KR102062326B1 - 비행체 장착 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

비행체에 장착되어 주변 광경을 촬상하는 비행체 장착 카메라 모듈이 개시된다. 개시된 비행체 장착 카메라 모듈은, 비행체에 결합되는 베이스, 베이스에 지지되는 이미지 센서, 이미지 센서의 좌측 및 우측에 배치되어 좌측 및 우측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도하는 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛, 및 이미지 센서의 아래측에 배치되어 아래측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도하는 하방 렌즈 유닛을 구비한다. 하방 렌즈 유닛은, 이미지 센서를 관통하는 가상의 수직 정렬선 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈를 구비하며, 미리 정한 기본 화각으로 이미지 센서에 빛을 결상시키는 기본 렌즈 조립체, 및 기본 렌즈 조립체 아래에 배치되고 적어도 하나의 렌즈를 구비하는 것으로, 수직 정렬선 상에 배치되면, 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 기본 화각과 다른 화각으로 이미지 센서에 빛을 결상시키는 특수 렌즈 조립체를 구비한다. 특수 렌즈 조립체는 선택적으로 수직 정렬선 상에 위치하거나 수직 정렬선에서 벗어나 위치한다.

Description

비행체 장착 카메라 모듈{Camera module mounted on flying object}
본 발명은 예컨대, 드론(drone)과 같은 비행체에 장착되는 비행체 장착 카메라 모듈에 관한 것이다.
높은 곳에서 아래를 바라본 풍경을 촬영하기 위하여, 종래에는 촬영 기사가 크래인(crane)을 타고 높이 올라가 아래를 촬영하거나, 헬리콥터를 타고 하늘에서 아래를 촬영하여야만 했다. 그러나, 근래에는 기술이 발전함에 따라 예컨대, 드론(drone)과 같은 무인 비행체에 카메라를 장착하고, 상기 카메라를 무선 조종(radio-control)하여 높은 곳에서 아래를 바라본 전경을 촬영할 수 있게 되었다.
그러나, 현재까지 비행체 장착 카메라는 화각(angle of view)이 제한적이어서 높은 곳에서 지표면을 촬영할 때 넓은 화각을 갖는 전경(全景)을 촬영할 수 없고, 대신에 비행체를 이동시키거나 카메라의 촬영 각도(camera angle)을 변경하여 촬영해야만 한다. 또한, 다양한 모드의 촬영을 할 수 없는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0059893
본 발명은, 비행체에 장착되는 카메라 모듈로서, 비행체가 지표면에서 이륙된 상태에서 좌측 및 우측 광경과, 아래측의 광경을 하나로 이어진 전경(panorama view)으로 촬상할 수 있는 비행체 장착 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은, 비행체에 장착되는 카메라 모듈로서, 예컨대, 광각 모드(mode), 망원 모드, 일반 모드 등의 다양한 촬상 모드 중의 하나를 선택하여 아래측을 촬상할 수 있으면서도, 경량화되고 소형화된 비행체 장착 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은, 비행체에 장착되어 주변 광경을 촬상(撮像)하는 것으로, 상기 비행체에 결합되는 베이스(base), 상기 베이스에 지지되는 이미지 센서(image sensor), 상기 이미지 센서의 좌측 및 우측에 배치되어 상기 좌측 및 우측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도하는 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛, 및 상기 이미지 센서의 아래측에 배치되어 상기 아래측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도하는 하방 렌즈 유닛을 구비하고, 상기 하방 렌즈 유닛은, 상기 이미지 센서를 관통하는 가상의 수직 정렬선 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈(lens)를 구비하며, 미리 정한 기본 화각(angle of view)으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 기본 렌즈 조립체, 및 상기 기본 렌즈 조립체 아래에 배치되고 적어도 하나의 렌즈를 구비하는 것으로, 상기 수직 정렬선 상에 배치되면, 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 상기 기본 화각과 다른 화각으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 특수 렌즈 조립체를 구비하고, 상기 특수 렌즈 조립체는 선택적으로 상기 수직 정렬선 상에 위치하거나 상기 수직 정렬선에서 벗어나 위치하는 비행체 장착 카메라 모듈을 제공한다.
상기 특수 렌즈 조립체는 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 상기 기본 화각보다 큰 화각으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 광각(wide angle) 렌즈 조립체이고, 상기 기본 렌즈 조립체와 상기 광각 렌즈 조립체가 조합된 경우에, 상기 하방 렌즈 유닛의 화각과, 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛의 화각을 합한 전체 화각이 180°가 되어, 상기 비행체 좌우측 및 아래측의 광경을 180° 화각을 갖는 전경(panorama view)으로 촬상할 수 있다.
상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛은 각각, 상기 하방 렌즈 유닛의 기본 렌즈 조립체와 동일한 기본 렌즈 조립체, 및 상기 하방 렌즈 유닛의 기본 렌즈 조립체와 광각 렌즈 조립체가 조합된 경우에 갖는 화각의 1/2 크기의 화각을 갖도록 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛의 기본 렌즈 조립체와 조합되는 반광각 렌즈 조립체를 구비할 수 있다.
