KR102386394B1 - 라이다 스캐닝 장치 - Google Patents

라이다 스캐닝 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102386394B1
KR102386394B1 KR1020200154880A KR20200154880A KR102386394B1 KR 102386394 B1 KR102386394 B1 KR 102386394B1 KR 1020200154880 A KR1020200154880 A KR 1020200154880A KR 20200154880 A KR20200154880 A KR 20200154880A KR 102386394 B1 KR102386394 B1 KR 102386394B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
distance
transmitter
receiver
scanner
Prior art date
Application number
KR1020200154880A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200135246A (ko
Inventor
정지성
장준환
김동규
황성의
김신영
Original Assignee
주식회사 에스오에스랩
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020180036891A external-priority patent/KR102182719B1/ko
Application filed by 주식회사 에스오에스랩 filed Critical 주식회사 에스오에스랩
Priority to KR1020200154880A priority Critical patent/KR102386394B1/ko
Publication of KR20200135246A publication Critical patent/KR20200135246A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102386394B1 publication Critical patent/KR102386394B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

레이저빔을 이용하여, 대상체와의 거리를 획득하기 위한 라이다 스캐닝 장치로서, 레이저빔을 출력하는 송신부, 상기 송신부로부터 출력된 레이저빔이 상기 대상체로부터 반사된 경우 반사된 레이저빔을 감지하는 수신부 및 상기 레이저빔을 출력한 후 소정의 송출 간격 후에 다음 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하며, 상기 레이저빔을 이용하여 상기 대상체와의 거리를 획득하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 레이저 빔이 제1 대상체로부터 반사되어 상기 수신부에서 감지된 경우, 상기 제1 레이저빔을 출력한 후 제1 송출 간격 후에 제2 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하며, 제3 레이저 빔이 제2 대상체로부터 반사되어 상기 수신부에서 감지된 경우, 제3 레이저빔을 출력한 후 제2 송출 간격 후에 제4 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하며, 제5 레이저 빔이 상기 수신부에서 감지되지 않은 경우, 제5 레이저빔을 출력한 후 제3 송출 간격 후에 제6 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하되, 상기 제3 송출 간격은 기 설정 된 송출 간격이고, 상기 제어부는 상기 제1 레이저 빔이 상기 송신부에서 출력된 제1 기준 시점과 상기 제1 레이저 빔이 상기 수신부에서 획득된 제1 검출 시점을 기초로 제1 거리를 획득하며, 상기 제3 레이저 빔이 상기 송신부에서 출력된 제2 기준 시점과 상기 제3 레이저 빔이 상기 수신부에서 획득된 제2 검출 시점을 기초로 제2 거리를 획득하되, 상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 멀고, 상기 제1 송출 간격은 상기 제3 송출간격보다 작되, 상기 제2 송출 간격보다 긴 라이다 스캐닝 장치가 개시된다.

Description

라이다 스캐닝 장치 {Lidar scanning device}
본 발명은 라이다 스캐닝 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대상체와의 거리에 따라 송출되는 레이저빔을 조절하여 거리 정밀도와 측정 해상도를 향상시킬 수 있는 라이다 스캐닝 장치에 관한 것이다.
레이저(Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation, LASER)는 빛의 유도방출(stimulated emission)을 일으켜 증폭해서 레이저 광을 조사한다.
라이다(Light Detection and Ranging, LiDAR)는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 기술로써, 3차원 GIS(Geographic Information System) 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어 건설, 국방 등의 분야에 응용되고 있다.
최근에는 자율주행 자동차, 이동 로봇, 드론 등에 적용되면서 핵심 기술로 주목을 받고 있다. 자동차에 적용되는 경우, 라이다는 주행중인 차량이 앞차와의 충돌을 피하거나 또는 충격을 최소화할 수 있도록 차간거리를 실시간으로 측정하여 경고 또는 차량 자동제어를 수행할 수 있다.
한편, 라이다 장치에서 대상체와의 거리를 측정하는 방법으로는, 레이저빔이 발사된 기준 시점과 대상체에서 반사되어 되돌아온 레이저빔의 검출시점 사이의 시간차를 측정하여 거리를 측정하는 비행시간 거리측정법(TOF, Time-of-Flight)과, 측정 대상물에서 반사된 레이저빔의 영상 신호로부터 삼각 측정 계산을 수행하여 거리를 산출하는 삼각측량법이 있다.
