KR20100019576A - 거리 센서 시스템 및 방법 - Google Patents

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커트 코놀리지
조 오겐브라운
닉 도날드슨
찰스 피빅
유밍 리우
하산 칸
조셉 핀자론
레오 살리나스
후아 탕
라파엘 테일러
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니토 로보틱스 인코퍼레이티드
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Abstract

레이저 거리 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 방법은 다양한 응용의 유용성을 지닌다. 본 발명의 하나의 관점에 따라 레이저 거리 센서는 짧은 기준선으로 정확한 거리 측정을 획득한다.

Description

거리 센서 시스템 및 방법{Distance sensor system and method}
관련 출원의 교차-참조
본 출원은 "다기능 로봇 장치"라는 명칭으로 2006년 9월 1일 출원된 동시-출원중인 미국 특허출원 제11/515,022호 및 "로봇 장치를 위한 위치 측정 및 지도작성 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 2006년 9월 1일 출원된 동시-출원중인 미국 특허출원 제11/515,100호의 부분연속출원이다.
본 발명의 분야
본 발명의 관점은 일반적으로 거리 측정 분야, 더욱 상세하게는 다양하게 응용되는 유용성을 지닌 레이저 거리 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
청소와 같이 가정 및 상업적 응용에 이용될 수 있는 자동 또는 자율 장치(즉 로봇 장치 또는 로봇)는 사용자 또는 조작자로부터의 최소한의 입력 또는 입력 없이 환경 주변을 조종하도록 작동되어야 한다. 많은 가정 또는 상업적 응용시 비용-효과적이기 위해서는 로봇 네비게이션을 가능하게 하거나 촉진시키는 통상의 센서 시스템은 매우 단순한 경향이 있다. 이러한 점에 있어서 원시적인 네비게이션 시스템은 통상의 장치가 작동 환경 주변을 비능률적으로 튀며 날게 하고; 이들 장치는 장애물에 반응적으로 충돌하고 이미 처리한 영역을 반복적으로 재방문하고, 고가의 소모품 및 배터리 용량을 소모시킨다. 또한 비용-유효성을 유지시키기 위해 과잉을 최소화하거나 제거하면서 많은 기능을 공급하는 방식으로 정교한 센서 시스템을 실행하는 것이 유용하다.
상기 동시-출원중인 미국 특허출원은 이들 중 로봇 장치의 네비게이션과 일반적으로 관련한 종전 해결되지 않은 어려움에 대한 실질적인 해결책을 제공한다; 그러나 개시된 거리 센서 기기 및 방법의 실시태양은 로봇 장치 이외의 많은 응용으로 유용성을 지닌다.
예를 들어 많은 자동차는 최근 운전자가 차량을 주차하고자할 때 도움을 주는 전자 거리 측정 메커니즘이 장착되고 있다. 일부 실행에 있어서 비교적 기본적인 레이더, 초음파, 적외선(IR) 또는 다른 센서가 예를 들어 후방 범퍼에서 또는 그 가까이에서 이용된다; 차량이 후진 기어 상태인 경우 센서는 "사각 지점" 또는 그렇지 않은 경우 운전자의 좌석으로부터 관찰하기 어려운 곳에 배치된 물체에 대한 거리를 측정한다. 일반적으로 이러한 시스템은 예를 들어 음조 및 주파수의 변화가 센서로부터의 장애물의 거리의 표시를 제공하는 청취 가능 경고 메커니즘을 이용한다. 더욱 정교한 자동화 시스템은 자동자가 그 자체를 자동으로 즉 일부 상황에서 평행 주차 동안과 같이 운전자의 조정 없이 주차 가능하게 하는 다양한 센서를 이용한다.
일부 자동차 제조사는 예를 들어 속도 및 다른 이동 조건의 작용에 의한 안전 거리를 유지하기 위해 조절판 및 제동 시스템을 제어하고자 하는 "스마트 크루즈 컨트롤(smart cruise control)" 기능을 개발 중에 있다. 최근 자동차 기계 클러스터 내로 고해상 디스플레이 패널의 도입으로(음성 연예 선택부터 상세한 네비게이션 정보 및 위성 항법시스템(GPS) 데이터까지의 다양한 정보를 나타내기 위해) 일부의 경우 자동차 및 다른 차량 내에 거리 측정에 따른 중요 정보의 디스플레이를 통합시키는 것이 바람직하다.
거리 측정 장비는 어떠한 형태의 이동 차량 및 어떠한 다양한 환경과 관련된 유용성을 지닌다. 상기 기재된 로봇 및 자동차 실례 이외에 예를 들어 창고 내에서 작동되는 지게차는 특히 조작자 시계가 많은 상황에서 제한되기 때문에 정확한 거리 측정 장치의 설치로부터 이익을 얻는다. 더욱이 다양한 형태의 감지 기술은 정지 또는 "고정" 적용시 유용성을 지니고 즉 고정된 센서가 그의 작동 환경 내 동작을 탐지하도록 작동된다. 예를 들어 일부 산업 안전 시스템은 센서(또는 센서 어레이)가 인원 또는 이동 장비가 위험한 기계류에 접근하는 경우 경고를 제공하는 "안전막(safety curtain)"을 이용한다. 또다른 예로 센서 또는 센서 어레이는 회전문, 안전 검문소, 도로 요금소 또는 모니터되어야 하는 다른 영역에 고정되고; 이러한 시스템은 공간의 특정 영역을 통과하는 인원 또는 차량을 탐지하고 계측하는데 이용된다.
일반적인 거리 측정 장비는 너무 고가여서 많은 응용에 실용화되지 않거나 너무 크고 방해가 되어 작은 형태 인자를 요구하는 응용에 적합하지 않다. 차량 또는 다른 응용에 이용하는데 제한된 가능성을 지닌 2가지 대중적인 레이저 거리 센서(LDS) 장치인 현재 SICK AG에서 판매되는 SICK LMS 200 및 Hokuyo Automatic Co., Ltd.에서 판매되는 Hokuyo URG-04LX는 모두 가장 간단한 가정 및 상업적 로봇 청소기 이상의 규모의 비용이 들어 이러한 이용에 부적당하게 한다. 더욱이 이들 장치는 스캔 작동을 위한 회전 거울을 필요로 하고, 따라서 부수적인 렌즈 및 또다른 광학 구성요소를 필요로 하며; 결과적인 큰 형태의 인자 및 제한된 해상도 및 구역은 이들 장치 대부분이 자동차 또는 다른 큰-규모 응용에 부적당하게 하는 경향이 있다.
따라서 소형의 견고한 포장으로 정확한 거리 데이터를 획득 가능한 레이저 거리 센서 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
요약
본 발명의 실시태양은 상기-논의된 통상의 기술의 다양한 단점을 극복하고 다양한 응용시 유용성을 지닌 레이저 거리 센서를 이용한 거리 측정 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 하나의 관점에 다라 레이저 거리 센서는 짧은 기준선(baseline)으로 정확한 거리 측정을 획득한다.
본 발명의 다양한 실시태양의 전술된 또다른 관점은 수반된 도면과 함께 하기 상세한 설명의 고찰을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 거리 센서의 하나의 실시태양을 이용한 로봇의 평면도를 나타낸 단순화 도면이다.
도 2는 거리 센서의 또다른 실시태양을 이용한 로봇의 평면도를 나타낸 단수화 도면이다.
도 3A 및 3B는 거리 센서의 또다른 실시태양의 평면도를 나타낸 단순화 도면이다.
도 4A 및 4B는 거리 센서 및 거리 센서 구성요소의 또다른 실시태양을 이용한 로봇의 평면도를 각각 나타낸 단순화 도면이다.
도 5는 삼각 측정으로 이용된 기본 기하학을 나타낸 단순화 도면이다.
도 6은 레이저 거리 센서의 성능 특성 상의 초점 거리 및 기준선의 생성 효과를 나타낸 대표 그래프이다.
도 7은 소스(source) 및 센서를 지닌 마운트(mount)의 하나의 실시태양의 구성요소의 단순화 사시도이다.
도 8은 펄스폭의 작용에 의한 최대 허용 노출 및 펄스 파워(pulse power)를 도표화한 대표적인 그래프이다.
도 9는 레이저 거리 센서에 이용되는 전자부품 팩키지의 하나의 실시태양의 구성요소를 나타내는 단순화 블록선도이다.
도 10은 레이저 거리 센서의 회전 기하학을 나타내는 단순화 도면이다.
도입
동시-출원중인 미국 특허 출원과 관련하여 개시된 바와 같은 일부 로봇 시스템은 예를 들어 지도작성 및 위치측정 기능을 용이하게 하는 레이저 거리측정기를 이용한다. 다양한 구성요소와 관련한 제조 비용 및 전력 필요조건은 소비자 또는 상업적 이용을 위한 저비용의 효율적인 로봇 플랫폼을 개발하는데 방해가 되었으나 상기 출원 및 본 명세서는 레이저 거리측정 기술을 다양한 환경에서 실용적이게 하는 해결책을 설명한다. 이러한 점에 있어서, 레이저 거리 센서(LDS) 기술은 다른 실행 중에서도 실내 및 실외 이동성 로봇 또는 자동차 거리측정 응용에 적합하게 하는 특정한 장점을 지님이 주지되어야 한다.
