KR101785253B1 - LIDAR Apparatus - Google Patents

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Abstract

화각 내의 각 방향에 대하여 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 방출하고 각 방향에 대하여 별도로 반사광을 획득하여 반사체까지의 거리를 계산하는 라이다 장치.
본 발명의 라이다 장치는 광원, 회전거울, 수신거울, 광 검출부, 및 연산부를 구비한다. 상기 광원은 소스광을 발생한다. 회전거울은 소스광의 광경로 상에 2축 방향으로 회전가능하게 설치되어 그 반사면의 방향이 시간적으로 가변되며, 상기 소스광을 시간적으로 방향을 달리하여 스캔광으로써 전방으로 반사시킨다. 수신거울은 상기 회전거울의 앞에 설치되고, 상기 스캔광이 외부 반사체에 의해 반사되어 귀환하는 수신광을 반사시키며, 상기 회전거울에 입사되는 소스광과 상기 회전거울에서 출사되는 스캔광의 광경로가 차단되지 않도록 회전거울과 대향하는 위치에 광 투과부가 형성되어 있다. 광 검출부는 상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 검출한다. 연산부는 소스광이 발생된 후 수신광이 검출되기까지의 비행시간을 토대로 외부 반사체까지의 거리를 계산한다.
고속으로 그리고 효율적으로 스캔할 수 있음과 아울러, 콤팩트하고, 화각 내의 모든 방향으로 동시에 레이저를 방출하는 종래의 장치에 비하여 소요되는 레이저 출력이 현저히 감소되며, 제작비가 적고 운용비용이 저렴하다는 이점이 있다.
And a distance to the reflector is calculated by emitting a laser beam in each direction within an angle of view in a scanning manner and separately obtaining reflected light in each direction.
The Lada apparatus of the present invention comprises a light source, a rotating mirror, a receiving mirror, a light detecting section, and a calculating section. The light source generates the source light. The rotating mirror is installed on the optical path of the source light so as to be rotatable in the biaxial direction so that the direction of the reflecting surface is temporally variable and reflects the source light forward as scanning light with a different direction in time. The receiving mirror is installed in front of the rotating mirror. The scanning mirror reflects the received light reflected by the external reflector and returns to the mirror. The optical path of the source light incident on the rotating mirror and the scanning light emitted from the rotating mirror is blocked A light transmitting portion is formed at a position facing the rotating mirror. The light detecting unit detects the received light reflected by the receiving mirror. The calculation unit calculates the distance to the external reflector based on the flight time from when the source light is generated to when the received light is detected.
The laser output is remarkably reduced compared with the conventional apparatus which can scan at high speed and efficiently and is compact and simultaneously emits the laser in all directions within the angle of view, and there is an advantage that the manufacturing cost is low and the operation cost is low .

Description

라이다 장치{LIDAR Apparatus}LIDAR Apparatus < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 측정 장치에 관한 것으로서, 특히, 광학적 수단을 사용하여 측정 대상물까지의 거리와 측정대상물의 형태를 측정하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring apparatus, and more particularly, to an apparatus for measuring a distance to an object to be measured and an object to be measured using optical means.

라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging)는 빛을 이용하여 대상물을 검출하고 대상물까지의 거리를 측정하는 것을 말한다. 라이다는 기능에 있어서 레이더(RADAR: Radio Detection And Ranging)와 유사하지만, 전파를 이용하는 레이다와 달리 빛을 이용한다는 차이가 있으며, 이러한 점에서 '영상 레이더'라고 칭해지기도 한다. 빛과 마이크로파 간의 도플러 효과 차이로 인하여, 라이다는 레이더에 비하여 방위 분해능, 거리 분해능 등이 우수하다는 특징을 가진다.Light Detection And Ranging (LIDAR) is the detection of objects using light and the measurement of the distance to the object. Lada is similar in function to RADAR (Radio Detection And Ranging), but differs in that it uses light, unlike radars that use radio waves, and is sometimes referred to as an 'image radar' in this regard. Due to the difference in Doppler effect between light and microwave, Lada has a feature that it has better azimuth resolution and distance resolution than radar.

라이다 장치는 위성이나 항공기에서 레이저 펄스를 방출하고, 대기중의 입자에 의해 후방 산란되는 펄스를 지상관측소에서 수신하는 항공 라이다가 주류를 이루어왔으며, 이러한 항공 라이다는 바람 정보와 함께 먼지, 연기, 에어로졸, 구름 입자 등의 존재와 이동을 측정하고, 대기중의 먼지입자의 분포 또는 대기 오염도를 분석하는데 사용되어왔다. 그런데, 최근에는 송신계와 수신계가 모두 지상에 설치되어 장애물 탐지, 지형 모델링, 대상물까지의 위치 획득 기능을 수행하는 지상 라이다도 감시정찰로봇, 전투로봇, 무인수상함, 무인헬기 등의 국방분야나, 민수용 이동로봇, 지능형자동차, 무인자동차 등의 민수용 분야에 대한 적용을 염두에 두고 활발히 연구가 이루어지고 있다.The Lidar device is mainly composed of an airplane that emits laser pulses from satellites or aircraft and receives backscattered pulses from atmospheric particles at the ground station. It has been used to measure the presence and movement of smoke, aerosols, cloud particles, etc., and to analyze the distribution of airborne dust particles or air pollution. However, in recent years, both transmission systems and receiving systems have been installed on the ground to perform obstacle detection, terrain modeling, and ground acquisition, , Civilian mobile robots, intelligent automobiles, and unmanned automobiles.

지상 라이다 장치는, 통상적으로, 레이저 펄스를 방출하는 송신광학계와, 외부의 객체의 의해 반사되는 반사광을 수신하는 수신광학계와, 상기 객체의 위치를 결정하는 분석부로 구성된다. 여기서 분석부는 반사광에 대하여 송수신에 소요된 시간을 결정하여 반사된 객체까지의 거리를 계산하고, 특히 각 방향으로부터 수신되는 반사광에 대하여 거리를 계산함으로써 화각(FOV: Field of View)에 상응한 영상 내에서 거리맵을 작성할 수도 있다.The ground Lidar apparatus typically comprises a transmission optical system for emitting laser pulses, a receiving optical system for receiving reflected light reflected by an external object, and an analyzer for determining the position of the object. Here, the analyzing unit calculates the distance to the reflected object by determining the time required for transmitting and receiving the reflected light, and calculates the distance to the reflected object received from each direction, thereby calculating the distance corresponding to the field of view corresponding to the field of view (FOV) You can also create a distance map in

그런데, 종래의 지상 라이다 장치는 화각에 상응하게 빔 폭이 넓은 레이저를 방출하고 화각 내의 모든 방향으로부터 동시에 반사광을 획득하여 반사체와의 거리를 획득하기 때문에, 출력이 매우 높은 레이저 모듈을 필요로 하며 따라서 매우 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 출력이 높은 레이저 모듈은 크기가 크고, 라이다 장치의 전체적인 크기를 키우는 요인으로 작용하게 된다.However, since the conventional terrestrial Lidar apparatus emits laser having a wide beam width corresponding to the angle of view and acquires reflected light simultaneously from all directions in the angle of view to obtain the distance to the reflector, a very high output laser module is required Therefore, there is a problem that the price is very expensive. In addition, a laser module having a high output has a large size, and it is a factor for raising the overall size of the laser device.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화각 내의 각 방향에 대하여 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 방출하고 각 방향에 대하여 별도로 반사광을 획득하여 반사체까지의 거리를 계산함으로써, 고속으로 그리고 효율적으로 스캔할 수 있음과 아울러, 소요되는 레이저 출력이 매우 낮고, 콤팩트한 크기를 가지며, 제작비가 적고 운용비용이 저렴한 라이다 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a laser scanning apparatus capable of scanning a laser beam in various directions within a view angle and scanning the laser beam at high speed and efficiently by obtaining reflected light separately from each direction, It is a further object of the present invention to provide a Lada device which has a very low laser output, a compact size, a low manufacturing cost and a low operating cost.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 라이다 장치는 예컨대 군 초소와 같은 고정 장소에 설치되거나, 로봇, 차량 등과 같은 이동체에 설치되어, 주변에 있는 대상물을 탐지하고 탐지된 대상물까지의 거리를 획득하는데 적합한 것으로서, 광원, 회전거울, 수신거울, 광 검출부, 및 연산부를 구비한다. 상기 광원은 소스광을 발생한다. 회전거울은 소스광의 광경로 상에 2축 방향으로 회전가능하게 설치되어 그 반사면의 방향이 시간적으로 가변되며, 상기 소스광을 시간적으로 방향을 달리하여 스캔광으로써 전방으로 반사시킨다. 수신거울은 상기 회전거울의 앞에 설치되고, 상기 스캔광이 외부 반사체에 의해 반사되어 귀환하는 수신광을 반사시키며, 상기 회전거울에 입사되는 소스광과 상기 회전거울에서 출사되는 스캔광의 광경로가 차단되지 않도록 회전거울과 대향하는 위치에 광 투과부가 형성되어 있다. 광 검출부는 상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 검출한다. 연산부는 소스광이 발생된 후 수신광이 검출되기까지의 비행시간을 토대로 외부 반사체까지의 거리를 계산한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a ladder apparatus including: a robot that is installed in a fixed place such as a military base or a moving object such as a robot or a vehicle, detects a nearby object, A rotating mirror, a receiving mirror, a light detecting portion, and a calculating portion. The light source generates the source light. The rotating mirror is installed on the optical path of the source light so as to be rotatable in the biaxial direction so that the direction of the reflecting surface is temporally variable and reflects the source light forward as scanning light with a different direction in time. The receiving mirror is installed in front of the rotating mirror. The scanning mirror reflects the received light reflected by the external reflector and returns to the mirror. The optical path of the source light incident on the rotating mirror and the scanning light emitted from the rotating mirror is blocked A light transmitting portion is formed at a position facing the rotating mirror. The light detecting unit detects the received light reflected by the receiving mirror. The calculation unit calculates the distance to the external reflector based on the flight time from when the source light is generated to when the received light is detected.

