KR102430848B1

KR102430848B1 - 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다

Info

Publication number: KR102430848B1
Application number: KR1020200089979A
Authority: KR
Inventors: 최현용; 이승주
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2022-08-09
Also published as: KR20220011290A

Abstract

본 발명은 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 송광빔 안내관을 회전 거울에 설치하되, 송광빔이 회전 거울로 입사되어 커버로 반사되는 경로에 대응되게 송광빔 안내관이 설치되기 때문에, 송광빔에 의한 커버에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부로 수광되는 것을 억제할 수 있다. 그리고 송광빔을 출력하는 레이저 광원을 포함하는 송광부는 수광 거울과 수광 렌즈를 관통하여 송광빔 안내관으로 직접 송광빔을 전달하도록 설치되기 때문에, 수광 렌즈를 통한 수광 효율이 떨어지는 것을 억제할 수 있다.

Description

코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다{Scanning LiDAR with coaxial structure}

본 발명은 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전하는 반사 거울을 이용하여 송광과 수광을 함께 수행하여 송광축과 수광축이 일치하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다에 관한 것이다.

스캐닝 라이다(scanning LiDAR)는 주변의 지형, 물체, 장애물 등과 같은 객체(타겟)를 측정하는 데 사용되고 있다. 이러한 스캐닝 라이다는 펄스 레이저를 이용하여 객체에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 객체에 대한 정보를 획득한다. 스캐닝 라이다를 통해서 획득하는 객체에 대한 정보는 객체의 존재 여부, 객체의 종류, 객체까지의 거리 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.

스캐닝 라이다는 자동차, 이동형 로봇, 선박, 보안시스템, 조립라인, 무인비행기, 드론(drone) 등과 같은 여러 분야에서 활용되고 있으며, 그 활용 분야도 다방면으로 확대되고 있다.

이와 같은 스캐닝 라이다는 고출력 레이저 다이오드로부터 출력되는 확산 빔을 콜리메이션 렌즈(송광렌즈)를 통해서 평행광으로 집광하여 송출하고, 객체에서 반사된 광을 대구경 수광렌즈(수광렌즈)를 통해서 광검출기로 검출하는 광학계 구조를 갖는다.

이러한 스캐닝 라이다는 송수광 방식에 따라 코엑시얼(coaxial) 타입과 바이엑시얼(biaxial) 타입으로 나눌 수 있다.

코엑시얼 타입의 스캐닝 라이다는 하나의 반사거울을 이용하여 송수광을 함께 수행한다. 코엑시얼 타입은 송광축과 수광축이 일치하기 때문에 수광효율이 높고 스캐닝 라이다의 크기를 작게 제작할 수 있는 이점이 있다.

하지만 코엑시얼 타입은 송수광이 입출되는 커버에서 발생되는 후방 산란(back reflection)으로 인한 노이즈가 수광부로 수광되는 문제점을 안고 있다.

일본등록특허 제5861532호 (2016.01.08. 등록)

따라서 본 발명의 목적은 송수광이 입출되는 커버에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부로 수광되는 문제를 해소할 수 있는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수광효율을 향상시킬 수 있는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수광 렌즈; 상기 수광 렌즈의 중심을 관통하여 상기 수광 렌즈의 일측에서 타측으로 돌출되게 설치되며, 송광빔을 발생시켜 상기 수광 렌즈의 타측으로 출력하는 송광부; 상기 수광 렌즈의 타측에 경사지게 설치되며, 회전하며 입사된 송광빔을 반사하여 외부로 출력하고, 외부로 출력한 송광빔 중에서 타겟으로부터 반사되어 입사되는 반사광을 상기 수광 렌즈로 반사하는 회전 거울; 및 상기 수광 렌즈의 타측으로 돌출된 상기 송광부에 연결되게 상기 회전 거울에 설치되며, 상기 송광빔이 상기 회전 거울로 입사되어 반사되는 경로에 대응되게 설치되는 송광빔 안내관;를 포함하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다를 제공한다.

본 발명에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다는, 상기 회전 거울과 마주보게 상기 수광 렌즈의 일측에 경사지게 설치되며, 상기 수광 렌즈에서 수광된 광을 반사하는 수광 거울; 및 상기 수광 거울에서 반사된 광을 검출하는 광 검출기;를 더 포함한다.

