KR20100054385A - 레이저 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 되돌아오는 레이저를 반사하여 수광부로 안내하는 수광부 반사경의 일부분에 레이저가 관통할 수 있도록 관통홀을 형성하여 발광부에서 생성한 레이저가 상기 관통홀을 통해 나가되 상기 관통홀 상단에 발광부에서 생성한 레이저가 반사되어 안내 될 수 있도록 발광부 반사경을 구비한 레이저 스캐너에 관한 것이다.
따라서, 발광부에서 나가는 레이저와 수광부로 들어오는 레이저의 많은 부분이 겹치지 않고 수광부로 들어오는 레이저를 가리지 않아 수신감도가 상대적으로 높은 효과가 있으며, 발광부를 회전축 내부에 삽입하고, 발광부 반사경이 수광부 반사경 내에 위치하여 부피를 줄이는 효과가 있다.
레이저 센서, 발광부, 수광부, 반사경.

Description

레이저 센서{Laser sensor}
본 발명은 레이저 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 되돌아오는 레이저를 반사하여 수광부로 안내하는 수광부 반사경의 일부분에 레이저가 관통할 수 있도록 관통홀을 형성하여 발광부에서 생성한 레이저가 상기 관통홀을 통해 나가되 상기 관통홀 상단에 발광부에서 생성한 레이저가 반사되어 안내 될 수 있도록 발광부 반사경을 구비한 레이저 스캐너에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 센서는 여러 분야에서 다양하게 이용되고 있고, 보안시스템에 많이 사용되며, 조립라인에서 움직이는 물체의 위치와 방향을 측정하는데 사용되기도 한다. 또한, 레이저 센서는 센서에서 표적까지의 거리를 측정하는데 사용되기도 하며, 원격 물체로부터의 정보, 이 물체가 존재하는지의 여부, 존재한다면 그 거리 등과 같은 정보를 필요로 할 때 레이저센서가 유용하다.
이처럼, 사회의 다양한 분야에서 자동화가 이루어 짐에 따라서 사람의 감각을 대신 할 수 있는 센서의 필요성도 커지게 되었고 여러 종류의 다양한 센서가 개발되었다.
도 1은 종래의 제1 레이저 센서를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 제2 레이 저 센서를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, (a)는 종래의 제1 레이저 센서 측면도를 나타내고, (b)는 종래의 제1 레이저 센서 평면도를 나타낸다.
종래의 제1 레이저 센서는 발광부(110), 발광부 렌즈(120), 제1 반사경(130), 제2 반사경(140), 수광부 렌즈(150) 및 수광부(160)로 구성하며, 종래의 레이저 센서는 레이저를 생성하는 발광부(110)를 전면에 배치하고, 상기 생성된 레이저는 발광부 렌즈(120)를 통해 집광하여 제1 반사경(130) 및 제2 반사경(140)을 지나 외부로 출력한다.
또한, 상기 출력된 레이저는 표적(100)을 닿아 반사되어 상기 제2 반사경(140)을 통해 입력되되, 수광부 렌즈에 집광되어 수광부로 입력한다.
그러나, 종래의 제1 레이저 센서는 발광부가 전면에 배치되어 제2 반사경과 겹치게 구성됨으로써 표적에 반사되어 입력되는 레이저가 완벽하게 제2 반사경에 닿는 것이 아니라 입력되는 일부의 레이저만 제2 반사경을 통해 입력됨으로써 입력되는 레이저의 감도가 떨어진다는 단점이 있었다.
이를 해결하기 위해 종래의 제1 레이저 센서를 도 2에 도시한 바와 같이 배치 하여 구성하였다.
도 2에 도시한 바와 같이 종래의 제2 레이저 센서는 발광부(210)를 후면 또는 상단에 구비하여 레이저를 생성하여 상기 도 1과 같이 생성된 레이저를 집광하는 발광부 렌즈(220)를 지나 제1 반사경(230) 및 제 2 반사경(240)을 지나 출력한다.
또한, 상기 출력된 레이저는 표적(200)을 닿아 반사되어 제3 반사경(250)을 지나 하부에 형성된 수광부 렌즈(260)를 통해 집광하여 수광부(270)에 입력한다.
그러나, 상기와 같이 종래의 제2 레이저 센서를 통해 종래의 제1 레이저 센서의 단점인 수신 레이저의 방해를 보완 하였으나, 발광부를 후면 또는 상면에 각각 배치함으로써 레이저 센서의 부피가 커지는 단점이 발생하였다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 수광부 반사경 및 발광부 반사경을 구비하되 상기 수광부 반사경 일부분에 레이저가 관통하는 관통홀을 형성하여 발광부 반사경을 구비하고 발광부에서 생성하는 레이저가 반사하여 출력하고 상기 수광부 반사경을 통해 반사되어 들어오는 레이저 수신에 방해를 받지 않는 레이저 센서를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 내부가 중공 상태의 회전축을 구비하여 상기 회전축 내부에 발광부 및 발광부 렌즈를 삽입하여 구성하여 부피를 줄인 레이저 센서를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 레이저 센서는 레이저를 생성하는 발광부와, 상기 생성된 레이저를 집광시키는 발광부 렌즈와, 상기 집광된 레이저를 외부로 출력하기 위한 발광부 반사경과, 상기 레이저가 표적에 맞고 반사되어 입력되는 레이저를 수광부 방향으로 인도하는 수광부 반사경과, 상기 입력된 레이저를 집광하는 수광부 렌즈, 및 상기 레이저를 입력하는 수광부와, 상기 발광부와 수광부의 레이저 송수신 시간 차이로 거리를 계산하는 거리측정부로 구성하는 레이저 센서에 있어서, 내부가 중공인 회전축을 구비하여, 상기 회전축 내부에 발광부 및 발광부 렌즈를 인입하여 레이저를 생성하고 집광하며, 상기 레이저를 반사시키는 발광부 반사경과 수광부 반사경을 일체화하되 상기 수광부 반사경 일부분에 관통홀을 형성하고 상기 관통홀 상단으로 지지대가 형성된 발광부 반사경을 형성하며, 상기 수광부 반사경을 통하여 레이저와 함께 들어오는 자연적인 빛을 필터링하는 수광부 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 수광부 반사경의 방향 전환을 위한 동력을 발생하는 모터; 및 상기 수광부 반사경의 방향을 확인하는 엔코더를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 모터의 동력을 상기 수광부 반사경에 전달하기 위해 상기 회전축과 결합하는 기어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 센서는 수광부 반사경과 발광부 반사경을 일체화 하여 부피를 줄일 수 있으며, 중공인 회전축 내부에 발광부 및 발광부 렌즈를 삽입하여 레이저 센서를 구성함으로써 레이저 센서의 전체 부피를 줄일 수 있는 효과가있다
또한, 본 발명은 발광부 및 발광부 렌즈가 회전축 내부에 인입되어 발광부에서 생성하여 표적에 반사되어 들어오는 레이저에 방해를 하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 센서를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명은 수광부 반사경(311), 회전축(330), 모 터(340), 엔코더(341), 발광부(320), 발광부 렌즈(322), 발광부 반사경(321), 수광부 필터(312), 수광부 렌즈(313), 수광부(310), 및 거리측정기(350)로 구성한다.
여기서, 상기 수광부 반사경(311)은 표적에 닿고 되돌아 오는 레이저를 수광부(310) 방향으로 반사시킨다. 이때, 상기 수광부 반사경은 일부분에 관통홀을 구비한다.
이때, 상기 종래의 제1 레이저 센서에서의 레이저를 수광하는 제2 반사경(140)과 같은 크기의 수광부 반사경(311)을 구비한 경우 본 발명에서는 수광 시에 장애물이 발생하지 않아 종래의 제 1레이저의 양에 비해 많은 양의 레이저를 수광할 수 있다. 다시 말하면, 종래의 제 1 레이저와 같은 양의 레이저를 수광하기 위해 수광부 반사경(311)의 부피를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 회전축(330)은 내부가 중공 상태이며. 회전축(330) 상단에는 상기 수광부 반사경(311)을 지지한다.
여기서, 상기 모터(340)는 상기 회전축(330)을 수용하여 회전축이 방향전환 할 수 있도록 동력을 발생한다.
여기서, 상기 엔코더(341)는 회전축에 의해 회전하는 상기 수광부 반사경(311) 및 발광부 반사경(321)의 방향 및 위치를 확인할 수 있도록 계산한다.
여기서, 상기 발광부(320)는 상기 중공상태인 회전축(330) 내부에 위치하며, 레이저를 생성한다.
여기서, 상기 발광부 렌즈(322)는 상기 중공상태인 회전축(330) 내부에 위치하되 상기 발광부(320)가 생성하는 레이저 방향으로 일정간격 이격된 위치에 구비 하여 레이저의 형태 및 크기를 변형한다.
이처럼, 상기 발광부(320) 및 발광부 렌즈(322)가 중공상태인 회전축(330) 내부에 위치함으로써 종래의 레이저 센서에 비해 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 발광부(320) 및 발광부 렌즈(322)가 표적에 반사되어 들어오는 레이저 앞에 있지 않고 입력되는 레이저에 방해하지 않아 종래의 제1 레이저 센서에 비해 수신감도가 높다.
여기서, 상기 발광부 반사경(321)은 상기 수광부 반사경(311) 일부분에 형성된 관통홀 상단에 구비하여 일체화화며, 상기 발광부(320)에서 생성된 레이저가 외부로 출력되어 표적에 맞을 수 있도록 반사한다. 이때, 상기 발광부 반사경(321)은 일정각도 이상 기울어지지 않도록 후면에 지지대를 구비하여 발광부 반사경(321)을 지지한다.
여기서, 상기 수광부 필터(312)는 상기 수광부 반사경(311)을 통해 들어오는 레이저와 자연적인 빛 중에서 자연적인 빛을 필터링하고 순수 레이저만 입력될 수 있도록 한다.
여기서, 상기 수광부 렌즈(313)는 상기 수광부 필터(312)를 거쳐 들어오는 퍼져 있는 레이저를 하나의 레이저로 집광시킨다.
여기서, 상기 수광부(310)는 상기 수광부 필터(312)와 수광부 렌즈(313)에 의해 들어오는 레이저를 검출한다.
여기서, 상기 거리측정부(350)는 상기 발광부(320)와 수광부(310)의 레이저 송수신 시간 차이를 통해 거리를 계산한다. 이는 종래의 방법과 같아 더 이상 설명하지 않는다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 센서를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 또 다른 구조로 형성하는 레이저 센서(400)는 수광부 반사경(411), 회전축(430), 모터(440), 기어부(442), 엔코더(441), 발광부(420), 발광부 렌즈(422), 발광부 반사경(421), 수광부 필터(412), 수광부 렌즈(413), 수광부(410), 및 거리측정기(450)로 구성한다.
여기서, 상기 수광부 반사경(411)은 표적에 닿고 되돌아 오는 레이저를 수광부(410)방향으로 반사시킨다. 이때, 상기 수광부 반사경(411)은 일부분에 관통홀을 구비한다. 이때, 상기 수광부 반사경(411)의 재료는 미러(Mirror)를 사용함이 바람직하나 이를 한정하지 아니하고 빛이 반사가 가능한 재료를 사용할 수 있다.
여기서, 상기 회전축(430)은 내부가 중공상태이며. 회전축(430) 상단에는 상기 수광부 반사경(411)을 지지한다.
여기서, 상기 모터(440)는 상기 회전축(430)을 수용하여 회전축이 방향 전환 할 수 있도록 동력을 발생한다.
여기서, 상기 기어부(442)는 상기 모터(440)의 동력을 상기 수광부 반사경(411) 및 발광부 반사경(421)에 전달하기 위해 상기 회전축(430)과 결합하여 형성한다. 이때, 상기 기어부(442)는 상기 모터(440)와 상기 회전축(430)을 각각 수용하되 각각 수용한 기어를 맞물려 형성한다. 또한, 상기 기어부의 유무는 상기 모터의 종류에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 상기 엔코더(441)는 회전축에 의해 회전하는 상기 수광부 반사경(411) 및 발광부 반사경(421)의 방향 및 위치를 확인할 수 있도록 계산한다.
여기서, 상기 발광부(420)는 상기 중공상태인 회전축(430) 내부에 위치하며, 레이저를 생성한다.
여기서, 상기 발광부 렌즈(422)는 상기 중공상태인 회전축(430) 내부에 위치하되 상기 발광부(420)가 생성하는 레이저 방향으로 일정간격 이격된 위치에 구비하여 레이저의 형태 및 크기를 변형한다.
이처럼, 상기 발광부(420) 및 발광부 렌즈(422)가 중공상태인 회전축(430) 내부에 위치시킴으로써 종래의 제1 레이저 센서 및 제2 레이저 센서에 비해 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 제1 레이저 센서와 달리 발광부 및 발광부 렌즈를 회전축 내부에 삽입함으로써 입력되는 레이저에 방해 하지 않아 제1 레이저 센서에 비해 수신 감도가 높다.
또한, 상기 발광부(420) 및 발광부 렌즈(422)가 표적에 맞고 들어오는 레이저 앞에 있지 않고 입력되는 레이저에 방해하지 않아 종래의 제1 레이저 센서에 비해 수신감도가 높다.
여기서, 상기 발광부 반사경(421)은 상기 수광부 반사경(411) 일부분에 형성된 관통홀 상단에 구비하여 상기 발광부(420)에서 생성된 레이저가 외부로 출력되어 표적에 맞을 수 있도록 반사한다. 이때, 상기 발광부 반사경을 수광부 반사경과 일체화 시킴으로써 각각 분리되어 설치 되는 종래의 제1 레이저 센서 및 제2 레이저 센서에 비해 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.
여기서, 상기 수광부 필터(412)는 상기 수광부 반사경(411)을 통해 들어오는 레이저와 자연적인 빛 중에서 자연적인 빛을 필터링하고 순수 레이저만 입력될 수 있도록 한다.
여기서, 상기 수광부 렌즈(413)는 상기 수광부 필터(412)를 거쳐 들어오는 퍼져 있는 레이저를 하나의 레이저로 집광시킨다.
여기서, 상기 수광부(410)는 상기 수광부 필터(412)와 수광부 렌즈(413)에 의해 들어오는 레이저를 검출한다.
여기서, 상기 거리측정부(450)는 상기 발광부(420)와 수광부(410)의 레이저 송수신 시간 차이를 통해 거리를 계산한다.
상기와 같은 구조로 형성한 레이저 센서의 구동방법은 다음과 같다.
먼저, 발광부(420)에서 레이저를 생성하고 발광부 렌즈(422)를 통해 레이저가 통과하여 변형된 레이저가 발광부 반사경(421)에 반사되어 측정하고자 하는 방향으로 레이저를 출력한다.
이어서, 표적에 반사된 레이저가 수광부 반사경(411)을 통해 수광부 필터(412) 및 수광부 렌즈(413)를 지나 수광부(410)로 검출한다. 이때, 상기 수광부 필터(412)는 레이저 이외의 자연적인 빛을 필터링하고, 상기 수광부 렌즈(413)는 들어오는 레이저를 집광을 돕는다.
이어서, 동력을 발생하는 모터(440)와 회전축(430)에 연결된 기어부(442)에 의해 회전축(430)이 회전하면서 발광부(420) 및 수광부(410)는 사방의 장애물을 인지 할 수 있으며, 엔코더(441)에 의해 회전축(430)의 방향을 확인한다.
이때, 상기 기어부(442)는 상기 회전축(430)을 수용할 수 없는 모터의 경우 회전축(430)을 구동하기 위해 사용하며, 회전축(430)을 수용할 수 있는 모터를 사용하는 경우 기어부(442)는 부재하여도 무관하다.이처럼, 상기 기어부(442)는 모터의 종류에 따라 유무를 결정한다.
마지막으로, 발광부(420)에서 레이저가 생성될 때의 신호와 수광부(310)에서의 검출된 신호의 시간 차이를 측정하여 표적까지의 거리를 측정한다.
상기와 같은 방법은 제1 실시 예의 레이저 센서의 구동방법과 같을 수 있다
도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에서 사용하는 수광부 반사경 및 발광부 반사경을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 수광부 반사경(311, 411)과 발광부 반사경(321, 421)은 다음과 간다.
상기 수광부 반사경(311, 411)은 원판형으로 형성한 미러(Mirror)의 일부분에 관통홀을 형성한다. 이때, 상기 수광부 반사경(311, 411)의 모양은 원판형으로 한정하지 아니하고, 재료 역시 미러(Mirror)로 한정하지 아니하고 빛이 반사되는 물질인 것이 바람직하다.
상기 발광부 반사경(321, 421)은 상기 수광부 반사경(311, 411)에 형성된 관통홀 상단으로 미러(Mirror)를 구비한다. 이때, 상기 발광부 반사경(321, 421) 역시 미러(Mirror)로 한정하지 아니하고 빛이 반사되는 물질인 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같이 발광부 반사경(321, 421)을 수광부 반사경(311, 411)과 일체화하여 형성함으로써 각각 구비하여 형성하는 종래의 레이저 센서에 비해 부피 를 줄이는 효과가 있다. 또한, 상기 발광부 반사경(321, 421)의 안정적인 지지를 위해 발광부 반사경을 삼각기둥 형태로 구비하거나 지지대가 형성된 미러로 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 제1 레이저 센서를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 제2 레이저 센서를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 센서를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저 센서를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에서 사용하는 수광부 반사경 및 발광부 반사경을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300, 400 : 레이저 센서 310, 410 : 수광부
311, 411 : 수광부 반사경 312, 412 : 수광부 필터
313, 413 : 수광부 렌즈 320, 420 : 발광부
321, 421 : 발광부 반사경 322, 422 : 발광부 렌즈
330, 430 : 회전축 340, 440 : 모터
341, 441 : 엔코더 442 : 기어부
350, 450 : 거리측정기

Claims (3)

  1. 레이저를 생성하는 발광부와, 상기 생성된 레이저를 집광시키는 발광부 렌즈와, 상기 집광된 레이저를 외부로 출력하기 위한 발광부 반사경과, 상기 레이저가 표적에 맞고 반사되어 입력되는 레이저를 수광부 방향으로 인도하는 수광부 반사경과, 상기 입력된 레이저를 집광하는 수광부 렌즈, 및 상기 레이저를 입력하는 수광부와, 상기 발광부와 수광부의 레이저 송수신 시간 차이로 거리를 계산하는 거리측정부로 구성하는 레이저 센서에 있어서,
    내부가 중공인 회전축을 구비하여, 상기 회전축 내부에 발광부 및 발광부 렌즈를 인입하여 레이저를 생성하고 집광하며,
    상기 레이저를 반사시키는 발광부 반사경과 수광부 반사경을 일체화하되 상기 수광부 반사경 일부분에 관통홀을 형성하고 상기 관통홀 상단으로 지지대가 형성된 발광부 반사경을 형성하며, 상기 수광부 반사경을 통하여 레이저와 함께 들어오는 자연적인 빛을 필터링하는 수광부 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수광부 반사경의 방향 전환을 위한 동력을 발생하는 모터; 및
    상기 수광부 반사경의 방향을 확인하는 엔코더를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 모터의 동력을 상기 수광부 반사경에 전달하기 위해 상기 회전축과 결합하는 기어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 센서.
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