KR101391183B1 - 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공한다. 이 거리 측정 장치는 선형 편광된 제1 출력광을 제공하는 광원, 시간에 따라 제1 출력광의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부, 편광 변조부의 출력광을 대상물에 입사되어 반사된 반사광을 제공받는 서로 다른 편광 방향을 가진 4 개의 선형 편광판, 및 선형 편광판을 통과한 상기 반사광을 감지하는 감지부를 포함하고, 감지부의 출력 신호를 이용하여 대상물과 편광 변조부 사이의 거리를 산출한다.

Description

거리 측정 장치 및 거리 측정 방법{Distance Measuring Apparatus and Distance Measuring Method}
본 발명은 LIDAR(Light Detection And Ranging)에 관한 것으로, 더 구체적으로 편광 변조 방식을 이용한 거리 측정 장치에 관한 것이다.
LIDAR(Light Detection And Ranging)는 광의 강도 변조 방식, 펄스 방식 등이 사용되고 있다. 광의 강도 변조 방식은 물체 공간 쪽으로 강도 변조된 광을 조사하는 광원, 및 물체 공간을 마주보도록 배치된 광 검출 소자 어레이가 배치된다. 상기 광 검출 소자 어레이는 광의 위상을 이용하여 물체와 광원 사이의 거리를 측정한다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 편광 변조 방식의 거리 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정 장치는 선형 편광된 제1 출력광을 제공하는 광원; 시간에 따라 상기 제1 출력광의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부; 상기 편광 변조부의 출력광을 대상물에 입사되어 반사된 반사광을 제공받는 서로 다른 4개의 편광 방향을 가진 선형 편광판; 및 상기 선형 편광판을 통과한 상기 반사광을 감지하는 감지부를 포함하고, 상기 감지부의 출력 신호를 이용하여 상기 대상물과 상기 편광 변조부 사이의 거리를 산출한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 편광 변조부는 상기 제1 출력광을 제공받아 선형 편광된 제2 출력광을 출력하는 선형 편광판; 상기 제2 출력광을 제공받아 편광의 타원도를 시간에 따라 변조하여 제3 출력광을 출력하는 EOM 소자; 및 상기 제3 출력광을 제공받아 그 타원도에 따라서 선편광의 방향이 시간에 따라 회전되는 제4 출력광을 제공하는 1/4 파장판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 EOM 소자는 소정 변조 주파수로 시간에 따라 톱니파, 삼각파, 또는 사인파 형태의 위상을 변조할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 편광 변조부를 통과한 레이저 빔이 통과하는 빔 스플릿터; 상기 빔 스플릿터를 직선으로 통과한 광의 진행 경로 방향을 스캐닝하는 스캐닝 미러;및 상기 대상물에서 반사된 반사광은 상기 빔 스플릿터에서 방향을 전환하고, 방향이 전환된 반사광을 투과시키는 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 감지부 앞 단에 배치되어 상기 대상물에 입사되어 반사된 광을 4 개의 광 경로로 분리하는 광 분배부를 더 포함하고,
4개의 광 경로 상에 각각 서로 다른 상기 선형 편광판이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 광 분배부는 상기 반사광을 제1 광 경로 및 제2 광 경로로 나누는 제1 빔 스플릿터; 상기 제1 광 경로 상에 배치된 제2 빔 스플릿터; 및 상기 제2 광 경로 상에 배치된 제3 빔 스플릿터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 감지부는 2차원 감지 소자 어레이이고,
상기 선형 편광판은 편광 방향이 다른 4 종류의 셀로 이루어지고, 상기 2차원 감지 소자 어레이에 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 2차원 감지 소자 어레이는 R,G,B 셀을 포함하고, 하나의 선형 편광판은 상기 R,G,B 셀에 대응되도록 정렬될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 광원의 제1 출력광의 파장은 적외선 영역이고, 상기 선형 편광판의 앞에 배치되어 가시광선 영역을 차단하고, 상기 제1 출력광 파장만 통과시키는 광 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 거리 측정 방법은 선형 편광된 제1 출력광을 시간에 따라 편광 상태를 회전시키어 편광 변조하는 단계; 상기 편광 변조된 광을 대상물에 입사시켜 반사된 반사광을 4개의 서로 다른 편광 방향을 가진 선형 편광판에 제공하는 단계; 상기 선형 편광판을 통과한 상기 반사광을 감지하는 단계; 및 상기 감지된 신호를 이용하여 상기 대상물과 편광 변조된 