KR102261088B1 - 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템 - Google Patents

면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102261088B1
KR102261088B1 KR1020160104685A KR20160104685A KR102261088B1 KR 102261088 B1 KR102261088 B1 KR 102261088B1 KR 1020160104685 A KR1020160104685 A KR 1020160104685A KR 20160104685 A KR20160104685 A KR 20160104685A KR 102261088 B1 KR102261088 B1 KR 102261088B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
generator
type laser
laser
line
emitting device
Prior art date
Application number
KR1020160104685A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180021264A (ko
Inventor
박용주
임용석
임승옥
Original Assignee
한국전자기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자기술연구원 filed Critical 한국전자기술연구원
Priority to KR1020160104685A priority Critical patent/KR102261088B1/ko
Publication of KR20180021264A publication Critical patent/KR20180021264A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102261088B1 publication Critical patent/KR102261088B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18319—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement comprising a periodical structure in lateral directions
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18375—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on metal reflectors

Abstract

본 발명은 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템에 관한 것으로, 레이저소스의 레이저를 선 타입 레이저를 변환하는 선 발생기, 선 타입 레이저를 면 타입 레이저로 변환하는 면 발생기, 하우징을 포함하는 면 타입 레이저 발광장치와, 스캔 대상 물체에 조사된 면 타입 레이저의 반사광을 검출하는 수광장치, 및 수광한 반사광의 정보를 이용하여 스캔 대상 물체의 3차원 모델링 데이터를 생성하는 3차원 데이터 처리장치를 포함하며, 이를 통해 부피가 작고, 설계가 용이하며, 생산 비용을 절감할 수 있는 면 타입 레이저 발광장치와 3차원 스캐너 시스템을 제공할 수 있다.

Description

면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템 {Surface type laser emitting device and 3-dimensional scanner system using the same}
본 발명은 레이저 발광장치와 관련한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 간단한 구조의 선 발생기 및 면 발생기를 이용해 면 타입의 레이저로 변환하여 발광할 수 있는 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템에 관한 것이다.
들뜬상태에 있는 물질이 복사 유도 방출을 할 수 있는 성질을 이용하여 광을 조사하는 레이저는, 단색성과 지향성의 특성을 이용하여 거리, 위치, 변위, 속도 등의 측정에 이용된다. 그리고 이러한 레이저를 대상 물체에 조사한 후 반사된 광을 이용하여 3차원 스캔을 하는 장치가 개발되고 있다.
이러한 3차원 스캔 장치는 스캔 대상 물체의 360도 전방향을 스캔할 수 있고, 0도 내지 360도의 범위에서 스캔 대상 물체의 일부분을 스캔할 수도 있으며, 공장 자동화 설비에서 물체의 표면 형상을 스캔하여 해당 표면의 거칠기, 기울기, 음각, 균일도, 기하학적 높이, 휘어짐 등을 측정하는데 이용되기도 한다.
그런데 레이저는 직진성이 강하여 스캔 대상 물체의 전면 전체에 조사하는 것이 어려우므로, 복수의 렌즈를 이용하여 선형 레이저(line laser)나 면형 레이저(surface laser)로 변환한 후, 이를 이용해 3차원 스캔을 진행하는 방안이 이용되고 있다.
