KR102155425B1 - 라이다 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평판 형태로 제공되는 하부 베이스; 상기 하부 베이스와 마주보도록 배치되는 상부 베이스; 상기 상부 베이스에 설치되어 포인트 형태의 레이저 빔을 수직 하방으로 출사하는 레이저 출력부; 상기 레이저 출력부의 하부에 배치되고, 그 반사면이 상방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제1 경사각을 이루고, 상기 수직 하방으로 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 반사하는 가이드 미러; 상기 레이저 출력부와 상기 가이드 미러의 사이에 배치되고, 그 반사면이 하방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제2 경사각을 이루고, 상기 가이드 미러로부터 반사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 하부 베이스와 수평인 축을 따라 노딩함으로써 수직 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 상기 하부 베이스에 설치되고, 상기 하부 베이스와 수직인 축을 따라 회전함으로써 상기 라인 형태의 레이저 빔으로부터 플레인 형태의 레이저 빔을 형성하고, 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수광하는 다면 미러; 및 상기 다면 미러를 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부;를 포함하는 라이다 장치에 관한 것이다.

Description

라이다 장치{LIDAR DEVICE}
본 발명은 레이저 빔을 이용하여 주변의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 오브젝트에 레이저 빔을 조사하고 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 감지하여, 상기 레이저 빔의 비행 시간을 산출함으로써 주변의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치에 관한 것이다.
근래에, 자율주행자동차 및 무인자동차에 대한 관심과 함께 라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging)가 각광받고 있다. 라이다는 레이저를 이용하여 주변의 거리 정보를 획득하는 장치로서, 정밀도 및 해상도가 뛰어나며 사물을 입체로 파악할 수 있다는 장점 덕분에, 자동차뿐만 아니라 드론, 항공기 등 다양한 분야에 적용되고 있는 추세이다.
한편, 라이다는 레이저를 이용하기 때문에 그 특성상 작동 중 열이 발생하게 되는데, 라이다 장치의 성능 확보를 위해 방열 문제가 이슈화 되고있다. 또한, 수백 미터 이상의 측정 거리 확보를 위해, 라이다 장치로부터 출사되는 레이저 빔의 광량을 증대시키는 것이 중요하다.
일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 라이다 장치 내부에서의 레이저 광 손실을 최소화함으로써 레이저 출광량을 증대시키는 것이다.
다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 라이다 장치의 광학 구성의 배치를 통해 레이저 출광량을 증대시킴으로써 측정 거리를 증가시키는 것이다.
또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 라이다 장치의 광학 구성의 배치를 통해 거리 정보의 정확도를 향상시키는 것이다.
또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 라이다 장치 구성의 배치를 통해 라이다 장치를 소형화하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따르면, 평판 형태로 제공되는 하부 베이스; 상기 하부 베이스와 마주보도록 배치되는 상부 베이스; 상기 상부 베이스에 설치되어 포인트 형태의 레이저 빔을 수직 하방으로 출사하는 레이저 출력부; 상기 레이저 출력부의 하부에 배치되고, 그 반사면이 상방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제1 경사각을 이루고, 상기 수직 하방으로 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 반사하는 가이드 미러; 상기 레이저 출력부와 상기 가이드 미러의 사이에 배치되고, 그 반사면이 하방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제2 경사각을 이루고, 상기 가이드 미러로부터 반사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 하부 베이스와 수평인 축을 따라 노딩함으로써 수직 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 상기 하부 베이스에 설치되고, 상기 하부 베이스와 수직인 축을 따라 회전함으로써 상기 라인 형태의 레이저 빔으로부터 플레인 형태의 레이저 빔을 형성하고, 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수광하는 다면 미러; 및 상기 다면 미러를 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부;를 포함하는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 수직 방향 및 수평 방향으로 분포되는 복수의 스캐닝 포인트에 의해 형성되는 시야 범위(FOV: Field Of View) 내에 포함되는 장애물까지의 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 출사하는 레이저 출력부; 상기 수직 방향을 축으로 회전하고, 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 수평 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향 및 상기 수평 방향에 따른 플레인 형태의 레이저 빔을 출사하는 다면 미러; 상기 수직 방향에 대해 제1 경사각을 가지고 배치되는 반사면을 가지고, 상기 수직 방향에 대해 수직한 제1 방향을 축으로 회전하고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 및 상기 레이저 출력부로부터 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 노딩 미러로 안내하되, 상기 노딩 미러로부터 상기 라인 형태의 중심으로 상기 레이저 빔이 출사되는 때 상기 레이저 빔이 상기 반사면으로부터 상기 수직 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 출사되고, 상기 노딩 미러로부터 상기 라인 형태의 단부로 상기 레이저 빔이 출사되는 때 상기 반사면에 대한 입사각의 코사인값이 적어도 상기 반사면의 면적에 대한 상기 포인트 형태의 레이저 빔의 단면적의 비보다 크도록 상기 수직 방향에 대해 제2 경사각을 가지고 배치되는 가이드 미러;를 포함하는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 수직 방향 및 수평 방향으로 분포되는 복수의 스캐닝 포인트에 의해 형성되는 시야 범위(FOV: Field Of View) 내에 포함되는 장애물까지의 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 포인트 형태의 레이저 빔을 수직 하방으로 출사하는 레이저 출력부; 상기 수직 방향을 축으로 회전하고, 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 수평 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향 및 상기 수평 방향에 따른 플레인 형태의 레이저 빔을 출사하는 다면 미러; 상기 수직 방향에 대해 경사지게 배치되는 반사면을 가지고, 상기 수직 방향에 대해 수직한 제1 방향을 축으로 회전하고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 및 상기 레이저 출력부로부터 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 노딩 미러로 안내하되, 상기 반사면으로 상기 포인트 형태의 레이저빔이 입사되는 입사각이 45도 이하이고, 상기 노딩 미러로부터 출사되는 상기 라인 형태의 레이저 빔의 중심이 상기 수직 방향과 수직이 되도록 상기 수직 방향에 대해 경사지게 배치되는 반사면을 가지는 가이드 미러;를 포함하는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따르면, 라이다 장치 내부에서의 레이저 광 손실을 최소화함으로써 레이저 출광량을 증대시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 라이다 장치의 광학 구성의 배치를 통해 레이저 출광량을 증대시킴으로써 측정 거리를 증가시킬 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 라이다 장치의 광학 구성의 배치를 통해 거리 정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 라이다 장치 구성의 배치를 통해 라이다 장치를 소형화할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 블락도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광 경로를 설명하기 위한 블락도이다.
도 3 내지 도 7은 여러 실시예에 따른 라이다 장치가 도시된 도면이다.
도 8은 도 7의 라이다 장치를 상부에서 바라본 상면도이다.
도 9 내지 도 11은 여러 실시예에 따른 라이다 장치의 광 경로가 도시된 도면이다.
