JP5462153B2 - 距離測定装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、距離測定装置に関する。

距離測定装置は、多様な産業分野に適用されることができる。

例えば、ロボットが与えられた作業を効果的に行うためには、高性能の空間認識技術が求められ、高性能の空間認識技術は、レーザ光パルスを利用した距離測定により達成できる。

また、距離測定装置は、掃除ロボットとして代表される家事用サービスロボットに適用されることができ、家事用サービスロボットは、空間認識技術により高性能の自律走行具現が可能である。

また、距離測定装置は、自動車に適用することによって車線認識、突然の車両及び人の登場に対する急停車機能などを具現でき、自動車の自律走行が可能なようにすることができる。

また、距離測定装置は、保安装置に適用することによって、測定される距離の変化に応じる物体の動きを感知して、侵入者の存在有無を判断することができる。

本発明は、距離測定装置を提供する。

本発明は、３次元測定空間に位置する物体に対する距離を測定して、３次元空間認識を行うことのできる距離測定装置を提供する。

本発明は、３次元測定空間に対する距離測定データを効果的に処理できる距離測定装置及び方法を提供する。

本発明は、反射ミラーを、第１軸を中心とした第１方向及び前記第１軸と垂直な第２軸を中心とした第２方向に回転させるアクチュエータを含む距離測定装置を提供する。

本発明は、小型化に有利な距離測定装置を提供する。

本発明は、３次元測定空間に位置する物体に対して解像度を可変して距離を測定することのできる距離測定装置及び方法を提供する。

本発明は、３次元測定空間に位置する物体を識別し、前記物体の動きと移動速度を抽出することのできる距離測定装置及び方法を提供する。

本発明による距離測定装置は、光パルスを放出する発光部と、入射された反射光を感知する受光部と、前記発光部から放出された前記光パルスを測定空間に反射させ、前記測定空間の物体から反射された前記反射光を前記受光部に入射されるように反射させる反射ミラーと、前記反射ミラーが移動するようにするアクチュエータと、前記受光部から感知した信号から距離情報を獲得し、前記アクチュエータから位置情報を獲得するコントローラとが備えられる。

本発明による距離測定方法は、測定空間に光パルスを放出し、物体から反射されて入射される反射光を感知して、前記物体の位置情報及び距離情報を獲得するステップと、前記光パルスが放出される方向を可変して、前記物体の位置情報及び距離情報を獲得するステップとが含まれる。

本発明による距離測定方法は、測定空間に光パルスを放出し、物体から反射されて入射される反射光を感知して、前記物体の位置情報及び距離情報を獲得するステップと、前記位置情報を新しい位置情報にマップするステップと、前記新しい位置情報と前記距離情報とを利用して、前記物体の距離を測定するステップとが含まれる。

本発明は、３次元空間に存在する物体に対する距離を測定し、空間認識が可能な距離測定装置を提供することができる。

本発明は、３次元空間に存在する物体に対する位置情報及び距離情報を効果的に処理しうる距離測定装置及び方法を提供することができる。

本発明は、反射ミラーを、第１軸を中心とした第１方向及び前記第１軸と垂直な第２軸を中心とした第２方向に回転させるアクチュエータを備える距離測定装置を提供する。

本発明は、小型化に有利な距離測定装置を提供することができる。

本発明は、３次元測定空間に位置する物体に対して解像度を可変して距離を測定することのできる距離測定装置及び方法を提供することができる。

本発明は、３次元測定空間に位置する物体を識別し、前記物体の動きと移動速度とを抽出することのできる距離測定装置及び方法を提供することができる。

実施の形態による距離測定装置を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置において上下駆動部材の実施の形態を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置において上下駆動部材の実施の形態を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置においてミラーが第１方向へ１８０度回転する前と後の状態を示す図である。 実施の形態による距離測定装置においてミラーが第１方向へ１８０度回転する前と後の状態を示す図である。 実施の形態による距離測定装置においてミラーが第２方向へ回転された状態を示す図である。 実施の形態による距離測定装置においてミラーが第２方向へ回転された状態を示す図である。 実施の形態による距離測定装置においてミラーが第２方向へ回転された状態を示す図である。 実施の形態による距離測定装置のコントローラを説明する図である。 実施の形態による距離測定方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置においてアクチュエータの駆動方法を異なるように変化させた距離測定方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置においてアクチュエータの駆動方法を異なるように変化させた距離測定方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置において測定空間が前記第１方向に０度〜１８０度の範囲である場合に、測定空間に光パルスが放出されることを示す図である。 実施の形態による距離測定装置においてアクチュエータの駆動方法を再度異なるように変化させた距離測定方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置においてアクチュエータの駆動方法を再度異なるように変化させた距離測定方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置において測定された位置情報を変換する方法を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置において光パルスの周波数を増加させることによって、解像度を増加させたことを説明する図である。 実施の形態による距離測定装置においてミラーが第１方向へ回転される速度を減少させることによって、水平方向の解像度及び垂直方向の解像度を変化させることを説明する図である。 実施の形態による距離測定装置においてミラーが第１方向へ回転される速度を増加させることによって、水平方向の解像度及び垂直方向の解像度を変化させることを説明する図である。 実施の形態による距離測定装置の作動を説明する図である。 実施の形態による距離測定装置において精密測定モードで動作される場合、光パルスのスキャン過程と複数フレームの光パルスが組み合せられたことを説明する図である。 精密測定モードを介して測定空間に位置した客体を抽出したことを説明する図である。 実施の形態による距離測定装置において動き測定モードで動作される場合、光パルスのスキャン過程と複数フレームの光パルスが組み合せられたことを説明する図である。

