KR102136722B1 - 송광 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송광 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 송광 모듈의 설계 변경을 통하여 길이를 줄이고, 레이저 소스의 광 출력 방향을 쉽게 조정하기 위한 것이다. 본 발명은 전방에 경사지게 반사 거울이 설치되는 설치면이 형성되고, 상기 설치면과 마주보는 쪽에 레이저 소스가 삽입 설치되는 레이저 설치 구멍이 형성된 하우징; 상기 레이저 설치 구멍에 삽입되어 전방에 위치하는 설치면으로 펄스 레이저를 출력하는 관 형의 레이저 소스; 상기 하우징의 설치면에 설치되며, 상기 레이저 소스로부터 입사된 펄스 레이저를 아래에 위치하는 송광 회전 거울로 반사하는 반사 거울; 및 상기 레이저 설치 구멍에 삽입된 상기 레이저 소스에 연결되게 설치되어, 상기 레이저 설치 구멍 내에서 상기 레이저 소스의 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정하는 출력 방향 조정 부재;를 포함하는 스캐닝 라이다용 송광 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다를 제공한다.

Description

송광 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다{A light emitting module and a scanning LiDAR having the same}

본 발명은 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송수광이 분리된 바이엑시얼 타입(biaxial type)에 적용되는 송광 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다에 관한 것이다.

스캐닝 라이다(scanning LiDAR)는 주변의 지형, 물체, 장애물 등과 같은 객체(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.

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.

스캐닝 라이다는 송수광 방식에 따라서 엑시얼 타입(axial type)과 바이엑시얼 타입(biaxial type)으로 구분할 수 있다.

엑시얼 타입의 스캐닝 라이다는 송수광이 동일 축 상에서 수행되기 때문에, 송광축과 수광축을 정렬하는 작업을 별도로 수행할 필요가 없고, 거울부에 대해서 한쪽에 송광 모듈과 수광 모듈이 배치되기 때문에 소형화에 유리한 장점이 있다. 하지만 송광축과 수광축이 동일 축 상에 위치하기 때문에, 레이저 다이오드에서 출력된 광이 스캐닝 라이다에서 광이 송수광되는 커버에 반사되어 바로 수광되는 단점이 있다.

바이엑시얼 타입의 스캐닝 라이다는 엑시얼 타입의 스캐닝 라이다와 장점과 단점이 서로 반대이다. 즉 송광과 수광이 다른 축 상에서 수행되기 때문에, 레이저 다이오드에서 출력된 광이 커버에 반사되어 바로 수광되는 문제는 발생하지 않는다. 하지만 송광축과 수광축이 다른 축 상에 구현되기 때문에, 송광축과 수광축을 정렬하는 작업을 별도로 진행해 주어야 한다.

등록특허공보 제10-1707033호 (2017.02.09. 등록)

그리고 바이엑시얼 타입의 스캐닝 라이다는 거울부를 중심으로 양쪽에 송광 모듈과 수광 모듈이 일렬로 배치된 구조를 갖기 때문에, 길이가 길게 설계되는 문제가 있다. 이로 인해 길이에 제한이 있는 활용 분야, 예컨대 플랫폼 스크린 도어에 바이엑시얼 타입의 스캐닝 라이다를 적용하기 위해서는 길이를 줄일 수 있는 방안이 필요하다. 즉 플랫폼 스크린 도어에 설치되는 스캐닝 라이다는 열차가 지나가는 레일 쪽에 설치되기 때문에, 플랫폼 스크린 도어와 열차 간의 유격 보다는 길이가 짧게 설계해야 한다. 그리고 바이엑시얼 타입의 스캐닝 라이다를 통하여 플랫폼 스크린 도어에 객체가 끼거나 플랫폼 스크린 도어 안쪽에 객체가 존재하는 것을 스캐닝할 수 있도록 설계해야 한다.

송광축과 수광축의 정렬에 있어서, 송광축과 수광축이 수직 방향으로 위치한다고 가정할 때, 좌우 편차가 발생할 경우 스캐닝 영상을 획득하지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 즉 스캐닝 영상을 획득하지 못하는 이유는, 좌우 편차가 발생된 경우, 송광 모듈에서 출력된 광에 대한 반사광이 수광 모듈로 수광되지 않기 때문이다.

따라서 본 발명의 목적은 송광 모듈의 설계 변경을 통하여 길이를 줄일 수 있는 송광 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 송광축으로 광을 출력할 수 있도록 송광의 좌우 방향을 쉽게 조정할 수 있는 송광 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전방에 경사지게 반사 거울이 설치되는 설치면이 형성되고, 상기 설치면과 마주보는 쪽에 레이저 소스가 삽입 설치되는 레이저 설치 구멍이 형성된 하우징; 상기 레이저 설치 구멍에 삽입되어 전방에 위치하는 설치면으로 펄스 레이저를 출력하는 관 형의 레이저 소스; 상기 하우징의 설치면에 설치되며, 상기 레이저 소스로부터 입사된 펄스 레이저를 아래에 위치하는 송광 회전 거울로 반사하는 반사 거울; 및 상기 레이저 설치 구멍에 삽입된 상기 레이저 소스에 연결되게 설치되어, 상기 레이저 설치 구멍 내에서 상기 레이저 소스의 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정하는 출력 방향 조정 부재;를 포함하는 스캐닝 라이다용 송광 모듈을 제공한다.

