KR102213692B1 - 오브젝트 인식을 위한 센서 장치 - Google Patents

오브젝트 인식을 위한 센서 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 오브젝트 인식을 센서 장치는, 레이저 광을 출력하는 레이저 출력부; 상기 레이저 광을 반사 시키고, 회전 가능한 폴리곤 미러(polygon mirror); 상기 폴리곤 미러에 의해 반사된 레이저 광에 의해 오브젝트 상에 형성된 광 패턴을 인식하기 위한 카메라; 및 상기 카메라를 통해 상기 오브젝트 상에 형성된 광 패턴이 인식되는 경우, 상기 폴리곤 미러에서 반사되는 레이저 광의 반사 각도에 기초하여 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 결정하도록 설정된 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

오브젝트 인식을 위한 센서 장치 {SENSOR DEVICE FOR DETECTING OBJECT}
본 명세서는 센서 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 레이저 광을 이용해서 오브젝트를 인식할 수 있는 센서 장치에 관한 것이다.
다양한 종류의 로봇이 대중화 되면서, 가정 및 산업체에서 이동 로봇의 사용이 증가하고 있다. 로봇이 자동으로 이동하기 위해서는 주변의 물체와의 충돌을 감지할 수 있어야 하며, 이를 위해 LiDAR (light detection and ranging) 센서 등 다양한 종류의 센서들이 사용되고 있다.
기존의 LiDAR 센서는 TOF (time of flight)를 이용하여 출력된 레이저의 광을 스캔하는 방식을 사용 하였다. 이러한 방식은먼 거리에서 비교적 정확한 측정이 가능하나, TOF를 사용함으로써 제조 가격이 증가하며, 느린 샘플링 타임을 가질 수 밖에 없다.
본 발명의 다양한 실시예들은 레이저 간의 간섭을 줄이면서 빠른 샘플링 타임을 가질 수 있는 센서 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 오브젝트 인식을 위한 센서 장치는, 레이저 광을 출력하는 레이저 출력부; 상기 레이저 광을 반사 시키고, 회전 가능한 폴리곤 미러(polygon mirror); 상기 폴리곤 미러에 의해 반사된 레이저 광에 의해 오브젝트 상에 형성된 광 패턴을 인식하기 위한 카메라; 및 상기 카메라를 통해 상기 오브젝트 상에 형성된 광 패턴이 인식되는 경우, 상기 폴리곤 미러에서 반사되는 레이저 광의 반사 각도에 기초하여 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 결정하도록 설정된 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 레이저 출력부와 상기 폴리곤 미러 사이에 배치되어, 상기 레이저 출력부에서 출력되는 레이저 광을 점광으로 출력하는 제1렌즈; 및 상기 제1렌즈와 상기 폴리곤 미러 사이에 배치되어, 상기 제1렌즈에서 출력되는 점광을 라인광으로 출력하는 제2렌즈를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 카메라는, 상기 제2렌즈에서 출력되고, 상기 폴리곤 미러에 의해 반사되는 라인 광에 의해 상기 오브젝트 상에 형성된 라인 광 패턴을 인식하는 라인 카메라일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 폴리곤 미러는, 펄스 신호를 이용해 상기 폴리곤 미러의 회전 각도를 제어하는 엔코더(encoder)를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 엔코더의 펄스 신호를 확인하고, 상기 펄스 신호에 따라 상기 카메라의 노출을 제어하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 카메라와 상기 폴리곤 미러 간의 거리 및 상기 레이저 광의 반사 각도에 기초하여, 삼각측량을 이용하여 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 결정하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 결정된 카메라와 오브젝트 간의 거리에 기초하여, 상기 레이저 출력부의 출력 세기를 제어하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 오브젝트 인식을 위한 센서 장치는, 레이저 광을 출력하는 레이저 출력부; 상기 레이저 광을 반사 시키고, 회전 가능한 폴리곤 미러(polygon mirror); 상기 폴리곤 미러에 의해 반사된 레이저 광에 의해 오브젝트 상에 형성된 광 패턴을 인식하기 위한 카메라; 및 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 레이저 광이 제1각도로 반사되도록 폴리곤 미러를 회전 시킨 상태에서 상기 카메라가 상기 오브젝트 상에 형성된 광 패턴을 인식하는 경우, 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 제1거리로 결정하고, 상기 레이저 광이 제2각도로 반사되도록 폴리곤 미러를 회전 시킨 상태에서 상기 카메라가 상기 오브젝트 상에 형성된 광 패턴을 인식하는 경우, 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 제2거리로 결정하도록 설정될 수 있다.
