KR20010041694A - Optical sensor system for detecting the position of an object - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수평 광대(光帶)를 발생시키는 특별한 광원에 관한 것이다. 상기 광대는 센서 시스템의 근처에 있는 물체에 의해 반사되고 특별한 이미징 장치에 의해 광전 변환기로 전달된다. 상기 이미징 장치는 원거리에 위치한 물체가 조금 더 멀리 떨어져 있는 것으로 나타나도록 하는 방식으로 구성됨으로써, 선형 해상도를 갖는 일반적인 물체로부터 전체 이미징 영역에 걸쳐서 센서 시스템으로부터 멀리 떨어져있는 물체의 더 나은 위치 해상도를 얻을 수 있다. 바람직하게는 발광 소자로서 발광 다이오드가 원통형 미러의 광축상에 제공된다. 광전 변환기에 의해 방사된 전기 신호가 그 위치에 관하여 평가 유닛에 의해 평가되며, 평가 유닛이 삼각 측량을 사용하여 빛을 반사시킨 물체의 거리를 측정한다.The present invention relates to a particular light source for generating horizontal clowns. The clown is reflected by an object in the vicinity of the sensor system and transmitted to the photoelectric converter by a special imaging device. The imaging device is constructed in such a way that objects located at a distance appear to be a little further away, so that a better positional resolution of an object farther from the sensor system can be obtained over the entire imaging area from a general object with linear resolution. have. Preferably, a light emitting diode is provided on the optical axis of the cylindrical mirror as a light emitting element. The electrical signal emitted by the photoelectric converter is evaluated by the evaluation unit with respect to its position, and the evaluation unit uses triangulation to measure the distance of the object that reflected light.
Description
개발 및 설계 단계에 있는 자율 이동 시스템을 앞으로는 가정 생활에서도 점점 더 자주 보게 될 것이다. 상기 시스템은 가정에서 운반 및 청소 작업을 처리할 것이며, 자신에게 부과된 임무를 방향 설정 시스템의 도움으로 자율적으로 수행한다. 상기 방향 설정 시스템은 자율 이동 시스템이 그 환경의 이미지를 만들어낼 수 있게 해 준다. 이 경우 자율 이동 유닛 주변의 장애물을 검출하기 위한 센서 시스템에는 상이한 거리 설정 및 평가 알고리즘과 함께 중요한 의미가 부여된다. 자율 이동 시스템에 대한 소비자들의 관심을 유발하기 위해서는, 상기 시스템의 다수의 부품에 있어서 저렴한 가격으로 및 기술적으로 간단하게 제조될 수 있는 것이 매우 중요하다. 따라서 자율 이동 시스템 주변의 물체 위치 검출용 센서 시스템은 내구성이 있어야 하며, 가격이 저렴하게 제조될 수 있어야 한다.In the future, autonomous mobility systems in development and design will be seen more and more often in family life. The system will handle the transport and cleaning tasks at home and autonomously perform the tasks assigned to it with the help of a directional system. The orientation system allows the autonomous movement system to produce an image of the environment. In this case, the sensor system for detecting obstacles around the autonomous mobile unit is given important meaning along with different distance setting and evaluation algorithms. In order to induce consumer interest in autonomous mobile systems, it is very important to be able to manufacture them inexpensively and technically simply for a large number of components of the system. Therefore, the sensor system for detecting object position around the autonomous movement system must be durable and can be manufactured at low cost.
삼각 측량에 의해 물체 검출을 수행하는 광 센서 시스템이 선행 기술에 공지되어있다. 특별한 측정 방법으로는 광대 조명에 의한 능동 광 삼각 측량을 실행하는 것이 있다. 이러한 측정 시스템의 주 부재는 예컨대 공간내 광대을 조명하는 광원, 광 이미징 시스템, 2차원 이미지 수신기 및 상기 이미지 수신기로부터 수신된 신호의 처리 및 평가용 전자 장치로 구성된다. 삼각 측량을 실행하기 위해서 상기 시스템은 공간 광대만 조명하는 광원을 필요로 한다. 상기 광원의 중요한 특징은 방출된 상기 광원의 조명 출력의 표면 밀도이다. 상기 광원의 출력 밀도는 어두운 물체도 인식할 수 있기 위해 충분히 커야 한다. 상기 광원의 또 다른 특징은 검출 가능한 공간 영역뿐만 아니라 검출된 물체의 위치 측정시 해상도에도 영향을 미치는, 조명된 광대의 두께이다.Optical sensor systems for performing object detection by triangulation are known in the prior art. A special measurement method is to perform active light triangulation with clown illumination. The main member of such a measurement system consists, for example, of a light source illuminating the vastness in space, an optical imaging system, a two-dimensional image receiver and an electronic device for processing and evaluation of signals received from the image receiver. To perform triangulation the system needs a light source that illuminates only the spatial vastness. An important feature of the light source is the surface density of the illumination output of the emitted light source. The power density of the light source must be large enough to recognize dark objects. Another feature of the light source is the thickness of the illuminated clown, which affects not only the detectable spatial area but also the resolution in measuring the position of the detected object.