상기 하우징은, 거치판; 및 상기 거치판에 연결되어 송광 회전 거울의 상부로 돌출되며, 상기 설치면 및 레이저 설치 구멍이 형성된 송광 하우징;을 포함한다.

상기 송광 하우징은 상기 레이저 설치 구멍이 상기 레이저 소스의 위치를 조정할 수 있도록 상기 레이저 소스 보다는 크게 형성되며, 상하 보다는 좌우로 넓게 형성될 수 있다.

상기 송광 하우징은 상기 레이저 소스가 삽입되는 상기 레이저 설치 구멍의 입구의 상하에 걸림 홈이 형성되어 있다. 상기 레이저 소스는 펄스 레이저가 출력되는 쪽과 반대되는 쪽의 외주면에 상기 걸림홈에 삽입되는 걸림턱이 형성되어 있어, 상기 걸림턱을 축으로 상기 레이저 설치 구멍 내에서 좌우로 회전이 가능하다.

상기 송광 하우징은 상기 레이저 설치 구멍과 좌우로 연통되게 출력 방향 조절 구멍이 형성되어 있다. 상기 출력 방향 조정 부재는 상기 출력 방향 조절 구멍을 통하여 상기 레이저 소스에 연결되어 상기 레이저 소스의 좌우 위치를 조정하여 펄스 레이저의 좌우 출력 방향을 조정할 수 있다.

상기 출력 방향 조정 부재는 핀 또는 볼트를 포함할 수 있다.

상기 반사 거울은 펄스 레이저가 입사되는 각도에 대해서 45도 각도로 상기 하우징의 설치면에 설치될 수 있다.

본 발명은 또한, 회전축의 양단에 설치되어 회전하되, 상기 회전축에 대해서 경사지게 설치되어 동일 방향으로 송수광하는 송광 회전 거울과 수광 회전 거울을 구비하는 회전 거울부; 상기 송광 회전 거울에 인접하게 배치되며, 펄스 레이저를 상기 회전축에 수직 방향으로 출력한 후 상기 송광 회전 거울과 마주보게 배치된 반사 거울을 통하여 반사하여 상기 송광 회전 거울로 입사시키는 송광 모듈; 및 상기 수광 회전 거울과 마주보게 상기 회전축 아래에 배치되며, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 수광하는 수광 모듈;을 포함하는 스캐닝 라이다을 제공한다.

상기 회전 거울부는, 양쪽으로 상기 회전축의 양단부가 돌출된 모터; 상기 반사 거울을 향하는 상기 회전축의 일단에 결합된 상기 송광 회전 거울; 및 상기 수광 모듈을 향하는 상기 회전축의 타단에 결합된 상기 수광 회전 거울;을 포함한다.

본 발명은 또한, 객체로 펄스 레이저를 조사하여 상기 객체로부터 반사되는 반사광을 수광하는 바이엑시얼 타입의 본체; 및 상기 본체가 삽입되며, 상기 본체를 외부 환경으로부터 보호하는 케이스;를 포함하는 스캐닝 라이다를 제공한다.

상기 본체는, 상부면에 상기 수광 모듈이 실장되는 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 일측에 수직 방향으로 결합되어 전기적으로 연결되는 연결 기판; 및 상기 연결 기판의 상단부에 상기 베이스 기판과 마주보게 결합되어 전기적으로 연결되며, 상기 송광 모듈 및 상기 회전 거울부가 설치되는 거울부 기판;을 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 베이스 기판 및 거울부 기판이 상기 케이스의 안쪽에 슬라이드 결합될 수 있다.

본 발명에 따르면, 레이저 소스는 송광 회전 거울의 측면에 배치되어 송광 회전 거울의 측면으로 펄스 레이저를 출력하고, 출력된 펄스 레이저는 반사 거울에 의해 송광 회전 거울로 입사시키기 때문에, 레이저 소스가 송광 회전 거울로 직접 펄스 레이저를 조시하기 위해서 레이저 소스가 송광 회전 거울과 일렬로 설치되는 것 보다는 송광 회전 거울과 송광 모듈 간의 거리를 줄일 수 있다.

본 발명에 따른 송광 모듈은 레이저 소스의 좌우에 연결된 출력 방향 조정 부재를 이용하여 레이저 소스의 좌우 위치를 조정하여 펄스 레이저의 좌우 출력 방향을 쉽게 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 스캐닝 라이다를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2의 송광 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 송광 모듈의 단면도이다.
도 6은 도 4의 송광 모듈의 정면도이다.
도 7은 도 4의 송광 모듈의 평면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다가 플랫폼 스크린 도어에 설치된 예를 보여주는 도면들이다.