그런데 이렇게 복수의 렌즈를 이용한 렌즈계를 활용하는 경우, 해당 렌즈들을 배치하기 위한 공간이 필요하여 레이저 발광장치의 크기가 증가하고, 복수의 렌즈를 정렬하기가 어려우며, 각 렌즈의 단가가 높아 레이저 발광장치의 생산 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한 레이저소스에서 방출되는 레이저를 렌즈들이 일부 흡수하게 되어, 레이저의 에너지가 각 렌즈를 통과할수록 약해지는 문제가 있으며, 렌즈를 통과한 레이저빔의 중앙부와 자장자리의 집중도 편차가 커서 균일한 선형 레이저나 면형 레이저를 형성하기가 어려운 한계가 있다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0187398호 (2000년 07월 01일 공고)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 레이저를 투과하여 선 타입 레이저로 변환하는 선 발생기 및 선 타입 레이저를 반사하거나 투과하여 면 타입 레이저로 변화하는 면 발생기를 이용해 면형의 레이저를 발광할 수 있고, 이러한 면형의 레이저를 이용해 대상 물체를 3차원 스캔할 수 있는 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면 타입 레이저 발광장치는, 레이저를 발광하는 레이저소스, 입사면으로 입사된 상기 레이저를 투과하여 선 타입 레이저를 형성하도록 사출면에 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 선 발생기, 상기 선 타입 레이저를 반사하여 면 타입 레이저를 형성하도록 반사면에 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 면 발생기, 및 내부에 상기 레이저소스, 상기 선 발생기 및 상기 면 발생기를 수용하기 위한 공간이 마련되고 일측에 상기 면 타입 레이저를 외부로 방출하기 위한 개방 홀이 형성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 단면은, 상기 레이저를 투과하여 진행방향을 변경할 수 있도록 상기 사출면으로부터 돌출 형성된 삼각형의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 간격(pitch)은 10㎛ ~ 0.1mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 측면이 사출면과 이루는 각도는 10도 ~ 45도인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기는 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO2) 또는 석영의 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기로부터 조사된 상기 선 타입 레이저의 광로를 형성하기 위해 상기 선 타입 레이저를 반사하여 일정 기울기로 상기 면 발생기로 전달하는 하나 이상의 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴의 단면은, 상기 선 타입 레이저를 반사하여 진행방향을 변경할 수 있도록 상기 반사면으로부터 돌출 형성된 삼각형, 사각형, 사다리꼴 또는 선의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴의 간격은 10㎛ ~ 0.1mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 면 발생기의 형성된 돌출 패턴은 스테인레스, 알루미늄, 크롬 또는 은의 재질로 이루어진 광 반사물질이 코팅된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 면 발생기의 반사면은 평면형 또는 내측으로 오목한 반구형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴을 진동시키기 위한 진동기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 면 발생기와 상기 하우징의 개방 홀 사이에 상기 면 타입 레이저의 조절을 위한 렌즈나 광 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면 타입 레이저 발광장치는, 레이저를 발광하는 레이저소스, 입사면으로 입사된 상기 레이저를 투과하여 선 타입 레이저를 형성하도록 사출면에 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 선 발생기, 입사면으로 입사된 상기 선 타입 레이저를 투과하여 면 타입 레이저를 형성할 수 있게 상기 선 발생기의 돌출 패턴이 이루는 선형의 길이 방향과 직각을 이루도록 사출면에 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 면 발생기, 및 내부에 상기 레이저소스, 상기 선 발생기 및 상기 면 발생기를 수용하기 위한 공간이 마련되고 일측에 상기 면 타입 레이저를 외부로 방출하기 위한 개방 홀이 형성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 단면 또는 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴의 단면은, 상기 레이저를 투과하여 진행방향을 변경할 수 있도록 상기 사출면으로부터 돌출 형성된 삼각형의 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 간격 또는 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴의 간격은 10㎛ ~ 0.1mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 측면이 사출면과 이루는 각도 또는 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴의 측면이 사출면과 이루는 각도는 10도 ~ 45도인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 선 발생기 또는 상기 면 발생기는 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO2) 