KR20160134316A - 촬상 장치, 이를 채용한 원격 제어 비행체 및 촬상 장치의 자세 제어 방법 - Google Patents

촬상 장치, 이를 채용한 원격 제어 비행체 및 촬상 장치의 자세 제어 방법 Download PDF

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Abstract

촬상 장치가 개시된다. 개시된 촬상 장치는 촬상 센서와, 상기 촬상 센서에 광을 결상시키는 렌즈부를 포함하는 촬상 유닛, 상기 렌즈부의 광축과 동축인 제1 축을 중심으로 상기 촬상 센서를 제1 회전시키는 제1 구동부, 상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 중심으로 상기 촬상 유닛과 상기 제1 구동부를 제2 회전시키는 제2 구동부를 포함한다.

Description

촬상 장치, 이를 채용한 원격 제어 비행체 및 촬상 장치의 자세 제어 방법{Photographing apparatus, unmanned vehicle having the photographing apparatus and attitude control method for the photographing apparatus}
원격 제어 비행체에 탑재된 촬상 장치, 원격 제어 비행체, 및 촬상 장치의 자세 제어 방법이 개시 된다.
비행체 중에는 사용자가 탑승하여 제어하는 유인 비행체와 사용자가 탑승하지 않고 외부에서 제어하거나 자동 제어하는 원격 제어 비행체가 있다.
최근 진보된 알고리즘과 초정밀 센서 그리고 네트워크 통신 기술의 발전을 바탕으로 원격 제어 비행체의 성능이 개선되면서 원격 제어 비행체가 이용되는 분야가 증가하고 있다.
원격 제어 비행체에 촬상 장치를 탑재하여 사용자가 접근하기 어려운 곳의 영상을 촬영할 수 있다. 원격 제어 비행체를 이용한 영상 촬영 시 촬상 장치의 촬상 자세를 보정하는 장치가 촬상 장치와 함께 탑재되어 해상도 높은 영상을 촬영할 수 있는 장치와 방법이 늘어나고 있다.
촬영 자세를 보정할 수 있는 촬상 장치, 이를 채용한 원격 제어 비행체, 및 촬상 장치의 자세 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 촬상 장치는 촬상 센서와, 상기 촬상 센서에 광을 결상시키는 렌즈부를 포함하는 촬상 유닛, 상기 렌즈부의 광축과 동축인 제1 축을 중심으로 상기 촬상 센서를 제1 회전시키는 제1 구동부, 상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 중심으로 상기 촬상 유닛과 상기 제1 구동부를 제2 회전시키는 제2 구동부를 포함한다.
예시적 실시에 따른 상기 촬상 장치는, 베이스를 더 구비하며, 상기 촬상 유닛은 상기 제2축을 중심으로 회전될 수 있도록 상기 베이스에 지지될 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 촬상 장치는, 상기 제1 축에 대한 상기 촬상 센서의 회전량을 검출하는 제1 위치 검출 센서, 상기 촬상 유닛과 상기 제1 구동부의 회전량을 검출하는 제2 위치 검출 센서를 더 구비할 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 촬상 장치는, 상기 촬상 장치의 자세 정보에 근거하여 상기 제1 회전 또는 상기 제2 회전을 수행하도록 상기 제1, 제2 구동부를 제어하는 촬상 장치 제어부를 더 구비할 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 촬상 유닛은, 상기 렌즈부를 수납한 렌즈 홀더, 상기 촬상 센서를 수납하고 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 촬상 센서 홀더를 포함할 수 있다. 상기 제1 구동부는 상기 렌즈 홀더에 지지될 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 렌즈부는 제1 렌즈부와 제2 렌즈부를 포함하며, 상기 촬상 유닛은, 상기 제1 렌즈부를 수납하는 렌즈 홀더, 상기 제2 렌즈부와 상기 촬상 센서를 수납하는 촬상 센서 홀더를 포함할 수 있다. 상기 제1 구동부는 상기 렌즈 홀더에 지지될 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 제1 구동부는 구동량을 검출할 수 있는 동력장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 원격 제어 비행체는 비행 몸체, 상기 비행 몸체에 장착되는 촬상 장치를 포함하며, 상기 촬상 장치는 촬상 센서, 상기 촬상 센서에 광을 결상시키는 렌즈부, 상기 렌즈부의 광축과 동축인 제1 축을 중심으로 하여 상기 촬상 센서를 제1 회전시키는 제1 구동부를 포함 할 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 촬상 장치는, 상기 렌즈부를 수납하는 렌즈 홀더, 상기 촬상 센서를 수납하고 상기 제1 축을 중심으로 제1 회전하는 촬상 센서 홀더를 더 구비할 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 원격 제어 비행체는, 상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 중심으로 상기 촬상 센서와 상기 렌즈와 상기 제1 구동부를 제2 회전시키는 제2 구동부를 더 포함할 수 있다.
예시적 실시에 따른 원격 제어 비행체는, 상기 렌즈부를 수납한 렌즈 홀더, 상기 촬상 센서를 수납하고 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 촬상 센서 홀더를 포함할 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 렌즈부는 제1 렌즈부와 제2 렌즈부를 포함할 수 있고 상기 제1 렌즈부를 수납하는 렌즈 홀더, 상기 제2 렌즈부와 상기 촬상 센서를 수납하는 촬상 센서 홀더를 포함할 수 있다.
상기 제1 구동부는 상기 렌즈 홀더에 지지될 수 있다.
예시적 실시에 따른 상기 원격 제어 비행체는, 상기 원격 제어 비행체의 자세 정보에 근거하여 상기 제1 회전 또는 상기 제2 회전을 수행하도록 상기 제1, 제2 구동부를 제어하는 제어부를 더 구비할 수 있다.
일 실시예에 따른 촬상 장치 제어 방법은 렌즈부와 상기 렌즈부를 통과한 광이 결상되는 촬상 센서를 구비하는 촬상 장치가 탑재된 원격 제어 비행체에서 상기 촬상 장치를 이용하여 촬영하는 단계, 상기 원격 제어 비행체의 자세 정보를 검출하는 단계 및 상기 원격 제어 비행체의 자세 정보에 기반하여 상기 렌즈부의 광축과 동축인 제1 축을 중심으로 하여 상기 촬상 센서를 제1 회전시키는 단계를 포함한다.
상기 방법은, 상기 원격 제어 비행체의 움직임 정보에 기반하여 상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 중심으로 상기 렌즈부와 상기 촬상 센서를 제2 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광축에 대한 자세 보상 동작 시 촬상 센서만 회전하여 회전 구동부의 부하를 줄여 회전 구동부의 크기를 줄일 수 있다.
회전 구동부의 크기를 줄임에 따라 회전 구동부를 장착한 촬상 장치의 크기와 무게를 줄여 원격 제어 비행체의 전체적인 크기를 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 원격 제어 비행체의 전체적인 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 자세 보정 기능을 탑재한 촬상 장치의 개략적인 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 원격 제어 비행체와 촬상 장치의 개략적인 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 렌즈 홀더의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 촬상 센서 홀더의 사시도이다.
도 7a는 일 실시예에 따른 촬상 장치가 수평을 유지하고 있는 정면도이다.
도 7b는 일 실시예에 따른 촬상 장치가 제1 회전 구동을 수행한 정면도이다.
도 8a는 일 실시예에 따른 촬상 장치가 수평을 유지하고 있는 측면도이다.
도 8b는 일 실시예에 따른 촬상 장치가 제2 회전 구동을 수행한 측면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 제1 위치 검출 센서의 사시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제2 위치 검출 센서의 사시도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 촬상 센서 홀더에 제1렌즈부가 배치된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 제1 구동부가 초음파 모터를 포함하는 사시도이다.
도 13a는 일 실시예에 따른 원격 제어 비행체가 좌향하고 있는 정면도이다.
도 13b는 일 실시예에 따른 원격 제어 비행체가 우향하고 있는 정면도이다.
도 14a는 일 실시예에 따른 원격 제어 비행체가 전진 비행하고 있는 측면도이다.
