KR20150001381A

KR20150001381A - 거리 측정 장치 및 동작 방법

Info

Publication number: KR20150001381A
Application number: KR1020130074517A
Authority: KR
Inventors: 차성훈; 정수환; 이경언
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-01-06
Also published as: KR102188878B1

Abstract

본 발명은 거리 측정 장치 및 동작 방법에 관한 것으로, 특히 거리 측정 장치의 동작 중에 송광부와 수광부를 고정하는 회전기판을 회전시켜 거리 측정 위치를 수평으로 이동하며 거리 측정 장치와 다양한 높이를 가진 주변 사물 사이의 거리를 측정하고, 측정한 거리를 기초로 공간을 측정할 수 있는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법을 제공한다. 회전하는 회전기판에 전원을 공급하고, 메인기판과 제어 및 측정신호를 주고 받기 위해서 브러쉬 및 회전링을 이용하여 거리 측정 장치를 구성한다.

Description

거리 측정 장치 및 동작 방법{DISTANCE MEASURING SCANNER AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 거리 측정 장치 및 동작 방법에 관한 것으로, 특히 거리 측정 장치의 동작 중에 송광부와 수광부를 회전시켜 거리 측정 위치를 이동하며 거리 측정 장치와 다양한 높이를 가진 주변 사물 사이의 거리를 측정하고, 측정한 거리를 기초로 공간을 측정할 수 있는 거리 측정 장치 및 거리 측정 방법에 관한 것이다.

본 발명의 거리 측정 장치(이하 '스캐너')는 빛을 이용하여 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 측정한다. 빛을 이용하여 거리를 측정하는 방식은 삼각측량(triangulation) 방식, TOF(Time of Flight) 방식, 위상차(phase-shift)를 이용한 방식 등이 있다.

삼각측량 방식은 삼각측량법을 바탕으로 거리를 측정하는 방법이며, TOF 방식은 스캐너에서 빛을 발광한 시간과 그 발광된 빛이 주변 사물에 반사되어 거리측정 장치로 돌아오는 시간의 차이를 이용하여 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 계산하는 방법이다. 위상차를 이용한 방식은 일정한 주파수를 가진 신호를 이용하여 빛을 측정위치에 발광하고, 측정위치에 반사되어 스캐너로 돌아오는 빛을 이용하여 측정 신호를 생성하고, 측정 위치에 빛을 발광할 때 이용한 일정한 주파수를 가진 제어신호와 측정 측정위치에서 반사되어 스캐너로 돌아온 빛을 이용하여 생성한 측정 신호를 비교하여 위상차를 구하고, 구한 위상차를 기초로 거리를 측정하는 방법이다.

본 발명에서는 상기한 삼각측량 방식, TOF 방식, 위상차를 이용한 방식 등을 이용하여 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 계산할 수 있다. 스캐너의 동작 중에 회전 구동을 이용하여 수평 방향으로 거리 측정 위치를 이동시키며 거리를 측정하는 방법을 제공한다. 또한 본 발명에서는 송광부와 수광부를 포함하는 회전기판에 전원을 공급하고, 메인기판과 회전기판이 서로 제어 및 측정신호를 주고 받을 수 있는 구조를 제공한다.

