KR102252942B1 - 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미리 결정된 파장 분포, 펄스 지속 기간 및 반복 주파수를 갖는 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 방법은 차량에서 이용을 위해 적합하고, 하기 단게들,
- 광대역 레이저 펄스를 방사하는 단계,
- 광대역 레이저 펄스의 상이한 파장이 상이한 각도로 나뉘도록, 광대역 레이저 펄스에 각도 분산을 적용함으로써 각각의 광대역 레이저 펄스로부터 부채형 펄스를 생성하는 단계,
- 상기 부채형 펄스 내에 배치된 물체에서 반사되는 부채형 펄스의 반사된 부분 섹션을 검출하는 단계,
- 부채형 펄스의 반사된 부분 섹션에 존재하는 파장을 결정하는 단계,
- 비행 시간법을 이용해서 상기 분산 소자로부터 물체까지의 부채형 펄스의 통과 시간을 결정하는 단계 및,
- 부채형 펄스의 통과 시간 및 상기 부채형 펄스의 상기 반사된 부분 섹션의 파장 범위에 따라 물체의 거리와 폭을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DECETING AN OBJECT BY MEANS OF BROADBAND LASER PULSE}
본 발명은 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 방법, 해당하는 장치 및 라이다(Lidar)를 이용해서 차량 주변의 물체를 탐지하기 위해 자동차에서 방법 또는 장치의 이용에 관한 것이다.
자동 주행을 위해서는 가급적 안전한 주변 감지가 필수적이다. 주변은 예를 들어 레이더(Radar), 라이다(Lidar), 및/또는 카메라와 같은 센서들을 이용해서 검출된다. 주변의 전체적인 360°- 3D 검출이 특히 중요하고, 따라서 모든 정적 및 동적 물체들이 검출된다. 특히 라이다는 중복적인 안정한 주변 검출을 지원하는데, 그 이유는 이러한 센서 유형은 주변 검출 시 거리를 정밀하게 측정할 수 있고 분류 목적으로도 사용될 수 있기 때문이다. 그러나 이러한 센서들은 고가이고, 구성면에서 복잡하다. 특히, 360°-3D 주변 검출은, 일반적으로 많은 개별 광소스 및 검출기 요소로 작동하는 여러 작은 개별 센서가 필요하거나, 대형 센서들이 사용되기 때문에 문제가 되고, 이는 자동차에서 문제를 야기한다. 더욱이, 더 작은 센서 유형의 공간적 치수도 적어도 1리터의 부피 범위 이내 있고, 따라서 차량 내의 눈에 띄지 않는 설치 위치를 허용하지 않는다.
또한, 각각의 센서에 의해 개별적으로 수집된 데이터는 개별적으로 처리 및/또는 융합되어야 한다. 특히, 실시간 처리를 위한 정확한 시간 스탬핑이 중요하며, 이는 데이터 수집 및 분류를 추가로 복잡하게 한다.
또한, 여러 개별 센서의 조합은 특히 오류가 발생하기 쉽다. 라이다의 경우 작동 시 특히 레이저의 선회를 위한 기계적 부품들의 사용은 주요 고장원으로 판명되었다. 다중 광소스 또는 레이저 다이오드를 포함하는 센서의 경우 개별 소자들의 고장이 반복적으로 발생하여, 주변 검출의 정밀도가 감소한다.
따라서 일반적으로 360°- 3D 주변 검출을 달성하기 위해, 여러 개별 센서는 겹쳐지는 가시 범위와 결합된다. 이 경우 기계적인 회전 또는 편향 소자들이 광 편향 또는 레이저 편향에 이용된다. MEMS-미러 어레이 또는 위상 어레이도 단독으로 사용된다.
기계적 편향 장치 없이 주변 검출을 실현할 수 있도록 하기 위해, 가시 범위 내의 주변을 완전히 비추는 플래시 라이다가 사용된다.
