KR102438071B1 - Lidar scanning device capable of front and rear measurement - Google Patents

Lidar scanning device capable of front and rear measurement Download PDF

Info

Publication number
KR102438071B1
KR102438071B1 KR1020200146383A KR20200146383A KR102438071B1 KR 102438071 B1 KR102438071 B1 KR 102438071B1 KR 1020200146383 A KR1020200146383 A KR 1020200146383A KR 20200146383 A KR20200146383 A KR 20200146383A KR 102438071 B1 KR102438071 B1 KR 102438071B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mirror
faceted
scanner
laser
laser beam
Prior art date
Application number
KR1020200146383A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200130793A (en
Inventor
정지성
장준환
김동규
황성의
Original Assignee
주식회사 에스오에스랩
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020180027385A external-priority patent/KR102177333B1/en
Application filed by 주식회사 에스오에스랩 filed Critical 주식회사 에스오에스랩
Priority to KR1020200146383A priority Critical patent/KR102438071B1/en
Publication of KR20200130793A publication Critical patent/KR20200130793A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102438071B1 publication Critical patent/KR102438071B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/09—Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

본 발명은 레이저 빔을 대상체에 조사하고 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔을 분석해서 대상체까지의 거리, 방향, 속도 등을 측정하는 전후방 측정이 가능한 라이다 스캐닝 장치에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는,
레이저 빔을 대상체에 조사시키고 대상체에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 다면 미러; 상기 다면 미러의 양 측에 각각 형성되며, 레이저 빔을 조사하는 한 쌍의 송신부; 상기 다면 미러의 양 측에 각각 형성되며, 상기 송신부로부터 조사된 레이저 빔이 상기 다면 미러로 반사되도록 기설정된 각도 범위에서 반복적으로 회전하는 한 쌍의 미러 스캐너; 상기 다면 미러에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 수신부; 상기 다면 미러를 회전시키는 회전 모터를 포함한다.The present invention relates to a lidar scanning device capable of forward and backward measurement that measures a distance, direction, speed, etc. to an object by irradiating a laser beam to an object and analyzing the laser beam reflected and returned by the object,
A lidar scanning device according to an embodiment of the present invention,
a multi-faceted mirror irradiating a laser beam to the object and receiving the laser beam reflected from the object; a pair of transmitters formed on both sides of the multi-faceted mirror and irradiating a laser beam; a pair of mirror scanners formed on both sides of the multi-faceted mirror and repeatedly rotating in a preset angle range so that the laser beam irradiated from the transmitter is reflected to the multi-faceted mirror; a receiver for receiving the laser beam reflected from the multi-faceted mirror; and a rotation motor for rotating the multi-faceted mirror.

Description

전후방 측정이 가능한 라이다 스캐닝 장치 {Lidar scanning device capable of front and rear measurement}Lidar scanning device capable of front and rear measurement

본 발명은 레이저 빔을 대상체에 조사하고 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔을 분석해서 대상체까지의 거리, 방향, 속도 등을 측정하는 전후방 측정이 가능한 라이다 스캐닝 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar scanning device capable of forward and backward measurement capable of measuring a distance, direction, speed, etc. to an object by irradiating a laser beam to an object and analyzing the returned laser beam reflected by the object.

일반적으로, 라이다 시스템(LIDAR system; Light Detection And Ranging system)은 레이저를 대상체에 조사하고, 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔을 분석해서 대상체까지의 거리, 방향, 속도 등을 측정 감지할 수 있는 시스템이다.In general, the LIDAR system (Light Detection And Ranging system) irradiates a laser to an object and analyzes the laser beam reflected back by the object to measure and detect the distance, direction, speed, etc. to the object. there is a system

이러한 라이다 시스템은 기상 관측이나, 거리 측정 등의 용도를 위해 활용되다가, 최근에는 자율 주행 차량, 위성을 이용한 기상 관측, 무인 로봇 센서 및 3차원 영상 모델링을 위한 기술 등에 사용되고 있다. Such a lidar system has been used for weather observation or distance measurement, but is recently used in autonomous driving vehicles, weather observation using satellites, unmanned robot sensors, and technologies for 3D image modeling.

레이저 빔은 측정방법에 따라 사인파, 펄스파 등으로 조사될 수 있고, 2D 맵핑이나 3D 형상 측정시 레이저 빔의 측정점을 옮기기 위해서는 모터나 미러 등으로 구성된 라이다 스캐닝 장치가 필요하다. The laser beam can be irradiated as a sine wave or a pulse wave depending on the measurement method. In order to move the measuring point of the laser beam in 2D mapping or 3D shape measurement, a lidar scanning device composed of a motor or a mirror is required.