본 발명은 수직선 방향을 기준으로 회전하는 회전기판을 이용하여 구조를 최대로 단순하게 구성한 스캐너와 거리 및 공간을 측정하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 거리 측정 장치는 거리 측정용 빔을 측정 위치에 발광하는 송광부; 측정 위치에서 반사되어 거리 측정 장치로 모이는 빛을 감지하는 수광부; 송광부가 수광부 위에 고정되거나 수광부과 송광부 위에 고정되게 하는 회전기판; 및 회전기판이 수직선 방향을 기준으로 회전하도록 구성된 회전 구동부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 스캐너의 구조를 수직선 방향을 기준으로 회전하는 회전기판을 이용하여 단순하게 구성하여 스캐너의 제작 비용을 줄이고 스캐너의 크기를 소형화 할 수 있다. 또한 스캐너를 이용하여 다양한 높이를 가진 주변 사물과의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 삼각측량 방식을 이용한 스캐너의 기본적인 동작 방법을 보여준다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 기본적인 동작 방법을 나타내는 블록 구성도 이다.
도 3은 제어신호를 이용하여 일정 주파수를 가진 거리 측정용 빔을 측정위치에 발광하고, 발광한 거리 측정용 빔이 측정 위치에 반사되어 스캐너로 돌아오는 것을 보여준다.
도 4는 회전기판이 일정 각도로 회전한 모습을 위에서 본 모습으로 보여준다.
도 5는 전원 및 통신 연결부를 자세히 보여준다.
도 6과 도 7은 스캐너가 앞으로 이동하면서 거리 측정 위치를 수직 방향으로 이동하며 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 측정하는 예를 보여주고 있다.
도 8에서는 스캐너의 위아래의 위치를 바꾸어 송광부와 수광부의 위치를 바꾸어 스캐너를 구성하는 예를 보여준다.
도 9는 진공 청소 로봇에 탑재되어 사용되는 스캐너를 보여준다.
도 10은 자동차에 탑재되어 사용되는 스캐너를 보여준다.

이하, 본 발명과 관련된 스캐너에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 다양한 장치에 적용될 수 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 예를 들어 주변의 사물을 인식하여 동선을 정하는 로봇, 주변에서 일어나는 미세한 동작이나 주변 사물을 감지하는 장치, 앞을 보지 못하는 사람을 위해 주변의 장애물을 알려주는 장치, 사용자의 동작을 인식하는 장치 및 3차원 영상을 만드는 장치 등이 있다.

다음은 도 1을 참고하여 삼각측량 방식을 이용한 거리 측정 방식의 기본적인 동작 방법을 설명한다.

도 1은 삼각측량 방식을 이용한 스캐너의 기본적인 동작 방법을 나타내는 블록 구성도(block diagram)이다.

상기 스캐너(100)는 송광부(110)와 수광부(120)를 포함한다.

이하, 상기 구성요소에 대해 차례로 살펴본다.

송광부(110)는 거리 측정용 빔(1)을 발광하는 광원(112)을 포함한다. 또한 광원렌즈(114)를 포함할 수도 있다.

수광부(120)는 거리 측정용 빔(1)이 주변 사물(130)에 반사되어 돌아오는 빛(3)을 수광센서(122)에 모아주는 수광렌즈(124)를 포함한다. 수광센서(122)는 반사되어 돌아오는 빛(3)이 수광센서(122)에 모이는 위치를 감지한다.

도 1에 도시된 바와 같이 송광부(110)에서는 주변 사물(130)을 향해 거리 측정용 빔(1)을 발광한다. 거리 측정용 빔(1)이 주변 사물(130)에 도착하면 주변 사물의 표면(T)에 반사되어 여러 갈래로 반사되는 빛(5)의 형태를 가진다. 이중 스캐너(100)에 포함된 수광렌즈(124)에 의해 여러 갈래로 반사되는 빛의 일부(3)가 수광부(120)의 수광센서(122)에 모이게 된다.

스캐너(100)와 주변 사물(130) 사이의 거리를 d, 광원렌즈(114)와 수광렌즈(124) 사이의 거리를 g, 수광렌즈(124)의 초점 거리를 f라고 정의한다. 또한 광원(112)이 수평선(7)에 대해 기울어진 각도를 θ, 수광센서(122)에 모인 빛의 위치를 p 라고 정의한다. 빛의 위치 p 값은 수광센서(122)의 중심을 "0"으로 기준하여 정한다. f 값, g 값, θ 값이 정해진 스캐너(100)에서는 빛의 위치 p 값을 수광센서(122)에서 감지하여 다음 수학식 1을 충족하도록 연산하면 스캐너(100)와 거리 측정 위치 사이의 거리인 d를 얻을 수 있다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스캐너의 기본적인 동작 방법을 나타내는 블록 구성도(block diagram) 이다.

도 2는 도 1에서 설명한 삼각측량 방식을 이용한 거리 측정 방식을 이용한 스캐너의 한 실시예이다.