바람직한 실시예에 있어서, 라이다 장치는 상기 스캔광의 진행 경로상에 설치되어 상기 스캔광이 출사되는 각도를 확장시키는 광각렌즈를 더 구비한다.In a preferred embodiment, the Lidar apparatus further includes a wide-angle lens installed on the path of the scan light to expand the angle at which the scan light is emitted.

일 실시예에 있어서, 라이다 장치는 상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 집속하는 집광렌즈를 더 구비하여, 광 검출부가 집광렌즈에 의해 집속된 수신광을 검출하게 된다. 또한, 라이다 장치는 광원으로부터 방출되는 상기 소스광을 상기 회전거울 방향으로 반사시키는 광원거울을 더 구비할 수 있다.In one embodiment, the Lidar apparatus further includes a condenser lens for condensing the received light reflected by the reception mirror, so that the optical detection unit detects the received light focused by the condenser lens. In addition, the lidar apparatus may further include a light source mirror that reflects the source light emitted from the light source in the direction of the rotating mirror.

다른 실시예에 있어서, 라이다 장치는 상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 집속하는 오목 거울을 더 구비하며, 광 검출부가 오목 거울에 의해 집속된 상기 수신광을 검출하게 된다. 이와 같은 실시예에 따른 라이다 장치는 상기 오목 거울에 의해 집속된 수신광을 광 검출부 방향으로 반사시키는 검출기 거울을 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광원으로부터 방출되는 소스광을 회전거울 방향으로 반사시키는 광원거울을 추가적으로 구비할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 검출기 거울과 상기 광원거울은 서로 다른 방향의 반사면을 가지면서 일체로 되어 있는 것이 바람직하다.In another embodiment, the lidar apparatus further includes a concave mirror for focusing the received light reflected by the receiving mirror, and the photodetecting unit detects the received light focused by the concave mirror. Preferably, the Lada apparatus according to this embodiment further comprises a detector mirror for reflecting the received light focused by the concave mirror toward the optical detector. Further, a light source mirror that reflects the source light emitted from the light source in the direction of the rotating mirror may be additionally provided. In this case, it is preferable that the detector mirror and the light source mirror have integral reflection surfaces having different directions.

또 다른 실시예에 있어서, 라이다 장치는 경사면과, 상기 전방을 향하도록 배치되는 제1 측면과, 상기 제1 측면과 직교하는 제2 측면을 구비하며, 상기 경사면에 상기 제1 측면과 평행한 소스 입사면을 구비하는 광 투입부가 형성되어 있는 프리즘을 구비한다. 이러한 경우, 상기 회전거울은 상기 소스 입사면의 외측에 배치되고, 상기 경사면의 내측면이 수신거울로 작용하게 된다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 프리즘의 광 투입부는 상기 경사면으로부터 외측으로 돌출된 돌출부 또는 상기 경사면으로부터 상기 프리즘 내측으로 만입된 요홈으로 되어 있다.In another embodiment, the lidar device has a sloped surface, a first side disposed to face the front, and a second side perpendicular to the first side, wherein the sloped surface is parallel to the first side And a prism having a light incident portion having a source incident surface. In this case, the rotating mirror is disposed outside the source incidence surface, and the inner surface of the inclined surface acts as a receiving mirror. In a preferred embodiment, the light input portion of the prism is a protrusion protruding outward from the inclined surface or a recess recessed from the inclined surface to the inside of the prism.

본 발명에 따르면, 레이저 모듈로부터 출사되는 좁은 빔폭의 레이저를 고속으로 회전하는 마이크로 미러에 의해 화각내의 모든 방향에 대하여 고속으로 주사, 방출하게 되기 때문에, 화각 내의 모든 방향으로 동시에 레이저를 방출하는 종래의 장치에 비하여 소요되는 레이저 출력이 현저히 감소되는 효과가 있다.According to the present invention, since a laser beam of a narrow beam width emitted from a laser module is scanned and emitted at high speed in all directions within an angle of view by a micromirror rotating at high speed, There is an effect that the laser output required for the apparatus is significantly reduced.

이에 따라, 라이다 장치의 제조비가 크게 절감될 수 있고, 레이저 모듈의 크기와 장치의 전체적인 크기가 크게 감소되어 콤팩트해진다. 아울러, 감소되는 레이저 출력에 상응하여 장치 운용 과정에서의 소비전력도 크기 감소된다는 이점이 있다. 나아가, 광 송출 광학계와 수신광학계가 일체화되어 있기 때문에 장치의 크기가 현저하게 작게 된다.Thus, the manufacturing cost of the Lada device can be greatly reduced, and the size of the laser module and the overall size of the device are greatly reduced, resulting in a compact device. In addition, there is an advantage in that the power consumption during the operation of the apparatus is reduced in accordance with the reduced laser output. Furthermore, since the optical transmitting and receiving optical system and the receiving optical system are integrated, the size of the apparatus becomes remarkably small.

또한, 레이저 빔의 폭이 감소됨에 따라 각 스캐닝 방향으로 출사되는 레이저 광의 출력을 크게 증가시키는 것이 가능해지며, 이에 따라 거리 분해능을 매우 높일 수 있게 되고 정밀한 거리맵 작성과, 거리 및 형상 측정이 가능해진다는 장점이 있다.Further, as the width of the laser beam is reduced, it is possible to greatly increase the output of the laser beam emitted in each scanning direction, thereby making it possible to greatly increase the distance resolution and to make accurate distance map creation and distance and shape measurement .

