KR102013162B1 - 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다에 관한 것이다. 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다는 회전 거울부를 중심으로 한 쪽에 송광부가 배치되고, 송광부와 마주보는 다른 쪽에 수광부가 배치된다. 회전 거울부는 동일 회전축 상에 상하로 설치되어 회전하되, 서로 교차하게 설치되는 송광 회전 거울 및 수광 회전 거울을 구비한다. 송광부는 복수의 단위 송광부를 구비한다. 그리고 수광부는 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 반사 거울 및 집광 렌즈로 집광하여 광검출기로 검출하여 출력한다.

Description

다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다{Rotational scanning LiDAR comprising multiple light sources}
본 발명은 스캐닝 라이다(scanning LiDAR)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전하는 회전 거울부를 통하여 객체(측정 타겟)로 펄스 레이저를 조사하여 반사되어 돌아오는 반사광을 수광하는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다에 관한 것이다.
스캐닝 라이다는 주변의 지형, 물체, 장애물 등과 같은 객체(측정 타겟)를 측정하는 데 사용되고 있다. 이러한 스캐닝 라이다는 펄스 레이저를 이용하여 객체에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 객체에 대한 정보를 획득한다. 스캐닝 라이다를 통해서 획득하는 객체에 대한 정보는 객체의 존재 여부, 객체의 종류, 객체까지의 거리 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.
이러한 스캐닝 라이다는 자동차, 이동형 로봇, 선박, 보안시스템, 조립라인, 무인비행기, 드론(drone) 등과 같은 여러 분야에서 활용되고 있으며, 그 활용 분야도 다방면으로 확대되고 있다.
스캐닝 라이다는 고출력 레이저 다이오드로부터 출력되는 확산 빔을 콜리메이션 렌즈(송광렌즈)를 통해서 평행광으로 집광하여 송출하고, 객체에서 반사된 광을 대구경 집광렌즈(수광렌즈)를 통해서 광검출기로 검출하는 광학계 구조를 갖는다.
기존의 스캐닝 라이다는 전방의 물체 또는 지형을 탐지하기 위해서, 회전 거울을 회전시킴으로써 수평 시야각을 확보하고 있다. 회전 거울을 구비하는 스캐닝 라이다는 한쪽에 송광부 및 수광부가 설치되고 다른 쪽에 회전 거울이 설치된 구조를 갖기 때문에, 광이 송수광되는 광축(OA; optical axis)과 스캐닝 라이다의 중심축(SA; system axis) 간에 차이가 있다. 이로 인해 회전 거울을 구비하는 스캐닝 라이다는 제품의 크기를 줄이는 데 한계가 있다.
그리고 송광부와 수광부가 서로 근접하게 설치되기 때문에, 송광부의 구동 중 발생되는 물리적 또는 전기적 간섭이 수광부에 작용할 수 있다. 수광부에 작용하는 물리적 또는 전기적 간섭은 반사 거울에서 반사된 반사광을 집광하여 전기신호로 변환하는 과정에서 노이즈로 작용할 수 있다.
일본등록특허 특허제5861532호(2016.01.08. 등록)
따라서 본 발명의 목적은 다채널을 구현할 수 있는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화할 수 있는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광축과 스캐닝 라이다의 중심축을 일치시킬 수 있는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 송광부의 구동 중 발생되는 물리적 또는 전기적 간섭이 수광부에 작용하는 것을 최소화할 수 있는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 동일 회전축 상에 상하로 설치되어 회전하되, 서로 교차하게 설치되는 송광 회전 거울 및 수광 회전 거울을 구비하는 회전 거울부; 상기 회전 거울부를 중심으로 한 쪽에 배치되되 상기 송광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 펄스 레이저를 각각 상기 송광 회전 거울로 출력하는 복수의 단위 송광부를 구비하는 송광부; 및 상기 회전 거울부를 중심으로 상기 송광부와 마주보는 다른 쪽에 배치되되 상기 수광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 반사 거울 및 집광 렌즈로 집광하여 광검출기로 검출하여 출력하는 수광부;를 포함하는 회전형 스캐닝 라이다를 제공한다.
상기 회전 거울부는, 상기 송광부와 마주보게 설치되며, 상기 송광부에서 출력된 펄스 레이저를 회전하면서 반사시켜 객체로 송출하는 상기 송광 회전 거울; 및 상기 송광 회전 거울의 회전축 상에 설치되어 상기 송광 회전 거울과 함께 회전하며, 송출한 송출광 중에서 객체에서 반사된 반사광을 상기 수광부로 반사하는 상기 수광 회전 거울;을 포함한다.
상기 송광 회전 거울과 상기 수광 회전 거울은 반사면이 서로 직각을 이루도록 배치될 수 있다.
