KR102429880B1

KR102429880B1 - 라이다 시스템 및 그 동작방법

Info

Publication number: KR102429880B1
Application number: KR1020170116664A
Authority: KR
Inventors: 황인오; 신동재; 김정우; 다쯔히로 오오쯔까; 윤희선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2022-08-05
Also published as: US20210270943A1; US20190079171A1; US11029398B2; KR20190029285A; US11614524B2

Abstract

라이다 시스템 및 그 동작방법에 관해 개시되어 있다. 일 실시예에 의한 라이다 시스템은 수직방향으로 스캔 각에 따라 서로 다른 파장의 광을 방출하는 광 방출부와, 입사되는 광을 수렴시키는 렌즈부와, 상기 광 방출부에서 방출된 광의 파장과 투과 중심파장이 연동하는 능동형 장치를 포함하는 광 필터부와, 상기 광 방출부와 상기 광 필터부의 동작을 제어하는 제어부와, 입사되는 광을 검출하여 상기 피사체에 대한 정보를 획득하는 검출부를 포함한다. 상기 광 방출부는 실리콘 포토닉 광 위상 배열(OPA) 광원을 포함할 수 있다. 상기 능동형 장치는 튜너블 대역투과필터를 포함할 수 있다.

Description

라이다 시스템 및 그 동작방법{LiDAR system and method of operating the same}

본 개시는 광을 이용하여 피사체에 대한 다양한 정보를 획득하는 장치에 관련된 것으로써, 보다 자세하게는 라이다 시스템과 그 동작방법에 관한 것이다.

피사체의 거리, 위치, 깊이 이미지 획득에 사용될 수 있는 라이다(LiDAR)는 다양한 분야에 사용될 수 있는데, 예를 들면, 자율 주행 차량용 센서와 사용자 인터페이스(User Interface)의 모션 캡쳐(motion capture) 센서로 활용이 가능하다.

또한, 라이다는 드론이나 산업 현장에서의 깊이 정보 검출용 깊이 카메라(depth camera)로 사용될 수도 있고, 군사용 레이저 레이다(Laser Radar)에도 사용될 수도 있으며, 로봇 네비게이션의 레인지 센서(range sensor)로도 사용될 수 있다.

본 개시는 파장 가변을 통한 스티어링과 함께 잡음광을 줄일 수 있는 라이다 시스템을 제공한다.

본 개시는 이러한 라이다 시스템의 동작방법을 제공한다.

본 개시에서 일 실시예에 의한 라이다 시스템은 수직방향으로 스캔 각에 따라 서로 다른 파장의 광을 방출하는 광 방출부와, 입사되는 광을 수렴시키는 렌즈부와, 상기 광 방출부에서 방출된 광의 파장과 투과 중심파장이 연동하는 능동형 장치를 포함하는 광 필터부와, 상기 광 방출부와 상기 광 필터부의 동작을 제어하는 제어부와, 입사되는 광을 검출하여 상기 피사체에 대한 정보를 획득하는 검출부를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 광 방출부는 실리콘 포토닉 광 위상 배열(OPA) 광원을 포함할 수 있다. 상기 능동형 장치는 튜너블 대역투과필터를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 광 필터부는 상기 렌즈부와 상기 검출부 사이에 배치될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 렌즈부는 상기 광 필터부와 상기 검출부 사이에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 렌즈부는 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.

본 개시에서 일 실시예에 의한 라이다 시스템의 동작방법은 방출될 광의 파장을 설정하는 과정과, 상기 설정된 파장의 광을 방출하도록 광 방출부에 광 방출 개시신호를 인가하는 과정과, 광 필터부의 광 투과 중심파장을 상기 설정된 파장으로 조정하는 과정 및 수직방향 스캔 각이 정해진 범위를 벗어났는지 확인하는 과정을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 확인하는 과정에서, 상기 수직방향 스캔 각이 상기 정해진 범위를 벗어나지 않은 경우, 현재의 스캔 상태를 유지할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 확인하는 과정에서, 상기 수직방향 스캔 각이 상기 정해진 범위를 벗어난 경우, 상기 방출될 광의 파장을 새로 설정하고, 후속 과정을 반복할 수 있다.

