KR101501536B1

KR101501536B1 - 거리 결정을 위한 광학식 측정 시스템

Info

Publication number: KR101501536B1
Application number: KR1020137009187A
Authority: KR
Inventors: 토르스텐 스타우트메이스터
Original assignee: 마이크로-엡실론 옵트로닉 게엠바하
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2031-09-07
Also published as: EP2616765B1; KR20130054428A; WO2012075978A1; DE102011112529A1; US20130148099A1; EP2616765A1; JP2013540999A; CN103097858A; US9453728B2; JP5681799B2

Abstract

어떠한 종류의 측정 상황에서도 측정 가능한, 최고로 신뢰성있는 거리 측정을 고려하여 설계되고 개발된, 센서 장치(조사광 빔을 발생하는 광원과 피측정물의 표면에서 반사된 조사광 빔의 일부를 검출하는 검출기를 포함함)와 피측정물(적어도 가시광 파장 범위에 대해서 투명하게 설계됨) 사이의 거리를 결정하기 위한 측정 시스템으로서, 본 측정 시스템에서, 조사광 빔은 자색 또는 자외선 영역의 파장을 가지며, 피측정물은 조사광 빔이 피측정물의 표면에서 확산 반사되도록 설계된다. 아울러, 본 측정 시스템은 본질적으로 불투광성인 피측정물을 측정하는 데에 특정되어 있다.

Description

거리 결정을 위한 광학식 측정 시스템 {OPTICAL MEASURING SYSTEM FOR DETERMINING DISTANCES}

본 발명은, 조사광 빔을 발생하는 광원과 피측정물의 표면에서 반사된 조사광 빔의 일부를 검출하는 검출기를 포함하는 센서 장치와 적어도 가시광 파장 범위에 대해서 투명하도록 설계된 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 측정 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 조사광 빔을 발생하는 광원과 피측정물의 표면에서 반사된 조사광 빔의 일부를 검출하는 검출기를 포함하는 센서 장치와 가시광이 직반사되도록 설계된 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 측정 시스템에 관한 것이다.

광학식 측정 시스템은 실무상 광범위한 응용분야를 갖는다. 정확하며 또한 빠른 비접촉식 측정이, 피측정물과 센서 장치 사이의 거리를 비접촉 상태에서 측정하거나 피측정물의 훼손없이 피측정물을 측정할 많은 응용 분야를 열고 있다. 한 가지 중요한 응용 분야로서 가공물의 품질을 검사하기 위한 품질 보증(QA)이 있다.

광학식 측정 시스템에서는 피측정물에 조사광 빔(illumination light beam)(적색 또는 적외선 레이저 빔이 매우 빈번하게 사용됨)을 조사하고 피측정물에서 반사된 조사광 빔의 일부를 검출기(detector)로 검출한다. 이러한 센서 장치를 이용해서 센서 장치에서 피측정물까지의 거리가 얼마인지를 결정할 수 있는지에 따른 경험으로부터 다양한 방법이 공지되어 있다. 일례로서, 삼각 측량법을 참조한다.

종래 기술에서 공지된 측정 시스템은, 투명하거나 부분적으로 투명한 경우의 피측정물에 대해 측정을 수행할 때에는 항상 문제가 있다. 본 맥락에서 투명하다는 것은, 가시광(파장 범위 400nm ~ 800nm)의 넓은 범위의 스펙트럼 영역이 피측정물을 통과할 수 있음을 의미한다. 통과하는 동안에, 해당 스펙트럼 영역이 약간 정도만 감쇠될 뿐이다. 부분적으로 투명하다는 것은, 가시광의 적어도 한 스펙트럼 영역은 피측정물을 통과할 수 있고 다른 스펙트럼 영역은 완전히 또는 무시할 수 없을 정도로 흡수되거나 반사되는 것을 의미한다.

