JP2019510988A - 距離測定センサ組立体およびそれを有する電子機器 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例はハウジングと、前記ハウジングの上部に備えられる第１レンズと、前記ハウジングの内部に備えられるものの、前記第１レンズとアライメントされながら対象物に向かって光を照射する発光部と前記発光部と隣り合って配置される受光部とを有するセンサモジュールと、前記ハウジングの上部に備えられるものの、前記第１レンズと離隔し、前記対象物から反射する光が流入する受信部と、前記受信部の下部に備えられ、前記受信部から流入した光を屈折させる第２レンズと、前記第２レンズと結合され、前記第２レンズから伝達された光を前記受光部に案内する光導波路部とを含む距離測定センサ組立体およびそれを有する電子機器を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は距離測定センサ組立体およびそれを有する電子機器に関するものであって、より詳細には距離測定の正確性を高めたＴＯＦ測定法が利用された距離測定センサ組立体およびそれを有する電子機器に関するものである。

距離測定センサーは２地点間の距離を測定する機器である。

このような距離測定センサーは、超音波を利用して距離を測定する超音波式距離測定センサーと光源を利用して距離を測定する光学式距離測定センサとがある。

まず、超音波式距離測定センサーは、対象物に向かって超音波を送信した後、対象物から反射する反射波の受信を通じて対象物の距離を測定する。しかし、このような超音波式距離測定センサーは対象物がスポンジやスチロフォームのような吸音材からなる場合、対象物に対する距離を測定できない問題がある。

次いで、光学式距離測定センサーは、赤外線または自然光などの多様な光源を利用して２地点間の距離を測定する。

このような光学式距離測定センサーは、測定方法により二つに大別され得る。具体的には、対象物の距離変化にともなう焦点距離の移動を計算して距離を測定する三角測定法と対象物に向かって光を照射した後、反射して戻ってくる時間を計算して距離を測定するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測定法がある。

図１は、従来の三角測定法が利用された光学式距離測定センサーを示す例示図である。

図１を参照すると、三角測定法が利用された光学式距離測定センサ１０は、発光部１１、第１レンズ１２、第２レンズ１３および受光部１４を含む。

発光部１１は対象物Ｔに向かって光を照射するように構成される。このような発光部１１から照射される光は第１レンズ１２を透過した後、対象物Ｔに照射される。

受光部１４は対象物Ｔから反射して戻ってくる光を受け入れるように構成される。この時、第２レンズ１３は対象物Ｔから反射する光を受光部１４で案内する。

ここで、発光部１１と対象物Ｔ間に距離変動がなされると、第２レンズ１３に案内される光の経路が変わり、それによる焦点距離が移動する。このように、光学式距離測定センサ１０は焦点距離の移動を計算して対象物Ｔの距離を測定する。

しかし、このような三角測定法が利用された光学式距離測定センサ１０は、光学システムの構造が複雑であり、外乱光に脆弱な問題がある。

図２は、従来のＴＯＦ測定法が利用された光学式距離測定センサーを示す例示図である。

図２を参照すると、ＴＯＦ測定法が利用された光学式距離測定センサ２０は発光部２１と受光部２２を含む。このような光学式距離測定センサ２０は、発光部２１から照射された光が対象物Ｔから反射して受光部２２に案内される時間を計算して対象物Ｔの距離を測定する。

このような、ＴＯＦ測定法が利用された光学式距離測定センサ２０は、小型化が可能であるため、ロボット掃除機、冷蔵庫などの多様な電子機器に適用可能である。

しかし、ＴＯＦ測定法が利用された光学式距離測定センサ２０は発光部２１と受光部２２が隣り合って配置された構造であるため、距離測定時にエラーが頻りに発生する問題がある。

例えば、ロボット掃除機に光学式距離測定センサ２０が装着された場合、発光部２１から照射された光は、光学式距離測定センサ２０を外部から保護する透視窓（図示されず）を透過した後に対象物Ｔに照射される。しかし、発光部２１と隣り合って配置された受光部２２は、対象物Ｔから反射した光ではなく透視窓から反射する光を受け入れることになるため、対象物の距離測定時にエラーが発生する問題がある。したがって、対象物Ｔに対して距離を正確に測定できない問題がある。

前記のような問題点を解決するための本発明の技術的課題は、距離測定の正確性を高めたＴＯＦ測定法が利用された距離測定センサ組立体およびそれを有する電子機器を提供することである。

前記技術的課題を達成するために、本発明の一実施例は、ハウジング；前記ハウジングの上部に備えられる第１レンズ；前記ハウジングの内部に備えられるものの、前記第１レンズとアライメントされながら対象物に向かって光を照射する発光部と、前記発光部と隣り合って配置される受光部を有するセンサモジュール；前記ハウジングの上部に備えられるものの、前記第１レンズと離隔し、前記対象物から反射する光が流入する受信部；前記受信部の下部に備えられ、前記受信部から流入した光を屈折させる第２レンズ；および前記第２レンズと結合され、前記第２レンズから伝達された光を前記受光部に案内する光導波路部を含む、距離測定センサ組立体を提供する。

本発明の一実施例において、前記第１レンズは前記発光部から照射される光の発散角を調整するように構成される。

本発明の一実施例において、前記第１レンズは、前記発光部から照射された光を平行光に調整する光調節部材；および前記光調節部材の上部に備えられ、前記光調節部材から伝達される平行光を拡散させ光の発散角を調整する発散角調節部材を含む。

