KR100882737B1 - 3 dimensional distance sensor and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 거리센서에 관한 것으로서, 1개 라인 스캔뿐만 아니라 수직한 방향으로 스캔이 이루어져 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 있는 특징을 가진다. 본 발명의 3차원 거리센서는 방출광 및 입사광을 반사시키는 미러와, 상기 미러를 회전시키기 위한 회전수단을 포함하는 회전체와, 거리측정에 사용되는 방출광을 상기 미러의 반사를 통해 방출하고, 상기 물체로부터 되돌아 오는 입사광을 상기 미러의 반사를 통해 수신하는 고정체와, 상기 미러의 기울기를 조절하는 상하 이동체를 포함한다.The present invention relates to a three-dimensional distance sensor, the scan is made in a vertical direction as well as one line scan has a feature that can measure the distance in three dimensions three-dimensional. The three-dimensional distance sensor of the present invention emits through the reflection of the mirror a reflector for reflecting the emitted light and incident light, a rotating body including a rotating means for rotating the mirror, and the emitted light used for distance measurement, And a fixed body configured to receive incident light returned from the object through reflection of the mirror, and a vertical moving body adjusting the inclination of the mirror.
거리, 센서, 측정, 미러, 3차원, 방출광, 입사광, 회전, 기울기 Distance, sensor, measurement, mirror, three-dimensional, emission light, incident light, rotation, tilt
Description
도 1은 종래에 2개의 미러를 이용한 거리센서를 도시한 그림이다.1 is a diagram illustrating a distance sensor using two mirrors in the related art.
도 2는 종래에 1개의 미러를 이용한 거리센서를 도시한 그림이다.2 is a diagram illustrating a distance sensor using one mirror in the related art.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 거리센서의 각 장치별 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram of each device of the three-dimensional distance sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 상기 회전체, 고정체, 상하 이동체를 서로 결합한 3차원 거리센서의 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view of the three-dimensional distance sensor coupled to each other the rotating body, the fixed body, the vertical moving body according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 액추에이터로 구현된 상하 구동수단을 도시한 그림이다.5 is a view showing a vertical drive means implemented as an actuator according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 회전 모터로 구현된 상하 구동수단을 도시한 그림이다.6 is a view showing a vertical drive means implemented by a rotary motor according to another embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 특정 위치에서 3차원 거리센서의 거리 측정 모습을 도시한 그림이다. 7 is a diagram illustrating a distance measurement of the 3D distance sensor at a specific position according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 3차원 거리센서의 미러가 180° 회전한 위치에서 거리 측정 모습을 도시한 그림이다.8 is a diagram illustrating a distance measurement in a position where the mirror of the three-dimensional distance sensor is rotated 180 ° according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 상하 이동체의 상하 이동에 의하여 미러가 일정 기울기(tilt)를 가질 때의 방출광 및 입사광의 모습을 도시한 그림이다.9 is a view showing the appearance of the emitted light and incident light when the mirror has a certain tilt (tilt) by the vertical movement of the vertical moving body according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 상하 이동체의 상하 이동 궤적별 거리측정 구간을 도시한 그림이다.10 is a diagram illustrating a distance measuring section for each vertical movement trajectory of the vertical moving body according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 3차원 거리센서를 이용하여 3차원 입체적으로 거리 측정하는 과정을 도시한 플로차트이다.FIG. 11 is a flowchart illustrating a process of three-dimensionally measuring a distance in three dimensions by using a three-dimensional distance sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 12(a)는 본 발명의 실시 예에 따라 단일의 미러를 사용할 때의 방출광 및 입사광의 모습을 도시한 그림이다.12 (a) is a view showing the state of the emitted light and the incident light when using a single mirror according to an embodiment of the present invention.
도 12(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 두 개의 미러를 사용할 때의 방출광 및 입사광의 모습을 도시한 그림이다. 12 (b) is a diagram illustrating the appearance of emitted light and incident light when using two mirrors according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
300: 회전체 301: 회전모터부300: rotating body 301: rotating motor unit
302: 고정축 303: 미러302: fixed axis 303: mirror
304: 미러 마운트 플레이트 305: 연결축304: mirror mount plate 305: connecting shaft
306: 힌지 307: 회전 이동축306: hinge 307: rotary movement axis
310: 고정체 311: 베이스310: fixed body 311: base
312: 발광소자 313: 시준기312: light emitting element 313: collimator
314: 수광소자 315: 집광렌즈314: light receiving element 315: condenser lens
320: 상하 이동체 321: 드럼320: vertical moving body 321: drum
322: 가이드 레일322: guide rail
본 발명은 거리센서에 관한 것이다.The present invention relates to a distance sensor.