많은 센서 기술(다양한 정도의 복잡성을 지닌)이 거리 데이터를 획득하는데 이용되나 LDS 시스템은 용이하게 이용 가능한 형태의 데이터를 효율적으로 제공한다. 예를 들어 LDS는 거리 데이터를 직접 출력한다; 즉 LDS와 그의 시야 내 물체 사이의 거리에 대한 정보를 제공한다. 이러한 직접적 측정 기능은 예를 들어 획득 영상 데이터로부터 간접적으로 거리를 계산하고; 따라서 거리를 측정하기 위해 일반적으로 복잡한( 및 일반적으로 오류-빈발) 영상 데이터 처리 및 다른 컴퓨터 비용뿐만 아니라 정교한 영상 하드웨어를 필요로 하는 시각 센서 기술과는 구별된다. 초음파 변환기 또는 IR 센서를 필요로 하는 시스템과 같은 다른 형태의 거리 측정 장비와 달리 LDS는 각도 및 거리 분석, 광대한 수의 데이터 포인트(초당 수백 또는 수천개의 지점 측정)의 실시간 획득 및 낮은 허위 양성 및 음성 비율이 가능하다. 또한 LDS 스캔 데이터와 함께 이용되는 효율적인 지도작성 및 위치측정이 존재한다.
일반적으로 알려진 바와 같이 삼각 측정-기반 LDS 시스템이 데이터를 획득하는 정확도는 센서 장치의 전체 크기에 의해 한정된다. 특히 기준선 즉 소스 레이저와 센서 또는 위치 감지 장치(PSD) 사이의 거리는 정확도와 범위 모두에 영향을 미친다. 일반적으로 특정 거리 범위 내에 LDS의 정확도 및 범위는 기준선에 직접 비례하여 변화된다, 즉 기준선이 감소됨에 따라 장치의 정확도 및 범위가 감소된다. 따라서 긴 기준선을 지닌 큰 장치와 같이 잘 작동하는 소-규모 LDS의 고안 및 실행이 시도되고 있다.
하기에 나타난 레이저 거리 센서 시스템 및 방법은 크고 더욱 고비용인 레이저 스캐너와 유사한 성능을 지닌 소형 평면 LDS를 이용한다: 약 6 m의 범위에 대해 약 1 cm - 3 cm 정확도; 약 10 Hz 이상의 전체 360도 스캔으로 4 kHz 이상의 신속한 획득; 및 약 0.25도 이하의 각도 오류로 전체 360도 스캔에 대한 약 1도 이하의 각도 분석. 더욱이 하기 나타난 LDS 실시태양은 하기 특성의 일부 또는 전부를 포함하고; 이용된 레이저는 응용 가능 안전 표준에 따른 안구-안전하고; 상기 시스템 및 방법은 표준 실내 조명 조건 및 일부 실외 조건 하에서 작동되고; 짧은 기준선은 LDS 센서가 작은 크기가 될 수 있게 하고; 상기 시스템은 2 W 이하의 낮은 전력 소비 필요조건을 나타낸다.
본원에 설명되고 기재된 실시태양은 비교적 짧은- 내지 중간-범위 거리 측정으로부터 이익을 얻는 자동차 또는 차량 응용을 포함하나 이에 한정적이지 않은 많은 다른 응용뿐만 아니라 자율적 위치측정 및 지도작성을 가능하게 하는 다양한 로봇 장치에 유용성을 지님이 인식될 것이다. 또다른 예는 건축 현장 응용(예를 들어 건물 또는 방 그룹을 검사하거나 모니터하는), 산업 "안전막" 응용, 인원 또는 차량 계측 응용을 위한 지역 모니터 등을 포함한다.
실행
도면을 참고로 도 1은 거리 센서의 하나의 실시태양을 이용한 로봇의 평면도를 나타내는 단순화 도면이고, 도 2는 거리 센서의 또다른 실시태양을 이용한 로봇의 평면도를 나타내는 단순화 도면이다.
도 1 및 2에서 로봇 100은 작업을 수행하도록 고안되고 작동되는 어떠한 다양한 자율적 자가-추진 장치에 합체된다. 일부 전형적인 가정 및 상업적 실행시 로봇 100은 쓸기, 진공 청소, 걸레질 또는 왁스칠 기능을 수행하도록 형성되고; 유사하게 로봇 100의 일부 실시태양은 잔디 깎기 및 갈퀴질과 같은 마당 또는 정원 관리 기능을 수행하는 것이 가능하다. 관련된 동시-출원중 출원에 설명되고 기재된 바와 같이 로봇 100은 많은 다른 작업 중 어느 하나를 수행하도록 선택적으로 형성된다. 본 개시물 및 청구된 내용은 로봇 100의 어떠한 특정한 구조적 또는 기능적 특성에 한정되고자 함이 아님이 인식될 것이다. 하기 나타난 바와 같이 본원에 기재된 LDS는 어떠한 형태의 이동 차량 또는 상기 기재된 바와 같은 어떠한 다양한 고정 위치 감지 응용에 부착되거나 합체되거나 함께 이용된다.
도 1에 나타난 바와 같이 LDS 시스템 260의 하나의 실시태양은 일반적으로 거리 즉 기준선에 의해 분리된 소스 1090 및 센서 1010을 이용한다.
센서 1010은 전하-결합 소자(CCD), 선형 CCD, 상보성 금속-산화막 반도체(CMOS) 센서, 위치 감별 소자(PSD) 또는 소스 1090으로부터의 출력과 동일한 전자기 스펙트럼 주파수대에서 감도가 강한 다른 센서 기구를 포함하거나 그 안에 합체된다. 이러한 기술 또는 그의 변형의 일부는 디지털 카메라 및 다른 소비자 전자부품 응용에서 대중성을 얻고 있고, 다양한 형태의 디지털 카메라 감지 기술은 통합된 센서 1010이다. 상기 주지된 바와 같이 다른 형태의 센서 기술도 이용되나 센서 1010으로 사용하기에 적당한 장치 중 하나의 예는 CMOS 센서(예를 들어 현재 Micron Technology, Inc.에서 판매되는 모델 번호 MT9V032 센서와 같은)이다.
소스 1090은 예를 들어 레이저 또는 센서 1010에 의해 탐지 가능한 스펙트럼 대역 내에서 전자기 에너지를 생성하는 어떠한 다른 소스를 포함하거나 그 안에 합체된다. 일부의 경우 정확한 거리 측정은 높게 시준된 광으로부터 이익을 얻는다. 예를 들어 발광 다이오드(LED)는 시준 옵틱(optic)과 함께 이용되나 레이저는 더욱 효율적이고 효과적이다. 본원에 기재된 바와 같이 다른 형태의 전자기 소스(현재 이용 가능하거나 미래에 개발되는)도 유사한 결과를 달성하는데 적당하나 센서 1090은 레이저로 표기될 것이다. 소스 1090의 출력은 육안으로 볼 수 있거나 보이지 않는다. 하기 나타난 바와 같이 다른 장치도 정확한 거리 측정을 가능하게 하나 적당한 소스 1090의 하나의 예는 단파장 레이저 다이오드(예를 들어 Union Optronics Corporation에서 판매되는 모델 번호 SLD-650-P5-300-05와 같은)이다.
조명된 물체의 색상 및 반사력은 센서 1010에 의해 수신된 광의 품질과 특성에 영향을 미침으로서 일부 방법을 이용한 거리 측정에 영향을 미치기 때문에 다른 주파수대에서 변동 가능한 출력을 생성할 수 있는 소스 1090를 이용하는 것이 바람직하다. 소스 1090의 다른 주파수로의 이동 출력은 일부의 경우 더욱 정확한 결과를 생성한다. 부가적으로 또는 대안으로 특정 주파수를 약화시키면서 다른 것은 투과시키도록 작동하는 필터가 유사한 효과를 생성하기 위해 이용된다.
또한 소스 1090은 방사된 광을 시준하거나 그 특성에 영향을 미치기 위해 일반적으로 당분야에 알려진 바와 같은 옵틱 팩키지를 포함한다. 이러한 옵틱 팩키지는 하나 이상의 고정된 초점 렌즈, 활성 초점 제어 기구, 광 시준기, 빔 분할기, 구경, 거울, 선택성 대역 통과 필터 또는 이들과 다른 구성요소의 다양한 결합을 이용한다. 하기에 더욱 상세하게 나타난 바와 같이 센서 1010은 옵틱 팩키지 1019의 다양한 형상을 포함하거나 그와 함께 실행된다.
일부 실시태양에서 소스 1090 유래의 출력은 회전 유발된다. 이러한 점에 있어서, 로봇 100 내의 전용 모터가 소스 1090 자체 또는 옵틱 팩키지의 선택된 요소의 바람직한 회전을 제공하는데 이용된다. 소스 1090은 예를 들어 전체로서 회전되거나 옵틱 팩키지의 특정 요소(거울 또는 빔 분할기와 같은)가 회전된다. 당업자는 통상의 광원 및 다른 옵틱 구성요소로부터 회전 빔을 생성하는 것은 독창적 능력 없이도 달성됨을 인식할 것이다.
작동시 소스 1090 및 센서 1010 또는 그의 개별적인 옵틱 어셈블리는 작동 환경의 전체 360도 시야를 지니도록 로봇 100 위에 배열된다. 따라서 소스 1090 유래의 빔은 로봇 100이 위치한 표면에 수직인 축에 대해 360도 패턴으로 연속으로 또는 간헐적으로 회전된다; 또한 빔은 360도 이하의 원호를 교차하여 앞뒤로 지나간다. 부가적으로 또는 대안으로 소스 1090 유래의 출력은 특정 방향에 즉각적으로 활성적으로 조준된다. 상기 선택 각각은 거리 측정을 용이하게 하는 데이터 획득에 유용하다.