도 1은 종래의 일반적인 라이다 스캐닝 장치에 의한 라이다 스캐닝 과정이 도시된 도면이다. 도 1의 라이다 스캐닝 장치는 비행시간 거리측정법을 수행하는 장치로서, 최대 측정 거리 성능에 따라 송출되는 펄스 레이저빔의 반복도에 제한이 있다. 여기서 반복도(repeatability)란, 단위 시간당 송출할 수 있는 펄스 레이저빔의 회수로서 주파수와 유사한 개념이다.
라이다 스캐닝 장치에서 송출된 펄스 레이저빔이 대상체에서 반사되어 수신된 후에, 다음의 펄스 레이저빔을 송출할 수 있다. 예를 들어, 이상적인 상황에서 대상체와의 거리가 300m일 경우, 펄스 레이저빔의 반복도는 500kHz(2μs)로 제한된다. 즉, 펄스 레이저빔을 송출한 후, 2μs 후에 다음 펄스 레이저빔을 송출할 수 있다.
이러한 반복도 제한은 최대 측정 거리를 기반으로 설정되며, 일반적으로 거리에 관계없이 일정하게 적용된다. 즉, 대상체(차량)와의 거리가 300m인 경우에 반복도는 500kHz, 대상체(사람)과의 거리가 100m인 경우에도 반복도는 500kHz이다. 그 결과, 거리에 상관없이 단위 면적당 일정 개수의 측정점(예를 들어, 초당 5×105개의 측정점)을 얻게 된다. 최대 측정 속도(frame rate)가 정해지고 수직, 수평 측정 속도가 설정되면 이에 따라 측정 해상도가 결정되게 된다. 이는 최대 측정 거리 이내의 대상체에 대한 거리 정밀도와 측정 해상도를 제한하게 된다. 도 1에서는 300m 거리에 있는 차량에 대한 측정점의 개수가 n개, 100m 거리에 있는 사람에 대한 측정점의 개수가 m개인 것이 예시되어 있다.
1. 대한민국 특허 등록번호 제10-1296780호 2. 대한민국 특허 등록번호 제10-1491289호
본 발명은 대상체와의 거리에 따라 송출되는 레이저빔을 조절하여 거리 정밀도와 측정 해상도를 향상시킬 수 있는 라이다 스캐닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는,
레이저빔을 송출하는 송신부; 상기 송신부에서 송출된 레이저빔이 대상체에 의해 반사된 레이저빔을 수신하는 수신부; 및, 상기 수신부에서 수신된 레이저빔을 이용해서 대상체와의 거리 정보를 산출하고, 산출된 거리 정보에 따라 상기 송신부에서 송출되는 레이저빔의 반복도를 조절하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 수신부에서 수신된 레이저빔을 이용해서 대상체와의 거리 정보를 산출하는 거리 산출모듈과, 상기 거리 산출모듈에서 산출된 거리 정보에 따라 상기 송신부에서 송출되는 레이저빔의 반복도를 조절하는 송신부 제어모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 송신부 제어모듈은, 상기 거리 산출모듈에서 산출된 대상체와의 거리 정보에 따라 상기 송신부에서 송출되는 레이저빔의 반복도를 조절하는 반복도 조절부와, 상기 거리 산출모듈에서 산출된 대상체와의 거리 정보에 따라 상기 송신부에서 송출되는 레이저빔의 출력 파워를 조절하는 파워 조절부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 반복도 조절부는, 대상체와의 거리가 가까워지면 상기 레이저빔의 반복도를 증가시키고, 대상체와의 거리가 멀어지면 상기 레이저빔의 반복도를 감소시킨다. 또한 대상체가 측정되지 않는 경우 기본 설정된 반복도로 변경되어 최대 측정 거리 성능을 확보한다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 파워 조절부는, 상기 반복도 조절부)에서 송출되는 레이저빔의 반복도 정보를 전달받아서 레이저 안전등급을 산출하고, 산출된 레이저 안전등급에 따라 상기 송신부에서 송출되는 레이저빔의 출력 파워를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 송신부에서 송출된 레이저빔을 일정한 각도 범위로 확장시키는 스캐너를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 스캐너는, 반사 미러 또는 일정한 각도 범위에서 반복 구동하는 액츄에이터 기반 미러 스캐너일 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는, 상기 송신부와 상기 수신부와 상기 스캐너와 동기화되어 여러 대상체에 대한 거리 정보를 구분하는 동기화부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 동기화부는, 상기 송신부에서 레이저빔을 송신하는 