KR20080031071A

KR20080031071A - 물체 감지 시스템

Info

Publication number: KR20080031071A
Application number: KR1020060097157A
Authority: KR
Inventors: 이제선
Original assignee: 이제선
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-04-08
Also published as: KR100829158B1

Abstract

본 발명은 레이져의 쉬트 빔을 이용하여 레이져가 조사되는 영역 전체내의 물체의 유무, 물체의 형태, 속도를 감지하도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 특징적인 구성은 쉬트 빔(sheet beam) 레이져를 발광시키고, 물체로부터 반사되는 쉬트 빔을 수광하여 상기 물체의 위치를 감지하는 물체 감지 시스템에 있어서: 점광원의 레이져를 조사영역내에 연속적인 선(line) 형상의 쉬트 빔으로 변환시켜 발광시키는 쉬트 빔 발광장치; 상기 쉬트 빔 발광장치로부터 발광되는 쉬트 빔의 조사영역에 존재하는 상기 물체로부터 반사되는 반사 쉬트 빔을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하고, 상기 반사 쉬트 빔이 반사된 상기 조사영역의 영역정보를 발생하여 출력시키는 수광장치; 상기 쉬트 빔의 발광장치로부터 상기 쉬트 빔의 발광시점과 상기 수광장치에 수광되는 상기 반사 쉬트 빔의 수광시점을 입력받아 상기 발광시점과 상기 수광시점의 차이(time of fright)를 산출하고, 상기 차이와 광속(C = 3 ×10⁸m/s)에 의하여 상기 물체와 상기 시스템간의 거리를 산출하는 산출모듈; 상기 수광장치와 상기 쉬트 빔 발광장치를 제어하고, 상기 수광장치에서 출력되는 상기 영역정보와 상기 산출모듈에서 출력되는 거리를 입력받아 출력부에 상기 물체의 위치를 표시부에 표시하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 것이다.

레이져, 쉬트 빔, 실린드리컬 렌즈, 점 광원, 디스크 셔터

Description

물체 감지 시스템{sensing system for object}

도 1은 본 발명의 제1실시예의 레이져 쉬트 빔의 발광장치와 수광장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예의 물체 감지과정을 설명하기 위한 모식도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예의 시스템의 블록도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예의 모니터에 표시되는 영상의 한 예를 도시한다.

도 5는 본 발명의 제2실시예의 수광장치의 구성도이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에서 쉬트 빔이 반사체에 의하여 전부 반사될 때 광경로를 설명하는 구성도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에서 물체의 감지원리를 설명하기 위한 구성도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예의 회로 블록도이다.

도 9는 도 8의 산출모듈에서 반사체의 위치좌표를 산출하는 방법을 설명하기 위한 표이다.

본 발명은 레이져 쉬트 빔(LASER sheet beam)을 이용하여 전방의 물체를 감지하는 감지시스템에 관한 것이다.

통상 레이져는 점광원으로 반사체에 펄스 레이져를 조사하고, 반사체에서 반사된 레이져를 수광하여 반사체로 반사된 레이져가 되돌아 오는 시간(time of fright)을 측정하여 반사체가 레이져 광원으로부터 이격된 거리를 측정하는 데에 많이 사용하고 있다.

도로상에서 주행하는 차량의 속도를 측정하기 위해서는 차량이 통과하는 도로상의 두점에 레이져를 조사하고, 레이져가 되돌아오는 시간 이용하여 차량의 속도를 측정하였다.