상기 광 방출부는 복수의 단위 광원들을 포함하고, 상기 복수의 단위 광원들은 위상차가 서로 다르게 배열될 수 있다.

상기 광 필터부는 튜너블 대역투과필터를 포함하여 실시간으로 상기 광 투과 중심파장을 상기 설정된 파장으로 조정할 수 있다.

상기 수직방향 스캔 각이 상기 정해진 범위를 벗어날 때까지 수평방향 스캔을 실시할 수 있다.

본 개시에서 다른 실시예에 의한 라이다 시스템의 동작방법은 수직 방향으로 파장 가변 스캔을 실시하는 과정과 상기 파장 가변에 대응해서 광 필터부의 중심 파장을 실시간으로 조정하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 파장 가변 스캔을 실시하는 과정은,

방출될 광의 파장을 설정하는 과정과, 상기 설정된 파장의 광을 방출하도록 광 방출부에 광 방출 개시신호를 인가하는 과정과, 상기 광 필터부의 광 투과 중심파장을 상기 설정된 파장으로 조정하는 과정과, 수직방향 스캔 각이 정해진 범위를 벗어난 경우, 상기 방출될 광의 파장을 새로 설정하는 과정을 포함할 수 있다.

개시된 일 실시예에 의한 라이다 시스템은 광 위상 배열(OPA) 광원을 사용하여 수직 방향으로 파장 가변 스캔을 수행한다. 그러면서 피사체로부터 반사된 광을 수신하는 쪽에는 실시간으로 투과 중심 파장을 조절할 수 있는 능동형 장치를 사용한다. 상기 능동형 장치는 상기 광 위상 배열 광원의 파장 가변 동작에 실시간으로 반응하여 투과 중심 파장이 상기 광 위상 배열 광원에서 방출된 광의 파장에 대응되도록 조정한다. 이리하여 상기 광 위상 배열 광원의 수직 방향 파장 가변 스캔과 관계없이 외부광의 유입을 줄일 수 있다. 결과적으로, 광 위상 배열 광원을 사용하여 스티어링을 온전히 구현하면서도 잡음광을 줄여 신호대 잡음비를 높일 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 라이다 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 다른 실시예에 의한 라이다 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 또 다른 실시예에 의한 라이다 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3의 라이다 시스템의 피사체를 포함하는 스캔 영역에 대한 수평스캔을 설명하기 위한 것으로, 광 방출부에서 단위 광원들을 보여주는 수평 단면도이다.
도 5는 도 1 내지 도 3의 라이다 시스템의 스캔 영역에 대한 수직 스캔을 나타낸 것으로, 광 방출부의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 라이다 시스템의 동작방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.

레이저 빔으로 스캔하여 주변을 형상화하는 라이다 시스템에서 햇빛과 같은 외부광은 잡음광이 된다. 이를 감소시키기 위해 대역투과필터(band pass filter)가 사용되고, 이를 통해 어느 정도 잡음광(noise)을 제거할 수 있다.

일반적으로 대역투과필터의 밴드폭(Band Width)은 좁을수록 필터링 효과가 높아 잡음광 저감에 효과적이다.

한편, 실리콘 포토닉(Si Photonics) 광 위상 배열(Optical Phased Array, OPA) 처럼 파장 변화에 의해 스티어링(steering)을 하는 경우, 사용하는 광원의 파장 영역이 넓기 때문에, 대역투과필터의 밴드폭이 넓어지는데, 이렇게 되면 잡음광이 증가할 수 있다.

여기에 개시된 라이다 시스템은 적어도 이러한 문제점에 대처할 수 있는 것으로, 개시된 라이다 시스템에 포함된 부재들은 광 방출부에서 방출되는 광의 파장과 대역투과필터의 중심파장을 실시간으로 대응시킬 수 있도록 마련되어 있다.

이하, 일 실시예에 의한 라이다 시스템 및 그 동작방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

도 1은 일 실시예에 의한 라이다 시스템을 보여준다.