최근, 모바일 플랫폼을 위한 주변 형상 측정용 센서로서 라이다가 각광받고 있다. 모바일 플랫폼 중 자율 주행 차량 및 무인 이송체를 예로 들자면, 일반적으로 차량은 지면을 따라 달리므로 측정이 필요한 대상체는 주로 지면에 있다. 따라서, 자율주행 차량용 라이다는 수직 방향으로는 넓은 측정 각도가 필요하지 않으나, 수평 방향으로는 넓은 측정 영역이 필요하다. Recently, lidar has been in the spotlight as a sensor for measuring peripheral shapes for mobile platforms. Taking an autonomous vehicle and an unmanned vehicle among mobile platforms as an example, since the vehicle generally runs along the ground, an object requiring measurement is mainly on the ground. Therefore, the lidar for autonomous vehicles does not require a wide measurement angle in the vertical direction, but requires a wide measurement area in the horizontal direction.

또한, 차량의 주행 환경에는 100km 이상 고속으로 주행하는 대상체들이 많으므로 라이다의 측정 속도도 빨라야 이러한 대상체들을 검지할 수 있다.In addition, since there are many objects traveling at a high speed of 100 km or more in the driving environment of the vehicle, the measurement speed of the lidar must be fast to detect these objects.

도 1은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다. 도 1의 종래 기술은 미국 공개특허 US2014293263A1에 개시된 라이다 스캐닝 장치이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a lidar scanning apparatus according to the related art, and FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement area of the lidar scanning apparatus of FIG. 1 . The prior art of Figure 1 is a lidar scanning device disclosed in US Patent Publication US2014293263A1.

도 1에 도시된 라이다 스캐닝 장치(A)는, 송신부(35)와 수신부(40), 제1 축 스캐닝 모터(20), 다면 미러(10’), 회전 테이블(50), 제2 축 스캐닝 모터(미도시) 등을 포함한다. 여기서, 제1 축은 수직 방향을 스캐닝하기 위한 수평 회전축이고, 제2 축은 수평 방향을 스캐닝하기 위한 수직 회전축이다. The lidar scanning device A shown in FIG. 1 includes a transmitter 35 and a receiver 40, a first axis scanning motor 20, a multi-faceted mirror 10', a rotary table 50, and a second axis scanning unit. and a motor (not shown). Here, the first axis is a horizontal rotation axis for scanning the vertical direction, and the second axis is a vertical rotation axis for scanning the horizontal direction.

송신부(35)에서 송신된 빔은, 제1 축을 중심축으로 회전하는 다면 미러에 의해 여러 고도의 수직 방향으로 송신되고, 회전 테이블(50)이 제2 축을 중심으로 회전하면서 다면 미러에서 반사된 빔은 수직 및 수평 방향으로 송신된다. 이후, 송신된 빔은 대상체에서 반사되고, 대상체에서 반사된 빔은 다시 다면 미러에서 반사되어 수신부에서 수신된다.The beam transmitted from the transmitter 35 is transmitted in several highly vertical directions by a multi-faceted mirror rotating about the first axis, and the beam reflected from the multi-faceted mirror while the rotary table 50 rotates about the second axis. is transmitted in the vertical and horizontal directions. Thereafter, the transmitted beam is reflected from the object, and the beam reflected from the object is again reflected by the multi-faceted mirror and received by the receiver.

이와 같은 라이다 스캐닝 장치(A)는, 도 2와 같이 수평 방향으로는 360도를 측정할 수 있고, 수직 방향으로는 다면 미러의 설계에 따라 10 내지 170도까지 측정 가능하다는 장점이 있다. Such a lidar scanning device (A) has the advantage of being able to measure 360 degrees in the horizontal direction as shown in FIG. 2 and can measure up to 10 to 170 degrees in the vertical direction depending on the design of the multi-faceted mirror.

그러나, 종래의 라이다 스캐닝 장치(A)는 제1 축 및 제2 축 회전을 위해 2개의 모터를 사용하고 있기에, 스캐닝 속도가 수십 Hz 정도로 낮아서, 고속 스캐닝에 적합하지 않다는 문제가 있다. However, since the conventional lidar scanning device A uses two motors for rotation of the first axis and the second axis, the scanning speed is as low as several tens of Hz, so there is a problem in that it is not suitable for high-speed scanning.