위치 사이의 거리를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 반사광을 광 분배하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 편광 변조하는 단계는 상기 제1 출력광을 제공받아 45도 선편광된 제2 출력광을 출력하는 단계; 상기 제2 출력광을 제공받아 편광의 타원도를 시간에 따라 변조하여 제3 출력광을 제공하는 단계; 및 상기 제3 출력광을 제공받아 시간에 따라 선편광의 방향이 회전되는 제4 출력광을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 편광 방향을 시간에 따라 회전시키는 것은 소정의 변조 주파수로 시간에 따라 톱니파, 삼각파, 또는 사인파 형태의 위상을 변조할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 편광 변조된 광을 상기 대상물에 스캐닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 반사광에서 상기 제1 출력광의 파장 만을 선택적으로 투과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 반사광의 감지는 2차원 감지 소자 어레이에 의하여 수행되고, 상기 선형 편광판은 2차원 어레이로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 선형 편광된 제1 출력광을 제공하는 광원; 시간에 따라 상기 제1 출력광의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부; 상기 편광 변조부의 출력광을 대상물에 입사되어 반사된 반사광을 제공받는 서로 다른 4개의 편광 방향을 가진 선형 편광판; 및 상기 선형 편광판을 통과한 상기 반사광을 감지하는 카메라를 포함하고, 상기 카메라의 출력 신호를 이용하여 상기 대상물과 상기 편광 변조부 사이의 거리영상을 산출한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 종래의 카메라의 구조를 거의 변경하지 않고 선형 편광판을 추가하고, 편광 변조된 광을 대상물에 조사하여 용이하게 거리 영상 또는 거리 정보를 얻을 수 있다. 또한, 상기 거리 측정 장치는 짧은 노출시간으로 인하여 고속 움직임 영상을 획득할 수 있으며, 높은 공간 분해능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 3는 도 2의 감지부를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 감지부를 설명하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 거리 측정 장치(100)는 선형 편광된 제1 출력광(11)을 제공하는 광원(110), 시간에 따라 상기 제1 출력광의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부(120), 상기 편광 변조부(120)의 출력광(14)을 대상물에 입사되어 반사된 반사광(15)을 제공받는 서로 다른 편광 방향을 가진 4 개의 선형 편광판(130), 및 상기 선형 편광판(130)을 통과한 상기 반사광을 감지하는 감지부(140)를 포함한다. 상기 감지부(140)의 출력 신호를 이용하여 상기 대상물(21)과 상기 편광 변조부(120) 사이의 거리를 산출한다.
본 발명의 동작 원리를 설명한다. 편광 변조부(120)는 45도 편광판(122), 전기-광학 변조기(electro-optical modulator; EOM) 소자(124), 및 1/4 파장판(quarter-wave plate; QWP, 126)를 포함한다. 45도 편광판(122)에 입사하는 레이저 빔(11)은 다음과 같이 x축 방향으로 선형 편광되었다고 가정한다.
Figure 112012083454933-pat00001
상기 45도 편광판(122), EOM 소자(124), 및 QWP(126)를 통과한 출력광(
Figure 112012083454933-pat00002
)은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00003
Figure 112012083454933-pat00004
Figure 112012083454933-pat00005
여기서, 상기 편광 변조부(120)는 상기 EOM 소자(124)에 인가된 전압(
Figure 112012083454933-pat00006
)에 비례하여 사인파 형상으로 위상(
Figure 112012083454933-pat00007
)을 변조한다.
Figure 112012083454933-pat00008
은 상기 EOM 소자(124)의 변조 각주파수이고, A는 상수이다.
Figure 112012083454933-pat00009
상기 편광 변조부(120)의 출력광(14)은 대상물(21)에 조사되어 다시 반사되고, 반사광은 상기 편광 변조부(120)의 주위에 배치된 감지부(140)에서 감지된다. 상기 감지부(140)는 적어도 4 개의 감지 소자(141~144)를 포함하고, 각 감지 소자의 앞에는 서로 다른 선형 편광판(130)이 배치된다.
