KR102009025B1 - 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 노딩미러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 노딩미러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 노딩미러에 관한 것이다. 상기 라이다 장치는 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하여 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 스캐닝부, 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되, 상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고, 상기 노딩 미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하며, 상기 레이저의 이동경로를 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 반사면을 포함하며, 상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가질 수 있다.

Description

라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 노딩미러 {A LIDAR DEVICE AND NODDING MIRROR USED IN THE LIDAR DEVICE}
본 발명은 레이저를 이용하여 대상체의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 스캔영역을 향해 레이저를 조사하고 상기 스캔영역상에 존재하는 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하여, 거리 정보를 획득하는 라이다 장치에 관한 것이다.
라이다 장치(LiDAR: Light Detecting And Ranging)는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리를 탐지하는 장치이다. 또한 라이다 장치는 레이저를 이용한 포인트 클라우드(Point cloud)를 생성하여 주변에 존재하는 사물에 대한 위치정보를 획득할 수 있는 장치이다. 또한, 라이다 장치를 이용한 기상관측, 3차원 맵핑(3D mapping), 자율주행차량, 자율주행드론 및 무인 로봇 센서 등에 대한 연구 역시 활발히 진행되고 있다.
종래의 라이다 장치는 라이다 장치 자체를 기계적으로 회전시키거나, 확산렌즈를 이용하여 스캔영역을 확장해왔다. 그러나 라이다 장치 자체를 기계적으로 회전시키는 경우 다수의 레이저에서 발생하는 열적인 문제나, 기계적 회전에 따라 안정성, 내구성 등에 문제가 있었다. 또한 확산렌즈를 이용하여 스캔영역을 확장시키는 라이다 장치의 경우, 레이저의 확산으로 인해 측정 거리가 줄어드는 문제가 있었다.
최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 라이다 장치 자체의 기계적 회전을 통하지 않고 스캔영역을 확장할 수 있으며, 라이다 장치의 성능을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다.
일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 단일 채널의 레이저 만으로도 원하는 스캔영역을 갖는 라이다 장치에 관한 것이다.
또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 레이저를 확산시키지 않고도 최소한의 전력으로 더 먼거리에 위치하는 대상체를 감지하기 위한 라이다 장치에 관한 것이다.
또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 수광되는 레이저의 양을 증가시켜 최소한의 전력으로 더 먼거리에 위치하는 대상체를 감지하기 위한 라이다 장치에 관한 것이다.
또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 노딩미러의 배치를 통하여 효율적인 대상체 감지를 위한 라이다 장치에 관한 것이다.
일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하여 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 스캐닝부 및 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부를 포함하되, 상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고, 상기 노딩 미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하며, 상기 레이저의 이동경로를 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 반사면을 포함하며, 상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가질 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하여 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 선 형태로 확장시키는 제1 스캐닝부, 상기 제1 스캐닝부에서 조사된 조사영역이 선 형태인 레이저를 획득하여 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 면 형태로 확장시키는 제2 스캐닝부 및 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되, 상기 제1 스캐닝부는 노딩미러를 포함하며, 상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하며, 상기 레이저의 이동경로를 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 반사면을 포함하며, 상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지고, 상기 제2 스캐닝부는 수직방향으로 설정된 일 축을 기준으로 회전함에 따라 상기 조사영역이 수직방향의 선 형태인 레이저의 이동경로를 수평방향으로 변경시킴으로써 조사영역을 면 형태로 확장시키는 회전 다면 미러를 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따른 노딩미러는 기 설정 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하는 몸체 및 상기 획득한 레이저를 반사하기 위한 반사면; 을 포함하며, 상기 반사면은 레이저의 최대 직경이하의 크기를 가질 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하여 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 스캐닝부, 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되, 상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고, 상기 노딩 미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하며, 상기 레이저의 이동경로를 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 반사면을 포함하며, 상기 라이다의 최대 측정 가능 거리는 상기 노딩미러가 노딩함에 따라 연속적으로 변경될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 라이다 장치는 회전 다면 미러를 스캔영역을 확장하기 위해 이용함으로써 단일 채널의 레이저만으로도 스캔영역을 확장시킬 수 있다.
또한 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저의 이동방향을 변경시켜 스캔영역을 확장시킴으로 인하여 최소한의 전력으로 더 먼거리에 위치하는 대상체를 감지할 수 있다.
또한 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치는 회전 다면 미러를 수광을 하기 위해 이용함으로써 수광되는 레이저의 양을 증가시켜 최소한의 전력으로 더 먼거리에 위치하는 대상체를 감지할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치는 노딩미러의 배치에 따른 반사되는 레이저 양의 차이를 이용함으로써 효율적으로 대상체를 감지할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 스캐닝부의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 관한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 노딩미러를 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 노딩미러의 반사하는 레이저의 양을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 노딩미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 작은 노딩미러의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 노딩미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 큰 노딩미러의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 노딩미러에서 반사되는 레이저가 되돌아 가지 않기 위한 노딩미러의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 노딩미러의 노딩 각도 및 거리에 따른 라이다 장치의 조사영역의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 시야각을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a의 변경 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 다른 일 실시예에 따른 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a의 변경 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 노딩미러 주변에 배치되는 반사미러를 더 포함하는 라이다 장치에 대하여 설명하기 위한 도면이다
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분양에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 판례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 도는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하여 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 스캐닝부, 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되, 상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고, 상기 노딩 미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하며, 상기 레이저의 이동경로를 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 반사면을 포함하며, 상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태에서 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태에서 +b/2도 노딩하는 상태에서 상기 노딩 미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 T% 미만이 되도록, 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a 는 수학식
Figure 112018080789128-pat00001
에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 상기 노딩미러는 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상기 레이저 출력부로 되돌아 가지 않도록 상기 각도 a가 90-b/2 - 이 때, b는 기 설정 각도를 의미함 - 이하로 결정될 수 있다.
여기서, 상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태에서 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태에서 +b/2도 노딩하는 상태에서 상기 노딩 미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 U% 를 초과하도록, 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a 는 수학식
Figure 112018080789128-pat00002
에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 상기 노딩미러의 기 설정 각도는 상기 라이다 장치가 설치된 이동체의 속도를 기초로 변화될 수 있다.
여기서, 상기 노딩미러의 기 설정 각도는 상기 라이다 장치의 1 프레임을 기초로 변화될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하여 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 선 형태로 확장시키는 제1 스캐닝부, 상기 제1 스캐닝부에서 조사된 조사영역이 선 형태인 레이저를 획득하여 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 면 형태로 확장시키는 제2 스캐닝부 및 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부를 포함하되, 상기 제1 스캐닝부는 노딩미러를 포함하며, 상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하며, 상기 레이저 광의 이동경로를 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 반사면을 포함하며, 상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지고, 상기 제2 스캐닝부는 수직방향으로 설정된 일 축을 기준으로 회전함에 따라 상기 조사영역이 수직방향의 선 형태인 레이저의 이동경로를 수평방향으로 변경시킴으로써 조사영역을 면 형태로 확장시키는 회전 다면 미러를 포함하는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태에서 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태에서 +b/2도 노딩하는 상태에서 상기 노딩 미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 T% 미만이 되도록, 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a 는 수학식
Figure 112018080789128-pat00003
에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 상기 노딩미러는 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상기 레이저 출력부로 되돌아 가지 않도록 상기 각도 a가 90-b/2 - 이 때, b는 기 설정 각도를 의미함 - 이하로 결정될 수 있다.
여기서, 상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태에서 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태에서 +b/2도 노딩하는 상태에서 상기 노딩 미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 U% 를 초과하도록, 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a 는 수학식
Figure 112018080789128-pat00004
에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 상기 노딩미러의 기 설정 각도는 상기 라이다 장치가 설치된 이동체의 속도를 기초로 변화될 수 있다.
여기서, 상기 노딩 미러의 기 설정 각도는 상기 회전 다면 미러의 회전을 기초로 변화될 수 있다.
여기서, 상기 회전 다면 미러의 옆면이 N개인 경우, 상기 노딩미러의 기 설정 각도는 상기 회전 다면 미러의 1/N회전함에 기초하여 변화될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 라이다 장치 내부에서 상기 레이저를 획득하고 반사하여 상기 라이다 장치의 내부에서 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써, 상기 라이다 장치에서 외부로 출력되는 레이저의 조사영역을 확장시키는 노딩미러로서 기 설정 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하는 몸체 및 상기 획득한 레이저를 반사하기 위한 반사면; 을 포함하며, 상기 반사면은 레이저의 최대 직경이하의 크기를 가지는 노딩미러가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태에서 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태에서 +b/2도 노딩하는 상태에서 상기 노딩 미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 T% 미만이 되도록, 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a 는 수학식
Figure 112018080789128-pat00005
에 의해 결정될 수 있다.
여기서, 상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태에서 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태에서 +b/2도 노딩하는 상태에서 상기 노딩 미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 U% 를 초과하도록, 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a 는 수학식
Figure 112018080789128-pat00006
에 의해 결정될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 레이저를 출사하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하여 상기 레이저의 이동경로를 지속적으로 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 스캐닝부, 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되, 상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고, 상기 노딩 미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 노딩하는 각도를 의미함. - 범위에서 노딩하며, 상기 레이저의 이동경로를 변경시킴으로써 조사영역을 확장시키는 반사면을 포함하며, 상기 라이다의 최대 측정 가능 거리는 상기 노딩미러가 노딩함에 따라 연속적으로 변경되는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
1. 라이다 장치 및 용어정리
라이다 장치는 레이저를 이용하여 대상체의 거리 및 위치를 탐지하기 위한 장치이다. 예를 들어 라이다 장치와 대상체와의 거리 및 라이다 장치를 기준으로 한 대상체의 위치는 (R,
Figure 112018080789128-pat00007
,
Figure 112018080789128-pat00008
)로 나타낼 수 있다. 또한, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 라이다 장치와 대상체와의 거리 및 라이다 장치를 기준으로 한 대상체의 위치는 직교좌표계 (X,Y,Z), 원통좌표계 (R,
Figure 112018080789128-pat00009
,z) 등으로 나타낼 수 있다.