상술한 본 발명의 다양한 실시예들은 레이저 간의 간섭을 줄이면서 빠른 샘플링 타임을 가질 수 있는 센서 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 센서 장치의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 센서 장치의 각 구성을 도시한 것이다.
도 3은 다양한 실시예에 따라 동기화 되어 인가되는 신호의 예를 도시한 것이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 삼각측량법에 따라 오브젝트의 거리를 인식하는 예를 도시한 것이다.
도 5a 및 5b는 다양한 실시예에 따른 센서 장치가 오브젝트를 인식하는 예를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 명세서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 명세서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 명세서에서 정의된 용어일지라도 본 명세서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 통상의 기술자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 센서 장치의 블록도이다.
도 1을 참조 하면, 센서 장치(100)는 레이저 출력부(110), 폴리곤 미러(130), 카메라(120) 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성 중 적어도 일부가 생략 또는 치환 되더라도 다양한 실시예에 따른 센서 장치(100)를 구현할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 센서 장치(100)는 LiDAR(light detection and ranging) 센서일 수 있다. LiDAR 센서는 레이저 광을 출력하고, 레이저 광이 오브젝트에 의해 반사되는 것을 감지하여, 센서와 오브젝트 간의 거리를 측정하기 위한 장치이다.
다양한 실시예에 따르면, 센서 장치(100)는 이동 로봇(예: 무인 자동차, 로봇 청소기 등)에 배치될 수 있다. 이동 로봇은 센서 장치(100)를 이용해 주변의 오브젝트를 실시간으로 인식하고, 이동 시 오브젝트와의 충돌을 회피할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 레이저 출력부(110)는 레이저 광(또는 레이저 빔)을 출력할 수 있다. 레이저 출력부(110)는 고정된 위치에서 정해진 방향(예: 폴리곤 미러의 반사면 방향)으로 레이저 광을 출력할 수 있다. 레이저 출력부(110)는 프로세서(140)의 제어 신호에 따라 레이저 광의 출력 시간 및/또는 주기를 결정할 수 있으며, 레이저 광의 출력 시간 및/또는 주기는 후술할 폴리곤 미러(130)의 회전 및/또는 카메라(120)의 노출 시간과 동기화 될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 센서 장치(100)는 가시광 또는 적외선 대역의 광을 사용할 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 레이저 출력부(110)의 레이저 광의 출력 세기는 프로세서의 제어에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 프로세서가 카메라와 오브젝트 간의 거리를 결정하는 경우, 상기 거리에 기초하여 레이저 광의 출력 세기를 증가 또는 감소 시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 폴리곤 미러(130)는 레이저 광을 반사 시킬 수 있다. 폴리곤 미러(130)의 표면은 다각형(예: 팔각형)으로 구성되며, 다각형을 구성하는 각각의 면에 미러가 부착되어 입사되는 광에 대한 반사면을 이룰 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 폴리곤 미러(130)는 회전될 수 있다. 폴리곤 미러(130)가 회전 됨에 따라 폴리곤 미러(130)의 반사면과 레이저 광이 입사되는 각도가 변경되므로, 레이저 광의 반사 각도가 변경될 수 있다. 폴리곤 미러(130)의 반사율은 100%일 수 있으나 그 미만일 수도 있다.
센서 장치(100)는 폴리곤 미러(130)의 회전 각도를 결정하기 위한 엔코더(encoder)를 포함할 수 있다. 엔코더는 펄스 신호를 폴리곤 미러(130)에 인가하고, 폴리곤 미러(130)는 펄스 신호에 따라 정해진 각도(예: 1°)만큼 회전될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 센서 장치(100)는 레이저 출력부(110)와 폴리곤 미러(130) 사이에 배치되는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1렌즈는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)로써, 레이저 출력부(110)와 폴리곤 미러(130) 사이에 배치되어 레이저 출력부(110)에서 출력되는 레이저 광을 점광으로 출력할 수 있다. 제2렌즈는 라인 렌즈(line lens)로써, 제1렌즈와 폴리곤 미러(130) 사이에 배치되어 제1렌즈에서 출력되는 점광을 라인광으로 출력할 수 있다. 제2렌즈를 통해 라인광이 출력되면 폴리곤 미러(130)에 의해 반사되어 라인광이 오브젝트의 방향으로 출력될 수 있다. 이에 따라 특정 시점(time point)에 플리곤 미러로부터 하나의 라인의 레이저 광만 반사되게 되며, 폴리곤 미러(130)가 회전됨에 따라 각각의 시점에 서로 다른 위치(또는 방향)로 라인 광이 출력될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 카메라(120)는 레이저 광이 오브젝트 상에 형성된 광 패턴을 인식할 수 있다. 카메라(120)는 라인 카메라, 포토다이오드 어레이(photodiode array) 등과 같은 장치로 구성 될 수 있다.