또한, 수평 방향 스캐닝시에, 회전 테이블(50) 자체가 회전하므로, 회전 테이블(50) 상부에 배치된 송신부(35), 수신부(40), 제1 축 스캐닝 모터(20), 다면 미러(10’) 및 각종 회로 전체가 회전에 따른 원심력을 지속적으로 받게 되므로 이들 부품들의 내구성에 악영향을 미치는 문제가 있고, 이로 인해 수평 방향 스캐닝 속도에는 한계가 있다는 문제가 있다.In addition, since the rotary table 50 itself rotates during horizontal scanning, the transmitter 35 , the receiver 40 , the first axis scanning motor 20 , and the multi-face mirror 10 disposed above the rotary table 50 . ') and the entire circuit are continuously subjected to centrifugal force due to rotation, so there is a problem that adversely affects the durability of these parts, and thus there is a problem that the horizontal scanning speed is limited.

도 3은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이고, 도 4는 도 3의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다. 도 3의 종래 기술은 “Design and characterization of a 256x64-pixel single-photon imager in CMOS for a MEMS based laser scanning time-of-flight sensor” (OSA Publishing,Vol. 20, Issue 11, pp. 11863-11881 (2012))에 개시된 라이다 스캐닝 장치이다.3 is a diagram illustrating a lidar scanning apparatus according to the related art, and FIG. 4 is a diagram illustrating a measurement area of the lidar scanning apparatus of FIG. 3 . The prior art of FIG. 3 is “Design and characterization of a 256x64-pixel single-photon imager in CMOS for a MEMS based laser scanning time-of-flight sensor” (OSA Publishing, Vol. 20, Issue 11, pp. 11863-11881 (2012)) is a lidar scanning device.

도 3에 도시된 라이다 스캐닝 장치(B)는, 송신부(1), 수신부(2), 2축 MEMS 스캐너(3)를 포함한다. 도 3의 라이다 스캐닝 장치(B)는 측정 영역을 넓히기 위해 복수개의 레이저로 구성된 송신부(1)를 이용한다. 송신부(1)에서 송신된 빔은 2축 MEMS 스캐너(3)에 의해 수직 및 수평 방향으로 반사되면서 대상체를 검출한다. The lidar scanning device B shown in FIG. 3 includes a transmitter 1 , a receiver 2 , and a two-axis MEMS scanner 3 . The lidar scanning device B of FIG. 3 uses the transmitter 1 composed of a plurality of lasers to widen the measurement area. The beam transmitted from the transmitter 1 is reflected in the vertical and horizontal directions by the two-axis MEMS scanner 3 to detect the object.

도 3의 라이다 스캐닝 장치(B)에서는, 2축 MEMS 스캐너(3)에 의해 송신빔이 조사되는 방향이 달라지면서, 대상체에서 반사되는 수신빔이 집광렌즈(4)를 통과한 후, 맺히는 초점의 위치가 매번 달라진다. 이에, 수신부(2)는 조사되는 방향에 따라 모두 구분하여 수신할 수 있도록 M×N 다채널 수신소자 또는 이미지 센서로 구성된다.In the lidar scanning device (B) of FIG. 3 , the direction in which the transmission beam is irradiated by the two-axis MEMS scanner 3 is changed, and the reception beam reflected from the object passes through the condenser lens 4 and is then focused position is different each time. Accordingly, the receiving unit 2 is configured as an M×N multi-channel receiving element or an image sensor so that all can be received separately according to the irradiation direction.

이와 같은 라이다 스캐닝 장치(B)는 모터를 사용하지 않으므로, 송신부(1)의 출력을 수십 kHz 정도로 높일 수 있어서 고속 스캐닝이 가능한 장점이 있다. 이에 따라 전술한 라이다 스캐닝 장치(A)의 문제점을 해결할 수 있다.Since such a lidar scanning device B does not use a motor, the output of the transmitter 1 can be increased to about several tens of kHz, thereby enabling high-speed scanning. Accordingly, it is possible to solve the above-described problem of the lidar scanning device (A).

그러나, 이러한 종래의 라이다 스캐닝 장치(B)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 2축 MEMS 스캐너(3)의 각도 한계로 인해 넓은 수평 측정 각도를 가지기 어려우며, 가로/세로 다수의 채널(M×N 픽셀)을 가진 수신부가 필요하므로 비용이 증가하고 구성이 복잡하다는 문제가 있다.However, this conventional lidar scanning device (B), as shown in Figure 4, it is difficult to have a wide horizontal measurement angle due to the angular limit of the two-axis MEMS scanner (3), horizontal / vertical multiple channels (M) ×N pixels), so there is a problem in that the cost increases and the configuration is complicated.