조사광 빔이 이러한 유형의 피측정물에 닿으면 직반사(directly reflect)된다. 즉, 피측정물의 표면에서의 조사광 빔의 입사각이, 반사된 조사광 빔의 반사각과 같다. 그 밖의 공간 방향으로의 분산은 사실상 존재하지 않는다. 이 때문에, 센서 장치 및 피측정물은 최적 상태로 정렬되어 유용한 측정 결과를 얻을 수 있어야 한다. 피측정물의 표면이 최적의 위치에서 약간만 기울어져도 조사광 빔은 검출기로 반사되지 못하여, 측정 절차는 실패하고 상당히 불안정해진다. 특히 제조 환경에서의 품질 보증 시에, 센서 장치와 피측정물의 상호간 최적 정렬을 유지하는 것은 사실상 불가능하다. 이 정렬은 곡면 형성되거나 둥글게 제작된 피측정물의 경우에는 실제로 불가능하다. 이와 유사한 문제가, 표면 마감처리로 인해 광을 직반사하지 못하는 불투명 피측정물에서의 광학식 측정시에도 발생한다. 이러한 문제점들은 여기서 서로 필적한다. 일례로서 경면 표면을 참조한다.

따라서 본 발명은, 직반사가 일어나는 표면의 피측정물에 대해서도 신뢰성 있게 광학식 거리측정을 수행할 수 있는, 투명한, 부분적으로 투명한, 또는 불투명한 피측정물에 대한, 서두에서 명명한 형식의 측정 시스템을 설계하고 아울러 개발하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 투명 및 반투명의 피측정물에 대한 상기 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 이에 따르면, 이하 논의할 측정 시스템에 있어서, 조사광 빔은 자색 또는 자외선 영역역의 파장을 가지며, 피측정물은 조사광 빔이 피측정물의 표면에서 확산 반사(diffusely reflect)되도록 설계된 것을 특징으로 한다,

불투명 피측정물에 대한 측정 시에, 상기 목적은 청구항 5의 특징에 의해 달성된다. 이에 따르면, 이하 논의할 측정 시스템에 있어서, 조사광 빔은 자색 또는 자외선 영역역의 파장을 가지며, 피측정물은 조사광 빔이 확산 반사되도록 하는 코팅이 표면에 형성되도록 설계된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방식에 있어서, 투명 또는 반투명 피측정물은 매우 빈번히, 자색 또는 자외선 파장대의 광에 대해서 불투광성으로 또는 광감쇠도가 크도록 설계된다는 특징을 갖고 있음을 가장 먼저 인식해야 한다. 보통, 이러한 특징은 보호 조치로서 의도적으로 시행된다. 특히, 플라스틱의 경우에는 자외선에 매우 장시간 동안 노출되면 그 투명성이 상실되는 경향이 있다. 이러한 효과를 방지하기 위해 플라스틱은, 자색 및/또는 자외선 광이 소재 내로 투과하지 못하도록 또는 거의 투과하지 못하도록 처리되고 있다. 도리어, 자색 및/또는 자외선 광은 소재의 표면에서 확산 반사된다. 이러한 피측정물의 불투광성 또는 큰 광감쇠도를 본 발명에 따른 측정 시스템에 이용하는 것이다.

본 발명에 따르면, 자색 또는 자외선 파장대의 광 빔을 조사광 빔으로서 사용한다. 지정된 피측정물과 조사광 빔을 결합시킴으로써, 직반사되지 않고 확산 반사되는 조사광 빔을, 의외로 단순한 방식으로 얻을 수 있다. 이 때문에, 투명 또는 반투명 피측정물에 대해서도, 가시광 영역에서의 피측정물의 광학적 특성에 영향을 주지 않으면서, 광학식 측정 시스템을 이용해서 측정을 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 특징 결합을, 불투명한 피측정물, 즉, 사실상 가시광이 투과하지 못하며 그 표면에서 가시광이 직반사되는 피측정물에 대해서도 이용할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에서는, 피측정물에, 자색 및/또는 자외선 광에 대한 불투광성을 갖거나 자색 또는 자외선 광을 무시하지 못할 정도로 감쇠시키는 코팅을 형성한다. 이로 인해 피측정물의 표면에서 자색 또는 자외선 조사 빔의 확산 반사가 일어난다.