특허 제10-062109호의 "레이저를 이용한 교통정보 수집장치"는 하나의 레이져를 이용하여 두 개의 분리된 광선을 얻기 위하여 웨지 프리즘(wedge prism)을 사용하고 있으나, 여러 개의 차선을 한번에 감지할 수 없고, 웨지 프리즘에 의해서 분리된 광선수에 해당하는 차선을 감시할 수 있으며, 분리된 광선수가 많게 되면 광학계가 복잡해지는 문제점을 갖고 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 레이져의 쉬트 빔을 이용하여 레이져가 조사되는 영역 전체내의 물체의 유무, 물체의 형태, 속도를 감지하도록 하기 위한 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 쉬트 빔(sheet beam) 레이져를 발광 시키고, 물체로부터 반사되는 쉬트 빔을 수광하여 상기 물체의 위치를 감지하는 물체 감지 시스템에 있어서: 점광원의 레이져를 조사영역내에 연속적인 선(line) 형상의 쉬트 빔으로 변환시켜 발광시키는 쉬트 빔 발광장치; 상기 쉬트 빔 발광장치로부터 발광되는 쉬트 빔의 조사영역에 존재하는 상기 물체로부터 반사되는 반사 쉬트 빔을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하고, 상기 반사 쉬트 빔이 반사된 상기 조사영역의 영역정보를 발생하여 출력시키는 수광장치; 상기 쉬트 빔의 발광장치로부터 상기 쉬트 빔의 발광시점과 상기 수광장치에 수광되는 상기 반사 쉬트 빔의 수광시점을 입력받아 상기 발광시점과 상기 수광시점의 차이(time of fright)를 산출하고, 상기 차이와 광속(C = 3 ×10⁸m/s)에 의하여 상기 물체와 상기 시스템간의 거리를 산출하는 산출모듈; 상기 수광장치와 상기 쉬트 빔 발광장치를 제어하고, 상기 수광장치에서 출력되는 상기 영역정보와 상기 산출모듈에서 출력되는 거리를 입력받아 출력부에 상기 물체의 위치를 표시부에 표시하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 수광장치는 단위수 만큼의 광전변환소자들이 직접되어 복수개의 영역으로 선상으로 배치되고, 상기 광전변환소자들의 각 영역은 상기 쉬트 빔이 조사되는 조사영역의 분할된 각 영역들과 1대1로 매칭되고, 상기 광전변환소자들의 각 분할된 영역에 상기 반사된 쉬트 빔이 입사되어 광전변환될 때, 광전변환되는 상기 광전변환소자와 매칭된 상기 조사영역의 영역정보를 출력시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 쉬트 빔 발광장치는 점광원의 레이져를 평행광으로 변환시키는 평행광으로 변환시키는 볼록렌즈와, 상기 볼복렌즈를 통과한 평행광을 연속적인 선 광원인 쉬트 빔으로 변환시키는 제1 실린드리컬 렌즈를 포함하며, 상기 수광장치는 상기 반사 쉬트 빔을 점광원으로 변환시키는 제2 실린드리컬 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 제어모듈은 상기 쉬트 빔 발광장치가 주기를 갖는 펄스 동작을 하도록 하며, 상기 산출장치는 한 주기 동안에 상기 물체의 거리의 변화를 산출하도록 하며, 상기 거리의 변화와 상기 주기에 의하여 물체의 속도를 산출하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 수광장치는 상기 반사된 쉬트 빔중 상기 조사영역을 다수의 영역으로 분할 할 때, 임의의 순간에 분할된 영역중 특정 영역에서 반사된 쉬트 빔만이 통과하도록 개구부가 형성된 디스크; 상기 디스크를 회전시키는 모터; 입사되는 빛을 전기신호로 변환시키는 광전변환소자; 상기 디스크를 통과하는 상기 반사된 쉬트 빔을 점광원으로 변환하여 상기 광전변환소자에 입사하는 실린드리컬 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 특징은 쉬트 빔(sheet beam) 레이져를 발광시키고, 물체로부터 반사되는 쉬트 빔을 수광하여 상기 물체의 위치를 감지하는 물체 감지 시스템에 있어서: 점광원의 레이져를 조사영역내에 연속적인 선(line) 형상의 쉬트 빔으로 변환시켜 발광시키는 쉬트 빔 발광장치; 상기 쉬트 빔 발광장치로부터 발광되는 쉬트 빔의 조사영역을 복수개의 조사영역으로 분할 할 때, 복수개의 분할된 조사영역의 각각과 1:1로 매칭(matching)되는 개구영역이 형성된 개구부를 갖고, 외주면에 분할된 개구영역의 수만큼 관통공들이 형성되며 등속도로 회전할 때 임의의 순간에 상기 분할된 조사영역중 특정의 분할된 조사영역으로 반사되는 반사 쉬트 빔이 상기 1:1로 매칭된 개구영역만을 통과하는 디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되어 관통공들의 통과를 감지하는 엔코더를 구비하는 디스크 셔터; 상기 엔코더의 감지신호에 의하여 카운트되는 카운터; 상기 디스크 셔터를 통과하는 상기 반사 쉬트 빔을 점 광원으로 형성하는 실린드리컬 렌즈; 상기 실린드리컬 렌즈를 통과한 점광원을 전기신호로 변환하는 광전변환소자; 상기 쉬트 빔의 발광장치로부터 상기 쉬트 빔의 발광시점과 상기 광전변환소자의 전기신호의 발생시점의 차이를 산출하고, 상기 발광시점과 상기 전기적 신호의 발생시점의 차이와 광속(C = 3 ×10⁸m/s)에 의하여 상기 물체와 상기 시스템간의 거리를 산출하는 산출모듈; 상기 디스크 셔터와 상기 쉬트 빔 발광장치를 제어하고, 상기 카운터로부터 입력되는 카운트에 의하여 상기 임의의 순간에 상기 광전변환소자에 입력되는 반사 쉬트 빔을 통과시키는 개구영역을 검출하고, 상기 개구영역과 1:1 매칭되는 분할된 조사영역을 검출하고, 상기 산출모듈에서 산출되는 물체의 거리와 상기 검출된 분할된 조사영역으로부터 상기 물체의 위치를 표시부에 표시하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 디스크의 개구부는 중심으로부터 반지름