도 1을 참조하면, 라이다 시스템(100)은 광 방출부(110), 렌즈부(120), 광 필터부(130), 검출부(140), 제어부(150)를 포함한다. 제1 내지 제3 피사체들(105, 115, 125)에 대한 정보 획득과 처리에 필요할 경우, 라이다 시스템(100)은 상기 구성 외에 다른 구성을 더 포함할 수도 있다. 광 방출부(110)로부터 피사체(105, 115, 125)를 감지하고 인식하기 위해 광이 피사체(105, 115, 125)에 방출된다.

도 1에 도시된 피사체(105, 115, 125)의 수와 형태는 상징적인 것이며, 제한적인 의미를 갖지 않는다. 다양한 대상이 피사체가 될 수 있는데, 고정체나 이동체도 피사체가 될 수 있고, 광을 반사시킬 수 있는 것이라면, 피사체의 범주에 들어올 수 있는 것으로 보아도 무방하다.

광 방출부(110)에서 피사체(105, 115, 1125)를 향해 방출되는 광(110L)은 적외선 영역에 포함된 광일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않으며, 통상적으로 인체에 해가 되지 않는 것으로 인정된 광이라면 어느 것이라도 사용될 수 있다. 광 방출부(110)는 실제 광을 방출시키는 광원(110A)을 포함한다. 광원(110A)은 주어지는 광 방출신호에 따라 다양한 파장의 광, 예를 들면 레이저 광을 방출시킬 수 있는 광원일 수 있다. 광원(110A)은, 예를 들면 복수의 단위광원(혹은 셀 광원)을 포함하는 실리콘 포토닉(Si photonics) 광 위상 배열(Si photonics Optical Phased Array, OPA)을 포함할 수 있다. 광원(110A)에서 방출되는 광(110L)의 파장은 제어부(150)에서 주어지는 제어신호에 의해 결정될 수 있다. 상기 제어신호는 광 방출신호를 포함할 수 있다. 광원(110A)에서 방출되는 광(110L)의 수직방향 진행방향은 도 5에 도시한 바와 같이 광원(110A)에서 방출되는 광(110L)의 파장에 따라 달라진다. 광원(110A)에서 방출되는 광(110L)의 파장은 제어부(150)에서 주어지는 제어신호에 의해 결정되므로, 결과적으로는 광원(110A)에서 방출되는 광(110L)의 수직 방향 진행 방향은 제어부(150)를 통해서 조절할 수 있다. 광원(110A)에서 방출된 광(110L)은 피사체(105, 115, 125)에서 반사되어 렌즈부(120)에 입사된다. 렌즈부(120)는 단일 렌즈로 도시하였지만, 복수의 렌즈를 포함하여 입사광을 광 필터부(130)에 수렴시키는 렌즈 광학계일 수도 있다. 렌즈부(120)에 입사되는 광은 렌즈부(120)에 의해 수렴되어 광 필터부(130)에 입사된다. 광 필터부(130)는 특정 파장의 광만 또는 파장이 특정 대역에 속하는 광만 통과시키고, 나머지 광은 차단시키는 동작을 수행할 수 있다. 광 필터부(130)는 이러한 동작을 능동적으로 수행하기 위해 마련된 것일 수 있다. 이를 위해 광 필터부(130)는 제어부(150)에서 주어지는 제어신호에 반응하여 중심 파장이 특정 파장인 광만 통과시키고 다른 파장의 광은 차단시키는 능동적 장치를 포함할 수 있다. 광 필터부(130)에 주어지는 상기 제어신호는 상기 능동적 장치를 통과할 광의 중심파장에 대한 정보를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 중심파장은 광 방출부(110)에서 방출된 광의 중심파장에 해당할 수 있다. 결과적으로, 광 필터부(130)에 주어지는 상기 제어신호는 광 방출부(110)에서 방출되는 광의 중심파장과 광 필터부(130)의 상기 능동적 장치를 통과할 광의 중심파장을 일치시키는 제어신호이다. 제어부(150)에서 광 필터부(130)에 주어지는 이러한 제어신호는 제어부(150)에서 광 방출부(110)에 주어지는 제어신호와 함께 실시간으로 주어질 수 있다. 그러므로 광 방출부(110)에서 방출되는 광(110L)의 파장 제어와 광 필터부(130)의 상기 능동형 장치를 통과할 광의 중심파장의 제어는 제어부(150)를 통해 실시간으로 이루어질 수 있다. 이는 일 실시예에 의한 라이다 시스템(100)의 피사체(105, 115, 125)를 포함하는 스캔 영역에 대한 스캔이 실시간으로 이루어질 수 있음을 의미한다.

