KR101412551B1 - 영상 안정화 장치 - Google Patents

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KR101412551B1
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김경수
고두열
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 영상 안정화 장치에 관한 것으로서, 그 구성은, 영상 촬영부(100)를 지지하는 짐벌부(200); 상기 짐벌부(200)에 지지되어 있으며, 선형 운동하는 제1리니어 액추에이터(310)를 가지는 제1리니어 샤프트 모터부(300); 및 상기 제1리니어 액추에이터(310)와 상기 영상 촬영부(100) 사이에 설치되어 있으며, 상기 제1리니어 액추에이터(310)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 제1핀 조인트부(400);를 포함하며, 높은 주파수 진동에 대해서도 고속 영상의 안정화가 가능하고, 전체적인 시스템의 안정화와 소형화가 가능한 효과가 있다.

Description

영상 안정화 장치{Image stabilization device}
본 발명은 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트를 이용한 높은 주파수 진동에 대해서도 고속 영상의 안정화가 가능하도록 하기 위한 영상 안정화 장치에 관한 것이다.
종래 영상 안정화 장치는 두 개 이상의 축이 수직으로 교차된 짐벌 형태의 각 축을 구동하기 위하여 회전 모터를 설치하였다.
정교한 안정화를 위해서는 짐벌 축에 백래쉬(back lash)가 없어야 하므로 종래 영상 안정화 장치에서는 기어가 없는 모터를 바로 회전축에 연결하였다.
즉, 회전 모터에 기어를 추가하면 크기를 줄일 수는 있지만, 백래쉬가 증가하여 안정화 가능이 매우 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 종래 영상 안정화 장치는 모터의 크기가 매우 커지게 되므로 전체적인 짐벌 시스템의 크기가 매우 커지는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제1236994호('항공사진 촬영용 카메라의 초점위치 안정화 지지대', 2013. 2. 19)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 높은 주파수 진동에 대해서도 고속 영상의 안정화가 가능하고, 전체적인 시스템의 안정화와 소형화가 가능한 영상 안정화 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은, 영상 촬영부(100)를 지지하는 짐벌부(200); 상기 짐벌부(200)에 지지되어 있으며, 선형 운동하는 제1리니어 액추에이터(310)를 가지는 제1리니어 샤프트 모터부(300); 및 상기 제1리니어 액추에이터(310)와 상기 영상 촬영부(100) 사이에 설치되어 있으며, 상기 제1리니어 액추에이터(310)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 제1핀 조인트부(400);를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1핀 조인트부(400)는, 제1핀(410)과, 상기 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면 또는 상기 영상 촬영부(100)의 외측면 중 어느 하나에 형성되고, 상기 제1핀(410)이 삽입되는 제1삽입부(431)가 형성되어 있는 제1플레이트(430)와, 상기 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면 또는 상기 영상 촬영부(100)의 외측면 중 나머지 하나에 형성되고, 상기 제1핀(410)이 삽입되는 제1-1삽입부(451)가 형성되어 있고, 서로 간격을 두며 배치되는 한 쌍의 제1-1플레이트(450)를 포함하여, 상기 제1플레이트(430)가 상기 한 쌍의 제1-1플레이트(450) 사이에 배치되어, 상기 제1핀(410)이 상기 한 쌍의 제1-1플레이트(450)와 상기 제1플레이트(430)를 차례로 관통하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 짐벌부(200)는, 상기 영상 촬영부(100)의 둘레에 배치되는 제1프레임(210)을 포함하고, 상기 제1리니어 샤프트 모터부(300)는 상기 제1프레임(210) 내에서 상기 영상 촬영부(100)의 양측에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 짐벌부(200)는, 상기 영상 촬영부(100)의 후방에서 상기 제1프레임(210)의 양측을 가로지르며 연결하는 제2프레임(220)과, 상기 제2프레임(220)의 후방에 배치되는 제3프레임(230)을 더 포함하고, 상기 제3프레임(230)에 지지되어 있으며, 선형 운동하는 제2리니어 액추에이터(510)를 가지는 제2리니어 샤프트 모터부(500); 및 상기 제2리니어 액추에이터(510)와 상기 제2프레임(220) 사이에 