EP 2 453 253 A1호는 전자기 복사의 빔을 생성하기 위한 광소스 및 전자기 복사를 타깃에 전달하기 위한 전송기를 갖는 다방향 센서 시스템을 기술하고 있다. 이 경우, 전송기는 전자기 복사를 수신하도록 설계된 복수의 광학 파이버 및 전자기 복사를 방사하기 위해 상이한 방향 및/또는 방향 설정으로 복수의 광학 파이버의 하나의 단부를 제한하는 표면을 포함할 수 있다.
간행물 US 20030043058 A1호는, 레이저 에너지를 미리 결정된 공간 범위로 보내기 위해 그리고 광학 경로 및 복수의 쌍안정 광학 채널을 따른 레이저 빔의 방사를 위한 레이저 소스의, 장애물로부터 반사된 레이저 에너지를 탐지하기 위해, 항공기의 해당 위치에 배치된 복수의 장애물 검출 센서를 갖는 항공기 주변의 장애물을 검출하기 위한 분산된 레이저의 이용에 기반한 경고 시스템을 개시하고 있다. 각각의 광학 채널은 복수의 광학 파이버 및 적어도 하나의 수신 파이버와 광 검출기를 포함하고, 레이저 소스로부터 해당하는 장애물 탐지 센서들까지 연장되어, 레이저 빔은 광학 경로로부터 대응하는 공간 범위로 방사를 위한 장애물 탐지 센서들로 안내될 수 있다. 장애물 탐지 센서들 중 어느 하나에 의해 수신되는, 장애물에서 반사된 레이저 에너지는 대응하는 광학 채널의 수신 파이버에 의해 해당하는 공간 범위 내의 장애물을 탐지하기 위한 광 검출기로 안내된다.
간행물 US 20070177841 A1호는 실제 광학 시계를 규정하는 광학 검출 장치를 가진 소위 레이저 레이더(LADAR) 시스템을 기술한다.
이동 가능한 구성부들이 없는 시스템의 조명 시스템은 현재의 광학 시계의 각각의 다수의 부분 영역에 대해 상이한 시간에 펄스 조명을 방사하고, 적어도 하나의 센서를 갖는 탐지 시스템은 실제 광학 시계의 적어도 하나의 부분 영역의 조명의 반사를 탐지한다. 각각의 탐지 부분 영역은 조명된 부분 영역과 중첩하여, 탐지된 부분 영역과 조명된 각각의 부분 영역의 중첩은 레이저 레이더(LADAR)-화소를 한정하고, 상기 화소의 해상도는 탐지된 부분 영역들의 해상도보다 양호하다.
간행물 20140085622 A1호는 타깃 물체를 조명하기 위한 조명 소스, 타깃 물체로부터 수신된 광을 다양한 색으로 스펙트럼 분리하는 분산 소자 및 광 검출 및 범위 결정을 위한 초점면 어레이 형태의 이미지 센서를 포함하는 3차원 하이퍼 스펙트럼 이미징의 시스템을 기술한다. 이 경우, 초점면 어레이의 평면에서 공간 방향의 타깃 물체에 대한 공간 정보, 초점면 어레이의 평면에서 이에 대한 수직 공간 방향에 관한 스펙트럼 정보 및, 적어도 2개의 파장에 대해 비행 시간 측정법에 의한 거리 정보가 얻어지고, 이로써 타깃 물체가 3차원으로 촬상되고, 적어도 하나의 3D-점에 관한 스펙트럼 정보가 얻어진다.
공개된 시스템은 하기 단점들을 갖는다:
- 복수의 개별 센서의 설치가 필요하다,
- 센서의 넓은 공간적 치수는 은폐된 설치를 허용하지 않는다,
- 기계적 편향 장치는 비 신뢰적이다,
- 개별 센서들의 동기화를 위해 복잡한 과정이 필요하다,
- 중앙 데이터 수집 및 광 생성이 없기 때문에, 데이터 융합은 복잡하고 오류가 발생하기 쉽다,
- 개별 센서들은 작은 시계를 가지며, 더 큰 시계는 지금까지 기계식 편향 장치를 이용해서만 가능하다,
- 시스템이 고가이다,
- 플래시 라이다는 더 작은 도달 거리를 갖는다, 그리고
- 플래시 라이다의 경우 주변에 있는 사람들의 눈의 안전을 확신할 수 없다.