상기 스캐너(300)는 송광부(310), 수광부(320), 회전 구동부(330), 통신부(350), 제어부(360), 전원 공급부(370), 전원 및 통신 연결부(390) 등을 포함할 수 있다.

송광부(310)와 수광부(320)는 회전기판(303)에 고정될 수 있다. 회전기판(303)은 수직선 방향을 기준으로 회전한다. 도 2에서는 수광부(320)가 송광부(310) 위에 고정되어 있지만, 반대로 송광부(310)가 수광부(320) 위에 고정될 수 있다. 송광부(310)는 광원(312)과 광원렌즈(314)를 포함할 수 있다. 광원(312)은 LD(Laser Diode), LED(Light Emitting Diode) 등 직진성이 높은 광원을 사용될 수 있으며, 광원 렌즈(314)는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)가 사용되어, 광원(312)에서 나오는 빛을 평행광 또는 수렴광으로 만들 수 있다.

수광부(320)는 수광센서(322), 수광렌즈(324), 파장필터(326) 등을 포함할 수 있다. 수광렌즈(324)는 수광센서(322)에 빛을 모아주며, 수광센서(322)는 수광렌즈(324)에서 모아준 빛의 위치를 감지한다. 파장필터(326)는 광원(312)의 파장과 다른 빛이 수광센서(322)에 감지되는 것을 방지해 준다.

회전 구동부(330)는 회전기판(303)을 수직선 방향을 기준으로 회전하게 해준다. 회전기판(303)이 회전하면 회전기판(303)에 고정된 송광부(310)와 수광부(320)가 같이 회전한다. 송광부(310)와 수광부(320)의 회전에 따라서 측정 위치가 수평방향을 이동한다. 회전 구동부(330)는 회전기판(303)을 회전시키기 위해 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어서, 회전 구동부(330)는 회전 구동 모터(339), 제1 회전 풀리(331), 제2 회전 풀리(333), 회전벨트(337) 등을 이용하여 회전기판(303)을 회전시킬 수 있다.

제어부(360)의 회전 제어부(364)에서 회전 구동 모터(303) 제어하여 회전 구동 모터(399)를 회전시키고, 회전 구동 모터(399)가 회전하면, 회전 구동 모터(399)에 고정되어 있는 제1 회전 풀리(331)이 회전한다. 제1 회전 풀리(331)이 회전을 하면 제1 회전 풀리(331)과 제2 회전 풀리(333)이 고정된 회전벨트(337)가 회전하게 된다. 회전벨트(337)가 회전을 하며, 제2 회전 풀리(331)가 회전한다. 제2 회전 풀리(331)는 회전기판(303)에 고정되어 있어서, 제2 회전 풀리(331)가 회전할 때 같이 회전기판(303)이 회전한다.

통신부(350), 제어부(360) 및 전원 공급부(370)는 메인기판(301)에 위치할 수 있다. 제어부(360)는 거리 계산부(362), 회전 제어부(364), 공간 정보 연산부(366), 송광 제어부(368) 등을 포함할 수 있다. 거리 계산부(362)는 수광센서(322)에서 전송되는 빛의 위치 p 값을 포함한 측정신호를 기초로 스캐너(300)와 측정 위치 사이의 거리를 계산한다. 회전 제어부(364)는 회전 구동부(330)를 제어한다. 공간 정보 연산부(366)는 거리 계산부(362)에서 계산된 거리와 회전 구동부(330)에서 보내온 회전 각도를 기초로 공간 정보 데이터를 만든다. 예를 들어, 회전 구동부(330)는 인코더를 포함할 수 있으며, 인코더에서 각 거리 측정 위치에 해당하는 회전기판(303)의 각도를 인코더 신호로 공간 정보 연산부(366)에 전송할 수 있다. 송광 제어부(368)는 송광부(310)를 제어한다. 특히 송광 제어부(368)은 송광부(310)에 포함된 광원(312)을 제어한다. 또한 제어부(360)는 스캐너(300)의 전반적인 작동을 제어한다. 제어부(360)는 통신부(350)를 통해 공간 정보 연산부(366)에서 작성한 공간 데이터를 외부의 장치에 유무선으로 전송할 수 있다.

