KR101821983B1 - 근원거리 겸용 라이다 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단순한 구조의 반사 광학계인 포물 반사경과 레이저 다이오드를 2 세트 준비하고 상기 포물 반사경의 위치를 수평이동시켜 근거리 원거리 모두 감지할 수 있는 근원거리 겸용 라이다에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 근원거리 겸용 라이다는, 한 쌍의 반사경 설치홈이 좌우로 나란하게 형성되는 설치 본체; 상기 설치 본체의 상측에 설치되어, 하측으로 방추형 빔을 발산하는 한 쌍의 레이저 다이오드; 상기 한 쌍의 반사경 설치홈에 각각 전후진 가능하게 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 한 쌍의 포물 반사경; 상기 설치 본체에 설치되며, 상기 포물 반사경을 전후진 구동시키는 반사경 구동부; 상기 포물 반사경의 하측에 설치되며, 상기 포물 반사경에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 수광부;를 포함한다.

Description

근원거리 겸용 라이다{A RIDAR FOR SENSING MULTI-DISTANCE POINT}

본 발명은 근원거리 겸용 라이다에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단순한 구조의 반사 광학계인 포물 반사경과 레이저 다이오드를 2 세트 준비하고 상기 포물 반사경의 위치를 수평이동시켜 근거리 원거리 모두 감지할 수 있는 근원거리 겸용 라이다에 관한 것이다.

일반적으로 빔을 멀리 전송하기 위해서는 발산 빔을 평행광원으로 변환해야 하는 바, 라이다를 구성하는 기존 평행광원 구현 광학계는 굴절 광학계(렌즈 이용 방식)가 대부분이다. 이 굴절 광학계는 렌즈의 곡률이 작을수록 구면 수차가 커져 전송거리가 멀어질수록 빔의 확산이 급격히 커져서 원거리 감지용 광원으로 부적합하다.

또한 입사 광량을 늘리고자 렌즈 구경을 크게 할 경우에는 렌즈 가장자리에서 구면 수차가 발생하여 다량의 수광 빔이 렌즈에 도달하더라도 수광 센서에 초점 형성이 이루어지지 않거나 다초점이 형성되거나 또는 초점 심도가 커져 수광 효율이 낮은 문제점이 있다.

한편 근거리와 원거리를 모두 감지하기 위해서는 종래에 2가지 이상의 라이다 센서를 별도로 구비하여야 하므로 부피가 커지고 제작이 복잡하고 단가가 높아지는 문제점도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 단순한 구조의 반사 광학계인 포물 반사경과 레이저 다이오드를 2 세트 준비하고 상기 포물 반사경의 위치를 수평이동시켜 근거리 원거리 모두 감지할 수 있는 근원거리 겸용 라이다를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 근원거리 겸용 라이다는, 한 쌍의 반사경 설치홈이 좌우로 나란하게 형성되는 설치 본체; 상기 설치 본체의 상측에 설치되어, 하측으로 방추형 빔을 발산하는 한 쌍의 레이저 다이오드; 상기 한 쌍의 반사경 설치홈에 각각 전후진 가능하게 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 한 쌍의 포물 반사경; 상기 설치 본체에 설치되며, 상기 포물 반사경을 전후진 구동시키는 반사경 구동부; 상기 포물 반사경의 하측에 설치되며, 상기 포물 반사경에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 수광부;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 반사경 구동부는, 상기 설치 본체와 상기 포물 반사경의 하면 사이에 설치되며, 상기 포물 반사경의 전후진 이동 방향을 안내하는 이동 가이드; 상기 포물 반사경의 후단에 결합되어 설치되며, 상기 설치 본체와 상기 포물 반사경 사이의 간격을 조정하는 간격 조정부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 간격 조정부는, 상기 설치 본체에 형성되는 나사홈에 나사 결합되어 설치되며, 회전 동작에 의하여 상기 포물 반사경을 전후진시키는 간격 조정 볼트인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 근원거리 겸용 라이다에서, 상기 반사경 구동부는 상기 한 쌍의 포물 반사경의 양측에 모두 구비되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 수광부는, 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 평행광과 평행한 반사광의 광경로에 수직한 방향으로 설치되며, 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 반사광을 집광하는 수광 렌즈; 상기 수광 렌즈의 전방 초점 거리에 설치되며, 상기 수광 렌즈에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 수광센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 근원거리 겸용 라이다에는, 상기 레이저 다이오드를 설치 본체에 고정시키되, 상기 레이저 다이오드에서 발산되는 레이저빔의 발산 각도를 조정하는 빔 발산 각도 조정부;가 더 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명이 근원거리 겸용 라이다는 단순한 구조의 반사 광학계인 포물 반사경과 레이저 다이오드를 2 세트 준비하고 상기 한 쌍의 포물 반사경의 위치를 서로 다르게 배치시켜 근거리 원거리 모두 감지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다의 구성을 도시하는 다른 방향에서의 사시도이다.
도 4, 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다에서의 광경로를 도시하는 도면들이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다(100)는, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 설치 본체(110), 레이저 다이오드(120), 포물 반사경(130), 반사경 구동부(140) 및 수광부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저 상기 설치 본체(110)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다(100)의 다른 구성요소들이 설치 및 운용될 수 있는 공간을 제공하는 구성요소이다. 특히, 상기 설치 본체(110)에는 상기 한 쌍의 포물 반사경(130)이 수평 이동가능하게 설치되는 반사경 설치홈(112)이 좌우로 평행하게 설치된다.