인 시점으로부터 시작하여 반경이 점차 증가하여 상기 중심을 일회전하여 반지름이

( 〉

)에서 종점을 이루며, 상기 복수개의 관통공들과 상기 디스크의 중심과의 가상선으로 연결할 때, 상기 관통공들의 간격은 대응되는 가상선들과 개구부가 만나는 반지름들에 비례하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 제어모듈은 상기 카운터가 상기 관통공들 전체의 개수를 카운트 할 때, 상기 카운터를 리셋시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 카운터가 카운트되는 주기는 동일하며, 상기 산출모듈은 상기 주기 동안에 상기 물체의 거리의 변화에 의하여 물체의 이동속도를 산출하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

제1실시예에서 쉬트 빔 발광장치(10)는 발광부(1)에서 발산된 점광원 형태의 레이져를 연속적인 쉬트 빔(sheet beam)(5)으로 만들어 반사체(4)에서 입사시키고, 반사체(4)에서 반사된 레이져 쉬트 빔(5)은 수광장치(9)에서 다수개로 분할된 CCD, 포토 다이오드 어레이(photo diode array)와 같은 광전변환소자(7)에 입사되어 광량에 비례한 전기적신호로 변환된다.

쉬트 빔 발광장치(10)는 레이져 구동신호에 의하여 구동되어 레이져를 조사시키는 발광부(1)와 발광부(1)에서 조사된 레이져를 평행광으로 변환시키는 볼록렌즈(2)와 볼록렌즈(2)를 통과한 평행광을 일방향으로 연속되게 형성되는 쉬트 빔(5)으로 변환시키는 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)(3)로 이루어진다.

수광장치(9)는 반사체(4)에서 반사된 쉬트 빔(5)을 수렴시키는 볼록렌즈(3)와, 볼록렌즈(3)를 통하여 입사되는 레이져를 전기신호로 변환시키는 광전변환수단(7)과, 광전변환수단(7)을 제어하는 광전변환수단 제어부(8)로 이루어진다.

광전변환수단(7)은 복수개의 영역, 예를 들어 3개의 영역 a', b', c'로 분할된다. 이때, 각 영역 a', b', c'에는 영역의 크기에 따라 하나의 광전변환소자가 설치될 수 있으며, 다수 개의 광전변환소자가 어레이 형태로 배치될 수 있다. 각 영역 a', b', c'에 입력되는 광에 의하여 변환되는 광전신호는 각각 분리되어 광전변환소자 제어부(8)에 입력되고, 광전변환소자 제어부(8)는 광전변환수단(7)의 각 영역으로부터 입력되는 전기신호와 전기신호가 발생된 영역정보를 외부로 출력한다.

또한, 쉬트 빔(5)은 반사체(4)의 영역a, b, c에 연속적인 광으로 입사되지만, 영역a에서 반사된 쉬트 빔은 광전변환수단(7)의 영역a'에 입사되게 되고, 영역b에서 반사된 쉬트 빔은 영역b'에 입사되게 되고, 영역c에서 반사된 쉬트 빔은 영역c'에 입사되게 된다. 이와 같이 광전변환수단(7)의 각 영역에 입사되는 광량은 광전변환수단(7)의 각각의 영역에 대응되는 반사체(4)의 각각의 영역에서 반사되는 광량에 비례하기 때문에, 광전변환수단(7)의 각 영역에 입사되는 광량에 의하여 반사체(4)로부터 반사되는 영역을 알 수 있다.

쉬트 빔 발광장치(10)로부터 도 1에 도시된 바와 같은 쉬트 빔이 조사될 때, 영역a부분에 반사체(11)가 놓여지고, 영역b, 영역c 부분에 반사체가 존재하지 않는 다면, 영역a 부분에서 반사된 반사 쉬트 빔은 광전변환수단(7)의 영역a'에 입사되게 되어 전기적 신호로 변환되어 광전변환소자 제어부(8)에 입력되고, 광전변환소자 제어부(8)는 광전신호와 함께 광전변환수단(7)의 영역정보, 즉 a'에서 발생된 광전신호임을 외부로 출력한다. 또한, 영역b, c 부분에서는 반사가 발생되지 않기 때문에 광전변환수단(7)의 영역b', c'에 수광되는 레이져가 존재하지 않게 되어 영역b', c'에서는 광전신호를 발생시키지 않는다.