본 발명의 비행체 장착 카메라 모듈은, 상기 수직 정렬선 상에 상기 기본 렌즈 조립체 아래에 개방된 통공이 형성된 렌즈 조립체 지지대, 상기 수직 정렬선과 교차하는 방향으로 이동 가능하게 상기 렌즈 조립체 지지대에 지지된 것으로, 상기 특수 렌즈 조립체가 탑재되고, 상기 특수 렌즈 조립체가 탑재된 위치에서 이격된 위치에 개방된 통공이 형성된 이동 브라켓, 및 상기 이동 브라켓을 상기 수직 정렬선과 교차하는 방향으로 이동시키는 동력을 제공하는 전동 모터를 더 구비하고, 상기 이동 브라켓이 이동하여 상기 이동 브라켓의 통공이 상기 수직 정렬선 상에 위치하면 상기 기본 렌즈 조립체에 의해 상기 기본 화각으로 상기 이미지 센서에 빛이 결상되고, 상기 이동 브라켓이 이동하여 상기 특수 렌즈 조립체가 상기 수직 정렬선 상에 위치하면 상기 기본 렌즈 조립체 및 상기 특수 렌즈 조립체의 조합에 의해 상기 기본 화각과 다른 화각으로 상기 이미지 센서에 빛이 결상될 수 있다.
상기 특수 렌즈 조립체는 복수 개가 구비되고, 상기 복수의 특수 렌즈 조립체에는, 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 상기 기본 화각보다 큰 화각으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 광각 렌즈 조립체, 및 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 상기 기본 화각보다 작은 화각으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 망원 렌즈 조립체가 포함되고, 상기 광각 렌즈 조립체와 망원 렌즈 조립체는 상기 이동 브라켓에 서로 이격되게 탑재될 수 있다.
상기 렌즈 조립체 지지대의 양 단부에는 상기 이동 브라켓을 감지하는 한 쌍의 센서(sensor)가 탑재되고, 상기 한 쌍의 센서가 상기 이동 브라켓을 감지하면, 상기 이동 브라켓의 이동이 정지되어 상기 이동 브라켓의 과도한 이동이 방지될 수 있다.
본 발명의 비행체 장착 카메라 모듈은, 상기 좌측 및 우측으로부터 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛을 통과한 빛을 상기 이미지 센서를 향하도록 굴절시키는 광 굴절 유닛을 더 구비할 수 있다.
상기 광 굴절 유닛은, 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛을 통과한 빛을 상기 이미지 센서를 향하도록 굴절시키는 좌측 및 우측 프리즘(prism), 및 상기 좌측 및 우측 프리즘을 지지하는 프리즘 지지 부재를 구비하고, 상기 프리즘 지지 부재에는, 상기 아래측으로부터 상기 하방 렌즈 유닛을 통과한 빛이 통과하여 상기 이미지 센서에 도달하도록 상기 수직 정렬선 상에 개방된 통공이 형성될 수 있다.
상기 이미지 센서는 빛이 도달하면 이를 전기적인 영상 신호로 변환하는 감광 소자가 분포된 광 감지 표면을 구비하고, 상기 광 감지 표면에서 상기 좌측방, 우측방, 및 하방 렌즈 유닛으로부터 유도된 빛이 도달되는 영역은 겹쳐지지 않게 서로 구분되고, 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛으로부터 유도된 빛이 도달되는 영역의 면적은 각각, 상기 광 감지 표면 면적의 1/4이고, 상기 하방 렌즈 유닛으로부터 유도된 빛이 도달되는 영역의 면적은 상기 광 감지 표면 면적의 1/2 일 수 있다.
상기 기본 렌즈 조립체의 기본 화각은 40 내지 70° 이고, 상기 특수 렌즈 조립체에는, 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 80 내지 120°의 화각을 갖는 광각 렌즈 조립체, 및 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 2 내지 30°의 화각을 갖는 망원 렌즈 조립체 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
본 발명의 비행체 장착 카메라 모듈은, 예컨대, 드론과 같은 비행체에 장착되고 상기 비행체가 지표면에서 이륙된 상태에서 좌측 및 우측 광경과, 아래측의 광경을 하나로 이어진 전경(panorama view)으로 촬상할 수 있다. 특히, 하방 렌즈 유닛의 렌즈 조합을 기본 렌즈 조립체와 광각 렌즈 조립체의 조합으로 선택하는 경우에, 좌측 및 우측 광경과 아래측 광경이 부분적으로 생략되거나 어긋남이 없이 매끄럽게 이어지는, 180° 화각을 갖는 전경으로 촬상할 수 있다.
본 발명의 비행체 장착 카메라 모듈은, 예를 들어, 평균적 화각을 갖는 일반 모드(mode), 상기 평균적 화각보다 큰 화각을 갖는 광각 모드(mode), 상기 평균적 화각보다 작은 화각을 갖는 망원 모드 등의 다양한 촬상 모드 중의 하나를 작업자가 선택하여 아래측을 촬상하고, 이와 동시에 좌측 및 우측의 광경도 촬상할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 하방 렌즈 유닛에서 기본 렌즈 조립체를 하나만 구비하고, 이미지 센서도 하나만 구비하여 공용화함으로써, 비행체 장착 카메라 모듈을 경량화 및 소형화할 수 있다. 따라서, 상기 카메라 모듈이 장착된 비행체의 체공 시간이 연장되고, 상기 카메라 모듈을 이용한 촬영을 더 오랜 시간 동안 지속할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈이 장착된 비행체를 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 비행체 장착 카메라 모듈의 사시도로서, 커버만 분리되어 도시된 도면이다.
