KR102057199B1 - High-performance rorationless scanning lidar system having a wide field of view structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 라이다 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar system.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 복수의 발광 소자와 제 1 반사부 및 하나의 제 2 반사부와 복수의 광 감지부를 사용하되, 상기 복수의 발광 소자에서 각각 방출된 레이저 광이 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 후 상기 복수의 광 감지기에 각각 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하여 복수의 광 감지기로 각각 입사되는 노이즈의 양을 현저하게 감소시켜 수광 효율(신호대 잡음비(SNR))이 크게 향상되고, 피사체의 특정 단일/복수 지점 또는 영역의 스캐닝 각도가 크게 확장 가능한, 넓은 시야각 구조를 갖는 고효율 무회전 라이다 시스템에 관한 것이다.More specifically, the present invention uses a plurality of light emitting devices, a first reflecting unit, and a second reflecting unit and a plurality of light sensing units, wherein the laser light emitted from each of the plurality of light emitting elements is the second reflecting unit. By the first reflector and the second reflector to continuously change the reflection direction of each laser light so as to be incident perpendicularly to the plurality of light detectors respectively after being reflected by By significantly reducing the amount of noise incident on each of the light detectors, the light receiving efficiency (signal-to-noise ratio (SNR)) is greatly improved, and the wide viewing angle structure allows the scanning angle of a particular single / multiple point or area of the subject to be greatly expanded. Relates to a high efficiency non-rotating lidar system.
라이다(LIDAR: Light Detection and Ranging)는 피사체에 빛, 예를 들어 레이저를 조사한 후, 피사체로부터 반사된 빛을 분석하여 피사체의 물성, 예를 들어 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 측정할 수 있는 원격 탐지 장치 중 하나이다. 라이다는 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용하여 보다 정밀하게 피사체의 물성을 측정할 수 있다.LIDAR: Light Detection and Ranging (LIDAR) illuminates a subject, for example a laser, and then analyzes the light reflected from the subject to determine the physical properties of the subject, such as distance, direction, speed, temperature, material distribution and concentration. One of the remote detection devices that can measure characteristics, etc. The rider can take advantage of lasers that can generate pulse signals with high energy density and short periods to measure the physical properties of the object more precisely.
또한, 라이다는 특정 파장의 레이저 광원 또는 파장 가변이 가능한 레이저 광원을 광원으로 사용하여 3차원 영상 획득, 기상 관측, 피사체의 속도 또는 거리 측정, 자율 주행 등과 같은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 라이다는 항공기, 위성 등에 탑재되어 정밀한 대기 분석 및 지구 환경 관측에 활용되고 있으며, 우주선 및 탐사 로봇에 장착되어 피사체까지의 거리 측정 등 카메라 기능을 보완하기 위한 수단으로 활용되고 있다.In addition, the lidar has been used in various fields such as 3D image acquisition, weather observation, measuring the speed or distance of the subject, autonomous driving, etc. using a laser light source having a specific wavelength or a laser light source having a variable wavelength as a light source. For example, the lidar is mounted on aircraft, satellites, etc., and is used for accurate atmospheric analysis and observation of the earth's environment. The lidar is mounted on spacecraft and roving robots and used as a means of supplementing camera functions such as distance measurement to a subject.
또한, 지상에서는 원거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 센서 기술들이 상용화되고 있다. 최근에는 레이저 스캐너 또는 3D 영상 카메라로 활용되어 3D 리버스 엔지니어링이나 무인 자동차 등에 사용되고 있다.In addition, a simple form of lidar sensor technology has been commercially available on the ground for remote measurement, crackdown on car speed violations, and the like. Recently, it is used as a laser scanner or a 3D imaging camera, and is used for 3D reverse engineering or driverless cars.
최근에는 360도 회전에 따라 공간 정보를 인지하는 라이다가 개발되고 있다. 하지만, 모터 등의 기계적 회전에 따른 라이다 장치는 마모, 유격 등의 기계적 결함이 존재한다는 한계점이 있어, 사람의 생명과 직접적인 관련성이 있는 자율 주행에 적용되는데 어려움이 존재한다.Recently, a lidar that recognizes spatial information according to a 360 degree rotation has been developed. However, the lidar device due to the mechanical rotation of the motor, etc., there is a limitation that there are mechanical defects such as wear, play, etc., there is a difficulty in applying to autonomous driving that is directly related to human life.
상술한 종래 기술의 라이다 장치의 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 본 발명자들은 2017년 5월 19일 및 10월 20일자에"라이다 장치 및 이를 포함하는 라이다 시스템"이라는 발명의 명칭으로 각각 대한민국 특허 출원 제 10-2017-0062296호(미공개: 이하 "296 출원"이라 함) 및 10-2017-0136198호(미공개: 이하 "198 출원"이라 함)로 출원한 바 있다. 이러한 296 출원 및 198 출원에서는, 복잡한 다수의 광학계 또는 광학장치를 사용하여 공축(coaxial: 296 출원) 및 2축(biaxial: 198 출원) 라이다 장치를 구현할 수 있음을 개시하고 있다. 이들 296 출원 및 198 출원의 개시 내용은 본 발명의 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.In order to solve the problems of the above-described lidar apparatus of the prior art, the inventors of the present invention, on May 19 and October 20, 2017, respectively, under the name of the invention "lidar apparatus and lidar system including the same" Korean Patent Application Nos. 10-2017-0062296 (Unpublished: referred to as "296 application") and 10-2017-0136198 (Unpublished: referred to as "198 Application"). These 296 and 198 applications disclose that a large number of complex optics or optics can be used to implement coaxial (biaxial) applications and biaxial (198 applications) lidar devices. The disclosures of these 296 and 198 applications are incorporated into and constitute a part of the present invention.
상술한 296 출원 및 198 출원에 개시된 라이다 장치는 1) MEMS 미러로 구현될 수 있는 반사부가 무회전 상태로 넓은 레이저 스캐닝 범위의 감지가 가능하고, 2) 수광 효율이 향상되며, 3) 소형, 경량이고 및 향상된 내구성을 갖는다는 장점이 달성되지만, 여전히 복잡한 광학계 또는 광학장치의 사용이 요구된다는 문제점을 갖는다.Lidar devices disclosed in the above-mentioned 296 and 198 applications are capable of detecting a wide range of laser scanning range without rotating the reflector, which can be implemented as a MEMS mirror, 2) improved light receiving efficiency, 3) small size, The advantages of being lightweight and having improved durability are achieved, but still have the problem that the use of complex optics or optics is required.
따라서, 상술한 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.Therefore, there is a need for a new solution to solve the problems of the prior art described above.
본 발명에 개시된 실시예는 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 발광 소자와 제 1 반사부 및 하나의 제 2 반사부와 복수의 광 감지부를 사용하되, 상기 복수의 발광 소자에서 각각 방출된 레이저 광이 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 후 상기 복수의 광 감지기에 각각 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하여 복수의 광 감지기로 각각 입사되는 노이즈의 양을 현저하게 감소시켜 수광 효율(신호대 잡음비(SNR))이 크게 향상되고, 피사체의 특정 단일/복수 지점 또는 영역의 스캐닝 각도가 크게 확장 가능한, 넓은 시야각 구조를 갖는 고효율 무회전 라이다 시스템을 제공하기 위한 것이다.The embodiment disclosed in the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and uses a plurality of light emitting elements, a first reflecting unit, a second reflecting unit, and a plurality of light sensing units, The first reflecting unit and the second reflecting unit continuously changing the reflection directions of the respective laser lights such that the emitted laser light is reflected by the second reflecting unit and then is incident perpendicularly to the plurality of light detectors, respectively. Each operation is controlled in a synchronous manner to significantly reduce the amount of noise incident to each of the plurality of light detectors, thereby greatly improving the light receiving efficiency (signal-to-noise ratio (SNR)), and scanning specific single / multiple points or areas of the subject. An object is to provide a highly efficient rotationless lidar system having a wide viewing angle structure, which is greatly expandable in angle.