기존의 거리센서는 일반적으로 광원, 회전체, 센서 등으로 구성되어 있어서, 광원으로부터 방출된 광원이 물체에 맞아서 다시 되돌아왔을 때 그 신호를 센서를 통하여 검출하여 일련의 수치적 계산을 하여 거리를 판단하는 방식이다. 회전체는 광원 및 센서를 회전시켜 줌으로써 주어진 각도 범위 내에서 모두 수행할 수 있도록 하는 역할을 한다. Existing distance sensor is generally composed of light source, rotating body, sensor, etc. When the light source emitted from the light source hits the object and returns again, the signal is detected through the sensor to determine the distance by performing a series of numerical calculations. That's the way it is. The rotating body rotates the light source and the sensor so as to perform all within a given angle range.
종래의 거리센서는 도 1과 같이, 미러를 2개 사용하여 미러의 광축과 미러를 회전시킨 모터의 축을 일치시키는 구조를 가진다.The conventional distance sensor has a structure in which the optical axis of the mirror coincides with the axis of the motor which rotates the mirror by using two mirrors as shown in FIG. 1.
그런데 도 1(a)는 종래의 거리센서의 예로서 2개의 미러(101,102)를 사용하여 가장 손쉽게 구성할 수 있는 구조이지만 방출광의 광로와 입사광의 광로가 다른 구성이어서 그에 따른 검출 에러의 발생 가능성이 크다. 이것을 보완하기 위하여 도 1(b)에 도시된 구조로서, 빔 스플릿터(beam splitter)의 방식을 적용하여 투광미러(111)과 겸용미러(112) 사용하여 방출광과 입사광이 광로를 일치시켜준 구조이다. 이 경우에는 입사되는 광량이 도 1(a)에 비하여 1/4 정도로 감소한다.1 (a) is a structure that can be easily configured using two
상기 도 1과 같이 미러를 2개 사용할 때의 문제를 개선하기 위하여, 도 2와 같이 미러(201)를 1개 사용하는 구조가 제안되었다. 도 2의 구조는 광학계의 기구적 구조를 변경하여 미러(201)를 1개 사용함으로써, 광원과 센서를 가깝게 유지시 켜 오차를 최소화하도록 하였다.In order to improve the problem of using two mirrors as shown in FIG. 1, a structure using one
그런데 상기 도 1 및 도 2에 도시된 기구적 구조는 1개의 라인에 대한 스캔(scan)만을 수행하기 때문에 1차원 부분의 거리 판별만이 가능한 구조를 가지고 있을 뿐, 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 없는 문제가 있다. However, since the mechanical structure shown in FIGS. 1 and 2 only performs a scan for one line, only the distance of the one-dimensional portion can be determined, and the three-dimensional three-dimensional distance can be measured. There is no problem.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 있는 거리센서의 기구적 구조 및 그 측정방법을 제시함을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to propose a mechanical structure of a distance sensor capable of measuring a distance in three dimensions and a measuring method thereof.
본 발명의 3차원 거리센서는 방출광 및 입사광을 반사시키는 미러와, 상기 미러를 회전시키기 위한 회전수단을 포함하는 회전체와, 거리측정에 사용되는 방출광을 상기 미러의 반사를 통해 방출하고, 상기 물체로부터 되돌아 오는 입사광을 상기 미러의 반사를 통해 수신하는 고정체와, 상기 미러의 기울기를 조절하는 상하 이동체를 포함한다.The three-dimensional distance sensor of the present invention emits through the reflection of the mirror a reflector for reflecting the emitted light and incident light, a rotating body including a rotating means for rotating the mirror, and the emitted light used for distance measurement, And a fixed body configured to receive incident light returned from the object through reflection of the mirror, and a vertical moving body adjusting the inclination of the mirror.