전원 공급부(370)는 제어부(360)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성 요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

전원 및 통신 연결부(390)는 메인기판(301)과 회전기판(303)을 연결하여 회전기판(303)에 전원을 공급하고, 메인기판(301)과 회전기판(303) 사이에서 오고 가는 제어 및 측정 신호를 전달하게 해준다. 도 2에서는 복수의 브러쉬(brush, 391, 393, 395, 397)와 회전링(392, 394, 396, 398)을 이용하여 회전기판(303)에 전원을 공급하고, 메인기판(301)과 회전기판(303)이 제어 및 측정 신호를 서로 주고 받게 하는 한 예를 보여준다. 브러쉬와 회전링은 짝을 이룬다. 자세한 설명은 도 5에서 하기로 한다.

도 2 에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 스캐너도 구현될 수도 있다.

도 2에서는 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 거리 측정용 빔(10)을 이용하여 측정하는 것을 보여준다.

제어부(360)의 송광 제어부(368)는 제어신호를 송광부(310)로 전송하여 광원(312)에서 거리 측정용 빔(10)을 주변 사물(380)에 발광하게 한다. 거리 측정용 빔(10)은 주변 사물(380)에 도착한다. 거리 측정용 빔(10)이 주변 사물(380)에 도착하면, 주면 사물의 표면(A)에 반사되어 여러 갈래로 반사되는 빛의 형태(50)를 가진다. 이중 스캐너(300)에 포함된 수광렌즈(324)에 의해 여러 갈래로 반사되는 빛의 일부(30)가 수광부(320)의 수광센서(322)로 모이게 된다. 수광센서(322)는 수광센서(322)에 맺힌 빛의 위치 p 값을 측정신호로 거리 계산부(362)에 전송한다. 이때 정확한 p 값 감지를 위해 수광렌즈(324)와 수광센서(322) 사이에 파장필터(326)를 위치 시킬 수 있다. 파장필터(326)는 광원(312)과 같은 파장의 빛만 통과시켜서 다른 외부의 빛이 수광센서(322)에 감지되는 것을 막아준다. 수광센서(322)는 p 값을 디지털 또는 아날로그 방식의 측정신호로 거리 계산부(362)에 전송할 수 있다.

제어부(360)의 거리 계산부(362)는 수광센서(322)에서 받은 빛의 위치 p 값이 포함된 측정신호를 기초로 주변 사물의 표면(A)와 스캐너(300) 사이의 거리를 도 1에서 설명한 수학식 1을 이용해서 얻을 수 있다.

위에서 설명했듯이 본 발명은 상기한 TOF 방식 및 위상차를 이용한 방식 등을 이용하여 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 계산할 수 있다.

도 2를 다시 예로 들어 상기한 TOF 방식으로 스캐너(300)가 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 거리 측정용 빔(10)을 이용하여 측정하는 것을 다음과 같이 설명할 수 있다.

제어부(360)의 송광 제어부(368)는 제어신호를 송광부(310)로 전송하여 광원(312)에서 거리 측정용 빔(10)을 측정 위치에 발광하게 한다. 여기서 측정 위치는 주변 사물의 표면(A)이다. 거리 측정용 빔(10)은 측정 위치에 도착한다. 거리 측정용 빔(10)이 측정 위치에 도착하면, 측정위치에 반사되어 여러 갈래로 반사되는 빛의 형태(50)를 가진다. 이중 스캐너(300)에 포함된 수광렌즈(324)에 의해 여러 갈래로 반사되는 빛의 일부(30)가 수광부(320)의 수광센서(322)로 모이게 된다.

이때 정확한 빛(30)을 감지를 위해 수광렌즈(324)와 수광센서(322) 사이에 파장필터(326)를 위치 시킬 수 있다. 파장필터(326)는 광원(312)과 같은 파장의 빛만 통과시켜서 다른 외부의 빛이 수광센서(322)에 감지되는 것을 막아준다.

거리 계산부(362)는 광원(312)에서 거리 측정용 빔(10)을 발광한 시간과 그 발광된 빛이 측정 위치에서 반사되어 스캐너(300)의 수광센서(322)에 감지되는 시간의 차이를 이용하여 스캐너(300)와 주변 사물 사이(380)의 거리를 계산할 수 있다.

도 2를 다시 예로 들어 상기한 위상차를 이용한 방식으로 스캐너(300)가 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 거리 측정용 빔(10)을 이용하여 측정하는 것을 다음과 같이 설명할 수 있다.

제어부(360)의 송광 제어부(368)는 일정한 주파수를 가진 제어신호를 송광부(310)로 전송하여 광원(312)에서 거리 측정용 빔(10)을 측정 위치에 발광하게 한다. 여기서 측정 위치는 주변 사물의 표면(A)이다. 거리 측정용 빔(10)은 주변 사물(380)에 도착한다. 거리 측정용 빔(10)이 주변 사물(380)에 도착하면, 주면 사물의 표면(A)에 반사되어 여러 갈래로 반사되는 빛의 형태(50)를 가진다. 이중 스캐너(300)에 포함된 수광렌즈(324)에 의해 여러 갈래로 반사되는 빛의 일부(30)가 수광부(320)의 수광센서(322)로 모이게 된다.

수광센서(322)는 감지한 빛(30)을 이용하여 측정 신호를 생성하고, 거리 계산부(362)는 측정 위치에 거리 측정용 빔(10)을 발광할 때 이용한 일정한 주파수를 가진 제어신호와 측정위치에서 반사되어 스캐너(300)로 돌아온 빛(30)을 이용하여 생성한 측정 신호를 비교하여 위상차를 구하고, 구한 위상차를 기초로 거리를 계산할 수 있다.

도 3에서는 일정 주파수(f)를 가진 제어신호에 따라 거리 측정용 빔(10)이 스캐너(300)에서 측정 위치에 발광되는 것을 보여준다. 여기서 측정 위치는 주변 사물의 표면(A)이다. 또한 일정 주파수를 가진 신호에 따라 발광된 거리 측정용 빔(10)이 측정 위치에 반사되어 스캐너(300)로 돌아오는 빛(30)을 보여준다. 이때, 스캐너(300)와 측정 위치 사이의 거리를 d, 거리 측정용 빔(10)과 반사되어 돌아오는 빛(30)의 측정 위상차는 k, 거리 측정용 빔(10) 및 반사되어 돌아오는 빛(30)의 파장을 l(=빛의 속도 c/ 제어신호의 주파수 f)이다.

위에서 설명했듯이, 거리 계산부(362)는 측정 위치에 거리 측정용 빔(10)을 발광할 때 이용한 일정한 주파수를 가진 제어신호와 측정위치에서 반사되어 스캐너(300)로 돌아온 빛(30)을 이용하여 생성한 측정 신호를 비교하여 위상차를 구하고, 구한 위상차를 기초로 거리를 계산할 수 있다.

위에서 설명했듯이, 다양한 방법으로 거리를 계산할 수 있다. 공간 정보 연산부(366)는 거리 계산부(362)에서 각 측정 위치에 해당하는 계산된 거리와 회전 구동부(330)에서 보내온 회전 각도를 기초로 공간 정보 데이터를 만든다. 스캐너(300)의 회전기판(303)은 수직선 방향을 기준으로 회전하기 때문에 거리 측정 위치를 이동하며 거리를 구할 수 있다. 자세한 설명은 도 4에서 하기로 한다.

도 4는 회전기판(303)이 일정 각도로 수직선 방향을 기준으로 회전한 모습을 위에서 본 모습으로 보여준다. 제어부(360)의 회전 제어부(364)는 회전 구동부(330)를 구동시켜 회전기판(303)을 수직선 방향을 기준으로 회전 시킬 수 있다.

도 4에서는 회전기판(303)의 회전에 따라, 제1 수평선(60) 상에 있는 거리 측정 위치가 수평 방향으로 이동하며 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 측정하는 한 예를 보여준다.

도 4에서는 스캐너(300)는 스캐너(300)와 측정 지점(A) 사이를 거리 측정하고, 회전기판(300)의 회전에 따라, 스캐너(300)와 측정 지점(B) 사이의 거리를 측정하는 한 예를 보여준다.