따라서, 감지 시스템은 광전변환수단(7)의 특정 영역에 레이져의 쉬트 빔이 수광되면 물체의 존재와 물체의 위치를 알 수 있고, 시스템이 레이져가 조사된 시점과 반사체(11)에 의하여 반사된 레이져가 광전변환수단(7)에 수광되는 시점을 알 게 되면 시점 차이에 광속을 곱하면 레이져의 광경로 길이가 산출되게 되고, 광경로 길이의 1/2이 시스템과 반사체(11)와의 거리가 된다. 또한, 일정 주기마다 쉬트 빔 발광장치(10)에서 쉬트 빔을 발광시키고, 반사체(11)의 거리의 변화를 측정하여 거리를 주기로 나누게 되면 반사체의 이동속력이 산출되게 된다.

도 3은 본 발명의 제1실시예의 시스템의 블록도이다.

쉬트 빔 발광장치(10)로부터 발광된 쉬트 빔은 반사체에서 반사되고, 반사된 쉬트 빔은 수광장치(9)에 입사되어 광전신호로 변환되고, 광전신호는 수광장치(9)의 광전변환수단(7)의 쉬트 빔이 수광된 영역정보와 함께 산출모듈(12)에 입력된다. 또한, 제어모듈(14)은 레이져 드라이브(13)에 구동신호를 출력하고, 레이져 드라이브(13)는 쉬트 빔 발광장치(10)를 구동시켜 쉬트 빔을 발광시킨다.

산출모듈(12)은 입력되는 광전신호를 디지털화하고, 광전변환수단(7)의 각 영역별 디지털화된 광전신호의 값을 산출하여 반사체인 물체가 위치하는 방향, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 a, b, c 방향을 산출한다. 또한, 산출모듈(12)은 제어모듈(14)에서 입력되는 수광장치(10)로부터 쉬트 빔의 발광시점과 수광장치(9)로부터 입력되는 쉬트 빔의 수광시점을 비교하여 시간차를 산출하고, 시간차에 의하여 물체와 시스템과의 거리를 산출한다. 일정 시간 경과 후에 쉬트 빔 발광장치(10)로부터 쉬트 빔을 발광시킨 후 물체로부터 반사되는 쉬트 빔을 수광장치(9)에서 수광하여 동일한 방법으로 반사 물체와 시스템과의 거리를 재산출하고, 처음 거리와 재산출된 거리의 차를 경과된 시간으로 나눔으로써 물체의 속력을 구한다.

또한, 제어모듈(14)에는 모니터(15)가 연결되고, 산출모듈(12)로부터 산출된 다양한 값들을 시각화한다. 이때, 제어모듈(14)에는 광전변환소자의 영역과 이에 일치하는 모니터의 표시영역에 대한 좌표정보를 보유하고 있어 산출모듈(12)에서 입력되는 광전변환소자의 쉬트 빔이 입력되는 영역에 일치하는 모니터의 좌표에 반사체의 존재표시를 한다.

제어모듈(14)에서 도 2에 도시된 바와 같은 광전변환수단의 a영역, b영역, c영역과 모니터(15)의 a, b, c 방향 좌표가 일치하도록 설정되어 있는 경우에 도 4에 도시된 영상은 도 2의 a영역, 즉 a 방향을 의미하고, 60m 거리에 물체가 50Km/h로 이동중임을 나타낸다. 도 4는 광전변환수단의 영역을 단순히 3개의 영역으로 분할하여 도시한 것이지만 광전변환소자의 영역을 세분화한다면 물체가 존재하는 정확한 방향과 물체의 형상을 표시할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예의 수광장치의 구성도이다.

제1실시예가 물체의 위치를 정확히 감지하기 위하여 광전변환수단의 영역을 세분화하여야 하고, 광전변환수단의 영역을 세분화시키기 위해서 많은 수의 광전변환소자가 설치되어야 한다. 제2실시예는 반사체에서 반사된 쉬트 빔을 나선형의 개구부와 개구부의 위치정보가 인식되는 디스크 셔터(disk shutter)를 사용하고, 개구부를 통과한 쉬트 빔을 실린드리컬 렌즈를 사용하여 하나의 광전변환소자에 입사되도록 하여, 광전변환소자를 하나만 사용할 수 있도록 한 것이다.

도 5에서 광경로는 시스템과 일정거리 이격된 반사체에 의하여 쉬트 빔 발광장치에 의하여 발광된 쉬트 빔 전체가 반사될 때, 디스크 셔터(16)가 없는 것을 전제로 하여 도시한 것이다. 디스크 셔터(16)가 없을 때 볼록렌즈(17)에 의하여 수렴된 쉬트 빔은 실린드리컬 렌즈(18)를 통과하여 하나의 점광원으로 형성되고, 점광원이 형성되는 위치에 광전변환소자(19)가 설치된다. 광전변환소자(19)에 입사되는 광원은 점광원이기 때문에 하나의 광전변환소자(19)를 사용하여 광전변환시키지만 점광원이 입사되기 때문에 쉬트 빔이 입사되는 일부 영역에만 반사체가 존재할 때 광전변환소자(19)에서는 반사체의 영역에 대한 위치정보를 얻을 수 없다. 즉, 어느 부분에서 반사된 쉬트 빔인 지를 파악할 수 없다.