미국 공개특허 US2014293263A1US Patent Publication US2014293263A1

Design and characterization of a 256x64-pixel single-photon imager in CMOS for a MEMS based laser scanning time-of-flight sensor (OSA Publishing,Vol. 20, Issue 11, pp. 11863-11881 (2012))Design and characterization of a 256x64-pixel single-photon imager in CMOS for a MEMS based laser scanning time-of-flight sensor (OSA Publishing, Vol. 20, Issue 11, pp. 11863-11881 (2012))

본 발명은 전술한 종래 기술들의 문제점을 해결하면서도 하나의 장치로 전후방을 측정할 수 있는 전후방 측정이 가능한 라이다 스캐닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a lidar scanning device capable of front and rear measurement capable of measuring the front and rear with one device while solving the problems of the prior art described above.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는,A lidar scanning device according to an embodiment of the present invention,

레이저 빔을 대상체에 조사시키고 대상체에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 다면 미러; 상기 다면 미러의 양 측에 각각 형성되며, 레이저 빔을 조사하는 한 쌍의 송신부; 상기 다면 미러의 양 측에 각각 형성되며, 상기 송신부로부터 조사된 레이저 빔이 상기 다면 미러로 반사되도록 기설정된 각도 범위에서 반복적으로 회전하는 한 쌍의 미러 스캐너; 상기 다면 미러에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 수신부; 상기 다면 미러를 회전시키는 회전 모터를 포함한다.a multi-faceted mirror irradiating a laser beam to the object and receiving the laser beam reflected from the object; a pair of transmitters formed on both sides of the multi-faceted mirror and irradiating a laser beam; a pair of mirror scanners formed on both sides of the multi-faceted mirror and repeatedly rotating in a preset angle range so that the laser beam irradiated from the transmitter is reflected to the multi-faceted mirror; a receiver for receiving the laser beam reflected from the multi-faceted mirror; and a rotation motor for rotating the multi-faceted mirror.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 송신부는, 레이저 빔을 조사하는 복수개의 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the transmitter may include a plurality of laser diodes irradiating a laser beam.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 복수개의 레이저 다이오드는 레이저 조사 방향이 상기 미러 스캐너 방향이 되도록 상기 미러 스캐너의 중심선을 기준으로 이격되어 형성될 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to the embodiment of the present invention, the plurality of laser diodes may be formed to be spaced apart from a center line of the mirror scanner so that the laser irradiation direction is the mirror scanner direction.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 미러 스캐너는 회전 각도가 가변되고, 가변된 각도 범위에서 반복적으로 회전할 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the mirror scanner may have a variable rotation angle, and may rotate repeatedly within a variable angle range.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 미러 스캐너는, 일정한 각도 범위에서 반복 구동하는 액츄에이터 기반 미러 스캐너일 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the mirror scanner may be an actuator-based mirror scanner that is repeatedly driven in a predetermined angular range.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 미러 스캐너는, 공진스캐너, MEMS 미러, VCM(voice coil motor), Optical Phase Array 중 어느 하나일 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the mirror scanner may be any one of a resonance scanner, a MEMS mirror, a voice coil motor (VCM), and an optical phase array.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 다면 미러는, 기울기가 상이한 복수개의 반사 미러를 포함할 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the multi-faceted mirror may include a plurality of reflective mirrors having different inclinations.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 복수개의 반사 미러는, 상기 복수개의 반사 미러에 의한 측정 고도가 부분적으로 겹칠 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the plurality of reflection mirrors may partially overlap the height measured by the plurality of reflection mirrors.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 수신부는, 단일 픽셀로 이루어진 단일 채널 수신부 또는 픽셀이 N×1 개로 배열된 다채널 수신부일 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to the embodiment of the present invention, the receiver may be a single channel receiver including a single pixel or a multichannel receiver in which N×1 pixels are arranged.

본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 수신부는 단일 채널 수신부이고, 상기 수신부는 상기 다면 미러에서 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 더 포함하며, 상기 송신부와 상기 수신부와 상기 미러 스캐너는 동기화되어 상기 미러 스캐너의 반사 각도를 이용하여 측정 고도를 측정할 수 있다.In the lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the receiver is a single channel receiver, and the receiver further includes a condensing lens for condensing the laser beam reflected from the multi-faceted mirror, the transmitter and the receiver and the The mirror scanner may be synchronized to measure the measurement height using the reflection angle of the mirror scanner.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other details of implementations according to various aspects of the invention are included in the detailed description below.

본 발명의 실시 형태에 따르면, According to an embodiment of the present invention,

하나의 라이다 스캐닝 장치로 전방 및 후방을 동시에 측정할 수 있다. One lidar scanning device can measure both forward and backward simultaneously.