本発明の一実施例において、前記発散角調節部材の上面は山と谷が交互に形成される。

本発明の一実施例において、前記第１レンズ、第２レンズおよび光導波路部のうち少なくとも一つ以上は、特定の波長の光のみを透過または反射させるように構成される。

本発明の一実施例において、前記第２レンズは前記受信部と一体に結合するように構成される。

本発明の一実施例において、前記第２レンズの上面は前記第１レンズ方向に行くほど上方に傾斜する。

本発明の一実施例において、前記第２レンズは球面レンズまたは非球面レンズで構成される。

本発明の一実施例において、前記第２レンズは円柱レンズで構成される。

本発明の一実施例において、前記光導波路部の内側面は全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が可能であるように構成される。

本発明の一実施例において、前記第２レンズと光導波路部は前記受信部に流入した光を前記受光部に集束（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）するように構成される。

本発明の一実施例において、前記光導波路部は、外形をなし、内部には光が移動する経路部が形成された胴体部；前記胴体部の一側に備えられ、前記第２レンズから伝達された光を反射させる第１反射部；および前記胴体部の他側に備えられ、前記第１反射部と向かい合うように構成されて前記第１反射部から反射した光を前記受光部に伝達する第２反射部を含む。

本発明の一実施例において、前記第１反射部は前記第２レンズの下部に備えられるものの、前記第２レンズから伝達された光を前記第２反射部に反射させるように構成される。

本発明の一実施例において、前記第１反射部と第２反射部は凹んだ円柱からなり、前記第１反射部と第２反射部から形成されるそれぞれの焦点線は前記受光部で互いに直交して焦点を形成する。

本発明の一実施例において、前記第１反射部から前記第２反射部までの距離と前記第２反射部から前記受光部までの距離は、下記の式（１）および式（２）の関係にある。０．８×ｆ１≦ｄ１＋ｄ２≦１．２×ｆ１ …式（１）、０．８×ｆ２≦ｄ２≦１．２×ｆ２ …式（２）［第１反射部の焦点距離はｆ１、第２反射部の焦点距離はｆ２、第１反射部から第２反射部までの距離はｄ１、第２反射部から受光部までの距離はｄ２］
本発明の一実施例において、前記第１反射部と第２反射部は球面または非球面の形状に形成される。

本発明の一実施例において、前記胴体部は前記第１反射部から前記第２反射部に行くほど幅が狭くなる。

本発明の一実施例は距離測定センサ組立体が備えられた電子機器を提供する。

前記で説明した本発明に係る距離測定センサ組立体およびそれを有する電子機器の効果を説明すると次の通りである。

本発明によると、受信部は第１レンズからあらかじめ定められた距離で離隔されて、第１レンズからあらかじめ定められた距離範囲内に存在する物体から反射する光が受信部に案内されることが防止される。

一例として、距離測定センサ組立体がロボット掃除機に装着された場合、距離測定センサ組立体は、受信部と第１レンズがあらかじめ定められた間隔で離隔して配置されることによって、透視窓から反射する光が受信部に案内されることが防止される。したがって、距離測定センサ組立体は対象物に対する距離を正確に測定することができる。

本発明によると、第２レンズと光導波路部は受信部に流入した光を集束して受光部に伝達するように構成される。すなわち、第２レンズと光導波路部は、受信部に流入した光の焦点が受光部に形成されるように受信部に流入した光を集束する。したがって、距離測定センサ組立体は対象物に対する距離を正確に測定することができる。ここで、光導波路部には第１反射部と第２反射部が備えられ、受信部に流入した光は受光部に効果的に集束され得る。

また、第１反射部と第２反射部が備えられた光導波路部は、全反射が可能であるように構成されて、受信部に流入した光は光損失が最小化された状態で受光部に伝達され得る。そして、光導波路部は第１反射部を基準として第２反射部に行くほど幅が狭くなるように構成されて受光部に伝達される光の集束効率を高めることができる。したがって、距離測定センサ組立体は対象物に対する距離を正確に測定することができる。

本発明の効果は前記した効果に限定されず、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載された発明の構成から推論可能なすべての効果を含むものと理解されるべきである。

従来の三角測定法が利用された光学式距離測定センサーを示す例示図。 従来のＴＯＦ測定法が利用された光学式距離測定センサーを示す例示図。 本発明の第１実施例に係る距離測定センサ組立体の斜視図。 本発明の第１実施例に係る距離測定センサ組立体の概略的な例示図。 本発明の第１実施例に係る光導波路部を上部から見た例示図。 本発明の第１実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図。 本発明の第２実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図。 本発明の第３実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図。 本発明の第４実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図。 本発明の第４実施例に係る光軸方向に沿って案内される各地点での光の横断面を概略的に示す例示図。 本発明の第５実施例に係る距離測定センサ組立体の概略的な例示図。 本発明の第５実施例に係る第１レンズの斜視図。 本発明の第５実施例に係る第１反射部を示す概略的な斜視図。 本発明の第５実施例に係る受信部に流入する光を示すシミュレーション。 本発明の第５実施例に係る距離測定センサ組立体が設置された対象物測定装置を示す例示図。

以下、添付した図面を参照して本発明を説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態で具現され得、したがって、ここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面で本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略したし、明細書全体を通じて類似の部分については類似の図面符号を付した。

明細書全体で、ある部分が他の部分と「連結」されているとする時、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の部材を挟んで「間接的に連結」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく他の構成要素をさらに具備できるということを意味する。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

