KR20190058331A - 폴리곤 스캐너 및 모니터링 영역 내의 물체들을 검출하기 위한 방법 - Google Patents

폴리곤 스캐너 및 모니터링 영역 내의 물체들을 검출하기 위한 방법 Download PDF

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KR20190058331A
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자샤 슈타인코글러
플로리안 슈나이더
헬무트 베버
슈테판 세이츠
마르틴 회지
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식아게
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Abstract

광 송신기(12), 광 수신기(30), 상기 광 수신기(30)의 수신 신호를 평가하기 위한 평가 유닛(32) 및 광선(16)을 주기적으로 편향시키기 위한 회전 가능한 미러 유닛(20)을 구비한, 물체들(24)을 검출하기 위한 폴리곤 스캐너(polygon scanner)(10)가 제시되며, 상기 미러 유닛은 다수의 미러 패싯(mirror facet)(34)을 가짐으로써, 이와 같은 방식으로 하나의 앵글 커트(angle cut)가 상기 미러 유닛(20)의 회전마다 여러 번 개별적인 미러 패싯(34)에 의해 주사(scanning)되고, 이때 상기 미러 패싯들(34) 중 적어도 소수의 미러 패싯은 서로 다른 곡률을 갖는다. 이 경우, 상기 미러 패싯들(34) 중 적어도 하나의 미러 패싯은 자유형 표면(freeform surface)으로서 형성되어 있고, 상기 자유형 표면의 곡률은 상기 미러 유닛(20)의 회전 동안에 변경되는 상기 미러 패싯(34) 상에 입사하는 방사된 광선(16)의 입사각에 적합하게 조정되어 있다.

Description

폴리곤 스캐너 및 모니터링 영역 내의 물체들을 검출하기 위한 방법{POLYGON SCANNER AND METHOD FOR DETECTING OBJECTS IN A MONITORING AREA}
본 발명은 청구항 제 1항 또는 제 15항의 전제부에 따른 폴리곤 스캐너 및 모니터링 영역 내의 물체들을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.
레이저 스캐너(laser scanner)는 다양한 모니터링- 및 측정 과제들에 사용된다. 이를 위해, 하나의 모니터링 평면이 회전 미러에 의해 편향되는 광선에 의해 주사(scanning)되고, 반사된 광이 평가된다. 폴리곤 스캐너(polygon scanner)에서는 회전 미러가 다수의 미러 패싯(mirror facet)을 가짐으로써, 결과적으로 모니터링 평면의 단 하나의 부분 섹션만이 검출되지만, 이와 같은 부분 섹션은 회전마다 여러 번 상기 미러 패싯들의 개수에 상응하게 검출된다. 상기 회전 미러는 폴리곤 미러 휠(polygon mirror wheel) 또는 축약해서 폴리곤 휠(polygon wheel)로도 표기된다.
폴리곤 스캐너의 한 가지 가능한 과제는 단순한 물체 검출이다. 추가로 물체 간격들, 윤곽들 또는 프로파일들에 대한 정보를 얻기 위해서는 대부분 물체들의 존재만이 검출될 뿐만 아니라, 동시에 물체들의 거리도 검출된다. 이를 위해, 광 전파 시간이 측정된다. 두 가지 유형의 광 전파 시간법이 통용된다. 위상 기반의 방법에서는 광 송신기가 스캐닝 빔(scanning beam)을 변조하고, 레퍼런스(reference)와 수신된 스캐닝 빔 사이의 위상이 검출된다. 펄스 기반의 방법은 스캐닝 빔에 두드러진 패턴을 각인하는데, 예를 들어 단지 몇 나노초(nanosecond) 시간의 좁은 폭의 펄스를 각인하고, 이와 같은 패턴의 수신 시점을 검출한다. 펄스 평균법으로서 언급된 일반화에서는 다수의 펄스 또는 펄스 결과가(pulse sequence) 송신되고, 수신된 펄스들은 통계적으로 평가된다.
폴리곤 스캐너의 특별한 구성 원리는 바코드 스캐너(barcode scanner)에서 사용되는 경우가 많은데, 상기 바코드 스캐너에서는 회전당 다수의 미러 패싯에 의해 상승하는 샘플링 주파수(sampling rate)를 위하여 단 하나의 미러면을 구비한 레이저 스캐너의 360°까지의 전형적인 큰 검출 각도를 포기하는 것이 비교적 적은 단점들을 의미한다.
폴리곤 미러 휠을 구비한 바코드 스캐너는 예를 들어 유럽 특허 출원서 EP 0 967 458 B1호에 공지되어 있다. 그 밖에 상기 출원서에서는, 각각의 주사 시작이 스타트 센서(start seonsor)를 구비한 미러 패싯에 의해 결정되는 동기화(synchronization)의 가능성이 제시된다. 이와 같은 스타트 센서는 본래 송신 빔의 영역 내에서, 각각 하나의 주사 주기가 하나의 미러 패싯에 의해 시작되는 위치에 배치되어야 한다. 그러나 상기 위치는 설치 공간이 대단히 좁은데, 때문에 유럽 특허 출원서 EP 0 967 458 B1호는 그 대신에 편향 유닛을 위치시킴으로써, 상기 편향 유닛은 광을 스타트 센서의 덜 중요한 위치상으로 안내한다.
바코드들이 오래전부터 카메라에 의해서도 판독될 수 있음에도 불구하고, 바코드 센서들은 계속해서 다양한 형태로 이용된다. 장점들 중 한 가지는 심도에서의 더 큰 시각적 구조 복잡성 없이도 판독 영역이 얻어진다는 것이고, 상기 판독 영역은 무엇보다 스폿 크기(spot size), 다시 말해 주사하는 레이저 스폿(laser spot)의 연장부에 의해 제한되어 있다. 좀 더 구체적으로 표현하자면, 소위 레이저 빔의 초면(caustic)이 초점 심도 영역(depth of focus area)을 결정하는데, 다시 말해 판독 거리에 따른 스폿 크기의 기능을 결정한다. 바코드 바(barcode bar)를 추가로 분해하기 위해, 스폿 크기는 상기 바코드 바의 폭을 적어도 두드러지게 초과해서는 안된다.
그에 따라 특히, 더는 고정된 송신 광학 수단의 판독 필드들로 충분하지 않고 초점 심도의 이론적인 경계들을 넘어서 더 큰 심도의 판독 영역이 요구되는 근접 영역 내에서의 적용예들이 있다. 한 가지 가능성은 초점 위치를 기계적으로 교정하는 것으로, 다시 말해 조준 렌즈(collimating lens)를 작동 소자에 의해 이동시키는 것이다. 세트업(set up) 동안에 한 번 이루어지는 조정 공정에서 장치적인 복잡성은 간과할 만하지만, 이 경우 설정이 다음 수동 전환 동작까지 고정된다. 매우 짧은 시간 내에 구현되어야 하는 높은 위치 설정 정확도로 인해 역동적인 조정 공정은 현저한 구조적 복잡성을 요구하며, 이는 제조 크기 및 제조 비용에도 영향을 미친다.