본 발명의 과제는, 물체들, 특히 차량 주변의 물체들을 탐지하기 위한 간단하고 안정적인 방법 및 해당하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 방법, 청구항 제 6 항의 특징들을 포함하는 상응하는 장치 및 청구항 제 12 항의 특징들을 포함하는 방법과 장치의 이용에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.
미리 결정된 대역폭과 파장 분포, 펄스 지속 기간 및 반복 주파수를 갖는 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 본 발명에 따른 방법은 하기 단계들을 포함한다:
- 광대역 레이저 펄스를 방사하는 단계,
- 광대역 레이저 펄스의 상이한 파장이 상이한 각도로 나뉘도록, 광대역 레이저 펄스에 각도 분산을 적용함으로써 각각의 광대역 레이저 펄스로부터 부채형 펄스를 생성하는 단계,
- 부채형 펄스 내에 배치된 물체에서 반사되는 부채형 펄스의 반사된 부분 섹션을 검출하는 단계,
- 부채형 펄스의 반사된 부분 섹션에 존재하는 파장, 즉 부분 섹션의 반사된 대역폭을 결정하는 단계,
- 비행 시간법을 이용해서 분산 소자로부터 물체까지의 부채형 펄스의 통과 시간 결정하는 단계 및,
- 부채형 펄스의 통과 시간 및 부채형 펄스의 반사된 부분 섹션의 파장 범위, 즉 반사된 대역폭에 따라 물체의 거리와 폭을 결정하는 단계.
바람직하게 광대역 레이저 펄스의 파장은 400 nm 내지 4 ㎛이다. 이 경우 사용된 파장 범위는 일반적으로 상기 범위의 부분을 포함하고, 사용된 광소스에 의존한다. 다시 말해서, 레이저 펄스의 대역폭은 상기 범위 이내이다.
더 바람직하게 부채형 펄스의 조명된 각도는 0.1°내지 180°이다. 이 경우에도 주변의 조명을 위해 실제로 이용되는 각도는 실제 이용 및 사용된 광에 의존한다.
더 바람직하게는 각도 분산에 의해 생성된 공간 편향의 각도에 대해 부채형 펄스에 존재하는 파장의 검정이 이루어지므로, 부채형 펄스의 파장에 대해 각도의 명확한 할당이 보장된다.
바람직하게는 반사된 부분 섹션의 파장 범위는 반사된 부분 섹션의 스펙트럼 경계에 의해 결정된다. 다시 말해서, 반사된 부분 섹션의 대역폭이 결정된다.
전술한 방법을 수행하도록 설정 및 설계되며, 미리 정해진 대역폭, 파장 분포, 펄스 지속 기간 및 반복 주파수를 갖는 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체를 탐지하기 위한 본 발명에 따른 장치는,
- 광대역 레이저 펄스를 생성하기 위한 라이다 시스템,
- 부채형 펄스를 생성하기 위해 레이저 펄스에 각도 분산을 적용하기 위한 적어도 하나의 분산 수단,
- 부채형 펄스의 반사된 부분 섹션에 존재하는 파장, 즉 반사된 부분 섹션의 대역폭을 결정하기 위한 스펙트럼 검출기,
- 분산 수단과 물체 사이의 부채형 펄스의 통과 시간을 결정하기 위한 수단 및,
- 부채형 펄스의 반사된 부분 섹션의 파장 범위와 통과 시간으로부터 분산 수단에 대해서 물체의 거리와 폭을 결정하기 위한 수단을 포함한다.
