KR102233278B1

KR102233278B1 - 객체 추적 시스템

Info

Publication number: KR102233278B1
Application number: KR1020200143191A
Authority: KR
Inventors: 김도명
Original assignee: 김도명
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: US20230400581A1; WO2022092606A1

Abstract

본 발명은 광 센서를 포함하는 외부의 추적 객체로 광 펄스를 방출하는 객체 추적 시스템으로, 외부로 스위핑(Sweeping)된 광 펄스를 하나 이상의 광 송신부; 및 상기 광 송신부의 광 경로를 조정하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 광 송신부에서 방출되는 광이 소정각도 범위 내에서 왕복 스윕(Sweep)되도록 조절하여, 효율성이 보다 향상되는 객체 추적 시스템에 관한 것이다.

Description

객체 추적 시스템{OBJECT TRACKING SYSTEM}

본 발명은 객체 추적 시스템에 관한 것으로, 가상현실(virtual reality, VR) 또는 증강현실(Augmented Reality, AR)을 운용하기 위한 광학 기반의 객체 추적 시스템에 관한 것이다.

가상현실 또는 증강현실을 운용하기 위해서는 일반적으로 객체의 인식(Recognition), 검출(Detection) 및 추적(Tracking)에 관한 고도의 기술이 요구된다. 이 중에서 추적 기술은 객체에 부착된 마커를 추적하며, PTAM(Positional tracking and mapping for small AR workspaces)이나 SLAM(Simultaneous localization and mapping) 등의 현재 주지된 추적 기술은 카메라를 배치하고 주위 벽에 추적 마커를 설치하도록 구성된다.

다만, 카메라를 이용한 추적 기술은 정밀한 추적을 위해서는 보다 고 사양의 렌즈를 요구함에 따라 가격과 무게가 증가되는 문제점이 있으며, 이로 인해 최종 장비의 전체 중량 또한 증가되어 상품성이 저하되는 단점으로 이어진다. 이에 따라 한국공개특허공보 제10-2017-0106301호("위치 추적 시스템 및 방법", 2017.09.20. 공개, 이하 '종래기술'이라 함.)에서는, 팬형(fan-shaped) 레이저 빔을 방출하는 2개의 직교 회전자를 포함하는 추적 기술이 개시되어 있다. 이때, 도 1에서 도시된 바와 같이 위 종래기술에서는 레이저 광 펄스를 방출하는 송신부와, 광 센서를 포함하는 수신부를 포함하여, 장치의 중량 증가를 최소화하면서 추적 볼륨 및 추적 정밀도를 증대하는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 위 종래기술의 송신부는 수평회전자 및 수직회전자를 통해 X축 및 Y축으로 스위핑된 광 펄스가 일 방향으로 회전하면서 조사됨에 따라 최대 180°까지의 영역만 조사할 수 있는 한계점이 있으며, 나머지 영역으로 광이 방출되는 경우 장치에 가려져 그 효율성이 저하되는 단점이 있었다.

KR 10-2017-0106301 A(2017.09.20. 공개)

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 양 방향으로 왕복 회전 스윕되는 광 송신부를 통해 장치의 효율성을 극대화하는 객체 추적 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광 센서를 포함하는 외부의 추적 객체로 광 펄스를 방출하는 객체 추적 시스템에 있어서, 외부로 광 펄스를 방출하는 하나 이상의 광 송신부; 및 상기 광 송신부의 광 경로를 조정하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 광 송신부에서 방출되는 광이 소정각도 범위 내에서 왕복 스윕(Sweep)되도록 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 기계적 동력을 발생시키는 동력발생부; 및 상기 동력발생부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 동력발생부는, 각속도 ω로 구동되는 DC모터인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 상기 동력발생부의 회전력을 선형 운동으로 전환하는 전환부재; 및 상기 광 송신부와 전환부재를 연결하여 상기 광 송신부로 동력을 전달하는 연결부재;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광 송신부는 피벗(Pivot)을 중심으로 회전하되, 상기 광 송신부의 일단이 상기 연결부재와 연결되어, 상기 동력발생부가 일 방향으로 회전하면 상기 광 송신부의 타단이 소정각도 범위 내에서 왕복 운동할 수 있다.