도 12 내지 도 14는 도 9 및 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러의 수광량을 비교하기 위한 그래프이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 평판 형태로 제공되는 하부 베이스; 상기 하부 베이스와 마주보도록 배치되는 상부 베이스; 상기 상부 베이스에 설치되어 포인트 형태의 레이저 빔을 수직 하방으로 출사하는 레이저 출력부; 상기 레이저 출력부의 하부에 배치되고, 그 반사면이 상방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제1 경사각을 이루고, 상기 수직 하방으로 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 반사하는 가이드 미러; 상기 레이저 출력부와 상기 가이드 미러의 사이에 배치되고, 그 반사면이 하방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제2 경사각을 이루고, 상기 가이드 미러로부터 반사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 하부 베이스와 수평인 축을 따라 노딩함으로써 수직 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 상기 하부 베이스에 설치되고, 상기 하부 베이스와 수직인 축을 따라 회전함으로써 상기 라인 형태의 레이저 빔으로부터 플레인 형태의 레이저 빔을 형성하고, 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수광하는 다면 미러; 및 상기 다면 미러를 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부;를 포함하는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 상기 라인 형태의 레이저 빔의 중심이 상기 하부 베이스와 수평이 되도록, 상기 제2 경사각에서 상기 제1 경사각을 뺀 값은 45도일 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 가이드 미러로부터 반사되는 포인트 형태의 레이저 빔이 상방을 향하도록, 상기 제1 경사각은 45도보다 작을 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 상부 베이스는 상기 레이저 출력부가 관통하는 관통홀을 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 다면 미러는 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 오브젝트를 향해 반사하는 제1 반사면 및 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 센서부를 향해 반사하는 제2 반사면을 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 반사면 및 상기 제2 반사면은 한 변을 공유할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 수직 방향 및 수평 방향으로 분포되는 복수의 스캐닝 포인트에 의해 형성되는 시야 범위(FOV: Field Of View) 내에 포함되는 장애물까지의 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 출사하는 레이저 출력부; 상기 수직 방향을 축으로 회전하고, 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 수평 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향 및 상기 수평 방향에 따른 플레인 형태의 레이저 빔을 출사하는 다면 미러; 상기 수직 방향에 대해 제1 경사각을 가지고 배치되는 반사면을 가지고, 상기 수직 방향에 대해 수직한 제1 방향을 축으로 회전하고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 및 상기 레이저 출력부로부터 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 노딩 미러로 안내하되, 상기 노딩 미러로부터 상기 라인 형태의 중심으로 상기 레이저 빔이 출사되는 때 상기 레이저 빔이 상기 반사면으로부터 상기 수직 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 출사되고, 상기 노딩 미러로부터 상기 라인 형태의 단부로 상기 레이저 빔이 출사되는 때 상기 반사면에 대한 입사각의 코사인값이 적어도 상기 반사면의 면적에 대한 상기 포인트 형태의 레이저 빔의 단면적의 비보다 크도록 상기 수직 방향에 대해 제2 경사각을 가지고 배치되는 가이드 미러;를 포함하는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제1 경사각은 0도에서 45도 사이의 값을 가질 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제2 경사각에서 상기 제1 경사각을 뺀 값은 45도일 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 라이다 장치는 상기 다면 미러를 통해 상기 장애물로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 수직 방향 및 수평 방향으로 분포되는 복수의 스캐닝 포인트에 의해 형성되는 시야 범위(FOV: Field Of View) 내에 포함되는 장애물까지의 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 포인트 형태의 레이저 빔을 수직 하방으로 출사하는 레이저 출력부; 상기 수직 방향을 축으로 회전하고, 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 수평 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향 및 상기 수평 방향에 따른 플레인 형태의 레이저 빔을 출사하는 다면 미러; 상기 수직 방향에 대해 경사지게 배치되는 반사면을 가지고, 상기 수직 방향에 대해 수직한 제1 방향을 축으로 회전하고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 및 상기 레이저 출력부로부터 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 노딩 미러로 안내하되, 상기 반사면으로 상기 포인트 형태의 레이저빔이 입사되는 입사각이 45도 이하이고, 상기 노딩 미러로부터 출사되는 상기 라인 형태의 레이저 빔의 중심이 상기 수직 방향과 수직이 되도록 상기 수직 방향에 대해 경사지게 배치되는 반사면을 가지는 가이드 미러;를 포함하는 라이다 장치가 제공될 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 출력부는 상기 다면 미러를 기준으로 제1 측에 위치하고, 상기 센서부는 상기 다면 미러를 기준으로 상기 제1 측의 반대측인 제2 측에 위치할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 라이다 장치는 상기 다면 미러를 통해 상기 장애물로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 라이다 장치는 상기 다면 미러와 상기 센서부 사이에 설치되어 상기 다면 미러를 통해 상기 센서부로 반사되는 레이저 빔을 수집하는 집광 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 라이다 장치는 상기 노딩 미러로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 다면 미러로 안내하는 제1 보조 미러; 및 상기 다면 미러로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 센서부로 안내하는 제2 보조 미러;를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 다면 미러는 그 내부에 원형의 관통홀을 포함하는 다각 기둥의 형상을 가질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 블락도이다.
도 1을 참조하면, 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100), 스캐닝부(200), 센서부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
레이저 출력부(100)는 레이저 빔을 출사할 수 있다. 스캐닝부(200)는 상기 출사되는 레이저 빔을 스캔 영역 내의 오브젝트로 안내할 수 있다. 센서부(300)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수신할 수 있다. 제어부(400)는 상기 레이저 빔의 출사 시점 및 수신 시점에 기초하여 상기 오브젝트의 거리 정보를 획득할 수 있다.
이하에서는 라이다 장치의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.
레이저 출력부(100)는 레이저 빔을 출사할 수 있다.
레이저 출력부(100)는 적어도 하나 이상의 레이저 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다. 또는, 레이저 출력부(100)는 빅셀(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)을 포함할 수 있다.
레이저 출력부(100)는 어레이 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 레이저 다이오드가 어레이 형태로 배열될 수 있다.
레이저 출력부(100)는 다양한 파장의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 파장이 905nm인 레이저 빔을 출사할 수 있다. 또는, 레이저 출력부(100)는 파장이 1550nm인 레이저 빔을 출사할 수 있다.
레이저 출력부(100)가 복수의 레이저 소자를 포함하는 경우, 상기 복수의 레이저 소자는 서로 다른 파장의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 레이저 소자 중 일부는 파장이 905nm인 레이저 빔을 출사하고, 다른 일부는 파장이 1550nm인 레이저 빔을 출사할 수 있다.
스캐닝부(200)는 스캔 영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝부(200)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔에 기초하여 라이다 장치(1000)의 시야 범위(FOV: Field Of View)를 형성할 수 있다.
스캐닝부(200)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 상기 스캔 영역 내의 오브젝트로 안내할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝부(200)는 상기 출사되는 레이저 빔 중 적어도 일부를 획득하고, 상기 획득되는 레이저 빔을 상기 오브젝트로 안내할 수 있다. 이에 따라, 상기 출사되는 레이저 빔은 상기 오브젝트로 조사될 수 있다.
스캐닝부(200)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)로 안내할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝부(200)는 상기 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)를 향해 반사할 수 있다. 이에 따라, 센서부(300)는 스캐닝부(200)를 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수신할 수 있다.
스캐닝부(200)는 라이다 장치(1000)로부터 출광되는 레이저 빔의 출광 방향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 라이다 장치(1000)의 정면으로 출광되도록 상기 출사되는 레이저 빔의 조사 방향을 제어할 수 있다.
또는, 스캐닝부(200)는 라이다 장치(1000)내부에서 레이저 빔의 비행 경로를 제어할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝부(200)는 레이저 빔의 출광 경로 및 수광 경로를 제어할 수 있다.
스캐닝부(200)는 다양한 스캔 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝부(200)는 라인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다. 또는, 스캐닝부(200)는 평면 빔 패턴의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
스캐닝부(200)는 다양한 광학 구성을 포함할 수 있다.
스캐닝부(200)는 레이저 빔을 반사하는 미러를 포함할 수 있다. 예컨대, 스캐닝부(200)는 평면 미러, 레조넌트 미러(resonant mirror), 멤스 미러(MEMS mirror) 및 갈바노 미러(galvano mirror)를 포함할 수 있다.
또는, 스캐닝부(200)는 일 축을 따라 360도 회전하는 다면 미러(polygonal mirror) 및 일 축을 따라 기 설정된 범위에서 반복 구동하는 노딩 미러(nodding mirror)를 포함할 수 있다.
그 외에도, 스캐닝부(200)는 콜리메이터(collimator) 및 집광 렌즈를 포함할 수 있다.
센서부(300)는 일측으로부터 제공되는 레이저 빔을 감지할 수 있다.
예를 들어, 센서부(300)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 감지할 수 있다.
센서부(300)는 적어도 하나 이상의 센서 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 APD(Avalanche Photodiode), SPAD(Single-Photon Avalanche diode), SiPM(Silicon PhotoMultipliers) 및 CCD(Charge-Coupled Device)를 포함할 수 있다.
센서부(300)는 어레이 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 1차원 어레이 형태로 제공될 수 있다.
제어부(400)는 레이저 출력부(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 출사 시점을 제어할 수 있다. 또는, 제어부(400)는 상기 출사되는 레이저 빔의 세기 또는 출사 주기를 제어할 수 있다.
제어부(400)는 라이다 장치(1000)에 포함되는 각 구성의 동작을 제어할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광 경로를 설명하기 위한 블락도이다.
도 2를 참조하면, 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100), 제1 스캐닝부(210), 제2 스캐닝부(220) 및 센서부(300)를 포함할 수 있다.
레이저 출력부(100)는 제1 스캐닝부(210)를 향해 레이저 빔을 출사할 수 있다.
제1 스캐닝부(210)는 상기 출사되는 레이저 빔을 제2 스캐닝부(220)로 안내할 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐닝부(210)는 상기 출사되는 레이저 빔이 평행하게 비행하도록 평행빔을 형성하는 콜리메이터를 포함할 수 있다. 또한, 제1 스캐닝부(210)는 상기 출사되는 레이저 빔을 제2 스캐닝부(220)측으로 반사하는 노딩 미러를 포함할 수 있다.