以下、添付された図面を参照して、実施の形態による距離測定装置について詳細に説明する。

図１は、実施の形態による距離測定装置を説明する図である。

図１に示すように、距離測定装置は、コントローラ１０、受光部２０、発光部３０、アクチュエータ４０及び反射ミラー５０が備えられる。

前記コントローラ１０は、前記アクチュエータ４０を駆動し、前記アクチュエータ４０から光パルスが放出された方向の情報、すなわち光パルスの位置情報を獲得する。

また、前記コントローラ１０は、前記発光部３０から前記光パルスが放出されるようにし、前記受光部２０及びアクチュエータ４０を介して獲得した距離情報及び位置情報を再度外部機器に送信するか、又は加工して外部機器に送信することもできる。

前記発光部３０は、パルスレーザダイオード（ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）のような発光素子が含まれ、前記コントローラ１０の制御によって光パルスを放出する。

前記受光部２０は、フォトダイオードのような光検出用受光素子が含まれ、増幅回路が内蔵されて微細な光源も検出が可能なアバランチフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）が使用されることもできる。

前記反射ミラー５０は、前記発光部３０から放出された光パルスを測定空間に反射させ、測定空間の物体から反射されて戻ってくる反射光が前記受光部２０に入射されるようにする。

前記アクチュエータ４０は、前記コントローラ１０の制御によって前記反射ミラー５０の角度を変化させる。前記アクチュエータ４０は、前記反射ミラー５０が第１軸を中心に第１方向に回転されるようにし、前記反射ミラー５０が前記第１軸と垂直な第２軸を中心に第２方向に回転されるようにする。

例えば、前記アクチュエータ４０は、前記反射ミラー５０が前記第１軸を中心に第１方向に３６０度回転されるように駆動し、前記第２軸を中心に第２方向に±１０度の範囲で回転されるように駆動することもできる。

また、前記アクチュエータ４０は、前記反射ミラー５０が前記第１軸を中心に１８０度回転されるように駆動するか、又は前記第２軸を中心に±９０度の範囲で回転されるように駆動することが可能である。

また、前記アクチュエータ４０は、動作モードに応じて前記反射ミラー５０が前記第１軸及び第２軸を中心に回転する角度の範囲及び回転速度、光パルスの周波数を変化させて駆動することが可能である。

実施の形態による距離測定装置は、前記発光部３０から放出された光パルスが測定空間の物体から反射されて前記受光部２０に入射された場合、前記光パルスの飛行時間及び速度を考慮して、距離測定装置から測定空間の物体までの距離を測定する。

実施の形態による距離測定装置は、前記アクチュエータ４０の駆動によって前記反射ミラー５０が第１軸及び第２軸を中心に回転される間に距離測定が行われるので、３次元空間に位置した物体に対する距離測定が可能である。すなわち、実施の形態による距離測定装置は、３次元空間認識技術を具現することができる。

一方、実施の形態による距離測定装置は、測定空間に対して解像度を可変して測定空間に位置した物体に対する距離測定が可能である。前記コントローラ１０は、解像度を増加させるために、前記発光部３０から放出される光パルスの周波数を増加させることができる。

また、実施の形態による距離測定装置は、前記アクチュエータ４０の駆動を制御して前記光パルスの周波数を変化させずとも、前記反射ミラー５０が前記第１軸又は第２軸を中心に回転する角度の範囲又は回転速度を変化させることによって、水平方向の解像度又は垂直方向の解像度を変化させることができる。

また、実施の形態による距離測定装置は、前記コントローラ１０又は前記コントローラ１０と接続した外部機器の制御によって、第１動作モードと第２動作モードで作動されうる。

前記第１動作モードは、遠距離に位置した物体の距離を測定する場合に適した遠距離測定モードであり、前記第２動作モードは、近距離に位置した物体の距離を測定する場合に適した近距離測定モードである。

前記距離測定装置が遠距離測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第１軸を中心に前記第１方向に回転する速度を減少させるか、又は前記反射ミラー５０が前記第２軸を中心に前記第２方向に回転する速度又は範囲を減少させる。また、前記光パルスの周波数を減少させることもできる。

これに対し、前記距離測定装置が近距離測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第１軸を中心に第１方向に回転する速度を増加させるか、又は前記反射ミラー５０が前記第２軸を中心に第２方向に回転する速度又は範囲を増加させる。また、前記光パルスの周波数を増加させることができる。

また、実施の形態による距離測定装置は、前記コントローラ１０又は前記コントローラ１０と接続した外部機器の制御によって、第３動作モードと第４動作モードで作動されうる。

前記第３動作モードは、測定空間に位置した物体を精密に測定する場合に適した精密測定モードであり、前記第４動作モードは、測定空間に位置した物体の相対的動きを測定する場合に適した動き測定モードである。

前記距離測定装置が精密測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第１軸及び第２軸を中心に前記第１方向及び第２方向に回転する周期を非同期化させて、測定空間に対して稠密に光パルスが放出されるようにする。

これに対し、前記距離測定装置が動き測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第１軸及び第２軸を中心に前記第１方向及び第２方向に回転する周期を同期化させて、測定空間に対して同じ位置に光パルスが放出されるようにする。

すなわち、前記精密測定モードは、測定空間に対して可能なすべての空間に光パルスを放出して、前記測定空間全体に対する距離情報を獲得できるようにし、前記動き測定モードは、測定空間に対して一定の空間のみに光パルスを放出して、前記一定の空間に対する距離情報の変化を獲得する。

前記精密測定モードと動き測定モードを介して獲得した位置情報及び距離情報は、フレーム別に組み合せ又は比較されて、物体の精密な測定又は動きを抽出することができる。

図２〜図５は、実施の形態による距離測定装置を説明する図である。

図２〜図５では、図１にて説明した前記コントローラ１０に対しては図示を省略したが、前記コントローラ１０は、前記アクチュエータ４０、受光部２０及び発光部３０と電気的に接続した回路基板に装着されたチップ形態で具現されることができる。

