KR101300647B1 - 민감도가 개선된 레이저 추적 시스템 - Google Patents

민감도가 개선된 레이저 추적 시스템 Download PDF

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Abstract

민감도가 개선된 레이저 추적 시스템이 개시된다. 개시된 레이저 추적 시스템은 레이저 빔으로 움직이는 대상물을 추적하는 레이저 추적시스템에 있어서, 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원; 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 향하여 경로를 바꾸도록 조종되는 조종 미러; 상기 대상물로부터 반사된 광신호를 검출하는 것으로, 복수의 검출영역을 가지는 광검출기와, 상기 복수의 검출영역 중 상기 대상물로부터 반사된 광신호가 집속되는 영역을 활성화 영역으로 판단하는 판단부와, 상기 활성화 영역에서의 광신호를 검출하는 신호검출부를 구비하는 검출부; 상기 대상물로부터 상기 광검출기를 향하는 광의 광경로 상에 배치된 수광렌즈; 상기 검출부에서 검출된 광신호로부터 대상물의 동작을 산출하는 동작산출부; 상기 동작산출부에서 산출된 정보로부터 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 추종하도록 상기 레이저 광원 및 상기 조종 미러를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

민감도가 개선된 레이저 추적 시스템{High sensitivity laser tracking system}
도 1은 종래의 레이저 추적 시스템의 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 추적 시스템의 개략적인 구성을 보이는 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에서 광검출기의 검출영역에 형성된 빔스팟의 상과 이로부터 활성화 영역을 판단하는 것을 예시하여 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 추적 시스템의 개략적인 구성을 보이는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,310...레이저 광원 130,330...조종 미러
170,370...수광렌즈 210,410...검출부
213,413...광검출기
본 발명은 레이저 추적에 의해 전자기기 제어를 위한 동작을 인식함에 있어 고민감도를 구현한 구조의 레이저 추적 시스템에 관한 것이다.
전자기기 제어를 위한 사용자 인터페이스로 음성인식, 동작인식 등의 기술이 발전하고 있다. 입력기기의 경우 동작인식을 통한 입력이 보다 자연스럽고, 효율성 및 정확도 측면에서 유리하여 선호된다. 최근, 멀티미디어 콘텐츠 증가 및 초고속 통신망을 이용한 IP-TV (Internet Protocol TV)서비스 출현에 따라, 포인팅 입력기능의 필요성이 증가하고 있다. 사용성 측면에서, 이미지 프로세싱 방식과 레이저 추적 방식이 우수하며, 이 중에서, 이미지 프로세싱 방식에 대비할 때, 시스템이 단순하고 사용영역이 넓은 액티브 레이저 추적 기술의 개발이 다양하게 이루어지고 있다.
도 1은 종래의 레이저 추적 시스템의 구성을 보이는 블록도이다. 도면을 참조하면, 레이저 추적시스템은 레이저 광원(10), 조종 미러(15), 대상물(O)로부터 반사된 광을 검출하는 광검출기(25), 신호검출부(30), 동작산출부(35), 미러조종부(40) 및 광원조종부(45)를 포함한다. 레이저 광원(10)은 대상물(O)에 레이저 광을 조사하여 빔 스팟(20)을 형성한다. 조종 미러(15)는 상기 빔스팟(20)이 대상물을 추적하여 상기 대상물 상에서 소정 빔 패턴을 형성하도록 미러조종부(40)에 의해 구동된다. 신호검출부(30)는 광검출기(25)에서 검출되는 광 중 특히 대상물(O)로부터 반사되는 레이저 빔에 해당하는 신호를 선택적으로 검출한다. 동작산출부(35)는 검출된 광신호의 거동을 판단하여 빔 패턴 및 대상물의 움직임을 산출한다. 산출된 정보는 레이저 빔이 대상물을 추종할 수 있도록 미러조종부(40) 및 광원조종부(45)에 피드백 된다.