제2 스캐닝부(220)는 제1 스캐닝부(210)로부터 조사되는 레이저 빔을 오브젝트로 안내할 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐닝부(220)는 상기 조사되는 레이저 빔을 상기 오브젝트를 향해 반사하는 다면 미러를 포함할 수 있다.
또한, 제2 스캐닝부(220)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)로 안내할 수 있다. 예를 들어, 제2 스캐닝부(220)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)를 향해 반사하는 미러를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 스캐닝부(220)는 다면 미러 및 평면 미러를 포함할 수 있다. 또는, 제2 스캐닝부(220)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 획득하는 집광 렌즈를 포함할 수 있다.
제1 스캐닝부(210) 및 제2 스캐닝부(220)는 동종의 광학 구성을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 스캐닝부(210)는 제1 축을 따라 회전하는 멤스 미러(MEMS mirror)를 포함하고, 제2 스캐닝부(220)는 제2 축을 따라 회전하는 멤스 미러(MEMS mirror)를 포함할 수 있다.
센서부(300)는 제2 스캐닝부(220)로부터 조사되는 레이저 빔을 수신할 수 있다.
한편, 레이저 출력부(100)로부터 출사된 레이저 빔의 패턴은 제1 스캐닝부(210) 및 제2 스캐닝부(220)에 의해 변형될 수 있다.
예를 들어, 레이저 출력부(100)는 포인트 형태의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 이 때, 제1 스캐닝부(210)는 상기 포인트 형태의 레이저 빔으로부터 라인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다. 또한, 제2 스캐닝부(220)는 상기 라인 형태의 레이저 빔으로부터 플레인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
이하에서는 여러 실시예에 따른 라이다 장치에 대하여 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 라이다 장치가 도시된 도면이다.
구체적으로, 상기 제2 스캐닝부(220)가 다면 미러(204)를 포함하는 라이다 장치의 실시예이다.
도 3을 참조하면, 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100), 제1 스캐닝부(210), 다면 미러(204) 및 센서부(300)를 포함할 수 있다.
제1 스캐닝부(210)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 다면 미러(204)로 안내할 수 있다.
예를 들어, 제1 스캐닝부(210)는 상기 출사되는 레이저 빔을 제2 스캐닝부(220)측으로 반사하는 노딩 미러를 포함할 수 있다. 또는, 제1 스캐닝부(210)는 레이저 출력부(100)와 다면 미러(204) 사이에 배치되어, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 확산시키는 확산렌즈를 포함할 수 있다.
제1 스캐닝부(210)는 라이다 장치(1000)의 시야 범위(FOV)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 스캐닝부(210)는 제1 축을 따라 회전함으로써 라이다 장치(1000)의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다.
다면 미러(204)는 제1 스캐닝부(210)로부터 조사되는 레이저 빔을 오브젝트로 안내할 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 일 반사면을 통해 상기 조사되는 레이저 빔을 오브젝트를 향해 반사함으로써 상기 오브젝트로 상기 조사되는 레이저 빔을 안내할 수 있다.
다면 미러(204)는 복수의 반사면을 포함하는 다각 기둥의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 오브젝트로 레이저 빔을 안내하기 위한 제1 반사면(S1) 및 센서부(300)로 레이저 빔을 안내하기 위한 제2 반사면(S2)을 포함할 수 있다.
다면 미러(204)는 제1 반사면(S1)을 통해 제1 스캐닝부(210)로부터 조사되는 레이저 빔을 오브젝트로 안내할 수 있다.
다면 미러(204)는 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)로 안내할 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 제2 반사면(S2)을 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)를 향해 반사할 수 있다.
제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2)은 한 변을 공유할 수 있다. 또는, 제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2) 사이에는, 제1 반사면(S1)과 제1 변을 공유하고 제2 반사면(S2)과 제2 변을 공유하는 제3 반사면(S3)이 위치할 수 있다.
한편, 다면 미러(204)는 라이다 장치(1000)의 시야 범위(FOV)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 제2 축을 따라 회전함으로써 라이다 장치(1000)의 수평 시야 범위(FOVh)를 형성할 수 있다.
상기 제1 축 및 상기 제2 축은 수직일 수 있다. 이에 따라, 제1 스캐닝부(210)는 상기 제2 축에 따른 방향으로 연장되는 라인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다. 또한, 다면 미러(204)는 상기 라인 형태의 레이저 빔으로부터 플레인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
한편, 도 3에서는 제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2)이 서로 다른 면으로 도시되어있으나, 제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2)은 동일한 면일 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 제1 반사면(S1)을 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)로 안내할 수 있다.
또한, 도 3에서는 다면 미러(204)가 사각 기둥의 형상을 갖는 것을 도시되었으나, 다면 미러(204)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 삼각 기둥, 오각 기둥, 육각 기둥, 팔각 기둥을 가질 수 있다. 또는, 다면 미러(204)는 불규칙적인 형상을 가질 수 있다.
센서부(300)는 다면 미러(204)를 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수신할 수 있다.
센서부(300)는 제2 반사면(S2)과 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 때, 제1 스태닝부(210)는 제1 반사면(S1)과 인접한 위치에 배치될 수 있다.
이하에서는 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치에 대하여 설명한다. 한편, 이하에서는 설명의 편의상 제2 스캐닝부(220)가 다면 미러(204)를 포함하는 경우의 여러 실시예에 따른 라이다 장치를 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의에 불과하며 제2 스캐닝부(220)는 다면 미러(204)를 포함하지 않을 수 있음은 물론이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치가 도시된 도면이다.
구체적으로, 상기 제1 스캐닝부(210)가 노딩 미러(203)를 포함하는 라이다 장치의 실시예이다.
도 4를 참조하면, 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100), 노딩 미러(203), 다면 미러(204) 및 센서부(300)를 포함할 수 있다.
이하에서는 라이다 장치의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 도 4의 라이다 장치의 각 구성은 도 3의 라이다 장치에 대응될 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고, 도 3의 라이다 장치와의 차별점을 중심으로 설명한다.
레이저 출력부(100)는 포인트 형태의 레이저 빔을 출사할 수 있다.
노딩 미러(203)는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 다면 미러(204)로 안내할 수 있다.
노딩 미러(203)는 제1 축을 따라 회전함으로써 상기 포인트 형태의 레이저 빔으로부터 상기 제1 축과 수직인 축 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
노딩 미러(203)는 상기 제1 축을 따라 미리 정해진 범위 내에서 회전함으로써 라이다 장치(1000)의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다.
다면 미러(204)는 노딩 미러(203)로부터 조사되는 레이저 빔을 오브젝트로 안내할 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 일 반사면을 통해 상기 라인 형태의 레이저 빔을 오브젝트를 향해 반사할 수 있다.
다면 미러(204)는 상기 제1 축과 수직인 제2 축을 따라 회전함으로써 상기 라인 형태의 레이저 빔으로부터 플레인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
도 5는 또 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치가 도시된 도면이다.
도 5를 참조하면, 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100), 다면 미러(204) 및 센서부(300)를 포함할 수 있다.
이하에서는 라이다 장치의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 다면 미러(204) 및 센서부(300)는 도 4의 다면 미러(204) 및 센서부(300)와 동일하게 작동될 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고, 도 4의 라이다 장치와 대비되는 점을 중심으로 설명한다.
일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 복수의 나노기둥(129)을 포함할 수 있다.
나노기둥(129)은 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 나노기둥(129)은 Ag, Au, Al, Pt 등의 금속이나, TiN, TaN 등의 금속 질화물로 구성될 수 있다.
복수의 나노기둥(129)은 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노기둥(129)은 일 방향을 따라 그 크기가 반복적으로 증감하는 나노패턴을 형성할 수 있다.
레이저 출력부(100)는 상기 나노패턴에 기초하여 다양한 형태의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 제1 축을 따라 연장되는 라인 빔 형태의 레이저 빔을 출사할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 6을 참조하면, 레이저 출력부(100)는 레이저 빔을 출사하는 광원부(110) 및 광원부(110)로부터 출사되는 레이저 빔을 스티어링하는 빔 스티어링부(120)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 포인트 형태의 레이저 빔을 출사할 수 있다.
광원부(110)는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원부(120)는 GaAs, AlGaAs, GaAlAs, Si을 포함할 수 있다.
광원부(110)의 구성 물질에 따라 광원부(110)로부터 출사되는 레이저 빔의 파장이 달라질 수 있다.