시간과 상기 수신부에서 레이저 빔을 수신하는 시간을 동기화하고, 동 시간에서의 상기 스캐너의 회전 정보(회전 방향, 각도)를 이용하여 여러 대상체에 대한 거리 정보를 특정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 제어부는, 산출된 거리 정보에 따라 상기 스캐너의 스캔 속도를 조절하는 스캐너 제어모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 스캐너는 상기 서로 다른 속도로 회전하는 복수개의 스캐너로 구비되며, 상기 복수개의 스캐너는 산출된 거리 정보에 따라 스캔 속도가 할당될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 산출된 거리 정보에 따라 측정에 사용될 스캐너를 선택적으로 온/오프시키는 스캐너 제어모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 산출된 거리 정보에 따라 측정에 사용될 스캐너의 위치를 제어하는 스캐너 제어모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 제어부는, 산출된 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 측정에 사용될 스캐너로 레이저빔이 송출되도록 제어할 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 대상체와의 거리에 따라 송출되는 레이저빔의 반복도와 스캔 속도를 조절하여 거리 정밀도와 측정 해상도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 라이다 스캐닝 장치에 의한 라이다 스캐닝 과정이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 응용예가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 라이다 스캐닝 장치에 의한 라이다 스캐닝 과정이 예시된 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는, 송신부(100), 수신부(200), 제어부(300)를 포함한다.
송신부(100)는 최대 측정 거리를 기반으로 기설정된 반복도를 갖는 펄스 레이저빔을 송출한다. 예를 들어, 최대 측정 거리가 300m일 경우, 송신부(100)는 500kHz(2μs)의 반복도로 펄스 레이저빔을 송출한다. 그러나, 본 발명에서 반복도는 고정되는 것이 아니라, 대상체와의 거리에 따라 제어부(300)에 의해 반복도가 조절된다. 송신부(100)는 단일의 레이저 다이오드 또는 복수의 레이저 다이오드로 구성될 수 있다.
수신부(200)는 송신부(100)에서 송출된 레이저빔이 대상체에 의해 반사된 레이저빔을 수신한다.
제어부(300)는 수신부(200)에서 수신된 레이저빔을 이용해서 대상체와의 거리 정보를 산출한다. 또한, 제어부(300)는 산출된 거리 정보에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 반복도를 조절한다. 이를 위해, 제어부(300)는 거리 산출모듈(310)과, 송신부 제어모듈(320)을 포함한다.
거리 산출모듈(310)은 펄스 레이저빔이 발사된 기준 시점과 대상체에서 반사되어 되돌아온 펄스 레이저빔의 검출시점 사이의 시간차를 측정하여 거리를 측정하는 비행시간 거리측정법(TOF, Time-of-Flight)을 수행하여 대상체와의 거리 정보를 산출한다.
송신부 제어모듈(320)은 거리 산출모듈(310)에서 산출된 대상체와의 거리 정보에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 반복도를 조절한다. 또한, 선택에 따라 송신부 제어모듈(320)은 거리 산출모듈(310)에서 산출된 대상체와의 거리 정보에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 출력 파워를 조절할 수도 있다. 이를 위해 송신부 제어모듈(320)은 반복도 조절부(321)와 파워 조절부(322)를 포함한다.
반복도 조절부(321)는 대상체와의 거리가 가까워지면 송출되는 레이저빔의 반복도를 증가시키고, 멀어지면 레이저빔의 반복도를 감소시킨다.
라이다 스캐닝 장치에서 송출된 레이저빔이 대상체에서 반사되어 수신된 후에, 다음의 레이저빔을 송출할 수 있다. 따라서, 대상체와의 거리가 가까워지면 레이저빔의 송출 및 수신까지의 시간이 단축되므로, 펄스 레이저빔의 송출 간격을 줄일 수 있게 된다.