그리고 상기 설치 본체(110)의 하부에는 상기 수광부(150)가 설치될 수 있는 공간(114)도 별도로 구비된다.

다음으로 상기 레이저 다이오드(120)는 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 하측으로 방추형 빔을 펄스 형태로 발산하는 구성요소이다. 상기 레이저 다이오드(120)는 직진성이 우수한 레이저를 발진할 수 있는 다른 구성요소로 대체될 수도 있을 것이다. 본 실시예에서 상기 레이저 다이오드(120)는 비가시광 영역인 905nm 파장을 가지는 레이저빔을 조사하는 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.

한편 상기 레이저 다이오드(120)는 본 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다(100)의 전체적인 외형을 이루는 설치 본체(110)에 다양한 방식에 의하여 결합되어 설치되며, 빔 발산 각도를 조정할 수 있는 구조로 설치될 수도 있다.

따라서 본 실시예에서 상기 레이저 다이오드(120)는 빔발산 각도 고정부(도면에 미도시)에 의하여 상기 설치 본체(110)에 설치될 수도 있다. 상기 빔발산 각도 조정부는 상기 레이저 다이오드(120)를 설치 본체(110)에 고정시키되, 상기 레이저 다이오드(120)에서 발산되는 레이저빔의 발산 각도 즉, 상기 포물 반사경(130)에 입사하는 각도를 조정할 수 있도록, 상기 설치 본체(110)에 결합된 상태에서 회동 가능한 구조로 설치된다. 이는 포물 반사경(130)에 입사하는 빛의 입사각이 수직보다 큰 둔각이 되는 경우 변환되는 평행광의 성능이 개선되므로, 상기 레이저 다이오드(120)의 설치 방향으로 조정할 수 있도록 하는 것이다.

다음으로 상기 포물 반사경(130)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 다이오드(130)의 하측에 설치되며, 상기 레이저 다이오드(120)에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 포물 반사경(130)도 상기 설치 본체(110)에 결합되어 설치되며, 상기 레이저 다이오드(120)에서 확산광 형태로 발산되는 레이저빔을 집광하여 평행광 형태로 변형함과 동시에 조사 방향을 전방으로 전환한다. 따라서 상기 포물 반사경(130)의 반사면은 이에 적합한 포물 반사면을 가지며, 반사율이 100%로 가까운 소재 또는 경면 처리 또는 박막 코팅으로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편 본 실시예에서는 이러한 레이저 다이오드(120)와 포물 반사경(130)으로 이루어지는 반사 광학계가 2세트 구비되며, 각 반사 광학계는 동일한 방향으로 빔을 조사하도록 세팅된다.

다음으로 상기 반사경 구동부(140)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 설치 본체(110)에 설치되며, 상기 포물 반사경(130)을 전후진 구동시키는 구성요소이다. 상기 포물 반사경(130)에는 포물선 형태의 경면이 구비되므로, 상기 레이저 다이오드(120)를 고정한 상태에서 상기 포물 반사경(130)을 수평 방향으로 이동시키면 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 조사되는 빔의 도착 위치가 달라진다. 이러한 성질을 이용하여 본 실시예에서는 상기 반사경 구동부(140)를 이용하여 2세트의 반사 광학계 중 어느 하나의 포물 반사경(130)은 도 4에 도시된 바와 같이, 근거리에 빔을 조사하도록 세팅하고, 나머지 하나의 포물 반사경(130)은 도 5에 도시된 바와 같이, 원거리에 빔을 조사하도록 세팅하여 근거리와 원거리를 모두 감지할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위하여 본 실시예에서 상기 반사경 구동부(140)는 구체적으로 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 이동 가이드(142) 및 간격 조정부(144)를 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 이동 가이드(142)는 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 상기 설치 본체(110)와 상기 포물 반사경(130)의 하면 사이에 설치되며, 상기 포물 반사경(130)의 전후진 이동 방향을 안내하는 구성요소이다. 그리고 상기 간격 조정부(144)는, 상기 포물 반사경(130)의 후단에 결합되어 설치되며, 상기 설치 본체(110)와 상기 포물 반사경(130) 사이의 간격을 조정하는 구성요소로서, 다양한 구조를 가질 수 있다.