피측정물(투명이든, 반투명이든, 불투명이든)의 표면에서의 조사광 빔의 확산 반사에 의해서, 조사광 빔은 하나의 공간 방향으로만 반사되지 않고 직반사 광 빔 주위의 소정 각도 범위로 반사된다. 이 때문에 피측정물과 센서 장치를 서로 정확하게 정렬할 필요가 더 이상 없고, 이 측정 시스템의 사용 분야가 확장됨이 분명해진다. 확실히 더 안정적인 측정 환경을 이룰 수 있다.

조사광 빔이 반사되는 피측정물의 표면은, 피측정물의 센서 장치쪽을 향하고 있는 외부 표면인 것이 바람직하다. 원리적으로, 투명한 피측정물의 경우에는, 조사광 빔이 피측정물을 먼저 투과한 다음에 센서 장치를 등지고 있는 표면에서 반사되거나 또는 피측정물 내에 위치한 임의의 분리 평면에서 반사되어 검출기 방향으로 향하는 것도 생각해 볼 수 있다. 그러나 바람직하게는, 조사광 빔이 투과하지 못하거나 투과하더라도 아주 조금만 투과하는 피측정물을 사용하는 것이 좋다.

투명 또는 반투명 피측정물의 경우에, 조사광 빔의 확산 반사가 피측정물 표면의 특수 코팅에서 일어날 수도 있다. 이에 적합한 코팅으로서 자색 및/또는 자외선 영역에서 불투광성이거나 광감쇠도가 큰 코팅은 경험적으로 공지되어 있다. 일례를 들자면(한정하고자 하는 것이 아님), 코팅된 플라스틱-글라스를 참조한다.

그러나 피측정물은 그 재료 조성 때문에 이미 필요 특성을 갖고 있다는 것과, 자색 및/또는 자외선 광은 피측정물을 현저하게 투과할 수 없다는 것도 또한 생각할 수 있다. 가시광에 대해서 투명하고 자색 및/또는 자외선 영역에서 불투광성인 해당 재료는 경험을 통해 공지되어 있다.

본 발명에 따른 측정 시스템의 바람직한 예시적 실시예에서, 피측정물은 자동차 산업에 사용되는 투명 플라스틱 부품 또는 코팅된 유리를 포함한다. 특히 바람직한 방식으로서, 본 측정 시스템은 차량의 전조등 또는 후미등의 렌즈나 디스크 측정시에 사용된다.

불투명 피측정물의 경우의 바람직한 예시적 실시예는, 불투광성의 플라스틱, 연마처리한 금속판 또는 다양하게 설계된 금속제 물체 등에 관련된다. 그러나, 목재, 목질 재료, 종이 등도 불투명 물체로서 사용할 수 있다. 피측정물이 완전하게 불투광성일 필요는 없다. 원리적으로 볼 때 피측정물은 반투명일 수도 있는 것이다.

바람직하게는, 피측정물(투명이든, 반투명이든, 불투명이든)은 420nm 미만 파장의 광에 대해서 불투광성이거나 감쇠도가 크도록 설계된다. 특히 바람직하게는, 390nm 이하 파장의 광에 대해서 불투광성이거나 감쇠도가 크도록 설계된다.

센서 장치의 특히 양호한 광학적 동작을 위하여, 광원은 레이저빔을 조사광 빔으로서 방출하는 레이저로 구성할 수 있다. 이 경우, 고체 레이저나 가스 레이저 뿐만 아니라 레이저 다이오드를 사용할 수 있다. 그러나, 특히 비용 효율적인 측정 시스템을 위해서는 광원을 LED로 구성할 수 있다. 많은 응용 분야에서는, 광 품질이 낮아도 충분하다.