또한 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위하여, 대상체로부터 반사된 레이저를 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위해 출사된 레이저와 감지된 레이저의 시간차이인 비행시간(TOF: Time Of Flight)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 레이저를 출력하는 레이저 출력부와 반사된 레이저를 감지하는 센서부를 포함할 수 있다. 라이다 장치는 레이저 출력부에서 레이저가 출력된 시간을 확인하고, 대상체로부터 반사된 레이저를 센서부에서 감지한 시간을 확인하여, 출사된 시간과 감지된 시간의 차이에 기초하여 대상체와의 거리를 판단할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위해 감지된 레이저의 감지 위치를 기초로 삼각측량법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상대적으로 가까운 대상체로부터 반사되는 경우 상기 반사된 레이저는 센서부 중 레이저 출력부와 상대적으로 먼 지점에서 감지될 수 있다. 또한, 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상대적으로 먼 대상체로부터 반사되는 경우 상기 반사된 레이저는 센서부 중 레이저 출력부와 상대적으로 가까운 지점에서 감지될 수 있다. 이에 따라, 라이다 장치는 레이저의 감지 위치의 차이를 기초로 대상체와의 거리를 판단할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 대상체와의 거리(R)를 결정하기 위해 감지된 레이저의 위상변화(Phase shift)를 이용할 수 있다. 예를 들어 라이다 장치는 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 AM(Amplitude Modulation)시켜 진폭에 대한 위상을 감지하고, 스캔영역상에 존재하는 대상체로부터 반사된 레이저의 진폭에 대한 위상을 감지하여 출사된 레이저와 감지된 레이저의 위상 차이에 기초하여 스캔영역상에 존재하는 대상체와의 거리를 판단할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 조사되는 레이저의 각도를 이용하여 대상체의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치에서 라이다 장치의 스캔영역을 향해 조사된 하나의 레이저의 조사 각도(
Figure 112018080789128-pat00010
,
Figure 112018080789128-pat00011
)를 알 수 있는 경우, 상기 스캔영역상에 존재하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부에서 감지된다면, 라이다 장치는 조사된 레이저의 조사 각도(
Figure 112018080789128-pat00012
,
Figure 112018080789128-pat00013
)로 상기 대상체의 위치를 결정할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 수광되는 레이저의 각도를 이용하여 대상체의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 대상체와 제2 대상체가 라이다 장치로부터 같은 거리(R)에 있으나, 라이다 장치를 기준으로 서로 다른 위치(
Figure 112018080789128-pat00014
,
Figure 112018080789128-pat00015
)에 있는 경우, 제1 대상체에서 반사된 레이저와 제2 대상체에서 반사된 레이저는 센서부의 서로 다른 지점에서 감지될 수 있다. 라이다 장치는 반사된 레이저들이 센서부에서 감지된 지점을 기초로 대상체의 위치를 결정할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 라이다 장치는 주변의 임의의 대상체의 위치를 탐지하기 위해 대상체를 포함하는 스캔영역을 가질 수 있다. 여기서 스캔영역은 탐지 가능한 영역을 한 화면으로 표현한 것으로 1프레임동안 한 화면을 형성하는 점, 선, 면의 집합을 의미할 수 있다. 또한 스캔영역은 라이다 장치에서 조사된 레이저의 조사영역을 의미할 수 있으며, 조사영역은 1프레임 동안 조사된 레이저가 같은 거리(R)에 있는 구면과 만나는 점, 선, 면의 집합을 의미 할 수 있다. 또한 시야각(FOV, Field of view)은 탐지 가능한 영역(Field)을 의미하며, 라이다 장치를 원점으로 보았을 때 스캔영역이 가지는 각도 범위로 정의 될 수 있다.
2. 라이다 장치의 구성
이하에서는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 각 구성요소들에 대하여 상세하게 설명한다.
2.1 라이다 장치의 구성요소
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 출력부(110), 스캐닝부(120), 센서부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 그러나, 전술한 구성에 국한되지 않고, 상기 라이다 장치(100)는 상기 구성보다 많거나 적은 구성을 갖는 장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 상기 스캐닝부 없이 상기 레이저 출력부, 상기 센서부 및 상기 제어부만으로 구성될 수 있다.
또한, 라이다 장치(100)에 포함된 레이저 출력부(110), 스캐닝부(120), 센서부(130) 및 제어부(140) 각각은 복수개로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 복수 개의 레이저 출력부, 복수 개의 스캐닝부, 복수 개의 센서부로 구성 될 수 있다. 물론, 단일 레이저 출력부, 복수 개의 스캐닝부, 단일 센서부로 구성 될 수도 있다.
라이다 장치(100)에 포함된 레이저 출력부(110), 스캐닝부(120), 센서부(130) 및 제어부(140) 각각은 복수개의 하위 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 복수 개의 레이저 출력 소자가 하나의 어레이로 레이저 출력부를 구성할 수 있다.
2.1.1 레이저 출력부
상기 레이저 출력부(110)는 레이저를 출사할 수 있다. 상기 라이다 장치(100)는 상기 출사된 레이저를 이용하여 대상체까지의 거리를 측정할 수 있다.
또한, 상기 레이저 출력부(110)는 하나 이상의 레이저 출력 소자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 레이저 출력부(110)는 단일 레이저 출력 소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 레이저 출력소자를 포함할 수 있다. 또한 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우 상기 복수 개의 레이저 출력 소자가 하나의 어레이를 구성할 수 있다.
또한, 상기 레이저 출력부(110)는 905nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있으며, 1550nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있다. 또한 상기 레이저 출력부(110)는 800nm에서 1000nm사이 파장의 레이저를 출사시킬 수 있는 등 출사된 레이저의 파장은 다양한 범위에 걸쳐있을 수도 있으며, 특정 범위에 있을 수도 있다.
또한, 상기 레이저 출력부(110)의 레이저 출력소자가 복수개인 경우 각 레이저 출력소자는 같은 파장대역의 레이저를 출사시킬 수 있으며, 서로 다른 파장대역의 레이저를 출사시킬 수 있다. 예를 들어, 2개의 레이저 출력소자를 포함하는 레이저 출력부의 경우, 하나의 레이저 출력소자는 905nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있으며, 다른 하나의 레이저 출력소자는 1550nm대역의 레이저를 출사시킬 수 있다.
또한 상기 레이저 출력 소자는 레이저 다이오드(Laser Diode:LD), Solid-state laser, high power laser, Light entitling diode(LED), 빅셀(Vertical cavity Surface emitting Laser : VCSEL), External cavity diode laser(ECDL) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
2.1.2 스캐닝부
스캐닝부(120)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저의 이동방향을 변경하여 레이저의 조사방향을 변경시킬 수 있으며, 출사된 레이저를 발산시키거나 위상을 변화시켜 레이저의 크기를 변경시키거나 조사방향을 변경시킬 수도 있고, 레이저를 발산시키고 레이저의 이동방향을 변경시켜 레이저의 조사 방향 및 크기를 변경시킬 수도 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 상기 레이저 출력부(110)에서 조사되는 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경시킴으로써 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저의 이동방향을 변경시키기 위해 고정된 각도로 레이저의 이동방향을 변경하는 고정미러, 기 설정된 각도 범위에서 노딩(nodding)하며 지속적으로 레이저의 이동방향을 변경하는 노딩미러 및 일 축을 기준으로 회전하며 지속적으로 레이저의 이동방향을 변경하는 회전미러를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저를 발산시키기 위하여 렌즈, 프리즘, 액체 렌즈(Microfluidie lens), Liquid Crystal 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 출사된 레이저의 위상을 변화시키고 이를 통하여 조사 방향을 변경하기 위하여 OPA(Optical phased array)등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 노딩미러는 출사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시켜, 레이저의 조사영역을 확장 또는 변경시키는 것으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 수 있다. 여기서 노딩은 하나 또는 다수의 축을 기준으로 회전하며, 일정 각도 범위 내에서 왕복운동을 하는 것을 지칭할 수 있다. 또한 상기 노딩미러는 공진스캐너(Resonance scanner), MEMs mirror, VCM(Voice Coil Motor)등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한 상기 회전미러는 출사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시켜, 레이저의 조사영역을 확장 또는 변경시키는 것으로, 일 축을 기준으로 회전할 수 있다. 또한 상기 회전미러는 단면미러가 축을 기준으로 회전하는 것일 수 있으며, 원뿔형 미러가 축을 기준으로 회전하는 것일 수도 있고, 다면 미러가 축을 기준으로 회전하는 것일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고, 축을 기준으로 각도범위 제한 없이 회전하는 미러일 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 단일한 스캐닝부로 구성될 수도 있고, 복수개의 스캐닝부로 구성될 수도 있다. 또한 상기 스캐닝부는 하나 또는 둘 이상의 광학요소를 포함 할 수 있으며, 그 구성에 제한이 없다.
2.1.3 센서부
센서부(130)는 라이다 장치(100)의 스캔영역 상에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있다.
또한, 상기 센서부(130)는 하나 이상의 센서 소자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 센서부(130)는 단일 센서소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 센서 소자로 구성된 센서 어레이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 센서부(130)는 하나의 APD(Avalanche Photodiode)를 포함할 수 있으며, 복수 개의 SPAD(Single-photon avalanche diode)이 어레이로 구성된 SiPM(Silicon PhotoMultipliers)를 포함할 수도 있다. 또한 복수개의 APD를 단일 채널로 구성할 수 있으며, 복수개의 채널로 구성할 수도 있다.
또한 상기 센서 소자는 PN 포토다이오드, 포토트랜지스터, PIN 포토다이오드, APD, SPAD, SiPM, CCD(Charge-Coupled Device)등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
2.1.4 제어부
제어부(140)는 감지된 레이저에 기초하여 상기 라이다 장치로부터 스캔영역 상에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다. 또한, 상기 제어부(140)는 상기 레이저 출력부(110), 상기 스캐닝부(120), 상기 센서부(130) 등 상기 라이다 장치의 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다.
2.2 스캐닝부
이하에서는 상기 스캐닝부(120)에 대해서 보다 더 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치에서 스캐닝부의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저의 조사영역에 따라 상기 스캐닝부(120)의 기능이 다를 수 있다.