예를 들어, 최대 측정 거리가 300m이고 레이저빔의 반복도가 500kHz(2μs)인 경우, 거리 산출모듈(310)에서 산출된 대상체와의 거리가 100m이면 반복도 조절부(321)는 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 반복도를 1500kHz(2/3μs)로 증가시킨다. 반복도가 1500kHz로 증가되면, 단위 면적당 초당 1.5×106개의 측정점을 얻게 되어, 100m 거리에 존재하는 대상체에 대한 거리 정밀도와 측정 해상도를 향상시킬 수 있게 된다. 상기의 예에서, 대상체가 100m에서 150m로 멀어지게 되면, 레이저빔의 반복도를 1000kHz(1μs)로 감소시키고, 단위 면적당 초당 106개의 측정점을 얻는다. 따라서, 100m의 경우 보다 떨어진 거리 정밀도와 측정 해상도를 갖게 되지만, 종래의 라이다 스캐닝 장치에서 얻는 측정점(예를 들어, 거리에 상관없이 초당 5×105개) 보다 많은 측정점을 얻게 되어 종래보다 거리 정밀도와 측정 해상도를 향상시킬 수 있게 된다. 이때, 반복도를 높이면 같은 거리에서는 측정 반복도 또한 높아지므로 측정값의 평균 데이터를 통해 거리 정밀도를 향상 시킬 수 있고, 또한, 반복도를 높이면 동일 측정 속도 대비 각도 분해능까지 높일 수 있으므로 측정점과 측정점 사이의 거리 변화율이 더 작아져 측정 해상도가 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
상기의 예시에서 기재된 수치들은 예일 뿐, 본 발명의 실질적인 내용을 제한하기 위한 것은 아니다. 또한, 거리에 따라 반복도는 선형적으로 증감할 수도 있고, 비선형적으로 증감할 수도 있다.
거리가 가까워짐에 따라서 송출되는 레이저빔의 반복도가 증가하는 경우, 레이저 안전등급(eye safety)에 영향을 줄 수 있다. 파워 조절부(322)는 반복도 조절부(321)에서 송출되는 레이저빔의 반복도 정보(예를 들어, 주파수)를 전달받아서 레이저 안전등급을 산출하고, 산출된 레이저 안전등급에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 출력 파워를 조절한다.
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치를 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는, 송신부(100), 수신부(200), 제어부(300), 스캐너(400)를 포함한다. 본 실시예에서 송신부(100)와 수신부(200)는 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
스캐너(400)는 반사 미러 또는 일정한 각도 범위에서 반복 구동하는 액츄에이터 기반 미러 스캐너일 수 있다. 송신부(100)에서 송출된 레이저빔은 스캐너(400)에 의해 반사되어 일정한 각도 범위에 존재하는 복수의 대상체를 측정할 수 있다. 복수의 대상체에서 각각 반사된 레이저빔은 수신부(200)에 의해 수신된다.
제어부(300)는 수신부(200)에서 수신된 레이저빔을 이용해서 복수의 대상체와의 거리 정보를 산출한다. 또한, 제어부(300)는 산출된 거리 정보에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 반복도를 조절한다. 이를 위해, 제어부(300)는 거리 산출모듈(310)과, 송신부 제어모듈(320)을 포함한다. 거리 산출모듈(310)과, 송신부 제어모듈(320)은 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
본 실시예에서는 송신부(100)가 단일의 레이저 다이오드로 이루어진 경우에도, 스캐너(400)에 의해 여러 방향의 대상체로 송출되는 레이저빔의 반복도를 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 반복도를 조절할 수 있도록 한다.
이를 위해, 본 실시예에서 송신부 제어모듈(320)은 반복도 조절부(321)와 파워 조절부(322)와 동기화부(323)를 포함한다. 반복도 조절부(321)와 파워 조절부(322)는 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
동기화부(323)는 송신부(100)와 수신부(200), 스캐너(400)와 동기화되어 여러 대상체에 대한 거리 정보를 구분할 수 있다. 동기화부(323)는 송신부(100)에서 레이저빔을 송신하는 시간과 수신부(400)에서 레이저빔을 수신하는 시간을 동기화하고, 동 시간의 스캐너(400)의 회전 정보(회전 방향 또는 회전 각도)를 내부 구동 신호 피드백을 이용하여 여러 대상체에 대한 거리 정보를 특정할 수 있게 된다.
그리고, 동기화부(323)는 각각의 대상체에 대한 거리 정보를 반복도 조절부(321)와 파워 조절부(322)로 제공하여, 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 반복도와 레이저빔의 출력 파워를 조절한다.
