KR20210115864A

KR20210115864A - 카메라 모듈의 회전 위치를 센싱하는 자기 센서 어셈블리

Info

Publication number: KR20210115864A
Application number: KR1020200032234A
Authority: KR
Inventors: 김창연; 공원준; 박종인; 이경재
Original assignee: 한화테크윈 주식회사
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2021-09-27
Also published as: CN215909807U; US11650041B2; US20210285754A1

Abstract

본 발명은 자기력의 변화에 따라 카메라 모듈의 회전 위치를 센싱하는 자기 센서 어셈블리에 관한 것이다.
상기 자기 센서 어셈블리는, 상기 카메라 모듈과 함께 회전하는 회전 부재; 상기 회전 부재 상에서 제1 원주를 따라 교번하여 배치되며 제1 개수의 극쌍(pole pair)을 갖는 제1 다극 착자 마그넷과, 상기 회전 부재 상에서 상기 제1 원주와 동심원을 이루는 제2 원주를 따라 교번하여 배치되며, 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 극쌍을 갖는 제2 다극 착자 마그넷을 포함하는 마그넷 부재; 하우징의 일측에 고정되고 회전하는 상기 제1 및 제2 다극 착자 마그넷에서 발생되는 자기장의 변화를 감지하는 홀 센서; 및 상기 감지된 자기장의 변화를 통해 상기 회전 부재의 초기 위치 및 상기 회전 부재가 상기 초기 위치로부터 회전한 회전 각도를 산출하는 프로세서로 이루어진다.

Description

카메라 모듈의 회전 위치를 센싱하는 자기 센서 어셈블리{Magnetic sensor assembly for sensing rotational positions of a camera module}

본 발명은 회전 부재의 위치를 센싱하는 센서 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기력의 변화에 따라 카메라 모듈의 회전 위치를 센싱하는 자기 센서 어셈블리에 관한 것이다.

감시 카메라 중에서 팬/틸트/줌(Pan/Tilt/Zoom) 기능을 제공하는 PTZ 카메라는 설정된 좌표값 사이를 이동하는 프리셋(preset) 구동을 제공하는데, 이 때 각 지정된 좌표값과 카메라가 실제 촬상하는 영역의 오차가 작아야 한다. 이 때 지정된 좌표값과 카메라가 촬상하는 영역의 오차를 프리셋 정확도라고 하는데 이 값은 통상적으로 0.2°를 넘지 않도록 제어될 필요가 있다.

상기 프리셋 구동의 정확도를 확보하기 위해서는, 모터 샤프트가 회전한 회전량과, 실제 카메라가 회전한 회전량 간의 오차를 재검출하는 장비가 필요하며, 이 위치검출 센서로는 크게 회전체의 자기장을 검출하는 홀 센서(hall sensor)와, 회전체의 광차단을 검출하는 포토 센서 내지 포토 인터럽터 센서(PI sensor)가 알려져 있다.

상기 포토 인터럽터 센서 방식은 발광부에서 출사된 광을 다수의 포토 인터럽터(photo interrupter)가 차단/통과하는 광차단 패턴을 수광부가 감지하는 방식이고, 홀 센서 방식은 이러한 포토 인터럽터 대신에 회전 부재의 회전에 따라 달라지는 자기장을 자기 센서에 의해 감지하는 방식이다.

종래의 홀 센서 방식은 단순히 초기 위치 검지용으로 사용하는 것이 일반적이었다. 단극 착자 마그넷(single-pole magnetized magnet)이 홀 센서에 접근하는 것을 통해, 가장 근접한 위치를 감지하고, 상기 감지된 위치를 통해 초기위치를 산출하였다. 이러한 홀 센서 방식은 단가가 저렴하고 구성이 쉬운 장점을 가지는 반면, 마그넷이 홀 센서가 감지 가능한 영역을 통과하지 않으면 위치 정보가 인식되지 않아서 피드백 제어가 어렵다는 단점이 있다.

또한, 홀 센서와 마그넷 간의 근접이 이루어져야 하므로, 초기 위치 감지를 위해 별도의 구동 모드가 필요하고 초기 위치 감지에 시간이 필요하며, 접근 방향에 따른 이니셜 위치의 오차가 발생한다는 단점도 있다.

따라서, 이러한 종래의 홀 센서를 개선하여 회전 부재의 회전 위치에 상관없이 현재의 방향(초기 위치)을 감지할 수 있고, 상기 회전 부재의 실시간 회전 각도를 균일한 해상도로 측정할 수 있도록 개선할 필요가 있다.