조사광 빔은 425nm 이하의 파장을 갖는 것이 바람직하다. 특별히 바람직한 방식으로서는, 405nm 이하 파장의 조사광 빔이 사용된다. 매우 특별히 바람직한 방식으로서는, 조사광 빔의 파장이 390nm 이하이다. 일반적으로는, 극히 짧은 파장의 UV 광까지 광원으로서 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 광원은 매우 비싸고, 특별한 보호 조치가 필요하기 때문에 측정 시스템의 안전한 작동이 복잡해진다. 따라서 파장에 있어서의 한계가 정해져 있다. 현재로서 기술적으로 사용상 용인되는 최소 파장은 300nm이다.

조사광 빔은 점 형상 또는 선형으로 피측정물에 조사되는 것이 바람직하다. 점 또는 선을 결합하여 십자선이나 수 개의 평행선과 같은 패턴으로 만들 수도 있다. 조사 라인은 직선인 것이 바람직하다.

조사광 빔의 빔 경로에는, 광원 이후에 집속(focusing) 장치를 설치하여, 조사광 빔을 집속하는 것이 바람직하다. 광원과 집속 장치가 함께 조사 유닛을 구성한다. 조사광 빔은 피측정물의 표면에 집속되는 것(초점을 맺는 것)이 바람직하다. 그러나, 무한점이나 광축 상의 다른 위치에 조사광 빔이 집속되는 것도 또한 생각해 볼 수 있을 것이다.

검출기로는, CMOS(complimentary metal oxide silicon) 배열체(어레이) 또는 CCD(charge coupled device) 배열체를 사용할 수 있다. 이 배열체는 선형 배열 또는 면 배열(즉, 2차원적 전개)인 것이 바람직하다. 예를 들어, 선형 배열은 점 형상의 거리 측정 시에 사용할 수 있으며, 면 배열은 격자 교차점 방식에 따른 거리 측정 시에 사용할 수 있다. 또한 일부의 경우에는, 기존의 라인 스캔 또는 매트릭스 카메라로도 검출기를 구성할 수 있다.

점 형상의 거리 측정의 경우에는 PSD(위치 검출 다이오드) 또는 APD(애벌런치 포토다이오드)를 사용할 수 있다. 특히, APD는 광의 이동 시간(running time) 또는 위상 변위(phase shift) 측정을 이용한 거리 측정에 사용할 수 있다. PSD 또는 APD는 배열체로서 장착할 수 있다.

검출 채널(즉, 피측정물의 표면에서 반사된 조사광 빔의 일부의, 센서 장치 내에서의 빔 경로) 이외 영역의 복사파를 차단하기 위해, 검출기 앞에 파장 선택 요소를 설치할 수 있다. 파장 선택 요소에 의해서, 예를 들어, 광대역 검출 특성을 갖는 검출기를 위해서 그 주변 광을 차단할 수 있다. 이 파장 선택 요소를 필터(예를 들어, 간섭 필터) 또는 분산 요소(dispersive element)로 설계할 수 있다. 그러나 예를 들어, 센서 장치의 크기를 줄이기 위해서는 파장 선택 요소를 빔 편향(deflection)/휨(folding)용 분색 거울(dichroic mirror)로 설계할 수도 있다. 일반적으로는 전체 광학 채널(즉, 조사광 빔이 광원으로부터 나와 검출기로 가는 경로)을 조사광의 파장에 맞추는 것이 합리적이다.

파장 선택성을 보다 더 개선하기 위해 수 개의 파장 선택 요소를 결합하는 것도 또한 생각할 수 있다. 예를 들어, 수 개의 분산 요소를 연속적으로 배치할 수 있다. 그러나, 다양한 종류의 파장 선택 요소를 서로 결합하는 것이 바람직하다. 이는, 분색 거울과, 필터 또는 분산 요소를 결합하는 것이 가능하다는 것을 의미한다.

측정 시스템은, 센서 장치에 연결되어 센서 장치의 측정 신호를 수신하는 평가 유닛(evaluation unit)을 포함하는 것이 바람직하다. 이 평가 장치는, 예를 들어, 조사광 빔이 변조(modulate)된 경우, 조사광 빔에 관한 추가 정보를 수신할 수 있다. 평가 장치는, 수신된 광 빔(즉, 반사되어 검출기가 수신한 조사광 빔의 일부)을 이용하여, 그리고 가능한 경우, 조사광 빔 자체에 대한 기지의 정보를 이용하여, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정한다. 거리의 결정은, 예를 들어, 계산에 의해서, 또는 교정 측정시에 결정되어 평가 유닛에 저장된 내용을 갖는 표에서 값을 독출하여 행할 수 있다.