2.2.1 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 조사영역이 점 형태인 경우
일 실시예에 따르면, 상기 레이저 출력부(110)가 단일 레이저 출력소자를 갖는 경우 레이저 출력부에서 출사되는 레이저(111)의 조사영역은 점 형태일 수 있다. 이 때, 스캐닝부(120)는 상기 레이저(111)의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 선 형태 또는 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라, 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)를 발산하게 하여 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 라이다 장치의 스캔영역을 선 또는 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 위상을 변경하여 레이저의 크기 및 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라, 라이다 장치의 스캔영역을 선 또는 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 1차적으로 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 이동방향을 지속적으로 변경하고, 2차적으로 상기 레이저의 이동방향을 앞서 변경한 이동방향과 다른 방향으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치(100)의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 1차적으로 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)의 이동방향을 지속적으로 변경하고, 2차적으로 상기 레이저를 발산하게 하여 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 1차적으로 점 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(111)를 발산시키고, 2차적으로 상기 발산된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
2.2.2 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 조사영역이 선 형태인 경우
다른 일 실시예에 따르면 상기 레이저 출력부(110)가 복수 개의 레이저 출력소자로 구성된 경우 레이저 출력부에서 출사되는 레이저(112)의 조사영역은 선 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저(112)의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 상기 레이저 출력부(110)가 일렬로 배열된 어레이로 구성된 레이저 출력소자를 포함하는 경우 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저(112)의 조사영역은 선 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저(112)의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 선 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(112)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
2.2.3 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 조사영역이 면 형태인 경우
다른 일 실시예에 따르면 상기 레이저 출력부(110)가 복수 개의 레이저 출력소자로 구성된 경우 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저(113)의 조사영역은 면 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면 면 형태의 어레이로 구성된 레이저 출력소자를 포함하는 경우 레이저 출력부(110)에서 출사되는 레이저(113)의 조사영역은 면 형태일 수 있다. 여기서 스캐닝부(120)는 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
이 때, 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사방향을 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)를 발산시켜 상기 레이저의 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
또한 상기 스캐닝부(120)는 면 형태의 조사영역을 갖는 상기 레이저(113)의 위상을 변화시켜 상기 레이저의 조사방향 및 크기를 변경할 수 있으며, 이에 따라, 상기 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키거나 스캔방향을 변경시킬 수 있다.
이하에서는 상기 레이저 출력부에서 출사되는 레이저의 조사영역이 점 형태인 라이다 장치에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
3. 라이다 장치의 일 실시예
3.1 라이다 장치의 구성
도 3은 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저 출력부(110), 제1 스캐닝부(121), 제2 스캐닝부(126) 및 센서부(130)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)은 도 1 및 도 2에서 설명되었으므로, 이하에서 상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2에서 전술된 스캐닝부(120)는 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝부(126)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 출사된 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 출사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하여 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 출사된 레이저를 선 형태로 발산시켜 상기 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수도 있다.
또한 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사된 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사된 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 또한 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 제1 스캐닝부에서 조사된 레이저를 발산시켜 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 면 형태로 확장 시킬 수 있다.
3.2 라이다 장치의 동작
도 3을 참조하면, 도 3에서는 상기 라이다 장치(100)에서 출사된 레이저의 광경로가 표시된다. 구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)는 레이저를 출사할 수 있다. 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121)에 도달하고, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 레이저를 상기 제2 스캐닝부(126)를 향하여 조사할 수 있다. 또한. 상기 레이저는 제2 스캐닝부(126)에 도달하고, 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 스캔영역(150)을 향하여 상기 레이저를 조사할 수 있다. 또한 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 상기 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되어 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 상기 센서부(130)는 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 조사된 상기 레이저를 감지할 수 있다.
3.2.1 라이다 장치의 조사 방법
라이다 장치(100)는 레이저를 이용하여 라이다 장치(100)로부터 대상체(160)까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있다. 따라서 라이다 장치(100)는 대상체(160)를 향해 레이저를 조사해야야 하며, 이에 따라, 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체와의 거리를 측정하기 위한 조사방법을 가질 수 있다. 여기서 조사방법은 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저가 스캔영역상(150)에 위치하는 대상체(160)에 도달하기까지의 조사경로를 결정하고, 스캔영역(150)을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서는 상기 라이다 장치의 조사경로 및 스캔영역(150)에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)는 상기 제1 스캐닝부(121)를 향하여 레이저를 출사시킬 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121)는 출사된 레이저를 상기 제2 스캐닝부(126)를 향해 조사시킬 수 있으며, 상기 제2 스캐닝부(126)는 조사된 레이저를 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 향해 조사시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 조사영역은 점 형태이며, 상기 출사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121)를 통하여 상기 제2 스캐닝부(126)를 향해 조사될 수 있다. 이 때, 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사영역이 점 형태인 상기 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 스캐닝부(121)는 상기 레이저 출력부로(110)부터 조사영역이 점 형태인 레이저를 전달 받아 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 제2 스캐닝부(126)를 향해 조사할 수 있다.
이 때, 상기 제2 스캐닝부(126)에서 조사영역이 선 형태인 상기 레이저의 조사방향 및/또는 크기를 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121)에서 조사된 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 상기 스캔영역을 향해 조사될 수 있다. 즉, 상기 제2 스캐닝부(126)는 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 제1 스캐닝부(121) 로부터 전달 받아 조사영역이 면 형태인 레이저를 상기 스캔영역(150)을 향해 조사할 수 있다. 그리고 상기 제2 스캐닝부(126)에서 조사영역이 면 형태인 레이저를 조사함으로써 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
3.2.2 라이다 장치의 수광방법
라이다 장치(100)는 대상체로부터 반사된 레이저를 감지하여야 하며, 이에 따라 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체와의 거리를 측정하기 위한 수광방법을 가질 수 있다. 여기서 수광방법은 대상체에서 반사된 레이저가 센서부에 도달하기까지의 수광경로를 결정하고, 센서부에 도달하는 레이저의 양을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서 상기 라이다 장치(100)의 수광경로 및 센서부에 도달하는 레이저의 양에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 레이저는 상기 라이다 장치의 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사될 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)를 향할 수 있으며, 상기 제2 스캐닝부(126)는 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 센서부(130)를 향해 조사할 수 있다. 이 때, 상기 대상체(160)의 색상, 재질 등 또는 상기 레이저의 입사각 등에 따라 상기 대상체(160)로부터 반사되는 레이저의 성질이 달라질 수 있다.
또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 즉, 상기 대상체로(160)부터 반사된 상기 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 상기 센서부를 향해 조사될 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝(126)부 모두를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있으며, 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝(126)부 모두를 통하지 않고 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 따라서 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 제2 스캐닝부(126)에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 도 3에서는 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저가 상기 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되는 것으로 표현하였으나. 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라, 상기 대상체(160) 로부터 반사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝부(126)를 거쳐 상기 센서부(130)에 도달될 수도 있다. 또한, 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저는 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝부(126)를 거치지 않고 상기 센서부(130)에 도달될 수도 있다.
상술한 바와 같이 점 형태의 레이저를 출사하는 레이저 출력부(110), 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 포함하는 라이다 장치는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 이용하여 스캔영역(150)을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 따라서, 라이다 장치 자체의 기계적회전을 통하여 스캔영역을 면 형태로 확장시키는 라이다 장치보다 내구성 및 안정성 측면에서 좋은 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 레이저의 확산을 이용하여 스캔영역을 면 형태로 확장시키는 라이다 장치보다 더 먼거리까지 측정이 가능할 수 있다. 또한, 상기 제1 스캐닝부(121) 및 상기 제2 스캐닝(126)의 동작을 제어하면 원하는 관심영역(Region Of Interest)으로 레이저를 조사할 수 있다.
4. 노딩미러(Nodding mirror)와 회전 다면 미러(Rotating polygon mirror)를 이용한 라이다 장치
라이다 장치(100)의 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 조사영역이 점 형태인 경우, 라이다 장치(100)는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 포함할 수 있다. 여기서 조사영역이 점 형태인 출사된 레이저는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)를 통하여 레이저의 조사영역이 면 형태로 확장되며, 이에 따라 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)이 면 형태로 확장될 수 있다.
또한 라이다 장치(100)는 그 용도에 따라 요구되는 시야각(FOV)이 다를 수 있다. 예를 들어, 3차원 지도(3D Mapping)을 위한 고정형 라이다 장치의 경우는 수직, 수평방향으로 최대한 넓은 시야각을 요구할 수 있으며, 차량에 배치되는 라이다 장치의 경우는 수평방향으로 상대적으로 넓은 시야각에 비해 수직방향으로 상대적으로 좁은 시야각을 요구할 수 있다. 또한 드론(Dron)에 배치되는 라이다의 경우는 수직, 수평방향으로 최대한 넓은 시야각을 요구 할 수 있다. 따라서 수직방향에서 요구할 수 있는 시야각과 수평방향에서 요구할 수 있는 시야각이 다른 경우, 제1 스캐닝부(121)에서 상대적으로 좁은 시야각을 요구하는 방향으로 레이저의 이동방향을 변경시키고, 제2 스캐닝부(126)에서 상대적으로 넓은 시야각을 요구하는 방향으로 레이저의 이동방향을 변경시키는 것이 라이다 장치(100)의 전체적인 크기를 줄일 수 있다.
또한 라이다 장치(100)는 스캔영역(150)을 향해 조사된 레이저가 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되는 경우, 반사된 레이저를 감지하여 거리를 측정하는 장치이다. 여기서 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)의 색상, 재질 또는 대상체(160)를 향해 조사되는 레이저의 입사각 등에 따라 사방으로 난반사될 수 있다. 따라서 먼 거리에 있는 대상체(160)의 거리를 측정하기 위해서 레이저의 확산을 줄여야 할 수 있으며, 이를 위해 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)는 레이저의 크기를 확장시키지 않되, 이동방향을 지속적으로 변경하여 레이저의 조사영역을 확장시키는 것일 수 있다.
또한 라이다 장치(100)가 3차원으로 스캔을 하기 위하여 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126)는 레이저의 이동방향을 서로 다른 방향으로 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐닝부(121)는 지면과 수직한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하며, 제2 스캐닝부(126)는 지면과 수평한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경할 수 있다.