이와 같은 본 발명의 라이다 장치는 감시정찰로봇, FA용 반송로봇, 무인선박, 민수용 무인헬기 등의 민수용 이동로봇에 적용이 가능하고, 지능형자동차나 미래의 무인자동차에도 활용할 수 있다. 나아가, 본 발명의 장치는 감시정찰로봇이나 전투로봇 등 국방로봇이나, 무인수상함, 무인헬기, 무인정찰기 등의 무기체계에 적용되어 장비의 정밀도를 높이고 군 전력을 크게 증강시킬 수 있다.Such a Lada apparatus of the present invention can be applied to a civilian mobile robot such as a surveillance reconnaissance robot, a FA transporting robot, an unmanned ship, a civilian unmanned helicopter, and the like, and can be utilized in an intelligent vehicle or a future unmanned vehicle. Further, the apparatus of the present invention can be applied to a weapon system such as a guarding robot, a battle robot, a defense robot, an unmanned helicopter, an unmanned helicopter, or an unmanned reconnaissance aircraft, thereby enhancing the accuracy of the equipment and greatly enhancing the military power.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도면에서 동일하거나 대응하는 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 도면 중,
도 1은 본 발명에 의한 라이다 장치의 제1 실시예에 따른 송수신광학계 구성을 보여주는 도면;
도 2는 도 1의 라이다 장치에서 송신광의 광경로를 보여주는 도면;
도 3은 도 1의 라이다 장치에서 수신광의 광경로를 보여주는 도면;
도 4는 도 1의 라이다 장치의 전기적 구성을 보여주는 블록도;
도 5는 본 발명에 의한 라이다 장치의 제2 실시예에 따른 송수신광학계 구성을 보여주는 도면;
도 6은 도 5의 라이다 장치에서 송신광의 광경로를 보여주는 도면;
도 7은 도 5의 라이다 장치에서 수신광의 광경로를 보여주는 도면;
도 8은 본 발명에 의한 라이다 장치의 제3 실시예에 따른 송수신광학계 구성을 보여주는 도면;
도 9는 도 8의 라이다 장치에서 송신광의 광경로를 보여주는 도면;
도 10은 도 8의 라이다 장치에서 수신광의 광경로를 보여주는 도면;
도 11은 도 8에 도시된 삼각 프리즘의 변형된 실시예를 보여주는 도면;
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리즘의 형태를 보여주는 도면; 그리고
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리즘의 형태를 보여주는 도면이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals. In the figure,
1 is a view showing a configuration of a transmission and reception optical system according to a first embodiment of a ladder apparatus according to the present invention;
FIG. 2 is a view showing an optical path of transmitted light in the Raid device of FIG. 1; FIG.
3 is a view showing the optical path of the incoming light in the Lada device of FIG. 1;
Figure 4 is a block diagram showing the electrical configuration of the ladder device of Figure 1;
5 is a view showing a configuration of a transmission / reception optical system according to a second embodiment of the laddering device according to the present invention;
FIG. 6 is a view showing an optical path of transmitted light in the Raid device of FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is a view showing an optical path of a received light in the Lada apparatus of FIG. 5; FIG.
8 is a view showing a configuration of a transmission / reception optical system according to a third embodiment of the radar apparatus according to the present invention;
9 is a view showing an optical path of transmitted light in the Lada apparatus of FIG. 8;
10 is a view showing the optical path of the received light in the Lada apparatus of FIG. 8;
FIG. 11 is a view showing a modified embodiment of the triangular prism shown in FIG. 8; FIG.
12 is a view showing the shape of a prism according to another embodiment of the present invention; And
13 is a view showing the shape of a prism according to another embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 장치는 광원(100)과, 도면에서 광원(100)의 상부에 배치되는 광원거울(120)과, 광원거울(120)의 측방향에 배치되는 수신거울(130) 및 마이크로 미러(140)와, 광원거울(120)을 기준으로 수신거울(130)의 반대측에 위치하는 집광렌즈(170) 및 광 검출부(180)를 구비한다.1, a ladder device according to a first embodiment of the present invention includes a light source 100, a light source mirror 120 disposed on the upper side of the light source 100, And a condenser lens 170 and a photodetector 180 positioned on the opposite side of the receiving mirror 130 with respect to the light source mirror 120. The condenser lens 170 and the photodetector 180 are disposed on the receiving mirror 130 and the micromirror 140,

광원(100)은 거리측정 대상물을 스캐닝하기 위한 소스 레이저 광(이하, '소스광'이라 함)을 발생하여 방출한다. 상기 소스광은 펄스 레이저인 것이 바람직하다. 광원거울(120)은 사각형 또는 원형으로 되어 있으며, 광원(100)에서 방출된 소스광을 마이크로 미러(140) 방향으로 반사시킨다.The light source 100 generates and emits source laser light (hereinafter referred to as 'source light') for scanning a distance measurement object. The source light is preferably a pulsed laser. The light source mirror 120 has a rectangular or circular shape and reflects the source light emitted from the light source 100 toward the micromirror 140.

마이크로 미러(140)는 광원거울(120)에 의해 반사된 소스광을 재반사시켜서, 재반사된 레이저 광(이하, '스캔광'이라 함)이 장치의 전방(도면에서 상방)으로 진행되도록 한다. 마이크로 미러(140)는 그 전면을 기준으로 좌우방향 및 상하방향으로 회전할 수 있게 되어 있으며, 주기적으로 상하방향으로 움직이고 다시 상방으로 복귀하기를 반복함과 아울러, 향하는 방향이 상방에서 하방으로 1회 변경되는 동안에 좌우방향으로 다수 회전하게 되어 잇다. 이에 따라, 마이크로 미러(140)에서 반사되는 빛은 일정 패턴으로 화각 내부의 각 방향을 주사하게 되며, 라이다 장치로부터 출사되는 스캔광은 화각의 범위에서 전방을 주기적으로 스캐닝할 수 있게 된다.The micromirror 140 causes the source light reflected by the light source mirror 120 to be reflected again so that the retroreflected laser light (hereinafter, referred to as 'scan light') advances forward (upward in the drawing) . The micromirror 140 is rotatable in the left-right direction and the up-down direction with respect to the front face thereof, and is periodically moved in the up-and-down direction and repeatedly returned to the upper direction. In addition, And a large number of rotations are made in the left and right direction while being changed. Accordingly, the light reflected from the micromirror 140 is scanned in a predetermined pattern in each direction within the angle of view, and the scanning light emitted from the Lada apparatus can be scanned forward in a range of the angle of view periodically.

마이크로 미러(140)로는 MEMS 반도체 상에 미러가 설치된 MEMS 미러가 사용되는 것이 바람직한데, 이에 한정되는 것은 아니다. MEMS 미러는 예컨대 등록특허공보 10-0682955호의 도면에 자세히 표시되어 있고, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 명세서를 토대로 용이하게 구현할 수 있는 것이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.As the micromirror 140, a MEMS mirror provided with a mirror on the MEMS semiconductor is preferably used, but the present invention is not limited thereto. The MEMS mirror is described in detail in, for example, JP-A-10-0682955, and a person skilled in the art can easily implement the present invention, so that detailed description thereof will be omitted.

수신거울(130)은 스캔광이 라이다 장치에서 출사된 후 외부 반사체에 의해 반사 또는 산란(이하, '반사'라 약칭함)된 후 귀환되는 수신광을 광 검출부(180) 방향으로 반사시킨다. 수신거울(130)은 사각형 또는 원형으로 되어 있으며, 대략 중앙에 위치에 관통공(132)이 형성되어 있다. 상기 마이크로 미러(140)는 수신거울(130)의 관통공(132) 뒤에 설치되어, 마이크로 미러(140)에 입사되는 소스광과 마이크로 미러(140)로부터 출사되는 스캔광이 관통공(122)을 통과하여 진행할 수 있게 되어 있다. 즉, 수신거울(130)은 수신광을 광 검출부(180) 방향으로 반사시키면서, 소스광과 스캔광의 광경로가 차단되지 않도록 하게 된다.The receiving mirror 130 reflects the scanned light, which is emitted from the device and then reflected or scattered by an external reflector (hereinafter abbreviated as 'reflection') and then returned to the optical detector 180. The receiving mirror 130 has a rectangular or circular shape, and a through hole 132 is formed at a substantially central position. The micromirror 140 is disposed behind the through hole 132 of the receiving mirror 130 so that the source light incident on the micromirror 140 and the scan light emitted from the micromirror 140 pass through the through hole 122 So that it can pass through. That is, the receiving mirror 130 reflects the received light in the direction of the optical detector 180 so that the optical path of the source light and the scanning light is not blocked.

바람직한 실시예에 있어서, 수신거울(130) 및 마이크로 미러(140) 조립체의 전방 즉, 스캔광의 진행경로 상에는 광각렌즈(150)와 필터(152)가 추가적으로 마련될 수 있다. 광각렌즈(150)는 스캔광이 출사되는 각도를 확장시켜 화각을 넓혀준다. 필터(152)는 광원(100)이 발생하는 파장 대역의 빛만을 통과시켜서 다른 대역의 빛이 잡음으로 혼입되는 것을 방지하고, 물이나 먼지 등 이물질이 유입되는 것을 차단하여 라이다 장치의 내부를 보호함과 아울러, 스캔광과 수신광이 광각렌즈(150)에 의해 반사되는 것을 방지한다. 상기 필터(152)는 광각렌즈(150)에 대한 코팅으로써 구현될 수 있다.In the preferred embodiment, a wide-angle lens 150 and a filter 152 may be additionally provided in front of the receiving mirror 130 and the micromirror 140, that is, on the path of the scan light. The wide angle lens 150 expands the angle at which scan light is emitted, thereby widening the angle of view. The filter 152 passes only the light of the wavelength band generated by the light source 100 to prevent the light of the other band from mixing into the noise and prevents the foreign material such as water and dust from being introduced, And prevents the scan light and the received light from being reflected by the wide-angle lens 150. The filter 152 may be implemented as a coating for the wide angle lens 150.

