WO2017078254A1 - 3축 조정 소형 짐벌 - Google Patents

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WO2017078254A1
WO2017078254A1 PCT/KR2016/009137 KR2016009137W WO2017078254A1 WO 2017078254 A1 WO2017078254 A1 WO 2017078254A1 KR 2016009137 W KR2016009137 W KR 2016009137W WO 2017078254 A1 WO2017078254 A1 WO 2017078254A1
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axis
gimbal
lens barrel
support
rolling
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PCT/KR2016/009137
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강윤석
박성진
임배석
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삼성전자주식회사
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    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography

Definitions

  • Various embodiments of the present invention relate to a three-axis adjustable imaging instrument for holding a camera in a horizontal position.
  • the conventional posture maintaining imaging apparatus (hereinafter, referred to as gimbal) has been mostly designed for two-axis adjustment and three-axis adjustment.
  • the number of driving units is determined according to the number of adjustment axes, yawing for vertical Z-axis rotation, pitching for X-axis adjustment, and rolling for Y-axis adjustment.
  • each axis There is a driving part for each axis to operate it horizontally, and the rotation axis is included in the next axis rotation movement step by step.
  • the Z-axis rotates
  • the X-axis, the Y-axis drive unit and the structure rotate at the same time.
  • the Y-axis rotates
  • the X-axis structure rotates together.
  • the prior art is designed to mount a separate camera to the gimbal (GIMBAL), the camera is fixed to the end of the X axis, the final axis of rotation.
  • GIMBAL gimbal
  • Large camera mounting gimbals may have shaft supports at both ends, but small camera gimbals may be used as the axis of rotation only where the drive section is located.
  • the gimbal of the prior art mostly uses a brushless motor as a driving unit, and is precisely controlled by the control unit.
  • the prior art is not applicable to a micro camera module for mounting a camera, and a drone using a micro lens does not have a gimbal function.
  • the gimbal of the prior art is a method used by mounting a general camera, it is large in size, expensive and heavy by using a brushless motor. Therefore, drones for flight must be large in size to ensure stable flight and shooting.
  • Various embodiments of the present invention integrate a small camera module and a gimbal function to enable high-quality video recording similar to images taken using a large gimbal, a large camera, and a large drone with a small drone (DRONE) at a small cost and light weight. It aims to do it.
  • DRONE small drone with a small drone
  • the first support in the three-axis gimbal, the first support; A lens barrel including a lens group, the lens barrel being rotatably coupled about a first axis to the first support; A rolling drive unit mounted at the lens barrel first position to provide a force for rotating the lens group about a second axis perpendicular to the first axis; A pitching driver mounted to the first support to provide a force for rotating the lens barrel about the first axis; A second support rotatably coupled to the first support about a third axis perpendicular to the first and second axes, respectively; And a yawing driver mounted on the second support to rotate the first support about the third axis.
  • the lens barrel mounted to the support, the lens barrel being rotatably coupled around three rotation axes, wherein the lens barrel comprises: a rotation member; And a rolling part rotating about an optical axis on the surface of the rotating member, wherein the rolling part comprises: a first rolling part including first rollers disposed on a first surface of the rotating member; And a second rolling unit including second rollers disposed on a second surface opposite to the first surface of the rotating member.
  • the three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present invention is compact and lightweight, and can be mounted on an unmanned aerial vehicle such as a drone.
  • the three-axis camera gimbal may minimize frictional resistance due to rotational operation using at least three rollers.
  • At least three rollers may be disposed on the front and rear surfaces of the rotating member to implement a stable rolling operation of the lens unit.
  • the three-axis camera gimbal may configure the FPCB on the rotation axis according to the FPCB inflection point movement.
  • the three-axis camera gimbal may reduce the number of parts and the material cost by using one or more common gears in each driving unit (rolling driving unit, pitching driving unit, yawing driving unit).
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a front surface of a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a rear surface of a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a mounting state of a rolling driver, a pitching driver, and a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a front view of FIG. 3.
  • 5A is a perspective view illustrating a state in which the second support body on which the yawing drive unit is mounted according to various embodiments of the present disclosure is viewed from above.
  • 5B is a perspective view illustrating a state of a second support equipped with a yawing driving unit according to various embodiments of the present disclosure as viewed from below.
  • 6A is a perspective view illustrating a configuration of a rolling driver employed in a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6B is a perspective view illustrating an interlocking state of a rolling driver mounted on an outer circumferential surface of a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration of a pitching driving unit employed in a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration of a yawing drive unit employed in a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a mounting state of a rolling unit configured in a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating, in cross section, the configuration of a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a coupling state of a first support body according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a coupling state of a first support body according to various embodiments of the present disclosure.
  • expressions such as “have,” “may have,” “include,” or “may include” include the presence of a corresponding feature (e.g., a value, function, operation, or component, such as a component). Does not exclude the presence of additional features.
  • expressions such as “A or B,” “at least one of A or / and B,” or “one or more of A or / and B”, etc. may include all possible combinations of items listed together.
  • “A or B,” at least one of A and B, or “at least one of A or B” includes (1) at least one A, (2) at least one B, or (3) may refer to a case including both at least one A and at least one B.
  • first,” “second,” “first,” or “second,” and the like used in various embodiments may modify various elements in any order and / or importance, and such elements. It does not limit them.
  • the above expressions may be used to distinguish one component from another.
  • the first user device and the second user device may represent different user devices regardless of the order or importance.
  • the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be renamed to the first component.
  • One component (such as a first component) is "(operatively or communicatively) coupled with / to" to another component (such as a second component), or When referred to as “connected to,” it is to be understood that any component may be directly connected to the other component or may be connected via another component (eg, a third component).
  • a component e.g., a first component
  • another component e.g., a second component
  • no other component e.g., a third component
  • a processor configured (or configured to) perform the phrases A, B, and C ” is a dedicated processor for performing the operation. (Eg, an embedded processor) or by executing one or more software programs stored in a memory device, this may mean a general-purpose processor (eg, a CPU or an application processor) capable of performing corresponding operations.
  • 1 is a perspective view illustrating a front surface of a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • 2 is a perspective view illustrating a rear surface of a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • a 3-axis camera gimbal (hereinafter, referred to as a gimbal) according to various embodiments may be mounted on an unmanned aerial vehicle such as a drone to adjust a horizontal position of a camera lens. It may be a fixture to hold.
  • the gimbal according to various embodiments may be a gimbal that can be mounted in a drone of a small size because the gimbal is configured in a compact size and light weight.
  • the gimbal according to various embodiments can precisely control the horizontal maintenance of the camera along three axes of an imaging device such as a camera.
  • the gimbal includes a plurality of supports 10 and 12, a lens barrel 20, a rolling driving unit 30, a pitching driving unit 32, and a yawing. It may include a driving unit (yawing driving unit) (34).
  • the driving unit mentioned may be referred to differently as a driving device, a driving module, a driving component, or the like.
