KR101617144B1 - 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조 - Google Patents

고속 레이저 스캐너용 광학계 구조 Download PDF

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Abstract

고속 레이저 스캐너용 광학계 구조가 개시된다. 본 발명의 방사장치는, 제1파장의 제1레이저광을 출력하는 제1광원과, 제1파장과 다른 제2파장의 제2레이저광을 출력하는 제2광원과, 제1 및 제2레이저광을 방사부에 제공하는 프리즘과, 프리즘으로부터 입력되는 제1 및 제2레이저광의 경로를 각각 변경하여 방사하는 방사부를 포함한다.

Description

고속 레이저 스캐너용 광학계 구조{OPTICAL SYSTEM FOR HIGH SPEED LASER SCANNER}
본 발명은 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 스캐너는, 광학계로부터 출력되는 레이저를 타겟에 방사하면, 그로부터 반사되어 입력되는 신호를 이용하여 타겟을 스캔하는 것이다.
종래의 스캐너용 광학계는, 복수의 미러를 전기모터를 이용하여 x축 및 y축으로 이송하여 타겟을 스캐닝하는 구조로 구성된다. 즉, 1개의 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저 광을, 회전하는 미러로 출력하여 x축 정보를 획득하고, y축 정보는 미러 전체를 상하로 이송하면서 측정하는 구조로 구성된다.
그러나, 위와 같은 종래의 레이저 시스템은, 전기모터를 이용하여 미러를 y축으로 이동하여야 하므로, y축 기어 구동축 이송에 따라 시간적 지연이 발생하게 되므로, 레이저 스캐너를 고속화하기 어려운 문제점이 있다.
이와 같이 고속화가 어려운 종래 레이저 스캐너 시스템의 특징상, 정지된 물체에 국한되어 3차원 정보를 얻을 수 밖에 없으며, 이동하는 물체에 대한 동적인 3차원 정보는 획득이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 복수의 광원으로부터 레이저를 출력하여 스캐닝영역을 분할함으로써, 스캐닝을 고속화하는 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조의 방사장치는, 제1파장의 제1레이저광을 출력하는 제1광원; 상기 제1파장과 다른 제2파장의 제2레이저광을 출력하는 제2광원; 상기 제1 및 제2레이저광을 방사부에 제공하는 프리즘; 및 상기 프리즘으로부터 입력되는 제1 및 제2레이저광의 경로를 각각 변경하여 방사하는 상기 방사부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 및 제2광원에서 출력되는 제1 및 제2레이저광은, 서로 다른 트리밍 각도로 상기 프리즘으로 입사될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 방사부는, 상기 제1레이저광을 타겟 영역의 제1영역에 방사하고, 상기 제2레이저광을 타겟 영역의 제2영역에 방사할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 방사부는, 회전에 의해 상기 제1 및 제2레이저광의 경로를 각각 변경하는 미러를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조는, 서로 다른 파장의 레이저광을 출력하는 적어도 둘 이상의 광원; 상기 적어도 둘 이상의 광원으로부터 출력되는 적어도 둘 이상의 레이저광을 방사부에 제공하는 프리즘; 상기 프리즘으로부터 입력되는 상기 적어도 둘 이상의 레이저광의 경로를 각각 변경하여 방사하는 상기 방사부; 타겟으로부터 반사되는 반사광을 수신하는 반사용 미러; 및 상기 반사용 미러에 의해 입력되는 반사광을, 상기 적어도 둘 이상의 레이저광의 파장으로 각각 필터링하는 필터부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 반사용 미러는, 상기 프리즘과 상기 방사부 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 반사용 미러는, 상기 프리즘으로부터 상기 방사부로 상기 적어도 둘 이상의 레이저광이 입력되는 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 적어도 둘 이상의 레이저광은, 서로 다른 트리밍 각도로 상기 프리즘으로 입사될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 방사부는, 상기 적어도 둘 이상의 레이저광을 각각 다른 타겟 영역에 방사할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 방사부는, 회전에 의해 상기 적어도 둘 이상의 레이저광의 경로를 각각 변경하는 미러를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 필터부는, 다이크로익 미러일 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 스캐닝 영역을 분할하여 스캐닝함으로써, 타겟에 대한 스캐닝 시간을 단축하게 하는 효과가 있다.
또한, 스캐닝 시간의 단축에 의해, 이동하는 물체에 대한 3차원 정보를 고속으로 획득하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 4개의 레이저 광원이 사용된 예를 설명하기 위한 부분도이다.
도 3은 레이저 방사부가 스캔영역에 레이저광을 방사하는 동작을 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조는, 다수의 파장대별 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저 광으로, 측정 타겟에 대한 스캐닝 영역을 분할하여 스캔함으로써, 측정 시간 및 정확도를 높일 수 있으며, 이에 의해 고속으로 이동하는 물체의 3차원 형상을 스캐닝할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조를 개략적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학계 구조(1)는, 적어도 둘 이상의 레이저 광원(10A, 10B), 프리즘(20), 반사용 미러(30), 레이저 방사부(40), 필터부(50) 및 광검출부(60A, 60B)를 포함할 수 있다.
적어도 둘 이상의 레이저 광원(10A, 10B)는 서로 다른 파장의 레이저 광을 출력할 수 있다. 이때, 각각의 레이저 광원(10A, 10B)은 각각 다른 각도의 트리밍 각도(trimming angle)로 프리즘(20)에 입사될 수 있다.