현재 발광대(發光帶)의 제공을 위한 광원의 실시예에 대한 하기의 가능성들이 공지되어있다. 즉, 레이저원의 빛 또는 형광 램프, 할로겐 램프 내지는 아크 램프의 광선을 평행하게 하는 콜리메이터 대물렌즈 앞의 원통 렌즈, 그리고 콜리메이터 대물렌즈 및 구형 미러를 통한 상기 콜리메이터 대물렌즈의 방사를 이용하여 형광 램프 또는 할로겐 램프로부터 방출된 빛을 평행하게 하는 방법이 있다. 이 경우 사용된 이미징 시스템은 특히 2 가지 주요 요구 사항을 충족해야 한다. 첫째, 측정될 공간 영역을 2차원 이미지 검출기의 표면으로 투사해야 하며, 둘째, 측정될 물체와 관련하여 바람직한 위치 해상도를 보증해야 한다. 이와 관련하여 위치 해상력은 광전 변환기에서의 이미징에 따라 해상될 수 있는, 물체 사이의 최소 거리를 의미한다. 상기 거리는 이미징 시스템에 의한 것과 마찬가지로 사용된 변환기에 의해 측정된다. 이러한 경우 큰 공간 영역을 가능한한 완전 반공간의 형태로 넓은 각도로 투사하고, 동일한 대물 렌즈를 사용하여 충분한 거리 해상력을 달성하려는 목적은 모순되는 조건이 된다. 상기 이미징 시스템을 통해 측정 가능한 공간 영역을 확대하기 위한 가능 수단은 왜곡이 없는 이미지를 생성하는 광각 대물 렌즈를 사용하는 것이다. 그러나 다수의 렌즈를 갖는 상기 대물 렌즈는 그 주변의 완전 반공간을 투사할 수 없다는 단점이 있다. 완전 반공간을 투사하는 다른 대물 렌즈들은 한편 더이상 왜곡되지 않게 작동하며, 구입 비용이 비싸다. 또한 왜곡된 대물 렌즈는 삼각 측량시 위치 해상도에 영향을 미친다. 이 경우 이미징 시스템에서 가까운 곳에 놓인 2 개의 인접한 물체로부터 재산란된 빛의 이미지 사이의 초평면내 거리는 이미징 시스템으로부터 훨씬 멀리 떨어져있는 2 개의 인접한 물체의 경우보다 더 크게 나타난다. 이는 대물 렌즈 또는 이미징 시스템의 증가하는 거리에 의해 위치 해상도가 점점 악화되는 결과를 가져온다. 일반 대물 렌즈에서와 마찬가지로, 일반적인 또는 비구면 굴절면이 사용됨으로써, 이미징 시스템으로부터 멀리 떨어져있는 물체가 서로로부터 충분히 투사될 수 없다. 상기 물체의 이미징을 위해서는 문헌에 공지되어있지는 않으나, 이러한 특정 목적에 최적화된 광 이미징 부재의 사용이 요구될 수도 있다.At the present time the following possibilities for the embodiment of the light source for the provision of a light emitting band are known. That is, the fluorescent lamp or the fluorescent lamp using the radiation of the collimator objective lens through the collimator objective lens and the spherical mirror, and the cylindrical lens in front of the collimator objective lens to parallel the light of the laser source or the fluorescent lamp, the halogen lamp or the arc lamp There is a method of parallelizing the light emitted from the halogen lamps. The imaging system used in this case must in particular fulfill two main requirements. Firstly, the spatial area to be measured must be projected onto the surface of the two-dimensional image detector, and second, to ensure the desired position resolution in relation to the object to be measured. In this regard, position resolution means the minimum distance between objects that can be resolved upon imaging in a photoelectric converter. The distance is measured by the transducer used as with the imaging system. In this case, the objective of projecting a large spatial area at a wide angle in the form of a perfect half-space as possible, and achieving sufficient distance resolution using the same objective lens, is a contradictory condition. A possible means for enlarging the area of measurable space through the imaging system is to use a wide-angle objective lens that produces an image free of distortion. However, the objective lens having a plurality of lenses has a disadvantage in that it cannot project the full half space around it. Other objective lenses that project a full half-space on the other hand operate no longer distorted and are expensive to purchase. Distorted objectives also affect position resolution during triangulation. In this case, the in-plane distance between the images of the distracted light from two adjacent objects placed close to the imaging system is greater than that of two adjacent objects farther away from the imaging system. This results in progressively worsening position resolution by increasing distance of the objective lens or imaging system. As with normal objective lenses, normal or aspheric refractive surfaces are used so that objects remote from the imaging system cannot be sufficiently projected from each other. Although not known in the literature for the imaging of such objects, the use of optical imaging members optimized for this particular purpose may be required.
발명의 명칭이 "Visual navigation and obstacle avoidance structured light system"인 유럽 공개 특허 EP 0 358 628 A2호에는 이동식 차량에 적용하기 위한 삼각 측량 시스템이 공지되어있으며, 광대 조명 및 일반 대물렌즈를 이용한 상기 시스템은 이미징 시스템내에서 작동한다. 상기 방법의 단점은 한편으로는 차량이 운동 방향의 앞쪽에 위치한 물체만 감지할 수 있으며, 다른 한편으로는 일반 대물 렌즈를 사용함으로써 물체의 거리 측정을 위해 제한된 영역 또는 적절한 해상도를 갖는 근접한 물체만 사용될 수 있다는 것이다.In European Patent Publication EP 0 358 628 A2, entitled "Visual navigation and obstacle avoidance structured light system", a triangulation system for application to a mobile vehicle is known, and the system using a clown light and a general objective lens is known. It works in an imaging system. The disadvantage of this method is that on the one hand the vehicle can only detect the object located in front of the direction of motion, and on the other hand, by using a general objective lens, only a close area with a limited area or an appropriate resolution can be used for measuring the distance of the object. Can be.