  • the gimbals mentioned may be referred to differently as horizontal stabilizers, stabilizers and the like.
  • the plurality of supports 10 and 12 may be mounted to operate the drives 30, 32, and 34 safely, and may be mounted on an unmanned aerial vehicle such as a drone.
  • the support may include a first support body 10 and a second support 12.
  • the first support 10 is a mounting member in which the rolling driver 30 (mounted to the lens barrel and the lens barrel is mounted to the first support) and the pitching driver 32 are mounted. It may be configured as.
  • the first support 10 may include a first frame 100 and second and third frames 102 and 104 extending at right angles from both ends of the first frame 100.
  • the first frame 100 may be in a horizontal state, and the second and third frames 102 and 103 may be disposed in a vertical state.
  • the cross section of the first support 10 may have a '' shape.
  • the lens barrel 20 may be mounted in a space provided by the first, second, and third frames 100, 102, and 104, and the pitching driver 32 may be mounted in the second frame 102.
  • the second support 12 is a mounting member on which the yawing driver 34 is mounted, and may be formed in a substantially plate shape.
  • the second support 12 may be rotatably coupled to the first support 10.
  • the second support 12 arranges the fastening portion 120 near four corners, so that it can be mounted on an unmanned aerial vehicle such as a drone, for example.
  • the second support 12 may be a member on which the main printed circuit board 122 is mounted.
  • the second support 12 may be referred to as a mount frame by mounting a plurality of parts.
  • Reference numeral B denotes a bearing and S1 denotes a pitching shaft.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a mounting state of a rolling driver, a pitching driver, and a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • 4 is a front view of FIG. 3.
  • the lens barrel 20 according to various embodiments is mounted to the first support 10, in particular, the first in the space 106 between the first, second, and third frames 100, 102, 104. It can be rotatably coupled about the axis A1.
  • the lens barrel 20 may be coupled between the second and third frames 102 and 104 by the pitching shaft S1.
  • the pitching shaft S1 may provide a first axis A1.
  • the rolling driver 30 is mounted at the first position of the lens barrel 20 to rotate the lens group 232 (FIG. 10) accommodated in the lens barrel 20 about the second axis A2. It can provide a driving force.
  • the rolling driver 30 may be fixed to the outer circumferential surface of the lens barrel 20.
  • the rolling driver 30 may be mounted on an outer circumferential surface of the lens barrel 20 facing the first frame 100.
  • the pitching driver 32 may be mounted to the second frame 102.
  • the pitching driver 32 may be disposed on the outer surface of the second frame 102 to be interlocked with at least a portion of the lens barrel 20 along the length direction.
  • 5A is a perspective view illustrating a state in which the second support body on which the yawing driver is mounted according to various embodiments of the present disclosure is viewed from above.
  • 5B is a perspective view illustrating a state of a second support equipped with a yawing driving unit according to various embodiments of the present disclosure as viewed from below.
  • the yawing driver 34 may be mounted in parallel along the circumference of the lower surface 12a of the second support 12.
  • the yawing driver 340 may be disposed between the second support 12 and the first frame 100 (FIGS. 1 and 2) to provide a rotational force of the first support 10.
  • the gimbal may provide three-axis rotation of the lens barrel 20.
  • the lens barrel 20 may perform a pitching operation about the first axis A1, a rolling operation about the second axis A2, and a yawing operation about the third axis A3.
  • the second axis A2 may be an optical axis of the lens unit mounted on the lens barrel 20.
  • the first axis A1 is perpendicular to the second axis A2, and the second axis A2 is perpendicular to the third axis A3, and the third axis A3 is the first and second. Can be perpendicular to the axes A1 and A2.
  • the first axis A1 may be orthogonal to the second axis A2, the second axis A2 may be orthogonal to each other, and the third axis A3 may be orthogonal to each other.
  • the first and second axes A1 and A2 may be perpendicular to each other.
  • the second axis A2 is an optical axis of the lens group accommodated in the lens barrel 20 and may be in a direction passing through the center of the lens group.
  • the first axis A1 is a rotation axis of the lens barrel 20, and may be a rotation axis parallel to the first frame 100 and crossing the second and third frames 102 and 104.
  • the third axis A3 is a rotation axis of the first support 10 and may be a direction penetrating the center of the first frame 100 and the center of the second support 12 in the vertical direction.
  • the lens barrel 20 may further include an initial position detecting unit for determining an initial position.
  • the initial position detecting unit may include an optical sensor 40 provided in the lens barrel 20 and an actuator 42 extending from the second frame 102 to operate the optical sensor 40. Can be.
  • the optical sensor 40 may be integrally formed with the lens barrel 20, and may rotate together with the lens barrel 20 about the first axis A1.
  • the actuator 42 may exist between the light receiver and the light emitter according to the rotation of the light sensor 40, or may be out of the light receiver and the light emitter.
  • the optical sensor 40 may detect the initial position of the lens barrel 20 and output the detected signal to the controller.
  • the actuator 42 At the time of initial power supply, if the actuator 42 is covering the light receiving unit, it rotates in a direction that does not cover the light receiving unit to find the initial position. Can be detected.
  • 6A is a perspective view illustrating a configuration of a rolling driver employed in a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6B is a perspective view illustrating an interlocking state of a rolling driver mounted on an outer circumferential surface of a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • the rolling driver 30 employed in the gimbal may roll an image sensor disposed in the lens barrel and a lens group about the second axis A2. It may be a power unit for providing a driving force capable of operation.
  • the rolling driver 30 according to various embodiments may include a driving motor 301 and a gear array.
  • the drive motor 301 may be a motor capable of precise control.
  • a gear array may include a first gear 302 connected to a shaft of a driving motor 301, a second gear 303 meshing with the first gear 302, and meshing with the second gear 303. It may include a third gear 310.
  • the first gear 302 and the second gear 303 may be composed of a worm gear.
  • the third gear 310 may be a rotating member mounted to the lens barrel. Hereinafter, the third gear will be referred to as a rotating member.
  • the rotary member 310 may have a gear tooth 3100 formed at a predetermined distance from an outer circumferential surface thereof so as to be engaged with the worm gear 303.
  • the driving motor 301 operates, the first gear 302 rotates, the second gears 303 and 304 disposed orthogonally to the first gear 302 rotate, and the second gear 304 rotates. Power may be transmitted to the member 310.
  • Reference numeral 305 may be an FPCB drawn from the drive motor, and reference numeral 306 may be an installation bracket.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration of a pitching driving unit employed in a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • the pitching driver 32 employed in the gimbal may be mounted upright along the length direction of the second frame 102.
  • the pitching driver 32 may include a driving motor 321 and a gear array.
  • the driving motor 321 may be a driving device capable of precise control.
  • the gear array may include a first gear 322 arranged coaxially with the axis of the drive motor 321, and a second gear 323 disposed in a vertical direction and engaged with the first gear 322.