본 발명의 제 1 특징에 따른 라이다 시스템은 서로 이격되어 배치되며, 각각이 레이저 광을 방출하는 복수의 발광 소자, 상기 복수의 발광 소자의 각각의 동작을 제어하는 복수의 구동 장치, 상기 복수의 발광 소자에서 각각 방출된 상기 레이저 광을 각각 시준하는 복수의 콜리메이팅 렌즈, 상기 시준된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체의 서로 이격된 복수의 소정 영역을 각각 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부를 포함하는 발광부; 상기 피사체의 복수의 소정 영역에서 반사된 상기 각각의 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부, 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈, 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈를 각각 통과한 상기 각각의 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 광 감지기에서 감지된 상기 각각의 레이저 광을 판독하는 복수의 판독 부재를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부 및 상기 수광부의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하되, 상기 제어 장치는 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기에 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하고, 상기 복수의 발광 소자, 상기 복수의 구동 장치, 상기 복수의 콜리메이팅 렌즈, 상기 복수의 수광 렌즈, 상기 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 판독 부재가 각각 2개 또는 3개씩 사용되는 것을 특징으로 한다.The lidar system according to the first aspect of the present invention is disposed spaced apart from each other, a plurality of light emitting elements each of which emits laser light, a plurality of driving devices for controlling the operation of each of the plurality of light emitting elements, the plurality of A plurality of collimating lenses each collimating the laser light emitted from the light emitting element, and a plurality of predetermined areas spaced apart from each other of the subject by continuously changing a reflection direction of each collimated laser light within a predetermined angle range A light emitting unit including a first reflecting unit scanning the light; A second reflector for continuously changing and reflecting the respective laser light reflected from a plurality of predetermined areas of the subject, and receiving the respective laser light reflected by the second reflector A plurality of light receiving lenses, spaced apart from each other, a plurality of light detectors respectively sensing the respective laser light passing through the plurality of light receiving lenses, and reading the respective laser light detected by the plurality of light detectors A light receiving unit including a plurality of reading members; And a control device for controlling the operation of each of the light emitting part and the light receiving part, wherein the control device is configured such that the respective laser light reflected by the second reflecting part is incident perpendicularly to the plurality of light detectors. Controlling the operation of each of the first reflecting portion and the second reflecting portion to continuously change the reflection direction of each laser light in a synchronous manner, wherein the plurality of light emitting elements, the plurality of driving devices, the plurality of collimating lenses And the plurality of light receiving lenses, the plurality of light detectors, and the plurality of reading members are used two or three, respectively.
본 발명의 제 2 특징에 따른 라이다 시스템은 서로 이격되어 배치되며, 각각이 레이저 광을 방출하는 복수의 발광 소자, 상기 복수의 발광 소자와 각각 연결되는 제 1 광 스위치, 상기 제 1 광 스위치와 연결되며, 상기 제 1 광 스위치의 스위칭 동작을 통해 상기 복수의 발광 소자의 각각의 동작을 제어하는 구동 장치, 상기 복수의 발광 소자에서 각각 방출된 상기 레이저 광을 각각 시준하는 복수의 콜리메이팅 렌즈, 상기 시준된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체의 서로 이격된 복수의 소정 영역을 각각 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부를 포함하는 발광부; 상기 피사체의 복수의 소정 영역에서 반사된 상기 각각의 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부, 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈, 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈를 각각 통과한 상기 각각의 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기, 상기 복수의 광 감지기에 각각 연결되는 제 2 광 스위치, 상기 제 2 광 스위치와 연결되며, 상기 제 2 광 스위치의 스위칭 동작을 통해 상기 복수의 광 감지기에서 감지된 상기 각각의 레이저 광을 판독하는 판독 부재를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부 및 상기 수광부의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하되, 상기 제어 장치는 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기에 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하고, 상기 복수의 발광 소자, 상기 복수의 콜리메이팅 렌즈, 상기 복수의 수광 렌즈, 및 상기 복수의 광 감지기는 각각 2개 또는 3개씩 사용되는 것을 특징으로 한다.Lidar system according to a second aspect of the present invention is disposed spaced apart from each other, each of the plurality of light emitting elements for emitting a laser light, the first optical switch, and the first optical switch and the plurality of light emitting elements, respectively; A driving device connected to each other and controlling the operation of each of the plurality of light emitting devices through a switching operation of the first optical switch, a plurality of collimating lenses respectively collimating the laser light emitted from the plurality of light emitting devices, A light emitting unit including a first reflecting unit configured to continuously change a reflection direction of each collimated laser light within a predetermined angle range to continuously scan a plurality of predetermined areas of the subject; A second reflector for continuously changing and reflecting the respective laser light reflected from a plurality of predetermined areas of the subject, and receiving the respective laser light reflected by the second reflector A plurality of light receiving lenses, spaced apart from each other, a plurality of light detectors respectively sensing the respective laser light passing through the plurality of light receiving lenses, a second optical switch connected to the plurality of light detectors, respectively; A light receiving unit connected to a second optical switch and including a reading member configured to read the respective laser lights sensed by the plurality of light detectors through a switching operation of the second optical switch; And a control device for controlling the operation of each of the light emitting part and the light receiving part, wherein the control device is configured such that the respective laser light reflected by the second reflecting part is incident perpendicularly to the plurality of light detectors. Controlling the operation of each of the first reflecting portion and the second reflecting portion to continuously change the reflection direction of each laser light in a synchronous manner, wherein the plurality of light emitting elements, the plurality of collimating lenses, the plurality of light receiving lenses , And the plurality of light detectors are used two or three, respectively.
본 발명의 제 3 특징에 따른 라이다 시스템은 레이저 광을 방출하는 발광 소자, 상기 발광 소자의 동작을 제어하는 구동 장치, 상기 발광 소자와 제 1 광 스위치를 통해 연결되며, 상기 제 1 광 스위치의 스위칭 동작을 통해 상기 발광 소자로부터 전송된 상기 레이저 광을 시준하여 방출하는 복수의 광섬유 콜리메이터, 상기 복수의 광섬유 콜리메이터로부터 시준되어 방출된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체의 서로 이격된 복수의 소정 영역을 각각 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부를 포함하는 발광부; 상기 피사체의 복수의 소정 영역에서 반사된 상기 각각의 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부, 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈, 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈를 각각 통과한 상기 각각의 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 광 감지기에서 감지된 상기 각각의 레이저 광을 판독하는 복수의 판독 부재를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부 및 상기 수광부의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하되, 상기 제어 장치는 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기에 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하고, 상기 복수의 광섬유 콜리메이터, 상기 복수의 수광 렌즈, 상기 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 판독 부재가 각각 2개 또는 3개씩 사용되는 것을 특징으로 한다. Lidar system according to a third aspect of the present invention is a light emitting device for emitting a laser light, a driving device for controlling the operation of the light emitting device, the light emitting device and the first optical switch is connected, A plurality of optical fiber collimators for collimating and emitting the laser light transmitted from the light emitting element through a switching operation, and a reflection direction of each laser light collimated and emitted from the plurality of optical fiber collimators continuously changed within a predetermined angle range, thereby causing the subject to A light emitting unit including a first reflecting unit configured to continuously scan a plurality of predetermined regions of the plurality of spaced apart regions; A second reflector for continuously changing and reflecting the respective laser light reflected from a plurality of predetermined areas of the subject, and receiving the respective laser light reflected by the second reflector A plurality of light receiving lenses, spaced apart from each other, a plurality of light detectors respectively sensing the respective laser light passing through the plurality of light receiving lenses, and reading the respective laser light detected by the plurality of light detectors A light receiving unit including a plurality of reading members; And a control device for controlling the operation of each of the light emitting part and the light receiving part, wherein the control device is configured such that the respective laser light reflected by the second reflecting part is incident perpendicularly to the plurality of light detectors. Controlling the operation of each of the first reflecting portion and the second reflecting portion to continuously change the reflection direction of each laser light in a synchronous manner, wherein the plurality of optical fiber collimators, the plurality of light receiving lenses, the plurality of light detectors, And two or three read members each.
본 발명의 제 4 특징에 라이다 시스템은 레이저 광을 방출하는 발광 소자, 상기 발광 소자의 동작을 제어하는 구동 장치, 상기 발광 소자에서 방출된 상기 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈, 상기 발광 소자와 일체로 구성되는 상기 구동 장치가 소정 각도 범위 내에서 회동 가능하도록 장착되는 회전 스테이지, 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체의 소정 영역을 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부를 포함하는 발광부; 상기 피사체의 복수의 소정 영역에서 반사된 상기 각각의 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부, 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈, 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈를 각각 통과한 상기 각각의 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 광 감지기에서 감지된 상기 각각의 레이저 광을 판독하는 복수의 판독 부재를 포함하는 수광부; 및 상기 발광부 및 상기 수광부의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하되, 상기 제어 장치는 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기에 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하고, 상기 복수의 수광 렌즈, 상기 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 판독 부재가 각각 2개 또는 3개씩 사용되는 것을 특징으로 한다.According to a fourth aspect of the present invention, a lidar system includes a light emitting device for emitting laser light, a driving device for controlling an operation of the light emitting device, a collimating lens for collimating the laser light emitted from the light emitting device, and the light emitting device; A rotation stage in which the driving device is integrally mounted to be rotatable within a predetermined angle range, and a first reflection for continuously scanning a predetermined region of a subject by continuously changing a reflection direction of the collimated laser light within a predetermined angle range A light emitting unit including a part; A second reflector for continuously changing and reflecting the respective laser light reflected from a plurality of predetermined areas of the subject, and receiving the respective laser light reflected by the second reflector A plurality of light receiving lenses, spaced apart from each other, a plurality of light detectors respectively sensing the respective laser light passing through the plurality of light receiving lenses, and reading the respective laser light detected by the plurality of light detectors A light receiving unit including a plurality of reading members; And a control device for controlling the operation of each of the light emitting part and the light receiving part, wherein the control device is configured such that the respective laser light reflected by the second reflecting part is incident perpendicularly to the plurality of light detectors. Controlling the operation of each of the first reflecting portion and the second reflecting portion to continuously change the reflection direction of each laser light in a synchronous manner, wherein the plurality of light receiving lenses, the plurality of light detectors, and the plurality of reading members It is characterized in that two or three are used respectively.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 시스템을 사용하면 다음과 같은 효과가 달성된다.Using the LiDAR system according to the embodiment of the present invention the following effects are achieved.