R. A. Jarvis, J. C. Byrne 저, "An automated guided vehicle with map building and path finding capabilities"; R. C. Bolles, B. Roth 발행, 제 4회 로봇 연구에 관한 국제 심포지엄, p. 497-504, 1998; 및 , 1992년 5월 프랑스 니스에서 열린 1992 IEEE 로봇과 자동화에 대한 국제 회의에서 Y. Yagi, Y. Nishizawa, M. Yachida 저, "Map based navigation of the mobile robot using omnidirectional image sensor COPIS, Proc.에는 구형 미러 및 그 대물 렌즈를 사용하여 주변의 이미징을 실행하는 것이 공지되어있다. 이용된 상기 구형 미러는 대물 렌즈가 멀리 이격 배치된 경우 시스템의 해상력을 변경시키지 않는다. 이것은 또한 카메라 렌즈를 통해서도 규명된다. 1991년 4월 캘리포니아, 새크라멘토에서 열린 1991 로봇과 자동화에 대한 국제 회의의 J. Hong, X. Tan, B. Pinette, R. Weiss, E. M. Riseman 저, "Image-based Homing, Proc. 문서에는 구면 볼을 사용한 주변 이미징을 실행하는 것이 공지되어있다. 그러나 이 경우에는 삼각 측량에 사용될 수 있는 어떠한 광대 조명도 도입되지 않는다. 이러한 소위 수동 시스템은 물체가 공지된 고도를 갖는 광선에 의해 조명되지 않음으로써 삼각 측량이 실행될 수 없기 때문에 위치 정보를 추론하기가 매우 어렵다는 단점을 갖는다. 평가를 위해서는 계산기 용량에 있어서 높은 비용을 요구하는 실시간 이미지 처리 시스템을 이용해야만 한다. 또한 P. Greguss 저, "PAL-optik basierende Instrumente fuer Raumforschung und Robot-Technik, in Laser und Optoelektronik 28 (5)/1996, p. 43-49에 자율 이동 로봇에 항해용 PAL-대물 렌즈를 사용하는 것이 공지되어있다. Greguss의 상기 PAL-대물 렌즈는 반사 및 굴절되는 2 개의 비구면 표면을 가지며, 완전 반공간을 투사하는, 넓은 각도의 이미징 부재이다. 또한 상기 문서에는 능동 삼각 측량을 이용하는, 로봇용 장애물 인식 시스템으로서 PAL-광학 수단을 사용하는 것이 공지되어있다.By R. A. Jarvis, J. C. Byrne, "An automated guided vehicle with map building and path finding capabilities"; R. C. Bolles, published by B. Roth, 4th International Symposium on Robotics Research, p. 497-504, 1998; And, “Map based navigation of the mobile robot using omnidirectional image sensor COPIS, Proc.,” At Y. Yagi, Y. Nishizawa, M. Yachida at the 1992 IEEE International Conference on Robotics and Automation in Nice, May 1992. It is known to perform peripheral imaging using a spherical mirror and its objective lens, the spherical mirror used does not change the resolution of the system when the objective lens is spaced apart. J. Hong, X. Tan, B. Pinette, R. Weiss, EM Riseman at the 1991 International Conference on Robotics and Automation in Sacramento, California, April 1991, “Image-based Homing, Proc. It is well known in the document to perform peripheral imaging using spherical balls. However, no clown lights are introduced in this case that can be used for triangulation. Such a so-called passive system has the disadvantage that it is very difficult to infer positional information because triangulation cannot be carried out because the object is not illuminated by light rays of known altitude. Evaluation requires the use of real-time image processing systems that require high costs for calculator capacity. See also P. Greguss, "PAL-optik basierende Instrumente fuer Raumforschung und Robot-Technik, in Laser und Optoelektronik 28 (5) / 1996, p. 43-49. The PAL-objective of Greguss is a wide-angle imaging member that has two aspherical surfaces that reflect and refract and project a full half-space, and the document also uses an obstacle for robots, which uses active triangulation. It is known to use PAL-optical means as recognition systems.
본 발명은 물체를 검출하고 상기 물체의 위치를 측정하기 위한 광 센서 시스템에 관한 것이다. 바람직하게는 상기 센서 시스템이 자율 이동 시스템에 설치됨으로써, 낯선 환경에서의 방향 설정을 가능하게 한다.The present invention relates to an optical sensor system for detecting an object and measuring the position of the object. Preferably the sensor system is installed in an autonomous mobile system, thereby enabling orientation in unfamiliar environments.