図３は本発明の第１実施例に係る距離測定センサ組立体の斜視図、図４は本発明の第１実施例に係る距離測定センサ組立体の概略的な例示図、図５は本発明の第１実施例に係る光導波路部を上部から見た例示図、図６は本発明の第１実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図である。

図３〜図６に示した通り、距離測定センサ組立体１０００は、ハウジング１００、第１レンズ２００、センサモジュール３００、受信部４００、第２レンズ５００および光導波路部６００を含む。

ハウジング１００は距離測定センサ組立体１０００の外形をなす。このようなハウジング１００の内部には、センサモジュール３００、第２レンズ５００および光導波路部６００が備えられ、ハウジング１００は内部に備えられた多様な構成を外部から保護する。

このようなハウジング１００の両側には結合部１１０が備えられ、結合部１１０には結合ホール１１１が形成される。したがって、作業者はボルトなどの結合部材を利用して距離測定センサ組立体１０００を多様な電子機器に結合させることができる。このような、ハウジング１００は金属または合成樹脂などの多様な素材で構成され得る。

このようなハウジング１００の上面には第１載置部１２０が形成される。

第１載置部１２０には第１レンズ２００が載置され、第１レンズ２００は発光部３１０とアライメント（ａｌｉｇｎ）される。ここで、第１レンズ２００と発光部３１０のアライメントの構成は、第１光軸Ａ１を基準としてアライメントされるか第１レンズ２００と発光部３１０の器具的なアライメントとなり得る。

そして、第１載置部１２０の下部には光案内ホール１３０が形成され、発光部３１０から照射された光は光案内ホール１３０を通じて第１レンズ２００に案内され得る。この時、光案内ホール１３０は発光部３１０から照射された光が受光部３２０に直接伝達されるのを遮断するように構成される。

一方、第１レンズ２００は発光部３１０から放射状に照射される光を透過するとともに発光部３１０から照射される光の発散角を選択的に調節するように構成される。このような第１レンズ２００は球面レンズまたは非球面レンズからなり得る。

このような、第１レンズ２００は第１光軸Ａ１方向に沿って移動する光のＸの長さ（ｘ）とＹの長さ（ｙ）の長さ比を選択的に調節する。ここで、光のＸの長さ（ｘ）とＹの長さ（ｙ）は、第１光軸Ａ１の任意の地点での光の横断面である。

例えば、発光部３１０から第１レンズ２００に案内される光は、第１光軸Ａ１に対する横断面が円形（ｃｉｒｃｌｅ）をなす。しかし、第１レンズ２００を透過した後に対象物Ｔに照射される光は、第１光軸Ａ１に対する横断面が楕円形（ｅｌｌｉｐｓｅ）をなし得る。ここで、第１レンズ２００を透過した光は第１光軸Ａ１に対する横断面が必ずしも楕円形に限定されず、第１レンズ２００の形状にしたがって多様に変化できることは言うまでもない。

このような距離測定センサ組立体１０００がロボット掃除機に装着される場合、第１レンズ２００はロボット掃除機が移動する底面に向かって照射される光を選択的に調節する。したがって、ロボット掃除機が移動する底面から反射する光が受信部４００に流入することが防止され得る。したがって、ロボット掃除機が底面を対象物として認識して誤作動が発生する問題を事前に遮断することができる。

このように、第１レンズ２００は発光部３１０から照射される光の発散角を選択的に調節して対象物Ｔのセンシング範囲を調節する。

ここで、距離測定センサ組立体１０００はロボット掃除機以外にも多様な電子機器に装着され得、説明の便宜のために後述される電子機器はロボット掃除機を一例として説明する。

一方、ハウジング１００の上面には第１載置部１２０からあらかじめ定められた長さで離隔した第２載置部１４０が形成される。このような第２載置部１４０には受信部４００が装着結合され、対象物Ｔから反射した光は受信部４００を通じて光導波路部６００に伝達され得る。

ここで、受信部４００は第１レンズ２００からあらかじめ定められた長さで離隔することによって、第１レンズ２００から一定範囲に存在する物体から反射する光が受信部４００に流入することが防止され得る。例えば、受信部４００はロボット掃除機に備えられた透視窓Ｗから反射する光が受信部４００に流入しないようにハウジング１００に配置される。

第２レンズ５００は受信部４００の下部に備えられる。

そして、第２レンズ５００の上面は第１レンズ２００方向に行くほど上方に傾斜する。したがって、受信部４００から流入した光は、第２レンズ５００に透過されるものの、第２レンズ５００の下部に備えられた光導波路部６００に屈折される。ここで、第２レンズ５００は光の屈折を通じて方向のみを転換させ光は集束させないように構成される。このような第２レンズ５００は受信部４００と一体に結合するように構成されてもよいことは言うまでもない。

ここで、第２レンズ５００は特定の波長の光のみを選択的に透過させてもよい。一例として、第２レンズ５００は赤外線（ＩＲ、Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ）のみを選択的に透過させてもよい。この場合、発光部３１０は対象物Ｔに向かって赤外線を照射し、受光部３２０は対象物Ｔから反射した赤外線のみを受光して対象物Ｔの距離を測定する。このような場合、距離測定センサ組立体１０００は外乱光による影響が最小化され得る。そして、第１レンズ２００も第２レンズ５００のように特定の波長の光のみを選択的に透過させるように構成されてもよい。