다면 미러가 회전 모터에 의해 회전되면서 넓은 전방 각도로 레이저 빔을 방사시킬 수 있으므로, 전방 및 후방에 대한 수평 방향 측정 범위를 넓힐 수 있다.Since the multi-faceted mirror can emit a laser beam at a wide front angle while being rotated by a rotating motor, the horizontal measurement range for the front and rear can be widened.

또한, 미러 스캐너가 소정의 각도 범위에서 반복 구동하면서 다면 미러의 다양한 수직축 위치로 레이저 빔을 반사시키므로, 수직 방향의 측정 고도를 높일 수 있다.In addition, since the mirror scanner is repeatedly driven in a predetermined angle range and reflects the laser beam to various vertical axis positions of the multi-faceted mirror, it is possible to increase the measurement height in the vertical direction.

또한, 회전 모터는 다면 미러만을 회전시키고, 다른 구성 요소는 회전 모터에 의해 회전되지 않으므로, 라이다 스캐닝 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the rotating motor rotates only the multi-faceted mirror and other components are not rotated by the rotating motor, durability of the lidar scanning device can be improved.

또한, 송신부에서 미러 스캐너로 수백 kHz 이상의 주기로 레이저 빔을 송신할 수 있으므로, 수직 방향에 대해서 고속으로 스캐닝할 수 있다.In addition, since the laser beam can be transmitted from the transmitter to the mirror scanner at a period of several hundred kHz or more, it is possible to perform high-speed scanning in the vertical direction.

또한, 측정 분해능은 동일하게 유지하면서 측정 범위를 확장시킬 필요가 있는 경우에 유용하다.It is also useful when it is necessary to extend the measurement range while maintaining the same measurement resolution.

또한, 측정 범위는 동일하게 유지하면서 측정 분해능을 확장시킬 필요가 있는 경우에 유용하다.Also, it is useful when it is necessary to extend the measurement resolution while keeping the measurement range the same.

도 1은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 4는 도 3의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 미러 스캐너의 일 예가 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 상태가 도시된 평면도이다.
도 8은 다면 미러의 반사 미러 각각이 상이한 기울기로 형성된 경우의 측정 고도를 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 과정이 도시된 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다.
도 14a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 사시도이다.
도 14b는 도 14a의 평면도이다.
도 15는 단일의 레이저 다이오드를 이용한 라이다 스캐닝 장치의 측정 범위가 도시된 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 측정 범위가 도시된 도면이다.1 is a perspective view showing a lidar scanning device according to the prior art.
FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement area of the lidar scanning device of FIG. 1 .
3 is a diagram illustrating a lidar scanning device according to the related art.
FIG. 4 is a diagram illustrating a measurement area of the lidar scanning device of FIG. 3 .
5A is a perspective view illustrating a lidar scanning apparatus according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 5B is a plan view of Fig. 5A;
6 is a diagram illustrating an example of a mirror scanner of the lidar scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention.
7 is a plan view illustrating an operation state of the lidar scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view for explaining a measurement height in the case where each of the reflection mirrors of the multi-faceted mirror is formed with a different inclination.
9 and 10 are diagrams illustrating an operation process of the lidar scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention.
11 to 13 are views illustrating a measurement area of the lidar scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention.
14A is a perspective view illustrating a lidar scanning device according to a second embodiment of the present invention.
14B is a plan view of FIG. 14A .
15 is a diagram illustrating a measurement range of a lidar scanning device using a single laser diode.
16 and 17 are diagrams illustrating a measurement range of a lidar scanning device according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprise' or 'have' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 실시예들에 따른 전후방 측정이 가능한 라이다 스캐닝 장치(이하, 라이다 스캐닝 장치라고도 함)는 하나의 라이다 스캐닝 장치로 전방 및 후방을 동시에 측정할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 라이다 스캐닝 장치는 이동체에 설치되어 이동체의 전방 및 후방을 동시에 측정할 수 있다. 예를 들어, 라이다 스캐닝 장치가 차량에 설치되는 경우, 차량의 루프 위에 설치되거나 또는 차량 내부의 룸미러 근방의 전후방 측정 가능한 위치(예를 들어, 블랙박스가 장착되는 위치)에 설치되어 전후방에 존재하는 대상체를 측정할 수 있다. 여기서, 전방의 대상체는 차량의 주행방향 전방에 존재하는 대상체를 의미하고, 후방의 대상체는 차량의 후방에 존재하는 대상체 또는 차량 내부의 승객 또는 물체일 수 있다. 차량 내부의 승객 또는 물체의 측정은 후술하는 다면 미러의 기울기를 조절하여 구현될 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전후방 측정이 가능한 라이다 스캐닝 장치를 설명한다.The lidar scanning apparatus capable of front and rear measurement (hereinafter, also referred to as a lidar scanning apparatus) according to embodiments of the present invention may simultaneously measure the front and rear sides with one lidar scanning apparatus. The lidar scanning apparatus according to embodiments of the present invention may be installed on a moving object to simultaneously measure the front and rear of the moving object. For example, when the lidar scanning device is installed in a vehicle, it is installed on the roof of the vehicle or installed at a measurable position (for example, a position where a black box is mounted) near the rearview mirror inside the vehicle, Existing objects can be measured. Here, the front object means an object existing in the front of the vehicle in the driving direction, and the rear object may be an object existing at the rear of the vehicle or a passenger or object inside the vehicle. Measurement of a passenger or an object inside the vehicle may be implemented by adjusting the inclination of the multi-faceted mirror, which will be described later. Hereinafter, a lidar scanning device capable of front and rear measurement according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 평면도이다.5A is a perspective view illustrating a lidar scanning apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a plan view of FIG. 5A .