00 선형 편광판(131)을 통과한 제1 레이저 빔의 제1 전기장(
Figure 112012083454933-pat00010
)은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00011
Figure 112012083454933-pat00012
상기 제1 전기장(
Figure 112012083454933-pat00013
)의 광의 세기는 제1 감지부(141)에 의하여 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00014
450 선형 편광판(132)을 통과한 제1 레이저 빔의 제2 전기장(
Figure 112012083454933-pat00015
)의 광의 세기는 제2감지부(142)에 의하여 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00016
Figure 112012083454933-pat00017
900 편광판(133)을 통과한 제1 레이저 빔의 제3 전기장(
Figure 112012083454933-pat00018
)의 광의 세기는 제3 감지부(143)에 의하여 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00019
Figure 112012083454933-pat00020
1350 편광판(144)을 통과한 제1 레이저 빔의 제3 전기장(
Figure 112012083454933-pat00021
)의 광의 세기는 제4 감지부(144)에 의하여 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00022
Figure 112012083454933-pat00023
상기 위상(
Figure 112012083454933-pat00024
)는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00025
만약, 광이 상기 대상물(21)에 입사하고 반사되어 왕복하면서, 추가적인 위상차(
Figure 112012083454933-pat00026
)가 발생하면, 추가적인 위상차(
Figure 112012083454933-pat00027
)는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00028
여기서, A,
Figure 112012083454933-pat00029
인 알려진 값이고, 상기 감지부(140) 또는 상기 편광 변조부(120)에서 상기 대상물(21) 사이의 거리(d)는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112012083454933-pat00030
여기서, c는 대기중의 빛의 속도이고,
Figure 112012083454933-pat00031
는 레이저의 각주파수이다.
상기 광원(110)은 LED 또는 반도체 레이저일 수 있다. 상기 광원(110)의 제1 출력광(11)은 거리 감지를 위한 것으로 눈에 보이지 않는 적외선 영역이 바람직할 수 있다. 상기 광원(110)의 상기 제1 출력광(11)은 선형 편광된 출력을 제공할 수 있다.
상기 광원(110)과 상기 편광 변조부(120) 사이에 반파장 편광판(half-wave polarizer; HWP, 121)이 배치될 수 있다. 상기 반파장 편광판(121)은 상기 편광 변조부(120)에 최대의 출력을 전달하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 편광 변조부(120)는 상기 광원(110)의 제1 출력광(11)을 제공받아 제2 출력광(12)을 출력하는 45도 편광판(122), 상기 제2 출력광(12)을 제공받아 그 편광 방향을 시간에 따라 회전시키어 제3 출력광(13)을 출력하는 EOM 소자(124), 상기 제3 출력광(13)을 제공받아 제4 출력광(14)을 제공하는 1/4 파장판(126)을 포함할 수 있다.
상기 EOM 소자(124)의 변조 각주파수(
Figure 112012083454933-pat00032
)는 변조 주파수
Figure 112012083454933-pat00033
로 표시될 수 있다. 상기 변조 주파수(
Figure 112012083454933-pat00034
)가 10 MHz인 경우, 파장은 30 m 정도이다. 따라서, 수십 미터 이내의 범위에 있는 상기 대상물(21)을 감지할 수 있다.
상기 45도 편광판(126)을 통과한 제4 출력광(14)의 전기장(
Figure 112012083454933-pat00035
)은 상기 대상물(21)에 입사할 수 있다. 상기 대상물(21)에서 반사된 반사광(15)은 4개의 선형 편광판(130)을 통과하여 및 감지부(140)에서 감지된다.
한편, 제1 선형 편광판(131)은 수평 선형 편광판이고, 제2 선형 편광판(132)은 45도 선형 편광판이고, 제3 선형 편광판(133)은 90도 선형 편광판이고, 제4 선형 편광판(134)은 135도 또는 -45도 선형 편광판일 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 선형 편광판(131)을 통과한 레이저 광의 세기(I1)는
Figure 112012083454933-pat00036
로 주어질 수 있다. 또한, 상기 제2 선형 편광판(132)을 통과한 레이저 광의 세기(I2)는
Figure 112012083454933-pat00037
로 주어질 수 있다. 또한, 상기 제3 선형 편광판(133)을 통과한 레이저 광의 세기(I3)는
Figure 112012083454933-pat00038
로 주어질 수 있다. 또한, 상기 제4 선형 편광판(144)을 통과한 레이저 광의 세기(I4)는
Figure 112012083454933-pat00039
로 주어질 수 있다.