조사광 빔에 관한 정보에 덧붙여, 또는 이에 대한 대안으로서, 평가 유닛은 피측정물에서 반사된 광의 강도에 관한 정보를 수신할 수 있고, 광원의 강도에 따라 제어 장치를 이용하여 검출기 및/또는 검출기 선로에 설치된 신호 증폭기의 적분(integration) 시간을 조정(regulate) 및/또는 조절(adjust)할 수 있다.

센서 장치 및 평가 유닛은, 삼각 측량법으로 거리 측정을 하도록 설계할 수 있다. 이를 위해, 광원 및 검출기를, 광원과, 피측정물 표면에 비춰지는 조사 점과, 검출기 상에 비춰지는 조사 점이 삼각형을 이루도록 배치한다. 센서 장치에 대해서는 알고 있으므로, 피측정물의 표면 상에 조사된 점의 거리를 센서 장치에 의해 계산할 수 있다.

센서 장치 및 평가 유닛은 또한, 광의 이동 시간을 측정하여 거리를 결정하도록 설계할 수 있다. 이를 수행하기 위해, 광 빔이 광원에서부터 피측정물에까지 그리고 검출기까지 이동하는 데 얼마나 시간이 소요되었는지 측정한다. 광 속도를 알고 있으므로, 상기 시간으로부터 거리를 결정할 수 있다.

센서 장치 및 평가 유닛의 또다른 가능성있는 설계로서 위상 변위(phase shift)의 측정이 포함된다. 이를 수행하기 위해 조사광 빔의 밝기를 적정 주파수에 대해서 변조하고, 조사광 빔 및 수신된 광 빔의 밝기의 변화를 서로 비교한다. 상호간의 위상 위치로부터, 광의 이동 시간, 그리고 결과적으로 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정할 수 있다.

평가 유닛은 피측정물 및/또는 피측정물 부분의 윤곽(프로필)이 나타나도록 여러 번의 거리 측정치를 결합할 수 있다. 이를 수행하기 위해, 피측정물 상의 측정점 위치와 거리값들에 관련을 맺는다. 센서 장치가, 예를 들어 격자 교차점 방식에 따라 동작한다면, 한 번의 측정으로 선상의 윤곽을 결정할 수 있다. 피측정물 위에서 이 선을 지나가도록 하면, 피측정물 또는 피측정물 부분의 3차원 구조를 결정할 수 있게 된다. 윤곽 결정을 위해서, 센서 장치와 피측정물을 또한, 서로 이동할 수 있도록 설계할 수 있다. 그러나 편향 장치를 써서 조사광 빔을 피측정물 위에서 이동시키는 것도 또한 가능하다. 이에 적합한 스캐닝 장치가 경험적으로 공지되어 있다.

특히 바람직한 예시적 실시예에 따르면, 본 발명은, 코팅이나 그 재료 조성 때문에 UV 광을 부분적으로는 흡수하고 부분적으로는 반사하는 물체와의 거리를 측정하는 데 사용되는 삼각 측량법에 따른 측정 시스템에 관한 것이다. 광조사 장치(예컨대, 집속 광학장치를 갖는 레이저 다이오드)는 UV 대역에서의 방출 파장을 갖는 집속된 광을 방출한다. 수신 빔 경로 상에서, 여러 파장들 중에서 이 파장을 선택하는 것은 광학 필터, 분산 요소(dispersive element), 및/또는 적합한 차광판(shade)이 설치된 분색 거울(dichroic mirror)을 이용하여 행할 수 있다. 방출되는 광의 일부는 물체의 표면에서 및/또는 수신 빔 경로에 있는 물체로부터 확산적으로 반사(diffusively reflect)된다

이제, 본 발명의 사상을 유익한 방식으로 설계하고 나아가 개발하기 위한 다양한 가능성이 있다. 이러한 목적을 위해서, 한편으로는 청구항 1과 청구항 5의 종속 청구항들을 참조하고, 다른 한편으로는, 도면을 이용하여 설명한 이하의 바람직한 예시적 실시예를 참조한다. 도면을 이용하여 설명한 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 대한 설명과 관련하여 볼 때, 발명 사상의 전체적으로 바람직한 설계 및 개발에 대해서 설명한다.