実施の形態による距離測定装置は、便宜上、回転体３００、固定体３１０及び上下移動体３２０に区分されて説明されることができる。

図２及び図３に示すように、前記回転体３００は、ミラー３０３、ミラーマウント３４０、回転部材３５０が備えられる。

前記ミラー３０３は、図１にて説明した反射ミラー５０の具体的な実施の形態として円形の形態に形成される。

前記ミラー３０３は、発光素子３１２から放出された光パルスを測定空間に反射させ、測定空間の物体から反射されて戻ってくる反射光を反射させて、受光素子３１４に送る機能を行う。

前記ミラーマウント３４０は、前記ミラー３０３を支持し、前記ミラー３０３が仮像の水平方向の軸を中心に第２方向７０に回転されるようにする。

前記ミラーマウント３４０は、ミラーマウントプレート３０４と、接続軸３０５、ヒンジ３０６、回転ガイド軸３０７が備えられる。

前記ミラーマウントプレート３０４は、前記ミラー３０３を支持する板で具現され、前記接続軸３０５は、前記ミラーマウントプレート３０４と結合され、前記ヒンジ３０６を介して前記回転ガイド軸３０７と接続される。

前記回転ガイド軸３０７は、前記上下移動体３２０の内面に円形溝で形成されたガイドレール３２２に引入されて、前記ガイドレール３２２に沿って回転移動する。

前記回転部材３５０は、モータと接続してモータから回転力が印加されるリング状の回転リング３０１と、前記回転リング３０１に固定されて前記ミラーマウントプレート３０４が上下方向に回転可能なように、前記ミラーマウントプレート３０４の両側を支持する固定軸３０２とが備えられる。

前記回転部材３５０は、前記ミラー３０３を支持する前記ミラーマウントプレート３０４が仮像の垂直方向の軸を中心に３６０度回転されるようにする。

したがって、前記ミラー３０３は、前記回転部材３５０の回転によって第１方向６０に回転される。このとき、前記ミラーマウントプレート３０４と接続した回転ガイド軸３０７は、前記ガイドレール３２２に沿って移動するので、前記ミラー３０３は、前記第１方向６０に自由に回転できる。

また、前記上下移動体３２０が第３方向８０、すなわち上下方向にスライド移動するに伴い、前記ヒンジ３０６を中心に前記接続軸３０５と回転ガイド軸３０７の角度が変化して、前記ミラーマウントプレート３０４は、前記固定軸３０２により形成される仮像の水平方向の軸を中心に前記第２方向７０に回転する。

したがって、前記ミラー３０３の傾きが変化して、前記発光素子３１２から放出される光パルスは、進行経路が変化する。

図２と図４とに示すように、前記固定体３１０は、ベース３１１が備えられ、前記ベース３１１には、図１にて説明した受光部２０及び発光部３０が配置される。

前記ベース３１１には、前記受光部２０の具体的な実施の形態として入射される反射光をセンシングする受光素子３１４と、前記反射光を前記受光素子３１４に集光させる集光レンズ３１５とが形成される。

また、前記ベース３１１には、前記発光部３０の具体的な実施の形態としてレーザ形態の光パルスを放出する相気発光素子３１２と、前記発光素子３１２から放出された光を平行光に変更させるコリメータレンズ３１３が形成される。

前記発光素子３１２から出てきた光パルスは、前記コリメータレンズ３１３を経て平行光に変換されて、前記ミラー３０３により測定空間に放出される。このとき、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転された程度及び前記第２方向７０に回転された程度によって、前記発光素子３１２から放出された光パルスの進行方向が変化する。

図２と図５とに示すように、前記上下移動体３２０は、円筒形のドラム３２１と、前記ドラム３２１の内部面に円形の溝で形成された前記ガイドレール３２２と、前記ドラム３２１を第３方向８０にスライディングされるようにする上下駆動部材（図示せず）とが備えられる。

前記ガイドレール３２２には、前記ミラーマウントプレート３０４を接続させる回転ガイド軸３０７が引入される。

前記ドラム３２１は、上下駆動部材の動作制御によって上下方向に移動するが、上下駆動部材は、２種類の方式で具現できる。

図６と図７とは、上下駆動部材の実施の形態を説明する図である。

図６に示すように、前記上下駆動部材は、線形アクチュエータ５０１を利用して具現されることができる。

前記線形アクチュエータ５０１は、前記上下移動体３２０の下部に備えられて、前記ドラム３２１を上下に動くようにするものである。

前記線形アクチュエータ５０１は、電磁場や真空の力を利用して前記ドラム３２１を上に押すか下へ引くことによって、前記ドラム３２１を上下に動けるようにする。

図７に示すように、前記上下駆動部材は、モータ回転軸６０１を利用して具現されることができる。

前記モータ回転軸６０１を前記上下移動体３２０の回りに配置し、前記モータ回転軸６０１の内部面にねじ線状のレールを形成して、前記レールの回転によってレールに挟まれている上下移動体６０１のドラム３２１が上下に移動するように具現できる。

上記のように、実施の形態による距離測定装置は、前記ミラー３０３が第１方向６０及び第２方向７０に自由に回転されるようにすることによって、３次元空間に位置した物体の距離を測定することができる。

図８と図９とは、実施の形態による距離測定装置においてミラー３０３が第１方向６０に１８０度回転する前と後の状態が示された図である。

図８と図９とに示すように、発光素子から放出された光パルス７０１は、前記ミラー３０３を経て右側方向に放出され、右側方向から入射された反射光７０２は、ミラー３０３を経て受光素子に入る。

これに対し、前記ミラー３０３が第１方向６０に１８０度回転した場合には、発光素子から放出された光パルス８０１は、前記ミラー３０３を経て左側方向に放出され、左側方向から入射された反射光８０２は、前記ミラー３０３を経て受光素子に入っていく。

実施の形態では、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に３６０度回転可能なものが示されているが、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転される範囲及び回転速度は、距離測定装置が適用される製品によって異なるように設計されることができる。