상기 송광부는, 상기 수광 거울의 뒤쪽에서 송광빔을 발생시켜 상기 회전 거울로 출력하는 광원 모듈; 및 상기 송광빔이 출력되는 상기 광원 모듈의 일단부에 연결되고, 상기 일단부에 연결된 타단부가 상기 수광 거울 및 상기 수광 렌즈를 관통하여 상기 수광 렌즈의 타측으로 돌출되고, 상기 타단부가 상기 송광빔 안내관에 연결되는 송광빔 출력관;을 포함할 수 있다.

상기 송광빔 출력관은 상기 수광 렌즈의 타측에서 상기 송광빔 안내관에 중첩되게 설치되되, 회전하는 상기 송광빔 안내관과 간섭하지 않도록 일정 간격 이격되게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다는, 상기 수광 렌즈가 지면에 수평하게 설치되는 렌즈 프레임; 상기 렌즈 프레임의 일측에 연결되며 상기 수광 렌즈의 아래에 상기 수광 거울을 위치시키는 거울 프레임; 및 상기 수광 거울과 마주보게 상기 광 검출기가 위치하도록 상기 렌즈 프레임 및 거울 프레임 중에 적어도 하나에 연결되게 설치되는 검출기 프레임;을 더 포함할 수 있다.

상기 수광 렌즈, 상기 수광 거울 및 상기 거울 프레임에 상기 수광 렌즈의 중심을 지면에 수직 방향으로 관통되게 관통 구멍이 각각 형성될 수 있다.

상기 거울 프레임의 관통 구멍에 상기 광원 모듈이 삽입될 수 있다.

상기 송광빔 출력관이 상기 수광 렌즈, 상기 수광 거울 및 상기 거울 프레임의 관통 구멍에 삽입되어 상기 수광 거울의 타측으로 돌출될 수 있다.

상기 송광빔 안내관은, 상기 송광빔 출력관에 연결되어 상기 송광빔을 상기 회전 거울로 입사시키는 입사 안내관; 및 상기 입사 안내관에 연결되어 상기 회전 거울에서 반사된 송광빔을 출력시키는 출력 안내관;을 포함할 수 있다.

상기 입사 안내관은 상기 회전 거울의 반사면에 입사되는 송광빔에 평행하게 상기 회전 거울의 회전축 방향에 설치될 수 있다.

상기 출력 안내관은 상기 회전 거울의 반사면에서 반사되는 송광빔에 평행하게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다는, 상기 회전 거울을 둘러싸며, 상기 송광빔과 반사광이 입출되는 커버;를 더 포함할 수 있다.

상기 출력 안내관의 송광빔이 출력되는 단부는 상기 커버의 내측면에 근접하게 설치될 수 있다.

상기 커버는 상기 송광빔이 출력되는 궤도를 따라서 외부로 돌출되게 돌출부로 형성되고, 상기 돌출부의 안쪽에 상기 출력 안내관의 단부가 삽입될 수 있다.

상기 회전 거울의 회전축에 대해서 상기 회전 거울과 상기 수광 거울은 45도 각도로 설치될 수 있다.

그리고 본 발명은, 지면에 수평하게 설치되는 수광 렌즈; 상기 수광 렌즈의 중심을 수직으로 관통하여 상기 수광 렌즈의 일측에서 타측으로 돌출되게 설치되며, 송광빔을 발생시켜 상기 수광 렌즈의 타측으로 출력하는 송광부; 상기 수광 렌즈의 타측에 지면에 대해서 45도로 경사지게 설치되며, 회전하며 입사된 송광빔을 반사하여 외부로 출력하고, 외부로 출력한 송광빔 중에서 타겟으로부터 반사되어 입사되는 반사광을 상기 수광 렌즈로 반사하는 회전 거울; 상기 수광 렌즈의 타측으로 돌출된 상기 송광부에 연결되게 상기 회전 거울에 설치되며, 상기 송광빔이 상기 회전 거울로 입사되어 반사되는 경로에 대응되게 설치되는 송광빔 안내관; 및

상기 회전 거울과 마주보게 상기 수광 렌즈의 일측에 지면에 대해서 45도로 경사지게 설치되며, 상기 수광 렌즈에서 수광된 광을 반사하는 수광 거울; 및 상기 수광 거울에서 반사된 광을 검출하는 광 검출기;를 포함하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다를 제공한다.

본 발명에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다는 송광빔 안내관을 회전 거울에 설치하되, 송광빔이 회전 거울로 입사되어 커버로 반사되는 경로에 대응되게 송광빔 안내관을 설치함으로써, 송광빔에 의한 커버에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부로 수광되는 것을 억제할 수 있다.