도 3은 도 2의 비행체 장착 카메라 모듈의 분해 사시도로서, 커버가 제거된 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2를 IV-IV에 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발 명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈의 단면도로서, 아래측 광경을 광각 모드로 촬상하는 경우의 모습을 나타낸 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈의 단면도로서, 아래측 광경을 망원 모드로 촬상하는 경우의 모습을 나타낸 종단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈이 장착된 비행체를 도시한 정면도이다. 도 1을 참조하면, 도면에 개시된 비행체는 무선 조종 가능한 드론(drone)으로서, 본체(2)와, 본체(2)로부터 90° 간격으로 방사 방향으로 연장된 4개의 암(arm)(4)과, 상기 4개의 암(4)에 회전 가능하게 설치된 로터(rotor)(5)를 구비한다. 상기 4개의 로터(5)가 고속 회전하여 발생한 양력에 의해 드론(1)이 지표면으로부터 부상하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈(10)은 상기 드론(1)의 본체(2)에 탑재된다. 한편, 상기 드론(1)은 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈(10)이 장착되는 비행체의 일 예에 불과한 것으로서, 예를 들어, 무선 조종 헬리콥터나 비행기, 조종사 탑승 헬리콥터나 비행기에도 본 발명의 비행체 장착 카메라 모듈이 장착될 수 있다.
도 2는 도 1의 비행체 장착 카메라 모듈의 사시도로서, 커버만 분리되어 도시된 도면이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈(10)은 베이스(base)(12), 및 상기 베이스(12)에 결합되는 커버(cover)(16)로 이루어진 케이스(case)(11)를 구비한다. 상기 베이스(12)는 비행체(1)에 결합되는, 대략 판(plate) 형상의 부재로서, 상측면에 상향 돌출된 보스(boss) 형상의 비행체 탑재부(13)를 구비한다.
커버(16)는 대략 보올(bowl) 형상의 부재로서, 자신의 상단 모서리가 베이스(12)의 외주 모서리에 결합된다. 커버(16)의 바닥 벽의 중앙부에는 상기 카메라 모듈(10) 아래측, 즉 비행체(1) 아래측의 광경이 촬상되도록 투명한 밀폐 창(window)(17)이 마련된다. 상기 밀폐 창(17)은 상기 커버(16) 바닥 벽에 형성된 통공을 투명한 유리 또는 플라스틱 판재로서 폐쇄한 것이다. 상기 밀폐 창(17)은 후술할 수직 정렬선(VE) 상에 형성된다. 상기 커버(16)의 좌측 벽 및 우측 벽에는 상기 카메라 모듈(10) 좌측 및 우측, 즉 비행체(1) 좌측 및 우측의 광경이 촬상되도록 개방된 개방 창(18)이 형성된다.
도 3은 도 2의 비행체 장착 카메라 모듈의 분해 사시도로서, 커버가 제거된 모습을 도시한 도면이고, 도 4는 도 2를 IV-IV에 따라 절단하여 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발 명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈의 단면도로서, 아래측 광경을 광각 모드로 촬상하는 경우의 모습을 나타낸 종단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비행체 장착 카메라 모듈의 단면도로서, 아래측 광경을 망원 모드로 촬상하는 경우의 모습을 나타낸 종단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 카메라 모듈(10)은 베이스(12)와 이에 결합되는 커버(16)로 이루어진 케이스(11)(도 1 참조)의 내부 공간에 이미지 센서(20), 하방 렌즈 유닛(25), 렌즈 조립체 지지대(64), 이동 브라켓(bracket)(73), 전동 모터(81), 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R), 광 굴절 유닛(55)을 구비한다.
이미지 센서(20)는 베이스(12)의 하측면(13)에 지지된다. 구체적으로, 이미지 센서(20)는 이미지 센서 PCB(printed circuit board)(23)에 실장되며, 상기 이미지 센서 PCB(23)가 상기 베이스 하측면(13)에 지지된다. 이미지 센서(20)는 빛이 도달하면 이를 전기적인 영상 신호로 변환하는 감광 소자가 분포된 광 감지 표면(21)과, 상기 광 감지 표면(21)의 주위를 에워싸는 이미지 센서 베이스(22)를 구비한다.
하방 렌즈 유닛(25)은 이미지 센서(20)의 아래측에 배치되어 상기 이미지 센서(20) 아래측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도한다. 하방 렌즈 유닛(25)은 이미지 센서(20)를 관통하는 가상의 수직 정렬선(VE) 상에 배치된 기본 렌즈 조립체(26)와, 상기 기본 렌즈 조립체(26) 아래에 배치되는 제1 및 제2 특수 렌즈 조립체(32, 36)를 구비한다. 상기 제1 및 제2 특수 렌즈 조립체(32, 36)는 선택적으로 상기 수직 정렬선(VE) 상에 위치하거나 상기 수직 정렬선(VE)에서 벗어나게 위치하도록 구성된다. 즉, 상기 카메라 모듈(10)의 작업자가 무선 조종에 의해 상기 제1 및 제2 특수 렌즈 조립체(32, 36)를 상기 수직 정렬선(VE) 상에 위치시키거나 상기 수직 정렬선(VE)에서 벗어나게 위치시킬 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기본 렌즈 조립체(26)는 미리 정해진 기본 화각(angle of view)(VB1)으로 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 빛을 결상시킨다. 즉, 제1 및 제2 특수 렌즈 조립체(32, 36)를 제외하고 기본 렌즈 조립체(26)만으로 이미지 센서(20) 아래측을 촬상하면 기본 화각(VB1) 내에 있는 광경만이 이미지 센서(20)에 의해 촬상된다. 본 발명의 실시예에서 상기 기본 화각(VB1)은 40 내지 70° 범위 내의 일 각도이다. 기본 렌즈 조립체(26)는 복수의 렌즈(28a, 28b, 28c, 28d)와, 상기 복수의 렌즈(28a, 28b, 28c, 28d)를 지지하는 경통(27)을 구비한다.