반사체의 위치정보를 얻기 위해서 특정 순간에 특정 영역의 반사체에서 반사된 쉬트 빔만이 통과하도록 디스크 셔터(16)를 설치하여 광전변환소자(19)에 입사된 쉬트 빔의 반사체의 위치정보를 획득하도록 한다. 즉, 디스크 셔터(16)는 지정된 시간에 반사체의 특정영역에서 입사되는 쉬트 빔만이 디스크 셔터(16)를 통과하 여 광전변환소자(19)에서 광전변환되도록 함으로써 반사체의 위치정보를 알 수 있도록 한다.

디스크 셔터(16)는 중심에 모터(20)의 회전축이 설치되어 회전되며, 디스크는 원판상으로 형성되며, 디스크(21)의 중심으로부터 반경(ra) 지점에 시점을 갖고, 시점으로부터 점차 반경이 커지면서 반경(rb)에서 종점을 갖으며, 디스크 셔터(16)의 디스크(21) 내부를 일주하는 나선형 개구부(22)가 형성된다.

또한, 디스크(21)의 외주면을 따라 위치 확인용 관통공들이 형성되어 있으며, 관통공들에 빛을 통과시켜 관통공을 감지하여 디스크(21)의 회전위치를 감지하는 엔코더(23)가 설치된다.

이때 관통공들간의 이격 거리는 관통공들과 중심을 연결할 때, 중심과 개구부 사이의 반지름에 비례하도록 한다. 예시적으로 개구부 종점의 반경이 rb이고, 개구부 종점을 외주면에 투영한 위치의 관통공을 ①, 관통공①에 인접된 관통공이 순차적으로 ②, ③, ④라 할 때, 각각의 관통공과 중심을 연결할 때, 디스크 중심과 관통공을 연결할 때, 디스크 중심으로부터 개구부까지의 반경은 rc, rd, re이다. 이때, 관통공①, ②의 거리: 관통공②, ③의 거리: 관통공③, ④의 거리 = rb: rc:rd 가 성립하도록 하여 등속도로 디스크(21)를 회전시킬 때, 인코더에서 인식되는 관통공들간의 감지시간의 간격은 동일하게 되며, 개구부를 관통공들과 중심을 연결하는 선으로 둘러쌓이는 영역들로 분할 할 때, 쉬트 빔 발광부에서 발광된 쉬트 빔 전체가 반사체에 의하여 반사되어 반사된 쉬트 빔 전체가 디스크(21)의 개구부를 통과하게 될 때, 엔코더(23)가 관통공들을 감지하는 시간간격동안에 동일한 광량이 광전변환수단(19)에 수광되게 된다.

반사체(19)에서 쉬트 빔 발광장치로부터 발광된 쉬트 빔이 반사될 때, 반사체(19)의 반사영역을 a, b, c, d,…, n의 영역으로 분할하고, 디스크를 등속도로 회전시킬 때, 제1주기인 관통공①, ②이 엔코더(23)를 통과하는 시간동안 a영역에서 반사된 쉬트 빔이 디스크(21)의 관통공①, ② 사이의 개구부를 통과하도록 디스크를 설치하면, 관통공①, ②에 대응되는 개구부를 통과한 쉬트 빔이 실린드리컬 렌즈(18)의 영역a'에 입사되게 되고, 영역a'에 입사된 쉬트 빔은 실린드리컬 렌즈(18)에 의하여 점광원으로 형성되어 광전변환소자(19)에 입사되게 되어 전기적 신호로 변환된다.

다음 제2주기인 관통공②, ③이 엔코더(23)을 통과하는 시간동안 b영역으로부터 반사된 쉬트 빔은 관통공②, ③에 대응되는 개구부를 통과하여 실린드리컬 렌즈(18)의 b'영역에 입사되고, 실린드리컬 렌즈(18)에 입사되어 광전변환소자(19)에 입사되게 된다.

이와 같이 각 주기별로 반사체(19)의 a, b, c, … , n 영역으로 반사된 쉬트 빔은 순차적으로 디스크(21)의 개구부를 통과하여 실린드리컬 렌즈(18)의 각 대응영역인 a', b', c' …,n'에 입사되고, 광전변환소자(19)에 입사된다.

또한, 엔코더(23)는 관통공을 감지할 수 있어 관통공들을 통과하는 각 주기를 감지할 수 있으며, 각 주기에 의하여 광전변환소자(19)에 입력되어 변환되는 전 기신호가 반사체의 어느 영역으로부터 반사되는 쉬트 빔임을 알 수 있다.

또한, 엔코더(23)가 디스크에 형성된 전체 관통공들을 감지할 때, 디스크(21)가 일회전한 것을 감지할 수 있다.