1. 자율 주행 차량 및 다수의 응용 분야(구체적으로, 피사체의 특정 단일 지점 또는 영역의 거리 측정 및 감지가 요구되는 골프장, 자율비행 드론, 창고 및 물류센터의 자동화 로봇, 로봇 청소기 등)에 적용 가능한 형태로 구현할 수 있다.1. Applicable to autonomous vehicles and many applications (specifically, golf courses, autonomous drones, automated robots in warehouses and distribution centers, robot cleaners, etc.) requiring distance measurement and detection of a particular single point or area of the subject. It can be implemented in the form.
2. 수광 효율(신호대 잡음비(SNR))가 향상되고 스캐닝 각도가 크게 확장 가능한, 넓은 시야각 구조를 갖는 고효율 무회전 라이다 시스템을 제작할 수 있다. 2. It is possible to fabricate a high efficiency non-rotating lidar system with a wide viewing angle structure with improved light receiving efficiency (SNR) and greatly expanding scanning angle.
3. 소형 및 경량이며 고성능/저가격의 넓은 시야각 구조를 갖는 고효율 무회전 라이다 시스템을 제작할 수 있다. 3. It is possible to manufacture high efficiency non-rotating lidar system with small size and light weight, high performance / low price, wide viewing angle structure.
4. 기계적인 회전이 없이 광학적인 구성만으로 특정 단일/복수 지점 또는 영역을 스캐닝하여 기계적인 결함 등을 보완하는 넓은 시야각 구조를 갖는 고효율 무회전 라이다 시스템을 제작할 수 있다. 4. It is possible to manufacture a highly efficient non-rotating lidar system with a wide viewing angle structure that compensates for mechanical defects by scanning specific single / multiple points or areas by optical configuration without mechanical rotation.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.Further advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings in which like or like reference numerals designate like elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 발광부를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부의 동작을 상세히 도시한 도면이다.
도 6a는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부에서 파장 필터가 추가로 사용되는 것을 도시한 도면이다.
도 6b는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부에서 피사체로부터 반사된 레이저 광이 파장 필터에 수직 입사하지 못하는 경우의 필터링 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 따른 라이다 장치의 수광부를 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치를 도시한 도면이다.
도 8b는 8a에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치에 사용되는 수광부 유닛의 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 8c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 장치에 사용되는 수광부를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템을 도시한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템의 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 라이다 시스템을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 시스템에 사용되는 발광부의 실시예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 시스템의 발광부를 도시한 도면이다.
도 14a는 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명의 제 1 실시예 및 그 변형 실시예에 따른 라이다 시스템에 사용되는 발광부 및 수광부의 제 1 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 14b는 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명의 제 1 실시예 및 그 변형 실시예에 따른 라이다 시스템에 사용되는 발광부 및 수광부의 제 2 변형 실시예를 도시한 도면이다.1 is a view showing a lidar apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a lidar apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
3 is a view showing a light emitting unit of a lidar apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
FIG. 4 is a view illustrating a light receiving unit of a lidar apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
5 is a view illustrating in detail the operation of the light receiving unit of the lidar apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
FIG. 6A is a view showing that a wavelength filter is additionally used in the light receiving unit of the LiDAR apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
FIG. 6B is a diagram for describing a filtering state when laser light reflected from a subject in the light receiving unit of the lidar apparatus according to the first embodiment of the present invention does not vertically enter the wavelength filter.
7 is a view showing a light receiving unit of a lidar apparatus according to a second embodiment of the present invention.
8A illustrates a lidar apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8B is a view showing a modified embodiment of the light receiving unit used in the lidar apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in 8A.
8C is a view showing a light receiving unit used in a lidar apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
9 illustrates a lidar system according to a first embodiment of the present invention.
10 is a view showing a modified embodiment of the lidar system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
11 is a diagram illustrating a lidar system according to a second embodiment of the present invention.
12 is a view showing an embodiment of a light emitting unit used in a lidar system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a view illustrating a light emitting unit of a LiDAR system according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 14A is a view showing a first modified embodiment of a light emitting part and a light receiving part used in a lidar system according to the first embodiment of the present invention and modified embodiments thereof shown in FIGS. 9 and 10.
FIG. 14B is a view showing a second modified embodiment of the light emitting part and the light receiving part used in the lidar system according to the first embodiment of the present invention and modified embodiments thereof shown in FIGS. 9 and 10.
이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 블록도이며, 도 3 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 발광부를 도시한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부를 도시한 도면이다.1 is a view showing a lidar device according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram of a lidar device according to a first embodiment of the present invention shown in Figure 1, Figure 3 4 is a view illustrating a light emitting unit of a lidar apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view illustrating a light receiving unit of a lidar apparatus according to a first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. .
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 광을 방출하는 발광 소자(112), 상기 발광 소자(112)의 동작을 제어하는 구동 장치(driver: 116), 상기 발광 소자(112)에서 방출된 상기 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(114), 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 소정 영역(FOV)을 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)를 포함하는 발광부(110); 상기 피사체의 소정 영역에서 반사된 상기 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부(128), 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 레이저 광을 수광하는 수광 렌즈(124), 상기 수광 렌즈(124)를 통과한 상기 레이저 광을 감지하는 광 감지기(122), 및 상기 광 감지기(122)에서 감지된 상기 레이저 광을 판독하는 판독 부재(126)를 포함하는 수광부(120); 및 상기 발광부(110) 및 상기 수광부(120)의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치(controller: 130)를 포함하되, 상기 제어 장치(130)는 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 레이저 광이 상기 광 감지기(122)에 수직으로 입사되도록 상기 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부(118) 및 상기 제 2 반사부(128)의 각각의 동작을 동기 방식으로(synchronously) 제어하는 것을 특징으로 한다.1 to 4, a
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of the
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 발광부(110); 수광부(120); 및 상기 발광부(110) 및 상기 수광부(120)의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치(130)를 포함한다.1 to 4 again, the