선행 기술에서는 폴리곤 스캐너의 미러 패싯들에 서로 다른 초점 특성을 제공하도록 제안된다. 이와 같은 방식으로 독일 특허 출원서 DE 36 02 008 A1호에서는 적어도 하나의 미러면이 나머지 미러면들에 대하여 상이한 포커싱 특성들(focusing characteristics)을 갖는다. 평가 전자 장치에서는 단지, 선명한 수신 광점들로부터 비롯되는 수신 신호들만이 평가된다. 미국 특허 출원서 US 5 179 271호 또는 US 4 560 862호에도 서로 다른 곡률의 미러 패싯들에 의한 유사한 개념이 공지되어 있다. 그러나 이 경우 각각, 만곡된 미러 패싯들이 주사 운동 동안에 광선에 대하여 서로 다른 작용을 한다는 사실이 고려되지 않았다.
미러 패싯들이 서로 변경될 수 있는 다른 방법들도 있다. 그에 따라 각각 서로 다른 요구 조건들이 충족되지만, 상기 요구 조건들은 초점 심도 영역을 확장하지는 않는다. 이와 같은 방식으로 미국 특허 출원서 US 4 624 528호는 만곡된 미러 패싯들을 이용하여 이미지 오류를 보상한다. 이는 추가 미러들을 구비한 복잡하고도 장애 발생도가 높은 구조 및 이와 같은 방식으로 서로 다른 방향으로부터 발생한 미러 패싯들에서의 이중 반사에 기초한다. 독일 특허 출원서 DE 10 2015 104 021 A1호는 수신 신호의 제어를 개선하기 위해 서로 다른 미러 패싯들을 이용한다. 이를 위해, 미러 패싯들 간의 반사율이 변경됨으로써, 서로 다른 강도의 신호들이 수신된다. 독일 특허 출원서 DE 10 2014 100 245 B3호의 도입부에서는 폴리곤 스캐너의 미러 패싯들을 서로에 대하여 기울일 수 있다는 사실이 언급된다. 그럼으로써 반복된 주사 공정에서 높이 변위가 발생하고, 상기 높이 변위는 다층 주사(multi-ply scanning)를 가능하게 한다. 독일 특허 출원서 DE 10 2014 111 138 A1호는 마찬가지로 이와 같은 유형의 다층 주사와 관련이 있고, 기울기에 의한 왜곡을 보상하기 위해 수단들을 보완한다.
따라서 본 발명의 과제는 폴리곤 스캐너에 의한 검출을 추가로 개선하는 것이다.
이와 같은 과제는 청구항 제 1항 또는 제 15항에 따른 폴리곤 스캐너 및 모니터링 영역 내의 물체들을 검출하기 위한 방법에 의해 해결된다. 이와 같은 유형의 폴리곤 스캐너는 다수의 미러 패싯을 구비한 회전 가능한 미러 유닛을 포함하고, 상기 미러 패싯들은 회전 동안에 연속적으로 주사 광선을 편향시킨다. 이 경우, 특히 외주에 미러면들 또는 미러 패싯들을 구비한 폴리곤 미러 휠이 고려되며, 그로부터 폴리곤 스캐너의 명칭 또한 유래한다. 상기 미러 패싯들 중 적어도 소수의 미러 패싯은 서로 다른 곡률을 갖는다. 폴리곤 스캐너에서 모니터링 영역의 하나의 앵글 커트(angle cut) 또는 세그먼트가 미러 유닛의 회전마다 여러 번, 말하자면 미러 패싯당 한 번씩 주사되기 때문에, 상기 서로 다른 곡률에 의해 서로 다른 포커싱 특성에서 또는 서로 다른 초점 심도 영역으로 다중 주사가 이루어진다.
그에 따라 본 발명은, 단지 단순한 포커싱 곡률을 제공할 뿐만 아니라, 회전 운동하며, 그에 따라 방사된 광선에 따라 연속적으로 기울어지는 각각의 활성 미러 패싯 상에 입사하는 방사된 광선의 서로 다른 입사각에 대해 상기 곡률을 조정하는 기본 사상으로부터 출발한다. 이를 위해, 적어도 하나의 미러 패싯은 자유형 표면으로서 형성되어 있다. 자유 형태는 광학 수단의 디자인이 요구되는 자유도와 함께, 의도하는 초점 심도 영역을 갖도록 하며, 변경되는 입사각에 적합하게 조정되도록 한다. 특히 곡률은 미러 패싯의 둘레 방향으로 변경되는데, 말하자면 바람직하게 비대칭적으로 변경되며, 다시 말해 미러 패싯의 시작 영역부터 중심까지의 곡률은 중심부터 종료 영역까지의 곡률과 다르다.
본 발명은, 초점 심도 영역이 작동기에 의해 구동되는 복잡한 초점 조정 유닛 없이 제어 전자 장치와 함께 확장된다는 장점이 있다. 이는 더 작고 더 비용 저렴한 장치들을 가능하게 한다. 플라스틱으로 이루어진 미러 유닛의 경우, 공구들을 적합하게 조정하는 것만으로 충분한데, 예를 들어 사출 성형법에서는 기존의 평면 다이 부재(die part)를 음각의 자유 형태를 갖는 이와 같은 유형의 다이 부재로 대체하는 것으로 충분하다. 이 경우, 최대 한 번의 개조 비용으로 본 발명에 따른 미러 유닛이 실질적인 비용 차이 없이 제조될 수 있다. 추가 장점은 하나의 미러 패싯에서 다음 미러 패싯으로 초점 위치의 실질적으로 즉각적인 전환이며, 이는 더 짧은 시간 내에 서로 다른 작동 거리의 주사를 가능하게 한다.
자유형 표면은 바람직하게, 변경되는 입사각에 대해 동일한 초점 위치가 설정되도록 만곡되어 있다. 본 발명에서 자유 형태의 추가 곡률은 단순한 포커싱 작용을 넘어서 회전 운동의 보상에 기여한다. 그럼으로써, 변경되는 입사각으로 인해 이동하는 초점 심도 영역에 의한 주사- 또는 판독선 내부에서의 왜곡들이 방지된다. 대안적으로, 자유 형태에 의해 주사 공정 동안에 서로 다른 초점 위치를 생성하는 것도 고려할 수 있는데, 예를 들어 광학 축의 왼쪽 초점 위치들이 오른쪽보다 더 짧은 비대칭을 고려할 수 있다. 특히 이와 같은 유형의 비대칭은 다른 미러 패싯에서 정반대로 선택될 수 있다.
자유형 표면은 바람직하게 광선의 주사 평면으로부터 기울기를 갖는다. 상기 미러 패싯들은 둘레 방향으로 항상 서로에 대해 기울어져 있으며, 그렇지 않으면 폴리곤 미러 휠이 생기지 않는다. 본 실시 형태에서는 이와 같은 규정된 위치에 대한 기울기를 의미한다. 다시 말해, 적어도 소수의 미러 패싯은 자유 형태의 형상에 의해 자체 광학 작용이 폴리곤 미러 휠의 평면에 대하여 효과적으로 기울어져 있다. 그로부터 다중 주사에 대하여 주사- 또는 판독선들의 변위가 이루어진다. 또한, 두 개의 축으로 주사- 또는 판독선들을 효과적으로 기울이는 것도 가능하다. 이와 같은 방식으로 바코드 스캐너에서 바코드가 여러 방향으로부터 검출되고, 이는 모든 판독선들이 우연히 바에 대해 평행하게 진행하거나, 또는 상기 바코드를 가로 방향으로 완전히 포괄하지 못하는 상황을 방지한다.