한국특허공보 1597639호 (2016. 2. 19. 등록)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 감시 카메라의 회전 위치가 실시간으로 인식되어 폐루프(closed-loop) 제어가 가능하고, 좌표계의 기준을 찾기 위해 사전에 설정된 초기화 동작 없이도 감시 카메라의 현재 위치를 신속히 인식할 수 있는 자기 센서 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 감시 카메라의 프리셋 정확도를 0.1도 이하 수준으로 관리할 수 있고, 회전 위치의 오차 발생시 빠른 지정 위치로의 복귀가 가능한 자기 센서 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 센서 어셈블리는, 상기 카메라 모듈과 함께 회전하는 회전 부재; 상기 회전 부재 상에서 제1 원주를 따라 교번하여 배치되며 제1 개수의 극쌍(pole pair)을 갖는 제1 다극 착자 마그넷과, 상기 회전 부재 상에서 상기 제1 원주와 동심원을 이루는 제2 원주를 따라 교번하여 배치되며, 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 극쌍을 갖는 제2 다극 착자 마그넷을 포함하는 마그넷 부재; 하우징의 일측에 고정되고 회전하는 상기 제1 및 제2 다극 착자 마그넷에서 발생되는 자기장의 변화를 감지하는 홀 센서; 및 상기 감지된 자기장의 변화를 통해 상기 회전 부재의 초기 위치 및 상기 회전 부재가 상기 초기 위치로부터 회전한 회전 각도를 산출하는 프로세서를 포함한다.

상기 제2 원주는 반경 방향을 기준으로 상기 제1 원주의 내측에 인접하여 위치한다.

상기 제1 개수는 상기 제2 개수와 서로소(relative prime) 관계를 이루거나, 상기 제1 개수는 상기 제2 개수보다 1만큼 크다.

상기 회전 부재는, 모터로부터의 구동력을 전달받아 회전하는 회전 풀리; 및 상기 카메라 모듈이 장착되고, 상기 회전 풀리와 결합되어 함께 회전하면서 상기 카메라 모듈에 회전력을 전달하는 브라켓을 포함하되, 상기 마그넷 부재는 상기 브라켓 상에 설치된다.

상기 마그넷 부재는, 상기 브라켓 상에 설치될 수 있도록 상기 제1 및 제2 다극 착자 마그넷보다 내측에 위치하며, 반경 방향을 기준으로 상기 제1 및 제2 원주보다 작은 제3 원주를 따라 길쭉하게 형성된(elongated) 적어도 하나의 슬롯; 및 상기 적어도 하나의 슬롯을 관통하여 상기 브라켓에 고정되는 적어도 하나의 체결구를 더 포함한다.

상기 마그넷 부재는 상기 마그넷 부재의 기준점을 나타내는 마커를 더 포함하며, 상기 마커가 상기 브라켓 상의 마커와 일치하는 상태에서 상기 적어도 하나의 체결구에 의해 상기 마그넷 부재와 상기 브라켓이 고정된다.

상기 하우징은, 상기 홀 센서가 배치되는 회로 기판을 고정하기 위한 서포트를 포함하는 케이스; 상기 브라켓과 결합되어 상기 브라켓과 함께 회전하는 스테이지; 및 상기 케이스와 상기 스테이지 사이에서 상기 스테이지의 회전을 지지하는 적어도 하나의 베어링을 포함한다.

상기 하우징은, 상기 케이스 및 상기 스테이지를 상방에서 덮는 커버를 더 포함하되, 상기 회로 기판은 상기 커버의 하면과 상기 케이스의 서포트 각각에서 모두 고정된다.

상기 자기 센서 어셈블리는, 내경이 상기 스테이지의 외경에 고정되고 반경 방향으로 연장되는 스페이서; 및 상기 스페이서와 상기 브라켓 사이에서 예압(P) 하에 개재하는 탄성 부재를 더 포함한다.

상기 스페이서와 상기 브라켓 사이에 압축력이 발생하더라도 상기 탄성 부재가 상기 예압(P)을 가지면서 변형됨에 의해, 상기 스페이서와 상기 브라켓 간의 설계 갭이 유지된다.

상기 회로 기판에는, 상기 홀 센서와 함께 상기 홀 센서의 설정값을 저장하는 메모리가 구비된다.

상기 프로세서는 정확한 회전 각도를 산출하기 위해, 상기 홀 센서에서 얻어지는 샘플 값의 이동 평균(moving average)를 이용한다.

상기 카메라 모듈은 팬/틸트/줌을 지원하는 카메라 모듈이고, 상기 프로세서는 상기 회전 부재의 회전 위치를 보정하는 동작을 수행하되, 상기 보정하는 동작은 상기 카메라 모듈의 팬/틸트 동작의 유휴시에만 수행된다.