및 석영 중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치에 있어서, 상기 면 발생기와 상기 하우징의 개방 홀 사이에 상기 면 타입 레이저의 조절을 위한 렌즈나 광 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면 타입 레이저 발광장치를 이용한 3차원 스캐너 시스템은, 레이저를 발광하는 레이저소스, 입사면으로 입사된 상기 레이저를 투과하여 선 타입 레이저를 형성하도록 사출면에 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 선 발생기, 상기 선 타입 레이저를 반사하여 면 타입 레이저를 형성하도록 반사면에 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성 면 발생기, 내부에 상기 레이저소스, 상기 선 발생기 및 상기 면 발생기를 수용하기 위한 공간이 마련되고 일측에 상기 면 타입 레이저를 외부로 방출하기 위한 개방 홀이 형성된 하우징을 포함하는 면 타입 레이저 발광장치, 상기 면 타입 레이저 발광장치로부터 스캔 대상 물체에 조사된 면 타입 레이저의 반사광을 검출하기 위한 어레이 구조의 센서를 가지는 수광장치, 및 상기 수광장치에서 수광한 반사광의 정보를 이용하여 상기 스캔 대상 물체의 3차원 모델링 데이터를 생성하는 3차원 데이터 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 면 타입 레이저 발광장치를 이용한 3차원 스캐너 시스템은, 레이저를 발광하는 레이저소스, 입사면으로 입사된 상기 레이저를 투과하여 선 타입 레이저를 형성하도록 사출면에 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 선 발생기, 입사면으로 입사된 상기 선 타입 레이저를 투과하여 면 타입 레이저를 형성하도록 상기 선 발생기의 돌출 패턴과 직각을 이루도록 사출면에 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 면 발생기, 내부에 상기 레이저소스, 상기 선 발생기 및 상기 면 발생기를 수용하기 위한 공간이 마련되고 일측에 상기 면 타입 레이저를 외부로 방출하기 위한 개방 홀이 형성된 하우징을 포함하는 면 타입 레이저 발광장치, 상기 면 타입 레이저 발광장치로부터 스캔 대상 물체에 조사된 면 타입 레이저의 반사광을 검출하기 위한 어레이 구조의 센서를 가지는 수광장치, 및 상기 수광장치에서 수광한 반사광의 정보를 이용하여 상기 스캔 대상 물체의 3차원 모델링 데이터를 생성하는 3차원 데이터 처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치를 이용한 3차원 스캐너 시스템에 있어서, 상기 수광장치는, 상기 면 타입 레이저 발광장치로부터 상기 스캔 대상 물체에 조사된 면 타입 레이저에 따른 반사광만을 선택적으로 투과하여 상기 어레이 구조의 센서로 전달하는 광 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치를 이용한 3차원 스캐너 시스템에 있어서, 상기 3차원 데이터 처리장치는, 상기 어레이 구조의 센서에서 검출한 반사광의 신호 세기 정보를 이용하여 상기 스캔 대상 물체까지의 거리를 계산하고, 상기 어레이 구조의 센서에 포함된 화소별 거리 정보를 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치를 이용한 3차원 스캐너 시스템에 있어서, 상기 3차원 데이터 처리장치는, 상기 면 타입 레이저 발광장치의 발광 시간과 상기 수광장치에서의 검출 시간의 시간차 정보와, 상기 면 타입 레이저의 이동 속도를 이용하여, 상기 스캔 대상 물체까지의 거리를 계산하고, 상기 어레이 구조의 센서에 포함된 화소별 거리 정보를 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템에 따르면, 간단한 구조의 선 발생기 및 면 발생기를 이용해 레이저를 면 타입의 레이저로 변환할 수 있고, 이를 이용해 3차원 스캔을 효율적으로 진행할 수 있다.
그리고 기존의 렌즈계를 사용하여 면형의 레이저를 형성하는 경우보다 부피가 작고, 설계가 용이하며, 생산 비용을 절감할 수 있고, 유지 및 보수가 용이하다.
또한 기존의 렌즈계를 이용한 레이저빔과 비교하여 중앙과 가장자리의 광 분포가 상대적으로 균일한 면형의 레이저를 형성할 수 있으며, 렌즈계를 이용하는 경우보다 에너지의 감쇠가 작은 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너 시스템의 구성을 나타낸 블록 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 면 타입 레이저 발광장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 실시예에 따른 투과형 선 발생기에 의해 선 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 실시예에 따른 선 발생기의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 실시예에 따른 반사형 면 발생기에 의해 면 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 실시예에 따른 면 발생기의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 2의 다른 실시예에 따른 반사형 면 발생기에 의해 면 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 면 타입 레이저 발광장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 투과형 선 발생기 및 투과형 면 발생기에 의해 면 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 레이저 발광장치와 관련한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐너 시스템(100)의 구성을 나타낸 블록 도면이다.
본 실시예의 3차원 스캐너 시스템(100)은 면 타입 레이저 발광장치(10, 20), 수광장치(30) 및 3차원 데이터 처리장치(40)를 포함하여 구성된다.
면 타입 레이저 발광장치(10, 20)는 레이저소스로부터 발광된 레이저를 선 발생기(line generator)를 이용해 선 타입 레이저로 변환하고, 다시 선 타입 레이저를 면 발생기(surface generator)를 이용해 면 타입 레이저로 변환하여 발광하는 역할을 한다.
이때 선 발생기는 입사면으로 입사된 상기 레이저를 투과하여 선 타입 레이저를 형성하도록 사출면에 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된다.
또한 면 발생기는 선 발생기로부터의 선 타입 레이저를 반사하여 면 타입 레이저를 형성하도록 반사면에 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성될 수 있고, 실시예에 따라서는 입사면으로 입사된 선 타입 레이저를 투과하여 면 타입 레이저를 형성할 수 있게 선 발생기의 돌출 패턴과 직각을 이루도록 사출면에 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성될 수 있다.
면 타입 레이저 발광장치(10, 20)로부터 발광된 면 타입 레이저는 스캔 대상 물체에 조사된다.
선 발생기 및 면 발생기의 기능에 대해서는 아래에서 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하기로 단다.
수광장치(30)는 면 타입 레이저 발광장치(10, 20)로부터 스캔 대상 물체에 조사된 면 타입 레이저의 반사광을 검출하는 역할을 하며, 이를 위한 어레이 구조의 센서를 가진다.
수광장치(30)는 면 타입 레이저 발광장치(10, 20)로부터 스캔 대상 물체에 조사된 면 타입 레이저에 따른 반사광만을 선택적으로 투과하는 광 필터를 포함할 수 있으며, 이러한 광 필터는 대역 통과 필터의 기능을 수행할 수 있다. 광 필터를 통과한 면 타입 레이저의 반사광은 어레이 구조의 센서로 전달된다.
3차원 데이터 처리장치(40)는 수광장치(30)에서 수광한 반사광의 정보를 이용하여 스캔 대상 물체의 3차원 모델링 데이터를 생성하는 역할을 한다.
3차원 데이터 처리장치(40)는 예를 들어, 수광장치(30)의 어레이 구조 센서에서 검출한 반사광의 신호 세기 정보를 이용하여, 해당 어레이 구조 센서에 포함된 화소 각각으로부터 스캔 대상 물체까지의 거리를 계산하고, 해당 화소별 거리 정보를 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성할 수 있다.
또한 3차원 데이터 처리장치(40)는 예를 들어, 면 타입 레이저 발광장치(10, 20)의 발광 시간과 수광장치(30)에서의 검출 시간의 시간차를 계산하고, 계산된 시간차 정보와 면 타입 레이저 발광장치(10, 20)로부터 스캔 대상 물체로 조사되는 면 타입 레이저의 이동 속도를 이용하여, 수광장치(30)의 어레이 구조 센서에 포함된 화소 각각으로부터 스캔 대상 물체까지의 거리를 계산한 후, 해당 화소별 거리 정보를 이용하여 3차원 모델링 데이터를 생성할 수 있다.
이러한 동작을 수행하는 면 타입 레이저 발광장치(10, 20)의 구성 및 동작에 대해서는 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
제1 실시예
도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 제1 실시예의 면 타입 레이저 발광장치(10)의 구성 및 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 면 타입 레이저 발광장치(10)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 실시예에 따른 투과형 선 발생기(12)에 의해 선 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 실시예에 따른 선 발생기(12)의 모습을 나타낸 도면이고, 또한 도 5는 도 2의 실시예에 따른 반사형 면 발생기(13)에 의해 면 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 실시예에 따른 면 발생기(13)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 면 타입 레이저 발광장치(10)는 레이저소스(11), 선 발생기(12), 면 발생기(13) 및 하우징(14)을 포함하여 구성된다.
하우징(14)은 면 타입 레이저 발광장치(10)의 외관을 형성하며, 내부에 레이저소스(11), 선 발생기(12) 및 면 발생기(13)를 수용할 수 있는 공간이 마련된다. 하우징(14)의 일측에는 선 발생기(12)로부터 전달된 면 타입 레이저를 외부로 방출하기 위한 개방 홀(18)이 형성되며, 해당 개방 홀(18)은 면 타입 레이저를 투과하는 창(window)을 구비할 수 있다.
레이저소스(11)는 레이저를 발광하기 위한 광원을 포함하고, 발광된 레이저를 선 발생기(12)로 전달한다.
선 발생기(line generator)(12)는 레이저소스(11)로부터의 레이저를 입사면으로 입사하고, 해당 입사면과 대향하는 위치에 사출면을 통해 투과하여 면 발생기(13) 측으로 전달한다.
이때 선 발생기(12)의 사출면에는 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴(1)이 형성된다. 도 3 및 도 4에서 돌출 패턴(1)은 그 단면이 삼각형의 형태를 가진다.
레이저소스(11)로부터 발광되어 공기를 통해 선 발생기(12)의 입사면에 수직 방향으로 입사된 레이저는, 공기보다 굴절률이 큰 선 발생기(12)의 매질을 투과하며 확산된다. 즉, 레이저소스(11)로부터 발광된 레이저는 지향성이 강하므로 공기중에서는 확산이 미미하게 이루어지지만, 매질의 상대 굴절률이 큰 선 발생기(12)를 투과하면서 상대적으로 큰 정도로 방사형으로 확산이 이루어져 사출면에 도달하게 된다. 그리고 사출면에 위치한 돌출 패턴(1)의 측면에서 다시 상대 굴절률이 작은 공기로 사출되면서 재굴절이 이루어져 각 돌출 패턴(1)에 대응되는 복수의 선 타입 레이저가 형성된다.
이를 위해 선 발생기(12)는 레이저를 투과할 수 있는 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO2) 또는 석영의 재질로 이루어질 수 있다.
그리고 선 발생기(12)의 사출면에 형성된 복수의 돌출 패턴(1)은 서로 간의 간격(pitch, p)이 10㎛ ~ 0.1mm 사이의 값을 갖도록 형성된다.
또한 선 발생기(12)의 사출면에 형성된 돌출 패턴(1)의 측면이 사출면과 이루는 각도(θ)는 10도 ~ 45도 사이의 값을 가질 수 있다.
선 발생기(12)를 투과해 사출된 선 타입 레이저는 반사체(15, 16)에 의해 반사되어 면 발생기(13)에 전달된다. 반사체(15, 16)는 선 발생기(12)와 면 발생기(13) 간에 선 타입 레이저의 광로를 형성하는 역할을 하며, 선 발생기(12)로부터 조사된 선 타입 레이저를 반사하여 일정 기울기로 면 발생기(13)에 전달한다. 실시예에 따라서는 반사체(15, 16)의 구성이 생략되거나 하나 이상이 면 타입 레이저 발광장치(10)에 구비될 수 있다.
면 발생기(surface generator)(13)는 선 발생기(12)로부터 조사된 선 타입 레이저를 반사면을 이용해 반사하여 하우징(14)의 개방 홀(18) 측으로 전달한다.
이때 면 발생기(13)의 사출면에는 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴(2)이 형성된다. 도 5에서 돌출 패턴(2)은 그 단면이 삼각형의 형태를 가지지만, 실시예에 따라서는 선 타입 레이저를 반사하여 진행방향을 변경할 수 있도록 그 단면이 반사면으로부터 돌출 형성된 삼각형, 사각형, 사다리꼴, 선의 형태를 가질 수 있다.
