KR102065024B1 - 거리 공간 측정 장치 및 동작 방법 - Google Patents

거리 공간 측정 장치 및 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스캐너 뒤쪽에 위치한 반사거울을 포함한다. 본 발명에 포함된 반사거울을 이용하여 거리 측정 중 회전을 하는 회전부가 스캐너의 후방을 향할 때도 전방에 위치한 주변 사물과의 거리를 삼각측량 방식, TOF(Time of Flight) 방식, 위상차(phase-shift)를 이용한 방식 등을 이용하여 측정할 수 있다. 또한 측정한 거리를 기초로 주변 사물의 좌표를 계산 하는 방법을 제공하고자 한다.

Description

거리 공간 측정 장치 및 동작 방법{DISTANCE MEASURING SCANNER AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 거리 측정 방법에 관한 것으로, 특히 회전 구동을 통해 회전하며 주변 사물과의 거리를 측정 하는 거리 측정 장치에 반사거울을 같이 구성하여 거리 측정 장치의 앞에 위치한 주변사물과의 거리를 보다 빠르게 측정하고, 측정한 거리를 기초로 주변 사물의 좌표를 구하는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 거리 측정 장치(이하 '스캐너')는 빛을 이용하여 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 측정한다. 빛을 이용하여 거리를 측정하는 방식은 삼각측량(triangulation) 방식, TOF(Time of Flight) 방식, 위상차(phase-shift)를 이용한 방식 등이 있다.
삼각측량 방식은 삼각측량법을 바탕으로 거리를 측정하는 방법이며, TOF 방식은 스캐너에서 빛을 발광한 시간과 그 발광된 빛이 주변 사물에 반사되어 거리측정 장치로 돌아오는 시간의 차이를 이용하여 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 계산하는 방법이다. 위상차를 이용한 방식은 일정한 주파수를 가진 신호를 이용하여 빛을 측정위치에 발광하고, 측정위치에 반사되어 스캐너로 돌아오는 빛을 이용하여 측정 신호를 생성하고, 측정 위치에 빛을 발광할 때 이용한 일정한 주파수를 가진 신호와 측정 측정위치에서 반사되어 스캐너로 돌아온 빛을 이용하여 생성한 측정 신호를 비교하여 위상차를 구하고, 구한 위상차를 기초로 거리를 측정하는 방법이다.
본 발명은 상기한 거리 측정 방법 중 적어도 하나의 거리 측정 방법을 사용하며, 회전부가 회전을 하면서 주변사물과의 거리를 측정하는 스캐너에 반사거울을 같이 구성하여 거리 측정 장치의 전방에 위치한 주변 사물과의 거리를 보다 빠르게 측정하고, 측정한 거리를 기초로 주변 사물의 좌표를 구하는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공한다.
본 발명은 반사거울을 이용하여 회전 구동을 통해 회전부가 회전하며 주변 사물과의 거리를 측정 하는 스캐너가 항상 전방에 위치한 주변 사물과의 거리를 측정하고 주변 사물이 위치한 좌표를 구하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 거리 측정 장치는 전방 또는 후방 중 어느 한 방향으로 거리 측정용 빔을 발광하는 송광부; 거리 측정용 빔이 후방을 향할 때, 거리 측정용 빔의 방향을 전방으로 변경하는 반사거울; 측정 위치에서 반사되어 거리 측정 장치로 돌아오는 빛을 측정하여 측정한 빛을 기초로 측정 신호를 생성하는 수광부; 및 측정 신호를 기초로 거리 측정 장치와 측정 위치 사이의 거리 계산하는 거리 계산부를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 거리측정 장치의 동작 방법은 전방 또는 후방 중 어느 한 방향으로 측정 위치에 거리 측정용 빔을 발광하는 단계; 거리 측정용 빔이 후방을 향할 때, 반사거울을 이용하여 거리 측정용 빔의 방향을 전방으로 변경하는 단계; 측정 위치에 반사되어 거리 측정 장치로 돌아오는 빛을 측정하여 측정한 빛을 기초로 측정 신호를 생성하는 단계; 및 측정 신호를 기초로 거리 측정 장치와 측정 위치 사이의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스캐너의 회전부가 스캐너의 후방을 향할 때도 스캐너의 전방에 위치한 주변 사물과의 거리를 측정하고 주변 사물이 위치한 좌표를 구할 수 있다.