본 발명의 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조는, 적어도 둘 이상의 레이저 광원을 포함하는 것으로서, 각각의 레이저 광원은 서로 다른 파장의 레이저 광을 출력한다. 본 발명의 일예에서는 두개의 레이저 광원(10A, 10B)이 포함되는 예를 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
도 2는 4개의 레이저 광원이 사용된 예를 설명하기 위한 부분도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학계 구조(1)에서, 4개의 레이저 광원(10A, 10B, 10C, 10D)이 사용될 수 있으며, 이때 각각의 레이저 광원(10A, 10B, 10C, 10D)은, 서로 다른 트리밍 각도로 프리즘(20)에 입사되고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 복수의 레이저 광원을 사용할 수 있으며, 이때 각각의 레이저 광원의 파장은 서로 다르도록 구성될 수 있다. 이와 같이 복수의 레이저 광원에 의해 스캐닝 영역을 분할할 수 있다. 이에 대해서는 추후 설명하기로 한다.
다시 도 1에서, 프리즘(20)은 복수의 레이저 광원(10A, 10B)으로부터 입력되는 레이저광을 각각 레이저 방사부(40)에 제공할 수 있다. 이때, 복수의 레이저 광원(10A, 10B)으로부터 입력되는 레이저광은 각각 서로 다른 트리밍 각도를 가지므로, 프리즘을 통과한 레이저광은 서로 분할되어 레이저 방사부(40)로 입력될 수 있다. 도 1에서 실선 A와 실선 B는 각각 복수의 레이저 광원(10A, 10B)으로부터 출력되는 레이저광의 경로를 나타내는 것이며, 프리즘(20)을 통과하여 레이저 방사부(40)로 입력되는 레이저광은 서로 분할되어 있음을 확인할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 광경로는 설명을 위하여 과장된 것으로서, 실질적으로 분할된 간격은 나노미터 단위로 매우 작을 것임은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
한편, 반사용 미러(30)는 광경로에 해당하는 부분에 홀(hole)이 형성되어, 프리즘(20)에 의해 굴절되는 레이저광이 레이저 방사부(40)에 입사되도록 할 수 있다.
레이저 방사부(40)는, 입사되는 서로 다른 파장의 레이저광을 수신하여, 레이저광의 경로를 변경하여 타겟에 방사할 수 있다. 즉, 도 1과 같이 레이저 광원(10A)으로부터 수신되는 레이저광(A 경로)은 제1방사각으로 방사하고, 레이저 광원(10B)으로부터 수신되는 레이저광(B 경로)은 제2방사각으로 방사할 수 있다. 이에 의해, 레이저 광원(10A)으로부터 수신되는 레이저광(A 경로)은 전체 스캔 영역의 반을 스캔하게 하고, 레이저 광원(10B)으로부터 수신되는 레이저광(B 경로)은 나머지 반을 스캔하게 하는 것이 가능하다. 이를 도 3을 통해 설명하기로 한다.
도 2는 레이저 방사부(40)가 스캔영역에 레이저광을 방사하는 동작을 설명하기 위한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 레이저 방사부(40)는, 제1시점에서 레이저 광원(10A)으로부터 수신되는 레이저광 및 레이저 광원(10B)으로부터 수신되는 레이저광을 타겟을 향하여 방사할 수 있는데, 이를 A-1, B-1으로 나타내었다. 그 다음의 제2시점에서 구동부(도시되지 않음)에 의해 레이저 방사부(40)의 내부의 미러(도시되지 않음)의 각이 조절되고, 레이저 광원(10A)으로부터 수신되는 레이저광 및 레이저 광원(10B)으로부터 수신되는 레이저광을 타겟을 향하여 방사할 수 있는데, 미러의 각이 조절되었으므로, 레이저광의 방사각은 제1시점에서의 방사각과 상이하며, 이는 A-2, B-2로 나타낼 수 있다.
이와 같이, 제N시점까지 미러를 조절하면, 스캔영역에 대한 스캔이 가능하게 된다. 즉, 전체 스캔 영역을 도 1과 같이 X라고 하면, 레이저 광원(10A)으로부터 출력되는 레이저광을 X/2 영역에 대해 방사하고, 레이저 광원(10B)으로부터 출력되는 레이저광을 나머지 X/2 영역에 대해 방사하여, 전체 X 영역에 레이저광을 방사할 수 있게 된다.
레이저 방사부(40)의 미러를 회전하는 것에 대해서는, 이미 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
레이저 방사부(40)는, 예를 들어 갈바노-미러(galvanometer mirror)일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상을 구현할 수 있는 다양한 미러가 사용될 수 있을 것이다.
타겟으로부터 반사된 레이저광은, 반사용 미러(30)에 입사되어, 필터부(50)에 입력될 수 있다. 이때, 반사용 미러(30)는 예를 들어 파라볼릭 미러(parabolic mirror)일 수 있다. 또한, 필터부(50)는 서로 다른 파장이 혼재된 레이저 반사광을 수신하여, 각각 다른 파장의 광으로 필터링할 수 있다. 필터부(50)는, 예를 들어 다이크로익 미러(dichroic mirro)일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상을 구현할 수 있는 다양한 필터가 적용될 수 있을 것이다.
필터부(50)에 의해 필터링된 반사광은 광검출부(60A, 60B)에 각각 입력될 수 있다. 즉, 레이저 광원(10A, 10B)에 의해 입력된 광의 파장에 해당하는 반사광이 각각 광검출부(60A, 60B)에 입력될 수 있으며, 만약 더욱 많은 수의 레이저 광원이 사용되는 경우 광검출부의 개수 역시 늘어나게 되는 것임은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
광검출부(60A, 60B)는 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하여, 신호처리부(도시되지 않음)에 제공함으로써, 전기신호를 이용하여 3차원 스캐닝을 수행할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 스캐닝 영역을 분할하여 스캐닝함으로써, 타겟에 대한 스캐닝 시간을 단축할 수 있다.
또한, 스캐닝 시간의 단축에 의해, 이동하는 물체에 대한 3차원 정보를 고속으로 획득할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10A, 10B: 레이저 광원 20: 프리즘
30: 반사용 미러 40: 레이저 방사부
50: 필터부 60A, 60B: 광검출부

