KR102673827B1 - 자동 초점 장치를 채용하는 감시카메라 - Google Patents

자동 초점 장치를 채용하는 감시카메라 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 렌즈 및 렌즈지지부를 포함하는 렌즈부, 상기 렌즈부를 상기 렌즈의 광축 방향으로 이동시키는 구동부 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 감시카메라에 있어서, 상기 구동부는, 상기 광축과 평행한 적어도 하나의 가이드핀; 상기 가이드핀이 삽입되는 가이드홀이 구비되는 제1베이스 부재; 상기 제1베이스 부재와 연결되며 모터 및 위치센서를 지지하는 제2베이스 부재; 상기 제1베이스 부재에 배치되며, 상기 모터와 연결되어 상기 모터의 회전속도를 감속하는 제1기어; 상기 제1기어의 제1회전축에 대해서 수직이고 상기 광축과 평행한 제2회전축을 가지며, 상기 제1기어와 기어 결합하는 제2기어; 상기 제2기어에 고정적으로 결합되며 상기 제2회전축 방향으로 연장된 리드스크류; 상기 리드스크류와 나사 결합된 너트 부재; 및 상기 리드스크류를 감싸는 스프링 부재;를 포함하며, 상기 너트 부재는 상기 렌즈지지부에 고정되고, 상기 렌즈지지부는 상기 리드스크류의 일부와 상기 스프링 부재가 삽입될 수 있는 삽입홀을 구비하고, 상기 제어부는, 상기 위치센서에 의해 감지된 상기 렌즈의 위치값을 바탕으로 상기 모터의 회전 방향 및 회전량을 결정하는, 감시카메라를 개시한다.

Description

자동 초점 장치를 채용하는 감시카메라{surveillance camera empolying auto focusing apparatus}
본 발명의 실시예들은 자동 초점 장치를 채용하는 감시카메라에 관한 것이다.
최근 들어 보안 시장이 발달하면서 여러 종류의 감시 시스템들이 시장에 등장하고 있다. 일반적으로 감시 시스템은 감시가 필요한 지역의 기둥, 천장, 벽 등에 감시 카메라가 설치되어, 감시 카메라가 촬상한 영상을 중앙 통제소로 전송하여 직접 감시를 수행하거나 촬상된 영상을 저장하는 방식으로, 산불 감시, 도로 교통 감시, 가스관 감시, 대형 발전소 감시 등에 용이하게 사용되고 있다.
한편, 감시 카메라는 일반적으로 단초점 렌즈를 적용하고 있으며, 이러한 단초점 렌즈의 초점거리 또는 렌즈와 촬상소자와의 거리는 환경 및 설치 환경에 따라 바뀔 수 있어 영상이 또렷하게 보이지 않고 흐리게 나타날 수 있다.
본 발명의 실시예들은 자동 초점 장치를 채용한 단초점 렌즈 감시카메라를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 렌즈 및 렌즈지지부를 포함하는 렌즈부, 상기 렌즈부를 상기 렌즈의 광축 방향으로 이동시키는 구동부 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 감시카메라에 있어서,
상기 구동부는, 상기 광축과 평행한 적어도 하나의 가이드핀; 상기 가이드핀이 삽입되는 가이드홀이 구비되는 제1베이스 부재; 상기 제1베이스 부재와 연결되며 모터 및 위치센서를 지지하는 제2베이스 부재; 상기 제1베이스 부재에 배치되며, 상기 모터와 연결되어 상기 모터의 회전속도를 감속하는 제1기어; 상기 제1기어의 제1회전축에 대해서 수직이고 상기 광축과 평행한 제2회전축을 가지며, 상기 제1기어와 기어 결합하는 제2기어; 상기 제2기어에 고정적으로 결합되며 상기 제2회전축 방향으로 연장된 리드스크류; 상기 리드스크류와 나사 결합된 너트 부재; 및 상기 리드스크류를 감싸는 스프링 부재;를 포함하며, 상기 너트 부재는 상기 렌즈지지부에 고정되고, 상기 렌즈지지부는 상기 리드스크류의 일부와 상기 스프링 부재가 삽입될 수 있는 삽입홀을 구비하고,
상기 제어부는, 상기 위치센서에 의해 감지된 상기 렌즈의 위치값을 바탕으로 상기 모터의 회전 방향 및 회전량을 결정하는, 감시카메라를 개시한다.