레이저 광의 출력 경로에 오브젝트가 위치되면, 오브젝트에 의해 레이저 광이 반사되고, 카메라(120)는 반사되는 광 패턴을 감지할 수 있다. 카메라(120)는 라인 카메라(120)로 구성되어, 정해진 영역의 라인만 감지할 수 있다. 따라서, 카메라(120)의 레이저 광의 경로와 오브젝트가 만나는 라인이 카메라(120)가 인식할 수 있는 라인과 중첩되는 경우에 한해 카메라(120)가 해당 광 패턴을 인식할 수 있으며, 이와 달리 오브젝트가 센서 장치(100)로부터 더 가까이 있거나 더 멀리 있는 경우에는 오브젝트에 반사되는 레이저 광은 카메라(120)에 의해 인식되지 않는다. 카메라(120)는 적어도 하나의 이미지 센서(예: CCD 센서, CMOS 센서 등)를 이용해 광 패턴을 인식할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 센서 장치(100)의 각 구성(예: 레이저 출력부(110), 폴리곤 미러(130), 카메라(120))을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(140)는 센서 장치(100)의 각 구성과 전기적 및/또는 기능적으로 연결될 수 있다.
프로세서(140)는 센서 장치(100)의 각 구성이 동기화되어 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(140)는 레이저 출력부(110)의 레이저 광 출력, 폴리곤 미러(130)의 회전 및 카메라(120)의 노출 시간을 동기화 할 수 있다. 프로세서(140)는 소정 주기의 펄스 신호를 폴리곤 미러(130)의 엔코더에 전송하고, 엔코더는 펄스 신호에 따라 폴리곤 미러(130)를 소정 각도만큼 회전 시킬 수 있다. 이에 대해서는 도 3을 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
다양한 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 카메라(120)를 통해 오브젝트 상에 광 패턴이 인식되는 경우, 폴리곤 미러(130)에서 반사되는 레이저 광의 반사 각도에 기초하여 카메라(120)(또는 센서 장치(100))와 오브젝트 간의 거리를 결정할 수 있다. 예를 들어, 폴리곤 미러(130)의 회전 각도는 프로세서(140)에 의해 제어되고 카메라(120)에서 인식되는 광 패턴 정보가 프로세서(140)에서 인식될 수 있기 때문에, 프로세서(140)는 현 시점의 레이저 광의 반사 각도 및 광 패턴의 형성 여부를 알 수 있다. 프로세서(140)는 상기 정보를 이용해서 삼각측량법을 통해 카메라(120)(또는 센서 장치(100))와 오브젝트 간의 거리를 결정할 수 있다. 이에 대해서는 도 4, 도 5a 및 5b를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 결정된 카메라(120)(또는 센서 장치(100))와 오브젝트 간의 거리에 기초하여 레이저 출력부(110)의 레이저 출력 세기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 최초 디폴트 값의 세기로 레이저를 출력하고, 카메라(120)(또는 센서 장치(100))와 오브젝트 간의 거리가 결정되면, 그 거리에 따라 레이저 출력 세기를 증가 또는 감소 시킬 수 있다. 그에 따라 레이저 출력에 따른 전력 소비를 감소 시키켜 저전력 구현이 가능하고, 센싱의 정확도를 높일 수 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 센서 장치의 각 구성을 도시한 것이다.