설치되어 있으며, 상기 제2리니어 액추에이터(510)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 제2핀 조인트부(600);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2핀 조인트부(600)는, 제2핀(610)과, 상기 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면 또는 상기 제2프레임(220)의 외측면 중 어느 하나에 형성되고, 상기 제2핀(610)이 삽입되는 제2삽입부(631)가 형성되어 있는 제2플레이트(630)와, 상기 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면 또는 상기 제2프레임(220)의 외측면 중 나머지 하나에 형성되고, 상기 제2핀(610)이 삽입되는 제2-1삽입부(651)가 형성되어 있고, 서로 간격을 두며 배치되는 한 쌍의 제2-1플레이트(650)를 포함하여, 상기 제2플레이트(630)가 상기 한 쌍의 제2-1플레이트(650) 사이에 배치되어, 상기 제2핀(610)이 상기 한 쌍의 제2-1플레이트(650)와 상기 제2플레이트(630)를 차례로 관통하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 짐벌부(200)는, 상기 제1프레임(210)과 상기 제3프레임(230)을 연결하는 연결 프레임(240)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 영상 안정화 장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
리니어 샤프트 모터와 핀 조인트를 이용하여, 높은 주파수 진동에 대해서도 고속 영상의 안정화가 가능하다. 즉, 리니어 샤프트 모터는 회전 모터에 비해 빠른 반복 움직임 성능이 뛰어나므로 회전 크기가 작고 높은 주파수를 갖는 진동에 대해 안정화가 매우 유리하다.
또한, 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트는 부피 대비 성능이 뛰어나므로 전체적인 시스템의 안정화와 소형화가 가능하다. 따라서, 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트에 의해 크기는 작아지면서도 백래쉬를 없앨 수 있다.
나아가, 야지를 이동하는 소형의 모바일 로봇의 경우 야외 지형을 빠르게 이동할 때와 같이 진동의 크기가 작고 높은 주파수의 진동이 영상 촬영부(100)에 발생하는데, 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트에 의해 높은 주파수의 진동이 제거되면서 소형 로봇에 탑재가 가능하도록 크기가 작게 설계 가능하다. 따라서, 진동의 크기가 작고 높은 진동 주파수가 발생하는 부분에 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 안정화 장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 일측면도.
도 3은 도 1의 평면도.
도 4는 도 1의 정면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 안정화 장치의 개념도.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 안정화 장치는 영상 촬영부(100)와 짐벌부(200)와 제1리니어 샤프트 모터부(300)와 제1핀 조인트부(400)와 제2리니어 샤프트 모터부(500)와 제2핀 조인트부(600)를 포함한다.
영상 촬영부(100)는 카메라 등 영상을 촬영할 수 있는 수단으로서, 야지를 이동하는 소형 모바일 로봇 등에 장착되어 영상을 촬영하는 장치이다.
본 실시예에서 영상 촬영부(100)는 원통 형상으로, 외측면 둘레와 후면을 감싸며 보호 브라켓(110)이 장착되어 있다.
짐벌부(200)는 영상 촬영부(100)를 지지할 수 있는 수단으로, 제1프레임(210)과 제2프레임(220)과 제3프레임(230)과 연결 프레임(240)을 포함하는 것이 바람직하다.
제1프레임(210)은 영상 촬영부(100)의 둘레에 영상 촬영부(100)와 간격을 두고 배치되어 있다. 본 실시예에서 제1프레임(210)은 사각형 형태이고, 상부와 하부에 내측으로 들어간 굴곡부(211)가 형성되어 있으며, 제1프레임(210)의 형상은 실시예에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
제2프레임(220)은 영상 촬영부(100)의 후방에서 제1프레임(210)의 양측을 가로지르며 연결하도록 마련되어 있다. 본 실시예에서 제2프레임(220)은 제1프레임(210)의 양측을 가로지르며 디귿자 형상으로 형성되어 있으나, 제2프레임(220)의 형상은 실시예에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
제3프레임(230)은 제2프레임(220)의 후방에 배치되고, 본 실시예에서 제3프레임(230)은 사각형 형태이고, 제3프레임(230)의 내부에는 상부와 하부를 가로지르며 보강 프레임(231)이 간격을 두고 형성되어 있다.