집광렌즈(170)는 광각렌즈(150)에 의해 굴절되고 수신거울(130)에 의해 반사된 수신광을 집속한다. 광 검출부(180)는 집속된 수신광을 검출한다. 광 검출부(180)로는 예컨대 하나 이상의 애벌랜치 포토 다이오드(APD) 어레이가 사용될 수 있다.The condensing lens 170 focuses the received light refracted by the wide-angle lens 150 and reflected by the receiving mirror 130. The photodetector 180 detects the converged incoming light. As the photodetector 180, for example, one or more avalanche photodiode (APD) arrays may be used.

본 실시예에 따른 라이다 장치에서, 송신광과 수신광은 다음과 같이 진행한다.In the radar apparatus according to the present embodiment, the transmission light and the reception light proceed as follows.

도 2에 도시된 바와 같이, 광원(100)에서 방출되는 소스광은 광원거울(120)에 의해 반사되어 마이크로 미러(140)에 입사된다. 소스광은 회전하는 마이크로 미러(140)에 의해 재반사된 후, 광각렌즈(150)에 의해 굴절된다. 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 스캔광은 외부 반사체 즉, 검출 대상체가 존재할 수 있는 장치 전방으로 진행하게 된다.As shown in FIG. 2, the source light emitted from the light source 100 is reflected by the light source mirror 120 and is incident on the micromirror 140. The source light is refracted by the wide-angle lens 150 after being reflected again by the rotating micromirror 140. The scanning light refracted by the wide-angle lens 150 travels forward to an external reflector, that is, to a device where a detection target object may exist.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부 반사체에 의해 반사된 후 귀환되는 수신광은 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 후 수신거울(130)에 입사된다. 수신거울(130)에 의해 반사되는 수신광은 집광렌즈(170)에 의해 집속된 후 광 검출부(180)에 의해 전기적 신호로 변환된다.3, the received light after being reflected by the external reflector is refracted by the wide-angle lens 150, and then incident on the receiving mirror 130. As shown in FIG. The receiving light reflected by the receiving mirror 130 is converged by the condensing lens 170 and then converted into an electrical signal by the optical detecting unit 180.

도 4는 도 1에 도시된 라이다 장치의 전기적 구성을 보여준다. 라이다 장치는 전기적으로 시스템 제어부(200), 광 송출부(202), 미러 구동부(204), 상기 광 검출부(180), 및 절대거리 측정부(206)를 포함한다.4 shows the electrical configuration of the ladder device shown in Fig. The Lidar apparatus electrically includes a system control unit 200, a light emitting unit 202, a mirror driving unit 204, the optical detecting unit 180, and an absolute distance measuring unit 206.

시스템 제어부(200)는 라이다 장치의 전체적인 동작을 제어한다.The system control unit 200 controls the overall operation of the Lydia device.

광 송출부(202)는 도 1에 도시된 광원(100)을 포함하며, 제어부(200)의 제어 하에 레이저를 발생하고, 발생된 소스 레이저 광을 도 1에 도시된 광학계를 통해 출력한다.The light emitting unit 202 includes the light source 100 shown in FIG. 1, generates a laser under the control of the controller 200, and outputs the generated source laser light through the optical system shown in FIG.

미러 구동부(204)는, 시스템 제어부(200)의 제어 하에, 마이크로 미러(140)의 수평회전 및 수직회전을 구동하기 위한 미러 구동신호를 발생하여 출력한다. 바람직한 실시예에 있어서, 미러 구동신호에 따른 마이크로 미러(140)의 수평회전 및 수직회전량에 대한 정보는 룩업 테이블(미도시됨)에 저장되어 있으며, 미러 구동부(204)는 응용분야에 따라 시스템 제어부(200)에 사전에 설정되어 있는 스캔영역 범위 정보를 참조하여 룩업 테이블에 저장된 정보를 토대로 미러 구동신호를 발생하게 된다. 상기 스캔영역 범위 정보는 사용자의 설정에 따라 달라질 수도 있다.The mirror driving unit 204 generates and outputs a mirror driving signal for driving the horizontal and vertical rotations of the micromirror 140 under the control of the system control unit 200. In the preferred embodiment, information on the horizontal and vertical rotations of the micromirror 140 according to the mirror driving signal is stored in a look-up table (not shown), and the mirror driver 204, The mirror driving signal is generated based on the information stored in the lookup table with reference to the scan range information set in advance in the controller 200. [ The scan range information may vary depending on the user's setting.

광 검출부(180)는 앞에서 설명한 바와 같이 집광렌즈(170)에 의해 집속된 수신광을 검출한다. 절대거리 측정부(206)는 광 신호의 비행시간(TOF: Time of Flight) 즉, 광 송출부(202)에 의해 소스광이 발생된 시점부터 수신광이 광 검출부(180)에 의해 검출되는 시점까지의 시간을 토대로, 반사체까지의 거리를 계산한다. 앞서 설명한 바와 같이, 바람직한 실시예에 있어서 광 검출부(180)는 다수의 애벌랜치 포토 다이오드(APD)를 구비하는 APD 어레이를 사용하여 구현된다. 이러한 실시예에서, 절대거리 측정부(206)는 각 APD 단위로 반사체까지의 거리를 계산한다. 특히, 바람직한 실시예에 있어서, 절대거리 측정부(206)는 각 APD에 대하여 계산된 거리를 하나의 픽셀로 표시하는 거리맵 영상을 구성한다. 절대거리 측정부(206)는 거리 데이터 및/또는 거리맵 영상을 시스템 제어부(200)에 제공한다.The photodetector 180 detects the converged light by the condenser lens 170 as described above. The absolute distance measuring unit 206 measures the time of flight (TOF) of the optical signal, that is, the time when the light is emitted from the light emitting unit 202, The distance to the reflector is calculated. As described above, in the preferred embodiment, the photodetector 180 is implemented using an APD array having a plurality of avalanche photodiodes (APDs). In this embodiment, the absolute distance measurement unit 206 calculates the distance to the reflector in each APD unit. In particular, in the preferred embodiment, the absolute distance measurement unit 206 constructs a distance map image that displays the calculated distances for each APD by one pixel. The absolute distance measurement unit 206 provides distance data and / or a distance map image to the system control unit 200.

위와 같은 라이다 시스템은 다음과 같이 동작한다.The above-mentioned Lida system operates as follows.

시스템 제어부(200)의 제어 하에 광원(100)에서 소스광이 발생되어 방출되면, 이 소스광은 광원거울(120)에 의해 반사되어 마이크로 미러(140)에 입사된다.When the source light is generated and emitted from the light source 100 under the control of the system control unit 200, the source light is reflected by the light source mirror 120 and is incident on the micromirror 140.

미러 구동부(204)의 구동에 따라 마이크로 미러(140)는 주기적으로 좌우방향 및 상하방향으로 회전하게 되며, 이에 따라 마이크로 미러(140)에 입사되는 반사 광은 마이크로 미러(140)에 의해 지속적으로 가변되는 방향으로 반사되고, 반사된 스캔광은 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 후 장치 전방으로 출사된다.The micromirror 140 is periodically rotated in the left and right direction and the up and down direction in accordance with the driving of the mirror driving unit 204. Accordingly, the reflected light incident on the micromirror 140 is continuously changed by the micromirror 140 And the reflected scan light is refracted by the wide-angle lens 150 and emitted toward the front of the apparatus.

출사된 스캔광은 외부 반사체에 의해 반사 또는 산란된 후 귀환하게 된다. 귀환되는 수신광은 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 후 수신거울(130)에 입사된다. 수신거울(130)에 의해 반사된 수신광은 집광렌즈(170)에 의해 집속되어 광 검출부(180)의 APD에 결상된다. 그리고 광 검출부(180)의 각 APD는 결상된 수신광을 전기적 신호로 변환된다.The emitted scan light is reflected or scattered by an external reflector and then returned. The returning light to be returned is refracted by the wide-angle lens 150 and then incident on the receiving mirror 130. [ The received light reflected by the receiving mirror 130 is focused by the condenser lens 170 and is imaged on the APD of the optical detector 180. Each APD of the photodetector 180 is converted into an electrical signal by the imaging light.

절대거리 측정부(206)는 각 APD 단위로 반사체까지의 거리를 계산하고, 거리맵 영상을 구성한다. 여기서, 거리맵 영상이라 함은 각 반사체 반사지점까지의 거리에 따라 영상 내에서 해당 반사지점에 대응하는 화소의 휘도 및/또는 색상을 달리하여 구성한 영상을 말한다.The absolute distance measuring unit 206 calculates the distance to the reflector in each APD unit, and constructs a distance map image. Here, the distance map image refers to an image formed by varying the brightness and / or color of a pixel corresponding to a corresponding reflection point in an image according to the distance to each reflector reflection point.