회전기판(303)이 시계반대 방향으로 회전을 하면 측정 방향이 왼쪽으로 이동하며, 반대로 회전기판(303)가 시계방향으로 회전을 하면 측정 방향이 오른쪽으로 이동한다. 스캐너(300)는 회전기판(303)이 일정 각도로 회전할 때마다 도 2에서 설명한 내용과 같이 스캐너(300)와 주변 사물(380) 사이의 거리를 측정할 수 있다.

도 5는 전원 및 통신 연결부(390)를 자세히 보여준다. 도 5에서는 복수의 브러쉬(brush, 391, 393, 395, 397)와 회전링(392, 394, 396, 398)을 이용하여 회전기판(303)에 전원을 공급하고, 메인기판(301)과 회전기판(303) 사이에서 제어 및 측정신호를 흐르게 하는 예를 보여준다.

제1 브러쉬(391), 제2 브러쉬(393), 제3 브러쉬(395) 및 제4 브러쉬(397)는 메인기판(301)에 직접 또는 간접적으로 연결되어 있다. 제1 회전링(392), 제2 회전링(392), 제3 회전링(395) 및 제4 회전링(397)은 회전기판(303)에 고정되어 있으며, 상기한 브러쉬(391, 393, 395, 397)의 위치에 따라 회전기판(303)에 고정된 위치를 달리할 수 있다.

도 5에서는 제1 브러쉬(391)와 제2 브러쉬(393)가 제1 회전링(392)과 2 회전링(394)에 각각 접촉하여 메인기판(301)과 회전기판(303) 간 제어 및 측정신호를 흐르게 해주는 한 예를 보여준다. 이 경우, 제1 브러쉬(391)와 제1 회전링(392)는 메인기판(301)에서 회전기판(303)으로 보내는 제어신호를 전달하는데 쓰일 수 있다. 예를 들어, 메인기판(301)에 위치한 송광 제어부(368)가 회전기판(303)에 위치한 광원(312)에 제1 브러쉬(391)와 제1 회전링(392)을 통해 제어신호를 전송할 수 있다.

또한 제2 브러쉬(393)와 제2 회전링(394)는 회전기판(303)에서 메인기판(301)으로 보내는 측정신호를 전달하는데 쓰일 수 있다. 예를 들어, 회전기판(303)에 위치한 수광센서(322)에서 감지한 빛을 기초로 생성한 측정신호를 메인기판(301)에 위치한 거리 계산부(364)에 제2 회전링(394)과 제2 브러쉬(393)를 통해서 전송할 수 있다.

도 5에서는 제3 브러쉬(395)와 제4 브러쉬(397)가 제3 회전링(396)과 제4 회전링(398)에 각각 접촉하여 회전기판(303)에 전원을 공급하는 한 예를 보여준다. 이 경우, 제3 브러쉬(395)와 제3 회전링(396)은 메인기판(301)에서 회전기판(303)에 전원을 공급하는데 쓰일 수 있다. 또한 제4 브러쉬(397)와 제4 회전링(398)을 이용하여 회전기판(303)에 접지(ground)를 제공하는데 쓰일 수 있다.

각 회전링은 간격을 두고 서로 떨어져 있는 것이 좋다. 또한 회전링과 회전링 사이의 간격은 전기를 통하지 않는 물질로 채워지는 게 좋다.

또한 브러쉬가 짝이되는 회전링에만 접촉되도록 회전링이 가이드 홈 안에 위치할 수 있다.

상기한 브러쉬와 회전링은 전도성이 높은 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 특히 브러쉬는 전도성 및 탄성이 높은 물질로 구성되는 것이 좋다. 또한 먼지와 이물질이 브러쉬와 회전링 사이에 끼는 것을 방지하기 위해 브러쉬와 회전링이 접촉하는 부분이 외부에 노출되지 않는 것이 바람직하다.

위에서 설명한 전원 및 통신 연결부(390)는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 브러쉬와 회전링의 숫자를 필요에 따라 조정할 수 있으며, 브러쉬와 회전링의 위치도 송광부(310)와 수광부(320)의 사이, 회전기판(303)의 상단 또는 하단을 기준으로 위치할 수 있다.