도 1은 센서 시스템의 실시예:1 illustrates an embodiment of a sensor system:
도 2는 사용된 가능의 가능 구조에 대한 측면도;2 is a side view of a possible structure of the possible used;
도 3은 센서 시스템 주변에 광대를 발생시키기 위한 가능 장치의 대략도;3 is a schematic of a possible device for generating a clown around a sensor system;
도 4는 센서 시스템 주변에 광대를 발생시키기 위한 가능 장치의 제 2 실시예;4 shows a second embodiment of a possible device for generating a clown around a sensor system;
도 5는 이미징 장치 주변에 광대를 발생시키기 위한 제 2 실시예;5 is a second embodiment for generating a clown around an imaging device;
도 6은 차량 또는 로봇의 센서 시스템의 가능 구조에 대한 측면도;6 is a side view of a possible structure of a sensor system of a vehicle or a robot;
도 7은 센서 시스템 및 차량의 평면도;7 is a plan view of the sensor system and the vehicle;
도 8은 1차원적 광전 변환기를 사용하기 위한 센서 시스템;8 is a sensor system for using a one-dimensional photoelectric converter;
도 9는 2차원적 광 위치 검출기의 실시예이다.9 is an embodiment of a two-dimensional light position detector.
본 발명의 목적은 예컨대 자율 이동 로봇과 같은 이동식 차량에 사용될 수 있고, 기술적으로 간단히 구혈되며, 차량 주위의 모든 방향에 있는 장애물의 감지를 가능하게 하는 광 센서 시스템을 제공하는 것이다. 상기 시스템의 이미징 시스템은 시스템으로부터 50 cm 이하의 근거리내 물체의 위치뿐만 아니라, 2 m 이상의 원거리의 물체 위치It is an object of the present invention to provide an optical sensor system that can be used, for example, in a mobile vehicle such as an autonomous mobile robot, which is simply technically blood donated, and which enables the detection of obstacles in all directions around the vehicle. The imaging system of the system is positioned not only within 50 cm of the object from the system, but also at a distance of 2 m or more.
상기 목적은 청구항 제 1항의 특징들에 따라 달성된다. 본 발명의 개선예들은 종속항에 제시되어있다.This object is achieved according to the features of claim 1. Improvements of the invention are set out in the dependent claims.
바람직하게는 기술된 센서 시스템이 자율 이동 유닛의 주위를 상기 유닛 주변의 광대 형태로 조명하는 광원으로 구성된다. 왜냐하면 그렇게 해야 유닛 주면의 장애물 또는 물체를 동시 감지할 수 있기 때문이다. 또한 바람직하게는 서로 층을 이루어 배치된 다수의 광원이 제공될 수 있으며, 상기 광원은 시간에 따라 상이한 간격으로 접속됨으로써 공간의 상이한 고도 치수가 검출 또는 측정될 수 있다. 바람직하게는 조명된 물체로부터 재산란된 빛이 단 하나의 아치형 구면 또는 비구면 반사 표면을 갖는 넓은 각도의 특정 이미징 부재의 사용을 통해, 대물 렌즈와 필터 및 광전 변환기와 결합되어 실행되며, 그 주변이 이미징 시스템에 의해 변환기상에 투사된다. 이러한 구조에 의해 가능한한 낮은 기술 비용으로 본 발명의 목적이 달성될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 개선예에서 최고의 공간 커버링 및 최고의 위치 해상력이 달성되며, 스플라인-기능을 이용한, 넓은 각도의 이미징 부재의 비구면 반사 표면의 형상이 기술된다. 상기 스플라인 기능은 다음과 같은 방식에 의한 이미징 부재의 형상을 나타낸다. 즉, 스플라인-기능을 통해 사용된 대물 렌즈의 종류에 따라 더 멀리 있는 영역이 확대되어 표시되며, 원거리 영역 및 각 원거리 영역에 적합한, 비구면 이미징 부재의 부분 영역이 나타남으로써, 검출 영역의 각 전이 지점내 다항식 함수가 동일한 값 및 동일한 도함수를 갖는다. 그로 인해 사용된 함수는 연속적이며, 나누어지지 않게 된다. 상기 이미징 부재를 사용함으로써 바람직하게는 일반적인 가시 각도를 갖는 간단한 대물 렌즈가 본 발명의 개선예에 필요한 넓은 각도의 선형성 이미징 특성 곡선을 위해 사용될 수 있다. 스플라인-기능을 도입함으로써 멀리 떨어진 영역으로부터 재산란된 빛이 대물 렌즈에 의해 투과되기 전에 의도한 대로 미리 왜곡됨에 따라, 더 멀리 있는 영역이 평상시 사용된 대물 렌즈에 의한 것보다 더 높은 해상도에 의해 표시될 수 있다. 상기 방식으로 넓은 각도의, 선형성 광 시스템을 제조하는데 있어서 간단하고 경제적인 방법을 제공하는 이미징 시스템이 이용된다.Preferably the described sensor system consists of a light source that illuminates the perimeter of the autonomous mobile unit in the form of a clown around the unit. This is because it can simultaneously detect obstacles or objects on the main unit surface. Also preferably a plurality of light sources can be provided arranged in layers with each other, and the light sources can be connected at different intervals over time so that different elevation dimensions of the space can be detected or measured. Preferably light scattered from an illuminated object is carried out in combination with an objective lens, a filter and a photoelectric transducer, through the use of a wide angle specific imaging member having only one arcuate spherical or aspheric reflective surface, the surroundings of which are imaged Projected on the transducer by the system. By this structure, the object of the present invention can be achieved at the lowest possible technical cost. Preferably in the refinement of the invention the best spatial covering and the best position resolution are achieved and the shape of the aspherical reflective surface of the wide angle imaging member, using the spline-function, is described. The spline function represents the shape of the imaging member in the following manner. That is, according to the type of the objective lens used through the spline function, the farther area is enlarged and displayed, and the partial area of the aspherical imaging member, which is suitable for the far area and each far area, is displayed, so that each transition point of the detection area is displayed. My polynomial function has the same value and the same derivative. The function used is contiguous and indivisible. By using the imaging member, a simple objective lens, preferably having a general viewing angle, can be used for the wide angle linearity imaging characteristic curve required for the refinement of the invention. By introducing spline-functions, the distracted light from distant areas is pre-distorted as intended before being transmitted by the objective lens, so that the farther areas may be displayed with higher resolution than by the normally used objective lens. Can be. In this way an imaging system is used which provides a simple and economical method for producing a wide angle, linear light system.
