KR100901614B1 - 거리 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에서는 거리 측정 장치에 관해 개시된다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및 상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함된다.
거리 측정

Description

거리 측정 장치 및 방법{Range Finder and Method for finding range}
도 1은 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면.
도 6과 도 7은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 상하 구동부재의 실시예를 설명하는 도면.
도 8과 도 9는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제1방향으로 180도 회전하기 전과 후의 상태를 도시한 도면.
도 10 내지 도 12는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제2방향으로 회전된 상태를 도시한 도면.
도 13은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 컨트롤러를 설명하는 도면.
도 14 내지 도 16은 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하는 도면.
도 17과 도 18은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면.
도 19는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정 공간이 상기 제1방향으로 0도~180도 범위인 경우에 측정 공간으로 광 펄스가 방출되는 것을 도시한 도면.
도 20과 도 21은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 또 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면.
도 22는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정된 위치 정보를 변환하는 방법을 설명하는 도면.
도 23은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 광 펄스의 주파수를 증가시킴으로써 해상도를 증가시킨 것을 설명하는 도면.
도 24는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제1방향으로 회전되는 속도를 감소시킴으로써 수평 방향의 해상도 및 수직 방향의 해상도를 변화시키는 것을 설명하는 도면.
도 25는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제1방향으로 회전되는 속도를 증가시킴으로써 수평 방향의 해상도 및 수직 방향의 해상도를 변화시키는 것을 설명하는 도면.
도 26은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 작동을 설명하는 도면.
도 27은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 정밀 측정모드로 동작되는 경우 광 펄스의 스캔 과정과 복수 프레임의 광 펄스가 조합된 것을 설명하는 도면.
도 28은 정밀 측정모드를 통해 측정 공간에 위치한 객체를 추출하는 과정을 설명하는 도면.
도 29는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 움직임 측정모드로 동작되는 경우 광 펄스의 스캔 과정과 복수 프레임의 광 펄스가 조합된 것을 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 컨트롤러 11 ; 제어부
12 ; 액츄에이터 구동부 13 ; 광신호 제어부
14 ; 메모리 15 ; 인터페이스
20 ; 수광부 30; 발광부
40 ; 액츄에이터 50 ; 반사미러
60 ; 제1방향 70 ; 제2방향
80 ; 제3방향 200 ; 측정 공간
210 ; 광 펄스 220 ; 소영역
230 ; 기준점 300 ; 회전체
301; 회전 링 302 ; 고정축
303 ; 미러 304 ; 미러 마운트 플레이트
305 ; 연결축 306 ; 힌지
307 ; 회전 가이드축 310 ; 고정체
311 ; 베이스 312 ; 발광소자
313 ; 콜리메이터 렌즈 314 ; 수광소자
315 ; 집광렌즈 320 ; 상하 이동체
321 ; 드럼 322 ; 가이드 레일
340 ; 미러 마운트 350 ; 회전부재
501; 선형 액츄에이터 601 ; 모터 회전축
701 ; 광 펄스 702 ; 반사광
실시예에서는 거리 측정 장치에 관해 개시된다.
거리 측정 장치는 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다.
예를 들어, 로봇이 주어진 작업을 효과적으로 수행하기 위해서는 고성능 공간인식 기술이 요구되고, 고성능 공간인식 기술은 레이저 광 펄스를 이용한 거리 측정을 통해 달성될 수 있다.
또한, 거리 측정 장치는 청소 로봇으로 대표되는 가사용 서비스 로봇에 적용될 수 있으며, 가사용 서비스 로봇은 공간 인식 기술을 통해 고성능의 자율 주행 구현이 가능하다.
또한, 거리 측정 장치는 자동차에 적용함으로써 차선 인식, 갑작스런 차량 및 사람의 등장에 대한 급정거 기능 등을 구현할 수 있으며, 자동차의 자율 주행이 가능하도록 할 수 있다.
실시예는 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예는 3차원 측정 공간에 위치하는 물체에 대한 거리를 측정하여 3차원 공간 인식을 할 수 있는 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예는 3차원 측정 공간에 대한 거리 측정 데이터를 효과적으로 처리할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공한다.
실시예는 액츄에이터의 구동방법이 간단한 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예는 소형화에 유리한 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예는 3차원 측정 공간에 위치하는 물체에 대해 해상도를 가변하여 거리를 측정할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공한다.
실시예는 3차원 측정 공간에 위치하는 물체를 식별하고 상기 물체의 움직임과 이동 속도를 추출할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및 상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 측정 공간을 광 펄스를 이용하여 스캐닝하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 프레임 단위로 획득하여 저장하는 단계; 및 상기 측정 공간을 반복하여 스캐닝하여 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하여 저장하는 단계가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 측정 공간에 프레임 단위로 동일한 위치에 광 펄스를 방출하여 스캐닝하고 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 복수 프레임에 대해 획득하여 저장하는 단계; 및 상기 복수 프레임의 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 비교하여 물체의 상대 이동을 추출하는 단계가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 측정 공간에 프레임 단위로 상이한 위치에 광 펄스를 방출하여 스캐닝하고 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 복수 프레임에 대해 획득하여 저장하는 단계; 및 상기 복수 프레임의 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 조합하여 물체를 식별하는 단계가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 동작 모드가 입력되는 단계; 상기 동작 모드가 정밀 측정모드인 경우 광 펄스가 방출되는 방향을 프레임 단위로 변화시키는 단계; 상기 동작 모드가 움직임 측정모드인 경우 광 펄스가 방출되는 방향을 프레임 단위로 동일하도록 하는 단계; 및 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하여 저장하는 단계가 포함된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 거리 측정 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 거리 측정 장치는 컨트롤러(10), 수광부(20), 발광부(30), 액츄에이터(40) 및 반사미러(50)가 포함된다.
상기 컨트롤러(10)는 상기 액츄에이터(40)를 구동하고, 상기 액츄에이터(40) 로부터 광 펄스가 방출된 방향, 즉 광 펄스의 위치 정보를 획득한다.
또한, 상기 컨트롤러(10)는 상기 발광부(30)에서 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부(20) 및 액츄에이터(40)를 통해 획득한 거리 정보 및 위치 정보를 바로 외부 기기로 전송하거나 가공하여 외부 기기로 전송한다.
상기 발광부(30)는 펄스 레이저 다이오드(pulse laser diode)와 같은 발광 소자가 포함되고, 상기 컨트롤러(10)의 제어에 따라 광 펄스를 방출한다.