쉬트 빔 발광장치로부터 발광되는 연속 분포되는 쉬트 빔이 시스템으로부터 일정거리 이격된 곳을 통과하는 쉬트 빔의 영역을 a, b, c, d,…, n으로 분할하고, a, c 영역에만 물체가 존재하고, 다른 영역에는 물체가 존재하지 않는 경우에, 등속도로 회전하는 디스크(21)의 관통공①, ②이 엔코더(23)를 통과하는 제1주기동안에 a영역에 있는 물체로부터 반사된 쉬트 빔이 관통공①, ②에 대응되는 개구부를 통과하도록 설치하면, a영역의 물체로부터 반사된 슬릿광은 광전변환소자(19)에 입력되어 전기신호를 발생시킨다. 그러나, 제2주기인 엔코더(23)에 관통공②, ③이 통과하는 시간동안에 반사되는 쉬트 빔은 반사지점에 물체가 존재하지 않기 때문에 디스크의 개구부를 통과하는 반사 쉬트 빔이 존재하지 않기 때문에 광전변환소자(19)에 발생되는 광전신호가 존재하지 않는다. 그러나, 제3주기, 즉 관통공③, ④이 엔코더(23)를 통과하는 시간동안에 c영역의 물체로부터 반사된 쉬트 빔이 광전변환소자(19)에 입력되어 광전신호를 발생시킨다. 결국 a, c 영역을 제외한 다른 영역에 물체가 존재하지 않기 때문에 제1주기와 제3주기에서만 광전신호가 발생된다. 또한, 시스템 내부에서 제1주기와 제3주기는 엔코더(23)의 전기신호에 의하여 a, c 반사영역에서 반사된 것을 의미하므로 반사체인 물체가 a, c 영역에 존재함을 시스템은 감지할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2실시예의 회로 블록도이다.

제어모듈(28)은 제어모듈(28)에 연결된 각 장치들을 입력부(31)의 입력신호에 따라서 제어를 하게 되고, 모니터(29)와 스피커(30)를 통해 외부로 결과를 출력한다. 제어모듈(28)은 레이져 드라이브(13)를 제어하여 발광장치(10)에서 쉬트 빔이 발광되도록 한다. 또한, 제어모듈(24)은 모터 구동부(24)를 제어하여 디스크(21)를 회전시킨다. 디스크(21)가 회전되게 되면 엔코더(23)는 디스크(21)의 외주면에 형성된 관통공들의 통과를 검출하게 되고, 관통공이 한개씩 통과할 때마다 카운터(27)에 전기적 신호를 공급하게 된다. 카운터는 전기적 신호가 공급되는 시간차를 하나의 주기로 하여 전체 관통공들의 수(n)에서 하나의 주기마다 카운팅을 하게되고, 카운팅된 주기를 산출모듈(26)과 제어모듈(28)에 전송된다. 제어모듈(28)은 카운터(27)의 카운트가 Tn으로 최종 카운트에 이르게 되면 디스크(21)가 1회전한 것을 인식하고, 카운터(27)를 리셋(reset)시키며, 이러한 과정을 반복하게 된다.

디스크(21)의 개구부를 통과한 쉬트 빔은 광전변환소자(19)에 입사되어 전기적 신호로 변환되어 제어모듈(28)과 산출모듈(26)에 전송된다.

산출모듈(26)은 레이져 드라이브(13)에서 쉬트 빔 발광장치(10)가 쉬트 빔을 발광하도록 구동신호를 입력받고, 반사체로부터 반사된 쉬트 빔이 광전변환소자(19)에 입력되어 전기신호로 변환될 때, 변환된 전기신호를 입력받아 이들 입력신호의 시간차를 산출하고, 시간차에 광속을 곱하여 쉬트 빔의 광경로의 길이를 산 출하여 2로 나누어 반사체와 시스템간의 거리를 한다. 또한, 카운터(27)에서 발생되는 카운트를 입력받아 광전변환소자(19)에서 입력되는 쉬트 빔이 어느 영역에 존재하는 반사체로부터 반사되는 지를 검출한다.

디스크(21)가 회전할 때, ①의 관통공부터 ⓝ의 관통공까지 순차적으로 엔코더(23)를 통과하게 되며, 관통공이 통과할 때 마다 카운터는 주기를 한 주기씩 업하게 된다. 또한 관통공①와 디스크 중심을 연결한 선과 관통공②와 디스크 중심을 연결한 선 사이의 개구부 면적을 S1, 관통공②와 디스크 중심을 연결한 선과 관통공③와 디스크 중심을 연결한 선 사이의 개구부 면적을 S2과 같이 순차적으로 개구부 정의하면, 각각의 개구부 면적은 도시된 바와 같이 쉬트 빔 발광장치로부터 발광되는 쉬트 빔의 각각의 영역과 레이져 광원(100)과 연결하는 방향각