이와 같은 본 실시예의 라이다 스캐닝 장치는, 대상체와의 거리에 따라 송출되는 레이저빔의 반복도를 조절하여 거리 정밀도와 측정 해상도를 향상시킬 수 있고, 스캐너(400)를 더 포함하여 측정 범위를 확장시킬 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는, 송신부(100), 수신부(200), 제어부(300), 스캐너(400)를 포함한다. 본 실시예에서 송신부(100), 수신부(200), 스캐너(400)는 전술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
송신부(100)에서 송출된 레이저빔은 스캐너(400)에 의해 반사되어 일정한 각도 범위에 존재하는 복수의 대상체를 측정할 수 있다. 복수의 대상체에서 각각 반사된 레이저빔은 수신부(200)에 의해 수신된다.
제어부(300)는 수신부(200)에서 수신된 레이저빔을 이용해서 복수의 대상체와의 거리 정보를 산출한다. 또한, 제어부(300)는 산출된 거리 정보에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 반복도와 스캐너(400)의 스캔 속도를 조절한다. 이를 위해, 제어부(300)는 거리 산출모듈(310)과, 송신부 제어모듈(320)과, 스캐너 제어모듈(330)을 포함한다. 거리 산출모듈(310)과, 송신부 제어모듈(320)은 전술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
본 실시예에서는 송신부(100)가 단일의 레이저 다이오드로 이루어진 경우에도, 스캐너(400)에 의해 여러 방향의 대상체로 송출되는 레이저빔의 반복도를 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 반복도를 조절함과 동시에, 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 스캐너(400)의 스캔 속도를 조절한다. 여기서, 스캐너(400)의 스캔 속도는 스캐너(400)의 회전 속도일 수 있다.
본 실시예에서 송신부 제어모듈(320)은 반복도 조절부(321)와 파워 조절부(322)와 동기화부(323)를 포함하며, 이들은 전술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
스캐너 제어모듈(330)은 거리 산출모듈(310)에서 산출된 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 스캐너(400)의 스캔 속도를 조절한다. 스캐너 제어모듈(330)은 기설정된 기준과 비교하여 대상체의 거리가 먼 경우, 스캔 속도를 감소시키고, 거리가 가까운 경우, 스캔 속도를 유지하거나 증가시킬 수 있다. 거리 정보에 따라 스캐너 제어모듈(330)이 스캐너(400)의 스캔 속도를 조절하는 동안, 반복도 조절부(321)는 거리 정보에 따라 레이저빔의 반복도를 조절할 수 있다.
스캐너 제어모듈(330)에 의한 스캔 속도(회전 속도) 조절 및 반복도 조절부(321)에 의한 반복도 조절은 아래 [표 1]과 같이 Look-up 테이블 방식으로 할 수 있다.
측정 거리 스캔 속도 반복도
0 ~ L1 Vn Rn
L1 ~ L2 Vn-1 Rn-1
L2 ~ L3 Vn-2 Rn-2
... ... ...
Ln-1 ~ Ln V1 R1
여기서, Ln(L1, L2, L3 ...)은 대상체까지의 측정 거리이고, Vn(V1, V2, V3...)은 대상체까지의 측정 거리에 따라 설정된 스캐너(400)의 스캔 속도이다. 여기서, 0 < V1 < V2 < V3 ... < Vn이고, 0 < R1 < R2 < R3 ... < Rn이다. 즉, 거리가 멀어질수록 스캔 속도 및 반복도는 감소하고, 거리가 가까워질수록 스캔 속도 및 반복도는 증가한다.
송신부(100)에서 송출된 레이저빔은 스캐너(400)에 의해 방사되는 구조이므로, 대상체가 동일한 크기이더라도 거리에 따라 측정점의 개수가 달라진다. 라이다 스캐닝 장치와 가까이 있는 대상체의 측정점 개수가 k개이면, 멀리 있는 대상체의 측정점 개수는 k개보다 적어진다. 경우에 따라 대상체의 크기가 작은 경우 측정 불가한 경우도 발생한다.