상기 송광 회전 거울은, 상기 수광 회전 거울의 상부에 배치되는 제1 송광 회전 거울; 및 상기 수광 회전 거울의 하부에 배치되는 제2 송광 회전 거울; 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 송광부는, 상기 제1 송광 회전 거울과 마주보게 설치되는 제1 송광부; 및 상기 제2 송광 회전 거울과 마주보게 설치되는 제2 송광부; 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 회전 거울부는, 상기 송광 회전 거울과 상기 수광 회전 거울 사이에 개재되어 송출광이 상기 수광 회전 거울로 입사되는 것을 차단하는 송출광 차단판; 및 상기 송광 회전 거울 및 상기 수광 회전 거울 중에 하나에 연결되어 상기 송광 회전 거울, 상기 수광 회전 거울 및 상기 송출광 차단판을 회전시키는 회전 모터;를 더 포함할 수 있다.
상기 수광 회전 거울은, 제1 면, 상기 제1 면에 반대되는 제2 면, 및 상기 제1 면과 제2 면을 연결하는 복수의 측면을 갖는 직사각판 형태의 베이스판; 상기 베이스판의 제1 면에 설치되며, 외측으로 제1 반사면이 형성된 제1 수광 거울; 및 상기 베이스판의 제2 면에 설치되며, 외측으로 제1 반사면이 형성된 제2 수광 거울;을 포함할 수 있다.
상기 송출광 차단판은, 상기 베이스판의 복수의 측면 중 상기 송광 회전 거울이 위치할 측면에 고정되되, 상부면에 상기 송광 회전 거울이 설치되는 설치대가 형성될 수 있다.
상기 복수의 단위 송광부는 상기 송광 회전 거울을 향하여 서로 수평하게 펄스 레이저를 출력하도록 배치될 수 있다.
상기 복수의 단위 송광부는 상기 송광 회전 거울을 향하여 서로 수평하지 않게 펄스 레이저를 출력하도록 배치될 수 있다.
상기 수광 회전 거울의 수평 시야각의 외측에 상기 송광부 및 상기 수광부가 배치될 수 있다.
본 발명은 또한, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 동일 회전축 상에 상하로 설치되어 회전하되, 서로 교차하게 설치되는 송광 회전 거울 및 수광 회전 거울을 구비하는 회전 거울부; 상기 회전 거울부를 중심으로 상기 인쇄회로기판 위의 한쪽에 배치되되 상기 송광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 펄스 레이저를 각각 상기 송광 회전 거울로 출력하는 복수의 단위 송광부를 구비하는 송광부; 및 상기 회전 거울부를 중심으로 상기 송광부와 마주보는 상기 인쇄회로기판 위의 다른 쪽에 배치되되 상기 수광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 반사 거울 및 집광 렌즈로 집광하여 광검출기로 전기신호로 변환하여 출력하는 수광부;를 포함하는 회전형 스캐닝 라이다를 제공한다.
그리고 본 발명은 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 펄스 레이저를 각각 출력하는 복수의 단위 송광부를 구비하는 송광부; 상기 송광부와 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 상기 송광부에서 출력된 펄스 레이저를 회전하면서 반사시켜 객체로 송출하는 송광 회전 거울; 상기 송광 회전 거울의 회전축 상에 설치되되, 상기 송광 회전 거울과 교차하게 설치되어 상기 송광 회전 거울과 함께 회전하며, 송출한 송출광 중에서 객체에서 반사된 반사광을 포물면 거울로 반사하는 수광 회전 거울; 상기 수광 회전 거울과 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되되, 상기 송광 회전 거울 및 상기 수광 회전 거울을 중심으로 상기 송광부와 마주보는 쪽에 배치되되, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 집광 렌즈로 반사하는 반사 거울; 상기 반사 거울과 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되되, 상기 반사 거울에서 반사된 반사광을 집광하는 집광 렌즈; 및 상기 집광 렌즈와 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되되, 상기 집광 렌즈에서 집광된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출기;를 포함하는 회전형 스캐닝 라이다를 제공한다.
본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다의 회전 거울부는 송광 회전 거울과 수광 회전 거울을 포함하고, 송광 회전 거울과 수광 회전 거울이 함께 설치되기 때문에, 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화할 수 있다.
회전 거울부를 중심으로 일측에 송광부가 배치되고 타측에 수광부가 배치된 구조를 갖기 때문에, 광이 송수광되는 광축과 스캐닝 라이다의 중심축을 일치시킬 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다는 좌우의 대칭 구조로 구현할 수 있다.
송광부와 수광부가 물리적으로 분리되어 있기 때문에, 송광부의 구동에 따라 수광부에 작용하는 물리적 또는 전기적 간섭을 최소화할 수 있다. 이를 통해서 수광부는 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 집광하여 전기신호로 변환하는 과정에서 발생할 수 있는 노이즈를 최소화할 수 있다.
송광부는 송광 회전 거울로 각각 펄스 레이저를 조사하는 복수의 단위 송광부를 포함하기 때문에, 다채널을 구현할 수 있다. 복수의 단위 송광부에서 송광 회전 거울로 번갈아가면서 펄스 레이저를 조사함으로써, 복수의 스캐닝 데이터를 확보할 수 있다.
복수의 단위 송광부의 배치 간격을 조절함으로써, 물리적으로 펄스 레이저의 조사 간격을 조절할 수 있다.