자유형 표면은 바람직하게, 방사된 광선의 주사 영역이 직선화되도록 만곡되어 있다. 미러 패싯들은 폴리곤 미러 휠의 평면으로부터 기울어져 있는 경우가 많은데, 다중 주사를 위해 서로 다른 각도로 기울어져 있거나, 또는 장치 내 편향을 위해 동일하게 기울어져 있다. 이 경우, 주사 영역은 더는 평면이 아니고, 원뿔형 재킷(cone jacket)이며, 그 결과 주사- 및 판독선들이 만곡된다. 이와 같은 효과도 자유 형태에 의해 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.
폴리곤 스캐너는 바람직하게 미러 유닛의 회전 위치를 모니터링하기 위한 각도 검출 유닛을 포함하고, 이때 평가 유닛은 상기 회전 위치에 의해 각각의 활성 미러 패싯을 식별하기 위해 형성되어 있다. 그럼으로써 각각의 검출 각도가 결정될 수 있으며, 그 결과 레이저 스캐너의 측정값들은 적어도 대략적인 각도 분해능(angular resolution)을 얻는다. 반면 바코드 스캐너의 경우에는 구체적인 각도가 중요하지 않다. 그러나 각각의 활성 미러 패싯을 식별함으로써, 어떤 광학적 파라미터들에 의해, 특히 어떤 초점 심도 영역에 의해 개별적인 신호들이 검출되는지 확인하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 각도 검출 유닛은 각도를 절대 세밀하게 분해할 필요가 없다. 회전당 한 번 또는 여러 번의 동기화에서 보간(interpolate)이 이루어질 수 있다. 이를 위해, 두 개의 동기화 시점 사이에 놓인 시간 간격이 미러 패싯들의 각도 영역들 또는 심지어 각도값들로 분할된다.
폴리곤 스캐너는 바람직하게 스타트 센서를 포함하고, 상기 스타트 센서는 각각 개별적인 미러 패싯에 의한 주사 시작시 방사된 광선을 검출하며, 이때 적어도 하나의 미러 패싯은 상기 방사된 광선이 상기 스타트 센서 내에서 발생하는 스타트 신호로부터 상기 미러 패싯의 식별을 가능하게 하는 변형(modification)을 갖는다. 이와 같은 유형의 스타트 센서는 그 자체로 공지되어 있지만, 통상적으로 동일한 유형의 펄스들을 발생한다. 그럼으로써 단지, 새로운 미러 패싯이 방사된 광선 내로 회전하여 그에 따라 새로운 주사가 시작되는 경우에만 검출이 이루어진다. 상기 미러 패싯의 변형은 스타트 신호를 할당하기 위해 이용되는데, 다시 말해 상기 스타트 신호에 개별적인 특성을 제공함으로써, 상기 스타트 신호를 다른 스타트 신호들로부터 구분하기 위해 이용된다. 이와 같은 유형의 변형은 단 하나의 미러 패싯에만 해당할 수 있으며, 회전마다 한 번의 동기화가 가능하다. 이 경우, 다음 동기화까지 스타트 펄스들의 개수가 단순히 계수되고, 그런 다음 할당된다. 그러나 변형들을 다수 또는 모든 미러 패싯에 제공하는 것도 고려할 수 있으며, 이때 상기 미러 패싯들은 서로 구분되어야 한다.
미러 패싯들은 변형으로서 서로 다른 크기를 갖는데, 특히 허용 오차들에 의해 서로 다른 크기를 갖는다. 이와 같은 크기는 둘레 방향과 관계된다. 다시 말해, 미러 유닛의 폴리곤은 등변의 n각형이 아니라, 오히려 불규칙적이다. 바람직하게 서로 다른 크기의 미러 패싯들을 의도적으로 선택할 필요가 없고, 오히려 단지 자연스러운 허용 오차들이 이용된다.
평가 유닛은 바람직하게, 스타트 신호들의 시간적인 순서를 레퍼런스로써 저장하고, 작동중에 스타트 신호들의 순서와 레퍼런스를 비교함으로써 각각의 활성 미러 패싯을 식별하기 위해 형성되어 있다. 미러 유닛의 회전 속도는 실질적으로 일정한 것으로 간주될 수 있기 때문에, 이상적으로 동일한 크기의 미러 패싯들을 구비한 미러 유닛은 스타트 신호들의 균일한 타임 패턴(time pattern)을 발생한다. 디자인에 따라 또는 허용 오차들에 의해 크기가 서로 다른 미러 패싯들에서는 이와 같은 타임 패턴이 일종의 지문과 같이 특징적인 방식으로 이동한다. 평가 유닛이 이와 같은 타임 패턴을 인식하는 경우, 상기 평가 유닛은 측정된 스타트 펄스들을 상기 타임 패턴에 의해 비교할 수 있으며, 이와 같은 방식으로 각각의 활성 미러 패싯을 식별할 수 있다.
미러 패싯은 바람직하게 스타트 신호를 발생하는 시작 영역 내 변형으로 나머지 미러 패싯들과 구분되는 반사율 및/또는 곡률을 갖는다. 상기 시작 영역은 각각 최초로 방사된 광선 내로 회전하는 미러 패싯의 부분이다. 측정을 위해, 이곳에서 발생한 신호는 아직 이용될 수 없는데, 그 이유는 상기 신호가 스타트 센서에 의해 평가되기 때문이다. 일단 이와 같은 시작 영역 내에서 하나의 미러 패싯을 위해 더 높거나 더 낮은 반사율을 선택하면, 그에 상응하게 더 강하거나 더 약한 스타트 신호가 발생하고, 상기 스타트 신호에 의해 상기 미러 패싯이 식별된다. 수렴 또는 확산 작용하는 시작 영역 내 변경되는 곡률에 의해 방사된 광선이 스타트 센서 상에 생성하는 송신 광점이 작아지거나 커짐으로써, 그 결과 이와 같은 방식으로도 식별 가능한 스타트 신호가 발생한다. 시작 영역 내 이와 같은 유형의 윤곽은 자유 형태로 직접 통합된다. 시작 영역 내 변형에 대해 대안적으로 전체 미러 패싯이 변형될 수도 있다. 이는 실시 형태에 따라 제조 기술적인 장점들이 있지만, 이를 위해 회전마다 한 번의 주사가 생략되거나, 또는 적어도 변형에 의해 변경된다.
시작 영역 내에는 특히 바람직하게 서로 다른 반사율의 영역들로 이루어진 패턴이 제공되어 있다. 이와 같은 방식으로 스타트 신호의 강화 또는 약화가 발생할 뿐만 아니라, 명암 패턴(light and dark pattern)도 발생한다. 예시로는 높거나 낮은 반사율의 교대하는 다수의 스트립(strip)이며, 상기 스트립들은 스타트 신호 내에서 이중- 또는 다중 펄스들을 야기한다. 이 경우, 상기 스타트 신호는 특히 간단하게 인식됨으로써, 미러 패싯들이 식별된다.