도 14b는 일 실시예에 따른 원격 제어 비행체가 후진 비행하고 있는 측면도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 촬상 장치의 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 16은 일 실시예에 따른 무선 단말을 이용하여 원격 제어 비행체를 제어하는 모습을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 제조하고 사용하는 방법을 상세히 설명한다. 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
"제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어플리케이션(application)은 컴퓨터용 OS(Operating System) 또는 모바일 OS 위에서 실행되어 사용자가 직접 사용하는 소프트웨어를 의미한다. 예를 들어, 워드 프로세서, 스프레드 시트, SNS(Social Network System), 채팅(chatting), 지도(Map), 뮤직 플레이어 및 동영상 플레이어 등이 있다.
위젯(widget)은 사용자와 어플리케이션 또는 OS와의 상호 작용을 보다 원활하게 지원해주는 그래픽 유저 인터페이스(GUI, Graphic User Interface) 중 하나인 미니 어플리케이션을 의미한다. 예를 들어, 날씨 위젯, 계산기 위젯, 시계 위젯 등이 있다. 단축 아이콘 형태로 만들어 데스크 탑 또는 휴대 장치, 블로그, 카페, 개인 홈페이지 등으로 설치할 수 있으며, 웹 브라우저를 통하지 않고 클릭을 통해 해당 서비스를 바로 이용할 수 있도록 만든 것이다. 또한, 위젯은 지정된 경로로 바로 가기 또는 지정된 어플리케이션을 실행 가능한 단축 아이콘을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
도 1은 원격 제어 비행체(100)의 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 원격 제어 비행체(100)에 탑재될 수 있는 촬상 장치(200)의 일 실시예의 사시도이다.
도 3은 비행체(100)의 일 실시예의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 원격 제어 비행체(100)는 비행 몸체(101), 비행 몸체(101)에 장착되어 영상을 촬영하는 촬상 장치(200)를 포함한다. 비행 몸체(101)는 비행체(100)의 비행을 위한 비행 구동부(130)를 포함한다. 비행체(100)는 비행체(100)를 제어하는 제어부(110), 원격 제어기(1000)와의 통신을 위한 통신부(120)를 포함한다.
통신부(120)는 비행체(100)의 제어를 위한 원격 제어기(1000)의 제어 신호를 수신한다. 또한, 통신부(120)는 비행체(100)의 비행 상태에 관한 정보를 원격 제어기(1000)로 송신할 수 있다.
비행 구동부(130)는 비행 몸체를 공중에 부양시키는 동력을 발생시키는 부분이다. 예를 들어, 적어도 하나 이상의 프로펠러, 기어부, 모터 등의 구성으로 이루어 질 수 있다. 제어부(110)의 신호에 의해 모터를 구동하고 기어를 통해 구동력을 프로펠러에 전달한다. 프로펠러는 회전을 통해 양력을 발생시켜 비행체(100)를 공중으로 띄울 수 있다.
제어부(110)는 통신부(120)를 통하여 원격 제어기(1000)로부터 수신된 제어 신호에 따라 비행 구동부(130)를 구동하여 비행체(100)의 움직임을 제어한다.
비행체(100)는 복수의 비행모드를 가지고 있다. 복수의 비행모드는 수동모드, 자동모드, 반자동 모드를 포함한다.
예를 들어, 제어부(110)는 원격 제어기(1000)이 제어 신호에 따라 세부 비행 동작을 수행하는 수동모드, 미리 프로그램 된 설정대로 세부 비행 동작을 수행하는 자동모드, 세부 비행 동작 중 일부는 미리 프로그램 된 설정대로 수행하고 나머지 동작은 원격 제어기(1000)의 제어신호에 따라 수행하는 반자동모드를 지원할 수 있다. 비행 동작 모드들은 프로그램의 형태로 메모리(150)에 미리 저장될 수 있다.
제어부(110)는 원격 제어기(1000)로부터 비행체(100)의 비행 제어 모드를 반자동 모드로 전환하는 신호가 수신되면, 반자동 모드로 전환되기 직전의 동작을 멈추고 제자리 비행을 자동으로 수행하면서 원격 제어기(1000)의 제어신호를 기다리도록 비행 구동부(130)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 반자동 모드에서 제자리 비행을 자동으로 수행하는 중에 원격 제어기(1000)로부터 세부 비행제어 신호가 수신되면 해당 세부 비행 동작을 추가로 수행한다.
제어부(100)는 세부 비행제어 신호가 더 이상 수신되지 않으면 다시 제자리 비행을 수행하며 대기하도록 비행 구동부(130)를 제어할 수 있다.
촬상 장치(200)는 비행 몸체(101)에 장착된다. 본 실시예에서의 촬상 장치(200)는 정지영상을 촬영하거나 동영상을 촬영하는 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 촬상 장치(200)는 촬상 유닛(201), 촬상 장치 제어부(290), 촬상 유닛(201)을 다축 회전 구동 시키는 다축 구동부(202), 를 포함할 수 있다.
촬상 유닛(201)은 촬상 센서(230)와 영상광을 촬상 센서(230)의 촬상면에 결상시키는 렌즈부(210)를 포함한다. 렌즈부(210)는 하나 또는 복수개의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 피사체의 크기를 확대하거나 축소시키기 위한 줌 렌즈, 피사체의 초점을 조절하기 위한 포커스 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 줌 모터(미도시) 또는 AF(Auto focusing) 모터(미도시)와 같은 구동 수단에 의하여 구동되어 서로에 대한 위치가 변동될 수 있다. 초점 조절을 위한 광학적 구조와 렌즈 구동 구조 및 줌 조절을 위한 광학적 구조와 렌즈 구동 구조는 당업계에서 알려진 다양한 구조가 채용될 수 있다. 촬상 장치 제어부(290)는 줌 배율 조절, 초점 조절을 위하여 복수의 렌즈의 위치를 제어할 수 있다.
촬상 센서(230)는 영상광을 받아서 이를 전기적 신호로 변환한다. 촬상 센서(230)는 씨씨디(CCD; charged coupled device) 또는 씨모스(CMOS; complementary metal-oxide semiconductor) 와 같은 광전 변환 소자를 포함하며, 렌즈부(210)를 통과하여 입사된 영상광을 전기적 신호로 변환한다. 촬상 센서(230)에 의해 생성된 전기적 신호는 촬상 장치 제어부(290)에 의해 화상 데이터로 변환된다.
예를 들어, 촬상 장치 제어부(290)는 촬상 센서(230)의 전기적 신호를 RGB 데이터로 변환한 후, RGB 데이터를 휘도(Y) 신호 및 색차(UV) 신호를 포함하는 YUV 신호와 같은 형태의 원시 데이터(raw data)로 변환할 수 있다. 촬상 장치 제어부(290)에 의한 변환 과정은, 예를 들어, 상관 이중 샘플링 회로(Correlated Double Sampling 회로)를 이용하여 전기적 신호에 포함된 촬상 센서(230)의 구동 노이즈를 감소시키는 단계와, 자동 이득 제어 회로(Automatic Gain Control 회로)에 의해 노이즈 저감 후의 신호의 게인을 조정하는 단계와, A/D 변환기를 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 하는 단계와, 디지털 신호에 대한 픽셀 결함 보정, 게인 보정, 화이트 밸런스 보정, 감마 보정 등의 신호 처리 같은 세부 단계들을 포함할 수 있다.
촬상 장치 제어부(290)는 메모리(310)의 대한 데이터 기록과 기록된 데이터나 설정 정보 등의 독출을 제어한다. 메모리(310)는 휘발성 내장 메모리 일 수 있으며, 예를 들어, SDRAM(synchronous DRAM) 등의 반도체 기억 소자를 포함할 수 있다. 메모리(310)는 촬상 장치 제어부(290)에 의해 생성된 화상 데이터를 임시적으로 저장하는 버퍼 메모리 기능 및 데이터 처리 작업을 위해 사용되는 작업 메모리 기능을 수행할 수 있다.