커버의 외측면에 대해서 송광빔이 출력되는 커버 부분을 돌출부로 형성하고, 돌출부 안쪽에 송광빔이 출력되는 송광빔 안내관의 단부를 삽입함으로써, 송광빔에 의한 커버에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부로 수광되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

그리고 송광빔을 출력하는 레이저 광원을 포함하는 송광부는 수광 거울과 수광 렌즈를 관통하여 송광빔 안내관으로 직접 송광빔을 전달하도록 설치함으로써, 수광 렌즈를 통한 수광 효율이 떨어지는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로서, 송광빔 안내관과 송광빔 출력관이 연결된 부분을 보여주는 확대도이다.
도 3은 도 1의 송광빔 안내관이 수광 렌즈에 설치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 회전 거울의 회전에 따라 송광빔 안내관에 의해 수광 렌즈의 빛 가림이 발생되는 부분을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다를 보여주는 도면이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다를 보여주는 도면이다. 그리고 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로서, 송광빔 안내관과 송광빔 출력관이 연결된 부분을 보여주는 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다(100; 이하 '스캐닝 라이다'라 함)는 수광 렌즈(31), 송광부(10), 회전 거울(21) 및 송광빔 안내관(25)을 포함한다. 수광 렌즈(31)는 회전 거울(21)로부터 반사되는 반사광(80)을 수광한다. 송광부(10)는 수광 렌즈(31)의 중심을 관통하여 수광 렌즈(31)의 일측에서 타측으로 돌출되게 설치되며, 송광빔(70)을 발생시켜 수광 렌즈(31)의 타측으로 출력한다. 회전 거울(21)은 수광 렌즈(31)의 타측에 경사지게 설치되며, 회전하며 입사된 송광빔(70)을 반사하여 외부로 출력하고, 외부로 출력한 송광빔(70) 중에서 타겟(60)으로부터 반사되어 입사되는 반사광(80)을 수광 렌즈(31)로 반사한다. 그리고 송광빔 안내관(25)은 수광 렌즈(31)의 타측으로 돌출된 송광부(10)에 연결되게 회전 거울(21)에 설치되며, 송광빔(70)이 회전 거울(21)로 입사되어 반사되는 경로에 대응되게 설치된다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 수광 렌즈(31)를 포함하는 수광부(30), 회전 거울(21)을 포함하는 회전 거울부(20) 및 본체부(50)를 더 포함할 수 있다.

수광부(30)는 타겟(60)에서 반사되어 회전 거울(21)로 입사되어 반사되는 반사광(80)을 수광하여 검출한다. 이러한 수광부(30)는 수광 렌즈(31), 수광 거울(33) 및 광 검출기(35)를 포함하며, 수광 렌즈(31), 수광 거울(33) 및 광 검출기(35)는 프레임 조립체(40)에 설치될 수 있다.

프레임 조립체(40)은 렌즈 프레임(41), 거울 프레임(43) 및 검출기 프레임(45)을 포함한다.

렌즈 프레임(41)에는 수광 렌즈(31)가 지면에 수평하게 설치된다. 수광 렌즈(31)에는 지면에 수직한 방향으로 중심에 렌즈 관통 구멍(32)이 형성되어 있다. 렌즈 관통 구멍(32)에는 송광부(10)의 송광빔 출력관(19)이 관통되게 결합된다.

제1 실시예에 따른 수광 렌즈(31)는 수광용으로만 사용되기 때문에, 송수광 겸용으로 사용되는 렌즈에 비해서는 수광 효율을 높일 수 있다.

거울 프레임(43)은 수광 거울(33)이 설치되는 부분으로서, 렌즈 프레임(41)의 일측에 연결되며 수광 렌즈(31)의 아래에 수광 거울(33)이 위치할 수 있도록 설치된다. 거울 프레임(43)은 지면에 대해서 일정 각도, 예컨대 45도 각도로 수광 거울(33)이 설치되는 설치면을 제공한다.

수광 거울(33)은 수광 렌즈(31)로 입사된 반사관을 수광 거울(33)과 마주보게 설치된 광 검출기(35)로 반사한다.