  • the first and second gears 322 and 323 may be defined as known worm gears.
  • the second gear 323 may be engaged with another second gear 324, and the other engaged second gear 324 may be disposed to engage with the third gear 325 integral with the lens barrel rotational axis.
  • the driving motor 321 When the driving motor 321 is driven, rotational power is transmitted to the third gear 325 after passing through the first and second gears 322, 323, and 324, so that the lens barrel may be pitched about the first axis A1. .
  • the driving motor 321 may be controlled to the degree of rotation by a control unit not shown.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration of a yawing drive unit employed in a three-axis camera gimbal according to various embodiments of the present disclosure.
  • the yawing driver 34 employed in the gimbal may be mounted to be substantially parallel to the lower surface of the second support.
  • the yawing driver 34 may include a driving motor 341 and a gear array.
  • the driving motor 341 may be a driving device capable of precise control.
  • the gear array may include a first gear 342 coaxially disposed with the axis of the driving motor 341, and a second gear 343 disposed in a vertical direction with the first gear 342.
  • the first and second gears 342 and 343 may be defined as known worm gears.
  • the second gear can include a plurality of gear arrangements 344, 345.
  • the final second gear 346 may be disposed to engage the third gear 347 integral with the yaw shaft rotational shaft.
  • the rotational power is transmitted to the third gear 347 through the first and second gears 342, 343, 344, 345 and 346 to perform the pitching operation of the lens barrel about the third axis.
  • the driving motor may be controlled to a degree of rotation by a controller not shown.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a mounting state of a rolling unit configured in a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • 10 is a perspective view illustrating, in cross section, the configuration of a lens barrel according to various embodiments of the present disclosure.
  • the lens barrel 20 may include a housing 210, an image sensor 230, a lens group 232, a rotation member 220, and a rolling unit ( 240,250).
  • the lens barrel 20 is an imaging device that functions as a camera and may have an optical axis.
  • the housing 210 may be a substantially cylindrical housing capable of accommodating the image sensor 230, the lens group 232, the rotation member 220, and the rolling parts 240 and 250.
  • the front surface of the housing is exposed to the lens, the rear surface may be coupled to the back cover.
  • the image sensor 230 is an imaging device for generating an image by converting an optical signal into an electrical signal, and may be disposed to face the lens group 232.
  • the lens group 232 may include a plurality of lenses disposed along the optical axis.
  • the rotating member 220 is a member that rotates about a second axis by a rolling driver in the housing 210, and the image sensor 230 and the lens group 232 may be mounted and fixed.
  • the image sensor 230 and the lens group 232 may be fixed to the rotating member 220 to rotate together with the rotating member 220.
  • the rotating member 220 has a shape having a first surface facing the first direction, a second surface facing the second direction opposite to the first surface, and side surfaces provided by the first and second surfaces. Can be.
  • the first direction may be forward and the second direction may be rearward.
  • the rotating member 220 may include a track or a rail that the rolling portion rolls.
  • the rolling units 240 and 250 may be mounted between the housing 210 and the rotating member 220 to be installed to minimize friction during the rotation operation of the rotating member 220.
  • the rolling part may include a first rolling part 240 disposed on the first surface of the rotating member 220 and a second rolling part 250 disposed on the second surface.
  • the first and second rolling parts 240 and 250 are disposed on the first and second surfaces of the rotating member 220, respectively, to minimize friction.
  • the first rolling unit 240 may include at least three first rollers.
  • the second rolling unit 250 may include at least three second rollers.
  • the first rollers are arranged at equal intervals on the first surface of the rotating member 220 to perform a rolling operation on the first surface.
  • the second rollers may be arranged at equal intervals on the second surface of the rotating member 220 to perform a rolling operation on the second surface.
  • 11 is a perspective view illustrating a coupling state of a first support body according to various embodiments of the present disclosure.
  • 12 is a cross-sectional view illustrating a coupling state of a first support body according to various embodiments of the present disclosure.
  • the coupling structure may include a coupling configuration between the first frame 100, the fixed frame 125, the rotation frame 124, the gear 347, and the yawing shaft S1.
  • a coupling structure B1 is disposed between the rotating frame 124 and the yawing shaft S2 based on a yawing shaft S2 that provides a third axis A3. Can be.
  • the gear 347 may be pressed into the yawing shaft S2, and may be disposed between the upper bearing and the lower bearing.
  • the fixing frame 125 may be integrally fastened using a fastener, for example, a screw, in the center of the upper surface of the first frame 100.
  • the fixing frame 125 may be integrally fixed with the gear 347.
  • the gear 347, the fixed frame 125, and the first frame 100 may rotate about the third axis A3 together.
  • the gear 347 may be the same gear as the gear 347 shown in FIG. 8.
  • the fixed frame 125 and the first frame 100 may perform a rotation operation together.
  • Three-axis camera gimbal the first support; A lens barrel including a lens group, the lens barrel being rotatably coupled about a first axis to the first support; A rolling drive unit mounted at the lens barrel first position to provide a force for rotating the lens group about a second axis perpendicular to the first axis; A pitching driver mounted to the first support to provide a force for rotating the lens barrel about the first axis; A second support rotatably coupled to the first support about a third axis perpendicular to the first and second axes, respectively; And a yawing driver mounted on the second support to rotate the first support about the third axis.
  • the second support may be mounted on an unmanned aerial vehicle using a plurality of fastening parts.
  • the first support may have a bent shape having a cross-section of a 'c' shape, the first frame; And second and third frames extending at right angles from both ends of the first frame, wherein the second support is horizontally disposed on the first frame, and is rotatably mounted about the third axis. It may include a mount frame.
  • the first axis is parallel to the first frame and faces in a direction crossing the second and third frames, and the third axis faces the center of the first frame up and down.
  • the two axes may be oriented in a direction passing through the center of the lens barrel optical axis.
  • a lens barrel may include an image sensor mounted to the rotating member; And a lens group facing the image sensor, wherein the image sensor and the lens group may rotate together on the rotating member about a first axis.
  • the lens barrel according to various embodiments of the present disclosure may include at least one rolling part.
  • the rolling unit may include: a first rolling unit including at least three first rollers disposed on a first surface of the rotating member; And a second rolling part including at least three second rollers disposed on a second surface opposite to the first surface of the rotating member.
  • Each rolling drive, pitching drive and yawing drive include a plurality of drive motors and a plurality of gear arrays engaged with the respective drive motors, wherein each gear array has a worm gear having the same shape. It may include.
  • the second support body is fixed to the main printed circuit board, and the main printed circuit board is electrically connected between the main printed circuit boards using the flexible circuit board in the image sensor, and the flexible circuit board has a position of an inflection point. It may be arranged to be variable.
  • the lens barrel according to various embodiments of the present disclosure may further include an initial position sensor.
  • the initial position detecting unit may include a sensor disposed in the lens barrel; And an actuator formed in the second frame to operate the sensor.