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는, 송신부(100), 미러 스캐너(200), 다면 미러(300), 수신부(400), 회전 모터(500)를 포함한다.As shown in FIGS. 5A and 5B , the lidar scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a transmitter 100 , a mirror scanner 200 , a multi-faceted mirror 300 , a receiver 400 , and a rotation motor. (500).

송신부(100) 및 미러 스캐너(200)는 다면 미러(300)의 양 측에 각각 형성된다. 한 쌍의 송신부(100) 및 미러 스캐너(200) 중 어느 하나는 전방의 대상체를 측정하고, 나머지는 후방의 대상체를 측정할 수 있다. 예를 들어, 도 5a에서 좌측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)는 전방의 대상체를 측정하고, 우측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)는 후방의 대상체를 측정할 수 있다. The transmitter 100 and the mirror scanner 200 are respectively formed on both sides of the multi-faceted mirror 300 . One of the pair of transmitters 100 and the mirror scanner 200 may measure a front object, and the other may measure a rear object. For example, in FIG. 5A , the transmitter 100 and the mirror scanner 200 disposed on the left measure the front object, and the transmitter 100 and the mirror scanner 200 disposed on the right measure the rear object. can

송신부(100)는 미러 스캐너(200)의 상부에 일정 거리 이격되어 형성되며, 미러 스캐너(200)에 레이저 빔을 조사한다. 송신부(100)는, 예를 들어 레이저 다이오드(LD)가 사용될 수 있으며, 단일로 이루어질 수 있다.The transmitter 100 is formed to be spaced apart from the mirror scanner 200 by a predetermined distance, and irradiates a laser beam to the mirror scanner 200 . The transmitter 100 may be, for example, a laser diode LD, and may be formed as a single unit.

미러 스캐너(200)는 레이저 빔을 조사하는 송신부(100)와 일정 거리 이격 형성되며, 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔을 다면 미러(300) 방향으로 반사시킨다. The mirror scanner 200 is formed to be spaced apart from the transmitter 100 irradiating the laser beam by a predetermined distance, and reflects the laser beam irradiated from the transmitter 100 in the direction of the multi-faceted mirror 300 .

미러 스캐너(200)는 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔이 여러 방향으로 반사되도록 기설정된 각도 범위에서 반복적으로 구동한다. 여기서, 반복 구동이라 함은, 예를 들어, 미러 스캐너가 일정한 각도 범위에서 축회전하는 것일 수 있다. 미러 스캐너(200)는 레이저 빔을 복수개의 수평 방향으로 반사되도록 회전할 수도 있으나, 수평 방향은 다면 미러(300)의 회전에 의해 스캐닝되므로, 복수개의 수직 방향으로 반사되도록 회전하는 것이 바람직하다. The mirror scanner 200 is repeatedly driven in a preset angle range so that the laser beam irradiated from the transmitter 100 is reflected in various directions. Here, the repetitive driving may refer to, for example, rotation of the mirror scanner in a predetermined angular range. The mirror scanner 200 may rotate to reflect the laser beam in a plurality of horizontal directions, but since the horizontal direction is scanned by the rotation of the multi-faceted mirror 300 , it is preferable to rotate to reflect the laser beam in a plurality of vertical directions.