하기에 본 발명의 실시예가 도면에 따라 자세히 설명된다.The embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the drawings.
도 1에 나타난 것처럼, 4 개의 광원(1)에 의해 공간 광대 주위를 조명하는 공지된 센서 시스템의 가능한 실시예가 존재한다. 광대의 조명을 위한 상기 광원의 구조에서 특히 상기 광대가 센서가 장착된 자율 이동 유닛이 이동하는 받침대에 대해 평행한 평면에 놓인다는 것을 주의해야 한다. 이러한 평행 평면 구조가 불가능한 경우, 삼각 측량을 하기가 어렵게 되고, 반사된 광선의 평가시 상기 광선의 상이한 상대 위치에 있는 반사성 물체를 비춤으로써 물체의 거리를 측정하기 위한 삼각 측량에 대해 상이하게 삼각 측량 각도가 주어진다는 것에 주의해야 한다. 이 때 광원(1)은 공간을 조명하는 광대(2)를 발생시킨다. 사용된 이미징 부재(4)가 물체(3)로부터 재산란된 빛을 대물 렌즈(6)를 통해 광전 변환기(7)상으로 투사하고, 상기 광전 변환기를 카메라(5)의 2차원 CCD-이미지 검출기로서의 상기 장치에서 구현된다. 광전 변환기(7)는 예컨대 계산기내에 존재하는, 물체 위치 측정용 센서 시스템의 부품인 전자 평가 장치(8)와 결합되어 존재한다. 상기 전자 평가 장치(8)는 광전 변환기(7)상에 투사된 이미지에 따라 능동 광 삼각 측량의 원리를 이용하여 물체(3)의 위치를 측정하며, 특히 대물 렌즈(6) 및 이미징 부재(4)의 이미지 특성이 광선이 조명되는 평면의 높이와 결합되어 사용된다. 바람직하게는 예컨대 이동식 로봇과 같은 이동식 차량(12)에 상기 센서 시스템이 설치된다. 이 경우 차량(12) 또는 로봇의 제어에 대한 실제 정보가 전자 평가 장치(8)로부터 측정되고, 상기 정보의 결과에 따라 유닛의 다른 주행 구간(거리)가 확정된다. 상기 정보는 예컨대 물체(3)의 위치를 알려주며, 차량(12)은 상기 물체 밑으로 또는 물체들 사이로 통과하여 이동해야 한다.As shown in FIG. 1, there is a possible embodiment of the known sensor system which illuminates around the space vastity by four light sources 1. In the construction of the light source for illumination of the clown it should be noted that the clown is in particular lying in a plane parallel to the pedestal to which the autonomous mobile unit equipped with the sensor moves. If such a parallel plane structure is not possible, triangulation becomes difficult, and triangulation differs for triangulation for measuring the distance of an object by illuminating a reflective object at different relative positions of said ray upon evaluation of the reflected ray. Note that the angle is given. At this time, the light source 1 generates the clown 2 which illuminates the space. The imaging member 4 used projects the light scattered from the object 3 through the objective lens 6 onto the photoelectric converter 7, and the photoelectric converter as a two-dimensional CCD-image detector of the camera 5. Implemented in the device. The photoelectric converter 7 is present in combination with an electronic evaluation device 8, which is part of a sensor system for measuring object position, for example, present in a calculator. The electronic evaluation device 8 measures the position of the object 3 using the principle of active light triangulation according to the image projected on the photoelectric converter 7, in particular the objective lens 6 and the imaging member 4. ) Is used in combination with the height of the plane in which the rays are illuminated. Preferably the sensor system is installed in a mobile vehicle 12 such as a mobile robot. In this case, actual information about the control of the vehicle 12 or the robot is measured from the electronic evaluation device 8, and another running section (distance) of the unit is determined according to the result of the information. The information informs, for example, of the position of the object 3, and the vehicle 12 must move through and under the object or between the objects.