  • a sensor may be disposed in the outer peripheral area of the bottom of the lens barrel, and the actuator may extend in the direction of the sensor from the end of the second frame.
  • Three-axis camera gimbal is at least one support; And a lens barrel mounted to the support, the lens barrel being rotatably coupled around three rotation axes, wherein the lens barrel comprises: a rotation member; And a rolling part rotating about an optical axis on the surface of the rotating member, wherein the rolling part comprises: a first rolling part including first rollers disposed on a first surface of the rotating member; And a second rolling unit including second rollers disposed on a second surface opposite to the first surface of the rotating member.
  • Each of the first and second rolling parts according to various embodiments of the present invention may be composed of at least three rollers, respectively.
  • module may refer to a unit that includes one or a combination of two or more of hardware, software, or firmware.
  • a “module” may be used interchangeably with terms such as, for example, unit, logic, logical block, component, or circuit.
  • the module may be a minimum unit or part of an integrally constructed part.
  • the module may be a minimum unit or part of performing one or more functions. Can be implemented mechanically or electronically.
  • a “module” is one of application-specific integrated circuit (ASIC) chips, field-programmable gate arrays (FPGAs), or programmable-logic devices that perform certain operations, known or developed in the future. It may include at least one.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FPGAs field-programmable gate arrays
  • an apparatus eg, modules or functions thereof
  • method eg, operations
  • the present disclosure may be, for example, a computer-readable storage medium in the form of a programming module. -readable storage media).
  • the command is executed by one or more processors (for example, the processor 210)
  • the one or more processors may perform a function corresponding to the command.
  • the computer-readable storage medium may be, for example, the memory.
  • At least some of the programming modules may be implemented (eg, executed) by, for example, a processor.
  • At least some of the programming modules may include, for example, modules, programs, routines, sets of instructions, or processes for performing one or more functions.
  • the computer-readable recording medium includes magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, and optical recording media such as compact disc read only memory (CD-ROM) and digital versatile disc (DVD).
  • Media, magneto-optical media, such as floppy disks, and program instructions such as read only memory, random access memory, flash memory, Hardware device specifically configured to store and perform modules).
  • the program instructions may also include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter as well as machine code such as produced by a compiler.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present disclosure, and vice versa.
  • the module or programming module according to the present disclosure may include at least one or more of the above components, some may be omitted, or may further include additional other components.
  • Operations performed by a module, programming module, or other component in accordance with the present disclosure may be executed in a sequential, parallel, repetitive, or heuristic manner. In addition, some operations may be executed in a different order, may be omitted, or other operations may be added.

Abstract

본 발명에는 3축 카메라 짐벌이 개시된다. 개시된 짐벌은 제1지지체; 렌즈군을 포함하되, 상기 제1지지체에 제1축을 중심으로 회전가능하게 결합된 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴 제1위치에 장착되어, 상기 렌즈군을 제1축과 수직인 제2축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 롤링 구동부; 상기 제1지지체에 장착되어, 상기 렌즈 베럴을 상기 제1축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 피칭 구동부; 상기 제1지지체에 상기 제1,2축과 각각 수직인 제3축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제2지지체; 및 상기 제2지지체에 장착되어 상기 제1지지체를 상기 제3축을 중심으로 회전하게 하는 요잉 구동부를 포함할 수 있다. 본 발명은 다양한 실시예가 가능하다.

Description

3축 조정 소형 짐벌
본 발명의 다양한 실시예는 카메라를 수평 자세로 유지하는 3축 조정 촬영 기구물에 관한 것이다.
종래 기술의 수평 자세 유지 촬영 기구물(이하 짐벌이라 한다)은 2축 조정, 3축 조정이 대부분으로 설계 되어 왔다. 조정 축의 수에 따라 구동부의 수가 정해지며, 세로 Z축 회전을 요잉(YAWING), X축 조정을 피칭(PITCHING), Y축 조정을 롤링(ROLLING)으로 정의할 수 있다.
각 축 마다 구동부가 있어 수평 유지를 위해 동작 하며, 회전 축이 단계 별로 다음 축 회전 운동에 포함 되어 있다. Z축이 회전을 하면 X축, Y축 구동부 및 구조물도 동시에 회전이 되고, Y축이 회전 하면, X축 구조물도 같이 회전하게 되고, X축은 X축 관련 구조물만 회전이 되도록 구성을 한다.
종래 기술은 별도의 카메라를 짐벌(GIMBAL)에 장착 하는 구조로 설계 되어 있으며, 카메라는 최종 회전 축인 X축 끝에 고정 장착 되도록 되어 있다.
대형 카메라 장착용 짐벌은 축 지지대를 양끝에 구성 하기도 하지만, 소형 카메라용 짐벌은 구동부가 있는 곳만 회전 축으로 사용한다.
종래 기술의 짐벌에는 구동부로 브러쉬리스 모터(BRUSHLESS MOTOR)를 대부분 사용하며 제어부에 의해 정밀 제어를 한다.
하지만, 종래 기술은 카메라를 장착용으로 초소형 카메라 모듈에는 적용이 불가하며, 초소형 렌즈를 사용한 드론(DRONE)은 짐벌 기능이 없다.
종래 기술의 짐벌은 일반적인 카메라를 장착하여 사용하는 방법이며 크기가 크며 가격이 비싸고 브러쉬리스 모터(BRUSHLESS MOTOR)사용으로 무겁다. 그렇기 때문에 비행을 위한 드론은 대형으로 구성이 되어야 안정적인 비행 및 촬영이 가능할 수 있다.
또한, 현재 소형 카메라 모듈이 장착된 드론에는 짐벌 기능이 없다.