복수의 단위 송광부는 송광 회전 거울에 수평 방향으로 펄스 레이저를 조사할 수 있도록 배치함으로써, 물리적인 복수의 단위 송광부의 배치 간격에 대응하는 스캐닝 데이터를 획득할 수 있다.
복수의 단위 송광부는 송광 회전 거울에 수평 방향에 대해서 어긋하게 펄스 레이저를 조사할 수 있도록 배치함으로써, 스캔 영역을 변경할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 3의 송수광 회전 거울을 보여주는 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 송수광 회전 거울을 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 4의 송수광 회전 거울로 송수광되는 광의 경로를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다를 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다를 보여주는 정면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다를 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100)는 회전 거울부(30)를 중심으로 한 쪽에 송광부(20)가 배치되고, 송광부(20)가 배치된 쪽과 마주보는 다른 쪽에 수광부(40)가 배치된 구조를 갖는다. 송광부(20)는 다중광원을 포함한다.
회전 거울부(30)는 동일 회전축 상에 상하로 설치되어 회전하되, 서로 교차하게 설치되는 송광 회전 거울(31) 및 수광 회전 거울(33)을 구비한다.
송광부(20)는 회전 거울부(30)를 중심으로 한쪽에 배치되되 송광 회전 거울(31)과 마주보게 배치된다. 송광부(20)는 펄스 레이저를 각각 송광 회전 거울(31)로 출력하는 복수의 단위 송광부(27,28,29)를 구비한다. 송광부(20)는 제1 단위 송광부(27), 제2 단위 송광부(28),…, 제n 단위 송광부(29; n은 2 이상의 자연수)를 포함한다.
그리고 수광부(40)는 회전 거울부(30)를 중심으로 송광부(20)와 마주보는 다른 쪽에 배치되되 수광 회전 거울(33)과 마주보게 배치된다. 수광부(40)는 수광 회전 거울(33)에서 반사된 반사광을 집광하여 전기신호로 변환하여 출력한다. 수광부(40)는 수광 회전 거울(33)에서 반사된 반사광을 집광렌즈(42)로 반사하는 반사 거울(41)과, 반사 거울(41)에서 반사된 반사광을 집광하는 집광 렌즈(42)와, 집광 렌즈(42)에서 집광된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출기(43)를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100)의 회전 거울부(30)는 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)을 포함하고, 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)이 함께 설치되기 때문에, 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화할 수 있다.
본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100)는 회전 거울부(30)를 중심으로 한 쪽에 송광부(20)가 배치되고 반대 쪽에 수광부(40)가 배치된 구조를 갖기 때문에, 광이 송수광되는 광축(OA)과 회전형 스캐닝 라이다(100)의 중심축(SA)을 일치시킬 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100)는 좌우의 대칭 구조로 구현할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100)는 송광부(20)와 수광부(40)가 물리적으로 분리되어 있기 때문에, 송광부(20)의 구동에 따라 수광부(40)에 작용하는 물리적 또는 전기적 간섭을 최소화할 수 있다. 이를 통해서 수광부(40)는 수광 회전 거울(33)에서 반사된 반사광을 집광하여 전기신호로 변환하는 과정에서 발생할 수 있는 노이즈를 최소화할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100)에 대해서 구체적인 제1 내지 제4 실시예를 통하여 설명하면 아래와 같다.
[제1 실시예]
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)를 보여주는 평면도이다. 도 3은 도 2의 정면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)는 송광부(20), 회전 거울부(30) 및 수광부(40)를 포함한다. 여기서 송광부(20)는 펄스 레이저를 송광 회전 거울(31)로 송출하는 제1 단위 송광부(27)와 제2 단위 송광부(28)를 포함한다. 회전 거울부(30)는 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)을 포함한다. 송광 회전 거울(31)은 송광부(20)와 마주보게 설치되며, 송광부(20)에서 출력된 펄스 레이저를 회전하면서 반사시켜 객체로 송출한다. 수광 회전 거울(33)은 송광 회전 거울(31)의 회전축 상에 설치되어 송광 회전 거울(31)과 함께 회전하며, 송출한 송출광(61) 중에서 객체에서 반사된 반사광(63)을 수광부(40)로 반사한다. 수광부(40)는 회전 거울부(30)를 중심으로 송광부(20)와 마주보는 다른 쪽에 배치된다. 수광부(40)는 수광 회전 거울(33)과 마주보게 배치되어, 수광 회전 거울(33)에서 반사된 반사광을 집광하여 전기신호로 변환하여 출력한다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)는 회전 거울부(30)를 중심으로 한 쪽에 송광부(20)가 배치되고 다른 쪽에 수광부(40)가 배치된 구조를 갖기 때문에, 회전 거울부(30)의 회전축과 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)의 시스템 축이 동일 축 상에 위치할 수 있도록 구현할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)는 안정적인 시야각을 확보할 수 있다.