연결 프레임(240)은 제1프레임(210)과 제3프레임(230)을 연결하며, 본 실시예에서는 제1프레임(210)의 측면과 제3프레임(230)의 측면을 각각 연결하도록 마련되어 있다.
제1리니어 샤프트 모터부(300)는 선형 운동하는 제1리니어 액추에이터(310)를 가지며, 짐벌부(200)에 지지되어 있다. 특히, 제1리니어 샤프트 모터부(300)는 제1프레임(210) 내에서 영상 촬영부(100)의 양측에 각각 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 일직선 형태의 가이드봉(330)의 양단이 제1프레임(210)의 상부와 하부에 각각 고정되어 있고, 제1리니어 액추에이터(310)는 가이드봉(330)을 따라 상하로 이동이 가능하도록 마련되어 있다. 이렇게 구성된 제1리니어 샤프트 모터부(300)는 영상 촬영부(100)의 양측인 굴곡부(211)의 양측에 배치되어 있다.
제1핀 조인트부(400)는 제1리니어 액추에이터(310)와 영상 촬영부(100) 사이에 설치되어 있으며, 제1리니어 액추에이터(310)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환한다.
이러한 제1핀 조인트부(400)는 제1핀(410)과 제1플레이트(430)와 제1-1플레이트(450)를 포함하는 것이 바람직하다.
제1플레이트(430)는 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면에 형성되어 있으며, 제1핀(410)이 삽입될 수 있도록 홀 형태의 제1삽입부(431)가 형성되어 있다. 이러한 제1플레이트(430)는 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면에 일체로 형성될 수도 있지만, 도 1과 같이 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면에 설치되는 장착 브라켓(420)에 형성될 수도 있다.
한 쌍의 제1-1플레이트(450)는 영상 촬영부(100)의 외측면에 서로 간격을 두고 형성되어 있고, 제1핀(410)이 삽입되는 제1-1삽입부(451)가 형성되어 있다. 본 실시예에서 한 쌍의 제1-1플레이트(450)는 영상 촬영부(100)를 감싸고 있는 보호 브라켓(110)의 양측에 각각 형성되어 있으며, 제1-1삽입부(451)는 홈 형태로 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 제1플레이트(430)와 제1-1플레이트(450)는, 본 실시예에서는 제1플레이트(430)가 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면에 형성되어 있고, 한 쌍의 제1-1플레이트(450)가 영상 촬영부(100)의 외측면에 형성되어 있지만, 이와 반대로 제1플레이트(430)가 영상 촬영부(100)의 외측면에 형성되고, 한 쌍의 제1-1플레이트(450)가 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면에 형성될 수도 있다.
상기와 같이 구성되어, 제1플레이트(430)가 한 쌍의 제1-1플레이트(450) 사이에 삽입되고, 제1핀(410)이 한 쌍의 제1-1플레이트(450)와 제1플레이트(430)를 차례로 관통함으로써, 제1핀 조인트부(400)는 제1리니어 액추에이터(310)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환한다.
제2리니어 샤프트 모터부(500)는 선형 운동하는 제2리니어 액추에이터(510)를 가지며, 제3프레임(230)에 지지되어 있다.
즉, 일직선 형태의 가이드봉(530)의 양단이 제3프레임(230) 상부와 하부에 각각 고정되어 있고, 제2리니어 액추에이터(510)는 가이드봉(530)을 따라 상하로 이동이 가능하도록 마련되어 있다. 이렇게 구성된 제2리니어 샤프트 모터부(500)는 제3프레임(230) 내의 보강 프레임(231) 사이에 배치되어 있다.
제2핀 조인트부(600)는 제2리니어 액추에이터(510)와 제2프레임(220) 사이에 설치되어 있으며, 제2리니어 액추에이터(510)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환한다.