본 발명의 다양한 실시예는 소형 카메라 모듈과 짐벌 기능을 일체화 시켜 작은 비용과 가벼운 무게로 소형 드론(DRONE)으로 대형 짐벌과 대형 카메라 및 대형 드론을 이용하여 촬영한 영상과 유사한 고급 영상 촬영이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예는 3축 짐벌에 있어서, 제1지지체; 렌즈군을 포함하되, 상기 제1지지체에 제1축을 중심으로 회전가능하게 결합된 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴 제1위치에 장착되어, 상기 렌즈군을 제1축과 수직인 제2축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 롤링 구동부; 상기 제1지지체에 장착되어, 상기 렌즈 베럴을 상기 제1축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 피칭 구동부; 상기 제1지지체에 상기 제1,2축과 각각 수직인 제3축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제2지지체; 및 상기 제2지지체에 장착되어 상기 제1지지체를 상기 제3축을 중심으로 회전하게 하는 요잉 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 3축 짐벌에 있어서, 적어도 하나 이상의 지지체; 및 상기 지지체에 장착되어, 3개의 회전축을 중심으로 각각 회전가능하게 결합된 렌즈 배럴을 포함하되, 상기 렌즈 배럴은 회전 부재; 및 상기 회전 부재의 표면에서 광축을 중심으로 회전하는 롤링부를 포함하며, 상기 롤링부는 상기 회전 부재에 제1면에 배치된 제1롤러들을 포함하는 제1롤링부; 및 상기 회전부재 제1면과 반대방향의 제2면에 배치된 제2롤러들을 포함하는 제2롤링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌은 소형이면서 경량으로 구성되어서, 드론과 같은 무인 비행체에 실장할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌은 적어도 3대의 롤러를 이용한 회전 작동에 따른 마찰 저항을 최소화할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌은 적어도 3대의 롤러를 회전부재 전후면에 각각 배치하여, 안정적인 렌즈부의 롤링 동작을 구현할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌은 FPCB 변곡점 이동에 따른 회전축에 FPCB를 구성할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌은 각각의 구동부(롤링 구동부, 피칭 구동부, 요잉 구동부)에 공용 기어를 한 개 이상 사용하여 부품수 및 재료비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌의 전면을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌의 후면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 롤링 구동부, 피칭 구동부 및 렌즈 배럴의 장착 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 요잉 구동부가 장착된 제2지지체를 위에서본 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5b 본 발명의 다양한 실시예에 따른 요잉 구동부가 장착된 제2지지체를 아래에서 본 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌에 채용된 롤링 구동부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴 외주면에 장착된 롤링 구동부의 연동 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌에 채용된 피칭 구동부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌에 채용된 요잉 구동부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴에 구성된 롤링부의 장착 상태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴의 구성을 단면으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제1지지체의 결합 상태를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제1지지체의 결합 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다,""포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예:수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B,""A 또는/및 B 중 적어도 하나,"또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," A 및 B 중 적어도 하나,"또는 " A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
다양한 실시예에서 사용된 "제 1,""제 2,""첫째,"또는"둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1사용자 기기와 제2사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어 ((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나, "접속되어 (connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예:제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소 (예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된 (또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한 (suitable for)," "하는 능력을 가지는 (having the capacity to)," "하도록 설계된 (designed to)," "하도록 변경된 (adapted to)," "~하도록 만들어진 (made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성 (또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to) 것만 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치" 라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는"것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌의 전면을 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌의 후면을 나타내는 사시도이다.
도 1, 도 2를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌(3-axis camera gimbal)(이하 짐벌이라 기재하기로 한다)은 드론과 같은 무인 비행체에 장착하여, 카메라 렌즈의 수평 자세를 유지하게 하는 기구물일 수 있다. 특히, 다양한 실시예에 따른 짐벌은 초소형 사이즈이면서 경량으로 구성되어서, 소형 사이즈의 드론에 실장될 수 있는 짐벌일 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 짐벌은 카메라와 같은 촬상 장치를 3축을 따라 카메라의 수평 유지를 정밀하게 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 짐벌은 복수 개의 지지체(10,12)와, 렌즈 배럴(20)(lens barrel), 롤링 구동부(30)(rolling driving unit), 피칭 구동부(32)(pitching driving unit) 및 요잉 구동부(34)(yawing driving unit)를 포함할 수 있다. 언급된 구동부(driving unit)는 구동 장치, 구동 모듈, 구동 부품 등으로 다르게 지칭할 수 있다. 언급된 짐벌은 수평 안정화 장치, 스태빌라이저 등으로 다르게 지칭할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 복수 개의 지지체(10,12)는 상기 구동부들(30,32,34)을 안전하게 실장하여 동작가능하게 하고, 드론(drone)과 같은 무인 비행체에 장착가능하게 할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 지지체는 제1지지체(10)(supporting body)와, 제2지지체(12)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 제1지지체(10)는 롤링 구동부(30)(렌즈 배럴에 장착되고, 렌즈 배럴은 제1지지체에 장착됨)와 피칭 구동부(32)가 장착되는 장착 부재로서, 절곡진 형상으로 구성될 수 있다. 제1지지체(10)는 제1프레임(100)과, 상기 제1프레임(100) 양단에서 각각 직각방향으로 연장된 제2,3프레임(102,104)을 포함할 수 있다. 제1프레임(100)은 수평한 상태이고, 제2,3프레임(102,103)은 수직 상태로 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 제1지지체(10)의 단면은 'ㄷ'형상으로 구성될 수 있다. 제1,2,3프레임(100,102,104)에 의해 마련된 공간에 렌즈 배럴(20)이 실장되고, 제2프레임(102)에 피칭 구동부(32)가 실장될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 제2지지체(12)는 요잉 구동부(34)가 장착되는 장착 부재로서, 대략적으로 플레이트 형상으로 구성될 수 있다. 제2지지체(12)는 제1지지체(10)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 제2지지체(12)는 4군데 모서리 부근에 체결부(120)를 배치하여, 예를 들어 드론과 같은 무인 비행체에 장착가능하게 한다. 또한, 제2지지체(12)는 메인 인쇄회로기판(122)이 장착되는 부재일 수 있다. 제2지지체(12)는 복수 개의 부품들이 장착되어서, 마운트 프레임이라 지칭할 수 있다.
참조번호 B는 베어링을 지칭하고, S1은 피칭 샤프트를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 롤링 구동부, 피칭 구동부 및 렌즈 배럴의 장착 상태를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 정면도이다.
도 3, 도 4를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴(20)은 제1지지체(10)에 장착되는데, 특히 제1,2,3프레임(100,102,104) 사이의 공간(106)에 제1축(A1)을 중심으로 회전가능하게 결합될 수 있다. 렌즈 배럴(20)은 피칭 샤프트(S1)에 의해 제2,3프레임(102,104) 사이에 각각 결합될 수 있다. 피칭 샤프트(S1)는 제1축(A1)(first axis)을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 롤링 구동부(30)는 렌즈 배럴(20)의 제1위치에 장착되어, 렌즈 배럴(20)에 수용된 렌즈군(232;도 10)을 제2축(A2)을 중심으로 회전하는 구동힘을 제공할 수 있다. 롤링 구동부(30)는 렌즈 배럴(20)의 외주면에 고정될 수 있다. 예컨대, 롤링 구동부(30)는 제1프레임(100)과 대면하는 렌즈 배럴(20) 외주면에 장착될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 피칭 구동부(32)는 제2프레임(102)에 장착될 수 있다. 피칭 구동부(32)는 제2프레임(102) 외면에 길이 방향을 따라서 렌즈 배럴(20)의 적어도 일부와 연동가능하게 배치될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 요잉 구동부가 장착된 제2지지체를 위에서 본 상태를 나타내는 사시도이다. 도 5b 본 발명의 다양한 실시예에 따른 요잉 구동부가 장착된 제2지지체를 아래에서 본 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5a, 도 5b를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 요잉 구동부(34)는 제2지지체(12) 하면(12a) 둘레를 따라서 평행하게 실장될 수 있다. 요잉 구동부(340는 제2지지체(12)와 제1프레임(100;도 1, 도 2) 사이에 배치되어서, 제1지지체(10)의 회전 힘을 제공할 수 있다.