또한 메모리(310)는 비휘발성 메모리 일 수 있으며, 예를 들어, 메모리 스틱, SD/MMC 와 같은 플래시 메모리나, HDD 와 같은 저장 장치나 DVD 또는 CD 와 같은 광 저장 장치 일 수 있다. 이 경우 메모리(310)에는 촬상 장치 제어부(290)에 의해 JPEG 파일, TIF 파일, GIF 파일, PCX 파일, AVI 파일 등과 같은 형태로 압축 변환된 화상 데이터가 저장될 수 있다.
통신부(300) 및 비행체(100)의 통신부(120)는 예를 들면, 유선통신 모듈, 셀룰러 모듈, wifi 모듈, 블루투스 모듈, GNSS 모듈(예: GPS 모듈, Glonass 모듈, Beidou 모듈, Galileo 모듈), NFC 모듈 및 RF(radio frequency) 모듈을 포함할 수 있다.
통신부(300)와 비행체(100)의 통신부(120)는 서로 데이터를 송수신 할 수 있다. 예를 들어, 통신부(300)는 후술하는 다축 구동부(202)의 구동 상태에 대한 데이터를 비행체(100)의 통신부(120)에게 전달할 수 있다. 비행체(100)의 제어부(110)는 수신된 데이터를 바탕으로 비행체(100)의 비행 구동부(130)를 제어할 수 있다.
비행체(100)의 비행 상태에 대한 정보가 통신부(300)를 통해 수신되면, 촬상 장치 제어부(290)는 수신된 데이터에 근거하여 촬상 장치(200)의 다축 구동부(202)를 제어할 수 있다. 이를 통해 비행체(100)는 보다 안정적인 영상을 촬영할 수 있다. 비행 상태에 대한 정보는 비행체(100)가 비행 중에 비행체(100)의 제어부(110)가 획득하는 다양한 정보를 포함한다. 예를 들어, 비행체(100)가 비행 중에 자세 검출부(160)를 통하여 획득할 수 있는 비행체(100)의 자세 정보일 수 있다. 자세 정보는 롤(Roll) 축, 피치(pitch) 축, 및 요우(yaw) 축에 대한 비행체(100)의 회전 각도 정보, 기울어진 각도 정보를 포함한다.
촬상 장치 제어부(290)는 촬상 센서(230), 렌즈부(210), 메모리(310), 통신부(300) 등과 전기적으로 연결되며, 각각의 구성요소의 작동을 제어하기 위해 이들 구성 요소와 제어 신호를 주고 받거나, 데이터를 처리하는 등의 기능을 수행한다. 촬상 장치 제어부(290)는 마이크로 칩이나. 마이크로 칩을 구비하는 회로보드로 구현될 수 있으며, 촬상 장치 제어부(290)에 포함되는 각 구성요소들은 촬상 장치 제어부(290)에 내장되는 소프트웨어나 회로들에 의해 구현될 수 있다.
다축 구동부(202)는 촬상 장치 제어부(290)에 의해 제어될 수 있다. 촬상 장치 제어부(290)는 비행체(100)의 제어부(110)와 통신하여 제어부(110)로부터 전달된 구동 제어 신호에 기반하여 다축 구동부(202)를 제어할 수 있다. 또한, 촬상 장치 제어부(290)는 비행체(100)의 제어부(110)와 무관하게 독립적으로 다축 구동부(202)를 제어할 수 있다. 다축 구동부(202)는 제1 회전 구동과 제2 회전 구동을 개별적으로 수행할 수 있고, 제1 회전 구동과 제2 회전 구동을 동시에 수행할 수 있다. 제1 회전 구동과 제2 회전구동에 대한 구체적인 설명은 후술하겠다.
비행체(100)는 자세 검출부(160)를 구비할 수 있다. 자세 검출부(160)는 비행체(100)의 롤(Roll) 축, 피치(pitch) 축, 및 요우(yaw) 축에 대한 자세를 검출한다. 자세 검출부(160)는 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 가속도 센서 중의 하나를 포함할 수 있다. 자세 검출부(160)는 비행체(100)의 자세 정보를 제어부(110)에 전송할 수 있다. 제어부(110)는 촬상 장치 제어부(290)로 자세 정보를 송신할 수 있다. 촬상 장치 제어부(290)는 자세 정보에 기반하여 다축 구동부(202)를 제어할 수 있다.
도 3에 점선으로 도시된 바와 같이, 촬상 장치(200)가 자세 검출부(320)를 구비할 수도 있다. 이 경우, 자세 검출부(320)에 의하여 검출된 자세 정보는 제어부(110)를 거치지 않고 바로 촬상 장치 제어부(290)로 전달 될 수 있다. 제어부(110)는 촬상 장치 제어부(290)를 통하여 자세 정보를 전달 받아 비행 제어에 참조할 수 있다. 물론, 다축 구동부(202)를 제어하기 위한 자세 검출부(320)와 별도로 비행 제어를 위한 자세 검출부(160)가 별도로 구비될 수도 있다.
이하에서, 촬상 장치(200)의 구조의 실시예들을 설명한다.
도 4는 도 2에 도시된 촬상 장치(200)의 일 실시예의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면 렌즈부(210)는 렌즈 홀더(220)에 수납된다. 촬상 센서(230)는 촬상 센서 홀더(240)에 수납된다.
렌즈 홀더(220)는 베이스(270)에 지지된다. 베이스(270)는 비행 몸체(101)에 결합된다. 베이스(270)는 비행 몸체(101)에 탈부착이 가능한 구조로 체결될 수 있다. 또한 베이스(270)는 비행 몸체(101)와 일체형으로 형성될 수도 있다. 촬상 센서 홀더(240)는 렌즈부(210)의 광축과 동축인 제1 축(A1)을 중심으로 회전될 수 있도록 렌즈 홀더(220)에 지지될 수 있다.
도 5는 렌즈 홀더(220)의 일 실시예의 사시도이며, 도 6은 촬상 센서 홀더(240)의 일 실시예의 사시도이다.
도 5와 도 6을 참조하면, 렌즈 홀더(220)에 돌기부(223)가 마련된다. 돌기부(223)는 렌즈 홀더(220)의 외주를 따라 외측으로 돌출되고 제1 축(A1)을 중심으로 하는 띠 형태일 수 있다. 촬상 센서 홀더(240)에는 돌기부(223)와 상보적인 형태의 수납부(242)가 마련된다. 예를 들어, 수납부(242)는 촬상 센서 홀더(240)의 외주로부터 내측으로 돌출되고, 촬상 센서 홀더(240)의 렌즈 홀더(220)와 대향된 면(243)으로부터 이격된 형태일 수 있다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 돌기부(223)가 원주 방향으로 상호 이격되게 형성되고, 다수의 수납부(242)가 다수의 돌기부(223)에 대응되게 원주 방향으로 상호 이격되게 형성될 수 있다. 다수의 수납부(242)가 다수의 돌기부(223) 사이의 단절된 위치에 위치되도록, 즉 다수의 수납부(242)와 다수의 돌기부(223)가 서로 겹쳐지지 않도록 렌즈 홀더(220)와 촬상 센서 홀더(240)를 정렬한 후에, 렌즈 홀더(220)와 촬상 센서 홀더(240)를 서로 접근시키고, 다수의 수납부(242)가 다수의 돌기부(223)와 겹쳐지도록 촬상 센서 홀더(240)를 회전 시킨다.
이에 의하여, 다수의 돌기부(223)가 수납부(242)와 면(243) 사이에 수용되며, 촬상 센서 홀더(240)가 렌즈 홀더(220)에 대하여 제1 축(A1)을 중심으로 회전될 수 있다. 회전 시의 마찰을 줄이기 위해 수납부(242) 또는 돌기부(223)에는 베어링 구조가 배치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 촬상 센서(230)가 렌즈부(210)에 대하여 제1 축(A1)을 중심으로 제1 회전 구동될 수 있다. 제1 축(A1)은 롤(Roll)-축이며, 제1 회전 구동은 롤(Roll) 구동이다.