소스 1090에서 투영된 광은 작동 환경 내에서 물체를 반사시키고, 측정 가능 각도에서 센서 1010에 의해 수신된다. 소스 1090 및 센서 1010의 상대 위치 및 공간 방위가 알려지고 로봇 100과 결합된 전자부품 내에 기록되거나 저장되면 LDS 시스템 260은 정확한 거리 계산을 가능하게 함으로서 로봇 100의 정확한 위치측정을 용이하게 한다. 이러한 점에 있어서, 위치 및 네비게이션 처리는 예를 들어 센서 1010에 의해 수신된 자연 및 시간 신호뿐만 아니라 소스 1090에 대한 센서 1010의 알려진 기하학 모두를 고려하는 로봇 100과 합체된 전자부품에 의해 실행된다. 예를 들어 거리는 센서 1010과 소스 1090 사이의 알려진 거리(즉 기준선), 센서 1010에 의해 탐지되는 반사광의 각도, 소스 1090에 의한 빔 생성과 센서 1010의 그의 후속 수신 사이의 시간 지연, 연속 측정 사이의 불일치 등과 같은 인자의 결합을 이용한 삼각법을 통해 측정된다. 광이 센서 1010에 진입하는 각도는 일반적으로 로봇 100 이동의 작용에 의해 또한 소스 1090에 의해 생성된 빔의 회전으로 인해 시간 경과에 따라 변화된다.
센서 1010의 감지 표면 상에서 투사된 광의 각도는 다양한 방법으로 측정된다. 예를 들어 각도는 감지 표면 상의 어레이 내 가장 밝은 픽셀을 확인함으로서 측정된다. 또한 예를 들어 인접 시리즈의 중심 또는 중심 영역을 확인하고 가장 밝은 픽셀 지점을 고려함으로서 가장 밝은 인접 픽셀 시리즈가 이용된다. 투사광 각도를 확인하기 위해 서브-픽셀 처리, 보간법, 표준화 등과 같은 다양한 영상 처리 기술이 센서 1010의 감지 표면 상에 밝은 영역을 위치시키고 상기 영역을 이용하는데 이용된다.
일부 실시태양에서 소스 1090 유래의 출력은 실질적으로 수직인 표면(벽과 같은) 상에서 투사시 광이 상기 표면 상에 실질적으로 수직인 것으로 탐지되도록 평면으로 투영된다. 투영된 선의 다른 부분에 대한 거리는 센서 1010에 의해 탐지된 광 각도를 측정함으로서 측정된다. 예를 들어 소스 1090 유래의 출력이 광학 어셈블리 260에 대해 수직인 표면 상에 투영되면 센서 1010은 직선 수직선을 탐지한다. 소스 1090 유래의 출력이 수직이 아닌 표면 상에 투영되면 센서 1010은 수직에서 기울어진 선을 탐지한다. 이러한 점에 있어서, 당업자는 소스 1090이 광 지점 또는 광선을 생성한다. 광선이 소스 1090에 의해 생성되면 실질적인 개별적 거리는 상기 선의 개별적 부분이 표면 상에 투영되는 위치에 대해 계산된다; 즉 다수의 거리 측정이 이루어지고, 이들 각각은 선의 투영된 선의 특정 부분에 해당된다. 상기 방식으로 3-차원 깊이 지도가 작동 환경의 360도 스캔에 대해 구축된다.
LDS 시스템 260의 구성요소 배열의 경우 물체에 대한 거리를 측정하기 위해 다양한 방법이 이용된다. 예를 들어 소위 "흐름 시간(time-of-flight)" 및 삼각 측정 계산이 일반적으로 구성요소의 상대 위치, 각도 방위, 속도 및 다중 측정을 기반으로 한 계산에 유용성을 지닌다. 또다른 방법은 센서 1010 상에 투사된 반사 전자기 에너지의 진폭을 측정하는 것을 이용한다. 이러한 점에 있어서, 소스 1090 유래의 출력이 레이저광 또는 다른 높게 시준된 광인 경우 조명된 물체의 재료, 색상 및 반사력 특성은 물체에 반사된 센서 1010에 의해 탐지되는 광의 진폭에 영향을 미치고; 따라서 이러한 방식으로 획득된 거리 측정은 매우 정확하거나 조명되는 물체의 조성에 따라 다르게 이러한 감지 방법의 제한으로 인해 유의적인 부정확성이 유발된다.
이러한 단점을 중화시키는 하나의 전략은 레이저(또는 다른 시준된 광원) 및 LED(또는 다른 발산된 광원)과 같은 다른 형태의 독립적 광원으로 물체를 조명하는 것을 포함한다. 또한 소스 1090은 다양한 주파수의 레이저광을 생성하도록 실행된다. 다양한 형태의 반사광의 측정은 로봇 100과 결합된 전자부품이 조명된 물체의 색채, 반사력 또는 다른 특성에 의해 유발되는 바와 같은 반환된 시준광에서 탐지되는 진폭 파동을 계산하는 것을 가능하게 한다. 상기 방식으로 다른 주파수의 이용은 예를 들어 오류 보정, 표준화 또는 탐지된 시준광의 진폭(및 진폭 변동)의 평가시 유용성을 지닌 다른 계산을 용이하게 한다.
상기 나타난 바와 같이 계산된 거리 측정의 정확도는 이들이 수득되는 균형 및 주파수에 의해 영향 받는다. 따라서 하나의 실시태양에서 소스 1090은 연속적인 빔을 영구적으로 생성하도록 작동이 유지되고; 센서 1010은 주기적 간격으로 수신된 광을 즉각적으로 판독하고; 일부의 경우 연속적인 측정간의 간격이 짧을수록 더욱 정확한 측정이 이루어진다. 대안으로 충분한 처리력이 이용 가능한 경우 센서 1010은 로봇 100이 역동적으로 그의 방위를 변화시키면 실시간으로 변화 신호를 연속적으로 모니터하도록 작동한다. 또한 소스 1090은 간헐성 또는 펄스된 출력을 제공하고; 종전 실시태양에서와 같이 소스 1090이 펄스를 출력하는 경우에만 거리 측정이 획득되나 센서 1010은 연속적으로 작동된다. 또다른 대안으로 센서 1010은 펄스가 소스 1090에 의해 투영된 경우 센서 1010만이 노출되도록 펄스 소스 1090과 동시화(synchronized) 된다. 이러한 실시태양에서 소스 1090 및 센서 1010의 간헐성 작동 시간을 지정하기 위해 어떠한 형태의 동시화 메커니즘도 이용된다. 예를 들어 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러는 작동을 동시화하기 위해 소스 1090 및 센서 1010에 적당한 추진 신호를 제공한다; 부가적으로 또는 대안으로 광학 암호기 또는 다른 전기기계 동시화 메커니즘이 이용된다.
상기 주지된 바와 같이 센서 1010은 옵틱 팩키지와 함께 이용된다. 일부의 경우 옵틱 팩키지는 소스 1090 유래의 출력과 실질적으로 동일한 주파수에서 작동하는 협대역 광학 필터를 포함하는 것이 바람직하다; 이러한 실시태양에서 센서 1010에 의해 탐지 가능한 가장 밝은 광은 일반적으로 소스 1090에 의해 투영된 광일 것이다. 이러한 필터 방법은 특정 응용의 경우에는 바람직하지 않음이 인식될 것이다.
당업자는 소스 1090 및 센서 1010(및 어떠한 부수적인 옵틱 팩키지)의 구성요소의 실행 및 구조적 배열은 많은 변형이 가능함을 인식할 것이다. 예를 들어 통상의 렌즈를 지닌 하나 이상의 카메라가 센서 1010에 이용된다; 180도 "어안" 렌즈가 옵틱 팩키지에 사용되는 경우 2개의 센서는 전체 360도 영역을 포함한다. 소스 1090으로부터 빔을 회전시키는 옵틱 팩키지와는 반대로 로봇 100의 외부 회전 플랫폼 상에서 고정된 광원이 이용된다; 도 2에 나타난 바와 같이 센서 1010도 이러한 회전 플랫폼 상에 탑재된다.
도 2 실시태양에서 LDS 270은 센서 1010 및 소스 1090이 탑재된 회전 플랫폼 또는 붐(boom)을 포함한다. 작동시 소스 1090은 예를 들어 출력 회전이 회전축에 대한 붐의 회전에 의해 달성되도록 붐의 세로축에 대해 고정된다. 이러한 배열은 소스 1090 및 센서 1010(및 어떠한 부수적인 옵틱 팩키지)을 단순화하여 내부 회전 거울 또는 다른 회전 어셈블리에 대한 요구를 최소화시키거나 제거시키게 된다. 도 2에 나타난 바와 같이 소스 1090 및 센서 1010은 붐의 회전축의 반대면 위에 배열되는 것이 바람직하다.
도 3A 및 3B는 거리 센서의 또다른 실시태양의 평면도를 나타내는 단순화 도면이다. 나타난 바와 같이 LDS 시스템 270의 소스 1090 및 센서 1010은 붐의 회전축의 동일면 상에 위치한다. 근거리 물체를 탐지하는데 이용되는 인접 거울은 예를 들어 센서 1010에 매우 근접하게 위치한다; 반대로 원거리 물체를 탐지하는데 이용되는 말단 거울은 예를 들어 센서 1010으로부터 매우 멀리 위치한다. 나타난 실시태양에서 인접 거울 및 말단 거울은 센서 1090의 감지 표면의 개별적 부분이 각각의 개별적 거울로부터 광을 탐지 가능하게 하도록 상이한 높이에 위치한다(예를 들어 도 3A에 나타난 회전축을 따라).