본 발명에 따르면, 직반사가 일어나는 표면의 피측정물에 대해서도 신뢰성 있게 광학식 거리측정을 수행할 수 있는, 투명한, 부분적으로 투명한, 또는 불투명한 피측정물에 대한 측정 시스템이 제공된다.

도 1은 파장 670nm의 적색 조사광 빔을 사용하는 검출기에서의 강도 분포를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 시스템에 있어서, 405nm 파장의 자색 조사광 빔을 사용하는 검출기에서의 강도 분포를 나타낸다.

도 1과 도 2, 두 도면은 동일한 측정 설비로 산정된 것이다. 렌즈와 함께 레이저는 두께 약 2mm의 플라스틱-글라스로 만든 차량 전조등 유리(피측정물)를 향해 편향되는 집속 레이저 빔을 발생한다. 레이저 빔은 피측정물의 표면에서 적어도 부분적으로 반사되어 다른 렌즈, 조사광 빔의 파장에 맞춰진 파장 선택 필터, 그리고 선형 검출기의 차광판을 통해 진행한다. 센서 장치는 삼각 측량법에 따라 측정을 실행한다. 피측정물의 센서 장치쪽을 향하고 있는 표면에는 자외선 광에 대해서 불투광성인 코팅이 형성된다.

도 1은 종래 기술에 있어서, 방출 파장 670nm의 적색 레이저를 사용 시의 강도 분포를 나타낸다. 한편으로는, 피측정물과 센서 장치의 상호간에 최적의 정렬이 필요하다. 다른 한편으로는, 강도 분포에 있어서 두 개의 뚜렷한 주된 피크(peak)가 존재한다. 도 1에서 왼쪽 피크는 피측정물의, 센서 장치쪽을 향하고 있는 표면에서 반사된 조사광 빔에 기인한 것이고, 오른쪽 피크는 조사광 빔이 피측정물을 투과하여 피측정물의 센서 장치를 등지고 있는 표면에서 반사된 것에 기인한다. 이 때문에 측정이 분명해지지 않는다. 또 다른 문제는 오른쪽 피크가 왼쪽 피크보다 더 높다는 점이다. 단순하게 가장 높은 피크를 이용해 강도 곡선을 평가한다면, 거리 계산의 결과치에 오류가 발생하게 된다. 만약 가장 높은 피크를 이용하여 조사광 빔의 강도와 조사 시간을 조절한다면, 측정이 불안정해질 수도 있다. 물체가 기울어지게 되면, 첫 번째 피크의 강도가 낮아져서 더 이상 센서 장치에 의해 평가되지 않게 될 것이며, 이에 따라 피측정물의 뒷면 또는 내부의 반사 점에 대해 측정이 되는 오류가 일어날 수 있다. 도 1의 강도 분포에서 보이는 작은 피크들은, 피측정물에서 일어나는 다중 반사에 의한 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 405nm 파장의 자색 레이저 조사광 빔을 사용시를 나타낸다. 피측정물 표면에서의 확산 반사 때문에, 센서 장치와 피측정물을 보다 더 자유롭게 배치할 수 있다. 또한, 도 2에 따른 강도 분포에서 보면, 하나의 피크만이 개별적으로 표시되어 있다. 추가적으로 보이는 작은 피크는, 조사광 빔의 작은 부분이 피측정물을 투과하여 센서 장치를 등지고 있는 표면에서 반사된 것을 나타낸다. 그러나 이 추가적인 피크의 강도는 낮기 때문에 중요하지 않다. 다중 반사도 일어나지 않는다.