상기 수광부(20)는 포토 다이오드와 같은 광 검출용 수광 소자가 포함되며, 증폭 회로가 내장되어 미세한 광원도 검출이 가능한 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photodiode)가 사용될 수 있다.
상기 반사미러(50)는 상기 발광부(30)에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고, 측정 공간의 물체에서 반사되어 되돌아오는 반사광이 상기 수광부(20)에 입사되도록 한다.
상기 액츄에이터(40)는 상기 컨트롤러(10)의 제어에 따라 상기 반사미러(50)의 각도를 변화시킨다. 상기 액츄에이터(40)는 상기 반사미러(50)가 제1축을 중심으로 제1방향으로 회전되도록 하고 상기 반사미러(50)가 상기 제1축과 수직인 제2축을 중심으로 제2방향으로 회전되도록 한다.
예를 들어, 상기 액츄에이터(40)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1축을 중심으로 제1방향으로 360도 회전되도록 구동하고, 상기 제2축을 중심으로 제2방향으로 ±10도 범위에서 회전되도록 구동한다.
또한, 상기 액츄에이터(40)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1축을 중심으로 180도 회전되도록 구동하거나, 상기 제2축을 중심으로 ±90도 범위에서 회전되도록 구동하는 것이 가능하다.
또한, 상기 액츄에이터(40)는 동작 모드에 따라 상기 반사미러(50)가 상기 제1축 및 제2축을 중심으로 회전하는 각도 범위, 회전 속도, 주파수를 변화시켜 구동하는 것이 가능하다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 발광부(30)에서 방출된 광 펄스가 측정 공간의 물체에서 반사되어 상기 수광부(20)로 입사된 경우, 상기 광 펄스의 비행시간 및 속도를 고려하여 거리 측정 장치로부터 측정 공간의 물체까지의 거리를 측정한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 액츄에이터(40)의 구동에 따라 상기 반사미러(50)가 제1축 및 제2축을 중심으로 회전되는 동안 거리 측정이 이루어지므로, 3차원 공간에 위치한 물체에 대한 거리 측정이 가능하다. 즉, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 3차원 공간 인식 기술을 구현할 수 있다.
한편, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 측정 공간에 대해 해상도를 가변하여 측정 공간에 위치한 물체에 대한 거리 측정이 가능하다. 상기 컨트롤러(10)는 해상도를 증가시키기 위해 상기 발광부(30)에서 방출되는 광 펄스의 주파수를 증가시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 액츄에이터(40)의 구동을 제어하여 상기 광 펄스의 주파수를 변화시키지 않아도 상기 반사미러(50)가 상기 제1축 또는 제2축을 중심으로 회전하는 각도 범위 또는 회전 속도를 변화시킴으로써 수평 방향의 해상도 또는 수직 방향의 해상도를 변화시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 컨트롤러(10) 또는 상기 컨트롤러(10)와 연결된 외부 기기의 제어에 따라 제1동작 모드와 제2동작 모드로 작동될 수 있다.
상기 제1동작 모드는 원거리에 위치한 물체의 거리를 측정하는 경우에 적합한 원거리 측정 모드이고, 상기 제2동작 모드는 근거리에 위치한 물체의 거리를 측정하는 경우에 적합한 근거리 측정 모드이다.
상기 거리 측정 장치가 원거리 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1축을 중심으로 상기 제1방향으로 회전하는 속도를 감소시키거나 상기 반사미러(50)가 상기 제2축을 중심으로 상기 제2방향으로 회전하는 속도 또는 범위를 감소시킨다. 또한, 상기 광 펄스의 주파수를 감소시킬 수 있다.
반면에, 상기 거리 측정 장치가 근거리 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1축을 중심으로 제1방향으로 회전하는 속도를 증가시키거나 상기 반사미러(50)가 상기 제2축을 중심으로 제2방향으로 회전하는 속도 또는 범위를 증가시킨다. 또한, 상기 광 펄스의 주파수를 증가시킬 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 컨트롤러(10) 또는 상기 컨트롤러(10)와 연결된 외부 기기의 제어에 따라 제3동작 모드와 제4동작 모드로 작동될 수 있다.
상기 제3동작 모드는 측정 공간에 위치한 물체를 정밀하게 측정하는 경우에 적합한 정밀 측정모드이고, 상기 제4동작 모드는 측정 공간에 위치한 물체의 상대적 움직임을 측정하는 경우에 적합한 움직임 측정모드이다.
상기 거리 측정 장치가 정밀 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1축 및 제2축을 중심으로 상기 제1방향 및 제2방향으로 회전하는 주기를 비동기화 시켜 측정 공간에 대해 조밀하게 광 펄스가 방출되도록 한다.
반면에, 상기 거리 측정 장치가 움직임 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1축 및 제2축을 중심으로 상기 제1방향 및 제2방향으로 회전하는 주기를 동기화시켜 측정 공간에 대해 동일한 위치에 광 펄스가 방출되도록 한다.
즉, 상기 정밀 측정 모드는 측정 공간에 대해 가능한 모든 공간으로 광 펄스를 방출하여 상기 측정 공간 전체에 대한 거리 정보를 획득할 수 있도록 하고, 상기 움직임 측정 모드는 측정 공간에 대해 일정한 공간으로만 광 펄스를 방출하여 상기 일정한 공간에 대한 거리 정보의 변화를 획득한다.
상기 정밀 측정모드와 움직임 측정모드를 통해 획득한 위치 정보 및 거리 정보는 프레임 별로 조합 또는 비교되어, 물체의 정밀한 측정 또는 움직임을 추출할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 5에서는 도 1에서 설명한 상기 컨트롤러(10)에 대해서는 도시 를 생략하였으나, 상기 컨트롤러(10)는 상기 액츄에이터(40), 수광부(20) 및 발광부(30)와 전기적으로 연결된 회로기판에 장착된 칩 형태로 구현될 수 있다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 편의상 회전체(300), 고정체(310) 및 상하 이동체(320)로 구분되어 설명될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 회전체(300)는 미러(303), 미러 마운트(340), 회전부재(350)가 포함된다.
상기 미러(303)는 도 1에서 설명한 반사미러(50)의 구체적인 실시예로써 원형의 형태로 형성된다.
상기 미러(303)는 발광소자(312)에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키며, 측정 공간의 물체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 반사시켜 수광소자(314)로 보내는 기능을 수행한다.
상기 미러 마운트(340)는 상기 미러(303)를 지지하고, 상기 미러(303)가 가상의 수평 방향 축을 중심으로 제2방향(70)으로 회전되도록 한다.