인접 및 말단 거울에 대한 상이한 시야는 장거리 및 단거리 탐지 양식 모두를 용이하게 하는데 이용됨이 인식될 것이다; 특정 물체에 대해 더욱 적당한 시야를 지닌 거울로부터의 광이 거리 계산에 이용된다. 예를 들어 인접 거울을 통해 관찰된 레이저 도트(dot) 위치는 가까운 물체에 대한 거리를 측정하는데 이용되는 반면 말단 거울을 통해 관찰된 레이저 도트 위치는 먼 물체에 대한 거리를 측정하는데 이용된다. 원거리의 탐지 정확도는 개별적 거울, 거울의 시준 특성 및 다른 인자와 관련한 관찰로 인해 인접 거울보다는 말단 거울을 통해 더욱 커진다. 부가적으로 또는 대안으로 두 거울 모두가 물체(도 3B에 나타난 바와 같이 거울의 시야가 중복되는 위치 내의 물체와 같이)를 탐지하는 경우 예를 들어 두 거울 모두로부터의 측정은 평균내거나 하나의 측정을 또다른 것에 대해 비교-검토하는데 이용된다.
상기 나타난 바와 같은 LDS 시스템을 실행하는 로봇 100의 실시태양은 전체 작동 환경의 완전하고 체계적인 포함에 특히 유효하다. 이러한 점에 있어서, 로봇 100은 적어도 일부분에서 LDS 시스템 260 또는 270에 의해 획득된 거리 측정과 관련한 데이터를 기반으로 한 적당한 전자부품에 의해 좌우되거나 영향 받는다. 다양한 버전의 동시 위치측정 및 지도작성(SLAM) 기술은 이러한 응용에 유용성을 지니고 본 개시물 및 청구된 사항은 획득된 거리 데이터에 대해 실행된 어떠한 특정 데이터 처리 연산에 의해서도 한정되고자 하지 않는다.
도 4A 및 4B는 거리 센서 및 거리 센서 구성요소의 또다른 실시태양을 이용한 로봇의 평면도를 각각 나타낸 단순화 도면이다. 이러한 실시태양에서 도 2에 나타난 LDS 270은 소형 인자로 변형되었고; 로봇 100은 일반적으로 다른 것 중 도 2에 나타난 LDS 시스템 270의 실시태양보다 상당히 짧은 기준선을 지닌 LDS 시스템 290을 포함한다.
하나의 실시태양에서 LDS 시스템 290은 일반적으로 마운트 291에 고정되거나 부착된 소스 1090 및 센서 1010을 포함한다. 마운트 291은 하우징(housing) 292 내의 회전축에 대해 회전된다. 이러한 점에 있어서 마운트 291은 직접 또는 적당한 연동 메커니즘을 통한 회전을 제공하는 것이 가능한 적당한 모터(스텝 모터(stepper motor), 브러쉬 모터, 직류 모터 또는 다른 전기 모터와 같은)에 결합된다; 또한 마운트 291은 마운트 291의 회전이 예를 들어 로봇 100 상의 바퀴 또는 트랙의 회전의 작용으로 로봇 100의 운행에 응답하여 제공되도록 로봇 100과 협동하는 적당한 연동 메커니즘에 결합된다. LDS 시스템 290은 예를 들어 로봇 100 내에 배열된 외부 소스 유래의 이러한 모터를 추진시키는 전력을 수신한다; 또한 LDS 시스템 290은 예를 들어 재충전 가능 배터리와 같은 내부 전원 장치를 포함하거나 통합시킨다.
일부의 경우 마운트 291을 초당 10회 회전까지의 속도로 전체 360도를 회전시키는 것이 바람직하다; 부가적으로 또는 대안으로 마운트 291은 360도 이하로 회전되고, 시계방향 및 반시계방향 모두로 예정되거나 동력학적으로 조정된 원호를 통해 지나간다. 일반적으로 당분야에 알려져 있는 다양한 형태의 모터 및 회전 어셈블리는 마운트 291에 이러한 회전을 제공하기에 적당하다. 일부 실시태양에서 마운트 291은 임의의 수의 360도 단일-방향 회전을 통해 회전 가능하고; 이는 예를 들어 유도 동력 및 데이터 커플링 또는 슬립 링을 이용하여 달성된다.
원형 실시태양이 마운트 291의 정해진 회전을 실행하는데 용이하고 효율적이나 도 4A 및 4B에 나타난 바와 같이 하우징은 평면도에서 원형일 필요는 없다. 하우징 292는 로봇 100의 표면에 부착되거나 그로부터 돌출되어 소스 1090 및 센서 1010이 작동하는 표면으로부터 충분히 멀리 돌출하게 한다, 즉 소스 1090에 의해 방사되고 센서 1010에 의해 수신되는 광이 로봇 100의 구조적 요소에 의해 차단되거나 가려지거나 약화되지 않게 한다. 하우징 292는 소스 1010 및 센서 1010의 성능이 미립자 또는 다른 오염으로 인해 악화되는 가능성을 최소화하기 위해 실질적으로 투명한 창 또는 보호 덮개를 포함한다. 이러한 창 또는 보호 덮개는 소스 1090 및 센서 1010의 작동 주파수에서의 광이 실질적으로 약화되지 않고 통과 가능하게 하는 즉 센서 1010 및 소스 1090의 성능 특성이 유의적으로 감소되지 않게 하는 적당한 광학적 특성을 지닌 물질(예를 들어 플라스틱, 아크릴 또는 사파이어와 같은)로 구성된다. 이러한 구조에 사용되는 물질은 이용되는 특정한 감지 기술에 따라 선택된다. 이러한 실질적인 투명 창은 하우징 292의 구조 내에 통합되괴, 일부 실시태양에서 전체 360도로 확장되어 소스 1090 및 센서 1010이 360도 스캔으로부터 거리 측정을 획득 가능하게 함이 인식될 것이다.
LDS 시스템 290은 내부 또는 "내장" 컴퓨터 기능을 제공하는 프로세서 299를 추가적으로 포함한다. 프로세서 299는 단일 또는 다중-코어 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 프로그램 가능 로직 제어기, 주문형 반도체(application specific integrated circuit, ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 및 다른 형태의 데이터 처리 엔진과 같은 어떠한 다양한 형태의 계산 하드웨어 내에 합체되거나 이를 포함한다.
일부 실시태양에서 프로세서 299는 소스 1090 및 센서 1010의 기능을 지지하고 추가적인 처리 및 거리 계산을 위한 외부 장치 또는 프로세서(예를 들어 로봇 100 위에 배열된)에 거리 측정 데이터를 제공하도록 고안되고 작동된다. 더욱이 프로세서 299는 모든 필요하거나 바람직한 거리 계산을 수행하기에 충분히 정교화되고, 이들 결과는 외부 장치 또는 프로세서에 제공된다. 이러한 점에 있어서, 프로세서 299는 무선으로 또는 데이터 라인을 통해 추가적인 처리 자원(예를 들어 LDS 시스템 290의 외부)과 데이터 커뮤니케이션 하게 된다. 무선 실시태양에서 다른 표준 및 커뮤니케이션 프로토콜도 이용되나 프로세서 299는 예를 들어 Bluetooth 표준 또는 Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE) 802.1 1 표준을 이용하여 커뮤니케이션된다.
LDS 시스템 290은 다양한 필요하거나 바람직한 작동의 실행을 용이하게 하기 위한 추가적인 구성요소를 포함함이 인식될 것이다. 도 9를 참고로 하기 나타난 바와 같이 예를 들어 LDS 시스템 290은 메모리 및 광학 암호기로부터 수신된 데이터에 응답하여 소스 1090 및 센서 1010의 작동을 제어하거나 이에 영향을 미치는 적당한 구동 전자부품을 포함한다.
하기 상세하게 나타난 바와 같이 LDS 시스템 290은 레이저 포인트 빔을 투영하는 소스 1010 및 짧은 기준선에 의해 분리된 라인 센서를 포함하는 센서 1010를 이용하여 삼각 측정 원리로 작용하는 혁신적인 레이저 포인트 센서 모듈을 나타낸다. 일부 실시태양에서 LDS 시스템 290은 작고 견고한 팩키지 내에 소스 1090, 센서 1010, 어떠한 부수적인 옵틱 또는 광학 구성요소 및 프로세서 299를 통합시킨다; 이러한 점에 있어서 LDS 시스템 290은 현재 이용 가능한 IR 거리 센서보다 다소 크나 정확도 및 속도와 같은 실질적으로 우수한 성능 특성을 제공한다.
상기 주지된 바와 같이 LDS 시스템 290은 외부 장치, 프로세스 자원 또는 다른 컴퓨터 시스템과 데이터 커뮤니케이션된다. 이러한 데이터 케뮤니케이션은 예를 들어 Bluetooth 또는 IEEE 802.11와 같은 무선 RF 프로토콜을 통해 또는 어떠한 수의 다른 데이터 커뮤니케이션 방법을 통해서도 이루어진다. 예로서 데이터 커뮤니케이션은 전원 장치 전선 상의 반송파 전류(carrier current)를 통해 또는 광학 또는 슬립 링 또는 다른 메커니즘을 통해 제공되는 다른 형태의 데이터 라인을 통해 이루어진다. 또한 데이터는 예를 들어 유도적으로 제공되어 마운트 291의 회전을 이용한다. 유사하게 LDS 시스템 290의 다양한 구성요소에 대한 전력은 유도적으로 또는 슬립 링을 통해 공급된다.