또한, 상기 고정체는, 상기 미러를 통해 반사되어 입사되는 입사광을 집광시키는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈를 통해 집광되는 광신호를 센싱하는 수광소자와, 레이저를 이용하여 상기 미러 방향으로 광을 방출하는 발광소자와, 상기 발광소자에서 방출된 광을 평행광으로 변경시키는 시준기와, 상기 발광소자, 시준기, 수광소자, 집광렌즈를 고정시키는 베이스를 포함한다.The fixture may include a condenser lens for condensing incident light reflected through the mirror, a light receiving element that senses an optical signal condensed through the condenser lens, and emits light toward the mirror by using a laser. And a collimator for converting the light emitted from the light emitting device into parallel light, and a base for fixing the light emitting device, the collimator, the light receiving device, and the condenser lens.
또한, 상기 고정체는, 상기 미러를 통해 반사되어 입사되는 입사광을 집광시키는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈를 통해 집광되는 광신호를 센싱하는 수광소자와, 레이저를 이용하여 광을 방출하는 발광소자와, 상기 발광소자에서 방출된 광을 평행광으로 변경시키는 시준기와, 상기 미러와 수광소자 사이에 위치하여 상기 발광소자에서 방출된 방출광을 상기 미러로 반사하며, 상기 미러로부터 반사되어 오는 입사광을 상기 수광소자 방향으로 입사시키는 겸용미러와, 상기 발광소자, 시준기, 수광소자, 집광렌즈, 겸용미러를 고정시키는 베이스를 포함한다.The fixture may include a condensing lens for condensing incident light reflected through the mirror, a light receiving element for sensing an optical signal condensed through the condensing lens, a light emitting element for emitting light using a laser; And a collimator for converting the light emitted from the light emitting device into parallel light, positioned between the mirror and the light receiving device, reflecting the emitted light emitted from the light emitting device to the mirror, and receiving incident light reflected from the mirror. And a base to fix the light incident element toward the light receiving element, and a light emitting element, a collimator, a light receiving element, a condenser lens, and a combined mirror.
또한, 상기 미러는, 상기 미러를 고정시키는 미러 마운트에 의해 마운팅되며, 상기 회전수단은, 상기 고정체의 외곽 둘레에 위치하여 회전 운동하는 회전모터부와, 상기 미러와 상기 회전모터부를 연결시키는 고정축을 포함한다.In addition, the mirror is mounted by a mirror mount for fixing the mirror, the rotating means is located on the outer periphery of the fixed body and the rotational motor portion for rotational movement, fixed to connect the mirror and the rotation motor portion Include the axis.
또한, 상기 미러 마운트는, 상기 미러를 지지해 받쳐주는 판으로 이루어진 미러 마운트 플레이트와, 상기 미러 마운트 플레이트를 힌지의 일측단에 연결시키는 연결축과, 상기 힌지의 타측단에 연결되고, 상기 상하 이동체 내의 표면에 원형홈으로 형성된 가이드 레일에 인입되어 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 회전 이동축을 포함한다.The mirror mount may include a mirror mount plate including a plate supporting and supporting the mirror, a connecting shaft connecting the mirror mount plate to one end of the hinge, and the other end of the hinge, It includes a rotation axis of movement that moves along the guide rail is inserted into the guide rail formed in a circular groove on the inner surface.
또한, 상기 고정축은, 상기 미러 마운트 플레이트의 원형 직경의 양쪽면에 각각 제1고정축, 제2고정축으로 하여 상기 회전모터부와 연결시켜 상기 미러 마운트 플레이트를 지탱하는 특징을 가진다.In addition, the fixed shaft has a first fixed shaft and a second fixed shaft on both sides of a circular diameter of the mirror mount plate, respectively, and has a characteristic of supporting the mirror mount plate by connecting to the rotating motor part.
또한, 상기 상하 이동체는, 상기 회전체의 외곽 둘레에 위치하여 원통형을 갖는 드럼과, 상기 드럼의 내부면에 원형의 홈이 수평으로 형성된 가이드 레일과, 상기 드럼을 상하로 이동시키는 상하 구동수단을 포함한다.The vertical moving body may include a drum having a cylindrical shape located at an outer periphery of the rotating body, a guide rail having horizontal grooves horizontally formed on an inner surface of the drum, and vertical driving means for moving the drum up and down. Include.
또한, 상기 상하 구동수단은, 1차원 액추에이터로 구현됨을 특징을 가지며, 또한, 상기 드럼 둘레에 회전모터를 위치시켜 상기 회전모터에 의해 구현되는 특징을 가진다.In addition, the up and down drive means is characterized by being implemented as a one-dimensional actuator, and also has a feature implemented by the rotary motor by placing the rotary motor around the drum.