송광부(20) 및 수광부(40)에 의해 수광 회전 거울(33)의 수평 시야각(θ)이 좁아지는 것을 방지하기 위해서, 수광 회전 거울(33)의 수평 시야각(θ)의 외측에 송광부(20)와 수광부(40)가 배치된다. 즉 수광 회전 거울(33)이 형성하는 수평 시야각(θ)의 뒤쪽에 송광부(20)와 수광부(40)가 배치된다.
한편 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)는 인쇄회로기판(10)과 케이스(50)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
인쇄회로기판(10)은 송광부(20), 회전 거울부(30) 및 수광부(40)가 설치될 수 있는 설치 영역을 제공한다. 인쇄회로기판(10)은 설치된 송광부(20), 회전 거울부(30) 및 수광부(40)의 구동에 필요한 신호와 전원을 공급한다. 인쇄회로기판(10)은 설치된 송광부(20), 회전 거울부(30) 또는 수광부(40)와 외부기기 간의 신호 입출력을 매개할 수 있다.
송광부(20)는 송광 회전 거울(31)로 펄스 레이저를 출력할 수 있도록 인쇄회로기판(10) 상에 배치된다. 수광부(40)는 수광 회전 거울(33)로부터 반사광(63)을 집광할 수 있도록 인쇄회로기판(10) 상에 배치된다.
이러한 송광부(20)는 제1 단위 송광부(27)와 제2 단위 송광부(28)를 포함한다. 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)는 송광 회전 거울(31)을 향하여 서로 수평하게 펄스 레이저를 출력하도록 배치된다.
제1 및 제2 단위 송광부(27,28)는 각각, 광원(21), 광원구동기(23) 및 광조절기(25)를 포함할 수 있다. 광원(21)은 광원구동기(23)의 제어에 의해 펄스 레이저를 출력한다. 광조절기(25)는 펄스 레이저가 출력되는 광원(21)의 앞단에 설치되어, 광원(21)에서 출력되는 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하여 송광 회전 거울(31)로 출력한다.
이와 같이 송광부(20)는 송광 회전 거울(31)로 각각 펄스 레이저를 조사하는 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)를 포함하기 때문에, 다채널을 구현할 수 있다. 즉 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)에서 송광 회전 거울(31)로 번갈아가면서 펄스 레이저를 조사함으로써, 두 개의 스캐닝 데이터를 확보할 수 있다. 확보한 두 개의 스캐닝 데이터는 각각의 개별 영상 프레임으로 생성할 수도 있고, 병합하여 하나의 병합 영상 프레임으로 생성할 수 있다. 예컨대 개별 영상 프레임은 고속으로 주행하는 차량에서 고속 스캔에 활용할 수 있다. 병합 영상 프레임은 저속으로 주행하는 차량에서 정밀 스캔에 활용할 수 있다.
제1 및 제2 단위 송광부(27,28)의 배치 간격을 조절함으로써, 물리적으로 펄스 레이저의 조사 간격을 쉽게 조절할 수 있다.
제1 및 제2 단위 송광부(27,28)는 송광 회전 거울(31)에 수평 방향으로 펄스 레이저를 조사할 수 있도록 배치함으로써, 물리적인 복수의 단위 송광부(27,28)의 배치 간격에 대응하는 스캐닝 데이터를 획득할 수 있다.
회전 거울부(30)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)을 포함하며, 송출광 차단판(35)과 회전 모터(37)를 더 포함할 수 있다. 여기서 도 4는 도 3의 송수광 회전 거울(31,33)을 보여주는 분해 사시도이다. 그리고 도 5는 도 4의 송수광 회전 거울(31,33)을 보여주는 사시도이다.
송수광 회전 거울(31,33)은 인쇄회로기판(10)의 상부에 설치되며, 송광 회전 거울(31)이 수광 회전 거울(33)의 상부에 설치된다.
송광 회전 거울(31)은 송광부(20)에서 출력되는 펄스 레이저가 안정적으로 입사될 수 있도록, 송광부(20)의 광조절기(25)와 마주볼 수 있는 위치에 배치된다.
수광 회전 거울(33)은 수광부(40)와 마주볼 수 있는 위치에 배치된다. 수광 회전 거울(33)은 객체에서 반사된 반사광(63)을 충분히 받을 수 있도록, 송광 회전 거울(31) 보다는 반사면이 크게 형성된다.
송수광 회전 거울(31,33)은 반사면이 회전축을 중심으로 교차하게 배치된다. 제1 실시예에 따른 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)은 반사면이 서로 직각을 이루도록 배치된다. 이때 송수광 회전 거울(31,33)은 2개의 반사면을 구비하는 평면 거울일 수 있다. 송수광 회전 거울(31,33)은 회전 모터(37)의 구동에 의해 360도 회전할 수 있다.
송광 회전 거울(31)은 360도 회전을 통해서 송광부(20)에서 송출되는 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔을 반사시켜 측정 타겟이 존재할 수 있는 스캔 영역으로 송광한다. 수광 회전 거울(33)은 360도 회전을 통해서 해당 측정 타겟에서 반사된 광을 수광부(40)로 반사시킨다. 이때 수광 회전 거울(33)의 수평 시야각(θ)은 최대 160도를 확보할 수 있다.