도 1에 도시된 광학계에 따르면, 수신거울(130) 상에서 관통공(132)이 형성되어 있는 부위에서는 수신광이 반사될 수 없기 때문에, 거래맵 영상에서 이에 대응하는 부분에 대해서는 정보가 존재하지 않을 수 있다. 그렇지만 이와 같은 미검출 영역은 관통공(132)의 크기를 광 경로를 차단하지 않는 범위 내에서 최소한으로 작게 함으로써 충분히 축소시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 마이크로 미러(140)의 거울면의 지름은 대략 1 밀리미터(mm)이며, 관통공(132)의 지름은 수 mm의 값을 가진다.According to the optical system shown in FIG. 1, since the received light can not be reflected at the portion where the through hole 132 is formed on the receiving mirror 130, there is no information about the corresponding portion in the transaction map image . However, such a non-detection area can be sufficiently reduced by minimizing the size of the through-hole 132 within a range that does not block the optical path. In one embodiment, the diameter of the mirror surface of the micromirror 140 is approximately 1 millimeter (mm), and the diameter of the through hole 132 is several millimeters.

도 5는 본 발명에 의한 라이다 장치의 제2 실시예를 보여준다.5 shows a second embodiment of the laddering device according to the present invention.

본 실시예에 따른 라이다 장치는 광원(100)과, 도면에서 광원(100)의 상부에 배치되는 광원거울(120)과, 광원거울(120)의 측방향에 배치되는 수신거울(130) 및 마이크로 미러(140)와, 광원거울(120)을 기준으로 수신거울(130)의 반대측에 위치하는 오목형 반사거울(360)과, 상기 오목형 반사거울(360)의 전방에 배치되는 검출기 거울(362)과, 상기 검출기 거울(362)의 상방에 마련되는 광 검출부(180)를 구비한다. 광 검출부(180) 전면에는 별도의 집광렌즈(170)가 추가적으로 마련될 수 있다. 아울러, 본 실시예에서도 제1 실시예와 마찬가지로 수신거울(130) 및 마이크로 미러(140) 조립체의 전방 즉, 스캔광의 진행경로 상에는 광각렌즈(150)와 필터(152)가 추가적으로 마련될 수 있다.The ladder device according to the present embodiment includes a light source 100, a light source mirror 120 disposed on the upper portion of the light source 100 in the drawing, a reception mirror 130 disposed in a lateral direction of the light source mirror 120, A concave reflecting mirror 360 located on the opposite side of the receiving mirror 130 with respect to the light source mirror 120 and a detector mirror 160 disposed on the front side of the concave reflecting mirror 360 362, and a light detector 180 provided above the detector mirror 362. A separate condenser lens 170 may be additionally provided on the front surface of the optical detector 180. Also, in this embodiment, a wide-angle lens 150 and a filter 152 may be further provided on the forward path of the reception mirror 130 and the micromirror 140, that is, on the path of the scan light, as in the first embodiment.

광원(100), 광원거울(120), 수신거울(130), 마이크로 미러(140), 광각렌즈(150), 필터(152), 집광렌즈(170), 및 광 검출부(180)의 구성과 기능은 도 1에 도시된 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 또한, 도 2에 도시된 전기적 구성은 본 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.The configuration and function of the light source 100, the light source mirror 120, the receiving mirror 130, the micromirror 140, the wide angle lens 150, the filter 152, the condenser lens 170, Is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, so that a detailed description thereof will be omitted. The electrical configuration shown in Fig. 2 can also be applied to this embodiment as well.

도 5를 참조하면, 오목형 반사거울(360)은 광각렌즈(150)에 의해 굴절되고 수신거울(130)에 의해 반사되는 수신광을 집속한다. 검출기 거울(362)은 오목형 반사거울(360)에 의해 집속된 수신광을 광 검출부(180) 방향으로 반사시킨다. 바람직한 실시예에 있어서, 검출기 거울(362)은 광원거울(120)과 일체로 되어 있으며, 따로 제작되어 서로 반대방향을 향하도록 배면을 서로 부착하거나, 하나의 부재의 양면을 거울코팅함으로써 제작된다. 집광렌즈(170)는 검출기 거울(362)에 의해 재반사된 수신광을 집속하여, 수신광이 광 검출부(180)의 좁은 센서면 내부로 입사될 수 있게 해준다.5, the concave reflecting mirror 360 focuses the incoming light refracted by the wide-angle lens 150 and reflected by the receiving mirror 130. As shown in FIG. The detector mirror 362 reflects the received light focused by the concave reflecting mirror 360 toward the optical detector 180. In a preferred embodiment, the detector mirrors 362 are integrally formed with the light source mirrors 120 and are fabricated by separately fabricating and attaching the back side to each other so as to face opposite directions, or by mirror coating both sides of one member. The condenser lens 170 focuses the re-reflected light reflected by the detector mirror 362 so that the received light can be incident into the narrow sensor surface of the optical detector 180.

본 실시예에 따른 라이다 장치에서, 송신광과 수신광은 다음과 같이 진행한다.In the radar apparatus according to the present embodiment, the transmission light and the reception light proceed as follows.

도 6에 도시된 바와 같이, 광원(100)에서 방출되는 소스광은 광원거울(120)에 의해 반사되어 마이크로 미러(140)에 입사된다. 소스광은 회전하는 마이크로 미러(140)에 의해 재반사된 후, 광각렌즈(150)에 의해 굴절된다. 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 스캔광은 외부 반사체 즉, 검출 대상체가 존재할 수 있는 장치 전방으로 진행하게 된다.As shown in FIG. 6, the source light emitted from the light source 100 is reflected by the light source mirror 120 and is incident on the micromirror 140. The source light is refracted by the wide-angle lens 150 after being reflected again by the rotating micromirror 140. The scanning light refracted by the wide-angle lens 150 travels forward to an external reflector, that is, to a device where a detection target object may exist.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 외부 반사체에 의해 반사된 후 귀환되는 수신광은 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 후 수신거울(130)에 입사된다. 수신거울(130)에 의해 반사되는 수신광은 오목형 반사거울(360)에 의해 집속된다. 오목형 반사거울(360)에 의해 집속된 수신광은 검출기 거울(362)에 의해 다시 반사되어 광 검출부(180) 방향으로 향하게 되며, 집광렌즈(264)에 의해 굴절되어 집속된 후 광 검출부(180)에 결상된다.7, the received light after being reflected by the external reflector is refracted by the wide-angle lens 150, and then incident on the receiving mirror 130. As shown in FIG. The incoming light reflected by the receiving mirror 130 is focused by the concave reflecting mirror 360. The reflected light focused by the concave reflecting mirror 360 is reflected again by the detector mirror 362 and directed toward the light detecting unit 180. The light is refracted and focused by the condensing lens 264, ).

도 5에 도시된 라이다 장치의 동작과 다른 특징은 도 1에 도시된 장치와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.5 is the same as that of the apparatus shown in FIG. 1, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 8은 본 발명에 의한 라이다 장치의 제3 실시예를 보여준다.8 shows a third embodiment of the laddering device according to the present invention.

본 실시예에 따른 라이다 장치는 광원(100)과, 도면에서 광원(100)의 상부에 배치되는 삼각 프리즘(400)을 구비한다. 일 실시예에 있어서, 상기 삼각 프리즘(400)은 경사면(402)과, 제1 측면(404) 및 제2 측면(406)을 구비하며, 삼각형 단면을 가지는 삼각 프리즘이다. 특히, 각 광학부품의 가공 및 조립을 용이하게 할 수 있도록, 상기 프리즘(400)은 제1 측면(404) 및 제2 측면(406)이 직교하는 직각 프리즘인 것이 바람직하다.The ladder device according to the present embodiment includes a light source 100 and a triangular prism 400 disposed on the upper portion of the light source 100 in the drawing. In one embodiment, the triangular prism 400 is a triangular prism having a sloped surface 402, a first side 404 and a second side 406 and having a triangular cross section. In particular, it is preferable that the prism 400 is a right angle prism in which the first side surface 404 and the second side surface 406 are orthogonal to each other to facilitate processing and assembly of each optical component.