상기 미러 마운트(340)는 미러 마운트 플레이트(304)와, 연결축(305), 힌지(306), 회전 가이드축(307)이 포함된다.
상기 미러 마운트 플레이트(304)는 상기 미러(303)를 지지해주는 판으로 구현되며, 상기 연결축(305)은 상기 미러 마운트 플레이트(304)와 결합되고 상기 힌지(306)를 통해 상기 회전 가이드축(307)과 연결된다.
상기 회전 가이드축(307)은 상기 상하 이동체(320) 내면에 원형홈으로 형성된 가이드 레일(322)에 인입되어, 상기 가이드 레일(322)을 따라 회전 이동한다.
상기 회전부재(350)는 모터와 연결되어 모터로부터 회전력을 인가받는 링 형상의 회전 링(301)과, 상기 회전 링(301)에 고정되어 상기 미러 마운트 플레이트(304)가 상하 방향으로 회전 가능하도록 상기 미러 마운트 플레이트(304)의 양측을 지지하는 고정축(302)이 포함된다.
상기 회전부재(350)는 상기 미러(303)를 지지하는 상기 미러 마운트 플레이트(304)가 가상의 수직 방향 축을 중심으로 360도 회전되도록 한다.
따라서, 상기 미러(303)는 상기 회전부재(350)의 회전에 따라 제1방향(60)으로 회전된다. 이때, 상기 미러 마운트 플레이트(304)와 연결된 회전 가이드축(307)은 상기 가이드 레일(322)을 따라 이동하므로, 상기 미러(303)는 상기 제1방향(60)으로 자유롭게 회전할 수 있다.
또한, 상기 상하 이동체(320)가 제3방향(80), 즉 상하 방향으로 슬라이딩 이동됨에 따라, 상기 힌지(306)를 중심으로 상기 연결축(305)과 회전 가이드축(307)의 각도가 변화되어 상기 미러 마운트 플레이트(304)는 상기 고정축(302)에 의해 형성되는 가상의 수평 방향 축을 중심으로 상기 제2방향(70)으로 회전한다.
따라서, 상기 미러(303)의 기울기가 변화되어, 상기 발광소자(312)에서 방출된 광 펄스는 진행 경로가 변화된다.
도 2와 도 4를 참조하면, 상기 고정체(310)는 베이스(311)가 구비되고, 상기 베이스(311)에는 도 1에서 설명한 수광부(20) 및 발광부(30)가 배치된다.
상기 베이스(311)에는 상기 수광부(20)의 구체적인 실시예로써 입사되는 반사광을 센싱하는 수광소자(314)와, 상기 반사광을 상기 수광소자(314)로 집광시켜 주는 집광렌즈(315)가 형성된다.
또한, 상기 베이스(311)에는 상기 발광부(30)의 구체적인 실시예로써 레이저형태의 광 펄스를 방출하는 상기 발광소자(312)와, 상기 발광소자(312)에서 방출된 광을 평행광으로 변경시켜주는 콜리메이터 렌즈(313)가 형성된다.
상기 발광소자(312)로부터 나온 광 펄스는 상기 콜리메이터 렌즈(313)를 거쳐 평행광으로 변환되어, 상기 미러(303)에 의해 측정 공간로 방출된다. 이때 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전된 정도 및 상기 제2방향(70)으로 회전된 정도에 따라 상기 발광소자(312)에서 방출된 광 펄스의 진행 방향이 변화된다.
도 2와 도 5를 참조하면, 상기 상하 이동체(320)는 원통형의 드럼(321)과, 상기 드럼(321)의 내부면에 원형의 홈으로 형성된 상기 가이드 레일(322)과, 상기 드럼(321)을 제3방향(80)으로 슬라이딩 되도록 하는 상하 구동부재(미도시)가 포함된다.
상기 가이드 레일(322)에는 상기 미러 마운트 플레이트(304)를 연결시켜주는 회전 가이드축(307)이 인입된다.
상기 드럼(321)은 상하 구동부재의 동작 제어에 의하여 상하 방향으로 이동하는데, 상하 구동부재는 두 가지 방식으로 구현할 수 있다.
도 6과 도 7은 상하 구동부재의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 상하 구동부재는 선형 액츄에이터(501)를 이용하여 구현될 수 있다.
상기 선형 액추에이터(501)는 상기 상하 이동체(320) 하부에 구비되어 상기 드럼(321)을 상하로 움직이게 하는 것이다.
상기 선형 액추에이터(501)는 전자기장이나 진공의 힘을 이용하여 상기 드럼(321)을 위로 밀거나 아래로 당김으로써, 상기 드럼(321)을 상하로 움직일 수 있게 한다.
도 7을 참조하면, 상기 상하 구동부재는 모터 회전축(601)을 이용하여 구현될 수 있다.
상기 모터 회전축(601)을 상기 상하 이동체(320)의 둘레에 배치하고, 상기 모터 회전축(601) 내부면에 나사선 형태의 레일을 형성하여, 상기 레일의 회전에 따라 레일에 물려있는 상하 이동체(601)의 드럼(321)이 상하로 이동하도록 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 미러(303)가 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 자유롭게 회전될 수 있도록 함으로써, 3차원 공간에 위치한 물체의 거리를 측정할 수 있다.
도 8과 도 9는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러(303)가 제1방향(60)으로 180도 회전하기 전과 후의 상태가 도시된 도면이다.
도 8과 도 9를 참조하면, 발광소자에서 방출된 광 펄스(701)는 상기 미러(303)를 거쳐 우측방향으로 방출되고, 우측방향에서 입사된 반사광(702)은 미러(303)를 거쳐 수광소자로 들어온다.
반면에, 상기 미러(303)가 제1방향(60)으로 180도 회전한 경우에는, 발광소자에서 방출된 광 펄스(801)는 상기 미러(303)를 거쳐 좌측방향으로 방출되고, 좌 측방향에서 입사된 반사광(802)은 상기 미러(303)를 거쳐 수광소자로 들어간다.
실시예에서는 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 360도 회전 가능한 것이 도시되어 있으나, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전되는 범위 및 회전 속도는 거리 측정 장치가 적용되는 제품에 따라 상이하게 설계될 수 있다.
또한, 거리 측정 장치가 동일한 제품에 적용되는 경우에도, 거리 측정 장치의 동작 모드에 따라 회전 범위, 회전 속도, 회전 주파수는 달라질 수 있다.
도 10 내지 도 12는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러(303)가 제2방향(70)으로 회전된 상태를 도시한 도면이다.
