KR20050083001A - 위치 계측 시스템 및 위치 계측용 렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 위치 계측 시스템은 전자파를 발신하는 전자파 발신원과, 제 1 렌즈면, 제 1 렌즈면의 중심축 주변부에 설치된 전자파 차폐부, 및 제 2 렌즈면을 구비하고, 전자파 발신원의 반대측에 전자파 집중 영역을 형성하도록 전자파 차폐부를 제외하고 제 1 렌즈면을 거쳐 입사한 전자파를 제 2 렌즈면으로부터 나가게 하는 렌즈 시스템과, 렌즈 시스템에 의해 형성된 전자파 집중 영역을 검출하는 수신 장치와, 전자파 집중 영역 상의 수신 장치에 의해 검출된 정보에 의거하여 전자파 발신원의 위치를 계측하는 연산 장치를 포함한다.

Description

위치 계측 시스템 및 위치 계측용 렌즈{POSITIONAL MEASUREMENT SYSTEM AND LENS FOR POSITIONAL MEASUREMENT}
본 발명은 광 또는 전파와 같은 전자파들이 집중되는 영역을 형성하는 렌즈 시스템 및 미러 시스템과 전자파의 집중 영역을 검출하는 수신 장치를 이용하여 전자파들의 발신원의 3차원 위치를 계측하는 위치 계측 시스템에 관한 것이다.
발광체(또는 휘도가 높은 대상물)의 3차원 위치를 계측하는 종래에 알려진 방법은 2대의 디지털 카메라들 사이의 거리를 기선으로 하여 디지털 카메라들로 발광체를 촬영하여 삼각 측량의 원리에 따라 발광체의 좌표를 계산하는 것이다. 그러나, 이러한 방법은 2대 이상의 카메라가 필요해서 비용이 많이 들며 기선 길이에 대한 카메라 각각의 광학축들의 위치 조정이 번거로운 문제점들이 있다. 부가적인 문제점들로는 대상물의 이미지 초점이 벗어나지 않도록 하기 위해서 정확한 초점을 맞춘 후에 대상물을 촬영할 필요가 있고 기껏해야 1초에 10회 정도의 촬영 동작을 수행할 수 있다. 바꿔 말하면, 고속으로 움직이는 대상물의 경우에, 초점 맞춤이 대상물의 움직임을 포착하지 못한다. 이러한 문제점은 또한 위치를 계측하지 못하거나 대상물의 초점이 벗어나서 위치 정밀도나 분해능이 극단적으로 저하되는 다른 문제점을 초래한다.
광간섭법은 발광체의 위치를 고정밀도로 계측하는 방법으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법은 많은 수의 부품들과 고비용이 요구된다. 또한, 이들 부품들의 조립에는 높은 위치 정밀도가 요구되어, 고비용과 번거로움의 문제가 나타난다. 또한, 자동 초점 기구가 필요해서, 고속 계측 또는 그와 같은 것을 수행할 수 없는 결점이 있다. 또한, 레이저 빔은 점 또는 선의 형상으로 성형되어진 후에 대상물에 조사되므로, 안전 예방 조치가 취해져야 한다.
상술된 바와 같이, 발광체의 3차원 위치를 고정밀도와 고분해능으로 계측하기 위해서는, 많은 수의 부품들과 고비용이 요구된다. 게다가, 초점 맞춤에 많은 시간이 소비되며, 따라서 계측의 속도를 증가시키는데 어려움이 있다. 또한, 광간섭법에서는, 조립에 높은 위치 정밀도가 요구된다. 그러므로, 이러한 방법은 고비용의 문제점을 갖고 있고 레이저의 이용으로 인해 안전 예방조치가 필요하다. 광간섭법의 다른 문제점은 간섭 모양으로부터 위치를 계측하기 위한 복잡한 계산이다.
특수한 렌즈와 특수한 센서로 발광점을 파악하는 방법이 이미 제안되었다. 그러나, 이러한 방법으로는 몇 미터 떨어져 위치된 광원의 위치의 고정밀 계측은 큰 직경을 가진 반구 렌즈들이 요구된다. 따라서, 상기 방법은 렌즈의 무게와 재료의 비용을 증가시키는 문제점이 포함된다. 특히, 이러한 방법에서, 실제상의 장치는 몇 미터 떨어진 광원의 위치를 아주 정밀하게 계측하는데 어려움을 겪는다.
따라서, 본 발명은 상기 상황의 견지에서 만들어졌고 전자파를 이용하여 저비용으로 위치를 간단하게 계측할 수 있는 소형 및 경량의 위치 계측 시스템을 제공한다.
실시예에서, 본 발명은 위치 계측 시스템을 포함한다. 상기 시스템은 전자파를 발신하는 전자파 발신원과, 제 1 렌즈면, 제 1 렌즈면의 중심축 주변부에 설치된 전자파 차폐부, 및 제 2 렌즈면을 구비하고, 전자파 발신원의 반대측에 전자파 집중 영역을 형성하도록 전자파 차폐부를 제외하고 제 1 렌즈면을 거쳐 입사한 전자파를 제 2 렌즈면으로부터 나가게 하는 렌즈 시스템과, 렌즈 시스템에 의해 형성된 전자파 집중 영역을 검출하는 수신 장치와, 전자파 집중 영역 상의 수신 장치에 의해 검출된 정보에 의거하여 전자파 발신원의 위치를 계측하는 연산 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 위치 계측 시스템은 전자파를 발신하는 전자파 발신원과, 전자파 집중 영역을 형성하도록 전자파를 반사하는 미러와, 전자파 발신원과 미러 사이에 위치되어 전자파의 이동 방향에 변화를 주는 전자파 부품과, 미러에 의해 형성된 전자파 집중 영역을 검출하는 수신 장치와, 전자파 집중 영역 상의 수신 장치에 의해 검출된 정보에 의거하여 전자파 발신원의 위치를 계측하는 연산 장치를 포함하여 형성된다.
본 발명의 렌즈 시스템은 제 1 렌즈면, 제 1 렌즈면의 중심축 주변에 설치된 전자파 차폐부, 및 제 2 렌즈면을 구비한다. 바람직하게, 전자파 차폐부를 제외하고 제 1 렌즈면을 거쳐 입사한 전자파는 전자파 집중 영역을 형성하도록 제 2 렌즈면으로부터 나가도록 야기된다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따라서, 전자파를 이용하여 간단하게 위치 계측을 할 수 있고 저비용이 가능한 소형 및 경량의 위치 계측 시스템이 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면에 의해 보다 상세하게 설명된다.
본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 실시예들은 아래에 설명된다. 본 발명은 전자파 발신원의 위치를 계측하기 위한 것이다. 전자파는 바람직하게 300nm 내지 1m의 범위 내에 있는 파장을 가지며, 광(UV 광선, 가시광선 및 적외선을 포함) 또는 밀리파(millimeter wave) 대역으로부터 마이크로미터 파장 대역까지의 범위 내에 있는 전파이다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 1 실시예를 도시하는 개념도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예는, 예를 들어 900nm의 파장을 갖는 광(적외선)을 방출하는 LED 광원(1)과, LED 광원(1)으로부터 방출된 광을 입사하는 환상형(링형) 입사창(3)을 가지며 구면 수차가 큰 렌즈(렌즈 시스템)(2)와, 렌즈의 후방에 배치된 이미지 센서(5)와, 이미지 센서(5)에 의해 촬영된 광 링 이미지(후술될 것임)의 신호를 연산 처리하는 연산 장치(7)와, 연산 장치에 의해 산출된 광원의 위치 좌표를 표시하는 표시 장치(8)를 포함한다. 900nm 부근보다 더 긴 파장의 적외선(infrared radiation)을 투과하는 적외선 투과 필터(9)는, LED 광원(1) 이외의 광(노이즈)을 배제하기 위해서, 바람직하게 이미지 센서(5)의 바로 앞에 배치된다. 광학 렌즈(2)는 렌즈 홀더(4)에 의해 지지되고, 이미지 센서(5)는 이미지 센서 홀더(6)에 의해 지지된다. 이미지 센서(5)는 예를 들어 CCD로 구성될 수 있다.
본 실시예에서, LED 광원(1)으로부터 발생하는 광은 링형 입사창(3)을 거쳐 위치 계측 시스템으로 입사하게 된다. 광이 큰 구면 수차를 갖는 광학 렌즈(2)에 의해 모아져서, 광 집중 영역(전자파 집중 영역)인 링 형상의 광(광 링 이미지)을 형성한다. 광 링 이미지는 이미지 센서(5)에 의해 검출된다. 검출된 신호는 연산 장치(7)에 의해 연산 처리되어, 광원(1)의 위치를 계측한다. 여기서, 링 형상은 링, 링의 일부의 형상 및 링의 변형된 형상을 포함한다.