각도 검출 유닛에는 바람직하게 미러 유닛을 회전하기 위한 구동 장치의 태코 신호(tacho signal)가 제공된다. 예를 들어 상기 구동 장치는 태코 신호로서 회전마다 다수의 펄스를 발생한다. 이 경우, 펄스들의 개수와 미러 패싯들의 개수가 바람직하게 서로소(coprime)로 선택된다. 태코 펄스들 및 스타트 센서의 스타트 펄스들은 말하자면 이와 같은 비율들에서 각각의 미러 패싯에 대해 서로 다른 시간 편차를 가지며, 상기 시간 편차에서 상기 미러 패싯들이 즉각적으로 인식될 수 있다. 단순한 태코 신호에 대해 대안적으로 인코더(encoder)의 이용도 고려할 수 있으며, 상기 인코더는 개별적인 각도 위치를 예를 들어 동회전하는 코드 디스크(co-rotating code disc)를 주사함으로써 결정한다.
평가 유닛은 바람직하게, 광 전파 시간법에 의해 수신 신호로부터 주사된 물체의 거리를 검출하기 위해 형성되어 있다. 이와 같은 방식으로 폴리곤 스캐너는 거리 측정 스캐너가 된다. 이는 바코드 스캐너에서도, 어떤 초점 심도 영역이 실제로 필요한지 알고, 예를 들어 이에 적합한 미러 패싯들의 주사를 선택하기 위해 유용할 수 있다. 광 전파 시간법으로는 각각의 공지된 방법이 고려되며, 상기 방법들 중 소수의 방법은 도입부에서 약술되었다.
평가 유닛은 바람직하게, 서로 다른 미러 패싯들의 수신 신호들을 서로 비교하고 수신 신호를 최상의 첨예도(sharpness)에 의해 평가하기 위해 형성되어 있다. 그럼으로써 단지 실제 물체 간격에 가장 적합한 미러 패싯들의 측정들만이 이용된다. 이와 같은 방식으로 효과적으로 단지 선명하게 수신된 수신 신호들만이 계속 평가된다. 첨예도 결정이 어느 정도의 평가 복잡성을 의미하기 때문에, 바코드 스캐너의 경우에는 각각의 주사에 의해 디코딩(decoding)을 시도하는 것도 고려할 수 있다. 이와 같은 시도들 중 한 가지 시도는 자동으로 가장 선명한 신호들에 해당하지만, 궁극적으로는 어떤 수신 신호에 의해 디코딩이 가능한지 중요하지 않다. 회전 위치가 모니터링되는 경우에는 특정 미러 패싯들을 정하여 단지, 의도된, 파라미터화된 혹은 그 밖의 방식으로 요구된 포커싱에 상응하는 미러 패싯들의 수신 신호만을 평가하는 것도 고려할 수 있다.
폴리곤 스캐너는 바람직하게 바코드 스캐너로서 형성되어 있고, 상기 바코드 스캐너의 평가 유닛은 바코드 디코더(barcode decoder)를 포함한다. 바코드 판독시 본 발명에 따른 폴리곤 스캐너의 수많은 장점 및 설계 가능성은 이미 논의되었다.
본 발명에 따른 방법은 유사한 방식으로 개선될 수 있고, 이때 유사한 장점들을 나타낸다. 이와 같은 유형의 바람직한 특징들은 예시적이며, 독립 청구항들에 후속하는 종속 청구항들에 단정적으로 기술되어 있지 않다.
본 발명은 다음에서 추가 특징들 및 장점들과 관련해서도 예시적으로 실시 형태들에 의해, 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 폴리곤 스캐너의 개략적인 단면도이고;
도 2는 폴리곤 미러 휠 및 스캐닝 빔의 빔 경로의 개략적인 3차원도이며;
도 3은 폴리곤 미러 휠의 하나의 미러 패싯의 서로 다른 회전 위치에서 스캐닝 빔의 빔 경로의 개략도이고;
도 4는 하나의 미러 패싯의 예시적인 자유형 표면의 도면이며;
도 5는 하나의 자유형 표면에 의해 직선화되는 주사- 또는 판독선들의 도해용 개략도이고;
도 6은 스타트 센서를 구비한 폴리곤 스캐너의 한 가지 추가 실시 형태의 개략적인 단면도이며;
도 7은 폴리곤 미러 휠의 구동 장치의 태코 신호 및 스타트 센서의 스타트 신호들의 예시적인 신호 파형들이고;
도 8a 내지 도 8d는 식별 가능한 스타트 신호를 발생하기 위한 미러 패싯의 시작 영역 내 반사율의 다양한 변형예들의 도면이며; 그리고
도 9는 변형된 반사율 대신에 변형된 곡률을 갖는, 도 8a 내지 도 8d와 유사한 도면이다.
도 1은 폴리곤 스캐너(10)의 블록선도(block diagram)를 나타낸다. 광 송신기(12), 예컨대 레이저 다이오드 또는 LED는 송신 광학 수단(14)을 이용하여 광선(16)을 발생하고, 상기 광선은 일차적으로 고정된 편향 소자(18)를 통해, 그리고 이차적으로 회전하는 폴리곤 미러 휠(20)을 통해 편향되며, 그런 다음 모니터링 영역(22) 내로 방사된다.
상기 광선(16)이 상기 모니터링 영역(22) 내에서 물체(24) 상에 입사하면, 반사된 광선(26)이 상기 폴리곤 스캐너(10)쪽으로 복귀하고, 재차 상기 폴리곤 미러 휠(20)에서 편향되고, 그런 다음 수신 광학 수단(28)을 통해 광 수신기(30) 상에 입사한다. 이 경우, 본 출원서에서는 물체(24)에서의 반사와 실질적으로 더 빈번하게 발생하는 산란 반사(remission)가 언어적으로 구분되지 않는다. 상기 고정된 편향 소자(18)는 빔 분리기(beam splitter)로서 형성되어 있거나, 또는 상기 수신 광학 수단(28)의 단지 무시할 수 있을 만큼의 부분만을 가릴 정도로 작음으로써, 그 결과 상기 반사된 광선(26)은 상기 고정된 편향 소자(18)를 통과할 수 있다. 빔 분리기 또는 2축 실시예도 가능하다. 이 경우, 방사된 광선(16)과 반사된 광선(26)은 예를 들어 상기 폴리곤 미러 휠(20)의 회전축 방향으로 작은 간격을 두고 실질적으로 서로에 대해 평행하다. 다시 말해, 도 1에 따른 폴리곤 스캐너(10)의 기본 구조는 단지 예시적으로 이해된다. 이와 같은 방식으로 예컨대 송신- 및 수신 경로는 도면에서 고정된 편향 소자(18)를 구비한 십자형 배치에 의해 분리되는 것과 다르게 분리될 수 있거나, 또는 상기 폴리곤 미러 휠(20)은 송신- 및 수신 경로에 대하여 다르게 배치 또는 위치 설정될 수 있다. 또한, 단지 상기 방사된 광선(16)만을 상기 폴리곤 미러 휠(20)을 통해 안내하고 수신 측에는 예를 들어 고정된 수신기 열을 제공하는 것도 고려할 수 있다.