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 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다를 보여주는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 바이엑시얼 타입의 스캐닝 라이다로서, 본체(10)와 케이스(90)를 포함한다. 본체(10)는 바이엑시얼 타입으로 송수광을 수행하며, 객체로 펄스 레이저를 조사하여 객체로부터 반사되는 반사광을 수광한다. 그리고 케이스(90)는 본체(10)가 삽입되며, 본체(10)를 외부 환경으로부터 보호한다.

본체(10)는 회전 거울부(20), 송광 모듈(30) 및 수광 모듈(70)을 포함한다. 회전 거울부(20)는 회전축(25)의 양단에 설치되어 회전하되, 회전축(25)에 대해서 경사지게 설치되어 동일 방향으로 송수광하는 송광 회전 거울(27)과 수광 회전 거울(29)을 구비한다. 송광 모듈(30)은 송광 회전 거울(27)에 인접하게 배치되며, 펄스 레이저를 회전축(25)에 수직 방향으로 출력한 후 송광 회전 거울(27)과 마주보게 배치된 반사 거울(60)을 통하여 반사하여 송광 회전 거울(27)로 입사시킨다. 그리고 수광 모듈(70)은 수광 회전 거울(29)과 마주보게 회전축(25) 아래에 배치되며, 수광 회전 거울(29)에서 반사된 반사광을 수광한다.

여기서 회전 거울부(20)는 회전축(25)을 구비하는 모터(21), 송광 회전 거울(27) 및 수광 회전 거울(29)을 포함한다. 모터(21)는 모터 본체(23)에 대해서 양쪽으로 회전축(25)의 양단부가 돌출되어 있다. 송광 회전 거(27)울은 반사 거울(60)을 향하는 회전축(25)의 일단에 결합된다. 그리고 수광 회전 거울(29)은 수광 모듈(70)을 향하는 회전축(25)의 타단에 결합된다.

예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 모터(21)의 회전축(25)이 Z축 방향으로 위치할 때, 송광 회전 거울(27)과 수광 회전 거울(29)은 XY 평면으로 광을 송수광할 수 있도록 Z축 방향에 대해서 45도 각도로 설치된다. 송광축과 수광축이 정렬되도록, 송광 회전 거울(27)과 수광 회전 거울(29)의 반사면은 동일한 방향을 향하도록 배치된다. 예컨대 송광 회전 거울(27)은 Z축 방향에 대해서 +45도로 회전축(25)의 일단에 설치되고, 수광 회전 거울(29)은 Z축 방향에 대해서 -45도로 회전축(29\5)의 타단에 설치된다. 이때 반사 거울(60)은 송광 회전 거울(27)의 반사면을 향하도록 Z축 방향에 대해서 +45도로 고정 설치된다.

송광 모듈(30)은 하우징(40), 관 형의 레이저 소스(50), 반사 거울(60) 및 출력 방향 조정 부재(59)를 포함한다. 하우징(40)은 레이저 소스(50), 반사 거울(60) 및 출력 방향 조정 부재(59)가 설치될 수 있는 공간을 제공한다. 레이저 소스(50)는 반사 거울(60)로 펄스 레이저를 출력한다. 반사 거울(60)은 레이저 소스(50)로부터 입사된 펄스 레이저를 아래에 위치하는 송광 회전 거울(27)로 반사한다. 그리고 출력 방향 조정 부재(59)는 레이저 소스(50)에 연결되게 설치되어, 레이저 소스(50)의 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정한다.

예컨대 모터(21)의 회전축(25)이 Z축 방향으로 위치할 때, 레이저 소스(50)는 Y축 방향으로 펄스 레이저를 조사한다. 전술된 바와 같이 반사 거울(60)은 송광 회전 거울(27)의 반사면을 향하도록 Z축 방향에 대해서 +45도로 고정 설치되어, Y축 방향으로 입사된 펄스 레이저를 -Z축 방향으로 반사한다. 출력 방향 조정 부재(59)는 레이저 소스(50)를 중심으로 ±X축 방향으로 레이저 소스(50)에 연결되어 레이저 소스(50)를 XY 평면 상에 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정한다. 즉 출력 방향 조정 부재(59)를 이용하여 레이저 소스(50)의 펄스 레이저가 출력되는 쪽에 반대되는 쪽을 중심으로 XY평면에서 일정 각도로 회전시켜 펄스 레이저의 출력 방향으로 조정한다.

레이저 소스(50)에서 출력된 펄스 레이저는 반사 거울(60)에 의해 90도로 반사되어 송광 회전 거울(27)로 입사되기 때문에, 레이저 소스(50)는 송광 회전 거울(27)에 근접하게 배치할 수 있다. 즉 레이저 소스(50)는 회전축(25)에 수직한 방향에 배치되기 때문에, 회전축(27)과 일치하는 방향으로 배치되는 것 보다는 Z축 방향으로의 길이 증가를 줄일 수 있다. 즉 스캐닝 라이다(100)의 Z축 방향으로의 길이를 줄일 수 있다.