제1 및 제2 특수 렌즈 조립체(32, 36)가 상기 기본 렌즈 조립체(26) 아래에서 상기 수직 정렬선(VE) 상에 배치되면, 상기 기본 렌즈 조립체(26)와의 조합에 의해 상기 기본 화각(VB1)과 다른 화각으로 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 빛이 결상된다. 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 특수 렌즈 조립체(32)는 기본 렌즈 조립체(26)와의 조합에 의해 상기 기본 화각(VB1)보다 큰 화각(VB2)으로 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 빛을 결상시키는 광각 렌즈 조립체이다. 즉, 이미지 센서(20) 아래측을 촬상할 때 상기 큰 화각(VB2) 내에 있는 광경이 이미지 센서(20)에 의해 촬상된다. 본 발명의 실시예에서 상기 큰 화각(VB2)은 90°이다. 다만, 상기 큰 화각(VB2)은 90°에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 80 내지 120° 범위 내의 일 각도일 수 있다. 제1 특수 렌즈 조립체(32), 즉 광각 렌즈 조립체는 복수의 렌즈(34a, 34b, 34c, 34d)와, 상기 복수의 렌즈(34a, 34b, 34c, 34d)를 지지하는 경통(33)을 구비한다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 제2 특수 렌즈 조립체(36)는 기본 렌즈 조립체(26)와의 조합에 의해 상기 기본 화각(VB1)보다 작은 화각(VB3)으로 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 빛을 결상시키는 망원 렌즈 조립체이다. 즉, 이미지 센서(20) 아래측을 촬상할 때 상기 큰 화각(VB2) 내에 있는 광경이 이미지 센서(20)에 의해 촬상된다. 화각이 기본 화각(VB1)보다 작은 화각(VB3)인 대신에 초점 거리는 기본 렌즈 조립체(26)만으로 촬상하는 경우의 초점 거리보다 커진다. 본 발명의 실시예에서 상기 작은 화각(VB3)은 2 내지 30° 범위 내의 일 각도이다. 제2 특수 렌즈 조립체(36), 즉 망원 렌즈 조립체는 복수의 렌즈(38a, 38b, 38c, 38d)와, 상기 복수의 렌즈(38a, 38b, 38c, 38d)를 지지하는 경통(37)을 구비한다.
상기 기본 렌즈 조립체(26)는 파이프(pipe) 형상의 기본 렌즈 조립체 홀더(holder)(30)에 끼워져 지지되고, 상기 기본 렌즈 조립체 홀더(30)는 베이스(12)의 하측면(13)에 고정 지지되는 모터 브라켓(60)에 지지된다. 구체적으로, 모터 브라켓(60)의 중앙에는 통공(62)이 형성되고, 상기 통공(62)을 한정하는 내주면에 상기 기본 렌즈 조립체 홀더(30)의 상단부가 끼워져 고정된다. 상기 모터 브라켓(60)의 통공(62)은 상기 수직 정렬선(VE) 상에 형성된다.
도 2 내지 도 6을 함께 참조하면, 렌즈 조립체 지지대(64)는 기본 렌즈 조립체(26) 아래에 배치되며 X축 방향으로 연장된 판(plate) 형상의 부재로서, 중앙에 상기 기본 렌즈 조립체(26)가 아래로 노출되도록 개방된 통공(65)이 형성된다. 상기 통공(65)은 상기 수직 정렬선(VE) 상에 형성된다. 렌즈 조립체 지지대(64)의 길이 방향 양 단부는 한 쌍의 지지 다리(68) 하단에 고정 지지되고, 상기 한 쌍의 지지 다리(68)의 상단은 베이스(12)의 하측면(13)에 고정 지지된다.
이동 브라켓(73)은 수직 정렬선(VE)과 교차하는 방향, 구체적으로는 X축과 평행한 방향으로 이동 가능하게 렌즈 조립체 지지대(64)에 지지된다. 부연하면, 렌즈 조립체 지지대(64)의 양 단부에는 X축과 평행하게 연장된 한 쌍의 가이드 로드(guide rod)(80) 양 단부를 지지하는 가이드 로드 지지부(67a, 67b)가 마련되고, Y축과 평행한 방향으로 이동 브라켓(73)의 양 단부의 모서리에는 상기 한 쌍의 가이드 로드(80)가 관통하여 체결되는 복수의 가이드 로드 지지 날개(74)가 마련된다. 즉, 상기 한 쌍의 가이드 로드(80)의 양 단부가 상기 가이드 로드 지지부(67a, 67b)에 끼워져서 상기 한 쌍의 가이드 로드(80)가 렌즈 조립체 지지대(64)에 고정 지지되고, 이동 브라켓(73)은 한 쌍의 가이드 로드(80)가 연장된 방향을 따라 이동 가능하다.
이동 브라켓(73)에는 X축과 평행한 가상의 일 직선 상에 상기 광각 렌즈 조립체(32)와 망원 렌즈 조립체(36)가 이격되게 탑재된다. 또한, 상기 이동 브라켓(73)에는 상기 광각 렌즈 조립체(32)가 탑재된 위치와 상기 망원 렌즈 조립체(36)가 탑재된 위치 사이에 개방된 통공(75)이 형성된다. 상기 이동 브라켓(73) 상에서 상기 광각 렌즈 조립체(32), 상기 망원 렌즈 조립체(36), 및 상기 통공(65)은 서로 이격되게 위치한다.