이러한 제2핀 조인트부(600)는 제2핀(610)과 제2플레이트(630)와 제2-1플레이트(650)를 포함하는 것이 바람직하다.
제2플레이트(630)는 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면에 형성되어 있으며, 제2핀(610)이 삽입될 수 있도록 홀 형태의 제2삽입부(631)가 형성되어 있다. 이러한 제2플레이트(630)는 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면에 일체로 형성될 수도 있지만, 도 4와 같이 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면에 설치되는 장착 브라켓(620)에 형성될 수도 있다.
한 쌍의 제2-1플레이트(650)는 제2프레임(220)의 후면에 서로 간격을 두고 형성되어 있고, 제2핀(610)이 삽입되는 제2-1삽입부(651)가 형성되어 있다. 본 실시예에서 제2-1삽입부(651)는 홈 형태로 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 제2플레이트(630)와 제2-1플레이트(650)는, 본 실시예에서는 제2플레이트(630)가 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면에 형성되어 있고, 한 쌍의 제2-1플레이트(650)가 제2프레임(220)에 형성되어 있지만, 이와 반대로 제2플레이트(630)가 제2프레임(220)에 형성되고, 한 쌍의 제2-1플레이트(650)가 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면에 형성될 수도 있다.
상기와 같이 구성되어, 제2플레이트(630)가 한 쌍의 제2-1플레이트(650) 사이에 삽입되고, 제2핀(610)이 한 쌍의 제2-1플레이트(650)와 제2플레이트(630)를 차례로 관통함으로써, 제2핀 조인트부(600)는 제2리니어 액추에이터(510)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 영상 안정화 장치의 개념를 설명하면 다음과 같다.
도 4와 같이, 영상 촬영부(100)의 측면은 제1핀 조인트부(400)에 의해 제1리니어 샤프트 모터부(300)와 연결되어 있다. 즉, 제1리니어 샤프트 모터부(300)의 제1리니어 액추에이터(310)의 Z축 방향 운동은 제1핀 조인트부(400)에 의해 y-z평면 상에서 회전 운동으로 변환된다.
또한, 도 5와 같이, 영상 촬영부(100)의 후방에 배치된 제2프레임(220)은 제2핀 조인트부(600)에 의해 제2리니어 샤프트 모터부(500)와 연결되어 있다. 즉, 제2리니어 샤프트 모터부(500)의 제2리니어 액추에이터(510)의 Z축 방향 운동은 제2핀 조인트부(600)에 의해 x-z평면 상에서 회전 운동으로 변환된다.
상기와 같이, 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트를 이용하여, 높은 주파수 진동에 대해서도 고속 영상의 안정화가 가능하다. 즉, 리니어 샤프트 모터는 회전 모터에 비해 빠른 반복 움직임 성능이 뛰어나므로 회전 크기가 작고 높은 주파수를 갖는 진동에 대해 안정화가 매우 유리하다.
또한, 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트는 부피 대비 성능이 뛰어나므로 전체적인 시스템의 안정화와 소형화가 가능하다. 따라서, 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트에 의해 크기는 작아지면서도 백래쉬를 없앨 수 있다.
