KR20080101126A - 거리 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20080101126A
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이기민
이준기
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에서는 거리 측정 장치에 관해 개시된다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함된다.
거리 측정

Description

거리 측정 장치 및 방법{Range Finder and Method for finding range}
도 1은 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면.
도 6과 도 7은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 상하 구동부재의 실시예를 설명하는 도면.
도 8과 도 9는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제1방향으로 180도 회전하기 전과 후의 상태를 도시한 도면.
도 10 내지 도 12는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러가 제2방향으로 회전된 상태를 도시한 도면.
도 13은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 컨트롤러를 설명하는 도면.
도 14 내지 도 16은 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하는 도면.
도 17과 도 18은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면.
도 19는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정 공간이 상기 제1방향으로 0도~180도 범위인 경우에 측정 공간으로 광 펄스가 방출되는 것을 도시한 도면.
도 20과 도 21은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 또 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면.
도 22는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정된 위치 정보를 변환하는 방법을 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 컨트롤러 11 ; 제어부
12 ; 액츄에이터 구동부 13 ; 광신호 제어부
14 ; 메모리 15 ; 인터페이스
20 ; 수광부 30; 발광부
40 ; 액츄에이터 50 ; 반사미러
60 ; 제1방향 70 ; 제2방향
80 ; 제3방향 200 ; 측정 공간
210 ; 광 펄스 220 ; 소영역
230 ; 기준점 300 ; 회전체
301; 회전 링 302 ; 고정축
303 ; 미러 304 ; 미러 마운트 플레이트
305 ; 연결축 306 ; 힌지
307 ; 회전 가이드축 310 ; 고정체
311 ; 베이스 312 ; 발광소자
313 ; 콜리메이터 렌즈 314 ; 수광소자
315 ; 집광렌즈 320 ; 상하 이동체
321 ; 드럼 322 ; 가이드 레일
340 ; 미러 마운트 350 ; 회전부재
501; 선형 액츄에이터 601 ; 모터 회전축
701 ; 광 펄스 702 ; 반사광
실시예에서는 거리 측정 장치에 관해 개시된다.
거리 측정 장치는 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다.
예를 들어, 로봇이 주어진 작업을 효과적으로 수행하기 위해서는 고성능 공간인식 기술이 요구되고, 고성능 공간인식 기술은 레이저 광 펄스를 이용한 거리 측정을 통해 달성될 수 있다.
또한, 거리 측정 장치는 청소 로봇으로 대표되는 가사용 서비스 로봇에 적용될 수 있으며, 가사용 서비스 로봇은 공간 인식 기술을 통해 고성능의 자율 주행 구현이 가능하다.
또한, 거리 측정 장치는 자동차에 적용함으로써 차선 인식, 갑작스런 차량 및 사람의 등장에 대한 급정거 기능 등을 구현할 수 있으며, 자동차의 자율 주행이 가능하도록 할 수 있다.
실시예는 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예는 3차원 공간에 위치하는 물체에 대한 거리를 측정하여 3차원 공간 인식을 할 수 있는 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예는 3차원 공간에 대한 거리 측정 데이터를 효과적으로 처리할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공한다.
실시예는 액츄에이터의 구동방법이 간단한 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예는 소형화에 유리한 거리 측정 장치를 제공한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고, 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 발광부 및 수광부에 대해 상기 반사미러를 제1방향 및 제2 방향으로 상대운동시켜 상기 광 펄스 및 반사광의 진행 경로를 변화시키는 액츄에이터; 및 상기 광 펄스의 진행 방향에 대한 위치 정보와 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간을 고려하여 측정 공간의 물체의 거리 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 측정 공간으로 광 펄스를 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 거리 정보를 획득하는 단계; 상기 광 펄스를 제1방향으로 이동된 방향으로 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간의 물체의 거리 정보를 획득하는 단계; 및 상기 광 펄스를 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이동된 방향으로 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간의 물체의 거리 정보를 획득하는 단계가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광이 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및 상기 반사미러가 상기 제1방향과 제2방향으로 이동되는 동안 광 펄스를 방출하도록 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 측정 공간으로 광 펄스를 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 거리 정보를 획득하는 단계; 및 상기 광 펄스를 수평면에 대해 경사진 방향으로 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 거리 정보를 획득하는 단계가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 측정 공간에 광 펄스를 방출하여 복수의 방향에서 상기 측정 공간에 위치하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보를 수평 방향과 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 정렬된 복수의 위치 정보로 대체하는 단계; 및 상기 정렬된 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 단계가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 방법은 측정 공간에 광 펄스를 방출하여 상기 측정 공간에 위치하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하는 단계; 상기 위치 정보를 새로운 위치 정보로 매핑(mapping)하는 단계; 및 상기 새로운 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 단계가 포함된다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간에 복수의 방향으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 반사미러를 구동하는 액츄에이터; 및 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함되고, 상기 컨트롤러는 상기 위치 정보를 상기 측정 공간에서 수평 방향과 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 정렬된 위치 정보로 대체하고, 상기 정렬된 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 광 펄스를 방출하는 발광부; 입사된 반사광을 감지하는 수광부; 상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간에 복수의 방향으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러; 상기 반사미러를 구동하는 액츄에이터; 및 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함되고, 상기 컨트롤러는 상기 위치 정보를 새로운 위치 정보로 매핑(mapping)하고, 상기 새로운 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 거리 측정 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 거리 측정 장치는 컨트롤러(10), 수광부(20), 발광부(30), 액츄에이터(40) 및 반사미러(50)가 포함된다.