송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)은 반사면이 서로 직각을 이루도록 배치한 이유는, 송광 회전 거울(31)을 통하여 반사된 송출광(61)에 대한 반사광(63)을 수광 회전 거울(33)로 입사받기 위해서이다. 즉 송광부(20)와 수광부(40)가 회전 거울부(30)를 중심으로 서로 반대 방향에 위치하기 때문에, 송광 회전 거울과 수광 회전 거울의 반사면이 동일면을 향하게 배치할 경우, 송광 회전 거울을 통하여 반사된 송출광에 대한 반사광이 수광 회전 거울로 입사되지 않는 문제가 발생된다.
따라서 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)은 반사면이 서로 직각을 이루도록 배치함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 송광 회전 거울(31)을 통하여 반사된 송출광(61)에 대한 반사광(63)이 수광 회전 거울(33)로 입사된다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 송수광 회전 거울(31,33)로 송수광되는 광의 경로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 송광 회전 거울(31)에서 송출광(61)이 반사되는 각도와 수광 회전 거울(33)로 객체에서 반사된 반사광(63)이 입사되는 각도의 합이 180도가 된다. 즉 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33)의 반사면이 서로 직각을 이루도록 배치되기 때문에, 수광 회전 거울(33)의 반사면을 기준으로 송출광(61)과 반사광(63)이 동일한 각도로 송수광된다.
송출광 차단판(35)은 송광 회전 거울(31)과 수광 회전 거울(33) 사이에 개재되어 송출광(61)이 수광 회전 거울(33)로 입사되는 것을 차단한다. 즉 송출광 차단판(35)이 없는 경우, 송광 회전 거울(31)에 반사된 송출광(61) 중 난반사 또는 산란으로 인해서 발생되는 광이 수광 회전 거울(33)로 직접 입사되는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
이러한 송출광 차단판(35)은 송광 회전 거울(31) 아래의 수광 회전 거울(33)을 덮을 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 송출광 차단판(35)은 중심 부분에 송광 회전 거울(31)을 설치할 수 있는 설치대(36)가 형성되어 있다.
송출광 차단판(35)은 송수광 회전 거울(31,33)과 함께 회전하기 때문에, 회전 시 진동이 발생되는 것을 억제하기 위해서, 회전축을 중심으로 좌우로 대칭되게 형성하는 것이 바람직하다. 제1 실시예에서는 송출광 차단판(35)을 원판 형태로 형성한 예를 개시하였지만, 좌우대칭 구조를 갖는다면 그 외 다양한 형태로 구현이 가능함은 물론이다.
송광 회전 거울(31), 수광 회전 거울(33) 및 송출광 차단판(35)은 아래와 같이 설치될 수 있다.
수광 회전 거울(33)은 베이스판(33a)을 중심으로 양면에 제1 수광 거울(33b) 및 제2 수광 거울(33c)이 설치된 구조를 갖는다.
베이스판(33a)은 직사각판 형태로, 제1 면과, 제1 면에 반대되는 제2 면, 및 제1 면과 제2 면을 연결하는 복수의 측면을 갖는다. 복수의 측면은 두 개의 장측면과 두 개의 단측면을 포함한다. 두 개의 장측면과 두 개의 단측면은 서로 마주보게 형성되며, 두 개의 장측면의 양단에 두 개의 단측면이 연결된다. 베이스판(33a)의 소재로는 경질의 플라스틱 소재가 사용될 수 있다.
제1 수광 거울(33b)은 베이스판(33a)의 제1 면에 설치되며, 베이스판(33a)의 제1 면에 대향하는 외측으로 반사면이 형성되어 있다. 제1 수광 거울(33b)은 볼트와 같은 체결부재로 베이스판(33a)의 제1 면에 고정 설치될 수 있다.
그리고 제2 수광 거울(33b)은 베이스판(33a)의 제2 면에 설치되며, 베이스판(33a)의 제2 면에 대향하는 외측으로 반사면이 형성되어 있다. 제2 수광 거울(33c)은 볼트와 같은 체결부재로 베이스판(33a)의 제2 면에 고정 설치될 수 있다.
송출광 차단판(35)은 원판 형태로 하부면과, 하부면과 반대되는 상부면을 갖는다. 송출광 차단판(35)은 하부면이 수광 회전 거울(33)의 일측면에 탑재되어 고정될 수 있다. 즉 송출광 차단판(35)은 베이스판(33a)의 일측면에 볼트와 같은 체결 부재로 설치된다. 송출광 차단판(35)이 설치되는 베이스판(33a)의 일측면은 장측면일 수 있다.
송출광 차단판(35)은 베이스판(33a)의 일측면에 설치되되, 송수광 회전 거울(31,33)과 함께 회전하기 때문에, 회전 시 진동이 발생되는 것을 억제하기 위해서, 송출광 차단판(35)의 중심과 베이스판(33a)의 장측면의 중심이 일치할 수 있도록 설치된다.
송출광 차단판(35)의 상부면에는 중심 부분에 송광 회전 거울(31)을 설치할 수 있는 설치대(36)가 형성되어 있다. 설치대(36)는 송출광 차단판(35)의 상부면 중심에 대해서 좌우대칭되게 형성된다.