상기 렌즈부는 상기 렌즈와 결합된 조리개를 더 포함하며, 상기 구동부에 의해 상기 렌즈 및 상기 조리개가 동시에 이동 가능할 수 있다.
상기 렌즈는 단초점 렌즈이고, 상기 제1기어는 윔기어(worm gear)를 포함하고, 상기 제2기어는 헬리컬기어(helical gear)를 포함하며, 상기 제2베이스 부재는 굴곡된 형상을 포함하여, 상기 제1베이스 부재를 감싸며 끼워질 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 자동 초점 장치는 단렌즈 렌즈의 초점을 환경의 변화에 대응하여 자동으로 맞출 수 있어, 이를 적용한 감시카메라는 촬영시간 동안 또렷한 영상을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 자동 초점 장치를 채용한 감시카메라의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 동작을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 자동 초점 장치를 채용한 감시카메라의 사시도, 도 2는 도 1의 분해 사시도, 도 3은 도 1의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감시카메라는 렌즈(110) 및 렌즈지지부(130)를 포함하는 렌즈부(100), 상기 렌즈부를 상기 렌즈의 광축(OA) 방향으로 이동시키는 구동부(200) 및 상기 구동부를 제어하는 제어부(300)를 포함한다.
렌즈(110)는 초점 렌즈로 하나 또는 복수의 렌즈를 조합한 렌즈군으로 이루어질 수 있다. 렌즈(110)는 단초점 렌즈일 수 있다. 렌즈(110)의 일측에는 조리개(120)가 더 배치될 수 있다. 조리개(120)는 렌즈(110)를 통과한 빛의 양과 심도를 조절하기 위한 것으로 수동 또는 자동조리개일 수 있다.
렌즈지지부(130)는 상기 렌즈(110)와 조리개(120)와 결합하여 상기 렌즈(110) 및 조리개(120)를 지지하는 부재이다. 렌즈지지부(130)는 구동부(200)에 의해서 렌즈(110)의 광축 방향(OA, ±z 방향)으로 이동할 수 있다.
구동부(200)는 상기 렌즈지지부(130) 일측에 배치되어, 상기 렌즈부(100)를 광축(OA) 방향으로 이동하는 역할을 한다. 구동부(200)는 제1베이스 부재(210) 및 제2베이스 부재(220)을 포함한다.
제1베이스 부재(210)는 광축(OA)과 평행한 방향으로 연장된 적어도 하나의 가이드핀(205)이 삽입되는 가이드홀(205h)를 구비한다. 가이드핀(205)은 광축(OA)과 평행한 방향으로 상기 가이드홀(205h)에 삽입 배치되어, 상기 렌즈부(100)가 광축 방향을 따라 이동할 수 있도록 가이드하는 역할을 한다. 가이드핀(205)은 복수로 구비될 수 있으며, 이 경우 복수의 가이드핀(205)은 서로 평행하게 배치된다.
제1베이스 부재(210)에는 상기 가이드핀(205) 이외에도 후술할 제1기어(211), 제2기어(213), 리드스크류(215), 스프링 부재(217), 촬상소자(230), 필터 전환 장치(240) 등이 배치된다.
제2베이스 부재(220)에는 모터(221) 및 위치센서(222)가 장착된다. 제2베이스 부재(220)는 모터(221) 및 위치센서(222)에 전기적 신호가 인가되는 단자가 외부로 돌출 될 수 있는 홀이 구비될 수 있다. 제2베이스 부재(220)는 얇은 판을 굴곡시켜 형성한 것으로 모터(221)의 진동에 대해서 완충하는 작용을 할 수 있으며, 제1베이스 부재(210)에 끼움 결합이 가능하여 탈착이 용이할 수 있다. 따라서, 모터(221) 및 위치센서(222)를 교체하는 경우 용이하게 교체할 수 있다. 또한, 모터(221)와 위치센서(222)를 제2베이스 부재(220)에 장착함에 따라, 위치센서(222)와 모터(221)의 상대적인 위치가 고정되어, 위치센서(222)의 값에 따라서 모터(221)의 동작을 제어하는데에 있어서 기준을 확보할 수 있다.