도 2는 링형 입사창(3)을 가지는 렌즈(2)의 일례를 도시하는 도면이다. 이 도면은 렌즈(2)의 광학축에 따른 단면도이다. 도면에 나타난 바와 같이, 렌즈(2)는 제 1 렌즈면의 중심축(광학축) 주변부에 설치된 전자파 차폐부(광 차폐부)(20)를 가지며, 광 차폐부(20)를 제외하고 제 1 렌즈면(21)(도 1에 도시된 링형 입사창(3))을 거쳐 입사한 광이 제 2 렌즈면(24)으로부터 나가게 되어서, 광원과 반대측에 광 집중 영역이 되는 광 링의 이미지를 형성한다. 이들 이유로, 제 1 미러면(22)이 제 1 렌즈면(21)에 대향하는 제 2 렌즈면의 중심축으로부터 떨어진 위치에 배치되고, 제 2 미러면(23)이 제 2 렌즈면(24)에 대향하는 광 차폐부(20)의 위치에 배치된다. 제 1 렌즈면(21), 제 2 렌즈면(24) 및 제 2 미러면(23)의 각각은 각각 볼록한 형상이고, 제 1 미러면(22)은 오목한 형상이다. 이에 따라, 광원으로부터 발생하는 광은 최초에 제 1 렌즈면(21)에 입사하고, 이어서 제 1 미러면(22) 및 제 2 미러면(23)에서 반사되어, 제 2 렌즈면(24)으로부터 외부로 나간다.
예를 들어 굴절율이 1.82인 재료는 렌즈(2)에 사용되고, 제 1 렌즈면은 볼록한 형상이며 곡률 반경(R)이 22mm이고, 제 2 렌즈면은 볼록한 형상이며 곡률 반경(R)이 65mm이고, 제 1 미러면은 오목한 형상이며 곡률 반경(R)이 65mm이고, 제 2 미러면은 볼록한 형상이며 곡률 반경(R)이 60mm이다. 광학 렌즈(2)의 두께(t)는 9.0mm이고, 렌즈(2)의 외경 ΦD는 Φ22mm이고, 제 2 미러(23)의 외경 ΦA는 Φ12mm이며, 제 2 렌즈면(24)의 외경ΦB, 즉 제 1 미러면의 내경 ΦB은 Φ12mm이다. 제 2 미러면(23)은 볼록한 형상이며, 미러면의 중심점은 렌즈의 전단면으로부터 0.3mm(도면에서 "da"로 표시됨)만큼 후퇴한다. 제 1 렌즈면의 두께(t1)는 2.12mm이고, 제 2 렌즈면의 두께(t2)는 0.94mm이다.
렌즈(2)의 무한대에서 직선에 대한 근축 광선(paraxial ray)의 초점 위치는 제 2 렌즈면에서 2.5mm 뒤에 위치된다. 여기서 말하는 근축 광선의 초점 위치는 제 1 렌즈면, 제 2 렌즈면, 제 1 미러면 및 제 2 미러면의 모두가 광학축 근방에 위치된 광에 작용하는 것으로 전제하여 산출한 초점 위치를 의미한다. 특히, 촛점 거리는 광학축 근방에 위치된 광이, 가상적 제 1 렌즈면 상에 굴절되고, 가상적 제 1 미러면 상에 반사되고, 실제의 제 2 미러면 상에 반사되며, 실제의 제 2 렌즈면 상에 굴절된 이후에 나가는 것으로 전제하여 산출된다. 초점 위치는 실제의 제 2 렌즈면에서 2.5mm 뒤에 있다. 그러므로, 광이 큰 구면 수차를 갖는 영역을 통과하는 도 2에서 도시한 실제의 렌즈 시스템의 경우에, 광은 초점 위치 보다 광원에 더 근접해 있는 위치를 통과한다. 본 실시예에서, 이미지 센서(5)는 제 2 렌즈면으로부터 0 내지 2mm의 거리에 배치된다. 실제로 형성될 광 링 이미지의 상태가 렌즈(2)를 이용하여 아래에 기술되는 시뮬레이션(simulation)을 통해 조사되었다.
도 3a 및 도 3b는 이미지 센서(5)에 형성된 링 이미지를 도시하는 도면이다. 도 3a는 광원이 렌즈 전단부보다 1000mm 떨어진 광학축 상에 있는 경우를 도시하고, 도 3b는 광원이 렌즈 전단부보다 500mm 떨어진 광학축 상에 있는 경우를 도시한다. 광학축을 x축으로 하고, 수직 방향을 y축으로 하며, 수평 방향을 z축으로 하면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 광원의 위치 좌표들은 (1000, 0, 0) 및 (500, 0, 0)으로 표시된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 가로축은 이미지 센서의 z 방향(mm)을 나타내고, 같은 도면에서 세로축은 이미지 센서의 y 방향(mm)을 나타낸다.
광원의 위치는 링의 위치 및 크기에 따라 측정된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 광원의 위치는 (1000, 0, 0)과 (500, 0, 0)이다. 링의 중심 위치는 이미지 센서의 원점(0, 0)에 위치된다. 링의 외경은 Φ2.27mm 부터 Φ2.57mm 까지로 확대된다. 링의 외경과 광원으로부터의 거리의 관계는 이미 결정되어 있기 때문에, 링의 외경이 측정되면 광원의 x좌표를 측정할 수 있다.
링 이미지는, 도 2에 도시된 링형 입사창이 되는 제 1 렌즈면(21)이 렌즈 중심으로부터 방사상에 플롯(plot)되어진 결과로서 형성된 점을 통과하는 광에 의해 형성된다. 여기서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 링 이미지는, 링형 입사창에 입사된 광이 단순하게 축소 방식으로 투영되어진 결과로 형성되는 것이 아니라, 링형 입사창에 입사되어진 광선이 이미지 센서 상에서 서로 겹쳐져서 광 링 이미지를 형성하는 개념에 주의해야 한다(도 3a 및 도 3b에서는 선들이 서로 겹쳐져서 분별하기가 어렵다). 이것은 이제 알기 쉽게 설명될 것이다.
도 4a 및 도 4b는 광 링 이미지의 형성을 설명하는 도면이다. 도 4a는 렌즈 시스템의 정면도이고, 도 4b는 광 링 이미지의 이미지이다. 도면에서, 광 차폐부(20)(제 2 미러면(23)이 후방에 설치됨)는 링형 입사창(3)의 내측에 설치되고, 렌즈 홀더(4)는 광 차폐부(20)의 외측에 설치된다. 렌즈(2)의 링형 입사창(3)을 통과하는 광은 링형 입사창(3)의 내주부(25)를 통과하는 광뿐만 아니라 외주부(26)를 통과하는 광도 포함한다. 이미지 센서 상에 형성된 링 이미지의 외주는, 링형 입사창(3)의 외주부(26) 부근을 통과한 광이나 내주부(25) 부근을 통과한 광에 의해 형성되지 않고, 링형 입사창(3)의 중간부(27) 부근을 통과한 광에 의해 형성된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 링형 입사창(3)을 통과한 광선은 이미지 센서 상에서 서로 겹쳐져서 광 링 이미지를 형성한다. 그러므로, 광 강도의 가파른 최고점(peak)이 광 링 이미지의 최외주부에 나타나게 되고, 이미지 센서(5)에 의해 선명한 이미지로 촬영될 수 있다. 다음에는, 광원을 이동시킨 후에 얻어진 광 링 이미지가 시뮬레이션에 의해 조사된다.
도 5는 광원의 위치가 광학축으로부터 크게 벗어난 경우에 얻어진 광 링 이미지의 일례를 나타내는 도면이다. 본 실시예는 광원을 (1000, 0, 0)의 위치에서 y축을 따라 300mm 위인 (1000, 300, 0)의 위치로 상방 이동되어진 결과로서 얻어진 링 이미지를 시뮬레이션을 통해 조사한 것이다. 도면에서 가로축은 이미지 센서의 z방향(mm)을 나타내고, 마찬가지로 세로축은 이미지 센서의 y방향(mm)을 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 광 링 이미지는 원에서 타원으로 변형된다. 광원의 3차원 위치는 타원의 중심축, 장축 및 단축을 측정함으로써 계측될 수 있다. 측정 원리는 아래에서 설명한다.