상기 광 수신기(30)에 의해 발생한 수신 신호는 평가 유닛(32)에 전달된다. 그곳에서 예를 들어, 물체(24)가 주사되었는지 자체가 인식된다. 측정 폴리곤 스캐너(10)의 경우, 광 전파 시간법에 의해 상기 물체의 간격이 검출될 수 있다. 이 경우, 바람직하게 추가로 폴리곤 미러 휠(20)의 각도 위치가 도시되지 않은 디코더에 의해 결정되거나, 또는 아래에서 더 기술되는 방식들 중 한 가지 방식으로 적어도 대략적으로 또는 보간에 의해 결정된다. 그런 다음 전체적으로 물체 위치들 또는 물체 윤곽들이 극좌표로 검출 가능해진다. 한 가지 가능한 적용예는 물체들, 특히 컨베이어 벨트(conveyor belt) 상의 상자들을 측정하는 것이다. 바코드 스캐너로서 형성된 폴리곤 스캐너(10)는 평가 유닛(32)의 디코더에 의해 물체(24) 상의 바코드들을 식별 및 판독하려고 시도한다. 이는, 바람직하게 간격들 또는 정확한 각도 위치들의 결정을 요구하지 않는 실시 형태의 한 가지 예시이다.
상기 폴리곤 미러 휠(20)은 도시되지 않은 구동 장치에 의해 회전하도록 설정되고, 자체 외주에 다수의 미러 패싯(34)을 구비한 회전 가능한 미러 유닛의 한 가지 예시이다. 상기 미러 패싯들(34)의 개수는 모니터링 영역(22)의 검출된 각도 영역 또는 주사된 세그먼트에 대응하고, 상기 모니터링 영역은 미러 패싯들(34)이 더 적게 제공되어 있을수록 더 커진다. 그에 따라 8개의 미러 패싯(34)의 도시된 개수는 순전히 예시적이며, 마찬가지로 더 많거나 더 적은 미러 패싯들(34)이 제공될 수도 있다. 기본 표면도 규칙적인 다각형일 필요가 없으며, 오히려 원칙적으로 서로 다른 길이의 미러 패싯들(34)을 제공하는 것도 가능하다. 송신- 및 수신 경로가 도 1에서와 다르게 분리되는 2축 구조에서는 미러 패싯들(34)이 서로 다르게 설계되어 있는 자체 송신- 및 수신 영역들을 포함하는 것도 고려할 수 있다.
도 2는 폴리곤 미러 휠(20) 및 방사된 광선(16)의 기하학적 배치의 개략적인 3차원도를 나타낸다. 미러 패싯들(34) 중 적어도 하나의 미러 패싯은 나머지 미러 패싯들(34)과 구분되는 곡률을 갖는다. 따라서 상기 방사된 광선(16)이 본 도면에서 바코드(38)로서 도시된 물체(24) 상에 생성하는 광점(36)은 다른 작동 거리로 포커싱되어 있다.
이와 같은 방식으로 전체적으로 커버될 거리 영역은 적어도 2개의 서로 다른 초점 심도 영역으로 세분된다. 최소의 구성은 하나의 미러 패싯(34)이 하나의 곡률을 갖고 나머지 미러 패싯들(34)은 평면으로 유지되는 경우이다. 척도의 다른 한쪽 끝에는, 각각의 미러 패싯(34)에 자체 곡률을 제공하고, 이와 같은 방식으로 최대 개수의 서로 다른 초점 심도 영역을 형성하는 가능성이 존재한다. 본 발명은 그 사이에서 고려할 수 있는, 평면의, 동일한 형태의, 그리고 서로 다른 곡률의 미러 패싯들(34)의 그룹의 수많은 조합도 포함한다. 이때 다수의 초점 심도 영역으로 간격 영역의 미세 분할과 동일한 초점 심도 영역에서 두 번의 반복된 주사 사이에서 감소한 유효 주사 주파수(effective scanning frequency)의 균형이 유지되어야 한다. 실질적으로 달성 가능한 초점 심도와 이용 가능한 주사 주파수 사이의 최적의 경우는 서로 다른 곡률의 미러 패싯들(34)의 그룹에 상응한 2개 또는 3개의 서로 다른 초점 위치에서 얻어진다. 또한, 폴리곤 미러 휠(20)의 회전 속도를 높임으로써 감소한 주사 주파수를 보상하는 가능성도 존재한다. 그러나 이 경우 상기 가능성에 단지 구동 장치만이 기여하는 것이 아니라, 오히려 전자 장치, 그리고 특히 평가 유닛(32)의 대역폭 및 처리 속도도 기여할 수 있어야 한다.
상기 폴리곤 스캐너(10)의 작동 동안에 상기 폴리곤 미러 휠(20)의 회전에 의해 상기 모니터링 영역(22)이 여러 번 주사되는데, 말하자면 완전한 회전 동안에 각각의 미러 패싯(34)에 의해 한 번씩 주사된다. 이는, 짧은 회전 주기 동안 준 정적(quasi-stationary)으로 간주될 수 있는 경우에 한해, 동일한 배경이 다중 측정됨을 의미한다. 그러나 이는, 미러 패싯들(34)의 서로 다른 곡률로 인해 순수한 반복 측정으로 간주될 수 없다. 오히려 상기 미러 패싯들(34) 중 적어도 소수의 미러 패싯 사이의 초점 위치가 하나의 초점 위치에서 다음 초점 위치로 이동한다. 다시 말해, 상기 평가 유닛(32)은 그 자체로 동일한 측정 정보를 갖지만 서로 다른 포커싱의 다수의 수신 신호를 얻는다. 상기 미러 패싯들(34)의 곡률을 적합하게 설계하는 경우, 물체(24)의 검출될 거리 각각에 대해 초점 심도 영역 내에서 또는 적어도 초점 심도 영역 가까이에서 회전마다 적어도 한 번의 주사가 이루어진다.
상기 평가 유닛(32)은 다양한 조치들에 의해 최적으로 포커싱된 주사를 사용할 수 있다. 한 가지 가능성은, 수신 신호의 첨예도를 예를 들어 대비(contrast)에 의해 결정하고, 최적의 수신 신호를 선택하는 것이다. 다른 한 가지 가능성은, 예를 들어 기존의 측정 정보 또는 거리 측정으로부터 작동 거리를 설정함으로써 최적의 수신 신호가 예상되는 특정 미러 패싯(34)을 정하는 것이다. 바코드 판독시에는 반드시 최적의 수신 신호가 선택될 필요가 없고, 오히려 모든 수신 신호들에 의해 디코딩을 시도하는 것으로 충분할 수 있다. 이 경우, 성공적인 디코딩에서는 어떤 미러 패싯(34)이 수신 신호를 수신했는지가 더는 중요하지 않다. 그러나 이와 같은 미러 패싯을 성공적인 디코딩에 의해 식별하고, 예를 들어 다음 판독 시도를 위해 우선시하거나, 그로부터 적어도 대략적인 거릿값을 추가 측정 정보로서 도출해내는 가능성이 존재한다.