이러한 점에 있어서, 마운트 291은 그의 회전에 대해 한정되지 않음이 인식될 것이다. 슬립 링 또는 유도성 커플링을 이용함으로서 예를 들어 마운트 291은 특정한 방향으로 임의의 회전수를 통해 회전 가능하게 된다.
데이터 커뮤니케이션에 있어서, LDS 시스템 290은 어떠한 다양한 외부 시스템에도 원자료 또는 거리 측정을 제공함이 인식될 것이다. 일부 실시태양에서 이러한 데이터는 로봇 100(도 1, 2 및 4A에 나타난 바와 같은)의 네비게이션 시스템 또는 일부 다른 종류의 자율적 차량에 공급된다. 또한 LDS 시스템 290은 "인원-계측" 시스템(예를 들어 스포츠 또는 연예 현장, 법원, 공항, 요금 징수소 등에서 이용되는), "안전막" 부근 경고 시스템(예를 들어 산업 또는 다른 상업적 셋팅에 이용되는), 주거 또는 상업적 경보 시스템 및 다양한 다른 고정된 위치 감지 시스템에 데이터를 제공한다.
일부 실시태양에서 LDS 시스템 290은 거리에 관한 데이터 또는 실질적인 거리 측정을 자동차와 같은 차량 내에 배열된 전자부품 모듈에 제공한다. 예를 들어 전자부품 모듈의 정교화 및 하나 이상의 네비게이션 시스템 또는 시스템 구성요소의 가능 출력에 따라 다르게 이러한 차량은 그 자체를 자동으로 조종하거나 운전하거나 주차하도록 LDS 시스템 290 및 그로부터 획득된 데이터를 통합시킨다. 또한 네비게이션 시스템 또는 안전 시스템 내로 거리 데이터의 통합은 차량 내 모니터 또는 디스플레이와 함께 이용하기 위해 제공된다. 예를 들어 많은 네비게이션 보조기구는 특정 위치에 도착시 운전자를 돕기 위한 지도 또는 다른 디스플레이를 제공한다; 이러한 시스템은 예를 들어 거리를 표시하기 위해 장착되나 이들은 장애물을 표시할 수 없다. 차량 전자부품 모듈은 LDS 시스템 290으로부터 수신된 거리 데이터를 통합시키고 차량 주변 지역의 평면도 또는 3-차원 사시도를 표시하도록 용이하게 개조되어 인접 차량, 소화전, 전신주, 가드레일 등이 차량의 표시에 대해 그들의 위치 내에 표시되게 된다. 이러한 점에 있어서, 시각 보조기구 또는 다른 거리 관련 정보를 작동자에게 제공하기 위해 LDS 시스템 290을 통합시키고 거리 데이터를 이용하는 차량은 예를 들어 주차시 및 안개 또는 다른 악조건에서 운전시 작동하기에 특히 안전하다.
삼각 측정 기술
현재 이용 가능한 모든 단일-지점 스캔 센서(상기 주지된 바와 같은 SICK 및 Hokuyo 장치와 같은)는 포인트 센서를 스캔하기 위해 거울을 이용한다. 이들 장치는 일반적으로 흐름 시간 거리 센서로 형성된다, 즉 이들은 광이 물체를 지나가고 센서에 반사되는데 필요한 시간을 측정한다. 또다른 기술은 삼각 측정이다. 상기 주지된 바와 같이 삼각 측정 방법에 따라 물체에 대한 거리는 물체로부터 반사된 광 각도의 작용으로 측정된다.
도 5는 삼각 측정 계산에 이용된 기본 기하학을 나타내는 단순화 도면이다. 소스는 물체 및 센서의 영상 평면 상에 반사되는 작은 점의 광(레이저광 또는 시준광과 같은)을 생성한다; 센서의 영상 평면 상에 투사된 광은 종종 "도트"로 표기된다. 이상적인 핀홀(pinhole) 카메라 또는 다른 센서는 소스에 의해 생성된 빔이 영상 평면의 이용 가능한 부분의 경계에 대한 초점 중심을 통해 광선에 평행하게 되도록 방향 지정된다. 이러한 구조 배열은 도트의 위치를 확인함으로서 LDS가 무한대(영상의 하나의 경계의)부터 최소 거리 qmin(영상의 또다른 경계의)까지 거리 측정 계산을 가능하게 한다. 유사한 삼각형으로부터 초점 중심으로부터 물체에 대한 수직 거리 q는 하기와 같이 한정된다:
Figure pct00001
f는 초점 거리, s는 기준선 및 x는 소스 빔에 평행한 광선과 물체로부터 반사된 광선 사이에 측정된 거리이다. 따라서 물체에 대한 거리는 물체로부터 반사된 영상 내의 도트의 각도(위치에 영향을 미치는)의 작용으로 확인된다.
또한 소스 출력 광선을 따른 물체에 대한 거리 d는 영상 축에 대해 소스의 각도 β에 따라 달라진다:
Figure pct00002
방정식 1 및 2는 삼각 측정의 특성인 영상 거리(즉 센서의 영상 평면 상에서 측정된 거리)와 물체 거리 사이의 쌍곡선 관계를 나타낸다. 범위 감도가 하기와 같이 거리와 함께 이차적으로 증가되기 때문에 이러한 비선형 관계는 장거리 측정에 대해 어려움을 보유할 수 있다:
Figure pct00003
예를 들어 단일 픽셀(예를 들어 센서 어레이 상의)의 센서 내 변위가 1 m에서 1 cm 거리 변위에 해당하는 경우 센서 상의 영상의 동일한 단일 픽셀 변위는 2 m에서 4 cm 변위에 해당된다.
상기 주지된 바와 같이 우수한 최소 거리 성능(방정식 1 유래)과 일치하는 기준 및 우수한 범위 분석능(방정식 3 유래)과 일치하는 기준은 일반적으로 균형잡힌다, 즉 작은 fs 생성물은 작은 qmin을 제공하는 반면 큰 fs 생성물은 더욱 우수한 범위 분석능을 제공한다.
거리 계산시 fs의 생성에 제공된 상대 중량은 이용된 센서의 가능 출력 및 기능적 특성에 의존적이거나 그에 의해 결정되거나 영향 받는다. 일부 실시태양에서 센서는 짧은 노출 시간(예를 들어 주위 광 배제를 개선시키기 위한) 및 많은 픽셀수(예를 들어 x의 우수한 분석능을 가능케 하기 위한)를 지닌다. 하나의 실시태양에서 752 픽셀의 분석능 및 35 ㎲의 최소 셔터 시간을 지닌 글로벌 셔터(global shutter) CMOS 센서가 많은 응용에 충분하다; 이러한 경우 각각의 픽셀은 약 6 ㎛이고 서브-픽셀 보간법 처리는 0.1 픽셀 이내에서 효과적인 분석을 가능하게 한다.
도 6은 레이저 거리 센서의 성능 특성 상의 초점 거리 및 기준선의 생성 효과를 나타내는 대표 도면이다. 상기 파라미터의 경우 범위 분석능 및 최소 거리 상의 fs 효과는 도 6에 나타난 바와 같이 fs 생성이 증가될수록 범위 분석능이 감소되고 qmin이 증가되는 것으로 도면 작성된다. qmin이 20 cm 이하인 경우(예를 들어 일부 소규모 로봇 응용에 바람직한) fs는 900 이상이어야 한다. 범위 분석능이 6 m에서 30 mm 이하인 경우 fs 생성은 700 이상이어야 한다. LDS 시스템이 의도되는 이용 형태에 따라 이러한 생성이 선택되는 것으로 인식될 것이나 800의 fs 생성이 많은 응용시 우수한 절충으로 선택된다.
fs 생성 = 800은 상이한 방법으로 달성되나 소규모 응용시 적당한 초점 거리를 유지하면서(긴 초점 거리는 일반적으로 긴 렌즈를 필요로 함) 짧은 기준선(상기 나타난 바와 같은)을 제공하는 것이 바람직하다. 예로서 약 50 mm의 기준선을 지니는 경우 초점 거리는 약 16 mm이다.
광학 축에 대한 소스 출력의 각도 β는 하기와 같이 계산된다:
Figure pct00004
LDS 시스템의 전체 오류는 상기 나타난 다양한 파라미터인 센서의 도트 분석시 어떠한 오류, 보정 절차 또는 그의 결합의 작용이다. 본원에서 용어 "보정"은 일반적으로 다양한 구성요소의 어떠한 정렬오류를 나타낸다. 전체 LDS 작동에 영향을 미치는 이러한 정렬오류는 소스의 마운팅 각도(예를 들어 레이저 다이오드), 센서(또는 결합된 렌즈)의 마운팅 각도 및 센서의 렌즈 또는 다른 구성요소에 의해 도입된 어떠한 왜곡도 포함한다.