또한 라이다 장치(100)에서 제1 스캐닝부(121)는 레이저 출력부(110)로부터 조사영역이 점 형태인 레이저를 전달받는 반면, 제2 스캐닝부(126)는 제1 스캐닝부(121)로부터 조사영역이 선 형태인 레이저를 전달 받을 수 있다. 따라서 제2 스캐닝부(126)는 제1 스캐닝부(121) 보다 크기가 클 수 있다. 또한 이에 따라, 크기가 작은 제1 스캐닝부(121)가 크기가 큰 제2 스캐닝부(126) 보다 스캐닝속도가 빠를 수 있다. 여기서 스캐닝 속도는 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하는 속도를 의미할 수 있다.
또한 라이다 장치(100)는 스캔영역(150)을 향해 조사된 레이저가 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되는 경우, 반사된 레이저를 감지하여 거리를 측정하는 장치이다. 여기서 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)의 색상, 재질 또는 대상체(160)를 향해 조사되는 레이저의 입사각 등에 따라 사방으로 난반사될 수 있다. 따라서 먼 거리에 있는 대상체(160)의 거리를 측정하기 위해 센서부(130)에서 감지할 수 있는 레이저의 양을 증가시켜야 할 수 있으며, 이를 위해 대상체(160)에서 반사된 레이저는 제1 스캐닝부(121) 및 제2 스캐닝부(126) 중 크기가 큰 제2 스캐닝부(126)만을 통하여 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다.
따라서 상술한 기능을 원활히 수행할 수 있도록, 라이다 장치(100)의 제1 스캐닝부(121)는 노딩미러를 포함할 수 있으며, 라이다 장치(100)의 제2 스캐닝부(126)는 회전 다면 미러를 포함할 수 있다.
이하에서는 제1 스캐닝부(121)는 노딩미러를 포함하며, 제2 스캐닝부(126)는 회전 다면 미러를 포함하는 라이다 장치에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
4.1 라이다 장치의 구성
도 4는 일 실시예에 따른 라이다 장치에 관한 것이다.
도 4는 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 출력부(110), 노딩미러(122), 회전 다면 미러(127) 및 센서부(130)를 포함할 수 있다.
상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)은 도 1 및 도 2에서 설명되었으므로, 이하에서 상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에서 전술된 제1 스캐닝부(121)는 노딩미러(122)를 포함할 수 있으며, 제2 스캐닝부(126)는 회전 다면 미러(127)를 포함할 수 있다.
상기 노딩미러(122)는 전술한 제1 스캐너부(121)의 일 구현예일 수 있다. 상기 노딩미러(122)는 일 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 수 있으며, 두 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 수도 있다. 이 때, 상기 노딩미러(122)가 일 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 경우 상기 노딩미러에서 조사된 레이저의 조사영역은 선 형태일 수 있다. 또한, 상기 노딩미러(122)가 두 축을 기준으로 기 설정된 각도 범위에서 노딩할 경우 상기 노딩미러에서 조사된 레이저의 조사영역은 면 형태일 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)의 노딩속도는 기 설정된 각도 전 범위에서 동일할 수 있으며, 기 설정된 각도 전 범위에서 상이할 수도 있다. 예를 들어, 상기 노딩미러(122)는 기 설정된 각도 전 범위에서 동일한 각속도로 노딩할 수 있다. 또한 예를 들어, 상기 노딩미러(122)는 기 설정된 각도의 양 끝에서 상대적으로 느리며, 기 설정된 각도의 중앙 부분에서 상대적으로 빠른 각 속도로 노딩할 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저를 전달받아 반사하며, 기 설정된 각도 범위에서 노딩함에 따라 상기 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저의 조사영역은 선 또는 면 형태로 확장될 수 있다.
또한, 상기 회전 다면 미러(127)는 전술한 상기 제2 스캐너(126)의 일 구현예일 수 있다. 상기 회전 다면 미러(127)는 일 축을 기준으로 회전할 수 있다. 여기서 상기 회전 다면 미러(127)는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저를 전달받아 반사하며, 일 축을 기준으로 회전함에 따라 상기 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경시킬 수 있다. 그리고 이에 따라, 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 결과적으로 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(310)을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 회전 다면 미러(127)의 회전속도는 회전하는 각도 전 범위에서 동일할 수 있으며, 회전하는 각도 범위에서 서로 상이할 수도 있다. 예를 들어, 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사되는 레이저의 방향이 스캔영역(310)의 중심부분을 향할 때 회전속도가 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사되는 레이저의 방향이 스캔영역(310)의 사이드 부분을 향할 때 회전속도보다 상대적으로 느릴 수 있다. 또한 상기 회전 다면 미러(127)의 회전 차수에 따라서 회전속도가 서로 다를 수 있다.
또한 상기 라이다 장치(100)의 수직 시야각을 수평 시야각보다 좁게 설정하는 경우, 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수직인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 지면에 대하여 수직 방향인 선 형태로 확장시킬 수 있다. 그리고 이 때, 상기 회전 다면미러(127)는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수평인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(310)을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 따라서 상기 노딩미러(122)는 수직으로 스캔영역(310)을 확장시키며, 상기 회전 다면 미러(127)는 수평으로 스캔영역(310)을 확장시킬 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저를 반사시키므로 상기 노딩미러(122)의 크기는 상기 레이저의 직경과 유사할 수 있다. 그러나 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저는 조사영역이 선 형태이므로 상기 회전 다면 미러(127)의 크기는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저를 반사시키기 위해 상기 조사영역의 크기 이상일 수 있다. 따라서 상기 노딩미러(122)의 크기가 상기 회전 다면 미러(127)의 크기보다 작을 수 있으며, 상기 노딩미러(122)의 노딩속도는 상기 회전 다면 미러(127)의 회전속도보다 빠를 수 있다.
이하에서는 상술한 구성을 가지는 상기 라이다 장치(100)의 레이저 조사 방법 및 레이저 수광 방법에 대하여 설명하기로 한다.
4.2 라이다 장치의 동작
다시 도 4를 참조하면, 상기 라이다 장치(100)의 상기 레이저가 출사될 때부터 감지될 때까지 레이저의 이동경로를 알 수 있다. 구체적으로, 상기 라이다 장치(100)의 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저는 상기 노딩미러(122)를 통하여 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사되며, 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 통해 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 향해 조사될 수 있다. 또한 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 상기 레이저는 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사되어 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 또한 상기 센서부(130)는 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 조사된 상기 레이저를 감지할 수 있다.
4.2.1 라이다 장치의 조사 방법
라이다 장치(100)는 레이저를 이용하여 라이다 장치(100)로부터 대상체(160)까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있다. 따라서 라이다 장치(100)는 대상체(160)를 향해 레이저를 조사해야 하며, 이에 따라 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체(160)와의 거리를 측정하기 위한 조사방법을 가질 수 있다. 여기서 조사방법은 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저가 스캔영역(150)상에 위치하는 대상체(160)에 도달하기까지의 조사경로를 결정하고, 스캔영역(150)을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서는 상기 라이다 장치(100)의 조사경로 및 스캔영역(150)에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 레이저 출력부(110)에서 상기 노딩미러(122)를 향하여 레이저를 출사시킬 수 있으며, 상기 노딩미러(122)는 출사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사시킬 수 있으며, 상기 회전 다면 미러(127)는 조사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 향해 조사시킬 수 있다.
이 때, 상기 레이저 출력부(110)에서 상기 노딩미러(122)를 향해 레이저를 출사할 수 있으며, 이 때 상기 출사된 레이저의 조사영역은 점 형태일 수 있다.
여기서, 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저는 상기 노딩미러(122)를 통하여 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사될 수 있다. 이 때, 상기 노딩미러(122)에서 조사영역이 점 형태인 상기 레이저의 조사방향을 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 선 형태로 확장시킬 수 있다. 즉, 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)로부터 조사영역이 점 형태인 레이저를 전달 받아 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 회전 다면 미러(127)를 향해 조사할 수 있다.
이 때, 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수직인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 지면에 대하여 수직 방향인 선 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 상기 스캔영역(150)을 향해 조사될 수 있다. 이 때, 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사영역이 선 형태인 상기 레이저의 조사방향을 변경하여 상기 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 즉, 상기 회전 다면 미러(127)는 조사영역이 선 형태인 레이저를 상기 노딩미러(122)로부터 전달 받아 조사영역이 면 형태인 레이저를 상기 스캔영역(150)을 향해 조사할 수 있다. 그리고 상기 회전 다면 미러(127)에서 조사영역이 면 형태인 레이저를 조사함으로써 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 상기 회전 다면 미러(127)는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수평인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다.
또한 이 경우, 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)은 상기 노딩미러(122)의 기 설정된 각도 및 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 수에 기초하여 결정될 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치(100)의 시야각이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 노딩미러(122)가 지면에 대하여 수직한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하는 경우 상기 라이다 장치(100)의 수직시야각은 상기 노딩미러(122)의 기 설정된 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 또한 상기 회전 다면 미러(127)가 지면에 대하여 수평한 방향으로 레이저의 이동방향을 지속적으로 변경하는 경우 상기 라이다 장치(100)의 수평시야각은 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 수에 기초하여 결정될 수 있다.
4.2.2 라이다 장치의 수광 방법
라이다 장치(100)는 레이저를 이용하여 라이다 장치(100)로부터 대상체(160)까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있다. 따라서 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 감지하여야 하며, 이에 따라 라이다 장치(100)는 효율적으로 대상체(160)와의 거리를 측정하기 위한 수광방법을 가질 수 있다. 여기서 수광방법은 대상체(160)에서 반사된 레이저가 센서부(130)에 도달하기까지의 수광경로를 결정하고, 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양을 결정하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 따라서 이하에서 상기 라이다 장치(100)의 수광경로 및 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양에 대하여 설명하기로 한다.
구체적으로, 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)으로 조사된 레이저는 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역(150)상에 존재하는 대상체(160)로부터 반사될 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 향할 수 있으며, 상기 회전 다면 미러(127)는 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 전달받아 반사하여 상기 센서부(130)를 향해 조사할 수 있다. 이 때, 상기 대상체(160)의 색상, 재질 등 또는 상기 레이저의 입사각 등에 따라 상기 대상체(160)로부터 반사되는 레이저의 성질이 달라질 수 있다.