또한, 상기 동력발생부의 회전중심 G₁으로부터 반경 R의 회전경로를 따라 구동하는 회전부재를 포함하되, 상기 회전부재의 위치에 따라 상기 전환부재와 연결부재가 상기 피벗을 기준으로 제1축(x-axis)으로 변위 S만큼 이동할 수 있다. (여기에서, -R ≤ S ≤ R)

또한, 본 발명의 객체 추적 시스템은, 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함하고. 상기 광 송신부의 타단이 회전한 스윕각 ψ는 아래의 식에 의해 연산될 수 있다.

(여기에서,

ψ = 피벗을 중심으로 광 송신부의 타단의 회전각도,

R = 회전부재의 회전반경,

P = 동력발생부의 G₁기준 제2축(y-axis)으로의 피벗의 변위,

ω = 동력발생부의 각속도 = 2π * Frequency,

t = 동력발생부의 작동시간.)

또한, 상기 동력발생부는, 소정각도 범위 내에서 방향이 전환되는 서보모터인 것을 특징으로 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 객체 추적 시스템은, 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함하고. 상기 광 송신부는 소정각도 범위 내에서 스윕각 ψ을 가지되, 상기 제어부는, 상기 구동부에 대한 제어 데이터를 주기 함수로 변환하여 상기 스윕각 ψ을 산출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 광 송신부가 일 방향으로 회전 시에 객체를 검출한 시간과, 상기 광 송신부가 타 방향으로 회전 시에 객체를 검출한 시간과의 시간차를 통해 상기 스윕각 ψ을 산출할 수도 있다.

또한, 상기 광 송신부에서 방출되는 광 펄스는, 데이터 비트(Data Bit) 및 스윕 비트(Sweep Bit)를 포함하고, 상기 스윕 비트는, 상기 광 송신부가 소정각도 범위 내에서 일 방향으로 회전 시에 발생되는 업 스윕 비트(Up Sweep Bit)와 상기 광 송신부가 소정각도 범위 내에서 타 방향으로 회전 시에 발생되는 다운 스윕 비트(Down Sweep Bit)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 광 송신부는 복수로 이루어져, 복수의 상기 광 송신부가 서로 다른 축으로 스위핑된 광 펄스를 방출하고, 상기 광 송신부의 광 펄스는, 스위핑된 축에 대한 데이터인 액시스 비트(Axis bit)를 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 광 송신부의 광 펄스는 일정 주기로 방출되되, 하나의 상기 광 송신부에서 방출되는 2개의 광 펄스 사이에, 다른 하나의 상기 광 송신부에서 방출되는 하나 이상의 광 펄스가 배치될 수도 있다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 객체 추적 시스템은, 양방향으로 스윕회전하는 광 송신부를 통해 기존 사각지대 영역에서 미 방출되는 단점을 해소함에 따라, 일정 영역에 대해서 보다 많은 광펄스를 방출할 수 있어 장치의 효율성을 보다 높일 수 있다.

아울러 본 발명의 객체 추적 시스템은, 복수의 광 송신부가 다수의 정보가 내장된 광 펄스를 서로 교번하여 송출함에 따라, 현재 광 송신부의 종류 및 자세 등의 관련 정보들을 쉽게 취득할 수 있어, 전체 시스템의 연산속도가 빨라지는 장점으로 이어질 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 위치 추적 시스템의 개략도.
도 2는 종래 기술과 본 발명에 따른 추적 시스템을 비교한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 광 송신부를 도시한 도면.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 광 송신부 및 구동부를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 적용되는 스카치 요크 메커니즘을 도시한 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 광 송신부 및 구동부를 도시한 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 광 송신부를 도시한 개략도 및 시간별 스윕각과 변위의 변화량을 나타낸 그래프.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 시간별 스윕각의 변화량을 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 2개의 광 송신부에서 발산되는 광 펄스의 신호를 도시한 도면.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 객체 추적 시스템을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 2는 종래기술과 본 발명에 따른 객체 추적 시스템을 서로 비교한 도면으로, 도 2-(a)는 종래기술에 따른 광 송신부의 정면도와 측면도의 개략도를, 도 2-(b)는 본 발명에 따른 광 송신부의 정면도와 측면도를 각각 나타낸다.

