KR101005782B1

KR101005782B1 - 광 스캐너

Info

Publication number: KR101005782B1
Application number: KR1020080084949A
Authority: KR
Inventors: 정중연; 오동근
Original assignee: 대한측량협회; (주)이오시스템
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2011-01-06
Also published as: KR20100026093A

Abstract

본 발명에 따른 광 스캐너는 광 스캔 모드시 측정 대상에 광을 공급하기 위한 광을 발생하는 광원, 일면에 광 스캔 모드시 광원으로부터 광 또는 목표물에서 반사된 광의 경로를 변경하는 광 경로 변경 수단과 타면에 이미지 획득 모드시 측정 대상의 이미지를 획득하기 위한 이미지 센서를 포함하는 측정 모드 선택부, 측정 모드 선택부의 틸트각을 제어하는 수직 구동부, 광 스캔 모드에서 시간 측정 데이터와 이미지 획득 모드에서 이미지 센서의 이미지 데이터를 저장하는 메모리부, 메모리부로부터 데이터를 전송받아 이미지로 표시하는 이미지 처리부, 메모리부로부터 시간 측정 데이터를 받아 목표물의 거리를 측정하는 거리 측정부, 및 광 스캔 모드와 이미지 획득 모드를 선택하고 상기 이미지 처리부와 상기 거리 측정부에 데이터를 처리하는 명령을 전송하는 중앙 처리 유닛을 포함한다.

광 스캐너, 이미지 센서, 측정 모드 선택부, 수직 구동부, 수평 구동부

Description

광 스캐너{Optical scanner}

본 발명은 광을 사용하여 물체를 스캔하여 물체의 형상을 나타내는 데이터를 수집하는 광 스캐너에 관한 것으로, 특히 광 경로 변경부와 이미지 센서를 동일 축에 설정하여 스캔 영역을 정확하게 설정하고 물체를 스캔하여 물체의 형상을 나타내는 데이터를 수집하는 광 스캐너에 관한 것이다.

최근, 광 스캐너, 예를 들어 레이저 스캐너는 주간 광학계, 예를 들어 망원경이 없기 때문에 측정자가 스캔하고자 하는 목표지점에 대한 영역 설정이 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 광 스캐너에 CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 부착하여 사용자가 원하는 지점을 스캔할 할 수 있도록 되어 있다. 즉, 사용자는 CCD 카메라에 의해 얻어진 영상을 컴퓨터나 노트북의 화면을 보고 원하는 지점, 원하는 영역을 설정하여 스캔할 수 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 종래기술은 레이저 광학계(1)의 광축과 CCD 카메라(2)의 광축이 일치하지 않으며, 광축 일치를 위한 별도의 소프트웨어에 의하여 데이터를 보정해야한다. 또한, 종래기술에 따른 스캐너는 레이저 광학계의 광축에 따라 레이저 광학계를 구동하기 위한 광학 구동계(3)와 CCD 카메라를 구동하기 위한 CCD 카메라 구동계(4)를 별도로 구비하여야 한다.

즉, 스캐너가 일정한 영역을 스캔하는 경우, 사용자의 스캔 영역에 따라 CCD 카메라 모듈이 수직 회전을 해야 하며, 이에 따라 레이저 광학계도 별도의 구동계를 이용하여 수직 회전을 해야 한다.

한편, 도2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 또 다른 스캐너는 레이저 광학계(1)의 광축과 CCD 카메라(2)의 광축이 일치하지만 CCD 카메라 모듈 자체를 레이저 광학계(1)의 광축에 일치 시키도록 이동시켜야 하는 별도의 CCD 카메라 구동계(4)가 필요하다. 즉, 스캐너는 스캔 영역 설정을 위해 목표지점의 이미지 획득 시에는 CCD 카메라 모듈을 별도의 구동계를 이용하여 광축으로 이동시키고, 다시 레이저로 스캔을 할 경우에는 아래쪽으로 이동시켜 광축에서 벗어나도록 해야 한다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 특히, 이미지 센서를 광학계를 동일한 회전 축에 위치시켜 추가적인 이미지 센서의 구동계가 필요없는 광 스캐너를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너는 광 스 캔 모드시 측정 대상에 광을 공급하기 위한 광을 발생하는 광원, 일면에 광 스캔 모드시 광원으로부터 광 또는 목표물에서 반사된 광의 경로를 변경하는 광 경로 변경 수단과 타면에 이미지 획득 모드시 측정 대상의 이미지를 획득하기 위한 이미지 센서를 포함하는 측정 모드 선택부, 측정 모드 선택부의 틸트각을 제어하는 수직 구동부, 광 스캔 모드에서 시간 측정 데이터와 이미지 획득 모드에서 이미지 센서의 이미지 데이터를 저장하는 메모리부, 메모리부로부터 데이터를 전송받아 이미지로 표시하는 이미지 처리부, 메모리부로부터 시간 측정 데이터를 받아 목표물의 거리를 측정하는 거리 측정부, 및 광 스캔 모드와 이미지 획득 모드를 선택하고 상기 이미지 처리부와 상기 거리 측정부에 데이터를 처리하는 명령을 전송하는 중앙 처리 유닛을 포함한다.