또한, 본 발명의 3차원 거리센서의 측정방법은, 미러를 통해 광을 방출하여 이를 동일한 미러를 통해 수렴함으로써 3차원 공간의 1점에 대한 거리정보를 획득하는 제1단계와, 상기 미러를 360°회전시킴으로써 가로축을 중심으로 1라인에 대한 거리정보를 획득하는 제2단계와, 상기 미러를 기울기 변경해가면서 상기 제2단계를 반복수행함으로써 최종적으로 3차원 입체정보를 획득하는 제3단계를 포함한다.In addition, the measuring method of the three-dimensional distance sensor of the present invention, the first step of obtaining the distance information for one point of the three-dimensional space by emitting light through the mirror and converge it through the same mirror, and the mirror 360 A second step of acquiring distance information about one line about the horizontal axis by rotating the angle; and a third step of finally obtaining three-dimensional stereoscopic information by repeatedly performing the second step while changing the tilt of the mirror. .
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the detailed description of the preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description of the reference numerals to the components of the drawings it should be noted that the same reference numerals as possible even if displayed on different drawings.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 거리센서의 각 장치별 개략도로서, 도 3(a)는 미러(mirror)를 회전시키는 회전체(300)를 도시한 도면이고, 도 3(b)는 방출광 및 입사광을 처리하는 고정체(310)를 도시한 도면이고, 도 3(c)는 미러를 상하로 이동시키는 상하 이동체(320)를 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 상기 회전체(300), 고정체(310), 상하 이동체(320)를 서로 결합한 3차원 거리센서의 단면도이다.3 is a schematic view of each device of the three-dimensional distance sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 3 (a) is a view showing a
고정체(310) 내의 발광소자(314)에 의하여 방사되는 방출광이 특정 물체에 반사되어 입사광으로서 되돌아오데, 본 발명은 미러(303)가 360도 회전뿐만 아니라 일정 기울기를 가질 수 있는 구조를 가지게 됨으로써 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 있다. 이를 위하여 상기 미러(303)는, 회전체(300)에 의하여 360도 회전할 수 있으며, 아울러 상하 이동체(320)의 의하여 상하로 이동할 수 있는 구조를 가진다. The emitted light emitted by the
도 3(a)의 회전체(300)의 구조에 대하여 먼저 설명하면, 회전체는 미러(303;mirror), 미러 마운트(304,305,306,307;mirror mount), 회전수단(301,302)으로 이루어진다. 상기 미러(303)는 고정체(310)의 발광소자(312)에서 방사된 광을 외부로 반사시키며, 이러한 방출광에 의해 외부 물체에 부딪쳐 돌아오는 빛을 입사광으로서 반사시켜 집광렌즈(315)로 보내는 기능을 수행한다. 따라서 동일 미러(303)를 통해 광을 방출하여 이를 다시 동일 미러를 통해 수렴하기 때문에 정확한 측정이 가능하다.First, the structure of the
미러 마운트(304,305,306,307)는 상기 미러를 고정시켜 지지대 역할을 하는데, 상기 미러 마운트는 다시 미러 마운트 플레이트(304)와, 연결축(305), 회전이동축(307)으로 이루어진다. 상기 미러 마운트 플레이트(304;mirror mount plate)는 미러(303)를 지지해 받쳐주는 판으로 구현되며, 연결축(305)은 상기 미러 마운트 플레이트(304)를 힌지(306)의 일측단에 연결시키며, 회전 이동축(307)은 상기 힌지(306)의 타측단에 연결되고 상하 이동체(320) 내의 표면에 원형홈으로 형성된 가 이드 레일(322;guide rail)에 인입되어, 상기 가이드 레일(322)을 따라 회전 이동한다. The mirror mounts 304, 305, 306, 307 fix the mirror to serve as a support, and the mirror mount is composed of a