본 발명에 따른 자기 센서 어셈블리에 의하면, 초기화 동작 없이도 감시 카메라의 현재 위치를 신속히 인식할 수 있고, 감시 카메라의 회전 위치를 균일한 해상도로 실시간으로 인식할 수 있으며, 회전 위치의 오차 발생시 신속히 오차를 보정할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 회전 부재에 장착된 마그넷과 홀 센서 간의 간격을 일정 범위로 유지할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 카메라 모듈의 회전 위치를 센싱하는 자기 센서 어셈블리의 조립 사시도이다.
도 2는 도 1의 자기 센서 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 3은 자기 센서 어셈블리의 하부 케이스를 제거하고 하방에서 바라본 저면도이다.
도 4는 상기 자기 센서 어셈블리에서 외부 커버 및 동력 발생/전달 구조를 제거한 사시도이다.
도 5는 도 4에서 브라켓 및 회전 풀리를 포함한 회전 부재와 마그넷 부재만을 도시한 평면도이다.
도 6은 자기 센서 어셈블리를 반경 방향으로 절단한 단면 사시도이다.
도 7은 자기 센서 어셈블리를 도 6과 다른 각도로 절단한 평면도이다.
도 8은 도 7의 C 영역을 확대한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 기판을 도시한 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 카메라 모듈의 회전 위치를 센싱하는 자기 센서 어셈블리(100)의 조립 사시도이고, 도 2는 상기 자기 센서 어셈블리(100)의 분해 사시도이다(단, 도 2에서 상부 커버는 생략됨). 자기 센서 어셈블리(100)는 회전 부재(170), 마그넷 부재(140), 홀 센서(165) 및 프로세서(미도시 됨)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 홀 센서(165) 및 프로세서는 회로 기판(160) 상에 구비될 수 있다. 그러나, 상기 프로세서는 홀 센서(165)를 구비한 회로 기판(160) 이외에 이와 전기적으로 연결된 다른 회로 기판 상에 형성될 수도 있음은 물론이다.

회전 부재(170)는 모터(110)로부터 제공된 구동력을 전달받아 제2축(Bx)을 기준으로 상기 카메라 모듈과 함께 회전한다. 상기 회전 부재(170)는 하부 케이스(180)의 스테이지(181)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

모터(110)는 베이스(150) 상에서 체결구(151)에 의해 체결된다. 이 때, 모터 샤프트(115)는 베이스(150)의 중공부를 관통하여 하방으로 연장된다. 이와 같이 모터(110)와 베이스(150)가 체결된 상태에서, 베이스(150)는 하부 케이스(180)에 설치된 서포트들(187a, 187b) 상에 설치된 돌기들과 결합됨으로써 하부 케이스(180) 상에 고정된다.

본 발명에서 하우징은 하부 케이스(180)와 상부 커버(195)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만 이에 한하지 않고 그 구성품과 형태와 개수는 달리질 수 있다. 또한, 모터(110)로부터 회전 부재(170)로 구동력을 전달하는 매개체로서 타이밍 벨트(130)가 도시지만, 이에 한하는 것은 아니며 기어 메커니즘 등 다른 동력 전달 부재가 사용되어도 무방하다.

상기 회전 부재(170)에는 제1 및 제2 다극 착자 마그넷(multi-pole magnetized magnet)을 포함하는 마그넷 부재(140)가 설치된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전 부재(170)는 모터(110)로부터 제1축(Ax)으로 연장된 모터 샤프트(115)로부터의 구동력을 전달받아 회전하는 회전 풀리(120)와, 상기 카메라 모듈이 장착되고, 상기 회전 풀리(120)와 결합되어 함께 회전하면서 상기 카메라 모듈에 회전력을 전달하는 브라켓(125)으로 구성될 수 있다. 이 때에는, 상기 마그넷 부재(140)는 상기 브라켓(125) 상에 장착될 수 있다.

상기 홀 센서(165)는 상기 마그넷 부재(140)에서 발생되는 자기장 내지 자기 플럭스의 변화를 감지한다. 홀 센서(165)를 포함하는 회로 기판(160)은 하부 케이스(180)에 구비된 서포트(182) 상에서 고정 설치될 수 있다. 물론 이와 반대로 회전 부재(170)에 홀 센서를 배치하고, 마그넷 부재(140)를 고정 배치하는 방식도 가능하기는 하지만, 배선이나 케이블의 꼬임의 문제가 우려되므로 바람직하지는 않을 것이다.