상기 컨트롤러(10)는 상기 액츄에이터(40)를 구동하고, 상기 액츄에이터(40)로부터 광 펄스가 방출된 방향, 즉 광 펄스의 위치 정보를 획득한다.
또한, 상기 컨트롤러(10)는 상기 발광부(30)에서 상기 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부(20) 및 액츄에이터(40)를 통해 획득한 거리 정보 및 위치 정보 를 바로 외부 기기로 전송하거나 가공하여 외부 기기로 전송한다.
상기 발광부(30)는 펄스 레이저 다이오드(pulse laser diode)와 같은 발광 소자가 포함되고, 상기 컨트롤러(10)의 제어에 따라 광 펄스를 방출한다.
상기 수광부(20)는 포토 다이오드와 같은 광 검출용 수광 소자가 포함되며, 증폭 회로가 내장되어 미세한 광원도 검출이 가능한 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photodiode)가 사용될 수 있다.
상기 반사미러(50)는 상기 발광부(30)에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고, 측정 공간의 물체에서 반사되어 되돌아오는 반사광이 상기 수광부(20)에 입사되도록 한다.
상기 액츄에이터(40)는 상기 컨트롤러(10)의 제어에 따라 상기 반사미러(50)의 각도를 변화시킨다. 상기 액츄에이터(40)는 상기 반사미러(50)가 제1축을 중심으로 회전되도록 하고 상기 반사미러(50)가 상기 제1축과 수직인 제2축을 중심으로 회전되도록 한다.
예를 들어, 상기 액츄에이터(40)는 상기 반사미러(50)가 상기 제1축을 중심으로 360도 회전되도록 구동하고, 상기 제2축을 중심으로 ±10도 범위에서 회전되도록 구동한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 발광부(30)에서 방출된 광 펄스가 측정 공간의 물체에서 반사되어 상기 수광부(20)로 입사된 경우, 상기 광 펄스의 비행시간 및 속도를 고려하여 거리 측정 장치로부터 측정 공간의 물체까지의 거리를 측정한다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 액츄에이터(40)의 구동에 따라 상기 반사미러(50)가 제1축 및 제2축을 중심으로 회전되는 동안 거리 측정이 이루어지므로, 3차원 공간에 위치한 물체에 대한 거리 측정이 가능하다. 즉, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 3차원 공간 인식 기술을 구현할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 실시예에 따른 거리 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 5에서는 도 1에서 설명한 상기 컨트롤러(10)에 대해서는 도시를 생략하였으나, 상기 컨트롤러(10)는 상기 액츄에이터(40), 수광부(20) 및 발광부(30)와 전기적으로 연결된 회로기판에 장착된 칩 형태로 구현될 수 있다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 편의상 회전체(300), 고정체(310) 및 상하 이동체(320)로 구분되어 설명될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 회전체(300)는 미러(303), 미러 마운트(340), 회전부재(350)가 포함된다.
상기 미러(303)는 도 1에서 설명한 반사미러(50)의 구체적인 실시예로써 원형의 형태로 형성된다.
상기 미러(303)는 발광소자(312)에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키며, 측정 공간의 물체에서 반사되어 돌아오는 반사광을 반사시켜 수광소자(314)로 보내는 기능을 수행한다.