상기 상하 이동체(320)의 상하 이동에 의하여 상기 미러(303)는 수평면에 대하여 35도 내지 55도의 기울기를 가진다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 상하 이동체(320)가 하측 방향으로 이동된 경우 상기 미러(303)는 수평면에 대하여 55도의 기울기를 가지고, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 상하 이동체(320)가 상측 방향으로 이동된 경우 상기 미러(303)는 수평면에 대하여 35도의 기울기를 가진다.
실시예에서는 상기 미러(303)가 ±10도의 범위에서 제2방향(70)으로 회전되는 것을 설명하였으나, 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전되는 범위는 설계에 따라 변화될 수 있다.
즉, 실시예에서는 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 ±10도의 범위에서 회전 가능한 것이 개시되어 있으나, 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전 범위, 회전 속도, 회전 주파수는 거리 측정 장치가 적용되는 제품에 따라 상이 하게 설계될 수 있다.
또한, 거리 측정 장치가 동일한 제품에 적용되는 경우에도, 거리 측정 장치의 동작 모드에 따라 회전 범위, 회전 속도, 회전 주파수는 달라질 수 있다.
예를 들어, 상기 거리 측정 장치는 상기 제2방향(70)으로 45도 기울기를 기준으로 ±45도의 범위로 회전될 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 장치가 원거리 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 속도를 감소시키거나 회전되는 범위를 ±5도로 구동할 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 장치가 근거리 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 속도를 증가시키거나 회전되는 범위를 ±15도로 구동할 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 장치가 정밀 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전되는 주기를 비동기화할 수 있으며, 상기 거리 측정 장치가 움직임 측정 모드로 동작되는 경우 상기 컨트롤러(10)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전되는 주기를 동기화할 수 있다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 3차원 공간에 위치하는 물체의 거리 측정을 위해 상기 미러(303)가 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전되도록 한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 발광 소자(312)에서 방출된 광 펄스를 3차원 공간에 방출하기 위해 구동되는 부품의 수를 최소화시켜 상기 액츄에이 터(40)의 구동을 단순화 및 액츄에이터(40)의 크기를 소형화 할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 발광 소자(312) 및 수광소자(314)에 대해 상기 미러(303)가 상대운동(relative motion) 하도록 함으로써 액츄에이터(40)의 크기를 소형화 할 수 있다.
구체적으로, 상기 발광 소자(312)에서 방출된 광 펄스를 상기 제1방향(60)을 따라 방출하기 위하여 구동되는 부품은 미러(303), 미러 마운트(340), 회전부재(350)이고, 상기 발광 소자(312)에서 방출된 광 펄스를 상기 제2방향(70)을 따라 방출하기 위하여 구동되는 부품은 미러(303), 미러 마운트(340), 상하 이동체(320)이다.
따라서, 실시예는 동작이 단순하고 크기가 작은 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 수평 방향의 해상도 또는 수직 방향의 해상도를 변화시키기 위하여 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60) 또는 상기 제2방향으로 회전되는 속도를 변화시킬 수 있다.
이를 위해 상기 컨트롤러(10)는 상기 회전부재(350)가 상기 제1방향(60)으로 회전되는 속도를 제어하거나 상기 상하 이동체(320)가 상하 방향으로 이동되는 속도 또는 범위를 제어한다. 이때, 상기 컨트롤러(10)는 부하가 가장 적게 걸리는 부품의 동작을 제어할 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 컨트롤러를 설명하는 도면이다.
상기 컨트롤러(10)는 제어부(11), 액츄에이터 구동부(12), 광신호 제어 부(13), 메모리(14), 인터페이스(15)가 포함된다.
상기 액츄에이터 구동부(12)는 상기 제어부(11)의 제어에 따라 상기 미러(303)를 상기 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전시키기 위한 구동 신호를 인가한다. 그리고, 상기 액츄에이터 구동부(12)는 상기 미러(303)의 회전된 상태 정보를 획득하여 상기 제어부(11)로 전송한다.
상기 미러(303)가 회전된 상태 정보는 상기 광 펄스가 방출된 방향의 위치 정보로 사용된다.
예를 들어, 상기 미러(303)의 회전된 상태 정보는 상기 회전 링(301) 및 드럼(321)에 인덱스 마크를 부착하고 이를 감지하는 센서를 설치함으로써 상기 회전 링(301) 및 드럼(321)이 상기 제1방향(60) 및 제3방향(60)으로 이동된 상태를 판단함으로써 획득될 수 있다.
상기 광신호 제어부(13)는 상기 제어부(11)의 제어에 따라 상기 발광부(30)에서 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부(20)에서 출력하는 신호를 디지탈 신호로 변환하여 상기 제어부(11)로 전송한다.
상기 메모리(14)는 상기 수광부(20)를 통해 획득한 거리 정보 및 위치 정보가 저장된다.
상기 메모리(14)에는 측정 공간에 대한 거리 정보 및 위치 정보가 프레임 별로 저장될 수 있으며, 복수 프레임의 거리 정보 및 위치 정보의 조합이나 차이에 대한 정보가 저장될 수 있다.
상기 인터페이스(15)는 외부 기기와 연결되어 거리 측정 장치에서 획득한 위 치 정보 및 거리 정보가 외부 기기로 전송되도록 하고, 외부 기기로부터 제어 명령이 입력된 경우 상기 제어부(11)로 전송한다.
도 14 내지 도 16은 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 14에는 상기 상하 이동체(320)의 상하 이동 궤적별 거리측정 구간이 도시되었다.
상기 상하 이동체(320)는 측정 구간(measuring range)에서는 이동되지 않고, 휴지 구간(idle range)에서 하측 방향으로 이동된다.
상기 상하 이동체(320)가 상하 방향으로 이동되는 거리에 따라 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는데, 실시예에서 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 각도 범위는 ±10도로 예시되었다.
상기 측정 구간에서는 상기 미러(303)가 제1방향(60)으로 회전되는데, 실시예에서 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 각도는 360도로 예시되었다.
도 15는 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
측정 공간에 존재하는 물체들에 대해 거리를 측정하기 위해서는 물체의 한 지점에 대한 거리정보를 획득하는 단계를 거친다(S1102).
먼저, 상기 한 지점에 대한 거리정보를 획득하는 것을 설명하면, 우선 발광소자(312)에서 광 펄스가 방출되고 콜리메이터 렌즈(313)가 상기 광 펄스를 평행광으로 바꾸어준다. 물체에 도달한 광 펄스는 물체의 표면에서 반사되어 그 광의 일부가 거리 측정 장치가 위치하는 방향으로 되돌아온다.