모터(221)는 구동부(200)에 동력을 제공하며, 스텝핑 모터(stepping motor)일 수 있다. 상기 모터(221)의 회전축은 상기 광축(OA)와 수직인 방향(x축 방향)으로 구비된다.
제1기어(211)는 상기 모터(221)과 연결되어 상기 모터(221)의 동력을 전달받는다. 제1기어(211)는 상기 모터(221)의 회전축과 평행하는 제1회전축을 구비하며, 상기 모터(221)의 회전속도를 감속시킨다. 제1기어(211)는 상기 모터(221)의 회전속도를 감속시켜서 상기 모터(221)의 한 펄스당 이송거리를 줄이는 역할을 한다. 이에 따라, 모터(221)의 한 펄스당 구동부(200)가 렌즈부(100)를 이송하는 거리가 짧아져서 미세 조정이 가능할 수 있다. 제1기어(211)는 감속기어로 사용되는 다양한 기어가 사용될 수 있다. 예컨대, 제1기어(211)는 유성 기어, 웜(worm)기어 등 다양한 기어를 사용할 수 있다. 제1기어(211)는 제2기어(213)와 기어 결합하여 제1기어(211)의 동력을 제2기어(213)으로 전달한다.
제2기어(213)는 상기 제1기어(211)의 제1회전축에 대해서 수직인 제2회전축을 가진다. 제2회전축은 상기 광축(OA) 방향과 평행하게 배치된다. 이에 따라, 모터(221)의 동력은 광축 방향의 동력으로 전환된다. 또한, 제1기어(211)와 제2기어(213)은 수직으로 결합되어, 구동부(200)는 컴팩트하게 구성될 수 있다. 제2기어(213)는 제1기어(211)와 수직으로 결합하는 다양한 기어일 수 있다. 예컨대, 제2기어(213)는 헬리컬(helical) 기어, 웜기어, 웜휠 등 다양한 기어일 수 있다.
제2기어(213)의 제2회전축에는 리드스크류(215)가 고정적으로 결합된다. 즉, 리드스크류(215)는 제2기어(213)의 회전동력에 의해서 회전한다. 리드스크류(215)는 너트 부재(216)와 나사 결합된다. 너트 부재(216)은 상기 렌즈지지부(130)의 끼움홀(216h)에 끼움 고정되어, 상기 리드스크류(215)의 회전에 의해서 너트 부재(216) 및 렌즈지지부(130)가 광축(OA) 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 리드스크류(215)는 제2기어(213)에 고정적으로 결합되어 있어, 외부의 충격에 의해 리드스크류(215)가 회전되는 것을 방지할 수 있다.
상기 리드스크류(215)는 스프링 부재(217)에 의해서 감싸질 수 있다. 상기 리드스크류(215) 및 스프링 부재(217)은 상기 렌즈지지부(130)의 삽입홀(130h)에 삽입될 수 있다. 스프링 부재(217)는 상기 리드스크류(215) 등에 의한 렌즈지지부(130)의 흔들림을 최소화하기 위해서 구비된 것일 수 있다.
제1베이스 부재(210)에는 상기 렌즈(110)와 마주보는 위치에 촬상소자(230)가 구비된다. 촬상소자(230)는 상기 렌즈(110)를 통과한 빛을 촬상하여 영상 신호를 생성한다. 촬상소자(230)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광전변환부 및 상기 광전변환부로부터 전하를 이동시켜 영상 신호를 독출하는 수직 또는/및 수평 전송소 등을 포함할 수 있다. 촬상소자(230)로 CCD(charge coupled device) 센서, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 센서 등을 사용할 수 있다.
한편, 촬상소자(230)의 일측에는 필터 전환 장치(240)가 더 구비될 수 있다. 필터 전환 장치(240)는 입사광의 양의 따라 상기 촬상소자(230)의 일측에 배치되는 필터를 전환하는 장치일 수 있다. 상기 필터로는 적외선 필터, 적외선 컷 필터, 감광 필터 등이 사용될 수 있다.