상기 미러 마운트(340)는 상기 미러(303)를 지지하고, 상기 미러(303)가 가상의 수평 방향 축을 중심으로 제2방향(70)으로 회전되도록 한다.
상기 미러 마운트(340)는 미러 마운트 플레이트(304)와, 연결축(305), 힌 지(306), 회전 가이드축(307)이 포함된다.
상기 미러 마운트 플레이트(304)는 상기 미러(303)를 지지해주는 판으로 구현되며, 상기 연결축(305)은 상기 미러 마운트 플레이트(304)와 결합되고 상기 힌지(306)를 통해 상기 회전 가이드축(307)과 연결된다.
상기 회전 가이드축(307)은 상기 상하 이동체(320) 내면에 원형홈으로 형성된 가이드 레일(322)에 인입되어, 상기 가이드 레일(322)을 따라 회전 이동한다.
상기 회전부재(350)는 모터와 연결되어 모터로부터 회전력을 인가받는 링 형상의 회전 링(301)과, 상기 회전 링(301)에 고정되어 상기 미러 마운트 플레이트(304)가 상하 방향으로 회전 가능하도록 상기 미러 마운트 플레이트(304)의 양측을 지지하는 고정축(302)이 포함된다.
상기 회전부재(350)는 상기 미러(303)를 지지하는 상기 미러 마운트 플레이트(304)가 가상의 수직 방향 축을 중심으로 360도 회전되도록 한다.
따라서, 상기 미러(303)는 상기 회전부재(350)의 회전에 따라 제1방향(60)으로 회전된다. 이때, 상기 미러 마운트 플레이트(304)와 연결된 회전 가이드축(307)은 상기 가이드 레일(322)을 따라 이동하므로, 상기 미러(303)는 상기 제1방향(60)으로 자유롭게 회전할 수 있다.
또한, 상기 상하 이동체(320)가 제3방향(80), 즉 상하 방향으로 슬라이딩 이동됨에 따라, 상기 힌지(306)를 중심으로 상기 연결축(305)과 회전 가이드축(307)의 각도가 변화되어 상기 미러 마운트 플레이트(304)는 상기 고정축(302)에 의해 형성되는 가상의 수평 방향 축을 중심으로 상기 제2방향(70)으로 회전한다.
따라서, 상기 미러(303)의 기울기가 변화되어, 상기 발광소자(312)에서 방출된 광 펄스는 진행 경로가 변화된다.
도 2와 도 4를 참조하면, 상기 고정체(310)는 베이스(311)가 구비되고, 상기 베이스(311)에는 도 1에서 설명한 수광부(20) 및 발광부(30)가 배치된다.
상기 베이스(311)에는 상기 수광부(20)의 구체적인 실시예로써 입사되는 반사광을 센싱하는 수광소자(314)와, 상기 반사광을 상기 수광소자(314)로 집광시켜주는 집광렌즈(315)가 형성된다.
또한, 상기 베이스(311)에는 상기 발광부(30)의 구체적인 실시예로써 레이저형태의 광 펄스를 방출하는 상기 발광소자(312)와, 상기 발광소자(312)에서 방출된 광을 평행광으로 변경시켜주는 콜리메이터 렌즈(313)가 형성된다.
상기 발광소자(312)로부터 나온 광 펄스는 상기 콜리메이터 렌즈(313)를 거쳐 평행광으로 변환되어, 상기 미러(303)에 의해 측정 공간로 방출된다. 이때 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전된 정도 및 상기 제2방향(70)으로 회전된 정도에 따라 상기 발광소자(312)에서 방출된 광 펄스의 진행 방향이 변화된다.
도 2와 도 5를 참조하면, 상기 상하 이동체(320)는 원통형의 드럼(321)과, 상기 드럼(321)의 내부면에 원형의 홈으로 형성된 상기 가이드 레일(322)과, 상기 드럼(321)을 제3방향(80)으로 슬라이딩 되도록 하는 상하 구동부재(미도시)가 포함된다.
상기 가이드 레일(322)에는 상기 미러 마운트 플레이트(304)를 연결시켜주는 회전 가이드축(307)이 인입된다.
상기 드럼(321)은 상하 구동부재의 동작 제어에 의하여 상하 방향으로 이동하는데, 상하 구동부재는 두 가지 방식으로 구현할 수 있다.
도 6과 도 7은 상하 구동부재의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 상하 구동부재는 선형 액츄에이터(501)를 이용하여 구현될 수 있다.