상기 라이다 장치(100)의 발광부(110)는 레이저 광을 방출하는 발광 소자(112)를 포함한다. 발광 소자(112)는 단일 LD(laser diode) 또는 단일 PLD(single pulsed laser diode)로 구현될 수 있으며, 구체적으로 905nm 파장을 방출하는 PLD로 구현될 수 있다. 이를 위해 제어 장치(300)은 펄스 발생 장치(134)를 포함할 수 있으며(도 2 참조), 이러한 펄스 발생 장치(134)에 의해 발생된 펄스(예를 들어, 905nm 파장 펄스)가 PLD로 구현될 수 있는 발광 소자(112)에 전달되고, 발광 소자(112)는, 예를 들어, 905nm 파장의 레이저 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 발광 소자(112)의 동작은 구동 장치(116)에 의해 제어된다. 구체적으로, 구동 장치(116)은 발광 소자(112)의 출력 시점 및 출력 특성을 제어하고, 또한 펄스 폭을 짧게 유지시키기 위한 전류 구동기(current driver)로 구현될 수 있다. 발광 소자(112)는 온도에 매우 민감한 장치이므로, 작동 시 온도를 일정 값으로 고정하여 반도체의 열 특성에 기인한 출력 감소 및 레이저 공진기의 중심 파장의 변화를 억제하도록 제어하기 위해 열전 쿨러(thermo-electric cooler: 113), 냉각 팬(115), 및 온도 센서(미도시) 등을 추가로 포함할 수 있다.The
또한, 발광 소자(112)는 방출된 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(114)를 일체로 구비할 수 있다. 콜리메이팅 렌즈(114)에 의해 시준된 레이저 광은 제 1 반사부(118)로 진행하여 반사된다. 이 경우, 제 1 반사부(118)는 제어 장치(130)에 포함된 동기 구동부(136)에 의해 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 소정 영역을 연속적으로 스캐닝한다. 여기서, 제 1 반사부(118) 및 후술하는 제 2 반사부(118,128)는 각각, 예를 들어, 공지의 MEMS 미러로 구현될 수 있으며, 이 경우 미러의 사이즈는 대략 직경이 1 내지 5 mm의 범위를 갖는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다.In addition, the
상기 동기 구동부(136)에 의해 반사부(118)가 시준된 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 소정 각도 범위는 대략 최대 ±20도(즉, 40도)이고, 평균적으로 ±15도(즉, 30도)이다. 도 3 및 도 4에서는 이러한 소정 각도 범위가 ±15도(즉, 30도)인 것으로 예시적으로 도시되어 있다. 즉, 동기 구동부(136)는 의해 반사부(118)를 ±15도의 범위(즉, 30도) 내에서 연속적으로 회전시켜 반사부(118)에 입사되는 하나의 시준된 레이저 광의 반사 방향을 30도 범위 내에서 변경할 수 있다.The predetermined angle range for continuously changing the reflection direction of the laser light collimated by the
본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 피사체(object)의 소정 영역(FOV)은 종래 기술과는 달리 피사체의 특정 단일 지점(영역)의 스캐닝(구체적으로, 가능한 한 좁은 범위의 시야각(FOV)을 갖는 특정 단일 지점(영역)의 스캐닝)에 적용하기 위한 것이라는 점에 유의하여야 한다.In the
한편, 상기 라이다 장치(100)의 수광부(120)는 제 2 반사부(128)를 포함한다. 이러한 제 2 반사부(128)는 상기 피사체의 소정 영역에서 반사된 상기 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시킨다. 구체적으로, 제 2 반사부(128)는 제어 장치(130)의 동기 구동부(136)에 의해 피사체의 소정 영역에서 반사되어 제 2 반사부(128)로 향하는 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하도록, 예를 들어, ±15도의 범위 내에서 연속적으로 회전시켜 30도 범위 내에서 제 2 반사부(128)에 입사되는 복수의 레이저 광의 반사 방향을 변경할 수 있다. 이 경우, 동기 구동부(136)는 제 1 반사부(118) 및 제 2 반사부(128)의 회전 각도를 동기 방식으로 제어한다. 구체적으로, 동기 구동부(136)는 제 1 반사부(118) 및 제 2 반사부(128)의 회전 동작을 시간 오차 없이(즉, 광속으로) 동기화하여 동시에 제어하도록 병렬 전압 제어 구조를 갖도록 구현될 수 있다. 그 결과, 발광 소자(112)에서 방출된 하나의 시준된 레이저 광이 연속적으로 회전하는 제 1 반사부(118)에서 반사되어 피사체의 소정 영역(FOV)을 향하여 진행한다. 그 후, 피사체의 소정 영역(FOV)에서 반사된 복수의 레이저 광이 제 1 반사부(118)와 동기 방식으로 연속적으로 회전하는 제 2 반사부(128)에서 반사되어, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 수광 렌즈(124)를 통해 광 감지기(122)에 수직으로 입사된다. 수광 렌즈(124)는, 예를 들어, 제 2 반사부(128)에서 반사된 복수의 레이저 광을 시준하기 위한 콜리메이팅 렌즈로 구현되는 것이 바람직하지만, 수광 렌즈(124)를 통과한 복수의 레이저 광이 광 감지기(122)의 표면 상에 수광 초점이 형성되도록 해주는 집광 렌즈(condensing lens)로 구현될 수도 있다는 점에 유의하여야 한다.Meanwhile, the
광 감지기(122)에 수신된 레이저 광은 아날로그 광신호로 판독 부재(126)에 의해 디지털 광신호로 변환된 후 판독 및 저장된다. 판독 부재(126)는, 예를 들어, 판독 집적회로(Readout Integrated Circuits: ROIC)로 구현될 수 있으며, 광 감지기(122)와 일체로 구현될 수 있다. 이러한 광 감지기(122)는, 예를 들어, 단일 APD(Avalanche Photodiode)로 구현될 수 있다. 광 감지기(122)를 일체로 포함한 판독 부재(126)는 예를 들어 단광자 검출기(SPD) 모듈 또는 실리콘 광증배기(silicon photomultiplier: SiPM) 모듈로 지칭될 수 있다. 이 경우, 단일 APD로 구현될 수 있는 광 감지기(122)가 단광자(single photon) 수준의 민감도(sensitivity)를 가지며, 그에 따라 수광 렌즈(124)를 통과하여 판독 집적회로(ROIC)로 구현될 수 있는 판독 부재(126)의 기판 표면에 도달하는 노이즈 또는 판독 부재(126)의 내부에서 산란된 노이즈를 수신하여 감지할 수 있다. 따라서, 이러한 노이즈의 수신을 방지하기 위해 판독 부재(126)와 일체로 제공되는 광 감지기(122)의 표면을 제외한 판독 부재(126)의 기판 표면 상에 광 흡수제(127)를 코팅하는 것이 바람직하다. 광흡수제는, 예를 들어, 공지의 실리콘계 광흡수 재질(예를 들어, 단결정 Si 또는 다결정 Si 재질의 결정계 광흡수 재질, 또는 a-Si 박막 또는 μ c-Si/a-Si 적층 구조의 박막형 광흡수 재질), 화합물계 광흡수 재질(예를 들어, CIS/CdTe 화합물 또는 CIGS/CdTe 화합물 재질의 화합물 박막형 광흡수 재질), 유기계 광흡수 재질(예를 들어, 금속착화물계 염료 재질의 염료감응형 광흡수 재질)이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.The laser light received by the
상술한 판독 부재(126)에서 판독된 디지털 광신호는 제어 장치(300)의 TDC(Time to Digital converter) 회로(138)로 입력되어 라이다 장치(100)와 피사체 사이를 비행한 레이저 광의 비행 시간이 측정(계산)된다. 그 후, 측정된 비행 시간 정보가 제어 장치(300)의 제어 및 신호 처리 장치(132)로 전송되어 라이다 장치(100)와 피사체 간의 거리의 산출 및 오차 보정 신호 처리가 이루어진다. 도 2에 도시된 전원부(power supply: 140)는 제어 장치(300)의 구성요소인 제어 및 신호 처리 장치(132), 펄스 발생 장치(134), 동기 구동부(136), 및 TDC 회로(138)의 각각의 동작을 위한 전원을 공급한다.The digital optical signal read by the above-described
도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부의 동작을 상세히 도시한 도면이다. 도 5에서는 피사체에서 반사된 복수의 레이저 광이 제 2 반사부(128)을 통과하여 수광부(120)를 구성하는 수광 렌즈(124)를 통해 광 감지기(122)로 수광되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 실제로는 제 2 반사부(128)에서 반사되어 수광부(120)를 구성하는 수광 렌즈(124)를 통해 광 감지기(122)로 수광된다는 점에 유의하여야 한다. 이는 도 5와 동일 또는 유사한 라이다 장치의 수광부의 동작을 도시하고 있는 도 6b 및 도 7의 경우에도 동일하게 적용된다. 5 is a view illustrating in detail the operation of the light receiving unit of the lidar apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. In FIG. 5, a plurality of laser lights reflected from a subject are received by the
도 5를 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 수광부(110) 중 제 2 반사부(128)가 대략 1 내지 5mm의 지름을 갖는 MEMS 미러(이하"초소형 MEMS 미러(128)"라 함)로 구현될 수 있으며, 그에 따라 피사체의 소정 영역(FOV)에서 소정 각도 범위(예를 들어, ±15도(즉, 30도)) 내에서 반사된 복수의 레이저 광이 연속적으로 회전하는 초소형 MEMS 미러(128)에 의해 반사되어 수광 렌즈(124)를 통해 광 감지기(122) 표면 상으로 수광된다. 이 경우, 피사체의 소정 영역(FOV) 이외의 영역에서 반사되는 태양광 또는 자연광에 의해 배경 노이즈(background noise)를 발생시키는 태양광 또는 기타 광원에 기인한 주변광(ambient light: 129)은 초소형 MEMS 미러(128)에서 반사된 후 수광 렌즈(129)를 벗어나서 진행하므로 광 감지기(122)를 일체로 포함하는 판독 부재(126)의 표면 상에 도달하지 않는다. 그에 따라, 광 감지기(122)의 외부 및 내부에서 주변광에 기인한 노이즈 발생이 제거 또는 최소화된다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 초소형 MEMS 미러로 구현되는 제 1 및 제 2 반사부(128)를 사용하여, 좁은 범위의 시야각(FOV)을 갖는 특정 단일 지점(영역)을 스캐닝하고, 그에 따라 특정 단일 지점(영역) 이외의 영역에서 반사되는 주변광에 기인한 노이즈를 제거 또는 최소화함으로써 광 감지기(122)에 수광된 레이저 광의 신호대 잡음비(SNR)를 크게 향상시킬 수 있다는 장점이 달성된다. Referring to FIG. 5 together with FIGS. 1 to 4, the second reflecting
반면에, 종래 기술의 라이다 장치(미도시)에서는, 미러를 사용하지 않는 경우, 넓은 각도로 입사되는 피사체에서 반사된 복수의 레이저 광이 카메라와 같은 큰 사이즈의 넓은 개구를 갖는 수광부에서 수신되고, 그에 따라 주변광 노이즈도 커지게 된다. 또한, 종래 기술의 라이다 장치(미도시)에서는, 미러를 사용하는 경우에도, 상대적으로 상당히 큰 사이즈(예를 들어, 직경이 대략 3 내지 5cm)의 미러를 사용하므로 피사체의 소정 영역(FOV)에서 반사된 복수의 레이저 광이 큰 사이즈의 미러에 의해 반사되므로 수광 렌즈(예를 들어, 도 5의 수광 렌즈(128))을 통과하는 레이저 광의 양이 상대적으로 크게 증가한다. 그에 따라, 종래 기술에서는 광 감지기(122)에서의 레이저 광의 수광량을 크게 증가시켜 SNR을 높이는 방식을 사용한다. 그러나, 이러한 종래 기술에서는 레이저 광의 수광량이 크게 증가하는 대신 주변광도 동시에 수광되어 노이즈가 크게 증가하여 실질적으로 높은 SNR을 얻는 것이 어렵거나 불가능하다. 따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 종래 기술의 라이다 장치의 문제점을 해결할 수 있다. On the other hand, in the prior art lidar apparatus (not shown), when a mirror is not used, a plurality of laser lights reflected from a subject incident at a wide angle are received at a light receiving unit having a large opening of a large size such as a camera. Therefore, the ambient light noise also increases. In addition, in the conventional lidar apparatus (not shown), even when using a mirror, a relatively large size (for example, a diameter of approximately 3 to 5 cm) is used, so that a predetermined area (FOV) of the subject is used. Since the plurality of laser light reflected by the light is reflected by the mirror of the large size, the amount of laser light passing through the light receiving lens (eg, the