一方、光導波路部６００の一端部は第２レンズ５００と結合され、光導波路部６００の内側面は全反射が可能であるように構成される。ここで、全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は屈折率が大きい媒質から屈折率が小さい媒質に光が進行する時、入射角が臨界角よりも大きい場合、境界面で１００％反射がなされることを意味し、このように光導波路部６００は受信部４００を通じて流入した光に対する全反射が可能であるように構成されることによって、受信部４００に流入した光は光の損失が最小化された状態で受光部３２０に伝達され得る。この時、光導波路部６００は特定の波長の光のみを選択的に反射させるように構成されてもよいことは言うまでもない。

このような光導波路部６００は、胴体部６１０、第１反射部６２０および第２反射部６３０を含む。胴体部６１０は光導波路部６００の外形をなし、内部には光が移動する経路部６１１が形成される。ここで、胴体部６１０の内側面は全反射が可能であるように構成される。

そして、胴体部６１０は第１反射部６２０から第２反射部６３０に行くほど幅が狭くなるように構成される。したがって、光導波路部６００は受光部３２０に案内される光の集束効率を高めることができる。

第１反射部６２０は胴体部６１０の一側に備えられる。このような第１反射部６２０は、第２レンズ５００から伝達された光を第２反射部６３０に案内するように構成される。この時、第１反射部６２０は第２レンズ５００の下側に備えられるものの、下方に行くほどセンサモジュール３００が配置された方向に傾斜する。したがって、第２レンズ５００から第１反射部６２０に伝達された光は第２反射部６３０で反射され得る。

第２反射部６３０は胴体部６１０の他側に備えられ、第１反射部６２０と向かい合うように構成される。このような第２反射部６３０は第１反射部６２０から伝達された光を受光部３２０に案内する。

ここで、第１反射部６２０と第２反射部６３０は、第２レンズ５００から伝達された光が受光部３２０で焦点（ｆｏｃｕｓ）を形成するように多様な形状に形成され得る。例えば、第１反射部６２０の反射面は球面の形状に形成され、第２反射部６３０の反射面は平面に形成されてもよい。この場合、球面状に形成された第１反射部６２０は第２レンズ５００から伝達される光を集束させる。以降、説明の便宜のために第２レンズ５００、第１反射部６２０および第２反射部６３０を経由する光軸を第２光軸Ａ２として説明する。

このように、第１反射部６２０は、第２レンズ５００から伝達される光が受光部３２０で焦点を形成するように球面状に形成され得る。

または第１反射部６２０と第２反射部６３０はいずれも球面上に形成されてもよい。この場合には第２レンズ５００から伝達される光は、第１反射部６２０で１次集束がなされ、第２反射部６３０で２次集束がなされ、受光部３２０で光の焦点が形成されるように第１反射部６２０と第２反射部６３０の形状の調節が行われ得る。

その他にも第１反射部６２０と第２反射部６３０は非球面上に形成されて、第２レンズ５００から伝達される光が受光部３２０で焦点が形成されるように調整されてもよい。ここで、非球面は球面ではない曲面の総称であって、放物面、双曲面、楕円面などの次数が２次以上の曲面となり得る。

この他にも第１反射部６２０と第２反射部６３０は多様な形状の調整を通じて、第２レンズ５００から伝達される光が受光部３２０で焦点が形成されるように形成されてもよいことは言うまでもない。

一方、センサモジュール３００は発光部３１０、受光部３２０およびベース基板３３０を含む。

発光部３１０は第１レンズ２００とアライメントされながら対象物Ｔに向かって光を照射するように構成される。

受光部３２０は発光部３１０と隣り合って配置され、発光部３１０から対象物Ｔに照射された反射光を受け入れて対象物Ｔの距離を測定する。このような発光部３１０と受光部３２０の下部にはベース基板３３０が備えられ、発光部３１０と受光部３２０はベース基板３３０と電気的に連結される。

このような、センサモジュール３００はＴＯＦ方式で距離を測定するセンサモジュールであり得る。すなわち、センサモジュール３００は発光部３１０が対象物Ｔに向かって光を照射した時間と受光部３２０が対象物Ｔから反射する光を受光した時間情報を通じて、センサモジュール３００から対象物Ｔまでの距離を測定する。

このようなセンサモジュール３００に備えられた発光部３１０と受光部３２０は、ベース基板３３０上に隣り合って配置される。これは、発光部３１０と受光部３２０が一定の距離以上離れる場合、対象物Ｔの距離測定結果値をリアルタイムで提供できない問題を防止するためである。

このように、距離測定センサ組立体１０００は受信部４００が第１レンズ２００から離隔して形成されることにより、あらかじめ定められた距離範囲内に存在する物体から反射する光が受信部４００に案内されることが防止される。したがって、距離測定センサ組立体１０００は対象物Ｔに対する距離を正確に測定することができる。

図７は本発明の第２実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図であって、図３〜図６に図示された図面番号と同じ図面番号によって指し示される構成は同じ機能を有するものであり、それらのそれぞれに対する詳細な説明は省略する。

図７に示したように、第２実施例に係る距離測定センサ組立体１１００は第１実施例に係る距離測定センサ組立体１０００とは異なり、第２レンズ５００’が球面レンズで構成される。したがって、第２レンズ５００’は受信部４００から伝達された光を集束する。

この時、第１反射部６２０と第２反射部６３０が曲面ではなく平面からなる場合、第２レンズ５００’から集束された光は、受光部３２０で焦点が形成されるように構成される。

これとは異なり、第１反射部６２０と第２反射部６３０は球面または非球面の形状で構成されてもよい。この場合、第２レンズ５００’は受信部４００から伝達される光に対して１次集束がなされ、第１反射部６２０は第２レンズ５００’から伝達される光に対して２次集束がなされ、第２反射部６３０は第１反射部６２０から伝達される光に対して３次集束がなされる。