또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러(127)를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있다. 즉, 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러만(127)을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있으며, 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 또한 상기 대상체(160)로부터 반사된 상기 레이저는 상기 회전 다면 미러만(127)을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사될 수 있으며, 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두를 통하지 않고 상기 센서부(130)를 향해 조사되지 않을 수 있다. 따라서 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 회전 다면 미러(127)에 기초하여 결정될 수 있다.
여기서 상기 대상체로(160)부터 반사된 레이저를 상기 회전 다면 미러(127)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 것은 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 것보다 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양을 증가시킬 수 있으며, 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양을 보다 고르게할 수 있다.
구체적으로 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 상기 회전 다면 미러(127)만을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 경우 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 크기 및 상기 회전 다면 미러(127)의 회전 각도에 기초하여 결정될 수 있다.
이에 반해 상기 대상체(160)로부터 반사된 레이저를 상기 노딩미러(122) 및 상기 회전 다면 미러(127) 모두 를 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 경우 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 노딩미러(122)의 크기, 상기 노딩미러(122)의 노딩 각도, 상기 회전 다면 미러(127)의 반사면의 크기 및 상기 회전 다면 미러(127)의 회전 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양은 상기 노딩미러(122)의 크기와 상기 회전 다면 미러(127)의 크기 중 더 작은 크기를 가진 것에 기초하여 결정될 수 있으며, 상기 노딩미러(122)의 노딩각도 및 상기 회전 다면 미러(127)의 회전각도에 의해서 달라질 수 있다. 따라서 상기 회전 다면 미러만(127)을 통하여 상기 센서부(130)를 향해 조사되게 하는 경우보다 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양이 작으며, 상기 센서부(130)에 도달하는 레이저의 양의 변화가 클 수 있다.
5. 노딩미러(Nodding mirror)
5.1 구조
도 5는 일 실시예에 따른 노딩미러를 나타내기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 노딩미러(3100)는 반사면(3120), 및 몸체(3110)를 포함할 수 있으며, 상기 몸체(3110)는 상기 반사면(3120)을 노딩시킬 수 있다. 또한 상기 반사면(3120)은 상기 몸체(3110)상에 부착될 수도 있으며, 상기 몸체(3110)와 전기적, 기계적으로 연결될 수도 있다. 다만 상기 노딩미러(3100)는 상술한 구성 중 일부만으로 구성될 수 있으며, 더 많은 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 노딩 미러(3100)는 반사면(3120)만을 포함할 수 있으며, 반사코팅이 된 몸체(3110)만을 포함할 수도 있다.
상기 반사면(3120)은 전달받은 레이저를 반사하기 위한 면으로 반사 미러, 반사가능한 플라스틱 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 반사면(3120)은 원 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 타원형, 삼각형, 직사각형, 사다리꼴 등 다양한 형태일 수 있다.
또한 상기 몸체(3120)은 전기력, 자기력, 전자기력 및/또는 기계적 구동력 등에 의해 노딩 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
5.2 시야각(FOV : Field Of View)
라이다 장치는 그 용도에 따라 요구되는 시야각(FOV)이 다를 수 있다. 예를 들어, 3차원 지도(3D Mapping)을 위한 고정형 라이다 장치의 경우는 수직, 수평방향으로 최대한 넓은 시야각을 요구할 수 있으며, 자율 주행 차량에 배치되는 라이다 장치의 경우는 수평방향으로 상대적으로 넓은 시야각에 비해 수직방향으로 상대적으로 좁은 시야각을 요구할 수 있다. 또한 드론(Dron)에 배치되는 라이다의 경우는 수직, 수평방향으로 최대한 넓은 시야각을 요구 할 수 있다.
또한 라이다 장치는 동일한 조건에서 시야각을 좁히는 경우 해상도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 시야각만 다른 두 개의 라이다 장치가 있는 경우, 시야각이 더 좁은 라이다 장치는 상대적으로 시야각이 더 넓은 라이다 장치에 비해서 좁은 영역에 대하여 레이저를 조사할 수 있으며, 이에 따라 레이저의 밀집도가 높아질 수 있다. 그리고 이에 따라 시야각이 더 좁은 라이다 장치의 해상도가 시야각이 상대적으로 더 넓은 라이다 장치의 해상도에 비해서 더 높을 수 있다.
또한 라이다 장치의 스캔영역은 노딩미러의 노딩각도에 기초하여 결정될 수 있으며, 따라서 요구되는 라이다 장치의 해상도 및 시야각에 기초하여 노딩미러의 노딩 각도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 노딩미러는 레이저의 이동방향을 변경시켜 라이다 장치의 스캔영역을 확장시키며, 노딩미러가 1도 노딩함에 따라 스캔영역은 2도 확장 될 수 있다.
5.3 레이저의 최대직경 이하 크기를 갖는 노딩미러
라이다 장치가 레이저 출력부를 포함하는 경우, 레이저 출력부에서 출사된 레이저는 원형일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 타원형, 직사각형, 정사각형등의 모양일 수도 있다. 이 때 레이저의 최대직경은 레이저의 모양이 원형의 경우 지름, 타원형의 경우 장지름(장반경의 2배), 직사각형의 경우 긴 변의 길이, 정사각형의 경우 변의 길이가 될 수 있다.
또한 노딩미러가 반사면을 포함하는 경우 노딩미러의 크기는 반사면의 크기로 정의될 수 있으며, 노딩미러가 반사면을 포함하지 않는 경우 노딩미러의 크기는 몸체 중 반사할 수 있는 몸체의 일부로 정의 될 수 있다. 이 때, 노딩미러의 크기는 노딩미러가 원형인 경우 지름, 타원형인 경우 장지름(장반경의 2배), 직사각형인 경우 긴 변의 길이, 정사각형의 경우 변의 길이가 될 수 있다.
또한 라이다 장치가 고속으로 이동하는 이동체에 부착되는 경우, 라이다 장치에는 빠른 스캔속도가 요구 될 수 있다. 이 때, 노딩미러의 크기가 작으면, 노딩미러의 부담을 최소화 시키면서 노딩속도를 빠르게 할 수도 있다.
이하에서는 노딩미러의 크기가 레이저의 최대 직경보다 같거나 작은 경우에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
5.3.1 노딩미러에서 획득하여 반사하는 레이저의 양
도 6은 일 실시예에 따른 노딩미러의 반사하는 레이저의 양을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 입사된 레이저(3200)의 최대직경(D)는 노딩미러의 반사면(3120)의 직경(d)보다 클 수 있으며, 상기 입사된 레이저(3200)의 양 대비 반사된 레이저(3220)의 양을 알 수 있다. 다만, 도면은 입사된 레이저(3210), 반사된 레이저(3220) 및 노딩미러의 반사면(3120)에 대해 원형 모양을 상정하고 도시하였으나, 이에 한정되지 않음은 상술한 바이다.
레이저 출력부에서 출사되어 상기 노딩미러의 반사면(3120)을 향해 입사되는 레이저의 전체 양을 X라고 할 때, 상기 노딩미러의 반사면(3120)에서 반사된 레이저의 양은 입사된 레이저(3210)의 단면의 넓이(3230)와 노딩미러의 반사면(3120)에서 입사된 레이저(3210)의 반사되는 부분의 단면의 넓이(3240)에 기초하여 결정될 수 있다.
구체적으로 상기 입사된 레이저(3210)의 최대직경을 D라 할 때, 상기 입사된 레이저(3210)의 단면의 넓이는
Figure 112018080789128-pat00016
가 된다. 또한 상기 노딩미러의 반사면(3120)의 직경을 d라 할 때, 상기 노딩미러의 반사면(3120)의 넓이는
Figure 112018080789128-pat00017
가 된다. 이 때, 상기 입사된 레이저(3210)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면(3120)이 이루는 각도를 a라 하면, 입사된 레이저(3210)의 반사되는 부분의 단면의 넓이(3240)는
Figure 112018080789128-pat00018
가 된다.
따라서 이 경우 상기 노딩미러의 반사면(3120)에서 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을 x라고 하면, 상기 x는
Figure 112018080789128-pat00019
의 수식을 만족할 수 있다. 또한 이 때, 상기 D 및 상기 d는 기 정해진 값일 수 있으므로, 상기 x는 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면(3120)이 이루는 각도 a에 따라 변화할 수 있다.
그러므로 상기 노딩미러(3100)를 포함하는 라이다 장치에서 요구하는 바에 따라 상기 노딩미러(3100)의 배치를 다르게 할 수 있다. 이하에서는 상기 노딩미러(3100)의 배치에 관해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
5.3.2 노딩각도에 따라 노딩미러가 획득하여 반사하는 광량의 차이가 작아지게 하기위한 노딩미러의 배치
라이다 장치는 레이저를 이용하여 라이다 장치로부터 대상체까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있으며, 이를 위해 대상체로부터 반사된 레이저를 감지하여야 한다.
또한 라이다 장치에서 스캔영역상에 존재하는 대상체로 조사된 레이저가 대상체로부터 반사될 때 난반사되며, 이에 따라 대상체에서 반사된 레이저가 라이다 장치에서 감지되는 양은 라이다 장치에서 대상체까지의 거리가 멀어질수록 감소할 수 있다.
따라서 동일한 조건에서 라이다 장치의 측정가능 거리는 라이다 장치에서 스캔영역을 향해 조사된 레이저의 세기와 관련될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치에서 스캔영역을 향해 조사된 레이저의 세기가 강할수록 대상체로부터 반사된 레이저의 세기도 강해질 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치는 상대적으로 더 먼거리에 존재하는 대상체로부터 반사된 레이저를 감지할 수 있다.
또한 노딩미러의 크기가 출사된 레이저의 직경보다 작은 경우 상기 노딩미러에서 반사되어 라이다 장치에서 스캔영역을 향해 조사된 레이저의 세기는 노딩미러에서 반사된 레이저의 양에따라 변화할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 라이다 장치의 스캔영역 전 범위에 걸쳐서 측정가능 거리의 차이가 감소되도록 구성될 수도 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 노딩미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 작은 노딩미러의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 노딩미러의 오프셋 상태(3121)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a, 노딩미러의 기 설정 각도 - 오프셋 상태에서 노딩하도록 설정된 각도-를 b라 하면, 반시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3122)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a+b/2, 시계 방향으로 최대로 노딩한 상태(3123)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a-b/2라 할 수 있다.