바람직하게는 분산 수단은 분산 소자에 의해 형성된다. 분산 소자로서 프리즘, 그리드 또는 이와 같은 것이 고려될 수 있다.
더 바람직하게는 스펙트럼 검출기는 분광계 또는 멀티 스펙트럼 카메라에 의해 형성되며, 상기 목록은 제한적으로 이해되어서는 안 된다. 다른 적합한 스펙트럼 검출기도 사용될 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 장치는 광대역 레이저 펄스를 상응하는 복수의 레이저 펄스들로 분할하는 복수의 스플리터 포함한다. 따라서, 스플리터에 의해 단일 레이저 펄스는 원래의 입력 펄스의 동일한 광대역 특성을 가지며 대응하는 광학 파이버를 통해 안내되는 상응하는 복수의 레이저 펄스로 분할된다.
더 바람직하게는, 복수의 분산 수단은 복수의 레이저 펄스로부터 복수의 부채형 펄스를 생성하여, 생성된 부채형 펄스가 상이한 공간 범위들 내의 물체들을 탐지하는데 사용될 수 있다. 다시 말해서, 다양한 공간각으로 방사하는 다수의 부채형 펄스가 생성된다.
바람직하게는 광학 파이버를 통해 분산 수단으로 레이저 펄스의 안내가 이루어진다. 다시 말해서, 라이다 시스템에 의해 생성된 광대역 레이저 펄스는 광학 파이버에 의해 스플리터 및 후속하는 분산 수단에 공급되고, 이는 광 안내를 안정하게 만든다.
전술한 장치 및 방법의 본 발명에 따른 이용은 차량에서 차량 주변의 물체들을 결정하기 위해 이루어진다.
여기에 설명된 방법과 장치는 짧은 레이저 펄스를 방사하는 미리 정해진 대역폭의 광대역 레이저 소스의 사용에 기반한다. 이를 위해 예를 들어, 모드 결합된 레이저 시스템, 파이버 레이저 및/또는 충분한 대역폭의 가간섭성 복사의 다른 소스가 사용될 수 있다. 이러한 광대역 레이저 펄스는 유리 파이버 및 광학 스플리터에 의해 복수의 이미터로 분할된다. 개별 유리 파이버 각각은 가간섭성 광대역 복사를 방사하는 센서 이미터이다. 각 파이버 단부에는 프리즘과 같은 분산 광학 소자 또는 분산 수단이 있지만, 이것은 그리드, 벌크 재료 등과 같은 다른 분산 소자로 대체될 수 있다. 파이버 단부 또는 파이버 단부 상에 장착된 광학 테이퍼(taper)에 광학 그리드를 직접 적용하는 것도 고려할 수 있다. 분산 소자에 의해, 부채형 펄스로 광 펄스의 공간적 확장을 유발하는, 각도 처프(angular chirp)라고도 하는 펄스에 각도 분산이 적용된다.
광대역 빔의 상이한 파장은 상이한 각도로 편향된다. 이 경우 공간 편향의 각도는 사용되는 분산 재료의 굴절률, 레이저의 파장 및 펄스의 대역폭에 의해 정해진다. 상기 빔의 발산은 필요 시 이미징 광학 수단에 의해 증가할 수 있고, 그에 따라 조정될 수 있다. 따라서 각각의 파장에 특정 공간각이 할당될 수 있고, 상기 각도로 대역폭의 스펙트럼 성분이 전파된다.
편향각에 대해 파장의 검정 및 설치 위치에 관한 정보에 의해 이미터의 시계가 결정될 수 있다. 발산 빔의 일부가 장애물에 부딪힐 때, 하나의 스펙트럼 성분만이 각도 분산에 의해 반사된다. 반사된 대역폭을 나타내는 반사된 스펙트럼 성분은 분광계 또는 검출기로서 멀티 스펙트럼 카메라를 사용하여 결정될 수 있다.