この時、第２レンズ５００’、第１反射部６２０および第２反射部６３０は受信部４００から伝達された光が受光部３２０で焦点が形成されるように構成される。

このような第１反射部６２０および第２反射部６３０は球面または非球面の形状以外にも多様な形状で形成され得、この場合にも受信部４００から伝達された光は、受光部３２０で焦点が形成されるように構成される。

このように、第２レンズ５００’、第１反射部６２０および第２反射部６３０は多様な形状の調節を通じて受信部４００から伝達された光が受光部３２０で焦点が形成されるように構成される。

また、距離測定センサ組立体１１００は第２レンズ５００’が非球面レンズで構成されてもよい。このような場合、非球面に形成された第２レンズは球面に形成された第２レンズ５００’と比較する時、光の集束が変わり得るが、第１反射部６２０と第２反射部６３０の多様な形状の調節を通じて受信部４００から伝達された光が受光部３２０で焦点が形成されるように調整される。

表１は本発明に係る実施例と比較例をシミュレーションした結果表である。

ここで、実施例と比較例は発光部３１０から照射される光の個数が２００万個である場合、受光部３２０に流入した光の個数を測定した実験データである。

このような表１は、距離測定センサ組立体と対象物Ｔの距離を１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍおよび４０ｃｍに調節した状態で受光部３２０に案内される光の個数を表示したものである。

比較例は光導波路部が備えられていない距離測定センサ組立体であり、実施例１は本発明の第１実施例に係る距離測定センサ組立体１０００であり、実施例２は本発明の第２実施例に係る距離測定センサ組立体１１００である。

表１を見ると、実施例１と実施例２は比較例に比べて受光部３２０に案内される光の個数が多いことが分かる。すなわち、実施例１と実施例２は比較例に比べて受光性能が優秀であることが分かる。

また、距離測定センサ組立体から対象物Ｔまでの距離が２０ｃｍを超過する場合、実施例２は比較例および実施例１より受光性能が優秀であることが分かる。

図８は本発明の第３実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図であって、図３〜図６に図示された図面番号と同じ図面番号によって指し示される構成は同じ機能を有するものであり、それらのそれぞれに対する詳細な説明は省略する。

図８に示したように、第３実施例に係る距離測定センサ組立体１２００は第１実施例に係る距離測定センサ組立体１０００とは異なり、第２レンズ５００”が円柱レンズ（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｌｅｎｓ）で構成される。

このような円柱レンズは円柱の軸に平行な円柱面を屈折面として利用したレンズである。このように、第２レンズ５００”は円柱面に入射した光を円柱軸に平行な直線上に光を集める。すなわち、第２レンズ５００”は焦点線（ｆｏｃａｌ ｌｉｎｅ）を形成するように構成される。

図８の（ａ）の第２レンズ５００”は、第２レンズ５００”を透過した光に対して胴体部６１０の幅方向に焦点線が形成されるように形成された形態であり、図８の（ｂ）の第２レンズ５００”は第２レンズ５００”を透過した光に対して胴体部６１０の長さ方向に焦点線が形成されるように形成された形態である。このように、第２レンズ５００”の配置により第２レンズ５００”から形成される焦点線の方向は変わり得る。

このような距離測定センサ組立体１２００は、第２レンズ５００”の配置により第１反射部６２０と第２反射部６３０の多様な形状の調節を通じて受信部４００から伝達された光を受光部３２０で焦点が形成されるようにする。このような、第２レンズ５００”、第１反射部６２０と第２反射部６３０を通じて受光部３２０に焦点を形成する具体的な内容は前述と同じであるため省略する。

図９は本発明の第４実施例に係る距離測定センサ組立体の作動状態図、図１０は本発明の第４実施例に係る光軸方向に沿って案内される各地点での光の横断面を概略的に示す例示図であって、図３〜図６に図示された図面番号と同じ図面番号によって指し示される構成は同じ機能を有するものであり、それらのそれぞれに対する詳細な説明は省略する。

図９と図１０に示したように、第４実施例に係る距離測定センサ組立体１３００は第１反射部６２０’と第２反射部６３０’が凹んだ円柱で形成される。

ここで、第２レンズ５００は第１実施例のように、第２レンズ５００の上面が第１レンズ２００方向に行くほど上方に傾斜するレンズを一例として説明する。このような第２レンズ５００は、光を屈折を通じて方向ので転換させ光は集束させないように構成される。

そして、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’は凹んだ円柱で形成されるものの、大きさには差がある。すなわち、胴体部６１０は第１反射部６２０’から第２反射部６３０’に行くほど幅が狭くなるので、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’の大きさは異なる。この時、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’から形成されるそれぞれの焦点線は受光部３２０で形成されるようになるものの、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’から形成されるそれぞれの焦点線は受光部３２０で互いに直交するように構成される。したがって、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’から反射する光は、受光部３２０で焦点が形成され得る。

言い換えれば、第１反射部６２０’により受光部３２０に形成される焦点線の長さは、第２反射部６３０’を経由した後から焦点線の長さが次第に小さくなって受光部３２０には焦点が形成される。