이 때, 상기 노딩미러의 반사면에서 반사되는 레이저의 양은 시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3123)에서 최소가 되며, 반시계 방향으로 최대로 노딩한 상태(3122)에서 최대가 될 수 있다.
또한 상기 노딩미러의 반사면에서 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을 x라고 하면, 상기 x는
Figure 112018080789128-pat00020
의 수식을 만족할 수 있다. 이 때, 상술한 바와 같이 X는 상기 노딩미러의 반사면을 향해 입사되는 레이저의 전체양을 의미하며, d는 상기 노딩미러의 반사면의 직경을 의미하고, D는 입사된 레이저(3200)의 최대직경을 의미하며, 감마는 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 의미할 수 있다.
따라서, 시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3123)에서의 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을
Figure 112018080789128-pat00021
라 하면
Figure 112018080789128-pat00022
의 수식을 만족할 수 있다. 또한이 때, 반시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3122)에서의 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을
Figure 112018080789128-pat00023
라 하면,
Figure 112018080789128-pat00024
의 수식을 만족할 수 있다.
그러므로, 노딩하는 각도 전 범위에서의 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양의 차이가 T% 미만이 되기 위해서 상기 노딩미러의 오프셋 상태의 배치는
Figure 112018080789128-pat00025
의 수식을 만족하는 a값을 갖도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 노딩미러의 기 설정 각도 b 가 10도, 노딩하는 각도 전 범위에서 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양의 차이 T 가 5% 미만이 되기 위해서, 상기 노딩미러는 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 이루는 각도 a 가 73.7도를 초과하도록 배치되어야 한다.
5.3.3 노딩각도에 따라 노딩미러가 획득하여 반사하는 광량의 차이를 크게 하기위한 노딩미러의 배치
라이다 장치는 레이저를 이용하여 라이다 장치로부터 대상체까지의 거리를 측정하기 위한 장치일 수 있으며, 이를 위해 대상체로부터 반사된 레이저를 감지하여야 한다.
또한 라이다 장치에서 스캔영역상에 존재하는 대상체로 조사된 레이저가 대상체로부터 반사될 때 난반사되며, 이에 따라 대상체에서 반사된 레이저가 라이다 장치에서 감지되는 양은 라이다 장치에서 대상체까지의 거리가 멀어질수록 감소할 수 있다.
따라서 동일한 조건에서 라이다 장치의 측정가능 거리는 라이다 장치에서 스캔영역을 향해 조사된 레이저의 세기와 관련될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치에서 스캔영역을 향해 조사된 레이저의 세기가 강할수록 대상체로부터 반사된 레이저의 세기도 강해질 수 있으며, 이에 따라 라이다 장치는 상대적으로 더 먼거리에 존재하는 대상체로부터 반사된 레이저를 감지할 수 있다.
또한 노딩미러의 크기가 출사된 레이저의 직경보다 작은 경우 라이다 장치에서 스캔영역을 향해 조사된 레이저의 세기는 노딩미러에서 반사된 레이저의 양에따라 변화할 수 있다.
또한 라이다 장치는 스캔영역 전 범위에 걸쳐서 일정 이상의 측정가능 거리 차이가 있는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치에서 조사된 레이저가 지면과 평행하게 조사되는 경우 라이다 장치에서 조사된 레이저는 스캔영역상에 존재하는 대상체에서 반사되기 전 까지 계속 나아갈 수 있다. 그러나 라이다 장치에서 조사된 레이저가 지면을 향해 조사되는 경우, 라이다 장치에서 조사된 레이저는 최대 지면에서 반사되기 전 까지 나아갈 수 있다. 또한 이 때, 지면과 라이다 장치에서 조사된 레이저의 각도가 클수록 레이저가 지면에 도달하기까지 나아가는 거리가 짧아 질 수 있다. 따라서, 먼 거리까지 나아갈 수 있는 경우와 짧은 거리까지만 나아갈 수 있는 경우에 라이다 장치에서 조사된 레이저의 측정가능 거리 차이가 있는 것이 바람직할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 노딩미러에서 반사되는 레이저 양의 차이가 큰 노딩미러의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 노딩미러의 오프셋 상태(3124)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a, 노딩하도록 설정된 각도를 b, 반시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3125)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a+b/2, 시계 방향으로 최대로 노딩한 상태(3126)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a-b/2라 할 수 있다.
이 때, 상기 노딩미러의 반사면에서 반사되는 레이저의 양은 시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3126)에서 최소가 되며, 반시계 방향으로 최대로 노딩한 상태(3125)에서 최대가 될 수 있다.
또한 상기 노딩미러의 반사면에서 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을 x라고 하면, 상기 x는
Figure 112018080789128-pat00026
의 수식을 만족할 수 있다. 이 때, 상술한 바와 같이 X는 상기 노딩미러의 반사면을 향해 입사되는 레이저의 전체양을 의미하며, d는 상기 노딩미러의 반사면의 직경을 의미하고, D는 입사된 레이저(3200)의 최대직경을 의미하며, 감마는 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 의미할 수 있다.
따라서, 시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3126)에서의 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을
Figure 112018080789128-pat00027
라 하면
Figure 112018080789128-pat00028
의 수식을 만족할 수 있다. 또한 이 때, 반시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3125)에서의 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을
Figure 112018080789128-pat00029
라 하면,
Figure 112018080789128-pat00030
의 수식을 만족할 수 있다.
그러므로, 노딩하는 각도 전 범위에서의 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양의 차이가 U% 를 초과하기 위해서 상기 노딩미러의 오프셋 상태의 배치는
Figure 112018080789128-pat00031
의 수식을 만족하는 a값을 갖도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 노딩미러의 기 설정 각도 b 가 10도, 노딩하는 각도 전 범위에서 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양의 차이 U 가 15%를 초과하기 위해서, 상기 노딩미러는 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 이루는 각도 a 가 47.2도 미만이 되도록 배치되어야 한다.
5.3.4 노딩미러에서 획득하고 반사한 레이저가 다시 되돌아가지 않는 노딩미러의 배치
노딩미러의 반사면에서 반사되는 입사된 레이저(3200)의 양을 x라고 하면, 상기 x는
Figure 112018080789128-pat00032
의 수식을 만족할 수 있다. 이 때, 상술한 바와 같이 X는 상기 노딩미러의 반사면을 향해 입사되는 레이저의 전체양을 의미하며, d는 상기 노딩미러의 반사면의 직경을 의미하고, D는 입사된 레이저(3200)의 최대직경을 의미하며, 감마는 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 따라서 a가 90도에 가까워질수록 상기 x값이 커 질수 있다. 하지만, a가 일정 각도 이상이 되는 경우 상기 노딩미러의 노딩각도 범위에서 상기 입사된 레이저(3200)를 입사된 방향으로 다시 반사하는 각도가 생길 수 있으며, 라이다 장치에서 위와 같이 되돌아가는 레이저는 주변을 스캔하는데 이용되지 못할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 노딩미러에서 반사되는 레이저가 되돌아 가지 않기 위한 노딩미러의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 노딩미러의 오프셋 상태(3127)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a, 노딩하도록 설정된 기 설정 각도를 b, 반시계방향으로 최대로 노딩한 상태(3128)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a+b/2, 시계 방향으로 최대로 노딩한 상태(3129)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도를 a-b/2라 할 수 있다.
이 때, 상기 노딩미러의 반사면과 상기 입사된 레이저(3200)의 중심이 이루는 각도가 가장 큰 경우는 반시계 방향으로 최대로 노딩한 상태(3128)일 수 있다.
또한, 상기 입사된 레이저(3200)가 입사된 방향으로 다시 되돌아 가기 위해서는 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도가 90도가 되어야 한다.
따라서, 상기 입사된 레이저(3200)가 입사된 방향으로 다시 되돌아 가지 않기 위한 오프셋 상태(3127)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 상기 노딩미러의 반사면이 이루는 각도 a는 수식
Figure 112018080789128-pat00033
를 만족해야 한다.
예를 들어, 상기 노딩미러가 10도 각도 범위에서 노딩하는 경우 상기 노딩미러는 오프셋 상태(3127)에서 상기 입사된 레이저(3200)의 중심과 85도 미만의 각도로 배치되어야 할 수 있다.
5.4 기 설정 각도가 변화되는 노딩미러
라이다 장치는 레이저를 이용하여 대상체의 거리 및 위치를 탐지하기 위한 장치로 일정한 시야각(FOV)를 가지고 동작할 수 있다. 또한 시야각은 탐지 가능한 영역을 의미하며, 라이다 장치를 원점으로 보았을 때 스캔영역이 가지는 각도 범위로 정의 될 수 있다. 따라서 일정한 시야각을 갖는 라이다 장치의 조사영역의 크기는 거리가 증가할 수 록 증가 할 수 있다.
예를 들어, 라이다 장치의 수직 방향 시야각이 20도이며, 시야각의 중심을 기준으로 위쪽으로 10도, 아래쪽으로 10도로 설정되는 경우, 상기 라이다 장치로부터 10m거리에서 상기 라이다 장치의 조사영역의 크기는 (
Figure 112018080789128-pat00034
)m 이며, 상기 라이다 장치로부터 50m거리에서 상기 라이다 장치의 조사영역의 크기는 (
Figure 112018080789128-pat00035
)m이고, 상기 라이다 장치로부터 200m거리에서 상기 라이다 장치의 조사영역의 크기는 (
Figure 112018080789128-pat00036
)m가 될 수 있다. 이 때, 조사영역의 크기는 조사영역을 평면으로 가정하고, 거리는 라이다 장치에서 지면과 평행하게 조사된 레이저가 조사영역과 만나는 지점까지의 거리를 의미할 수 있다.
또한 비행시간법(TOF : Time Of Flight)을 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치는 상기 라이다 장치의 시야각 범위에서 한정된 횟수의 레이저를 조사할 수 있다. 따라서 한정된 횟수의 레이저를 조사할 수 있기 때문에, 상기 라이다 장치의 조사영역의 크기가 커지면, 각 레이저 간의 거리가 멀어지게 될 수 있다. 또한 각 레이저 간의 거리가 멀어지게 되면, 각 레이저 간의 거리가 가까운 경우 보다 대상체에 대해 얻을 수 있는 정보가 줄어들 수 있다.