따라서 회전체(300)의 회전이 있게 되면, 고정축(302)에 연결된 미러(303)는 상하 이동체(320) 내의 가이드 레일(322)을 따라 회전 이동하게 된다. 또한, 상하 이동체(320)가 상하로 이동할 시에 힌지(306)의 회동에 의하여 미러(303)가 부착된 미러 마운트 플레이트(304)가 일정 기울기(tilt)로서 상하 경사지게 움직이게 된다.Therefore, when there is rotation of the
회전수단은 회전 모터부(301)과 고정축(302)를 포함하는데, 상기 회전수단은 고정체 상부에 있는 미러(303)를 회전시키는 기능을 수행한다. 상기 회전 모터부(301)는 미러(303)를 360도 회전시키는데, 이를 위하여 미러 모터부(301)와 미러 마운트 플레이트(304)는 고정축(302)에 의하여 연결된다. 상기 고정축(302)은 도 4에 도시한 바와 같이 미러 마운트 플레이트(304)의 원형면 직경의 양쪽면에 각각 제1고정축(302a), 제2고정축(302b)으로 연결되어 미러 마운트 플레이트(304)를 지탱한다. 따라서 회전 모터부(301)의 회전에 의해 미러(303)는 가이드 레일(322)에 인입된 회전 이동축(307)을 따라 360도 회전하게 된다. 또한, 미러(303)는 상하 이동체(320)의 상하 이동에 의하여 제1고정축(302a) 및 제2고정축(302b)을 중심으로 일정 기울기(tilt)의 상하 경사를 가지게 된다.The rotating means includes a
도 3(b)의 고정체(310)의 구조에 대하여 설명하면, 상기 고정체(310)는 입사되는 광신호를 입사광으로서 센싱하는 수광소자(314), 입사되는 광신호를 수광소자 로 집광시켜주는 집광렌즈(315;Focusing Lens)와, 레이저를 이용하여 빛(광)을 방출하는 발광소자(312)와, 상기 발광소자(312)에서 방출된 레이저광을 평행광으로 변경시켜주는 시준기(313;collimator)와, 이들 수광소자(314), 집광렌즈(315), 발광소자(312), 시준기(313)를 고정시켜주는 베이스(311;base)로 이루어져 있다. 상기 시준기(313;collimator)는 평행광을 형성시키기 위한 광학장치로서 발광소자(312)의 상부에 위치한다. Referring to the structure of the
상기 발광소자(312)로부터 나온 광은 상기 시준기(313)를 거쳐 평행광으로 변환되어, 미러(303)에 의해 반사되어 외부로 신호광으로 방출된다. 이때 미러(303)의 회전위치 및 기울기에 따라 광 방출되는 지점이 달라진다. 상기 방출된 광이 물체에 부딪쳐 신호광으로서 되돌아오면, 이러한 신호광은 미러(303)에 의해 반사되어 집광렌즈(315)를 거쳐 수광소자(314)로 입사된다. Light emitted from the
도 3(c)의 상하 이동체(320)의 구조에 대하여 먼저 설명하면, 상하 이동체(320)는 원통형의 드럼(321;drum)과 상기 드럼(321)의 내부면에 원형의 홈이 수평으로 형성된 가이드 레일(322)과, 상기 드럼(321)을 상하로 이동시켜주는 상하 구동수단(미도시)으로 이루어진다. 상기 가이드 레일(322)에는 미러 마운트 플레이트(304)를 연결시켜주는 회전 이동축(307)이 인입되어 있어, 회전체(300)의 회전에 따라 상기 회전 이동축(307)이 가이드 레일(322)을 따라 360도 회전할 수 있게 된다.First, the structure of the vertical moving
상기 드럼(321)은 상하 구동수단의 동작 제어에 의하여 상하로 이동하게 되 는데, 이러한 상하 구동수단은 두 가지 방식으로 구현할 수 있다. 하나는 도 5와 같이 1차원 액추에이터(501;actuator)를 이용하여 구현하는 방식이고 다른 하나는 도 6과 같이 회전 모터(601)를 적용하여 구현하는 방식이다. The
도 5의 1차원 액추에이터(501)는 상하 이동체(320) 하부에 선형 액추에이터(Linear Actuator)를 두어 액추에이터의 동작에 의하여 드럼을 상하로 움직이게 하는 것이다. 상기 1차원 액추에이터(501)는 전기자장이나 진공의 힘을 이용하여 드럼을 위로 밀거나 아래로 당김으로써, 드럼을 상하로 움직일 수 있게 한다.In the one-
도 6의 회전 모터를 이용하는 방식은, 회전 모터(601)를 상기 상하 이동체(320) 둘레에 위치시켜, 상기 회전 모터(601) 내부면에 나사선 형태의 레일을 파놓고, 상기 레일의 회전에 따라 레일에 물려있는 상하 이동체(601)의 드럼통이 상하로 이동하도록 구현할 수 있다. In the method using the rotary motor of FIG. 6, the
상기와 같이, 회전체(300), 고정체(310), 상하 이동체(320)로 이루어지는 3차원 거리센서는 미러(303)의 회전 및 미러(303)의 기울기가 자유롭게 이루어질 수 있어, 3차원 입체적인 거리 측정을 할 수 있다. 미러(303)의 회전에 따른 각각의 방출광 및 입사광의 모습을 도 7 및 도 8에 도시하였고, 미러(303)의 상하 이동에 따른 방출광 및 입사광의 모습을 도 9에 도시하였다. As described above, the three-dimensional distance sensor consisting of the