이러한 구성에서 상기 대상물(O), 예를 들어 손가락에서 반사되는 광은 난반사되는 광으로 검출기로 돌아오는 양이 매우 적어 신호가 미미하여 다른 외부 광신호와 분리하기 어렵다는 문제가 있다. 검출되는 광신호를 증폭시키기 위해 레이저 광량을 증가시키는 방법도 있으나 안전상의 문제로 레이저 광량은 1mW 이상 증가시킬 수 없다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 대상물에서 반사되는 레이저 광신호가 외부 광신호와 용이하게 구분되어 검출되도록 하여 민감도가 개선되는 레이저 추적 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 추적 시스템은 레이저 빔으로 움직이는 대상물을 추적하는 레이저 추적시스템에 있어서, 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원; 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 향하여 경로를 바꾸도록 조종되는 조종 미러; 상기 대상물로부터 반사된 광신호를 검출하는 것으로, 복수의 검출영역을 가지는 광검출기와, 상기 복수의 검출영역 중 상기 대상물로부터 반사된 광신호가 집속되는 영역을 활성화 영역으로 판단하는 판단부와, 상기 활성화 영역에서의 광신호를 검출하는 신호검출부를 구비하는 검출부; 상기 대상물로부터 상기 광검출기를 향하는 광의 광경로 상에 배치된 수광렌즈; 상기 검출부에서 검출된 광신호로부터 대상물의 동작을 산출하는 동작산출부; 상기 동작산출부에서 산출된 정보로부터 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 추종하도록 상기 레이 저 광원 및 상기 조종 미러를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 추적 시스템을 상세히 설명하기로 한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 레이저 추적 시스템의 구성을 보이는 도면이다. 도면을 참조하면, 레이저 추적 시스템(100)은 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원(110)과 레이저 빔이 대상물(O)을 향하도록 경로를 바꾸는 조종 미러(130)와 상기 대상물로부터 반사되는 광신호를 검출하는 검출부(210)와 상기 검출된 신호로부터 대상물(O)의 움직임을 산출하는 동작산출부(250)를 포함한다. 레이저 광원(110)은 움직이는 대상물(O), 예를 들면, 손가락을 향해 레이저 빔을 조사하여 대상물(O) 상에 빔스팟(S)을 형성한다. 검출부(210)는 대상물(O)의 움직임을 산출하기 위하여 대상물(O)로부터 반사된 광을 검출하는 것이다. 이를 위하여, 검출부(210)는 복수의 검출영역을 가지는 광검출기(213)와, 상기 복수의 검출영역 중 대상물(O)로부터 반사된 광신호가 집속되는 영역을 활성화 영역으로 판단하는 활성화영역 판단부(216)와, 상기 활성화 영역에서의 광신호를 검출하는 신호검출부(219)를 구비하고 있다. 대상물(O)과 광검출기(213) 사이의 광경로에는 수광렌즈(170)가 배치되어 있다. 수광렌즈(170)은 대상물(O)에 형성된 빔스팟(S)의 위치 에 따라 광검출기(213)의 소정 검출영역에 빔스팟의 상을 형성하기 위한 것이다. 활성화영역 판단부(216)는 빔스팟의 상이 형성된 검출영역을 판단하여 활성화시키고, 신호검출부(219)는 상기 활성화된 영역으로부터의 광신호를 검출한다.
상기 구조의 레이저 추적시스템(100)이 움직이는 대상물을 추종하는 작용은 다음과 같다. 레이저 광원(110)에서 조사된 광은 조종 미러(130)에서 반사되어 대상물(O)에 빔스팟(S)를 형성한다. 이 때 조종 미러(130)는 움직이는 대상물을 추종할 수 있도록 제어부(280)에 의해 조종된다. 대상물(O)에 형성된 빔스팟(S)은 수광렌즈(170)에 의해 광검출기(213)의 소정 검출영역에 빔스팟의 상을 형성한다. 도 3은 광검출기(213)의 검출영역에 형성된 광스팟의 상과 이로부터 활성화 영역을 판단하는 것을 예시하여 보이는 도면이다. 광검출기(213)는 예를 들어, 이차원 어레이로 구획된 복수의 검출영역을 가지며, 빔스팟의 상이 S1일 때 영역 A1을 활성화시키고, 빔스팟의 상이 S2일 때 영역 A2를 활성화시킨다. 한편, 광검출기에는 대상물(O)로부터 반사된 광 이외의 주변광도 광검출기에 입사되고 소정 검출영역에 상을 형성하게 된다. 레이저 빔에 의한 빔스팟의 상이 형성되는 위치는 제어부(280)와 연동하여 레이저빔의 위치 정보로부터 판단할 수 있다. 신호검출부(219)는 상기 활성화 영역에서의 광신호를 검출하고, 동작산출부(230)는 검출된 광신호의 거동으로부터 대상물의 동작을 산출한다. 산출된 정보는 제어부(280)에 피드백되어 각각 조종 미러(130) 및 레이저 광원(110)의 위치를 조종하여, 빔스팟(S)이 움직이는 대상물을 추종할 수 있도록 한다. 