이에 따라, 상기 편광 변조부(120)와 상기 감지부(140)가 서로 인접하여 배치된 경우, 상기 편광 변조부(120)와 상기 대상물(21) 사이의 거리는
Figure 112012083454933-pat00040
로 주어질 수 있다.
한편, 상기 감지부(140)는 상기 편광 변조부(120)의 변조 주파수
Figure 112012083454933-pat00041
에 동기화되어 동시에 측정될 수 있다. 다만, 상기 감지부(140)는 상기 편광 변조부(120)와 시간 지연(
Figure 112012083454933-pat00042
)을 가질 수 있다. 상기 지연 시간은 변조 주기(
Figure 112012083454933-pat00043
)의 1/4일 수 있다.
상기 편광 변조부(120)의 출력광(14)은 빔 스플릿터(127)에 제공될 수 있다. 상기 빔 스플릿터(127)를 직선으로 통과한 광은 스캐닝부(160)에 제공될 수 있다. 상기 스캐닝부(160)은 스캐닝 미러(161) 및 빔 확대부(162)를 포함할 수 있다. 상기 빔 스플릿터(127)를 직선으로 통과한 광은 스캐닝 미러(161)에 제공될 수 있다. 상기 스캐닝 미러(161)는 두 개의 미러를 서로 회전시켜 상기 대상물(21)을 스캐닝할 수 있다. 상기 스캐닝 미러(161)를 통과한 광은 광의 구경 확대를 위하여 상기 빔 확대부(162)에 제공될 수 있다. 상기 빔 확대부(162)는 제공되는 작은 구경의 레이저 빔을 동일한 초점 위치를 가진 한 쌍을 렌즈를 사용하여 빔 구경을 확대할 수 있다. 이에 따라, 상기 빔 확대부(162)를 통과한 레이저 빔은 넓은 빔 구경을 가지고 상기 대상물(21)에 조사되어 반사될 수 있다. 한편, 상기 대상물(21)에서 반사된 반사광(15)은 넓은 구경을 가진 상기 빔 확대부(162)를 통하여 상기 스캐링 미러(161)를 통과하여 되돌아올 수 있다. 상기 스캐닝 미러(161)를 통과한 상기 반사광은 상기 빔 스플릿터(127)를 통하여 진행 방향을 90도 변경될 수 있다. 상기 빔 스플릿터(1127)를 통과한 상기 반사광(15)은 상기 레이저 광의 파장을 통과시키고 가시 광선 영역의 노이즈를 제거하는 광 필터(182)를 통과할 수 있다. 상기 레이저 광의 파장은 적외선 영역일 수 있다. 또는 광 필터(182)는 상기 광원의 광을 통과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다.
상기 광 필터(182)를 통과한 상기 반사광(15)은 집속 렌즈(182)를 통하여 집속될 수 있다. 상기 집속 렌즈(182)를 통과한 상기 반사광(15)은 광 분배부(150)에 제공되어 서로 다른 선형 편광판(130)에 제공될 수 있다.
상기 광 분배부(150)는 상기 반사광(15)을 제1 광 경로 및 제2 광 경로로 나누는 제1 빔 스플릿터(151), 상기 제1 광 경로 상에 배치된 제2 빔 스플릿서(152); 및 상기 제2 광 경로 상에 배치된 제3 빔 스플릿터(153)를 포함할 수 있다. 상기 반사광(15)은 상기 제1 빔 스플릿터(151)를 통하여 반사된 제1 광 경로와 상기 제1 빔 스플릿터를 통과하는 제2 광 경로를 형성할 수 있다. 상기 제2 빔 스플릿터(152)는 제1 광 경로를 통하여 제공되는 반사광의 일부는 직진시키고 나머지는 반사시킬 수 있다. 또한, 상기 제3 빔 스플릿터(153)는 제2 광 경로를 통하여 제공되는 반사광의 일부는 직진시키고, 나머지는 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 반사광(15)은 4 개의 광 경로로 분리될 수 있다.
각각의 광 경로 앞에는 서로 다른 선형 편광판(130)이 배치될 수 있다. 이어서, 상기 선형 편광판(130)의 뒤에는 각각 감지부(140)가 배치될 수 있다. 상기 감지부(140)는 서로 동기화되어 동시에 신호를 측정할 수 있다.