도 2-(a)를 참조하면, 종래의 광 송신부(10)는 방출구(11)를 통해 외부로 부채꼴형의 광 펄스(Optical Pulse)를 방출하며, 종래의 광 송신부(10)는 일 방향으로 회전하도록 구성된다. 이때 종래의 광 송신부(10)는 개방된 일면으로 상기 광 펄스가 방출되는 경우가 유효 영역(Fruitful Area)으로, 상기 유효 영역을 제외한 다른 영역에서는 다른 장치이나 하우징으로 인하여 외부로 광 펄스의 방출이 제한되는 문제점이 있었다.

이에 따라 도 2-(b)에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 객체 추적 시스템은 양방향 회전(Bidirectional Rotation)되는 광 송신부(100)를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 광 송신부(100)는 개방된 유효 영역으로 광 펄스를 지속적으로 방출할 수 있으며, 종래에 비교하며 등가의 회전운동에 비하여 보다 많은 광 펄스를 외부에 배치된 추적 객체의 광 센서로 방출할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 추적 시스템으로, 도 3은 양방향 회전되는 광 송신부를 포함하는 객체 추적 시스템을 도시한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 하나 이상의 광 송신부(100)를 포함할 수 있으며, 서로 다른 축에 배치되는 복수의 광 송신부(100)를 포함할 수도 있다. 이때 복수의 광 송신부(100)는 서로 직교되도록 배치되거나, 하나의 축에 복수의 광 수신부(100)가 배치되는 등 다양한 형태일 수 있다. 그리고 본 발명의 객체 추적 시스템은 발광 다이오드(200)를 더 포함하고, 상기 광 송신부(100) 상에 방출구(110) 및 수신구(120)가 형성될 수도 있다. 이때 상기 발광 다이오드(200)에서 조사된 빛은 상기 광 송신부(100)의 수신구(120)로 인입되어, 상기 광 송신부(100) 내부에 배치된 렌즈를 통해 방향 등이 전환됨에 따라, 상기 방출구(110)를 통해 외부로 조사될 수 있다.

본 발명의 객체 추적 시스템은 제어부(300)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어부(300)는 MCU(Micro Controller Unit) 등으로 이루어져, 상기 광 송신부(100)의 구동을 조절하도록 제어신호를 생성하거나, 상기 광 송신부(100)에서 방출되는 광 펄스 상에 데이터가 포함되도록 제어할 수도 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 추적 시스템으로, 도 4 내지 도 6은 양방향 제어되는 광 송신부를 연속적으로 도시한 도면을 나타낸다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 객체 추적 시스템은 광 송신부(100)의 자세를 조절하는 구동부(400)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 구동부(400)는 동력발생부(410)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 동력발생부(410)가 일 방향으로 회전하는 DC모터인 경우에는 상기 구동부(400)는 일 방향의 회전을 선형운동으로 전환하는 전환부재(420)를 더 포함하여, 상기 전환부재(420)의 선형운동으로 인해 상기 광 송신부(100)가 양방향 스윕운동하도록 제어될 수도 있다. 아울러 상기 동력발생부(410)는 서보모터로 이루어져 상기 광 송신부(100)와 바로 연결될 수 있으며, 상기 서보모터가 양방향으로 회전하여 상기 광 송신부(100)의 회전각도를 제어할 수도 있다. 그리고 상기 동력발생부(410)가 서보모터인 경우에는, IMU(Inertial Measurement Unit), 엔코더 또는 리볼저 더 포함하여, 상기 서보모터의 회전속도 또는 회전각도를 측정할 수도 있다. 또는 기 입력되는 데이터 테이블을 기준으로 서보모터의 특정 로드에 대하여 PWM 입력값에 대응되는 회전각을 출력할 수도 있다.