도 6과 도 7은 스캐너가 앞으로 이동하면서 거리 측정 위치를 수직 방향으로 이동하며 스캐너와 주변 사물 사이의 거리를 측정하는 예를 보여주고 있다.

도 6에서는 스캐너(300)가 주변 사물(410)과 스캐너(300) 사이의 거리를 측정하는 예를 보여준다. 이때 측정 위치는 주면 사물(410)의 표면(E)이다.

도 7에서는 스캐너(300)가 전방으로 이동하면서 주변 사물(410)과 스캐너(300) 사이의 거리를 측정하는 예를 보여준다. 이때 측정 위치는 주면 사물(410)의 표면(F)이다.

도 6과 도 7에서는 스캐너(300)이 전방 이동을 하면 거리 측정 위치가 위에서 아래로 이동하는 것을 보여준다. 여기에서는 거리 측정 지점(E)에서 거리 측정 지점(F)로 이동하였다. 반대로 스캐너(300)가 후방 이동을 하면 거리 측정 위치가 아래에서 위로 이동한다.

거리 측정용 빔(10)은 일정한 각도(θ)를 가지고 주변 사물에 발광되도록 광원(312)를 구성되기 때문에 스캐너(300)가 전방 또는 후방으로 이동하며 거리 측정 위치를 아래 또는 위로 이동하며 주변 사물과의 거리를 측정할 수 있다.

또한 거리 측정용 빔(10)이 일정한 각도(θ)를 유지 하게 되므로 스캐너(300)는 스캐너(300)와 다양한 높이를 가진 주변 사물과의 거리를 전후방으로 이동하면서 측정할 수 있다.

거리 측정용 빔(10)과 수평선(11) 사이의 각도(θ)는 예각을 이루는 것이 바람직하다. 각도(θ)는 광원(312)와 수광센서(322) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.

도 8에서는 송광부(310)와 수광부(320)의 위치를 바꾸어서 스캐너(300)를 구성하는 예를 보여준다. 도 7에서 보여주듯이 송광부(310)이 수광부(320) 위쪽에 위치할 수 도 있다. 이 경우, 스캐너(300)가 전방으로 이동하면, 거리 측정 위치가 위쪽으로 이동하며, 스캐너(300)이 후방으로 이동하면, 거리 측정 위치가 아래쪽으로 이동한다.

도 9는 진공 청소 로봇(700)에 탑재되어 사용되는 스캐너(300)를 도시하였다. 본 발명이 주변 사물과 청소 로봇 사이의 거리를 측정하여 공간 데이터를 청소 로봇에 전송하면, 청소 로봇은 본 발명에서 전송 받은 정보를 바탕으로 동선을 정한다.

도 10은 자동차(900)에 탑재되어 사용되는 스캐너(300)를 도시하였다. 본 발명이 주변 사물과 자동차 사이의 거리를 측정하여 공간 데이터를 자동차에 전송하면, 자동차는 본 발명에서 전송 받은 정보를 바탕으로 안전거리를 확보한다. 예를 들어 자동차가 운전자에게 경고방송을 할 수 도 있으며 자동차 속도를 자동 제어할 수도 있다.