다시, 도 1, 도 2를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 짐벌은 렌즈 배럴(20)의 3축 회전을 제공할 수 있다. 렌즈 배럴(20)은 제1축(A1)을 중심으로 피칭 동작이 가능하고, 제2축(A2)을 중심으로 롤링 동작이 가능하고, 제3축(A3)을 중심으로 요잉 동작이 가능할 수 있다. 제2축(A2)이 렌즈 배럴(20)에 실장된 렌즈부의 광학축(optical axis)이 될 수 있다.
제1축(A1)은 제2축(A2)과 서로 수직방향으로 향하고, 제2축(A2)은 제3축(A3)과 수직방향으로 향하고, 제3축(A3)은 제1,2축(A1,A2)과 수직방향으로 향할 수 있다. 또한, 제1축(A1)은 제2축(A2)과 서로 직교할 수 있고, 제2축(A2)은 제3축(A3)과 서로 직교할 수 있고, 제3축(A3)은 제1,2축(A1,A2)과 서로 직교할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 제2축(A2)은 렌즈 배럴(20)에 수용된 렌즈군의 광학축으로서, 렌즈군 중심 전후방을 관통하는 방향일 수 있다. 다양한 실시예에 따른 제1축(A1)은 렌즈 배럴(20) 회전축으로서, 제1프레임(100)과 평행하며, 제2,3프레임(102,104)을 횡단하는 회전축일 수 있다. 제3축(A3)은 제1지지체(10)의 회전축으로서, 제1프레임(100) 중심과, 제2지지체(12) 중심을 상하 방향으로 관통하는 방향일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴(20)은 초기 위치를 파악하기 위한 초기 위치 감지부를 더 구비할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 초기위치 감지부는 렌즈 배럴(20)에 구비된 광센서(40)와, 제2프레임(102)에서 연장되어서, 상기 광센서(40)를 동작시키는 액츄에이터(42)를 포함할 수 있다. 광센서(40)는 렌즈 배럴(20)에 일체형으로 구성되어서, 상기 렌즈 배럴(20)과 함께 제1축(A1)을 중심으로 회전동작을 할 수 있다. 액츄에이터(42)는 광센서(40)의 회전에 따라 수광부와 발광부 사이에 존재하거나, 수광부와 발광부 사이를 벗어날 수 있다. 광센서(40)는 렌즈 배럴(20)의 초기 위치를 파악하여, 감지된 신호를 제어부에 출력할 수 있다.
최초 전원 공급 시, 액츄에이터(42)가 수광부를 가리고 있다면, 수광부를 가리지 않는 방향으로 회전하여 초기 위치를 찾고, 액츄에이터(42)가 수광부를 가리고 있지 않다면, 수광부가 가려지는 방향으로 회전하여 초기 위치를 검출할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌에 채용된 롤링 구동부의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 6b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴 외주면에 장착된 롤링 구동부의 연동 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6a, 도 6b를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 짐벌에 채용된 롤링 구동부(30)는 렌즈 배럴에 배치된 이미지 센서와, 렌즈군(lens group)을 제2축(A2)을 중심으로 롤링 동작을 할 수 있는 구동힘을 제공하는 동력부일 수 있다. 다양한 실시예에 따른 롤링 구동부(30)는 구동 모터(301)와, 기어 어레이(gear array)를 포함할 수 있다. 구동 모터(301)는 정밀 제어가 가능한 모터일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 기어 어레이는 구동 모터(301) 축과 연결된 제1기어(302)와, 상기 제1기어(302)와 맞물린 제2기어(303)와, 상기 제2기어(303)와 맞물린 제3기어(310)를 포함할 수 있다. 제1기어(302)와 제2기어(303)는 웜 기어로 구성될 수 있다. 제3기어(310)는 렌즈 배럴에 장착된 회전 부재일 수 있다. 이하 제3기어를 회전 부재라고 지칭하기로 한다.
다양한 실시예에 따른 회전 부재(310)는 외주면 소정 거리에 기어 이빨(3100)이 형성되어 상기 웜 기어(303)와 맞물리게 배치될 수 있다. 구동 모터(301)가 동작하면, 제1기어(302)가 회전하고, 상기 제1기어(302)와 직교하게 배치된 제2기어(303,304)가 회전하고, 상기 제2기어(304)는 회전 부재(310)에 동력을 전달할 수 있다. 참조부호 305는 구동 모터에서 인출된 FPCB이고, 참조부호 306은 설치 브라켓일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌에 채용된 피칭 구동부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 짐벌에 채용된 피칭 구동부(32)는 제2프레임(102) 길이 방향을 따라서 직립되게 장착될 수 있다. 피칭 구동부(32)는 구동 모터(321)와, 기어 어레이를 포함할 수 있다. 구동 모터(321)는 정밀 제어가 가능한 구동 장치일 수 있다. 기어 어레이는 구동 모터(321) 축과 동축을 배치된 제1기어(322)와, 제1기어(322)와 수직방향으로 배치되어 맞물린 제2기어(323)를 포함할 수 있다. 제1,2기어(322,323)를 공지의 웜 기어라 정의할 수 있다. 제2기어(323)는 다른 제2기어(324)에 맞물리고, 맞물린 다른 제2기어(324)는 렌즈 배럴 회전축과 일체형인 제3기어(325)에 맞물리게 배치될 수 있다. 구동 모터(321)가 구동되면, 회전 동력은 제1,2기어(322,323,324)를 지나 제3기어(325)에 전달되어, 렌즈 배럴을 제1축(A1)을 중심으로 피칭 동작을 할 수 있다. 구동 모터(321)는 미도시된 제어부에 의해 회전 정도가 제어될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌에 채용된 요잉 구동부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 짐벌에 채용된 요잉 구동부(34)는 제2지지체 하면에 대략적으로 평행하게 장착될 수 있다. 다양한 실시예에 따른 요잉 구동부(34)는 구동 모터(341)와, 기어 어레이를 포함할 수 있다. 구동 모터(341)는 정밀 제어가 가능한 구동 장치일 수 있다. 기어 어레이는 구동 모터(341) 축과 동축으로 배치된 제1기어(342)와, 제1기어(342)와 수직 방향으로 배치되어 맞물린 제2기어(343)를 포함할 수 있다. 제1,2기어(342,343)를 공지의 웜 기어(worm gear)라 정의할 수 있다. 제2기어는 복수 개의 기어 배열(344,345)을 포함할 수 있다. 마지막 제2기어(346)는 요잉 샤프트 회전축과 일체형인 제3기어(347)에 맞물리게 배치될 수 있다. 구동 모터(341)가 구동되면, 회전 동력은 제1,2기어(342,343,344,345,346)를 지나 제3기어(347)에 전달되어, 제3축을 중심으로 렌즈 배럴의 피칭 동작을 할 수 있다. 구동 모터는 미도시된 제어부에 의해 회전 정도가 제어될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴에 구성된 롤링부의 장착 상태를 나타내는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴의 구성을 단면으로 나타내는 사시도이다.