그리고 수광 모듈(70)은 수광 렌즈(71) 및 광검출기(73)를 포함한다. 수광 렌즈(71)와 광검출기(73)는 수광 회전 거울(29) 아래에 순차적으로 배열되어 수광 회전 거울(29)에서 반사된 반사광을 집광하여 전기신호로 변환하여 출력한다.

수광 렌즈(71)는 수광 회전 거울(29) 아래에 수광 회전 거울(29)과 마주보게 설치되며, 수광 회전 거울(29)에서 반사된 반사광을 광검출기(73)가 설치된 위치로 집광한다.

그리고 광검출기(73)는 수광 렌즈(71) 아래에 수광 렌즈(71)와 마주보게 설치되며, 수광 렌즈(71)에 의해 집광된 광을 안정적으로 수신할 수 있도록 수광 렌즈(71)의 초점 위치에 배치되며, 수광 렌즈(71)로부터 집광된 광을 수신하여 전기신호로 변환한다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 레이저 소스(50)는 송광 회전 거울(27)의 측면에 배치되어 송광 회전 거울(27)의 측면으로 펄스 레이저를 출력하고, 출력된 펄스 레이저는 반사 거울(60)에 의해 반사되어 송광 회전 거울(27)로 입사시키기 때문에, 레이저 소스(50)가 송광 회전 거울(27)로 직접 펄스 레이저를 조사하기 위해서 송광 회전 거울(27)과 일렬로 설치되는 것 보다는 송광 회전 거울(27)과 송광 모듈(30) 간의 거리를 줄일 수 있다.

그리고 송광 모듈(30)은 레이저 소스(50)의 좌우에 연결된 출력 방향 조정 부재(59)를 이용하여 레이저 소스(50)의 좌우 위치를 조정하여 펄스 레이저의 좌우 출력 방향을 쉽게 조정할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)를 보여주는 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 스캐닝 라이다(100)를 보여주는 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 전술된 바와 같이 본체(10)와 케이스(90)를 포함한다.

본체(10)는 전술된 바와 같이 회전 거울부(20), 송광 모듈(30) 및 수광 모듈(70)을 포함한다. 본체(10)는 회전 거울부(20), 송광 모듈(30) 및 수광 모듈(70)이 실장되는 복수의 기판(81,83,85)을 더 포함한다. 복수의 기판(81,83,85)의 상호 결합에 의해 본체(10)의 외형을 형성한다. 복수의 기판(81,83,85)은 베이스 기판(81), 연결 기판(83) 및 거울부 기판(85)을 포함한다. 복수의 기판(81,83,85)에는 스캐닝 라이다(100)의 구동을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 각종 부품들이 실장된다.

베이스 기판(81)은 상부면에 수광 모듈(70)이 실장된다. 수광 모듈(70)의 수광 렌즈(71)가 베이스 기판(81)의 상부면을 향하도록 실장된다.

연결 기판(83)은 베이스 기판(81)의 일측에 수직 방향으로 결합된다. 연결 기판(83)이 결합되는 베이스 기판(81)의 일측은 광이 송수광되는 쪽의 반대쪽이다.

그리고 거울부 기판(85)은 연결 기판(83)의 상단부에 베이스 기판(81)과 마주보게 결합되며, 송광 모듈(30) 및 회전 거울부(20)가 설치된다. 즉 회전 거울부(20)는 거울부 기판(85)을 중심으로 양쪽에 설치되되, 거울부 기판(85)의 상부면에 모터(21) 및 송광 회전 거울(27)이 설치되고, 거울부 기판(85)의 하부면에 수광 회전 거울(29)이 설치된다. 물론 모터(21)의 회전축의 타단은 거울부 기판(85)의 하부면을 돌출되어 있으며, 회전축의 타단에 수광 회전 거울(29)이 설치된다.

한편 본 실시예에서는 모터(21)가 거울부 기판(85)의 상부면에 설치된 예를 개시하였지만, 하부면에 설치되거나, 거울부 기판(85)을 관통하여 거울부 기판(85)에 끼워진 형태로 설치될 수도 있다.

송광 모듈(30)은 거울부 기판(85)의 상부면에 설치되되, 송광 회전 거울(27)에 근접하게 설치된다. 송광 모듈(30)은 연결 기판(83)에 가까운 거울부 기판(85)의 상부면에 설치된다. 그리고 송광 모듈(30)에 대해서는 후술하도록 하겠다.

그리고 케이스(90)는 본체(10)가 수납되어 위치할 수 있는 내부 공간(93)을 제공하여 외부 환경으로부터 보호한다. 이러한 케이스(90)는 케이스 몸체(91)와 커버(97)를 포함한다.