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 특정 위치에서 3차원 거리센서의 거리 측정 모습을 도시한 그림이고, 도 8은 상기 3차원 거리센서의 미러가 상기 도 7의 위치지점으로부터 180° 회전한 위치에서 거리 측정 모습을 도시한 그림이다.FIG. 7 is a view illustrating a distance measurement of a 3D distance sensor at a specific position according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a position where the mirror of the 3D distance sensor is rotated 180 ° from the position point of FIG. 7. Figure shows the distance measurement in.
도 7을 참조하면, 발광소자에서 방출된 방출광(701)은 미러를 거쳐 우측으로 방출되고, 따라서 우측으로부터 이들의 입사광(702)이 들어와서 미러를 거쳐 수광소자로 들어온다. 반면에, 회전체의 이동에 의하여 미러가 도 8과 같이 180°회전 이동한 경우에는, 발광소자에서 방출된 방출광(801)은 미러를 거쳐 좌측으로 방출되고, 따라서 좌측으로부터 이들의 입사광(802)이 들어와서 미러를 거쳐 수광소자로 들어간다. Referring to FIG. 7, the emitted light 701 emitted from the light emitting device is emitted to the right through the mirror, and thus,
도 9는 상하 이동체의 상하 이동에 의하여 미러가 일정 기울기(tilt)를 가질 때의 방출광 및 입사광의 모습을 도시한 그림으로서, 미러는 기본적으로 도 9(b)와 같이 45°기울기를 가진다. 이러한 상태에서 도 9(a)와 같이 상하 이동체(320)가 하부로 이동할 시에는 가이드 레일에 연결된 힌지(306)의 회동에 의하여 기본 기울기인 45°보다 더 큰 기울기를 가지게 된다. 마찬가지로 도 9(c)와 같이 상하 이동체(320)가 상부로 이동할 시에는 가이드 레일에 연결된 힌지(306)의 회동에 의하여 기본 기울기인 45°보다 더 작은 기울기를 가지게 된다. 이러한 미러의 기울기 범위는 기준 기울기 45°보다 ±10°범위를 가짐이 바람직하다.FIG. 9 is a view showing the state of the emitted light and the incident light when the mirror has a certain tilt due to the vertical movement of the up and down moving body. The mirror basically has a 45 ° tilt as shown in FIG. 9 (b). In this state, when the vertical moving
상하 이동체의 상하 이동 궤적별 거리측정 구간을 도 10의 그래프에 도시하였는데, 미러 회전 도중의 거리 측정이 이루어지지 않는 아이들 구간(idle range)에서 상기 미러의 기울기 변경 동작이 이루어지도록 한다. 즉, 측정 도중에 측정 방향과 반대로 미러의 회전이 있는 때에는 아이들 구간으로 보아 상기 미러의 기울기 변경이 이루어진다.The distance measurement section for each vertical movement trajectory of the up and down moving body is illustrated in the graph of FIG. 10, and the tilt change operation of the mirror is performed in an idle range in which distance measurement is not performed during mirror rotation. That is, when there is rotation of the mirror opposite to the measurement direction during the measurement, the inclination of the mirror is changed in the idle section.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 3차원 거리센서를 이용하여 3차원 입체적으로 거리 측정하는 과정을 도시한 플로차트이다.FIG. 11 is a flowchart illustrating a process of three-dimensionally measuring a distance in three dimensions by using a three-dimensional distance sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
특정 물체에 대해 3차원 입체적으로 거리를 측정하기 위해서는 해당 물체의 가로축을 중심으로 1라인에 대한 거리를 측정(S1104)한 후, 미러의 기울기를 계속적으로 변경(S1106)해 나가면서 회전체를 회전(S1104)시킴으로서 원하는 입체적 거리정보를 획득할 수 있다. To measure the distance in three dimensions in relation to a specific object, measure the distance about one line around the horizontal axis of the object (S1104), and then rotate the rotating body while continuously changing the tilt of the mirror (S1106). (S1104), it is possible to obtain desired three-dimensional distance information.