도 1에 제시된 실시예에서는 이미징 부재(4)의 광축이 광원(1)으로부터 방출된 광대(2)에 대해 바람직하게는 수직으로 배치된다. 상기 실시예에서는 이미징 부재(4)가 구면 또는 비구면의 반사 표면(9)을 갖는 광 부재로서 구형되며, 상기 반사 표면(9)의 외측이 반사된 광선의 이미징을 위해 이미징 시스템내에 삽입된다. 광원으로부터 방출된 광대(光帶) 및 물체(3)에 의해 반사된 광선은, 숫자가 표시된 빔 경로에 의해 개략적으로 도시된 것처럼, 이미징 부재(4)에 의해 물체(3)를 통해 광 검출기(7)로 방사된다. 광 검출기(7)상에서 충돌하는 광선의 거리는 물체 및 이미징 부재(4)의 이미징 특성에 따라서 센서 시스템으로부터 물체(3)의 거리에 대해 특징지어진다. 도 1에 제시된 센서 시스템의 실시예에서는 각각 임의의 2차원 이미지 검출기(7)가 설치될 수 있다. 예를 드면, 2차원 CCD-센서 대신 포토 다이오드 매트릭스가 광전 변환기(7)로서 사용될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, the optical axis of the imaging member 4 is preferably arranged perpendicularly to the clown 2 emitted from the light source 1. In this embodiment, the imaging member 4 is spherical as a light member having a spherical or aspheric reflective surface 9, and the outside of the reflective surface 9 is inserted into the imaging system for imaging of the reflected rays. The light emitted from the clown and the object 3 emitted from the light source is passed through the object 3 by the imaging member 4, as shown schematically by the numerically indicated beam path. 7) is radiated. The distance of the light beams impinging on the light detector 7 is characterized with respect to the distance of the object 3 from the sensor system according to the imaging properties of the object and the imaging member 4. In the embodiment of the sensor system shown in FIG. 1, each two-dimensional image detector 7 can be installed. For example, a photodiode matrix can be used as the photoelectric converter 7 instead of the two-dimensional CCD-sensor.
도 2는 응용된 광원(1)의 가능한 기본 실시예에 대한 측면도이다. 도 2에 도시된 광원(1)은 바람직하게는 비구면 횡단면을 갖는 원통형 미러(11) 및 예컨대 발광 다이오드일 수 있는 발광체(10)로 구성된다. 상기 발광체는 원통형 미러(11)의 초점 라인에 존재한다. 발광체(10)는 비구면 원통형 미러(11)의 초점 라인에 차례대로 배치됨으로써 발광체(10)의 발광된 표면이 비구면 원통형 미러(11)쪽을 향한다. 발광체(10)로부터 방사된 빛은 먼저 비구면 원통형 미러(11)에 도달한 다음 광대(2)로서 미러를 통해 방사되어 투사된다. 발광체(10)에 매칭된 비구면 미러 형상을 도입함으로써 광원(1)이 나란히 놓인 광대를 조명할 수 있다. 이와 관련하여 발광 다이오드(LED)는 가격이 저렴하고 간단한 소형 광원이 될 수 있으며, 발광 다이오드의 선택된 구조를 통해 원통형 미러의 축에 가격이 저렴한 광원이 사용될 수 있다는 것이 설명된다.2 is a side view of a possible basic embodiment of the applied light source 1. The light source 1 shown in FIG. 2 is preferably composed of a cylindrical mirror 11 having an aspherical cross section and a luminous body 10, which may for example be a light emitting diode. The light emitter is present in the focal line of the cylindrical mirror 11. The light emitters 10 are arranged in order on the focal line of the aspherical cylindrical mirror 11 such that the emitted surface of the light emitter 10 faces the aspherical cylindrical mirror 11. The light emitted from the illuminant 10 first reaches the aspherical cylindrical mirror 11 and then is emitted and projected through the mirror as a clown 2. By introducing an aspherical mirror shape matched to the luminous body 10, the clowns with the light sources 1 side by side can be illuminated. In this regard, light emitting diodes (LEDs) can be inexpensive and simple small light sources, and the selected structure of light emitting diodes allows the use of inexpensive light sources on the axis of the cylindrical mirror.
도 3에는 원통형 미러의 일부로부터 광대(2)를 발생시키기 위해 가능한 기본 구조가 제시되어있다. 여기서는 원통형 미러(11)가 발광체(10)에 대해 소위 축외 구조이기 때문에, 도 2에 제시된 원통형 미러(11)의 일부만이 사용된다. 이러한 경우 바람직하게는 발광체(10)가 LED로서 형성되고, 비구면 원통형 미러의 초점 라인에 차례로 배치됨으로써, 상기 발광체의 발광된 표면이 비구면 원통형 미러쪽을 향하게 된다. 상기 광원에 의해 마찬가지로 센서 시스템에 유효하게 평행한 광선이 발생된다. 이것은 화살표로 나타낸 방사 경로에 의해 표시된다.3 shows a possible basic structure for generating the clown 2 from part of the cylindrical mirror. Since the cylindrical mirror 11 here is a so-called off-axis structure with respect to the light emitting body 10, only a part of the cylindrical mirror 11 shown in FIG. 2 is used. In this case, preferably, the light emitter 10 is formed as an LED, and is sequentially arranged in the focal line of the aspherical cylindrical mirror, so that the lighted surface of the light emitting body is directed toward the aspherical cylindrical mirror. The light source likewise generates light rays which are effectively parallel to the sensor system. This is indicated by the radiation path indicated by the arrow.