도 2, 도 5a 및 5b에서는 도면 상 수평 방향을 x 축, 수직 방향을 y축, x축 및 y축과 수직인 방향을 z축으로 정의할 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 카메라(230)는 폴리곤 미러(220)에 일부 이격 되어 배치될 수 있다. 도 2에서는 카메라(230)가 폴리곤 미러(220)의 y축 방향 수직 아래에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
다양한 실시예에 따르면, 레이저 출력부(210)는 레이저 광을 출력할 수 있다. 레이저 출력부(210)는 카메라(230)와 폴리곤 미러(220) 사이의 위치에서 폴리곤 미러(220)를 향해 레이저 광을 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1렌즈(252)(또는 콜리메이터 렌즈)는 레이저 출력부(210)와 폴리곤 미러(220) 사이에 배치되어 레이저 출력부(210)에서 출력되는 레이저 광을 점광으로 출력할 수 있다. 제2렌즈(254)(또는 라인 렌즈)는 제1렌즈(252)와 폴리곤 미러(220) 사이에 배치되어 제1렌즈(252)에서 출력되는 점광을 라인광으로 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 폴리곤 미러(220)는 레이저 광을 반사 시킬 수 있다. 폴리곤 미러(220)에서 반사되는 라인광은 z축 방향으로 소정의 길이를 갖는 라인광일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 폴리곤 미러(220)는 회전될 수 있다. 폴리곤 미러(220)가 회전 됨에 따라 폴리곤 미러(220)의 반사면에서의 레이저 광의 반사 각도가 변경될 수 있다. 센서 장치는 폴리곤 미러(220)의 회전 각도를 결정하기 위한 엔코더(encoder)를 포함할 수 있다. 엔코더는 펄스 신호를 폴리곤 미러(220)에 인가하고, 폴리곤 미러(220)는 펄스 신호에 따라 정해진 각도만큼 회전될 수 있다. 엔코더는 인크리멘탈(incremental) 방식(또는 증분 방식)의 엔코더 또는 앱솔루트(absolute) 방식(또는 절대 방식)으로 폴리곤 미러(220)의 회전 각도를 측정하고, 회전을 제어할 수 있다.다양한 실시예에 따르면, 카메라(230)는 레이저 광이 오브젝트 상에 형성된 광 패턴을 인식할 수 있다. 레이저 광의 출력 경로에 오브젝트가 위치되면, 오브젝트에 의해 레이저 광이 반사되고, 카메라(230)는 반사되는 레이저 광을 감지할 수 있다. 카메라(230)는 라인 카메라(230)로 구성되어, 정해진 영역의 라인만 감지할 수 있다. 즉, 카메라(230)는 y축 방향으로는 점 수준의 좁은 거리, z축 방향으로 비교적 긴 거리를 갖는 화각을 가질 수 있다.
카메라(230)의 화각이 z축 방향의 특정 라인만을 감지할 수 있도록 설정되어 있기 때문에, x축 방향으로 카메라(230)의 화각과 폴리곤 미러(220)에서 반사된 레이저 광이 만나는 점(290)에 오브젝트가 위치하는 경우에만 카메라(230)가 오브젝트 상에 생기는 광 패턴을 감지할 수 있다. 오브젝트가 x축 방향으로 카메라(230)의 화각과 폴리곤 미러(220)에서 반사된 레이저 광이 만나는 점(290)보다 가까이 또는 먼 위치에 위치하는 경우에는 오브젝트 상에 형성되는 광 패턴이 카메라(230)의 화각보다 위쪽 또는 아래쪽에 위치하기 때문에 카메라(230)에 의해 감지되지 않는다.
따라서, 카메라(230)는 폴리곤 미러(220)의 특정 각도에서 x축 방향으로 특정 지점에 위치하는 오브젝트 만을 감지할 수 있다. 시간에 따라서 폴리곤 미러(220)가 회전하게 되면, 폴리곤 미러(220)에서 반사되는 레이저 광과 카메라(230)의 화각이 만나는 점이 변경되기 때문에 오브젝트가 감지되는 거리가 달라질 수 있다. 센서 장치는 이에 따라 폴리곤 미러(220)의 각도를 변경하면서 카메라(230)(또는 센서 장치)로부터 여러 거리에 위치하는 오브젝트들을 감지할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 센서 장치는 특정 시점에 하나의 라인의 레이저 광을 이용해서 오브젝트를 인식하기 때문에 주변광에 의한 간섭 및/또는 눈, 비, 안개 등에 의한 빛이 산란에 의한 간섭도 최소화 할 수 있다.
도 3은 다양한 실시예에 따라 동기화 되어 인가되는 신호의 예를 도시한 것이다.
다양한 실시예에 따르면, 폴리곤 미러(예: 도 2의 폴리곤 미러(220))는 펄스 신호를 이용해 폴리곤 미러의 회전 각도를 제어할 수 있다. 프로세서(예: 도 1의 프로세서(140))는 엔코더의 펄스 신호를 확인하고, 펄스 신호에 따라 카메라(예: 도 2의 카메라(230))의 노출을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 프로세서는 폴리곤 미러의 회전 각도를 결정하는 엔코더의 펄스 신호, 레이저 출력부의 레이저 출력 시간 및 카메라의 노출 시간(또는 주기)를 동기화 할 수 있다.