그러나, 본 실시예에 의하면, 멀리 있는 대상체를 측정할 때, 스캐너(400)의 스캔 속도가 감소되어 보다 많은 측정점을 획득할 수 있게 된다. 이에 따라 단위 면적당 측정점의 개수가 증가되고 측정점 간의 거리가 감소되어 측정 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 의하면, 스캔 속도 조절과 함께 반복도도 조절될 수 있다. 이에 따라, 라이다 스캐닝 장치의 전체적인 프레임 레이트(Frame Rate)를 유지하면서 근거리 대상체 및 원거리 대상체에 대한 해상도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 스캐너의 기본 회전 속도에 대한 기본 프레임 레이트가 30fps인 경우, 원거리 대상체를 측정할 때는 스캔 속도가 감소되어 프레임 레이트는 30fps 보다 작게 줄어들게 되나, 근거리 대상체를 측정할 때 스캔 속도가 30fps 보다 크게 증가하여, 전체적인 프레임 레이트를 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 응용예가 도시된 도면이다. 도 5에서 스캐너(400 : 410, 420)는 복수개로 구비될 수 있다. 설명의 편의를 위해 2개의 스캐너를 예시하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 복수의 스캐너 각각은 서로 다른 속도로 회전하며, 측정 거리별로 회전 속도가 할당될 수 있다. 예를 들어, 스캐너A(410)는 150m 이내의 근거리 측정용으로 할당되고, 스캐너B(420)는 150m ~ 300m 범위의 원거리 측정용으로 할당될 수 있다. 이 경우, 원거리 측정용인 스캐너B(420)는 근거리 측정용인 스캐너A(410)의 회전 속도보다 작도록 할당될 수 있다.
스캐너 제어모듈(330)은 거리 산출모듈(310)에서 산출된 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 측정에 사용될 스캐너(410, 420)의 구동을 선택적으로 온/오프시킬 수 있다.
또는, 스캐너 제어모듈(330)은 모든 스캐너(410, 420)가 구동하는 상태에서, 대상체와의 거리 정보에 따라 스캐너(410, 420)의 위치를 제어하는 방식일 수 있다. 즉, 상기의 예에서 대상체가 근거리에 있을 경우, 스캐너 제어모듈(330)은 스캐너A(410)가 레이저빔을 스캔하도록 위치 제어하며, 다시 대상체가 원거리에 있을 경우 회전 속도가 작은 스캐너B(420)가 레이저빔을 스캔하도록 위치 제어할 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치를 설명한다. 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는, 송신부(100), 수신부(200), 제어부(300), 스캐너(400)를 포함한다. 본 실시예에서 송신부(100), 수신부(200), 스캐너(400)는 전술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예에서 스캐너(400 : 410, 420)는 복수개로 구비된다. 설명의 편의를 위해 2개의 스캐너를 예시하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 복수의 스캐너 각각은 서로 다른 속도로 회전하며, 측정 거리별로 회전 속도가 할당될 수 있다. 예를 들어, 스캐너A(410)는 150m 이내의 근거리 측정용으로 할당되고, 스캐너B(420)는 150m ~ 300m 범위의 원거리 측정용으로 할당될 수 있다. 이 경우, 원거리 측정용인 스캐너B(420)는 근거리 측정용인 스캐너A(410)의 회전 속도보다 작도록 할당될 수 있다.
제어부(300)는 수신부(200)에서 수신된 레이저빔을 이용해서 복수의 대상체와의 거리 정보를 산출한다. 또한, 제어부(300)는 산출된 거리 정보에 따라 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 반복도와 송출 방향을 조절한다.