케이스 몸체(91)는 한 쪽에 개방부가 형성된 박스 형태의 내부 공간(93)을 가지며, 개방부를 통하여 본체(10)가 내부 공간(93)에 삽입된다. 케이스 몸체(91)는 개방부와 마주보는 면을 통하여 광이 송수광되며, 광이 송수광되는 영역에 IR 통과 필터(96)가 설치될 수 있다. 케이스 몸체(91)는 개방부와 이웃하는 측면에 본체의 안정적인 결합을 안내하는 슬라이드 홈(95)이 형성되어 있다. 본체(10)는 슬라이드 홈(95)을 따라서 케이스 몸체(91)의 내부 공간(93)에 삽입되어 안정적으로 고정된다. 예컨대 베이스 기판(81)과 거울부 기판(85)이 케이스 몸체(91)의 안쪽에 형성된 슬라이드 홈(95)을 따라서 슬라이드 결합될 수 있다. 베이스 기판(18) 위에 실장된 수광 모듈(70)의 가장자리 부분도 케이스 몸체(91)의 안쪽에 형성된 슬라이드 홈(95)을 따라서 슬라이드 결합될 수 있다.

그리고 커버(97)는 케이스 몸체(91)의 개방부를 덮는다.

이와 같은 본 실시예에 따른 송광 모듈(30)에 대해서 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 도 2의 송광 모듈(30)의 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 송광 모듈(30)의 단면도이다. 도 6은 도 4의 송광 모듈(30)의 정면도이다. 그리고 도 7은 도 4의 송광 모듈(30)의 단면도이다. 여기서 도 5는 XZ평면의 단면도이고, 도 7은 XY평면의 단면도이다.

송광 모듈(30)은 전술된 바와 같이 하우징(40), 관 형의 레이저 소스(50), 반사 거울(60) 및 출력 방향 조정 부재(59)를 포함한다. 하우징(40)은 전방에 경사지게 반사 거울(60)이 설치되는 설치면(41)이 형성되고, 설치면(41)과 마주보는 쪽에 레이저 소스(50)가 삽입 설치되는 레이저 설치 구멍(43)이 형성되어 있다. 레이저 소스(50)는 레이저 설치 구멍(43)에 삽입되어 전방에 위치하는 설치면(41)으로 펄스 레이저를 출력한다. 반사 거울(60)은 하우징(40)의 설치면(41)에 설치되며, 레이저 소스(50)로부터 입사된 펄스 레이저를 아래에 위치하는 송광 회전 거울로 반사한다. 그리고 출력 방향 조정 부재(59)는 레이저 설치 구멍(43)에 삽입된 레이저 소스(50)에 연결되게 설치되어, 레이저 설치 구멍(43) 내에서 레이저 소스(50)의 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정한다.

여기서 레이저 소스(50)는 펄스 레이저를 출력한다. 레이저 소스(50)는 펄스 레이저를 출력하는 광원과, 광원에서 출력된 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하는 렌즈를 포함한다.

레이저 소스(50)는 레이저 소스 기판(87)의 일면에 돌출되게 설치된다. 레이저 소스 기판(87)은 레이저 소스(50)의 구동을 제어한다.

레이저 소스(50)는 레이저 본체(53)와, 레이저 본체(53)가 삽입되는 레이저 하우징(55)을 포함한다. 레이저 하우징(55)은 레이저 본체(51)를 보호하는 기능을 한다. 레이저 하우징(55)은 ±Z축 방향으로 돌출되게 걸림턱(53)이 형성되어 있다.

하우징(40)은 거치판(48)과 송광 하우징(49)을 포함한다. 거치판(48)은 송광 하우징(49)을 지지한다. 송광 하우징(49)은 거치판(48)에 연결되어 송광 회전 거울로 상부로 돌출되며, 설치면(41)과 레이저 설치 구멍(43)이 형성되어 있다.

이때 거치판(48)에는 레이저 소스 기판(87)이 결합된다. 거치판(48)의 하부는 거울부 기판의 상부면에 고정 설치된다.

송광 하우징(49)은 거치판(48)에 대해서 전방으로 레이저 설치 구멍(43)이 형성되어 있고, 레이저 설치 구멍(43)과 마주보는 쪽에 설치면(41)이 형성되어 있다.

레이저 설치 구멍(43)은 레이저 소스(50)의 위치를 조정할 수 있도록 레이저 소스(50) 보다는 크게 형성되며, 상하 보다는 좌우로 넓게 형성된다. 즉 레이저 설치 구멍(43)은 Z축 방향 보다는 Y축 방향이 길게 형성된다. 레이저 설치 구멍(43)의 Z축 방향의 길이는 레이저 소스(50)의 외경의 길이에 대응될 수 있다. 예컨대 레이저 설치 구멍(43)의 단면은 Z축 방향 보다는 Y축 방향의 길이가 긴 타원형으로 형성될 수 있다.

