KR101026030B1

KR101026030B1 - 거리 측정 장치

Info

Publication number: KR101026030B1
Application number: KR1020080103243A
Authority: KR
Inventors: 신동익; 김홍기; 이백규; 윤영수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: US7889326B2; KR20100043969A; US20100097598A1

Abstract

본 발명에 따른 거리 측정 장치는, 거리 측정을 위한 기준광을 발생시키는 광원유닛, 상기 기준광을 받은 피측정체에서 반사된 빛을 수광하는 수광소자, 상기 기준광의 경로를 조절하며 상기 피측정체에서 반사된 빛이 상기 수광소자로 향하도록 경로를 조절하는 미러, 그리고 상기 미러로부터 반사된 빛을 상기 수광소자로 집광시키는 센서렌즈를 포함하고, 상기 센서렌즈는 비대칭 형상으로 형성되어 빛을 굴절시키는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 둘레에 마련되어 상기 센서렌즈의 고정을 위한 결합부위를 제공하는 플랜지부와, 상기 렌즈부에 형성되며 상기 기준광이 통과하는 광통과부를 포함하며, 상기 수광소자는 상기 렌즈부의 광학적 중심축과 일직선 상에 배치되고, 상기 광통과부는 상기 렌즈부의 광학적 중심축에서 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

거리 측정 장치{DISTANCE MEASURING APPARATUS}

본 발명은 거리 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원에 의해 발광된 광을 물체에 조사하고 이에 의해 반사되는 빛을 수신하는 시간 간격을 이용하여 물체에 대한 거리를 측정하는 거리 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이저 광과 같은 빛을 이용한 거리 측정 장치는, 광원에서 거리측정을 위한 기준광을 조사한 시점과 이 기준광이 피측정체에 반사된 반사광을 광센서에서 검출한 시점 간의 차이를 이용하여 피측정체에 대한 거리를연산하는 방식을 이용한다. 상기 시점의 판단을 위해 펄스 레이저를 사용할 수도 있고, 별도의 카운터를 이용할 수 도 있다.

종래의 빛을 이용한 거리 측정 장치는, 광원에서 방출되는 기준광의 방향과 피측정체 물체에서 반사된 반사광을 검출하기 위한 광센서로 입사되는 반사광의 방향이 서로 약 90°의 차이를 갖도록 설치된다.

예를 들어, 종래의 거리 측정 장치는, 광원과,광원으로부터 방출된 광을 90°경로변환 하는 제1 미러와, 상기 제1 미러에서 경로변환된 기준광을 피측정체으로 다시 경로변환하고 상기 피측정체에서 상기 기준광을 반사한 반사광을 상기 기 준광이 입사된 방향으로 경로변환하는 제2 미러와, 상기 제2 미러에 의해 경로변환된 반사광을 수광하는 광센서를 포함하여 구성될 수 있다. 이 때 상기 제1 미러는 광센서와 제2 미러 사이에 설치될 수 있다.

본 발명은 거리 측정 장치의 중요 구성요소인 센서렌즈가 소정의 구조물에 대해 결합하여 고정될 수 있도록 기준이 되는 구조를 제공하며 또한 센서렌즈가 비대칭으로 구성되는 경우 센서렌즈를 정확한 방향으로 장착할 수 있도록 하는 기준이되는 구조를 제공하는 거리 측정 장치를 제공한다.

또한, 상기 센서렌즈는, 상기 렌즈부와 상기 플랜지부 사이에 형성되는 단차부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 렌즈부는, 상기 플랜지부의 일측에 마련되며 비대칭 형상으로 구비되는 제1렌즈부와, 상기 플랜지부의 타측에 마련되며 비대칭 형상으로 구비되는 제2렌즈부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 센서렌즈는, 비대칭으로 이루어진 상기 렌즈부의 장착 방향을 가 이드하는 가이드수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가이드수단은, 상기 플랜지부의 일측에 마련되어 상기 플랜지부와 다른 곡률을 갖는 가이드부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광통과부는, 상기 센서렌즈를 관통하여 형성되는 광통과홀을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광통과부는, 상기 렌즈부의 굴절면에서 빛이 출사되는 부분을 빛의 진행방향에 대해 실질적으로 수직이 되도록 가공되어 형성된 광통과면을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 거리 측정 장치는 거리 측정 장치의 중요 구성요소인 센서렌즈가 소정의 구조물에 대해 결합하여 고정될 수 있도록 기준이 되는 구조를 제공하며 또한 센서렌즈가 비대칭으로 구성되는 경우 센서렌즈를 정확한 방향으로 장착할 수 있도록 하는 기준이되는 구조를 제공한다.