광원부(110)는 복수의 빅셀(VCSEL) 소자를 포함할 수 있다. 상기 복수의 빅셀(VCSEL) 소자는 어레이 형태로 배열될 수 있다.
빔 스티어링부(120)는 광원부(110)의 출사면 측에 배치되어, 광원부(110)로부터 출사되는 레이저 빔을 스티어링할 수 있다.
예를 들어, 빔 스티어링부(120)는 복수의 나노기둥(129)을 포함하는 메타 표면(metasurface)으로 제공될 수 있다.
상기 메타표면은 복수의 나노기둥(129)을 각각 포함하는 제1 내지 제5 빔 스티어링셀(121, 122, 123, 124, 125)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제5 빔 스티어링셀(121, 122, 123, 124, 125)에 속하는 복수의 나노기둥(129)은 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 나노기둥(129)은 나노기둥(129)의 폭, 높이 및 단위 길이 당 개수 중 적어도 어느 하나에 관련된 특성에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다. 상기 나노패턴은 서브파장 패턴(subwavelength pattern)을 의미할 수 있다.
구체적으로, 복수의 나노기둥(129)은 제1 방향을 따라 나노기둥(129)의 폭이 증가하는 나노패턴을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 나노기둥(129)을 통과하는 레이저 빔은, 상기 제1 방향으로 스티어링될 수 있다.
또한, 복수의 나노기둥(129)은 제1 방향을 따라 나노기둥(129)의 높이가 증가하는 나노패턴을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 나노기둥(129)을 통과하는 레이저 빔은, 상기 제1 방향으로 스티어링될 수 있다.
또한, 복수의 나노기둥(129)은 제1 방향을 따라 나노기둥(129)의 단위 길이 당 개수가 증가하는 나노패턴을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 나노기둥(129)을 통과하는 레이저 빔은, 상기 제1 방향으로 스티어링될 수 있다.
복수의 나노기둥(129)은 상기 메타표면의 중심으로부터 멀어질수록 나노기둥(129)의 폭, 높이 및 단위 길이 당 개수 중 적어도 어느 하나의 특성이 반복적응로 증가하는 나노패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라, 빔 스티어링부(120)는 광원부(110)로부터 출사되는 레이저 빔으로부터 발산하는 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
빔 스티어링부(120)는 다면 미러(204)의 회전축 방향을 따라 연장되는 라인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
한편, 도 6에서는 레이저 출력부(100)를 상세히 설명하기 위해 레이저 출력부(100)가 확대되어 도시된 것일 뿐, 도 6이 레이저 출력부(100)의 실제 크기를 나타내고 있는 것은 아닐 수 있다.
또한, 도 6에서는 제1 내지 제5 빔 스티어링셀(121, 122, 123, 124, 125)이 1차원 어레이 형태로 배열된 것으로 도시되었으나, 상기 제1 내지 제5 빔 스티어링셀(121, 122, 123, 124, 125)은 2차원 어레이 형태로 배열될 수 있다.
도 7은 또 다른 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타내는 입체도이다.
도 7을 참조하면, 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100), 콜리메이터(201), 가이드 미러(202), 노딩 미러(203), 다면 미러(204), 제1 보조 미러(205), 제2 보조 미러(206) 및 집광 렌즈(207)를 포함할 수 있다.
이하에서는 라이다 장치의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.
레이저 출력부(100)는 도 1 및 도 2의 레이저 출력부와 대응될 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고 도 1 및 도 2의 레이저 출력부와의 차별점을 중심으로 설명한다.
레이저 출력부(100)는 평판 형태로 제공되는 상부 베이스(20)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 상부 베이스(20)에 배치되는 회로기판에 설치될 수 있다.
구체적으로, 레이저 출력부(100)는 상부 베이스(20)에 형성되는 관통홀에 설치될 수 있다. 레이저 출력부(100)는 상기 관통홀을 통과하도록 설치될 수 있다.
레이저 출력부(100)는 상부 베이스(20)로부터 하부 베이스(10)측으로 레이저 빔을 출사할 수 있다. 이 때, 하부 베이스(10)는 상부 베이스(20)와 마주보도록 배치될 수 있다.
레이저 출력부(100)는 상부 베이스(20)와 수직인 방향으로 레이저를 출사할 수 있다.
콜리메이터(201)는 상기 출사되는 레이저 빔이 그 출사방향과 수평하게 비행하도록 평행빔을 형성할 수 있다.
예를 들어, 콜리메이터(201)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 가이드 미러(202)로 안내할 수 있다. 구체적으로, 콜리메이터(201)는 상기 출사되는 레이저 빔이 그 출사방향과 수평하게 비행하면서 가이드 미러(202)로 조사되도록 상기 출사되는 레이저 빔을 가이드 미러(202)로 안내할 수 있다.
콜리메이터(201)는 상기 출사되는 레이저 빔이 발산하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이터(201)는 상기 가이드 미러(202) 외부로 상기 출사되는 레이저 빔이 비행하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 가이드 미러(202)는 손실없이 상기 출사되는 레이저 빔을 모두 획득할 수 있다.
콜리메이터(201)는 레이저 출력부(100)의 출사방향에 배치될 수 있다. 예를 들어, 콜리메이터(201)는 레이저 출력부(100)의 하부에 배치되어 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 가이드 미러(202)로 안내할 수 있다.
가이드 미러(202)는 콜리메이터(201)를 통해 안내되는 레이저 출력부(100)로부터 출사된 레이저 빔을 획득할 수 있다.
가이드 미러(202)는 상기 획득되는 레이저 빔을 노딩 미러(203)로 안내할 수 있다. 구체적으로, 가이드 미러(202)는 상기 획득되는 레이저 빔을 노딩 미러(203)를 향해 반사할 수 있다.
가이드 미러(202)는 평면 미러 형태로 제공될 수 있다.
가이드 미러(202)는 하부 베이스(10)와 소정의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 가이드 미러(202)는 하부 베이스(10)와 60도의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 이 때, 가이드 미러(202)로 입사되는 레이저 빔의 입사각은 60도일 수 있다.
가이드 미러(202)는 레이저 출력부(100)의 하부에 배치될 수 있다. 또는, 가이드 미러(202)는 오목 거울 형태로 제공될 수 있다.
노딩 미러(203)는 가이드 미러(202)의 일 측에 배치되어, 가이드 미러(202)로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다.
노딩 미러(203)는 상기 획득되는 레이저 빔을 제1 보조 미러(205)를 향해 반사할 수 있다.
이 때, 노딩 미러(203)는 일 축을 따라 반복 구동(또는 회전)함으로써 라인 패턴의 레이저 빔을 형성할 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)는 하부 베이스(10)와 수평인 축을 따라 반복 구동할 수 있다. 이에 따라, 노딩 미러(203)는 상기 수평인 축과 수직인 축을 따라 연장되는 라인 패턴의 레이저 빔을 형성할 수 있다.
노딩 미러(203)는 라이다 장치(1000)의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 노딩 미러(203)의 회전 각도에 따라 라이다 장치(1000)의 수직 시야 범위(FOVv)가 달라질 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)가 설치된 위치를 기준으로 -5도에서 5도 사이로 회전하는 경우, 라이다 장치(1000)의 수직 시야 범위(FOVv)는 -10도에서 10도 사이가 될 수 있다.
노딩 미러(203)는 레조넌트 미러(resonant mirror) 또는 멤스 미러(MEMS mirror)일 수 있다.
제1 보조 미러(205)는 노딩 미러(203)의 일 측에 배치되어, 노딩 미러(203)로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 보조 미러(205)는 노딩 미러(203)에 의해 형성되는 상기 라인 패턴의 레이저 빔을 획득할 수 있다.
제1 보조 미러(205)는 상기 획득되는 레이저 빔을 다면 미러(204)를 향해 반사할 수 있다.
제1 보조 미러(205)는 평면 미러 형태로 제공될 수 있다. 또는, 제1 보조 미러(205)는 오목 거울 형태로 제공될 수 있다.
다면 미러(204)는 제1 보조 미러(205)의 일 측에 배치되어, 제1 보조 미러(205)로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(204)는 하부 베이스(10)에 설치되어, 하부 베이스(10)와 수직인 축을 따라 회전하면서 제1 보조 미러(205)로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다.
다면 미러(204)는 상기 획득되는 빔을 오브젝트를 향해 반사할 수 있다.
다면 미러(204)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 제2 보조 미러(206)를 향해 반사할 수 있다.