그러므로 먼 거리에 있는 대상체에 대한 보다 많은 정보를 얻기 위해서 목표하는 탐지 거리에 따라 시야각이 변경될 수 있다.
5.4.1 노딩미러를 포함하는 라이다 장치.
도 10은 노딩미러의 노딩 각도 및 거리에 따른 라이다 장치의 조사영역의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 라이다 장치(3300)에서 조사영역(3320)까지의 거리(3330)를 k, 노딩미러의 기 설정 각도를 b, 조사영역(3320)의 크기를 h라 할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 노딩미러가 1도 노딩함에 따라 시야각(3310)은 2도 변경될 수 있다. 따라서 노딩미러의 기 설정 각도가 b인 경우 상기 라이다 장치(3300)의 시야각(3310)은 2b가 된다. 결국 이 경우 상기 조사영역(3320)의 크기 h는 (
Figure 112018080789128-pat00037
)의 수식을 만족할 수 있다.
그러므로, 상기 라이다 장치(3300)에서 상기 조사영역(3320)까지의 거리(3330) k에 따라 요구하는 조사영역(3320)의 크기가 h인 경우, 상기 노딩미러의 노딩 각도 b는
Figure 112018080789128-pat00038
의 수식을 만족하도록 결정될 수 있다.
또한 상기 라이다 장치(3300)는 상기 라이다 장치(3300)가 부착된 이동체의 이동속도에 기초하여 시야각을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치가 부착된 이동체 의 이동속도가 상대적으로 빠른 경우 상대적으로 먼 거리의 정보가 중요할 수 있으며, 라이다 장치가 부착된 이동체의 이동속도가 상대적으로 느린 경우 상대적으로 가까운 거리의 정보가 중요할 수 있다. 따라서 먼 거리의 정보가 중요한 경우 라이다 장치는 시야각을 좁힐 수 있으며, 가까운 거리의 정보가 중요한 경우 라이다 장치는 시야각을 넓힐 수 있다.
또한 상기 라이다 장치(3300)는 시야각(3310)을 변경시키기 위하여 노딩미러의 기 설정 각도를 변경시킬 수 있다.
또한 상기 라이다 장치(3300)는 상기 라이다 장치(3300)에서 스캔하는 프레임을 기초로 시야각(3310)을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 첫번째 프레임에서 거리 k가 10m일 때, 조사영역의 크기 h가 5m가 되기위한 시야각 28도를 가질 수 있으며, 두번째 프레임에서 거리 k가 50m일 때, 조사영역의 크기 h가 5m가 되기위한 시야각 5.8도를 가질수 있고, 세번째 프레임에서 거리 k가 100m일 때, 조사영역의 크기 h가 5m가 되기 위한 시야각 2.8도를 가질 수 있으며, 네번째 프레임에서 거리 k가 200m일 때, 조사영역의 크기 h가 5m가 되기 위한 시야각 1.4도를 가질 수 있다.
또한 상기 라이다 장치(3300)는 시야각(3310)을 변경시키기 위하여 노딩미러의 기 설정 각도를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 시야각 28도일 때, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 14도로 설정하고, 시야각 5.8도일 때, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 2.9도로 설정할 수 있으며, 시야각 2.8도일 때, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 1.4도로 설정할 수 있고, 시야각 1.4도일 ?, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 0.7도로 설정할 수 있다.
다만, 도 10에는 수직방향 시야각에 대하여 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 수평 방향 시야각에 대하여도 적용될 수 있음은 분명하다.
5.4.2 노딩미러 및 회전 다면 미러를 포함하는 라이다 장치.
도 11는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 시야각을 설명하기 위한 도면이다.
도 11를 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저 출력부, 노딩미러, 회전 다면 미러 및 센서부를 포함할 수 있다.
상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)은 도 1 및 도 2에서 설명되었으므로, 이하에서 상기 레이저 출력부(110) 및 상기 센서부(130)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한 상기 노딩미러(122)는 상기 레이저 출력부(110)에서 출사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수직인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 지면에 대하여 수직 방향인 선 형태로 확장시킬 수 있다. 그리고 이 때, 상기 회전 다면미러(127)는 상기 노딩미러(122)에서 조사된 레이저의 이동방향을 지면에 대하여 수평인 방향으로 지속적으로 변경시켜 레이저의 조사영역을 면 형태로 확장시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치(100)의 스캔영역을 면 형태로 확장시킬 수 있다. 따라서 상기 노딩미러(122)는 수직으로 스캔영역을 확장시키며, 상기 회전 다면 미러(127)는 수평으로 스캔영역을 확장시킬 수 있다.
다만, 도 9에는 상기 노딩미러(122)의 노딩 각도에 따른 라이다 장치의 시야각을 설명하기 위하여 수직방향의 스캔영역에 대하여만 도시하였다.
또한 상기 라이다 장치(100)는 상기 라이다 장치(100)에서 스캔하는 프레임을 기초로 시야각을 변경시킬 수 있다. 또한 상기 프레임은 상기 회전 다면 미러의 일면을 기준으로 설정될 수 있으며, 상기 회전 다면 미러의 회전에 기초하여 설정될 수도 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치는 첫번째 프레임에서 거리 k가 10m일 때, 조사영역(3410)의 크기 h가 5m가 되기위한 시야각 28도를 가질 수 있으며, 두번째 프레임에서 거리 k가 50m일 때, 조사영역(3420)의 크기 h가 5m가 되기위한 시야각 5.8도를 가질수 있고, 세번째 프레임에서 거리 k가 100m일 때, 조사영역(3430)의 크기 h가 5m가 되기 위한 시야각 2.8도를 가질 수 있으며, 네번째 프레임에서 거리 K가 200m일 때, 조사영역(3440)의 크기 h가 5m가 되기 위한 시야각 1.4도를 가질 수 있다.
또한 라이다 장치는 시야각을 변경시키기 위하여 노딩미러의 기 설정 각도를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 시야각 28도일 때, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 14도로 설정하고, 시야각 5.8도일 때, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 2.9도로 설정할 수 있으며, 시야각 2.8도일 때, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 1.4도로 설정할 수 있고, 시야각 1.4도일 때, 노딩미러의 기 설정 각도 b를 0.7도로 설정할 수 있다.
5.5 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a의 변경 방법
도 12 및 13는 일 실시예에 따른 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a의 변경 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 일정하게 입사되는 레이저(3200)에 대하여 노딩미러(3130)의 오프셋 상태를 변화 시켜서 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태와 상기 노딩미러(3130)로 입사되는 레이저(3200) 사이의 각도 a를 변화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 레이저(3200)가 일정하게 수직한 방향으로 상기 노딩미러(3130)를 향해 조사될 수 있으며, 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태가 제1 상태(3131)인 경우 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태와 상기 노딩미러(3130)로 입사되는 레이저(3200) 사이의 각도는 a1이 될 수 있다. 또한 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태가 제2 상태(3132)인 경우 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태와 상기 노딩미러(3130)로 입사되는 레이저(3200) 사이의 각도는 a2가 될 수 있다.
따라서, 상기 레이저(3200)가 상기 노딩미러(3130)를 향해 조사되는 각도를 일정하게 유지하면서 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태의 각도를 변화시킬 수 있으며, 이를 통하여 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태와 상기 노딩미러(3130)로 입사되는 레이저 사이(3200)의 각도 a를 조절 할 수 있다.
도 13을 참조하면, 일정한 오프셋 상태(3133)를 갖는 노딩미러(3130)에 대하여 상기 노딩미러(3130)를 향해 조사되는 레이저의 각도를 변화시켜서 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태(3133)와 상기 노딩미러(3130)로 입사되는 레이저 사이의 각도 a를 변화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 노딩미러(3130)가 일정한 오프셋 상태(3133)의 각도를 가질 수 있으며, 제1 상태의 레이저(3250)가 조사되는 경우 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태(3133)와 상기 노딩미러(3130)로 입사되는 제1 상태 레이저(3250) 사이의 각도는 a1이 될 수 있다. 또한 제2 상태의 레이저(3260)가 조사되는 경우 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태(3133)와 상기 노딩미러(3130)로 입사되는 제2 상태 레이저(3260) 사이의 각도는 a2가 될 수 있다.
따라서, 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태(3133)의 각도를 일정하게 유지하면서 상기 레이저의 조사 각도를 변화시킬 수 있으며, 이를 통하여 상기 노딩미러(3130)의 오프셋 상태(3133)와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a를 조절할 수 있다.
다만, 도 12 및 도 13에는 상기 노딩미러의 오프셋 각도 또는 상기 레이저의 조사 각도 중 하나만의 변화시키는 것에 대하여 기술되었으나, 상기 노딩미러의 오프셋 각도 및 상기 레이저의 조사 각도를 모두 변화시켜 상기 노딩미러의 오프셋 상태와 상기 노딩미러로 입사되는 레이저 사이의 각도 a를 조절 할 수도 있다.
5.6 노딩미러 주변에 배치되는 반사미러를 더 포함하는 라이다 장치.
도 14는 일 실시예에 따른 노딩미러 주변에 배치되는 반사미러를 더 포함하는 라이다 장치에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 노딩미러(3140) 주변에 배치되는 반사미러(3500)를 더 포함할 수 있으며, 상기 반사미러(3500)는 내부에 상기 노딩미러(3140)의 반사면이 통과할 수 있는 빈 공간을 포함할 수 있다.
이 때 상기 반사미러(3500)는 전달받은 레이저를 반사하기 위한 면으로 반사 미러, 반사가능한 플라스틱 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 노딩미러(3140)를 향해 입사되는 레이저(3200)의 최대직경(D)은 상기 노딩미러(3140)의 반사면의 직경(d)보다 클 수 있다. 따라서 상기 노딩미러(3140)에서 반사되는 레이저의 양은 상기 입사되는 레이저(3200)의 양의 일부분일 수 있다.
또한 상기 라이다 장치는 상기 노딩미러(3140)에서 반사되는 레이저를 이용하여 상기 라이다 장치의 스캔영역 상에 위치하는 대상체와의 거리를 탐지할 수 있다.