상기 선형 액추에이터(501)는 상기 상하 이동체(320) 하부에 구비되어 상기 드럼(321)을 상하로 움직이게 하는 것이다.
상기 선형 액추에이터(501)는 전자기장이나 진공의 힘을 이용하여 상기 드럼(321)을 위로 밀거나 아래로 당김으로써, 상기 드럼(321)을 상하로 움직일 수 있게 한다.
도 7을 참조하면, 상기 상하 구동부재는 모터 회전축(601)을 이용하여 구현될 수 있다.
상기 모터 회전축(601)을 상기 상하 이동체(320)의 둘레에 배치하고, 상기 모터 회전축(601) 내부면에 나사선 형태의 레일을 형성하여, 상기 레일의 회전에 따라 레일에 물려있는 상하 이동체(601)의 드럼(321)이 상하로 이동하도록 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 미러(303)가 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 자유롭게 회전될 수 있도록 함으로써, 3차원 공간에 위치한 물체의 거리를 측정할 수 있다.
도 8과 도 9는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러(303)가 제1방향(60) 으로 180도 회전하기 전과 후의 상태가 도시된 도면이다.
도 8과 도 9를 참조하면, 발광소자에서 방출된 광 펄스(701)는 상기 미러(303)를 거쳐 우측방향으로 방출되고, 우측방향에서 입사된 반사광(702)은 미러(303)를 거쳐 수광소자로 들어온다.
반면에, 상기 미러(303)가 제1방향(60)으로 180도 회전한 경우에는, 발광소자에서 방출된 광 펄스(801)는 상기 미러(303)를 거쳐 좌측방향으로 방출되고, 좌측방향에서 입사된 반사광(802)은 상기 미러(303)를 거쳐 수광소자로 들어간다.
도 10 내지 도 12는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 미러(303)가 제2방향(70)으로 회전된 상태를 도시한 도면이다.
상기 상하 이동체(320)의 상하 이동에 의하여 상기 미러(303)는 수평면에 대하여 35도 내지 55도의 기울기를 가진다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 상하 이동체(320)가 하측 방향으로 이동된 경우 상기 미러(303)는 수평면에 대하여 55도의 기울기를 가지고, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 상하 이동체(320)가 상측 방향으로 이동된 경우 상기 미러(303)는 수평면에 대하여 35도의 기울기를 가진다.
실시예에서는 상기 미러(303)가 ±10도의 범위에서 제2방향(70)으로 회전되는 것을 설명하였으나, 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전되는 범위는 설계에 따라 변화될 수 있다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 3차원 공간에 위치하는 물체의 거리 측정을 위해 상기 미러(303)가 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전되도록 한다.
실시예에서는 상기 미러(303)가 제1방향(60)으로 360도 회전되고, 제2방향(70)으로 ±10도로 회전되는 것이 개시되었다.
실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 발광 소자(312)에서 방출된 광 펄스를 3차원 공간에 방출하기 위해 구동되는 부품의 수를 최소화시켜 상기 액츄에이터(40)의 구동을 단순화 및 액츄에이터(40)의 크기를 소형화 할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 거리 측정 장치는 상기 발광 소자(312) 및 수광소자(314)에 대해 상기 미러(303)가 상대운동(relative motion) 하도록 함으로써 액츄에이터(40)의 크기를 소형화 할 수 있다.
구체적으로, 상기 발광 소자(312)에서 방출된 광 펄스를 상기 제1방향(60)을 따라 방출하기 위하여 구동되는 부품은 미러(303), 미러 마운트(340), 회전부재(350)이고, 상기 발광 소자(312)에서 방출된 광 펄스를 상기 제2방향(70)을 따라 방출하기 위하여 구동되는 부품은 미러(303), 미러 마운트(340), 상하 이동체(320)이다.
따라서, 실시예는 동작이 단순하고 크기가 작은 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 거리 측정 장치의 컨트롤러를 설명하는 도면이다.
상기 컨트롤러(10)는 제어부(11), 액츄에이터 구동부(12), 광신호 제어부(13), 메모리(14), 인터페이스(15)가 포함된다.
상기 액츄에이터 구동부(12)는 상기 제어부(11)의 제어에 따라 상기 미러(303)를 상기 제1방향(60) 및 제2방향(70)으로 회전시키기 위한 구동 신호를 인 가한다. 그리고, 상기 액츄에이터 구동부(12)는 상기 미러(303)의 회전된 상태 정보를 획득하여 상기 제어부(11)로 전송한다.
