KR101209522B1 - 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치 - Google Patents

레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직진성이 우수한 레이저 빔을 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈를 통해 평행한 수평 레이저 빔으로 송출하고 피사체에 의해 반사되는 반사파를 측정함으로써 정확하고 신속하게 해당 거리를 측정하고, 측정된 두 개의 거리로부터 피사체까지의 위치 좌표를 정밀하게 분석할 수 있는 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치에 관한 것이다.
본 발명을 통해 직진성이 우수한 레이저 빔을 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈를 통해 평행한 수평 레이저 빔으로 송출하고 피사체에 의해 반사되는 반사파를 도플러 효과를 이용하여 측정함으로써 정확하고 신속하게 해당 거리를 측정하고, 측정된 두 개의 거리로부터 피사체까지의 위치 좌표를 정밀하게 분석할 수 있도록 함으로써, 처리속도도 빠르고 가격도 저렴하며 물체를 감지하는 정밀도가 높은 센서를 제공하게 된다.

Description

레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치{range-finding device for robot.}
본 발명은 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직진성이 우수한 레이저 빔을 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈를 통해 평행한 수평 레이저 빔으로 송출하고 피사체에 의해 반사되는 반사파를 측정함으로써 정확하고 신속하게 해당 거리를 측정하고, 측정된 두 개의 거리로부터 피사체까지의 위치 좌표를 정밀하게 분석할 수 있는 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치에 관한 것이다.
종래의 로봇눈에 구성된 물체와의 거리를 측정하는 측정 장치는 측정하고자 하는 목표물이 같은 거리에 존재하더라도 목표물의 반사율에 따라 거리측정에 많은 오차를 유발하는 단점이 있었다.
이러한 문제를 해결하는 방법으로는 레이저에서 조사된 광신호와 산란광의 극대점의 위치를 정확하게 찾아 그 방법 중의 하나로 고속 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 이용하여 산란신호를 컴퓨터에 기억시킨 후 다시 재처리하여 극대점을 찾으면 된다. 그러나 이러한 방법은 실시간 측정이 어렵고 고가의 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 사용하여야 하는 단점이 있었다.
따라서, 저가의 거리 측정장치를 통해 거리 측정의 오차를 최소화시킬 수 있는 기술을 요구하게 되었다.
한편, 물체 인식 기술은 2대 인지기술로 로봇의 위치 인식기술과 더불어 자율이동 기능 구현에 핵심 기술이지만, 현재 상용화되어 있는 거리 감지 제품들이 대부분 고가이므로 가정용, 서비스 로봇들이 상용화되기 위해서는 반드시 풀어나가야 할 기술 중 하나임에는 틀림없다.
따라서, 물체 인식 기술이 발전함에 따라 신규 로봇의 응용 수요가 늘어날 것으로 예측되며, 단순히 물체를 감지하는 기술에서 거리까지 측정해냄으로써 자율이동로봇이 지능화를 갖추게 되고 이에 따라 다양한 로봇들이 개발, 적용될 가능성이 높아지는 추세이다.
현재 지능형 로봇 센서에 대한 연구와 제품 개발은 국내의 기업체 및 대학연구소에서 연구과제로 진행되고 있지만 아직까지 고급형의 지능형 로봇을 만들기에는 그 성능과 역량이 부족한 게 사실이다.
또한, 이미 개발된 제품에 대해서도 정형화 및 표준화가 되어 있지 않은 과도기의 상태로서, 한국의 경우 로봇에 관한 관심도가 높고 생산량 또한 많지만 로봇 센서 기술은 아직 초기 단계이고 고가의 수입품에 의존하고 있는 상태이다.
한편, 로봇의 지능을 높이기 위한 기존 로봇 시각센서들은 데이터를 정보화 하는 시간이 오래 걸리기 때문에 빠른 반응속도가 필요한 로봇에는 적합하지 않으며, 처리속도가 빠르더라도 기존의 센서들은 물체를 감지하는 정도이므로 로봇 지능화에는 적합하지 않다.
따라서, 처리속도도 빠르고, 가격도 저렴하며 물체를 감지하는 정밀도가 높은 센서들이 필요할 것이다.