도 9, 도 10을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴(20)은 하우징(210)과, 이미지 센서(230)와, 렌즈군(232)과, 회전 부재(220)와, 롤링부(240,250)를 포함할 수 있다. 렌즈 배럴(20)은 카메라 기능을 하는 촬상 장치로서, 광축이 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 하우징(210)은 이미지 센서(230)와, 렌즈군(232)과, 회전 부재(220)와, 롤링부(240,250)를 수용할 수 있는 대략 원통형 하우징일 수 있다. 하우징 전방면은 렌즈가 노출되고, 후방면은 백 커버가 결합될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 이미지 센서(230)는 광신호를 전기신호로 변화하여 이미지를 생성하기 위한 촬상 소자로서, 렌즈군(232)과 이격된 상태로 대면하게 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 렌즈군(232)은 광학축을 따라 배치된 복수 개의 렌즈들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 회전 부재(220)는 하우징(210) 내에서 롤링 구동부에 의해 제2축을 중심으로 회전하는 부재로서, 이미지 센서(230)와 렌즈군(232)이 장착되어 고정될 수 있다. 이미지 센서(230)와 렌즈군(232)은 회전 부재(220)에 고정되어, 회전 부재(220)와 함께 회전할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 회전 부재(220)는 제1방향을 향하는 제1면과, 제1면과 반대 방향인 제2방향을 향하는 제2면과, 제1,2면에 의해 마련된 측면을 가지는 형상일 수 있다. 제1방향은 전방일 수 있고, 제2방향은 후방일 수 있다. 회전 부재(220)는 롤링부가 구르는 트랙이나 레일을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 롤링부(240,250)는 하우징(210)과 회전 부재(220) 사이에 장착되어서, 회전 부재(220)의 회전 동작 시에 마찰을 최소화하기 위해 설치될 수 있다. 롤링부는 회전 부재(220) 제1면에 배치되는 제1롤링부(240)와, 제2면에 배치되는 제2롤링부(250)를 포함할 수 있다. 회전 부재(220) 제1,2면에 각각 제1,2롤링부(240,250)가 배치되어서, 마찰을 최소화할 수 있다. 제1롤링부(240)는 적어도 3개의 제1롤러들을 포함할 수 있다. 제2롤링부(250)는 적어도 3개의 제2롤러들을 포함할 수 있다. 제1롤러들은 회전 부재(220) 제1면에 등 간격으로 배치되어 제1면 상에서 구름 동작을 할 수 있다. 제2롤러들은 회전 부재(220) 제2면에 등 간격으로 배치되어 제2면 상에서 구름 동작을 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제1지지체의 결합 상태를 나타내는 사시도이다. 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제1지지체의 결합 상태를 나타내는 단면도이다.
도 11, 도 12를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 제1지지체(10)의 결합 구조에 대해서 설명하면 다음과 같다.
다양한 실시예에 따른 상기 결합 구조는 제1프레임(100)과, 고정 프레임(125)과, 회전 프레임(124)과, 기어(347) 및 요잉 샤프트(S1) 간의 결합 구성 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 결합 구조는 제3축(A3)을 제공하는 요잉 샤트트(S2)(yawing shaft)를 기준으로, 회전 프레임(124)과 요잉 샤프트(S2) 사이에 베어링(B1)이 배치될 수 있다. 또한, 기어(347)가 요잉 샤프트(S2)에 압입되되, 상단 베어링과 하단 베어링 사이에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 고정 프레임(125)은 제1프레임(100) 상면 중앙에 체결구, 예컨대 나사를 이용하여 일체형으로 체결될 수 있다. 또한, 고정 프레임(125)은 기어(347)와 일체형으로 고정될 수 있다. 기어(347)와, 고정 프레임(125) 및 제1프레임(100)은 함께 제3축(A3)을 중심으로 회전할 수 있다. 기어(347)는 도 8에 도시된 기어(347)과 동일한 기어일 수 있다.
요잉 구동부의 구동 모터가 동작하여 기어(347)이 회전하면, 상기 고정 프레임(125)과 제1프레임(100)은 함께 회전동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌은 제1지지체; 렌즈군을 포함하되, 상기 제1지지체에 제1축을 중심으로 회전가능하게 결합된 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴 제1위치에 장착되어, 상기 렌즈군을 제1축과 수직인 제2축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 롤링 구동부; 상기 제1지지체에 장착되어, 상기 렌즈 베럴을 상기 제1축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 피칭 구동부; 상기 제1지지체에 상기 제1,2축과 각각 수직인 제3축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제2지지체; 및 상기 제2지지체에 장착되어 상기 제1지지체를 상기 제3축을 중심으로 회전하게 하는 요잉 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제2지지체에 복수 개의 체결부를 사용하여 무인 비행체에 장착될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제1지지체는 단면이'ㄷ'형인 절곡진 형상으로, 제1프레임; 및 상기 제1프레임 양단에서 각각 직각방향으로 연장된 제2,3프레임을 포함할 수 있고, 제2지지체는 상기 제1프레임 상에 수평하게 배치되되, 상기 제3축을 중심으로 회전가능하게 장착되는 마운트 프레임을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제1축은 상기 제1프레임과 평행하면서, 상기 제2,3프레임 사이를 횡단하는 방향으로 향하고, 상기 제3축은 상기 제1프레임의 중심을 상하로 향하며, 상기 제2축은 렌즈 베럴 광축 중심을 관통하는 방향으로 향할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴은 하우징; 및 하우징 내에 회전가능하게 배치되는 회전 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴은 상기 회전 부재에 장착되는 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서와 대면하는 렌즈군을 포함하되, 상기 이미지 센서와 렌즈군은 제1축을 중심으로 회전 부재 상에서 함께 회전할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴은 적어도 하나 이상의 롤링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 롤링부는 상기 회전부재에 제1면에 배치된 적어도 3개의 제1롤러들을 포함하는 제1롤링부; 및 상기 회전부재 제1면과 반대방향의 제2면에 배치된 적어도 3개의 제2롤러들을 포함하는 제2롤링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 각각의 롤링 구동부, 피칭 구동부 및 요잉 구동부는 복수개의 구동 모터 및 각각의 구동 모터에 맞물린 복수 개의 기어 어레이를 포함하되, 상기 각각의 기어 어레이는 형상이 같은 웜 기어를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 제2지지체는 메인 인쇄회로기판이 고정되되, 상기 이미지 센서에서 메인 인쇄회로기판 사이는 연성회로기판을 이용하여 전기적으로 연결되며, 상기 연성회로기판은 변곡점의 위치가 가변되게 배치될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 배럴은 초기 위치 감지부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 초기 위치 감지부는 상기 렌즈 배럴에 배치된 센서; 및 상기 제2프레임에 형성되어, 상기 센서를 동작시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 센서는 렌즈 배럴 하단 외주영역에 배치되고, 상기 액츄에이터는 제2프레임 