촬상 센서(230)의 유효 화상 영역의 크기는 다양할 수 있다. 예를 들어, 촬상 센서(230)의 유효 화상 영역의 크기는 1/2.3인치, 1/1.7인치, 2/3인치, APS-C, 35mm(Full frame) 중에 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 4를 참조하면, 다축 구동부(202)는 촬상 센서(230)를 제1 회전 구동 시키는 제1 구동부(250)를 포함한다. 제1 구동부(250)는 촬상 센서 홀더(240)를 회전시킴으로써 제1 회전 구동을 구현할 수 있다. 제1 구동부(250)는 모터(251)를 포함한다. 모터(251)와 촬상 센서 홀더(240)는 다양한 동력 연결구조에 의하여 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 기어 연결 구조에 의하여 모터(251)와 촬상 센서 홀더(240)가 연결된다.
도 6을 참조하면, 촬상 센서 홀더(240)에 기어부(241)가 마련된다. 기어부(241)는 촬상 센서(230)의 제1 회전 구동 각도 범위에 따라 형성될 수 있다. 기어부(241)의 형성 각도 범위는 후술하는 바와 같이, 비행체(100)의 방향 전환 시 비행체(100)의 제1 축(A1)방향의 기울어짐을 보상할 수 있는 각도 범위를 감안하여 결정될 수 있다. 또한 기어부(241)의 형성 각도 범위는 제1 축(A1)에 대한 촬영 가능 각도를 감안하여 예를 들어, 촬상 센서(230)가 +/-90도 회전이 가능하도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
다시 도 4를 참조하면, 제1 구동부(250)는 모터(251)와 기어부(241)를 연결하는 하나 이상의 연결 기어(252)를 구비한다. 모터(251)의 구동력은 기어(252) 및 기어부(241)를 통하여 촬상 센서 홀더(240)에 전달된다. 모터(251)와 촬상 센서 홀더(240)와의 동력 연결 구조는 기어 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 모터(251)와 촬상 센서 홀더(240)는 벨트 연결 구조(미도시)에 의하여 서로 연결될 수도 있다.
도 7a 와 도 7b는 제1 회전 구동을 보여주는 도면들이다. 도 7A 와 도 7B는 도 1의 정면도이다. 도 7a를 보면 촬상 센서(230)가 수평상태에 위치한다. 모터(251)를 구동하여 촬상 센서 홀더(240)를 제1 축(A1)을 중심으로 반시계 방향으로 회전시키다. 그러면, 도 7b에 도시된 바와 같이 촬상 센서(230)는 제1 축(A1)을 중심으로 렌즈부(210)에 대하여 소정 각도 회전된 위치에 위치된다.
본 실시예에 따르면 제1 구동부(250)는 렌즈 홀더(220)에 지지된다. 예를 들어, 모터(251)와 기어(252)가 탑재되는 제1 프레임(253)이 렌즈 홀더(220)에 결합된다. 도면으로 도시되지는 않았지만 모터(251)와 기어(252)가 직접 렌즈 홀더(220)에 결합되는 구조도 가능할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 렌즈 홀더(220)는 제1 축(A1)과 직교하는 제2 축(A2)을 중심으로 제2 회전될 수 있도록 베이스(270)에 지지될 수 있다. 예를 들어, 베이스(270)에는 한 쌍의 지지대(280)가 마련되고, 렌즈 홀더(220)에는 회전 축(221)이 마련된다. 렌즈 홀더(220)가 한 쌍의 지지대(280) 사이에 위치되고, 한 쌍의 축 지지부재(222)가 한 쌍의 지지대(280)를 관통하여 회전축(221)의 양단부에 결합됨으로써 렌즈 홀더(220)가 베이스(270)에 회전될 수 있게 지지된다.
이와 같은 구성에 의하여, 렌즈부(210)가 제2 축(A2)을 중심으로 하여 제2 회전 구동될 수 있다. 제2 축(A2)은 피치(pitch)-축이며, 제2 회전 구동은 피치(pitch) 구동이다.
다축 구동부(202)는 촬상 센서(230)와 렌즈부(210)를 포함하는 촬상 유닛(201)을 제2 축(A2)을 중심으로 하여 제2 회전 구동시키는 제2 구동부(260)를 더 포함할 수 있다.
제2 구동부(260)는 렌즈 홀더(220)를 회전 시킴으로써 제2 회전 구동을 구현할 수 있다. 렌즈부(210), 촬상 센서 홀더(240) 및 제1 구동부(250)가 렌즈 홀더(220)에 결합되어 있으므로, 제2 구동부(260)에 의하여 렌즈 홀더(220)가 제2 축(A2)을 중심으로 회전되면, 촬상 유닛(201)과 제1 구동부(250)가 함께 제2 축(A2)을 중심으로 회전된다.
제2 구동부(260)는 모터(261)를 포함한다. 모터(261)와 렌즈 홀더(220)는 다양한 동력 연결 구조에 의하여 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 기어 연결 구조에 의하여 모터(261)와 렌즈 홀더(220)가 동력 연결 된다. 렌즈 홀더(220)의 회전 축(221)의 일단부에 결합되는 축 지지부재(222)에 기어부(224)가 마련된다. 제2 구동부(260)는 모터(261)와 기어부(224)를 연결하는 하나 이상의 연결 기어(262)를 구비한다.
모터(261)의 구동력은 기어(262) 및 기어부(224)를 통하여 렌즈 홀더(220)의 회전축(221)에 전달 된다. 따라서 모터(261)를 구동함으로써 렌즈부(210)와 촬상 센서(230)를 포함하는 촬상 유닛(201) 및 제1 구동부(250)를 제2 축(A2)을 중심으로 제2 회전 구동할 수 있다. 모터(261)와 렌즈 홀더(220)의 동력 연결 구조는 기어 연결 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 모터(261)와 렌즈 홀더(220)는 벨트 연결 구조(미도시)에 의하여 서로 연결될 수도 있다.
도 8a 와 도 8b는 제2 회전 구동을 보여주는 도면들이다. 도 8a와 도 8b는 도 1의 측면도이다. 도 8a를 보면 촬상 센서(230)가 수평 상태에 위치한다. 모터(261)를 구동하여 렌즈 홀더(220)를 제2 축(A2)을 중심으로 반시계 방향으로 회전 시킨다. 그러면, 도 8b에 도시된 바와 같이 함으로써, 촬상 센서(230)는 제2 축(A2)을 중심으로 소정각도 회전된 위치에 위치된다.
제2 회전 각도 범위는 후술하는 바와 같이 비행체(100)의 전진 및 후진 시 비행체(100)의 제2 축(A2)방향의 기울어짐을 보상할 수 있는 각도 범위를 감안하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 회전 각도 범위는 제2 축(A2)에 대한 촬영 각도 범위를 감안하여 촬상 센서(230)가 +120도 ~ -120도의 회전이 가능하도록 결정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에 따르면 제2 구동부(260)는 베이스(270)에 지지될 수 있다. 예를 들어, 모터(261)와 기어(262)가 탑재되는 제2 프레임(263)이 베이스(270)에 결합된다. 도면으로 도시되지는 않았지만 모터(261)와 기어(262)가 직접 베이스(270)에 결합되는 구조도 가능하다.
제1 구동부(250) 및 제2 구동부(260)의 모터(251)(261)로서 Stepping 모터, DC 모터, BLDC(Brushless DC) 모터, 서보 모터, VCM(Voice Coil Motor), 초음파 모터 등이 채용될 수 있다. Stepping 모터, DC 모터, BLDC(Brushless DC) 모터, 서보 모터의 경우 감속 기어를 포함하는 기어 연결 구조가 채용될 수 있으며, 토크가 큰 Stepping 모터, DC 모터, BLDC(Brushless DC) 모터, 서보 모터 등이 사용되는 경우에는 감속기어 없이 모터(251)(261)가 촬상 센서 홀더(240) 또는 렌즈 홀더(220)를 회전 시킬 수도 있다.