그리고 검출기 프레임(45)은 광 검출기(35)가 설치되는 부분으로서, 거울 프레임(43)이 연결된 쪽에 반대쪽에 광 검출기(35)가 위치할 수 있도록 설치된다. 검출기 프레임(45)에 설치된 광 검출기(35)는 수광 거울(33)에서 반사된 광을 검출할 수 있도록 수광 거울(33)과 마주보게 설치된다. 광 검출기(35)는 수광 거울(33)에 의해 반사되는 광이 포커싱되는 지점에 배치하는 것이 바람직하다.

한편 제1 실시예에서는 검출기 프레임(45)이 렌즈 프레임(41)에 연결되게 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 검출기 프레임(45)은 거울 프레임(43)에 연결되게 설치되거나, 렌즈 프레임(41) 및 거울 프레임(43)에 연결되게 설치될 수 있다.

이러한 렌즈 프레임(41), 거울 프레임(43) 및 검출기 프레임(45)은 플라스틱 수지를 이용한 사출 성형으로 일체로 형성될 수 있다. 렌즈 프레임(41), 거울 프레임(43) 및 검출기 프레임(45) 중 적어도 두 개가 사출 성형으로 일체로 형성될 수 있다. 또는 렌즈 프레임(41), 거울 프레임(43) 및 검출기 프레임(45)이 각각 사출 성형으로 형성한 후 조립하여 프레임 조립체(40)으로 제조될 수 있다.

제1 실시예에서는 렌즈 프레임(41) 및 거울 프레임(43)이 사출 성형으로 일체로 형성되고, 별도로 제작된 검출기 프레임(45)이 렌즈 프레임(41)에 연결된 예를 개시하였다.

검출기 프레임(45)은 수광 거울(33)과 마주보는 면에 광 검출기(35)가 형성된 배선기판일 수 있다.

거울 프레임(43)과 수광 거울(33)에는 수광 렌즈(31)의 중심에 대응되게 지면에 수직한 방향으로 프레임 관통 구멍(47) 및 거울 관통 구멍(34)이 형성되어 있다. 프레임 관통 구멍(47) 및 거울 관통 구멍(34)은 렌즈 관통 구멍(32)과 지면에 대해서 수직한 동일 축 상에 형성된다. 프레임 관통 구멍(47)과 거울 관통 구멍(34)에 송광부(10)의 광원 모듈(11) 및 송광빔 출력관(19)이 설치된다. 송광빔 출력관(19)의 상단부는 수광 렌즈(31)의 렌즈 관통 구멍(32)을 통과하여 수광 렌즈(31)의 상부로 돌출된다.

송광부(10)는 광원 모듈(11) 및 송광빔 출력관(19)을 포함하고, 광원 모듈(11)은 광원용 배선기판(13)에 설치될 수 있다. 광원 모듈(11)은 수광 거울(33)의 뒤쪽에서 송광빔(70)을 발생시켜 회전 거울(21)로 출력한다. 송광빔 출력관(19)은 송광빔(70)이 출력되는 광원 모듈(11)의 일단부에 연결되고, 일단부에 연결된 타단부가 수광 거울(33) 및 수광 렌즈(31)를 관통하여 수광 렌즈(31)의 타측으로 돌출되고, 타단부가 송광빔 안내관(25)에 연결된다.

광원용 배선기판(13)은 거울 프레임(43)의 하부면에 고정 설치되며, 상부면의 일단부에 광원 모듈(11) 및 송광빔 출력관(19)이 설치된다. 광원용 배선기판(13)의 상부면에 광원 모듈(11)이 실장된다. 송광빔 안내관(25)은 하단부가 광원 모듈(11)을 덮도록 결합된다. 이때 송광빔 출력관(19)은 하단부가 광원 모듈(11)의 외측면에 결합될 수도 있고, 광원용 배선기판(13)에 결합될 수 있다.

광원 모듈(11)과 송광빔 출력관(19)은 거울 프레임(43)의 하부면을 통하여 프레임 관통 구멍(47)에 삽입될 수 있다.

광원 모듈(11)은 송광빔(70)으로 레이저 광을 콜리메이션한 레이저 빔을 출력할 수 있다. 이러한 광원 모듈(11)은 레이저 광을 발생시켜 출력하는 광원(15)과, 광원(15)의 앞쪽에 배치되어 출력되는 레이저 광을 콜리메이션하여 출력하는 콜리메이션 렌즈(17)를 포함한다.

송광빔 출력관(19)은 프레임 관통 구멍(47), 거울 관통 구멍(34) 및 렌즈 관통 구멍(32)을 통하여 수광 렌즈(31)의 상부로 돌출된다. 송광빔 출력관(19)은 양쪽이 개방된 직선관의 형태를 갖는다.