図１０を参照して第２光軸Ａ２に沿って移動する光の形態変化を概略的に詳察する。

まず、第２レンズ５００と第１反射部６２０’の間に位置する第２光軸Ａ２の第１地点Ｐ１での光の横断面は、第１のＸの長さ（ｘ１）と第１のＹの長さ（ｙ１）を有する。

次いで、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’の間に位置する第２地点Ｐ２での光の横断面は、第２のＸの長さ（ｘ２）と第２のＹの長さ（ｙ２）を有する。この時、第２のＹの長さ（ｙ２）は第１のＹの長さ（ｙ１）に比べて長さが短くなり、第１のＸの長さ（ｘ１）と第２のＸの長さ（ｘ２）は長さに変化がない。すなわち、第１反射部６２０’から反射する光はＹの長さに対してのみ第２光軸Ａ２に沿って集束される。このような第１反射部６２０’から反射する光は、受光部３２０に案内されるまでＹの長さに対してのみ集束される。

次いで、第２反射部６３０’と受光部３２０の間に位置する第３地点Ｐ３での光の横断面は、第３のＸの長さ（ｘ３）と第３のＹの長さ（ｙ３）を有する。この時、第３のＸの長さ（ｘ３）は第２のＸの長さ（ｘ２）に比べて長さが短くなる。ここで、第２反射部６３０’から反射する光はＸの長さに対してのみ第２光軸Ａ２に沿って集束される。

そして、第３のＹの長さ（ｙ３）は第２のＹの長さ（ｙ２）に比べて長さが短くなる。このように第３のＹの長さ（ｙ３）が第２のＹの長さ（ｙ２）より短くなったのは第１反射部６２０’による集束がなされるためである。

このように、第２反射部６３０’から受光部３２０に案内される光は、光のＸの長さとＹの長さが共に減り、受光部３２０で焦点を形成する。

再び図９を参照すると、距離測定センサ組立体１３００は下記の式（１）および式（２）の関係にある。

０．８×ｆ１≦ｄ１＋ｄ２≦１．２×ｆ１ …式（１）
０．８×ｆ２≦ｄ２≦１．２×ｆ２ …式（２）
［第１反射部の焦点距離はｆ１、第２反射部の焦点距離はｆ２、第１反射部から第２反射部までの距離はｄ１、第２反射部から受光部までの距離はｄ２］
このように、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’により反射した光は、受光部３２０で焦点が形成されるように集束がなされる。したがって、受光部３２０に集束される光量および光密度は増加するようになり、距離測定センサ組立体１３００の正確度が向上され得る。

好ましくは、距離測定センサ組立体１３００は下記の式（３）および式（４）の関係にある。

０．９×ｆ１≦ｄ１＋ｄ２≦１．１×ｆ１ …式（３）
０．９×ｆ２≦ｄ２≦１．１×ｆ２ …式（４）
［第１反射部の焦点距離はｆ１、第２反射部の焦点距離はｆ２、第１反射部から第２反射部までの距離はｄ１、第２反射部から受光部までの距離はｄ２］
さらに、より好ましくは、距離測定センサ組立体１３００は下記の式（５）および式（６）の関係にある。

ｆ１＝ｄ１＋ｄ２ …式（５）
ｆ２＝ｄ２ …式（６）
［第１反射部の焦点距離はｆ１、第２反射部の焦点距離はｆ２、第１反射部から第２反射部までの距離はｄ１、第２反射部から受光部までの距離はｄ２］
このように、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’により反射した光は、受光部３２０で焦点に集束される。したがって、第１反射部６２０’と第２反射部６３０’を含む光導波路部６００の集光力が最大化されるため、距離測定センサ組立体１３００の正確度は向上することができる。

表２は本発明に係る第４実施例と比較例をシミュレーションした結果表である。

表２は発光部３１０から照射された光の個数を２００万個に設定した状態で受光部３２０に流入した光の個数を測定した実験データである。

比較例は光導波路部が備えられていない距離測定センサ組立体であり、実施例は本発明の第４実施例に係る距離測定センサ組立体１３００である。

表２を見ると、距離測定センサ組立体１３００から対象物Ｔまでの距離が３０ｃｍである場合、第４実施例に係る距離測定センサ組立体１３００は比較例に比べて３００％に該当する個数の光が受光部３２０に伝達されたことが分かる。

そして、距離測定センサ組立体１３００から対象物Ｔまでの距離が４０ｃｍである場合、第４実施例に係る距離測定センサ組立体１３００は比較例に比べて２６６．７％に達する光が受光部３２０に伝達されたことが分かる。

このように、第４実施例に係る距離測定センサ組立体１３００は、比較例に比べて距離測定センサ組立体１３００から対象物Ｔまでの距離が遠く離れていても距離測定の正確度が高いことが分かる。

図１１は本発明の第５実施例に係る距離測定センサ組立体の概略的な例示図であり、図１２は本発明の第５実施例に係る第１レンズの斜視図、図１３は本発明の第５実施例に係る第１反射部を示す概略的な斜視図、図１４は本発明の第５実施例に係る受信部に流入する光を示すシミュレーションであって、図３〜図６に図示された図面番号と同じ図面番号によって指し示される構成は同じ機能を有するものであり、それらのそれぞれに対する詳細な説明は省略する。

図１１と図１２に示されたように、第５実施例に係る距離測定センサ組立体１４００は第１レンズ２００’をより具体化した例である。

このような第１レンズ２００’は光調節部材２１０と発散角調節部材２２０を含む。

ここで、光調節部材２１０は第１レンズ２００’の下部に備えられる。このような光調節部材２１０は、発光部３１０から一定の角度範囲に拡散する光を平行光に調整する。このような光調節部材２１０はコリメーター（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）であり得る。