도 6은 광원, 렌즈 시스템 및 광 링 이미지 사이의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 이미지 센서(5) 상의 광 링 이미지의 중심 위치를 (y0, z0)으로 하고 광학축 상의 이미지 센서의 위치를 x0으로 가정하면, 광 링 이미지의 중심점의 3차원 위치는 (x0, y0, z0)으로 표시될 수 있다. 광원(1)은 대강 렌즈 시스템(2)의 중심점(xL, yL, zL)과 광 링 이미지의 중심점(x0 , y0, z0)을 연결하는 직선을 따라 존재한다. 광원(1)의 좌표를 (x, y, z)라고 하면, 광원이 다음 식(1)과 같이 기술될 수 있다.
[수식 1]
여기서, m은 광원(1)으로부터 렌즈 시스템(2)의 중심점까지의 거리가 렌즈 시스템(2)의 중심점으로부터 이미지 센서(5)상의 광 링 이미지의 중심점까지의 거리의 몇 배로 환산하여 나타내는 값을 지시한다. 상기 m은 링 이미지의 장축 및 단축의 길이로부터 결정되므로, 광원(1)의 3차원 좌표가 결정될 수 있다.
본 실시예에서, 전술한 바와 같이, LED 광원(1)으로부터 발생하는 광 이외의 광을 제거하는 적외선 투과 필터(9)가 이미지 센서(5)의 앞에 설치된다. 그러나, 적외선 투과 필터(9)는, 렌즈 시스템(2)의 전면이나 후면에 부착된 경우에도, 노이즈 광을 제거할 수 있다.
본 실시예는 다음과 같은 효과를 가진다. 우선, 본 시스템은 렌즈 시스템에서 미러를 이용하므로, 큰 구면수차가 얻어진다. 그러므로, 수m 정도의 거리에 위치한 광원의 위치를 고정밀로 계측할 수 있다. 형성된 광 링 이미지가 이미지 센서상에 제공된 다수의 화소에 의해 촬영된다. 그러므로, 종래의 화소 피치보다 분해능이 높은 위치 계측이 가능하게 된다. 선택적으로, 미러가 렌즈면 상에 형성되기 때문에, 비교적 긴 광학 통로가 하나의 렌즈에 의해서도 얻어질 수 있다. 따라서, 렌즈 시스템은 소형화될 수 있다.
렌즈의 제 2 미러면은 링형 입사창의 형성에 이용되므로, 부품의 수가 적어서 렌즈 시스템의 소형화 및 무게 감량이 가능하다. 렌즈면, 미러면 및 광 차폐부는 단일 렌즈로 형성되므로, 이들 부품의 조립 및 정렬 작업이 불필요하며, 그러므로 렌즈 시스템의 성능을 향상시키고 렌즈 시스템의 비용을 절감할 수 있다. 이미지 센서에 형성된 광 링 이미지의 외주는 링형 입사창의 중간부 부근을 통과한 광의 중첩의 결과로서 형성된다. 그러므로, 선명한 링 이미지의 위치가 항상 고정밀도로 계측될 수 있다.
또한, 이미지 센서에 형성되는 광 링 이미지의 외주는 링형 입사창의 중간부 부근을 통과한 광선들이 서로 중첩해서 형성된다. 그러므로, 링 이미지는 링형 입사창의 기하학적 정밀도나 변화에 좌우되지 않고, 렌즈 정밀도에 따라 결정된다. 그러므로, 고정밀 계측이 가능하게 된다. 또한, 이미지 센서에 형성된 광 링 이미지는 광원의 위치에 좌우되지 않고 선명한 윤곽을 가진다. 따라서, 위치 계측이 초점 맞춤 기구를 사용하지 않고 실시될 수 있다. 이에 따라, 초점 맞춤 시간이 필요하지 않아서, 고속 계측이 실시될 수 있다. 또한, 초점 맞춤 기구가 요구되지 않으므로, 소형, 저비용, 고신뢰성의 시스템이 얻어질 수 있다.
[제 2 실시예]
도 7은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 2 실시예를 도시하는 개념도이다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 같이, 본 실시예는 LED 광원(1), 링형 입사창(3)과 큰 구면 수차를 갖는 광학 렌즈(2), 및 적외선 투과 필터(9)와 함께 설치된 이미지 센서(5)를 이용한다. 제 1 실시예와 본 실시예의 차이점은 결상(imaging) 렌즈(10)가 렌즈(2)와 이미지 센서(5) 사이에 배치된다는 것이다. 그러므로, 렌즈(2)의 후방에 형성된 링 이미지는 이미지 센서(5) 상에 형성된다. 적외선 투과 필터(9)가 배치되는 위치는 본 실시예와 관련된 위치에 한정되지 않는다. 적외선 투과 필터(9)는, 위치가 이미지 센서(5)의 전방에 있기만 하면, 다른 위치에 배치될 수 있다.
본 실시예에 따라서, 결상 렌즈(10)를 설치함으로써, 렌즈(2)의 근방에 이미지 센서(5)를 설치할 필요가 없다. 그러므로, 이미지 센서(5)의 구조에 제한이 적어지고, 여러 이미지 센서들이 이용될 수 있다. 릴레이(relay) 렌즈의 종류를 선택 함으로써, 링 이미지가 통상의 카메라를 이용하여 촬영될 수 있다. 또한, 다양한 크기의 이미지 센서들이 결상 렌즈(10)의 배율을 변화시킴으로써 이용될 수 있다. 특히, 큰 화소수를 갖는 이미지 센서가 또한 이용될 수 있고, 촬영될 링 이미지의 해상도가 증가될 수 있으므로, 보다 정확한 위치 계측을 할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 2 실시예의 변형을 나타내는 개념도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예는 광 확산판(light diffusing plate)(전자파 확산부)(11)이 렌즈(2)의 후방에 배치되고 광 확산판(11)에 형성된 링 이미지가 렌즈(2)의 후방에 배치된 카메라에 의해 촬영된다. 본 변형에서, 카메라는, 예를 들어, 결상 렌즈(10), 이미지 센서(5), 연산 장치(7) 및 표시 장치(8)로 구성된다. 광 확산판(11)을 사용함으로써, 이용 가능한 결상 렌즈(10)의 종류의 수와 이용 가능한 이미지 센서(5)의 종류의 수가 상당히 증가된다. 통상의 마이크로 렌즈를 탑재한 카메라가 이용될 수 있다. 광 확산판(11)이 설치되지 않은 도 7에서 도시된 실시예의 경우에서는 렌즈(2)로부터 나가는 광이 큰 각도로 나가는 경우가 많다. 결상 렌즈(10)를 이용하여 광으로부터의 이미지를 이미지 센서(5) 상에 에 형성시키기 위해서, 결상 렌즈(10)는 큰 F값을 가지는 렌즈로 형성되어야 한다. 대조적으로, 본 변형의 경우에서와 같이 광 확산판(11)이 이용되는 경우에, 광 확산판(11)에 형성된 광 링 이미지로부터 나가는 광은 모든 방향으로 퍼지므로, 큰 F값을 가지지 않는 렌즈라고 해도 링 이미지를 이미지 센서 상에 형성시킬 수 있다.
본 변형에 따라서, 광 확산판을 이용함으로써, 이용 가능한 결상 렌즈(10)의 종류의 수와 이용 가능한 이미지 센서(5)의 종류의 수가 상당히 증가된다. 이 때문에, 고성능 결상 렌즈, 이미지 센서 또는 카메라 시스템이 저비용으로 이용될 수 있다. 광 확산판(전자기 확산판)은 그라운드 글래스(ground glass)나 백색 재료면으로부터 형성되고 광학 렌즈 시스템의 후방에 배치될 수 있다. 그러므로, 그라운드 글래스는 광을 후방 확산시키는 확산면으로서 이용될 수 있다. 백색 재료는 광의 반사율이 높으므로, 수신 장치가 효율적으로 링의 형상을 검출할 수 있다.
[제 3 실시예]
도 9는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 3 실시예를 도시하는 개념도이다. 본 실시예는 2개의 광원의 3차원 위치가 단일의 반구 렌즈를 이용하여 동시에 계측되는 일례를 설명한다. 본 실시예에서, 2개의 광원들(전자파 발신원)(la, 1b)의 각각은 광조사용 광원(radiation light source)(전자파 발생기)(12)으로부터 발생한 광(전자파)을 반사시키는 금속 구체로부터 형성된다. 우선, 도면에 나타난 바와 같이, 광은 본 실시예에서 광조사용 광원(12)을 이용하여 광을 반사시키는 금속 구체(1a, 1b) 상에 조사된다. 파장이 900nm인 광을 발생시키는 LED 소자가 광조사용 광원(12)으로서 이용된다. 금속 구체(1a, 1b)들이 각각 점광원과 같이 거동하기 때문에, 상기 구체들은 본 발명의 위치 계측에 알맞다.