선 발생기(12)로부터 조사되어 반사체(15, 16)에 의해 반사되어 면 발생기(13)의 반사면에 일정 기울기로 입사된 복수의 선 타입 레이저는, 돌출 패턴(2)의 측면에 의해 각각 반사되어 면형의 레이저로 변환되며, 하우징(14)의 개방 홀(18) 측으로 진행한다.
이를 위해 면 발생기(13)의 반사면은 광 반사물질로 코팅될 수 있고, 예를 들어 광 반사물질은 스테인레스, 알루미늄, 크롬 또는 은과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
도 5에서 돌출 패턴(2)이 형성된 면 발생기(13)의 반사면은 평면의 형태를 가지지만, 광 경로 형성을 위해 내측으로 오목한 반구형의 형태를 가질 수도 있다.
그리고 면 발생기(13)의 반사면에 형성된 복수의 돌출 패턴(2)은 서로 간의 간격(pitch, p)이 10㎛ ~ 0.1mm 사이의 값을 갖도록 형성되며, 면 발생기(13)의 반사면에 형성된 돌출 패턴(2)의 측면이 반사면과 이루는 각도는 광 경로에 따라 적절히 조절될 수 있다.
한편 면 타입 레이저 발광장치(10)는 면 발생기(13)의 반사면에 형성된 돌출 패턴(2)을 진동시키기 위한 진동기를 더 포함할 수 있다. 이러한 진동기는 선 타입 레이저를 반사하는 돌출 패턴(2)을 진동시켜 면 타입이 균일하게 형성되도록 지원할 수 있다.
렌즈(17)는 면 발생기(13)로부터 하우징(14)의 개방 홀(18) 측으로 조사된 면 타입 레이저의 조절을 위한 구성이다.
실시예에 따라서는 면 발생기(13)와 하우징(14)의 개방 홀(18) 사이에 면 타입 레이저를 선택적으로 투과하는 광 필터를 포함할 수도 있다.
한편 도 7은 도 2의 다른 실시예에 따른 반사형 면 발생기(13-1)에 의해 면 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7에서 면 발생기(13-1)의 반사면에 형성된 돌출 패턴(3)은, 그 단면이 길이 방향으로 뻗은 직사각형 내지 선의 형태를 갖는다.
이 경우 선 발생기(12)로부터의 선 타입 레이저는, 돌출 패턴(3)의 경사면에 의해 각각 반사되어 면형의 레이저로 변환되며, 하우징(14)의 개방 홀(18) 측으로 진행한다.
이 경우 돌출 패턴(3)의 경사면은 스테인레스, 알루미늄, 크롬 또는 은 등의 광 반사물질로 코팅될 수 있고, 돌출 패턴(3) 사이의 간격(p)은 10㎛ ~ 0.1mm 사이의 값을 갖도록 형성되며, 돌출 패턴(3)의 경사면이 면 발생기(13)의 반사면과 이루는 각도(θ)는 광 경로에 따라 적절히 조절될 수 있다.
제2 실시예
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 면 타입 레이저 발광장치(20)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 실시예에 따른 투과형 선 발생기(22) 및 투과형 면 발생기(23)에 의해 면 타입 레이저가 형성되는 모습을 나타낸 도면이다.
하우징(24)은 면 타입 레이저 발광장치(20)의 외관을 형성하며, 내부에 레이저소스(21), 선 발생기(22) 및 면 발생기(23)를 수용할 수 있는 공간이 마련된다. 하우징(24)의 일측에는 선 발생기(22)로부터 전달된 면 타입 레이저를 외부로 방출하기 위한 개방 홀(28)이 형성되며, 해당 개방 홀(28)은 면 타입 레이저를 투과하는 창(window)을 구비할 수 있다.
레이저소스(21)는 레이저를 발광하기 위한 광원을 포함하고, 발광된 레이저를 선 발생기(22)로 전달한다.