모든 라이다에서처럼, 이미터, 즉 분산 소자와 검출기 사이의 통과 시간 측정은, 물체와 이미터 사이의 거리 측정을 가능하게 하고, 이는 여기에서 x 좌표라고 한다. 물체의 크기 및 x 좌표에 따라 반사 스펙트럼 성분의 대역폭은 달라진다. 예를 들어 극단적인 경우에 물체는 모든 스펙트럼 성분에 의해 조사되기 때문에, 물체의 크기가 정해진 경우, 근접한 물체들은 방사된 복사의 큰 대역폭을 야기한다. 이와 반대로 동일한 크기의 원거리 물체들은 협대역 반사 신호를 야기한다. 반사된 스펙트럼이 측정되고 x 좌표가 알려지면, y 좌표, 즉 물체의 공간적 치수는 검출된 신호의 두 개의 스펙트럼 경계에 의해 측정될 수 있다. 측정 원리는 극좌표 표시와 유사하므로, 물체는 x 및 y에서 명확하게 특징될 수 있다.
따라서 여러 이미터의 조합과 차량에서 이용에 의해 자동차의 주변 전체가 검출될 수 있다. 예를 들어 윈드실드 후방에, A, B 및 C 칼럼에 또는 헤드라이트에 은폐된 설치를 가능하게 하는 유리 파이버 기반 이미터의 작은 크기가 바람직하다. 개별 이미터의 동기화도 문제가 되지 않는다. 이것들은 차례로 트리거될 수 있으므로 차량 주변의 여러 평면에서 360°로 시간 지연 방식으로 주변이 탐지될 수 있다.
개별 이미터들 사이의 시간 지연은 예를 들어 파이버 내의 상이한 광 통과 시간에 의해 또는 광 지연 경로의 통합에 의해 실현될 수 있다.
스펙트럼 분해 검출기를 이용한 검출은 예를 들어 통상적인 분광계에 의해 수행될 수 있다. 탐지를 위한 멀티 스펙트럼 카메라의 통합도 가능하다. 이것은 또한 주변의 이미징 탐지도 가능하게 할 것이다.
본 발명에 따른 방법 또는 장치 및 차량에서 이들의 이용의 실질적인 장점들은 다음과 같다:
- 중앙 광소스와 중앙 탐지 유닛으로 작동되고,
- 이미터들은 공간적으로 분산 배치되고, 간단하고 저렴하며, 작은 공간적 크기를 갖고, 유리 파이버, 테이퍼 및 분산 소자와 같은 대량 생산 부품들로 제조될 수 있고,
- 센서들의 복잡한 개별 검정을 필요로 하지 않고, 검출기 측에 있는 하나의 유닛에서 중앙에서 검정이 이루어지고, 상기 검출기는 복수의 이미터를 탐지할 수 있고,
- 이미터 측으로부터 위치만 공개되면 되고, 시계 즉, 부채형 펄스의 방사각은, 제조 시 한 번 결정되고,
- 광 펄스들은 또한 동기화에 이용될 수 있고, 즉 예를 들어 모드 결합된, 광대역의, Q-스위치된 또는 캐비티 덤핑 펄스 레이저와 같은, 복사 소스로서 안정한 반복률을 갖는 레이저 펄스의 사용 시, 이들 광 펄스는 동기화를 위한 클록으로서 사용될 수 있고, 이를 위해 예를 들어, 유리 파이버로부터 광의 일부는 커플링 아웃되고 포토다이오드에 의해 트리거 신호로서 타임 스탬핑(time stamping)에 사용되므로, 레이저 시스템은 전체 센서를 위한 "클럭(clock)"으로서 사용될 수 있고,
- 지금까지 어떤 라이다에서도 불가능했던, 시스템의 소자들이 은폐되어 설치될 수 있고,
- 전체 빔 편향은 고체에 기반하므로, 이동 가능한 부분들이 없고,
- 레이더(Radar), 라이다(Lidar), 카메라와 같은 여러 센서 유형의 데이터 전송을 위한 하나의 라인이 사용될 수 있고,
- 펄스 레이저는 비행 시간 측정법을 이용해서 x 좌표를 결정하는 간단한 방법을 제공하고,
- 전체 장치가 저렴하고,
- 대량 생산 시 이용 가능한 기본적인 기술이 사용되고,
- 구조가 간단하고,
- 개별 센서들의 수가 감소하고,
- 검정이 간단하고,
- 개별 이미터의 동기화도 간단하고,
- 복사 소스를 여러 센서 유형의 동기화에 이용하는 것이 가능하고,
- 유리 파이버 라인들은 여러 검출기 유형의 신호 전송에 이용될 수 있으며,
- 차량 내에 은폐된 설치가 가능하다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 예를 들어 정체 안내, 고속도로 안내, 자동 또는 자율 주행과 같이 요구하는 바가 많은 운전자 보조 시스템을 포함하는 모든 차량에 구현될 수 있다. 이는 상용차 및 트럭에도 적용된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 계속해서 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 차량의 라이다-방사 시스템을 도시한 개략도.
