때에는 상기 지점 L도 상기 8자 형상의 교차점에 위치하게 된다.

이로서, 본 발명은 1차원 구동장치(116)를 통해 촬상장치의 촬상방향을 지시하는 지점 L을 2차원으로 조정할 수 있다.

<4 바 장치의 수치 적용 예>

상기한 본 발명의 실시를 위해 설계자는 상기 제1면에 8자 형상을 그리기 위해 제2면에 8자 형상을 그리기 위한 4 바 장치(100)를 반복된 설계과정을 통해 획득할 수 있다.

상기 반복된 설계과정을 통해 획득된 4 바 장치(100)의 수치는 다음과 같다. 상기 4 바 장치(100)의 AD 길이는 0.5m, AB 길이는 0.2m, BC 길이는 0.3m, CD 길이는 0.5m, BP 길이는 0.8m이며, x 축과 AD 링크의 각도는 30도, BC와 BP 사이의 각도는 53도로 정해질 수 있다.

상기한 바와 같이 수치가 적용된 4 바 장치(100)의 AB 링크(104)가 1차원 구동장치(116)의 의해 360도 회전할 때에 AD 링크(102)는 고정상태를 유지하여, 상기 BPC 링크(108)의 지점 P이 8자 형상을 그리게 된다.

<촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치의 특징>

이러한 본 발명은 상하좌우 독립으로 구동하는 2 자유도 방향 결정 장치보다는 주시면적은 작지만 촬상장치가 가지고 있는 시야각을 고려할 때 2 자유도 방향결정장치의 가시 면적 범위에 근접한 가시 면적 범위를 가질 수 있게 한다.

또한 8자 형상과 같은 경로는 다른 1차 구동 경로인 직선 왕복 경로가 가지는 가시 면적 범위보다, 그리고 원이나 타원의 경로가 가지는 가시 면적 범위보다 크다. 이는 직선이나 원, 타원의 경로를 8자 형상의 궤적의 일부로 생각할 수 있기 때문이다. 즉 직선은 8자 형상을 ->8<-와 같이 8을 좌우에서 누른 형상이라 할 수 있고, 원이나 타원은 2개를 접하여 8자 형상을 만들 수 있기 때문이다. 그리고 지점 P의 경로를 원이나 타원으로 하였을 때는 카메라 방향이 항상 바깥쪽으로 향하여 중앙부분의 가시 면적 범위가 손실될 우려가 있지만, 8자 형상의 경로는 교차점에서 카메라 촬상 방향이 중앙도 향하기 때문에 중앙 부분의 가시 면적 범위가 손실될 우려가 적다.

<촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치의 설계방법>

이와 같은 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치를 설계하는 방법을 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다.

상기 설계자는 촬상장치의 촬상방향을 나타내는 제1면의 형상 및 상기 제1면 상의 궤적 정보를 결정한다(400단계). 특히 상기 제1면의 궤적 정보를 본 발명에 따라 8자 형태의 궤적으로 결정한다.

이후 상기 제1면 상의 궤적정보에 대응되는 제2면 상의 궤적 정보를 생성한다(402단계). 이후 상기 제2면 상의 궤적 정보를 추종하는 4 바 장치의 구조를 설계한다(404단계).

이로서 본 발명의 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치의 설계가 완료된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치 설계방법의 흐름도.

Claims

촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치에 있어서,

촬상장치의 후면 중 렌즈 중심에 대응되는 지점과 일측 종단이 연결된 연결 바 장치;

상기 연결 바 장치에 대한 3차원 회전 운동을 가이드하는 볼 조인트 장치;

평면 상에 위치하는 지점 A,B,C,D,P 사이를 연결하는 제1 내지 제3직선 링크와 하나의 삼각 링크로 구성되며,

상기 삼각 링크는 지점 B 및 지점 P 및 지점 C 사이를 연결하며, 상기 지점 P와 연결되는 삼각 링크의 제1꼭지점은 상기 연결 바 장치의 타측 종단과 볼 조인트를 통해 연결되고,

상기 제1직선 링크는 지점 A 및 지점 D 사이를 연결하며, 지점 A 및 지점 D가 고정된 고정 링크이며,

상기 제2직선 링크는 지점 A 및 지점 B 사이를 연결하며, 상기 지점 A를 통해 상기 제1직선 링크와 연결되고 상기 지점 B를 통해 삼각 링크의 제2꼭지점과 연결되며, 상기 지점 A를 회전축으로 하여 상기 지점 B를 상기 평면 상에서 회전시키며,

상기 제3직선 링크는 지점 C 및 지점 D 사이를 연결하며, 상기 지점 C를 통해 삼각 링크의 제3꼭지점과 연결되며, 상기 D 지점을 통해 상기 제1직선 링크와 연결되는 4 바 장치;

상기 지점 A를 회전축으로 하여 상기 4 바 장치의 제2직선 링크가 상기 평면에 평행되게 회전하도록 하는 회전력을 제공하는 1차원 모터;를 구비하며,

상기 4 바 장치의 제2직선 링크에 의해 지점 B가 회전함에 따라 상기 삼각 링크의 제1꼭지점이 연결된 지점 P가 2차원 궤적을 그리고,

상기 삼각 링크의 제1꼭지점이 연결된 지점 P가 그리는 2차원 궤적에 따라 상기 촬상장치의 렌즈 중심이 움직이며,

상기 제2직선 링크와 상기 제3직선 링크가 상기 제2직선 링크의 회전에 따라 서로 엇갈리지 않거나 엇갈리되게 됨을 특징으로 하는 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치.
제1항에 있어서,

상기 4 바 장치의 제2직선 링크에 의해 지점 B가 회전함에 따라 상기 삼각 링크의 제1꼭지점이 연결된 지점 P가 8자 형상의 궤적을 그리고,

상기 촬상장치의 렌즈 중심도 상기 삼각 링크의 제1꼭지점이 연결된 지점 P의 움직임에 따라 8자 형상의 궤적을 그림을 특징으로 하는 촬상장치에 대한 촬상방향 조정장치.