이와 같은 촬상 장치(200)에 따르면, 제1 축(A1)은 렌즈부(210)의 광축과 일치한다. 이와 같은 구조에 의해 제1 축(A1)을 중심으로 제1 회전 구동을 하더라도 회전 구동 전 렌즈부(210)의 광축과 회전 구동 후 렌즈부(210)의 광축이 일치하게 된다. 따라서, 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 제1 회전 구동 전후의 광축을 일치시키기 위해 별도의 제어 동작을 할 필요가 없다.
또한 이와 같은 촬상 장치(200)에 따르면, 제2 축(A2)은 광축, 제1 축(A1)을 포함하는 면에 대하여 수직이다. 이와 같은 구조에 의해 제2 축(A2)을 중심으로 제2 회전 구동을 하더라도 회전 구동 후 렌즈부(210)의 광축은 회전 구동 전 렌즈부(210)의 광축에 대하여 제2 회전 구동량 만큼 기울어질 뿐, 렌즈부(210) 자체에 대한 광축의 상대 위치는 변하지 않는다. 따라서, 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 제2 회전 구동 전후의 렌즈부(210)에 대한 광축의 상대 위치를 조절하기 위해 별도의 제어 동작을 할 필요가 없다.
이와 같은 촬상 장치(200)에 따르면, 제1 회전 구동, 즉 롤 구동 시에 촬상 장치(200) 전체가 제1 축(A1)을 중심으로 회전되는 대신에 촬상 센서(230)가 수납된 촬상 센서 홀더(240)만이 제1 축(A1)을 중심으로 회전된다. 그러므로, 촬상 장치 전체가 롤 구동되는 종래 짐벌(gimbal) 구조에 비하여 간단한 구성에 의하여 롤 구동이 가능한 소형화된 촬상 장치(200)가 구현될 수 있다.
촬상유닛(201)과 제1구동부(250)는 제2구동부(260)에 의하여 제2축 회전 구동된다. 촬상유닛(201)과 제1구동부(250)의 결합체의 무게 중심의 위치를 적절히 선정함으로써 제2구동부(260)의 구동부하를 줄일 수 있다. 제2구동부(260)에 걸리는 구동부하는 촬상유닛(201)과 제1구동부(250)의 결합체에 의하여 발생되는 회전 모멘트를 포함한다. 이 회전 모멘트는 결합체의 무게와 제2축(A2)로부터의 모멘트 아암의 길이에 비례한다. 결합체의 무게는 촬영유닛(201)과 제1구동부(250)의 구조와 관련되므로 줄이는 데에 한계가 있다. 따라서, 모멘트 아암의 길이를 가급적 줄일 필요가 있다. 이를 위하여, 촬상유닛(201)과 제1구동부(250)의 결합체의 무게 중심을 제2축(A2)을 포함하고 제1축(A1)에 수직한 평면 내에 위치시킬 수 있다. 이러한 구조는 예를 들어, 제1구동부(250)의 촬상유닛(201)에의 결합 위치, 제1구동부(250)를 구성하는 부품의 위치를 적절히 선정함으로써 구현될 수 있다. 이에 의하면, 제2축(A2)으로부터 결합체의 무게 중심과의 거리의 제1축(A1) 방향의 성분을 제거하여, 모멘트 아암의 길이를 줄일 수 있다.
또한, 롤 구동을 위한 구조가 간소화되어 제2 축(A2)을 중심으로 한 구동, 즉 피치 구동 시에 제2 구동부(260)의 구동 부하가 줄어든다. 따라서 롤 구동 및 피치 구동을 위한 소비 전력을 줄일 수 있으며, 촬상 장치(200)를 구동하기 위한 전원부(330)의 크기와 무게를 줄일 수 있다. 또한 소형화된 촬상 장치(200)와 소형화 된 전원부(330)를 탑재함으로써 비행체(100)의 소형화가 가능하다. 비행체(100)가 소형화 됨에 따라 보다 장시간 비행체(100)의 원격 비행이 가능하다.
도 2를 참조하면 촬상 장치(200)는 제1, 제2 회전 구동을 각각 감지하는 제1, 제2 위치 검출 센서(410)(420)를 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 위치 검출 센서(410)는 제1 축(A1)을 중심으로 한 촬상 센서 홀더(240)의 회전 각도를 검출 할 수 있다. 제2 위치 검출 센서(420)는 제2 축(A2)을 중심으로 한 렌즈 홀더(220)의 회전 각도를 검출 할 수 있다.
제1, 제2 위치 검출 센서(410)(420)로서 예를 들면, 홀 센서(Hall sensor), 엠알 센서(MR sensor)등의 자기방식 센서, 포터 리플렉터(Photo reflector), 포토 인터럽터(Photo interrupter) 등의 광센서, 인덕턴스 센서, 전전용량 센서 등의 다양한 종류의 센서가 채용될 수 있다. 제1, 제2 위치 검출 센서(410)(420)는 모터(251)(261)의 회전량을 검출할 수도 있다. 이 경우, 제1, 제2 위치 검출 센서(410)(420)는 모터(251)(261)에 내장될 수 있다.
도 9는 제1 위치 검출 센서(410)의 일 실시예의 사시도이다. 도 9를 참조하면, 제1 위치 검출 센서(410)는 렌즈 홀더(220)에 배치 될 수 있다. 촬상 센서 홀더(240)에는 제1 축(A1)을 중심으로 하는 띠 형상의 제1 감지부(244)가 마련된다. 예를 들어, 제1 위치 검출 센서(410)로서 포토 인터럽터가 채용된 경우, 제1 위치 검출 센서(410)에 의하여 제1 감지부(244)의 가장자리(edge)가 검출된 후 모터(251)의 구동 시간으로부터 촬상 센서 홀더(240)의 회전 각도가 산출될 수 있다. 제1 위치 검출 센서(410)로서 포토 리플렉터가 채용된 경우, 제1 감지부(244)에는 흑백부가 반복되는 반사 패턴(미도시)이 마련되고, 제1 위치 검출 센서(410)에 의해 검출되는 반사 패턴의 수로부터 촬상 센서 홀더(240)의 회전 각도가 산출될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여 제1 회전 구동량 즉, 롤 축 회전량을 검지할 수 있다.
도 10은 제2 위치 검출 센서(420)의 일 실시예에 따른 사시도이다. 도 10을 참조하면, 제2 위치 검출 센서(420)는 지지대(280)에 배치될 수 있다. 렌즈 홀더(220)에는 제2 감지부(225)가 마련된다. 제2 감지부(225)는 회전축(221)으로부터 돌출된 형태일 수 있다. 예를 들어, 제2 위치 검출 센서(420)로서 포토 인터럽터가 채용된 경우, 제2 위치 검출 센서(420)에 의하여 제2 감지부(225)의 가장자리(edge)가 검출 된 후 모터(261)의 구동 시간으로부터 렌즈 홀더(220)의 회전 각도가 산출될 수 있다. 제2 위치 검출 센서(420)로서 포토 리플렉터가 채용된 경우, 제2 감지부(225)에는 흑백부가 반복되는 반사 패턴(미도시)이 마련되고, 제2 위치 검출 센서(420)에 의하여 검출되는 반사 패턴의 수로부터 렌즈 홀더(220)의 회전 각도가 산출될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여 제2 회전 구동량 즉, 피치 축 회전량을 검지할 수 있다.
도 11은 촬상 장치(200)의 일 실시예의 부분 단면도이다. 본 실시예의 촬상 장치(200)는 렌즈부(210)를 구성하는 렌즈 중 일부가 촬상 센서(230)와 함께 제1 회전 구동 되는 점에서 전술한 촬영 장치(200)와 차이가 있다. 도 11을 참조하면, 렌즈부(210)는 렌즈 홀더(220)에 배치되는 제1 렌즈부(210-1)와 촬상 센서 홀더(240)에 배치되는 제2 렌즈부(210-2)를 포함한다. 제1 렌즈부(210-1)와 제2 렌즈부(210-2)는 각각 하나 또는 그 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈부(210-1)와 제2 렌즈부(210-2)는 함께 영상광을 촬상 센서(230)의 촬상면에 결상시키는 광학계를 형성한다.