본 발명에 따른 거리 측정 장치에 관한 실시예를 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 전반적인 구성에 관하여 개략적으로 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 광원(11)과 콜리메이션 렌즈(12)를 포함하는 광원유닛과, 광학소자(17), 미러(14), 그리고 센서 렌즈(20)를 포함한다. 이에 더하여 광학 필터(16)를 더 포함할 수 있다.

상기 광원(11)은 거리 측정을 위한 기준광을 생성한다. 상기 기준광은 펄스레이저 등이 사용될 수 있다.

상기 콜리메이션 렌즈(12)는 상기 광원(11)으로부터 방출되는 기준광을 서로 평행한 광으로 변환한다. 즉, 상기 콜리메이션 렌즈(12)를 통과한 기준광은 하나의 직선축을 따라 평행한 광이 된다.

상기 광학소자(17)는 자신으로 입사되는 광을 검출하기 위한 것으로, 상기 광원(11)에 인접하게 배치된다.

특히 상기 광학소자(17)는 상기 광원(11)으로부터 기준광이 방출되어 진행하는 방향의 반대방향으로 진행하는 광을 검출할 수 있도록 배치된다. 즉, 상기 기준광이 진행하는 방향의 축과 상기 광학소자(17)와 검출하는 빛이 진행하는 축이 서로 실질적으로 나란하도록 상기 광학소자(17)와 상기 광원(11)이 배치된다.

상기 미러(14)는 상기 콜리메이션 렌즈(12)를 통과한 기준광이 피측정체(1) 쪽으로 향하도록 그 경로를 변경시킨다.

또한, 상기 미러(14)는 피측정체(1)에 의해 반사된 빛을 상기 광학소자(17) 쪽으로 향할 수 있도록 경로를 변경시킨다. 즉, 상기 미러(14)는 광원(11)으로부터 방출된 기준광을 피측정체(1)으로 향하도록 경로를 변경시키고, 피측정체(1)으로부터 반사된 빛을 광학소자(17)로 향하도록 경로를 변경시킨다.

한편, 상기 미러(14)는 회전 가능한 미러 지지부(15)에 의해 지지될 수 있 다. 상기 미러 지지부(15)는 미러(14)의 수직방향 중심축을 회전축으로 하여 수평방향으로 상기 미러(14)를 회전 가능하게 한다.

이를 통해, 거리 측정 장치는 자신을 중심으로 하여 수평 방향에 위치한 주변의 모든 물체들에 대한 거리 측정이 가능하게 된다.

상기 센서 렌즈(13)는 상기 광원유닛(11, 12)과 상기 미러(14) 사이, 그리고 상기 광학소자(17)와 상기 미러(14) 사이에 배치되어, 상기 미러(14)로부터 반사된 반사광을 상기 광학소자(17)로 집속하여 상기 광학소자(17)가 반사광을 검출할 수 있게 한다.

상기 센서 렌즈(20)는 미러(14)로부터 반사되는 빛을 굴절시켜 상기 광학소자(17)로 집속시켜야 하므로 빛을 굴절시킬 수 있는 렌즈부(21, 22)를 포함하고 있다.

광원(11)에서 조사되는 기준광이 미러(14)까지 도달하기 위해서는 반드시 센서 렌즈(20)를 통과하여야 하고 또 광원(11)에서 조사되는 기준광이 미러(14)에 도달하기까지 그 경로가 변경되지 않도록 함이 바람직하다.

따라서 상기 센서 렌즈(20)는 기준광의 통과시 기준광의 경로가 변경되지 않도록 광통과부를 구비한다.

이와 같은 광통과부에 관한 일 예로서 도 1에서는 센서 렌즈(20)를 관통하는 광통과홀(h)이 형성된 경우에 관하여 도시하고 있다.

상기 광통과홀(h)은 기준광, 좀 더 엄밀하게는 콜리메이션 렌즈(12)를 통과한 평행광이 굴절 없이 그대로 통과하도록 형성된 홀이다.

한편, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 센서 렌즈에 관하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 거리 측정 장치의 센서 렌즈에 대해 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 센서 렌즈의 평면도와 측면도를 나타낸 것이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 렌즈(13)는 빛을 굴절시키는 렌즈부(21, 22)와, 상기 렌즈부(21, 22)의 둘레에 마련되어 상기 센서 렌즈(20)의 고정을 위한 결합부위를 제공하는 플랜지부(23)와, 상기 렌즈부(21, 22)에 형성되는 광통과부(본 실시예에서는 광통과홀(h))를 포함한다.