상기와 같이 설명된 스캐너는 위에 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims

거리 측정 장치에 있어서,
거리 측정용 빔을 측정 위치에 발광하는 송광부;
상기 측정 위치에서 반사되어 상기 거리 측정 장치로 모이는 빛을 감지하는 수광부;
상기 송광부가 상기 수광부 위에 고정되거나 상기 수광부가 상기 송광부 위에 고정되게 하는 회전기판; 및
상기 회전기판이 수직선 방향을 기준으로 회전하도록 구성된 회전 구동부를 포함하는
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 송광부를 제어하는 송광 제어부;
상기 수광부가 감지한 빛을 기초로 상기 거리 측정 장치와 상기 측정 위치 사이의 거리를 계산하는 거리 계산부;
상기 송광 제어부와 상기 거리 계산부가 위치한 메인기판; 및
상기 메인기판과 상기 회전기판을 연결하는 전원 및 통신 연결부를 더 포함하는
거리 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 전원 및 통신 연결부는 한 개 또는 복수의 브러쉬와 한 개 또는 복수의회전링으로 이루어져 있으며, 상기 브러쉬와 상기 회전링은 짝을 이루며, 짝을 이룬 상기 브러쉬와 상기 회전링은 접촉되어 있으며, 상기 브러쉬는 상기 메인기판에 연결되어 있고, 상기 회전링은 상기 회전기판에 고정되어 있으며 상기 메인기판과 상기 회전기판 사이에서 오고 가는 신호를 흐르게 구성된
거리 측정 장치.
제3항에 있어서,
상기 신호는 제어신호를 포함하며, 상기 송광 제어부는 상기 제어신호를 상기 송광부로 전송하는
거리 측정 장치.
제3항에 있어서,
상기 신호는 측정신호를 포함하며, 상기 수광 센서에서 측정한 빛을 상기 측정신호로 상기 거리 계산부로 전송하는
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 송광부와 상기 수광부에 전원을 공급하는 전원 공급부;
상기 전원 공급부가 위치한 메인기판; 및
상기 메인기판과 상기 회전기판을 연결하는 전원 및 통신 연결부를 더 포함하고,
상기 전원 및 통신 연결부는 한 개 또는 복수의 브러쉬와 한 개 또는 복수의회전링으로 이루어져 있으며, 상기 브러쉬와 상기 회전링은 짝을 이루며, 짝을 이룬 상기 브러쉬와 상기 회전링은 접촉되어 있으며, 상기 브러쉬는 상기 메인기판에 연결되어 있고, 상기 회전링은 상기 회전기판에 고정되어 있으며, 상기 전원 공급부에서 상기 회전기판에 위치한 상기 송광부와 상기 수광부로 전원을 공급하게 구성된
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전 구동부를 구동시켜 상기 회전기판의 회전 각도를 조절하며 상기 측정 위치를 좌우로 이동시키는 회전 제어부를 더 포함하고,
상기 회전 제어부를 이용하여 상기 측정 위치를 이동시키며 상기 거리 측정 장치와 상기 측정 위치 사이의 거리를 계산하는
거리 측정 장치.
제7항에 있어서,
상기 거리 계산부에서 계산한 상기 측정 위치 사이의 거리와 상기 측정 위치에 해당하는 상기 회전기판의 각도를 이용하여 공간 데이터를 작성하는 공간 정보 연산부를 더 포함하는
거리 측정 장치.
제8항에 있어서,
상기 회전 구동부는 인코더를 포함하고,
상기 인코더는 상기 측정 위치에 해당하는 상기 회전기판의 각도를 인코더 신호로 상기 공간 정보 연산부에 전송하게 구성된
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 송광부는 광원렌즈를 포함하고, 상기 수광부는 수광렌즈를 포함하며,
상기 거리 측정용 빔은 상기 광원렌즈를 통과하고, 상기 측정 위치에서 반사되어 상기 거리 측정 장치로 모이는 빛은 수광렌즈를 통하도록 구성된
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광부는 파장필터를 포함하고,
상기 파장 필터는 상기 거리 측정용 빔과 같은 파장만을 통과시키는
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 송광부는 상기 거리 측정용 빔을 발광하는 광원을 포함하고,
상기 광원과 수평선이 일정한 각을 이루게 구성된
거리 측정 장치.
제12항에 있어서,
상기 광원과 상기 수평선이 이루는 각은 예각이고,
상기 거리 측정 장치가 전방 또는 후방으로 이동하면 상기 측정 위치가 수직방향으로 이동하는
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 송광부는 렌즈를 포함하고,
상기 렌즈를 이용하여 상기 거리 측정용 빔이 평행광 또는 수렴광이 되도록 구성된
거리 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 거리 측정 장치는 삼각측량(triangulation) 방식, TOF(Time of Flight) 방식, 위상차(phase-shift) 중 하나의 방식을 기초로 거리를 측정하는
거리 측정 장치.