전동 모터(81)는 상기 이동 브라켓(73)을 X축과 평행한 방향으로 이동시키는 동력을 제공하는 것으로, 상기 모터 브라켓(60)에 상기 기본 렌즈 조립체 홀더(30)의 옆에 고정 지지된다. 부연하면, 이동 브라켓(73)에는 X축과 평행하게 연장된 랙 기어 부재(78)가 고정 결합된다. 상기 랙 기어 부재(78)의 상측면에는 X축과 평행하게 일렬로 배열된 랙 기어(rack gear)(79)가 형성된다. 전동 모터(81)의 모터 샤프트(82)에는 상기 랙 기어(79)에 치합되는 피니언 기어(pinion gear)(83)가 고정 결합된다. 렌즈 조립체 지지대(64)에는 상기 랙 기어 부재(78)가 관통하도록 랙 기어 부재 관통공(66)이 형성된다. 상기 랙 기어 부재 관통공(66)은 랙 기어 부재(78) 및 이에 고정 결합된 이동 브라켓(73)이 X축과 평행한 방향으로 이동할 수 있도록 상기 랙 기어 부재(78)의 길이보다 더 길게 X축과 평행하게 연장된다.
이와 같은 구성으로, 전동 모터(81)의 모터 샤프트(82)가 회전하면 이동 브라켓(73)이 X축과 평행하게 이동하게 된다. 모터 샤프트(82)의 회전 방향과 회전 각도에 따라 이동 브라켓(73)의 이동 방향 및 이동 거리가 결정된다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 이동 브라켓(73)이 이동하여 상기 이동 브라켓(73)의 통공(75)이 수직 정렬선(VE) 상에 위치하면, 상기 기본 렌즈 조립체(26)에 의해 기본 화각(VB1)으로 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 빛이 결상된다. 즉, 비행체(1)(도 1 참조)의 아래측으로부터 밀폐 창(17)과 이동 브라켓 통공(75)을 통과하여 기본 렌즈 조립체(26)에 입사(入射)되는 빛 중에서 기본 화각(VB1) 범위 내에서 입사되는 빛만 상기 기본 렌즈 조립체(26)를 통과하여 상기 이미지 센서 광 감지 표면(21)에 결상된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 이동 브라켓(73)이 이동하여 제1 특수 렌즈 조립체(32), 즉 광각 렌즈 조립체가 수직 정렬선(VE) 상에 위치하면, 상기 기본 렌즈 조립체(26) 및 광각 렌즈 조립체(32)의 조합에 의해 상기 기본 화각(VB1)보다 큰 화각(VB2)으로 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 빛이 결상된다. 즉, 비행체(1)(도 1 참조)의 아래측으로부터 밀폐 창(17)을 통과하여 광각 렌즈 조립체(32)에 입사(入射)되는 빛 중에서 상기 큰 화각(VB2) 범위 내에서 입사되는 빛이 상기 광각 렌즈 조립체(32)와 기본 렌즈 조립체(26)를 차례로 통과하여 상기 이미지 센서 광 감지 표면(21)에 결상된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 이동 브라켓(73)이 이동하여 제2 특수 렌즈 조립체(36), 즉 망원 렌즈 조립체가 수직 정렬선(VE) 상에 위치하면, 상기 기본 렌즈 조립체(26) 및 망원 렌즈 조립체(36)의 조합에 의해 상기 기본 화각(VB1)보다 작은 화각(VB3)으로 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 빛이 결상된다. 즉, 비행체(1)(도 1 참조)의 아래측으로부터 밀폐 창(17)을 통과하여 망원 렌즈 조립체(36)에 입사(入射)되는 빛 중에서 상기 작은 화각(VB3) 범위 내에서 입사되는 빛이 상기 망원 렌즈 조립체(36)와 기본 렌즈 조립체(26)를 차례로 통과하여 상기 이미지 센서 광 감지 표면(21)에 결상된다.
상기 비행체 장착 카메라 모듈(10)은 이동 브라켓(73)이 X축과 평행한 방향으로 과도하게 이동하지 않도록 제한하는 이동 제한 수단을 구비한다. 구체적으로, 이동 브라켓(73)의 길이 방향 양 단부에는 X축과 평행하게 돌출된 한 쌍의 도그 테일(dog tail)(76a, 76b)이 형성되고, 렌즈 조립체 지지대(64)의 길이 방향 양 단부에는 상기 한 쌍의 도그 테일(76a, 76b)을 감지하는 한 쌍의 포토 센서(photo sensor)(71a, 71b)가 탑재된다. 상기 한 쌍의 도그 테일(76a, 76b)과 한 쌍의 포토 센서(71a, 71b)는 일대일로 대응된다.
상기 한 쌍의 포토 센서(71a, 71b) 중 하나가 그에 대응되는 도그 테일(76a, 76b)를 감지하면, 상기 카메라 모듈(10)의 콘트롤러(controller)(미도시)의 자동 제어에 의해 전동 모터(81)의 모터 샤프트(82)의 회전이 즉시 정지된다. 따라서, 이동 브라켓(73)의 과도한 이동으로 인한 렌즈 조립체 지지체(64)와 이동 브라켓(73)의 강한 충돌과, 이로 인한 파손이 방지된다.