상기 미러(303)가 회전된 상태 정보는 상기 광 펄스가 방출된 방향의 위치 정보로 사용된다.
예를 들어, 상기 미러(303)의 회전된 상태 정보는 상기 회전 링(301) 및 드럼(321)에 인덱스 마크를 부착하고 이를 감지하는 센서를 설치함으로써 상기 회전 링(301) 및 드럼(321)이 상기 제1방향(60) 및 제3방향(60)으로 이동된 상태를 판단함으로써 획득될 수 있다.
상기 광신호 제어부(13)는 상기 제어부(11)의 제어에 따라 상기 발광부(30)에서 광 펄스가 방출되도록 하고, 상기 수광부(20)에서 출력하는 신호를 디지탈 신호로 변환하여 상기 제어부(11)로 전송한다.
상기 메모리(14)는 상기 수광부(20)를 통해 획득한 거리 정보가 저장된다.
상기 인터페이스(15)는 외부 기기와 연결되어 거리 측정 장치에서 획득한 위치 정보 및 거리 정보가 외부 기기로 전송되도록 하고, 외부 기기로부터 제어 명령이 입력된 경우 상기 제어부(11)로 전송한다.
도 14 내지 도 16은 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 14에는 상기 상하 이동체(320)의 상하 이동 궤적별 거리측정 구간이 도시되었다.
상기 상하 이동체(320)는 측정 구간(measuring range)에서는 이동되지 않고, 휴지 구간(idle range)에서 하측 방향으로 이동된다.
상기 상하 이동체(320)가 상하 방향으로 이동되는 거리에 따라 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는데, 실시예에서 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 각도 범위는 ±10도로 예시되었다.
상기 측정 구간에서는 상기 미러(303)가 제1방향(60)으로 회전되는데, 실시예에서 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 각도는 360도로 예시되었다.
도 15는 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
측정 공간에 존재하는 물체들에 대해 거리를 측정하기 위해서는 물체의 한 지점에 대한 거리정보를 획득하는 단계를 거친다(S1102).
먼저, 상기 한 지점에 대한 거리정보를 획득하는 것을 설명하면, 우선 발광소자(312)에서 광 펄스가 방출되고 콜리메이터 렌즈(313)가 상기 광 펄스를 평행광으로 바꾸어준다. 물체에 도달한 광 펄스는 물체의 표면에서 반사되어 그 광의 일부가 거리 측정 장치가 위치하는 방향으로 되돌아온다.
반사광은 미러(303)에 의해 반사된 후, 집광렌즈(315)를 거쳐 수광소자(314)에 집속된다. 상기 수광소자(314)에서 집속된 신호를 센싱하여 광신호 제어부(13)에 전달한다. 상기와 같은 방식에 의하여 측정 공간의 한 점에 대한 거리정보가 얻어진다.
상기와 같이 측정 공간의 한 점에 대한 거리정보를 획득한 후에는 회전체(300)를 회전시켜 상기 미러(303)를 360도 회전시킴으로써 가로방향의 한 라인에 대한 거리를 획득한다(S1104).
상기 한 라인(line)에 대한 거리 측정이 완료된 후에는 상기 상하 이동체(320)를 이용하여 상기 미러(303) 기울기를 단계별 변경한다(S1106).
상기 미러(303)가 최대 또는 최소 기울기에 도달(S1108)할 때까지 상기 상하 이동체(320)의 위치를 바꾸어주면서 상기 회전체(300)를 회전시켜 S1104단계 및 S1106단계를 수행한다.
결과적으로 3차원 입체 공간에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다(S1110).
도 16은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 3차원 공간에 대한 스캔 방법이 도시되어 있다.
도 16에서 도시된 사각형은 측정 공간(200)을 의미한다.
상기 측정 공간(200)의 가로축은 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 범위로써 360도로 예시되어 있다. 따라서, 측정 공간(200)의 좌측 세로축과 우측 세로축은 상기 거리 측정 장치에서는 동일한 방향이다.
만약, 상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 범위가 180도로 설정된다면, 상기 측정 공간(200)의 좌측 세로축과 우측 세로축은 거리 측정 장치를 중심으로 원주상의 반대 방향이 된다.
상기 측정 공간(200)의 세로축은 상기 미러(303)가 상기 제2방향(70)으로 회전하는 범위로써, 상기 미러(303)가 45도의 기울기를 가진 상태에서 상기 제2방향(70)으로 회전하는 범위인 ±10도가 예시되어 있다.