이로 인해 광원 모듈(11)에서 발생된 송광빔(70)은 송광빔 출력관(19)을 통하여 회전 거울(21)로 직접 입사된다.

광원 모듈(11)에서 발생된 송광빔(70)이 송광빔 출력관(19)을 통하여 송광빔 안내관(25)으로 안정적으로 전달될 수 있도록, 송광빔 출력관(19)의 상단부는 송광빔 안내관(25)의 하단부에 연결된다. 예컨대 수광 렌즈(31)의 상부로 돌출된 송광빔 출력관(19)의 상단부는, 도 2에 도시된 바와 같이, 송광빔 안내관(25)의 하단부에 중첩되게 설치되되, 회전하는 송광빔 안내관(25)과 간섭하지 않도록 일정 간격 이격되게 설치될 수 있다. 또는 송광빔 출력관(19)의 상단부와 송광빔 안내관(25)의 하단부가 서로 근접하되, 일정 간격 이격되게 설치될 수 있다.

회전 거울부(20)는 회전 거울(21), 모터(23) 및 송광빔 안내관(25)을 포함한다.

회전 거울(21)은 수광 거울(33)의 상부에 설치되며, 지면에 대해서 일정 각도, 예컨대 45도 각도로 기울어지게 설치된다. 회전 거울(21)은 송광부(10)에서 입사되는 송광빔(70)을 회전하면서 360도 전방향으로 반사시킬 수 있다.

모터(23)는 회전 거울(21)을 일정 속도로 회전시킨다. 모터(23)는 회전 거울(21)을 중심을 통과하는 축을 회전축으로 회전 거울(21)을 회전시킨다. 회전축은 지면에 수평하게 설치된 수광 렌즈(31)의 중심을 수직으로 통과하는 축일 수 있다.

그리고 송광빔 안내관(25)은 회전 거울(21)의 반사면에 설치된다. 송광빔 안내관(25)은 송광빔 출력관(19)에 연결되어 송광빔(70)을 회전 거울(21)로 입사시키는 입사 안내관(27)과, 입사 안내관(27)에 연결되어 회전 거울(21)에서 반사된 송광빔(70)을 출력시키는 출력 안내관(29)을 포함한다.

입사 안내관(27)은 회전 거울(21)의 반사면에 입사되는 송광빔(70)에 평행하게 회전 거울(21)의 회전축 방향에 설치된다. 출력 안내관(29)은 회전 거울(21)의 반사면에서 반사되는 송광빔(70)에 평행하게 설치된다. 이러한 송광빔 안내관(25)은 회전 거울(21)의 반사면에 영문자 "L"자형으로 설치될 수 있다. 이로 인해 입사 안내관(27)과 출력 안내관(29)이 만나는 부분에 회전 거울(21)의 반사면이 위치하여 입사 안내관(27)으로 입사된 송광빔(70)을 출력 안내관(29)으로 반사한다.

이와 같이 송광부(10)에서 발생된 송광빔(70)은 송광빔 출력관(19)과 송광빔 안내관(25)을 통과한 후 회전 거울(21)에 반사되어 타겟(60)으로 출력되기 때문에, 기존의 송광빔을 송수광 렌즈 및 회전 거울을 거처 타겟으로 출력되는 과정에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부로 수광되는 것을 억제할 수 있다.

그리고 본체부(50)는 송광부(10), 수광부(30) 및 회전 거울부(20)를 덮어서 외부 환경으로 보호한다. 본체부(50)는 회전 거울(21)을 둘러싸며, 송광빔(70)과 반사광(80)이 입출되는 커버(51)를 포함한다. 본체부(50)에서 커버(51)를 제외한 부분은 광투과성이 없는 플라스틱 또는 금속 소재로 제조될 수 있다.

송광빔(70)에 의한 커버(51)에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부(30)로 수광되는 것을 억제할 수 있도록, 출력 안내관(29)의 송광빔(70)이 출력되는 단부는 커버(51)의 내측면에 근접하게 설치될 수 있다.

제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 송광부(10) 및 수광부(30)가 프레임 조립체(40)에 설치되기 때문에, 제조 공정을 간소화할 수 있는 이점이 있다. 이유는 프레임(40)을 기초로 송광부(10) 및 수광부(30)를 모듈 형태로 제조할 수 있기 때문이다.