반사광은 미러(303)에 의해 반사된 후, 집광렌즈(315)를 거쳐 수광소자(314)에 집속된다. 상기 수광소자(314)에서 집속된 신호를 센싱하여 광신호 제어부(13)에 전달한다. 상기와 같은 방식에 의하여 측정 공간의 한 점에 대한 거리정보가 얻어진다.
상기와 같이 측정 공간의 한 점에 대한 거리정보를 획득한 후에는 회전체(300)를 회전시켜 상기 미러(303)를 360도 회전시킴으로써 가로방향의 한 라인에 대한 거리를 획득한다(S1104).
상기 한 라인(line)에 대한 거리 측정이 완료된 후에는 상기 상하 이동체(320)를 이용하여 상기 미러(303) 기울기를 단계별 변경한다(S1106).
상기 미러(303)가 최대 또는 최소 기울기에 도달(S1108)할 때까지 상기 상하 이동체(320)의 위치를 바꾸어주면서 상기 회전체(300)를 회전시켜 S1104단계 및 S1106단계를 수행한다.
결과적으로 3차원 입체 공간에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다(S1110).
도 16은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 3차원 공간에 대한 스캔 방법이 도시되어 있다.
도 16에서 도시된 사각형은 측정 공간(200)을 의미한다.
상기 측정 공간(200)의 가로축은 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 범위로써 360도로 예시되어 있다. 따라서, 측정 공간(200)의 좌측 세로축과 우측 세로축은 상기 거리 측정 장치에서는 동일한 방향이다.
만약, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 범위가 180도로 설 정된다면, 상기 측정 공간(200)의 좌측 세로축과 우측 세로축은 거리 측정 장치를 중심으로 원주상의 반대 방향이 된다.
상기 측정 공간(200)의 세로축은 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 범위로써, 상기 미러(303)가 45도의 기울기를 가진 상태에서 상기 제2방향(70)으로 회전하는 범위인 ±10도가 예시되어 있다.
도 16에서 도시된 원은 광 펄스(210)를 의미한다. 상기 광 펄스(210)의 속도는 매우 빠르기 때문에 광 펄스(210)가 방출된 방향과 물체에서 반사된 반사광이 입사되는 방향은 실질적으로 동일하다고 볼 수 있다.
상기 광 펄스(210)는 상기 측정 공간(200)의 하측 좌측부터 방출되어 화살표 방향을 따라 점차 하측 우측으로 방출되어 한 라인에 대한 스캔이 이루어진다. 그리고, 단계적으로 상측 방향으로 이동되면서 각각 한 라인에 대한 스캔이 이루어진다. 참고로, 도 16에는 전체 측정 공간(200)에 대한 스캔 순서가 번호로 표시되었다.
따라서, 전체 측정 공간(200)에 존재하는 물체에 대한 거리 측정이 이루어진다.
한편, 상기 광 펄스(210)는 거리 정보를 생성한다. 각각의 광 펄스(210)가 방출된 후 반사광이 입사된 시간을 측정하여 상기 광 펄스(210)가 방출된 방향에 존재하는 물체의 거리를 측정할 수 있다.
도 17과 도 18은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
다른 실시예에 따른 거리 측정 방법은 상기 미러(303)를 제1방향(60)으로 회전시킴과 동시에 상기 제2방향(70) 방향으로 회전시킨다.
즉, 상기 상하 이동체(320)는 측정 공간(200)에 대한 스캔이 완료될 때 까지 하측 방향으로 선형적으로 이동된다.
도 14와 도 17을 비교하면, 도 17에 예시된 거리 측정 방법은 도 14에 예시된 거리 측정 방법에 비해 거리 측정이 이루어지지 않는 휴지 구간(idle range)이 짧아 보다 신속히 측정 공간(200)에 대한 스캔을 완료할 수 있다.
도 19는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정 공간(200)이 상기 제1방향(60)으로 0도~180도 범위인 경우에 측정 공간(200)으로 광 펄스(210)가 방출되는 것을 도시한 도면이다.
상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 범위가 0도~180도로 설정되기 때문에, 상기 측정 공간(200)의 좌측 세로축과 우측 세로축은 거리 측정 장치를 중심으로 원주상의 반대 방향이 된다.
상기 미러(303)는 상기 제1방향(60)으로 회전되고, 제2방향(70)으로 회전된다.
도 20과 도 21은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 또 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
또 다른 실시예에 따른 거리 측정 방법은 상기 미러(303)를 상기 제1방향(60)으로 회전시킴과 동시에 상기 제2방향(70) 방향으로 회전시킨다.
즉, 상기 상하 이동체(320)는 상측 및 하측 방향으로 선형적으로 이동된다.
도 14와 도 20을 비교하면, 도 20에 예시된 거리 측정 방법은 도 14에 예시된 거리 측정 방법과 달리 거리 측정이 이루어지지 않는 휴지 구간(idle range)이 존재하지 않아 보다 신속히 측정 공간(200)에 대한 스캔을 할 수 있다.
도 22는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정된 위치 정보를 변환하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 16에 도시된 거리 측정 방법은 전체 측정 공간(200)에 대해 균일한 위치의 거리 정보를 획득할 수 있고, 수평 및 수직 방향으로 일정한 간격으로 정렬된 위치의 거리 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 상기 인터페이스(15)와 연결된 외부 기기에서 위치 정보 및 거리 정보를 용이하게 이용할 수 있다는 장점을 가진다.
반면에, 도 18, 도 19 및 도 21에 도시된 거리 측정 방법은 측정 공간(200)에 대한 균일한 위치의 거리 정보를 획득할 수 없거나, 수평 및 수직 방향으로 정렬된 위치의 거리 정보를 획득할 수 없어 외부 기기에서 위치 정보 및 거리 정보를 이용하는데 어려움을 있을 수 있다.
따라서, 측정 공간(200)으로 방출되는 광 펄스(210)의 위치가 전체 측정 공간(200)에 대해 균일하지 않거나 수평 및 수직 방향으로 정렬되지 않은 경우, 획득된 위치 정보를 변환할 필요가 있다.
도 22를 참조하면, 전체 측정 공간(200)을 균일한 크기의 복수의 소영역(220)으로 구분한다.
상기 복수의 소영역(220)은 수평 및 수직 방향으로 정렬되며, 상기 각각의 소영역(220)의 중심을 가상의 기준점(230)으로 설정한다.