상기 렌즈부는 플랜지부(23)의 일측에 구비되는 제1렌즈부(21)와 상기 플랜지부(23)의 타측에 구비되는 제2렌즈부(22)를 포함하도록 함이 바람직하다.

상기 제1렌즈부(21) 및 제2렌즈부(22)는 각각 측면 일단부에서 반대쪽 측면으로 갈수록 그 두께가 점차적으로 얇아지도록 하여 비대칭의 형상으로 이루어지도록 함이 바람직하다.

왜냐하면 광학소자(17, 도 1 참조)의 중심과 센서 렌즈(20)의 광학적 중심이 일치되도록 하고 광원(11)의 중심과 광통과부의 중심이 일치되도록 하여야 하기 때문에, 광학소자(17)와 광원(11)의 위치적 특성상 센서 렌즈(20)의 렌즈부를 비대칭으로 제작함이 바람직하기 때문이다.

제1렌즈부(21)와 제2렌즈부(22)의 두께 등은 렌즈의 설계요건 등에 따라 서로 다르게 만들어질 수도 있고 서로 같은 크기로 만들어질 수도 있다.

한편, 상기 플랜지부(23)는 제1렌즈부(21)와의 사이 및 제2렌즈부(22)와의 사이에 마련되는 단차부(24)를 구비하여 센서 렌즈(20)가 소정의 구조물에 결합되어 고정될 때의 결합구조를 제공한다.

즉 거리 측정 장치는 어떤 케이스 내에 장착될 수도 있고 별도로 어떤 구조물 내에 장착될 수도 있다. 이때 센서 렌즈(20)는 반드시 어딘가에 고정되어 있어야 하는데, 아무런 구조적 특징 없이 단순히 렌즈만으로는 고정이 어려울 수 있다.

상기 플랜지부(23)는 이와 같은 센서 렌즈(20)의 고정을 위한 결합구조의 근거를 마련하는 것이다.

예컨대 거리 측정 장치가 별도의 케이스 내에 장착되는 경우, 상기 센서 렌즈(20)의 플랜지부(23)의 단차부(24)가 걸려서 안착될 수 있는 소정의 구조를 마련하여 센서 렌즈(20)를 케이스 내에 용이하게 고정시킬 수 있다.

한편, 센서 렌즈(20)의 렌즈부(21, 22)는 비대칭이기 때문에 센서 렌즈(20)가 장착될 때 그 장착되는 방향이 정확해야 한다. 따라서 비대칭으로 이루어진 상기 렌즈부(21, 22)의 장착 방향을 가이드하도록 가이드수단이 센서 렌즈(20)에 마련되도록 함이 바람직하다.

이와 같은 가이드수단에 대해 도 2 및 도 3에서는 상기 플랜지부(23)의 일측에 마련되어 상기 플랜지부(23)와 다른 곡률을 갖는 부분인 가이드부(25)가 형성된 경우에 관하여 나타내고 있다.

좀 더 바람직하게는 상기 가이드부(25)는 일조의 절단면이 되도록 한다. 이와 같은 가이드부(25)는 어느 위치에 제작되어도 무관하며 도 2에서처럼 렌즈 부(21, 22)의 제일 두꺼운 부분이 특정한 위치에 올 수 있도록 하여 정확한 위치에 센서 렌즈(20)가 장착될 수 있도록 한다.

한편, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 센서 렌즈(20)는 피측정체(1)로부터 반사되는 반사광을 광학소자(17)로 집속시켜야 하므로, 센서 렌즈(20)의 광학적 중심축(OA)(예를 들어, 양방향 볼록 렌즈인 경우 렌즈의 가장 두께가 두꺼운 축)은 광학소자(17)의 중심에 일치하도록 정렬되는 것이 바람직하다.

도 1은 상기 센서 렌즈(13)의 광학적 중심축(OA)이 하부의 미러(14)의 중심과 일치하지 않는 예를 도시한 것이다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 미러(14)는 그 중심을 축으로 수평방향으로 360° 회전 함으로써 둘러싸고 있는 주변 물체들과의 거리를 모두 검출할 수 있게 된다.

따라서, 주변 물체들을 일정한 조건으로 검출하기 위해서는, 미러(14)가 회전하는 경우에도 광원(11)으로부터 방출되는 기준광이, 미러(14) 상의 항상 일정한 지점으로 입사되어야 한다.