또한, 상기 프로세서는 상기 감지된 자기장의 변화를 통해 상기 회전 부재(170)의 초기 위치 및 상기 회전 부재(170)가 상기 초기 위치로부터 회전한 회전 각도를 산출한다. 또한, 상기 프로세서는 시간이 지남에 따라 누적되는 오차를 제거하기 위해 상기 회전 부재(170)의 회전 위치를 보정하는 동작을 수행할 수 있다. 이 경우 상기 카메라 모듈이 팬/틸트/줌을 지원하는 카메라 모듈이라면, 상기 보정하는 동작은 상기 카메라 모듈의 팬/틸트 동작의 유휴시에만 수행할 수 있다. 이는 팬/틸트 동작에서는 회전 부재(170)가 회전하고 있는 과정이므로 측정과 보정을 동시에 수행하기에는 부담이 있기 때문이다. 따라서 줌 동작과 같이 회전 구동이 불필요한 과정, 즉 유휴 과정에서 상기 보정을 수행하면 카메라 모듈 작동 중의 실시간 보정도 가능한 것이다.

도 3은 모터(110)로부터 회전 풀리(120)로의 동력 전달 메커니즘을 보여주기 위해, 상기 자기 센서 어셈블리(100)의 하부 케이스(180)를 제거하고 하방에서 바라본 저면도이다.

모터(110)에서 발생된 구동력은 상기 모터(110)로부터 제1축(Ax)을 따라 연장되고 상기 모터(110)의 구동력에 의해 회전하는 모터 샤프트(115)로 전달된다. 이러한 구동력은 타이밍 벨트(130)를 매개로 하여, 상기 제1축(Ax)과 이격된 제2축(Bx)을 중심으로 회전하는 회전 풀리(120)로 전송된다. 구체적으로, 타이밍 벨트(130)는 상기 모터 샤프트(115)와 상기 회전 풀리(120)를 함께 커플링하면서 상기 모터 샤프트(115)의 회전을 상기 회전 풀리(120)의 회전으로 변환한다. 따라서, 타이밍 벨트(130) 중에서 제1축(Ax) 근처의 부분은 상기 모터 샤프트(115)의 단부(111)와 커플링되고, 타이밍 벨트(130) 중에서 제2축(Bx)을 감싸는 부분은 상기 회전 풀리(120)의 외주면과 커플링된다.

도 4는 상기 자기 센서 어셈블리(100)에서 외부 커버(195) 및 동력 발생/전달 구조를 제거한 사시도이고, 도 5는 이 중에서 브라켓(125) 및 회전 풀리(120)를 포함한 회전 부재(170)와 마그넷 부재(140)만을 도시한 평면도이다.

전술한 바와 같이, 회전 풀리(120), 브라켓(125) 및 마그넷 부재(140)는 상호 고정되어 회전 풀리(120)의 회전에 따라 함께 회전하도록 구성된다. 여기서, 상기 마그넷 부재(140)는 제1 다극 착자 마그넷(141)과 제2 다극 착자 마그넷(143)을 포함한다. 이와 같이 회전하는 마그넷 부재(140)의 마그넷들(141, 143)로부터의 자기장 변화는 상기 마그넷 부재(140)에 근접하여 고정 배치되는 홀 센서(165)에 의해 감지된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 홀 센서(165)는 마그넷 부재(140)와 대향하는 방향으로 배치하기 위해 회로 기판(160)의 하면에 설치되어 있으므로 점선으로 도시된다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 다극 착자 마그넷(141)은 회전 부재(170) 상에서 제1 원주를 따라 교번하여 배치되며 제1 개수의 극쌍(pole pair)을 갖는다. 또한, 제2 다극 착자 마그넷(143)은 상기 회전 부재(170) 상에서 상기 제1 원주와 동심원을 이루는 제2 원주를 따라 교번하여 배치되며 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 극쌍을 갖다. 여기서 극쌍이란 소정의 피치를 가지며 원주 방향으로 인접하는 하나의 N극(도 5의 141, 143에서 음영으로 표시된 셀)과 하나의 S극(도 5의 141, 143에서 백색으로 표시된 셀)을 포함한 쌍을 의미한다.

이 때, 상기 제2 원주는 반경 방향을 기준으로 상기 제1 원주의 내측에 인접하여 위치하기 때문에 제1 및 제2 다극 착자 마그넷(141, 143)으로부터 자기장이 홀 센서(165)에 의해 함께 센싱될 수 있는 것이다.

프로세서(미도시 됨)는 홀 센서(165)에서 감지된 자기장의 변화를 통해 상기 회전 부재의 초기 위치 및 상기 회전 부재가 상기 초기 위치로부터 회전한 회전 각도를 산출할 수 있다. 이와 같이, 반경 방향으로 인접한 제1 및 제2 다극 착자 마그넷(141, 143)를 이용하는 것은, 홀 센서(165)에 전원이 인가된 순간부터 현재의 절대 위치를 인지 가능하게 하기 위함이다.