따라서 송광부(10) 및 수광부(30)가 설치된 프레임 조립체(40)과 회전 거울부(20)를 각각 제조한 후, 본체부(50)에 설치함으로써, 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)를 제조할 수 있다.

제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 회전 거울(21)에 송광빔 안내관(25)이 설치된 구조를 갖기 때문에, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수광 렌즈(31)로 입사되는 광의 수광량이 일부 손실이 발생된다. 여기서 도 3은 도 1의 송광빔 안내관(25)이 수광 렌즈(31)에 설치된 상태를 보여주는 도면이다. 그리고 도 4는 도 1의 회전 거울(21)의 회전에 따라 송광빔 안내관(25)에 의해 수광 렌즈(31)의 빛 가림이 발생되는 부분을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 송수광 안내관은 수광 렌즈(31)의 중심에 입사 안내관(27)이 위치하고, 입사 안내관(27)에 연결된 출력 안내관(29)이 수광 렌즈(31)의 원주면을 향하여 외부로 뻗어 있는 구조로 배치된다.

이로 인해 회전 거울(21)이 회전하면, 송수광 안내관은 입사 안내관(27)을 회전축으로 출력 안내관(29)이 수광 렌즈(31)의 면을 따라서 회전하는 형태로 회전한다.

이러한 회전 거울(21)의 회전에 의해 수광 렌즈(31)로 입사되는 반사광(80)의 빛 가림은 도 4와 같이 발생된다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 회전 거울(21)에 입사된 반사광(80)은 송광빔 안내관(25)에 의해 가려진 형태로 수광 렌즈(31)로 입사된다. 이때, 송광빔 안내관(25)은 회전 거울(21)의 반사면에 영문자 "L"자형으로 설치되기 때문에, 수광 렌즈(31)에서 송광빔 안내관(25)의 직경에 대응되는 폭을 갖는 일자 형태로 빛 가림 영역(25a)이 형성된다. 빔 가림 영역(25a)은 입사 안내관(27)이 형성하는 제1 빛 가림 영역(27a)과, 제1 빛 가림 영역(27a)과 일자로 연결되며 출력 안내관(29)이 형성된 제2 빛 가림 영역(29)을 포함한다. 빛 가림 영역(25a)은 회전 거울(21)의 회전에 따라서 회전하게 된다.

하지만 빛 가림 영역(25a)은 어느 방향에서는 일정하게 발생되기 때문에, 빛 가림 영역(25a)으로 인한 수광량이 떨어지는 것을 최소화할 수 있다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 송광빔 안내관(25)을 회전 거울(21)에 설치하되, 송광빔(70)이 회전 거울(21)로 입사되어 커버(51)로 반사되는 경로에 대응되게 송광빔 안내관(25)을 설치함으로써, 송광빔(70)에 의한 커버(51)에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부(30)로 수광되는 것을 억제할 수 있다.

그리고 송광빔(70)을 출력하는 레이저 광원을 포함하는 송광부(10)는 수광 거울(33)과 수광 렌즈(31)를 관통하여 송광빔 안내관(25)으로 직접 송광빔(70)을 전달하도록 설치함으로써, 수광 렌즈(31)를 통한 수광 효율이 떨어지는 것을 억제할 수 있다.

[제2 실시예]

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다(200)를 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 수광부(30), 송광빔 출력관(19)을 구비하는 송광부(10), 송광빔 안내관(25)을 구비하는 회전 거울부(20) 및 커버(51)를 구비하는 본체부(50)를 포함한다.

이러한 제2 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 송광빔 출력관(19)을 구비하는 송광부(10) 및 송광빔 안내관(25)을 구비하는 회전 거울부(20)를 포함하기 때문에, 제1 실시예와 동일하게 송광빔(70)에 의한 커버(51)에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부(30)로 수광되는 것을 억제하고 수광 렌즈(31)를 통한 수광 효율이 떨어지는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이 제2 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 커버(51)에 돌출부(53)가 형성된 것을 제외하면 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(도 1의 100)와 동일한 구조를 갖기 때문에, 커버(51)에 형성된 돌출부(53)를 중심으로 설명하면 다음과 같다.

커버(51)는 송광빔(70)이 출력되는 궤도를 따라서 외부로 돌출되게 돌출부(53)로 형성되어 있다. 돌출부(53)의 안쪽에 출력 안내관(29)의 단부가 삽입된다.