위치센서(222)는 제2베이스 부재(220)에 장착되어 있으며, 상기 렌즈지지부(130)의 일측에 배치된다. 위치센서(222)는 상기 렌즈지지부(130)의 위치를 감지하는 것으로, 다양한 센서가 적용될 수 있다. 위치센서(222)는 렌즈지지부(130)의 움직임에 비례하는 저항의 변화에 상응하는 전압 출력을 제공하는 저항형 검출기(potentiometer)를 비롯하여, 포토다이오드, 적외선(infrared), 저항(resistive), 정전용량(capacitive), 자성(magnetic), 홀 센서(hallsensor) 등을 포함하는 다양한 방법으로 대상의 위치를 감지하는 방식의 센서가 모두 적용 가능하다.
제어부(300)는 상기 위치센서(222)에 의해 감지된 렌즈(110)의 위치를 초점 거리에 맞게 조절하는 역할을 할 수 있다. 상기 제어부(300)는, 상기 위치센서(222)에 의해 감지된 상기 렌즈(110)의 위치값을 바탕으로 상기 모터(221)의 회전 방향 및 회전량을 결정할 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부(300)의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(300)는 감시카메라의 전원이 인가되거나 사용자 설정에 의한 시간에 따라 위치센서(222)에 의해 렌즈(110)의 위치를 감지하는 단계(S1), 감지된 위치값과 초기 설정 위치값을 비교하는 단계(S2), 초기 설정 위치값으로 렌즈 이동 단계(S3), 최적 초점 위치값 검색하는 단계(S4), 및 최적 초점 위치값으로 렌즈 이동 단계(S5)를 포함한다.
먼저, 제어부(300)는 감시카메라의 전원이 인가되거나 사용자가 설정한 시간이 되면, 위치센서(222)에 의해서 감지된 렌즈지지부(130)의 위치를 통해서 렌즈(110)의 위치를 파악한다. (S1) 이 때, 사용자가 설정한 시간은 주기적인 시간일 수 있다.
그 다음, 촬상소자(230)를 기준으로 감지된 위치값과 상기 렌즈(110)의 초점 거리를 통해서 미리 설정된 초기 설정 위치값을 비교한다.(S2) 이 때, 감지된 위치값이 초기 설정 위치값보다 큰 경우, 렌즈(110)를 촬상소자(230) 방향으로 이동시킨다. 이를 위해서 모터(221)를 제1방향으로 회전시킨다. 예컨대, 모터(221)를 반시계 방향으로 회전시키는 경우, 렌즈(110)는 촬상소자(230)와 가까워지는 방향으로 이동할 수 있다. 감지된 위치값이 초기 설정 위치값보다 작은 경우, 모터(221)는 제1방향과는 반대 방향인 제2방향으로 회전시킨다. 예컨대, 모터(221)를 시계 방향으로 회전시키는 경우, 렌즈(110)를 촬상소자(230)와 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 한편, 제1방향이 시계 방향이고 제2방향이 반시계 방향이 되도록 설정할 수 있음은 물론이다.
그 다음, 초기 설정 위치값으로 렌즈(110)를 이동시킨다.(S3) 초기 설정 위치값은 상기 렌즈(110)의 최초의 초점 거리에 의해서 결정된 것일 수 있다. 그러나, 환경적인 요인에 의해서 렌즈(110)의 초첨 거리를 변화할 수 있다. 이에 따라, 렌즈(110)의 최초 설정 위치값 근방에서 최적의 초점 위치값을 다시 검색하는 과정이 필요할 수 있다.(S4)
최적의 초점 위치값은 상기 초기 설정 위치값에서 부터 차례대로 렌즈(110)를 이동시켜 이미지를 촬상한 후, 최적의 촬상 이미지가 획득되는 위치값으로 결정할 수 있다. 상기 최적의 촬상 이미지는 콘트라스트 자동 초점 조절 방식 또는 위상차 자동 초점 조절 방식 등에 의해서 결정될 수 있다.