도 4에 나타난 바와 같이, 이미징 장치 주변을 조명하는 광대(2)를 발생시키기 위한 또 다른 가능 방법은 평행한 광선이 회전하며 변위되는 것이다. 회전식 광선(2)은 발광체(10) 및 콜리메이터 렌즈(14)가 축(t) 주위를 회전하며 변위되는 방식으로 발생된다. 또 다른 실시예로는 발광체(10) 및 콜리메이터 렌즈(14)가 고정되고, 광선(2)이 회전하는 미러를 통해 주위를 회전하는 것이 있다.As shown in FIG. 4, another possible way to generate the clown 2 for illuminating the periphery of the imaging device is for the parallel rays to rotate and be displaced. The rotary light beam 2 is generated in such a way that the luminous body 10 and the collimator lens 14 are displaced while rotating about the axis t. In another embodiment, the light emitter 10 and the collimator lens 14 are fixed and rotated around through a mirror in which the light beam 2 rotates.
도 5는 주위에 방사되는 광대(2)를 발생시키기 위한 제 2 가능 실시예를 나타낸다. 상기 실시예에서는 광대(2)가 원추형 미러(15)에 의해 발생된다. 이 경우 발광체(10)로부터 방사된 빛이 먼저 콜리메이터 렌즈(14)를 통해 평행하게 된 다음 원추형 미러(15)를 통해 바람직한 광대(2)로 뻗어나간다. 본 실시예에서는 발광체(10)로서 예컨대 백열 램프, 할로겐 램프, 아크 램프 또는 레이저가 사용될 수 있다.5 shows a second possible embodiment for generating the clown 2 radiating around. In this embodiment, the clown 2 is generated by the conical mirror 15. In this case the light emitted from the illuminant 10 first becomes parallel through the collimator lens 14 and then extends through the conical mirror 15 to the desired clown 2. In this embodiment, for example, an incandescent lamp, a halogen lamp, an arc lamp or a laser may be used as the light emitter 10.
도 6은 예컨대 서비스 로봇일 수 있는 자율 이동 유닛(12)에 설치되는 센서 시스템의 가능 구조를 나타낸다. 도 6은 측면도로 나타낸 것이다. 바람직하게는 이동식 시스템에 층을 이루어 배치된 다수의 광선이 발생될 수 있으며, 상기 광선은 층을 이루어 놓인 다수의 광원(1)으로부터 방출된다. 바람직하게는 광대(2)가 시간에 따라 서로 변위되어 발생하고, 맥동하며 방사된다. 다수의 광원이 층을 이루는 구조를 통해 장애물의 더 나은 레벨 편차에 도달할 수 있다. 가능한한 이동식 차량(12) 주위의 모든 장애물을 검출하고 측정할 수 있게 하기 위해서, 바람직하게는 2 개의 이미징 부재(4)에 이동식 차량(12)의 서로 반대편 모서리에 놓인 두 개의 부속 카메라가 제공된다. 전자 평가 장치를 통해 장애물의 삼각 측량시 삼각 측량 결과를 평가하기 위해 실제 접속된 광원의 상응하는 레벨 위치가 고려되는 것이 보증된다.6 shows a possible structure of the sensor system installed in the autonomous mobile unit 12, which may be, for example, a service robot. 6 is a side view. Preferably, a plurality of light rays arranged in layers can be generated in the mobile system, which light rays are emitted from the plurality of light sources 1 layered. Preferably, the clowns 2 are displaced from one another with time, pulsating and radiating. Multiple layered light sources can reach better level deviations of obstacles. In order to be able to detect and measure all obstacles around the mobile vehicle 12 as much as possible, two imaging members 4 are preferably provided with two accessory cameras positioned at opposite corners of the mobile vehicle 12. . It is ensured that the corresponding level position of the actually connected light source is taken into account for evaluating the triangulation result when triangulating the obstacle via the electronic evaluation device.
도 7은 예컨대 검출 시스템(13)의 수신 영역을 갖는 로봇과 같이 센서 시스템을 갖춘 이동식 차량(12)의 평면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 이동식 시스템(12)의 각 2 개의 대립 배치된 모서리에 개별 이미징 부재(4)가 제공된다. 2 개의 개별 이미징 부재(4)가 도 7에 도시된 것과 같은 방식으로 배치되면, 광 센서 시스템의 검출 영역(13)이 이동식 시스템(12)의 주변 전체 또는 이동식 시스템을 둘러싸는 전체 공간까지 확장될 수 있다.7 is a plan view of a mobile vehicle 12 equipped with a sensor system, such as a robot having a receiving area of the detection system 13, for example. As shown in FIG. 7, a separate imaging member 4 is provided at each of the two opposed edges of the movable system 12. If two separate imaging members 4 are arranged in the same manner as shown in FIG. 7, the detection area 13 of the optical sensor system can be extended to the entire periphery of the mobile system 12 or the entire space surrounding the mobile system. Can be.