그리고 송광 회전 거울(31)은 송출광 차단판(35)의 설치대(36)에 고정된다.
회전 모터(37)는 인쇄회로기판(10)에 설치되어 송수광 회전 거울(31,33)을 회전시킨다. 이때 회전 모터(37)는 인쇄회로기판(10)의 하부에 설치되고, 회전 모터(37)의 구동축이 인쇄회로기판(10)의 상부에 설치된 수광 회전 거울(33)의 회전축 상에 연결된다.
수광부(40)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반사 거울(41), 집광 렌즈(42) 및 광검출기(43)를 포함한다. 수광부(40)는 송수광 회전 거울(31,33)에 인접한 인쇄회로기판(10)의 상부에 설치된다.
반사 거울(41)은 수광 회전 거울(33)과 마주보게 인쇄회로기판(10) 위에 설치되며, 수광 회전 거울(33)에서 반사된 반사광을 집광 렌즈(42)로 반사한다. 이때 반사 거울(41)은 수광 회전 거울(33)에서 반사된 반사광이 입사되는 방향에 대해서 반사면이 45도 각도로 설치될 수 있다.
한편 제1 실시예에서는 반사 거울(41)이 수광 회전 거울(33)에서 반사된 반사광이 입사되는 방향에 대해서 반사면이 45도 각도로 설치된 예를 개시하였지만, 제품 설계에 따라서 40도 내지 50도 각도로 설치될 수 있다. 물론 이 경우 반사 거울(41)의 설치 각도에 따라서 집광 렌즈(42) 및 광검출기(43)의 위치도 변경된다.
집광 렌즈(42)는 반사 거울(41)과 마주보게 인쇄회로기판(10) 위에 설치되며, 반사 거울(41)에서 반사된 반사광을 광검출기(43)가 설치된 위치로 집광한다.
그리고 광검출기(43)는 집광 렌즈(42)와 마주보게 인쇄회로기판(10) 위에 설치되며, 집광 렌즈(42)에 의해 집광된 광을 안정적으로 수신할 수 있도록 집광 렌즈(42)의 초점 위치에 배치되며, 집광 렌즈(42)로부터 집광된 광을 수신하여 전기신호로 변환한다.
케이스(50)는 인쇄회로기판(10), 송광부(20), 회전 거울부(30) 및 수광부(40)가 위치할 수 있는 내부 공간을 제공하여 외부 환경으로 보호한다. 이러한 케이스(50)는 전면 케이스(53)와 후면 케이스(51)를 포함할 수 있다.
전면 케이스(53)는 광이 송수광되는 쪽에 설치되며, IR 통과 필터(55)가 설치된다.
그리고 후면 케이스(51)는 광이 송수광되는 쪽의 반대쪽에 위치하며, 전면 케이스(53)와 연결되어 인쇄회로기판(10), 송광부(20), 회전 거울부(30) 및 수광부(40)가 위치할 수 있는 내부 공간을 형성한다.
이때 후면 케이스(51)의 내부에 수광 회전 거울(33)의 회전축이 위치한다. 전면 케이스(53)의 내부가 수광 회전 거울(33)의 회전 반경을 포함할 수 있다.
[제2 실시예]
한편 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100a)는 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)가 송광 회전 거울(31)을 향하여 서로 수평하게 펄스 레이저를 출력하도록 배치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)가 송광 회전 거울(31)을 향하여 서로 수평하지 않게 펄스 레이저를 출력하도록 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100b)를 보여주는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제2 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100b)는 송광부(20), 회전 거울부(30) 및 수광부(40)를 포함한다. 제2 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100b)는 송광부(20)에 포함되는 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)의 배치 구성을 제외하면 제1 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(도 2의 100a)와 동일한 구조를 갖는다.
따라서 제2 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100b)는 송광부(20)를 중심으로 설명하겠다.
송광부(20)는 제1 단위 송광부(27)와 제2 단위 송광부(28)를 포함한다. 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)는 송광 회전 거울(31)을 향하여 서로 수평하지 않게 펄스 레이저를 출력하도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)는 송광 회전 거울(31)을 향하는 상하좌우 중에 적어도 하나의 각도를 변경할 수 있다. 예컨대 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)는 송광 회전 거울(31)의 중심을 향하여 펄스 레이저를 출력하도록 배치될 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 단위 송광부(27,28)가 송광 회전 거울(31)을 향하는 각도를 조절함으로써, 스캔 영역을 변경할 수 있다.
[제3 실시예]
한편 제1 실시예에서는 수광 회전 거울(33)의 상부에 송광 회전 거울(31)을 설치하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이, 수광 회전 거울(33)을 중심으로 상하에 송광 회전 거울을 배치할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100c)를 보여주는 정면도이다.
도 8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 회전형 스캐닝 라이다(100c)는 송광부(20), 회전 거울부(30) 및 수광부(40)를 포함한다.