상기 프로세서는 RAM과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 ROM과 같은 비휘발성 메모리 소자에 다양한 처리 명령, 쓰레드 등을 로딩(loading)하고 이들을 처리하는 기능을 가지며, 일반적으로 CPU(central processing unit), 마이콤(micro-processor), FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit) 등으로 구현될 수 있다.

도 5에서 조립된 초기위치는 재조립을 수행하지 않는 한 변화가 없기 때문에, 상기 두 마그넷 링의 정보를 통해 홀 센서(165)는 현재의 회전 위치를 별도의 초기화 시나리오 없이 인지할 수 있다. 이는 일반적인 PTZ 카메라에서 수행하는 초기화 동작을 제거하는 것에 해당하므로, 부팅 시간의 단축 및 좌표 재설정시 감시화면의 상실 등의 문제점을 해결하는 방안이 될 수 있다.

또한, 종래에는 프리셋(preset) 동작시, 일정 이상의 오차가 인지되면 좌표의 재설정을 위해 초기화 동작을 재개해야 했다. 본 발명에서는 좌표의 절대값을 상시적으로 인지할 수 있으므로 상기 초기화 동작 없이도 회전 위치의 보정이 가능하다.

이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 제1 및 제2 다극 착자 마그넷(141, 143)을 도입하고, 상기 제1 다극 착자 마그넷(141)이 갖는 극쌍의 개수(제1 개수)와 상기 제2 다극 착자 마그넷(143)이 갖는 극쌍의 개수(제2 개수)를 서로 상이하게 구성하였다.

특히, 상기 제1 및 제2 개수는 상호 간의 최대 공약수가 1인 서로소(relative prime) 관계를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는 제1 다극 착자 마그넷(141)이 갖는 극쌍의 모든 위치에서, 제1 다극 착자 마그넷(143)이 갖는 극쌍의 위치와의 오프셋이 서로 상이하기 때문에 상기 초기화 시나리오 없이도 회전 부재(170: 120, 125)의 현재 위치를 바로 감지하거나 최소한 신속히 감지할 수 있다.

이와 같이, 상기 제1 개수와 상기 제2 개수는 서로소 관계에 있더라도, 제1 개수에 비해 제2 개수가 지나치게 적은 것은 센싱의 해상도 측면에서 바람직하지 않으므로, 제2 개수도 가능한 최대화할 필요가 있다. 따라서, 상기 제1 개수는 상기 제2 개수보다 1만큼 크도록 구성할 수 있다. 이 경우에는 제1 개수와 제2 개수는 서로소 관계를 만족하면서도 그 개수를 최대화할 수 있게 된다.

도 5에서는 일 실시예로서 상기 제1 개수를 32개로 하고, 상기 제2 개수를 31개로 설정하였다. 이 경우에 제1 다극 착자 마그넷(141)의 기준점과 제2 다극 착자 마그넷(143)의 기준점이 일치하는 시작점(도 5에서 0°위치)에서 시작하여 원주방향으로 갈수록 양자 간의 오프셋이 커지고, 그 반대 지점(도 5에서 180°위치)에서 최대 오프셋이 발생한다. 이후로도 정방향 오프셋은 증가하지만 역방향 오프셋은 점차로 감소하여 시작점으로 복귀하면 상기 오프셋이 다시 0이 된다. 이러한 방법으로 검출 가능한 분해능은 0.01° 수준이고, 센싱 오차 및 편차를 감안하더라도 0.1° 단위로의 검출이 가능한 것으로 확인되었다.

한편, 마그넷 부재(140)이 브라켓(125)에 장착되는 초기 조립 위치의 정렬(alignment)는 이후의 회전 각도 센싱에 영향을 미친다. 따라서, 자기 센서 어셈블리(100)의 조립시에 이러한 정렬을 맞출 필요가 있다. 이러한 조립시 정렬을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면 마그넷 부재(140)는 슬롯(145)과 체결구(144)를 더 포함할 수 있다.

슬롯(145)은 마그넷 부재(140)가 상기 브라켓(125) 상에 설치될 수 있도록 상기 제1 및 제2 다극 착자 마그넷(141, 143)보다 내측에 위치하며, 반경 방향을 기준으로 상기 제1 및 제2 원주보다 작은 제3 원주를 따라 길쭉하게 형성된다(elongated). 또한, 적어도 하나의 체결구(144)가 상기 적어도 하나의 슬롯(145)을 관통하여 상기 브라켓(125)에 고정된다.

따라서, 브라켓(125) 상에서 마그넷 부재(140)의 슬롯(145)에 체결구(144)를 가조립 한 후에, 마그넷 부재(140)를 원주 방향으로 미소하게 움직이면서 원하는 방향을 정확히 맞춘 후 체결구(144)를 최종 조립하는 방식으로 상기 정렬을 완료할 수 있다.