예를 들어, 제1 렌즈부(210-1)는 계속적인 움직임이 있는 AF(auto focusing)렌즈군 이나 손떨림 보정 동작을 수행하는 OIS(optical image stabilization)렌즈군을 포함할 수 있다. 이들 렌즈군들은 촬상 동작 수행 시 계속적인 움직임이 있는 렌즈군들로서, 촬상 센서(230)와 함께 회전되지 않도록 제1 렌즈부(210-1)에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 구성에 의하면, 영상 촬상 시 계속적인 움직임이 없는 렌즈군은 제2 렌즈부(210-2)에 포함되어 촬상 센서 홀더(240)에 배치되어 촬상 센서(230)와 함께 제1 축(A1)을 중심으로 제1 회전 구동 된다. 촬상 센서(230)와 제2 렌즈부(210-2)와의 상대적 위치가 변하지 않으므로 안정적인 영상 품질을 확보할 수 있다. 또한, 촬영 영상의 해상도, 선예도를 향상시킬 수 있다.
도 12는 제1 구동부(250)의 다른 실시예의 사시도이다. 도 12를 참조하면, 제1 구동부(250)는 구동원으로서 구동량, 예를 들어 회전량을 검지할 수 있는 동력장치를 포함할 수 있다. 이에 의하여 제1위치 센서(420)가 생략될 수 있다. 구동량을 검출할 수 있는 동력 장치의 예는 다양할 수 있다. 예를 들어, 동력 장치로서 펄스 구동방식에 의하여 구동되는 모터가 채용된 경우 구동 펄스의 수를 적산함으로써 구동량이 검출될 수 있다. 일 예로서, 동력장치는 초음파 모터(256)를 포함할 수 있다. 초음파 모터(256)는 로터(254)와 스테이터(255)를 포함한다. 스테이터(255)는 도시되지 않은 렌즈 홀더(220)에 지지될 수 있다. 촬상 센서(230)는 로터(254)에 배치된다. 이와 같은 구성에 의하면, 간단한 구조로 롤 구동이 가능한 촬상 장치(200)가 구현될 수 있다. 또한 촬상 장치(200)의 높이를 줄일 수 있어 촬상 장치(200)를 소형화할 수 있다. 구동량을 검출할 수 있는 동력장치의 다른 예로서, 엔코더 일체형 모터 등이 있다.
도 13a와 도 13b는 일 실시예에 따른 원격 제어 비행체(100)가 좌향하는 경우와, 우향하는 경우를 각각 보여주는 사시도이다. 여기서 좌향과 우향은 각각 비행체(100)의 입장에서 보았을 때의 좌향과 우향을 의미한다.
도 13a를 참조하면, X, Y, Z축은 3차원 절대 좌표를 나타낸다. 비행체(100)가 공중에서 수평을 유지하는 경우, 제1 축(A1)은 Y축과 일치하며, 제2 축(A2)는 X축과 일치된다. 공중에서 수평을 유지하던 비행체(100)가 좌향하는 경우, 원격 제어 비행체(100)가 시계 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 점선으로 표시된 바와 같이 비행체(100)가 제1 축(A1)을 중심으로 하여 시계 방향으로 기울어지게 된다. 그러므로 촬상 장치(200)는 본래 촬영하던 방향에서 시계 방향으로 기울어진 영상을 촬영하게 된다.
비행체(100)의 제1 축(A1)을 중심으로 한 시계 방향의 기울기에도 불구하고 촬상 장치(200)에서 수평 상태의 영상을 촬영하도록 하기 위하여는 비행체(100)의 기울기를 보상하는 방향으로 촬상 장치(200)가 회전될 필요가 있다. 본 실시예에서는 촬상 센서(230)가 회전됨으로써 비행체(100)의 기울기를 보상한다.
촬상 장치(200)의 방향이 시계 방향으로 기울어지게 되면 자세 검출부(160 또는 320)는 비행체(100)의 자세 정보, 즉 제1 축(A1)을 중심으로 한 비행체(100)의 기울기를, 제어부(110)를 거쳐서 또는 직접 촬상 장치 제어부(290)로 전달한다. 촬상 장치 제어부(290)는 수신한 기울기를 보상하기 위하여 제1 구동부(250)를 제어한다. 예를 들어, 도 13a와 같이 비행체(100)가 제1 축(A1)을 기준으로 하여 시계 방향으로 30도 기울어진 경우 자세 검출부(160 또는 320)는 30도의 기울기와 기울어진 방향을 자세 정보로서 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다. 촬상 장치 제어부(290)는 촬상 방향을 촬상 장치(200)가 기울어지기 전과 동일한 상태로 유지하기 위해 제1 구동부(250)를 구동하여 촬상 센서 홀더(240)를 반시계 방향으로 30도 회전 시킨다. 이로 인해 촬상 장치(200)는 원격 제어 비행체(100)가 좌향하는 동안에도 수평상태에서 촬영하던 각도와 동일한 화면을 촬영할 수 있다.
도 13b를 참조하면 공중에서 수평을 유지하던 비행체(100)가 우향하는 경우 원격 제어 비행체(100)가 반시계 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 점선으로 표시된 바와 같이 비행체(100)가 제1 축(A1)을 중심으로 하여 반시계 방향으로 기울어지게 된다. 그러므로 촬상 장치(200)도 본래 촬영하던 방향에서 반시계 방향으로 기울어진 영상을 촬영하게 된다.
촬상 장치(200)의 방향이 반시계 방향으로 기울어지게 되면 자세 검출부(160 또는 320)는 비행체(100)의 자세 정보, 즉 제1 축(A1)을 중심으로 한 비행체(100)의 기울기를, 제어부(110)를 거쳐서 또는 직접 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다. 촬상 장치 제어부(290)는 수신한 기울기를 보상하기 위하여 제1 구동부(250)를 제어한다.
예를 들어, 도 13b와 같이 비행체(100)가 제1 축(A1)을 기준으로 하여 반시계 방향으로 30도 기울어진 경우 자세 검출부(160 또는 320)는 30도의 기울기와 기울어진 방향을 자세 정보로써 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다. 촬상 장치 제어부(290)는 촬영 방향을 촬상 장치(200)가 기울어지기 전과 동일한 상태로 유지하기 위해 제1 구동부(250)를 구동하여 촬상 센서 홀더(240)를 시계 방향으로 30도 회전 시킨다. 이로 인해 촬상 장치(200)는 원격 제어 비행체(100)가 우향하는 동안에도 수평상태에서 바라보던 각도와 동일한 화면을 촬영할 수 있다.
도 14a와 도 14b는 비행체(100)가 전진하는 경우와 후진하는 경우를 각각 보여주는 사시도들이다.
도 14a를 참조하면, 비행체(100)가 공중에서 수평을 유지하는 경우 제1 축(A1)은 Y축과 일치하며, 제2 축(A2)은 X축과 일치된다. 공중에서 수평을 유지하던 비행체(100)가 전진하는 경우, 비행체(100)의 선두가 진행 방향의 아래쪽을 향하며 기울어지게 된다. 즉, 점선으로 표시된 바와 같이 비행체(100)가 제2 축(A2)을 중심으로 하여 아래쪽으로 기울어지게 된다. 그러므로 촬상 장치(200)도 본래 촬영하던 방향의 아래쪽을 촬영하게 된다.
비행체(100)의 제2 축(A2)을 중심으로 한 하향 기울기에도 불구하고 촬상 장치(200)에서 수평 상태의 영상을 촬영하도록 하기 위하여는 비행체(100)의 기울기를 보상하는 방향으로 촬상 장치(200)가 회전될 필요가 있다. 본 실시예에서는 촬상 유닛(201)이 회전됨으로써 비행체(100)의 기울기를 보상한다.