한편, 다면 미러(204)는 제1 보조 미러(205)로부터 레이저 빔을 획득하는 제1 반사면(S1) 및 상기 오브젝트로부터 레이저 빔을 획득하는 제2 반사면(S2)을 포함할 수 있다.
다면 미러(204)는 제1 반사면(S1)을 통해 상기 오브젝트로 레이저 빔을 조사할 수 있다. 다면 미러(204)는 제2 반사면(S2)을 통해 제2 보조 미러(206)로 레이저 빔을 조사할 수 있다.
제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2)은 한 변을 공유할 수 있다. 또는, 제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2) 사이에는 제3 반사면(S3)이 위치할 수 있다.
한편, 다면 미러(204)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 다면 미러(204)는 사각 기둥의 형상을 가질 수 있다. 또는, 다면 미러(204)는 삼각 기둥, 오각 기둥, 육각 기둥, 팔각 기둥을 가질 수 있다. 또는, 다면 미러(204)는 불규칙적인 형상을 가질 수 있다.
또한, 다면 미러(204)의 제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2)은 하부 베이스(10)와 수직을 이룰 수 있다. 또는, 제1 반사면(S1) 및 하부 베이스(10)가 이루는 각도는 제2 반사면(S2) 및 하부 베이스(10)가 이루는 각도와 상이할 수 있다.
또한, 제1 반사면(S1) 및 제2 반사면(S2)은 평면 형태로 제공될 수 있다.
다면 미러(204)는 라이다 장치(1000)의 수평 시야 범위(FOVh)를 형성할 수 있다.
제2 보조 미러(206)는 다면 미러(204)의 일 측에 배치되어, 다면 미러(204)로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다. 예를 들어, 제2 보조 미러(206)는 다면 미러(204)를 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다.
제2 보조 미러(206)는 상기 획득되는 레이저 빔을 집광 렌즈(207)를 향해 반사할 수 있다.
제2 보조 미러(206)는 평면 미러 형태로 제공될 수 있다. 또는, 제2 보조 미러(205)는 오목 거울 형태로 제공될 수 있다.
집광 렌즈(207)는 제2 보조 미러(206)의 일 측에 배치되어, 제2 보조 미러(206)로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다.
집광 렌즈(207)는 상기 획득되는 레이저 빔을 상기 센서부로 안내할 수 있다.
도시되지 않았으나, 상기 센서부는 집광 렌즈(207)를 통해 획득되는 레이저 빔을 수신할 수 있다.
도 8은 도 7의 라이다 장치를 상부에서 바라본 상면도이다.
도 8을 참조하면, 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100), 가이드 미러(202), 노딩 미러(203), 다면 미러(204), 제1 보조 미러(205), 제2 보조 미러(206), 집광 렌즈(207) 및 센서부(300)를 포함할 수 있다.
이하에서는 라이다 장치의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.
한편, 상기 라이다 장치(1000)의 각 구성요소에 대해서는 도 1 내지 도 6에서 설명한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고, 전술한 내용과의 차별점을 중심으로 설명한다.
레이저 출력부(100)는 일 측으로 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 가이드 미러(202) 측으로 레이저 빔을 출사할 수 있다.
가이드 미러(202)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 반사함으로써 노딩 미러(203)로 안내할 수 있다.
노딩 미러(203)는 가이드 미러(202)로부터 반사되는 레이저 빔을 반사함으로써 제1 보조 미러(205)로 안내할 수 있다.
제1 보조 미러(205)는 노딩 미러(203)로부터 반사되는 레이저 빔을 반사함으로써 다면 미러(204)로 안내할 수 있다.
다면 미러(204)는 제1 보조 미러(205)로부터 반사되는 레이저 빔을 반사함으로써 오브젝트로 안내할 수 있다. 다면 미러(204)는 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 반사함으로써 제2 보조 미러(206)로 안내할 수 있다.
제2 보조 미러(206)는 다면 미러(204)로부터 반사되는 레이저 빔을 반사함으로써 집광 렌즈(207)로 안내할 수 있다.
집광 렌즈(207)는 제2 보조 미러(206)로부터 반사되는 레이저 빔을 센서부(300)로 안내할 수 있다.
일 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 이상과 같은 순서로 레이저 빔의 비행 경로를 형성할 수 있다.
한편, 다면 미러(204)는 제1 반사면(S1)을 통해 상기 오브젝트를 향해 레이저 빔을 반사할 수 있다. 다면 미러(204)는 제2 반사면(S2)을 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다.
이에 따라, 레이저 출력부(100) 및 센서부(300)는 다면 미러(204)를 기준으로 서로 반대측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 제1 반사면(S1)과 인접한 위치에 배치되고, 센서부(300)는 제2 반사면(S2)과 인접한 위치에 배치될 수 있다.
따라서, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 오브젝트로 조사되기 전에 상기 출사되는 레이저 빔이 센서부(300)에 의해 획득되는 현상이 방지될 수 있다. 즉, 백 스캐터링(backscattering)되는 레이저 빔이 센서부(300)에 의해 수신되는 현상이 방지될 수 있다. 또는, 라이다 장치(1000)내부에서 반사되는 레이저 빔에 의한 광 크로스토크(optical crosstalk)가 감소할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)로부터 레이저 빔이 출사되는 출사 시점 및 센서부(300)에 의해 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔이 수신되는 수신 시점에 기초하여 상기 오브젝트의 거리를 산출할 수 있다.
상기 현상이 발생하는 경우, 즉, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 다면 미러(204)의 반사면에 의해 반사되어 곧바로 센서부(300)에 의해 획득되는 경우, 제어부(400)는 상기 출사 시점 및 상기 획득 시점에 기초하여 거리를 산출할 수 있다. 상기 산출되는 거리는 오브젝트의 거리 정보가 아닌 노이즈일 수 있다.
상기 현상이 방지됨에 따라, 라이다 장치(1000)의 측정 거리는 증가할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)의 민감도가 증가되더라도 상기 현상에 의한 노이즈가 발생하지 않으므로, 상기 민감도가 높게 설정될 수 있다. 이에 따라, 센서부(300)는 원거리의 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 감지할 수 있다. 즉, 라이다 장치(1000)의 측정 거리가 증가할 수 있다.
상기 민감도가 증가됨에 따라, 라이다 장치(1000)의 전력 소모량이 감소할 수 있다. 구체적으로, 라이다 장치(1000)는 상기 센서부(300)의 민감도가 증가됨에 따라 상대적으로 적은 세기의 레이저 빔을 이용하여 소정 거리에 위치한 오브젝트의 거리를 산출할 수 있다. 따라서, 라이다 장치(1000)의 소모 전력량 및 라이다 장치(1000)로부터 발생하는 발열량이 감소할 수 있다.
한편, 제1 보조 미러(205) 및 제2 보조 미러(206)가 라이다 장치(1000)에 포함됨에 따라, 라이다 장치(1000)의 크기가 줄어들 수 있다.
레이저 빔이 제1 반사면(S1)으로 입사하는 방향은 제1 방향으로 정의될 수 있다.
예를 들어, 라이다 장치(1000)가 제1 보조 미러(205)를 포함하지 않는 경우, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 가이드 미러(202) 및 노딩 미러(203)에 의해 반사된 후 다면 미러(204)로 조사될 수 있다.
이를 위해, 레이저 출력부(100), 가이드 미러(202) 및 노딩 미러(203)는 상기 제1 방향에 배치될 수 있다. 이에 따라, 라이다 장치(1000)의 상기 제1 방향의 크기는 증가할 수 있다.
도 8을 예로 들면, 가이드 미러(202) 및 노딩 미러(203)가 다면 미러(205)의 좌측으로 가로 방향을 따라 배치됨에 따라, 라이다 장치(1000)의 가로 방향 크기가 증가할 수 있다.
레이저 빔이 제2 반사면(S2)에 의해 반사되는 방향은 제2 방향으로 정의될 수 있다.
예를 들어, 라이다 장치(1000)가 제2 보조 미러(206)를 포함하지 않는 경우, 제2 반사면(S2)은 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 집광 렌즈(207) 및 센서부(300)를 향해 반사할 수 있다.
이를 위해, 집광 렌즈(207) 및 센서부(300)는 상기 제2 방향에 배치될 수 있다. 이에 따라, 라이다 장치(1000)의 상기 제2 방향의 크기는 증가할 수 있다.
도 8을 예로 들면, 집광 렌즈(207) 및 센서부(300)가 다면 미러(205)의 우측으로 가로 방향을 따라 배치됨에 따라, 라이다 장치(1000)의 가로 방향 크기가 증가할 수 있다.