이러한 정렬을 용이하게 하기 위해, 상기 마그넷 부재(140)는 상기 마그넷 부재(140)의 기준점을 나타내는 마커(147)를 더 포함한다. 상기 마커(147)가 상기 브라켓(125) 상의 마커(127)와 일치하는 상태에서 상기 체결구(144)를 최종 조립하면 된다.

도 6은 자기 센서 어셈블리(100)를 반경 방향으로 절단한 단면 사시도이고, 도 7은 자기 센서 어셈블리(100)를 도 6과 다른 각도로 절단한 평면도이며, 도 8은 도 7의 C 영역을 확대한 평면도이다.

도 6을 참조하면, 회로 기판(160)은 상부 커버(195)의 하면과 하부 케이스(180)의 서포트(182) 각각에서 체결구(168, 166)에 의해 양측으로 고정될 수 있다. 이는 회로 기판(160)의 상부를 덮어 홀 센서(165)를 보호하고, 상부 커버(195)를 관통하는 체결구(168)에 의해 마그넷 부재(140)와 홀 센서(165)간의 갭(gap)을 조절하기 위함이다.

홀 센서(165)와 마그넷 부재(140)의 조립에서 추후 자기 센싱에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 마그넷 부재(140)와 홀 센서(140) 간의 거리이다. 이는 홀 센서(165)와 마그넷 간의 거리가 멀어지면 자기장의 세기가 작아져 센싱 민감도가 급격히 감소하기 때문이다. 통상 마그넷과 홀 센서(165) 간의 갭은 0.3~0.6 mm 정도의 범위에서 사용하는 것이 일반적이며, 마그넷의 자기장의 세기가 세거나 민감하지 않은 경우에는 최대 1mm 정도에서 사용하는 경우도 있다.

본 발명에서는 마그넷 부재(140)와 홀 센서(165) 간의 갭을 0.5mm로 배치하는 것을 의도하지만, 부품의 공차범위에 따른 산포를 감안할 경우에는 0.35 ~ 0.65 mm의 분포를 가질 수 있다. 그러나, 부품 산포가 그 범위를 넘어서, 상기 갭이 0.7 mm 이상으로 조립될 가능성이 여전히 존재한다. 이 때에는, 상부 커버(195)에 스크류와 같은 체결구(168)를 도입하여 그 체결량 조절을 통해 상기 갭을 강제로 줄일 수 있다.

한편, 본 발명에서 하우징(190)은 기본적으로 하부 케이스(180)와 상부 커버(195)를 포함하여 구성되며, 상기 하부 케이스(180)에는 홀 센서(165)가 배치되는 회로 기판(160)을 고정하기 위한 서포트(182)가 형성되어 있다. 또한, 상기 하우징(190)은 추가적으로, 상기 브라켓(125)과 결합되어 상기 브라켓(125)과 함께 회전하는 스테이지(181)와, 상기 케이스(180)와 상기 스테이지(181) 사이에서 상기 스테이지(181)의 회전을 지지하는 적어도 하나의 베어링(183, 184)을 더 포함할 수 있다. 이 중에서 제1 베어링(183)은 축 방향 힘을 지지하는 쓰러스트(thrust) 베어링이고, 제2 베어링(184)은 반경 방향 힘을 지지하는 볼 베어링일 수 있다.

이와 같이 복수의 베어링(183, 184)을 배치하는 것은 출력축(185)의 유동을 최소화하기 위함이다. 또한, 회전축(Bx)의 위치를 결정하고, 상기 베어링(183, 184)의 이탈을 방지하기 위해 복수의 베어링(183, 184)의 내륜(83, 84)에 스토퍼(미도시 됨)가 추가로 배치될 수 있다.

이때, 상기 스토퍼가 베어링(183, 184)의 내륜(83, 84)을 과하게 누를 경우, 베어링의 파손 혹은 구동 마찰 증가로 인한 성능 저하가 발생한다. 따라서, 부품의 누적 공차를 감안하더라도 내륜(83, 84)을 강하게 압박하지 않도록 어느 정도의 설계 갭(G)을 둘 필요가 있다. 그러나, 이러한 설계 갭(G)은 마그넷 부재(140)와 홀 센서(165) 간 거리의 산포를 증가시키므로, 상기 설계 갭(G)을 가지면서도 상기 거리의 산포가 균일하게 배치되도록 설계되어야 한다.