금속 구체(1a, 1b)에 의해 반사된 광은 적외선 투과 필터(9)를 통과하고, 이어서 반구 렌즈(2)에 입사한다. 반구 렌즈(2)는 제 1 렌즈면의 광학축 주변에 배치된 광 차폐부(20)를 가지고, 링형 입사창(3)은 광 차폐부(20) 주변에 배치된다. 이미지 센서(5)가 렌즈(2)의 후방에 설치되고, 이미지 센서(5)에 의해 촬영된 광 링 이미지에 관한 신호는 연산 장치(7)에 의해 수행된 산술적 작업으로 처리되고, 연산 장치에 의해 산출된 광원(1)의 위치 좌표는 표시 장치(8)에 표시된다.
굴절율이 1.51이고 곡률 반경(R)이 l0mm인 반구 렌즈(2)는 반구 렌즈(2)로서 이용된다. 링형 입사창(3)의 내경은 입사창의 입사면에 설치된 차광판(광 차폐부)(20)(외경이 Φ4mm임)에 의해 결정된다. 링형 입사창(3)의 외경은 6mm로 설정된다.
반구 렌즈(2)의 무한대에서 직선에 대한 근축 광선의 초점 위치는 반구 렌즈의 출구면(exit surface)의 19.5mm 후방에 위치된다. 반구 렌즈가 큰 구면 수차를 가지고 있기 때문에, 링형 입사창(3)(Φ4mm 내지 Φ6mm)에 입사되는 광이 수렴하는 위치는 초점 위치보다도 렌즈에 상당히 더 근접한다. 여기서, 이미지 센서(5)는 반구 렌즈(2)의 5mm 후방에 배치된다.
도 10은 도 9에 도시된 2개의 광원에 의해 형성된 광 링 이미지의 일례를 도시하는 도면이다. 도면에 있어서, 가로축은 이미지 센서의 z방향(mm)이고, 세로축은 이미지 센서의 y방향(mm)을 나타낸다. 본 실시예에서, 하나의 금속 구체(광원)(1a)는 위치 좌표(1OOO, O, O)에 위치되고, 다른 금속 구체(광원)(1b)는 위치 좌표(1000, 200, 100)에 위치된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 2개의 광 링 이미지들이 서로 겹쳐진다. 그러나, 링 이미지들은 가늘며 중공이므로, 이미지들은 쉽게 식별될 수 있다. 각각의 금속 구체(광원)(1a, 1b)들의 3차원 위치들은 각각의 링 이미지의 외경과 중심으로부터 결정될 수 있다.
본 실시예에 따라서, 링형 입사창은 렌즈 시스템에 설치되므로, 다수의 광원들이 동시에 쉽게 계측될 수 있다. 본 실시예에서, 전자파 발생기는 위치 계측의 대상물이 아니고, 전자파를 반사하는 작은 반사 부재가 위치 계측의 대상물로서 다루어진다. 그러므로, 이 작은 반사 부재가 물체에 부착됨으로써 다양한 물체의 3차원 위치를 쉽게 계측할 수 있다.
[제 4 실시예]
도 11은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 4 실시예를 도시하는 개념도 이다. 본 실시예는 구성에서 제 3 실시예와 사실상 동일하므로 도면에서 생략한다. 제 3 실시예와 제 4 실시예의 차이점은 도 9에서 이미지 센서(5)가 렌즈(2)의 근축 광선의 초점 위치의 후방에 위치된다는 것이다. 렌즈(2)의 근축 광선의 초점 위치는 렌즈(2)의 출구면의 19.5mm 후방에 위치된다. 본 실시예에서, 이미지 센서(5)는 렌즈(2)의 출구면의 21mm 후방에, 보다 정확하게는 초점 위치의 1.5mm 후방에 배치된다. 이러한 경우에, 이미지 센서(5)에 의해 형성된 링 이미지는 도 11에서 도시된 바와 같다. 여기서, 하나의 금속 구체(광원)(1a)는 위치 좌표(1OOO, O, O)에 위치되고, 다른 금속 구체(광원)(1b)는 위치 좌표(1000, 200, 100)에 위치된다. 본 실시예의 각각의 링 이미지는 광 반환으로 일어나는 겹치기가 없으므로, 링 이미지의 최외주가 강한 광 강도를 가지지 않는다. 그러나, 각각의 금속 구체(광원)(1a, 1b)의 3차원 위치들은 각각의 링 이미지들의 외경 및 내경 그리고 중심점을 측정함으로써 결정될 수 있다.
본 실시예에 따라서, 링형 입사창이 렌즈 시스템의 전면에 설치됨으로써, 이미지 센서의 배치 위치의 자유도가 확대되고, 따라서 보다 간단한 방식으로 3차원 위치 계측을 할 수 있다.
[제 5 실시예]
도 12a는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 5 실시예를 도시하는 개념도이고, 도 12b는 안테나 어레이의 개념도이다. 본 실시예는 밀리파가 전파로 이용되고 안테나 어레이가 전파용 수신기로 이용되는 일례를 보여준다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 예를 들어 주파수가 60GHz를 갖는 밀리파를 방사하는 전파발신원(발신기)(1c)과, 전파 발신원(1c)으로부터 방사된 밀리파가 입사되는 환상형(링형) 입사창(3c)을 가지는 렌즈 안테나(2c)와, 렌즈 안테나(2c)의 후방에 배치된 안테나 어레이(5c)와, 안테나 어레이(5c)에 의해 수신된 전자파의 링(전파 링)의 신호를 산술적으로 처리하는 연산 장치(7)와, 연산 장치(7)에 의해 산출된 전파 발신원(1c)의 위치 좌표를 표시하는 표시 장치(8)를 포함한다.
도면에 나타난 바와 같이, 렌즈 안테나(2c)는 제 1 렌즈면의 중심축 주변부에 배치된 전자파 차폐부(전파 차폐부)(20c)를 가지고, 전파 집중 영역으로서 간주되는 전파 링은, 전파 차폐부(20c)를 제외하고 제 1 렌즈면(21c)(링형 입사창(3c))을 거쳐 렌즈 안테나에 입사한 전파에 의해, 전파 발신원의 반대측에 형성된다. 그러므로, 제 1 미러면(22c)이 제 1 렌즈면(21)에 대향하는 제 2 렌즈면의 중심축으로부터 떨어진 위치에 배치된다. 제 2 미러면(23c)은 전파 차폐부(20c)의 위치에서 배치된다. 본 실시예에 있어서, 제 2 미러면(23c)에 대향하는 렌즈 안테나(2c)의 표면에는 안테나 어레이(5c)가 설치된다.
렌즈 안테나(2c)는, 예를 들어 유전체(dielectric)로 형성된다. 예를 들면, 테플론(TeflonTM)(굴절율이 1.35임)이 유전체의 재료로서 이용된다. 렌즈 안테나(2c)에 설치되는 반사 미러(제 1 미러면 및 제 2 미러면)(22c, 23c)는 예를 들어 알루미늄으로 형성된다. 전파 링은 렌즈 안테나(2c)의 후면에 설치된 안테나 어레이(5c)에 의해 검출된다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 평면 안테나(5d)들이 2차원으로 배열된 안테나 어레이가 안테나 어레이(5c)로서 이용될 수 있다. 본 실시예에서, 평면 안테나(5d)는 렌즈 안테나(2c)의 재료인 테플론 내에 내장하여 구성된다. 전파의 파장이 λ로 설정되는 경우에, 평면 안테나(5d)는 λ 이상의 피치로, 바람직하게는 2λ 이상의 피치로 배열된다. 그러므로, 각각의 안테나들은 전파를 개별적으로 쉽게 검출할 수 있다. 안테나 어레이(5c)를 렌즈 안테나(2c)의 유전체 내에 내장함으로써, 파장(λ)은 안테나 어레이의 굴절율의 역수로 감소된다. 따라서, 평면 안테나(5d)들의 배열 피치가 감소될 수 있으므로, 안테나 어레이(5c)의 소형화가 가능하다. 본 실시예의 경우에, 전파의 파장은 5mm/1.35이며, 즉 약 3.7mm이다. 여기까지 기술한 실시예들의 경우에서와 같이, 밀리파의 발신원(전파 발신원)(1c)의 3차원 위치는 전파 링의 위치와 크기로부터 결정될 수 있다.