Claims (11)

  1. 제1파장의 제1레이저광을 출력하는 제1광원;
    상기 제1파장과 다른 제2파장의 제2레이저광을 상기 제1레이저광과 동시에 출력하는 제2광원;
    상기 제1 및 제2레이저광을 동시에 방사부에 제공하는 프리즘;
    상기 프리즘으로부터 입력되는 제1 및 제2레이저광의 경로를 각각 변경하여 동시에 방사하는 상기 방사부; 및
    상기 프리즘으로부터 상기 방사부로 상기 제1 및 제2레이저광이 입력되는 홀을 구비하고, 상기 프리즘과 상기 방사부 사이에 배치되어, 타겟으로부터 반사되는 제1반사광 및 제2반사광을 수신하는 반사용 미러를 포함하고,
    상기 방사부는,
    상기 제1레이저광 및 상기 제2레이저광 각각을 동시에 타겟 영역의 제1영역 및 제2영역에 방사하고,
    상기 제1반사광은,
    상기 제1레이저광이 상기 타겟 영역의 절반 영역에서 반사된 광이고,
    상기 제2반사광은,
    상기 제2레이저광이 상기 타겟 영역의 나머지 절반 영역에서 반사된 광인 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조의 방사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2광원에서 출력되는 제1 및 제2레이저광은, 서로 다른 트리밍 각도로 상기 프리즘으로 입사되는 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조의 방사장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 방사부는,
    회전에 의해 상기 제1 및 제2레이저광의 경로를 각각 변경하는 미러를 포함하는 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조의 방사장치.
  5. 서로 다른 파장의 레이저광을 동시에 출력하는 적어도 둘 이상의 광원;
    상기 적어도 둘 이상의 광원으로부터 출력되는 적어도 둘 이상의 레이저광을 동시에 방사부에 제공하는 프리즘;
    상기 프리즘으로부터 입력되는 상기 적어도 둘 이상의 레이저광의 경로를 각각 변경하여 동시에 방사하는 상기 방사부;
    타겟으로부터 반사되는 적어도 둘 이상의 반사광을 수신하는 반사용 미러; 및
    상기 반사용 미러에 의해 입력되는 반사광을, 상기 적어도 둘 이상의 레이저광의 파장으로 각각 필터링하는 필터부를 포함하고,
    상기 반사용 미러는,
    상기 프리즘과 상기 방사부 사이에 배치되고, 상기 프리즘으로부터 상기 방사부로 상기 적어도 둘 이상의 레이저광이 입력되는 홀을 구비하고,
    상기 방사부는,
    상기 적어도 둘 이상의 레이저광 각각을 동시에 타겟 영역 중 서로 다른 영역에 방사하고,
    상기 적어도 둘 이상의 반사광은,
    상기 적어도 둘 이상의 레이저광이 상기 서로 다른 영역에서 반사된 광이고,
    상기 서로 다른 영역의 합은,
    상기 타겟 영역이 되는 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서, 상기 적어도 둘 이상의 레이저광은, 서로 다른 트리밍 각도로 상기 프리즘으로 입사되는 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조.
  9. 삭제
  10. 제5항에 있어서, 상기 방사부는,
    회전에 의해 상기 적어도 둘 이상의 레이저광의 경로를 각각 변경하는 미러를 포함하는 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조.
  11. 제5항에 있어서, 상기 필터부는,
    다이크로익 미러인 고속 레이저 스캐너용 광학계 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012141191A (ja) 2010-12-28 2012-07-26 Sanyo Electric Co Ltd レーザレーダ

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