만약, 상기 복수의 소영역(220) 중 어느 하나에 상기 광 펄스(210)가 위치되는 경우, 상기 광 펄스(210)의 위치 정보는 상기 광 펄스(210)가 위치된 소영역(220)의 기준점(230) 위치 정보로 대체된다. 따라서, 광 펄스(210)의 거리 정보는 기준점(230)에서의 거리 정보로 대체된다.
상기 광 펄스(210)의 위치 정보는 가장 인접한 기준점(230)의 위치 정보로 대체될 수 있다.
이와 같이, 광 펄스(210)의 위치 정보는 처리가 용이한 새로운 위치 정보로 매핑(mapping)된다.
만약, 상기 복수의 소영역(220) 중 어느 하나에 상기 광 펄스(210)가 존재하지 않는 경우, 상기 광 펄스(210)가 존재하는 않는 소영역(220)에 포함된 기준점(230)의 거리 정보는 존재하지 않거나 측정 불가능한 거리를 가진 것으로 처리된다.
만약, 상기 복수의 소영역(220) 중 어느 하나에 상기 광 펄스(210)가 복수개 존재하는 경우, 마지막으로 감지된 광 펄스(210)의 거리 정보가 기준점(230)의 거리 정보로 대체되거나, 가까운 거리의 거리 정보가 상기 기준점(230)의 거리 정보로 대체된다.
상기 기준점(230)은 전체 측정 공간(200)에 균일한 간격으로 이격되어 수평 및 수직 방향으로 정렬되기 때문에, 상기 기준점(230)의 거리 정보로 대체된 광 펄스(210)의 거리 정보는 외부 기기에서 용이하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 소영역(220)의 크기는 자유롭게 설계될 수 있다.
상기 소영역(220)이 너무 크게 설계되면 정확한 방향의 거리 정보를 얻을 수 없고, 상기 소영역(220)이 너무 작게 설계되면 거리 정보가 없는 영역이 증가되고 데이터 처리에 많은 시간이 소요될 수 있다.
따라서, 상기 소영역(220)은 상기 전체 측정 공간(200)의 광 펄스(210)의 수와 유사한 개수가 되도록 크기가 설계될 수 있다.
상기와 같은 위치 정보의 변환은 상기 컨트롤러(10)의 제어부(11)에서 처리될 수 있으며, 상기 컨트롤러(10)에서 처리되지 않고 상기 컨트롤러(10)와 연결된 외부 기기에서 처리될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 거리 측정 장치는 선택에 따라 측정 공간(200)의 물체에 대해 해상도를 가변하여 거리 측정을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 광 펄스(210)의 펄스 주파수를 증가시킴으로써 측정 공간(200)의 물체에 대해 보다 정확한 거리 측정이 가능하다.
상기 해상도의 변경은 상기 인터페이스(15)와 연결된 외부 기기의 제어에 따라 이루어지거나, 상기 제어부(11)의 제어에 따라 이루어질 수 있다.
상기 제어부(11)는 상기 광신호 제어부(13)를 제어하여 광 펄스(210)의 주파수를 가변한다.
도 23은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 광 펄스의 주파수를 증가시킴으로써 해상도를 증가시킨 것을 설명하는 도면이다.
도 23을 도 18과 비교해 보면, 동일한 측정 공간(200)에 2배의 광 펄스(210)가 방출됨으로써 측정 공간(200)에 위치하는 물체에 대해 보다 정밀한 거리 측정이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전되는 속도를 감소시킴으로써 광 펄스(210)의 주파수를 변화시키지 않아도 수평 방향의 해상도를 증가시키고 수직 방향의 해상도를 감소시킬 수 있다.
도 24는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제1방향으로 회전되는 속도를 감소시킴으로써 수평 방향의 해상도 및 수직 방향의 해상도를 변화시키는 것을 설명하는 도면이다.
도 24와 도 18을 비교해 보면, 광 펄스(210)의 주파수는 변화되지 않았으나, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 속도가 절반으로 감소됨에 따라 수평 방향의 해상도는 증가되는 반면에 수직 방향의 해상도는 감소된 것을 알 수 있다.
또한, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전되는 속도를 증가시킴으로써 광 펄스(210)의 주파수를 변화시키지 않아도 수평 방향의 해상도를 감소시키고 수직 방향의 해상도를 증가시킬 수 있다.
도 25는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제1방향으로 회전되는 속도를 증가시킴으로써 수평 방향의 해상도 및 수직 방향의 해상도를 변화시키는 것을 설명하는 도면이다.
도 25와 도 18을 비교해 보면, 광 펄스(210)의 펄스 주파수는 변화되지 않았으나, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 속도가 두배로 증가됨에 따라 수평 방향의 해상도는 감소되는 반면에 수직 방향의 해상도는 증가된 것을 알 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 광 펄스(210)의 주파수를 변화시킴으로써 해상도를 변화시킬 수 있고, 상기 미러(303)의 회전속도를 변화시킴으로써 수평 방향 또는 수직 방향의 해상도를 변화시킬 수 있다.
한편, 도 24와 도 25에서는 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전되는 속도를 변화시킨 것이 예시되어 있으나, 상기 제2방향(70)으로 회전되는 속도를 변화시켜 해상도를 변화시키는 것도 가능하다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 원거리 측정 모드와 근거리 측정 모드로 동작될 수 있다.
원거리 측정 모드는 측정 공간(200)에서 선택된 거리 이상의 물체에 대한 거리를 측정할 필요가 있는 경우에 유용하게 사용되고, 근거리 측정 모드는 측정 공간(200)에서 선택된 거리 미만의 물체에 대한 거리를 측정할 필요가 있는 경우에 유용하게 사용될 수 있다.
여기서, 원거리 또는 근거리 인지 여부는 상기 거리 측정 장치가 적용되는 제품에 따라 상이하게 선택될 수 있으며, 예를 들어, 자동차의 자율 주행에 사용되는 거리 측정 장치에서는 10m 이상을 원거리, 10m 미만을 근거리로 구분할 수 있다.
상기 거리 측정 장치가 원거리 측정 모드로 동작되는 경우, 상기 컨트롤러(10)는 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 속도를 감소시키거나, 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 속도 또는 범위를 감소시킨다. 또는, 상기 광 펄스(210)의 펄스 주파수를 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러(10)는 원거리 측정 모드에서 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전되는 범위를 45도 기울기를 가진 상태에서 ±5도가 되도록 제어할 수 있다.