한편, 본 발명에서 이동 브라켓(73)의 과도한 이동을 감지하는 센서는 포토 센서(71a, 71b)에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 리미트 스위치(limit switch)가 적용될 수도 있다. 또 한편, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 이동 브라켓(73)을 이동시키는 수단으로 피니언 기어(83)와 랙 기어 부재(78)가 적용되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 나사 패턴(thread pattern)이 형성된 스크류(screw)와, 상기 스크류에 체결되어 상기 스크류가 회전하면 상기 스크류의 길이 방향으로 이동하는 스크류 체결 부재가 이동 브라켓을 이동시키는 수단으로 적용될 수도 있다.
좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R)은 이미지 센서(20)의 좌측 및 우측에 배치되어 상기 이미지 센서(20) 좌측 및 우측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도한다. 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R)은 각각, 기본 렌즈 조립체(42L, 42R), 반광각 렌즈 조립체(half wide angle lens assembly)(50L, 50R), 및 상기 기본 렌즈 조립체(42L, 42R)와 반광각 렌즈 조립체(50L, 50R)을 연결하는 연결 경통(46L, 46R)을 구비한다.
상기 기본 렌즈 조립체(42L, 42R)는 하방 렌즈 유닛(25)의 기본 렌즈 조립체(26)와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 상기 기본 렌즈 조립체(42L, 42R)는 각각, 복수의 렌즈(44a, 44b, 44c, 44d)와, 상기 복수의 렌즈(44a, 44b, 44c, 44d)를 지지하는 경통(43)을 구비한다. 따라서, 상기 기본 렌즈 조립체(42L, 42R)의 화각(angle of view)은 하방 렌즈 유닛(25)의 기본 렌즈 조립체(26)의 기본 화각(VB1)과 같다.
상기 반광각 렌즈 조립체(50L, 50R)는, 하방 렌즈 유닛(25)의 기본 렌즈 조립체(26)와 광각 렌즈 조립체(32)가 조합된 경우에 갖는 화각(VB2)의 1/2 크기의 좌측 및 우측 화각(VL, VR)을 갖도록 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R)의 기본 렌즈 조립체(42L, 42R)와 조합된다. 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R)의 반광각 렌즈 조립체(50L, 50R)는 각각 복수의 반원형 렌즈(52a, 52b, 52c, 52d)와, 상기 복수의 반원형 렌즈(52a, 52b, 52c, 52d)를 지지하는 대략 반원뿔형의 경통(51)을 구비한다. 상기 반원뿔형의 경통(51)은 베이스(12)의 하측면(13)에 고정 지지된다. 상기 복수의 반원형 렌즈들(52a, 52b, 52c, 52d) 중에서 가장 바깥에 배치된 렌즈(52a)는 커버(16)의 좌측 및 우측 개방 창(18)을 통해 노출된다.
상기 복수의 반원형 렌즈(52a, 52b, 52c, 52d)는 상기 광각 렌즈 조립체(32)의 복수의 렌즈(34a, 34b, 34c, 34d)를 반으로 절단한 형태의 렌즈로서, 렌즈들 간의 배열 순서 및 간격은 광각 렌즈 조립체(32)의 복수의 렌즈(34a, 34b, 34c, 34d)의 배열 순서 및 간격과 동일하다. 이로써, 상기 카메라 모듈(10)의 좌측방, 우측방, 및 하방 렌즈 유닛(41L, 41R, 25)을 구성함에 있어서 3개의 동일한 기본 렌즈 조립체를 적용할 수 있다. 또한, 반광각 렌즈 조립체(50L, 50R)의 복수의 반원형 렌즈들(52a, 52b, 52c, 52d)은 광각 렌즈 조립체(32)의 복수의 렌즈들(34a, 34b, 34c, 34d)을 반으로 절단하여 적용할 수 있다. 따라서, 렌즈의 공용화를 통해 상기 카메라 모듈(10)의 제조 원가를 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에서 하방 렌즈 유닛(25)의 기본 렌즈 조립체(26)와 광각 렌즈 조립체(32)의 조합으로 얻어지는 큰 화각(VB2)이 90°이므로, 상기 좌측 및 우측 화각(VL, VR)은 45°가 된다. 그러므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 하방 렌즈 유닛(25)으로 기본 렌즈 조립체(26)와 광각 렌즈 조립체(32)의 조합이 선택된 경우에, 하방 렌즈 유닛(25)의 화각(VB2)과, 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R)의 좌측 및 우측 화각(VL, VR)을 합한 전체 화각이 180°가 된다. 따라서, 비행체(1) 좌우측 및 아래측의 광경을 180° 화각을 갖는 전경(panorama view)으로 촬상하게 된다.
광 굴절 유닛(55)은 상기 카메라 모듈(10)의 좌측 및 우측으로부터 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R)을 통과한 빛을 상기 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)을 향하도록 굴절시킨다. 광 굴절 유닛(55)은 좌측 및 우측 프리즘(prism)(58L, 58R)과, 상기 좌측 및 우측 프리즘(58L, 58R)을 지지하는 프리즘 지지 부재(56)를 구비한다. 좌측 및 우측 프리즘(58L, 58R)은 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛(41L, 41R)을 통과한 빛을 상기 광 감지 표면(21)을 향하도록 굴절시킨다. 좌측 및 우측 프리즘(58L, 58R)은 프리즘 지지 부재(56)에 형성된 프리즘 안착 홈에 삽입 안착된다. 상기 좌측 및 우측 프리즘(58L, 58R)이 상기 프리즘 지지 부재(56)에 안착된 상태이지만, 상기 좌측 및 우측 프리즘(58L, 58R)의 광 굴절 면은 상기 프리즘 지지 부재(56)에 가려지지 않고 노출된다.