선 발생기(line generator)(22)는 레이저소스(21)로부터의 레이저를 입사면으로 입사하고, 해당 입사면과 대향하는 위치에 사출면을 통해 투과하여 면 발생기(23) 측으로 전달한다.
이때 선 발생기(22)의 사출면에는 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴(4)이 형성된다. 도 9에서 돌출 패턴(4)은 그 단면이 삼각형의 형태를 가진다.
레이저소스(21)로부터 발광되어 공기를 통해 선 발생기(22)의 입사면에 수직 방향으로 입사된 레이저는, 공기보다 굴절률이 큰 선 발생기(22)의 매질을 투과하며 확산된다. 즉, 레이저소스(21)로부터 발광된 레이저는 지향성이 강하므로 공기중에서는 확산이 미미하게 이루어지지만, 매질의 상대 굴절률이 큰 선 발생기(22)를 투과하면서 상대적으로 큰 정도로 방사형으로 확산이 이루어져 사출면에 도달하게 된다. 그리고 사출면에 위치한 돌출 패턴(4)의 측면에서 다시 상대 굴절률이 작은 공기로 사출되면서 재굴절이 이루어져 각 돌출 패턴(4)에 대응되는 복수의 선 타입 레이저가 형성된다.
이를 위해 선 발생기(22)는 레이저를 투과할 수 있는 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO2) 또는 석영의 재질로 이루어질 수 있다.
그리고 선 발생기(22)의 사출면에 형성된 복수의 돌출 패턴(4)은 서로 간의 간격이 10㎛ ~ 0.1mm 사이의 값을 갖도록 형성된다.
또한 선 발생기(22)의 사출면에 형성된 돌출 패턴(4)의 측면이 사출면과 이루는 각도는 10도 ~ 45도 사이의 값을 가질 수 있다.
선 발생기(22)를 투과한 선 타입 레이저는 면 발생기(23)의 입사면에 수직 방향으로 입사된다.
이때 면 발생기(23)의 사출면에는 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴(5)이 형성되며, 이때 면 발생기(23)의 돌출 패턴(5)은 선 발생기(22)의 돌출 패턴과 유사하게 그 단면이 삼각형의 형태를 가지고, 선 발생기(22)의 돌출 패턴(4)이 이루는 선형의 길이 방향과 직각을 이루도록 형성된다.
그리고 선 발생기(22)로부터 조사되어 면 발생기(23)의 입사면에 수직 방향으로 입사된 복수의 선 타입 레이저는, 면 발생기(23)를 투과하면서 확산되어 사출면에 도달하고, 선 발생기(22)의 돌출 패턴(4)과 수직 방향으로 형성된 각 돌출 패턴(5)의 측면에서 다시 상대 굴절률이 작은 공기로 사출되면서 각각 재굴절이 이루어져 면형의 레이저로 변환되며, 이러한 면 타입의 레이저는 하우징(24)의 개발 홀(28) 측으로 진행한다.
이를 위해 면 발생기(23)는 레이저를 투과할 수 있는 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO2) 또는 석영의 재질로 이루어질 수 있다.
그리고 면 발생기(23)의 사출면에 형성된 복수의 돌출 패턴(5)은 서로 간의 간격이 10㎛ ~ 0.1mm 사이의 값을 갖도록 형성된다.
또한 면 발생기(23)의 사출면에 형성된 돌출 패턴(5)의 측면이 사출면과 이루는 각도는 10도 ~ 45도 사이의 값을 가질 수 있다.
렌즈(27)는 면 발생기(23)로부터 하우징(24)의 개방 홀(28) 측으로 조사된 면 타입 레이저의 조절을 위한 구성이다.