송광 하우징(49)은 레이저 소스(50)가 삽입되는 레이저 설치 구멍(43)의 입구의 상하에 걸림턱(51)에 대응되게 걸림홈(45)이 형성되어 있다. 즉 걸림홈(45)은 ±Z축 방향으로 형성된다.

레이저 소스(50)는 펄스 레이저가 출력되는 쪽과 반대되는 쪽의 외주면에 걸림홈(45)에 삽입되는 걸림턱(51)이 형성되어 있다. 따라서 걸림턱(51)을 축으로 레이저 설치 구멍(43) 내에서 좌우로 즉, XY평면으로 회전이 가능하다.

송광 하우징(49)은 레이저 설치 구멍(43)과 좌우로 연통되게 출력 방향 조절 구멍(47)이 형성되어 있다. 즉 출력 방향 조절 구멍(47)은 ±Y축 방향으로 형성된다.

출력 방향 조정 부재(59)는 출력 방향 조절 구멍(47)을 통하여 레이저 소스(50)에 연결되어 레이저 소스(50)의 좌우 위치를 조정하여 펄스 레이저의 좌우 출력 방향을 조정한다. 이때 출력 방향 조정 부재(59)로는 핀 또는 볼트가 사용될 수 있다.

송광 모듈(30)은 펄스 레이저(50)가 X축 방향으로 출력되어 반사 거울(60)에 의해 -Z축 방향으로 반사할 수 있도록 조립하는 것이 바람직하다. 하지만 송광 모듈(30)을 조립하는 과정에서 조립 공차가 발생되기 때문에, 출력 방향 조정 부재(59)를 통하여 조립 공차를 보정하여, 전술된 바와 같이 펄스 레이저가 X축 방향으로 출력되어 반사 거울에 의해 -Z축 방향으로 반사될 수 있도록 펄스 레이저의 출력 방향을 조정한다.

그리고 반사 거울(60)은 펄스 레이저가 입사되는 각도에 대해서 45도 각도로 송광 하우징(49)의 설치면(41)에 설치된다. 예컨대 펄스 레이저가 X축 방향으로 출력된다고 했을 때, 반사 거울(60)은 X축 방향에 대해서 45도 각도로 설치면(41)에 설치된다.

이와 같은 본 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)가 플랫폼 스크린 도어(110)에 설치된 예를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)가 플랫폼 스크린 도어(110)에 설치된 예를 보여주는 도면들이다.

먼저 플랫폼 스크린 도어(110)는 스크린 도어(120)와 안전 도어(130)가 교대로 배열된 구조를 갖는다. 플랫폼 스크린 도어(110)가 설치된 승강장에 도착한 열차(150)의 출입구와 연동하여 스크린 도어(120)가 개폐되는데, 열린 스크린 도어(120)는 안전 도어(130) 쪽에 위치하게 된다. 스크린 도어(120)가 개폐되는 과정에서 객체가 스크린 도어(120)에 끼거나 스크린 도어(120) 안쪽에 객체가 존재하는 등의 문제가 발생될 수 있다.

스캐닝 라이다(100)는 스크린 도어(120)를 개폐하는 과정에서 객체가 스크린 도어(120)에 끼거나 스크린 도어(120) 안쪽에 객체가 존재하는 지를 스캐닝한다. 스캐닝 라이다(100)는 스크린 도어(120)에 가까운 안전 도어(130)의 상부에 설치될 수 있다.

안전 도어(130)에 스캐닝 라이다(100)가 설치될 때, 스캐닝 라이다(100)는 수광 모듈이 플랫폼 스크린 도어(110)에 가까운 쪽에 위치하고, 송광 모듈이 플랫폼 스크린 도어(110)에서 먼 쪽에 위치할 수 있도록 안전 도어(130)의 상부에 설치된다. 즉 송광 모듈은 열차(150)가 지나가는 레일쪽을 향하게 설치된다.

스캐닝 라이다(100)는 설치된 위치를 기준으로 180도 영역을 스캐닝할 수 있으며, 스캐닝 영역 중 스크린 도어(120)가 위치한 영역을 감지 영역(140)으로 설정한다. 예컨대 스캐닝 라이다(100)가 X축 방향으로 설치되어 있다고 가정할 때, 스캐닝 라이다(100)는 YZ평면을 스캐닝하게 된다.

한편 본 실시예서는 스캐닝 라이다(100)가 안전 도어(130)의 상부에 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 스캐닝 라이다가 스크린 도어를 감지 영역으로 설정할 수 있는 장소라면 다른 곳에 설치가 가능함은 물론이다. 예컨대 플랫폼 스크린 도어(110)를 지지하는 외부 구조물이 있다면, 외부 구조물에 스캐닝 라이다(110)를 설치할 수도 있다. 또는 안전 도어(130)의 하부에 스캐닝 라이다(100)가 설치될 수도 있다.