이 때, 상기 라이다 장치는 상기 노딩미러(3140)를 향해 입사되는 레이저(3200) 중 상기 노딩미러(3140)에서 반사되지 않는 레이저(3270)를 추가적으로 이용하여 상기 라이다 장치의 스캔 영역 상에 위치하는 대상체와의 거리를 탐지하도록 상기 노딩미러(3140)의 주변에 배치되는 반사미러(3500)를 더 포함할 수 있다. 따라서 상기 반사미러(3500)는 상기 입사되는 레이저(3200) 중 상기 노딩미러(3140)에서 반사되지 않는 레이저(3270)의 일 부분을 반사할 수 있다.
상기 반사미러(3500)의 직경은 상기 입사되는 레이저(3200)의 최대직경(D)보다 큰 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 상기 입사되는 레이저(3200)의 최대직경(D)보다 작거나 같을 수 있다.
또한 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 노딩미러(3140) 주변에 상기 반사미러(3500)를 배치하는 경우, 상기 노딩미러(3140)에서 반사되지 않는 레이저(3270)의 일 부분을 이용하여 상기 라이다 장치의 스캔영역 상에 위치하는 대상체와의 거리를 추가적으로 탐지 할 수 있다. 또한, 상기 노딩미러(3140)의 노딩 각도가 상기 반사미러(3500)의 배치 각도와 일치하는 경우, 전체적으로 반사되는 레이저의 양이 증가하기 때문에 해당 지점에서 상기 라이다 장치의 측정 거리를 증가시킬 수 있다.
다만, 도 14에는 상기 반사미러(3500)는 상기 노딩미러(3140)의 오프셋 상태와 동일한 각도를 가지도록 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 반사미러(3500)는 상기 노딩미러(3140)의 오프셋 상태와 상이한 각도를 가지도록 배치될 수도 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치에 있어서,
    레이저를 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하는 스캐닝부; 및
    스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부;를 포함하되,
    상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고,
    상기 노딩미러는 상기 레이저의 이동 경로를 변경시키기 위한 반사면을 포함하며,
    상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 상기 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태로부터 노딩하는 각도를 의미함. -로 노딩하고,
    상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지며,
    상기 레이저 출력부에서 출사된 후 상기 노딩미러에서 획득된 레이저가 상기 노딩미러로 부터 반사되는 세기는 상기 노딩미러의 기울어진 각도에 따라 상이하고,
    상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태로부터 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 차이가 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 T% 를 초과하도록,
    상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 상기 노딩미러로 입사되는 레이저와 상기 노딩미러 사이의 각도 a 는 수학식
    Figure 112019053472386-pat00065
    에 의해 결정되는
    라이다 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 노딩미러는 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상기 레이저 출력부로 되돌아 가지 않도록 상기 각도 a가 90-b/2 - 이 때, b는 기 설정 각도를 의미함 - 이하로 결정되는,
    라이다 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 노딩미러의 기 설정된 각도는 상기 라이다 장치의 1 프레임을 기초로 변화되는
    라이다 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 노딩미러의 기 설정된 각도는 상기 라이다 장치가 설치된 이동체의 속도를 기초로 변화되는

    라이다 장치.
  5. 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치에 있어서,
    레이저를 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하는 스캐닝부; 및
    스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부;를 포함하되,
    상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고,
    상기 노딩미러는 상기 레이저의 이동 경로를 변경시키기 위한 반사면을 포함하며,
    상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 상기 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태로부터 노딩하는 각도를 의미함. -로 노딩하고,
    상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지며,
    상기 레이저 출력부에서 출사된 후 상기 노딩미러에서 획득된 레이저가 상기 노딩미러로 부터 반사되는 세기는 상기 노딩미러의 기울어진 각도에 따라 상이하고,
    상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태로부터 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 차이가 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 U% 미만이 되도록
    상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 상기 노딩미러로 입사되는 레이저와 상기 노딩미러 사이의 각도 a 는 수학식
    Figure 112019053472386-pat00066
    에 의해 결정되는
    라이다 장치.
  6. 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치에 있어서,
    레이저를 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하고 반사하는 스캐닝부; 및
    스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부;를 포함하되,
    상기 스캐닝부는 노딩미러를 포함하고,
    상기 노딩미러는 상기 레이저의 이동 경로를 변경시키기 위한 반사면을 포함하며,
    상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 상기 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태로부터 노딩하는 각도를 의미함. -로 노딩하고,
    상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지며,
    상기 레이저 출력부에서 출사된 후 상기 노딩미러에서 획득된 레이저가 상기 노딩미러로 부터 반사되는 세기는 상기 노딩미러의 기울어진 각도에 따라 상이하고,
    상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태로부터 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩미러가 상기 오프셋 상태로부터+b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 차이가 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로 부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 K%가 되도록
    상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 상기 노딩미러로 입사되는 레이저와 상기 노딩미러 사이의 각도 a 는 수학식
    Figure 112019053472386-pat00067
    에 의해 결정되는
    라이다 장치.
  7. 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치에 있어서,
    레이저를 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하여 반사시키는 제1 스캐닝부;
    상기 제1 스캐닝부에서 조사된 레이저를 획득하여 반사시키는 제2 스캐닝부; 및
    스캔영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되,
    상기 제1 스캐닝부는 노딩미러를 포함하며,
    상기 노딩미러는 상기 레이저의 이동 경로를 변경시키기 위한 반사면을 포함하며,
    상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 상기 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태로부터 노딩하는 각도를 의미함. -로 노딩하고,
    상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지고,
    상기 레이저 출력부에서 출사된 후 상기 노딩미러에서 획득된 레이저가 상기 노딩미러로 부터 반사되는 세기는 상기 노딩미러의 기울어진 각도에 따라 상이하며
    상기 제2 스캐닝부는 수직방향으로 설정된 일 축을 기준으로 회전함에 따라 상기 조사영역이 수직방향의 선 형태인 레이저의 이동경로를 수평방향으로 변경시킴으로써 조사영역을 면 형태로 확장시키는 회전 다면 미러를 포함하되,
    상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태로부터 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 차이가 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 T% 를 초과하도록,
    상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 상기 노딩미러로 입사되는 레이저와 상기 노딩미러 사이의 각도 a 는 수학식
    Figure 112019053472386-pat00068
    에 의해 결정되는
    라이다 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 노딩미러는 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저가 상기 레이저 출력부로 되돌아 가지 않도록 상기 각도 a가 90-b/2 - 이 때, b는 기 설정 각도를 의미함 - 이하로 결정되는,
    라이다 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 노딩미러의 기 설정 각도는 상기 라이다 장치가 설치된 이동체의 속도를 기초로 변화되는
    라이다 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 노딩 미러의 기 설정 각도는 상기 회전 다면 미러의 회전을 기초로 변화되는
    라이다 장치.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 회전 다면 미러의 옆면이 N개인 경우, 상기 노딩미러의 기 설정 각도는 상기 회전 다면 미러의 1/N회전함에 기초하여 변화되는
    라이다 장치.
  12. 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치에 있어서,
    레이저를 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하여 반사시키는 제1 스캐닝부;
    상기 제1 스캐닝부에서 조사된 레이저를 획득하여 반사시키는 제2 스캐닝부; 및
    스캔영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되,
    상기 제1 스캐닝부는 노딩미러를 포함하며,
    상기 노딩미러는 상기 레이저의 이동 경로를 변경시키기 위한 반사면을 포함하며,
    상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 상기 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태로부터 노딩하는 각도를 의미함. -로 노딩하고,
    상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지고,
    상기 레이저 출력부에서 출사된 후 상기 노딩미러에서 획득된 레이저가 상기 노딩미러로 부터 반사되는 세기는 상기 노딩미러의 기울어진 각도에 따라 상이하며
    상기 제2 스캐닝부는 수직방향으로 설정된 일 축을 기준으로 회전함에 따라 상기 조사영역이 수직방향의 선 형태인 레이저의 이동경로를 수평방향으로 변경시킴으로써 조사영역을 면 형태로 확장시키는 회전 다면 미러를 포함하되,
    상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태로부터 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 차이가 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 U% 미만이 되도록
    상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 상기 노딩미러로 입사되는 레이저와 상기 노딩미러 사이의 각도 a 는 수학식
    Figure 112019053472386-pat00069
    에 의해 결정되는
    라이다 장치.
  13. 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치에 있어서,
    레이저를 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저를 획득하여 반사시키는 제1 스캐닝부;
    상기 제1 스캐닝부에서 조사된 레이저를 획득하여 반사시키는 제2 스캐닝부; 및
    스캔영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지하는 센서부; 를 포함하되,
    상기 제1 스캐닝부는 노딩미러를 포함하며,
    상기 노딩미러는 상기 레이저의 이동 경로를 변경시키기 위한 반사면을 포함하며,
    상기 노딩미러는 기 설정된 각도 - 이 때, 상기 기 설정된 각도는 상기 노딩미러의 오프셋 상태로부터 노딩하는 각도를 의미함. -로 노딩하고,
    상기 반사면은 상기 레이저 출력부에서 출사된 레이저의 최대 직경 이하의 크기를 가지고,
    상기 레이저 출력부에서 출사된 후 상기 노딩미러에서 획득된 레이저가 상기 노딩미러로 부터 반사되는 세기는 상기 노딩미러의 기울어진 각도에 따라 상이하며
    상기 제2 스캐닝부는 수직방향으로 설정된 일 축을 기준으로 회전함에 따라 상기 조사영역이 수직방향의 선 형태인 레이저의 이동경로를 수평방향으로 변경시킴으로써 조사영역을 면 형태로 확장시키는 회전 다면 미러를 포함하되,
    상기 노딩 미러는, 상기 노딩 미러가 오프셋 상태로부터 -b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양과, 상기 노딩미러가 상기 오프셋 상태로부터+b/2도로 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 차이가 상기 노딩 미러가 상기 오프셋 상태로 부터 +b/2도 노딩하는 상태에서 반사되는 레이저 양의 K%가 되도록
    상기 노딩미러의 오프셋 상태에서 상기 노딩미러로 입사되는 레이저와 상기 노딩미러 사이의 각도 a 는 수학식
    Figure 112019053472386-pat00070
    에 의해 결정되는
    라이다 장치.
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