상기 미러 패싯들(34)은 자체 곡률에 의해 상기 방사된 광선(16)을 단독으로 형성할 필요가 없다. 오히려 이를 위해 우선적으로, 바람직하게 제공된 송신 광학 수단(14)이 이미 상기 광선(16)이 폴리곤 미러 휠(20) 상에 입사하기도 전에 이용된다. 이 경우, 상기 미러 패싯들(34)은 단지 상기 송신 광학 수단(14)에 의해 사전 결정된 초점 위치만을 변경한다. 또한, 예를 들어 유체 렌즈(liquid lens)를 구비한 적응성 송신 광학 수단(14)을 이용하는 것도 고려할 수 있는데, 이때 상기 유체 렌즈를 통해 초점 위치의 공통부 및 상기 미러 패싯들(34)의 모든 초점 심도 영역들이 조정된다. 그럼으로써 상기 폴리곤 스캐너(10)의 전체 작동 영역이 적합하게 조정될 수 있다.
상기 미러 패싯들(34)은 포커싱과 관계된 자체 특성들에 대해 추가로, 다른 관점에서도 서로 다르게 구현될 수 있다. 예시로는, 초점 심도 영역에 대해 동일하게 동적 영역을 분할하기 위한 서로 다른 반사율 또는 다층 주사를 위한 추가 기울기가 있다.
도 3은 미러 패싯들(34) 및 폴리곤 미러 휠(20)의 서로 다른 회전 위치에서 방사된 광선(16)의 기하학적 배치의 추가 도면이다. 상기 미러 패싯들(34) 상으로 입사하는 상기 방사된 광선(16)의 입사각이 주사 동안에 변경된다는 사실을 명확하게 확인할 수 있다. 상기 미러 패싯들(34)의 단순한 볼록 또는 오목 형상은 이와 같은 서로 다른 입사각에서 적합하지 않으며, 오히려 주사 동안에 통제되지 않은 초점 위치의 변경을 야기한다.
따라서 상기 미러 패싯들(34) 중 적어도 하나의 미러 패싯은 변경되는 입사각에 적합하게 조정되어 있는 자유형 표면들로서 형성되어 있다. 바람직하게 자유 형태는 회전 동안에 미러 패싯(34)을 통해 초점 위치가 변경되지 않고, 다시 말해 작동 거리가 일정하게 유지되도록 한다. 그러나 초점 위치를 자유 형태에 의해 의도적으로 변경하는 것도 고려할 수 있는데, 예컨대 주사의 시작부터 종료까지 높이거나, 또는 역으로 낮추는 것도 고려할 수 있다. 이 경우, 자유형 표면은 비대칭적이고, 광학 축의 한 측의 초점 위치가 다른 측의 초점 위치보다 더 짧다.
도 4는 주사 동안에 변경되는 입사각에서 초점 위치를 일정하게 유지하는 미러 패싯(34)의 자유 형태의 한 가지 예시를 나타낸다. 구체적인 형상은, 곡률을 연속적으로, 그리고 구별 가능하게 위치에 따라 적합하게 조정하는 광학 시뮬레이션의 결과이다. 도 4에서 자유형 표면은 바람직하게 14개의 항을 갖는 "연장된 다항식(extended polynomial)"으로서 도시되어 있고, 예시로서 이해된다. 광점(36)은 주사 동안에 미러 패싯들(34) 위로 둘레 방향으로 이동하는데, 도 4에서는 위에서 아래로 이동하고, 바람직하게 이에 대해 수직인 높이 방향의 중심에 있는데, 도 4에서는 수평 방향의 중심에 있다.
주사 동안에 방사된 광선(16)에 작용하는 미러 패싯(34)의 자유 형태의 곡률들은 의도한 대로 입사각에 따라 서로 다르고, 이와 같은 변동은 높이 선들의 밀도 및 도 4의 우측에서 곡률의 Y-곡선에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직하게 광점(36)의 이동 방향으로 중심에 대해 비대칭적이다. 오히려 상기 자유 형태는 끝쪽으로, 다시 말해 도 4에서 아래 방향으로, 더 큰 기울기로 그리고 더 낮은 레벨로 하강한다. 다르게 표현하면, 상기 자유 형태는 회전에 따라 방향 설정된 둘레 방향으로 더 가파르게 상승하는 측면 및 더 평평하게 하강하는 측면을 갖는다.
도 5는 미러 패싯(34)의 자유 형태에 의해 추가로 주사 영역들의 직선화를 달성하는 가능성을 설명한다. 방사된 광선(16)의 광점(36)은 모니터링 영역(22) 내에서 방사 방향에 대해 수직인 가상 또는 실제 평면상에 주사- 또는 판독선들(40a-b)을 생성한다. 도입부에서 짧게 설명되어 있고, 그곳에 언급된 독일 특허 출원서 DE 10 2014 111 138 A1호에 상세하게 설명되어 있는 바와 같이, 자유 형태에서 특별한 보상 곡률이 없다면 이와 같은 판독선들(40a)은 만곡되어 있는 경우가 많다. 상기 판독선들(40a)은 자유 형태에서의 조정 공정에 의해 변경되고, 특히 직선 판독선들(40b)로 직선화될 수 있다.
도 6은 폴리곤 스캐너(10)의 한 가지 추가 실시 형태의 개략적인 단면도를 나타낸다. 이 경우, 한편으로는 예시의 특징을 새로 강조하기 위해, 구조가 도 1에 대하여 변경되었다. 본 발명은, 이미 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 도 1 및 도 6의 구체적인 구조에 대하여 제한되어 있지 않다. 도 6에 따른 실시 형태에서 송신 광학 수단(14)은 추가 다이어프램(diaphragm)(14a)을 포함한다. 수신 광학 수단(28)은 반사성을 갖도록 형성되어 있다. 광 송신기(12)의 광학 축은 상기 수신 광학 수단(28)의 광학 축과 일치함으로써, 그 결과 도 1의 고정된 편향 소자(18)는 생략될 수 있다.
추가로 스타트 센서(42)가 송신 경로 내에 배치되어 있는데, 말하자면 새로 빔 경로 내로 회전함으로써, 그에 따라 활성인 미러 패싯(34)에 의한 개별적인 주사 시작시 방사된 광선(16)이 통과하는 위치에 배치되어 있다. 상기 스타트 센서(42) 대신에 이와 같은 위치에 광 편향 소자가 위치 설정될 수도 있으며, 그럼으로써 본래의 스타트 센서(42)는 다른 위치에 배치될 수 있다. 스타트 센서(42)는 도 1에 따른 실시 형태에서, 또는 그곳에 언급된 변형예들에서도 고려될 수 있다. 상기 스타트 센서(42)와 평가 유닛(32)의 연결은 개관의 용이함을 위해 도시되어 있지 않다.
