KR20220084766A - 광학 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기는, 광축이 일치하는 송신부 및 수신부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기는, 기존 광센서와 달리 최소 센싱 거리가 이론상 제로가 되기 때문에 근접 센싱이 가능하다. 특히 서비스 로봇, 작업 로봇 팔 등은 가능한 짧은 최소 센싱 거리를 요구하는데, 본 발명의 광학 기기는 이러한 기기에 장착될 수 있다.

Description

광학 기기{OPTICAL INSTRUMENT}

본 발명은 송신부와 수신부를 가지는 라이다와 같은 광학 기기에서 광을 출사하는 송신부와 광을 받아들이는 수신부가 동축 상에 위치하도록 하여 광학 기기가 센싱할 수 있는 물체의 거리를 최근접으로 할 수 있는 광학 기기의 구조에 관한 것이다. 본 발명의 광학 기기는 광송신부와 광수신부로 구성되어 있는 모든 경우에 해당한다.

종래, 광을 출사하고 출사광이 반사되어 수신하는 구조로 되어 있는 모든 종류의 광학 기기에서는, 송신부와 수신부의 따로 되어 있다. 이로 인해 송부부의 광학 축과 수신부의 광학축이 일치하지 않고 이에 따라 광 수신의 경우 거리의 제한이 있었다. 대표적인 예로서는, 레이저 빔을 출사하고 출사된 광이 객체에 반사되어 동아오는 광을 수신하는 라이다 센서의 경우가 있다.

도 1은 송신부와 수신부로 이루진 종래의 광학기기로서, 라이다를 예로 들면, 송신부에서 직진하는 레이저를 출사하고, 일정 거리의 객체에서 반사된 레이저 빔을 수광부에서 수신하는 광학 기기를 나타낸다.

송광부에서 출사된 빔이 물체에 부딪힌 후 수광부로 반사되어 들어가기 위해서는 반사 지점이 수신각 (amgle of view)내에 들러가 있어야 한다. 도 1에 도시된 바와 같이 출사빔과 수신각이 만나는 지점 D2 이상의 거리에서 반사가 일어 날 때 수광부로 반사빔이 입사될 수가 있고, D2보다 짧은 임의의 거리 D1에서 반사된 빔은 수광부에서 수신될 수가 없다.

광학 기기 중 하나인 라이다의 경우 물체 감지 가능한 최소 거리 D2는 송수광부 사이의 거리 d와 수광부의 수신각(AoF) 값에 따라 달라지지만, 상용 제품의 경우 통상 1 미터를 초과하고 있다.

광학 기기 중 하나인 라이다의 응용 분야에 따라 최소감지 거리 D2는 수 십 cm 이내의 짧은 거리를 요구하는데, 예로 서비스 로봇, 근접 작업을 하는 로봇 팔 등의 경우에는 가능한 짧은 D2 값을 요구하여, 새로운 구조의 광학 기기가 요구되는 상황이다.

KR 2018-0003234 A

위와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 광학 기기는 송광부와 수광부로 이루어진 광학기기에서 송광부 광학축과 수광부 광학축이 일치시킨다. 송/수광부 동축 (co-axis)에 의해 아무리 가까운데 위치한 물체에서 반사된 송광빔도 수신부에서 감지 가능하게 한다.

대부분의 광센서는 광 또는 레이저를 조사하고 물체에 부딪혀 반사된 빔에 들어 있는 정보를 이용해 센싱한다. 경우에 따라서는 원거리의 물체를 센싱할 경우도 있지만, 경우에 따라서는 아주 근거리의 물체를 센싱해야 하는 경우도 있다. 본 발명은 송신부와 수신부의 광학계가 일치하고 있어 송신빔이 물체에 반사되어 되는 경우 수신부의 수신각과 관계없이 수신부에 입사되도록 하는 구조를 가진다. 이를 통해 근접 물체도 센싱할 수 있는 센서 구현이 가능하다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기는, 광축이 일치하는 송신부 및 수신부를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기는, 송신부 광과 수신부 광을 합치시키거나 분리시킬 수 있는 빔 스플리터를 더 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기에서, 상기 빔 스플리터는 평판형, 프리즘 형태 또는 큐브 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기에서 상기 빔 스플리터는 무편광형 또는 편광형 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기에서 상기 송신부 광은 상기 빔 스플리터에 의해 반사가 일어날 수 있도록 편광처리된다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기는, 기존 광센서와 달리 최소 센싱 거리가 이론상 제로가 되기 때문에 근접 센싱이 가능하다. 특히 서비스 로봇, 작업 로봇 팔 등은 가능한 짧은 최소 센싱 거리를 요구하는데, 본 발명의 광학 기기는 이러한 기기에 장착될 수 있다.