한편, 라이다 장치(1000)의 측정 거리는 노딩 미러(203)의 레이저 빔 수광량과 관련이 있을 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)가 레이저 출력부(100)로부터 획득하는 레이저 빔의 광량이 클수록 라이다 장치(1000)의 측정 거리가 증가할 수 있다.
특히, 노딩 미러(203)로 입사하는 레이저 빔의 크기가 노딩 미러(203)보다 큰 경우, 노딩 미러(203)의 배치에 따라 노딩 미러(203)의 레이저 빔 수광량 및 라이다 장치의 측정 거리가 달라질 수 있다.
이하에서는 노딩 미러(203)의 배치 및 레이저 빔 수광량에 대해 설명한다.
도 9 내지 도 11은 여러 실시예에 따른 라이다 장치의 광 경로가 도시된 도면이다.
도 9를 참조하면, 레이저 출력부(100)는 노딩 미러(203)를 향해 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 하부 베이스(10)와 수직 방향의 레이저 빔을 노딩 미러(203)로 출사할 수 있다.
노딩 미러(203)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 일측으로 반사할 수 있다.
노딩 미러(203)는 일 축을 따라 회전함으로써 라인 형태의 레이저 빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)는 하부 베이스(10)와 수평인 축을 따라 회전함으로써 하부 베이스(10)와 수직 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 생성할 수 있다. 또는, 노딩 미러(203)는 상기 다면 미러의 회전축과 수직인 축을 따라 회전함으로써 상기 회전축 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 생성할 수 있다.
이 때, 상기 라인 형태의 레이저 빔의 중심으로 조사되는 레이저 빔은 하부 베이스(10)와 수평 방향으로 노딩 미러(203)로부터 반사될 수 있다. 또는, 상기 중심으로 조사되는 레이저 빔은 상기 다면 미러의 회전축과 수직 방향으로 노딩 미러(203)로부터 반사될 수 있다.
한편, 노딩 미러(203)는 회전함으로써 라이다 장치의 시야 범위(FOV)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)는 하부 베이스(10)와 수평인 축을 따라 회전함으로써 라이다 장치의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다. 또는, 노딩 미러(203)는 상기 다면 미러의 회전축과 수직인 축을 따라 회전함으로써 라이다 장치의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다.
이 때, 상기 수직 시야 범위(FOVv)의 중심축(CF)은 하부 베이스(10)와 수평일 수 있다. 또는, 상기 수직 시야 범위(FOVv)의 중심축(CF)은 상기 다면 미러의 회전축과 수직일 수 있다.
노딩 미러(203)가 기준 자세일 때, 즉, 노딩 미러(203)의 회전 각도가 0도 일 때, 노딩 미러(203)로부터 반사되는 레이저 빔이 하부 베이스(10)와 수평을 이루며 비행하도록, 노딩 미러(203)는 하부 베이스(10)와 45도 각도를 이루도록 설치될 수 있다.
이에 따라, 노딩 미러(203)로 입사하는 레이저 빔의 입사각(θ)은 45도가 될 수 있다.
한편, 노딩 미러(203)가 레이저 출력부(100)로부터 획득하는 레이저 빔의 수광량(L)은 아래의 [수학식 1]로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020061208777-pat00034
(단,
Figure 112020061208777-pat00035
(여기서,
Figure 112018115859114-pat00003
는 노딩 미러(203)의 직경의 길이를 의미함)
따라서, 상기 수광량(L)은 상기 입사각(θ)이 감소할수록 증가할 수 있다. 즉, 라이다 장치의 측정 거리는 상기 입사각(θ)이 감소할수록 증가할 수 있다.
도 10을 참조하면, 레이저 출력부(100)는 노딩 미러(203)를 향해 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 하부 베이스(10)와 수직 방향의 레이저 빔을 노딩 미러(203)로 출사할 수 있다.
한편, 도 10의 라이다 장치는 가이드 미러(202)를 포함할 수 있다.
가이드 미러(202)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 노딩 미러(203)로 안내할 수 있다. 예를 들어, 가이드 미러(202)는 상기 출사되는 레이저 빔을 반사함으로써 노딩 미러(203)로 안내할 수 있다.
가이드 미러(202)는 하부 베이스(10)와 소정의 각도만큼 경사지게 배치될 수 있다. 예를 들어, 가이드 미러(202)는 하부 베이스(10)와 제1 경사각(
Figure 112018115859114-pat00004
)만큼 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 가이드 미러(202)로부터 반사되는 레이저 빔은 상방으로 향할 수 있다.
노딩 미러(203)는 가이드 미러(202)로부터 반사되는 레이저 빔을 획득할 수 있다. 노딩 미러(203)는 상기 획득되는 레이저 빔을 일측으로 반사할 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)는 상기 획득되는 레이저 빔을 하부 베이스(10)와 수평 방향으로 반사할 수 있다.
노딩 미러(203)는 일 축을 따라 회전함으로써 라인 형태의 레이저 빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)는 하부 베이스(10)와 수평인 축을 따라 회전함으로써 하부 베이스(10)와 수직 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 생성할 수 있다. 또는, 노딩 미러(203)는 상기 다면 미러의 회전축과 수직인 축을 따라 회전함으로써 상기 회전축 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 생성할 수 있다.
이 때, 상기 라인 형태의 레이저 빔의 중심으로 조사되는 레이저 빔은 하부 베이스(10)와 수평 방향으로 노딩 미러(203)로부터 반사될 수 있다. 또는, 상기 중심으로 조사되는 레이저 빔은 상기 다면 미러의 회전축과 수직 방향으로 노딩 미러(203)로부터 반사될 수 있다.
한편, 노딩 미러(203)는 회전함으로써 라이다 장치의 시야 범위(FOV)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)는 하부 베이스(10)와 수평인 축을 따라 회전함으로써 라이다 장치의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다. 또는, 노딩 미러(203)는 상기 다면 미러의 회전축과 수직인 축을 따라 회전함으로써 라이다 장치의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다.
이 때, 상기 수직 시야 범위(FOVv)의 중심축(CF)은 하부 베이스(10)와 수평일 수 있다. 또는, 상기 수직 시야 범위(FOVv)의 중심축(CF)은 상기 다면 미러의 회전축과 수직일 수 있다.
가이드 미러(202)가 하부 베이스(10)와 제1 경사각(
Figure 112018115859114-pat00005
)만큼 경사지게 배치되는 경우, 노딩 미러(203)는, 상기 중심축(CF)이 하부 베이스(10)와 평행하도록, 수직축(Y)으로부터 제2 경사각(
Figure 112018115859114-pat00006
)만큼 경사지게 배치될 수 있다. 상기 수직축(Y)은 하부 베이스(10)와 수직일 수 있다. 또는, 상기 수직축(Y)은 상기 다면 미러의 회전축과 수평일 수 있다.
이에 따라, 노딩 미러(203)가 상기 기준 자세일 때, 즉, 노딩 각도가 0도 일 때, 노딩 미러(203)로부터 반사되는 레이저 빔은 하부 베이스(10)와 수평을 이루면서 비행할 수 있다. 또는, 상기 반사되는 레이저 빔은 상기 다면 미러의 회전축과 수직 방향으로 비행할 수 있다.
한편, 하부 베이스(10)와 수직 방향으로 출사되는 레이저 빔이 노딩 미러(203)에 의해 하부 베이스(10)와 수평 방향으로 조사되기 위해, 제1 경사각(
Figure 112020005899568-pat00007
) 및 제2 경사각(
Figure 112020005899568-pat00008
)의 합은 45도가 될 수 있다. 이 때, 상기 입사각(θ)은 45도에서 제1 경사각(
Figure 112020005899568-pat00009
)을 뺀 값일 수 있다.
제1 경사각(
Figure 112018115859114-pat00010
)은, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 상방으로 향하도록, 적어도 45도 보다 작을 수 있다. 제2 경사각(
Figure 112018115859114-pat00011
)은, 노딩 미러(203)로부터 하부 베이스(10)와 수평 방향으로 레이저 빔이 반사되도록, 적어도 0도 보다 클 수 있다.
또한, 노딩 미러(203)는, 노딩 미러(203)로부터 반사되는 레이저 빔이 가이드 미러(202)에 조사되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 노딩 미러(203)는 적어도 가이드 미러(202)보다 상측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 노딩 미러(203)로부터 반사되는 레이저 빔은 가이드 미러(202)에 조사되지 않고 미리 정해진 경로를 따라 비행할 수 있다.