이러한 미러 스캐너(200)는, 예를 들어, 소형 액츄에이터 기반 미러 스캐너일 수 있다. 소형 액츄에이터 기반 미러 스캐너의 일 예로 공진스캐너, MEMS 미러, VCM(voice coil motor), Optical Phase Array 등이 있다.Such a mirror scanner 200 may be, for example, a small actuator-based mirror scanner. Examples of the small actuator-based mirror scanner include a resonance scanner, a MEMS mirror, a voice coil motor (VCM), an optical phase array, and the like.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 미러 스캐너의 일 예가 도시된 도면이다.6 is a diagram illustrating an example of a mirror scanner of a lidar scanning apparatus according to an embodiment of the present invention.

일 예에 따른 미러 스캐너(200)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 영구자석(210)과, 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되는 전자석 미러(220)와 전자석 미러의 회전축 역할을 수행하는 토션 바아(230)를 포함할 수 있다. 전자석 미러(220)에는 코일이 형성되고, 코일을 흐르는 전류 방향의 변화에 따라 영구자석(210)과 전자석 미러(220) 사이의 자기장 관계가 변화하며, 변화된 자기장의 영향으로 전자석 미러(220)는 토션 바아(230)를 회전축으로 하여 소정 각도 범위로 회전하면서 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔을 복수개의 수직 방향으로 반사시킨다.Mirror scanner 200 according to an example, as shown in Figure 6, a pair of permanent magnets 210, and the electromagnet mirror 220 disposed between the pair of permanent magnets and the role of the rotation axis of the electromagnet mirror It may include a torsion bar 230 to perform. A coil is formed in the electromagnet mirror 220, and the magnetic field relationship between the permanent magnet 210 and the electromagnet mirror 220 is changed according to a change in the direction of the current flowing through the coil, and the electromagnet mirror 220 is affected by the changed magnetic field. The laser beam irradiated from the transmitter 100 is reflected in a plurality of vertical directions while rotating in a predetermined angle range using the torsion bar 230 as a rotation axis.

본 발명의 실시예에서, 송신부(100), 수신부(400), 미러 스캐너(200)는 회전 모터(500)에 의해 회전되는 부품이 아니므로, 전술한 도 1 및 도 2에 따른 종래 기술과는 달리 원심력을 받지 않게 되어, 이들 부품의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. 나아가, 송신부(100)를 구성하는 레이저 다이오드는 수백 kHz 이상의 주기로 고속으로 레이저 빔을 송신할 수 있고, 미러 스캐너(200)는 이를 다면 미러(300)로 반사시켜서 대상체에 대한 고속 스캐닝을 수행할 수 있다. In the embodiment of the present invention, since the transmitter 100 , the receiver 400 , and the mirror scanner 200 are not parts rotated by the rotation motor 500 , it is different from the prior art according to FIGS. 1 and 2 described above. Otherwise, they are not subjected to centrifugal force, which makes it possible to improve the durability of these parts. Furthermore, the laser diode constituting the transmitter 100 can transmit a laser beam at high speed with a cycle of several hundred kHz or more, and the mirror scanner 200 reflects it by the multi-faceted mirror 300 to perform high-speed scanning of the object. have.

주행 중 장애물을 감지하는 것을 주요 목적으로 하는 모바일 플랫폼에서는, 전방의 도로와 차량, 사람 등의 장애물을 검지하는 것이 중요하다. 따라서, 드론, 무인 비행체에 비해 상대적으로 협소한 범위의 수직 방향을 고속으로 측정하는 것이 더 중요하므로, 수직 방향 고속 측정을 위해 소형 액츄에이터 기반 미러 스캐너(200)를 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 필요한 경우, 더 넓은 수직 방향 고속 측정을 위해 미러 스캐너(200)의 구동 범위를 넓힐 수도 있다.In a mobile platform whose main purpose is to detect obstacles while driving, it is important to detect obstacles such as roads, vehicles, and people in front. Therefore, since it is more important to measure the vertical direction in a relatively narrow range at high speed compared to drones and unmanned aerial vehicles, it is preferable to use the small actuator-based mirror scanner 200 for high speed vertical measurement. Of course, if necessary, the driving range of the mirror scanner 200 may be extended for wider vertical high-speed measurement.

한편, 송신부(100)와 미러 스캐너(200) 사이에는 콜리메이팅 렌즈(C1)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 콜리메이팅 렌즈(C1)는 송신부(100)를 구성하는 레이저 다이오드에서 발생된 레이저 빔을 집광시키는 광학 렌즈이다.Meanwhile, at least one collimating lens C1 may be formed between the transmitter 100 and the mirror scanner 200 . The collimating lens C1 is an optical lens for condensing a laser beam generated from a laser diode constituting the transmitter 100 .