실시예에 따라서는 면 발생기(23)와 하우징(24)의 개방 홀(28) 사이에 면 타입 레이저를 선택적으로 투과하는 광 필터를 포함할 수도 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다. 또한, 본 명세서와 도면에서 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
10, 20: 면 타입 레이저 발광장치 11, 21: 레이저소스
12, 22: 선 발생기 13, 23: 면 발생기
14, 24: 하우징 15, 16: 반사체
17, 27: 렌즈 18. 28: 개방 홀
30: 수광장치 40: 3차원 데이터 처리장치
100: 3차원 스캐너 시스템

Claims (8)

  1. 레이저를 발광하는 레이저소스;
    입사면으로 입사된 상기 레이저를 투과하여 선 타입 레이저를 형성하도록 사출면에 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 선 발생기;
    입사면으로 입사된 상기 선 타입 레이저를 투과하여 면 타입 레이저를 형성할 수 있게 상기 선 발생기의 돌출 패턴이 이루는 선형의 길이 방향과 직각을 이루도록 사출면에 서로 나란히 위치한 선형의 돌출 패턴이 형성된 면 발생기; 및
    내부에 상기 레이저소스, 상기 선 발생기 및 상기 면 발생기를 수용하기 위한 공간이 마련되고 일측에 상기 면 타입 레이저를 외부로 방출하기 위한 개방 홀이 형성된 하우징;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 면 타입 레이저 발광장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 단면 또는 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴의 단면은, 상기 레이저를 투과하여 진행방향을 변경할 수 있도록 상기 사출면으로부터 돌출 형성된 삼각형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 면 타입 레이저 발광장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 선 발생기에 형성된 돌출 패턴의 측면이 사출면과 이루는 각도 또는 상기 면 발생기에 형성된 돌출 패턴의 측면이 사출면과 이루는 각도는 10도 ~ 45도인 것을 특징으로 하는 면 타입 레이저 발광장치.
KR1020160104685A 2016-08-18 2016-08-18 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템 KR102261088B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104685A KR102261088B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104685A KR102261088B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180021264A KR20180021264A (ko) 2018-03-02
KR102261088B1 true KR102261088B1 (ko) 2021-06-07

Family

ID=61729238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160104685A KR102261088B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102261088B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200187398Y1 (ko) 1997-12-22 2000-07-01 이중구 레이저 빔 발생장치
KR20130083118A (ko) * 2012-01-12 2013-07-22 (주)미토스 라인 레이저 빔 제너레이터
KR102294317B1 (ko) * 2015-01-30 2021-08-26 엘지이노텍 주식회사 발광 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180021264A (ko) 2018-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210011136A1 (en) Lidar system and method
EP2831538B1 (en) Three dimensional camera and projector for same
JP2009302646A (ja) 棒状導光体および画像読取装置
EP1561084B1 (en) Structured light projector
JP2009525493A5 (ko)
CN210572728U (zh) 一种激光雷达及激光雷达系统
KR20180126927A (ko) 8채널형 라이다
KR102017186B1 (ko) 3차원 형상 측정 장치
KR20200143049A (ko) 라이다 광학 장치
US7136233B2 (en) Device for the generation and projection of light marks
US7692837B2 (en) Deflection device and imaging apparatus
JP2009225414A (ja) 照明装置および画像読取装置
KR102261088B1 (ko) 면 타입 레이저 발광장치 및 이를 이용한 3차원 스캐너 시스템
KR102038549B1 (ko) 16채널형 라이다
KR20190077440A (ko) 검사 장치
JP2006030185A (ja) 傾きセンサ
JP6671938B2 (ja) 表面形状測定装置、欠陥判定装置、および表面形状の測定方法
EP3899604B1 (en) Reflector for reflecting electromagnetic waves from a rotating electromagnetic wave source
CN104279459A (zh) 图像读取用的线状光源装置
KR20180045947A (ko) 표면 형상 스캔 장치
CN211478651U (zh) Tof摄像装置
JP2019113457A (ja) 走査装置及び測距装置
KR20170122577A (ko) 2d 패턴 레이저 모듈
JP2006148711A (ja) レーザビームスキャナ
JP2008129315A5 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant