KR102417939B1 - Apparatus for measuring Light Detection and Ranging - Google Patents
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Abstract
실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치는, 복수의 빔을 서로 다른 방향으로 방출하는 광 전송부 및 상기 방출된 빔이 대상에 부딪힌 후 반사되어 돌아오는 후방 광을 서로 다른 각도에서 입사하고, 입사된 복수의 후방 광을 이용하여 상기 대상에 대한 정보를 측정하는 광 수신부를 포함하고, 상기 광 전송부는 광을 방출하는 복수개의 광원 및 상기 복수개의 광원에서 방출된 상기 광을 반사하는 반사판을 포함하고, 상기 반사판은 기울기가 가변되도록 배치되는 광파 탐지 및 거리 측정 장치에 관한 것이다.In the light wave detection and distance measurement apparatus according to the embodiment, a light transmission unit emitting a plurality of beams in different directions and a rear light reflected back after the emitted beam collides with a target are incident at different angles, and is incident and a light receiving unit for measuring information about the target using a plurality of back lights, and the light transmitting unit comprising a plurality of light sources emitting light and a reflector for reflecting the light emitted from the plurality of light sources, , The reflector relates to a light wave detection and distance measuring device that is arranged so that the inclination is variable.
Description
실시 예는 광파 탐지 및 거리 측정 장치에 관한 것이다.The embodiment relates to a light wave detection and distance measurement device.
광파 탐지 및 거리(LiDAR: Light Detection and Ranging) 측정 장치는 물체를 향해 빔을 전송하고, 물체에서 부딪혀 반사되어 돌아오는 후방 광을 수신하여 물체의 거리나 위치 같은 정보를 측정, 검사 및 분석하는 장치이다.Light Detection and Ranging (LiDAR) is a device that transmits a beam toward an object and receives the back light that bounces off the object and is reflected back to measure, inspect, and analyze information such as the distance or location of the object. to be.
도 1은 일반적인 광파 탐지 및 거리 측정 장치의 외관(10)을 나타내는 도면이다.1 is a view showing an
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 광파 탐지 및 거리 측정 장치(10)는 복수 개의 광원(미도시)으로부터 방출되는 빔을 모터(미도시)를 이용하여 여러 방향으로 물체를 향해 방출하고, 디텍터(detector)를 이용하여 후방 광을 수신한다.As shown in FIG. 1 , a general light wave detection and
이때, 복수의 빔(12)을 송출하는 부분이 모터에 의해 화살표 방향(20)으로 기구적으로 움직이므로 여러 가지 제약이 수반될 수 있다. 즉, 모터 부분의 기구적인 신뢰성 확보가 쉽지 않고, 모터를 사용함으로 인해 광파 탐지 및 거리 측정 장치(10)의 크기를 줄이는 데 한계가 있다. 게다가, 수직 방향으로의 측정 범위를 확장하기 위해 복수의 광원과 디텍터가 요구된다. 또한, 일반적인 광파 탐지 및 거리 측정 장치의 수광부에 집광 렌즈가 요구되므로 효율이 저하될 수 있고, 물체의 거리 정보만을 획득할 수 밖에 다양한 정보를 획득하는 데 한계를 갖는다.At this time, since the portion for transmitting the plurality of
본 실시예는 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) 미러 어레이(mirror array)를 이용한 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.This embodiment aims to solve the problem of providing a light wave detection and distance measuring device using a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) mirror array.
본 실시 예는, 복수의 빔을 서로 다른 방향으로 방출하는 광 전송부 및 상기 방출된 빔이 대상에 부딪힌 후 반사되어 돌아오는 후방 광을 서로 다른 각도에서 입사하고, 입사된 복수의 후방 광을 이용하여 상기 대상에 대한 정보를 측정하는 광 수신부를 포함하고, 상기 광 전송부는 광을 방출하는 복수개의 광원 및 상기 복수개의 광원에서 방출된 상기 광을 반사하는 반사판을 포함하고, 상기 반사판은 기울기가 가변되도록 배치되는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In this embodiment, a light transmission unit emitting a plurality of beams in different directions and a back light that is reflected and returned after the emitted beam collides with a target is incident at different angles, and the plurality of incident back lights is used to include a light receiving unit for measuring information on the target, and the light transmitting unit includes a plurality of light sources emitting light and a reflecting plate reflecting the light emitted from the plurality of light sources, the reflecting plate having a variable inclination It is intended as a means to solve the problem to provide a light wave detection and distance measuring device that is arranged as much as possible.
또한, 상기 반사판의 기울기는 제1방향을 기준으로 0° 내지 15°로 가변 가능하도록 배치되는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the inclination of the reflector is to provide a light wave detection and distance measuring device arranged to be variable from 0 ° to 15 ° with respect to the first direction as a means of solving the problem.
또한, 상기 복수개의 광원은 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로부터 서로 상이한 각도를 가지고 배치되는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, as a means of solving the problem, the plurality of light sources are disposed at different angles from a second direction intersecting the first direction to provide a light wave detection and distance measurement device.
또한, 상기 제1방향은 지면과 수직 방향인 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, as a means of solving the problem, the first direction is to provide a light wave detection and distance measurement device in a direction perpendicular to the ground.
또한, 상기 복수개의 광원은, 상기 반사판의 제2방향과 제2각도가 되도록 배치되는 제1광원, 상기 반사판의 제2방향과 제3각도가 되도록 배치되는 제2광원 또는 상기 반사판의 제2방향과 제4각도가 되도록 배치되는 제3광원 중 적어도 하나를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the plurality of light sources may include a first light source disposed at a second angle with the second direction of the reflecting plate, a second light source disposed at a third angle with the second direction of the reflecting plate, or a second direction of the reflecting plate And to provide a light wave detection and distance measuring device including at least one of the third light source arranged to be at a fourth angle as a means of solving the problem.
또한, 상기 복수개의 광원은 상기 반사판의 제2방향과 제2각도 내지 제3각도 사이에 배치되는 제1광원, 상기 반사판의 제2방향과 제3각도 내지 제4각도 사이에 배치되는 제2광원 또는 상기 반사판의 제2방향과 제4각도가 내지 90도 사이에 배치되는 제3광원 중 적어도 하나를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the plurality of light sources may include a first light source disposed between the second direction and second to third angles of the reflecting plate, and a second light source disposed between the second direction and third to fourth angles of the reflecting plate. Or to provide a light wave detection and distance measuring device including at least one of a third light source that is disposed between the second direction and the fourth angle of the reflector to 90 degrees as a means of solving the problem.
또한, 상기 제2각도는 0°, 상기 제3각도는 30° 및 상기 제4각도는 60°인 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the second angle is 0°, the third angle is 30°, and the fourth angle is 60° as a means of solving the problem to provide a light wave detection and distance measuring device.
또한, 복수의 빔을 서로 다른 방향으로 방출하는 광 전송부 및 상기 방출된 빔이 대상에 부딪힌 후 반사되어 돌아오는 후방 광을 서로 다른 각도에서 입사하고, 입사된 복수의 후방 광을 이용하여 상기 대상에 대한 정보를 측정하는 광 수신부를 포함하고, 상기 광 전송부는 제1하우징, 광을 방출하는 복수개의 광원, 상기 제1하우징의 일면에 장착되어 상기 복수개의 광원에서 방출된 상기 광을 반사시키는 복수개의 반사부 및 상기 반사부에서 방출되는 상기 광을 반사시키는 멤스미러모듈(MEMS mirror module)을 포함하고, 상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)은 하나의 회전축을 이용하여 상기 광을 반사시키는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, a light transmission unit emitting a plurality of beams in different directions, and a rear light that is reflected back after the emitted beam collides with the target is incident at different angles, and the target using the plurality of incident back lights and a light receiving unit for measuring information on and a MEMS mirror module that reflects the light emitted from the reflectors and the reflector, wherein the MEMS mirror module detects a light wave that reflects the light using a single axis of rotation. and to provide a distance measuring device as a means to solve the problem.
또한, 상기 반사부는, 상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)의 상부면을 향하여 상기 광을 반사시키는 제1반사부 및 상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)의 하부면을 향하여 상기 광을 반사시키는 제2반사부를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the reflector includes a first reflector that reflects the light toward the upper surface of the MEMS mirror module, and a second reflector that reflects the light toward the lower surface of the MEMS mirror module. It is intended as a means to solve the problem to provide a light wave detection and distance measurement device including two reflection units.
또한, 상기 복수개의 광원은 상기 제1반사부를 향하여 상기 광을 방출시키는 제1광원 및 상기 제2반사부를 향하여 상기 광을 방출시키는 제2광원을 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the plurality of light sources are to provide a light wave detection and distance measuring device including a first light source for emitting the light toward the first reflecting unit and a second light source for emitting the light toward the second reflecting unit as a solution to
또한, 상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)은 제2하우징 및 상기 하우징 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전반사부를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the MEMS mirror module (MEMS mirror module) as a means of solving the problem to provide a light wave detection and distance measuring device including a second housing and a rotating reflector rotatably disposed inside the housing.
또한, 상기 회전반사부는, 양단이 상기 제2하우징에 구속되는 바디 및 상기 바디의 일면에 구비되는 반사판;을 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, as a means of solving the problem, to provide a light wave detection and distance measuring device comprising a; the rotating reflector, a body having both ends constrained to the second housing, and a reflector provided on one surface of the body.
또한, 상기 반사판은 상면 및 하면에 모두 상기 광을 반사시키는 코팅부재를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.In addition, the reflecting plate is to provide a light wave detection and distance measuring device including a coating member for reflecting the light on both the upper surface and the lower surface as a means of solving the problem.
본 실시예는 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) 미러 어레이(mirror array)의 내부에 복수개의 광원을 사용하여 감지범위를 늘려 제조비의 절감 및 소형화를 기할 수 있는 광파 탐지 및 거리 측정 장치를 제공하는 것을 발명의 효과로 한다.This embodiment uses a plurality of light sources inside a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) mirror array to increase the detection range, thereby reducing manufacturing cost and miniaturizing a light wave detection and distance measuring device. To provide is an effect of the invention.
도 1은 일반적인 광파 탐지 및 거리 측정 장치의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치의 블럭도를 나타낸다.
도 3은 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 광 수신부의 다른 실시 예의 블럭도를 나타낸다.
도 4는 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 광 송신부의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 광 송신부의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 실시예에서 광원의 각도와 반사판의 각도에 따라 달라지는 광의 범위를 도시한 것이다.
도 7은 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 회전축을 두 개 포함하여 면을 센싱하는 광 송신부의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 8은 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 회전축을 하나 포함하여 라인을 센싱하는 광 송신부의 다른 실시 예를 도시한 것이다.1 is a view showing the appearance of a general light wave detection and distance measurement device.
2 is a block diagram of an apparatus for detecting light waves and measuring a distance according to an embodiment.
3 is a block diagram of another embodiment of a light receiving unit in the light wave detection and distance measuring apparatus according to the embodiment.
4 illustrates an embodiment of a light transmitter in the light wave detection and distance measurement apparatus according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating another embodiment of a light transmitter in the apparatus for detecting and measuring a light wave according to an embodiment.
FIG. 6 illustrates a range of light that varies depending on the angle of the light source and the angle of the reflector in the embodiment of FIG. 5 .
7 is a view showing another embodiment of a light transmitter for sensing a surface including two rotation axes in the light wave detection and distance measurement apparatus according to the embodiment.
8 is a diagram illustrating another embodiment of a light transmitter that senses a line including one rotation axis in the light wave detection and distance measurement apparatus according to the embodiment.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings to help the understanding of the present invention by giving examples and to explain the present invention in detail. However, embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.Also, as used hereinafter, relational terms such as “first” and “second,” “top/top/top” and “bottom/bottom/bottom” refer to any physical or logical relationship between such entities or elements or It may be used only to distinguish one entity or element from another, without requiring or implying an order.
도 2는 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리(LiDAR: Light Detection and Ranging) 측정 장치(100A)의 블럭도를 나타낸다.2 is a block diagram of a light detection and ranging (LiDAR) measuring
도 2에 도시된 광파 탐지 및 거리 측정 장치(100A)는 광 전송부(110A), 광 수신부(120A), 센싱부(130) 및 구동 제어부(140)를 포함할 수 있다.The light wave detection and
먼저, 광 전송부(110A)는 복수의 빔을 방출하는 역할을 한다. 이를 위해, 광 전송부(110A)는 제1 히트 싱크(heat sink)(111), 적어도 하나의 광원(112), 전송 광학계(114), 빔 분할부(beam splitter)(116) 및 빔 스티어링(beam steering)부(118)를 포함할 수 있다.First, the
적어도 하나의 광원(112)은 광을 방출하는 역할을 한다. 만일, 적어도 하나의 광원(112)으로부터 방출되는 광의 중심 파장이 2 ㎛보다 클 경우, 이는 원적외선광이므로 광파 탐지 및 거리 측정에 적합하지 않을 수 있다. 또한, 적어도 하나의 광원(112)으로부터 방출되는 광의 파장이 0.2 ㎛보다 작을 경우, 광 전송부(110A)로부터 방출된 빔이 인체에 해로울 수 있을 뿐만 아니라 대상(object)(또는, 물체 또는 물질)을 향해 진행하는 동안 공기 중에서 이물질에 흡수되어 원거리에 위치한 대상까지 도달하기 어려울 수도 있다. 따라서, 적어도 하나의 광원(112)으로부터 방출되는 광의 중심 파장은 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.At least one
여기서, 대상은 공중에 떠 있거나 지상에 놓여진 물체가 될 수도 있고, 공중에 부유하는 입자가 될 수도 있다. 실시 예는 특정한 대상의 종류에 국한되지 않는다.Here, the object may be an object floating in the air or placed on the ground, or it may be a particle floating in the air. The embodiment is not limited to a specific type of object.
또한, 적어도 하나의 광원(112)의 파장 분포는 1 ㎛ 이하일 수 있다.Also, the wavelength distribution of the at least one
또한, 적어도 하나의 광원(112)은 일정한 듀티 비율(duty rate)을 갖는 펄스 형태의 광원 소자일 수도 있다. 또한, 펄스의 온 타임(on time)은 1 ㎚ 이상일 수 있다. 또한, 펄스의 형태는 사각파, 삼각파, 톱니파, 사인파, 델타 함수, 사인 함수(sinc function)일 수 있다. 게다가, 펄스의 주기는 일정하지 않을 수 있다.In addition, the at least one
또한, 적어도 하나의 광원(112)은 1개 이상의 공간 모드를 갖는 광원 소자일 수도 있다. 이때, 공간 모드는 가우시안(Gaussian) 또는 램버시안(Lambertian) 공간 모드의 n차로 표현될 수 있으며, 여기서, n은 1 이상일 수 있다.In addition, the at least one
또한, 적어도 하나의 광원(112)은 선형 편광 혹은 원형 편광의 합으로 표현할 수 있는 광원 소자일 수도 있다. 이때, 편광 성분의 비는 하나의 편광 성분을 기준으로 1:A로 나타낼 수 있으며 A는 1 이하일 수 있다.In addition, the at least one
도 2의 경우 하나의 광원(112)만이 도시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 광원(112)의 개수는 복수 개일 수 있다. 또한, 적어도 하나의 광원(112)이 복수 개의 광원을 포함할 경우 복수 개의 광원의 종류는 모두 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.Although only one
한편, 적어도 하나의 광원(112)에서 발생된 열은 광파 탐지 및 거리 측정 장치(100A)의 동작에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 제1 히트 싱크(111)는 적어도 하나의 광원(112)에서 발생된 열을 외부로 배출할 수 있다. 경우에 따라서, 제1 히트 싱크(111)는 생략될 수도 있다.Meanwhile, the heat generated by the at least one
한편, 빔 분할부(114)는 적어도 하나의 광원(112)에서 방출된 광을 제1 빔(B1)과 제2 빔(B2)으로 분할하는 역할을 한다. 빔 분할부(114)에서 분할된 제1 빔(B1)은 대상을 향해 외부로 방출되는 한편, 제2 빔(B2)은 빔 스티어링부(118)로 방출된다.Meanwhile, the
또한, 빔 분할부(114)에서 분할된 광의 제1 빔(B1)과 제2 빔(B2) 간의 세기 비율은 K:1 일 수 있다. 예를 들어, K는 0보다 크고 10보다 작을 수 있다.Also, an intensity ratio between the first beam B1 and the second beam B2 of the light split by the
또한, 빔 분할부(114)는 선형 편광, 원형 편광, 광원(112)의 공간 모드 또는 광원(112)의 파장 중 적어도 하나의 방식을 이용하는 소자를 포함할 수도 있다.In addition, the
또한, 빔 분할부(114)는 광을 공간적으로 나누는 소자 또는 시간적으로 나누는 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Also, the
전송 광학계(114)는 적어도 하나의 광원(112)과 빔 분할부(116) 사이에 배치될 수 있다. 전송 광학계(114)는 적어도 하나의 광원(112)에서 방출된 광을 콜리메이팅하는 콜리메이터(114A)를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 전송 광학계(114)는 생략될 수도 있다.The transmission
빔 스티어링부(118)는 빔 분할부(116)에서 분할된 제2 빔(B2)을 복수의 제3 빔(B3)[B0, B(1-1), ... B(1-N), B(2-1), ... B(2-M)]으로 나누어 서로 다른 방향으로 방출할 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 양의 정수이고 M은 1 이상의 양의 정수일 수 있다. 제3 빔(B3)에 대해서는 상세히 후술된다.The
실시 예에 의하면, 빔 스트어링부(118)는 적어도 하나의 송신용 광학 소자를 포함할 수 있다. 도 2의 경우 빔 스티어링부(118)는 하나의 송신용 광학 소자(S)를 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 빔 스티어링부(118)는 하나의 송신용 광학 소자만을 포함할 수도 있고, 3개 이상의 송신용 광학 소자를 포함할 수도 있다. 실시 예는 이에 국한되지 않는다.According to an embodiment, the
송신용 광학 소자(S)는 빔 분할부(116)로부터 입사된 제2 빔(B2)을 복수의 제3 빔(B3)으로 나누어 서로 다른 방향으로 방출할 수 있다.The optical element S for transmission may divide the second beam B2 incident from the
광 전송부(110A)로부터 대상을 향해 방출되는 복수의 빔은 제1 빔(B1)과 제3 빔(B3)을 포함할 수 있다. 송신용 광학 소자(S) 각각은 모터 등에 의해 기구적으로 회전하지 않고서도 복수의 빔(B1, B3)을 대상을 향해 서로 다른 방향으로 방출할 수 있다.The plurality of beams emitted from the
송신용 광학 소자(S)는 전기적 신호, 물리적 신호 또는 화학적 신호 중 적어도 하나에 응답하여, 제2 빔(B2)을 서로 다른 방향의 복수의 제3 빔(B3)으로 나누어 방출할 수 있다. 이러한 전기적 신호, 물리적 신호 또는 화학적 신호는 구동 제어부(140)로부터 광 전송부(110A)로 제1 제어 신호(C1)의 형태로 제공될 수 있다. 즉, 외부로부터의 자극이 있고, 이러한 자극에 의해 전기적 신호, 물리적 신호 또는 화학적 신호 중 적어도 하나가 제1 제어 신호(C1)로서 구동 제어부(140)로부터 발생되고, 발생된 제1 제어 신호(C1)에 의해 송신용 광학 소자(S) 각각으로부터 방출되는 복수의 제3 빔(B3)의 진행 경로(즉, 방출 각도)등이 결정될 수 있다.The optical element S for transmission may divide the second beam B2 into a plurality of third beams B3 in different directions in response to at least one of an electrical signal, a physical signal, and a chemical signal to emit the light. Such an electrical signal, a physical signal, or a chemical signal may be provided in the form of a first control signal C1 from the driving
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 전송용 광학 위상 어레이(OPA: Optical Phase Array)로 구현될 수 있다. 전송용 광학 위상 어레이는 빔 분할부(116)에서 분할된 제2 빔(B2)으로부터 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements S for transmission may be implemented as an optical phase array (OPA) for transmission. The optical phased array for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions from the second beam B2 split by the
전송용 광학 위상 어레이로 구현될 수 있는 송신용 광학 소자(S) 각각은 다음과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.Each of the optical elements for transmission S that may be implemented as an optical phased array for transmission may be implemented in various ways as follows.
먼저, 송신용 광학 소자(S)는 회절 격자가 주기적으로 형성된 표면을 가질 수 있다. 이때, 격자의 주기, 각도 또는 형상 중 적어도 하나를 변경시킬 경우, 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.First, the optical element S for transmission may have a surface on which a diffraction grating is periodically formed. In this case, when at least one of the period, angle, or shape of the grating is changed, the optical element for transmission S may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S)는 굴절률 차이가 주기적으로 변하는 내부 구조를 가질 수 있다. 이때, 주기를 변경시키거나 굴절률을 변경시킬 경우, 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.Also, the optical element S for transmission may have an internal structure in which a refractive index difference periodically changes. In this case, when the period is changed or the refractive index is changed, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S)는 액정을 이용하여 편광을 주기적으로 온/오프시키는 편광에 대한 격자 구조를 가질 수 있다. 이때, 격자의 간격 또는 투과율 중 적어도 하나를 조절할 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, the optical element S for transmission may have a grating structure for polarized light that periodically turns on/off polarized light using liquid crystal. In this case, when at least one of the spacing or transmittance of the grating is adjusted, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 복굴절 프리즘 형태를 가질 수 있다. 이때, 프리즘의 각도를 변경시킬 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements S for transmission may have a birefringent prism shape. In this case, when the angle of the prism is changed, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 공기와 오일(Oil)과 같은 액체의 경계면이 있는 구조를 가질 수 있다. 이때, 외부로부터 신호를 인가하여 그 경계면을 변화시키거나 액체의 굴절률을 변경시킬 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements for transmission (S) may have a structure in which an interface between air and a liquid such as oil is present. In this case, when a signal is applied from the outside to change the boundary surface or change the refractive index of the liquid, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 홀로그램(hologram) 방식으로 매질 내부의 굴절률 혹은 밀도 분포 패턴을 변화시킬 경우, 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, when the refractive index or density distribution pattern inside the medium is changed in a hologram manner, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 액정의 세기(intensity)에 따라 투과율이 주기적으로 변하는 구조를 가질 수 있다. 이때, 주기를 변경하거나 투과율을 변경시킬 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements for transmission (S) may have a structure in which transmittance is periodically changed according to the intensity of the liquid crystal. In this case, when the period is changed or the transmittance is changed, the transmission optical element S may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 초음파를 매질에 주사하고, 초음파의 주파수를 변경시킬 경우, 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, when the ultrasonic wave is scanned into the medium and the frequency of the ultrasonic wave is changed, the transmission optical element S may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 전기장이 상, 하, 좌, 우에 형성된 매질을 가질 수 있다. 이때, 전기장의 세기 혹은 주파수를 변경시킬 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements for transmission (S) may have a medium in which an electric field is formed in the upper, lower, left, and right sides. In this case, when the strength or frequency of the electric field is changed, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 2개 이상으로 정렬된 렌즈 세트를 가질 수 있다. 이때, 렌즈 세트의 개별 렌즈를 상, 하, 좌, 우로 이동시킬 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements S for transmission may have a set of lenses arranged in two or more. In this case, when the individual lenses of the lens set are moved up, down, left, and right, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 2개 이상으로 정렬된 MLA(Micro Lens Array) 세트를 가질 수 있다. 이때, 개별 MLA를 상, 하, 좌, 우로 이동시킬 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements for transmission (S) may have a set of MLA (Micro Lens Array) arranged in two or more. In this case, when the individual MLAs are moved up, down, left, and right, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
또한, 송신용 광학 소자(S) 각각은 2개 이상으로 정렬된 MLA 세트를 가질 수 있다. 이때, 개별 MLA의 주기 혹은 형상을 변경시킬 경우 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다.In addition, each of the optical elements S for transmission may have two or more MLA sets arranged therein. In this case, when the period or shape of the individual MLA is changed, the optical element S for transmission may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions.
전술한 다양한 송신용 광학 소자가 서로 다른 방향으로 광을 방출할 수 있도록, 전술한 주기(또는, 표면 등과 같은 패턴)에 변화를 부여하는 폭의 범위는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎜이고, 전술한 굴절률에 변화를 주는 범위는 파장이 1000㎚일 때, 1 보다 크고 2.7 보다 작을 수 있고, 전술한 투과율 및 반사율에 변화를 주는 범위는 0보다 크고 1보다 작을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In order for the above-described various optical elements for transmission to emit light in different directions, the range of the width for imparting a change in the above-described period (or pattern, such as a surface, etc.) is 0.1 μm to 2 mm, and is The range for changing may be greater than 1 and less than 2.7 when the wavelength is 1000 nm, and the range for changing the transmittance and reflectance described above may be greater than 0 and less than 1, but the embodiment is not limited thereto.
또한, 전술한 다양한 송신용 광학 소자를 복합적으로 조합하여, 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수도 있다.In addition, a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions may be generated by complexly combining the above-described various optical elements for transmission.
또한, 전술한 바와 같이 다양한 구조를 갖는 송신용 광학 소자(S) 각각을 동작시키기 위해, 전기적인 신호를 송신용 광학 소자(S) 각각의 양단에 인가할 수 있다. 이때, 전기적인 신호는 주기적인 전압 신호 또는 전류 신호일 수 있다. 예를 들어, 전기적인 신호의 동작 속도는 10㎓이하일 수 있다.In addition, in order to operate each of the optical elements for transmission (S) having various structures as described above, an electrical signal may be applied to both ends of each of the optical elements for transmission (S). In this case, the electrical signal may be a periodic voltage signal or a current signal. For example, the operating speed of the electrical signal may be 10 GHz or less.
또한, 전술한 바와 같이 다양한 구조를 갖는 송신용 광학 소자(S) 각각을 동작시키기 위해, 송신용 광학 소자(S)에 물리적 압력을 가할 수도 있고 송신용 광학 소자(S)의 물리적 위치를 변화시킬 수도 있다. 이때, 송신용 광학 소자(S)의 물리적 위치는 광축 방향으로 이동되거나 광축 방향에 수직한 두 축 방향으로 이동될 수 있다. 이를 위해, 자기장을 이용할 수도 있고, 피에조(PZT:Piezo) 소자를 이용할 수도 있고, VCM(Voice Coil Motor)을 이용할 수도 있고, 링크 구조를 이용할 수도 있고, 중력과 탄성을 이용할 수도 있다.In addition, in order to operate each of the optical elements for transmission (S) having various structures as described above, physical pressure may be applied to the optical element (S) for transmission and to change the physical position of the optical element (S) for transmission. may be In this case, the physical position of the optical element S for transmission may be moved in the optical axis direction or may be moved in two axial directions perpendicular to the optical axis direction. To this end, a magnetic field may be used, a piezoelectric element (PZT) may be used, a voice coil motor (VCM) may be used, a link structure may be used, and gravity and elasticity may be used.
빔 스티어링부(118)를 구현하는 송신용 광학 소자(S)로부터 생성되어 방출되는 복수의 제3 빔(B3)은 광축 방향으로 방출되는 제0 빔(BO)과, 광축 방향으로부터 반시계 방향으로 이격되어 방출되는 N 개의 제1-1 내지 제1-N 빔[B(1-1), ... B(1-N)] 또는 광축 방향으로부터 시계 방향으로 이격되어 방출되는 M 개의 제2-1 내지 제2-M 빔[B(2-1), ... B(2-M)] 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The plurality of third beams B3 generated and emitted from the optical element S for transmission implementing the
또한, 복수의 제3 빔(B3)[B0, B(1-1), ... B(1-N), B(2-1), ... B(2-M)]은 서로 이격되어 방출될 수 있다. 제1-1 내지 제1-N 빔[B(1-1), ... B(1-N)]과 제2-1 내지 제2-M 빔[B(2-1), ... B(2-M)] 각각은 제0 빔(BO)과 소정의 각도만큼 이격되어 방출될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 빔[B(1-1)]은 제0 빔(BO)과 제1-1 각도[θ(1-1)T]만큼 이격되고, 제1-N 빔[B(1-N)]은 제0 빔(BO)과 제1-N 각도[θ(1-N)T]만큼 이격되고, 제2-1 빔[B(2-1)]은 제0 빔(BO)과 제2-1 각도[θ(2-1)T]만큼 이격되고, 제2-M 빔[B(2-M)]은 제0 빔(BO)과 제2-M 각도[θ(2-M)T]만큼 이격될 수 있다.Further, the plurality of third beams B3 [B0, B(1-1), ... B(1-N), B(2-1), ... B(2-M)] are spaced apart from each other. and can be released. 1-1 to 1-N beams [B(1-1), ... B(1-N)] and 2-1 to 2-M beams [B(2-1), ... B(2-M)] may be emitted while being spaced apart from the 0th beam BO by a predetermined angle. For example, the 1-1 beam [B(1-1)] is spaced apart from the 0th beam BO by a 1-1 angle [θ(1-1)T], and the 1-N beam [B] (1-N)] is spaced apart from the 0th beam BO by the 1-N angle [θ(1-N)T], and the 2-1 beam [B(2-1)] is the 0th beam ( BO) and the 2-1th angle [θ(2-1)T], and the 2-M beam [B(2-M)] is the 0th beam BO and the 2-Mth angle [θ( 2-M)T].
복수의 제3 빔(B3)들이 서로 이격된 각도 중에서, 제1-N 또는 제2-M 빔[B(1-N), B(2-M)]이 제0 빔(BO)과 가장 큰 각도로 이격되어 있다. 이러한 가장 큰 이격 각도[θ(1-N)T 또는 θ(2-M)T]는 90°보다 작을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.Among the angles at which the plurality of third beams B3 are spaced apart from each other, the 1-N or 2-M beam [B(1-N), B(2-M)] is the largest from the 0th beam BO separated at an angle. The largest separation angle [θ(1-N)T or θ(2-M)T] may be less than 90°, but the embodiment is not limited thereto.
또한, 제0, 제1-1 내지 제1-N 및 제2-1 내지 제2-M 빔[BO, B(1-1), ... B(1-N), B(2-1), ... B(2-M)] 중에서 서로 이웃하는 빔 간의 이격 각도는 20°보다 작을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In addition, the 0th, 1-1 to 1-N and 2-1 to 2-M beams [BO, B(1-1), ... B(1-N), B(2-1) ), ... B(2-M)], the separation angle between neighboring beams may be less than 20°, but the embodiment is not limited thereto.
한편, 광 수신부(120A)는 광 전송부(110A)로부터 방출된 복수의 빔(B1, B3)이 대상(미도시)에 부딪힌 후 반사되어 돌아오는 복수의 후방 광을 서로 다른 각도로 입사하고, 입사된 복수의 후방 광을 이용하여 대상에 대한 정보를 측정(또는, 검사 또는 분석)할 수 있다.On the other hand, the
실시 예에 의하면, 광 수신부(120A)는 제2 히트 싱크(121), 광 검사부(122), 광 검출부(124), 필터(126A) 및 수신 광학계(128)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the
광 검출부(124)는 대상에 부딪힌 후 반사되어 돌아오는 복수의 후방 광(RB)을 서로 다른 각도로 수신하여 일정한 각도로 광 검사부(122)로 보낸다. The
광 검출부(124)로 입사되는 후방 광(RB)은 광축 방향으로 입사되는 제0 후방 광(RO)과, 광축 방향으로부터 반시계 방향으로 이격되어 입사되는 i개의 제1-1 내지 제1-i 후방 광[R(1-1), ... R(1-i)] 또는 광축 방향으로부터 시계 방향으로 이격되어 입사되는 j개의 제2-1 내지 제2-j 후방 광[R(2-1), ... R(2-j)] 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, i는 1 이상의 양의 정수이고 j는 1 이상의 양의 정수일 수 있다.The back light RB incident to the
또한, 제1-1 내지 제1-i 후방 광[R(1-1), ... R(1-i)]과 제2-1 내지 제2-j 후방 광[R(2-1), ... R(2-j)] 각각은 제0 후방 광(RO)과 소정의 각도만큼 이격되어 입사될 수 있다. 예를 들어, 제1-1 후방 광[R(1-1)]은 제0 후방 광(RO)과 제1-1 각도[θ(1-1)R]만큼 이격되고, 제1-i 후방 광[R(1-i)]은 제0 후방 광(RO)과 제1-i 각도[θ(1-i)R]만큼 이격되고, 제2-1 후방 광[R(2-1)]은 제0 후방 광(RO)과 제2-1 각도[θ(2-1)R]만큼 이격되고, 제2-j 후방 광[R(2-j)]은 제0 후방 광(RO)과 제2-j 각도[θ(2-j)R]만큼 이격될 수 있다. 이와 같이, 복수의 후방 광[R0, R(1-1), ... R(1-i), R(2-1), ... R(2-j)]은 서로 이격되어 광 검출부(124)로 입사될 수 있다.Further, the 1-1 to 1-i back lights [R(1-1), ... R(1-i)] and the 2-1 to 2-j back lights [R(2-1) , ... R(2-j)] may be incident at a distance from the 0th back light RO by a predetermined angle. For example, the 1-1 back light [R(1-1)] is spaced apart from the 0th back light RO by the 1-1 angle [θ(1-1)R], and the 1-i rear The light [R(1-i)] is spaced apart from the 0th back light RO by the 1-i angle [θ(1-i)R], and the 2-1 back light [R(2-1)] is spaced apart from the 0th back light RO by the 2-1 angle [θ(2-1)R], and the 2-j back light [R(2-j)] is the 0th back light RO and It may be spaced apart by the 2-jth angle [θ(2-j)R]. In this way, the plurality of back lights [R0, R(1-1), ... R(1-i), R(2-1), ... R(2-j)] are spaced apart from each other and the light detection unit (124) can be incident.
또한, 광 검출부(124)는 적어도 하나의 수신용 광학 소자를 포함할 수 있다. 도 2의 경우 광 검출부(124)는 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2)를 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면 광 검출부(124)는 하나의 수신용 광학 소자만을 포함할 수도 있고, 3개 이상의 수신용 광학 소자를 포함할 수도 있다. 송신용 광학 소자(S)와 마찬가지로, 수신용 광학 소자(D1, D2)는 전기적 신호, 물리적 신호 또는 화학적 신호 중 적어도 하나에 응답하여 동작할 수 있다. 이러한 전기적 신호, 물리적 신호 또는 화학적 신호는 구동 제어부(140)로부터 광 수신부(120A)로 제2 제어 신호(C2)의 형태로 제공될 수 있다. 즉, 외부로부터의 자극이 있고, 이러한 자극에 의해 전기적 신호, 물리적 신호 또는 화학적 신호 중 적어도 하나가 제2 제어 신호(C2)로서 구동 제어부(140)로부터 발생되고, 발생된 제2 제어 신호(C2)에 의해 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, 32) 각각은 각도별 투과 또는 반사 효율 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.In addition, the
또한, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 수신용 광학 위상 어레이(OPA)로 구현될 수 있다. 수신용 광학 위상 어레이는 서로 다른 각도로 복수의 후방 광을 입사하여 일정한 각도로 출력할 수 있다. 이러한 수신용 광학 위상 어레이로 구현될 수 있는 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 다음과 같은 다양한 방식으로 동작할 수 있다.In addition, each of the first and second optical elements for reception D1 and D2 may be implemented as an optical phased array for reception OPA. The optical phased array for reception may input a plurality of rear lights at different angles and output them at a constant angle. Each of the first and second optical elements D1 and D2 for reception that may be implemented as such an optical phased array for reception may operate in various ways as follows.
먼저, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 회절 격자가 주기적으로 형성된 표면을 가질 수 있다. 이때, 격자의 주기, 각도 또는 형상 중 적어도 하나를 변경시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.First, each of the first and second reception optical elements D1 and D2 may have a surface on which a diffraction grating is periodically formed. In this case, when at least one of the period, angle, or shape of the grating is changed, each of the first and second optical elements D1 and D2 for reception may operate.
또한, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각의 굴절률 차이가 주기적으로 변하는 구조를 가질 수 있다. 이때, 주기를 변경시키거나 굴절률을 변경시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.In addition, the first and second optical elements for reception ( D1 , D2 ) may have a structure in which a difference in refractive index is periodically changed. In this case, when the period is changed or the refractive index is changed, each of the first and second optical elements D1 and D2 for reception may operate.
또한, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 복굴절 프리즘 형태를 가질 수 있다. 이 경우 프리즘의 각도 변경시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.In addition, each of the first and second receiving optical elements D1 and D2 may have a birefringent prism shape. In this case, when the angle of the prism is changed, each of the first and second reception optical elements D1 and D2 may operate.
또한, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 공기와 오일(Oil)과 같은 액체의 경계면이 있는 구조를 가질 수 있다. 이때, 외부 신호를 인가하여 그 경계면을 변화시키거나 액체의 굴절률을 변경시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.In addition, each of the first and second optical elements for reception ( D1 , D2 ) may have a structure in which an interface between air and a liquid such as oil is present. In this case, when an external signal is applied to change the boundary surface or change the refractive index of the liquid, each of the first and second optical elements D1 and D2 for reception may operate.
또한, 홀로그램 방식으로 매질 내부의 굴절률 혹은 밀도 분포 패턴을 변화시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.In addition, when the refractive index or density distribution pattern inside the medium is changed in a holographic manner, each of the first and second reception optical elements D1 and D2 may operate.
또한, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 2개 이상으로 정렬된 렌즈 세트를 가질 수 있다. 이때, 렌즈 세트에서 개별 렌즈를 상, 하, 좌, 우로 이동시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.In addition, each of the first and second receiving optical elements D1 and D2 may have a lens set arranged in two or more. In this case, when the individual lenses in the lens set are moved up, down, left, and right, each of the first and second optical elements D1 and D2 for reception may operate.
또한, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 2개 이상으로 정렬된 MLA(Micro Lens Array) 세트를 가질 수 있다. 이때, 개별 MLA를 상, 하, 좌, 우로 이동시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.In addition, each of the first and second receiving optical elements D1 and D2 may have a micro lens array (MLA) set arranged in two or more. In this case, when the individual MLAs are moved up, down, left, and right, each of the first and second optical elements D1 and D2 for reception may operate.
또한, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각은 2개 이상으로 정렬된 MLA 세트를 가질 수 있다. 이때, 개별 MLA의 주기 혹은 형상 중 적어도 하나를 변경시킬 경우, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각이 동작할 수 있다.In addition, each of the first and second receiving optical elements D1 and D2 may have two or more MLA sets arranged therein. In this case, when at least one of the cycle or shape of the individual MLA is changed, each of the first and second optical elements D1 and D2 for reception may operate.
전술한 다양한 수신용 광학 소자가 동작할 수 있도록, 전술한 주기(또는, 표면 등과 같은 패턴)에 변화를 부여하는 폭의 범위는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎜이고, 전술한 굴절률에 변화를 주는 범위는 파장이 1000㎚일 때 1보다 크고 2.7보다 작을 수 있고, 전술한 투과율 및 반사율에 변화를 주는 범위는 0보다 크고 1보다 작을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In order for the above-mentioned various receiving optical elements to operate, the range of the width for imparting a change to the aforementioned period (or a pattern such as a surface, etc.) is 0.1 μm to 2 mm, and the range for giving a change to the aforementioned refractive index is the wavelength When this is 1000 nm, it may be greater than 1 and less than 2.7, and the range for changing the transmittance and reflectance described above may be greater than 0 and less than 1, but the embodiment is not limited thereto.
또한, 광 검출부(124)는 전술한 바와 같이 다양하게 동작하는 수신용 광학 소자를 복합적으로 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 전술한 바와 같이 다양한 구조를 갖는 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2)를 동작시키기 위해, 전기적인 신호를 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2) 각각의 양단에 인가할 수 있다. 이때, 전기적인 신호는 주기적인 전압 신호 또는 전류 신호일 수 있다. 예를 들어, 전기적인 신호의 동작 속도는 10 ㎓ 이하일 수 있다.In addition, in order to operate the first and second receiving optical elements D1 and D2 having various structures as described above, an electrical signal is applied to both ends of each of the first and second receiving optical elements D1 and D2 can be authorized to In this case, the electrical signal may be a periodic voltage signal or a current signal. For example, the operating speed of the electrical signal may be 10 GHz or less.
또한, 전술한 바와 같이 다양한 구조를 갖는 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2)를 동작시키기 위해, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2)에 물리적 압력을 가할 수도 있고 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2)의 물리적 위치를 변화시킬 수도 있다. 이때, 제1 및 제2 수신용 광학 소자(D1, D2)의 물리적 위치는 광축 방향으로 이동되거나 광축 방향에 수직한 두 축 방향으로 이동될 수 있다. 이를 위해, 자기장을 이용할 수도 있고, PZT를 이용할 수도 있고, VCM을 이용할 수도 있고, 링크 구조를 이용할 수도 있고, 중력과 탄성을 이용할 수도 있다.In addition, in order to operate the first and second receiving optical elements D1 and D2 having various structures as described above, physical pressure may be applied to the first and second receiving optical elements D1 and D2, and The physical positions of the first and second reception optical elements D1 and D2 may be changed. In this case, the physical positions of the first and second reception optical elements D1 and D2 may be moved in the optical axis direction or may be moved in two axis directions perpendicular to the optical axis direction. To this end, a magnetic field may be used, a PZT may be used, a VCM may be used, a link structure may be used, and gravity and elasticity may be used.
후방 광이 입사되는 각도는 다양한 방법으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1-i 또는 제2-j 후방 광[R(1-i), R(2-j)]이 제0 빔(BO)과 가장 큰 각도로 이격되어 있다. 이러한 가장 큰 이격 각도[θ(1-i)R 또는 θ(2-j)R]를 90°보다 작게 할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The angle at which the back light is incident may be adjusted in various ways. For example, the 1-i or 2-j back light [R(1-i), R(2-j)] is spaced apart from the 0th beam BO at the largest angle. The largest separation angle [θ(1-i)R or θ(2-j)R] may be made smaller than 90°, but the embodiment is not limited thereto.
또한, 제0, 제1-1 내지 제1-i 및 제2-1 내지 제2-j 빔[RO, R(1-1), ... R(1-i), R(2-1), ... R(2-j)] 중에서 서로 이웃하는 빔 간의 이격 각도를 20°보다 작게 설정할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.In addition, the 0th, 1-1 to 1-i and 2-1 to 2-j beams [RO, R(1-1), ... R(1-i), R(2-1) ), ... R(2-j)], the separation angle between neighboring beams may be set to be smaller than 20°, but the embodiment is not limited thereto.
또한, 수신 광학계(128)는 광 검사부(122)와 광 검출부(124) 사이에 배치되어, 광 검출부(124)로부터 출사되는 광을 포커싱하여 광 검사부(122)로 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 수신 광학계(128)는 콜렉터(collector)(128A)를 포함할 수 있으나 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 경우에 따라서, 수신 광학계(128)는 생략될 수도 있다.In addition, the reception
또한, 송신용 광학 소자(S)는 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) 미러 어레이(mirror array)를 가질수 있다. 이때, 각 픽셀의 동작 상태를 제어할 경우 제1 및 제2 송신용 광학 소자(S)는 서로 다른 방향으로 방출될 복수의 제3 빔(B3)을 생성할 수 있다. 이는 도 4 내지 도 8을 참고하여 보다 자세하게 후술하도록 한다.In addition, the optical element S for transmission may have a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) mirror array. In this case, when the operating state of each pixel is controlled, the first and second optical elements for transmission S may generate a plurality of third beams B3 to be emitted in different directions. This will be described later in more detail with reference to FIGS. 4 to 8 .
도 3은 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 광 수신부의 다른 실시 예(120B)의 블럭도를 나타낸다.3 is a block diagram of another
도 3에 도시된 광 수신부(120B)는 제2 히트 싱크(121), 광 검사부(122), 광 검출부(124), 필터(126B) 및 수신 광학계(128)를 포함할 수 있다. 필터(126B)의 형태가 도 2에 도시된 필터(126A)와 다름을 제외하면, 도 3에 도시된 광 수신부(120B)는 도 2에 도시된 광 수신부(120A)와 동일하다.The
필터(126A, 126B)는 광 검출부(124)와 수신 광학계(128) 사이에 배치되며, 광 검출부(124)로부터 출사되는 후방 광에서 필요한 적어도 하나의 파장을 선택적으로 필터링하거나 잡음을 제거하고, 그 결과를 광 검사부(122)로 투과시키거나 반사시켜 제공할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 투과형 필터(126A)는 원하는 파장을 선택적으로 투과시켜 필터링하는 반면, 도 3에 도시된 바와 같은 반사형 필터(126A)는 원하는 파장을 선택적으로 반사시켜 필터링할 수 있다.The
경우에 따라, 필터(126A, 126B)는 생략될 수도 있다.In some cases,
수신용 광학 위상 어레이가 서로 다른 각도로 입사되는 후방 광을 일정한 각도로 출력하기 때문에 필터(126A, 126B)의 투과 또는 반사 효율이 개선될 수 있다.Since the optical phased array for reception outputs rear light incident at different angles at a constant angle, the transmission or reflection efficiency of the
또한, 필터(126A, 126B)에서 필터링되는 파장은 복수 개일 수 있다.In addition, the wavelengths filtered by the
또한, 필터(126A, 126B)에서 필터링된 적어도 하나의 파장의 중심 파장의 범위는 0.2 ㎛ 내지 2 ㎛이고, 필터링된 파장의 대역폭은 1 ㎚ 이상일 수 있다. 또한, 필터(126A, 126B)에서 차단되는 파장의 세기와 선별되는 파장의 세기의 비를 F:1이라고 할 때, F는 0.5 이하일 수 있다.In addition, the range of the central wavelength of the at least one wavelength filtered by the
또한, 필터(126A)의 투과 또는 필터(126B)의 반사 효율이 최대가 되는 입사광의 중심 각도를 적어도 하나 갖는 필터용 광학 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 필터용 광학 소자는 다양한 형태로 구현될 수 있다.In addition, it may include an optical element for a filter having at least one central angle of incident light at which the transmission of the
예를 들어, 2개 이상의 굴절률을 갖는 박막을 2층 이상 적층한 형태로 필터용 광학 소자(126-1, 126-2)를 구현할 수 있다. 또는, 표면에 격자 구조를 형성하여 특정 파장의 굴절 혹은 반사 각도를 조절하는 형태로 필터형 광학 소자를 구현할 수 있다. 또는, 내부 굴절률의 변화를 주기적으로 하여 특정 파장을 선별하도록 필터용 광학 소자를 구현할 수 있다.For example, the optical elements 126 - 1 and 126 - 2 for filters may be implemented in a form in which two or more layers of thin films having two or more refractive indices are stacked. Alternatively, a filter-type optical device may be implemented in a form of adjusting a refraction or reflection angle of a specific wavelength by forming a grating structure on the surface. Alternatively, an optical element for a filter may be implemented to select a specific wavelength by periodically changing the internal refractive index.
필터(126A, 126B)에서 선별된 파장 대역을 갖는 광이 투과 혹은 반사되어 광 검사부(122)로 보내진다. 이때, 필터(126A)가 광을 투과하여 광 검사부(122)로 전송하는 투과형일 경우, 투과형 필터(126A)로 입사되는 광의 입사 각도가 60°이하일 때, 필터(126A)의 투과 효율이 최대가 될 수 있다. 또는, 필터(126B)가 광을 반사하여 광 검사부(122)로 전송하는 반사형일 경우, 반사형 필터(126B)로 입사되는 광의 각도가 25° 이상일 때, 필터(126B)의 반사 효율이 최대될 수 있다.Light having a wavelength band selected by the
제2 히트 싱크(121)는 광 검사부(122)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 역할을 수행할 수 있으며, 경우에 따라 생략될 수 있다.The
한편, 광 검사부(122)는 광 검출부(124)로부터 필터(126A, 126B)를 경유하여 제공된 후방 광으로부터 대상에 대한 정보를 측정(또는, 분석)할 수 있다.Meanwhile, the
광 검사부(122)는 광 전송부(110A)로부터 방출된 복수의 빔과 광 검출부(124)에서 출력되는 후방 광 간의 시간 차이를 측정할 수 있다. 이를 위해, 광 전송부(110A)에서 방출된 복수의 빔(B1, B3)이 대상에 부딪힌 후 반사하여 돌아온 후방 광의 세기를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 또는 광 전송부(110A)에서 방출된 복수의 빔(B1, B3)이 대상을 부딪힌 후 반사하여 돌아온 세기를 시간 순서로 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 이때, 광 검사부(122)는 전기적인 신호를 이용하여 복수의 빔과 후방 광 간의 시간 차이를 측정할 수 있다.The
또한, 광 검사부(122)는 광 전송부(110A)에서 방출된 광의 일부를 먼저 측정한 시간을 기준으로 시간 차이를 측정할 수 있다. 또한, 광 검사부(122)는 광 전송부(110A)와 동기화된 전기 신호를 기준으로 시간 차이를 측정할 수 있다. Also, the
또한, 1개 또는 복수 개의 수광부를 1차원 또는 2차원 어레이 형태로 배열하여 광 검사부(122)를 구현할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 수광부를 이용하여 일정 위치에서 반사되는 광의 시간 차이를 측정할 수 있다. 또는, 복수 개의 수광부를 통하여 신호의 공간적 차이와 각 공간의 시간 차이를 측정할 수 있다. 이때, 어레이의 픽셀별로 수광 신호를 구분하여 전기 신호로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 수광부로서, APD(Avalanche Photo Diode), SPAPD(Single Photon Avalanche Photo Diode), SAPD(Single Avalanche Photo Diode), PD(Photo Diode), QWP(Quantum Well Photodiode), PMT(Photo Multiplying Tube) 등을 사용할 수 있다.In addition, the
또한, 광 검사부(122)는 광 전송부(110A)로부터 전송된 광과 대상에 부딪힌 후 반사되어 돌아온 후방 광 간의 시간 차이와 공간적 위치를 동시에 측정할 수도 있다.In addition, the
또한, 광 검사부(122)는 후방 광의 세기 또는 대상의 공간적 위치 중 적어도 하나를 이용하여 대상에 대한 정보를 분석할 수도 있다. 여기서, 검사되는 대상에 대한 정보란, 예를 들어 대상의 거리 또는 위치 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 광 검사부(122)는 대상에 대한 정보를 측정하기 위한 기초 데이터를 측정하고, 측정된 결과를 분석부(미도시)로 전송할 수 있다. 이 경우, 분석부는 광 검사부(122)에서 측정된 기초 데이터를 이용하여 대상에 대한 정보를 분석할 수 있다.In addition, the
전술한 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치(100A)는 제1 하우징(H1)을 더 포함할 수 있다. 제1 하우징(H1)은 광 전송부(110A) 및 광 수신부(120A)를 에워싸는 형상을 가질 수 있다. 그러나, 제1 하우징(H1)은 생략될 수도 있다.The light wave detection and
한편, 구동 제어부(140)는 광 전송부(110A) 또는 광 수신부(120A) 중 적어도 하나를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 구동 제어부(140)는 제1 및 제2 제어 신호(C1, C2)의 형태로 전기적 신호, 물리적 신호 또는 화학적 신호를 생성하고, 제1 및 제2 제어 신호(C1, C2)에 의해 송신용 광학 소자(S) 및 수신용 광학 소자(D1, D2)의 구동을 각각 제어할 수 있다.Meanwhile, the driving
여기서, 구동 제어부(140)에서 발생되는 제1 및 제2 제어 신호(C1, C2) 각각은 연속 파(CW: Continued Wave) 또는 연속 펄스(Contiued Pulse) 형태일 수 있으며, 실시 예는 제1 및 제2 제어 신호(C1, C2)의 특정 형태에 국한되지 않는다.Here, each of the first and second control signals C1 and C2 generated by the driving
한편, 센싱부(130)는 빔 분할부(116)에서 분할된 제1 빔(B1)을 센싱하고, 센싱된 결과를 구동 제어부(140)로 전송한다. 이 경우, 구동 제어부(140)는 센싱부(130)로부터 받은 센싱된 결과를 이용하여 제1 및 제2 제어 신호(C1, C2)를 생성하고, 생성된 제1 및 제2 제어 신호(C1, C2)를 이용하여 광 전송부(110A) 및 광 수신부(120A) 각각을 제어할 수 있다.Meanwhile, the
전술한 동작을 위해, 센싱부(130)는 포토 다이오드(132)와 센싱 광학계(134)를 포함할 수 있다. 포토 다이오드(132)는 빔 분할부(116)로부터 분할된 제1 빔(B1)을 센싱하여 전기적인 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호를 센싱된 결과로서 구동 제어부(140)로 출력한다.For the above-described operation, the
센싱 광학계(134)는 분할된 제1 빔(B1)과 포토 다이오드(132) 사이에 배치된다. 이를 위해, 센싱 광학계(134)는 예를 들어, 복수 개의 프리즘(134-1, 134-2)을 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.The sensing
전술한 바와 같이, 빔 분할부(116)에서 분할된 제1 빔(B1)을 이용하여 광 전송부(110A)와 광 수신부(120A)를 제어함으로써, 최종적으로 광 검사부(122)에서 검사되는 값의 정밀도를 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 센싱부(130)에서 센싱된 결과를 분석한 결과, 제1 빔(B1)의 세기가 약하다고 결정될 경우 제2 빔(B2)의 세기도 약하다고 추정할 수 있다. 따라서, 제2 빔(B2)의 세기를 증가시키기 위해, 구동 제어부(140)는 광원(112)에서 방출되는 광의 세기를 원하는 만큼 증가시킬 수 있다. 따라서, 복수의 빔(B1, B3)의 세기가 약함으로 인해, 광 수신부(120A, 120B)에서 수신되는 복수의 후방 광의 세기도 약하여 대상의 정보를 정확하게 분석할 수 없는 문제점이 해소될 수 있다.As described above, by controlling the
전술한 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치(100A)는 제2 하우징(H2)을 더 포함할 수 있다. 제2 하우징(H2)은 센싱부(130)를 에워싸는 형상을 가질 수 있다. 그러나, 제2 하우징(H2)은 생략될 수도 있다.The light wave detection and
도 4 내지 도 8에 도시된 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치는 전술한 송신용 광학 소자(S)는 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) 미러 어레이(mirror array)를 가질수 있다.In the light wave detection and distance measurement apparatus according to the embodiment shown in FIGS. 4 to 8 , the optical element S for transmission may have a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) mirror array.
도 4는 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 광 송신부(118A)의 일 실시 예를 도시한 것이다.4 illustrates an embodiment of the
본 실시 예의 광 송신부(118A)는 외관을 형성하는 제1하우징(118B), 제1하우징(118B)의 내부에 적어도 하나 이상 구비되는 광전송부모듈(1181, 1183)을 포함할 수 있다.The
제1하우징(118B)은 광전송모듈(1181, 1183)을 둘러싸는 형상을 가질 수 있으나 생략될 수도 있다.The
광전송부모듈(1181, 1183)은 멤스 미러 어레이로 구비될 수 있는데, 제1광전송부(1181) 및 제2광전송부(1183)을 포함할 수 있다.The
본 실시 예는 제1하우징(118B)의 외측을 향하여 광을 방출하여 도시된 센싱영역(A, B)를 감지 할 수 있다.In this embodiment, the illustrated sensing regions A and B may be sensed by emitting light toward the outside of the
제1광전송부(1181)은 제1하우징(118B)의 상부에 배치되며, 제2광전송부(1183)은 제1하우징(118B)의 하부에 배치될 수 있다.The first
제1광전송부(1181)에서 방출되는 광은 제1센싱영역(B)을 센싱 할 수 있고, 제2광전송부(1183)에서 방출되는 광은 제2센싱영역(A)을 센싱 할 수 있다.The light emitted from the first
제1광전송부(1181)은 제1광전송부(1181)의 내부에 공간을 제공하는 제1광전송부하우징(118A-1), 제2광전송부하우징(118A-1)의 내부에 배치되어 광을 방출하는 제1발광부(118A-5), 제1발광부(118A-5)에서 방출된 광을 제1광전송부하우징(118A-1)의 외부 중 제1센싱영역(B)을 향하여 반사시키는 제1반사판(118A-3)을 포함할 수 있다.The first
제2광전송부(1183)은 제2광전송부(1183)의 내부에 공간을 제공하는 제2광전송부하우징(118A-2), 제2광전송부하우징(118A-2)의 내부에 배치되어 광을 방출하는 제2발광부(118A-6), 제2발광부(118A-6)에서 방출된 광을 제2광전송부하우징(118A-2)의 외부 중 제2센싱영역(A)을 향하여 반사시키는 제2반사판(118A-4)을 포함할 수 있다.The second
제1광전송부(1181) 및 제2광전송부(1183)의 감지각도는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 크기 및 공진주파수와 트레이드 오프(Trade Off)관계를 갖기 때문에 0도 내지 30도일 수 있다.The sensing angles of the first
상기 수학식1은 감지각도, 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 크기 및 공진주파수와의 관계를 서술한 식이다.
이와 관련하여 주요한 파라미터(Parameter)를 설명하자면, 는 감지각도, f0은 공진주파수, Y는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 세로길이 및 Z는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 높이를 의미한다.To explain the main parameters in this regard, is the sensing angle, f0 is the resonance frequency, Y is the vertical length of the first reflecting
즉, 감지각도()를 증가시키기 위해서는 공진주파수 및 Y는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 세로길이 및 Z는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 높이가 감소되어야 한다.That is, the sensing angle ( ) to increase the resonance frequency and Y is the vertical length of the first reflecting
하지만 공진주파수가 감소되면, 본 실시예의 진동시스템 자체가 불안정해 질 우려가 있고, 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System)의 특성상 Y는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 세로길이 및 Z는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 높이는 감소시키는데 한계가 있다.However, when the resonance frequency is reduced, there is a risk that the vibration system itself of this embodiment becomes unstable, and Y is the first reflecting
따라서, 이와 같은 이유로 본 실시 예의 광파 탐지 및 거리 측정 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 제1광전송부(1181) 및 제2광전송부(1183)가 감지 가능한 영역이 각각 제1센싱영역(B) 및 제2센싱영역(A)으로 한정되기 때문에 본 실시 예는 광파 탐지 및 거리 측정이 되지 않는 영역을 없애기 위하여 적어도 두 개 이상의 광전송부모듈(1181, 1183)을 포함할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 4 , in the light wave detection and distance measurement apparatus of the present embodiment for this reason, the areas detectable by the first
도 5는 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 광 송신부의 다른 실시 예를 도시한 것이다.5 is a view showing another embodiment of the light transmitter in the light wave detection and distance measurement apparatus according to the embodiment.
도 5에 도시된 다른 실시 예는 도 4에 도시된 일 실시 예와 달리, 하나의 광전송부(118B)의 내부에 복수개의 광원(118B-2, 118B-3)이 배치되는 점에 있어서 차이가 있다.The other embodiment shown in FIG. 5 differs from the embodiment shown in FIG. 4 in that a plurality of
도 5를 참조하면, 본 실시 예 광파 탐지 및 거리 측정 장치의 광전송부(118B)는 외관을 형성하는 제1하우징(118B), 제1하우징(118B)의 내부에 복수개 배치되어 광을 방출하는 광원(118B-2 118B-3), 광원(118B-2 118B-3)에서 방출되는 광을 제1하우징(118B)의 외부에 위치하는 센싱영역(A, B)으로 반사시키는 반사판(118B-1)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
제1광원(118B-2)는 입사법선(X)을 기준으로 상부에 배치될 수 있고, 제2광원(118B-3)은 입사법선(X)을 기준으로 하부에 배치될 수 있다.The first
제1광원(118B-2)은 입사법선(X)을 기준으로 제1입사각(θ1)으로 반사판(118B-1)을 향하여 광을 방출할 수 있고, 제2광원(118B-3)은 입사법선(X)을 기준으로 제2입사각(θ2)으로 반사판(118B-1)을 향하여 광을 방출할 수 있다.The first
이 때, 필요에 따라 제1입사각(θ1)과 제2입사각(θ2)은 서로 동일할 수 있고, 서로 상이할 수도 있으며 도 5에 도시된 실시 예에 한정되지 아니한다.In this case, if necessary, the first angle of incidence θ1 and the second angle of incidence θ2 may be the same as or different from each other, and are not limited to the embodiment illustrated in FIG. 5 .
반사판(118B-1)은 기울기가 가변 될 수 있다.The
서로 동일하거나 상이한 입사각으로 제1광원(118B-2) 및 제2광원(118B-3)에서 방출된 광이 반사판(118B-1)에서 반사되어 도 4에서 도시된 일 실시 예와 같은 센싱영역(A, B)을 센싱 할 수 있다.The light emitted from the first
전술한 바와 같이, 공진주파수가 감소되면, 본 실시예의 진동시스템 자체가 불안정해 질 우려가 있고, 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System)의 특성상 Y는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 세로길이 및 Z는 제1반사판(118A-3) 및 제2반사판(118A-4)의 높이는 감소시키는데 한계가 있기 때문에 감지각도를 유지하되, 하나의 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) 미러 어레이(mirror array)를 이용함으로 인하여 생산비를 절감할 수 있으며 시스템(System)자체가 간단해지는 효과가 있다.As described above, when the resonant frequency is reduced, there is a risk that the vibration system itself of this embodiment becomes unstable, and Y is the first reflecting
도 6은 도 5의 실시예에서 광원의 각도와 반사판의 각도에 따라 달라지는 광의 범위를 도시한 것이다.FIG. 6 illustrates a range of light that varies depending on the angle of the light source and the angle of the reflector in the embodiment of FIG. 5 .
도 6(a), (c), (e)는 반사판(118B-1)이 제1방향으로 기울어지지 않은 상태를 도시한 것이고, 도 6(b), (d), (f)는 반사판(118B-1)이 제1방향으로 제1각도만큼 기울어진 상태를 도시한 것이다.6 (a), (c), (e) shows a state in which the reflecting
제1방향은 지면과 수직인 방향일 수 있으며, 제1각도는 15도 일 수 있다.The first direction may be a direction perpendicular to the ground, and the first angle may be 15 degrees.
또한, 도 6(a), (b)는 제1광원(118B-2)이 제1방향과 수직인 제2방향으로부터 제2각도만큼 기울어진 상태를 도시한 것이고, 도 6(c), (d)는 제1광원(118B-2)이 제1방향과 수직인 제2방향으로부터 제3각도만큼 기울어진 상태를 도시한 것이고, 도 6(e), (f)는 제1광원(118B-2)이 제1방향과 수직인 제2방향으로부터 제4각도만큼 기울어진 상태를 도시한 것이다.6(a) and (b) show a state in which the first
제2방향은 지면과 평행인 방향일 수 있으며, 제2각도는 0도, 제3각도는 30도, 제4각도는 60도 일 수 있다.The second direction may be a direction parallel to the ground, the second angle may be 0 degrees, the third angle may be 30 degrees, and the fourth angle may be 60 degrees.
이하 편의상 도면에 도시된 대로 설명하지만, 본 실시 예에서 도시된 바와 달리 제1각도 내지 제4각도는 필요에 따라 변형 가능하며 이에 한정되지 아니한다.Hereinafter, it will be described as shown in the drawings for convenience, but unlike shown in the present embodiment, the first to fourth angles may be modified as needed, and the present invention is not limited thereto.
제1광원(118B-2)를 기준으로 설명을 하자면, 도 6(a), (b)와 같이 제1광원(118B-2)이 제2방향과 0도를 이루도록 위치된 경우, 반사판(118B-1)이 제1방향으로부터 15도만큼 좌우로 틸팅(Tilting) 가능하도록 구비될 수 있기 때문에 광원 하나를 가지고 광전송부(118A)가 센싱할 수 있는 감지각도는 제2방향을 기준으로 -30도 내지 30도 일 수 있다.If the description is based on the first
도 6(c), (d)와 같이 제1광원(118B-2)이 제2방향과 30도를 이루도록 위치된 경우, 반사판(118B-1)이 제1방향으로부터 15도만큼 좌우로 틸팅(Tilting) 가능하도록 구비될 수 있기 때문에 광원 하나를 가지고 광전송부(118A)가 센싱할 수 있는 감지각도는 제2방향을 기준으로 -60도 내지 60도 일 수 있다.6(c) and (d), when the first
도 6(e), (f)와 같이 제1광원(118B-2)이 제2방향과 60도를 이루도록 위치된 경우, 반사판(118B-1)이 제1방향으로부터 15도만큼 좌우로 틸팅(Tilting) 가능하도록 구비될 수 있기 때문에 광원 하나를 가지고 광전송부(118B)가 센싱할 수 있는 감지각도는 제2방향을 기준으로 -90도 내지 90도 일 수 있다.When the first
또한, 제1광원(118B-2)는 전술한 바와 같이 복수 개 배치될 수 있기 때문에 하나의 멤스(MEMS: Micro-Electro-Mechanical System) 미러 어레이(mirror array) 만으로 간단한 구조로 실시간으로 넓은 영역을 센싱 할 수 있는 효과가 있다.In addition, since a plurality of first
도 7은 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 회전축을 두 개 포함하여 면을 센싱하는 광 송신부의 다른 실시 예를 도시한 것이다.7 is a diagram illustrating another embodiment of a light transmitter including two rotation axes to sense a surface in the light wave detection and distance measurement apparatus according to the embodiment.
본 실시 예의 광전송부(118C)는 외관을 형성하는 하우징(118C-3), 하우징(118C)의 내부에 배치되며 광을 방출하는 광원(118C-2), 양방향으로 회전 가능하도록 배치되며 광원(118C-2)에서 방출하는 광을 하우징(118C-3)의 전면을 향하여 반사하는 멤스미러모듈(MEMS mirror module, 118C-1)을 포함할 수 있다.The
하우징(118C-3)는 광전송부(118C)의 외관을 형성하도록 배치될 수 있는데, 이는 일 실시 예를 표현한 것이지 필요에 따라 하우징(118C-3)는 구비되지 아니할 수 있으며 권리범위 또한 이에 한정되지 아니한다.The
멤스미러모듈(118C-1)은 바디(1181C-1), 바디(1181C-1)의 내부에 배치되며 두 개의 축을 기준으로 회전 가능하도록 배치되며 광원(118C-2)로부터 입사되는 광을 반사시키는 회전반사부(1187C)를 포함할 수 있다.The
회전반사부(1187C)는 제1방향으로 양단이 바디(1181C-1)의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 제1회전축(1181C), 제1방향과 수직인 제2방향으로 양단이 바디(1181C-1)의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 제2회전축(1183C), 제1회전축(1181C)과 제2회전축(1183C)이 교차하는 지점에 배치되어 광원(118C-2)로부터 입사되는 광을 반사하는 반사판(1185C)를 포함할 수 있다.The
본 실시 예에서는 반사판(1185C)은 광원(118C-2)로부터 입사되는 광을 하우징(118C-3)의 전면을 향하여 반사시키기 위한 반사코팅부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, the
제1방향과 제2방향은 도면에 도시된 바와 같이 하우징(118C-3)의 전면을 향하는 방향을 X축으라고 상정하였을 때, 각각 이와 수직인 Y축 및 Z축일 수 있다.The first direction and the second direction may be Y-axis and Z-axis perpendicular thereto, respectively, when it is assumed that the direction toward the front of the
전술한 멤스미러모듈(118C-1)은 제1회전축(1181C)와 제2회전축(1183C)의 회전축이 두 개 있으면 족하며, 필요에 따라 변경되어 적용 될 수 있고 권리범위는 이에 한정되지 아니한다.The above-described
이하 본 실시 예의 멤스미러모듈(118C)의 센싱 원리에 대해 설명한다.Hereinafter, the sensing principle of the
우선, 광원(118C-2)에서 방출하는 광이 회전반사부(118C-3)의 반사판(1185C)에 입사된다.First, light emitted from the
입사된 광은 반사판(1185C)에 의해 하우징(118C-3)의 전면의 하나의 점을 향하여 반사되게 된다.The incident light is reflected toward one point on the front surface of the
이 때, 반사판(1185C)는 제1회전축(1181C)에 의해 제1방향을 기준으로 하여 회전하게 되며, 제2회전축(1183C)에 의해 제1방향과 수직 제2방향을 기준으로 하여 회전하게 되며 광을 회전하게 된다.At this time, the
따라서, 광원(118C-2)에서 방출한 광은 센싱면(C)을 향하여 반사된다.Accordingly, the light emitted from the
도 8은 실시 예에 의한 광파 탐지 및 거리 측정 장치에서 회전축을 하나 포함하여 라인을 센싱하는 광 송신부의 다른 실시 예를 도시한 것이다.8 is a diagram illustrating another embodiment of a light transmitter for sensing a line including one rotation axis in the light wave detection and distance measurement apparatus according to the embodiment.