또한, 도 8의 라이다 장치는 상기 삼각 프리즘(400)의 경사면(402) 외측에 배치되는 광원거울(420) 및 마이크로 미러(140)와, 상기 삼각 프리즘(400)의 제2 측면(406)의 외측에 배치되는 집광렌즈(170) 및 광 검출부(180)를 구비한다. 또한, 본 실시예에서도 삼각 프리즘(400)의 제1 측면(404)의 외측에는 광각렌즈(150)와 필터(152)가 추가적으로 마련될 수 있다.8 includes a light source mirror 420 and a micromirror 140 disposed outside the inclined surface 402 of the triangular prism 400 and a second side surface 406 of the triangular prism 400, And a condensing lens 170 and a photodetector 180 disposed outside the photodetector. Also in this embodiment, the wide angle lens 150 and the filter 152 may be additionally provided on the outer side of the first side surface 404 of the triangular prism 400.

광원(100), 광원거울(120), 마이크로 미러(140), 광각렌즈(150), 필터(152), 집광렌즈(170), 및 광 검출부(180)의 구성과 기능은 도 1에 도시된 제1 실시예와 동일하거나 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 또한, 도 2에 도시된 전기적 구성은 본 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.The configuration and function of the light source 100, the light source mirror 120, the micromirror 140, the wide angle lens 150, the filter 152, the condenser lens 170, The detailed description thereof will be omitted. The electrical configuration shown in Fig. 2 can also be applied to this embodiment as well.

상기 프리즘(400)의 경사면(402)은 라이다 장치에서 출사된 후 외부 반사체에 의해 반사되어 귀환되는 수신광을 광 검출부(180) 방향으로 반사시키는 수신거울(130)의 기능을 수행한다. 일반적으로 프리즘(400)의 경사면(402)은 그 자체로서 충분한 반사 특성을 가지지만, 빛의 손실을 최소화할 수 있도록, 경사면(402)에는 반사면이 프리즘(400)의 내측을 향하도록 반사 코팅이 되어 있는 것이 바람직하다.The inclined surface 402 of the prism 400 functions as a receiving mirror 130 that reflects the incoming light reflected by the external reflector after being emitted from the radar apparatus in the direction of the optical detector 180. Generally, the inclined surface 402 of the prism 400 has a sufficient reflection characteristic in itself. However, in order to minimize the loss of light, the reflective surface 402 is provided with a reflection surface such that the reflective surface faces the inside of the prism 400 .

상기 프리즘(400)의 경사면(402)에는 외측으로 돌출된 돌출부(410)가 형성되어 있다. 상기 돌출부(410)는 상기 제1 측면(404)과 평행한 소스 입사면(412)과, 상기 제2 측면(406)과 평행하고 상기 소스 입사면(412)의 단부로부터 경사면(402)을 연결하는 수직면(414)을 구비한다.A protrusion 410 protruding outward is formed on the inclined surface 402 of the prism 400. The protrusion 410 has a source incidence surface 412 parallel to the first side 404 and a second inclined surface 402 parallel to the second side 406 and connecting the inclined surface 402 from the end of the source incidence surface 412 And a vertical surface 414 which is formed by

광원거울(120)은 프리즘(400) 경사면(402)에서 돌출부(410)의 내측 모서리 근처에 부착된다. 상기 광원거울(120)은 프리즘(400)의 경사면(402)에 수신거울(130)을 구현하기 위한 반사 코팅을 행한 후, 상기 반사 코팅의 배면에 반사면이 외측을 향하도록 반사 코팅을 하거나 거울을 부착함으로써 구현될 수 있다. 광원거울(120)은 광원(100)에서 방출된 소스광을 마이크로 미러(140) 방향으로 반사시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 광원(100)은 상기 광원거울(120) 하측에서 소스광이 광원거울(120)의 중심을 향하도록 배치된다.The light source mirror 120 is attached near the inner edge of the protrusion 410 at the inclined surface 402 of the prism 400. [ The light source mirror 120 may be formed by applying a reflective coating to the inclined surface 402 of the prism 400 to realize the receiving mirror 130 and then applying a reflective coating to the back surface of the reflective coating so that the reflective surface faces the outside, As shown in FIG. The light source mirror 120 reflects the source light emitted from the light source 100 toward the micromirror 140. In the present embodiment, the light source 100 is disposed such that the source light is directed to the center of the light source mirror 120 below the light source mirror 120.

마이크로 미러(140)는 돌출부(410)의 소스 입사면(412)의 하측에 설치되며, 특히, 정상 상태에서 상기 프리즘(400) 경사면(402)의 소스 입사면(412)과 상기 광원거울(120)의 사이를 향하도록 배치된다. 마이크로 미러(140)는 광원거울(120)에 의해 반사된 후 입사되는 소스광을 재반사시켜, 재반사된 스캔광이 프리즘(400)의 소스 입사면(412)과 제1 측면(404)을 통해서 장치의 전방(도면에서 상방)으로 진행되도록 한다.The micromirror 140 is installed below the source incidence surface 412 of the protrusion 410 and is in contact with the source incidence surface 412 of the inclined surface 402 of the prism 400 and the light source mirror 120 As shown in Fig. The micromirror 140 reflects the incident light after being reflected by the light source mirror 120 so that the retroreflected scan light passes through the source incidence surface 412 and the first side surface 404 of the prism 400 (Upward in the figure) of the apparatus.

본 실시예에 따른 라이다 장치에서, 송신광과 수신광은 다음과 같이 진행한다.In the radar apparatus according to the present embodiment, the transmission light and the reception light proceed as follows.

도 9에 도시된 바와 같이, 광원(100)에서 방출되는 소스광은 광원거울(120)에 의해 반사되어 마이크로 미러(140)에 입사된다. 소스광은 회전하는 마이크로 미러(140)에 의해 재반사된 후, 프리즘(400) 돌출부(410)의 소스 입사면(412)을 통해 프리즘(400) 내부로 입사되고, 제1 측면(404)을 통해서 출사된다. 프리즘(400)으로부터 출사된 스캔광은 광각렌즈(150)에 의해 굴절된다. 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 스캔광은 외부 반사체 즉, 검출 대상체가 존재할 수 있는 장치 전방으로 진행하게 된다.As shown in FIG. 9, the source light emitted from the light source 100 is reflected by the light source mirror 120 and is incident on the micromirror 140. The source light is reflected by the rotating micromirror 140 and then enters the prism 400 through the source incidence surface 412 of the protrusion 410 of the prism 400 and enters the first side 404 . The scan light emitted from the prism 400 is refracted by the wide-angle lens 150. The scanning light refracted by the wide-angle lens 150 travels forward to an external reflector, that is, to a device where a detection target object may exist.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 외부 반사체에 의해 반사된 후 귀환되는 수신광은 광각렌즈(150)에 의해 굴절된 후, 프리즘(400)의 제1 측면(404)를 통해 프리즘(400) 내부로 입사된다. 프리즘(400) 내부에서, 수신광은 경사면(402)에 의해 반사된 후 제2 측면(406)을 통해 출사되며, 집광렌즈(170)에 의해 집속된 후 광 검출부(180)에 의해 전기적 신호로 변환된다.10, the incoming light after being reflected by the external reflector is refracted by the wide-angle lens 150 and then reflected by the prism 400 through the first side 404 of the prism 400, . In the prism 400, the incident light is reflected by the inclined surface 402 and then emitted through the second side surface 406. The reflected light is focused by the condenser lens 170 and then reflected by the photodetector 180 as an electrical signal .

도 8에 도시된 라이다 장치의 동작과 다른 특징은 도 1에 도시된 장치와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.8 is the same as that of the apparatus shown in FIG. 1, so that a detailed description thereof will be omitted.

도 8에 도시된 광학계에 따르면, 프리즘(400)의 돌출부(410)가 형성되어 있는 부위에서는 수신광이 반사될 수 없기 때문에, 거래맵 영상에서 이에 대응하는 부분에 대해서는 정보가 존재하지 않을 수 있다. 그렇지만 이와 같은 미검출 영역은 프리즘(400) 돌출부(410)의 크기를 광 경로를 차단하지 않는 범위 내에서 최소한으로 작게 함으로써 충분히 축소시킬 수 있다.According to the optical system shown in FIG. 8, since the transmitted light can not be reflected at the portion where the protrusion 410 of the prism 400 is formed, information may not exist in the corresponding portion of the transaction map image . However, such a non-detection area can be sufficiently reduced by minimizing the size of the protrusion 410 of the prism 400 within a range that does not block the optical path.