이에 본 발명에서는 이러한 문제를 고려하여, 상기 설계 갭(G) 사이에 탄성이 있는 러버(rubber), 합성수지 등의 탄성 부재를 배치하여, 탄성력에 의해 상기와 같은 산포를 보상할 수 있도록 한다. 이에 따라 카메라 모듈이 다양한 환경에 놓인 경우에도 축의 유동을 최소화함과 동시에, 마그넷 부재(140)와 홀 센서(165) 간의 거리의 산포가 최소화될 수 있도록 한다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 센서 어셈블리(100)에는, 내경이 상기 스테이지(181)의 외경에 고정되고 반경 방향으로 연장되는 스페이서(60)와, 상기 스페이서(60)와 상기 브라켓(125) 사이에서 예압하에 개재하는 탄성 부재(50)가 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 탄성 부재(50)는 예를 들어, 탄성을 갖는 링 영상이나 구형상으로 갖는 러버나 합성수지와 같은 탄성 부재로 구현될 수 있다.

상기 스페이서(60)와 상기 브라켓(125) 사이에 압축력이 발생하더라도 상기 탄성 부재(50)가 상기 예압을 가지면서 변형됨에 의해, 상기 브라켓(125)과 스페이서(60) 사이의 설계 갭(G)이 유지된다. 이러한 설계 갭(G)의 유지는 전술한 상기 마그넷 부재(140)와 상기 홀 센서(165) 간의 센싱 거리를 유지하는 데에도 도움을 준다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 기판(160)을 도시한 사시도이다. 상기 회로 기판(160)의 판재(167)에는, 기본적으로 마그넷 부재(140)의 자기 플럭스를 감지하기 위한 홀 센서(165)가 배치된다. 또한, 상기 판재(167)에는 하부 케이스(180)의 서포트(182)와의 결합을 위한 관통공들(161, 162)과, 전원을 공급받고 외부의 회로 기판과 접속이 가능하도록 커넥터 소켓(164)이 구비되어 있다.

또한, 상기 판재(167)에는 추가적으로 상기 홀 센서(165)의 설정값을 저장하는 메모리(163)가 배치된다. 이러한 메모리(163)는 EPROM, EEPROM, 플래시 ROM 등 다양한 비휘활성 메모리 소자로 구성될 수 있다. 이러한 메모리(163)에 저장된 설정값은 데이터 통신간 안정성을 확보하는 데에 기여한다. 예를 들어, 회로 기판(160) 자체에 설정값이 저장되므로 회로 기판(160)과 연결된 다른 회로 기판이나 전자 부품을 수리하더라도 상기 홀 센서(165)의 정보는 그대로 유지될 수 있다. 따라서, 다른 구성품의 수리 후 홀 센서(165)를 별도로 세팅하지 않아도 이상없이 동작할 수 있는 것이다.

마지막으로, 상기 프로세서는 상기 홀 센서(165)에 의해 감지된 자기 플럭스의 변화를 통해 상기 회전 부재(170)의 초기 위치 및 상기 회전 부재(170)가 상기 초기 위치로부터 회전한 회전 각도를 산출할 수 있게 된다.

그런데, 홀 센서(165)의 신호에는 자기 센서 어셈블리(100)의 자체 진동, 외부 진동, 외부 자계 간섭 등의 노이즈 성분이 존재할 수밖에 없다. 따라서, 노이즈 성분이 포함된 신호에서 현재 위치를 특정할 수 있는 필터링 값을 찾는 것이 필요하다. 본 발명에서는 일 실시예로서, 균일한 주기로 N개의 샘플링 값을 수집하고, 상기 수집된 N개의 샘플링 값의 평균, 즉 이동 평균(moving average)을 계산하는 방법을 사용한다.

상기 샘플링 값을 수집하는 시기는, 팬/틸트 동작이 끝난 직후로부터 줌 동작으로 인한 포커스의 이동이 완료되기 전 약 1초 정도 이내에 이루어지는 것이 바람직하다. 결국, 팬/틸트 동작이 끝난 직후 에러 값을 보정하기 위한 추가적인 처리 과정을 거칠 수 있기 때문에, 상기 카메라 모듈이 갖는 현재 위치의 감지 정확도를 더욱 제고할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Ax: 제1축 Bx: 제2축
G: 설계 갭 50: 탄성 부재
60: 스페이서 100: 자기 센서 어셈블리
110: 모터 115: 모터 샤프트
120: 회전 풀리 125: 브라켓
127, 147: 마커 130: 타이밍 벨트
140: 마그넷 부재 141: 제1 다극 착자 마그넷
143: 제2 다극 착자 마그넷 144: 슬롯
150: 베이스 160: 회로 기판
163: 메모리 165: 홀 센서
170: 회전 부재 180: 하부 케이스
181: 스테이지 182: 서포트
183, 184: 베어링 195: 상부 커버