동력발생부(410)가 DC모터인 구동부(400)를 보다 상세히 설명하자면 다음과 같다. 본 발명에 따른 구동부(400)는 동력발생부(410), 전환부재(420), 회전부재(430), 가이드봉(440), 연결부재(450) 및 힌지부재(460)를 포함할 수도 있다. 이때 상기 회전부재(430)는 상기 동력발생부(410)와 연결되어 회전중심(410a)을 기준으로 일정 반경의 회전경로(410b)를 그리며 회전운동할 수 있다. 그리고 상기 전환부재(420)는 상기 회전부재(430)와 연결될 수 있으며, 상기 전환부재(420)의 내측에는 가이드홈(421)이 형성되어 상기 회전부재(430)의 구동력을 전달받을 수 있다.

도면 상의 좌우 방향을 제1축으로 상하 방향을 제2축으로 정의한다면, 상하좌우 평면 상에서 회전하는 상기 회전부재(430)의 위치가 변경되면, 상기 전환부재(420)는 좌우 측으로 이동하되 자세는 유지될 수 있다. 이때 상기 가이드봉(440)은 상기 전환부재(420) 상에 연결되어, 상기 전환부재(420)의 자세를 유지시킬 수 있다. 즉, 상기 전환부재(420)에는 상기 가이드봉(440)이 삽입되는 홀이 좌우측으로 연통되되, 상기 전환부재(420)의 홀과 상기 가이드봉(440)이 서로 대응되는 상하전호 방향의 직경을 가져 좌우 방향을 제외한 다른 방향으로의 이동을 제한하면서 회전 또한 제한할 수 있다. 여기서 상기 가이드봉(440)은 제1가이드봉(440a) 및 제2가이드봉(440b)을 포함하여 복수로 구성될 수 있으며, 서로 상하 방향으로 이격 배치될 수도 있다. 그리고 상기 전환부재(420)는, 제1가이드봉(440a)이 삽입되는 홀이 상기 가이드홈(421)의 상측에 배치되고, 제2가이드봉(440b)이 삽입되는 홀이 상기 가이드홈(421)의 하측에 배치될 수도 있다.

상기 연결부재(450)는 상기 전환부재(420)와 결합되어 선형으로 이동될 수 있으며, 상기 연결부재(450)의 일단은 상기 전환부재(420)와 연결되되 타단은 상기 광 송신부(100)의 일단과 연결될 수 있다. 이때 상기 연결부재(450)의 타단과 상기 광 송신부(100)의 일단은 서로 힌지부재(460)를 통해 힌지결합될 수도 있다.

상기 광 송신부(100)는 양단으로 길이가 형성될 수 있으며, 양단을 따라 제1몸체(101) 및 제2몸체(102)를 포함하는 다수의 몸체가 결합된 형태일 수도 있다. 그리고 상기 제1몸체(101) 및 제2몸체(102)는 상기 광 송신부(100)의 전체 길이를 가변하는 형태일 수 있으며, 일 예로 상기 제2몸체(102)에 삽입홈(102a)이 형성되어 상기 제1몸체(101)에 삽입될 수도 있다. 이때 상기 제1몸체(101)의 중심부는 상하좌우 방향으로 움직이지 않도록 피벗(101)이 배치될 수 있다. 아울러 상기 제2몸체(102)의 일단이 상기 연결부재(450)의 타단과 연결되어 일단의 위치가 좌우 측으로 변경되면, 상기 제2몸체(102)에서 상기 제1몸체(101)로 동력이 전달될 수 있다. 여기서 상기 제1몸체(101)는 중심부가 상기 피벗(101)으로 고정됨에 따라, 상기 피벗(101)을 중심으로 회전하는 형상으로 전환될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 추적 시스템으로, 도 7은 본 발명에 적용되는 스카치 요크 메커니즘을 도시한 도면을, 도 8 및 도 9는 광 송신부 및 구동부를 도시한 개략도를, 도 10은 광 송신부를 도시한 개략도와 시간별 스윕각과 변위의 변화량에 따른 그래프를 각각 나타낸다.