본 실시 예의 광전송부(118D)는 외관을 형성하는 하우징(118D-6), 하우징(118D-6)의 내부에 배치되며 광을 방출하는 복수개의 광원(118D-2, 118D-3), 양방향으로 회전 가능하도록 배치되며 복수개의 광원(118D-2, 118D-3)에서 방출하는 광을 반사하는 복수개의 반사부(118D-4, 118D-5), 복수개의 반사부(118D-4, 118D-5)에서 반사되는 광을 하우징(118D-6)의 전면을 향하여 반사하는 멤스미러모듈(MEMS mirror module, 118D-1)을 포함할 수 있다.The
하우징(118D-6)는 광전송부(118D)의 외관을 형성하도록 배치될 수 있는데, 이는 일 실시 예를 표현한 것이지 필요에 따라 하우징(118D-6)는 구비되지 아니할 수 있으며 권리범위 또한 이에 한정되지 아니한다.The
복수개의 광원(118D-2, 118D-3)은 하우징(118D-6)의 내부의 상부에 배치되는 제1광원(118D-2) 및 하부에 배치되는 제2광원(118D-3)을 포함할 수 있다.The plurality of
도 8에 도시된 바와 같이 상부 및 하부에 배치될 수도 있고 하우징(118D-6)의 다른 위치에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 8 , it may be disposed on the upper and lower portions, or may be disposed at different positions of the
복수개의 광원(118D-2, 118D-3)은 복수개의 광원(118D-2, 118D-3)에서 방출하는 광을 멤스미러모듈(118D-1)의 전면에 구비된 센싱영역(L1, L2)을 향하여 반사하기만 하면 족하지 전술한 실시 예에 한정되지 아니한다.The plurality of
실시 예의 복수개의 반사부(118D-4, 118D-5)는 하우징(118D-6)의 내부의 상부 및 하부에 배치될 수 있는데, 도 8에 도시된 바와 같이 상부 및 하부에 배치될 수도 있고 하우징(118D-6)의 다른 위치에 배치될 수 있다.The plurality of
복수개의 반사부(118D-4, 118D-5)는 복수개의 광원(118D-2, 118D-3)에서 방출하는 광을 멤스미러모듈(118D-1)을 향하여 반사하기만 하면 족하지 전술한 실시 예에 한정되지 아니한다.It is not sufficient for the plurality of
멤스미러모듈(118D-1)은 바디(1180D), 바디(1180D)의 내부에 배치되며 두 개의 축을 기준으로 회전 가능하도록 배치되며 복수개의 광원(118D-2, 118D-3)으로부터 입사되는 광을 반사시키는 회전반사부(1185D)를 포함할 수 있다.The
회전반사부(1185D)는 제1방향으로 양단이 바디(1181C-1)의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 회전축(1181D), 회전축(1181D)의 일면에 배치되어 복수개의 광원(118D-2, 118D-3)으로부터 입사되는 광을 반사하는 반사판(1183D)를 포함할 수 있다.The
본 실시 예에서는 반사판(1183D)은 복수개의 광원(118D-2, 118D-3)으로부터 입사되는 광을 하우징(118D-6)의 전면을 향하여 반사시키기 위한 반사코팅부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, the
도 7에서 설명한 실시 예와 달리 본 실시 예의 회전반사부(1185D)는 하나의 광원이 아니라 회전반사부(1185D)를 기준으로 복수 개의 광원(118D-2, 118D-3)이 위, 아래 배치될 수 있기 때문에 본 실시예의 반사판(1183D)는 반사코팅부재가 상면 및 하면 모두 포함할 수 있다.Unlike the embodiment described with reference to FIG. 7 , in the
이하 본 실시 예의 멤스미러모듈(118D)의 센싱 원리에 대해 설명한다.Hereinafter, the sensing principle of the
우선, 제1광원(118D-2)에서 제1반사부(118D-4)를 향하여 광을 방출하게 되고, 제2광원(118D-3)에서 제2반사부(118D-5)를 향하여 광을 방출하게 된다.First, light is emitted from the
제1반사부(118D-4)에 도달한 광은 제1반사부(118D-4)에서 멤스미러모듈(118D-1)의 반사판(1183D)의 상부를 향하여 반사되게 되며, 제2반사부(118D-5)에 도달한 광은 제2반사부(118D-5)에서 멤스미러모듈(118D-1)의 반사판(1183D)의 하부를 향하여 반사되게 된다.The light reaching the first reflecting
반사판(1183D)의 상부를 향하여 반사된 광은 제1센싱선(L1) 상의 한 점을 향하여 반사되고, 반사판(1183D)의 하부를 향하여 반사된 광은 제2센싱선(L2) 상의 한 점을 향하여 반사되게 된다.The light reflected toward the upper portion of the
이 때, 회전반사부(1185D)의 내부에 회전 가능하도록 배치되는 회전축(1181D)에 의해 일체로 회전가능하게 배치되는 반사판(1183D)에 의해 제1센싱선(L1) 및 제2센싱선(L2) 상의 한 점을 향하여 반사되는 광은 회전하여 제1센싱선(L1) 및 제2센싱선(L2)을 연결한 원주를 궤적으로 하는 센싱선(L1, L2)를 센싱 할 수 있다.At this time, the first sensing line L1 and the second sensing line L2 by the reflecting
100A, 100B: 광파 탐지 및 거리 측정 장치 110A, 110B, 110C, 110D: 광 전송부
111: 제1 히트 싱크 112: 적어도 하나의 광원
114: 전송 광학계 116: 빔 분할부
120A, 120B: 광 수신부 124: 광검출부 126A, 126B: 필터 128: 수신 광학계 132: 포토 다이오드 134: 센싱 광학계 1181: 제1광전송부 1183: 제2광전송부
118A-5: 제1발광부 118A-3: 제1반사판
118A-1: 제1광전송부하우징 1185: 회전반사부100A, 100B: Light wave detection and
111: first heat sink 112: at least one light source
114: transmission optical system 116: beam splitter
120A, 120B: light receiving unit 124:
118A-5: first
118A-1: first optical transmission unit housing 1185: rotation reflector
Claims (13)
상기 방출된 빔이 대상에 부딪힌 후 반사되어 돌아오는 후방 광을 서로 다른 각도에서 입사하고, 입사된 복수의 후방 광을 이용하여 상기 대상에 대한 정보를 측정하는 광 수신부를 포함하고,
상기 광 전송부는
광을 방출하는 복수개의 광원; 및
상기 복수개의 광원과 마주보는 방향에 배치되어 상기 복수개의 광원에서 방출된 상기 광을 반사하는 반사판; 을 포함하고,
상기 반사판은 지면과 수직 방향인 제1방향을 기준으로 기울기가 가변되도록 배치되고,
상기 복수개의 광원은
입사법선을 기준으로 상부에 배치되어 제1입사각으로 상기 반사판을 향해 광을 방출하는 제1광원; 및
입사법선을 기준으로 하부에 배치되어 제2입사각으로 상기 반사판을 향해 광을 방출하는 제2광원을 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치.an optical transmitter emitting a plurality of beams in different directions; and
and a light receiving unit that injects the reflected back light from different angles after the emitted beam collides with the target and measures information on the target using a plurality of incident back lights,
The optical transmission unit
a plurality of light sources emitting light; and
a reflection plate disposed in a direction facing the plurality of light sources to reflect the light emitted from the plurality of light sources; including,
The reflector is disposed such that the inclination is variable with respect to the first direction perpendicular to the ground,
The plurality of light sources
a first light source disposed above the incident normal to emit light toward the reflector at a first incident angle; and
A light wave detection and distance measurement device including a second light source disposed below the incident normal and emitting light toward the reflector at a second angle of incidence.
상기 반사판의 기울기는 0° 내지 15°로 가변 가능하도록 배치되는 광파 탐지 및 거리 측정 장치.According to claim 1,
The light wave detection and distance measuring device is disposed so that the inclination of the reflector is variable from 0° to 15°.
상기 방출된 빔이 대상에 부딪힌 후 반사되어 돌아오는 후방 광을 서로 다른 각도에서 입사하고, 입사된 복수의 후방 광을 이용하여 상기 대상에 대한 정보를 측정하는 광 수신부를 포함하고,
상기 광 전송부는
제1하우징;
입사법선을 기준으로 상부와 하부에 각각 배치되어 광을 방출하는 제1광원 및 제2광원;
상기 제1하우징의 내측면에 서로 대향하도록 장착되어 상기 제1광원 및 제2광원에서 방출된 상기 광을 각각 반사시키는 복수개의 반사부; 및
상기 반사부에서 각각 방출되는 상기 복수의 광을 반사시키는 멤스미러모듈(MEMS mirror module);을 포함하고,
상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)은 하나의 회전축을 이용하여 상기 복수의 광을 반사시키고,
상기 반사부는,
상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)의 상부면을 향하여 상기 제1 광원에서 방출하는 광과 동일한 축 방향을 향하여 반사시키는 제1반사부; 및
상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)의 하부면을 향하여 상기 제2 광원에서 방출하는 광과 동일한 축 방향을 향하여 반사시키는 제2반사부;를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치.an optical transmitter emitting a plurality of beams in different directions; and
and a light receiving unit that injects the reflected back light from different angles after the emitted beam collides with the target and measures information on the target using a plurality of incident back lights,
The optical transmission unit
a first housing;
a first light source and a second light source respectively disposed above and below the incident normal to emit light;
a plurality of reflection units mounted on the inner surface of the first housing to face each other and reflecting the light emitted from the first light source and the second light source, respectively; and
Including; a MEMS mirror module for reflecting the plurality of lights emitted from the reflection unit, respectively;
The MEMS mirror module reflects the plurality of lights using one rotation axis,
the reflector,
a first reflector for reflecting the light emitted from the first light source toward the upper surface of the MEMS mirror module in the same axial direction; and
Light wave detection and distance measuring apparatus including a;
상기 멤스미러모듈(MEMS mirror module)은,
제2하우징; 및
상기 제2하우징 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전반사부;를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치.9. The method of claim 8,
The MEMS mirror module (MEMS mirror module),
a second housing; and
A light wave detection and distance measuring device comprising a; a rotation reflector rotatably disposed inside the second housing.
양단이 상기 제2하우징에 구속되는 바디; 및
상기 바디의 일면에 구비되는 반사판;을 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치.The method of claim 11, wherein the rotation reflector,
a body having both ends constrained to the second housing; and
Light wave detection and distance measuring device including; a reflector provided on one surface of the body.
상기 반사판은 상면 및 하면에 모두 상기 광을 반사시키는 코팅부재를 포함하는 광파 탐지 및 거리 측정 장치.13. The method of claim 12,
The reflector is a light wave detection and distance measuring device including a coating member for reflecting the light on both the upper surface and the lower surface.
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