또한, 광 스캐너는 측정 모드 선택부의 방위각을 제어하는 수평 구동부를 포함한다.

이미지 센서는 CCD카메라 또는 CMOS이다.

광 스캐너는 측정 모드 선택부와 상기 수직 구동부를 연결하는 연결 새프트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

측정 모드 선택부는 수직 구동부와 동일축 상에 위치하는 것이 바람직하다.

측정 모드 선택부는 수평 구동부와 동일축 상에 위치하는 것이 바람직하다.

광원은 레이저 다이오드인 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 측정 모드 선택부에 광 경로 변경수단과 CCD 카메라를 동일축에 배치하여 이미지 데이터에 의하여 광 스캔 범위를 쉽고 정확하게 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 광학 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너의 이미지 센서의 이미지 획득 모드를 나타내는 구성도를 나타낸다. 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너의 광 스캔 모드를 나타내는 구성도를 나타낸다. 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너의 내부 구성을 나타내는 블록도를 나타낸다.

도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너는 광 스캔 모드시 측정 대상에 광을 공급하기 위한 광을 발생하는 광원(100), 일면에 광 스캔 모드시 광원(100)으로부터 광 또는 목표물에서 반사된 광의 경로를 변경하는 광 경로 변경수단(201)과 타면에 이미지 획득 모드시 측정 대상의 이미지를 획득하기 위한 이미지 센서(202)를 포함하는 측정 모드 선택부(200), 측정 모드 선택부(200)의 틸트각을 제어하는 수직 구동부(300), 광 스캔 모드에서 시간 측정 데이터와 이미지 획득 모드에서 이미지 센서(202)의 이미지 데이터를 저장하는 메모리부(400), 메모리부(400)로부터 데이터를 전송받아 이미지로 표시하는 이미지 처리부(500), 메모리부(400)로부터 시간 측정 데이터를 받아 목표물의 거리를 측정하는 거리 측정부(600), 및 광 스캔 모드와 이미지 획득 모드를 선택하고 상기 이미지 처리부(500)와 상기 거리 측정부(600)에 데이터를 처리하는 명령을 전송하는 중앙 처리 유닛(700)을 포함한다.

광원(100)은 주로 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드를 사용하나, 이에 한정 되지 않고 평행광을 방출하는 광원이면 충분하다.

도6에 도시된 바와 같이, 측정 모드 선택부(200)는 일면에 광 스캔 모드시 광원(100)으로부터 광을 받아 광경로를 변경하는 광 경로 변경수단(201)을 포함하고 있다. 광 경로 변경 수단(201)은 주로 반사 거울이고 광원(100)으로부터 광을 받아 목표물을 향하여 광을 방출하고 목표물에 반사된 광의 경로를 변경하여 광을 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드(202)에 전송한다. 또한, 측정 모드 선택부(200)는 타면에 이미지 센서(203)가 설치되어 있다. 이미지 센서(203)는 예를 들어 CCD카메라 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)센서를 사용한다.

측정 모드 선택부(200)는 수직 구동부(300)와 연결 새프트(204)로 연결되어 있다. 측정 모드 선택부(200)는 수직 서버 모터의 동작에 의하여 연결 새프트(204)를 중심으로 회전한다.

측정 모드 선택부(200)의 광 경로 변경수단(201)과 이미지 센서(203)는 이미지 데이터에 의한 광 스캔 범위를 결정하기 위하여 연결 새프트(204)와 동일축 상에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 광 스캔의 정확성을 높이기 위하여 측정 모드 선택부(200)는 수평 구동부와 동일축 상에 위치하는 것이 바람직하다.

도3에 도시된 바와 같이, 이미지 획득 모드시, 수직 구동부(300)는 연결 새 프트(204)를 회전시켜 이미지 센서(203)가 이미지 획득 목표물과 대면되도록 측정 모드 선택부(200)를 회전시킨다. 수직 구동부(300)의 회전에 의하여 이미지 센서(203)의 틸트각의 범위가 정해진다.

예를 들어, 도7에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(203)의 틸트각이 0°인 경우, 이미지 센서(203)의 촬상 가능 틸트각이 60°이고 거리측정장치의 하부에 의하여 촬상되지 않는 각도를 고려하여 촬상 범위를 틸트각이 0°~ 270°로 설정되면 수직 구동부(300)는 수평축을 중심으로 좌우로 105°씩 회전하게 된다. 또한, 거리측정장치의 수평 구동부(301)는 수직축을 중심으로 거리측정장치를 360°회전시켜 목표물의 이미지를 획득한다. 이러한 방식으로 목표물의 이미지를 획득하는 경우, 촬상 범위는 틸트각 0° ~ 270°이고 방위각 0°~ 360°의 구형이 된다.