도 6a는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부에서 파장 필터가 추가로 사용되는 것을 도시한 도면이고, 도 6b는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치의 수광부에서 피사체로부터 반사된 레이저 광이 파장 필터에 수직 입사하지 못하는 경우의 필터링 상태를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6A is a view showing that a wavelength filter is additionally used in the light receiving unit of the LiDAR apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 6B is a first embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a filtering state when the laser light reflected from the subject in the light receiving unit of the lidar apparatus does not perpendicularly enter the wavelength filter.
먼저, 도 6a를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 수광부(120)는 제 2 반사부(128)과 수광 미러(124) 사이에 제공되는 파장 필터(127)를 추가로 포함할 수 있다. 도 6a의 예시에서는, 파장 필터(127)가 제 2 반사부(128)와 수광 미러(124) 사이에 제공되는 것으로 도시되어 있지만, 당업자라면 파장 필터(127)가, 예를 들어, 광 감지기(122) 표면 상에 코팅되어 제공될 수 있다는 점을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 이러한 파장 필터(127)는, 예를 들어, 905nm의 파장을 기준으로 ±25nm 범위의 파장을 필터링하는 제 1 파장 필터, 905nm의 파장을 기준으로 ±10nm 범위의 파장을 필터링하는 2개의 파장 필터(제 2 및 제 3 필터)가 적층된 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 905nm의 파장은 태양광의 파장 스펙트럼 중 노이즈가 가장 적은 파장이다. 상기 3개의 적층형 파장 필터(127)를 사용하면, 주변광에 기인한 노이즈가 추가로 제거되어, 도 6a의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 실질적으로 노이즈가 없는 대략 900 내지 910nm 파장 범위의 레이저 광이 광 감지기(122)에서 수광될 수 있다. 상술한 파장 필터(127)의 사용은 선택사양으로 반드시 사용되어야 하는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다. First, referring to FIG. 6A, the
한편, 도 6b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 수광부(120)에서 제 2 반사부(128)에서 반사된 레이저 광이 파장 필터(127)에 수직 입사하지 못하는 경우, 파장 필터(127)의 투과 영역이 넓어지면서 동시에 다른 영역(즉, 필터링 영역이 도 6a에 도시된 바와 같이 대략 899 내지 910nm 범위의 영역에서 도 6b에 도시된 바와 같이 대략 888 내지 907nm 범위의 영역)으로 이동한다. 그에 따라, 주변광과 동일한 노이즈가 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 광 감지기(122)에 수신되는 수신광의 광량이 현저하게 감소된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 레이저 광이 파장 필터(127)에 수직 입사하지 못하는 경우 발생하는 파장 필터(127)의 투과 영역이 넓어지면서 동시에 다른 영역으로 이동하는 문제점을 해결하기 위해서는, 파장 필터(127)의 설계를 변경하여야 하고 그에 따른 비용이 증가하게 되므로 바람직하지 않다. 따라서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)에서는 수광부(120)를 구성하는 제 2 반사부(128)에서 반사된 레이저 광이 파장 필터(127) 및/또는 광 감지기(122)에 수직으로 입사하도록 구현함으로써, 광 감지기(122)에서의 수광 효율 및 SNR이 현저하게 향상된다는 장점이 달성될 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 6B, the laser light reflected by the second reflecting
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 따른 라이다 장치의 수광부를 도시한 도면이다. 7 is a view showing a light receiving unit of a lidar apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 수광부(120)에서 수광 렌즈(124)가 사용되지 않는다는 점을 제외하고는 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)와 실질적으로 동일하다는 점에 유의하여야 한다.Referring to FIG. 7, the first embodiment except that the
좀 더 구체적으로, 도 7을 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 광을 방출하는 발광 소자(112), 상기 발광 소자(112)의 동작을 제어하는 구동 장치(116), 상기 발광 소자(112)에서 방출된 상기 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(114), 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 소정 영역(FOV)을 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)를 포함하는 발광부(110); 상기 피사체의 소정 영역에서 반사된 상기 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부(128), 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 레이저 광을 감지하는 광 감지기(122), 및 상기 광 감지기(122)에서 감지된 상기 레이저 광을 판독하는 판독 부재(126)를 포함하는 수광부(120); 및 상기 발광부(110) 및 상기 수광부(120)의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치(130)를 포함하되, 상기 제어 장치(130)는 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 레이저 광이 상기 광 감지기(122)에 수직으로 입사되도록 상기 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부(118) 및 상기 제 2 반사부(128)의 각각의 동작을 동기 방식으로(synchronously) 제어하고, 상기 수광부(120)는 상기 제 2 반사부(128)와 상기 광 감지기(122) 사이에 제공되거나 또는 상기 광 감지기(122)의 표면 상에 코팅되어 제공되는 광학 필터(127)을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.More specifically, referring to FIG. 7 together with FIGS. 1 to 4, the
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 라이다 장치(100)에서는, 광 감지기(122)의 표면 사이즈는 지름이 1 내지 5mm의 초소형 MEMS 미러로 구현될 수 있는 제 2 반사부(128)의 사이즈와 실질적으로 동일한 사이즈(지름 또는 한 변이 대략 1 내지 5mm인 원형 또는 정사각형 타입의 표면)을 갖도록 구현될 수 있다. 그에 따라, 피사체의 소정 영역(FOV)에서 반사된 복수의 레이저 광이 제 2 반사부(128)에서 반사된 후 도 1에 도시된 수광 렌즈(124)를 사용하지 않고도 광 감지기(122) 상에서 수광될 수 있다. 도 7의 실시예에서도, 파장 필터(127)의 사용이 선택사양이라는 점에 유의하여야 한다. As shown in FIG. 7, in the
도 8a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치를 도시한 도면이고, 8b는 8a에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치에 사용되는 수광부 유닛의 변형 실시예를 도시한 도면이다. 도 8a 및 도 8b의 실시예에서는, 도 1에 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 제어 장치(130)의 도시가 생략되어 있다는 점에 유의하여야 한다. FIG. 8A shows a lidar apparatus according to a third embodiment of the present invention, and 8B shows a modified embodiment of the light receiving unit used in the lidar apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in 8A. One drawing. 8A and 8B, it should be noted that the illustration of the
다시 도 8a를 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치(100)에서는, 수광부(120)가 도 1에 도시된 수광부(120)와 동일한 복수의 수광부(120a,120b)를 사용한다는 점을 제외하고는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)와 실질적으로 동일하다. 이 경우, 도 8a의 실시예에서는 복수의 수광부(120a,120b)가 2개인 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 당업자라면 복수의 수광부(120a,120b)가 3개 이상으로 제공될 수 있다는 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다. Referring back to FIG. 8A together with FIGS. 1 to 4, in the
좀 더 구체적으로, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 광을 방출하는 발광 소자(112), 상기 발광 소자(112)의 동작을 제어하는 구동 장치(116), 상기 발광 소자(112)에서 방출된 상기 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(114), 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 소정 영역(FOV)을 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)를 포함하는 발광부(110); 상기 피사체의 소정 영역에서 반사된 상기 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 복수의 제 2 반사부(128a,128b), 상기 복수의 제 2 반사부(128a,128b)에 의해 각각 반사된 상기 레이저 광을 각각 수광하는 복수의 수광 렌즈(124a,124b), 상기 복수의 수광 렌즈(124a,124b)를 각각 통과한 상기 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기(122a,122b), 및 상기 복수의 광 감지기(122a,122b)에서 각각 감지된 상기 레이저 광을 판독하는 복수의 판독 부재(126a,126b)를 포함하는 복수의 수광부(120a,120b)로 구성되는 수광부 유닛(120); 및 상기 발광부(110) 및 상기 복수의 수광부(120a,120b)의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치(130)를 포함하되, 상기 제어 장치(130)는 상기 복수의 제 2 반사부(128a,128b)에 의해 각각 반사된 상기 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기(122a,122b)에 각각 수직으로 입사되도록 상기 제 1 반사부(118) 및 상기 복수의 제 2 반사부(128a,128b)가 각각 상기 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 동작을 동기 방식으로(synchronously) 제어하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 수광부 유닛(120)을 구성하는 복수의 수광부(120a,120b)의 각각의 구성 및 동작은 상술한 바와 같은 도 1에 도시된 수광부(120)의 구성 및 동작과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.More specifically, the
8b는 8a에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치에 사용되는 수광부 유닛의 변형 실시예를 도시한 도면이다.8b is a view showing a modified embodiment of the light receiving unit used in the lidar apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in 8a.
도 8b를 도 1 및 도 8a와 함께 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 장치(100)에 사용되는 수광부 유닛(120)에서는, 복수의 수광부(120a,120b)가 복수의 제 2 반사부(128a,128b)와 복수의 수광 렌즈(124a,124b) 사이에 제공되는 복수의 반사거울(127a,127b)을 추가로 포함하고 있다. 이러한 복수의 반사거울(127a,127b)에 의해 복수의 제 2 반사부(128a,128b)에서 반사된 복수의 레이저 광의 각각의 경로의 변경이 가능하므로, 복수의 수광부(120a,120b)를 구성하는 복수의 광 감지기(도면부호 미도시)의 배치 자유도가 증가할 수 있다는 장점이 달성될 수 있다. Referring to FIG. 8B together with FIGS. 1 and 8A, in the
도 8c는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 장치에 사용되는 수광부를 도시한 도면이다. 도 8c의 실시예에서도, 도 1에 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)의 제어 장치(130)의 도시가 생략되어 있다는 점에 유의하여야 한다. 8C is a view showing a light receiving unit used in a lidar apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 8C, it should be noted that the illustration of the
다시 도 8c를 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 장치(100)에서는, 수광부(120)가 도 1에 도시된 하나의 제 2 반사부(128) 대신 동일한 복수의 제 2 반사부(128)가 배열된 반사부 어레이(128a)를 사용하고, 복수의 반사부(128)에서 반사된 복수의 레이저 광이 하나의 수광 렌즈(124)를 통과하여 하나의 광 수신기(122)에 수광된다는 점을 제외하고는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 장치(100)와 실질적으로 동일하다. Referring back to FIG. 8C together with FIGS. 1 to 4, in the
좀 더 구체적으로, 도 8c에 도시된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 레이저 광을 방출하는 발광 소자(112), 상기 발광 소자(112)의 동작을 제어하는 구동 장치(116), 상기 발광 소자(112)에서 방출된 상기 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(114), 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 소정 영역(FOV)을 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)를 포함하는 발광부(110); 상기 피사체의 소정 영역에서 반사된 상기 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 복수의 제 2 반사부(128)가 배열된 반사부 어레이(128a), 상기 반사부 어레이(128a)에 배열된 상기 복수의 제 2 반사부(128)에 의해 각각 반사된 상기 레이저 광을 수광하는 수광 렌즈(124), 상기 수광 렌즈(124)를 통과한 상기 레이저 광을 감지하는 광 감지기(122), 및 상기 광 감지기(122)에서 각각 감지된 상기 레이저 광을 판독하는 판독 부재(126)를 포함하는 수광부(120); 및 상기 발광부(110) 및 상기 수광부(120)의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치(130)를 포함하되, 상기 제어 장치(130)는 상기 반사부 어레이(128a)에 배열된 상기 복수의 제 2 반사부(128)에 의해 각각 반사된 상기 레이저 광이 상기 광 감지기(122)에 각각 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부(118) 및 상기 복수의 제 2 반사부(128)의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 수광부(120)를 구성하는 반사부 어레이(128a)에 배열된 복수의 제 2 반사부(128)의 각각의 구성 및 동작은 상술한 바와 같은 도 1에 도시된 수광부(120)의 제 2 반사부(128)의 구성 및 동작과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.More specifically, the
상술한 도 8a 내지 도 8c에 도시된 본 발명의 제 3 또는 제 4 실시예에 따른 라이다 장치(100)에서는 수광 유닛(120)이 복수의 수광부(122a,122b)로 구현되거나 또는 복수의 제 2 반사부(128)가 배열된 반사부 어레이(128a)가 사용되므로, 수광 효율이 크게 증가한다는 장점이 달성된다.In the
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템을 도시한 도면이다.9 illustrates a lidar system according to a first embodiment of the present invention.
도 9를 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템(101)은 서로 이격되어 배치되며, 각각이 레이저 광을 방출하는 복수의 발광 소자(112a,112b,112c), 상기 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)의 각각의 동작을 제어하는 복수의 구동 장치(116a,116b,116c), 상기 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)에서 각각 방출된 상기 레이저 광을 각각 시준하는 복수의 콜리메이팅 렌즈(114a,114b,114c), 상기 시준된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 서로 이격된 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)을 각각 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)를 포함하는 발광부(110); 상기 피사체의 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)에서 반사된 상기 각각의 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부(128), 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈(124a,124b,124c), 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈(124a,124b,124c)를 각각 통과한 상기 각각의 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기(122a,122b,122c), 및 상기 복수의 광 감지기(122a,122b,122c)에서 감지된 상기 각각의 레이저 광을 판독하는 복수의 판독 부재(126a,126b,126c)를 포함하는 수광부(120); 및 상기 발광부(110) 및 상기 수광부(120)의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치(130)를 포함하되, 상기 제어 장치(130)는 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기(122a,122b,122c)에 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부(118) 및 상기 제 2 반사부(128)의 각각의 동작을 동기 방식으로(synchronously) 제어하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)은 각각 피사체의 서로 이격된 특정 단일 지점(영역)에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 9 together with FIGS. 1 to 4, the
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템(101)에서는 하나의 제 1 반사부(118)를 이용하여 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)에서 각각 방출된 상기 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위(예를 들어, 각각의 레이저 광에 대해 ±15도의 범위(즉, 30도)) 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 서로 이격된 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)을 각각 연속적으로 스캐닝한다. 그 후, 하나의 제 2 반사부(128)를 이용하여 피사체의 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)에서 각각 반사된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위(예를 들어, 각각의 레이저 광에 대해 ±15도의 범위(즉, 30도)) 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키고, 반사된 각각의 레이저 광이 복수의 수광 렌즈(124a,124b,124c)를 통과한 후, 서로 이격되어 배치되는 복수의 광 감지기(122a,122b,122c)에서 수광 및 감지된다. 이 경우, 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)는 방출된 복수의 레이저 광이 제 1 반사부(118)에 의해 연속적으로 변경되는 소정 각도 범위가 서로 겹치지 않도록 배치된다. 이 경우, 도 9의 실시예에서는, 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)는 각각의 최대 스캐닝 범위가 30도이므로 3개의 발광 소자(112a,112b,112c)가 사용될 경우 전체 최대 스캐닝 범위는 90도이다.In the
또한, 도 9의 실시예에서, 복수의 발광 소자(112a,112b,112c), 복수의 구동 장치(116a,116b,116c), 복수의 콜리메이팅 렌즈(114a,114b,114c), 복수의 수광 렌즈(124a,124b,124c), 복수의 광 감지기(122a,122b,122c), 복수의 판독 부재(126a,126b,126c), 및 제어 장치(130)의 각각의 구성 및 동작은 도 1 내지 도 4에 도시된 발광 소자(112), 구동 장치(116), 콜리메이팅 렌즈(114), 수광 렌즈(124), 광 감지기(122), 판독 부재(126), 및 제어 장치(130)의 각각의 구성 및 동작과 실질적으로 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.In addition, in the embodiment of FIG. 9, the plurality of
도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템의 변형 실시예를 도시한 도면이다.10 is a view showing a modified embodiment of the lidar system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
도 10을 도 9 및 도 1 내지 4와 함께 참조하면, 본 발명의 변형 실시예에 따른 라이다 시스템(101)은 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)에서 각각 방출된 복수의 레이저 광이 제 1 반사부(118)에 의해 연속적으로 변경되는 소정 각도 범위가 서로 일부 겹치도록 배치되어 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)에 의한 전체 최대 스캐닝 범위가 90도보다 작다는 점을 제외하고는 도 9에 도시된 라이다 시스템(101)과 그 구성 및 동작이 동일하다. Referring to FIG. 10 along with FIGS. 9 and 1 to 4, the
상술한 바와 같이, 도 9 및 도 10에 각각 도시된 본 발명의 제 1 실시예 및 그 변형 실시예에 따른 라이다 시스템(101)에서는 각각 복수의 발광 소자(112a,112b,112c), 복수의 구동 장치(116a,116b,116c), 복수의 콜리메이팅 렌즈(114a,114b,114c), 복수의 수광 렌즈(124a,124b,124c), 복수의 광 감지기(122a,122b,122c), 및 복수의 판독 부재(126a,126b,126c)가 각각 3개씩 사용되는 것으로 예시적으로 기술하고 있지만, 당업자라면 예를 들어, 2개의 발광 소자, 2개의 구동 장치, 2개의 콜리메이팅 렌즈), 2개의 수광 렌즈, 2개의 광 감지기, 및 2개의 판독 부재만이 사용될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.As described above, in the
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 라이다 시스템을 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating a lidar system according to a second embodiment of the present invention.
도 11을 도 9 및 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 라이다 시스템(101)은 서로 이격되어 배치되며, 각각이 레이저 광을 방출하는 복수의 발광 소자(112a,112b,112c), 상기 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)와 각각 연결되는 제 1 광 스위치(113), 상기 제 1 광 스위치(113)와 연결되며, 상기 제 1 광 스위치(113)의 스위칭 동작을 통해 상기 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)의 각각의 동작을 제어하는 구동 장치(116), 상기 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)에서 각각 방출된 상기 레이저 광을 각각 시준하는 복수의 콜리메이팅 렌즈(114a,114b,114c), 상기 시준된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 서로 이격된 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)을 각각 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)를 포함하는 발광부(110); 상기 피사체의 복수의 소정 영역((FOV1,FOV2,FOV3)에서 반사된 상기 각각의 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부(128), 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈(124a,124b,124c), 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈(124a,124b,124c)를 각각 통과한 상기 각각의 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기(122a,122b,122c), 상기 복수의 광 감지기(122a,122b,122c)에 각각 연결되는 제 2 광 스위치(123), 상기 제 2 광 스위치(123)와 연결되며, 상기 제 2 광 스위치(123)의 스위칭 동작을 통해 상기 복수의 광 감지기(122a,122b,122c)에서 감지된 상기 각각의 레이저 광을 판독하는 판독 부재(126)를 포함하는 수광부(120); 및 상기 발광부(110) 및 상기 수광부(120)의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치(130)를 포함하되, 상기 제어 장치(130)는 상기 제 2 반사부(128)에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기(122a,122b,122c)에 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부(118) 및 상기 제 2 반사부(128)의 각각의 동작을 동기 방식으로(synchronously) 제어하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 11 together with FIGS. 9 and 1 to 4, the
상술한 도 11에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 라이다 시스템(101)에서는 도 9에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템(101)에 사용되는 복수의 구동 장치(116a,116b,116c) 대신 제 1 광 스위치(113)와 하나의 구동 장치(116)를 사용하고, 또한 복수의 판독 부재(126a,126b,126c) 대신 제 2 광 스위치(123)와 하나의 판독 장치(126)를 사용하여 제 1 및 제 2 광 스위치(113,123)의 각각의 스위칭 동작을 통해 복수의 발광 소자(112a,112b,112c)의 레이저 광 방출 동작과 복수의 광 감지기(122a,122b,122c)에서 감지된 각각의 레이저 광의 판독 동작을 제어한다는 점을 제외하고는 도 9에 도시된 도 9에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 라이다 시스템(101)의 동작과 실질적으로 동일하다는 점을 충분히 이해할 있을 것이다.In the
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 시스템에 사용되는 발광부의 실시예를 도시한 도면이다.12 is a view showing an embodiment of a light emitting unit used in a lidar system according to a third embodiment of the present invention.
도 12를 도 9 내지 도 11과 함께 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 시스템(101)의 발광부(110)는 레이저 광을 방출하는 발광 소자(112), 상기 발광 소자(112)의 동작을 제어하는 구동 장치(116), 상기 발광 소자(112)와 제 1 광 스위치(113)를 통해 연결되며, 상기 제 1 광 스위치(113)의 스위칭 동작을 통해 상기 발광 소자(112)로부터 전송된 상기 레이저 광을 시준하여 방출하는 복수의 광섬유 콜리메이터(fiber collimator or fiber optic collimator: 115a,115b,115c), 상기 복수의 광섬유 콜리메이터(115a,115b,115c)로부터 시준되어 방출된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 서로 이격된 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)을 각각 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)(도 9 내지 도 11 참조)를 포함한다. 도 12에서는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 라이다 시스템(101)의 수광부 및 제어 장치는 각각 도 9 내지 도 11에 도시된 본 발명의 제 1 실시예, 그 변형 실시예, 및 제 2 실시예에 따른 라이다 시스템(101)에 사용되는 수광부(110) 및 제어 장치(130)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다는 점에 유의하여야 한다.Referring to FIG. 12 together with FIGS. 9 to 11, the
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 시스템의 발광부를 도시한 도면이다.FIG. 13 is a view illustrating a light emitting unit of a LiDAR system according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
도 13을 도 9 내지 도 11과 함께 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 시스템(101)의 발광부(110)는 레이저 광을 방출하는 발광 소자(112), 상기 발광 소자(112)의 동작을 제어하는 구동 장치(116), 상기 발광 소자(112)에서 방출된 상기 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈(114), 상기 발광 소자(112)와 일체로 구성되는 상기 구동 장치(116)가 소정 각도 범위 내에서 회동 가능하도록 장착되는 회전 스테이지(121), 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 소정 영역(FOV)을 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부(118)(도 9 내지 도 11 참조)를 포함한다. 도 13에서는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 시스템(101)의 수광부 및 제어 장치는 각각 도 9 내지 도 11에 도시된 본 발명의 제 1 실시예, 그 변형 실시예, 및 제 2 실시예에 따른 라이다 시스템(101)에 사용되는 수광부(110) 및 제어 장치(130)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다는 점에 유의하여야 한다.Referring to FIG. 13 along with FIGS. 9 to 11, the
상술한 도 13에 도시된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 시스템(101)에서는 회전 스테이지(121)가 구동 장치(116)를, 예를 들어, 도 9에 도시된 복수의 구동 장치(116a,116b,116c)의 위치로 회동 가능하게 회전시킬 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 라이다 시스템(101)의 발광 소자(112)는 도 9에 도시된 복수의 구동 장치(116a,116b,116c)의 위치에서 각각 시준된 레이저 광을 방출할 수 있으며, 그에 따라 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 반사부(118)에 의해 시준된 각각의 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체(object)의 서로 이격된 복수의 소정 영역(FOV1,FOV2,FOV3)을 각각 연속적으로 스캐닝할 수 있다.In the
도 14a는 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명의 제 1 실시예 및 그 변형 실시예에 따른 라이다 시스템에 사용되는 발광부 및 수광부의 제 1 변형 실시예를 도시한 도면이고, 도 14b는 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명의 제 1 실시예 및 그 변형 실시예에 따른 라이다 시스템에 사용되는 발광부 및 수광부의 제 2 변형 실시예를 도시한 도면이다.FIG. 14A is a view showing a first modified embodiment of a light emitting part and a light receiving part used in a LiDAR system according to the first embodiment of the present invention and modified embodiments thereof shown in FIGS. 9 and 10, and FIG. 9 and 10 illustrate a second modified embodiment of the light emitting part and the light receiving part used in the lidar system according to the first embodiment of the present invention and its modified embodiment.