촬상 장치(200)가 아래쪽으로 기울어지게 되면 자세 검출부(160 또는 320)는 비행체(100)의 자세 정보, 즉 제2 축(A2)을 중심으로 한 비행체(100)의 기울기를 제어부(110)를 거쳐서 또는 직접 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다. 촬상 장치 제어부(290)는 수신한 기울기를 보상하기 위하여 제2 구동부(260)를 제어한다.
예를 들어, 도 14a와 같이 비행체(100)가 제2 축(A2)을 기준으로 하여 하향으로 45도 기울어진 경우 자세 검출부(160 또는 320)는 45도 기울기와 기울어진 방향을 자세 정보로서 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다. 촬상 장치 제어부(290)는 종래와 같은 촬상 방향을 유지하기 위해 제2 구동부(260)를 구동시켜 촬상 유닛(201)을 왼쪽으로 45도 회전 시킨다. 이로 인해 촬상 장치(200)는 원격 제어 비행체(100)가 전진하는 동안에도 수평상태에서 바라보던 각도와 동일한 화면을 촬영할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 공중에서 수평상태를 유지하던 비행체(100)가 후진하는 경우 비행체(100)의 선두가 위쪽을 향하면서 후진하게 된다. 즉, 점선으로 표시된 바와 같이 비행체(100)가 제2 축(A2)을 중심으로 하여 위쪽으로 기울어지게 된다. 그러므로 촬상 장치(200)도 본래 촬영하던 방향의 위쪽을 촬영하게 된다.
촬상 장치(200)가 위쪽으로 기울어지게 되면 자세 검출부(160 또는 320)는 비행체(100)의 자세 정보, 즉 제2 축(A2)을 중심으로 한 비행체(100)의 기울기를 제어부(110)를 거쳐서 또는 직접 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다. 촬상 장치 제어부(290)는 수신한 기울기를 보상하기 위하여 제2 구동부(260)를 제어한다.
예를 들어, 도 14b와 같이 촬상 장치(200)가 위쪽으로 45도 기울어진 경우 자세 검출부(160 또는 320)는 45도 기울기와 기울어진 방향을 자세 정보로서 촬상 장체 제어부(290)로 송신힌다. 촬상 장치 제어부(290)는 종래와 같은 촬영 방향을 유지하기 위해 제2 구동부(260)를 구동시켜 촬상 유닛(201)를 오른쪽으로 45도 회전시킨다. 이로 인해 촬상 장치(200)는 원격 제어 비행체(100)가 후진하는 동안에도 수평상태에서 바라보던 각도와 동일한 화면을 촬영할 수 있다.
비행체(100)가 제자리 비행 중에 비행체의 앞부분이 아래로 기울어지는 경우 또는 비행체의 앞부분이 위로 기울어지는 경우도 상기 비행체(100)가 전진 비행하는 경우 또는 후진 비행하는 경우와 마찬가지로 제2 회전 구동 적용이 가능하다.
이와 같이, 촬상 장치(200)는 자세 검출부(160 또는 320)로부터 수신된 비행체(100)(또는 촬상 장치(200))의 자세 정보를 이용하여 제1 구동부(250) 또는 제2 구동부(260)를 구동하여 촬영 방향을 보정할 수 있다.
제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 수신된 자세 정보에 기반하여 제1 구동부(250), 제2 구동부(260)를 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 또한 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 상황에 따라서 수신된 자세 정보에 기반하여 제1 구동부(250)와 제2 구동부(260)를 동시에 제어할 수 있다. 도 15는 촬상 장치(200)의 자세 제어 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도이다.
다축 구동부(202)는 촬영 각도를 임의로 변경하기 위하여 구동될 수도 있다. 비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 원격 제어기(1000)로부터 촬영 각도 제어 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 단계(500)에서, 비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 원격 제어기(1000)로부터 수신되는 제어 신호 중에서 촬영 각도 제어신호가 포함되었는지를 판단한다. 비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 촬영 각도 제어 신호로부터 촬영 각도 정보가 추출되면, 단계(520)에서 추출한 촬영 각도 정보에 기반하여 다축 구동부(202)를 제어하여 소망하는 촬영 각도가 되도록 촬상 장치(200)를 제1 회전 구동(롤 축 구동) 및/또는 제2 회전 구동(피치 축 구동)한다.
예를 들어, 원격 제어기(1000)로부터 촬영 각도를 아래쪽으로 30도 변경하라는 촬영 각도 제어 신호가 수신 될 수 있다. 이런 경우 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 수신된 촬영 각도 제어 신호에 근거하여 제2 구동부(260)를 구동하여 촬상 유닛(201)의 촬영 방향을 아래쪽으로 변경한다.
또한, 원격 제어기(1000)로부터 촬상 센서(230)를 현재의 방향에서 좌측 또는 우측으로 90도 변경하라는 촬영 각도 제어 신호가 수신 될 수 있다. 이와 같은 제어 신호가 수신되면 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 수신된 촬영 각도 제어 신호에 근거하여 제1 구동부(250)를 구동하여 촬상 센서 홀더(240)를 제1 축(A1)을 중심으로 90도 회전시킨다. 이에 의하여, 원격 제어 비행체(100) 전체를 90도 회전하지 않고도 세로 구도의 영상의 촬영할 수 있다.
촬상 장치 제어부(290)는 원격 제어 비행체(100)의 제어부(110)를 통하지 않고 통신부(300)를 통하여 직접 원격 제어기(1000)와 통신하여 독자적으로 제1 회전 구동 및/또는 제2 회전 구동을 수행할 수도 있다.
촬영이 수행되는 동안에 지속적으로 자세 제어가 수행될 수 있다.
단계(530)에서 자세 검출부(160 또는 320)는 비행중인 비행체(100) 또는 촬상 장치(200)의 자세를 검출한다. 단계(540)에서 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 자세 검출부(160 또는 320)로부터 수신되고 있는 자세 정보에 변화가 있는지 확인한다.
자세 정보에 변화가 없으면, 자세 검출부(160 또는 320)는 반복하여 자세 변화 여부를 확인한다. 자세 정보에 변화가 있는 경우, 단계(550)에서 변화된 자세 정보에 근거하여 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 다축 구동부(202)를 상기 도 13a, 도 13b, 도 14a, 도 14b에서 설명한 바와 같이 제어한다.
제1, 제2 위치 검출 센서(410)(420)에 의하여 검출된 제1, 제2 회전량은 촬영 각도 제어 과정과 자세 제어 과정에서 촬상 유닛(201)의 촬영 각도 정보로서 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)로 제공될 수 있다. 촬영 각도 정보에 기반하여 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 촬영 각도 제어 과정과 자세 제어 과정에 피드백 제어를 적용할 수 있다.
예를 들어, 촬상 유닛(201)이 촬영 방향을 아래쪽으로 30도 변경한 경우, 제2 위치 검출 센서(420)는 제2 감지부(225)의 회전량을 검지하여 촬상 유닛(201)이 회전한 회전량을 검출한다. 제2 위치 검출 센서는 검출한 회전량을 비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다.
비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 수신된 회전량 데이터를 분석하여 촬상 유닛(201)이 아래쪽으로 30도 회전했는지 확인한다. 촬상 유닛(201)이 30도 보다 적게 회전 되었거나 30도 보다 많이 회전 된 경우, 비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 다시 제2 구동부(260)를 제어하여 촬상 유닛(201)이 아래쪽으로 30도 회전되도록 보정한다.
또한, 촬상 센서(230)가 현재의 방향에서 좌측 또는 우측으로 90도 회전된 경우, 제1 위치 검출 센서(410)는 제1 감지부(244)의 회전량을 검지하여 촬상 센서 홀더(240)의 회전량을 검출한다. 제1 위치 검출 센서(410)는 검출한 회전량을 비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)로 송신한다.
비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 수신한 회전량 데이터를 분석하여 촬상 센서 홀더(240)가 90도 회전했는지 확인한다. 촬상 센서 홀더(240)가 90도 보다 적게 회전 되었거나 많이 회전 된 경우, 비행체(100)의 제어부(110) 또는 촬상 장치 제어부(290)는 다시 제1 구동부(250)를 제어하여 촬상 센서 홀더(240)가 90도 회전되도록 보정한다.