また、距離測定装置が同じ製品に適用される場合にも、距離測定装置の動作モードによって、回転範囲、回転速度は変わりうる。

図１０〜図１２は、実施の形態による距離測定装置においてミラー３０３が第２方向７０に回転された状態を示す図である。

前記上下移動体３２０の上下移動によって、前記ミラー３０３は、水平面に対して３５度乃至５５度の傾きを有する。

図１０に示すように、前記上下移動体３２０が下側方向に移動された場合、前記ミラー３０３は、水平面に対して５５度の傾きを有し、図１２に示すように、前記上下移動体３２０が上側方向に移動された場合、前記ミラー３０３は、水平面に対して３５度の傾きを有する。

実施の形態では、前記ミラー３０３が±１０度の範囲で第２方向７０へ回転されることを説明したが、前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転される範囲は、距離測定装置が適用された製品の設計によって変化されうる。

すなわち、実施の形態では、前記ミラー３０３が前記第２方向７０に±１０度の範囲で回転可能なのが開示されたが、前記ミラー３０３の前記第２方向７０への回転範囲及び回転速度は、距離測定装置が適用される製品によって異なるように設計されうる。

また、距離測定装置が同じ製品に適用される場合にも、距離測定装置の動作モードによって、回転範囲及び回転速度は変わりうる。

例えば、前記距離測定装置は、前記第２方向７０に４５度の傾きを基準に±４５度の範囲で回転できる。

また、前記距離測定装置が遠距離測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第２方向７０に回転する速度を減少させるか、又は回転される範囲を±５度で駆動できる。

また、前記距離測定装置が近距離測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第２方向７０に回転する速度を増加させるか、又は回転される範囲を±１５度で駆動できる。

また、前記距離測定装置が精密測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第１方向６０及び第２方向７０に回転される周期を非同期化でき、前記距離測定装置が動き測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記反射ミラー５０が前記第１方向６０及び第２方向７０に回転される周期を同期化できる。

実施の形態による距離測定装置は、３次元空間に位置する物体の距離を測定するために、前記ミラー３０３が第１方向６０及び第２方向７０に回転されるようにする。

実施の形態による距離測定装置は、前記発光素子３１２から放出された光パルスを３次元空間に放出するために駆動される部品の数を最小化させて、前記アクチュエータ４０の駆動を単純化することができ、かつアクチュエータ４０の大きさを小型化することができる。

すなわち、実施の形態による距離測定装置は、前記発光素子３１２及び受光素子３１４に対して前記ミラー３０３が相対運動（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｔｉｏｎ）するようにすることによって、アクチュエータ４０の大きさを小型化することができる。

具体的に説明すると、前記発光素子３１２から放出された光パルスを前記第１方向６０に沿って放出するために駆動される部品は、ミラー３０３、ミラーマウント３４０、回転部材３５０であり、前記発光素子３１２から放出された光パルスを前記第２方向７０に沿って放出するために駆動される部品は、ミラー３０３、ミラーマウント３４０、上下移動体３２０である。

したがって、実施の形態は、動作が単純で大きさの小さな距離測定装置を提供することができる。

特に、実施の形態による距離測定装置は、水平方向の解像度又は垂直方向の解像度を変化させるために、前記ミラー３０３が前記第１方向６０又は前記第２方向に回転される速度を変化させることができる。

このために前記コントローラ１０は、前記回転部材３５０が前記第１方向６０に回転される速度を制御するか、又は前記上下移動体３２０が上下方向に移動される速度又は範囲を制御する。このとき、前記コントローラ１０は、負荷が最も少なくかかる部品の動作を制御することができる。

図１３は、実施の形態による距離測定装置のコントローラを説明する図である。

前記コントローラ１０は、制御部１１、アクチュエータ駆動部１２、光信号制御部１３、メモリ１４、インタフェース１５が備えられる。

前記アクチュエータ駆動部１２は、前記制御部１１の制御によって前記ミラー３０３を前記第１方向６０及び第２方向７０に回転させるための駆動信号を印加する。そして、前記アクチュエータ駆動部１２は、前記ミラー３０３の回転された状態情報を獲得して、前記制御部１１に送信する。

前記ミラー３０３が回転された状態情報は、前記光パルスが放出された方向の位置情報として用いられる。

例えば、前記ミラー３０３の回転された状態情報は、前記回転リング３０１及びドラム３２１にインデックスマークを付着し、これを感知するセンサを設置することによって、前記回転リング３０１及びドラム３２１が前記第１方向６０及び第３方向８０へ移動された状態を判断することによって獲得できる。

前記光信号制御部１３は、前記制御部１１の制御によって前記発光部３０から光パルスが放出されるようにし、前記受光部２０から出力する信号をデジタル信号に変換して前記制御部１１に送信する。

前記メモリ１４には、前記受光部２０を介して獲得した距離情報及び位置情報が格納される。

前記メモリ１４には、測定空間に対する距離情報及び位置情報がフレーム別に格納されることができ、複数フレームの距離情報及び位置情報の組み合せや差に対する情報が格納されることができる。

前記インタフェース１５は、外部機器と接続されて距離測定装置から獲得した位置情報及び距離情報が外部機器に送信されるようにし、外部機器から制御命令が入力された場合、前記制御部１１に送信する。

図１４〜図１６は、実施の形態による距離測定方法を説明する図である。

図１４には、前記上下移動体３２０の上下移動軌跡別距離測定区間が示された。

前記上下移動体３２０は、測定区間（ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｒａｎｇｅ）においては移動せずに、アイドル区間（ｉｄｌｅ ｒａｎｇｅ）において下側方向に移動される。

前記上下移動体３２０が上下方向に移動される距離によって、前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転するが、実施の形態において前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転する角度の範囲は、±１０度で例示された。

前記測定区間では、前記ミラー３０３が第１方向６０に回転されるが、実施の形態において前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する角度は、３６０度で例示された。

図１５は、実施の形態による距離測定方法を説明する図である。

測定空間に存在する物体に対して距離を測定するためには、物体の１支点に対する距離情報を獲得する段階を経る（Ｓ１１０２）。

まず、前記ある支点に対する距離情報を獲得することについて説明すれば、まず発光素子３１２から光パルスが放出され、コリメータレンズ３１３が前記光パルスを平行光に変える。物体に到達した光パルスは、物体の表面から反射されて、その光の一部が距離測定装置の位置する方向に戻ってくる。

反射光は、ミラー３０３により反射された後、集光レンズ３１５を経て受光素子３１４に集束される。前記受光素子３１４で集束された信号をセンシングして光信号制御部１３に伝達する。前記のような方式によって、測定空間の１点に対する距離情報が得られる。

上記のように、測定空間の１点に対する距離情報を獲得した後には、回転体３００を回転させて前記ミラー３０３を３６０度回転させることによって、横方向のある１ラインに対する距離を獲得する（Ｓ１１０４）。

前記１ライン（ｌｉｎｅ）に対した距離測定が完了した後には、前記上下移動体３２０を利用して前記ミラー３０３の傾きをステップ別に変更する（Ｓ１１０６）。

前記ミラー３０３が最大又は最小の傾きに到達（Ｓ１１０８）するまで、前記上下移動体３２０の位置を変えつつ前記回転体３００を回転させて、ステップＳ１１０４及びステップＳ１１０６を行う。

結果的に３次元立体空間に対する距離情報を獲得することができる（Ｓ１１１０）。

図１６は、実施の形態による距離測定装置において３次元空間に対するスキャン方法が示されている。

図１６に示された四角形は、測定空間２００を意味する。

前記測定空間２００の横軸は、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する範囲であって、３６０度で例示されている。したがって、測定空間２００の左側の縦軸と右側の縦軸とは、前記距離測定装置では同じ方向である。

仮に、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する範囲が１８０度と設定されると、前記測定空間２００の左側の縦軸と右側の縦軸とは、距離測定装置を中心に円周上の反対方向になる。

前記測定空間２００の縦軸は、前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転する範囲であって、前記ミラー３０３が４５度の傾きを有した状態で前記第２方向７０へ回転する範囲である±１０度が例示されている。

図１６に示された円は、光パルス２１０を意味する。前記光パルス２１０の速度は極めて速いために、光パルス２１０が放出された方向と物体から反射された反射光が入射される方向とは、実質的に同一である。

前記光パルス２１０は、前記測定空間２００の下側左側から放出されて矢印方向に沿って順次下側の右側に放出されて、１ラインに対するスキャンが行われる。そして、段階的に上側方向に移動しつつそれぞれ１ラインに対するスキャンが行われる。参考に、図１６には、全体測定空間２００に対したスキャン順序が番号で表示された。

したがって、全体測定空間２００に存在する物体に対する距離測定が行われる。

一方、前記光パルス２１０は、距離情報を生成する。それぞれの光パルス２１０が放出された後、反射光が入射された時間を測定して前記光パルス２１０が放出された方向に存在する物体の距離を測定することができる。

図１７と図１８とは、実施の形態による距離測定装置においてアクチュエータの駆動方法を異なるように変化させた距離測定方法を説明する図である。

他の実施の形態による距離測定方法は、前記ミラー３０３を第１方向６０に回転させると同時に、前記第２方向７０に回転させる。

すなわち、前記上下移動体３２０は、測定空間２００に対したスキャンが完了するまで下側方向に線形的に移動される。

図１４と図１７とを比較すると、図１７に例示された距離測定方法は、図１４に例示された距離測定方法に比べて、距離測定が行われないアイドル区間（ｉｄｌｅ ｒａｎｇｅ）が短くて、さらに迅速に測定空間２００に対したスキャンを完了することができる。

図１９は、実施の形態による距離測定装置において測定空間２００が前記第１方向６０に０度〜１８０度の範囲である場合に、測定空間２００に光パルス２１０が放出されることを示す図である。

前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する範囲が０度〜１８０度に設定されるため、前記測定空間２００の左側の縦軸と右側の縦軸とは、距離測定装置を中心に円周上の反対方向になる。

前記ミラー３０３は、前記第１方向６０に回転され、第２方向７０に回転される。

図２０と図２１とは、実施の形態による距離測定装置においてアクチュエータの駆動方法を再度異なるように変化させた距離測定方法を説明する図である。

さらに一つの実施の形態による距離測定方法は、前記ミラー３０３を前記第１方向６０に回転させると同時に、前記第２方向７０に回転させる。

すなわち、前記上下移動体３２０は、上側及び下側方向に線形的に移動される。

図１４と図２０とを比較すると、図２０に例示された距離測定方法は、図１４に例示された距離測定方法とは異なり、距離測定が行われないアイドル区間が存在しないから、より迅速に測定空間２００に対したスキャンを行うことができる。

図２２は、実施の形態による距離測定装置において測定された位置情報を変換する方法を説明する図である。

図１６に示す距離測定方法は、全体測定空間２００に対して均一な位置の距離情報を獲得することができ、水平方向及び垂直方向に一定の間隔に整列された位置の距離情報を獲得することができる。したがって、前記インタフェース１５と接続した外部機器から位置情報及び距離情報を容易に利用できるという長所を有する。

これに対し、図１８、図１９及び図２１に示された距離測定方法は、測定空間２００に対した均一な位置の距離情報を獲得することができないか、又は水平及び垂直方向に整列された位置の距離情報を獲得することができない。

したがって、測定空間２００に放出される光パルス２１０の位置が全体測定空間２００に対して均一でないか、又は水平及び垂直方向に整列されない場合、獲得された位置情報を変換する必要がある。

図２２に示すように、全体測定空間２００を均一な大きさの複数の小領域２２０に区分する。

前記複数の小領域２２０は、水平及び垂直方向に整列され、前記それぞれの小領域２２０の中心を仮像の基準点２３０と設定する。

仮に、前記複数の小領域２２０のうち、何れか一つに前記光パルス２１０が位置される場合、前記光パルス２１０の位置情報は、前記光パルス２１０が位置した小領域２２０の基準点２３０位置情報に代替される。したがって、光パルス２１０の距離情報は、基準点２３０での距離情報に代替される。

前記光パルス２１０の位置情報は、最も隣接した基準点２３０の位置情報に代替されうる。

このように、光パルス２１０の位置情報は、処理し易い新しい位置情報にマップ（ｍａｐｐｉｎｇ）される。

仮に、前記複数の小領域２２０のうち、何れか一つに前記光パルス２１０が存在しない場合、前記光パルス２１０が存在しない小領域２２０に含まれた基準点２３０の距離情報は存在しないか、又は測定不可能な距離を有したものと処理される。

仮に、前記複数の小領域２２０のうち、何れか一つに前記光パルス２１０が複数存在する場合、最後に感知された光パルス２１０の距離情報が基準点２３０の距離情報に代替されるか、近い距離の距離情報が前記基準点２３０の距離情報に代替される。

前記基準点２３０は、全体測定空間２００に均一な間隔で離隔されて、水平及び垂直方向に整列されるために、前記基準点２３０の距離情報に代替された光パルス２１０の距離情報は、外部機器で容易に使用されることができる。

一方、前記小領域２２０の大きさは、自由に設計されることができる。

前記小領域２２０が極めて大きく設計されると、正確な方向の距離情報を得ることができず、前記小領域２２０が極めて小さく設計されると、距離情報のない領域が増加され、データ処理に多くの時間がかかりうる。

したがって、前記小領域２２０は、前記全体測定空間２００の光パルス２１０の数と類似の個数になるように大きさが設計されることができる。

前記のような位置情報の変換は、前記コントローラ１０の制御部１１で処理されることができ、前記コントローラ１０で処理されずに前記コントローラ１０と接続した外部機器で処理されることができる。

一方、上述したような距離測定装置は、選択によって測定空間２００の物体に対して解像度を可変して距離測定を行うことができる。

例えば、前記光パルス２１０のパルス周波数を増加させることによって、測定空間２００の物体に対してより正確な距離測定を行うことが可能である。

前記解像度の変更は、前記インタフェース１５と接続した外部機器の制御によって行われるか、前記制御部１１の制御によって行われることができる。

前記制御部１１は、前記光信号制御部１３を制御して光パルス２１０の周波数を可変する。

図２３は、実施の形態による距離測定装置において光パルスの周波数を増加させることによって解像度を増加させたことを説明する図である。

図２３を図１８と比較すると、同じ測定空間２００に２倍の光パルス２１０が放出されることによって、測定空間２００に位置する物体に対してより精密な距離測定が行われることを確認することができる。

また、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転される速度を減少させることによって、光パルス２１０の周波数を変化させずにも水平方向の解像度を増加させ、かつ垂直方向の解像度を減少させることができる。

図２４は、実施の形態による距離測定装置においてミラーが第１方向へ回転される速度を減少させることによって、水平方向の解像度及び垂直方向の解像度を変化させることを説明する図である。

図２４と図１８とを比較すると、光パルス２１０の周波数は変化しないが、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する速度が半分に減少されることによって、水平方向の解像度は増加する反面、垂直方向の解像度は減少することが分かる。

また、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転される速度を増加させることによって、光パルス２１０の周波数を変化させずにも、水平方向の解像度を減少させ、垂直方向の解像度を増加させることができる。

図２５は、実施の形態による距離測定装置においてミラーが第１方向へ回転される速度を増加させることによって、水平方向の解像度及び垂直方向の解像度を変化させることを説明する図である。

図２５と図１８とを比較すると、光パルス２１０のパルス周波数は変化しなかったが、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する速度が二倍に増加されることによって、水平方向の解像度は減少する反面、垂直方向の解像度は増加したことが分かる。

このように、実施の形態による距離測定装置は、前記光パルス２１０の周波数を変化させることによって解像度を変化させることができ、前記ミラー３０３の回転速度を変化させることによって、水平方向又は垂直方向の解像度を変化させることができる。

一方、図２４と図２５とでは、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転される速度を変化させたことが例示されたが、前記第２方向７０に回転される速度を変化させて解像度を変化させることも可能である。

実施の形態による距離測定装置は、遠距離測定モードと近距離測定モードとで動作されうる。

遠距離測定モードは、測定空間２００において選択された距離以上の物体に対する距離を測定する必要がある場合に有用に使用され、近距離測定モードは、測定空間２００において選択された距離未満の物体に対する距離を測定する必要がある場合に有用に使用されることができる。

ここで、遠距離であるか、又は近距離であるかは、前記距離測定装置が適用される製品によって異なるように選択されることができ、例えば、自動車の自律走行に使用される距離測定装置では１０ｍ以上を遠距離、１０ｍ未満を近距離と区分できる。

前記距離測定装置が遠距離測定モードで動作される場合、前記コントローラ１０は、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する速度を減少させるか、又は前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転する速度又は範囲を減少させる。又は前記光パルス２１０のパルス周波数を減少させることができる。

例えば、前記コントローラ１０は、遠距離測定モードで前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転される範囲を４５度の傾きを有した状態で±５度になるように制御できる。

遠距離測定モードは、遠く位置された物体の距離を測定するためのものであるから、前記測定空間２００の垂直方向に対して広い範囲の距離測定が必ず要求められるものではなく、垂直方向に対する精密な解像度が求められない。

前記距離測定装置が近距離測定モードで動作される場合、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に回転する速度を増加させるか、又は前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転する速度又は範囲を増加させる。又は、前記光パルス２１０のパルス周波数を増加させることができる。

例えば、前記コントローラ１０は、近距離測定モードで前記ミラー３０３が前記第２方向７０に回転される範囲を４５度の傾きを有した状態で±１５度になるように制御できる。

近距離測定モードは、近く位置した物体の距離を測定しようとするものであるから、前記測定空間２００の垂直方向に対して広い範囲の距離測定が求められ、垂直方向に対する精密な解像度が求められる。

実施の形態による距離測定装置は、測定モードによって光パルス２１０のパルス周波数を可変するか、又は前記ミラー３０３が前記第１方向６０又は第２方向７０に回転される速度又は範囲を可変して、測定空間２００に対した距離測定を行う。

図２６は、実施の形態による距離測定装置の作動を説明する図である。

実施の形態による距離測定装置は、精密測定モードと動き測定モードとで作動されうる（Ｓ１２００）。

まず、精密測定モードを説明すると、精密測定モードは、測定空間２００に位置する物体の形態、配置、距離などの情報を介して物体を精密に抽出できる機能を具現することができる。

精密測定モードでは、前記ミラー３０３が第１方向６０と第２方向７０とに回転することを非同期化させる（Ｓ１２０１）。

すなわち、前記光パルス２１０が放出される位置が毎フレームごとに変更されるようにする。

例えば、実施の形態による距離測定装置は、１秒間１フレームの位置情報及び距離情報を獲得する場合、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に３Ｈｚの周波数で３６０度回転するようにし、前記ミラー３０３が前記第２方向７０に３．１Ｈｚの周波数で＋１５度回転された後、−１５度回転するようにすることができる。

この場合、毎フレームの開始点において前記ミラー３０３の前記第１方向６０は同一であるか、又は前記ミラー３０３の前記第２方向７０は変わるようになる。

したがって、前記光パルス２１０が放出される位置情報は、毎フレームごとに変わるようになる（Ｓ１２０２）。

図２７には、実施の形態による距離測定装置において精密測定モードで動作される場合、光パルスのスキャン過程と複数フレームの光パルスが組み合せられたことが示されている。

すなわち、前記ミラー３０３が前記第１方向６０及び第２方向７０に回転されることを非同期化させ、複数のフレームに対する位置情報及び距離情報を組み合せると、図２７に示すように、測定空間２０２に対して死角地域無しで光パルス２１０が放出されうる（Ｓ１２０４）。

したがって、測定空間２０２に対して稠密に光パルス２１０が放出されることができ、測定空間２０２に位置する物体の細かい領域又は部分的な位置に対する精密な距離情報を獲得することができる。

一方、図２２にて説明したように、位置情報は、処理し易い容易な新しい位置情報に変換されうる（Ｓ１２０３）。

また、複数のフレームに対する位置情報及び距離情報を組み合せる過程（Ｓ１２０４）や、位置情報を新しい位置情報に変換する過程（Ｓ１２０３）の順序は変わりうる。

次に、前記複数フレームに対する位置情報及び距離情報を組み合せた情報を利用して、測定空間２０２に位置する客体を抽出する（Ｓ１２０５）。

実施の形態による距離測定装置は、複数フレームの位置情報及び距離情報を組み合せることによって、極めて高い解像度の距離情報を獲得することができる。したがって、前記測定空間２００に位置された物体の形態、配置、距離などを識別することが可能である。

例えば、前記測定空間２００で隣接した位置情報を有した第１地点と第２支点との距離情報が大きな差を有していると、前記第１地点と第２支点とは異なる物体の一部分になりうる。

そして、隣接した位置情報を有した複数の支点が同じ距離情報を有しているか、又は一定の距離情報の変化を有していると、前記複数の支点は、一つの物体の一部分になりうる。

すなわち、前記制御部１１は、前記測定空間２００の位置情報と前記位置情報の変化による距離情報の変化を利用して、前記測定空間２００に存在する物体を識別することができる。

図２８には、精密測定モードを介して測定空間２０２に位置した客体を抽出したことが開示されている。

図２８に示すように、精密測定モードを介して測定空間２００に位置する客体の区分が可能である。

また、実施の形態による距離測定装置は、動き測定モードで作動されうる（Ｓ１２００）。

動き測定モードを説明すると、動き測定モードは、測定空間２００に位置する物体の相対的な動きと速度とを抽出しうる機能を具現できる。すなわち、測定空間２００の物体が移動するか、又は距離測定装置が移動する場合に、距離測定装置に対する物体の相対的な動きを抽出することができる。

動き測定モードでは、前記ミラー３０３が第１方向６０と第２方向７０とに回転することを同期化させる（Ｓ１２１１）。

すなわち、前記光パルス２１０が放出される位置が毎フレームごとに同一になるようにする。

例えば、実施の形態による距離測定装置は、１秒間１フレームの位置情報及び距離情報を獲得する場合、前記ミラー３０３が前記第１方向６０に３Ｈｚの周波数で３６０度回転するようにし、前記ミラー３０３が前記第２方向７０に３Ｈｚの周波数で＋１５度回転された後、−１５度回転されるようにすることができる。

この場合、毎フレームの開始点で前記ミラー３０３が前記第１方向６０及び第２方向７０に回転された方向は同様になる。

したがって、前記光パルス２１０が放出される位置情報は、毎フレームごとに同じくなる（Ｓ１２１２）。

図２９には、実施の形態による距離測定装置において動き測定モードで動作される場合、光パルスのスキャン過程と複数フレームの光パルスが組み合せられたことが示されている。

すなわち、前記ミラー３０３が前記第１方向６０及び第２方向７０に回転されることを同期化させ、複数のフレームに対する位置情報及び距離情報を組み合せると、測定空間２０２に対して同じ位置に光パルス２１０が放出されうる（Ｓ１２１２）。

したがって、測定空間２０２の決まった位置に一定の間隔で光パルス２１０が放出されることができ、複数フレームの位置情報及び距離情報をフレーム別に比較して、前記測定空間２００に位置する物体の動きと速度とを抽出することができる（Ｓ１２１４）。