도 2는 라이다-방사 시스템에 의해 조명된 물체의 폭의 검출을 도시한 개략도.
도 1에 도시된 차량용 라이다-방사 시스템(1)은 광대역 광펄스를 방사하는 레이저(2)를 포함한다. 이 경우 광대역 레이저 펄스는 λ1 내지 λ2의 미리 정해진 파장 범위를 갖고, 이 경우 λ1> λ2가 적용된다. 따라서 예를 들어, 방사된 광 펄스가 백색광이라는 것이 전제되면, λ1은 적색 영역에 있을 것이고, λ2는 청색 영역에 있을 것이다.
자동차 이용예에서, 광대역 광 펄스는 오히려 차량 주변의 관련된 도로 사용자를 성가시게 하고 및/또는 눈부심을 유발하는 적외선 범위의 광 펄스이다. 방사 레이저(2)의 광대역 펄스는 복수의 광학 스플리터(4)에 제공되어, 복수의 방사 광학 소스가 제공된다. 도 1의 이러한 예에서 3개의 스플리터(4)가 도시되고, 이는 4개의 소스로 광학 가간섭성 레이저 펄스를 안내하고, 이 경우 광학 파이버(3)를 통한 각각의 레이저 펄스의 공급 및 전달이 이루어진다. 방사 스플리터(4)의 광학 레이저 펄스는 각각 광학 파이버(3)를 통해, 예를 들어 프리즘에 의해 도 1에 형성된 관련 광학 분산 소자(5)로 안내된다. 이 경우 프리즘(5)은 사용된 재료에 따라 광학적 가시 영역 및 적외선 영역 모두에서 사용될 수 있다.
광학 분산 소자(5)는 각각의 광대역 레이저 펄스의 스펙트럼 분할을 야기하여, 각각의 분산 소자(5)의 출력부에서 스펙트럼 분할된 부채형 펄스(6)를 형성하고, 상기 펄스는 분산 소자(5)에 따라 미리 정해진 각도(7)에 걸쳐 연장된다. 이러한 스펙트럼 분할된 부채형 펄스(6)는 공간 처프(spatial chirp) 및 각도 처프(angular chirp)라고 하고, 드물게는 공간 처프라고 한다. 이 경우, 광대역 레이저 펄스에 관련된 파장은 부채형 펄스(6)의 각도(7)에 걸쳐 분포되고, 즉, 주파수 또는 파장이 부채형 펄스(6)의 각도(7)의 범위에 걸쳐 변하는 것을 의미한다. 백색광의 경우, 부채형 펄스(6)의 파장은 각도(7)에 걸쳐 적색에서부터 청색까지 변할 것이다. 다시 말해서, 레이저 펄스의 대역폭은 각도(7)에 걸쳐 공간적으로 분할된다.