광 필터부(130)에 포함된 상기 능동적 장치로 인해서 광 필터부(130)는 원하는 광만 선택적으로 통과시킬 수 있고, 자연광을 비롯한 다른 잡음광은 차단시킬 수 있다. 따라서 라이다 시스템(100)의 신호대 잡음비(S/N)는 높아질 수 있다. 상기 능동적 장치의 일 예로 광 필터부(130)는 튜너블(tunable) 대역투과필터를 포함할 수 있다. 상기 튜너블 대역투과필터의 동작방식은 액정방식 또는 음향광학(acousto-optic) 방식일 수 있다. 광 필터부(130)를 통과한 광은 검출부(140)에 입사된다. 검출부(140)는 광 필터부(130)로부터 주어지는 광을 센싱하여 광에 포함된 정보를 바탕으로 피사체(105, 115, 125)에 대한 다양한 정보를 획득한다. 예를 들면, 검출부(140)는 입사된 광으로부터 시간지연 혹은 위상차 정보를 검출하고 이에 기초하여 피사체(105, 115, 125)까지의 거리 정보, 피사체(105, 115, 125)의 위치 정보, 피사체(105, 115, 125)에 대한 깊이 이미지 등을 획득할 수 있다. 이를 위해, 검출부(140)는 TDC(Time to Digital Converter), 이미지 센서 등을 포함할 수 있다.

제어부(150)는 광 방출부(110)와 광 필터부(130) 사이에 배치될 수 있다. 제어부(150)는 광 방출부(110)와 광 필터부(130)의 동작을 제어한다. 제어부(150)는 광 방출 개시신호를 광 방출부(150)에 보내어 특정 파장의 광이 방출되게 한다. 곧, 제어부(150)는 방출될 광의 파장을 결정하고, 결정된 파장의 광을 방출시키는데 필요한 전기적 신호에 대한 정보를 포함하는 제어신호를 광 방출부(110)에 보내어 상기 결정된 파장을 갖는 광이 광원(110A)으로부터 방출되도록 한다. 제어부(150)는 광 방출부(110)에 광 방출 개시신호를 보냄과 동시에 광 필터부(130)에도 제어신호를 보내어 광 필터부(130)의 광 투과 중심파장이 광 방출부(110)에서 방출된 광의 파장이 되도록 광 필터부(130)를 제어한다.

도 2는 다른 실시예에 의한 라이다 시스템을 보여준다. 도 2에서 도 1에 도시한 라이다 시스템과 다른 부분에 대해서만 설명하고, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다. 이러한 점은 도 3에도 적용된다.

도 2에 도시된 라이다 시스템(200)에서 렌즈부(220)는 광 필터부(230)와 검출부(140) 사이에 배치되어 있다. 이에 따라 피사체(105, 115, 125)에서 반사된 광은 광 필터부(230)에 먼저 입사된다. 광 필터부(230)에서 걸러진 광은 렌즈부(220)를 거쳐 검출부(140)에 수렴된다. 광 필터부(230)는 도 1의 광 필터부(130)와 동일할 수도 있으나, 외부 사이즈는 다를 수도 있다. 예를 들면, 도 1의 광 필터부(130)의 직경은 렌즈부(120)의 직경보다 작을 수 있다. 도 2의 광 필터부(230)의 경우, 렌즈부(220) 앞쪽에 배치된 관계로 광 필터부(230)의 직경은 렌즈부(220)와 동일하거나 렌즈부(220)보다 클 수 있다.