이와 같이 커버(51)의 외측면에 대해서 송광빔(70)이 출력되는 커버(51) 부분을 돌출부(53)로 형성하고, 돌출부(53) 안쪽에 송광빔(70)이 출력되는 송광빔 안내관(25)의 단부를 삽입함으로써, 송광빔(70)에 의한 커버(51)에서 발생되는 후방 산란으로 인한 노이즈가 수광부(30)로 수광되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 송광부 11 : 광원 모듈
13 : 광원용 배선기판 15 : 광원
17 : 콜리메이션 렌즈 19 : 송광빔 출력관
20 : 회전 거울부 21 : 회전 거울
23 : 모터 25 : 송광빔 안내관
27 : 입사 안내관 29 : 출력 안내관
30 : 수광부 31 : 수광 렌즈
32 : 렌즈 관통 구멍 33 : 수광 거울
34 : 거울 관통 구멍 35 : 광 검출기
40 : 프레임 조립체 41 : 렌즈 프레임
43 : 거울 프레임 45 : 검출기 프레임
47 : 프레임 관통 구멍 50 : 본체부
51 : 커버 53 : 돌출부
60 : 타겟 70 : 송광빔
80 : 반사광
100, 200 : 스캐닝 라이다

Claims

수광 렌즈;
상기 수광 렌즈의 중심을 관통하여 상기 수광 렌즈의 일측에서 타측으로 돌출되게 설치되며, 송광빔을 발생시켜 상기 수광 렌즈의 타측으로 출력하는 송광부;
상기 수광 렌즈의 타측에 경사지게 설치되며, 회전하며 입사된 송광빔을 반사하여 외부로 출력하고, 외부로 출력한 송광빔 중에서 타겟으로부터 반사되어 입사되는 반사광을 상기 수광 렌즈로 반사하는 회전 거울;
상기 수광 렌즈의 타측으로 돌출된 상기 송광부에 연결되게 상기 회전 거울에 설치되며, 상기 송광빔이 상기 회전 거울로 입사되어 반사되는 경로에 대응되게 설치되는 송광빔 안내관;
상기 회전 거울과 마주보게 상기 수광 렌즈의 일측에 경사지게 설치되며, 상기 수광 렌즈에서 수광된 광을 반사하는 수광 거울;
상기 수광 거울에서 반사된 광을 검출하는 광 검출기;
상기 수광 렌즈가 지면에 수평하게 설치되는 렌즈 프레임;
상기 렌즈 프레임의 일측에 연결되며 상기 수광 렌즈의 아래에 상기 수광 거울을 위치시키는 거울 프레임; 및
상기 수광 거울과 마주보게 상기 광 검출기가 위치하도록 상기 렌즈 프레임 및 거울 프레임 중에 적어도 하나에 연결되게 설치되는 검출기 프레임;을 포함하고,
상기 송광부는,
상기 수광 거울의 뒤쪽에서 송광빔을 발생시켜 상기 회전 거울로 출력하는 광원 모듈; 및
상기 송광빔이 출력되는 상기 광원 모듈의 일단부에 연결되고, 상기 일단부에 연결된 타단부가 상기 수광 거울 및 상기 수광 렌즈를 관통하여 상기 수광 렌즈의 타측으로 돌출되고, 상기 타단부가 상기 송광빔 안내관에 연결되는 송광빔 출력관;을 포함하고,
상기 송광빔 출력관은 상기 수광 렌즈의 타측에서 상기 송광빔 안내관에 중첩되게 설치되되, 회전하는 상기 송광빔 안내관과 간섭하지 않도록 일정 간격 이격되게 설치되고,
상기 수광 렌즈, 상기 수광 거울 및 상기 거울 프레임에 상기 수광 렌즈의 중심을 지면에 수직 방향으로 관통되게 관통 구멍이 각각 형성되고,
상기 거울 프레임의 관통 구멍에 상기 광원 모듈이 삽입되고,
상기 송광빔 출력관이 상기 수광 렌즈, 상기 수광 거울 및 상기 거울 프레임의 관통 구멍에 삽입되어 상기 수광 거울의 타측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.
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제1항에 있어서, 상기 송광빔 안내관은,
하단부에 상기 송광빔 출력관의 상단부가 삽입되되 간섭하지 않도록 일정 간격 이격되게 설치되고, 상기 송광빔 출력관으로부터 상기 송광빔을 입력받아 상기 회전 거울로 입사시키는 입사 안내관; 및
상기 입사 안내관에 연결되어 상기 회전 거울에서 반사된 송광빔을 출력시키는 출력 안내관;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.
제7항에 있어서,