단부에서 센서 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 3축 카메라 짐벌은 적어도 하나 이상의 지지체; 및 상기 지지체에 장착되어, 3개의 회전축을 중심으로 각각 회전가능하게 결합된 렌즈 배럴을 포함하되, 상기 렌즈 배럴은 회전 부재; 및 상기 회전 부재의 표면에서 광축을 중심으로 회전하는 롤링부를 포함하며, 상기 롤링부는 상기 회전 부재에 제1면에 배치된 제1롤러들을 포함하는 제1롤링부; 및 상기 회전부재 제1면과 반대방향의 제2면에 배치된 제2롤러들을 포함하는 제2롤링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 각각의 제1,2롤링부는 적어도 3개의 롤러들로 각각 구성될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어 (firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위 (unit)를 의미할 수 있다. "모듈"은, 예를 들면, 유닛 (unit), 로직 (logic), 논리 블록 (logical block), 부품 (component), 또는 회로 (circuit) 등의 용어와 바꾸어 사용 (interchangeably use)될 수 있다. "모듈"은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. "모듈"은 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. 은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 예를 들면, "모듈"은, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs(field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치(programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 본 개시에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그래밍 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어는, 하나 이상의 프로세서 (예: 상기 프로세서 210)에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 상기 메모리가 될 수 있다. 상기 프로그래밍 모듈의 적어도 일부는, 예를 들면, 프로세서에 의해 구현(implement)(예:실행)될 수 있다. 상기 프로그래밍 모듈의 적어도 일부는 하나 이상의 기능을 수행하기 위한, 예를 들면, 모듈, 프로그램, 루틴, 명령어 세트(sets of instructions) 또는 프로세스 등을 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 마그네틱 매체(Magnetic Media)와, CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory), DVD(Digital Versatile Disc)와 같은 광기록 매체(Optical Media)와, 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media)와, 그리고 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령(예: 프로그래밍 모듈)을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 개시의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
본 개시에 따른 모듈 또는 프로그래밍 모듈은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 본 개시에 따른 모듈, 프로그래밍 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
그리고, 본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 다양한 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 3축 짐벌에 있어서,
    제1지지체;
    렌즈군을 포함하되, 상기 제1지지체에 제1축을 중심으로 회전가능하게 결합된 렌즈 배럴;
    상기 렌즈 배럴 제1위치에 장착되어, 상기 렌즈군을 제1축과 수직인 제2축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 롤링 구동부;
    상기 제1지지체에 장착되어, 상기 렌즈 베럴을 상기 제1축을 중심으로 회전하는 힘을 제공하는 피칭 구동부;
    상기 제1지지체에 상기 제1,2축과 각각 수직인 제3축을 중심으로 회전가능하게 결합된 제2지지체; 및
    상기 제2지지체에 장착되어 상기 제1지지체를 상기 제3축을 중심으로 회전하게 하는 요잉 구동부를 포함하는 짐벌.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2지지체에 복수 개의 체결부를 사용하여 무인 비행체에 장착되는 짐벌.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1지지체는
    단면이'ㄷ'형인 절곡진 형상으로,
    제1프레임; 및
    상기 제1프레임 양단에서 각각 직각방향으로 연장된 제2,3프레임을 포함하고.
    상기 제2지지체는 상기 제1프레임 상에 수평하게 배치되되, 상기 제3축을 중심으로 회전가능하게 장착되는 마운트 프레임을 포함하는 짐벌.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1축은 상기 제1프레임과 평행하면서, 상기 제2,3프레임 사이를 횡단하는 방향으로 향하고, 상기 제3축은 상기 제1프레임의 중심을 상하로 향하며, 상기 제2축은 렌즈 베럴 광축 중심을 관통하는 방향으로 향하는 짐벌.
  5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 배럴은
    하우징과, 하우징 내에 회전가능하게 배치되는 회전 부재를 포함하는 짐벌.
  6. 제5항에 있어서, 상기 렌즈 배럴은
    상기 회전 부재에 장착되는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서와 대면하는 렌즈군을 포함하되,
    상기 이미지 센서와 렌즈군은 제1축을 중심으로 회전 부재 상에서 함께 회전하는 짐벌.
  7. 제6항에 있어서, 상기 렌즈 배럴은 적어도 하나 이상의 롤링부를 포함하는 짐벌.
  8. 제7항에 있어서, 상기 롤링부는
    상기 회전부재에 제1면에 배치된 적어도 3개의 제1롤러들을 포함하는 제1롤링부; 및
    상기 회전부재 제1면과 반대방향의 제2면에 배치된 적어도 3개의 제2롤러들을 포함하는 제2롤링부를 포함하는 짐벌.
  9. 제1항에 있어서, 상기 각각의 롤링 구동부, 피칭 구동부 및 요잉 구동부는 복수개의 구동 모터 및 각각의 구동 모터에 맞물린 복수개의 기어 어레이를 포함하되, 상기 각각의 기어 어레이는 형상이 같은 웜 기어를 포함하는 짐벌.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제2지지체는 메인 인쇄회로기판이 고정되되, 상기 이미지 센서에서 메인 인쇄회로기판 사이는 연성회로기판을 이용하여 전기적으로 연결되며, 상기 연성회로기판은 변곡점의 위치가 가변되게 배치되는 짐벌.
  11. 제3항에 있어서, 상기 렌즈 배럴은 초기 위치 감지부를 더 구비하는 짐벌.
  12. 제11항에 있어서, 상기 초기 위치 감지부는
    상기 렌즈 배럴에 배치된 센서; 및
    상기 제2프레임에 형성되어, 상기 센서를 동작시키는 액츄에이터를 포함하는 짐벌.
  13. 제12항에 있어서, 상기 센서는 렌즈 배럴 하단 외주영역에 배치되고, 상기 액츄에이터는 제2프레임 단부에서 센서 방향으로 연장되는 짐벌.
  14. 3축 짐벌에 있어서,
    적어도 하나 이상의 지지체; 및
    상기 지지체에 장착되어, 3개의 회전축을 중심으로 각각 회전가능하게 결합된 렌즈 배럴을 포함하되, 상기 렌즈 배럴은
    회전 부재; 및
    상기 회전 부재의 표면에서 광축을 중심으로 회전하는 롤링부를 포함하며,
    상기 롤링부는
    상기 회전 부재에 제1면에 배치된 제1롤러들을 포함하는 제1롤링부; 및
    상기 회전부재 제1면과 반대방향의 제2면에 배치된 제2롤러들을 포함하는 제2롤링부를 포함하는 짐벌.
  15. 제14항에 있어서, 상기 각각의 제1,2롤링부는 적어도 3개의 롤러들로 각각 구성되는 짐벌.
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