먼저, 도 14a를 참조하면, 본 발명의 제 1 변형 실시예에 따른 발광부 유닛(110)은 서로 이격되어 제공되는 복수의 발광부(110a,110b)를 포함하고, 수광부 유닛(120)은 서로 이격되어 제공되는 복수의 수광부(120a,120b)를 포함한다. 이 경우, 복수의 발광부(110a,110b) 및 복수의 수광부(120a,120b)는 각각 도 1에 도시된 발광부(110) 및 수광부(120)의 구성 및 동작과 실질적으로 동일하다.First, referring to FIG. 14A, the
또한, 도 14b를 참조하면, 본 발명의 제 2 변형 실시예에 따른 발광부 유닛(110)은 서로 이격되어 제공되는 복수의 발광부(110a,110b)를 포함하고, 수광부 유닛(120)은 서로 이격되어 제공되는 복수의 수광부(120a,120b)를 포함한다. 이 경우, 복수의 발광부(110a,110b)는 복수의 발광 소자(112a,112b)와 복수의 제 1 반사부(118a,118b) 사이에 제공되는 복수의 제 1 반사거울(117a,117b)을 추가로 포함하고, 복수의 수광부(120a,120b)는 복수의 제 2 반사부(128a,128b)와 복수의 수광 렌즈(124a,124b) 사이에 제공되는 복수의 제 2 반사거울(127a,127b)을 추가로 포함하고 있다. 이러한 복수의 제 1 반사거울(117a,117b) 및 복수의 제 2 반사거울(127a,127b)에 의해 복수의 발광 소자(112a,112b)에서 각각 방출된 레이저 광의 각각의 경로 및 복수의 제 2 반사부(128a,128b)에서 각각 반사된 레이저 광의 각각의 경로의 변경이 가능하므로, 복수의 발광부(110a,110b)를 구성하는 복수의 발광 소자(112a,112b) 및 복수의 수광부(120a,120b)를 구성하는 복수의 광 감지기(도면부호 미도시)의 배치 자유도가 증가할 수 있다는 장점이 달성될 수 있다.In addition, referring to FIG. 14B, the
상술한 도 14a 및 도 14b의 실시예에서는, 복수의 발광부(110a,110b) 및 복수의 수광부(120a,120b)가 각각 2개인 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 당업자라면 복수의 발광부(110a,110b) 및 복수의 수광부(120a,120b)가 각각 3개 이상으로 제공될 수 있다는 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.In the embodiment of FIGS. 14A and 14B described above, the plurality of light emitting
또한, 상술한 도 9 내지 도 14b에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 라이다 시스템(101)을 사용하면 피사체의 스캐닝 가능한 시야각(FOV)의 범위가 확장될 수 있다는 것은 자명하다.In addition, it is apparent that the use of the
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.As various modifications may be made to the constructions and methods described and illustrated herein without departing from the scope of the invention, it is intended that all matter contained in the above description or shown in the accompanying drawings be exemplary, and not intended to limit the invention. It is not. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the above-described exemplary embodiments, but should be defined only in accordance with the following claims and their equivalents.
100: 라이다 장치 101: 라이다 시스템 110,110a,110b: 발광부
112,112a,112b,112c: 발광 소자 114,114a,114b,114c: 콜리메이팅 렌즈
116,116a,116b,116c: 구동 장치 118,118a,118b: 제 1 반사부
120,120a,120b: 수광부 122,122a,122b,122c: 광 감지기
124,124a,124b,124c: 수광 렌즈 126,126a,126b,126c: 판독 부재
128,128a,128b: 제 2 반사부 130: 제어 장치
112, 112a, 112b, 112c: light emitting
116,116a, 116b, 116c: drive device 118,118a, 118b: first reflecting portion
120,120a, 120b: light receiving unit 122,122a, 122b, 122c: light detector
124,124a, 124b, 124c: light receiving lens 126,126a, 126b, 126c: reading member
128,128a, 128b: second reflecting unit 130: control device
Claims (12)
레이저 광을 방출하는 발광 소자, 상기 발광 소자의 동작을 제어하는 구동 장치, 상기 발광 소자에서 방출된 상기 레이저 광을 시준하는 콜리메이팅 렌즈, 상기 발광 소자와 일체로 구성되는 상기 구동 장치가 소정 각도 범위 내에서 회동 가능하도록 장착되는 회전 스테이지, 상기 시준된 레이저 광의 반사 방향을 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 피사체의 서로 이격된 복수의 소정 영역을 각각 연속적으로 스캐닝하는 제 1 반사부를 포함하는 발광부;
상기 피사체의 복수의 소정 영역에서 반사된 각각의 상기 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부, 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 각각의 상기 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈, 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈를 각각 통과한 각각의 상기 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 광 감지기에서 감지된 각각의상기 레이저 광을 판독하는 복수의 판독 부재를 포함하는 수광부; 및
상기 발광부 및 상기 수광부의 각각의 동작을 제어하는 제어 장치
를 포함하되,
상기 제어 장치는 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 각각의 상기 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기에 수직으로 입사되도록 각각의 상기 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하고,
상기 복수의 수광 렌즈, 상기 복수의 광 감지기, 및 상기 복수의 판독 부재가 각각 2개 또는 3개씩 사용되는
라이다 시스템.In the lidar system,
A light emitting device for emitting laser light, a driving device for controlling the operation of the light emitting device, a collimating lens for collimating the laser light emitted from the light emitting device, and the driving device integrally formed with the light emitting device have a predetermined angle range. A light emitting unit including a rotating stage mounted to be rotatable in the inside, and a first reflecting unit continuously scanning a plurality of predetermined areas of the subject by continuously changing a reflection direction of the collimated laser light within a predetermined angle range ;
A second reflector for continuously changing and reflecting each laser light reflected from a plurality of predetermined areas of the subject, and receiving the laser light reflected by the second reflector A plurality of light receiving lenses, spaced apart from each other, a plurality of light detectors for sensing each of the laser lights respectively passing through the plurality of light receiving lenses, and each of the laser lights detected by the plurality of light sensors A light receiving unit including a plurality of reading members; And
Control device for controlling the operation of each of the light emitting portion and the light receiving portion
Including,
The control device includes the first reflecting unit and the second reflecting unit continuously changing a reflection direction of each laser light such that each of the laser lights reflected by the second reflecting unit is incident perpendicularly to the plurality of light detectors. Control each operation of the reflector in a synchronous manner,
The plurality of light receiving lenses, the plurality of light detectors, and the plurality of reading members are each used two or three.
Lidar system.
상기 수광부는 상기 피사체의 복수의 소정 영역에서 반사된 상기 각각의 레이저 광을 상기 소정 각도 범위 내에서 연속적으로 변경하여 반사시키는 제 2 반사부, 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광을 수광하는 복수의 수광 렌즈, 서로 이격되어 배치되며, 상기 복수의 수광 렌즈를 각각 통과한 상기 각각의 레이저 광을 각각 감지하는 복수의 광 감지기, 상기 복수의 광 감지기에 각각 연결되는 제 2 광 스위치, 상기 제 2 광 스위치와 연결되며, 상기 제 2 광 스위치의 스위칭 동작을 통해 상기 복수의 광 감지기에서 감지된 상기 각각의 레이저 광을 판독하는 판독 부재를 포함하는 수광부로 구현되고,
상기 제어 장치는 상기 제 2 반사부에 의해 반사된 상기 각각의 레이저 광이 상기 복수의 광 감지기에 수직으로 입사되도록 상기 각각의 레이저 광의 반사 방향을 연속적으로 변경하는 상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부의 각각의 동작을 동기 방식으로 제어하는
라이다 시스템.The method of claim 10,
The light receiving unit is a second reflector for continuously changing and reflecting the respective laser light reflected from a plurality of predetermined areas of the subject, and the respective laser light reflected by the second reflector A plurality of light receiving lenses receiving light, a plurality of light detectors spaced apart from each other, a plurality of light detectors respectively sensing the respective laser light passing through the plurality of light receiving lenses, and a second light switch respectively connected to the plurality of light sensors And a light receiving unit connected to the second optical switch and including a reading member reading the respective laser lights sensed by the plurality of light detectors through a switching operation of the second optical switch.
The control device includes the first reflecting unit and the second reflecting unit continuously changing a reflection direction of each laser light such that the respective laser light reflected by the second reflecting unit is incident perpendicularly to the plurality of light detectors. To control each operation of the reflector in a synchronous manner
Lidar system.
상기 제 1 반사부 및 상기 제 2 반사부는 각각 1 내지 5mm의 지름을 갖는 MEMS 미러로 구현되는 라이다 시스템.
The method according to claim 10 or 11, wherein
And the first reflecting unit and the second reflecting unit are each implemented with a MEMS mirror having a diameter of 1 to 5 mm.
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