도 3을 참고 하면, 프로세서는 오브젝트 감지 기능이 켜지면, 폴리곤 미러에 제어 신호를 전송하고, 폴리곤 미러는 소정의 주기를 갖는 펄스 신호를 출력할 수 있다.
엔코더의 첫번째 주기의 펄스에 따라 폴리곤 미러는 정해진 각도(또는 각 속도)로 회전될 수 있다. 프로세서는 폴리곤 미러의 회전에 동기하여 레이저 출력부가 레이저를 출력하도록 펄스 신호를 제공하고, 레이저 출력부는 펄스 신호에 따라 레이저를 출력할 수 있다. 또한, 프로세서는 레이저 펄스의 출력에 동기하여 카메라의 셔터를 이용하여 카메라를 노출 시킬 수 있다. 이에 따라, t1 이후 타이밍에서 미러 각도에 대응되는 거리에 위치한 오브젝트가 카메라에 의해 감지될 수 있다.
이에 따라, 카메라는 한 주기 동안 특정 거리에 오브젝트가 존재하는 지 여부를 감지할 수 있다.
펄스 신호의 주기가 일정하게 유지되기 때문에, 폴리곤 미러는 주기마다 동일한 각도로 회전될 수 있으며, 프로세서는 여러 거리에서 오브젝트의 존재 여부를 감지할 수 있다.
도 3에서는 미러 각도가 선형적으로 증가하는 것으로 도시 하였으나, 다른 실시예에 따르면, 미러 각도의 조정 후 폴리곤 미러가 정지한 상태에서 레이저 출력 및 카메라 노출이 이루어질 수도 있다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 삼각측량법에 따라 오브젝트의 거리를 인식하는 예를 도시한 것이다.
다양한 실시예에 따르면, 프로세서(예: 도 1의 프로세서(140))는 카메라(예: 도 2의 카메라(230))와 폴리곤 미러(예: 도 2의 폴리고노 미러(220)) 간의 거리 및 레이저 광의 반사 각도에 기초하여, 삼각측량을 이용하여 카메라와 오브젝트 간의 거리를 결정할 수 있다.
도 4를 참조 하면, 카메라(C)와 폴리곤 미러(P)는 고정되어 위치하기 때문에 그 사이의 거리 d는 상수이다. 이 때, 오브젝트(O) 상에 형성된 광 패턴을 카메라가 감지하는 경우, 프로세서의 제어에 의해 폴리곤 미러의 회전 각도가 결정되기 때문에, 각도 θ를 알 수 있다.
프로세서는 이와 같은 정보에 기초하여 삼각측량법을 이용해서 카메라(C)(또는 센서 장치)와 오브젝트(O) 간의 거리 l을 계산할 수 있다.
폴리곤 미러의 회전에 따라 각도 θ가 변경되고, 변경된 각도에서 오브젝트 O가 감지되는 경우에도 동일한 방법으로 거리 l을 계산할 수 있다.
도 5a 및 5b는 다양한 실시예에 따른 센서 장치가 오브젝트를 인식하는 예를 도시한 것이다.
다양한 실시예에 따르면, 프로세서는 레이저 광이 제1각도로 반사되도록 폴리곤 미러(520)를 회전 시킨 상태에서 카메라(530)가 오브젝트(591) 상에 형성된 광 패턴을 인식하는 경우, 카메라(530)와 오브젝트(591) 간의 거리를 제1거리로 결정할 수 있다. 또한, 프로세서는 레이저 광이 제2각도로 반사되도록 폴리곤 미러(520)를 회전 시킨 상태에서 카메라(530)가 오브젝트(591) 상에 형성된 광 패턴을 인식하는 경우, 카메라(530)와 오브젝트(592) 간의 거리를 제2거리로 결정할 수 있다.
도 5a를 참고 하면, 오브젝트(591)가 카메라(530)로부터 제1거리에 위치한 경우를 도시하고 있다. 폴리곤 미러(520)는 프로세서의 제어에 의해 회전하게 되며, 폴리곤 미러(520)에서 반사되는 레이저 광과 카메라(530)의 화각이 만나는 점에 오브젝트(591)가 위치하게 되면, 카메라(530)는 해당 위치의 오브젝트(591)를 인식할 수 있다.