상술하면, 우선, 물체의 한 지점에 대한 거리정보를 획득하는 단계(S1102)를 가진다. 상기 한 지점에 대한 거리정보를 획득하는 모습을 살펴보면, 본 발명의 3차원 거리센서 내의 발광소자(312)에서 레이저광을 방출광으로 방출하고 시준기(313)가 이 레이저광을 평행광으로 바꾸어준다. 물체에 도달한 레이저광은 물체의 표면에서 산란 또는 되반사되어 그 광의 일부가 3차원 거리센서 쪽으로 되돌아간다. 3차원 거리센서 쪽으로 되돌아온 광은 미러(303)에 의해 반사된 후, 집광렌즈(315)를 거쳐 수광소자(314)에 집속된다. 수광소자(314)에서 집속된 신호를 센싱하여 시스템의 연산장치에 전달한다. 상기와 같은 방식에 의하여 3차원 공간의 1점에 대한 거리정보가 얻어진다. 상기와 같이 동일한 미러(303)를 통해 광을 방출하여 이를 동일 미러를 통해 수렴함으로써 측정 에러율을 줄일 수 있다.In detail, first, a step (S1102) of obtaining distance information on a point of an object is obtained. Looking at the state of obtaining the distance information for the point, the
상기와 같이 3차원 공간의 1점에 대한 거리정보를 획득(S1102)한 후에는 회전체를 회전시켜 미러를 360°회전시킴으로써 가로축을 중심으로 1라인에 대한 거리를 획득(S1104)한다. 즉, 소정 각도(예컨대, 미러의 1°) 단위로 거울의 회전이 있을 때마다 각 단위별로 상기 S1102 단계를 반복하여 가로축을 중심으로 1라인에 대한 거리를 측정한다. 이때 상기 미러의 회전은, 미러와 고정축으로 연결된 회전 모터부의 회전에 의하여 상기 미러가 회전되는데, 상기 미러가 회전되는 것은, 상기 미러의 외곽을 둘러싸는 드럼 내부표면에 형성된 가이드 레일에 연결된 축을 따라 360°회전된다.After obtaining the distance information for one point of the three-dimensional space as described above (S1102) by rotating the rotating body by rotating the mirror 360 ° to obtain a distance for one line around the horizontal axis (S1104). That is, whenever there is a rotation of the mirror by a predetermined angle (for example, 1 ° of the mirror), the step S1102 is repeated for each unit to measure the distance of one line around the horizontal axis. At this time, the mirror is rotated by the rotation of the rotating motor unit connected to the mirror and the fixed shaft, the mirror is rotated, along the axis connected to the guide rail formed on the drum inner surface surrounding the outside of the mirror Rotate 360 °.
상기 1 라인(line)에 대한 거리 측정이 완료된 후에는 상하 이동체를 이용하여 미러 기울기를 계속적으로 단계별 변경(S1106)시켜 가면서, 미러의 기울기 단계별로 상기 S1104단계를 수행하여 1라인에서의 거리정보를 획득한다. 상기 미러의 기울기 변경은, 상하로 움직일 수 있는 상하 이동체에 미러가 힌지 연결되어 있어, 상기 상하 이동체의 상하 움직임에 의해 기울기 변경이 이루어진다. 이때, 미러의 기울기 변경이 이루어지는 때는, 미러 회전 도중의 거리 측정이 이루어지지 않는 아이들 구간(idle range)에서 상기 미러의 기울기 변경 동작이 이루어진다. After the distance measurement for one line is completed, the mirror tilt is continuously changed step by step using the up and down moving object (S1106), and the distance information in one line is performed by performing the step S1104 in the tilt step of the mirror. Acquire. The inclination change of the mirror is a hinge is connected to the vertical movable body that can move up and down, the tilt change is made by the vertical movement of the vertical movable body. At this time, when the tilt change of the mirror is made, the tilt change operation of the mirror is performed in an idle range in which distance measurement during mirror rotation is not made.