,

…

과 도시된 바와 같이 일치되게 된다. 즉, 산출모듈(26)에 주기 T1의 전기신호는 쉬트 빔의 전체 영역중에 방향각

의 반사체가 존재하기 때문에 쉬트 빔이 반사체로부터 반사체로부터 반사되어 광전변환소자(19)에 입사된 것을 의미한다. 산출모듈(26)에 주기 T1에서 광전변환소자(19)로부터 전기 신호가 입력되면, 산출모듈(26)은 쉬트 빔이 발광되는 전체 영역중에 방향각

에 반사체가 존재하는 것으로 인식하게 된다. 만일 주기 T2에서 광전변환소자(19)로부터 전기 신호가 입력되지 않으면 방향각

에는 반사체가 존재하지 않는 것으로 인식하게 된다. 또한, 산 출모듈(26)은 쉬트 빔 발광장치(10)로부터 발광된 시점과 광전변환소자(19)에서 수광된 시점에 의하여 전술한 바와 같이 반사체가 시스템으로부터 이격된 거리(L1 또는 L2)를 산출하기 때문에, 반사체가 놓여진 거리와 방향각을 산출하기 때문에 물체의 위치를 산출할 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 제어모듈(28)에는 모니터(29)가 연결되어 있어 반사체의 위치를 산출모듈(26)로부터 모니터(29)에 표시한다. 또한, 산출모듈(26)에서 반사체가 연속된 여러 방향각에서 검출될 때 모니터 상에 반사체의 크기와 형태를 식별할 수 있다.

또한, 산출모듈(26)은 레이져 드라이브(13)에서 주기적으로 공급되는 쉬트 빔 발광장치를 구동시키는 구동신호를 공급받고, 반사체로부터 반사되어 광전변환소자(19)에 전기적 신호로 변환된 수광신호를 신호를 입력받아 한 주기간의 거리차이의 변화를 산출하여 반사체의 이동속도를 산출할 수 있다.

상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면,

(1) 연속적인 쉬트 빔을 감시 영역내에 조사시켜 감시영역의 전체에 분포되는 물체를 감지할 수 있다.

(2) 하나의 레이져 광원으로 연속적인 쉬트 빔을 간단히 생성할 수 있어 시스템을 단순화시켜 제조원가를 낮출 수 있다.

(3) 연속적인 쉬트 빔이 반사되는 반사체의 형태를 감지할 수 있다.

(4) 연속적인 쉬트 빔이 반사되는 반사체의 속도를 감지할 수 있다.

(5) 반사체를 모니터 상에 표시하여 감지된 물체의 위치 및 이동속도를 시각적으로 감지할 수 있도록 할 수 있다.

(6) 반사되는 연속 쉬트 빔을 디스크 셔터를 사용하여 하나의 광전변환소자를 사용함으로써 시스템을 더욱 단순화시킬 수 있어 제조, 수리비용을 저렴하게 할 수 있다.

Claims

쉬트 빔(sheet beam) 레이져를 발광시키고, 물체로부터 반사되는 쉬트 빔을 수광하여 상기 물체의 위치를 감지하는 물체 감지 시스템에 있어서:

점광원의 레이져를 조사영역내에 연속적인 선(line) 형상의 쉬트 빔으로 변환시켜 발광시키는 쉬트 빔 발광장치;

상기 쉬트 빔 발광장치로부터 발광되는 쉬트 빔의 조사영역에 존재하는 상기 물체로부터 반사되는 반사 쉬트 빔을 수광하여 전기적 신호로 변환하여 출력하고, 상기 반사 쉬트 빔이 반사된 상기 조사영역의 영역정보를 발생하여 출력시키는 수광장치;

상기 쉬트 빔의 발광장치로부터 상기 쉬트 빔의 발광시점과 상기 수광장치에 수광되는 상기 반사 쉬트 빔의 수광시점을 입력받아 상기 발광시점과 상기 수광시점의 차이(time of fright)를 산출하고, 상기 차이와 광속(C = 3 ×10⁸m/s)에 의하여 상기 물체와 상기 시스템간의 거리를 산출하는 산출모듈;