도 2는 라이다 방사 시스템(1)에 의해 조명되는 물체(8), 예를 들어 장애물의 폭의 검출을 도시하며, 상기 라이다 시스템(1)은 여기에서 간단하게 도시되고, 레이저(2), 광대역 레이저 펄스를 전달하는 파이버(3) 및 분산 소자(5)를 포함하고, 상기 분산 소자는 프리즘에 의해 구현되며, 레이저 펄스는 파이버(3)에 의해 상기 프리즘에 안내된다. 프리즘은 프리즘에 의해 규정된 각도(7)에 걸쳐 부채형 펄스(6)로 광대역 레이저 펄스의 스펙트럼 분할을 야기하고, 이 경우 도 2에 도 1에서처럼 파장 범위 λ1 내지 λ2에 의해 부채형 펄스(6)에 대한 스펙트럼 분포가 표시된다.
다시 말해서, 광대역 레이저 펄스는 프리즘에 의해 각도(7)에 걸쳐 분산되며, 이로써 부채형 펄스(6)의 평면에서 레이저 펄스의 상이한 파장이 분리된다.
부채형 펄스(6)의 빔 경로에, 폭(9)을 갖는 물체(8)가 배치된다. 물체(8)는 이제 부채형 펄스(6)의 부분 섹션(10)에 의해 부분 섹션(10)의 상이한 파장으로 폭 (9)에 걸쳐 조사되고, 이 경우 부분 섹션(10)은 파장 분포(Δλ)를 가지며, 다시 말해서 부채형 펄스(6)의 파장 분포(λ1 내지 λ2)의 부분을 형성한다. 물체(8)는 그 폭(9)으로 인해 발광 필드(6)의 부분 섹션(10)을 반사하고, 반사된 파장 범위(Δλ)를 갖는 반사된 부분 섹션(11)을 생성하며, 상기 부분 섹션은 분광계(12)에 공급된다. 이 경우, 분광계(12)는 적어도 하나의 그리드(13) 및 광학 센서(14), 예를 들어 CCD 센서를 포함한다. 물체(8)로부터 분광계(12) 내로 반사되며 반사된 파장 범위(Δλ)를 갖는 부분 섹션(11)은 관련된 파장 범위에 따라 그리드(13)에 의해 CCD 센서(14)에 이미지화되고, 반사에 관련된 파장 범위(Δλ)에 따라 폭(15)의 이미지가 생성된다. CCD 센서에 의해 측정된 폭(15)은 반사된 부분 섹션(11)의 파장 범위(Δλ)에 상응하고, 따라서 물체(8)의 폭(9)에 대한 직접적인 척도이다.
물체(8)의 실제 폭(8)을 결정할 수 있기 위해, 반사된 부분 섹션(11)의 측정된 파장 분포(Δλ)에 추가하여, 펄스 이미터로부터, 즉 분산 소자(5)로부터 물체(8)의 거리(16)가 공개되어야 한다. 펄스 레이저(2)가 사용되기 때문에, 펄스 길이와 반복 주파수가 공개되므로, 비행 시간 측정법에 의해 거리(16)는 하기식으로 표현되고,
Δx = c · Δt,
상기 식에서 Δt은 분산 소자(5)와 물체(8) 사이의 부채형 펄스(6)의 측정된 통과 시간이고, c는 광속이다. 물체(6)의 폭은 반사된 부분 섹션(11)의 측정된 파장 범위(Δλ)와 거리(Δx)에 따라 얻어지며, 다음과 같이 표현될 수 있다:
Δy = f (Δλ, Δt).
반경 및 각도를 갖는 극좌표 시스템과 유사하게, 도면부호(16)를 갖는 거리 (Δx)는 반경에 해당하고, 파장 범위(Δλ)는 각도에 해당한다. 이러한 방식으로, 물체(8)는 차량(도시되지 않음)의 주변에서 그것의 폭(9) 및 그것의 거리(16)에 의해 완전하게 설명될 수 있다.