도 8의 실시예가 변형된 다른 실시예에서는 돌출부(410) 대신에 경사면(402)로부터 프리즘 내부로 만입된 요홈이 형성될 수도 있다. 도 11은 이와 같은 실시예에 따른 프리즘(400a)을 보여준다. 도 11의 실시예에 있어서, 프리즘(400a)은 경사면(402)에는 내측으로 만입된 요홈(420)이 형성되어 있고, 상기 요홈(420)은 상기 제1 측면(404)과 평행한 소스 입사면(422)과, 상기 제2 측면(406)과 평행하고 상기 소스 입사면(422)의 내측 단부로부터 경사면(402)을 연결하는 수직면(424)을 구비한다. 이와 같은 프리즘을 채택하는 라이다 장치의 동작은 위에서 설명한 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.In another modified embodiment of FIG. 8, instead of the protrusions 410, grooves recessed into the prism from the inclined surface 402 may be formed. FIG. 11 shows a prism 400a according to this embodiment. 11, the prism 400a has a groove 420 recessed inwardly on the inclined surface 402, and the groove 420 is formed in the inclined surface 402, And a vertical surface 424 parallel to the second side surface 406 and connecting the inclined surface 402 from the inner end of the source incidence surface 422. Since the operation of the ladder device employing such a prism is the same as that described above, a description thereof will be omitted.

한편, 또 다른 실시예에서는, 도 8에 도시된 프리즘(400)과 광각렌즈(150)를 일체화할 수 있다. 도 12는 이와 같은 실시예에 따른 프리즘(440)의 일 예를 보여준다. 도 12의 실시예에 있어서, 프리즘(440)의 제1 측면(444)은 평면이 아니라 외측으로 볼록한 곡면으로 되어 있으며, 이에 따라 제1 측면(444)은 볼록렌즈의 기능을 겸하게 된다. 이와 같은 프리즘(440)을 채택하는 경우에는, 광각렌즈(150)를 별도로 마련할 필요가 없게 되기 때문에 광각렌즈(150)의 가공비용과 광각렌즈(150)의 조립과 정렬을 위한 공수가 크게 절감될 수 있다. 이와 같은 프리즘을 채택하는 라이다 장치의 동작은 위에서 설명한 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.On the other hand, in another embodiment, the prism 400 and the wide-angle lens 150 shown in Fig. 8 can be integrated. FIG. 12 shows an example of a prism 440 according to this embodiment. In the embodiment of FIG. 12, the first side 444 of the prism 440 is not planar but curved outwardly convexly, so that the first side 444 also serves as a convex lens. When such a prism 440 is adopted, it is not necessary to separately provide the wide-angle lens 150, so that the processing cost of the wide-angle lens 150 and the airflow for assembling and aligning the wide-angle lens 150 are greatly reduced . Since the operation of the ladder device employing such a prism is the same as that described above, a description thereof will be omitted.

또 다른 실시예에서는, 도 1에 도시된 프리즘(400)과 집광렌즈(170)를 일체화할 수도 있다. 도 13은 이와 같은 실시예에 따른 프리즘(460)의 일 예를 보여준다. 도 10의 실시예에 있어서, 프리즘(460)의 제2 측면(466)은 평면이 아니라 외측으로 볼록한 곡면으로 되어 있으며, 이에 따라 제2 측면(466)은 볼록렌즈의 기능을 겸하게 된다. 이와 같은 프리즘(466)을 채택하는 경우에는, 집광렌즈(170)를 별도로 마련할 필요가 없게 되기 때문에 집광렌즈(170)의 가공비용과 집광렌즈(170)의 조립과 정렬을 위한 공수가 크게 절감될 수 있다. 이와 같은 프리즘을 채택하는 라이다 장치의 동작 역시 위에서 설명한 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.In another embodiment, the prism 400 and the condenser lens 170 shown in FIG. 1 may be integrated. FIG. 13 shows an example of the prism 460 according to this embodiment. In the embodiment of FIG. 10, the second side 466 of the prism 460 is not planar but curved outwardly convexly, so that the second side 466 also serves as a convex lens. In the case of adopting such a prism 466, there is no need to separately provide the condenser lens 170, so that the processing cost of the condenser lens 170 and the airflow for assembling and aligning the condenser lens 170 can be greatly reduced . The operation of the ladder device employing such a prism is also the same as that described above, so that a description thereof will be omitted.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다양한 방식으로 변형될 수 있고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

예컨대, 이상의 설명에서는 수신거울(130)에 광원거울(120)을 통해 입사되는 소스광과 마이크로 미러(140)에 의해 재반사된 스캔광의 광경로가 차단되지 않도록 관통공(132)가 형성되어 있는 것으로 기술하였지만, 이러한 관통공(132)을 형성하는 대신에, 수신거울(130)에서 거울코팅만을 제거하여 광이 투과될 수 있도록 하는 것만으도 족하다.For example, in the above description, the through hole 132 is formed in the receiving mirror 130 so that the light path of the source light incident through the light source mirror 120 and the scanning light reflected by the micromirror 140 are not blocked Instead of forming the through-hole 132, it is sufficient that only the mirror coating is removed from the receiving mirror 130 so that light can be transmitted therethrough.

또한, 위에서 설명한 실시예에서는 마이크로 미러(140)가 수신거울(130)의 관통공(132) 뒤에 설치되는 것으로 기술되었지만, 변형된 실시예에서는 마이크로 미러(140)가 관통공(132) 내에 설치되거나 그 전방에 설치될 수도 있다. 특히, 마이크로 미러(140)가 관통공(132)의 전방에 설치되는 경우에는, 관통공(132)와 같은 광 투과부가 반드시 필요한 것은 아니며, 이와 같은 실시예에서는, 마이크로 미러(140)에 대한 전력선과 신호선만이 수신거울(130)을 통과할 수 있으면 된다.Although the micromirror 140 is described as being mounted behind the through-hole 132 of the receiving mirror 130 in the above-described embodiment, in a modified embodiment, the micromirror 140 is installed in the through-hole 132 It may be installed in front of it. Particularly, when the micromirror 140 is disposed in front of the through-hole 132, a light transmitting portion such as the through-hole 132 is not necessarily required. In such an embodiment, And only the signal line can pass through the receiving mirror 130. [

다른 한편으로, 이상의 설명에서는 필터(152)가 광각렌즈(150)의 전방 또는 전면에 마련되는 것으로 설명하였지만, 다른 실시예에서는 필터(152)가 수신거울(130) 또는 집광렌즈(170)의 전방 또는 전면에 대한 코팅으로써 구현될 수도 있다.In the above description, the filter 152 is described as being provided on the front or the front of the wide-angle lens 150. However, in another embodiment, the filter 152 may be disposed in front of the receiving mirror 130 or the condensing lens 170 Or a coating on the front side.

그밖에도 이상에서 다수의 실시예에 대하여 설명하였지만, 각 실시예의 특징을 조합하여 구현하는 것이 가능함은 물론이다.In addition, although a plurality of embodiments have been described above, it goes without saying that the features of the embodiments can be combined and implemented.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100: 광원
120: 광원거울
130: 수신거울, 132: 관통공
140: 마이크로 미러
150: 광각렌즈
152: 필터
170: 집광렌즈
180: 광 검출부
360: 오목형 반사거울, 362: 검출기 거울
400, 400a, 440, 460: 프리즘
402: 경사면, 404, 444: 제1 측면, 406, 466: 제2 측면
410: 돌출부, 412: 소스 입사면, 414: 수직면
420: 요홈, 422: 소스 입사면, 424: 수직면
100: Light source
120: Light source mirror
130: Receiving mirror, 132: Through hole
140: Micro mirror
150: Wide angle lens
152: Filter
170: condenser lens
180:
360: concave reflecting mirror, 362: detector mirror
400, 400a, 440, 460: prism
402: sloped surface, 404, 444: first side, 406, 466: second side
410: protruding portion, 412: source incidence surface, 414: vertical surface
420: groove, 422: source incidence surface, 424: vertical surface

Claims (16)