도 3은 또 다른 실시예에 의한 라이다 시스템(300)을 보여준다.

도 3을 참조하면, 피사체(105, 115, 125)와 광 필터부(130) 사이에 렌즈부(320)가 배치되어 있다. 렌즈부(320)는 렌즈 어레이를 포함한다. 렌즈부(320)는 광 필터부(130) 앞쪽에서 피사체(105, 115, 125)로부터 입사되는 광을 광 필터부(130)에 수렴시킨다. 렌즈부(320)는 전체적으로 렌즈부(320)에 입사되는 광이 광 필터부(130)를 거쳐 검출부(140)에 초점을 맺도록 하는 곡률을 가질 수 있다. 따라서 렌즈부(320)에 입사되는 광이 어느 방향에서 입사되더라도 광이 맺히는 위치는 동일할 수 있다. 이에 따라 피사체(105, 115, 125)에 대한 해상도는 상대적으로 높아질 수 있다. 렌즈부(320)는 렌즈 어레이를 이루는 복수의 단위 렌즈(320A)를 포함한다.

도 2의 렌즈부(220)도 도 3의 렌즈부(320)와 같이 렌즈 어레이 형태로 대체될 수 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3의 라이다 시스템(100, 200, 300)의 피사체(105, 115, 125)를 포함하는 스캔영역에 대한 수평 스캔을 설명하기 위한 것으로, 광 방출부(110)에서 단위 광원들을 보여주는 수평 단면도이다. 곧, 광 방출부(110)를 일정 높이에서 수평으로 자른 부분의 평면을 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 광 방출부(110)에 포함된 광원(110A)은 어레이를 이루는 복수의 단위 광원(430)을 포함한다. 단위 광원들(430)은, 예를 들면 일렬로 어레이를 이룰 수 있다. 단위 광원(430)은 셀 광원이라 할 수도 있다. 인접한 단위 광원(430)은 서로 다른 위상차를 가질 수 있다. 도 4에서 단위 광원들(430)은 0, π/4…(n-1)π/4, (n)π/4 (n=3,4,5…)의 위상차(△Ф)를 갖는 것을 보여주지만, 이는 일 예를 나타낸 것에 불과하다. 단위 광원들(430) 사이의 위상차(△Ф)는 도 4에 예시된 것과 다른 값을 가질 수 있다.

단위 광원들(430)에서 방출된 파들은 중첩되어 파면을 이루는데, 이 파면의 진행방향은 단위 광원들(430) 사이의 위상차(△Ф)에 따라 달라진다. 따라서 단위 광원들(430) 사이의 위상차(△Ф)를 조절함으로써, X-Y 평면, 곧 수평면에서 광의 진행 방향을 조절할 수 있다. 곧, 수평면에서 스캔 방향을 제어할 수 있다. 광 방출부(110)의 광원(110A)에서 바로 정면으로 방출되는 제1 광(L1)은 편의 상, 단위 광원들(430) 사이의 위상차(△Ф)가 0일 때, 방출되는 광인 것으로 간주한다. 그러나 실제는 그렇지 않을 수 있다. 광원(110A)에서 방출되는 제2 광(L2)은 단위 광원들(430)이 제1 위상차 배열을 이룰 때, 방출되는 광이다. 제2 광(L2)은 제1 광(L1)의 진행 방향에 대해서 시계 반대 방향으로 제1 각(-θ1)의 방향으로 진행한다. 광원(110A)에서 방출되는 제3 광(L3)은 단위 광원들(430)이 제2 위상차 배열을 이룰 때, 방출되는 광이다. 제3 광(L3)은 제1 광(L1)의 진행 방향에 대해서 시계 반대 방향으로 제2 각(-θ2)의 방향으로 진행한다. 광원(110A)에서 방출되는 제4 광(L4)은 단위 광원들(430)이 제3 위상차 배열을 이룰 때, 방출되는 광이다. 제4 광(L4)은 제1 광(L1)의 진행 방향에 대해서 시계 방향으로 제1 각(+θ1)의 방향으로 진행한다. 광원(110A)에서 방출되는 제5 광(L5)은 단위 광원들(430)이 제4 위상차 배열을 이룰 때, 방출되는 광이다. 제5 광(L5)은 제1 광(L1)의 진행 방향에 대해서 시계 방향으로 제2 각(+θ2)의 방향으로 진행한다. 식별을 위해서 편의 상, 제1 광(L1)의 진행 방향에 대한 다른 광들(L2-L4)의 각도를 표시할 때, 시계 방향은‘+’로, 시계 반대 방향은‘-’로 표시하였다.