본 발명에 따른 장치의 추가적인 유용한 설계에 관해서는 반복을 피하기 위해, 상세한 설명의 전체적인 부분과 첨부된 청구범위를 참조한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 장치의 위에서 설명한 예시적 실시예들은 청구범위의 사상을 설명하기 위한 것에 불과하며, 본 발명의 사상이 예시적 실시예들에 의해 제한되는 것이 아님을 분명히 주목해야 한다.

Claims

조사광 빔을 발생하는 광원과 피측정물의 표면에서 반사된 조사광 빔의 일부를 검출하는 검출기를 포함하는 센서 장치와, 적어도 가시광 파장 범위에 대해서 투명하게 설계된 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템에 있어서,
상기 조사광 빔은 자색 또는 자외선 영역의 파장을 가지며, 상기 피측정물은 조사광 빔이 피측정물의 표면에서 확산 반사되도록 설계된 것을 특징으로 하고,
상기 피측정물의 가시광에 대한 광학적 특성에 영향을 주지 않는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항에 있어서, 피측정물의 일 표면은, 조사광 빔의 확산 반사를 일으키며 자색 및 자외선 파장 대역 중 적어도 어느 하나에서 불투광성이거나 또는 적어도 감쇠도가 큰 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 피측정물은 자색 및 자외선 파장 대역 중 적어도 어느 하나에서 불투광성이거나 또는 적어도 감쇠도가 큰 재료로 설계된 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 피측정물은 투명 플라스틱으로 설계되거나, 차량 전조등 또는 차량 후미등의 렌즈 또는 디스크로 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
조사광 빔을 발생하는 광원과 피측정물의 표면에서 반사된 조사광 빔의 일부를 검출하는 검출기를 포함하는 센서 장치와, 가시광이 직반사되도록 설계된 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템에 있어서,
상기 조사광 빔은 자색 또는 자외선 영역의 파장을 가지며, 상기 피측정물의 표면에서 조사광 빔이 확산 반사되도록 하는 코팅이 피측정물의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하고,
상기 피측정물의 가시광에 대한 광학적 특성에 영향을 주지 않는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제5항에 있어서, 피측정물은 불투광성 플라스틱, 금속, 목재, 및 종이 중 적어도 어느 하나로 설계된 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 광원은 조사광 빔으로서 레이저 빔을 방출하는 레이저로 구성되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조사광 빔은 300nm 이상 425nm 이하의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조사광 빔을 점, 십자선, 및 수 개의 평행선 중 적어도 어느 하나의 형태로 피측정물에 조사하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조사광 빔을 집속하는 광집속 장치가 광원의 이후에 배치되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기는 CMOS 또는 CCD 배열체를 포함하며, 이 배열체는 선형 배열 또는 면 배열로 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 검출기는 위치감지 다이오드(PSD) 및 애벌런치 포토다이오드(APD) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복사파 이외의 영역을 차단하기 위해, 검출기 앞에 파장 선택 요소가 배치되며, 이 파장 선택 요소는 필터, 분산 요소, 또는 분색 거울을 이용하여 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제13항에 있어서, 다수의 파장 선택 요소를, 서로 다른 유형의 파장 선택 요소들을 결합하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 평가 유닛이 센서 장치에 연결되되, 이 평가 유닛은 피측정물에서 반사되어 검출기에서 수신된 조사광(수신광 빔)의 일부를 이용하여 거리 측정값을 결정하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제15항에 있어서, 평가 유닛과 센서 장치는, 삼각 측량법에 따라 거리 측정을 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제15항에 있어서, 평가 유닛과 센서 장치는 조사광과 수신광의 이동 시간을 측정하거나, 변조된 조사광 빔과 수신광 빔 간의 위상 변위를 측정하는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.
제15항에 있어서, 피측정물 및 센서 장치는 서로에 대해서 이동될 수 있으며, 평가 유닛은 피측정물 또는 피측정물 부분의 윤곽을 다회의 거리 측정을 통해 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치와 피측정물 사이의 거리를 결정하기 위한 광학식 측정 시스템.