제어부(110)는 원격 제어기(1000)로부터 수신한 신호를 이용하여 비행체(100)의 비행 동작을 제어한다. 제어부(110)는 수신한 신호를 촬상 장치 제어부(290)로 송신하여 촬상 장치(200)의 동작을 제어할 수 있다. 이에 의하여 촬상 장치(200)가 원격 제어기(1000)에 의하여 제어될 수 있다.
제어부(110)는 자세 검출부(160)의 자세 정보를 이용하여 촬상 장치 제어부(290)를 거치지 않고 직접 다축 구동부(202)를 제어할 수도 있다. 비행체(100)에 탑재된 자세 검출부(160)는 비행체의 자세 정보를 제어부(110)에 송신한다. 제어부(11)는 수신한 자세 정보를 바탕으로 촬상 장치(200)의 제1 구동부(250)와 제2 구동부(260)를 제어하여 제1 회전 구동(롤 축 구동) 및 제2 회전 구동(피치 축 구동)을 수행할 수 있다. 이 경우 촬상 장치(200)에 자세 검출부(320)가 구비될 필요가 없다.
촬상 장치(200) 또는 비행체(100)의 자세 정보는 촬상 장치(200)를 통하여 입력되는 영상으로부터 검출될 수도 있다. 촬상 장치(200)를 통하여 입력되는 영상에서 소정의 영역을 설정하고, 입력되는 전/후 프레임에서 기 설정된 소정 영역에 있는 피사체의 움직임 변화를 검출하여 역으로 촬상 장치(200) 또는 비행체(100)의 자세정보를 검출할 수 있다.
촬상 장치 제어부(290)는 원격 제어 비행체(100)의 제어부(110)를 통하지 않고 통신부(300)를 통하여 직접 원격 제어기(1000)와 통신하여 촬영 각도 제어 신호에 따라 독자적으로 제1 회전 구동(롤 축 구동) 및 제2 회전 구동(피치 축 구동)을 수행할 수도 있다.
원격 제어기(1000)는 다양한 전자 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 스마트 폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 16을 참조하면, 스마트 폰(700)을 사용하여 원격 제어 비행체(100)를 제어하는 일 실시예를 나타낸다. 스마트 폰(700)은 내장된 원격 제어 비행체(100)와 연관된 어플리케이션 또는 서버에서 다운 받은 원격 제어 비행체(100)와 관련된 어플리케이션을 실행하여 원격 제어 비행체(100)를 제어할 수 있다.
스마트 폰의 화면에는 원격 제어 비행체(100)가 현재 촬영하고 있는 영상(720)을 실시간으로 표시할 수 있다. 스마트 폰의 화면 일부에는 원격 제어 비행체(100)의 동작을 제어할 수 있는 아이콘(710)과 촬영 장치의 움직임을 제어할 수 있는 아이콘(730)이 표시될 수 있다. 사용자는 아이콘들을 터치하거나 드래그하는 제스처 또는 스마트 폰(700)을 상하좌우로 움직여 자세 변경에 따라 발생하는 신호를 이용하여 원격 제어 비행체(100)와 촬상 장치(200)의 움직임을 제어할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 이동 단말 내에 포함될 수 있는 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 예시적 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 예시적 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 예시적 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 원격 제어 비행체 101: 비행 몸체
110: 제어부 120: 통신부
130: 비행 구동부 160: 자세 검출부
200: 촬상 장치 201: 촬상 유닛
202: 다축 구동부 210: 렌즈부
210-1, 210-2: 제1, 제2 렌즈부 220: 렌즈 홀더
230: 촬상 센서 240: 촬상 센서 홀더
250: 제1 구동부 260: 제2 구동부
270: 베이스 300: 통신부
320: 자세 검출부 410: 제1 위치검출 센서
420: 제2 위치검출 센서

Claims (18)

  1. 촬상 센서와, 상기 촬상 센서에 광을 결상시키는 렌즈부를 포함하는 촬상 유닛;
    상기 렌즈부의 광축과 동축인 제1 축을 중심으로 상기 촬상 센서를 제1 회전시키는 제1 구동부; 및
    상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 중심으로 상기 촬상 유닛과 상기 제1 구동부를 제2 회전시키는 제2 구동부를 포함하는 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    베이스;를 더 구비하며,
    상기 촬상 유닛은 상기 제2 축을 중심으로 회전될 수 있도록 상기 베이스에 지지되는 촬상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 축에 대한 상기 촬상 센서의 회전량을 검출하는 제1 위치 검출 센서;
    상기 촬상 유닛과 상기 제1 구동부의 회전량을 검출하는 제2 위치 검출 센서;를 더 구비하는 촬상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상 장치의 자세 정보에 근거하여 상기 제1 회전 또는 상기 제2 회전을 수행하도록 상기 제1, 제2 구동부를 제어하는 촬상 장치 제어부;를 더 구비하는 촬상 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상 유닛은,
    상기 렌즈부를 수납한 렌즈 홀더; 및
    상기 촬상 센서를 수납하고 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 촬상 센서 홀더;를 포함하는 촬상 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 상기 렌즈 홀더에 지지되는 촬상 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 제1 렌즈부와 제2 렌즈부를 포함하며,
    상기 촬상 유닛은,
    상기 제1 렌즈부를 수납하는 렌즈 홀더; 및
    상기 제2 렌즈부와 상기 촬상 센서를 수납하는 촬상 센서 홀더;를 포함하는 촬상 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 상기 렌즈 홀더에 지지되는 촬상 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 구동량을 검출하는 동력장치를 포함하는 촬상 장치.
  10. 비행 몸체;
    상기 비행 몸체에 장착되는 촬상 장치;를 포함하며,
    상기 촬상 장치는,
    촬상 센서;
    상기 촬상 센서에 광을 결상시키는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부의 광축과 동축인 제1 축을 중심으로 하여 상기 촬상 센서를 제1 회전시키는 제1 구동부;를 구비한 원격 제어 비행체.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 촬상 장치는,
    상기 렌즈부를 수납하는 렌즈 홀더;
    상기 촬상 센서를 수납하고 상기 제1 축을 중심으로 제1 회전하는 촬상 센서 홀더;를 더 구비한 원격 제어 비행체.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 중심으로 상기 촬상 센서와 상기 렌즈와 상기 제1 구동부를 제2 회전 시키는 제2 구동부;를 더 포함하는 원격 제어 비행체.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 렌즈부를 수납한 렌즈 홀더;와
    상기 촬상 센서를 수납하고 상기 제1 축을 중심으로 회전하는 촬상 센서 홀더;를 포함하는 원격 제어 비행체.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 렌즈부는 제1 렌즈부와 제2 렌즈부를 포함하며,
    상기 제1 렌즈부를 수납하는 렌즈 홀더;
    상기 제2 렌즈부와 상기 촬상 센서를 수납하는 촬상 센서 홀더;를 포함하는 원격 제어 비행체.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 상기 렌즈 홀더에 지지되는 원격 제어 비행체.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 원격 제어 비행체의 움직임 정보에 근거하여 상기 제1, 제2 구동부를 제어하는 제어부;를 더 구비하는 원격 제어 비행체.
  17. 렌즈부와 상기 렌즈부를 통과한 광이 결상되는 촬상 센서를 구비하는 촬상 장치가 탑재된 원격 제어 비행체에서 상기 촬상 장치를 이용하여 촬영하는 단계;
    상기 원격 제어 비행체의 자세 정보를 검출하는 단계; 및
    상기 원격 제어 비행체의 자세 정보에 기반하여 상기 렌즈부의 광축과 동축인 제1 축을 중심으로 하여 상기 촬상 센서를 제1 회전시키는 단계;를 포함하는 촬상 장치의 자세 제어 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 원격 제어 비행체의 자세 정보에 기반하여 상기 제1 축과 직교하는 제2 축을 중심으로 상기 렌즈부와 상기 촬상 센서를 제2 회전시키는 단계;를 더 포함하는 촬상 장치의 자세 제어 방법.
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