나아가, 야지를 이동하는 소형의 모바일 로봇의 경우 야외 지형을 빠르게 이동할 때와 같이 진동의 크기가 작고 높은 주파수의 진동이 영상 촬영부(100)에 발생하는데, 리니어 샤프트 모터와 핀 조인트에 의해 높은 주파수의 진동이 제거되면서 소형 로봇에 탑재가 가능하도록 크기가 작게 설계 가능하다. 따라서, 진동의 크기가 작고 높은 진동 주파수가 발생하는 부분에 용이하게 적용될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : 영상 촬영부 200 : 짐벌부
210 : 제1프레임 220 : 제2프레임
230 : 제3프레임 240 : 연결 프레임
300 : 제1리니어 샤프트 모터부 310 : 제1리니어 액추에이터
400 : 제1핀 조인트부 410 : 제1핀
430 : 제1플레이트 431 : 제1삽입부
450 : 제1-1플레이트 451 : 제1-1삽입부
500 : 제2리니어 샤프트 모터부 510 : 제2리니어 액추에이터
600 : 제2핀 조인트부 610 : 제2핀
630 : 제2플레이트 631 : 제2삽입부
650 : 제2-1플레이트 651 : 제2-1삽입부

Claims (6)

  1. 영상 촬영부(100)를 지지하는 짐벌부(200);
    상기 짐벌부(200)에 지지되어 있으며, 선형 운동하는 제1리니어 액추에이터(310)를 가지는 제1리니어 샤프트 모터부(300); 및
    상기 제1리니어 액추에이터(310)와 상기 영상 촬영부(100) 사이에 설치되어 있으며, 상기 제1리니어 액추에이터(310)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 제1핀 조인트부(400);를 포함하는 영상 안정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1핀 조인트부(400)는,
    제1핀(410)과,
    상기 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면 또는 상기 영상 촬영부(100)의 외측면 중 어느 하나에 형성되고, 상기 제1핀(410)이 삽입되는 제1삽입부(431)가 형성되어 있는 제1플레이트(430)와,
    상기 제1리니어 액추에이터(310)의 외측면 또는 상기 영상 촬영부(100)의 외측면 중 나머지 하나에 형성되고, 상기 제1핀(410)이 삽입되는 제1-1삽입부(451)가 형성되어 있고, 서로 간격을 두며 배치되는 한 쌍의 제1-1플레이트(450)를 포함하여,
    상기 제1플레이트(430)가 상기 한 쌍의 제1-1플레이트(450) 사이에 배치되어, 상기 제1핀(410)이 상기 한 쌍의 제1-1플레이트(450)와 상기 제1플레이트(430)를 차례로 관통하는 것을 특징으로 하는 영상 안정화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 짐벌부(200)는,
    상기 영상 촬영부(100)의 둘레에 배치되는 제1프레임(210)을 포함하고,
    상기 제1리니어 샤프트 모터부(300)는 상기 제1프레임(210) 내에서 상기 영상 촬영부(100)의 양측에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 영상 안정화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 짐벌부(200)는,
    상기 영상 촬영부(100)의 후방에서 상기 제1프레임(210)의 양측을 가로지르며 연결하는 제2프레임(220)과,
    상기 제2프레임(220)의 후방에 배치되는 제3프레임(230)을 더 포함하고,
    상기 제3프레임(230)에 지지되어 있으며, 선형 운동하는 제2리니어 액추에이터(510)를 가지는 제2리니어 샤프트 모터부(500); 및
    상기 제2리니어 액추에이터(510)와 상기 제2프레임(220) 사이에 설치되어 있으며, 상기 제2리니어 액추에이터(510)의 선형 운동을 회전 운동으로 변환하는 제2핀 조인트부(600);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 안정화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2핀 조인트부(600)는,
    제2핀(610)과,
    상기 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면 또는 상기 제2프레임(220)의 외측면 중 어느 하나에 형성되고, 상기 제2핀(610)이 삽입되는 제2삽입부(631)가 형성되어 있는 제2플레이트(630)와,
    상기 제2리니어 액추에이터(510)의 외측면 또는 상기 제2프레임(220)의 외측면 중 나머지 하나에 형성되고, 상기 제2핀(610)이 삽입되는 제2-1삽입부(651)가 형성되어 있고, 서로 간격을 두며 배치되는 한 쌍의 제2-1플레이트(650)를 포함하여,
    상기 제2플레이트(630)가 상기 한 쌍의 제2-1플레이트(650) 사이에 배치되어, 상기 제2핀(610)이 상기 한 쌍의 제2-1플레이트(650)와 상기 제2플레이트(630)를 차례로 관통하는 것을 특징으로 하는 영상 안정화 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 짐벌부(200)는,
    상기 제1프레임(210)과 상기 제3프레임(230)을 연결하는 연결 프레임(240)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 안정화 장치.
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