이러한 센서가 개발된다면 가정용, 산업용 로봇의 시각센서를 대체할 수 있어 그 부가가치는 높을 것이며, 다양한 산업분야에서의 파급효과를 기대해 볼 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 직진성이 우수한 레이저 빔을 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈를 통해 평행한 수평 레이저 빔으로 송출하고 피사체에 의해 반사되는 반사파를 도플러 효과를 이용하여 측정함으로써 정확하고 신속하게 해당 거리를 측정하고, 측정된 두 개의 거리로부터 피사체까지의 위치 좌표를 정밀하게 분석할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,
본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치는,
레이저 빔을 출사시키는 제1레이저발생부(110)와,
상기 제1레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제1주파수변조부(115)와,
상기 제1주파수변조부(115)에 의해 변조된 주파수의 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제1평면광광학렌즈(120)와,
피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제1평면광수신부(130)를 포함하여 구성되는 제1경통(100)과;
레이저 빔을 출사시키는 제2레이저발생부(210)와,
상기 제2레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제2주파수변조부(215)와,
상기 제2주파수변조부(215)에 의해 출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제2평면광광학렌즈(220)와,
피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제2평면광수신부(230)를 포함하여 구성되되, 상기 제1경통과 일정 거리 이격되어 설치 구성되는 제2경통(200)과;
상기 제1레이저발생부와 제2레이저발생부에서 출사되는 레이저 빔을 동시에 출사시키는 동시출사조절부(300)와;
상기 제1평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제1거리계산부(400)와;
상기 제2평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제2거리계산부(450)와;
상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부에 의해 계산된 거리를 획득하여 피사체의 X좌표 및 Y좌표를 분석하는 좌표분석부(500);를 포함하여 구성되어 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치는,
직진성이 우수한 레이저 빔을 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈를 통해 평행한 수평 레이저 빔으로 송출하고 피사체에 의해 반사되는 반사파를 도플러 효과를 이용하여 측정함으로써 정확하고 신속하게 해당 거리를 측정하고, 측정된 두 개의 거리로부터 피사체까지의 위치 좌표를 정밀하게 분석할 수 있도록 함으로써, 처리속도도 빠르고 가격도 저렴하며 물체를 감지하는 정밀도가 높은 센서를 제공하는 효과가 있다.
또한, 기술적인 측면에서 로봇에 적용된다면 로봇이 움직이면서 빠른 시간에 대응할 수 있는 데이터를 수집할 수 있으며, 모듈화가 가능하여 상대적으로 Main Controller의 Process Load가 감소하여 소형 시스템과의 integration도 가능하여 다양한 소형 로봇 개발에 용이하게 된다.
또한, 산업 및 경제적 측면에서 로봇의 물체 감지기능의 확산으로 다양한 기능의 로봇을 만들어 로봇 시장 활성화의 주도적인 역할이 가능하며, 경쟁력 강화에 이바지할 수 있을 것이며, 의료, 미디어, 항공, 통신 등의 다양한 분야에 적용함은 물론 향후 무인자동차 및 군사용 시스템에 적용이 가능할 것이다.
또한, 인식속도를 빠르게 할 수 있으며, 가격도 저렴하게 제공할 수 있어 물체를 감지하는 정밀도가 높은 센서에 적용할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 제1평면광광학렌즈에 의해 발생되는 평면광과 피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제1평면광수신부를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 제1경통 및 제2경통을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 전체 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 거리 계산 예를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 좌표분석부의 좌표분석 원리를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치가 적용된 로봇을 나타낸 예시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치는,
레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치에 있어서,
레이저 빔을 출사시키는 제1레이저발생부(110)와,
상기 제1레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제1주파수변조부(115)와,
상기 제1주파수변조부(115)에 의해 변조된 주파수의 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제1평면광광학렌즈(120)와,
피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제1평면광수신부(130)를 포함하여 구성되는 제1경통(100)과;
레이저 빔을 출사시키는 제2레이저발생부(210)와,
상기 제2레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제2주파수변조부(215)와,
상기 제2주파수변조부(215)에 의해 출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제2평면광광학렌즈(220)와,
피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제2평면광수신부(230)를 포함하여 구성되되, 상기 제1경통과 일정 거리 이격되어 설치 구성되는 제2경통(200)과;
상기 제1레이저발생부와 제2레이저발생부에서 출사되는 레이저 빔을 동시에 출사시키는 동시출사조절부(300)와;
상기 제1평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제1거리계산부(400)와;
상기 제2평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제2거리계산부(450)와;
상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부에 의해 계산된 거리를 획득하여 피사체의 X좌표 및 Y좌표를 분석하는 좌표분석부(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈는,
출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환하기 위하여 화각을 160도로 가공하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부는,
피사체에 의해 반사되는 레이저 빔의 반사거리를 측정하기 위하여 도플러 효과를 적용하여 거리를 계산하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1주파수변조부(115) 및 제2주파수변조부(215)에 의해,
변조된 주파수는 서로 다른 주파수대역인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1평면광수신부(130) 및 제2평면광수신부(230)는,
수신 주파수 중 특정 대역의 주파수만을 수신하도록 필터부를 각각 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈을 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시한 제1평면광광학렌즈(120) 및 제2평면광광학렌즈(220)는 출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환하기 위하여 바람직하게는 화각을 160도로 가공하는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 제1레이저발생부(110) 및 제2레이저발생부(210)에서 레이저 빔을 출사하면 제1레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 제1주파수변조부(115)를 통해 변조하며, 제2레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 제2주파수변조부(215)를 통해 변조하여 각각 변조된 레이저 빔이 제1평면광광학렌즈(120) 및 제2평면광광학렌즈(220)를 통과하면서 평면 광으로 바뀌게 된다.