결국, 미러가 경사질 수 있는 최대 기울기에 도달(S1108)할 때까지 상하 이동체의 위치를 계속 바꾸어주면서 회전체를 회전시켜 S1104단계 및 S1106단계를 수행함으로써, 결과적으로 3차원 입체적 거리 정보를 획득(S1110)할 수 있게 된다.As a result, by rotating the rotating body while continuously changing the position of the up and down moving object until the mirror reaches the maximum inclination that can be inclined (S1108), step S1104 and S1106 are performed, resulting in three-dimensional stereoscopic distance information ( S1110) can be made.
한편, 본 발명은 고정체(310)를 도시한 도 12(a)와 같이 발광소자(312)에서 방출된 방출광이 미러(303)를 거쳐 우측으로 방출되고 이러한 방출광이 물체에 반사되어 입사광으로서 다시 동일 미러(303)를 거쳐 집광렌즈(315)를 통해 수광소자(314)로 돌아오는 구조를 가지며, 미러의 상하 기울기 변화 및 미러의 180°회전 변화에 따라 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 있다. Meanwhile, in the present invention, as shown in FIG. 12 (a) of the fixed
그런데, 본 발명의 고정체(310)는 도 12(a)와 같이 하나의 미러(303)를 사용하여 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시 예로서 도 12(b)과 같이 방출광의 광로와 입사광의 광로를 2개의 미러(1201,1202)를 사용하여 서로 일치시켜 주는 구조 하에서도 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 즉, 고정체(310)의 도 12(b)에 도시한 바와 같이 빔 스플릿터(beam splitter)의 방식을 적용하여 투광미러(1201)와 겸용미러(1202) 사용하여 방출광과 입사광이 광로를 일치시켜주는 구조하에서, 미러(303)와 마찬가지로 투광미러(1201)의 상하 기울기 변화 및 투광미러의 180°회전 변화에 따라 3차원 입체적으로 거리를 측정할 수 있다. 상기 투광미러(1201)는 방출광 및 입사광을 반사시키는 도 12(a)의 미러(303)와 동일한 것이나, 명칭만 달리하고 있을 뿐이다. 차이점이 있다면 도 12(a)의 미러(303)는 방출광 및 입사광의 광로가 서로 달리하지만, 도 12(b)의 투광미러(1201)는 방출광 및 입사광의 광로가 동일한 형태를 가진다.By the way, the
상기과 같이 투광미러(1201)에서 반사되는 방출광 및 입사광의 광로를 서로 일치시켜주는 것은 투광미러(1201)와 수광소자(314) 사이에 있는 겸용미러(1202)에 의하여 이루어지는데, 상기 겸용미러(1202)는 편광거울과 같은 것으로서 수광소자(314)와 겸용미러(1202) 사이에 일정 기울기를 가지도록 설치된다. 또한, 발광소자(312)는 상측이 아닌 겸용미러(1202) 쪽으로 평행하게 빛을 방출하는 구조를 가지도록 설치된다.As described above, matching the optical paths of the emitted light and the incident light reflected by the
발광소자(312)에서 나온 빛은 시준기(313)를 거쳐 겸용미러(1202)에 의해 투 광미러(1201)로 반사되고, 이러한 반사된 빛은 다시 투광미러(1201)에서 반사되어 방출광으로서 외부에 방출된다. 상기 방출된 빛이 측정하고자 하는 물체에 반사되어 들어오는 입사광은 투광미러(1201)에서 겸용미러(1202)쪽으로 반사되고, 겸용미러는 이를 수광소자(314)쪽으로 그대로 투과시킨다. The light emitted from the
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.In the above description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not to be determined by the embodiments described above, but will be apparent in the claims as well as equivalent scope.
본 발명은 1개 라인만을 스캔하여 1차원 거리측정을 수행하는 종래의 방식에 비하여, 수직방향으로도 일정 각도 회전 시켜줌으로써 3차원적인 공간에 대한 거리 측정이 이루어질 수 있는 효과가 있다.Compared to the conventional method of performing one-dimensional distance measurement by scanning only one line, the present invention has an effect that distance measurement with respect to three-dimensional space can be made by rotating the lens at an angle in the vertical direction.
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