도 16에서 도시된 원은 광 펄스(210)를 의미한다. 상기 광 펄스(210)의 속도는 매우 빠르기 때문에 광 펄스(210)가 방출된 방향과 물체에서 반사된 반사광이 입사되는 방향은 실질적으로 동일하다고 볼 수 있다.
상기 광 펄스(210)는 상기 측정 공간(200)의 하측 좌측부터 방출되어 화살표 방향을 따라 점차 하측 우측으로 방출되어 한 라인에 대한 스캔이 이루어진다. 그리고, 단계적으로 상측 방향으로 이동되면서 각각 한 라인에 대한 스캔이 이루어진다. 참고로, 도 16에는 전체 측정 공간(200)에 대한 스캔 순서가 번호로 표시되었다.
따라서, 전체 측정 공간(200)에 존재하는 물체에 대한 거리 측정이 이루어진다.
한편, 상기 광 펄스(210)는 거리 정보를 생성한다. 각각의 광 펄스(210)가 방출된 후 반사광이 입사된 시간을 측정하여 상기 광 펄스(210)가 방출된 방향에 존재하는 물체의 거리를 측정할 수 있다.
도 17과 도 18은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
다른 실시예에 따른 거리 측정 방법은 상기 미러(303)를 제1방향(60)으로 회전시킴과 동시에 상기 제2방향(70) 방향으로 회전시킨다.
즉, 상기 상하 이동체(320)는 측정 공간(200)에 대한 스캔이 완료될 때 까지 하측 방향으로 선형적으로 이동된다.
도 14와 도 17을 비교하면, 도 17에 예시된 거리 측정 방법은 도 14에 예시된 거리 측정 방법에 비해 거리 측정이 이루어지지 않는 휴지 구간(idle range)이 짧아 보다 신속히 측정 공간(200)에 대한 스캔을 완료할 수 있다.
도 19는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정 공간(200)이 상기 제1방향(60)으로 0도~180도 범위인 경우에 측정 공간(200)으로 광 펄스(210)가 방출되는 것을 도시한 도면이다.
상기 미러(303)가 상기 제1방향(60)으로 회전하는 범위가 0도~180도로 설정되기 때문에, 상기 측정 공간(200)의 좌측 세로축과 우측 세로축은 거리 측정 장치를 중심으로 원주상의 반대 방향이 된다.
상기 미러(303)는 상기 제1방향(60)으로 왕복 회전되고, 제2방향(70)으로 회전된다.
도 20과 도 21은 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 액츄에이터의 구동 방법을 또 다르게 변화시킨 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.
또 다른 실시예에 따른 거리 측정 방법은 상기 미러(303)를 상기 제1방향(60)으로 회전시킴과 동시에 상기 제2방향(70) 방향으로 왕복 회전시킨다.
즉, 상기 상하 이동체(320)는 상측 및 하측 방향으로 선형적으로 이동된다.
도 14와 도 20을 비교하면, 도 20에 예시된 거리 측정 방법은 도 14에 예시된 거리 측정 방법과 달리 거리 측정이 이루어지지 않는 휴지 구간(idle range)이 존재하지 않아 보다 신속히 측정 공간(200)에 대한 스캔을 할 수 있다.
도 22는 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 측정된 위치 정보를 변환하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 16에 도시된 거리 측정 방법은 전체 측정 공간(200)에 대해 균일한 위치의 거리 정보를 획득할 수 있고, 수평 및 수직 방향으로 일정한 간격으로 정렬된 위치의 거리 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 상기 인터페이스(15)와 연결된 외부 기기에서 위치 정보 및 거리 정보를 용이하게 이용할 수 있다는 장점을 가진다.
반면에, 도 18, 도 19 및 도 21에 도시된 거리 측정 방법은 측정 공간(200)에 대한 균일한 위치의 거리 정보를 획득할 수 없거나, 수평 및 수직 방향으로 정렬된 위치의 거리 정보를 획득할 수 없어 외부 기기에서 위치 정보 및 거리 정보를 이용하는데 어려움을 있을 수 있다.
따라서, 측정 공간(200)으로 방출되는 광 펄스(210)의 위치가 전체 측정 공간(200)에 대해 균일하지 않거나 수평 및 수직 방향으로 정렬되지 않은 경우, 획득된 위치 정보를 변환할 필요가 있다.