そして、発散角調節部材２２０は光調節部材２１０の上部に備えられる。

このような発散角調節部材２２０は平行光で照射される光をあらかじめ定められた角度範囲に拡散させる。具体的には、発散角調節部材２２０の上面には山と谷が交互に形成されており、平行光で照射される光は発散角調節部材２２０を透過して拡散する。

言い換えれば、対象物Ｔに向かって照射される光は、発散角調節部材２２０により光のＹの長さ（ｙ）が制限された状態で光のＸの長さ（ｘ）にのみ拡散され得る。したがって、距離測定センサ組立体１４００は要求される発散角範囲で明るい光を照射する。したがって、距離測定センサ組立体１４００は対象物Ｔに対する距離を正確に測定することができる。

第５実施例に係る距離測定センサ組立体１４００には凹んだ円柱形態の第１反射部６２０”が備えられたものを例にして説明する。

図１３の（ａ）は第１反射部６２０”の曲面角が１２°である形態であり、図１３の（ｂ）は第１反射部６２０”の曲面角が６°である形態である。すなわち、対象物Ｔに向かって同じ光が照射される過程で、第１反射部６２０”の曲面角により対象物Ｔから反射して受信部４００に流入する光の流入角度は変わってくる。

図１４は第１反射部６２０”の曲面角による受信部４００に流入する光を示すシミュレーションである。図１４の（ａ）は第１反射部６２０”の曲面角が１２°である形態であり、図１４の（ｂ）は第１反射部６２０”の曲面角が６°である形態である。

図１４に示したように、第１反射部６２０”の曲面角が６°と緩やかに形成された場合は、第１反射部６２０”の曲面角が１２°に形成された場合に比べて対象物Ｔから反射して受信部４００に流入する光の流入角度が大きいことが分かる。このように、受信部４００に流入する光の流入角度は第１反射部６２０”の曲面角によって選択的に調整され得る。

これに伴い、距離測定センサ組立体１４００は第１反射部６２０”の曲面角の調整を通じて、広い角度範囲に存在する対象物Ｔの距離を測定するように構成された広角モジュールの形態または遠く離れている対象物Ｔの距離を測定するように構成された遠距離モジュールの形態で製造され得る。すなわち、距離測定センサ組立体１４００は使用目的に応じて広角モジュールの形態または遠距離モジュールの形態で製造され得る。

この時、距離測定センサ組立体１４００は第１反射部６２０”の他に、第２レンズ５００、第２反射部６３０および光導波路部６００の形状調整を通じて、測定しようとする領域に対する視野角（ＦＯＶ、Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）を調整してもよいことは言うまでもない。

図１５は本発明の第５実施例に係る距離測定センサ組立体が設置された対象物測定装置を示す例示図である。

図１５を参照すると、対象物測定装置８００は測定対象設置部８１０、ターゲット配置部８２０およびターゲット部８３０を含む。

このような測定対象設置部８１０には距離測定センサ組立体１４００が設置される。この時、距離測定センサ組立体１４００の発光部３１０は、対象物測定装置８００のセンター方向である基準線Ｌとアライメントされるように配置される。

そして、ターゲット配置部８２０は測定対象設置部８１０からあらかじめ定められた距離で離隔して配置される。一例として、ターゲット配置部８２０は測定対象設置部８１０から、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍなどの多様な距離で離隔して配置され得る。

また、ターゲット配置部８２０は基準線Ｌを基準として時計回り方向または反時計回り方向に一定の角度範囲をなすことができる。一例として、ターゲット配置部８２０は基準線Ｌを基準として、−３０°〜３０°の角度範囲をなすことができる。このようなターゲット配置部８２０の角度範囲は必ずしも−３０°〜３０°の角度範囲に限定されず、多様な角度範囲をなしてもよいことは言うまでもない。

一方、ターゲット部８３０はターゲット配置部８２０と脱着可能であるように構成される。このようなターゲット部８３０はターゲット配置部８２０の多様な位置に設置され得る。

これに伴い、距離測定センサ組立体１４００は、ターゲット配置部８２０の多様な位置に設置されるターゲット部８３０を対象物Ｔとして認識し、ターゲット部８３０の距離を測定する。したがって、使用者はターゲット部８３０の位置変更を通じて距離測定センサ組立体１４００の測定可能な位置および距離情報を把握することができる。

このような対象物測定装置８００に設置された距離測定センサ組立体１４００の距離測定方法を詳察すると、まずターゲット部８３０を測定しようとする位置に配置する。例えば、図１５でのターゲット部８３０の位置は測定対象設置部８１０から３０ｃｍ離れ、２０°の角度地点となる。

次いで、距離測定センサ組立体１４００の作動を通じてターゲット部８３０から反射して受光部３２０に受光される光量値を測定する。

次いで、受光部３２０で測定された光量値を通じてターゲット部８３０に対する距離測定が可能であるかどうかを判断する。

表３は本発明の第５実施例に係る距離測定センサ組立体で測定された光量値の結果表である。

表３は第１反射部６２０”の曲面角が６°になっている広角モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００と第１反射部６２０”の曲面角が１２°になっている遠距離モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００を対象に実験した結果である。

このような実験は、測定対象設置部８１０からターゲット配置部８２０までの距離を２０ｃｍと３０ｃｍとするものの、発散角の角度は−２０°〜２０°の角度範囲でなされる。

このような実験を通じて受光部３２０で測定される光量値が１ｍＷ／ｓｒ未満の場合、該当位置の対象物Ｔに対しては距離測定センサ組立体１４００が正確な距離を測定できないと判断する。