프로세서는 이 때의 폴리곤 미러(520)에서 반사되는 레이저 광의 반사 각도(또는 반사되는 레이저 광과 y축 수직 방향이 이루는 각도)에 기초해서 삼각측량법(예: 도 4)을 이용해서 오브젝트(591)의 거리를 결정할 수 있다.
도 5b를 참고 하면, 오브젝트(592)가 카메라(530)로부터 제1거리보다 먼 제2거리에 위치한 경우를 도시하고 있다.
폴리곤 미러(520)는 프로세서의 제어에 의해 회전하게 되며, 도 5a와 비교할 때 오브젝트(592)가 더 멀리 위치하기 때문에, 폴리곤 미러(520)가 더 회전한 상태에서 카메라(530)에 의해 오브젝트(592)가 감지될 수 있다.
프로세서는 이 때의 폴리곤 미러(520)에서 반사되는 레이저 광의 반사 각도(또는 반사되는 레이저 광과 y축 수직 방향이 이루는 각도)에 기초해서 오브젝트(592)의 거리를 결정할 수 있다.
이와 같이, 센서 장치는 폴리곤 미러(520)의 회전 각도, 레이저 출력부(510)의 레이저 광 출력 및 카메라(530)의 노출 시간을 동기화 해서 제어할 수 있으므로, 특정 타이밍에 하나의 라인의 레이저 광만 출력됨에도 여러 거리에서 존재하는 오브젝트(591, 592)를 인식할 수 있다.

Claims (7)

  1. 오브젝트 인식을 위한 센서 장치에 있어서,
    레이저 광을 출력하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 광을 반사 시키고, 회전 가능한 폴리곤 미러(polygon mirror);
    정해진 화각의 라인 광 패턴을 감지할 수 있고, 상기 폴리곤 미러에 의해 반사된 레이저 광에 의해 오브젝트 상에 형성된 라인 광 패턴을 인식하기 위한 카메라; 및
    상기 폴리곤 미러의 회전 각도를 제어하고, 상기 카메라를 통해 상기 오브젝트 상에 형성된 라인 광 패턴이 인식되는 경우, 상기 라인 광 패턴이 인식되는 시점의 상기 폴리곤 미러의 회전 각도에 기초하여 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 결정하도록 설정된 프로세서를 포함하는 센서 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 출력부와 상기 폴리곤 미러 사이에 배치되어, 상기 레이저 출력부에서 출력되는 레이저 광을 점광으로 출력하는 제1렌즈; 및
    상기 제1렌즈와 상기 폴리곤 미러 사이에 배치되어, 상기 제1렌즈에서 출력되는 점광을 라인광으로 출력하는 제2렌즈를 더 포함하는 센서 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 카메라는,
    상기 제2렌즈에서 출력되고, 상기 폴리곤 미러에 의해 반사되는 라인 광에 의해 상기 오브젝트 상에 형성된 라인 광 패턴을 인식하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리곤 미러는,
    상기 프로세서의 제어 신호에 따라 펄스 신호를 이용해 상기 폴리곤 미러의 회전 각도를 제어하는 엔코더(encoder)를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 엔코더의 펄스 신호를 확인하고, 상기 펄스 신호에 따라 상기 카메라의 노출을 제어하도록 설정된 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 결정된 카메라와 오브젝트 간의 거리에 기초하여, 상기 레이저 출력부의 출력 세기를 제어하도록 설정된 센서 장치.
  7. 오브젝트 인식을 위한 센서 장치에 있어서,
    레이저 광을 출력하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 광을 반사 시키고, 회전 가능한 폴리곤 미러(polygon mirror);
    정해진 화각의 라인 광 패턴을 감지할 수 있고, 상기 폴리곤 미러에 의해 반사된 레이저 광에 의해 오브젝트 상에 형성된 라인 광 패턴을 인식하기 위한 카메라; 및
    프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 레이저 광이 제1각도로 반사되도록 폴리곤 미러를 회전 시킨 상태에서 상기 카메라가 상기 오브젝트 상에 형성된 라인 광 패턴을 인식하는 경우, 상기 제1각도에 기초하여 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 제1거리로 결정하고,
    상기 레이저 광이 제2각도로 반사되도록 폴리곤 미러를 회전 시킨 상태에서 상기 카메라가 상기 오브젝트 상에 형성된 라인 광 패턴을 인식하는 경우, 상기 제2각도에 기초하여 상기 카메라와 상기 오브젝트 간의 거리를 제2거리로 결정하도록 설정된 센서 장치.
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