도 7을 참조하면, 상기 구동부(400)는 크랭크 운동을 통해 상기 동력발생부(410)의 회전력이 상기 전환부재(420) 및 연결부재(450)의 선형 운동으로 전환됨에 따라, 일정 각속도로 회전하는 상기 동력발생부(410)에 의해서 상기 전환부재(420) 및 연결부재(450)의 좌우방향 이동 변위(Displacement)는 시간에 따라 일정한 파형을 그릴 수 있다. 이와 더불어 상기 전환부재(420) 및 연결부재(450)의 속도(Velocity) 및 가속도(Acceleration) 성분 또한 산출이 가능함에 따라, 기 설정되는 알고리즘을 통해 상기 광 송신부(100)의 회전각도를 산출하는 것이 가능하다.

이하, 도 8 내지 도 10에서는 광 송신부(100)의 회전각도를 산출하는 알고리즘을 보다 명확하게 설명하기 위해 상술한 도 4 내지 도 6에서의 구성과 부호를 참조하여 설명한다. 여기서 상술한 제1축은 x축(x-axis)으로, 제2축은 y축(y-axis)로 치환하여 설명한다.

도 8을 참조하면, 상기 동력발생부(410)는 x-y축 평면으로 각속도 ω로 회전될 수 있으며, 상기 회전부재(430)는 상기 동력발생부(410)의 회전중심(410a)을 기준으로 회전반경 R의 회전경로(410b)를 따라 회전운동할 수 있다. 그리고 상기 회전부재(430)의 동력을 전달받은 상기 전환부재(420)는 상기 동력발생부(410)의 회전중심(410a)이 y축으로 연장된 기준 선을 중심으로 x축으로 변위 S만큼 이동될 수 있다. 이와 더불어 상기 전환부재(420)와 연결된 상기 연결부재(450) 또한 x축으로 변위 S만큼 이동될 수 있다. 이때 상기 광 송신부(100)의 피벗(101a, Pivot)은 상기 동력발생부(410)의 회전중심(410a)과 y축으로 이격거리 P만큼 이격될 수 있다.

상기 회전부재(430)와 상기 동력발생부(410)의 회전중심(410a)이 연결된 선은, 상기 회전중심(410a)의 y축 성분인 기준선과 소정의 회전각도 θ를 가질 수 있으며, 상기 회전각도 θ는 0°에서 일방향으로 회전하여 360°로 변화되고, 360°에서 0°로 리셋될 수 있다. 이때 상기 변위 S는 아래의 관계식 1을 통해 산출될 수 있다.

[관계식 1]

그리고 상기 광 송신부(100)의 타단은 상기 피벗(101a)을 중심으로 소정각도 범위 내에서 스윕각 ψ만큼 회전될 수 있으며, 상기 스윕각 ψ는 아래의 관계식 2를 통해 산출될 수 있다.

[관계식 2]

도 9를 참조하면, 상기 스윕각 ψ는 요구 FOV(Field of View) 사이로 제어될 수 있다. 이때 상기 광 송신부(100)가 상기 피벗(101a)의 y축으로 연장된 선을 중심으로 x축과 -x축으로 동일 각만큼 회전한다면, 일방향으로 회전된 상기 스윕각 ψ의 최대치는 아래 관계식 3의 조건이 주어질 수 있다.

[관계식 3]

이때 상기 광 송신부(100)의 피벗(101a, Pivot)과 상기 동력발생부(410)의 회전중심(410a)과의 y축 이격거리 P는 아래의 관계식 4에 의해서 산출될 수 있다.

[관계식 4]

이와 같이 상기 광 송신부(100)의 외부로의 방출 효율을 높이기 위한 방안으로, 주어지는 조건인 요구 FOV와 상기 회전부재(430)의 회전반경 R과의 관계식을 통해 최적의 구조를 산출할 수 있는 장점이 있다.