콘트라스트 자동초점(AF:Auto focus) 조절 방식은 초점 렌즈의 위치를 변화시키면서 촬영을 수행하면서 촬상 센서로부터 생성된 영상 신호에 대하여 콘트라스트 값을 획득하고, 상기 콘트라스트 값이 피크가 될 때의 초점 렌즈 위치로 초점 렌즈를 구동하는 방식이다. 한편, 위상차 AF는 들어온 빛을 나누어 이미지의 파형을 비교하는 방식으로 초점을 조절한다. 우선 렌즈를 통해 들어오는 피사체의 화상 정보를 AF검출 센서 내의 렌즈를 사용해 2개의 상을 만들고 나서, 2개의 상 사이의 상 간격을 라인 센서로 계측하고 초점이 얼마나 어긋났는지를 계산하는 방식이다. 이 밖의 최적의 초점 위치값을 결정하기 위해서 다양한 방식의 자동 초점 조절 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.
그 다음, 최적의 초점 위치값으로 상기 렌즈(110)를 이동하여 최적의 촬상 이미지를 획득한다.(S5)
상술한 바와 같이, 본 발명의 감시카메라는 단렌즈 렌즈의 초점을 환경의 변화에 대응하여 자동으로 맞출 수 있어, 환경의 변화에도 오랜 촬영시간 동안 또렷한 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자동 초점 장치를 채용한 감시카메라는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100: 렌즈부
110: 렌즈
120: 조리개
130: 렌즈지지부
130h: 삽입홀
200: 구동부
210: 제1베이스 부재
205: 가이드핀
205h: 가이드홀
211: 제1기어
213: 제2기어
215: 리드스크류
216: 너트 부재
217: 스프링 부재
220: 제2베이스 부재
221: 모터
222: 위치센서
230: 촬상소자
240: 필터 전환 장치
300: 제어부

Claims (3)

  1. 렌즈 및 렌즈지지부를 포함하는 렌즈부, 상기 렌즈부를 상기 렌즈의 광축 방향으로 이동시키는 구동부 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 감시카메라에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 광축과 평행한 적어도 하나의 가이드핀;
    상기 가이드핀이 삽입되는 가이드홀이 구비되는 제1베이스 부재; 및
    상기 제1베이스 부재와 연결되며 모터 및 위치센서를 지지하는 제2베이스 부재;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 위치센서에 의해 감지된 상기 렌즈의 위치값을 바탕으로 상기 모터의 회전 방향 및 회전량을 결정하고,
    상기 제2베이스 부재는 일단에 상기 위치센서가 지지되며 상기 제1베이스 부재의 일측면 및 상기 일측면과 인접한 타측면을 감싸도록 측방향으로 구부러져 연장되는 제1부분 및 상기 제1부분의 타단에서 아래로 연장되며 상기 제1베이스 부재를 향해 볼록하게 굴곡지며 상기 모터와 접촉하는 제2부분을 포함하는, 감시카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 렌즈와 결합된 조리개를 더 포함하며,
    상기 구동부에 의해 상기 렌즈 및 상기 조리개가 동시에 이동 가능한, 감시카메라.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 단초점 렌즈이고,
    상기 제1베이스 부재에 배치되며, 상기 모터와 연결되어 상기 모터의 회전속도를 감속하는 제1기어;
    상기 제1기어의 제1회전축에 대해서 수직이고 상기 광축과 평행한 제2회전축을 가지며, 상기 제1기어와 기어 결합하는 제2기어;
    상기 제2기어에 고정적으로 결합되며 상기 제2회전축 방향으로 연장된 리드스크류;
    상기 리드스크류와 나사 결합된 너트 부재; 및
    상기 리드스크류를 감싸는 스프링 부재;를 포함하며,
    상기 너트 부재는 상기 렌즈지지부에 고정되고, 상기 렌즈지지부는 상기 리드스크류의 일부와 상기 스프링 부재가 삽입될 수 있는 삽입홀을 구비하고,
    상기 제1기어는 윔기어(worm gear)를 포함하고, 상기 제2기어는 헬리컬기어(helical gear)를 포함하는, 감시카메라.
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