예를 들어 본 실시예에서 상기 간격 조정부(144)는, 상기 설치 본체(110)에 형성되는 나사홈(115)에 나사 결합되어 설치되며, 회전 동작에 의하여 상기 포물 반사경(130)을 전후진시키는 간격 조정 볼트인 것이 바람직하다. 이렇게 간격 조정 볼트(144)로 구성되면, 사용자가 이 간격 조정 볼트(144)를 회전시키는 단순한 조작에 의하여 상기 포물 반사경(130)의 위치를 조정할 수 있는 것이다. 이때 상기 간격 조정 볼트(144)의 회전수 또는 회전각에 따라 상기 포물 반사경(130)에 의하여 조사되는 빔의 조사 거리가 표시되는 표시부(도면에 미도시)가 더 구비되는 것이, 간격 조정 볼트의 회전 조작을 간편하게 제어할 수 있어서 바람직하다.

한편 상기 반사경 구동부(140)는 상기 한 쌍의 포물 반사경(130)의 양측에 모두 구비되거나 어느 한 쪽에만 구비될 수도 있다.

다음으로 상기 수광부(150)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 포물 반사경(130)의 하측에 설치되며, 상기 포물 반사경(130)에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 구성요소이다.

이를 위하여 본 실시예에서는 상기 수광부(150)를 구체적으로 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 수광 렌즈(152)와 수광 센서(154)로 구성할 수 있다. 여기에서 상기 수광 렌즈(152)는 상기 이동 가이드(142) 하측에 상기 포물 반사경(130)에 의하여 조사되는 평행광과 평행한 반사광의 광경로에 수직한 방향으로 설치되며, 상기 포물 반사경(130)에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 반사광을 집광하는 구성요소이다.

그리고 상기 수광 센서(154)는 상기 수광 렌즈(152)의 전방 초점 거리에 설치되며, 상기 수광 렌즈(152)에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 구성요소이다. 상기 수광 센서(154)는 일반적인 수광 센서를 채용할 수 있으며, 상기 설치 본체(110)에 고정된 상태로 설치된다.

100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 근원거리 겸용 라이다
110 : 설치 본체 120 : 레이저 다이오드
130 : 포물 반사경 140 : 반사경 구동부
150 : 수광부

Claims (6)

1. 한 쌍의 반사경 설치홈이 좌우로 나란하게 형성되는 설치 본체;
   상기 설치 본체의 상측에 설치되어, 하측으로 방추형 빔을 발산하는 한 쌍의 레이저 다이오드;
   상기 한 쌍의 반사경 설치홈에 각각 전후진 가능하게 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 한 쌍의 포물 반사경;
   상기 설치 본체에 설치되며, 상기 포물 반사경을 전후진 구동시키는 반사경 구동부;
   상기 포물 반사경의 하측에 설치되며, 상기 포물 반사경에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 수광부;를 포함하며,
   상기 반사경 구동부는,
   상기 설치 본체와 상기 포물 반사경의 하면 사이에 설치되며, 상기 포물 반사경의 전후진 이동 방향을 안내하는 이동 가이드;
   상기 포물 반사경의 후단에 결합되어 설치되며, 상기 설치 본체와 상기 포물 반사경 사이의 간격을 조정하는 간격 조정 볼트;
   상기 간격 조정 볼트의 회전수 또는 회전각에 따라 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 빔의 조사 거리가 표시되는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 근원거리 겸용 라이다.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 반사경 구동부는 상기 한 쌍의 포물 반사경의 양측에 모두 구비되는 것을 특징으로 하는 근원거리 겸용 라이다.
5. 제1항에 있어서, 상기 수광부는,
   상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 평행광과 평행한 반사광의 광경로에 수직한 방향으로 설치되며, 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 반사광을 집광하는 수광 렌즈;
   상기 수광 렌즈의 전방 초점 거리에 설치되며, 상기 수광 렌즈에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 수광센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 근원거리 겸용 라이다.
6. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 다이오드를 설치 본체에 고정시키되, 상기 레이저 다이오드에서 발산되는 레이저빔의 발산 각도를 조정하는 빔 발산 각도 조정부;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 근원거리 겸용 라이다.

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