따라서, 넓은 범위의 평면광을 제공하기 위하여 상기와 같이 화각을 160도를 유지할 수 있도록 렌즈를 가공하는 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 제1평면광광학렌즈에 의해 발생되는 평면광과 피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제1평면광수신부를 나타낸 예시도이다.
도 2는 발생되는 평면광과 수신되는 평면광을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 제1경통 및 제2경통을 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1경통 내부에 평면광광학렌즈(120)와 피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제1평면광수신부(130)를 함께 설치 구성되도록 구성시키게 된다.
이때, 상기 경통 설계시 바람직하게는 주변광에 의해 반사광을 최대한 수신부로 들어가지 않도록 기구적 설계를 수행할 필요성이 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 전체 블록도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명인 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치는,
레이저 빔을 출사시키는 제1레이저발생부(110)와,
상기 제1레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제1주파수변조부(115)와,
상기 제1주파수변조부(115)에 의해 변조된 주파수의 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제1평면광광학렌즈(120)와,
피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제1평면광수신부(130)를 포함하여 구성되는 제1경통(100)과;
레이저 빔을 출사시키는 제2레이저발생부(210)와,
상기 제2레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제2주파수변조부(215)와,
상기 제2주파수변조부(215)에 의해 출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제2평면광광학렌즈(220)와,
피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제2평면광수신부(230)를 포함하여 구성되되, 상기 제1경통과 일정 거리 이격되어 설치 구성되는 제2경통(200)과;
상기 제1레이저발생부와 제2레이저발생부에서 출사되는 레이저 빔을 동시에 출사시키는 동시출사조절부(300)와;
상기 제1평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제1거리계산부(400)와;
상기 제2평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제2거리계산부(450)와;
상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부에 의해 계산된 거리를 획득하여 피사체의 X좌표 및 Y좌표를 분석하는 좌표분석부(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이때, 상기 제1주파수변조부(115) 및 제2주파수변조부(215)에 의해 변조된 주파수는 서로 다른 주파수대역인 것을 특징으로 하는데, 이는 다른 주파수 대역을 사용하여 파장을 달리하여 제공하기 위한 것이다.
상기와 같이 구성하게 되면, 시간대를 달리하여 인식하는 속도보다 인식 속도가 2배 정도 빨라지므로 인식 속도 면에서 종래의 기술보다 진보된 기술이며, 가격도 저렴하게 제공할 수 있어 물체를 감지하는 정밀도가 높은 센서에 적용할 수 있게 된다.
또한, 서로 다른 주파수대역을 사용하는 이유는 주파수 간섭을 제거하여 정확한 측정이 가능하도록 하기 위한 것이다.
이때, 상기 제1평면광수신부(130) 및 제2평면광수신부(230)는 수신 주파수 중 특정 대역의 주파수만을 수신하도록 필터부(미도시)를 각각 포함하여 구성하게 된다.
상기 필터부는 바람직하게는 다이크로닉 필터, 밴드패스 필터, 편광필터, 편광지연 필터 중 어느 하나로 구성될 수 있을 것이다.
또한, 상기 제1경통과 제2경통은 일정 거리 이격되게 설치 구성되는데, 로봇에 적용한다면 로봇눈에 해당할 것이다.
한편, 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈를 출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환하기 위하여 화각을 160도로 가공하는 이유에 대하여 설명하도록 하겠다.
160도를 초과하게 되면, 주파수를 송신할 수는 있으나 제1평면광수신부(130) 및 제2평면광수신부(230)에서는 주파수 수신이 불가능하게 된다.
또한, 160도 미만일 경우에는 감지 시야가 좁아지는 문제점을 가질 수 밖에 없었다.