도 1은 TOF 거리 측정 방식을 이용한 거리 측정 방식의 기본적인 동작 방법을 보여준다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 동작 방법을 보여준다.
도 3은 회전부가 회전하여 광원이 스캐너의 뒤쪽을 향해 있을 때 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 동작 방법을 보여준다.
도 4는 스캐너의 주변 사물의 좌표를 계산하는 동작 방법을 보여준다.
도 5는 스캐너의 회전부가 회전하여 광원이 스캐너의 뒤쪽을 향해 있을 때 주변 사물의 좌표를 계산하는 동작 방법을 보여준다.
도 6 본 발명의 한 실시예에 쓰이는 틸트 구동부, 회전 구동부 및 반사거울의 한 예를 보여준다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 회전 구동부 및 틸트 구동부 동작 방법을 보여준다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 회전 구동부 및 틸트 구동부 동작 방법을 보여준다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 동작 방법을 보여준다.
도 10는 진공 청소 로봇에 탑재되어 사용되는 스캐너를 보여준다.
도 11은 자동차에 탑재되어 사용되는 스캐너를 보여준다.
이하, 본 발명과 관련된 스캐너에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 다양한 장치에 적용될 수 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어 주변의 사물을 인식하여 동선을 정하는 로봇, 주변에서 일어나는 미세한 동작이나 주변 사물을 감지하는 장치, 사용자의 동작을 인식하는 장치 및 3차원 영상을 만드는 장치 등이 있다. 특히 자동차에 설치되어 전방에 위치한 주변 사물의 좌표를 계산하는데 사용될 수 있다.
다음은 도 1을 참고하여 TOF 거리 측정 방식을 이용한 거리 측정 방식의 기본적인 동작 방법을 설명한다.
도 1은 TOF 거리 측정 방식을 이용한 스캐너의 기본적인 동작 방법을 나타내는 블록 구성도(block diagram) 이다.
상기 스캐너(100)는 송광부(110), 수광부(120) 및 집광 렌즈(130)를 포함한다.
이하, 상기 구성요소에 대해 차례로 살펴본다.
송광부(110)는 거리 측정용 빔(1)을 발생하는 광원(112)을 포함한다.
수광부(120)는 주변 사물(3)의 표면에 반사되는 스캐너로 돌아오는 빛(7)을 측정하는 수광센서(122)를 포함한다. 또한 주변 사물(3)에서 반사되어 스캐너로 돌아오는 빛(7)을 수광센서(122)에 모아주는 집광렌즈(130)도 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 송광부(110)에서 주변 사물(3)을 향해 거리 측정용 빔(1)을 발생한다. 거리 측정 용 빔(1)이 주변 사물(3)에 도착하면 주변 사물(3)의 표면에 반사되어 여러 갈래로 반사되는 빛(5)의 형태를 가진다. 이중 스캐너(100)에 포함된 집광렌즈(130)에 의해 여러 갈래로 반사되는 빛의 일부(7)가 수광부의(120)의 수광센서(122)로 돌아오게 된다.
스캐너(100)에서 거리 측정용 빔을 발광한 시간과 그 발광된 거리 측정용 빔이 주변 사물(3)에 반사되어 스캐너(100)로 돌아오는 시간의 차이를 이용하여 스캐너(100)와 주변 사물(3) 사이의 거리를 계산할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 위에 자세히 설명한 TOF 거리 측정 방식뿐만 아니라 삼각측량 거리 측정 방식 또는 위상차를 이용한 거리 측정 방식에도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 기본적인 동작 방법을 나타내는 블록 구성도(block diagram) 이다.
상기 스캐너(300)는 송광부(310), 수광부(320), 회전 구동부(330), 틸트 구동부(340), 통신부(350), 제어부(360), 및 전원 공급부(370) 등을 포함할 수 있다.
송광부(310)와 수광부(320)는 지지판(390)의 같은 면에 고정될 수 있다. 송광부(310)는 광원(312)과 광원렌즈(314)를 포함할 수 있다. 광원(312)은 LD(Laser Diode), LED(Light Emitting Diode) 등이 사용될 수 있으며, 광원 렌즈(314)는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)가 사용되어, 광원(312)에서 나오는 빛을 평행광 또는 수렴광으로 만들 수 있다.