도 5는 도 1 내지 도 3의 라이다 시스템(100, 200, 300)의 스캔 영역에 대한 수직 스캔을 나타낸 것으로, 광 방출부의 단면을 보여준다.

도 5를 참조하면, 제어부(150)에서 주어지는 제어신호에 따라 광 방출부(110)의 광원(110A)에 제1 파장(λ1)의 광 방출을 위한 전기신호가 인가된다. 이에 따라 광원(110A)에서 제1 파장(λ1)의 광이 방출창(emitting window)(110C)을 통해 방출된다. 제1 파장(λ1)의 광은 Y-Z 평면에 있으며, Y축에 대해 위쪽 방향으로 제1 각(Ф1)으로 방출된다. 광 방출부(110)에 주어지는 상기 제어신호가 제2 파장(λ2)의 광을 방출하기 위한 신호인 경우, 제2 파장(λ2)의 광 방출을 위한 전기신호가 광원(110A)에 인가되고, 이에 따라 광원(110A)으로부터 제2 파장(λ2)을 갖는 광이 방출창(110C)을 통해 방출된다. 제2 파장(λ2)을 갖는 광은 Y-Z 평면에 있으며, Y축에 대해 위쪽 방향으로 제2 각(Ф2)으로 방출된다. 상기“Y축에 대해 위쪽 방향”은 Z축의 +방향이다. 광 방출부(110)에 주어지는 상기 제어신호가 제3 파장(λ3)의 광을 방출하기 위한 신호인 경우, 제3 파장(λ3)의 광 방출을 위한 전기신호가 광원(110A)에 인가되고, 이에 따라 광원(110A)으로부터 제3 파장(λ3)을 갖는 광이 방출창(110C)을 통해 Y-Z 평면으로 방출된다. 제3 파장(λ3)을 갖는 광은 Y축에 대해 아래쪽 방향으로 제3 각(Ф3)으로 방출된다. 상기 제어신호가 제4 파장(λ4)을 갖는 광 방출을 위한 신호인 경우, 제4 파장(λ4)의 광 방출을 위한 전기신호가 광원(110A)에 인가된다. 이에 따라 광원(110A)으로부터 제4 파장(λ4)을 갖는 광이 방출창(110C)을 통해 방출된다. 제4 파장(λ4)을 갖는 광은 Y-Z 평면에 있으며, Y축에 대해 아래쪽 방향으로 제4 각(Ф4)으로 방출된다.

이와 같이 X-Y 평면에 수직한 Y-Z 평면에서 광이 방출될 때, 광 방출부(110)는 제어부(150)로부터 주어지는 제어신호에 따라 파장별로 서로 다른 각으로 광을 방출할 수 있다. 이에 따라 일 실시예에 의한 라이다 시스템은 수평방향(X-Y 평면)에서는 도 4에서 설명한 바와 같은 방식으로 스캔 영역을 스캔하고, 수직 방향(Y-Z 평면)에서는 도 5에서 설명한 바와 같은 방식으로 스캔 영역을 스캔함으로써, 상기 스캔 영역을 입체적으로 스캔할 수 있다. 이에 따라 상기 스캔 영역에 있는 여러 피사체들에 대한 정보(거리, 형태, 위치 등)를 획득할 수 있다.

편의 상, 도 5에서는 제어신호에 따라 광 방출부(110)에서 제1 내지 제4 파장(λ1-λ4)의 광이 서로 다른 각으로 순차적으로 방출되는 것으로 도시하였으나, 상기 제어신호에 따라 서로 다른 파장을 갖는 더 많은 광이 광 방출부(110)에서 서로 다른 각으로 순차적으로 방출될 수 있다.