表３を見ると、広角モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００は、−２０°〜２０°の発散角の角度範囲で、いずれも１ｍＷ／ｓｒ以上の光量値が測定された。すなわち、広角モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００は距離測定センサ組立体１４００から２０ｃｍ〜３０ｃｍ離れ、−２０°〜２０°の発散角の角度範囲に存在する対象物Ｔに対して、正確に距離を測定することができることが分かる。

一方、遠距離モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００は距離測定センサ組立体１４００から２０ｃｍ離れ、−２０°と２０°の発散角に存在する対象物Ｔに対しては正確な距離を測定できないことが分かる。

また、遠距離モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００は距離測定センサ組立体１４００から３０ｃｍ離れ、発散角の角度範囲が−２０°〜−１５°、１５°〜２０°の発散角の角度範囲に存在する対象物Ｔに対しても正確な距離を測定できないことが分かる。

しかし、発散角の角度範囲が−５°〜５°であるセンター方向に対して遠距離モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００は、広角モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００よりも受光部３２０で測定される光量値がより高いことが分かる。したがって、遠距離モジュール形態の距離測定センサ組立体１４００は距離測定センサ組立体１４００から遠く離れている対象物Ｔの距離測定に効果的である。

このような本発明の多様な実施例に係る距離測定センサ組立体は、ロボット掃除機、冷蔵庫、ドローンなどの多様な電子機器に適用され得る。

このように、前述した本発明の距離測定センサ組立体は好ましい一実施例に過ぎず、本発明の権利範囲はこのような実施例の記載範囲によって制限されるものではない。

前述した本発明の説明は例示のためのものであって、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形可能であることが理解できるはずである。したがって、前述した実施例はすべての面で例示的なものであって、限定的なものではないと理解されるべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散して実施されてもよく、同様に分散されたもので説明されている構成要素も結合された形態で実施され得る。

本発明の範囲は後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態も本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (18)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの上部に備えられる第１レンズと、
   前記ハウジングの内部に備えられるものの、前記第１レンズとアライメントされながら対象物に向かって光を照射する発光部と、前記発光部と隣り合って配置される受光部とを有するセンサモジュールと、
   前記ハウジングの上部に備えられるものの、前記第１レンズと離隔し、前記対象物から反射する光が流入する受信部と、
   前記受信部の下部に備えられ、前記受信部から流入した光を屈折させる第２レンズと、
   前記第２レンズと結合され、前記第２レンズから伝達された光を前記受光部に案内する光導波路部とを含む、距離測定センサ組立体。
2. 前記第１レンズは、前記発光部から照射される光の発散角を調整する、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
3. 前記第１レンズは、
   前記発光部から照射された光を平行光に調整する光調節部材と、
   前記光調節部材の上部に備えられ、前記光調節部材から伝達される平行光を拡散させ光の発散角を調整する発散角調節部材とを含む、請求項２に記載の距離測定センサ組立体。
4. 前記発散角調節部材の上面は、山と谷が交互に形成された、請求項３に記載の距離測定センサ組立体。
5. 前記第１レンズ、第２レンズおよび光導波路部のうち少なくとも一つ以上は、特定の波長の光のみを透過または反射させるように構成された、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
6. 前記第２レンズは、前記受信部と一体に結合されるように構成された、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
7. 前記第２レンズの上面は、前記第１レンズ方向に行くほど上方に傾斜する、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
8. 前記第２レンズは、球面レンズまたは非球面レンズに形成された、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
9. 前記第２レンズは、円柱レンズで形成された、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
10. 前記光導波路部の内側面は、全反射（ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が可能であるように形成された、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
11. 前記第２レンズと光導波路部は、前記受信部に流入した光を前記受光部に集束（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）するように形成された、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
12. 前記光導波路部は、
    外形をなし、内部には光が移動する経路部が形成された胴体部と、
    前記胴体部の一側に備えられ、前記第２レンズから伝達された光を反射させる第１反射部と、
    前記胴体部の他側に備えられ、前記第１反射部と向かい合うように構成されて前記第１反射部から反射した光を前記受光部に伝達する第２反射部を含む、請求項１に記載の距離測定センサ組立体。
13. 前記第１反射部は、前記第２レンズの下部に備えられるものの、前記第２レンズから伝達された光を前記第２反射部に反射させるように構成された、請求項１２に記載の距離測定センサ組立体。
14. 前記第１反射部と第２反射部は凹んだ円柱形態に形成され、前記第１反射部と第２反射部から形成されるそれぞれの焦点線は前記受光部で互いに直交して焦点を形成する、請求項１２に記載の距離測定センサ組立体。
15. 前記第１反射部から前記第２反射部までの距離と前記第２反射部から前記受光部までの距離は、下記の式（１）および式（２）の関係にある、請求項１４に記載の距離測定センサ組立体。
    ０．８×ｆ１≦ｄ１＋ｄ２≦１．２×ｆ１ …式（１）
    ０．８×ｆ２≦ｄ２≦１．２×ｆ２ …式（２）
    ここで、第１反射部の焦点距離はｆ１、第２反射部の焦点距離はｆ２、第１反射部から第２反射部までの距離はｄ１、第２反射部から受光部までの距離はｄ２である。
16. 前記第１反射部と第２反射部は、球面または非球面の形状に形成された、請求項１２に記載の距離測定センサ組立体。
17. 前記胴体部は、前記第１反射部から前記第２反射部に行くほど幅が狭くなる、請求項１２に記載の距離測定センサ組立体。
18. 請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された距離測定センサ組立体が備えられた、電子機器。