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 : 본체 20 : 회전 거울부
21 : 모터 23 : 모터 본체
25 : 회전축 27 : 송광 회전 거울
29 : 수광 회전 거울 30 : 송광 모듈
40 : 하우징 41 : 설치면
43 : 레이저 설치 구멍 45 : 걸림 홈
47 : 출력 방향 조절 구멍 48 : 거치판
49 : 송광 하우징 50 : 레이저 소스
51 : 걸림턱 53 : 레이저 본체
55 : 레이저 하우징 59 : 출력 방향 조정 부재
60 : 반사 거울 70 : 수광 모듈
71 : 수광 렌즈 73 : 광검출기
81 : 베이스 기판 83 : 연결 기판
85 : 거울부 기판 87 : 레이저 소스 기판
90 : 케이스 91 : 케이스 몸체
93 : 내부 공간 95 : 슬라이드 홈
96 : IR 통과 필터 97 : 커버
100 : 스캐닝 라이다 110 : 플랫폼 스크린 도어
120 : 스크린 도어 130 : 안전 도어
140 : 감지 영역 150 : 열차

Claims (14)

1. 전방에 경사지게 반사 거울이 고정 설치되는 설치면이 형성되고, 상기 설치면과 마주보는 쪽에 수평 방향으로 레이저 소스가 삽입 설치되는 레이저 설치 구멍이 형성된 하우징;
   상기 레이저 설치 구멍에 삽입되어 전방에 위치하는 상기 설치면으로 펄스 레이저를 수평 방향으로 출력하는 관 형의 레이저 소스;
   상기 하우징의 설치면에 고정 설치되며, 상기 레이저 소스로부터 입사된 펄스 레이저를 아래에 위치하는 송광 회전 거울로 반사하는 반사 거울; 및
   상기 레이저 설치 구멍에 삽입된 상기 레이저 소스에 연결되게 설치되어 상기 레이저 소스를 상기 레이저 설치 구멍에 고정하되, 상기 레이저 설치 구멍 내에서 상기 레이저 소스의 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정하는 출력 방향 조정 부재;로 구성되고,
   상기 하우징은,
   거치판; 및
   상기 거치판에 연결되어 송광 회전 거울의 상부로 돌출되며, 상기 설치면 및 상기 레이저 설치 구멍이 형성된 송광 하우징;을 포함하고,
   상기 송광 하우징은 상기 레이저 설치 구멍과 좌우로 연통되게 한 쌍의 출력 방향 조절 구멍이 형성되어 있고,
   상기 출력 방향 조정 부재는 상기 한 쌍의 출력 방향 조절 구멍을 통하여 상기 레이저 소스에 연결되어 상기 레이저 소스의 좌우 위치를 조정하여 펄스 레이저의 좌우 출력 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다용 송광 모듈.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 송광 하우징은 상기 레이저 설치 구멍이 상기 레이저 소스의 위치를 조정할 수 있도록 상기 레이저 소스 보다는 크게 형성되며, 상하 보다는 좌우로 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다용 송광 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 송광 하우징은 상기 레이저 소스가 삽입되는 상기 레이저 설치 구멍의 입구의 상하에 걸림 홈이 형성되어 있고,
   상기 레이저 소스는 펄스 레이저가 출력되는 쪽과 반대되는 쪽의 외주면에 상기 걸림홈에 삽입되는 걸림턱이 형성되어 있어, 상기 걸림턱을 축으로 상기 레이저 설치 구멍 내에서 좌우로 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다용 송광 모듈.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 출력 방향 조정 부재는 핀 또는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다용 송광 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 반사 거울은 펄스 레이저가 입사되는 각도에 대해서 45도 각도로 상기 하우징의 설치면에 설치되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다용 송광 모듈.
8. 회전축의 양단에 설치되어 회전하되, 상기 회전축에 대해서 경사지게 설치되어 동일 방향으로 송수광하는 송광 회전 거울과 수광 회전 거울을 구비하는 회전 거울부;
   상기 송광 회전 거울에 인접하게 배치되며, 펄스 레이저를 상기 회전축에 수직 방향으로 출력한 후 상기 송광 회전 거울과 마주보게 배치된 반사 거울을 통하여 반사하여 상기 송광 회전 거울로 입사시키는 송광 모듈; 및
   상기 수광 회전 거울과 마주보게 상기 회전축 아래에 배치되며, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 수광하는 수광 모듈;을 포함하고,
   상기 송광 모듈은,
   전방에 경사지게 상기 반사 거울이 고정 설치되는 설치면이 형성되고, 상기 설치면과 마주보는 쪽에 상기 회전축에 수직 방향인 수평 방향으로 레이저 소스가 삽입 설치되는 레이저 설치 구멍이 형성된 하우징;
   상기 레이저 설치 구멍에 삽입되어 전방에 위치하는 상기 설치면으로 펄스 레이저를 상기 회전축에 수직 방향인 수평 방향으로 출력하는 관 형의 레이저 소스;