도 4와 도 5를 참조하면, 개시된 라이다 시스템(100, 200, 300)은 피사체(105, 115, 125)를 포함하는 스캔 영역을 스캔하는데 있어서, 상기 스캔 영역의 주어진 수평 방향 스캔, 곧 좌우 스캔은 상기 주어진 수평 방향 스캔에 할당된 파장의 광으로 실시하고, 상기 스캔 영역의 수직 방향 스캔, 곧 상하 스캔은 스캔 각에 따라 서로 다른 파장을 갖는 광을 이용하여 스캔한다. 곧, 개시된 라이다 시스템(100, 200, 300)은 스캔 영역을 입체적으로 스캔하는데 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광이 사용될 수 있다.

다음에는 일 실시예에 의한 라이다 시스템의 동작방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 6은 일 실시예에 의한 라이다 시스템의 동작방법을 단계별로 보여준다.

도 1 내지 도 3과 도 6을 함께 참조하면, 동작방법의 제1 단계(S1)에서 방출될 광의 파장을 설정한다. 방출될 광의 파장은 제어부(150)에서 설정되거나 결정될 수 있다.

동작방법의 제2 단계(S2)에서 상기 설정된 파장의 광을 방출하도록 광 방출 개시신호를 인가한다. 설정된 파장의 광을 방출하기 위한 전기적 신호는 제어부(150)에서 생성된다. 상기 전기적 신호는 제어신호의 형태로 제어부(150)에서 광 방출부(110)로 주어진다. 이에 따라 광 방출부(110)는 상기 설정된 파장의 광을 피사체(105, 115, 125)를 향해 방출한다. 동작방법의 제3 단계(S3)에서, 광 필터부(130)의 광 투과 중심파장을 상기 설정된 파장으로 조정한다. 제3 단계(S3)는 제어부(150)에서 주어지는 제어신호에 따라 수행된다. 곧, 제어부(150)에서 방출될 광의 파장이 설정되면, 제어부(150)는 광 필터부(130)가 적절한 필터링 동작을 할 수 있도록 상기 설정된 파장에 대한 정보를 제어신호의 형태로 광 필터부(130)에 보낸다. 광 필터부(130)는 제어부(150)로부터 주어지는 제어신호에 따라 광 필터부(130)의 투과 중심 파장을 상기 설정된 파장으로 설정한다. 이에 따라 피사체(105, 115, 125)로부터 반사되어 광 필터부(130)에 입사되는 광 중에서 상기 설정된 파장에 해당되는 광을 제외한 나머지 광은 차단된다. 이러한 결과로 신호대 잡음비를 높일 수 있다.

동작방법의 제4 단계(S4)는 라이다 시스템(100)의 수직방향 스캔 각이 정해진 범위를 벗어났는지를 판단하는 단계이다. 라이다 시스템(100)의 수직방향 스캔은 스캔 각에 따라 사용되는 파장이 다르다. 수직 방향 스캔이 주어진 각(예, 상향 20도)에서 실시되고, 각의 편차가, 예를 들어 ±2도라 할 때, 수직 방향 스캔이 상기 주어진 각에서 상기 편차를 벗어나지 않은 경우(N), 현재의 스캔 상태를 유지한다(S5). 제5 단계(S5)에서, 상기 수직방향 스캔 각이 상기 정해진 범위, 곧 상기 편차를 벗어날 때까지는 수평방향 스캔을 실시할 수 있다.