도 22를 참조하면, 전체 측정 공간(200)을 균일한 크기의 복수의 소영역(220)으로 구분한다.
상기 복수의 소영역(220)은 수평 및 수직 방향으로 정렬되며, 상기 각각의 소영역(220)의 중심을 가상의 기준점(230)으로 설정한다.
만약, 상기 복수의 소영역(220) 중 어느 하나에 상기 광 펄스(210)가 위치되는 경우, 상기 광 펄스(210)의 위치 정보는 상기 광 펄스(210)가 위치된 소영역(220)의 기준점(230) 위치 정보로 대체된다. 따라서, 광 펄스(210)의 거리 정보는 기준점(230)에서의 거리 정보로 대체된다.
상기 광 펄스(210)의 위치 정보는 가장 인접한 기준점(230)의 위치 정보로 대체될 수 있다.
이와 같이, 광 펄스(210)의 위치 정보는 처리가 용이한 새로운 위치 정보로 매핑(mapping)된다.
만약, 상기 복수의 소영역(220) 중 어느 하나에 상기 광 펄스(210)가 존재하지 않는 경우, 상기 광 펄스(210)가 존재하는 않는 소영역(220)에 포함된 기준점(230)의 거리 정보는 존재하지 않거나 측정 불가능한 거리를 가진 것으로 처리된다.
만약, 상기 복수의 소영역(220) 중 어느 하나에 상기 광 펄스(210)가 복수개 존재하는 경우, 마지막으로 감지된 광 펄스(210)의 거리 정보가 기준점(230)의 거리 정보로 대체되거나, 가까운 거리의 거리 정보가 상기 기준점(230)의 거리 정보로 대체된다.
상기 기준점(230)은 전체 측정 공간(200)에 균일한 간격으로 이격되어 수평 및 수직 방향으로 정렬되기 때문에, 상기 기준점(230)의 거리 정보로 대체된 광 펄스(210)의 거리 정보는 외부 기기에서 용이하게 사용될 수 있다.
한편, 상기 소영역(220)의 크기는 자유롭게 설계될 수 있다.
상기 소영역(220)이 너무 크게 설계되면 정확한 방향의 거리 정보를 얻을 수 없고, 상기 소영역(220)이 너무 작게 설계되면 거리 정보가 없는 영역이 증가되고 데이터 처리에 많은 시간이 소요될 수 있다.
따라서, 상기 소영역(220)은 상기 전체 측정 공간(200)의 광 펄스(210)의 수와 유사한 개수가 되도록 크기가 설계될 수 있다.
상기와 같은 위치 정보의 변환은 상기 컨트롤러(10)의 제어부(11)에서 처리될 수 있으며, 상기 컨트롤러(10)에서 처리되지 않고 상기 컨트롤러(10)와 연결된 외부 기기에서 처리될 수 있다.
실시예는 3차원 공간에 존재하는 물체에 대한 거리를 측정하고 공간 인식을 할 수 있는 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
실시예는 3차원 공간에 존재하는 물체에 대한 위치 정보 및 거리 정보를 효과적으로 처리할 수 있는 거리 측정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
실시예는 액츄에이터의 구동방법이 간단한 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.
실시예는 소형화에 유리한 거리 측정 장치를 제공할 수 있다.