수광부(320)는 수광센서(322), 수광렌즈(324) 및 파장필터(326)를 포함할 수 있다. 수광렌즈(324)는 수광센서(322)에 빛을 모아주며, 수광센서(322)는 수광렌즈(324)에서 모아준 빛을 감지한다. 파장필터(326)는 광원(312)의 파장과 다른 빛이 수광센서(322)에 감지되는 것을 방지해 준다.
송광부(310)와 수광부(320)가 고정된 지지판(390)는 회전부(301)에 고정된다. 또한 틸트 구동부(340)도 같이 회전부(301)에 고정될 수 있다.
회전 구동부(330)는 회전부(301)를 수평 회전 시킬 수 있게 구성된다. 회전부(301)의 회전에 따라 측정 위치가 이동한다. 예를 들어, 회전부(301)를 시계 반대 방향(332)로 회전하면, 측정 위치가 왼쪽으로 이동된다. 반대로, 회전부(301)를 시계 방향로 회전하면, 측정 위치가 오른쪽으로 이동된다.
도 2에서는 회전 구동부(330)가 회전부(301)를 시계 반대 방향(332)로 회전시키는 내용이 도시되어있지만, 회전 구동부(330)는 회전부(301)를 시계 방향으로도 회전 시킬 수도 있다. 회전 구동부(330)는 인코더를 포함할 수 있고, 인코더는 회전 각도 정보를 인코더 신호로 거리 계산부(362)에 보낼 수 있다.
거리 계산부(362)는 거리나 좌표를 계산 할 때, 회전 구동부(330)의 인코더에서 보내준 회전 각도 정보를 이용할 수 있다. 예를 들어 회전 각도 정보를 이용하여 측정 값을 보정할 수 있다.
틸트 구동부(340)는 지지판(390)의 기울기를 조절할 수 있게 구성된다. 예를 들어서, 틸트 구동부(340)는 틸트 구동 모터(342), 제1 틸트 구동 기어(346), 제2 틸트 구동 기어(347), 제3 틸트 구동 기어(348)를 이용하여 지지판(390)의 기울기를 조절할 수 있다. 틸트 구동 모터(342)는 상기한 틸트 구동 기어(346, 347, 348)를 회전시켜 지지판(390)의 기울기를 상하로 조절한다. 지지판(390)의 기울기가 상하로 조절되면, 지지판(390)에 고정된 송광부(310)와 수광부(320)의 기울기도 같이 같은 방향으로 조절된다. 따라서 틸트 구동부(340)을 이용하여 측정 위치도 위 아래로 이동할 수 있다. 틸트 구동부(340)는 인코더를 포함할 수 있고, 인코더는 틸트 각도 정보를 인코더 신호로 거리 계산부(362)에 보낼 수 있다.
거리 계산부(362)는 거리나 좌표를 계산할 때, 틸트 구동부(340)의 인코더에서 보내준 틸트 각도 정보를 이용할 수 있다. 예를 들어 틸트 각도 정보를 이용하여 측정 값을 보정할 수 있다.
제어부(360)는 지지판(390) 또는 회전부(301)에 위치 시킬 수 있다. 제어부(360)는 거리 계산부(362), 회전 및 틸트 제어부(364)를 포함할 수 있다. 거리 계산부(362)는 수광센서(322)에서 감지한 빛을 기초로 상기한 거리 측정 방법 중 하나의 방법으로 스캐너(300)와 측정 위치 사이의 거리를 계산한다. 예를 들어 TOF 거리 측정 방식을 사용할 수 있다. 또한 거리 계산부(362)는 계산한 거리 값을 이용하여 주변 사물의 좌표 데이터를 작성할 수 있다. 이때 회전 구동부(330)의 인코더와 틸트 구동부(340)의 인코더에서 보내준 회전 각도 및 틸트 각도 정보를 이용할 수 있다. 회전 및 틸트 제어부(364)는 회전 구동부(330)와 틸트 구동부(340)를 제어한다. 제어부(360)는 통신부(350)를 통해 거리 계산부(366)에서 구한 거리 및 주변 사물의 좌표 데이터를 외부의 장치에 유무선으로 전송할 수 있다.
전원 공급부(370)는 제어부(360)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성 요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
반사거울(392)은 회전부(301)가 회전하여 광원(312)이 스캐너(300)의 뒤쪽을 향해 있을 때도 스캐너(300)의 앞쪽에 위치한 주변 사물(380)과의 거리를 측정하게 구성된다. 예를 들어, 광원(312)이 스캐너(300)의 후방을 향해있고, 광원(312)에서 거리 측정용 빔(10)을 발광했을 때, 반사거울(392)은 거리 측정용 빔(10)의 방향을 스캐너(300)의 전방으로 변경하여, 스캐너(300)의 전방에 위치한 주변 사물(380)과의 거리를 측정하게 해준다.