一方、図２２において説明したように、位置情報は、処理し易い新しい位置情報に変換されうる（Ｓ１２１３）。

また、複数のフレームに対する位置情報及び距離情報を比較する過程（Ｓ１２１４）や、位置情報を新しい位置情報に変換する過程（Ｓ１２１３）の順序は変わりうる。

次に、前記複数フレームに対する位置情報及び距離情報を比較した情報を利用して、測定空間２０２に位置する客体の動き又は速度を抽出する（Ｓ１２１５）。

すなわち、前記制御部１１は、前記メモリ１４に格納された複数フレームの位置情報及び距離情報をフレーム別に比較して、前記測定空間２００に位置する物体の動きと速度とを抽出する。

例えば、第１番目のフレームにおいて前記測定空間２００の隣接した第１〜４地点の距離情報が１０ｍと測定され、第２番目のフレームにおいて前記測定空間２００の隣接した第１〜６地点の距離情報が９ｍと測定され、第３番目のフレームにおいて前記測定空間２００の隣接した第１〜８地点の距離情報が８ｍと測定された場合、前記第１番目のフレームにおいて前記第１〜４地点に位置する物体が順次相対的に近接した位置に移動することと判断できる。

また、前記第１番目のフレームと第３番目のフレームの測定時間差と前記物体の移動距離から前記物体の移動速度とを抽出することができる。

前記制御部１１は、外部機器の制御によって前記メモリ１４に格納された複数フレームの位置情報及び距離情報を外部機器に送信して、前記外部機器から前記測定空間２００に位置する物体の識別、物体の動き、物体が動く速度が抽出されるようにすることができる。

また、前記制御部１１は、外部機器の制御によって前記メモリ１４に格納された複数フレームの位置情報及び距離情報から、前記測定空間２００に位置する物体の識別、物体の動き、物体が動く速度を抽出することができる。

以上、実施の形態を中心に説明したが、これは単に例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有した者であれば、本実施の形態の本質的な特性から逸脱しない範囲内で、上記に例示されない様々な変形と応用が可能であることが分かる。例えば、実施の形態に具体的に現れた各構成要素は、変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に関係された差異点は、添付された請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解析されなければならない。

実施の形態による距離測定装置は、ロボット、自動車、保安装置など距離測定による空間認識又は動き測定を利用した多様な産業分野に適用されることができる。

Claims (10)

1. 光パルスを放出する発光部と、
   入射された反射光を感知する受光部と、
   前記発光部から放出された前記光パルスを測定空間に反射させ、前記測定空間の物体から反射された前記反射光を前記受光部に入射されるように反射させる反射ミラーと、
   前記反射ミラーが移動するようにするアクチュエータと、
   前記受光部から感知した信号から距離情報を獲得し、前記アクチュエータから位置情報を獲得するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、動作モードによって前記光パルスの周波数、前記反射ミラーが移動する速度、前記反射ミラーが移動する範囲のうち、少なくとも何れか１つを可変するように制御し、
   前記コントローラは、前記動作モードが精密測定モードである場合、前記光パルスが放出される方向をフレームごとに変化させ、前記動作モードが動き測定モードである場合、前記光パルスが放出される方向をフレームごとに同一であるようにし、
   前記反射ミラーは第１及び第２方向に移動可能であり、
   前記アクチュエータは、前記反射ミラーが前記第２方向に移動可能なように支持しつつ前記第１方向に移動する回転部材と、前記反射ミラーを支持するミラーマウントと、前記ミラーマウントと接続されて上下方向に移動して、前記反射ミラーが前記第２方向に回転されるようにする上下移動体と、を備え、
   前記反射ミラーが前記第１方向に移動されるようにする仮想の回転軸と、前記第２方向に移動されるようにする仮想の回転軸とは、互いに直交する、距離測定装置。
2. 前記コントローラは、前記距離情報及び位置情報をフレーム単位に格納するか、又はフレーム単位に外部機器に送信する請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記反射ミラーが前記第１方向に移動することによって、前記光パルスは、水平方向に変位した位置に放出され、前記反射ミラーが前記第２方向に移動されることによって、前記光パルスは、垂直方向に変位された位置に放出される請求項１に記載の距離測定装置。
4. 前記ミラーマウントは、前記上下移動体に前記第１方向に移動可能なように結合され、前記上下移動体が上下方向に移動されることによって、ヒンジ作動により前記反射ミラーを前記第２方向に移動されるようにする請求項１に記載の距離測定装置。
5. 前記コントローラは、複数フレームの位置情報及び距離情報を組み合せて、新しい位置情報及び距離情報を算出する請求項２に記載の距離測定装置。
6. 前記コントローラは、複数フレームの位置情報及び距離情報を比較して、前記測定空間に位置する物体の動き又は移動速度を算出する請求項２に記載の距離測定装置。
7. 前記コントローラは、
   前記動作モードが遠距離測定モードである場合、前記反射ミラーが垂直方向の軸を中心に移動される移動速度を減少させる作動、前記反射ミラーが水平方向の軸を中心に移動される移動速度又は範囲を減少させる作動、前記光パルスのパルス周波数を減少させる作動のうち、少なくとも何れか一つを実行し、
   前記動作モードが近距離測定モードである場合、前記反射ミラーが垂直方向の軸を中心に移動される移動速度を増加させる作動、前記反射ミラーが水平方向の軸を中心に移動される移動速度又は範囲を増加させる作動、前記光パルスのパルス周波数を増加させる作動のうち、少なくとも何れか一つを実行する請求項１に記載の距離測定装置。
8. 前記コントローラは、前記位置情報を前記測定空間において水平方向及び垂直方向に整列された位置情報に代替し、前記整列された位置情報と前記物体の距離情報とを利用して、前記物体を認識する請求項１に記載の距離測定装置。
9. 前記測定空間を仮想の基準点が存在する小領域に区分し、前記小領域に含まれる物体の位置情報は前記基準点の位置情報に代替される請求項８に記載の距離測定装置。
10. 前記コントローラは、前記位置情報を新しい位置情報にマップ（ｍａｐｐｉｎｇ）し、前記新しい位置情報と前記物体の距離情報とを利用して前記物体を認識する請求項１に記載の距離測定装置。

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