Claims

카메라 모듈의 회전 위치를 센싱하는 자기 센서 어셈블리로서,
상기 카메라 모듈과 함께 회전하는 회전 부재;
상기 회전 부재 상에서 제1 원주를 따라 교번하여 배치되며 제1 개수의 극쌍(pole pair)을 갖는 제1 다극 착자 마그넷과, 상기 회전 부재 상에서 상기 제1 원주와 동심원을 이루는 제2 원주를 따라 교번하여 배치되며, 상기 제1 개수와 상이한 제2 개수의 극쌍을 갖는 제2 다극 착자 마그넷을 포함하는 마그넷 부재;
하우징의 일측에 고정되고 회전하는 상기 제1 및 제2 다극 착자 마그넷에서 발생되는 자기장의 변화를 감지하는 홀 센서; 및
상기 감지된 자기장의 변화를 통해 상기 회전 부재의 초기 위치 및 상기 회전 부재가 상기 초기 위치로부터 회전한 회전 각도를 산출하는 프로세서를 포함하는 자기 센서 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제2 원주는 반경 방향을 기준으로 상기 제1 원주의 내측에 인접하여 위치하는 자기 센서 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 제1 개수는 상기 제2 개수와 서로소(relative prime) 관계를 이루는 자기 센서 어셈블리.
제3항에 있어서,
상기 제1 개수는 상기 제2 개수보다 1만큼 큰 자기 센서 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 회전 부재는
모터로부터의 구동력을 전달받아 회전하는 회전 풀리; 및
상기 카메라 모듈이 장착되고, 상기 회전 풀리와 결합되어 함께 회전하면서 상기 카메라 모듈에 회전력을 전달하는 브라켓을 포함하되,
상기 마그넷 부재는 상기 브라켓 상에 설치되는 자기 센서 어셈블리.
제5항에 있어서, 상기 마그넷 부재는
상기 브라켓 상에 설치될 수 있도록 상기 제1 및 제2 다극 착자 마그넷보다 내측에 위치하며, 반경 방향을 기준으로 상기 제1 및 제2 원주보다 작은 제3 원주를 따라 길쭉하게 형성된(elongated) 적어도 하나의 슬롯; 및
상기 적어도 하나의 슬롯을 관통하여 상기 브라켓에 고정되는 적어도 하나의 체결구를 더 포함하는 자기 센서 어셈블리.
제6항에 있어서,
상기 마그넷 부재는 상기 마그넷 부재의 기준점을 나타내는 마커를 더 포함하며,
상기 마커가 상기 브라켓 상의 마커와 일치하는 상태에서 상기 적어도 하나의 체결구에 의해 상기 마그넷 부재와 상기 브라켓이 고정되는 자기 센서 어셈블리.
제5항에 있어서, 상기 하우징은
상기 홀 센서가 배치되는 회로 기판을 고정하기 위한 서포트를 포함하는 케이스;
상기 브라켓과 결합되어 상기 브라켓과 함께 회전하는 스테이지; 및
상기 케이스와 상기 스테이지 사이에서 상기 스테이지의 회전을 지지하는 적어도 하나의 베어링을 포함하는 자기 센서 어셈블리.
제8항에 있어서, 상기 하우징은
상기 케이스 및 상기 스테이지를 상방에서 덮는 커버를 더 포함하되,
상기 회로 기판은 상기 커버의 하면과 상기 케이스의 서포트 각각에서 모두 고정되는 자기 센서 어셈블리.
제8항에 있어서,
내경이 상기 스테이지의 외경에 고정되고 반경 방향으로 연장되는 스페이서; 및
상기 스페이서와 상기 브라켓 사이에서 예압하에 개재하는 탄성 부재를 더 포함하는 자기 센서 어셈블리.
제10항에 있어서,
상기 스페이서와 상기 브라켓 사이에 압축력이 발생하더라도 상기 탄성 부재가 상기 예압을 가지면서 변형됨에 의해, 상기 스페이서와 상기 브라켓 간의 설계 갭이 유지되는 자기 센서 어셈블리.
제8항에 있어서,
상기 회로 기판에는, 상기 홀 센서와 함께 상기 홀 센서의 설정값을 저장하는 메모리가 구비되는 자기 센서 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 정확한 회전 각도를 산출하기 위해, 상기 홀 센서에서 얻어지는 샘플 값의 이동 평균(moving average)를 이용하는 자기 센서 어셈블리.
제1항에 있어서,
상기 카메라 모듈은 팬/틸트/줌을 지원하는 카메라 모듈이고,
상기 프로세서는 상기 회전 부재의 회전 위치를 보정하는 동작을 수행하되, 상기 보정하는 동작은 상기 카메라 모듈 팬/틸트 동작의 유휴시에만 수행되는 자기 센서 어셈블리.