이를 위해 상기 센서 렌즈(20)에 형성된 광통과홀(h)은 상기 기준광의 중심축(HA)이 상기 미러(14)의 중심을 향하도록 정렬되는 것이 바람직하다.

또한, 미러(14)에 의해 수광 렌즈(13) 방향으로 반사되는 빛은 실질적으로 평행광이 된다는 점을 감안하여, 상기 수광렌즈(13)의 불필요한 부피 증가를 방지하기 위해 상기 센서 렌즈(20)는 상기 미러(14)의 유효경과 실질적으로 동일한 지름을 갖도록 가공되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 광원(11)과 광학 소자(17)를 동일한 방향에 인접하여 설치할 수 있으므로 거리 측정 장치의 사이즈를 감소시킬 수 있고, 이러한 구성에서 센서 렌즈(20)가 렌즈부와 플랜지부, 그리고 가이드부 등의 구성을 갖도록 하여 기구적인 결합이 용이하도록 할 수 있는 특징이 있다.

한편, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치의 센서 렌즈에 대한 다른 일 예에 관하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 일 예에 따른 센서 렌즈도 제1렌즈부(21), 제2렌즈부(22), 플랜지부(23), 그리고 가이드부(25) 등을 모두 포함한다.

도 4에 도시된 실시예에 따른 센서 렌즈는 광통과부로서 광통과면(27a, 27b)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 도 4에 도시된 바와 같이 센서 렌즈(20)의 제1렌즈부(21)에 제1광통과면(27a)이 마련되고 제2렌즈부(22)에 제2광통과면(27b)이 마련된다.

상기 제1광통과면(27a)은 상기 제1렌즈부(21)의 굴절면에서 빛이 입사 및 출사되는 부분을 빛의 진행방향에 대해 실질적으로 수직이 되도록 가공되어 형성된다. 마찬가지로 제2광통과면(27b)도 제2렌즈부(22)의 굴절면에서 빛의 진행방향에 대해 실질적으로 수직이 되도록 가공되어 형성된다.

즉 도 1에 도시된 실시예에서 기준광이 실질적으로 수직 방향으로 진행한다고 가정할 때 도 4에 도시된 바와 같이 센서 렌즈(20)의 광통과면(27a, 27b)은 실질적으로 수직이 되도록 가공되어 형성되는 것이다.

상기한 바와 같은 광통과면(27a, 27b)은 렌즈부(21, 22)의 굴절면을 일부 제 거하여 기준광이 굴절 없이 진행할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 장치에 관하여 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 거리 측정 장치에서 센서 렌즈를 구체적으로 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 센서 렌즈의 평면도 및 측면도를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 거리 측정 장치의 센서 렌즈에 관한 다른 일 예를 나타낸 측면도이다.

Claims

거리 측정을 위한 기준광을 발생시키는 광원유닛;

상기 기준광을 받은 피측정체에서 반사된 빛을 수광하는 수광소자;

상기 기준광의 경로를 조절하며 상기 피측정체에서 반사된 빛이 상기 수광소자로 향하도록 경로를 조절하는 미러; 및

상기 미러로부터 반사된 빛을 상기 수광소자로 집광시키는 센서렌즈를 포함하고,

상기 센서렌즈는 비대칭 형상으로 형성되어 빛을 굴절시키는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 둘레에 마련되어 상기 센서렌즈의 고정을 위한 결합부위를 제공하는 플랜지부와, 상기 렌즈부에 형성되며 상기 기준광이 통과하는 광통과부를 포함하며,

상기 수광소자는 상기 렌즈부의 광학적 중심축과 일직선 상에 배치되고, 상기 광통과부는 상기 렌즈부의 광학적 중심축에서 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서렌즈는,

상기 렌즈부와 상기 플랜지부 사이에 형성되는 단차부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 렌즈부는,

상기 플랜지부의 일측에 마련되며 비대칭 형상으로 구비되는 제1렌즈부와,

상기 플랜지부의 타측에 마련되며 비대칭 형상으로 구비되는 제2렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제3항에 있어서, 상기 센서렌즈는,

비대칭으로 이루어진 상기 렌즈부의 장착 방향을 가이드하는 가이드수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 가이드수단은,

상기 플랜지부의 일측에 마련되어 상기 플랜지부와 다른 곡률을 갖는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 광통과부는,

상기 센서렌즈를 관통하여 형성되는 광통과홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 광통과부는,

상기 렌즈부의 굴절면에서 빛이 출사되는 부분을 빛의 진행방향에 대해 실질적으로 수직이 되도록 가공되어 형성된 광통과면을 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.