한편, 가이드 미러(202)는 상기 노딩 미러(203)의 수광량(L)을 증대시킬 수 있다. 구체적으로, 가이드 미러(202)는 노딩 미러(203)로 입사되는 레이저 빔의 입사각(θ)이 적어도 45도 이하가 되도록 상기 수광량(L)을 증대시킬 수 있다.
이에 따라, 도 10의 라이다 장치의 상기 수광량(L)은 도 9의 라이다 장치의 수광량보다 클 수 있다. 따라서, 도 10의 라이다 장치의 측정 거리는 도 9의 라이다 장치의 측정 거리보다 클 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 수광량(L)은 상기 입사각(θ)이 감소할수록 증가할 수 있다.
도 11을 참조하면, 레이저 출력부(100)는 직하방으로 레이저 빔을 출사할 수 있다.
가이드 미러(202)는 상기 출사되는 레이저 빔을 노딩 미러(203)를 향해 반사할 수 있다. 이 때, 가이드 미러(202)는 하부 베이스(10)와 45도의 경사각을 이루도록 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라, 가이드 미러(202)로부터 반사되는 레이저 빔은 하부 베이스(10)와 수평 방향으로 노딩 미러(203)로 조사될 수 있다.
노딩 미러(203)는 수광량(L)이 최대가 되도록, 상기 반사되는 레이저 빔의 조사 방향과 수직으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 노딩 미러(203)는 하부 베이스(10)와 수평 방향으로 상기 반사되는 레이저 빔을 반사할 수 있다.
이 때, 노딩 미러(203)로부터 반사되는 레이저 빔 중 적어도 일부는 가이드 미러(202)로 조사될 수 있다. 이에 따라, 상기 적어도 일부는 미리 정해진 광 경로와 다른 경로로 조사될 수 있다. 이는, 입사각(θ)이 0도인 경우, 라이다 장치 내부에서 광 손실이 발생할 수 있음을 의미할 수 있다.
따라서, 상기 입사각(θ)은 적어도 0도 보다 크게 설정될 수 있다.
도 12는 도 9 및 도 10의 노딩 미러의 수광량을 비교하기 위한 그래프이다.
도 9의 실시예에서, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 제1 입사각(θ1)을 가지고 노딩 미러(203)로 입사될 수 있다. 예를 들어, 제1 입사각(θ1)은 45도가 될 수 있다. 이 때, 노딩 미러(203)의 제1 수광량(L1)은 약 0.71D가 될 수 있다.
한편, 도 10의 실시예에서 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 가이드 미러(202)를 통해 제2 입사각(θ2)으로 노딩 미러(203)로 입사할 수 있다. 여기서, 상기 제2 입사각(θ2)은 상기 제1 입사각(θ1)보다 작을 수 있다.
따라서, 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러(203)의 제2 수광량(L2)은 도 9의 실시예에 따른 제1 수광량(L1)보다 클 수 있다.
일 예로, 제2 입사각(θ2)이 15도인 경우, 제2 수광량(L2)은 약 0.97D가 될 수 있다. 따라서, 제2 입사각(θ2)이 15도인 경우, 제2 수광량(L2)은 제1 수광량(L1)보다 약 37% 더 클 수 있다.
다시 말해, 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리는 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리보다 클 수 있다.
또는, 동일한 측정 거리를 확보하기 위한 라이다 장치의 전력 소모량이 감소할 수 있다. 예를 들어, 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리가 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리와 같은 경우, 도 10의 실시예에 따른 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제2 레이저 빔의 세기는 상기 도 9의 실시예에 따른 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 레이저 빔의 세기 보다 작을 수 있다. 따라서, 상기 제2 레이저 빔을 출사하기 위한 전력 소모량은 상기 제1 레이저 빔을 출사하기 위한 전력 소모량보다 작을 수 있다. 즉, 상기 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치는 상기 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치보다 적은 량의 전력을 소모하면서 동일한 측정 거리를 가질 수 있다.
또한, 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치의 발열량은 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치의 발열량보다 적을 수 있다. 즉, 라이다 장치의 전력 소모량이 감소함에 따라, 상기 라이다 장치의 발열량이 감소할 수 있다.
한편, 노딩 미러(203)의 수광량(L)은 노딩 미러(203)의 노딩 각도(a)에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 노딩 각도(a)는 시계 방향으로 회전하는 경우 양(+)의 값을 가지고, 반시계 방향으로 회전하는 경우 음(-)의 값을 가질 수 있다.
도 13은 도 9 및 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러의 수광량을 비교하기 위한 그래프이다.
도 13을 참조하면, 도 9의 실시예에 따른 노딩 미러(203)는 노딩(또는 회전)함에 따라 제1 수광 범위(ΔL1)의 제1 수광량(L1)을 획득할 수 있다. 마찬가지로, 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러(203)는 노딩함에 따라 제2 수광 범위(ΔL2)의 제2 수광량(L2)을 획득할 수 있다.
제2 입사각(θ2)은 제1 입사각(θ1)보다 클 수 있다. 이에 따라, 제2 수광 범위(ΔL2)는 제1 수광 범위(ΔL1)보다 작을 수 있다.
즉, 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러(203)는 도 9의 실시예에 따른 노딩 미러(203)보다 균일하게 레이저 빔을 획득할 수 있다. 따라서, 상기 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치는 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치에 비하여, 수직 시야 범위(FOVv)에 대하여 균일한 측정 거리를 가질 수 있다.
한편, 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치 및 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치의 수광량(L)의 차이는 노딩 미러(203)가 노딩함에 따라 달라질 수 있다.
예컨대, 상기 도 9의 실시예에 따른 노딩 미러(203) 및 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러(203)는 각각 상기 기준 위치를 기준으로 -5도에서 5도 범위에서 노딩할 수 있다. 이에 따라, 제1 입사각(θ1)은 40도에서 50도 범위를 가지고, 제2 입사각(θ2)은 10도에서 20도 범위를 가질 수 있다.
제1 입사각(θ1)이 50도이고, 제2 입사각(θ2)이 10도일 때, 제2 수광량(L2)은 제1 수광량(L1)보다 약 53% 더 클 수 있다.
반면에, 제1 입사각(θ1)이 40도이고, 제2 입사각(θ2)이 20도일 때, 제2 수광량(L2)은 제1 수광량(L1)보다 약 23% 더 클 수 있다.
한편, 노딩 미러(203)가 회전함에 따라 라이다 장치의 수직 시야 범위(FOVv)의 수직 위치에 따른 레이저 광량이 달라질 수 있다. 또는, 노딩 미러(203)로부터 형성되는 라인 형태의 레이저 빔의 수직 위치에 따른 레이저 광량이 달라질 수 있다.
도 14는 도 9 및 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러의 수광량을 비교한 그래프이다.
일 실시에에 따른 노딩 미러(203)는 -a에서 +a 범위에서 회전할 수 있다. 이에 따라, 노딩 미러(203)는
Figure 112018115859114-pat00012
에서
Figure 112018115859114-pat00013
의 수직 시야 범위(FOVv)를 형성할 수 있다. 여기서,
Figure 112018115859114-pat00014
는 수직 시야 범위(FOVv)의 하단을 의미하고,
Figure 112018115859114-pat00015
는 수직 시야 범위(FOVv)의 상단을 의미할 수 있다.
도 14를 참조하면, 도 9의 실시예에 따른 노딩 미러(203)의 제1 수광량(L1)은 수직 시야 범위(FOVv)의 하단으로부터 상단으로 갈수록 증가할 수 있다. 반면에, 도 10의 실시예에 따른 노딩 미러(203)의 제2 수광량(L2)은 수직 시야 범위(FOVv)의 상단으로부터 하단으로 갈수록 증가할 수 있다.
따라서, 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치는 수직 시야 범위(FOVv)의 상단에서 수직 시야 범위(FOVv)의 하단에서보다 큰 측정 거리를 가질 수 있다. 반면에, 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치는 수직 시야 범위(FOVv)의 하단에서 수직 시야 범위(FOVv)의 상단에서보다 큰 측정 거리를 가질 수 있다.