상기 스타트 센서(42)는 개별적인 주사 시작시 상기 방사된 광선(16) 또는 그로부터 생성된 광점(36)을 기록하고 전자 스타트 신호를 발생한다. 폴리곤 미러 휠의 회전마다 미러 패싯들(34)의 개수에 상응하는 스타트 신호들의 개수가 발생한다. 그에 따라 추가 검출은 동기화될 수 있다. 그러나 특정 미러 패싯들(34)에 대한 할당이 불가능한데, 그 이유는 상기 스타트 신호들이 서로 거의 동일하기 때문이다. 그러나 각각의 활성 미러 패싯(34) 및 그에 따라 추가 평가를 위한 상기 활성 미러 패싯(34)의 특성들, 특히 할당된 초점 위치, 신호 조절 파라미터의 최적의 설정 또는 추가 작동을 아는 것이 바람직하다.
도 7은 폴리곤 미러 휠(20)의 구동 장치의 태코 신호에 의해 활성 미러 패싯(34)을 식별하기 위한 제 1 실시 형태를 도시한다. 이 경우, 상부에는 태코 신호의 펄스들이 나타나 있고, 하부에는 스타트 신호의 펄스들이 나타나 있다. 상기 태코 신호는 회전마다 6개의 펄스를 전달하고, 상기 폴리곤 미러 휠(20)은 7개의 패싯을 포함하며, 그에 따라 7개의 펄스를 발생한다. 숫자들은 단지 예시적이지만, 상기 숫자들은 서로소인 것이 바람직하다. 이는 말하자면 각각의 미러 패싯(34)에 대해 특징적인 태코 펄스들과 스타트 펄스들 간의 시간 편차를 야기하며, 상기 시간 편차에서 미러 패싯(34)이 즉각적이고 명확하게 식별될 수 있다.
상기 태코 신호는 보간 또는 보외(extrapolate)에 의해 스타트 신호가 제공되어 있지 않은 휴지부(pause)를 연결할 수 있다. 다수의 적용예에서는 말하자면 광 송신기(12)가 단지 요구에 따라 예를 들어 판독 트리거(read trigger)에 의해 스위치 온된다. 따라서, 이와 같은 휴지부들에 걸쳐있는 태코 신호에 의해 미러 패싯들(34)의 할당을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 다음 판독 요구시 활성 미러 패싯(34)이 즉각적으로 인식되고, 미러 패싯들(34)의 재할당에 의해 어떠한 시작 주사도 생략되지 않는다.
도 8a 내지 도 8d는 자체 시작 영역(34a)에서 변경된 반사 특성들을 갖는 미러 패싯(34)을 구비한 폴리곤 미러 휠(20)의 다양한 실시 형태들을 나타낸다. 이 경우, 상기 시작 영역(34a)은 각각 최초로 방사된 광선(16) 내로 회전함으로써, 그에 따라 상기 광선을 스타트 센서(42) 내로 반사시키는 미러 패싯(34)의 부분이다. 광점(36)은 상기 시작 영역(34a)에 대하여 비교적 크게 표시되어 있지만, 이는 바람직하게 예시적인데, 그 이유는 그렇지 않은 경우에 상기 시작 영역(34a)이 미러 패싯(34)의 지나치게 큰 부분을 차지하고 실제 측정에 지나친 악영향을 미치기 때문이다.
도 8a 내지 도 8d에 따른 실시 형태들에서 상기 시작 영역(34a)은 자체 반사율이 변경되었다. 바람직하게 감소한 반사율은 예를 들어 블래킹(blacking) 또는 매팅(matting)에 의해 설정된다. 표면 구조의 변경도 가능한데, 이는 직접 자유 형태와 함께 플라스틱으로 형성될 수 있다는 장점이 있다. 반사율의 증가도 가능하지만, 이는 기술적인 어려움들을 야기할 수 있는데, 그 이유는 미러 패싯들(34)이 예컨대 금속 코팅된 표면들의 형태로 이미 높은 반사율을 갖기 때문이다.
바람직하게 단 하나의 미러 패싯(34)의 시작 영역(34a)만이 변형된다. 그에 따라 회전당 한 번의 동기화가 가능하며, 다른 미러 패싯들(34)은 스타트 신호들의 계수에 의해 할당될 수 있다. 그러나 다수의 미러 패싯(34)의 시작 영역(34a)을 변형하는 것도 고려할 수 있다. 계속해서, 시작 영역(34a)뿐만 아니라 전체 미러 패싯(34)을 변형하는 것도 고려할 수 있다. 이는 아마도 제조 기술적으로 더 쉽게 구현될 수 있고 더 간단히 평가될 수 있는데, 특히 이와 같은 유형의 훨씬 더 강하게 변형 가능한 미러 패싯(34)은 아마도 이미 스타트 센서(42) 없이도 광 수신기(30)의 수신 신호로부터 식별될 수 있다. 이를 위해, 이와 같은 미러 패싯(34)은 실제 측정을 위해 사용되거나, 또는 적어도 상기 미러 패싯에 의해 발생한 수신 신호가 우수하지 않다.
시작 영역(34a) 내 변경된 반사율의 효과는 스타트 신호가 인식 가능한 방식으로 변경된다는 것이다. 도 8a 내지 도 8d는 이에 대한 단정적이지 않은 다양한 예시들을 나타낸다. 도 8a에서는 반사율이 전체 시작 영역(34a) 내에서 동일한 방식으로 감소 또는 증가한다. 그에 따라 이와 같은 미러 패싯(34)의 스타트 펄스는 나머지 스타트 펄스들보다 더 높거나 더 낮은 진폭을 갖고, 이와 같은 방식으로 구분될 수 있다. 도 8b 내지 도 8d에서는 감소 또는 증가한 반사율을 갖는 영역이 시작 영역(34a)의 이용 가능한 폭의 단지 일부분만을 차지한다. 이는 도면에서 단지, 광점(36)이 놓인 높이 위치에 해당한다. 대안적으로 스트립들이 다른 높이 영역 또는 전체 높이 영역에 걸쳐서 연장될 수 있다. 효과는 도 8b에서 시간적으로 약간 지연된 더 좁은 폭의 스타트 펄스이고, 도 8c에서는 이전에 종료하는 마찬가지로 더 좁은 폭의 스타트 펄스이다. 도 8d에서는 광점(36)이 시작 영역(34a) 내부에서 본래 반사율을 갖는 영역 상에 두 번 입사함으로써, 그 결과 특히 간단하게 구분 가능한 이중 펄스가 발생한다. 다시 말해, 도 8a 내지 도 8d에 의해 설명된 원리들은 스타트 신호에서 진폭, 폭, 시간 편차 및 펄스들의 개수를 변경하며, 그럼으로써 해당하는 미러 패싯(34)의 명확한 식별이 가능해진다.
도 9는 재차, 예를 들어 볼록한 또는 오목한 윤곽에 의해 자체 시작 영역(34a)에서 자체 반사율 대신에 자체 곡률 특성들이 변경된 미러 패싯(34)을 구비한 폴리곤 미러 휠(20)의 한 가지 실시 형태를 나타낸다. 두 가지 윤곽의 조합이 고려될 수도 있다. 변경된 곡률 특성의 장점은 자유 형태로 직접 통합될 수 있음으로써, 그에 따라 실질적인 비용 차이가 없다는 것이다. 추가 곡률은 스타트 센서(42) 상에서 광점(36)을 축소하거나 확대하고, 그에 상응하게 스타트 신호는 폭이 좁아지거나 넓어지며, 이때 미러 패싯(34)이 인식될 수 있다.