반사거울(392)은 기울기가 위 아래로 조절되도록 구성될 수 있다. 또한 반사거울(392)은 기울기가 좌우로 조절되도록 구성될 수도 있다.
도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 스캐너도 구현될 수도 있다.
도 2에서는 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 거리 측정용 빔(10)을 이용하여 측정하는 것을 보여준다.
제어부(360)는 광원(312)에서 거리 측정용 빔(10)을 주변 사물(380)에 발광하게 한다. 거리 측정용 빔(10)은 주변 사물(380)에 도착한다. 거리 측정용 빔(10)이 주변 사물(380)에 도착하면, 주면 사물의 표면(A)에 반사되어 여러 갈래로 반사되는 빛의 형태(50)를 가진다. 이중 스캐너(300)에 포함된 수광렌즈(324)에 의해 여러 갈래로 반사되는 빛의 일부(30)가 수광부(320)의 수광센서(322)로 돌아오게 된다. 수광센서(322)는 감지된 빛을 이용하여 측정 신호를 생성하고 생성한 측정신호를 거리 계산부(362)에 전송한다. 이때 정확한 빛을 감지를 위해 수광렌즈(324)와 수광센서(322) 사이에 파장필터(326)를 위치 시킬 수 있다. 파장필터(326)는 광원(312)과 같은 파장의 빛만 통과시켜서 다른 외부의 빛이 수광센서(322)에 감지되는 것을 막아준다.
제어부(360)의 거리 계산부(362)는 수광센서(322)에서 받은 측정 신호를 기초로 주변 사물의 표면(A)와 스캐너(300) 사이의 거리를 도 1에서 설명한 TOF 방법을 이용해서 계산하고 주변 사물(380)의 좌표를 계산한다. 위에서 설명했듯이 다른 거리 측정 방법을 이용하여 거리를 측정할 수 도 있다.
도 3은 회전부(301)가 회전하여 광원(312)이 스캐너(300)의 뒤쪽을 향해 있을 때 모습을 보여준다. 제어부(360)의 회전 및 틸트 제어부(364)는 회전 구동부(330)를 구동시켜 회전부(301)를 도 3과 같이 수평 회전 시킬 수 있다.
제어부(360)는 광원(312)에서 거리 측정용 빔(10)을 반사거울(392)에 발광하게 한다. 거리 측정용 빔(10)은 반사거울(392)를 도착한다. 반사거울(392)에 도착한 거리 측정용 빔(10)은 반사거울(392)에 반사되어 주변 사물(380)에 도착한다. 위에서 설명했듯이, 반사거울(392)은 스캐너(300)의 후방으로 발광된 거리 측정용 빔(10)의 방향을 측정 위치가 있는 스캐너(300)의 전방으로 변경한다. 거리 측정용 빔(10)이 주변 사물(380)에 도착하면, 주면 사물의 표면(B)에 반사되어 여러 갈래로 반사되는 빛의 형태(50)를 가진다. 이중 스캐너(300)에 포함된 수광렌즈(324)에 의해 여러 갈래로 반사되는 빛의 일부(30)가 반사거울(392)를 거쳐 수광부(320)의 수광센서(322)로 돌아오게 된다. 수광센서(322)는 감지한 빛을 이용하여 측정 신호를 생성한다. 수광센서(322)는 생성한 측정 신호를 거리 계산부(362)에 전송한다. 이때 정확한 빛을 감지를 위해 수광렌즈(324)와 수광센서(322) 사이에 파장필터(326)를 위치 시킬 수 있다. 파장필터(326)는 광원(312)과 같은 파장의 빛만 통과 시켜서 다른 외부의 빛이 수광센서(322)에 감지되는 것을 막아준다.
제어부(360)의 거리 계산부(362)는 수광센서(322)에서 받은 측정 신호를 기초로 주변 사물의 표면(B)와 스캐너(300) 사이의 거리를 도 1에서 설명한 TOF 방법을 이용해서 계산하고 주변 사물(380)의 좌표를 계산한다. 상기한 다른 거리 측정 방법으로 거리를 측정할 수도 있다. 이때 광원(312)과 반사거울(392)의 거리를 가만하여 거리를 계산할 수 있다.