도 1은 종래의 광학 기기의 구조 개략도; 및
도 2 내지 3는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기의 구조 개략도;이다

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 송신부에서 출사된 빔이 물체에 반사되어 수신기로 입사할 때 센서에서 감지하지 못하는 거리가 센싱 음영 거리를 없애주는 센서의 광학계 구조에 관한 기술이다.

본 발명의 개략 구조는 도 2에서처럼 송신부와 수신부가 광축 차원에서 일치하도록 하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기는, 광축이 일치하는 송신부 및 수신부를 포함한다.

도 2에서 보듯이 송수광부의 광학축이 일치할 경우 출사빔에서 아무리 가까운 거리에 위치하는 물체라도, 이 물체에서 반사된 빔은 수신각 내에 있으므로 수신부에서 센싱이 가능하게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기는, 송신부 광과 수신부 광을 합치시키거나 분리시킬 수 있는 빔 스플리터를 더 포함한다.

현실적으로 송신부와 수신부가 일체화되도록 만든다는 것이 불가능하거나 매우 어려우므로, 1차적으로 출사되는 빔의 광축과 반사되어 돌아와 수신되는 수신부의 광축은 일치시키고, 2차적으로 출사빔과 반사빔을 분리시킬 경우 위의 그림과 같은 효과를 얻을 수 있다. 이러한 설명을 구현시키는 구조는 도 3에에 도시되어 있다.

도 3을 보면, 송신부에서 출사된 빔 또는 레이저가 빔 스플리터에서 반사되고, 이 빔은 다시 전반사 미러에 의해 반사되어 센서 또는 광학기기 외부로 출사된다. 출사빔이 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 반사빔은 출사빔과 같은 광축을 가지고 되돌아오게 되고, 전반사 미러를 거쳐 빔스플리터에서 수신부로 입사하게 된다.

도 3에서 빔 스플리터는 평판형 또는 프리즘형을 사용할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기에서, 상기 빔 스플리터는 평판형, 프리즘 형태 또는 큐브 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기에서 상기 빔 스플리터는 무편광형 또는 편광형 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 광학 기기에서 상기 송신부 광은 상기 빔 스플리터에 의해 반사가 일어날 수 있도록 편광처리된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (5)

1. 출사빔을 송출하는 송신부;
   상기 출사빔을 반사시키는 빔스플리터;
   상기 빔스플리터에서 반사된 상기 출사빔을 반사시켜 외부로 출사되도록 하는 전반사미러; 및
   외부로 출사된 상기 출사빔이 물체에 반사되어 상기 출사빔과 동일한 광축으로 입사되는 반사빔이 상기 전반사미러에 반사되고,
   상기 전반사미러에 반사된 상기 반사빔을 상기 빔스플리터를 통해 수신하는 수신부;를 포함하는 광학기기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 반사빔은 상기 빔스플리터를 통과하여 상기 수신부에 수신되는 광학기기.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 빔스플리터는 편광형 도는 무편광형 형태로 형성되는 광학기기.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 빔스플리터는 평판형, 프리즘형태 또는 큐브형태 중 어느 하나의 형태를 갖는 광학기기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 빔스플리터는
   상기 송신부에 의한 상기 출사빔을 반사시키고,
   상기 수신부로 입사되는 반사빔을 통과시키도록 편광처리된 광학기기.

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