도 10을 참조하면, 상기 전환부재(420) 및 연결부재(450)와 연결되어 x축으로 변위 S만큼 이동되는 상기 광 송신부(100)의 타단과, 상기 광 송신부(100)의 타단과 상기 피벗(101a)까지의 y축 이격거리 P를 통해, 각속도 ω 또는 주파수(Frequency) 성분이 주어지면 상기 광 송신부(100)의 타단 측 스윕각 ψ의 시간별 변화량 추이가 아래의 관계식 5와 같이 산출될 수 있다.

[관계식 5]

그리고 상기 이격거리 P는 고정된 값으로, 시간에 따라 변화되는 x축으로의 변위 S를 시간별 성분으로 나타낸 관계식 6은 다음과 같다.

[관계식 6]

상기 스윕각 ψ의 최대 및 최소각은 회전반경 R과 이격거리 P를 통해 제어 및 산출될 수 있으며, 왕복하는 속도는 상기 동력발생부(410)의 각속도 ω를 통해 가변하거나 산출될 수 있음에 따라 다수의 광 송신부(100)를 보다 효율적으로 운용할 수 있는 장점으로 이어진다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 추적 시스템으로, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 시간별 스윕각의 변화량을 나타낸 그래프이다.

도 11을 참조하면, 상기 광 송신부(100)의 스윕각 ψ은 소정각도 범위 내에서 가변될 수 있으며, 상기 광 송신부(100)의 스윕각 ψ 시간별 추이는 위 관계식 6에 의해서 산출될 수 있다. 이때 도시된 바와 같이 일 방향으로의 최대 각에 도달한 상기 광 송신부(100)는 타 방향으로의 회전 전환이 이루어지고, 타 방향으로의 최대 각에 도달하면 다시 일 방향으로의 회전 전환이 될 수 있다. 이때 일 방향에서 타 방향으로의 회전을 다운 스윕(Down Sweep)으로, 타 방향에서 일 방향으로의 회전을 업 스윕(Up Sweep)으로 정의하면, 상기 광 송신부(100)는 일정 주기로 상기 업 스윕과 다운 스윕이 서로 교번될 수 있다.

도 12를 참조하면, 상기 광 송신부(100)가 -60°내지 60°사이의 소정각도 범위에서 상기 업 스윕 및 다운 스윕이 반복되고, 객체가 광 펄스 방출 경로의 -60°내지 60°사이의 소정각도 범위 내에 위치한다고 정의할 수 있다. 이때 본 발명의 객체 추적 시스템은 상기 광 송신부(100)의 스윕각 ψ이 A°(위 정의에 따라 -60°내지 60°사이에 배치)인 경우 객체로 광 펄스가 도달되어 기록 및 연산될 수 있다. 그리고 상기 광 송신부(100)는 업 스윕인 경우와 다운 스윕인 경우 스윕각 ψ는 모두 30°를 지나칠 수 있음에 따라 단 시간에 보다 많은 광 펄스를 방출할 수 있는 장점이 있다. 그리고 순간적으로 스윕각 ψ이 30°에 위치한 업 스윕 및 다운 스윕의 교번 값이 측정되고, 검출된 시간의 시간차를 통해 본 발명은 아래의 관계식 7을 통해 보다 정확한 스윕각 ψ을 산출할 수 있다.

[관계식 7]

(여기서,

,

)

그리고 T는 상기 광 송신부(100)의 회전주기일 수 있다. 이와 같이 다수의 정보가 취득됨에 따라 본 발명의 객체 추적 시스템은 보다 정확한 위치 검출이 가능한 장점이 있다.

이처럼, 본 발명은 상기 광 송신부(100)의 광 경로를 조정하는 상기 구동부(400)를 포함하여 방출되는 광의 스윕각 ψ을 산출할 수 있으며, 스윕각 ψ 산출에서 아크탄젠트(Arctangent) 외에도 사인(Sine) 또는 코사인 (Cosine) 등의 주기함수를 활용할 수 있다. 다른 예로 MEMS 미러 조절을 통해 상기 광 송신부(100)의 광 경로를 조정할 수도 있으며, 상기 MEMS 미러를 사용하는 경우에는 스윕각 ψ이 사인(Sine) 함수로 표현될 수도 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 객체 추적 시스템으로, 도 13은 2개의 광 송신부에서 발산되는 광 펄스의 신호를 도시한 도면을 나타낸다.