예를 들어, 150도의 화각을 가지고 있다면, 10도 정도의 감지 시야가 줄어들게 되어 10도 정도의 감지가 불가능하게 된다.
따라서, 바람직하게는 상기한 160도 각도를 유지하는 것이 가장 중요하다.
또한, 종래의 레이저는 포인트의 거리를 측정하는 방식으로서, 미러를 레이저발생기의 전면에 설치 구성하고 미러 혹은 레이저 발생기 자체를 움직이면서 방향을 찾아내는 것이므로 반드시 구동부를 구성하고 있어야 한다.
따라서, 소형화가 불가능하고, 제조 원가가 상승하는 원인이 되었다.
그러나, 본 발명의 경우에는 광학렌즈를 160도로 가공하여 특정위치(상하 높이)에 평면광으로 전체 스캔을 수행하게 되므로 구동부가 필요없어 소형화가 가능하고, 부수적으로 구동부가 존재하지 않아 저전력 측정장치 구현이 가능한 더 나은 효과를 제공할 수 있는 것이다.
결국, 본 발명의 측정장치는 인식속도를 빠르게 할 수 있으며, 소형화가 가능하며, 가격도 저렴하게 제공할 수 있어 물체를 감지하는 정밀도가 높은 센서에 적용할 수 있게 되는 것이다.
다시 설명하자면, 레이저의 단일 방향의 특정한 포인트 거리를 측정하는 것이 아닌 렌즈를 가공하여 평면광을 만들게 되고 다른 구동부의 도움없이 전방의 160도까지 감지할 수 있는 특징을 제공하게 되는 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 거리 계산 예를 나타낸 예시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1평면광수신부의 변화되는 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제1거리계산부(400)와;
상기 제2평면광수신부의 변화되는 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제2거리계산부(450)를 통해 피사체와의 거리를 각각 계산하게 된다.
이때, 상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부는 피사체에 의해 반사되는 레이저 빔의 반사거리를 측정하기 위하여 도플러 효과를 적용하여 거리를 계산하게 된다.
즉, 레이저 빔을 이용하여 반사거리를 측정하기 위하여 도플러 효과를 적용하게 되는데, 하기의 수식1을 이용하게 된다.
Figure 112011049983874-pat00001
<수식1>
v = 파동의 매질 내에서의 속도
vs = 매질에 대한 전파원의 속도
vr = 매질에 대한 관측자의 속도
두 속력 vs 와 vr 은 관측되는 주파수가 전파원이 로봇눈으로 접근하거나 전파원 쪽으로 움직일 경우에 증가하고 서로 멀어지는 경우에 줄어들게 된다.
즉, 로봇에 적용하여 동작할 경우에 처음에 방출시킨 주파수보다 큰 값을 갖으나 거리가 점차 가까워지면서 상대적으로 임계주파수가 줄어들고, 반대로 멀어지는 경우에는 주파수는 점점 줄어들게 된다.
또한, 이를 토대로 vs ,r 이 물체로 접근하는 속도로 가정하고, c는 파동의 속도 그리고 λ0 는 거리측정장치에서 진행하는 전파의 파장이라고 볼때 관측되는 주파수는
Figure 112011049983874-pat00002
(수식2) 이고, 주파수 변화는
Figure 112011049983874-pat00003
(수식3)이 된다.
그러나, 도플러 효과는 전파의 속도에 비해 물체로의 접근 속도가 느리거나 거리가 전파의 파장에 비해 큰 경우에 유용하게 활용될 수 있으므로 일반 로봇에 적용이 가능하게 된다.
상기 도플러 효과를 이용하여 제1평면광수신부 및 제2평면광수신부의 변화되는 주파수를 측정할 수 있으며 이를 제1거리계산부 및 제2거리계산부를 통해 거리를 계산할 수 있게 된다.
따라서, 상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부를 통해 도 5에 도시한 바와 같이 경통에서 각각 피사체(10)와의 거리 d1과 d2를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치의 좌표분석부의 좌표분석 원리를 나타낸 예시도이다.
상기 좌표분석부(500)는 제1거리계산부 및 제2거리계산부에 의해 계산된 거리를 획득하여 피사체의 X좌표 및 Y좌표를 분석하게 된다.
한 개의 거리 측정만으로는 좌표값을 연산하는 것이 불가능하기 때문에 2개의 경통을 이용하여 피사체의 거리를 측정하여 좌표값을 연산하게 된다.
두 개의 서로 떨어진 경통에서 존재하는 임의의 피사체(10)를 선택할 경우 제1경통과 피사체의 거리를 d1이라 하고 동일 선상에 있는 제2경통과 피사체의 거리를 d2라 하면 d1과 d2의 거리를 갖는 위치는 유일하게 하나만이 존재하게 된다.