상기 감지부(140)는 포토 다이오드, PM 튜브, CIS 센서, CCD 센서일 수 있다 또한, 상기 감지부(141~144)의 데이터 획득 시간은 변조 주기(
Figure 112012083454933-pat00044
)이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 감지부(141~144)는 동시에 측정되어 고속 움직임을 측정할 수 있다. 또한, 상기 감지부의 노출 시간이 작고, 2차원 센서 어레이에 적용되는 경우, 높은 공간 분해능을 제공할 수 있다. 또한, 종래의 카메라 구조를 변경하기 않고, 선형 편광판 만을 부착하여 동작할 수 있다. 상기 선형 편광판은 편광 필름 또는 LCD 소자를 통하여 구현될 수 있다.
또한, 상기 감지부(140)는 상기 편광 변조부(120)와 일정한 위상 차이를 가지도록 조절될 수 있다. 상기 감지부(140)는 제공된 광 신호를 전압 신호로 출력할 수 있다. 상기 제1 감지부(141)는 상기 제1 선형 편광판(131)을 통과한 광을 감지할 수 있다. 상기 제2 감지부(142)는 상기 제2 선형 편광판(132)을 통과한 광을 감지할 수 있다. 상기 제3 감지부(143)는 상기 제3 선형 편광판(133)을 통과한 광을 감지할 수 있다. 상기 제4 감지부(144)는 상기 제4 선형 편광판(134)을 통과한 광을 감지할 수 있다.
제어부(170)는 상기 감지부의 출력 신호(I1~I4)를 제공받아 위에서 설명한 소정의 알고리즘을 통하여 상기 대상물(21)과 상기 편광 변조부(120) 사이의 거리(d)를 추출할 수 있다. 또한, 상기 제어부(170)는 상기 편광 변조부(120)를 제어하고 상기 감지부(140)와 상기 편광 변조부(120)의 동기화를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제어부(170)는 상기 스캐닝 미러(161)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(170)는 상기 대상물의 위치에 따른 거리 정보를 추출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 3는 도 2의 감지부를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 거리 측정 장치(200)는 선형 편광된 제1 출력광(11)을 제공하는 레이저 광원(110), 시간에 따라 상기 제1 출력광(11)의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부(120), 상기 편광 변조부(120)의 출력광(14)을 대상물(21)에 입사시켜 반사된 반사광(15)을 제공받는 서로 다른 편광 방향을 가진 4 개의 선형 편광판(230), 및 상기 선형 편광판(230)을 통과한 상기 반사광을 감지하는 감지부(240)를 포함한다. 상기 감지부(240)의 출력 신호를 이용하여 상기 대상물(21)과 상기 편광 변조부(120) 사이의 거리를 산출한다.
상기 편광 변조부(120)를 통과한 레이저 광은 빔 스플릿터(127)를 통하여 광 경로를 90도 꺾을 수 있다. 상기 광 경로가 90도 꺽인 레이저 광은 투사 조명부(260)에 제공될 수 있다. 상기 투사 조명부(260)는 상기 대상물(21)에 상기 레이저 광을 넓게 투사시키는 렌즈 시스템일 수 있다.
상기 대상물(21)에서 반사된 반사광(15)은 상기 투사 조명부(260)를 통하여 역으로 상기 빔 스플릿터(127)에 제공될 수 있다. 상기 반사광은 상기 빔 스플릿터(127)를 직선으로 통과하여 광 필터(182)를 통과할 수 있다. 상기 광 필터(182)는 상기 레이저 광을 투과시키고 노이즈 성분인 가시 광선 영역을 차단할 수 있다. 상기 광 필터(182)를 통과한 반사광은 카메라 렌즈(250)를 통과할 수 있다. 상기 카메라 렌즈(250)는 상기 반사광을 선형 편광판(230)에 제공할 수 있다. 상기 선형 편광판(230)은 상기 카메라 렌즈(250)의 이미지 상면 근처에 2차원적으로 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 감지부(240)는 상기 선형 편광판(230)에 정렬되고 서로 인접하게 배치될 수 있다.