도 13을 참조하면, 상기 광 송신부(100)는 광 펄스를 외부로 방출할 수 있으며, 상기 광 펄스는 데이터 비트(Data Bit) 및 스윕 비트(Sweep Bit)를 포함할 수 있다. 이때 광 펄스는 일정 주기로 방출되는 빔으로, 상기 데이터 비트 및 스윕 비트는 단일의 비트 또는 다수의 비트로 구성된 비트열일 수 있다. 그리고 상기 상기 스윕 비트는, 상기 광 송신부(100)가 소정각도 범위 내에서 일 방향으로 회전 시에 발생되는 업 스윕 비트(Up Sweep Bit)와 상기 광 송신부가 소정각도 범위 내에서 타 방향으로 회전 시에 발생되는 다운 스윕 비트(Down Sweep Bit)를 포함할 수 있다. 이때 상기 스윕 비트가 단일의 비트인 경우 업 스윕 비트 및 다운 스윕 비트는 각각 1 또는 0 중 하나일 수 있다.

아울러 본 발명의 객체 추적 시스템은 서로 다른 축에 배치되는 복수의 광 송신부(100)를 포함할 수 있으며, 복수의 상기 광 송신부(100) 중 어느 하나 이상의 상기 광 송신부(100)가 액시스 비트(Axis bit)를 더 포함할 수도 있다. 상기 액시스 비트는 각각의 상기 광 송신부(100)가 배치된 축에 대한 데이터일 수 있다. 이때 상기 액시스 비트 또한 단일의 비트 혹은 다수의 비트로 이루어진 비트열일 수 있으며, 단일의 비트인 경우에는 한 축에 배치된 하나의 광 송신부(100)가 1로, 다른 축에 배치된 다른 하나의 광 송신부(100)가 0일 수 있다. 이에 따라 그리고 상기 광 송신부(100)는 일정 주기로 위와 같은 데이터 비트, 스윕 비트 및 액시스 비트를 포함한 광 펄스가 방출될 수 있으며, 하나의 광 송신부(100)에서 방출되는 2개의 광 펄스 사이에 다른 하나의 상기 광 송신부에서 방출되는 하나 이상의 광 펄스가 배치되도록 제어될 수도 있다. 이에 따라 단 시간에 많은 데이터가 송출되어도 각각을 식별하는 데이터가 포함됨에 따라 정보 운용이 보다 용이해지는 장점으로 이어질 수 있다. 이와 더불어 복수의 광 송신부(100)가 2차원 평면 상의 동일 지점을 지향하더라도 수신부에서는 각 축을 구분할 수 있도록 각 축을 시분할하여 수취할 수 있으면서, 수신부에서 광 송신부의 종류 또한 구분함에 따라 축의 모호성을 해소할 수 있는 장점으로 이어질 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 광 송신부
101 : 제1몸체 101a : 피벗(Pivot)
102 : 제2몸체 102a : 삽입홈
110 : 방출구 120 : 수신구
200 : 발광 다이오드
300 : 제어부
400 : 구동부
410 : 동력발생부
410a : 회전중심 410b : 회전경로
420 : 전환부재 421 : 가이드홈
430 : 회전부재 440 : 가이드봉
440a : 제1가이드봉 440b : 제2가이드봉
450 : 연결부재 460 : 힌지부재