수직 방향 스캔이 상기 주어진 각에서 상기 편차를 벗어난 경우(Y), 제1 단계(S1)로 돌아가서 방출된 광의 파장을 새로 설정한다. 이때, 설정되는 파장은 바로 앞에 사용되었던 광의 파장과는 다른 파장이 된다. 이후는 제2 내지 제4 단계(S2-S4)를 반복한다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

100, 200, 300:라이다 시스템 105, 115, 125:제1 내지 제3 피사체
110:광 방출부 110A:광원
110C:방출창 110L:방출된 광
120, 220:렌즈부 130, 230:광 필터부
140:검출부 150:제어부
320:렌즈 어레이 320A:단위 렌즈
430:단위 광원들 L1-L5:제1 내지 제5 광

Claims

수직방향으로 스캔 각에 따라 서로 다른 파장의 광을 피사체를 향해 방출하는 광 방출부;
입사되는 광을 수렴시키는 렌즈부;
상기 광 방출부에서 방출된 광의 파장과 투과 중심파장이 연동하는 능동형 장치를 포함하는 광 필터부;
상기 광 방출부와 상기 광 필터부의 동작을 제어하고,
상기 수직방향의 스캔 각이 정해진 범위를 벗어나지 않은 경우, 현재의 스캔 상태를 유지하고,
상기 수직방향의 스캔 각이 상기 정해진 범위를 벗어난 경우, 상기 광 방출부에서 방출될 광의 파장을 새로 설정하는 제어부; 및
입사되는 광을 검출하여 상기 피사체에 대한 정보를 획득하는 검출부;를 포함하는 라이다 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 광 방출부는 실리콘 포토닉 광 위상 배열(OPA) 광원을 포함하는 라이다 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 능동형 장치는 튜너블 대역투과필터를 포함하는 라이다 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 광 필터부는 상기 렌즈부와 상기 검출부 사이에 배치된 라이다 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부는 상기 광 필터부와 상기 검출부 사이에 배치된 라이다 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부는 렌즈 어레이를 포함하는 라이다 시스템.
방출될 광의 파장을 설정하는 단계;
상기 설정된 파장의 광을 방출하도록 광 방출부에 광 방출 개시신호를 인가하는 단계;
광 필터부의 광 투과 중심파장을 상기 설정된 파장으로 조정하는 단계; 및
수직방향 스캔 각이 정해진 범위를 벗어 났는지 확인하는 단계;를 포함하고,
상기 확인하는 단계에서,
상기 수직방향 스캔 각이 상기 정해진 범위를 벗어나지 않은 경우, 현재의 스캔 상태를 유지하고,
상기 수직방향 스캔 각이 상기 정해진 범위를 벗어난 경우, 상기 방출될 광의 파장을 새로 설정하고, 후속 단계를 반복하는 라이다 시스템의 동작방법.
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제 7 항에 있어서,
상기 광 방출부는 복수의 단위 광원들을 포함하고, 상기 복수의 단위 광원들은 위상차가 서로 다르게 배열된 라이다 시스템의 동작방법.
제 7 항에 있어서,
상기 광 필터부는 튜너블 대역투과필터를 포함하여 실시간으로 상기 광 투과 중심파장을 상기 설정된 파장으로 조정하는 라이다 시스템의 동작방법.
제 7 항에 있어서,
상기 수직방향 스캔 각이 상기 정해진 범위를 벗어날 때까지 수평방향 스캔을 실시하는 라이다 시스템의 동작방법.
청구항 1항에 기재된 라이다 시스템의 동작 방법에 있어서,
상기 동작 방법은,
수직 방향으로 파장 가변 스캔을 실시하는 단계; 및
상기 파장 가변에 대응해서 광 필터부의 중심 파장을 실시간으로 조정하는 단계;를 포함하는 라이다 시스템의 동작방법.
제 13 항에 있어서,
상기 파장 가변 스캔을 실시하는 단계는,
방출될 광의 파장을 설정하는 단계;
상기 설정된 파장의 광을 방출하도록 광 방출부에 광 방출 개시신호를 인가하는 단계;
상기 광 필터부의 광 투과 중심파장을 상기 설정된 파장으로 조정하는 단계; 및
수직방향 스캔 각이 정해진 범위를 벗어난 경우, 상기 방출될 광의 파장을 새로 설정하는 단계;를 포함하는 라이다 시스템의 동작방법.
청구항 7항에 기재된 라이다 시스템의 동작방법으로 동작되는 라이다 시스템.