또한, 산출된 정보는 사용자 인터페이스로 입력된 다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저 추적 시스템의 구성을 보이는 도면이다. 도면을 참조하면, 레이저 추적 시스템(300)은 레이저 빔을 조사하는 레이저 광원(310)과 레이저 빔이 대상물(O)을 향하도록 경로를 바꾸는 조종 미러(330)와 상기 대상물(O)로부터 반사되는 광신호를 검출하는 검출부(410)와 상기 검출된 신호로부터 대상물(O)의 움직임을 산출하는 동작산출부(450)를 포함한다. 검출부(410)는 복수의 검출영역을 가지는 광검출기(413)와, 상기 복수의 검출영역 중 대상물(O)로부터 반사된 광신호가 집속되는 영역을 활성화 영역으로 판단하는 활성화영역 판단부(416)와, 상기 활성화 영역에서의 광신호를 검출하는 신호검출부(419)를 구비하고 있다. 또한, 대상물(O)과 광검출기(413) 사이의 광경로에는 수광렌즈(470)가 배치되어 있다. 본 실시예는 도 2의 실시예와 활성화 영역을 판단하는 방법에 차이점이 있으므로, 차이점에 대해서만 설명하고, 설명하지 않은 부분은 도 2의 실시예에서 설명한 동일 명칭의 부재의 설명에 의한다. 레이저 광원(310)은 도시한 바와 같이 소정 주파수를 가지는 펄스 형태로 레이저 빔을 조사한다. 광검출기(413)에 입사되는 광은 대상물(O)에서 반사되는 광 이외에 주변광도 포함되나, 대상물(O)에서 반사되어 광검출기에 검출되는 상기한 주파수를 가지는 펄스 형태가 되므로 이를 구분할 수 있다. 따라서, 활성화 영역 판단부(416)는 검출영역 중 상기 주파수를 가지는 광신호가 있는 영역만을 활성화시키고, 신호검출부(419)는 상기 활성화 영역으로부터의 광신호를 검출한다.
본 발명의 구성에 의해 검출부(410)는 대상물(O)에 형성된 빔스팟이 수광렌 즈에 의해 광검출기(413) 상에 빔스팟의 상을 형성하는 소정 검출영역으로부터 광신호를 검출하므로, 주변광에 의한 노이즈를 효과적으로 차단하여 보다 정확한 레이저 추적이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 추적 시스템은 수광렌즈와 복수의 검출영역을 가지는 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하여, 대상물로부터 반사되는 광신호가 맺히는 검출영역을 활성화시키고 상기 활성화 영역에서의 광신호를 검출하여 레이저 빔을 추적하므로, 민감도가 개선된다.
이러한 본원 발명인 레이저 추적 시스템은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 레이저 빔으로 움직이는 대상물을 추적하는 레이저 추적시스템에 있어서,
    레이저 빔을 조사하는 레이저 광원;
    상기 레이저 빔이 상기 대상물을 향하여 경로를 바꾸도록 조종되는 조종 미러;
    상기 대상물로부터 반사된 광신호를 검출하는 것으로,
    복수의 검출영역을 가지는 광검출기와, 상기 복수의 검출영역 중 상기 대상물로부터 반사된 광신호가 집속되는 영역을 활성화 영역으로 판단하는 판단부와, 상기 활성화 영역에서의 광신호를 검출하는 신호검출부를 구비하는 검출부;
    상기 대상물로부터 상기 광검출기를 향하는 광의 광경로 상에 배치된 수광렌즈;
    상기 검출부에서 검출된 광신호로부터 대상물의 동작을 산출하는 동작산출부;
    상기 동작산출부에서 산출된 정보로부터 상기 레이저 빔이 상기 대상물을 추종하도록 상기 레이저 광원 및 상기 조종 미러를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광검출기는 이차원 어레이로 구획된 검출영역을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 판단부는 상기 제어부와 연동하여 상기 레이저 빔의 위치 정보로부터 활성화 영역을 판단하는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 소정 주파수를 가지는 펄스 형태의 레이저 빔을 조사하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 활성화 영역 판단부는 상기 복수의 검출 영역 중 상기 소정 주파수를 가지는 광신호가 검출되는 영역을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 추적 시스템.
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Citations (4)

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