본 실시예에 따라서, 밀리파는 광이 물체를 통과하는 투과율보다 더 높은 투과율로 물체를 통과한다. 그러므로, 계측의 대상물과 렌즈 시스템 사이에 사람이나 물체가 존재하는 경우에도, 3차원 위치 계측이 실시될 수 있다. 안테나 어레이의 크기는 전파 안테나 어레이를 렌즈 안테나에 내장함으로써 감소될 수 있다. 본 실시예는 전파로서 밀리파(파장이 1mm 내지 1cm임)을 이용한다. 위치 계측은 밀리파 또는 극초단파(파장이 10cm 내지 1m임)의 파장 보다 더 긴 파장(파장이 1cm 내지 1Ocm임)을 갖는 마이크로파의 경우에서도 동일한 방식으로 실시될 수 있다. 본 실시예는 제 1 렌즈면 및 제 2 렌즈면에 설치된 2개의 미러들을 구비하는 렌즈를 이용한다. 그러나, 도 9에 도시된 렌즈 시스템의 경우에서, 위치 계측이 동일한 방식으로 실시될 수 있다.
[제 6 실시예]
도 13은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 6 실시예를 도시하는 개념도이다. 본 실시예는, 예를 들어 파장이 900nm인 광(적외선)을 방출하는 LED 광원(도시되지 않음)과, LED 광원으로부터 방출된 광을 반사해서 광 집중 영역(전자파 집중 영역)을 형성하는 오목한 형상의 미러(30)와, LED 광원과 미러 사이에 배치되어 광의 진행 방향에 변화를 주는 광학 부품인 렌즈(31)와, 미러(30)에 의해 형성된 광 집중 영역을 검출하는 이미지 센서(32)와, 이미지 센서에 의해 검출된 광 집중 영역에 대한 정보에 의거하여 광원의 위치를 계측하는 연산 장치(33)와, 연산 장치에 의해 산출된 광원의 위치 좌표를 표시하는 표시 장치(34)를 포함한다. 이미지 센서(32)는 예를 들어 CCD로 구성될 수 있다.
도면에 나타난 바와 같이, 이미지 센서(32)는 미러(30)에 근접한 위치에 배치된다. 그러므로, 광원으로부터 미러(30)를 향하여 진행하는 광은 이미지 센서(32)에 의해 가로 막혀진다. 특히, 이미지 센서(32)는 광 차폐부(35)의 역할을 한다. 렌즈(31)의 외경은 이미지 센서(32)(광 차폐부(35))의 외경과 사실상 동일하다. 따라서, 광을 미러(30)에 도달시키는 입사창(36)은 광학축으로부터 떨어진 위치에 설치된다. 본 실시예의 경우에서도, 앞에서 설명한 도 3 내지 도 5에서 도시된 바와 같이, 광 집중 영역(광 링 이미지)은 여러 조건에 따라 얻어진다.
본 실시예에서, 광원으로부터 미러(30)까지의 광학축 상의 거리는 500mm이고, 입사창(36)의 외경은 30mm이고, 광 차폐부(35)의 외경이 10mm이고, 미러(30)의 곡률 반경이 -50mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(31)까지의 광학축 상의 거리는 15mm이고, 렌즈(31)의 굴절율은 1.51이고, 렌즈(31)의 제 1 면의 곡률 반경은 35mm이고, 렌즈(31)의 제 2 면의 곡률 반경은 -20mm이고, 렌즈(31)의 광학축 상의 두께는 5mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(31)까지의 광학축 상의 거리는 5mm이다.
따라서, 본 실시예에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(31)는 이렇게 반사된 광을 모아서 광 집중 영역인 링 형상인 광의 대(band)(광 링 이미지)를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 결과적으로 검출된 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서 광원의 위치를 계측한다. 여기서, 링 형상은 전체 링의 형상, 링의 일부의 형상 및 링의 여러 가지 변형의 형상을 포함한다.
[제 7 실시예]
도 14는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 7 실시예를 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 실시예의 설명에서 제 6 실시예와 동일한 부분들의 설명은 생략된다. 본 실시예와 제 6 실시예의 차이점은 큰 외경을 가진 렌즈(4l)가 설치된다는 것에 있다. 광원으로부터 발신되어 미러를 향하여 진행하는 광의 진로는 발산 방향으로 변화된다. 결과적으로, 광은 큰 구면 수차를 갖는 미러(30)의 입사창(36)으로 전달되어 반사된다.
본 실시예에서, 광원으로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 50mm이고, 렌즈(41)의 굴절율은 1.51이고, 렌즈(41)의 제 1 면의 곡률 반경은 -73mm이고, 렌즈(41)의 제 2 면의 곡률 반경은 83mm이고, 렌즈(41)의 광학축 상의 두께는 10mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 37mm이고, 미러(30)의 곡률 반경이 -120mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 13mm이다.
따라서, 본 실시예에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(41)는 이렇게 반사된 광을 모아서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
도 15는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 7 실시예의 제 1 변형을 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 변형의 설명에서 제 6 실시예 및 제 7 실시예와 동일한 부분들의 설명은 생략한다. 본 변형과 제 7 실시예의 차이점은 렌즈(41)가 미러(30)에 밀착된 것에 있다. 이것은 각각의 부분들의 정렬을 단순화시키고 시스템을 소형화시키는데 유효하다.
본 변형에서, 광원으로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 70mm이고, 렌즈(41)의 굴절율은 1.82이고, 렌즈(41)의 제 1 면의 곡률 반경은 -90mm이고, 렌즈(41)의 제 2 면의 곡률 반경은 120mm이고, 렌즈(41)의 광학축 상의 두께는 30mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 0mm이고, 미러(30)의 곡률 반경이 -120mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 49mm이다.
따라서, 본 변형에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(41)는 이렇게 반사된 광을 모아서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리된다.
도 16은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 7 실시예의 제 2 변형을 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 변형의 설명에서 제 6 실시예 및 제 7 실시예와 동일한 부분들의 설명은 생략한다. 본 변형과 제 7 실시예의 차이점은 하프 미러(42)가 렌즈(41)의 광원에 근접한 위치에 배치된 것에 있다. 그러므로, 광학축 근방의 미러(30)의 영역은 제거되고, 이미지 센서(32)가 이 위치에 배치된다. 하프 미러(42)에 의해 반사된 광은, 이미지 센서(32)에 의해 검출되는, 광 집중 영역을 형성한다.
본 변형에서, 광원으로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 50mm이고, 렌즈(41)의 굴절율은 1.82이고, 렌즈(41)의 제 1 면의 곡률 반경은 -75mm이고, 렌즈(41)의 제 2 면의 곡률 반경은 85mm이고, 렌즈(41)의 광학축 상의 두께는 10mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 35mm이고, 미러(30)의 곡률 반경이 -120mm이며, 이미지 센서(32)로부터 미러(30)까지의 광학축 상의 거리는 0mm이다.
따라서, 본 변형에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(41)는 이렇게 반사된 광을 모아서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
도 17은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 7 실시예의 제 3 변형을 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 변형의 설명에서 제 6 실시예, 제 7 실시예 및 제 2 변형과 동일한 부분들의 설명은 생략한다. 본 변형과 제 7 실시예의 차이점은 렌즈(41)가 미러(30)에 밀착되어 있는 것과 하프 미러(42)가 렌즈(41)의 광원에 근접한 위치에 배치되어 있는 것이다. 그러므로, 광학축 근방의 미러(30)의 영역은 제거되고, 이미지 센서(32)가 이 부분에 배치된다. 하프 미러(42)에 의해 반사된 광은, 이미지 센서(32)에 의해 검출되는, 광 집중 영역을 형성한다. 이것은 각각의 부분들의 정렬을 단순화시키고 시스템을 소형화시키는데 유효하다.
본 변형에서, 광원으로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 40mm이고, 렌즈(41)의 굴절율은 1.51이고, 렌즈(41)의 제 1 면의 곡률 반경은 -58mm이고, 렌즈(41)의 제 2 면의 곡률 반경은 120mm이고, 렌즈(41)의 광학축 상의 두께는 62mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(41)까지의 광학축 상의 거리는 0mm이고, 미러(30)의 곡률 반경이 -120mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(41)(또는 미러(30))까지의 광학축 상의 거리는 0mm이다.
따라서, 본 변형에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(41)는 이렇게 반사된 광을 모아서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
[제 8 실시예]
도 18은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 8 실시예를 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 실시예의 설명에서 제 6 실시예와 동일한 부분들의 설명은 생략된다. 본 실시예와 제 6 실시예의 차이점은 광원을 면하는 렌즈의 일측면에 설치된 큰 표면과 큰 외경을 가진 평볼록(plano-convex) 렌즈(5l)의 설치에 있다. 광원으로부터 발신되어 미러(30)를 향하여 진행하는 광의 진로는 발산 방향으로 변화된다. 결과적으로, 광은 큰 구면 수차를 갖는 미러(30)의 입사창(36)으로 전달되어 반사된다.