따라서 오직 한 개의 좌표만을 산출할 수 있다.
상기 d1 및 d2는 이미 거리계산부에 의해 계산되어 있는 값이다.
즉, 좌표분석부는 제1거리계산부 및 제2거리계산부에 의해 계산된 거리를 획득하여 X좌표 및 Y좌표를 분석하게 되는데, 두 개의 거리에 의해 필요한 x, y 좌표로 바꾸는 방법은 피타고라스의 정리를 이용하여 구할 수 있다.
즉, 측정된 거리를 d1과 d2라 할 때 유한한 거리 Tx를 갖는 좌표로 환산하는 식은 아래와 같다.
x² + y² = d1² (제 1계산식)
(Tx - x)² + y² = d2² (제 2계산식)
여기서 Tx는 제1경통과 제2경통간의 거리이므로 알려진 값이고 d1과 d2는 측정된 수치이기 때문에 알려진 값이다.
상기 제 1계산식 및 제 2계산식을 이용하여 x와 y의 좌표로 정의할 수 있게 된다.
상기 두 식을 정리하면,
x = (Tx² + d1² - d2²) / (2*Tx) 이고, y = √(d1² - x²) 로 정의된다.
결국, x 좌표 및 y 좌표를 획득하게 되는 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치가 적용된 로봇을 나타낸 예시도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 로봇눈에 각각의 경통을 설치 구성하게 되면 도면에 보이는 평면광을 통해 피사체의 거리 및 좌표를 분석할 수 있게 된다.
즉, 레이저 빔을 이용하여 일정한 지점에 위치한 피사체에 레이저 파장의 광을 조사한 후 피사체에 의해 산란한 산란광을 순간 감지 및 시간을 측정하여 이를 통해 거리를 측정하고, 측정된 거리를 가지고 정확한 방향(좌표)을 분석할 수 있게 되는 것이다.
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제1경통
110 : 제1레이저발생부
115 : 제1주파수변조부
120 : 제1평면광광학렌즈
130 : 제1평면광수신부
200 : 제2경통
210 : 제2레이저발생부
215 : 제2주파수변조부
220 : 제2평면광광학렌즈
230 : 제2평면광수신부
300 : 동시출사조절부
400 : 제1거리계산부
450 : 제2거리계산부
500 : 좌표분석부

Claims (5)

  1. 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치에 있어서,
    레이저 빔을 출사시키는 제1레이저발생부(110)와,
    상기 제1레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제1주파수변조부(115)와,
    상기 제1주파수변조부(115)에 의해 변조된 주파수의 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제1평면광광학렌즈(120)와,
    피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제1평면광수신부(130)를 포함하여 구성되는 제1경통(100)과;
    레이저 빔을 출사시키는 제2레이저발생부(210)와,
    상기 제2레이저발생부에 의해 출사되는 레이저 빔의 주파수를 변조하는 제2주파수변조부(215)와,
    상기 제2주파수변조부(215)에 의해 출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환시키는 제2평면광광학렌즈(220)와,
    피사체에 의해 반사된 반사광을 수신받는 제2평면광수신부(230)를 포함하여 구성되되, 상기 제1경통과 일정 거리 이격되어 설치 구성되는 제2경통(200)과;
    상기 제1레이저발생부와 제2레이저발생부에서 출사되는 레이저 빔을 동시에 출사시키는 동시출사조절부(300)와;
    상기 제1평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제1거리계산부(400)와;
    상기 제2평면광수신부의 수신 주파수를 측정하여 피사체와의 거리를 계산하는 제2거리계산부(450)와;
    상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부에 의해 계산된 거리를 획득하여 피사체의 X좌표 및 Y좌표를 분석하는 좌표분석부(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1평면광광학렌즈 및 제2평면광광학렌즈는,
    출사된 레이저 빔을 평면광으로 변환하기 위하여 화각을 160도로 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1거리계산부 및 제2거리계산부는,
    피사체에 의해 반사되는 레이저 빔의 반사거리를 측정하기 위하여 도플러 효과를 적용하여 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1주파수변조부(115) 및 제2주파수변조부(215)에 의해,
    변조된 주파수는 서로 다른 주파수대역인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1평면광수신부(130) 및 제2평면광수신부(230)는,
    수신 주파수 중 특정 대역의 주파수만을 수신하도록 필터부를 각각 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 거리 및 좌표 측정이 가능한 거리측정장치.
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