Claims (28)

  1. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함되는 거리 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반사미러가 상기 제1방향으로 이동됨에 따라 상기 광 펄스는 수평 방향으로 변위된 위치로 방출되고, 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 이동됨에 따라 상기 광 펄스는 수직 방향으로 변위된 위치로 방출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 이동 가능하도록 지지하면서 상기 제1방향으로 이동하는 회전부재와, 상기 반사미러를 지지하는 미러 마 운트와, 상기 미러 마운트와 연결되어 상하 방향으로 이동하여 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 상하 이동체가 포함되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 미러 마운트는 상기 상하 이동체에 상기 제1방향으로 이동 가능하도록 결합되고 상기 상하 이동체가 상하 방향으로 이동됨에 따라 힌지 작동에 의해 상기 반사미러를 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반사미러가 상기 제1방향으로 이동되도록 하는 가상의 회전축과 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 가상의 회전축은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러가 상기 제1방향으로 360도 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고, 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 발광부 및 수광부에 대해 상기 반사미러를 제1방향 및 제2 방향으로 상대운동시켜 상기 광 펄스 및 반사광의 진행 경로를 변화시키는 액츄에이터; 및
    상기 광 펄스의 진행 방향에 대한 위치 정보와 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간을 고려하여 측정 공간의 물체의 거리 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함되는 거리 측정 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 이동 가능하도록 지지하면서 상기 제1방향으로 이동하는 회전부재와, 상기 반사미러를 지지하는 미러 마운트와, 상기 미러 마운트와 연결되어 상하 방향으로 이동하여 상기 반사미러가 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 상하 이동체가 포함되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 미러 마운트는 상기 상하 이동체에 상기 제1방향으로 이동 가능하도록 결합되고 상기 상하 이동체가 상하 방향으로 이동됨에 따라 힌지 작동에 의해 상기 반사미러를 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장 치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 반사미러가 상기 제1방향으로 이동되도록 하는 가상의 회전축과 상기 제2방향으로 이동되도록 하는 가상의 회전축은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러가 상기 제1방향으로 360도 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  12. 측정 공간으로 광 펄스를 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 거리 정보를 획득하는 단계;
    상기 광 펄스를 제1방향으로 이동된 방향으로 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간의 물체의 거리 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 광 펄스를 상기 제1방향에 수직인 제2방향으로 이동된 방향으로 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간의 물체의 거리 정보를 획득하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1방향은 수직 축을 중심으로 이동되는 방향인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제2방향은 수평 축을 중심으로 이동된 방향인 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 광 펄스는 상기 제1방향을 따라 방출되고, 상기 제2방향으로 이동된 위치에서 상기 제1방향을 따라 방출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  16. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광이 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러가 제1방향과 제2방향으로 이동되도록 하는 액츄에이터; 및
    상기 반사미러가 상기 제1방향과 제2방향으로 이동되는 동안 광 펄스를 방출하도록 상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함되는 거리 측정 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러를 상기 제1방향으로 360도 이동되도록 하고 상기 제2방향으로 왕복 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 반사미러를 상기 제1방향 및 제2방향으로 왕복 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 광 펄스는 상기 반사미러의 이동에 따라 수평면에 경사진 방향을 따라 방출되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  20. 측정 공간으로 광 펄스를 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 거리 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 광 펄스를 수평면에 대해 경사진 방향으로 방출하여 상기 광 펄스의 속도 및 비행시간에 따라 상기 측정 공간에 존재하는 물체의 거리 정보를 획득하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  21. 측정 공간에 광 펄스를 방출하여 복수의 방향에서 상기 측정 공간에 위치하 는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보를 수평 방향과 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 정렬된 복수의 위치 정보로 대체하는 단계; 및
    상기 정렬된 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 측정 공간을 가상의 기준점이 존재하는 소영역으로 구분하고 상기 소영역에 포함되는 물체의 위치 정보는 상기 기준점의 위치 정보로 대체되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 물체의 위치 정보는 가장 근접한 기준점의 위치 정보로 대체되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  24. 측정 공간에 광 펄스를 방출하여 상기 측정 공간에 위치하는 물체의 위치 정보 및 거리 정보를 획득하는 단계;
    상기 위치 정보를 새로운 위치 정보로 매핑(mapping)하는 단계; 및
    상기 새로운 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 단계가 포함되는 거리 측정 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 매핑하는 단계는 상기 위치 정보가 의미하는 위치를 가장 근접한 위치를 의미하는 상기 새로운 위치 정보의 위치를 대체하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 방법.
  26. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간에 복수의 방향으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러를 구동하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 컨트롤러는 상기 위치 정보를 상기 측정 공간에서 수평 방향과 수직 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 정렬된 위치 정보로 대체하고, 상기 정렬된 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 측정 공간을 가상의 기준점이 존재하는 소영역으로 구분하고 상기 소영역에 포함되는 물체의 위치 정보는 상기 기준점의 위치 정보로 대체되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  28. 광 펄스를 방출하는 발광부;
    입사된 반사광을 감지하는 수광부;
    상기 발광부에서 방출된 광 펄스를 측정 공간에 복수의 방향으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러;
    상기 반사미러를 구동하는 액츄에이터; 및
    상기 발광부를 제어하고, 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하며, 상기 액츄에이터를 구동하고 상기 액츄에이터로부터 위치 정보를 획득하는 컨트롤러가 포함되고,
    상기 컨트롤러는 상기 위치 정보를 새로운 위치 정보로 매핑(mapping)하고, 상기 새로운 위치 정보와 상기 물체의 거리 정보를 이용하여 상기 물체의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
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