본 실시예에서, 광원으로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 50mm이고, 렌즈(51)의 굴절율은 1.51이고, 렌즈(51)의 제 1 면은 평평하고, 렌즈(51)의 제 2 면의 곡률 반경은 83mm이고, 렌즈(51)의 광학축 상의 두께는 30mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 5mm이고, 미러(30)의 곡률 반경이 -120mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 5mm이다.
따라서, 본 실시예에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(51)는 이렇게 반사된 광을 모아서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
도 19는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 8 실시예의 제 1 변형을 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 변형의 설명에서 제 6 실시예 및 제 8 실시예와 동일한 부분들의 설명은 생략한다. 본 변형과 제 8 실시예의 차이점은 렌즈(51)가 미러(30)에 밀착되어 있는 것과 하프 미러(52)가 광원을 면하는 렌즈(51)의 평평한 표면에 설치된다는 것이다. 그러므로, 광학축 근방의 미러(30)의 영역은 제거되고, 이미지 센서(32)가 이 부분에 배치된다. 하프 미러(52)에 의해 반사된 광은, 이미지 센서(32)에 의해 검출되는, 광 집중 영역을 형성한다.
본 변형에서, 광원으로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 50mm이고, 렌즈(51)의 굴절율은 1.82이고, 렌즈(51)의 제 1 면은 평평하고, 렌즈(51)의 제 2 면의 곡률 반경은 120mm이고, 렌즈(51)의 광학축 상의 두께는 26mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 0mm이고, 미러(30)의 곡률 반경이 -120mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 0mm이다.
따라서, 본 변형에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(51)는 이렇게 반사된 광을 모으고, 이렇게 모아진 광은 하프 미러(52)에 의해 반사되어서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리된다.
도 20은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 8 실시예의 제 2 변형을 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 변형의 설명에서 제 6 실시예, 제 8 실시예 및 제 1 변형과 동일한 부분들의 설명은 생략한다. 본 변형과 제 1 변형의 차이점은 렌즈(51)의 오목 렌즈면(54)이 광학축에 근접해 있고 제거된 미러(30)의 영역에 노출되는 것이다. 이미지 센서(32)는 이 영역에 대향하도록 배치된다. 하프 미러(52)에 의해 반사된 광은, 렌즈면(54)을 거쳐 광 집중 영역을 형성하고, 이렇게 형성된 광 집중 영역은 이미지 센서(32)에 의해 검출된다.
본 변형에서, 광원으로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 50mm이고, 렌즈(51)의 굴절율은 1.82이고, 렌즈(51)의 제 1 면은 평평하고, 렌즈(51)의 제 2 면의 곡률 반경은 120mm이고, 렌즈(51)의 광학축 상의 두께는 16mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 0mm이고, 미러(30)의 곡률 반경은 -120mm이고, 렌즈면(54)의 곡률 반경은 10mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 10mm이다.
따라서, 본 변형에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(51)는 이렇게 반사된 광을 모으고, 이렇게 모아진 광은 하프 미러(52)에 의해 반사되어서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
도 21은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 8 실시예의 제 3 변형을 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 변형의 설명에서 제 6 실시예 및 제 8 실시예와 동일한 부분들의 설명은 생략한다. 본 변형과 제 8 실시예의 차이점은 볼록한 형상의 미러(55)가 미러(30)를 면하는 렌즈(51)의 렌즈면에 설치되어 있는 것이다. 그러므로, 광학축 근방의 미러(30)의 영역은 제거되고, 이미지 센서(32)가 이 영역의 연장부의 위치에 설치된다. 미러(55)에 의해 반사된 광은, 이미지 센서(32)에 의해 검출되는, 광 집중 영역을 형성한다.
본 변형에서, 광원으로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 5000mm이고, 입사창(36)의 외경은 40mm이고, 렌즈(51)의 굴절율은 1.51이고, 렌즈(51)의 제 1 면은 평평하고, 렌즈(51)의 제 2 면의 곡률 반경은 90mm이고, 렌즈(51)의 광학축 상의 두께는 90mm이고, 미러(30)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 20mm이고, 미러(30)의 곡률 반경은 -100mm이며, 이미지 센서(32)로부터 렌즈(51)까지의 광학축 상의 거리는 26mm이다.
따라서, 본 변형에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 렌즈(51)에 설치된 미러(55)는 이렇게 반사된 광을 반사해서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성시킨다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
[제 9 실시예]
도 22는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 9 실시예를 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 실시예의 설명에서 제 6 실시예와 동일한 부분들의 설명은 생략한다. 본 실시예와 제 6 실시예의 차이점은 렌즈가 아닌 볼록한 형상의 미러(61)가 광원과 미러 사이에 배치되는 것이다. 그러므로, 광학축 근방의 미러(30)의 영역은 제거되고, 이미지 센서(32)가 이 영역의 연장부의 위치에 설치된다. 결과적으로, 광원으로부터 미러(30)를 향하여 진행하는 광은 미러(61)에 의해 차단된다. 특히, 미러(61)는 광 차폐부(62)의 역할을 한다. 이러한 이유로, 광을 미러(30)에 도달시키는 입사창(63)은 광학축으로부터 떨어진 위치에 설치된다. 미러(61)에 의해 반사된 광은 이미지 센서(32)에 의해 검출되는 광 집중 영역을 형성한다.
본 실시예에서, 광원으로부터 미러(61)까지의 광학축 상의 거리는 1090mm이고, 입사창(63)의 외경은 50mm이고, 광 차폐부(62)의 외경은 17mm이고, 미러(30)의 곡률 반경은 -100mm이고, 미러(30)로부터 미러(61)까지의 광학축 상의 거리는 30mm이고, 미러(61)의 곡률 반경은 -90mm이며, 이미지 센서(32)로부터 미러(61)까지의 광학축 상의 거리는 36mm이다.
따라서, 본 실시예에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 미러(61)는 이렇게 반사된 광을 반사해서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
[제 10 실시예]
도 23은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 10 실시예를 도시하는 개념도이다. 여기서, 본 실시예의 설명에서 제 6 실시예와 같은 부분들의 설명은 생략한다. 본 실시예와 제 6 실시예의 차이점은 하프 미러(71)가 광원을 면하는 미러(30)의 일부분에 설치된 것에 있다. 이미지 센서(32)는 미러(30)의 후방에 배치된다. 결과적으로, 하프 미러(71)의 오목면에 의해 반사된 광은, 이미지 센서(32)에 의해 검출되는, 광 집중 영역을 형성한다. 미러(30)는 본 실시예에서 하프 미러로서 구체화된다. 그러나, 미러(30)는 보통 미러로서 구체화될 수도 있다.
본 실시예에서, 광원으로부터 하프 미러(71)까지의 광학축 상의 거리는 1000mm이고, 입사창(63)의 외경은 50mm이고, 미러(30)의 곡률 반경은 -80mm이고, 미러(30)로부터 하프 미러(71)까지의 광학축 상의 거리는 40mm이고, 하프 미러(71)의 곡률 반경은 120mm이며, 이미지 센서(32)로부터 하프 미러(71)까지의 광학축 상의 거리는 240mm이다.
따라서, 본 실시예에서, LED 광원으로부터 방출된 광은 큰 구면 수차를 가진 미러(30)에 의해 반사되고, 상기 미러(71)는 이렇게 반사된 광을 반사해서 광 집중 영역인 광 링 이미지를 형성한다. 상기 광 링 이미지는 이미지 센서(32)에 의해 검출된다. 이어서 검출 신호는 연산 장치(33)에 의해 연산 처리되어서, 광원의 위치가 산출된다.