소스 및 센서의 상대 마운팅 각도에 있어서 도 5의 설명은 일반적으로 동일 평면 내에 존재하는 소스 빔 및 렌즈 주요 광선(즉 평행 광선)을 나타냄이 주지된다. 실제로 상기한 바가 이상적이나 항상 그러한 경우는 아니다. 보정 동안 모든 거리에서 소스 빔 위치에 최상으로 해당되는 수평 스캔라인(scanline)(예를 들어 센서 내)이 요구된다. 작동 동안 LDS는 센서 상의 이러한 중간점 이상 또는 이하의 스캔라인 수를 이용한다. 예를 들어 LDS는 센서 5개 라인 이상 및 5개 라인 이하뿐만 아니라 보정된 스캔라인을 나타내는 센서 어레이(즉 CCD 또는 CMOS) 상의 11개 픽셀 라인의 데이터를 필요로 한다; 라인의 또다른 결합(11개 포함)이 작동시 이용된다. tsp서가 소스 및 초점의 평면에 대해 과도하게 회전되지 않는 경우 11개 라인은 이상적인 평면 기하학에 접근하는데 충분하다.
렌즈 왜곡에 있어서, 16 mm 렌즈의 경우 일반적인 왜곡은 특히 투사광의 단일 파장에 대해 최적화되는 경우 시야의 경계에서 적은 퍼센트에 한정됨이 주지된다. 이러한 센서에 결합된 렌즈를 지닌 LDS 보정시 이러한 렌즈 왜곡은 무시된다; 또한 의도된 범위 한계에서 또는 그 근방에서 시험 판독은 센서에 가까이에서 획득된 시험 판독보다 더 무겁게 측량된다.
일부 실시태양에 따라 LDS는 반사된 도트를 센서에 위치시키기 위해 다양한 거리에서 소스 빔을 최상으로 확인하는 중심 스캔라인을 위치시키고 중심 스캔라인 주변의 스캔라인 밴드를 이용함으로서 보정된다. 알려진 거리의 판독 세트의 경우 방정식 1에 의해 기술된 곡선이 적합하고, 원거리 판독은 큰거리 판독보다 더욱 무겁게 측량된다. 2개의 파라미터(생성 fs 및 x를 계산하기 위한 픽셀 상쇄)는 거리 측정 획득 동안 후속 이용에 대해 최적화된다. 상기한 바는 예로서 제공되고 한정되지 않음이 인식될 것이다; LDS를 보정하는 다양한 방법이 예를 들어 이용된 센서의 가능 출력, 이용된 광 파장, 소스의 전력 출력, 센서 및 소스가 배열된 마우트의 구조적 특성 또는 이들 및 다른 인자의 결합에 따라 다르게 적당하다.
예를 들어 LDS 시스템은 보정 조건 이탈을 탐지하는 것이 가능하고 또한 독립적으로 또는 조작자 개입으로 자가-보정 절차를 실행하도록 형성되고 작동된다. 예를 들어 소스 유래의 출력이 직선 벽의 매우 긴 단면 상에 투사되는 경우 센서는 마운트가 회전시 벽을 따라 다양한 길이를 나타내는 판독을 탐지할 것이다; 이러한 거리 판독은 마운트의 회전 각도가 변화함에 따라 매우 짧은 범위(예를 들어 출력이 벽 표면에 대해 정상인 경우 LDS 시스템에 근접한 벽 지역)부터 매우 긴 범위(예를 들어 LDS 시스템으로부터 벽을 따르 더 멀리)까지 미칠 것이다. LDS 시스템이 적당하게 보정되는 경우 획득된 데이터의 적당한 처리는 직선 벽의 탐지를 야기해야 한다. 그러나 LDS 시스템이 부적당하게 보정되는 경우 처리 작용은 보정 조건 이타을 나타내는 대칭적으로 만곡된 벽의 명백한 탐지를 야기한다. 일부의 경우 명백한 만곡의 탐지는 상기 방정식 3을 참고로 논의된 성능 특성에 의한 것이다. 본원에 기재된 LDS의 구조의 경우 짧은 판독은 더욱 정화간 경향이 있는 반면 긴 판독은 덜 정확한 경향이 있다. 원거리 판독이 모두 부정확하게 높거나 모두 부정확하게 낮은 경우 LDS 시스템은 일반적으로 평면 표면에 반대되는 일반적으로 균일하고 대칭적인 만곡 표면으로 판단되는 것을 탐지한다. 상기 주지된 바와 같이 LDS 시스템은 이러한 측정을 재보정이 필요하거나 바람직하다는 표시로 해석한다.
일부 실시태양에서 LDS 시스템은 구조적 또는 다른 결함을 교정하기 위해 즉 상기 예에서 벽을 직선으로 보이게 하기 위해 하나 이상의 보정 파라미터를 조정 가능한 자가-보정 시스템을 통합시키거나 이에 대한 액세스(access)를 지닌다. 일부의 경우 보정은 수동으로 작동되거나 조작자 입력에 의해 촉진된다; 일부의 경우 조작자는 LDS 시스템이 보정 절차를 실행하도록 지시하는 입력을 제공하고 직선 벽 일부에 대한 수직 거리를 추정하는 입력을 더욱 제공한다. 부가적으로 또는 대안으로 LDS 시스템은 상기 나타난 바와 같이 보정 조건 이탈 탐지시 자동으로 보정 절차를 실시한다. 이러한 자가-보정은 균일하게 만곡된 벽은 실제로 직선일 것이라는 가정을 기반으로 하고, 따라서 보정 파라미터는 처리를 촉진시키도록 조정된다. 상기 주지된 바와 같이 단거리의 경우 LDS가 보정에 매우 둔감한 반면 역으로 비교적 장거리의 경우 LDS는 보정에 매우 민감하기 때문에 이러한 효과는 예측 가능하다. 적당하게 예측된 보정 오류 조건의 경우(작동 환경 및 의도된 용도 고려시) 단거리 또는 근거리는 매우 우수한 정확도로 측정되고, 따라서 LDS는 이러한 정확한 단거리 측정으로부터 전체 예측된 거리 범위에 대해 보정된다.
일반적으로 LDS는 열 스트레스, 기계적 충격 및 여러 구성요소의 구조적 배열 또는 작동 특성을 변경시키는 경향이 있는 다른 조건을 포함한 작동 조건 하에서 보정을 유지시키는 것이 바람직하다. 따라서 일부의 경우 렌즈 요소, 센서, 소스(및 어떠한 부수적인 옵틱) 사이의 물리적 결합(즉 기계적 연결)은 견고하고 낮은 열 팽창 또는 왜곡을 나타내는 것이 바람직하다. 소스 및 센서의 어떠한 상대적인 이동은 특히 긴 획득 거리에서 큰 오류를 야기한다. 실제로 정렬 오류에 대한 가장 큰 위협은 이들이 배열되어 있는 마운트의 열 팽창 또는 기계적 이동에 의해 유발되는 바와 같은 소스 및 센서의 상대적인 회전이다.
도 7은 소스 및 센서를 지닌 마운트의 하나의 실시태양의 구성요소의 단순화된 사시도이다. 도 7 실시태양에서 마운트 291은 도 4B를 참고로 상기 기재된 바와 유사하다. 마운트 291은 일반적으로 강철, 티타늄, 알루미늄, 니켈 또는 견고하고 낮은 열 팽창 계수를 지닌 다양한 합금으로 구성된 L-형태 섀시(chassis) 293을 포함한다. 또한 섀시 293은 예를 들어 복합 물질 또는 세라믹으로 구성된다. 충분한 구조적 견고성 및 적당한 열 전이 특성을 나타내는 어떠한 물질도 이용된다. 또한 마운트 291은 예를 들어 인쇄 회로 기판 도는 모놀리식 집적 회로(IC) 내에 합체된 바와 같은 전자부품 팩키지를 포함한다. 전자부품 팩키지 297은 도 9를 참고로 하기 기재되어 있다.
소스 1090 및 센서 1010은 예를 들어 나사 또는 볼트로 섀시 293에 견고하게 고정된다. 일부의 경우 소스 1090 및 센서 1010을 섀시에 용접하거나 납땜하거나 영구적으로 부착시키는 것이 바람직하다. 본 개시물 및 청구된 사항은 소스 1090 및 센서 1010을 섀시 293에 고정시키는데 이용되는 어떠한 특정한 방법 또는 구조적 메커니즘에 한정적인 것은 아니다; 충분한 견고성을 제공하고 소스 1090 및 센서 1010의 상대적 이동을 적당하게 방지하는 어떠한 기계적 또는 구조적 연결도 이용된다.
소스 1090 및 센서 1010과 결합된 렌즈 블록은 예를 들어 유리-충진된 폴리카보네이트 또는 낮은 열 팽창 및 높은 장력 모듈을 지닌 어떠한 다른 물질이다. 렌즈 요소 295는 유리, 플라스틱, 아크릴, 사파이어 또는 당분야에 일반적으로 알려진 바와 같은 필수적이거나 바람직한 광학 품질을 지닌 어떠한 다른 물질로도 구성된다. 렌즈 295는 알려진 초점 거리의 선택적 변형을 가능하게 하는 나사형 맞물림을 통해 조정된다(예를 들어 초점에 대해); 일부 실시시 양 렌즈 모두는 예를 들어 나사 세트, 접착제 또는 초점이 용이하게 변경될 수 없도록 렌즈 295를 고정시킬 수 있는 기술과 이들의 결합을 이용하여 고착되는 바람직하다.
상기 주지된 바와 같이 소스 1090 및 센서 1010은 다양한 작동 조건 하에서 상대 각도 방위가 고정되고 기준선이 일정하게 유지되도록 섀시 293에 견고하게 연결되는 것이 바람직하다. 이러한 견고성은 삼각 측정시 높은 정도의 정밀도를 가능하게 하고 LDS 시스템 290에 대한 짧은 기준선이 중간 측정 거리(예를 들어 6 m 이상)에 실용 가능하게 한다. 더욱이 실질적으로 상기 나타난 바와 같이 견고한 마운트 291 내의 연결 소스 1090 및 센서 1010 및 어떠한 부수적인 옵틱은 회전 거울 및 필연적인 정렬 및 동시화에 대한 요구를 제거시킨다.