회전 거울부(30)는 동일 회전축 상에 상하로 설치되어 회전하되, 서로 교차하게 설치되는 한 쌍의 송광 회전 거울(31) 및 수광 회전 거울(33)을 구비한다.
한 쌍의 송광 회전 거울(31)은 수광 회전 거울(33)의 상부에 배치되는 제1 송광 회전 거울(31a)과, 수광 회전 거울(33)의 하부에 배치되는 제2 송광 회전 거울(31b)을 포함한다. 제1 및 제2 송광 회전 거울(31a,31b)은 수광 회전 거울(33)에 수직으로 교차하게 설치된다.
송광부(20)는 제1 송광 회전 거울(31a)과 마주보게 설치되는 제1 송광부(20a)와, 제2 송광 회전 거울(31b)과 마주보게 설치되는 제2 송광부(20b)를 포함한다. 제1 및 제2 송광부(20a,20b)는 적어도 하나의 단위 송광부를 포함할 수 있다.
이때 제1 및 제2 송광 회전 거울(31a,31b)은 제1 및 제2 송광부(20a,20b)로부터 입사된 펄스 레이저를 각각 반사하여 스캔 영역으로 송출광(61a,61b)을 송출한다.
수광 회전 거울(33)은 송광 회전 거울(31)의 회전축 상에 설치되어 송광 회전 거울(31)과 함께 회전하며, 송출한 송출광(61a,61b) 중에서 객체에서 반사된 반사광(63)을 수광부(40)로 반사한다.
제1 송광 회전 거울(31a)과 수광 회전 거울(33) 사이에 제1 송출광 차단판(35a)이 개재되고, 제2 송광 회전 거울(31b)과 수광 회전 거울(33) 사이에 제2 송출광 차단판(35b)이 개재된다.
한편 제1 실시예에서는 수광 회전 거울(33)의 상부에 송광 회전 거울(31)을 설치하는 예를 개시하였고, 제3 실시예에서는 수광 회전 거울(33)을 중심으로 상하로 송광 회전 거울(31a,31b)이 배치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1 실시예와는 반대로 수광 회전 거울(33)의 하부에만 제2 송광 회전 거울(31b)이 배치될 수 있다. 물론 송광부(20)는 수광 회전 거울(33)의 하부에 위치하는 제2 송광 회전 거울(31b)로 펄스 레이저를 출력할 수 있도록, 제2 송광 회전 거울(31b)을 바라보는 위치에 설치된다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 인쇄회로기판
20 : 송광부
20a : 제1 송광부
20b : 제2 송광부
21 : 광원
23 : 광원구동기
25 : 광조절기
27 : 제1 단위 송광부
28 : 제2 단위 송광부
29 : 제n 단위 송광부
30 : 회전 거울부
31 : 송광 회전 거울
31a : 제1 송광 회전 거울
31b : 제2 송광 회전 거울
33 : 수광 회전 거울
33a : 베이스판
33b : 제1 수광 거울
33c : 제2 수광 거울
35 : 송출광 차단판
35a : 제1 송출광 차단판
35b : 제2 송출광 차단판
36 : 설치대
37 : 회전 모터
40 : 수광부
41 : 반사 거울
42 : 집광 렌즈
43 : 광검출기
50 : 케이스
51 : 후면 케이스
53 : 전면 케이스
55 : IR 통과 필터
57 : 차단막
61 : 송출광
63 : 반사광
100, 100a, 100b, 100c : 회전형 스캐닝 라이다

Claims (12)

  1. 동일 회전축 상에 상하로 설치되어 회전하되, 서로 교차하게 설치되는 송광 회전 거울 및 수광 회전 거울을 구비하는 회전 거울부;
    상기 회전 거울부를 중심으로 한 쪽에 배치되되 상기 송광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 펄스 레이저를 각각 상기 송광 회전 거울로 출력하는 복수의 단위 송광부를 구비하는 송광부; 및
    상기 회전 거울부를 중심으로 상기 송광부와 마주보는 다른 쪽에 배치되되 상기 수광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 반사 거울 및 집광 렌즈로 집광하여 광검출기로 검출하여 출력하는 수광부;를 포함하고,
    상기 회전 거울부는,
    상기 송광부와 마주보게 설치되며, 상기 송광부에서 출력된 펄스 레이저를 회전하면서 반사시켜 객체로 송출하는 상기 송광 회전 거울; 및
    상기 송광 회전 거울의 회전축 상에 설치되어 상기 송광 회전 거울과 함께 회전하며, 송출한 송출광 중에서 객체에서 반사된 반사광을 상기 수광부로 반사하는 상기 수광 회전 거울;
    상기 송광 회전 거울과 상기 수광 회전 거울 사이에 개재되어 송출광이 상기 수광 회전 거울로 입사되는 것을 차단하는 송출광 차단판; 및
    상기 송광 회전 거울 및 상기 수광 회전 거울 중에 하나에 연결되어 상기 송광 회전 거울, 상기 수광 회전 거울 및 상기 송출광 차단판을 회전시키는 회전 모터;
    를 포함하는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송광 회전 거울과 상기 수광 회전 거울은 반사면이 서로 직각을 이루도록 배치되는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송광 회전 거울은,
    상기 수광 회전 거울의 상부에 배치되는 제1 송광 회전 거울; 및
    상기 수광 회전 거울의 하부에 배치되는 제2 송광 회전 거울; 중에 적어도 하나를 포함하며,
    상기 송광부는,
    상기 제1 송광 회전 거울과 마주보게 설치되는 제1 송광부; 및
    상기 제2 송광 회전 거울과 마주보게 설치되는 제2 송광부; 중에 적어도 하나를 포함하는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 수광 회전 거울은,
    제1 면, 상기 제1 면에 반대되는 제2 면, 및 상기 제1 면과 제2 면을 연결하는 복수의 측면을 갖는 직사각판 형태의 베이스판;
    상기 베이스판의 제1 면에 설치되며, 외측으로 제1 반사면이 형성된 제1 수광 거울; 및
    상기 베이스판의 제2 면에 설치되며, 외측으로 제1 반사면이 형성된 제2 수광 거울;
    을 포함하는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  7. 제6항에 있어서, 상기 송출광 차단판은,
    상기 베이스판의 복수의 측면 중 상기 송광 회전 거울이 위치할 측면에 고정되되, 상부면에 상기 송광 회전 거울이 설치되는 설치대가 형성되어 있는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단위 송광부는 상기 송광 회전 거울을 향하여 서로 수평하게 펄스 레이저를 출력하도록 배치되는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단위 송광부는 상기 송광 회전 거울을 향하여 서로 수평하지 않게 펄스 레이저를 출력하도록 배치되는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수광 회전 거울의 수평 시야각의 외측에 상기 송광부 및 상기 수광부가 배치되는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  11. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 동일 회전축 상에 상하로 설치되어 회전하되, 서로 교차하게 설치되는 송광 회전 거울 및 수광 회전 거울을 구비하는 회전 거울부;
    상기 회전 거울부를 중심으로 상기 인쇄회로기판 위의 한쪽에 배치되되 상기 송광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 펄스 레이저를 각각 상기 송광 회전 거울로 출력하는 복수의 단위 송광부를 구비하는 송광부; 및
    상기 회전 거울부를 중심으로 상기 송광부와 마주보는 상기 인쇄회로기판 위의 다른 쪽에 배치되되 상기 수광 회전 거울과 마주보게 배치되며, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 반사 거울 및 집광 렌즈로 집광하여 광검출기로 전기신호로 변환하여 출력하는 수광부;를 포함하고,
    상기 회전 거울부는,
    상기 송광부와 마주보게 설치되며, 상기 송광부에서 출력된 펄스 레이저를 회전하면서 반사시켜 객체로 송출하는 상기 송광 회전 거울; 및
    상기 송광 회전 거울의 회전축 상에 설치되어 상기 송광 회전 거울과 함께 회전하며, 송출한 송출광 중에서 객체에서 반사된 반사광을 상기 수광부로 반사하는 상기 수광 회전 거울;
    상기 송광 회전 거울과 상기 수광 회전 거울 사이에 개재되어 송출광이 상기 수광 회전 거울로 입사되는 것을 차단하는 송출광 차단판; 및
    상기 송광 회전 거울 및 상기 수광 회전 거울 중에 하나에 연결되어 상기 송광 회전 거울, 상기 수광 회전 거울 및 상기 송출광 차단판을 회전시키는 회전 모터;
    를 포함하는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
  12. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 펄스 레이저를 각각 출력하는 복수의 단위 송광부를 구비하는 송광부;
    상기 송광부와 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 상기 송광부에서 출력된 펄스 레이저를 회전하면서 반사시켜 객체로 송출하는 송광 회전 거울;
    상기 송광 회전 거울의 회전축 상에 설치되되, 상기 송광 회전 거울과 교차하게 설치되어 상기 송광 회전 거울과 함께 회전하며, 송출한 송출광 중에서 객체에서 반사된 반사광을 포물면 거울로 반사하는 수광 회전 거울;
    상기 송광 회전 거울과 상기 수광 회전 거울 사이에 개재되어 송출광이 상기 수광 회전 거울로 입사되는 것을 차단하는 송출광 차단판;
    상기 송광 회전 거울 및 상기 수광 회전 거울 중에 하나에 연결되어 상기 송광 회전 거울, 상기 수광 회전 거울 및 상기 송출광 차단판을 회전시키는 회전 모터;
    상기 수광 회전 거울과 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되되, 상기 송광 회전 거울 및 상기 수광 회전 거울을 중심으로 상기 송광부와 마주보는 쪽에 배치되되, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 집광 렌즈로 반사하는 반사 거울;
    상기 반사 거울과 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되되, 상기 반사 거울에서 반사된 반사광을 집광하는 집광 렌즈; 및
    상기 집광 렌즈와 마주보게 상기 인쇄회로기판 위에 설치되되, 상기 집광 렌즈에서 집광된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출기;
    를 포함하는 다중광원을 구비하는 회전형 스캐닝 라이다.
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