상기 수광장치와 상기 쉬트 빔 발광장치를 제어하고, 상기 수광장치에서 출력되는 상기 영역정보와 상기 산출모듈에서 출력되는 거리를 입력받아 출력부에 상기 물체의 위치를 표시부에 표시하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 감지 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 수광장치는 단위수 만큼의 광전변환소자들이 직접되어 복수개의 영역으로 선상으로 배치되고, 상기 광전변환소자들의 각 영역은 상기 쉬트 빔이 조사되는 조사영역의 분할된 각 영역들과 1대1로 매칭되고, 상기 광전변환소자들의 각 분할된 영역에 상기 반사된 쉬트 빔이 입사되어 광전변환될 때, 광전변환되는 상기 광전변환소자와 매칭된 상기 조사영역의 영역정보를 출력시키는 것을 특징으로 하는 물체 감지 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 쉬트 빔 발광장치는 점광원의 레이져를 평행광으로 변환시키는 평행광으로 변환시키는 볼록렌즈와, 상기 볼복렌즈를 통과한 평행광을 연속적인 선 광원인 쉬트 빔으로 변환시키는 제1 실린드리컬 렌즈를 포함하며, 상기 수광장치는 상기 반사 쉬트 빔을 점광원으로 변환시키는 제2 실린드리컬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 감지 시스템.
제3항에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 쉬트 빔 발광장치가 주기를 갖는 펄스 동작을 하도록 하며, 상기 산출장치는 한 주기 동안에 상기 물체의 거리의 변화를 산출하도록 하며, 상기 거리의 변화와 상기 주기에 의하여 물체의 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 물체 감지 시스템.
제1항에 있어서, 상기 수광장치는 상기 반사된 쉬트 빔중 상기 조사영역을 다수의 영역으로 분할 할 때, 분할된 영역중 특정 영역에서 반사된 쉬트 빔만이 통과하도록 개구부가 형성된 디스크;

상기 디스크를 회전시키는 모터;

입사되는 빛을 전기신호로 변환시키는 광전변환소자;

상기 디스크를 통과하는 상기 반사된 쉬트 빔을 점광원으로 변환하여 상기 광전변환소자에 입사하는 실린드리컬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 감지 시스템.
쉬트 빔(sheet beam) 레이져를 발광시키고, 물체로부터 반사되는 쉬트 빔을 수광하여 상기 물체의 위치를 감지하는 물체 감지 시스템에 있어서:

점광원의 레이져를 조사영역내에 연속적인 선(line) 형상의 쉬트 빔으로 변환시켜 발광시키는 쉬트 빔 발광장치;

상기 쉬트 빔 발광장치로부터 발광되는 쉬트 빔의 조사영역을 복수개의 조사영역으로 분할 할 때, 복수개의 분할된 조사영역의 각각과 1:1로 매칭(matching)되는 개구영역이 형성된 개구부를 갖고, 외주면에 분할된 개구영역의 수만큼 관통공들이 형성되며 등속도로 회전할 때 임의의 순간에 상기 분할된 조사영역중 특정의 분할된 조사영역으로 반사되는 반사 쉬트 빔이 상기 1:1로 매칭된 개구영역만을 통과하는 디스크와, 상기 디스크의 외주면에 설치되어 관통공들의 통과를 감지하는 엔코더를 구비하는 디스크 셔터;

상기 엔코더의 감지신호에 의하여 카운트되는 카운터;

상기 디스크 셔터를 통과하는 상기 반사 쉬트 빔을 점 광원으로 형성하는 실 린드리컬 렌즈;

상기 실린드리컬 렌즈를 통과한 점광원을 전기신호로 변환하는 광전변환소자;

상기 쉬트 빔의 발광장치로부터 상기 쉬트 빔의 발광시점과 상기 광전변환소자의 전기신호의 발생시점의 차이를 산출하고, 상기 발광시점과 상기 전기적 신호의 발생시점의 차이와 광속(C = 3 ×10⁸m/s)에 의하여 상기 물체와 상기 시스템간의 거리를 산출하는 산출모듈;

상기 디스크 셔터와 상기 쉬트 빔 발광장치를 제어하고, 상기 카운터로부터 입력되는 카운트에 의하여 상기 임의의 순간에 상기 광전변환소자에 입력되는 반사 쉬트 빔을 통과시키는 개구영역을 검출하고, 상기 개구영역과 1:1 매칭되는 분할된 조사영역을 검출하고, 상기 산출모듈에서 산출되는 물체의 거리와 상기 검출된 분할된 조사영역으로부터 상기 물체의 위치를 표시부에 표시하도록 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 감지 장치.
제6항에 있어서, 상기 디스크의 개구부는 중심으로부터 반지름
인 시점으로부터 시작하여 반경이 점차 증가하여 상기 중심을 일회전하여 반지름이
( 〉
)에서 종점을 이루며, 상기 복수개의 관통공들과 상기 디스크의 중심과의 가상선으로 연결할 때, 상기 관통공들의 간격은 대응되는 가상선들과 개구부가 만나는 반지름들에 비례하는 것을 특징으로 하는 물체 감지 장치.
제6항에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 카운터가 상기 관통공들 전체의 개수를 카운트 할 때, 상기 카운터를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 물체 감지 장치.
제6항에 있어서, 상기 카운터가 카운트되는 주기는 동일하며, 상기 산출모듈은 상기 주기 동안에 상기 물체의 거리의 변화에 의하여 물체의 이동속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 물체 감지 장치.