이를 위해, 제어부(300)는 거리 산출모듈(310)과, 송신부 제어모듈(320)을 포함한다. 거리 산출모듈(310)은 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다. 송신부 제어모듈(320)은 레이저빔의 반복도와 송출 방향을 조절한다. 이를 위해, 송신부 제어모듈(320)은 반복도 조절부(321)와 파워 조절부(322)와 동기화부(323)와 송출방향 조절부(324)를 포함한다. 반복도 조절부(321)와 파워 조절부(322)와 동기화부(323)는 전술한 제2 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
송출방향 조절부(324)는 거리 산출모듈(310)에서 산출된 각각의 대상체와의 거리 정보에 따라 측정에 사용될 스캐너(410, 420)로 레이저빔이 송출되도록 제어한다. 상기의 예에서 대상체가 근거리에 있을 경우, 송출방향 조절부(324)는 송신부(100)에서 송출되는 레이저빔의 방향이 스캐너A(410) 방향이 되도록 제어하며, 다시 대상체가 원거리에 있을 경우 회전 속도가 작은 스캐너B(420)로 레이저빔이 송출되도록 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 라이다 스캐닝 장치에 의한 라이다 스캐닝 과정이 예시된 도면이다. 도 7을 참조하면, 대상체와의 거리에 따라 펄스 반복도 및 스캐너의 회전 속도가 조절되어 있음을 알 수 있다. 도 1과 대비하면, 최대 측정 거리인 300m에 있는 대상체(차량)에 대한 측정점의 개수는 스캐너의 회전 속도가 감소되어 n개 보다 더 많은 k개의 측정점을 얻을 수 있고, 최대 측정 거리 보다 가까운 100m 거리에 위치한 대상체(사람)에 대한 측정점에 개수는 송신부의 반복도가 조절되어 3배 증가한 3m개의 측정점을 얻을 수 있다. 이에 따라, 종래의 라이다 스캐닝 장치 보다 원거리 및 근거리에 있는 대상체에 대한 거리 정밀도와 측정 해상도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 송신부 200 : 수신부
300 : 제어부 310 : 거리 산출모듈
320 : 송신부 제어모듈 321 : 반복도 조절부
322 : 파워 조절부 323 : 동기화부
324 : 송출방향 조절부 330 : 스캐너 제어모듈
400 : 스캐너

Claims (8)

  1. 레이저빔을 이용하여, 대상체와의 거리를 획득하기 위한 라이다 스캐닝 장치로서,
    레이저빔을 출력하는 송신부;
    상기 송신부로부터 출력된 레이저빔이 상기 대상체로부터 반사된 경우 반사된 레이저빔을 감지하는 수신부; 및
    상기 레이저빔을 출력한 후 소정의 송출 간격 후에 다음 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하며, 상기 레이저빔을 이용하여 상기 대상체와의 거리를 획득하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는
    제1 레이저 빔이 제1 대상체로부터 반사되어 상기 수신부에서 감지된 경우,
    상기 제1 레이저빔을 출력한 후 제1 송출 간격 후에 제2 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하며,
    제3 레이저 빔이 제2 대상체로부터 반사되어 상기 수신부에서 감지된 경우,
    제3 레이저빔을 출력한 후 제2 송출 간격 후에 제4 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하며,
    제5 레이저 빔이 상기 수신부에서 감지되지 않은 경우,
    제5 레이저빔을 출력한 후 기 설정된 송출 간격 후에 제6 레이저빔을 송출하도록 상기 송신부를 제어하되,
    상기 제어부는
    상기 제1 레이저 빔이 상기 송신부에서 출력된 제1 기준 시점과 상기 제1 레이저 빔이 상기 수신부에서 획득된 제1 검출 시점을 기초로 제1 거리를 획득하며,
    상기 제3 레이저 빔이 상기 송신부에서 출력된 제2 기준 시점과 상기 제3 레이저 빔이 상기 수신부에서 획득된 제2 검출 시점을 기초로 제2 거리를 획득하되,
    상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 멀고,
    상기 제1 송출 간격은 상기 기 설정된 송출 간격보다 작되, 상기 제2 송출 간격보다 긴
    라이다 스캐닝 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부에서 감지된 레이저빔을 이용해서 상기 대상체와의 거리 정보를 산출하는 거리 산출 모듈과,
    상기 수신부에서 감지된 레이저빔을 이용해서 상기 송신부에서 출력되는 레이저빔의 송출 간격을 조절하는 송신부 제어모듈을 포함하는
    라이다 스캐닝 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 송신부 제어 모듈은,
    상기 수신부에서 레이저빔이 감지되는 경우, 다음 레이저빔을 출력하도록 상기 송신부를 제어하는 반복도 조절부 및
    상기 거리 산출 모듈에서 산출된 대상체와의 거리 정보에 따라 상기 송신부에서 출력되는 레이저빔의 출력 파워를 조절하는 파워 조절부를 포함하는
    라이다 스캐닝 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 송신부에서 출력된 레이저빔의 스캔 영역을 확장시키는 스캐너를 더 포함하는
    라이다 스캐닝 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 스캐너는 적어도 하나의 반사면을 포함하는 미러 스캐너인
    라이다 스캐닝 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 송신부, 상기 수신부 및 상기 스캐너와 동기화되어 여러 대상체에 대한 거리 정보를 구분하는 동기화부를 더 포함하는
    라이다 스캐닝 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 동기화부는
    상기 송신부에서 레이저빔을 출력하는 시간, 상기 수신부에서 레이저빔을 감지하는 시간 및 상기 스캐너의 회전 정보를 이용하여 여러 대상체에 대한 거리 정보를 특정하는
    라이다 스캐닝 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 스캐너는 서로 다른 속도로 회전하는 복수개의 스캐너로 구비되며,
    상기 동기화부는
    상기 송신부에서 레이저빔을 출력하는 시간, 상기 수신부에서 레이저빔을 감지하는 시간 및 상기 복수개의 스캐너 각각의 회전 정보를 이용하여 여러 대상체에 대한 거리 정보를 특정하는
    라이다 스캐닝 장치.