상기 감지부(240)는 2차원 포토다이오드 어레이, 2차원 CCD 어레이 또는 2차원 CIS 어레이일 수 있다. 다만, 상기 선형 편광판(230)은 상기 감지부(230)에 정렬된 어레이 구조일 수 있다. 이에 따라, 위치에 따라 서로 다른 편광 상태를 가질 수 있다. 제1 선형 편광판(231)은 0도 선형 편광판일 수 있고, 제2 선형 편광판(232)은 45도 선형 편광일 수 있고, 제3 선형 편광판(233)은 90도 선형 편광판일 수 있고, 제4 선형 편광판(234)은 135도 선형 편광판일 수 있다.
제1 감지부(241)는 상기 제1 선형 편광판(231)에 정렬될 수 있다. 또한, 제2 감지부(242)는 상기 제2 선형 편광판(232)에 정렬될 수 있다. 상기 제3 감지부(243)는 상기 제3 선형 편광판(233)에 정렬될 수 있다. 제4 감지부(244)는 상기 제4 선형 편광판(234)에 정렬될 수 있다.
제어부(270)는 상기 감지부(240)의 2차원적 영상 데이터를 제공받아 위에서 설명한 소정의 알고리즘을 통하여 거리 영상을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 감지부를 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 거리 측정 장치(300)는 선형 편광된 제1 출력광(11)을 제공하는 레이저 광원(110), 시간에 따라 상기 제1 출력광(11)의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부(120), 상기 편광 변조부(120)의 출력광(14)을 대상물(21)에 입사되어 반사된 반사광을 제공받는 서로 다른 편광 방향을 가진 4 개의 선형 편광판(330), 및 상기 선형 편광판(330)을 통과한 상기 반사광을 감지하는 감지부(340)를 포함하고, 상기 감지부(340)의 출력 신호를 이용하여 상기 대상물(21)과 상기 편광 변조부(120) 사이의 거리를 산출한다.
상기 편광 변조부(120)를 통과한 레이저 광(14)은 투사 조명부(360)에 제공될 수 있다. 상기 투사 조명부(360)는 상기 대상물(21)에 상기 레이저 광을 넓게 투사시키는 렌즈 시스템일 수 있다.
상기 대상물(21)에서 반사된 반사광(15)은 카메라 렌즈(350)를 통과할 수 있다. 상기 카메라 렌즈(350)는 상기 반사광을 선형 편광판(330)에 제공할 수 있다. 상기 선형 편광판(330)은 이미지 상면 근처에 2차원적으로 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 감지부는 상기 선형 편광판에 정렬되도록 배치될 수 있다.
상기 감지부(340)는 칼라 포토다이오드 어레이, 칼라 CCD 카메라 또는 칼라 CIS 카메라일 수 있다. 상기 선형 편광판(330)은 어레이 형태로 상기 감지부(340)와 정렬될 수 있다.
다만, 상기 감지부(340)는 일정한 패턴으로 정려된 R,G,B 셀들을 포함할 수 있다. 하나의 상기 R,G,B 셀(341a~341c)은 하나의 선형 편광판(331)에 대응될 수 있다. 이에 따라, 상기 선형 편광판(330)은 “L”자 형태를 가질 수 있다. 제1 선형 편광판(331)은 제1 R,G,B 셀로 이루어진 제1 감지부(341)와 정렬될 수 있다. 제2 선형 편광판(332)은 제2 R,G,B 셀로 이루어진 제2 감지부(342)와 정렬될 수 있다. 제3 선형 편광판(333)은 제3 R,G,B 셀로 이루어진 제3 감지부(343)와 정렬될 수 있다. 제4 선형 편광판(334)은 제4 R,G,B 셀로 이루어진 제4 감지부(344)와 정렬될 수 있다.