일부 작동 환경에서 도트의 영상(즉 센서 1010에 복귀되고 영상 평면 상에 투사된 광)은 주위 광에 의해 변경되거나 압도되는 것이 가능하다. 일시적인 필터링 및 파장 필터링은 이러한 간섭을 최소화하거나 제거하는데 이용되는 2가지 기술을 대표한다.
일부 실시태양에서 가시성 적색 파장(예를 들어 약 650 nm) 펄스된 레이저가 소스 1090에서 이용된다. 이러한 파장에서 또는 그 근방에서 작용하는 레이저는 예를 들어 IR 파장에서 작용하는 레이저와 비교시 다소 높은 출력(여전히 안구-안전함)을 제공하는 경향이 있다. 더욱이 가시성 적색 파장 레이저는 센서 1010에서 우수한 영상장치 반응을 가능하게 하고, IR 파장 레이저보다 디버그(debug) 및 보정이 더욱 용이하다. 소스 1090의 출력이 650 nm에서인 경우 센서 1010에서 실행되는 20 nm 대역 여파기는 약 50의 인자에 의해 주위 광 유동을 감소시킨다; 다른 형태의 대역 여파기도 이용되고 소스 1090 및 센서 1010의 작동 특성의 작용에 따라 특정 응용되거나 선택된다.
일시적인 필터링을 이용하는 실시태양에서 센서 1010의 글로벌 전자 셔터는 소스 1090과 동시화되어 레이저 펄스시에만 센서 어레이(즉 영상 데이터를 포착하는 픽셀)가 노출되게 된다. 이러한 점에 있어서, LDS 시스템은 소스 1090 및 센서 1010의 간헐성 작동을 동시화하는 동시화 메커니즘을 이용한다. 짧은 펄스를 이용함으로서 레이저 파워가 안구-안전 수준으로 출력을 유지하면서 증가된다. 일반적으로 적용 가능한 안전 표준은 긴 펄스와 비교시 짧은 펄스 내 많은 전체 에너지를 가능하게 하지 않는다; 이들 디자인 고려는 주위 광 폐기(적당한 짧은 펄스)와 센서 반응(적당한 긴 펄스 및 더 높은 총 에너지) 사이의 균형유지(tradeoff)를 나타낸다. 도 8은 펄스 폭의 작용에 의한 최대 허용 가능 노출 및 펄스 파워를 도면 작성한 대표도면이다.
도 8에 나타난 바와 같이 펄스 폭 증가시 펄스에 대한 최대 허용 가능 노출(MPE 또는 총 에너지)은 증가되는 반면 최대 펄스 파워는 감소된다. 35 ㎲의 최소 노출시 펄스 파워는 5 mW 이상이고, 이는 주위 광 간섭과 관련한 문제점 최소화를 촉진시킨다. 긴 펄스 동안 펄스 파워는 감소되고 물체에 대한 반사에 이용 가능한 총 에너지는 실질적으로 증가되어 어두운 물체의 반사 획득을 촉진시킨다. 수직선은 60 ㎲에서 이들 수치를 지니고, 이는 많은 응용시 적당한 펄스 폭이다.
거리 측정을 제공하기 위해 센서에 의해 획득된 데이터 처리는 하기 여러 단계를 포함하나 이에 한정적인 것은 아니다: 레이저를 펄스하고 센서를 노출시키는 단계; 센서 열(row)을 판독하는 단계; 레이저 도트 중심을 측정하기 위해 상기 열을 처리하는 단계; 영상 중심에 해당하는 거리를 계산하는 단계; 및 거리 측정을 포맷하고 커뮤니케이션하는 단계.
도 9는 레이저 거리 센서에 이용되는 전자부품 팩키지의 하나의 실시태양의 구성요소를 나타내는 단순화 블록선도이다. 일부 실시태양에서 센서 1010은 통합된 타이밍 및 제어기를 지닌 CMOS 영상장치 내에 합체되거나 이를 포함한다; 따라서 센서 1010은 노출 및 10개 열의 후속 판독을 시작하기 위해 단지 프레임 펄스만을 필요로 한다; 동일한 프레임 펄스는 예를 들어 레이저 드라이버 회로 또는 전자부품(참고 숫자 901)에 의해 촉진되는 소스 1090으로부터 출력을 시작시킨다. 프로세서 299(도 4B를 참고로 상기 기재된)는 어떠한 다목적 마이크로프로세서 또는 디지털 신호 프로세서(DSP) 내에도 합체되거나 이를 포함한다; 또한 프로세서는 전용 ASIC 또는 다른 독점적 하드웨어 엔진이다.
센서 1010 및 소스 1090(레이저 드리이버 901과 같은 어떠한 부수적인 드라이버 회로뿐만 아니라)에 동시화 또는 다른 제어 신호를 제공하는 것 이외에 프로세서 299는 내부 메모리(예를 들어 캐시(cache)와 같은) 내에 센서 1010 유래의 획득 데이터를 직접 유출시킨다. 데이터는 당분야에 일반적으로 알려진 어떠한 다양한 영상 처리 기술에 따라 처리된다; 데이터 처리에 이용되는 방법은 예를 들어 센서 1010의 특징 및 작동 특성, 전체 데이터 처리량 필요조건 또는 이들과 다른 인자의 결합에 따라 달라짐이 인식될 것이다. 중심 위치를 실질적으로 상기 나타난 바와 같은 거리로 지도 작성하기 위해 적당한 처리 기술이 이용된다.
일부 실시태양에서 필수적이거나 바람직한 프로그램 코드, 보정 데이터 또는 다른 데이터 및 LDS 시스템의 전체 작동을 용이하게 하는 명령 세트를 저장하기 위해 오프-칩(off-chip) 메모리(즉 프로세서 299 외부)가 이용된다. 도 9에 나타난 메모리 902는 다양한 다른 형태의 데이터 저장 기술도 일부 응용에 적당하나 일반적으로 플래쉬 메모리, 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM), 동적 RAM(DRAM), 싱크로너스(synchronous) DRAM(SDRAM) 또는 2배속(DDR) SDRAM으로 실행된다. 프로세서 299는 충분한 내부 캐쉬 가능 출력을 포함하는 경우 메모리 902는 불필요하다.
상기 주지된 바와 같이 다양한 구성요소 작동을 동시화시키는 것이 가능한 동시화 메커니즘을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 점에 있어서, 광학 암호기 903은 소스 1090 및 센서 1010 모두의 간헐성 작동의 동시화를 용이하게 하기 위해 데이터를 프로세서 299에 제공한다. 일반적으로 알려진 바와 같이 광학 암호기 903은 일반적으로 광방출기 및 광검파기 쌍을 포함한다; 방출기와 검파기 사이에 투과된 광 빔은 예를 들어 샤프트 회전시 선택적으로 방해된다. 부착되어 있는 마운트가 회전시 광학 암호기 903 유래의 디지털 펄스는 센서 1010 및 소스 1090에 대한 의무 사이클을 제공하는 프로세서 299에 의해 이용된다.
도 4B, 7 및 9를 참고로 증분 회전 암호기가 여러 경우에 바람직하나 광학 암호기 903의 다양한 실시태양이 이용됨이 인식될 것이다. 회전 암호기를 이용하는 LDS 시스템 290의 일부 실시태양에서 코드(즉 방출기와 검파기 사이에서 빔을 방해하도록 고안된 마킹 또는 다른 표시)는 하우징 292에 합체되고 방출기 및 검파기는 마운트 291에 부착되거나 이와 합체된다. 마운트 291 회전시 정지한 하우징 292 상에 배열된 코드가 판독되어 광학 암호기 903이 하우징 292에 대한 마운트 291의 각도 방위를 표시하는 프로세서 299에 디지털 신호를 제공하게 한다.
예를 들어 고정된 방사상 흑백(또는 다른 대조) 패턴이 회전 마운트 291 상의 2개의 반사 센서에 의해 판독된다. 센서 중 하나는 전체로서 LDS 시스템의 명목상의 헤딩(heading)에 관한 정보를 제공하는 지침 마크 또는 다른 표시를 판독하고, 또다른 센서는 소스 1090 및 센서 1010의 작동 사이클 시간을 지정하도록 고안된 패턴을 판독한다. 상기한 방식에 있어서 데이터 획득의 각도 변위는 모터 속도 변동에 매우 둔감하여 적은 비용의 모터 및 느슨한 모터 및 시간 제어를 가능하게 한다.
도 9에 나타난 구성요소는 마운트 291과 결합된 작은 PCB 상에 적합하도록 적당하게 규격화된다. 적당한 작동 특성이 여러 구성요소에 대해 선택되는 경우 전자부품 팩키지 297은 정상 작동시 1 W 이하의 전력을 소빅 가능하다. 전자부품 팩키지 297, 소스 1090 및 센서 1010에 대한 전력은 예를 들어 회전 중심(즉 회전 축에서) 상의 2-전선 슬립 링을 통해 공급된다. 전자부품 팩키지 297에 대한 및 그로부터의 커뮤니케이션은 예를 들어 56 Kbaud 이상에서 작동하는 짧은-범위 라디오 주파수(RF) 모뎀(나타나지 않음)을 통해서 이루어진다. 또한 상기 기재된 바와 같이 전자부품 팩키지 297 및 특히 프로세서 299는 데이터 라인을 통해 외부 장치와 커뮤티케이션된다.