제 6 실시예 내지 제 10 실시예는 전자파가 광이라는 조건으로 설명하였다. 이러한 경우에, 전자파 발신원은 광원에 해당하고, 미러는 광학 미러에 해당한다. 전자파 부품은 광학 부품에 해당한다. 수신 장치는 광 수신 소자 어레이에 해당한다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 5 실시예에 관하여 설명한 바와 같이, 전자파는 전파일 수 있다. 전파가 밀리파(파장이 1mm 내지 1cm임), 밀리파의 파장보다 더 긴 파장을 갖는 마이크로파(파장이 1cm 내지 1Ocm임) 또는 극초단파(파장이 1Ocm 내지 1m임)일지라도, 마찬가지로 위치 계측이 실시될 수 있다. 이러한 경우에, 전자파 발신원은 전파 발신기에 해당하고, 전자파 부품은 전파 부품에 해당하고, 미러는 전파 미러에 해당하며, 수신 장치는 안테나 어레이에 해당한다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 위치 계측 시스템은 렌즈 시스템 및/또는 미러 시스템을 통과한 전자파로부터 링 형상의 전자파 집중 영역을 형성하고, 링 형상의 크기와 위치를 수신 장치에 의해 검출하며, 검출 정보에 의거하여 연산 장치에 의해 전자파 발신원의 3차원 위치를 고속 및 고정밀도로 계측한다. 렌즈 시스템 및/또는 미러 시스템의 구면 수차 때문에, 링 형상이 발신원의 거리 변화에 따라 변한다. 그러므로, 전자파 발신원의 3차원 위치는 계측될 수 있다. 또한, 복수의 전자파 발신원의 3차원 위치는 한 세트의 렌즈 시스템 및/또는 미러 시스템과 수신 장치에 의해 검출될 수 있다. 수신 장치에 의해 검출된 전자파 집중 영역은 링의 형상이고, 링 형상의 중공 영역은 디스크의 겹쳐짐과 달리 겹쳐지지 않는다. 그러므로, 다수의 링 이미지들은 쉽게 식별될 수 있다.
전자파의 파장은 300nm 내지 1m의 범위 내에 있다. 렌즈 시스템의 전자파 차폐부를 제외하고 제 1 렌즈면은 전자파용 입사창으로서, 예를 들어 링의 형상으로 형성될 수 있다. 렌즈 시스템에 의해 형성된 전자파 집중 영역은 예를 들어 링의 형상이다. 여기서, 링의 형상은 전체 링의 형상, 링의 일부의 형상 및 링의 변형된 형상을 포함하는 것으로 추정된다. 전자파를 투과시키고 다른 전자파 노이즈를 차단하는 전자파 투과 필터는 수신 장치의 전단에 배치될 수 있다.
렌즈 시스템은 제 1 렌즈면에 대향하는 제 2 렌즈면의 중심축으로부터 떨어진 위치에 배치된 제 1 미러면과, 제 2 렌즈면에 대향하는 전자파 차폐부의 위치에 배치된 제 2 미러면을 포함함으로써 형성될 수 있다. 제 1 렌즈면, 제 2 렌즈면 및 제 2 미러면의 각각은 볼록한 형상일 수 있고, 제 1 미러면은 오목한 형상일 수 있다.
전자파 집중 영역을 형성하기 위한 전자파 확산 부재는 렌즈 시스템의 다음 단계에 설치되고, 결상 렌즈 시스템은 수신 장치가 전자파 집중 영역을 검출할 수 있도록 전자파 확산 부재의 다음 단계에 배치될 수 있다. 전자파 발신원은 전자파 발생기에서 발생된 전자파를 반사시키는 부재 내에 형성될 수 있다. 또한, 전자파 발신원은 다수로 설치된다.
전자파는 광에 해당한다. 이러한 경우에, 전자파 발신원은 광원에 해당하고, 렌즈 시스템은 광학 렌즈 시스템에 해당하며, 수신 장치는 광 수신 소자 어레이이다. 결상 렌즈 시스템은 광학 렌즈 시스템과 광 수신 소자 어레이 사이에 배치될 수 있다. 전자파는 예를 들어 밀리파로부터 마이크로파 대역까지의 범위 내에 있는 전파에 해당한다. 이러한 경우에, 전자파 발신원은 전파 발신기에 해당하고, 렌즈 시스템은 전파 렌즈 시스템에 해당하며, 수신 장치는 안테나 어레이다. 안테나 어레이는 전파 렌즈 시스템의 제 2 렌즈면에 내장될 수 있다.
전자파 부품은, 미러에 의해 반사된 전자파의 진행 방향에 변화를 주어서 전자파 집중 영역을 수신 장치에 집중시키는 렌즈로서 구체화될 수 있다. 또한, 전자파 부품은 전자파를 미러에 투과시키고 전자파의 진행 방향에 변화를 주는 렌즈로서 구체화될 수 있으며, 따라서 전자파 집중 영역을 수신 장치에 집중시킨다. 이러한 경우에, 렌즈는 미러에 밀착되어 유지되면서 배치될 수 있다. 또한, 렌즈에는 전자파 발신원을 면하는 렌즈의 일부분에 설치되는 하프 미러가 제공될 수 있다.
렌즈는 전자파 발신원을 면하는 렌즈의 일부분에 평평한 표면을 갖는 평볼록 렌즈로서 구체화될 수 있다. 평볼록 렌즈에는 전자파 발신원을 면하는 평볼록 렌즈의 평평한 표면에 설치되는 하프 미러가 제공될 수 있다. 평볼록 표면의 볼록면은 미러에 밀착되어 유지되면서 배치될 수 있다. 또한, 평볼록 표면의 볼록면에는 전자파 집중 영역을 수신 장치 상에 형성시키기 위해서 미러로부터 나간 전자파를 반사시키는 미러를 설치할 수 있다.
전자파 부품은 전자파 집중 영역을 수신 장치 상에 형성시키기 위해서 미러로부터 나간 전자파를 반사시키는 미러로 구체화될 수 있다. 전자파 부품은 광원을 면하는 미러의 일부분에 배치된 하프 미러로서 구체화될 수 있다. 전자파는 예를 들어 광에 해당한다. 이러한 경우에, 전자파 발신원은 광원에 해당하고, 미러는 광학 미러에 해당하고, 전자파 부품은 광학 부품이며, 수신 장치는 광 수신 소자 어레이이다. 또한, 전자파는 밀리파 대역으로부터 마이크로파 대역까지의 범위 내에 있는 전파에 해당하고, 전자파 발신원은 전파 발신기에 해당하고, 전자파 부품은 전파 부품이고, 미러는 전파 미러에 해당하며, 수신 장치는 안테나 어레이다.
전자파 차폐부를 제외하고 제 1 렌즈면은 링의 형상으로 형성될 수 있다. 전자파 집중 영역은 링형인 제 1 렌즈면의 중간부의 부근을 통과하는 전자파로부터 링의 형상으로 형성될 수 있다. 전자파 강도의 최고점은 링형 전자파 집중 영역의 최외주부에 나타날 수 있다. 또한, 렌즈 시스템은 제 2 렌즈면의 중심축으로부터 떨어진 위치에 배치된 제 1 미러면과 전자파 차폐부의 제 2 렌즈면에 대향하는 위치에 배치된 제 2 미러면을 더 포함할 수 있다. 제 1 렌즈면, 제 2 렌즈면 및 제 2 미러면 각각은 볼록한 형상일 수 있고, 제 1 미러면은 오목한 형상일 수 있다. 제 1 렌즈면은 평평한 표면으로서 구체화될 수 있고, 제 2 렌즈면은 구면으로서 구체화될 수 있다. 전자파는 밀리파 또는 마이크로파의 대역에서 광 또는 전파이다. 본 발명은 전자파 발신원의 3차원 위치, 예를 들어 광원의 위치를 계측하는 위치 계측 시스템을 위해 이용될 수 있다. 본 발명은 소형 및 경량의 위치 계측 시스템이 가능하여 저비용으로 전자파 발신원의 위치를 간단하게 계측할 수 있다.
명세서, 청구항, 도면들 및 요약서를 포함하는 2004년 2월 20일자로 출원된 일본 특허공보 2004-045123호는 참조로 여기에 전체적으로 병합된다.
본 발명에 따르면, 전자파를 이용하여 간단하게 위치 계측을 할 수 있고 저비용이 가능한 소형 및 경량의 위치 계측 시스템이 설치될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 1 실시예를 도시하는 개념도.
도 2는 링형 입사창(3)을 구비하는 렌즈(2)의 일례를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 이미지(image) 센서(5) 상에 형성된 링 이미지를 도시하는 도면이고, 여기서, 도 3a는 광원이 렌즈 전단부로부터 1OOOmm 떨어진 광학축에 위치되는 경우에 형성된 링 이미지를 도시하며, 도 3b는 광원이 렌즈 전단부로부터 500mm 떨어진 광학축에 위치되는 경우에 형성된 링 이미지를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 광 링 이미지의 형성을 설명하는 도면이고, 여기서 도 4a는 렌즈(2)의 정면도이며, 도 4b는 광 링 이미지의 도면이다.
도 5는 광원의 위치가 광학축으로부터 크게 벗어나는 경우에 형성된 광 링 이미지의 일례를 도시하는 도면.