원거리 측정 모드는 멀리 위치된 물체의 거리를 측정하고자 하는 것이므로 상기 측정 공간(200)의 수직 방향에 대해 넓은 범위의 거리 측정이 반드시 요구되는 것은 아니며, 수직 방향에 대한 정밀한 해상도가 요구되지 않는다.
상기 거리 측정 장치가 근거리 측정 모드로 동작되는 경우, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 속도를 증가시키거나, 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 속도 또는 범위를 증가시킨다. 또는, 상기 광 펄스(210)의 펄스 주파수를 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 컨트롤러(10)는 근거리 측정 모드에서 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전되는 범위를 45도 기울기를 가진 상태에서 ±15도가 되도록 제어할 수 있다.
근거리 측정 모드는 가까이 위치된 물체의 거리를 측정하고자 하는 것이므로 상기 측정 공간(200)의 수직 방향에 대해 넓은 범위의 거리 측정이 요구되며, 수직 방향에 대한 정밀한 해상도가 요구된다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 측정 모드에 따라 광 펄스(210)의 펄스 주파수를 가변하거나 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60) 또는 제2방향(70)으로 회전되는 속도 또는 범위를 가변하여 측정 공간(200)에 대한 거리 측정을 수행한다.
도 26은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 작동을 설명하는 도면이다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 정밀 측정모드와 움직임 측정모드로 작동될 수 있다(S1200).
먼저, 정밀 측정모드를 설명하면, 정밀 측정모드는 측정 공간(200)에 위치하는 물체의 형태, 배치, 거리 등의 정보를 통해 물체를 정밀하게 추출할 수 있는 기능을 구현할 수 있다.
정밀 측정모드에서는 상기 미러(303)가 제1방향(60)과 제2방향(70)으로 회전하는 것을 비동기화 시킨다(S1201).
즉, 상기 광 펄스(210)가 방출되는 위치가 매 프레임마다 변경되도록 한다.
예를 들어, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 1초동안 한 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하는 경우, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 3Hz의 주파수로 360도 회전하도록 하고, 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 3.1Hz의 주파수로 +15도 회전된 후 -15도 회전하도록 할 수 있다.
이 경우, 매 프레임의 시작점에서 상기 미러(303)의 상기 제1방향(60)은 동일하나, 상기 미러(303)의 상기 제2방향(70)은 달라지게 된다.
따라서, 상기 광 펄스(210)가 방출되는 위치 정보는 매 프레임마다 달라지게 된다(S1202).
도 27에는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 정밀 측정모드로 동작되는 경우 광 펄스의 스캔 과정과 복수 프레임의 광 펄스가 조합된 것이 도시되어 있다.
즉, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전되는 것을 비동기화시키고, 복수의 프레임에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 조합하면 도 27에 도시된 바와 같이, 측정 공간(202)에 대해 사각지역 없이 광 펄스(210)가 방출될 수 있다(S1204).
따라서, 측정 공간(202)에 대해 조밀하게 광 펄스(210)가 방출될 수 있으며, 측정 공간(202)에 위치하는 물체의 세밀한 영역 또는 부분적인 위치에 대한 정밀한 거리 정보를 획득할 수 있다.
한편, 도 22에서 설명한 바와 같이, 위치 정보는 처리하기 용이한 새로운 위치 정보로 변환될 수 있다(S1203).
또한, 복수의 프레임에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 조합하는 과정(S1204)이나, 위치 정보를 새로운 위치 정보로 변환하는 과정(S1203)의 순서는 달라질 수도 있다.
다음, 상기 복수 프레임에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 조합한 정보를 이용하여 측정 공간(202)에 위치하는 객체를 추출한다(S1205).
실시예에 따른 거리 측정 장치는 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 조합함으로써 매우 높은 해상도의 거리 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 상기 측정 공간(200)에 위치된 물체들의 형태, 배치, 거리 등을 식별하는 것이 가능하다.
예를 들어, 상기 측정 공간(200)에서 인접한 위치 정보를 가진 제1지점과 제2지점의 거리 정보가 큰 차이를 가지고 있다면 상기 제1지점과 제2지점은 상이한 물체의 한 부분이 될 수 있다.
그리고, 인접한 위치 정보를 가진 복수의 지점이 동일한 거리 정보를 가지고 있거나 일정한 거리 정보의 변화를 가지고 있다면 상기 복수의 지점은 하나의 물체의 한 부분이 될 수 있다.
즉, 상기 제어부(11)는 상기 측정 공간(200)의 위치 정보와 상기 위치 정보의 변화에 따른 거리 정보의 변화를 이용하여 상기 측정 공간(200)에 존재하는 물체를 식별할 수 있다.
도 28에는 정밀 측정 모드를 통해 측정 공간(202)에 위치한 객체를 추출하는 과정이 개시되어 있다.
도 28에 도시된 바와 같이, 정밀 측정모드를 통해 측정 공간(202)에 위치하는 객체의 구분이 가능하다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 움직임 측정모드로 작동될 수 있다(S1200).
움직임 측정모드를 설명하면, 움직임 측정모드는 측정 공간(200)에 위치하는 물체의 상대적인 움직임과 속도를 추출할 수 있는 기능을 구현할 수 있다. 즉, 측정 공간(200)의 물체가 이동하거나 거리 측정 장치가 이동하는 경우에, 거리 측정 장치에 대한 물체의 상대적인 움직임을 추출할 수 있다.
움직임 측정모드에서는 상기 미러(303)가 제1방향(60)과 제2방향(70)으로 회전하는 것을 동기화 시킨다(S1211).
즉, 상기 광 펄스(210)가 방출되는 위치가 매 프레임마다 동일하도록 한다.
예를 들어, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 1초동안 한 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하는 경우, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 3Hz의 주 파수로 360도 회전하도록 하고, 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 3Hz의 주파수로 +15도 회전된 후 -15도 회전되도록 할 수 있다.
이 경우, 매 프레임의 시작점에서 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전된 방향은 동일하게 된다.
따라서, 상기 광 펄스(210)가 방출되는 위치 정보는 매 프레임마다 동일하게 된다(S1212).
도 29에는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 움직임 측정모드로 동작되는 경우 광 펄스의 스캔 과정과 복수 프레임의 광 펄스가 조합된 것이 도시되어 있다.
즉, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전되는 것을 동기화시키고, 복수의 프레임에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 조합하면 도 27에 도시된 바와 같이, 측정 공간(202)에 대해 동일한 위치에 광 펄스(210)가 방출될 수 있다(S1212).
따라서, 측정 공간(202)의 정해진 위치에 일정한 간격으로 광 펄스(210)가 방출될 수 있으며, 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 프레임별로 비교하여 상기 측정 공간(200)에 위치하는 물체의 움직임과 속도를 추출할 수 있다(S1214).