또는, 도 9의 실시예에서, 라이다 장치의 수직 시야 범위(FOVv)의 상단에서의 정밀도는 수직 시야 범위(FOVv)의 하단에서의 정밀도보다 클 수 있다. 반면에, 도 10의 실시예에서, 라이다 장치의 수직 시야 범위(FOVv)의 하단에서의 정밀도는 수직 시야 범위(FOVv)의 상단에서의 정밀도보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 라이다 장치는 자동차에 탑재되어 동작할 수 있다. 이 때, 수직 시야 범위(FOVv)의 상단의 레이저 광량이 수직 시야 범위(FOVv)의 하단의 레이저 광량보다 큰 것이 주변 장애물을 감지하는 데에 유리할 수 있다.
한편, 제2 수광량(L2)은 제1 수광량(L1)보다 클 수 있다. 이에 따라, 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리는 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리보다 클 수 있다.
제2 수광 범위(ΔL2)는 제1 수광 범위(ΔL1)보다 작을 수 있다. 따라서, 도 10의 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 방향의 측정 거리는 도 9의 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 방향의 측정 거리보다 균일할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 노딩 미러(203)의 크기는 적어도 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 크기보다 클 수 있다. 또는, 노딩 미러(203)의 크기는 가이드 미러(202)로부터 안내되는 레이저 빔의 크기보다 클 수 있다.
이에 따라, 노딩 미러(203)는 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 수신할 수 있다.
노딩 미러(203)는 상기 수직축(Y)으로부터 경사지게 배치될 수 있다.
이 때, 노딩 미러(203)로 입사되는 레이저 빔의 입사각(θ)의 코사인값은 노딩 미러(203)의 반사면의 면적에 대한 상기 입사되는 레이저 빔의 단면적의 비보다 클 수 있다. 이에 따라, 노딩 미러(203)는 상기 입사되는 레이저 빔을 수신할 수 있다.
한편, 노딩 미러(203)가 일 축을 따라 회전함에 따라, 상기 입사각(θ)은 변동될 수 있다. 상기 입사각(θ) 및 상기 회전각의 합의 코사인값은 적어도 노딩 미러(203)의 반사면의 면적에 대한 상기 입사되는 레이저 빔의 단면적의 비보다 클 수 있다.
예를 들어, 노딩 미러(203)는 라인 형태의 레이저 빔을 형성할 수 있다. 노딩 미러(203)로부터 상기 라인 형태의 단부로 레이저 빔이 출사될 때 상기 반사면에 대한 입사각(θ)의 코사인값은, 적어도 상기 반사면의 면적에 대한 상기 입사되는 레이저 빔의 단면적의 비보다 클 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 평판 형태로 제공되는 하부 베이스;
    상기 하부 베이스와 마주보도록 배치되는 상부 베이스;
    상기 상부 베이스에 설치되어 포인트 형태의 레이저 빔을 수직 하방으로 출사하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부의 하부에 배치되고, 그 반사면이 상방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제1 경사각을 이루고, 상기 수직 하방으로 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 반사하는 가이드 미러;
    상기 레이저 출력부와 상기 가이드 미러의 사이에 배치되고, 그 반사면이 하방을 향하도록 상기 하부 베이스와 제2 경사각을 이루고, 상기 가이드 미러로부터 반사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 하부 베이스와 수평인 축을 따라 노딩함으로써 수직 방향의 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러;
    상기 하부 베이스에 설치되고, 상기 하부 베이스와 수직인 축을 따라 회전함으로써 상기 라인 형태의 레이저 빔으로부터 플레인 형태의 레이저 빔을 형성하고, 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수광하는 다면 미러; 및
    상기 다면 미러를 통해 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부를 포함하고,
    상기 제1 경사각이 증가함에 따라 상기 노딩 미러에서 수광되는 레이저 빔의 양이 증가하는
    라이다 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 라인 형태의 레이저 빔의 중심이 상기 하부 베이스와 수평이 되도록, 상기 제2 경사각에서 상기 제1 경사각을 뺀 값이 45도인
    라이다 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 미러로부터 반사되는 포인트 형태의 레이저 빔이 상방을 향하도록, 상기 제1 경사각은 45도보다 작은 것을 특징으로 하는
    라이다 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 베이스는 상기 레이저 출력부가 관통하는 관통홀을 포함하는
    라이다 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 다면 미러는 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 오브젝트를 향해 반사하는 제1 반사면 및 상기 오브젝트로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 센서부를 향해 반사하는 제2 반사면을 포함하는
    라이다 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 반사면 및 상기 제2 반사면은 한 변을 공유하는
    라이다 장치.
  7. 수직 방향 및 수평 방향으로 분포되는 복수의 스캐닝 포인트에 의해 형성되는 시야 범위(FOV: Field Of View) 내에 포함되는 장애물까지의 거리를 측정하는 라이다 장치로서,
    포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 출사하는 레이저 출력부;
    상기 수직 방향을 축으로 회전하고, 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 수평 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향 및 상기 수평 방향에 따른 플레인 형태의 레이저 빔을 출사하는 다면 미러;
    상기 수직 방향에 대해 제1 경사각을 가지고 배치되는 반사면을 가지고, 상기 수직 방향에 대해 수직한 제1 방향을 축으로 회전하고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 및
    상기 레이저 출력부로부터 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 노딩 미러로 안내하되, 상기 노딩 미러로부터 상기 라인 형태의 중심으로 상기 레이저 빔이 출사되는 때 상기 레이저 빔이 상기 반사면으로부터 상기 수직 방향 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 출사되고, 상기 노딩 미러로부터 상기 라인 형태의 단부로 상기 레이저 빔이 출사되는 때 상기 반사면에 대한 입사각의 코사인값이 적어도 상기 반사면의 면적에 대한 상기 포인트 형태의 레이저 빔의 단면적의 비보다 크도록 상기 수직 방향에 대해 제2 경사각을 가지고 배치되는 가이드 미러를 포함하고,
    상기 제2 경사각이 감소함에 따라 상기 노딩 미러에서 수광되는 레이저 빔의 양이 증가하는
    라이다 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 경사각은 0도에서 45도 사이의 값을 갖는 것을 특징으로하는
    라이다 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 경사각에서 상기 제1 경사각을 뺀 값은 45도인 것을 특징으로 하는
    라이다 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 다면 미러를 통해 상기 장애물로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부;를 더 포함하는
    라이다 장치.
  11. 수직 방향 및 수평 방향으로 분포되는 복수의 스캐닝 포인트에 의해 형성되는 시야 범위(FOV: Field Of View) 내에 포함되는 장애물까지의 거리를 측정하는 라이다 장치로서,
    포인트 형태의 레이저 빔을 수직 하방으로 출사하는 레이저 출력부;
    상기 수직 방향을 축으로 회전하고, 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 라인 형태의 레이저 빔을 상기 수평 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향 및 상기 수평 방향에 따른 플레인 형태의 레이저 빔을 출사하는 다면 미러;
    상기 수직 방향에 대해 경사지게 배치되는 반사면을 가지고, 상기 수직 방향에 대해 수직한 제1 방향을 축으로 회전하고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 입사받고, 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 수직 방향으로 스티어링하여 상기 수직 방향에 따른 라인 형태의 레이저 빔을 출사하는 노딩 미러; 및
    상기 레이저 출력부로부터 출사되는 상기 포인트 형태의 레이저 빔을 상기 노딩 미러로 안내하되, 상기 반사면으로 상기 포인트 형태의 레이저빔이 입사되는 입사각이 45도 이하이고, 상기 노딩 미러로부터 출사되는 상기 라인 형태의 레이저 빔의 중심이 상기 수직 방향과 수직이 되도록 상기 수직 방향에 대해 제1 경사각을 가지고 배치되는 반사면을 가지는 가이드 미러를 포함하고,
    상기 제1 경사각이 감소함에 따라 상기 노딩 미러에서 수광되는 레이저 빔의 양이 증가하는
    라이다 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 레이저 출력부는 상기 다면 미러를 기준으로 제1 측에 위치하고, 센서부는 상기 다면 미러를 기준으로 상기 제1 측의 반대측인 제2 측에 위치하는
    라이다 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 다면 미러를 통해 상기 장애물로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하는 센서부;를 더 포함하는
    라이다 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 다면 미러와 상기 센서부 사이에 설치되어 상기 다면 미러를 통해 상기 센서부로 반사되는 레이저 빔을 수집하는 집광 렌즈;를 더 포함하는
    라이다 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 노딩 미러로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 다면 미러로 안내하는 제1 보조 미러; 및
    상기 다면 미러로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 센서부로 안내하는 제2 보조 미러;를 더 포함하는
    라이다 장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 다면 미러는 그 내부에 원형의 관통홀을 포함하는 다각 기둥의 형상을 가지는 것을 특징으로하는
    라이다 장치.

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