제어부(370)는 상기 감지부(340)의 2차원적 영상 데이터를 제공받아 소정의 알고리즘을 통하여 거리 영상을 제공할 수 있다. 상기 제1 R,G,B 셀(341a~341c)의 출력값은 합산되거나 평균화되어 위에서 설명한 소정의 알고리즘에 사용될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술s분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
110: 광원 120: 편광 변조부
130: 선형 편광판 140: 감지부
170: 제어부 122: 45도 편광판
124: EOM 126: QWP

Claims (17)

  1. 선형 편광된 제1 출력광을 제공하는 광원;
    시간에 따라 상기 제1 출력광의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부;
    상기 편광 변조부의 출력광을 대상물에 입사되어 반사된 반사광을 제공받는 서로 다른 4개의 편광 방향을 가진 선형 편광판; 및
    상기 선형 편광판을 통과한 상기 반사광을 감지하는 감지부를 포함하고,
    상기 감지부의 출력 신호를 이용하여 상기 대상물과 상기 편광 변조부 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 편광 변조부는:
    상기 제1 출력광을 제공받아 선형 편광된 제2 출력광을 출력하는 선형 편광판;
    상기 제2 출력광을 제공받아 편광의 타원도를 시간에 따라 변조하여 제3 출력광을 출력하는 EOM 소자; 및
    상기 제3 출력광을 제공받아 그 타원도에 따라서 선편광의 방향이 시간에 따라 회전되는 제4 출력광을 제공하는 1/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 EOM 소자는 소정 변조 주파수로 시간에 따라 톱니파, 삼각파, 또는 사인파 형태의 위상을 변조하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 편광 변조부를 통과한 레이저 빔이 통과하는 빔 스플릿터;
    상기 빔 스플릿터를 직선으로 통과한 광의 진행 경로 방향을 스캐닝하는 스캐닝 미러;및
    상기 대상물에서 반사된 반사광은 상기 빔 스플릿터에서 방향을 전환하고, 방향이 전환된 반사광을 투과시키는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 감지부 앞 단에 배치되어 상기 대상물에 입사되어 반사된 광을 4 개의 광 경로로 분리하는 광 분배부를 더 포함하고,
    4개의 광 경로 상에 각각 서로 다른 상기 선형 편광판이 배치되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광 분배부는:
    상기 반사광을 제1 광 경로 및 제2 광 경로로 나누는 제1 빔 스플릿터;
    상기 제1 광 경로 상에 배치된 제2 빔 스플릿터; 및
    상기 제2 광 경로 상에 배치된 제3 빔 스플릿터를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 감지부는 2차원 감지 소자 어레이이고,
    상기 선형 편광판은 편광 방향이 다른 4 종류의 셀로 이루어지고, 상기 2차원 감지 소자 어레이에 정렬되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 2차원 감지 소자 어레이는 R,G,B 셀을 포함하고,
    하나의 선형 편광판은 상기 R,G,B 셀에 대응되도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 광원의 제1 출력광의 파장은 적외선 영역이고,
    상기 선형 편광판의 앞에 배치되어 가시광선 영역을 차단하고, 상기 제1 출력광 파장만 통과시키는 광 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  10. 선형 편광된 제1 출력광을 시간에 따라 편광 상태를 회전시키어 편광 변조하는 단계;
    상기 편광 변조된 광을 대상물에 입사시켜 반사된 반사광을 4개의 서로 다른 편광 방향을 가진 선형 편광판에 제공하는 단계;
    상기 선형 편광판을 통과한 상기 반사광을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 신호를 이용하여 상기 대상물과 편광 변조된 위치 사이의 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 반사광을 광 분배하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 편광 변조하는 단계는:
    상기 제1 출력광을 제공받아 45도 선편광된 제2 출력광을 출력하는 단계;
    상기 제2 출력광을 제공받아 편광의 타원도를 시간에 따라 변조하여 제3 출력광을 제공하는 단계; 및
    상기 제3 출력광을 제공받아 시간에 따라 선편광의 방향이 회전되는 제4 출력광을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 편광 방향을 시간에 따라 회전시키는 것은 소정의 변조 주파수로 시간에 따라 톱니파, 삼각파, 또는 사인파 형태의 위상을 변조하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 편광 변조된 광을 상기 대상물에 스캐닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 반사광에서 상기 제1 출력광의 파장 만을 선택적으로 투과시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 반사광의 감지는 2차원 감지 소자 어레이에 의하여 수행되고,
    상기 선형 편광판은 2차원 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  17. 선형 편광된 제1 출력광을 제공하는 광원;
    시간에 따라 상기 제1 출력광의 편광 상태를 회전시키는 편광 변조부;
    상기 편광 변조부의 출력광을 대상물에 입사되어 반사된 반사광을 제공받는 서로 다른 4개의 편광 방향을 가진 선형 편광판; 및
    상기 선형 편광판을 통과한 상기 반사광을 감지하는 카메라를 포함하고,
    상기 카메라의 출력 신호를 이용하여 상기 대상물과 상기 편광 변조부 사이의 거리영상을 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
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