KR1020200154880A 2018-03-29 2020-11-18 라이다 스캐닝 장치 KR102386394B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200154880A KR102386394B1 (ko) 2018-03-29 2020-11-18 라이다 스캐닝 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180036891A KR102182719B1 (ko) 2018-03-29 2018-03-29 라이다 스캐닝 장치
KR1020200154880A KR102386394B1 (ko) 2018-03-29 2020-11-18 라이다 스캐닝 장치

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180036891A Division KR102182719B1 (ko) 2018-03-29 2018-03-29 라이다 스캐닝 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200135246A KR20200135246A (ko) 2020-12-02
KR102386394B1 true KR102386394B1 (ko) 2022-04-14

Family

ID=81211249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200154880A KR102386394B1 (ko) 2018-03-29 2020-11-18 라이다 스캐닝 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102386394B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102638333B1 (ko) * 2021-11-04 2024-02-20 주식회사 라이드로 라이다 장치
EP4253999A1 (de) * 2022-03-31 2023-10-04 Leuze electronic GmbH + Co. KG Optischer sensor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011017666A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101296780B1 (ko) 2011-02-15 2013-08-14 계명대학교 산학협력단 레이저를 이용한 장애물 감지장치 및 방법.
KR102038533B1 (ko) * 2012-06-14 2019-10-31 한국전자통신연구원 레이저 레이더 시스템 및 목표물 영상 획득 방법
KR101491289B1 (ko) 2013-07-30 2015-02-06 현대자동차주식회사 차량 주변의 장애물 감지 장치 및 그 방법
KR20150095033A (ko) * 2014-02-12 2015-08-20 한국전자통신연구원 레이저 레이더 장치 및 그것의 영상 획득 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011017666A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Nippon Signal Co Ltd:The 光測距装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200135246A (ko) 2020-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102182719B1 (ko) 라이다 스캐닝 장치
KR102386394B1 (ko) 라이다 스캐닝 장치
US9791570B2 (en) Laser radar apparatus and method of acquiring image thereof
CN109884656B (zh) 用于实现扫描视场分区的激光雷达及测距方法
US10859677B2 (en) Laser scanner for motor vehicles
CN109870678B (zh) 激光雷达发射功率及回波增益自动调节方法及调节装置
EP2862001B1 (en) Distance measuring method using dynamic pulse width adaptation
US10132926B2 (en) Range finder, mobile object and range-finding method
US9729233B2 (en) Communication device
US20160061955A1 (en) Optical scanner, object detector, and sensing apparatus
JP4345783B2 (ja) 物体検知装置および方法
JP6531502B2 (ja) 光走査装置、物体検出装置及びセンシング装置
KR20190048135A (ko) 거리 검출 센서 시간 변이 보상 장치 및 방법
CN113433564A (zh) 激光雷达及使用激光雷达测距的方法
CN210199306U (zh) 激光雷达发射功率及回波增益自动调节装置
CN111366942B (zh) 激光雷达系统、用于增加激光雷达感测距离的装置和方法
KR102154712B1 (ko) 차량용 라이다 장치
KR20140135410A (ko) 레이더의 얼라인먼트를 조정하는 방법, 장치 및 시스템
US11921216B2 (en) Electronic apparatus and method for controlling thereof
CN215867094U (zh) 分辨率可配置的激光雷达
CN111983584A (zh) 一种多发单收镜激光雷达的mems振镜扫描控制系统
KR102119480B1 (ko) 라이다 시스템 및 라이다 시스템의 데이터 전송방법
WO2022259594A1 (ja) 測距装置、および測距方法
WO2022107510A1 (ja) 光学的測距装置
CN116457689A (zh) 光学测距装置

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant