KR20120129517A - 3차원 거리 측정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 거리 측정기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 3차원 거리측정기는 입사광을 방출하는 발광부와, 입사된 반사광을 감지하는 수광부, 상기 발광부에서 방출된 광선을 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러부와, 상기 반사미러부를 회전시키는 모터부와, 상기 모터부에 설치된 디스크판의 회전 각도를 계산하는 엔코더부 및 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 엔코더부로부터 회전 각도를 획득하여 프레임 단위로 저장하는 제어부를 포함하되, 상기 반사미러부는 상기 디스크판의 가장자리에 다수 개의 반사판이 설치되며, 각각의 반사판은 X축 및 Y축 방향으로 다른 경사각을 가짐을 특징으로 한다.

Description

3차원 거리 측정기{a 3D range finder}

본 발명은 3차원 거리 측정기에 관한 것으로서, 물체와 측정기 사이의 거리를 측정하여 3차원 형태로 물체의 형상을 파악할 수 있는 3차원 거리 측정기에 관한 것이다.

무인 자동차, 인공 지능 로봇, 무인 청소기 등 자율 주행이 필요하거나, 형상 모델링 작업 등을 수행하는 과정에서 인접하는 물체의 형상을 파악할 수 있는 거리 측정기(또는 형상 스캐너)등이 사용되고 있다.

이러한 거리 측정기는 접촉 센서를 이용하거나, 레이저 등의 광선을 이용한 비접촉식 방식으로 구분되며, 측정 시간이 단축되는 비접촉식 방식이 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 2D 거리측정기를 도시하는 개념사시도이고, 도 2는 종래의 2D 거리측정기를 이용한 거리측정 원리를 설명하는 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 2D 거리 측정기는 레이져 빔(2: Laser beam) 등의 입사광을 방출하는 발광부와 입사된 반사광을 감지하는 수광부를 가지는 거리측정부(1)와, 상기 발광부에서 방출된 광선을 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사판(3)과, 상기 반사판을 회전시키는 모터(4)와, 상기 모터에 설치된 디스크판(6)의 회전 각도를 계산하는 엔코더(5) 및 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 엔코더부로부터 회전 각도를 획득하여 프레임 단위로 저장하는 제어부(7)를 포함하여 이루어진다.

이러한 구조의 2D 거리측정기는 도 2에 도시된 바와 같이 거리측정부(1)-발광부에서 방출된 광선이 수광부로 입사되는 시간(또는 파장 변화)-를 통해서 Z축 상의 데이터(대상 물체(10)까지의 거리)를 수집하고, 상기 광선이 방출된 각도를 통해서 X축 상의 데이터를 수집하게 된다.

종래의 3차원 거리측정기는 이러한 2D 거리측정기를 Y축 방향으로 이동시킬 수 있는 구동부를 설치하여 3차원 데이터를 수집하게 되며, 이러한 3차원 거리측정기는 여러 대의 2D 거리측정기가 획득할 수 있는 데이터를 한꺼번에 획득할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 3차원 거리측정기는 구동부의 작동을 통해서 3차원 데이터를 수집하기 때문에 측정 시간이 오래 걸리고, 움직이는 물체(특히, 자동차)에 장착되는 경우 느린 응답 속도로 인하여 효율적인 거리 측정이 어렵고, 제작 비용이 비싸다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 빠른 시간내에 3차원 거리 측정이 가능하고, 동적 물체(특히, 자동차)에도 사용가능하며, 다양한 형태의 데이터를 획득할 수 있는 3차원 거리측정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제작 비용을 절감할 수 있는 3차원 거리측정기를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 3차원 거리측정기는 입사광을 방출하는 발광부와, 반사광을 감지하는 수광부, 상기 입사광을 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러부와, 상기 반사미러부를 회전시키는 모터부와, 상기 모터부에 설치된 디스크판의 회전 각도를 계산하는 엔코더부 및 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 엔코더부로부터 회전 각도를 획득하여 프레임 단위로 저장하는 제어부를 포함하되, 상기 반사미러부는 상기 디스크판의 가장자리에 다수 개의 반사판이 설치되며, 각각의 반사판은 X축 및 Y축 방향으로 다른 경사각을 가짐을 특징으로 한다.

그리고, 상기 각각의 반사판을 통해서 반사되는 입사광은 격자 형태를 이루면서 반사됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사판은 X축 및 Y축 방향으로 미세한 각도를 조절할 수 있는 조절 수단이 구비됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3차원 거리측정기는 하나의 구동부인 모터를 통해서 회전되는 디스크판의 가장자리에 설치된 다수 개의 반사판이 X축과 Y축 방향으로 경사진 상사진 상태를 유지하여 3차원 형상을 측정할 수 있으므로, 빠른 시간내에 3차원 데이터를 획득할 수 있어 동적 물체에 사용할 수 있으며, 종래의 3차원 거리측정기보다 저렴한 가격으로 제작할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 2D 거리측정기를 도시하는 개념사시도.
도 2는 종래의 2D 거리측정기를 이용한 거리측정 원리를 설명하는 개념도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 3차원 거리측정기를 도시하는 개념단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 디스크판과 반사미러부를 도시하는 평면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 3차원 거리측정기를 이용한 거리측정 원리를 설명하는 개념도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 3차원 거리측정기를 도시하는 개념단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 거리측정기는 입사광을 방출하는 발광부(110)와, 반사광을 감지하는 수광부(120), 상기 입사광을 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러부와, 상기 반사미러부를 회전시키는 모터부와, 상기 모터부에 설치된 디스크판142)의 회전 각도를 계산하는 엔코더부(150) 및 상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 엔코더부로부터 회전 각도를 획득하여 프레임 단위로 저장하는 제어부를 포함하여 구성되는 점은 종래의 2차원 거리측정기와 유사하다.

본 발명에 따른 3차원 거리측정기의 주요 특징은 도 2에 도시된 바와 같이 반사미러부가 상기 디스크판(142)의 가장자리에 다수 개의 반사판(132)이 설치되는 것으로 이루어지며, 각각의 반사판(132)은 X축 및 Y축 방향으로 다른 경사각을 가진다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 디스크판과 반사미러부를 도시하는 평면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 디스크판(142)의 가장자리에는 다수 개의 반사판(132,132a, 132b,132c,132d)이 설치되며, 각각의 반사판은 X축 및 Y축의 다른 설치 각도로 설치된다.

다만, 각각의 반사판의 중심이 측정 위치에 이르면 입광부 및 발광부 사이와 반사판의 중심까지의 거리는 일정하게 유지될 수 있어야 한다.

또한, 각 반사판이 설치된 디스크판(142)에는 관통홀(142a)이 형성되어 디스크판이 모터를 통해서 회전되는 과정에서 각각의 반사판의 위치를 엔코더부가 확인할 수 있게 된다.

구체적으로는 디스크판(142)이 회전되면서 반사판(132)이 발광부와 수광부가 설치된 위치에 도달하면, 반사판(132)은 발광부에서 방출된 광선을 측정 공간으로 반사되고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광은 수광부로 반사시킨다.

다음 반사판(132a)이 발광부와 수광부가 설치된 위치에 도달하면, 상기 과정을 반복하고, 각각의 반사판은 엔코더부에 의해서 회전 각도의 정보가 저장된다.

도 4는 25개의 반사판이 일정한 각도로 설치된 경우이며, 측정하고자 하는 대상과 정밀도에 따라서 상기 반사판의 개수와 설치각도는 변경할 수 있다.

구체적으로, 상기 관통홀(142a)가 엔코더부에 의해서 인식되면 발광부에서 광선을 방출하여 데이타 수집을 시작된다.

만약에, 발광부와 수광부를 통해서 초당 1000개의 데이터를 수집할 수 있고, 모터가 100개의 반사판이 설치된 디스크판을 1초에 50회 회전시키면, 디스크 1회전당 20개의 거리값이 측정되고, 반사판의 개수만큼 데이터를 획득하기 위해서는 5회전이 필요하다.

그리고, 반사판이 100개 설치된 경우 관통홀도 100개가 디스크판에 설치되고 1회전시에 1,6,11,16,21,....96번째 반사판의 거리가 측정되면,다음 2회전시에는 2,7,12,17,22,....97번째 반사판의 거리가 측정된다. 이런 과정을 5회전까지 완료하면 100개의 반사판 모두의 데이터를 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 3차원 거리측정기를 이용한 거리측정 원리를 설명하는 개념도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 각 반사판을 통해서 반사된 광선은 반사판의 X 축 설치 각도와 Y축 설치 각도가 5도 간격으로 분할되어 배치된 경우이며, 각각의 반사판을 통해서 반사되는 입사광은 격자 형태를 이루면서 반사된다.

여기서, 반사판은 X축 및 Y축 방향으로 미세한 각도를 조절할 수 있는 조절 수단이 구비될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 5도 간격으로 반사판의 설치 각도를 조절하는 경우 측정 공간을 세밀하게 측정할 수 없다고 판단되는 경우 사용자는 반사판의 설치 각도를 5도 이내로 변경할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 조절 수단은 디스크판에 상기 반사판을 고정시키는 고정구에 X축 및 Y축 방향으로 회동시킬 수 있는 미세 조정 볼트를 설치하거나, 별도의 기어 장치를 통해서 이러한 설치판의 설치 각도를 조절할 수 있다.

이러한 조절 수단을 통해서 다양한 형태의 데이터를 획득할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 3차원 거리 측정기를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

110: 발광부
120: 수광부
132: 반사판
140: 모터부
142: 디스크판
142a: 관통홀
150: 엔코더부

Claims (3)

1. 입사광을 방출하는 발광부와;
   반사광을 감지하는 수광부;
   상기 입사광을 측정 공간으로 반사시키고 상기 측정 공간의 물체로부터 반사된 반사광을 상기 수광부로 입사되도록 반사시키는 반사미러부와;
   상기 반사미러부를 회전시키는 모터부와;
   상기 모터부에 설치된 디스크판의 회전 각도를 계산하는 엔코더부 및;
   상기 수광부에서 감지한 신호로부터 거리 정보를 획득하고, 상기 엔코더부로부터 회전 각도를 획득하여 프레임 단위로 저장하는 제어부;를 포함하되,
   상기 반사미러부는,
   상기 디스크판의 가장자리에 다수 개의 반사판이 설치되며, 각각의 반사판은 X축 및 Y축 방향으로 다른 경사각을 가짐을 특징으로 하는 3차원 거리 측정기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 각각의 반사판을 통해서 반사되는 입사광은 격자 형태를 이루면서 반사됨을 특징으로 하는 3차원 거리 측정기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사판은,
   X축 및 Y축 방향으로 미세한 각도를 조절할 수 있는 조절 수단이 구비됨을 특징으로 하는 3차원 거리 측정기.
   

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