Claims

광 센서를 포함하는 외부의 추적 객체로 광 펄스를 방출하는 객체 추적 시스템에 있어서,
외부로 광 펄스를 방출하는 하나 이상의 광 송신부; 및
상기 광 송신부의 광 경로를 조정하는 구동부;
를 포함하고,
상기 구동부는,
기계적 동력을 발생시키는 동력발생부;
상기 동력발생부의 회전력을 선형 운동으로 전환하는 전환부재; 및
상기 광 송신부와 전환부재를 연결하여 상기 광 송신부로 동력을 전달하는 연결부재;
를 포함하며,
상기 구동부는 상기 광 송신부의 자세를 조절하여 상기 광 송신부에서 방출되는 광이 소정각도 범위 내에서 왕복 스윕(Sweep)하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 동력발생부는,
각속도 ω로 구동되는 DC모터인 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.
삭제
제3항에 있어서,
상기 광 송신부는 피벗(Pivot)을 중심으로 회전하되,
상기 광 송신부의 일단이 상기 연결부재와 연결되어,
상기 동력발생부가 일 방향으로 회전하면 상기 광 송신부의 타단이 소정각도 범위 내에서 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.
제5항에 있어서,
상기 동력발생부의 회전중심 G₁으로부터 반경 R의 회전경로를 따라 구동하는 회전부재를 포함하되,
상기 회전부재의 위치에 따라 상기 전환부재와 연결부재가 상기 피벗을 기준으로 제1축(x-axis)으로 변위 S만큼 이동하는 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템. (여기에서, -R ≤ S ≤ R)
제6항에 있어서,
상기 구동부를 제어하는 제어부;
를 더 포함하고.
상기 제어부는 상기 광 송신부의 타단이 회전한 스윕각 ψ를 아래의 식에 의해 연산하는 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.

(여기에서,
ψ = 피벗을 중심으로 광 송신부의 타단의 스윕각,
R = 회전부재의 회전반경,
P = 동력발생부의 G₁기준 제2축(y-axis)으로의 피벗의 변위,
ω = 동력발생부의 각속도 = 2π * Frequency,
t = 동력발생부의 작동시간.)
제1항에 있어서,
상기 동력발생부는,
소정각도 범위 내에서 방향이 전환되는 서보모터인 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.
제1항에 있어서,
상기 구동부를 제어하는 제어부;
를 더 포함하고.
상기 광 송신부는 소정각도 범위 내에서 스윕각 ψ을 가지되,
상기 제어부는,
상기 구동부에 대한 제어 데이터를 주기 함수로 변환하여 상기 스윕각 ψ을 산출하는 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 광 송신부가 일 방향으로 스윕 시에 객체를 검출한 시간과,
상기 광 송신부가 타 방향으로 스윕 시에 객체를 검출한 시간과의 시간차를 통해 상기 스윕각 ψ을 산출하는 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.
광 센서를 포함하는 외부의 추적 객체로 광 펄스를 방출하는 객체 추적 시스템에 있어서,
외부로 광 펄스를 방출하는 하나 이상의 광 송신부; 및
상기 광 송신부의 광 경로를 조정하는 구동부;
를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 광 송신부에서 방출되는 광이 소정각도 범위 내에서 왕복 스윕(Sweep)하도록 조절하며,
상기 광 송신부에서 방출되는 광 펄스는,
데이터 비트(Data Bit) 및 스윕 비트(Sweep Bit)를 포함하고,
상기 스윕 비트는,
상기 광 송신부가 소정각도 범위 내에서 일 방향으로 회전 시에 발생되는 업 스윕 비트(Up Sweep Bit)와 상기 광 송신부가 소정각도 범위 내에서 타 방향으로 회전 시에 발생되는 다운 스윕 비트(Down Sweep Bit)를 포함하며,
상기 광 송신부는 복수로 이루어져,
복수의 상기 광 송신부가 서로 다른 축으로 스위핑된 광 펄스를 방출하고,
상기 광 송신부의 광 펄스는,
스위핑된 축에 대한 데이터인 액시스 비트(Axis bit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.
삭제
제11항에 있어서,
상기 광 송신부의 광 펄스는 일정 주기로 방출되되,
하나의 상기 광 송신부에서 방출되는 2개의 광 펄스 사이에,
다른 하나의 상기 광 송신부에서 방출되는 하나 이상의 광 펄스가 배치된 것을 특징으로 하는 객체 추적 시스템.