반사거울(392)를 이용하면 스캐너(300)의 회전부(301)이 스캐너(300)의 전면을 향하지 않아도 전면에 있는 주변 사물과의 거리를 측정할 수 있다. 상기한 바와 같이, 스캐너(300)는 회전판(301)을 시계 방향으로 회전 시킬 수 있다. 또한 도 3에서 도시한 것과 같이 시계 반대 방향으로도 회전 할 수 있다.
도 4는 스캐너(300)의 주변 사물(380)의 좌표를 계산하는 동작 방법을 설명한다. TOF 거리 측정 방식이나 상기한 거리 측정 방식을 이용하면 광원(312)에서 주변 사물의 표면(A)까지의 거리 측정용 빔(10)이 이동한 거리를 구할 수 있다.
광원(312)에서 주변 사물의 표면(A)까지의 거리 측정용 빔(10)이 이동한 거리를 L, 거리 측정용 빔(10)과 좌표의 x축이 이루는 각을 θ라고 한다면, 아래의 수학식 1을 충족하도록 연산하여 주면 사물의 표면(A)의 좌표를 얻을 수 있다. 이때 광원(312)의 위치를 좌표의 영점으로 한다.
Figure 112013032484313-pat00001
도 5는 스캐너(300)의 회전부(301)가 회전하여 광원(312)이 스캐너(300)의 뒤쪽을 향해 있을 때 주변 사물(380)의 좌표를 계산하는 방법을 설명한다. TOF 거리 측정 방식이나 상기한 거리 측정 방식을 이용하면 광원(312)에서 반사거울(392)를 거쳐서 주변 사물의 표면(B)까지의 거리 측정용 빔(10)이 이동한 거리(10)을 구할 수 있다.
광원(312)에서 반사거울(392)를 거쳐 주변 사물의 표면(B)까지의 거리 측정용 빔(10)이 이동한 거리(10)를 L, 광원(312)에서 반사거울(392)까지의 거리를 a, 거리 측정용 빔(10)과 좌표의 x축이 이루는 각이 θ라고 한다면, 아래의 수학식 2을 충족하도록 연산하여 주면 사물의 표면(B)의 좌표를 얻을 수 있다. 이때 광원(312)의 위치를 좌표의 영점으로 한다.
Figure 112013032484313-pat00002
도 6은 스캐너(300)의 회전 구동부(330), 틸트 구동부(340) 및 반사거울(392)의 하나의 예를 단면도로 도시하고 있다. 회전 구동부(330)와 틸트 구동부(340)를 도면에 잘 나타내기 위해서, 수광부(320)는 미도시하였다. 틸트 구동부(340)는 지지판(390)의 기울기를 조절할 수 있도록 다양하게 구성될 수 있다.
도 6의 회전 구동부(330)는 풀리 구동 모터(337), 제1 풀리(333), 제2 풀리(331), 풀리 벨트(334)를 이용하여 회전부(301)의 회전을 조절할 수 있다.
제1 풀리(333)는 회전부(301) 밑면 가운데에 고정되어 있고, 제2 풀리(331)는 풀리 구동 모터(337)와 결합되어 있다. 제1 풀리(333)와 제2 풀리(331)는 풀리 벨트(334)에 연결되어 회전한다.
그러므로 풀리 구동 모터(337)가 회전하면, 풀리 구동 모터(337)에 결합된 제2 풀리(331)가 같이 회전하고. 제2 풀리(331)에 풀리 벨트(334)로 연결된 제1 풀리(333)도 같이 회전한다. 또한 제1 풀리(333)가 회전하면, 회전부(301)도 같이 회전한다.
도 6에서는 풀리 구동 모터(337)를 이용하여 상기한 풀리(331, 333)를 회전시켜 지지판(390)과 틸트 구동부(340)가 고정되어 있는 회전부(301)을 수평 회전 시키는 것을 보여준다.
회전부(301)을 회전시키면 송광부(310)와 수광부(320)도 같은 방향으로 회전한다. 제어부(360)의 회전 및 틸트 제어부(364)가 회전 구동부(330)를 제어하여 송광부(310)와 수광부(320)가 고정된 지지판(390)를 회전시키면, 스캐너(300)는 거리 측정 위치를 좌우로 조절하며 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
반사거울(392)은 스캐너(300)의 뒤쪽에 위치한다. 반사거울(392)은 회전부(301)가 회전하여 광원(312)이 스캐너(300)의 뒤쪽을 향해 있을 때도 스캐너(300)의 앞쪽을 위치한 주변 사물(380)과의 거리를 측정하게 구성된다. 반사거울(392)은 기울기가 위 아래로 조절되도록 구성될 수 있다. 또한 반사거울(392)은 기울기가 좌우로 조절되도록 구성될 수도 있다.