1 라이다 방사 시스템
1 레이저
3 광학 파이버
4 스플리터
5 분산 소자
6 부재형 펄스
7 각도
8 물체
9 물체의 폭
10 부분 섹션
11 반사된 부분 섹션
12 분광계
13 그리드
14 CCD
15 이미지 폭
16 거리
A1 파장
A2 파장

Claims (12)

  1. 미리 결정된 대역폭과 파장 분포, 펄스 지속 기간 및 반복 주파수를 갖는 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체(8)를 탐지하기 위한 방법으로서,
    광대역 레이저 펄스를 방사하는 단계,
    광대역 레이저 펄스의 상이한 파장이 상이한 각도로 나뉘도록, 분산 소자(5)에 의해 광대역 레이저 펄스에 각도 분산을 적용함으로써 각각의 광대역 레이저 펄스로부터 미리 정해진 각도(7)를 조명하는 부채형 펄스(6)를 생성하는 단계,
    상기 부채형 펄스(6) 내에 배치된 물체(8)에서 반사되는 상기 부채형 펄스(6)의 반사된 부분 섹션(11)을 검출하는 단계,
    상기 부채형 펄스(6)의 상기 반사된 부분 섹션(11)에 존재하는 파장을 결정하는 단계,
    비행 시간법을 이용해서 상기 분산 소자(5)로부터 상기 물체(8)까지의 상기 부채형 펄스(6)의 통과 시간을 결정하는 단계, 및
    상기 부채형 펄스(6)의 통과 시간 및 상기 부채형 펄스(6)의 상기 반사된 부분 섹션(11)의 파장 범위에 따라 상기 물체(8)의 거리와 폭을 결정하는 단계
    를 포함하는 물체(8)를 탐지하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 광대역 레이저 펄스의 파장은 400nm 내지 4㎛인 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 부채형 펄스의 조명된 각도(7)는 0.1°내지 180°인 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 부채형 펄스(6)에 존재하는 각각의 파장이 상기 각도 분산에 의해 생성된 공간 편향의 각도에 할당되는 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반사된 부분 섹션(11)의 파장 범위는 상기 반사된 부분 섹션(11)의 스펙트럼 경계에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 수행하도록 설정 및 설계되며, 미리 결정된 파장 분포, 펄스 지속 기간 및 반복 주파수를 갖는 광대역 레이저 펄스를 이용해서 물체(8)를 탐지하기 위한 장치로서,
    광대역 레이저 펄스를 생성하는 라이다(LIDAR) 시스템(1),
    부채형 펄스(6)를 생성하기 위해 상기 레이저 펄스에 각도 분산을 적용하기 위한 적어도 하나의 분산 수단,
    상기 부채형 펄스(6)의 반사된 부분 섹션(11)에 존재하는 파장을 결정하기 위한 스펙트럼 검출기,
    상기 적어도 하나의 분산 수단과 물체(8) 사이의 부채형 펄스의 통과 시간을 결정하기 위한 수단, 및
    상기 부채형 펄스(6)의 상기 반사된 부분 섹션(11)의 파장 범위와 통과 시간으로부터 상기 적어도 하나의 분산 수단에 대해서 물체의 거리와 폭을 결정하기 위한 수단
    을 포함하는 것인 물체(8)를 탐지하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 분산 수단은 분산 소자(5)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 스펙트럼 검출기는 분광계(12) 또는 멀티 스펙트럼 카메라에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 장치는 복수의 스플리터(4)를 포함하고, 상기 스플리터는 레이저 펄스를 상응하는 레이저 펄스로 분할하는 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 복수의 분산 수단이 복수의 레이저 펄스로부터 복수의 부채형 펄스를 생성하여, 생성된 부채형 펄스는 상이한 공간 범위들 내의 물체들을 탐지하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 레이저 펄스는 광학 파이버(3)를 통해 상기 분산 수단으로 안내되는 것을 특징으로 하는 물체(8)를 탐지하기 위한 장치.
  12. 제 6 항에 따른 장치가 이용되는, 차량 주변의 물체들을 결정하기 위한 차량.
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