상기 입사 안내관은 상기 회전 거울의 반사면에 입사되는 송광빔에 평행하게 상기 회전 거울의 회전축 방향에 설치되고,
상기 출력 안내관은 상기 회전 거울의 반사면에서 반사되는 송광빔에 평행하게 설치된 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.
제8항에 있어서,
상기 회전 거울을 둘러싸며, 상기 송광빔과 반사광이 입출되는 커버;를 더 포함하고,
상기 출력 안내관의 송광빔이 출력되는 단부는 상기 커버의 내측면에 근접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.
제9항에 있어서,
상기 커버는 상기 송광빔이 출력되는 궤도를 따라서 외부로 돌출되게 돌출부로 형성되고, 상기 돌출부의 안쪽에 상기 출력 안내관의 단부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.
제1항에 있어서,
상기 회전 거울의 회전축에 대해서 상기 회전 거울과 상기 수광 거울은 45도 각도로 설치된 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.
지면에 수평하게 설치되는 수광 렌즈;
상기 수광 렌즈의 중심을 수직으로 관통하여 상기 수광 렌즈의 일측에서 타측으로 돌출되게 설치되며, 송광빔을 발생시켜 상기 수광 렌즈의 타측으로 출력하는 송광부;
상기 수광 렌즈의 타측에 지면에 대해서 45도로 경사지게 설치되며, 회전하며 입사된 송광빔을 반사하여 외부로 출력하고, 외부로 출력한 송광빔 중에서 타겟으로부터 반사되어 입사되는 반사광을 상기 수광 렌즈로 반사하는 회전 거울;
상기 수광 렌즈의 타측으로 돌출된 상기 송광부에 연결되게 상기 회전 거울에 설치되며, 상기 송광빔이 상기 회전 거울로 입사되어 반사되는 경로에 대응되게 설치되는 송광빔 안내관;
상기 회전 거울과 마주보게 상기 수광 렌즈의 일측에 지면에 대해서 45도로 경사지게 설치되며, 상기 수광 렌즈에서 수광된 광을 반사하는 수광 거울;
상기 수광 거울에서 반사된 광을 검출하는 광 검출기;
상기 수광 렌즈가 지면에 수평하게 설치되는 렌즈 프레임;
상기 렌즈 프레임의 일측에 연결되며 상기 수광 렌즈의 아래에 상기 수광 거울을 위치시키는 거울 프레임; 및
상기 수광 거울과 마주보게 상기 광 검출기가 위치하도록 상기 렌즈 프레임 및 거울 프레임 중에 적어도 하나에 연결되게 설치되는 검출기 프레임;을 포함하고,
상기 송광부는,
상기 수광 거울의 뒤쪽에서 송광빔을 발생시켜 상기 회전 거울로 출력하는 광원 모듈; 및
상기 송광빔이 출력되는 상기 광원 모듈의 일단부에 연결되고, 상기 일단부에 연결된 타단부가 상기 수광 거울 및 상기 수광 렌즈를 관통하여 상기 수광 렌즈의 타측으로 돌출되고, 상기 타단부가 상기 송광빔 안내관에 연결되는 송광빔 출력관;을 포함하고,
상기 송광빔 출력관은 상기 수광 렌즈의 타측에서 상기 송광빔 안내관에 중첩되게 설치되되, 회전하는 상기 송광빔 안내관과 간섭하지 않도록 일정 간격 이격되게 설치되고,
상기 수광 렌즈, 상기 수광 거울 및 상기 거울 프레임에 상기 수광 렌즈의 중심을 지면에 수직 방향으로 관통되게 관통 구멍이 각각 형성되고,
상기 거울 프레임의 관통 구멍에 상기 광원 모듈이 삽입되고,
상기 송광빔 출력관이 상기 수광 렌즈, 상기 수광 거울 및 상기 거울 프레임의 관통 구멍에 삽입되어 상기 수광 거울의 타측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.
제12항에 있어서, 상기 송광빔 안내관은,
하단부에 상기 송광빔 출력관의 상단부가 삽입되되 간섭하지 않도록 일정 간격 이격되게 설치되고, 상기 송광빔 출력관으로부터 상기 송광빔을 입력받아 상기 회전 거울로 입사시키는 입사 안내관; 및
상기 입사 안내관에 연결되어 상기 회전 거울에서 반사된 송광빔을 출력시키는 출력 안내관;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 코엑시얼 구조를 갖는 스캐닝 라이다.