   상기 하우징의 설치면에 고정 설치되며, 상기 레이저 소스로부터 입사된 펄스 레이저를 아래에 위치하는 송광 회전 거울로 반사하는 상기 반사 거울; 및
   상기 레이저 설치 구멍에 삽입된 상기 레이저 소스에 연결되게 설치되어 상기 레이저 소스를 상기 레이저 설치 구멍에 고정하되, 상기 레이저 설치 구멍 내에서 상기 레이저 소스의 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정하는 출력 방향 조정 부재;로 구성되고,
   상기 하우징은,
   거치판; 및
   상기 거치판에 연결되어 송광 회전 거울의 상부로 돌출되며, 상기 설치면 및 상기 레이저 설치 구멍이 형성된 송광 하우징;을 포함하고,
   상기 송광 하우징은 상기 레이저 설치 구멍과 좌우로 연통되게 한 쌍의 출력 방향 조절 구멍이 형성되어 있고,
   상기 출력 방향 조정 부재는 상기 한 쌍의 출력 방향 조절 구멍을 통하여 상기 레이저 소스에 연결되어 상기 레이저 소스의 좌우 위치를 조정하여 펄스 레이저의 좌우 출력 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서, 상기 회전 거울부는,
    양쪽으로 상기 회전축의 양단부가 돌출된 모터;
    상기 반사 거울을 향하는 상기 회전축의 일단에 결합된 상기 송광 회전 거울; 및
    상기 수광 모듈을 향하는 상기 회전축의 타단에 결합된 상기 수광 회전 거울;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
11. 객체로 펄스 레이저를 조사하여 상기 객체로부터 반사되는 반사광을 수광하는 바이엑시얼 타입의 본체; 및
    상기 본체가 삽입되며, 상기 본체를 외부 환경으로부터 보호하는 케이스;를 포함하며,
    상기 본체는,
    회전축의 양단에 설치되어 회전하되, 상기 회전축에 대해서 경사지게 설치되어 동일 방향으로 송수광하는 송광 회전 거울과 수광 회전 거울을 구비하는 회전 거울부;
    상기 송광 회전 거울에 인접하게 배치되며, 펄스 레이저를 상기 회전축에 수직 방향으로 출력한 후 상기 송광 회전 거울과 마주보게 배치된 반사 거울을 통하여 반사하여 상기 송광 회전 거울로 입사시키는 송광 모듈; 및
    상기 수광 회전 거울과 마주보게 상기 회전축 아래에 배치되며, 상기 수광 회전 거울에서 반사된 반사광을 수광하는 수광 모듈;을 포함하고,
    상기 송광 모듈은,
    전방에 경사지게 상기 반사 거울이 고정 설치되는 설치면이 형성되고, 상기 설치면과 마주보는 쪽에 상기 회전축에 수직 방향인 수평 방향으로 레이저 소스가 삽입 설치되는 레이저 설치 구멍이 형성된 하우징;
    상기 레이저 설치 구멍에 삽입되어 전방에 위치하는 상기 설치면으로 펄스 레이저를 상기 회전축에 수직 방향인 수평 방향으로 출력하는 관 형의 레이저 소스;
    상기 하우징의 설치면에 고정 설치되며, 상기 레이저 소스로부터 입사된 펄스 레이저를 아래에 위치하는 송광 회전 거울로 반사하는 상기 반사 거울; 및
    상기 레이저 설치 구멍에 삽입된 상기 레이저 소스에 연결되게 설치되어 상기 레이저 소스를 상기 레이저 설치 구멍에 고정하되, 상기 레이저 설치 구멍 내에서 상기 레이저 소스의 위치를 조정하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조정하는 출력 방향 조정 부재;로 구성되고,
    상기 하우징은,
    거치판; 및
    상기 거치판에 연결되어 송광 회전 거울의 상부로 돌출되며, 상기 설치면 및 상기 레이저 설치 구멍이 형성된 송광 하우징;을 포함하고,
    상기 송광 하우징은 상기 레이저 설치 구멍과 좌우로 연통되게 한 쌍의 출력 방향 조절 구멍이 형성되어 있고,
    상기 출력 방향 조정 부재는 상기 한 쌍의 출력 방향 조절 구멍을 통하여 상기 레이저 소스에 연결되어 상기 레이저 소스의 좌우 위치를 조정하여 펄스 레이저의 좌우 출력 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
12. 제11항에 있어서, 상기 본체는,
    상부면에 상기 수광 모듈이 실장되는 베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 일측에 수직 방향으로 결합되어 전기적으로 연결되는 연결 기판; 및
    상기 연결 기판의 상단부에 상기 베이스 기판과 마주보게 결합되어 전기적으로 연결되며, 상기 송광 모듈 및 상기 회전 거울부가 설치되는 거울부 기판;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
13. 제12항에 있어서,
    상기 베이스 기판 및 거울부 기판이 상기 케이스의 안쪽에 슬라이드 결합되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
14. 제11항에 있어서,
    상기 스캐닝 라이다는 플랫폼 스크린 도어용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.

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