도 6은 광원, 렌즈 시스템, 및 광 링 이미지 간의 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 2 실시예를 도시하는 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 2 실시예의 변형을 도시하는 개념도.
도 9는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 3 실시예를 도시하는 개념도.
도 10은 도 9에서 도시된 2개의 광원들에 의해 형성된 광 링 이미지의 일례를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 4 실시예를 설명하기 위한 광 링 이미지의 다른 예를 도시하는 도면.
도 12a는 본 발명에 따른 위치 계측 시스템의 제 5 실시예를 도시하는 개념도이고, 도 12b는 안테나 어레이(array)의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 6 실시예를 도시하는 개념도.
도 14는 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 7 실시예를 도시하는 개념도.
도 15는 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 7 실시예의 제 1 변형을 도시하는 개념도.
도 16은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 7 실시예의 제 2 변형을 도시하는 개념도.
도 17은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 7 실시예의 제 3 변형을 도시하는 개념도.
도 l8은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 8 실시예를 도시하는 개념도.
도 19는 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 8 실시예의 제 1 변형을 도시하는 개념도.
도 20은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 8 실시예의 제 2 변형을 도시하는 개념도.
도 21은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 8 실시예의 제 3 변형을 도시하는 개념도.
도 22는 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 9 실시예를 도시하는 개념도.
도 23은 본 발명의 위치 계측 시스템의 제 10 실시예를 도시하는 개념도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: LED 광원 2: 렌즈
3: 링형 입사창 4: 렌즈 홀더
5: 이미지 센서 6: 이미지 센서 홀더
7: 연산 장치 8: 표시 장치
9: 적외선 투과 필터 20: 광 차폐부(light shield section)
21: 제 1 렌즈면(lens surface) 22: 제 1 미러면(mirror surface)
23: 제 2 미러면 24: 제 2 렌즈면

Claims (39)

  1. 전자파를 발신하는 전자파 발신원,
    제 1 렌즈면, 상기 제 1 렌즈면의 중심축 주변부에 설치된 전자파 차폐부, 및 제 2 렌즈면을 구비하여, 상기 전자파 발신원의 반대측에 전자파 집중 영역을 형성하도록 상기 전자파 차폐부를 제외하고 제 1 렌즈면으로부터 입사한 전자파를 나오게 하는 렌즈 시스템,
    상기 렌즈 시스템에 의해 형성된 전자파 집중 영역을 검출하는 수신 장치, 및
    전자파 집중 영역 상의 수신 장치에 의해 검출된 정보에 의거하여 전자파 발신원의 위치를 계측하는 연산 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자파의 파장이 300nm 내지 1m 이내인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 시스템의 전자파 차폐부를 제외하고 상기 제 1 렌즈면이 링의 형상인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 시스템에 의해 형성된 상기 전자파 집중 영역이 링의 형상인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 수신 장치의 전단에 배치되어 상기 전자파를 투과하도록 허용하고 다른 전자 노이즈를 차단하는 전자파 투과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 시스템이, 상기 제 1 렌즈면에 대향하는 상기 제 2 렌즈면의 중심축으로부터 떨어진 위치에 배치된 제 1 미러면(mirror surface)과,
    상기 제 2 렌즈면에 대향하는 상기 전자파 차폐부의 위치에 배치된 제 2 미러면을 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈면, 상기 제 2 렌즈면 및 상기 제 2 미러면의 각각은 볼록한 형상이고, 상기 제 1 미러면은 오목한 형상인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 시스템의 후방 위치에 설치되어 상기 전자파 집중 영역을 형성시키는 전자파 확산 부재와,
    상기 전자파 집중 영역을 상기 수신 장치에 의해 검출하도록 상기 전자파 확산 부재의 후방 위치에 결상 렌즈 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전자파 발신원이 전자파 발생기에 의해 발생한 전자파를 반사하는 부재인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 복수의 전자파 발신원들이 설치되는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전자파가 광(light)이고, 상기 전자파 발신원이 광원이고, 상기 렌즈 시스템이 광학 렌즈 시스템이며, 상기 수신 장치가 광 수신 소자 어레이인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광학 렌즈 시스템과 상기 광 수신 소자 어레이 사이에 결상 렌즈 시스템이 설치되는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전자파가 밀리파 또는 마이크로파 대역의 전파이고, 상기 전자파 발신원이 전파 발신기이고, 상기 렌즈 시스템이 전파 렌즈 시스템이며, 상기 수신 장치가 안테나 어레이인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 안테나 어레이가 상기 전파 렌즈 시스템의 제 2 렌즈면에 내장된 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  15. 전자파를 발신하는 전자파 발신원,
    전자파 집중 영역을 형성하도록 상기 전자파를 반사시키는 미러,
    상기 전자파 발신원과 상기 미러 사이에 배치되어 상기 전자파의 방향에 변화를 주는 전자파 부품,
    상기 미러에 의해 형성된 전자파 집중 영역을 검출하는 수신 장치, 및
    상기 전자파 집중 영역 상의 상기 수신 장치에 의해 검출된 정보에 의거하여 상기 전자파 발신원의 위치를 계측하는 연산 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전자파 부품이 미러에 의해 반사된 전자파의 방향에 변화를 주어서 전자파 집중 영역을 수신 장치 상에 집중시키는 렌즈인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 전자파 부품이, 전자파를 미러에 전달시키고, 전자파 집중 영역을 수신 장치 상에 집중시키기 위해서 전자파의 방향에 변화를 주는 렌즈인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 렌즈가 상기 미러에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 렌즈가 전자파 발신원에 면하는 일부분에 설치된 하프 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 렌즈가 전자파 발신원에 면하는 일부분에 설치된 하프 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 렌즈가 전자파 발신원에 면하는 일부분에 평평한 면을 가지는 평볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 평볼록 렌즈가 전자파 발신원에 면하는 평평한 표면에 설치된 하프 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 평볼록 렌즈가 볼록면의 중심축의 근방에 오목한 렌즈면을 갖는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 평볼록 렌즈의 볼록면이 상기 미러에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 평볼록 렌즈의 볼록면이 상기 미러에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 평볼록 렌즈의 볼록면이, 전자파 집중 영역을 수신 장치 상에 형성시키도록 미러로부터 전자파를 반사시키는 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  27. 제 15 항에 있어서, 상기 전자파 부품이, 수신 장치 상에 전자파 집중 영역을 형성시키도록 미러로부터 전자파를 반사시키는 미러인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  28. 제 15 항에 있어서, 상기 전자파 부품이 광원을 면하는 미러의 일부분에 배치된 하프 미러인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  29. 제 15 항에 있어서, 상기 전자파가 광이고, 상기 전자파 발신원이 광원이고, 상기 미러가 광학 미러이고, 상기 전자파 부품이 광학 부품이며, 상기 수신 장치가 광 수신 소자 어레이인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  30. 제 15 항에 있어서, 상기 전자파가 밀리파 또는 마이크로파 대역의 전파이고, 상기 전자파 발신원이 전파 발신기이고, 상기 전자파 부품이 전파 부품이고, 미러가 전파 미러이며, 상기 수신 장치가 안테나 어레이인 것을 특징으로 하는 위치 계측 시스템.
  31. 제 1 렌즈면,
    상기 제 1 렌즈면의 중심축 주변부에 설치된 전자파 차폐부, 및
    제 2 렌즈면을 포함하고,
    상기 전자파 차폐부를 제외하고 상기 제 1 렌즈면을 거쳐 입사한 전자파가 전자파 집중 영역을 형성하기 위해서 상기 제 2 렌즈면으로부터 나가게 되는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 전자파 차폐부를 제외하고 상기 제 1 렌즈면이 링의 형상인 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 전자파 집중 영역이 링의 형상인 상기 제 1 렌즈면의 중간부 부근을 통과한 전자파에 의해 링의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서, 전자파 강도의 최고점이 상기 전자파 집중 영역의 최외주부에 나타나는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  35. 제 31 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈면의 중심축으로부터 떨어진 위치에 배치된 제 1 미러면과,
    상기 전자파 차폐부의 상기 제 2 렌즈면에 대향하는 위치에 배치된 제 2 미러면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈면, 상기 제 2 렌즈면 및 상기 제 2 미러면의 각각이 볼록한 형상이고, 상기 제 1 미러면은 오목한 형상인 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  37. 제 31 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈면이 평평한 표면이고, 상기 제 2 렌즈면이 구면인 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  38. 제 31 항에 있어서, 상기 전자파가 광인 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  39. 제 31 항에 있어서, 상기 전자파가 밀리파 또는 마이크로파 대역의 전파인 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
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