KR100310132B1 - 2-dimensional laser scanning system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저를 이용하여 2차원으로 스캐닝할 수 있는 간단한 구조의 레이저 스캐닝 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a simple laser scanning system capable of scanning in two dimensions using a laser.
레이저 스캐너(Laser Scanner)는 레이저 복사기, 레이저를 이용한 가격표 판독기, 원거리 측정기 등 여러가지 장치에 널리 사용되고 있다.Laser scanners are widely used in various devices such as laser copiers, price tag readers using lasers, and range finders.
종래의 레이저 스캐너는 다면경의 형태로 만들어져 있는데, 이 다면경에 레이저 광선을 입사시키고 다면경을 회전시키면 레이저 광선이 반사되면서 1 차원으로 광선을 주사하는 방식이다.Conventional laser scanners are made in the form of a multi-facet mirror. When a laser beam is incident on the multi-facet mirror and the multi-facet mirror is rotated, the laser beam is reflected and the beam is scanned in one dimension.
따라서, 이러한 스캐너는 일직선 상으로 스캐닝하는 1 차원 스캐너이며, 스캐너를 한 방향으로 회전시키며 일정한 각도로 레이저를 스캐너에 입사시키지만 스캐너로부터의 반사 광선은 2차원 형태로 반사된다.Thus, such a scanner is a one-dimensional scanner that scans in a straight line and rotates the scanner in one direction and injects the laser into the scanner at an angle, but the reflected light from the scanner is reflected in two-dimensional form.
레이저 스캐닝에 대한 공지 기술로 미국 특허 제 5,327,451 호 및 미국 특허 제 5,266,787 호가 있는데, 전자는 레이저 다이오드를 이용하여 스캐닝을 하며 온도 보정 및 광학계 구성 등을 통해 레이저 다이오드를 스캐너의 광원으로 사용시 대두되는 수차를 제거하는 기술이다. 또한, 후자는 두개의 스캐닝 모터를 사용하여 스캐닝하는 기술로서, 한 개의 입력 신호를 이용하여 두개의 모터를 콘트롤하여 2차원 스캐닝을 하는 기술이다.Known technologies for laser scanning include US Pat. No. 5,327,451 and US Pat. No. 5,266,787. The former scans using a laser diode and uses aberrations that arise when using a laser diode as a light source for a scanner through temperature compensation and optical system configuration. It is a technique to remove. In addition, the latter is a technique of scanning using two scanning motors, a technique of two-dimensional scanning by controlling two motors using one input signal.
그러나, 상기 종래 기술에서는 1차원 스캐너의 경우 사용처가 1차원 용도에 국한되며, 2차원 스캐닝에 사용하기 위해서는 스캐닝 방향과는 수직 방향으로 별도의 이동 설비를 구비해야 하는 문제점이 존재하며, 미국 특허 제 5,327,451 호 기술은 1 차원 스캐닝에 국한되는 문제점을 가지며, 미국 특허 제 5,266,787 호는 스캐닝 모터를 두대 사용하므로 장치가 커지고 전자회로가 복잡할 뿐만 아니라 가격이 고가로 되는 문제가 존재하였다.However, in the prior art, the one-dimensional scanner is limited to one-dimensional use, and there is a problem in that a separate moving device is provided in a direction perpendicular to the scanning direction in order to use for two-dimensional scanning. 5,327, 451 has a problem that is limited to one-dimensional scanning, and US Patent No. 5,266, 787 uses two scanning motors, resulting in large devices, complicated electronic circuits, and high price.
본 발명은 상기 설명한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 간단한 구조로 2차원 스캐닝을 가능하게 구성된 2차원 레이저 스캐닝 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and an object thereof is to provide a two-dimensional laser scanning system configured to enable two-dimensional scanning with a simple structure.