소스광을 발생하는 광원;
상기 소스광의 광경로 상에 2축 방향으로 회전가능하게 설치되어 그 반사면의 방향이 시간적으로 가변되며, 상기 소스광을 시간적으로 방향을 달리하여 스캔광으로써 전방으로 반사시키는 회전거울;
상기 회전거울의 앞에 설치되고, 상기 스캔광이 외부 반사체에 의해 반사되어 귀환하는 수신광을 반사시키며, 상기 회전거울에 입사되는 상기 소스광과 상기 회전거울에서 출사되는 상기 스캔광의 광경로가 차단되지 않도록 상기 회전거울과 대향하는 위치에 광 투과부가 형성되어 있는 수신거울;상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 검출하는 광 검출부; 및
상기 소스광이 발생된 후 상기 수신광이 검출되기까지의 비행시간을 토대로 상기 외부 반사체까지의 거리를 계산하는 연산부;를 구비하며,
상기 회전거울은 MEMS 반도체 상에 미러가 설치된 MEMS 미러이고, 상기 MEMS 미러는 상기 MEMS 미러에 입사되는 상기 소스광과 상기 MEMS 미러로부터 출사되는 상기 스캔광이 상기 광 투과부를 통과하여 진행되도록 상기 광 투과부 뒤에 설치되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
A light source for generating a source light;
A rotating mirror installed on the optical path of the source light so as to be rotatable in a biaxial direction, the direction of the reflecting surface being temporally variable, and reflecting the source light forward as scan light with a different direction in time;
The scanning light is reflected by an external reflector and is reflected by the external reflector. The optical path of the scanning light emitted from the rotating mirror and the source light incident on the rotating mirror are blocked A receiving mirror having a light transmitting portion formed at a position opposite to the rotating mirror so as to detect the light reflected by the receiving mirror; And
And an arithmetic unit for calculating a distance to the external reflector based on a flight time from when the source light is generated to when the received light is detected,
Wherein the rotating mirror is a MEMS mirror on which a mirror is mounted on a MEMS semiconductor, the MEMS mirror being configured to move the source light incident on the MEMS mirror and the scanning light emitted from the MEMS mirror through the light transmitting portion, And is installed at the rear side.
청구항 1에 있어서,
상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 집속하는 집광렌즈;
를 더 구비하여 상기 광 검출부가 상기 집광렌즈에 의해 집속된 상기 수신광을 검출하는 라이다 장치.
The method according to claim 1,
A condensing lens for focusing the received light reflected by the receiving mirror;
And the light detecting unit detects the received light converged by the condensing lens.
청구항 1에 있어서,
상기 광원으로부터 방출되는 상기 소스광을 상기 회전거울 방향으로 반사시키는 광원거울;
을 더 구비하는 라이다 장치.
The method according to claim 1,
A light source mirror for reflecting the source light emitted from the light source in the direction of the rotating mirror;
Further comprising:
청구항 1에 있어서,
상기 스캔광의 진행 경로상에 설치되어 상기 스캔광이 출사되는 각도를 확장시키는 광각렌즈;
를 더 구비하는 라이다 장치.
The method according to claim 1,
A wide-angle lens disposed on a path of the scan light to expand the angle at which the scan light is emitted;
Further comprising:
청구항 1에 있어서,
상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 집속하는 오목 거울;
을 더 구비하며, 상기 광 검출부가 상기 오목 거울에 의해 집속된 상기 수신광을 검출하는 라이다 장치.
The method according to claim 1,
A concave mirror for focusing the received light reflected by the receiving mirror;
And the photodetector detects the received light focused by the concave mirror.
청구항 5에 있어서,
상기 오목 거울에 의해 집속된 상기 수신광을 상기 광 검출부 방향으로 반사시키는 검출기 거울;
을 더 구비하는 라이다 장치.
The method of claim 5,
A detector mirror for reflecting the received light converged by the concave mirror toward the optical detecting portion;
Further comprising:
청구항 6에 있어서,
상기 광원으로부터 방출되는 상기 소스광을 상기 회전거울 방향으로 반사시키는 광원거울;
을 더 구비하며,
상기 검출기 거울과 상기 광원거울이 서로 다른 방향의 반사면을 가지면서 일체로 되어 있는 라이다 장치.
The method of claim 6,
A light source mirror for reflecting the source light emitted from the light source in the direction of the rotating mirror;
Respectively,
Wherein the detector mirror and the light source mirror are integral with each other with reflecting surfaces in different directions.
청구항 5에 있어서,
상기 스캔광의 진행 경로상에 설치되어 상기 스캔광이 출사되는 각도를 확장시키는 광각렌즈;
를 더 구비하는 라이다 장치.
The method of claim 5,
A wide-angle lens disposed on a path of the scan light to expand the angle at which the scan light is emitted;
Further comprising:
청구항 1에 있어서,
경사면과, 상기 전방을 향하도록 배치되는 제1 측면과, 상기 제1 측면과 직교하는 제2 측면을 구비하며, 상기 경사면에 상기 제1 측면과 평행한 소스 입사면을 구비하는 광 투입부가 형성되어 있는 프리즘;
을 구비하며,
상기 소스 입사면의 외측에 상기 회전거울이 배치되고,
상기 경사면의 내측면이 상기 수신거울로 작용하는 라이다 장치.
The method according to claim 1,
A light incident portion having a slope, a first side disposed to face the front side, and a second side surface perpendicular to the first side surface, the light incident portion having a source incident surface parallel to the first side surface is formed on the inclined surface A prism;
And,
The rotating mirror is disposed outside the source incidence surface,
Wherein the inner surface of the inclined surface acts as the receiving mirror.
청구항 9에 있어서,
상기 프리즘의 상기 경사면의 외측에 설치되며, 상기 광원으로부터 방출되는 상기 소스광을 상기 회전거울 방향으로 반사시키는 광원거울;
을 더 구비하는 라이다 장치.
The method of claim 9,
A light source mirror installed outside the inclined surface of the prism and reflecting the source light emitted from the light source in the direction of the rotating mirror;
Further comprising:
청구항 9에 있어서, 상기 프리즘의 상기 광 투입부가 상기 경사면으로부터 외측으로 돌출된 돌출부로 되어 있는 라이다 장치.The apparatus of claim 9, wherein the light input portion of the prism is a protrusion protruding outward from the inclined surface. 청구항 9에 있어서, 상기 프리즘의 상기 광 투입부가 상기 경사면으로부터 상기 프리즘 내측으로 만입된 요홈으로 되어 있는 라이다 장치.The apparatus of claim 9, wherein the light input portion of the prism is a groove recessed from the inclined surface to the inside of the prism. 청구항 9에 있어서,
상기 프리즘의 상기 경사면에 그 반사면이 상기 프리즘의 내측을 향하도록 반사 코팅이 되어 있는 라이다 장치.
The method of claim 9,
And the reflective surface is provided on the inclined surface of the prism such that the reflective surface faces the inside of the prism.
청구항 9에 있어서,
상기 스캔광의 진행 경로상에 설치되어 상기 스캔광이 출사되는 각도를 확장시키는 광각렌즈;
를 더 구비하는 라이다 장치.
The method of claim 9,
A wide-angle lens disposed on a path of the scan light to expand the angle at which the scan light is emitted;
Further comprising:
청구항 9에 있어서,
상기 프리즘의 상기 제1 및 제2 측면 중 적어도 하나가 외측으로 볼록한 곡면으로 되어 있는 라이다 장치.
The method of claim 9,
Wherein at least one of the first and second sides of the prism is curved outwardly convex.
소스광을 발생하는 광원;
상기 소스광의 광경로 상에 2축 방향으로 회전가능하게 설치되어 그 반사면의 방향이 시간적으로 가변되며, 상기 소스광을 시간적으로 방향을 달리하여 스캔광으로써 전방으로 반사시키는 회전거울;
상기 회전거울의 앞에 설치되고, 상기 스캔광이 외부 반사체에 의해 반사되어 귀환하는 수신광을 반사시키며, 상기 회전거울에 입사되는 상기 소스광과 상기 회전거울에서 출사되는 상기 스캔광의 광경로가 차단되지 않도록 상기 회전거울과 대향하는 위치에 광 투과부가 형성되어 있는 수신거울;
상기 스캔광의 진행 경로상에 설치되어 상기 스캔광이 출사되는 각도를 확장시키며, 상기 외부 반사체에 의해 반사되어 귀환하는 수신광을 굴절시켜 상기 수신거울에 입사시키는 광각렌즈;
상기 수신거울에 의해 반사된 상기 수신광을 검출하는 광 검출부; 및
상기 소스광이 발생된 후 상기 수신광이 검출되기까지의 비행시간을 토대로 상기 외부 반사체까지의 거리를 계산하는 연산부;
를 구비하는 라이다 장치.
A light source for generating a source light;
A rotating mirror installed on the optical path of the source light so as to be rotatable in a biaxial direction, the direction of the reflecting surface being temporally variable, and reflecting the source light forward as scan light with a different direction in time;
The scanning light is reflected by an external reflector and is reflected by the external reflector. The optical path of the scanning light emitted from the rotating mirror and the source light incident on the rotating mirror are blocked A receiving mirror on which a light transmitting portion is formed at a position facing the rotating mirror;
A wide angle lens disposed on a traveling path of the scan light to expand an angle at which the scan light is emitted and to refract the return light reflected by the external reflector to enter the receiving mirror;
A photodetector for detecting the received light reflected by the receiving mirror; And
An arithmetic unit for calculating a distance to the external reflector based on a flight time from when the source light is generated to when the received light is detected;
Lt; / RTI >
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