도 8에는 광전 변환기(7)의 가능 실시예가 1차원 광전 변환기(7)의 형태로 도시되어있다. 이미징 부재(4)로부터 빛이 대물 렌즈(6)를 통해 초평면 내에서 이동하거나 바람직하게는 회전하는 1차원 광 검출기로 투사된다. 상기 광전 변환기(7)는 예컨대 1차원 위치 감지 검출기, 예컨대 CCD 또는 PSD로서 실행될 수 있다. 1차원 광 검출기가 초평면 내에서 이동하거나 바람직하게는 회전함으로써 전체 초평면내 광도 분포를 검출하며, 상기 초평면상에는 이미징 부재(4) 및 대물 렌즈(6)가 이동식 차량(12) 주위의 공간 영역을 이미징한다. 그렇게 하여 측정 결과가 얻어지며, 바람직하게는 중간 저장되거나 광전 센서의 회전수에 대해 동시에 평가가 이루어질 수 있다.A possible embodiment of the photoelectric converter 7 is shown in the form of a one-dimensional photoelectric converter 7 in FIG. 8. Light from the imaging member 4 is projected through the objective lens 6 to a one-dimensional light detector which moves or preferably rotates in the hyperplane. The photoelectric converter 7 can be implemented, for example, as a one-dimensional position sensing detector such as a CCD or a PSD. The one-dimensional photodetector detects the entire in-plane intensity distribution by moving or preferably rotating within the hyperplane, on which the imaging member 4 and the objective lens 6 image the spatial region around the mobile vehicle 12. do. In this way a measurement result is obtained, preferably intermediate storage or simultaneous evaluation of the number of revolutions of the photoelectric sensor.
도 9는 광전 변환기(7)의 또 다른 가능 실시예를 나타내며, 여기서는 상기 광전 변환기(7)가 2차원 위치 감지 검출기로서 도시되어있다. 본 실시예에서는 광전 변환기(7)가 그의 초평면내 대물 렌즈(6)의 뒤에 존재하는 2차원 위치 감지 검출기로서 실행된다. 본 실시예의 경우 대물 렌즈(6)와 광전 변환기(7) 사이에 갭(17)이 있는 비투과성 원판(16)이 존재한다. 상기 원판이 회전할 때 실제로 상기 갭(17)에 의해 덮이는, 위치 감지 검출기 위쪽의 영역이 항상 개방된다. 예컨대 광투과성 원판(16)의 갭(17)은 1°의 개구각을 갖는, 적절하게 규정된 공간 영역의 빛만을 투과할 수 있다. 상기 방식으로 임의로 각을 갖지 않는 방향 해상도에 도달할 수 있다. 선택될 갭의 폭은 재산란되는 빛의 양 또는 검출기의 감도 및 광원으로부터 방사되는 광선의 광도에 좌우된다. 도 4의 실시예에 나타난 것처럼, 회전하는 평행 광선을 광대(2)로서 이용하는 경우, 회전하는 광원에 의해 이미 방향 해상도가 고정되기 때문에 원판(16)을 사용할 필요가 없다. 요컨대, 기술된 센서 시스템에 의해 그 수신 영역이 공지된 실시예에서보다 더 크고, 그 이미징은 삼각 측량에 의한 다른 공지된 센서 시스템과 동일하다는 장점이 달성된다. 넓은 각도의 이미징을 통해 센서 시스템으로부터 멀리 떨어져있는 물체의 위치가 측정될 수 있다. 이 경우 이미징 부재(4)의 특정 형상이 센서 시스템의 전체 검출 영역내에서 동일한 거리 측정 해상도를 보증하며, 대물 렌즈(6)의 거의 불충분한 해상도를 센서 시스템의 거리내에서 보정한다. 왜냐 하면 거기로부터 반사된 광선이 산란되고, 그렇게 하여 더 멀어진 물체가 분산되기 때문이다.9 shows another possible embodiment of the photoelectric converter 7, in which the photoelectric converter 7 is shown as a two-dimensional position sensing detector. In this embodiment, the photoelectric converter 7 is executed as a two-dimensional position sensing detector present behind the in-plane objective lens 6 thereof. In the present embodiment there is a non-transmissive disc 16 with a gap 17 between the objective lens 6 and the photoelectric converter 7. The area above the position sensing detector, which is actually covered by the gap 17 when the disc rotates, is always open. For example, the gap 17 of the optically transmissive disc 16 can only transmit light in a suitably defined spatial region having an opening angle of 1 °. In this way it is possible to reach directional resolutions which do not have any angle at all. The width of the gap to be selected depends on the amount of light being disturbed or the sensitivity of the detector and the intensity of the light emitted from the light source. As shown in the embodiment of Fig. 4, when the rotating parallel light beam is used as the clown 2, it is not necessary to use the original plate 16 because the directional resolution is already fixed by the rotating light source. In short, the advantage is achieved with the described sensor system that the receiving area is larger than in the known embodiment, and that the imaging is the same as other known sensor systems by triangulation. Through wide angle imaging, the position of an object distant from the sensor system can be measured. In this case, the specific shape of the imaging member 4 guarantees the same distance measuring resolution within the entire detection area of the sensor system, and corrects almost insufficient resolution of the objective lens 6 within the distance of the sensor system. This is because light rays reflected from there are scattered, so that further objects are dispersed.
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