프리즘 지지 부재(56)는 모터 브라켓(60)에 고정 지지된다. 프리즘 지지 부재(56)에는, 상기 카메라 모듈(10)의 아래측으로부터 하방 렌즈 유닛(25)을 통과한 빛이 통과하여 이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에 도달하도록 상기 수직 정렬선(VE) 상에 개방된 통공(57)이 형성된다. 부연하면, 상기 프리즘 지지 부재(56)의 통공(57)과 모터 브라켓(60)의 통공(62)이 상기 수직 정렬선(VE) 상에서 연이어 배치되어 하방 렌즈 유닛(25)을 통과한 빛이 상기 모터 브라켓(60) 및 프리즘 지지 부재(56)의 통공(62, 57)을 차례로 통과하여 상기 광 감지 표면(21)에 수광(受光)된다.
이미지 센서(20)의 광 감지 표면(21)에서 좌측방 렌즈 유닛(41L), 우측방 렌즈 유닛(41R), 및 하방 렌즈 유닛(25)으로부터 유도된 빛이 도달되는 영역은 겹쳐지지 않게 서로 구분된다. 부연하면, 좌측방 렌즈 유닛(41L)을 통과하고 좌측 프리즘(58L)에 의해 굴절된 빛은 상기 광 감지 표면(21)의 좌측 영역(AL)에만 도달하여 수광된다. 우측방 렌즈 유닛(41R)을 통과하고 우측 프리즘(58R)에 의해 굴절된 빛은 상기 광 감지 표면(21)의 우측 영역(AR)에만 도달하여 수광된다. 하방 렌즈 유닛(25)과, 상기 모터 브라켓(60) 및 프리즘 지지 부재(56)의 통공(62, 57)을 차례로 통과한 빛은 상기 광 감지 표면(21)의 중앙 영역(AB), 즉 상기 좌측 영역(AL)과 우측 영역(AR) 사이의 영역에만 도달하여 수광된다. 상기 좌측 영역(AL)과 우측 영역(AR)의 면적은 각각, 상기 광 감지 표면(21)의 면적의 1/4 이다. 상기 중앙 영역(AB)의 면적은 상기 광 감지 표면(21)의 면적의 1/2 이다. 다만, 상기 좌측 영역(AL), 우측 영역(AR), 및 중앙 영역(AB)의 면적 비율은 예시적인 것에 불과하며 예시된 것과 다른 면적 비율로 구분될 수도 있다.
이처럼, 렌즈 유닛의 개수에 대응되게 3개의 이미지 센서를 필요로 하지 않고 하나의 이미지 센서(20)만으로 상기 카메라 모듈(10)의 좌측, 우측, 및 아래측의 광경을 영상 신호로 처리할 수 있으므로, 카메라 모듈(10)의 제조 원가가 절감된다.
도 5의 경우처럼 하방 렌즈 유닛(25)으로 기본 렌즈 조립체(26)와 광각 렌즈 조립체(32)의 조합을 적용하면, 카메라 모듈(10)의 좌측, 우측, 및 아래측을 180°의 화각으로 촬상할 수 있다. 따라서, 상기 광 감지 표면(21)에 수광되고 처리되어 디스플레이 패널에 표시된 이미지에서, 상기 좌측 영역(AL)과 중앙 영역(AB)의 경계 부분, 및 상기 우측 영역(AR)과 중앙 영역(AB)의 경계 부분에서 피사체의 아웃라인(outline)이 어긋나거나 일부 생략된 것처럼 보이지 않고, 자연스럽게 이어진 아웃라인으로 보여진다. 그러나, 도 4 또는 도 6의 경우처럼 하방 렌즈 유닛(25)으로 기본 렌즈 조립체(26)만을 적용하거나, 기본 렌즈 조립체(26)와 망원 렌즈 조립체(36)의 조합을 적용하면, 카메라 모듈(10)의 좌측과 아래측 사이 및 우측과 아래측 사이에 3개의 렌즈 유닛들의 화각에 의해 커버(cover)되지 않는 영역이 존재한다. 따라서, 상기 광 감지 표면(21)에 수광되고 처리되어 디스플레이 패널에 표시된 이미지에서, 상기 좌측 영역(AL)과 중앙 영역(AB)의 경계 부분, 및 상기 우측 영역(AR)과 중앙 영역(AB)의 경계 부분이 피사체의 아웃라인(outline)이 일부 생략되어 어긋난 것처럼 보인다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 비행체 10: 비행체 장착 카메라 모듈
20: 이미지 센서 25: 하방 렌즈 유닛
26: 기본 렌즈 조립체 32: 광각 렌즈 조립체
36: 망원 렌즈 조립체 41L, 41R: 좌측방, 우측방 렌즈 유닛
55: 광 굴절 유닛 64: 렌즈 조립체 지지대
73: 이동 브라켓 81: 전동 모터

Claims (10)

  1. 비행체에 장착되어 주변 광경을 촬상(撮像)하는 것으로,
    상기 비행체에 결합되는 베이스(base); 상기 베이스에 지지되는 이미지 센서(image sensor); 상기 이미지 센서의 좌측 및 우측에 배치되어 상기 좌측 및 우측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도하는 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛; 및, 상기 이미지 센서의 아래측에 배치되어 상기 아래측의 광경이 촬상되도록 빛을 유도하는 하방 렌즈 유닛;을 구비하고,
    상기 하방 렌즈 유닛, 좌측방 렌즈 유닛 및 우측방 렌즈 유닛은 각각, 미리 정한 기본 화각(angle of view)으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 기본 렌즈 조립체를 포함하고,
    상기 좌측방 렌즈 유닛 및 우측방 렌즈 유닛은, 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 상기 기본 화각보다 큰 화각으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 광각(wide angle) 렌즈 조립체를 구비하고,
    상기 하방 렌즈 유닛은, 상기 기본 렌즈 조립체 하부에 배치되며 상기 기본 렌즈 조립체가 아래로 노출되도록 개방된 통공이 형성된 렌즈 조립체 지지대와,