미러 패싯들(34)을 변형하는 한 가지 추가 가능성은 둘레 방향으로 상기 미러 패싯들의 길이와 관련이 있다. 동일한 길이의 미러 패싯들(34)에서 규칙적인 스타트 펄스들의 시간순서는 길이가 서로 다른 경우에 변경된다. 이 경우, 폴리곤 미러 휠(34)의 기본 표면이 더는 규칙적인 n각형이 되지 않도록, 상기 미러 패싯들(34)의 길이를 의도적으로 연장하는 것을 고려할 수 있다. 그러나 단지 길이의 제조 허용 오차들만이 이용될 수도 있거나, 또는 중간 해결책에서 더 큰 허용 오차들이 제공된다. 폴리곤 미러 휠(20) 내에서 서로 다른 길이들 및 자유 형태들에 의해 발생하는 불균형들은 고려되고 구조적인 측면에서 보상될 수 있다.
이 경우, 변경된 시간순서는 평가 유닛(32)에서 일종의 지문 또는 레퍼런스로 저장되거나 파라미터화될 수 있다. 그런 다음 작동 중에 스타트 펄스들의 순서가 레퍼런스와 비교됨으로써, 이와 같은 방식으로 각각의 활성 미러 패싯(34)이 결정된다.
계속해서, 폴리곤 미러 휠(20)의 각도 위치를 모니터링하는 추가 센서들이 고려될 수 있는데, 예를 들어 인코더 또는 폴리곤 미러 휠(20) 상의 인식된 각도 위치에 제공된 하나 또는 다수의 자석을 검출하는 자기 센서가 고려될 수 있다.

Claims (15)

  1. 모니터링 영역(22) 내의 물체들(24)을 검출하기 위한 폴리곤 스캐너(polygon scanner)(10)로서,
    상기 모니터링 영역(22) 내로 광선(16)을 방사하기 위한 광 송신기(12),
    상기 모니터링 영역(22) 내의 물체들(24)에 의해 반사된 광선(26)을 수신하기 위한 광 수신기(30),
    상기 광 수신기(30)의 수신 신호를 평가하기 위한 평가 유닛(32) 및
    상기 광선(16)을 주기적으로 편향시키기 위한 회전 가능한 미러 유닛(20)을 구비하고,
    상기 미러 유닛은 다수의 미러 패싯(mirror facet)(34)을 가짐으로써, 이와 같은 방식으로 모니터링 영역(22)으로서 하나의 앵글 커트(angle cut)가 상기 미러 유닛(20)의 회전마다 여러 번 개별적인 미러 패싯(34)에 의해 주사(scanning)되고, 상기 미러 패싯들(34) 중 적어도 소수의 미러 패싯은 서로 다른 곡률을 가지며,
    상기 미러 패싯들(34) 중 적어도 하나의 미러 패싯은 자유형 표면(freeform surface)으로서 형성되어 있고, 상기 자유형 표면의 곡률은 상기 미러 유닛(20)의 회전 동안에 변경되는 상기 미러 패싯(34) 상에 입사하는 방사된 광선(16)의 입사각에 적합하게 조정되어 있는 것을 특징으로 하는,
    폴리곤 스캐너.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자유형 표면은, 상기 변경되는 입사각에 대해 동일한 초점 위치가 설정되도록 만곡되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 자유형 표면은 상기 광선(16)의 주사 평면으로부터 기울기를 갖는,
    폴리곤 스캐너.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자유형 표면은, 상기 방사된 광선(16)의 주사 영역(40a-b)이 직선화되도록 만곡되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는 상기 미러 유닛(20)의 회전 위치를 모니터링하기 위한 각도 검출 유닛(32, 34a, 42)을 포함하고, 상기 평가 유닛(32)은 상기 회전 위치에 의해 각각의 활성 미러 패싯(34)을 식별하기 위해 형성되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는 스타트 센서(start sensor)(42)를 포함하고, 상기 스타트 센서는 각각 개별적인 미러 패싯(34)에 의한 주사 시작시 방사된 광선(16)을 검출하며, 적어도 하나의 미러 패싯(34)은 상기 방사된 광선(16)이 상기 스타트 센서(42) 내에서 발생하는 스타트 신호로부터 상기 미러 패싯(34)의 식별을 가능하게 하는 변형(modification)(34a)을 갖는,
    폴리곤 스캐너.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 미러 패싯들(34)은 변형으로서 서로 다른 크기를 갖는데, 특히 허용 오차들에 의해 서로 다른 크기를 갖는,
    폴리곤 스캐너.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 평가 유닛(32)은, 스타트 신호들의 시간적인 순서를 레퍼런스(reference)로써 저장하고, 작동중에 스타트 신호들의 순서와 레퍼런스를 비교함으로써 각각의 활성 미러 패싯(34)을 식별하기 위해 형성되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    미러 패싯(34)은 스타트 신호를 발생하는 시작 영역(34a) 내 변형으로서 나머지 미러 패싯들(34)과 구분되는 반사율 및/또는 곡률을 갖는,
    폴리곤 스캐너.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 시작 영역(34a) 내에는 서로 다른 반사율의 영역들로 이루어진 패턴이 제공되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  11. 제 5항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각도 검출 유닛(32)에는 상기 미러 유닛(20)을 회전하기 위한 구동 장치의 태코 신호(tacho signal)가 제공되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 유닛(32)은, 광 전파 시간법에 의해 수신 신호로부터 주사된 물체(24)의 거리를 검출하기 위해 형성되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 유닛(32)은, 서로 다른 미러 패싯들(34)의 수신 신호들을 서로 비교하고 수신 신호를 최상의 첨예도(sharpness)에 의해 평가하기 위해 형성되어 있는,
    폴리곤 스캐너.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는 바코드 스캐너(barcode scanner)로서 형성되어 있고, 상기 바코드 스캐너의 평가 유닛(32)은 바코드 디코더(barcode decoder)를 포함하는,
    폴리곤 스캐너.
  15. 모니터링 영역(22) 내의 물체들(24)을 검출하기 위한 방법으로서,
    광선(16)이 방사되고, 상기 모니터링 영역(22) 내의 물체(24)에서 반사된 후에 다시 수신 및 평가되며, 상기 광선(16)이 다수의 미러 패싯(34)을 구비한 회전 가능한 미러 유닛(20)의 미러 패싯들(34)에서 편향됨으로써, 상기 모니터링 영역(22)의 하나의 각도 영역이 주기적으로 주사되고, 상기 광선(26)은 서로 다른 주사 주기 내에서 상기 미러 패싯들(34) 중 적어도 소수의 미러 패싯의 서로 다른 곡률에 의해 서로 다르게 포커싱되며,
    상기 광선(26)은 하나의 주사 주기 내에서 자유 형태로서 형성된 만곡된 미러 패싯들(34)에 의해 상기 미러 유닛(34)의 회전 동안에 변경되는 미러 패싯(34) 상에 입사하는 방사된 광선(16)의 입사각에 적합하게 조정되는 방식으로 포커싱되는 것을 특징으로 하는,
    모니터링 영역 내의 물체들을 검출하기 위한 방법.
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