노출 및 판독은 일반적으로 연속하여 발생하나 프로세스는 이들 작동과 병행하여 수행된다. 일부 실시태양에서 센서 1010으로부터 바람직한 라인 수를 판독하는데 요구되는 시간은 속도 상의 주요 제한을 나타내어 신속한 기술을 실행하는 센서 1010을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 라인의 영상장치 상의 저장소 보관에 의해 초당 4000개 거리 측정의 판독 속도로 0.25 ms 하에 노출-처리-판독을 수행하는 것이 가능하다.
도 10은 레이저 거리 센서의 회전 기하학을 나타내는 단순화 도면이다. 단일-지점 거리 센서의 시야를 증가시키기 위해 센서 기구 또는 그의 일부 구성요소는 스캔되어야 한다. 상기 주지된 바와 같이 삼각 측정 센서를 스캔하기 위한 통상의 하드웨어 구성은 출력 빔을 편향(즉 스캔)시킬 뿐만 아니라 복귀 반사를 영상 센서에 적당하게 편향시키는 회전 거울을 이용한다. 이러한 배열은 본래 거대하고 보정이 어렵고 거울, 센서 및 소스 사이의 정확한 배치를 요구한다. 또한 전체 스캔 적용 범위를 달성하는 것이 어렵다 - 일반적으로 적용 범위는 180도 이하이다.
이와 대조적으로 상기 나타난 바 LDS 시스템은 도 4B 및 7을 참고로 기재된 바와 같은 기계적 스캔을 가능하게 하기에 충분히 소형이고 견고하다. 일부 실시태양에서 센서 및 소스는 평면 내에서 회전되고 약 10 Hz 이상에서 전체 평면 스캔을 생성한다. 본원에서 기재된 기계적 배열은 고가의 거울 및 결과적인 정렬 문제점 없이 LDS 시스템이 적은 비용의 제조를 유지하면서 확실한 기능을 가능하게 한다. 또한 다른 배열도 가능하다, 예를 들어 전체 3-차원 스캔은 단일 지점만이 아닌 지점 세트 또는 레이저 라인을 측정함으로서 생성된다. 이는 라인 출력(즉 지점 빔 출력보다는)을 지닌 소스 및 적당하게 규격화된 픽셀 어레이를 지닌 센서를 이용함으로서 달성된다.
마운트 291은 예를 들어 소스 1090과 센서 1010 사이의 중간쯤에 위치한 회전 축에 대해 회전을 가능하게 하는 베어링 또는 다른 기계 요소에 부착된다. 마운트 291이 회전시 데이터 측정이 예를 들어 1도(회전의) 분석능으로 획득되도록 소스 1090의 출력을 펄스하는 것이 바람직하다. 10 Hz 회전 속도로 상기 방법은 상기 예에서 이용된 센서의 초당 4000개 판독의 최대 속도 이하로 초당 약 3600개 측정을 생성한다. 상기 나타난 바와 같이 예를 들어 유도 전력 및 데이터 커플링을 이용하거나 마운트 291이 임의의 수의 단일-방향 회전을 통해 회전 가능하도록 슬립 링 또는 다른 기계적 연결을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 구조적 배열로 작동 동안 마운트 291에 대한 회전 방향을 역전시킬 필요는 없다.
도 10에 나타난 바와 같이 소스 1090은 회전 중심으로부터 파생된다; 회전 중심 상의 원점을 지닌 고정된 좌표 시??템에 대해 스캔된 물체의 x, y 지점은 하기에 의해 제공된다:
Figure pct00005
본 발명의 여러 특징 및 관점은 예로서 특정 실시태양을 참고로 상세하게 설명되고 기재되었으나 이에 한정적이지 않다. 당업자는 개시된 실시태양에 대한 대안적 실시 및 다양한 변형이 본 개시물의 범위 및 예상 내에 존재함을 인식할 것이다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (25)

  1. 시준된 광 출력을 제공하는 소스;
    물체 상에 투사된 출력을 탐지하도록 작동하는 센서;
    상기 소스 및 상기 센서가 부착되고, 임의의 수의 단일-방향 회전을 통해 회전 가능한 회전 마운트; 및
    상기 회전 마운트에 부착되고 상기 소스 및 상기 센서에 결합되며, 상기 마운트가 회전시 상기 센서에 의해 획득되는 데이터를 처리하는 디지털 프로세스를 실행하는 전자부품 팩키지를 포함하는
    거리 감지 시스템
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소스 및 센서의 간헐성 작동을 동시화하는 동시화 메커니즘을 더욱 포함함을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  3. 제 2항에 있어서, 상기 동시화 메커니즘은 광학 암호기임을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  4. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 프로세스는 삼각 측정 계산 실행을 포함함을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  5. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 프로세스는 서브-픽셀 보간법 실행을 포함함을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  6. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 프로세스는 초당 4000개 데이터 포인트 계산을 포함함을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  7. 제 1항에 있어서, 상기 소스는 레이저임을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  8. 제 7항에 있어서, 상기 출력은 약 650 nm의 파장을 지님을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  9. 제 1항에 있어서, 상기 센서는 상보성 금속-산화막 반도체 센서임을 특징으로 하는 거리 감지 시스템
  10. 구동 메커니즘;
    작동 환경 내 로봇 장치를 배치시키기 위해 상기 구동 메커니즘에 명령을 제공하는 전자부품 모듈; 및
    상기 전자부품 모듈에 작동 환경 내 물체에 대한 로봇 장치의 위치와 관련한 거리 데이터를 제공하고 상기 구동 메커니즘에 제공된 명령을 영향을 미치며,
    시준된 광 출력을 제공하는 소스;
    물체 상에 투사된 출력을 탐지하도록 작동하는 센서;
    상기 소스 및 상기 센서가 부착되고, 임의의 수의 단일-방향 회전을 통해 회전 가능한 회전 마운트; 및
    상기 회전 마운트에 부착되고 상기 소스 및 상기 센서에 결합되며, 상기 마운트가 회전시 상기 센서에 의해 획득되는 데이터를 처리하는 디지털 프로세스를 실행하여 거리 데이터를 생성하는 전자부품 팩키지를 포함하는
    광학 어셈블리를 포함하는
    로봇 장치
  11. 제 10항에 있어서, 상기 광학 어셈블리는 상기 소스 및 상기 센서의 간헐성 작동을 동시화하는 동시화 메커니즘을 더욱 포함함을 특징으로 하는 로봇 장치
  12. 제 11항에 있어서, 상기 동시화 메커니즘은 광학 암호기임을 특징으로 하는 로봇 장치
  13. 제 10항에 있어서, 상기 디지털 프로세스는 삼각 측정 계산 실행을 포함함을 특징으로 하는 로봇 장치
  14. 제 10항에 있어서, 상기 디지털 프로세스는 서브-픽셀 보간법 실행을 포함함을 특징으로 하는 로봇 장치
  15. 제 10항에 있어서, 상기 디지털 프로세스는 초당 4000개 데이터 포인트 계산을 포함함을 특징으로 하는 로봇 장치
  16. 제 10항에 있어서, 상기 소스는 레이저임을 특징으로 하는 로봇 장치
  17. 제 16항에 있어서, 상기 출력은 약 650 nm의 파장을 지님을 특징으로 하는 로봇 장치
  18. 제 10항에 있어서, 상기 센서는 상보성 금속-산화막 반도체 센서임을 특징으로 하는 로봇 장치
  19. 제 10항에 있어서, 상기 광학 어셈블리는 상기 전자부품 팩키지에 결합된 송신기를 더욱 포함하고; 상기 송신기는 거리 데이터를 상기 전자부품 모듈에 무선으로 송신함을 특징으로 하는 로봇 장치
  20. 차량 범위 내 물체에 대한 거리와 관련한 거리 데이터를 생성하도록 작동하고,
    시준된 광 출력을 제공하는 소스;
    물체 상에 투사된 출력을 탐지하도록 작동하는 센서;
    상기 소스 및 상기 센서가 부착되고, 임의의 수의 단일-방향 회전을 통해 회전 가능한 회전 마운트; 및
    상기 회전 마운트에 부착되고 상기 소스 및 상기 센서에 결합되며, 상기 마운트가 회전시 상기 센서에 의해 획득되는 데이터를 처리하는 디지털 프로세스를 실행하여 거리 데이터를 생성하는 전자부품 팩키지를 포함하는
    거리 감지 시스템; 및
    상기 거리 감지 시스템으로부터 거리 데이터를 수신하는 전자부품 모듈을 포함하는
    차량
  21. 제 20항에 있어서, 상기 거리 감지 시스템은 상기 소스 및 상기 센서의 간헐성 작동을 동시화하는 동시화 메커니즘을 더욱 포함함을 특징으로 하는 차량
  22. 제 21항에 있어서, 상기 동시화 메커니즘은 광학 암호기임을 특징으로 하는 차량
  23. 제 20항에 있어서, 상기 디지털 프로세스는 삼각 측정 계산 실행을 포함함을 특징으로 하는 차량
  24. 제 20항에 있어서, 거리 관련 정보를 나타내는 디스플레이를 더욱 포함함을 특징으로 하는 차량
  25. 제 24항에 있어서, 상기 디스플레이는 상기 차량 표시에 대해 위치 내 물체의 표시를 나타냄을 특징으로 하는 차량
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