    상기 렌즈 조립체 지지대에 이동가능하게 지지되며, 복수의 특수 렌즈 조립체가 장착되어서, 상기 복수의 특수 렌즈 조립체가 선택적으로 상기 기본 렌즈 조립체와 동일한 광축을 가지도록 하는 이동 브라켓을 구비하며,
    상기 특수 렌즈 조립체는 광각 렌즈 조립체와, 망원 렌즈 조립체를 포함하고,
    상기 하방 렌즈 유닛에서 상기 기본 렌즈 조립체와 상기 광각 렌즈 조립체가 조합된 경우에, 상기 하방 렌즈 유닛의 화각과, 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛의 화각을 합한 전체 화각이 180°가 되어, 상기 비행체 좌우측 및 아래측의 광경을 180° 화각을 갖는 전경(panorama view)으로 촬상하는 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛에 구비된 광각 유닛 조립체는 각각, 상기 하방 렌즈 유닛의 기본 렌즈 조립체와 광각 렌즈 조립체가 조합된 경우에 갖는 화각의 1/2 크기의 화각을 갖도록 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛의 기본 렌즈 조립체와 조합되는 반광각 렌즈 조립체인 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 이동 브라켓을 상기 수직 정렬선과 교차하는 방향으로 이동시키는 동력을 제공하는 전동 모터;를 더 구비하고,
    상기 이동 브라켓이 이동하여 상기 이동 브라켓의 통공이 수직 정렬선 상에 위치하면 상기 기본 렌즈 조립체에 의해 상기 기본 화각으로 상기 이미지 센서에 빛이 결상되고,
    상기 이동 브라켓이 이동하여 상기 특수 렌즈 조립체가 상기 수직 정렬선 상에 위치하면 상기 기본 렌즈 조립체 및 상기 특수 렌즈 조립체의 조합에 의해 상기 기본 화각과 다른 화각으로 상기 이미지 센서에 빛이 결상되는 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 특수 렌즈 조립체는 복수 개가 구비되고,
    상기 복수의 특수 렌즈 조립체에는, 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 상기 기본 화각보다 큰 화각으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 광각 렌즈 조립체, 및 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 상기 기본 화각보다 작은 화각으로 상기 이미지 센서에 빛을 결상시키는 망원 렌즈 조립체가 포함되고,
    상기 광각 렌즈 조립체와 망원 렌즈 조립체는 상기 이동 브라켓에 서로 이격되게 탑재되는 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 렌즈 조립체 지지대의 양 단부에는 상기 이동 브라켓을 감지하는 한 쌍의 센서(sensor)가 탑재되고,
    상기 한 쌍의 센서가 상기 이동 브라켓을 감지하면, 상기 이동 브라켓의 이동이 정지되어 상기 이동 브라켓의 과도한 이동이 방지되는 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 좌측 및 우측으로부터 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛을 통과한 빛을 상기 이미지 센서를 향하도록 굴절시키는 광 굴절 유닛;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 광 굴절 유닛은, 상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛을 통과한 빛을 상기 이미지 센서를 향하도록 굴절시키는 좌측 및 우측 프리즘(prism), 및 상기 좌측 및 우측 프리즘을 지지하는 프리즘 지지 부재를 구비하고,
    상기 프리즘 지지 부재에는, 상기 아래측으로부터 상기 하방 렌즈 유닛을 통과한 빛이 통과하여 상기 이미지 센서에 도달하도록 수직 정렬선 상에 개방된 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 빛이 도달하면 이를 전기적인 영상 신호로 변환하는 감광 소자가 분포된 광 감지 표면을 구비하고,
    상기 광 감지 표면에서 상기 좌측방, 우측방, 및 하방 렌즈 유닛으로부터 유도된 빛이 도달되는 영역은 겹쳐지지 않게 서로 구분되고,
    상기 좌측방 및 우측방 렌즈 유닛으로부터 유도된 빛이 도달되는 영역의 면적은 각각, 상기 광 감지 표면 면적의 1/4이고, 상기 하방 렌즈 유닛으로부터 유도된 빛이 도달되는 영역의 면적은 상기 광 감지 표면 면적의 1/2 인 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 기본 렌즈 조립체의 기본 화각은 40 내지 70° 이고,
    상기 특수 렌즈 조립체에는, 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 80 내지 120°의 화각을 갖는 광각 렌즈 조립체, 및 상기 기본 렌즈 조립체와의 조합에 의해 2 내지 30°의 화각을 갖는 망원 렌즈 조립체 중 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 비행체 장착 카메라 모듈.
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