도4에 도시된 바와 같이, 광 스캔 모드시, 수직 구동부(300)는 촬상 이미지에 의하여 스캔 범위가 선택되면 광 경로 변경 수단(201)이 목표물과 대면하도록 측정 모드 선택부(200)를 회전시킨다. 스캔 범위에 따라 광 경로 변경 수단(201)은 수직 구동부(300)과 수평 구동부(301)에 의하여 회전되어 광원(100)으로부터 광을 받아 목표물을 향하여 광을 방출하고 목표물에 반사된 광의 경로를 변경하여 광을 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드(202)에 전송한다.

메모리부(400)는 이미지 센서(203)으로부터 촬상된 이미지 데이터를 전송받아 저장하고 포토 다이오드(202)로부터 받은 전기적 신호를 거리측정데이터로 저장한다.

도5에 도시된 바와 같이, 중앙 처리 유닛(700)은 이미지 획득 모드가 선택된 경우, 설정 저장된 촬상 범위에 따라 수직 구동부(300)와 수평 구동부(301)를 제어한다. 이미지 처리부(500)는 중앙제어처리장치(700)의 명령을 받아 이미지 센서(203)에서 전송된 데이터를 3차원 공간 좌표로 변환하여 그 좌표값을 메모리부(400)에 저장시킨다.

또한, 중앙 처리 유닛(700)은 광 스캔 모드가 선택된 경우, 수직 구동부(300)와 수평 구동부(301)을 통하여 광 경로 변경 수단(201)의 위치를 제어한다. 거리측정부(600)는 중앙 처리 유닛(700)의 명령을 받아 광원(100)을 통하여 한다. 이미지 처리부(500)는 중앙 처리 유닛(700)의 명령을 받아 메모리부(400)에 저장된 좌표값에 따라 거리를 측정하고 메모리부(400)에 거리 데이터를 저장한다.

이제까지 본 발명에 대한 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 이 발명이 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 이해되어야 한다. 이 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 이 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 광 스캐너를 개략적으로 도시한 구성 블록도,

도 2는 종래의 다른 광 스캐너를 개략적으로 도시한 구성 블록도,

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너의 이미지 획득 모드를 나타내는 구성도,

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너의 광 스캔 모드를 나타내는 구성도,

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 광 스캐너의 내부 구성을 나타내는 블록도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 모드 선택부의 구성을 나타내는 사시도,

도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 CCD 카메라의 촬상범위를 나타내는 확대도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

1: 레이저 광학계 2: CCD 카메라

3: 광학 구동계 4: CCD 카메라 구동계

100: 광원 200: 측정 모드 선택부

201: 광 경로 변경 수단 202: 포토 다이오드

203: 이미지 센서 204: 연결 새프트

300: 수직 구동부 301: 수평 구동부

400: 메모리부 500: 이미지 처리부

600: 거리 측정부 700: 중앙 처리 유닛

Claims

광 스캐너에 있어서,

광 스캔 모드시 측정 대상에 광을 공급하기 위한 광을 발생하는 광원;

일면에 광 스캔 모드시 상기 광원으로부터 광 또는 목표물에서 반사된 광의 경로를 변경하는 광 경로 변경 수단과 타면에 이미지 획득 모드시 측정 대상의 이미지를 획득하기 위한 이미지 센서를 포함하는 측정 모드 선택부;

상기 측정 모드 선택부의 틸트각을 제어하는 수직 구동부;

광 스캔 모드에서 시간 측정 데이터와 이미지 획득 모드에서 이미지 센서의 이미지 데이터를 저장하는 메모리부;

상기 메모리부로부터 데이터를 전송받아 이미지로 표시하는 이미지 처리부;

상기 메모리부로부터 시간 측정 데이터를 받아 목표물의 거리를 측정하는 거리 측정부; 및

광 스캔 모드와 이미지 획득 모드를 선택하고 상기 이미지 처리부와 상기 거리 측정부에 데이터를 처리하는 명령을 전송하는 중앙 처리 유닛을 포함하는 광 스캐너.
제1항에 있어서,

상기 측정 모드 선택부의 방위각을 제어하는 수평 구동부를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 광 스캐너.
제1항에 있어서,

상기 이미지 센서는 CMOS인 광 스캐너.
제1항에 있어서,

상기 측정 모드 선택부와 상기 수직 구동부를 연결하는 연결 새프트를 더 포함하는 광 스캐너.
제1항에 있어서,

상기 측정 모드 선택부는 상기 수직 구동부와 동일축 상에 위치하는 광 스캐너.
제2항에 있어서,

상기 측정 모드 선택부는 상기 수평 구동부와 동일축 상에 위치하는 광 스캐너.
제1항에 있어서,

상기 광원은 레이저 다이오드인 광 스캐너.