한편, 도 22에서 설명한 바와 같이, 위치 정보는 처리하기 용이한 새로운 위치 정보로 변환될 수 있다(S1213).
또한, 복수의 프레임에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 비교하는 과정(S1214)이나, 위치 정보를 새로운 위치 정보로 변환하는 과정(S1213)의 순서는 달라질 수도 있다.
다음, 상기 복수 프레임에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 비교한 정보를 이용하여 측정 공간(202)에 위치하는 객체의 움직임 또는 속도를 추출한다(S1215).
즉, 상기 제어부(11)는 상기 메모리(14)에 저장된 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 프레임별로 비교하여 상기 측정 공간(200)에 위치하는 물체의 움직임과 속도를 추출한다.
예를 들어, 첫번째 프레임에서 상기 측정 공간(200)의 인접한 제1 내지 4지점의 거리 정보가 10m로 측정되었고, 두번째 프레임에서 상기 측정 공간(200)의 인접한 제1 내지 6지점의 거리 정보가 9m로 측정되었고, 세번째 프레임에서 상기 측정 공간(200)의 인접한 제1 내지 8지점의 거리 정보가 8m로 측정된 경우, 상기 첫번째 프레임에서 상기 제1 내지 4지점에 위치하는 물체가 점차 상대적으로 근접한 위치로 이동되는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 첫번째 프레임과 세번째 프레임의 측정 시간 차이와 상기 물체의 이동 거리로부터 상기 물체의 이동 속도를 추출할 수 있다.
상기 제어부(11)는 외부 기기의 제어에 따라 상기 메모리(14)에 저장된 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 외부 기기로 전송하여 상기 외부 기기에서 상기 측정 공간(200)에 위치하는 물체의 식별, 물제의 움직임, 물체가 움직이는 속도가 추출되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제어부(11)는 외부 기기의 제어에 따라 상기 메모리(14)에 저장된 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보로부터 상기 측정 공간(200)에 위치하는 물체의 식별, 물제의 움직임, 물체가 움직이는 속도를 추출할 수 있다.
실시예는 3차원 공간에 존재하는 물체에 대한 거리를 측정하고 공간 인식을 할 수 있는 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
실시예는 3차원 공간에 존재하는 물체에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 효과적으로 처리할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
실시예는 액츄에이터의 구동방법이 간단한 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
실시예는 소형화에 유리한 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
실시예는 3차원 측정 공간에 위치하는 물체에 대해 해상도를 가변하여 거리를 측정할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
실시예는 3차원 측정 공간에 위치하는 물체를 식별하고 상기 물체의 움직임과 이동 속도를 추출할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims (25)

  1. 삭제
  2. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 반사미러가 상기 제1방향으로 이동됨에 따라 상기 광 펄스는 수평 방향으로 변위된 위치로 방출되고, 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 이동됨에 따라 상기 광 펄스는 수직 방향으로 변위된 위치로 방출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 이동 가능하도록 지지하면서 상기 제1방향으로 이동하는 회전부재와, 상기 반사미러를 지지하는 미러 마운트와, 상기 미러 마운트와 연결되어 상하 방향으로 이동하여 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 회전되도록 하는 상하 이동체가 포함되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 미러 마운트는 상기 상하 이동체에 상기 제1방향으로 이동 가능하도록 결합되고 상기 상하 이동체가 상하 방향으로 이동됨에 따라 힌지 작동에 의해 상기 반사미러를 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 반사미러가 상기 제1방향으로 이동되도록 하는 가상의 회전축과 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 가상의 회전축은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러가 상기 제1방향으로 360도 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 컨트롤러는 외부 기기의 제어에 따라 상기 위치 정보 및 거리 정보를 프레임 단위로 상기 외부 기기로 전송하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  8. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 컨트롤러는 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 조합하여 새로운 위치 정보 및 거리 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 새로운 위치 정보 및 거리 정보를 이용하여 상기 측정 공간에 위치하는 물체를 식별하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  10. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 컨트롤러는 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 비교하여 상기 측정 공간에 위치하는 물체의 움직임 또는 이동 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  11. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 컨트롤러는 상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 동기화되어 회전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  12. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하여 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 액츄에이터를 구동하여 위치 정보를 획득하고 상기 거리 정보 및 위치 정보를 프레임 단위로 저장하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 컨트롤러는 상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 비동기화되어 회전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  13. 측정 공간을 광 펄스를 이용하여 스캐닝하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 프레임 단위로 획득하여 저장하는 단계; 및
    상기 측정 공간을 반복하여 스캐닝하여 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하여 저장하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    외부 기기의 제어에 따라 상기 위치 정보 및 거리 정보를 프레임 단위로 상기 외부 기기로 전송하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 조합하여 새로운 위치 정보 및 거리 정보를 산출하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 새로운 위치 정보 및 거리 정보를 이용하여 상기 측정 공간에 위치하는 물체를 식별하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 비교하여 상기 측정 공간에 위치하는 물체의 움직임 또는 이동 속도를 산출하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  18. 측정 공간에 프레임 단위로 동일한 위치에 광 펄스를 방출하여 스캐닝하고 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 복수 프레임에 대해 획득하여 저장하는 단계; 및
    상기 복수 프레임의 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 비교하여 물체의 상대 이동을 추출하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 위치 정보가 새로운 위치 정보를 매핑되는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  20. 측정 공간에 프레임 단위로 상이한 위치에 광 펄스를 방출하여 스캐닝하고 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 복수 프레임에 대해 획득하여 저장하는 단계; 및
    상기 복수 프레임의 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 조합하여 물체를 식별하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 위치 정보가 새로운 위치 정보를 매핑되는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  22. 동작 모드가 입력되는 단계;
    상기 동작 모드가 정밀 측정모드인 경우 광 펄스가 방출되는 방향을 프레임 단위로 변화시키는 단계;
    상기 동작 모드가 움직임 측정모드인 경우 광 펄스가 방출되는 방향을 프레임 단위로 동일하도록 하는 단계; 및
    복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하여 저장하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 조합하여 새로운 위치 정보 및 거리 정보를 생성하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 비교하여 움직임을 추출하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  25. 제 22항에 있어서,
    상기 복수 프레임의 위치 정보 및 거리 정보를 외부 기기로 전송하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
KR1020070049814A 2007-05-16 2007-05-22 거리 측정 장치 및 방법 KR100901614B1 (ko)

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