도 1 은 본 발명에 따른 2 차원 레이저 스캐닝 시스템을 개략적으로 도시한 도면,1 schematically shows a two-dimensional laser scanning system according to the present invention;
도 2 는 본 발명을 구성하는 2 차원 레이저 스캐너의 구조를 보이기 위한 도면,2 is a view for showing the structure of a two-dimensional laser scanner constituting the present invention,
도 3 (a)는 본 발명에 따라 스캐닝을 실시한 예를 도시한 도면이며,도 3(b)는 종래기술에 따라 스캐닝을 실시한 예를 도시한 도면이다.Figure 3 (a) is a view showing an example of scanning in accordance with the present invention, Figure 3 (b) is a view showing an example of scanning in accordance with the prior art.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1:레이저 2:편광유지 빗살가르개 3:1/4 파장판1: Laser 2: Polarization oil comb trimmer 3: 1/4 wave plate
4,10,12:렌즈 5:조리개 6:레이저 스캐너4,10,12: Lens 5: Aperture 6: Laser scanner
7:샤프트 8:스테핑 모터 9:컴퓨터7: shaft 8: stepping motor 9: computer
13:밴드패스필터 14:광검출기 26:반사면13: Band pass filter 14: Photodetector 26: Reflective surface
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차원 레이저 스캐닝 시스템은,선형편광된 레이저 광선을 발생하는 레이저(1)와,선형편광된 레이저광선의 편광을 유지하는 편광유지장치(2)와, 레이저 광선을 원형 편광시키는 장치(4)와,컴퓨터(9)와 인터페이스되어 일정한 속도로 회전하며 2차원으로 스캐닝하도록 형성된 레이저 스캐너(6)와,레이저 광선을 평행광선으로 변경하는 렌즈(4,10)와,물체에서 반사된 레이저 광선만 통과시키고 잡음에 해당되는 광선을 흡수하는 밴드패스 필터(13)와,반사된 레이저 광선을 측정하도록 초점이 맺히는 광검출기(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.The two-dimensional laser scanning system of the present invention for achieving the above object, the laser (1) for generating a linearly polarized laser beam, the polarization maintaining device (2) for maintaining the polarization of the linearly polarized laser beam, and the laser beam An
또한, 본 발명에서 컴퓨터(9)와 인터페이스되어 회전작동하는 레이저 스캐너(6)는, 반사면이 여러개의 세로 방향 기울기가 상이한 섹션으로 구분되고, 각각의 섹션은 세로 방향 기울기는 동일하고 인접한 반사면의 가로 방향 기울기가 일정 각도씩 경사 형성된 다수의 반사면(26)으로 형성되어 2차원 스캐닝을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 구성이다.Further, in the present invention, the laser scanner 6, which is interfaced with the
이하에서는 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 에서는 본 발명의 2차원 레이저 스캐너를 사용하는 스캐닝 시스템을 개략적으로 도시하고 있는데, 이 시스템에 의해 스캐닝하는 방법을 설명하면, 우선 레이저(1)로부터 발생된 선형 편광된 레이저 광선은 편광 유지빗살가르개(2)를 투과한후, 1/4 파장판(3)을 통과하여 원형 편광된다. 이광선은 렌즈(4)와 조리개(5)를 거쳐 스캐너(6)에서 반사된 후 렌즈(10)에 입사된다. 스캐너(6)는 샤프트(7)를 통하여 스테핑 모터(8)에 의하여 회전하며 스테핑 모터(8)는 컴퓨터(9)와 인터페이스되어 있어 일정한 속도로 회전한다.Fig. 1 schematically shows a scanning system using the two-dimensional laser scanner of the present invention. Referring to the scanning method by the system, first, the linearly polarized laser beam generated from the
렌즈(4)와 렌즈(10)를 거쳐 평행광선으로 변경된 레이저 광선은 측정 대상인 물체(11)에 입사되었다가 반사되는데, 반사광은 입사할 때와는 반대의 경로를 택한다. 즉, 물체(11)로부터의 반사광은 렌즈(10), 스캐너(6), 조리개(5), 렌즈(4), 1/4 파장판(3)을 거쳐 편광유지 빗살가르개(2)에서 반사된다.The laser beam changed into parallel light through the
반사된 빛은 렌즈(12)를 거쳐 광검출기(14)에 초점이 맺히게 된다.The reflected light is focused on the
렌즈(12)와 광검출기(14) 사이에는 밴드 패스 필터(13)를 설치하여 물체에서 반사된 광선만 통과시키고 잡음에 해당하는 그 이외의 광선은 모두 흡수한다.A
도 2 에는 본 발명에 따른 2차원 레이저 스캐너의 일예가 도시되고 있는데, 스캐너는 기울기가 조금씩 다른 여러개(32개)의 면으로 이루어져 있다. 도 2는 스캐너가 32 개의 작은 반사면으로 구성된 예를 도시하는데, 이들 작은 면들은 4개의 섹션으로 구분되어 있고, 각각의 섹션은 8개의 작은 반사면으로 이루어진다.Figure 2 shows an example of a two-dimensional laser scanner according to the present invention, the scanner is composed of several (32) planes with slightly different inclination. 2 shows an example in which the scanner consists of 32 small reflective surfaces, which are divided into four sections, each section consisting of eight small reflective surfaces.
반사면과 반사면 사이의 가로 방향 기울기는 0。。부터 시작하여 360。 각도로 반사면이 놓여 있다.Lateral inclination between the reflecting surface and the reflecting surface lies in the reflecting surface 360. angle, starting from 0.3.