반사거울(392)의 기울기를 조절하면, 측정 위치의 위치를 이동할 수 있다. 도 6에서는 반사거울(392)의 기울기가 위 아래로 조절되도록 구성된 반사거울(392)를 도시하였다. 반사거울(392)은 평면거울, 오목거울 및 볼록거울이 사용될 수도 있다. 반사거울(392)은 복수의 거울로 구성될 수 있다. 복수의 거울을 다양한 각도로 연결하여 반사거울(392)을 구성할 수 있다. 예를 들어 두 개의 평면거울을 일정한 각도로 연결하여 반사거울(392)을 구성할 수 있다. 이 경우 반사거울(392)은 "V"자 형태를 이룰 수 있다.
도 7에서는 스캐너(300)의 회전 구동부(330)와 틸트 구동부(340)를 같이 구동하여 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 측정할 때, 측정 위치를 여러 개의 수평선(59, 60, 61) 방향에 따라 이동시키며 측정하는 것을 도시하였다.
도 8에서는 스캐너(300)의 회전 구동부(330)와 틸트 구동부(340)를 같이 구동하여 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 측정할 때, 측정 위치를 여러 개의 사선(66-67) 방향에 따라 이동시키며 측정하는 것을 도시하였다.
도 9은 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너(300)의 동작 방법을 보여준다.
이 실시예에 따르면 스캐너(300)는 송광부(310), 수광부(320), 회전 구동부(330), 틸트 구동부(340) 및 중앙 제어부(360)를 이용하여 주변 사물의 좌표 계산 및 공간 정보 데이터를 작성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 중앙 제어부(360)는 거리 계산부(362) 및 회전 및 틸트 제어부(364)를 포함할 수 있다.
먼저, 중앙 제어부(360)는 광원(312)을 이용하여 거리 측정용 빔(10)을 스캐너(300)의 전방 또는 후방 중 어느 한 방향으로 측정 위치에 발광하게 한다. 예를 들어, 주변 사물(380)에 발광하게 한다(S101).
거리 측정용 빔(10)이 후방을 향할 때, 반사거울을 이용하여 거리 측정용 빔(10)의 방향을 전방으로 변경한다(S103).
측정 위치에서 반사되어 스캐너(300)으로 돌아오는 빛이 수광센서(322)로 감지한다. 수광센서(322)는 감지한 빛을 이용하여 측정 신호를 생성한다(S105).
스캐너(300)의 거리 계산부(362)는 수광센서(322)는 측정 신호를 기초로 스캐너(300)와 스캐너(300)의 전방 180도 안에 있는 측정위치 사이의 거리를 구한다(S107). 이때 삼각측량 방식, TOF(Time of Flight) 방식 또는 위상차를 이용한 방식 중 적어도 하나의 거리 측정 방식을 이용할 수 있다.
거리 계산부(362)는 측정한 거리를 기초로 주변 사물(380)의 좌표를 계산한다(S109). 예를 들어서상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 측정위치에 있는 주변 사물(380)의 좌표를 계산한다(S109).
예를 들어, 거리 측정용 빔(10)이 반사거울(392)을 이용하지 않고 측정 위치에 발광되었다면, 측정 거리를 기초로 측정 위치의 좌표를 계산한다. 이때 위에서 설명한 수학식 1 이용하여 좌표를 계산할 수 있다.
다른 예로, 거리 측정용 빔(10)이 반사거울(392)에 반사되어 측정 위치에 발광되었다면, 반사거울(392)에 의한 거리 측정용 빔(10)의 이동 경로의 변경을 고려하여 측정한 거리를 기초로 상기 측정 위치의 좌표를 계산한다. 이때 위에서 설명한 수학식 2를 이용하여 좌표를 계산할 수 있다.
측정위치에 대응하는 주변 사물(380)의 좌표를 이용하여 거리 계산부(362)는 공간 데이터를 작성한다 (S111).