그리고 처음 섹션에 놓인 반사면의 세로 방향 기울기는 83.5。,둘째 섹션에 놓인 반사면의 세로방향 기울기는 84。, 세째 섹션의 반사면은 84.5。, 네째 섹션의 반사면은 85。의 세로 방향 기울기를 가져 각 섹션 사이의 세로 방향 기울기는 0.5。씩 차이가 있다. 그러나 이들 세로 방향 기울기의 수치는 임의적인 것이며, 다만 각각의 섹션의 세로 방향 기울기가 서로 상이하게 구성되어야 함을 의미함에 다름아니다.The longitudinal slope of the reflective surface in the first section is 83.5 °, the longitudinal slope of the reflective surface in the second section is 84 °, the reflective surface of the third section is 84.5 °, and the reflective surface of the fourth section is 85 °. The vertical slope between each section differs by 0.5 °. However, the numerical values of these longitudinal slopes are arbitrary, only to mean that the longitudinal slope of each section should be configured differently from each other.
따라서, 동일한 섹션에 포함된 8 개의 반사면들은 세로 방향 기울기는 모두 같고 서로 인접한 반사면의 가로 방향 기울기는 11.25。씩 경사져 있으므로 동일한 섹션에 있는 반사면으로부터 반사되는 빛은 동일한 선 위에 등간격으로 8개의 점으로 비추어지게 된다.Therefore, the eight reflective surfaces in the same section have the same vertical slope and the transverse slope of the adjacent reflective surfaces are inclined by 11.25 ° so that the light reflected from the reflective surfaces in the same section is equally spaced on the same line. Will be illuminated by three points.
그다음 섹션은 처음 섹션 보다 0.5。 만큼 세로 방향 기울기가 다르므로 다음 섹션에 비추어지는 빛은 처음 섹션에 의해 스캐닝되는 점들과는 조금 다른 높이에 8개의 점을 비추게 된다.The next section has a vertical gradient of 0.5 ° from the first section, so the light shining on the next section will illuminate eight points at a slightly different height than the points scanned by the first section.
그리하여 4개의 섹션은 높이가 서로 다른 4개의 선을 나타내게 된다.The four sections thus represent four lines of different heights.
결과적으로 스캐너가 1회전할 때 마다 4개의 선 위에 8개의 점들이 2차원으로 스캐닝되어 전체적으로는 32개의 점들이 스캐닝된다.As a result, each time the scanner rotates, eight points on four lines are scanned in two dimensions, and 32 points in total are scanned.
도 2 는 본 발명에 따른 레이저 스캐너의 일예로 반사면을 4개의 섹션으로 구분하므로 4개의 선의 형태가 되나, 일반적으로 N 개의 선이 필요시는 반사면을 N 개의 섹션으로 구분하면 되며, 마찬가지로 각 선 위의 점의 수를 M 개로 하는 것을 원하면 일 섹션 내의 반사면의 수를 M개로 하면 된다.Figure 2 is an example of a laser scanner according to the present invention is divided into four sections because the reflective surface is divided into four sections, but generally, when N lines are required, the reflective surface may be divided into N sections, and each If you want to set the number of points on the line to M, you can set the number of reflective surfaces in one section to M.
이와 같이 본 발명에 따른 레이저 스캐너는 스캐너의 구조에 따라 스캐닝되는 점들의 숫자가 정해진다.As described above, the laser scanner according to the present invention determines the number of points to be scanned according to the structure of the scanner.
도 3 (a),(b) 는 본 발명의 일실시예인 각각 8개의 반사면을 가지는 4개의 섹션으로 스캐너를 구분한 경우의 1회전시 나타나는 스캐닝한 점들의 형상을 나타낸 것으로, 도 3(a)는 본 발명에 의한 예인데 가로 방향으로 8개의 점, 세로 방향으로 4개의 점들이 나타나 전체적으로 8×4 형태의 2차원 스캐닝이 이루어짐을 알 수 있다.Figure 3 (a), (b) is a view showing the shape of the scanning points appearing in one rotation when the scanner is divided into four sections each having eight reflective surfaces, which is an embodiment of the present invention, Figure 3 (a) ) Is an example according to the present invention, it can be seen that eight points in the horizontal direction, four points in the vertical direction appear, the overall two-dimensional scanning of 8 × 4 form.
그러나 종래 구조의 일반적인 1차원 레이저 스캐너를 사용하여 스캐닝한 경우인 도 3(b)에서는 여러개의 점들이 일직선 위에 나타나 1차원으로 스캐닝됨을 알 수 있다.。 However, in FIG. 3B, which is a case of scanning using a conventional 1D laser scanner having a conventional structure, it can be seen that several points appear on a straight line to be scanned in one dimension. .
따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 간단한 구조로 레이저 스캐너를 구성함으로써 2차원 스캐닝을 실현하여 2차원 용도에 효과적으로 적용할 수 있으며 장치를 소형화하고 원가를 절감할 수 있는등 유용한 효과가 얻어진다.Therefore, according to the present invention as described above, by constructing a laser scanner with a simple structure, a two-dimensional scanning can be realized and effectively applied to two-dimensional applications, and a useful effect can be obtained, such as miniaturizing the device and reducing the cost.
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