참고로 스캐너(300)의 회전 및 틸트 제어부(364)는 회전 구동부(330)와 틸트 구동부(340)을 구동시켜 지지판(390)의 틸트 각도와 회전부(301)의 회전 각도를 조절하여 광원(312)이 측정 위치를 이동할 수 있다.
또한 스캐너(300)는 반사거울(392)를 상하좌우로 조절하여 측정 위치를 이동할 수 있다.
도 10은 진공 청소 로봇(700)에 탑재되어 사용되는 스캐너(300)를 도시하였다. 본 발명을 이용하여 로봇(700) 전방에 위치한 주변 사물의 좌표를 계산하여 청소 로봇(700)에 전송하면, 청소 로봇(700)은 본 발명에서 전송 받은 정보를 바탕으로 동선을 정할 수 있다.
도 11는 자동차(900)에 탑재되어 사용되는 스캐너(300)를 도시하였다. 본 발명이 자동차의 전방에 위치한 주변 사물의 좌표를 자동차(900)에 전송하면, 자동차(900)는 본 발명에서 전송 받은 자동차(900) 전방의 정보를 바탕으로 안전거리를 확보한다. 예를 들어 자동차(900)가 운전자에게 경고방송을 할 수 도 있으며 자동차 속도를 자동 제어할 수도 있다.
상기와 같이 설명된 스캐너는 위에 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 전방에 위치하는 측정 위치의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에 있어서,
    전방 또는 후방 중 어느 한 방향으로 거리 측정용 빔을 발광하는 송광부;
    상기 거리 측정용 빔이 상기 후방을 향할 때, 상기 거리 측정용 빔의 방향을 상기 전방으로 변경하는 반사거울;
    상기 측정 위치에서 반사되어 상기 거리 측정 장치로 돌아오는 빛을 측정하여 측정한 빛을 기초로 측정 신호를 생성하는 수광부;
    상기 송광부와 상기 수광부가 고정되어 있는 지지판;
    상기 지지판의 기울기를 조절하도록 구성된 틸트 구동부;
    상기 지지판이 고정되어 있는 회전부;
    상기 회전부의 회전을 조절하도록 구성된 회전 구동부;
    상기 틸트 구동부와 상기 회전 구동부를 각각 구동시켜 상기 지지판의 기울기와 상기 회전부의 회전 각도를 각각 조절하여 상기 측정 위치를 사선 방향에 따라 이동시키는 회전 및 틸트 제어부; 및
    상기 측정 신호를 기초로 상기 거리 측정 장치와 상기 측정 위치 사이의 거리 계산하는 거리 계산부를 포함하고
    상기 거리 계산부는
    상기 회전 및 틸트 제어부를 이용하여 상기 측정 위치를 상기 사선 방향으로 이동시키며 상기 거리 측정 장치와 상기 측정 위치 사이의 거리를 계산한 거리 값을 얻는
    거리 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리 계산부는
    상기 거리 측정용 빔이 상기 반사거울에 반사되어 상기 측정 위치에 발광되었다면, 상기 반사거울에 의한 상기 거리 측정용 빔의 이동 경로의 변경을 고려하여 상기 거리를 기초로 상기 측정 위치의 좌표를 계산하는
    거리 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거리 계산부는
    상기 거리 측정용 빔이 상기 반사거울을 이용하지 않고 상기 측정 위치에 발광되었다면, 상기 거리를 기초로 상기 측정 위치의 좌표를 계산하는
    거리 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 틸트 구동부와 상기 회전 구동부는 인코더를 포함하고,
    상기 인코더는 상기 측정 위치에 해당하는 상기 지지판의 기울기 각도와 상기 회전부의 회전 각도를 상기 거리 계산부에 전송하며,
    상기 거리 계산부는 상기 기울기 각도 또는 상기 회전 각도 중 적어도 하나의 정보를 거리 계산시에 이용하게 구성된
    거리 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사거울은 평면거울, 오목거울, 또는 볼록거울 중 적어도 하나의 거울로 구성된
    거리 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사거울의 각도를 조절이 가능하게 구성된
    거리 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치의 전방은 상기 거리 측정 장치의 전방 0도에서 180도를 포함하고,
    상기 거리 측정 장치의 후방은 상기 거리 측정 장치의 후방 0도에서 180도를 포함하는
    거리 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 거리 계산부는 상기 측정 신호를 기초로 삼각측량 방식, TOF(Time of Flight) 방식, 위상차를 이용한 방식 중 적어도 한가지 방식으로 거리를 계산하도록 구성된
    거리 측정 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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