다면 미러(300)는 미러 스캐너(200)로부터 반사된 레이저 빔을 조사시키고 대상체에서 반사된 레이저 빔을 수신한다. 다면 미러(300)는 소정 개수(n개)의 반사 미러로 형성된다. 예를 들어, 다면 미러(300)는 4개의 반사 미러로 형성될 수 있고, 각각의 반사 미러는 미러 스캐너(200)에서 반사된 레이저 빔을 반사시켜서 수평 및 수직 방향으로 조사시키는 반사 미러 기능을 수행한다.The multi-faceted mirror 300 irradiates the laser beam reflected from the mirror scanner 200 and receives the laser beam reflected from the object. The multi-faceted mirror 300 is formed of a predetermined number (n) of reflective mirrors. For example, the multi-faceted mirror 300 may be formed of four reflection mirrors, and each reflection mirror reflects the laser beam reflected from the mirror scanner 200 and performs a reflection mirror function of irradiating it in the horizontal and vertical directions. do.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 상태가 도시된 평면도이고, 도 8은 다면 미러의 반사 미러 각각이 상이한 기울기로 형성된 경우의 측정 고도를 설명하는 도면이다. 7 is a plan view illustrating an operation state of the lidar scanning device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view for explaining a measurement height when the reflection mirrors of the multi-faceted mirror are formed with different inclinations.

도 7에 도시된 바와 같이, 회전 모터(500)의 회전에 의해 다면 미러(300)가 회전하면, 다면 미러(300)의 양 측에 배치된 송신부(100)에서 각각 조사되고 미러 스캐너(200)에서 각각 반사된 레이저 빔은 다면 미러(300)에 의해 반사되어 소정 각도를 이루며 전방 및 후방으로 진행된다. 도 7의 (c)와 같이, 다면 미러(300)의 회전에 따라 미러 스캐너(200) 방향으로 반사되는 레이저 빔은 노이즈 처리된다.As shown in FIG. 7 , when the multi-faceted mirror 300 is rotated by the rotation of the rotary motor 500, the multi-faceted mirror 300 is irradiated from the transmitter 100 disposed on both sides of the mirror scanner 200, respectively. Each of the reflected laser beams is reflected by the multi-faceted mirror 300 to form a predetermined angle and proceed forward and backward. As shown in FIG. 7C , the laser beam reflected in the direction of the mirror scanner 200 according to the rotation of the multi-faceted mirror 300 is subjected to noise processing.

다면 미러(300)의 미러 개수가 많을수록, 높은 해상도 또는 높은 측정 속도를 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 4개의 반사 미러로 다면 미러(300)를 구성한 경우, 4개의 반사 미러에 대해 측정 시작점을 조금씩 다르게 하여 미러 스캐너(200)로부터 반사된 레이저 빔을 조사시키면 대상체에 대한 분해능은 4배가 되고, 4개의 반사 미러에 대한 측정 시작점을 동일하게 하여 레이저 빔을 조사시키면 대상체에 대한 측정 속도가 4배가 된다. 여기서 다른 측정 시작점의 개수는 미러 개수(n)와 동일하며 다른 시작점의 위치는 동일한 시작점에서 측정되었을 때 시스템이 갖는 수평축 각도 분해능의 1/n 만큼 이동된 위치가 될 수 있다.As the number of mirrors of the multi-faceted mirror 300 increases, a high resolution or a high measurement speed may be realized. For example, when the multi-faceted mirror 300 is configured with four reflective mirrors as shown in FIG. 5 , when the laser beam reflected from the mirror scanner 200 is irradiated with slightly different measurement starting points for the four reflective mirrors, the The resolution is quadrupled, and when the laser beam is irradiated with the same measurement starting points for the four reflective mirrors, the measurement speed for the object is quadrupled. Here, the number of other measurement starting points is the same as the number of mirrors (n), and the position of the other starting points may be a position shifted by 1/n of the horizontal axis angular resolution of the system when measured from the same starting point.

한편, 다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러 각각은 상이한 기울기를 갖도록 할 수 있다. 여기서, 반사 미러의 기울기란, 다면 미러의 바닥면에 수직인 수직면과 반사 미러가 이루는 각도(θ)를 의미한다.Meanwhile, each of the reflection mirrors constituting the multi-faceted mirror 300 may have a different inclination. Here, the inclination of the reflection mirror means an angle θ between the vertical plane perpendicular to the bottom surface of the multi-faceted mirror and the reflection mirror.

미러 스캐너(200)에서 반사된 레이저 빔은 기울기가 상이한 다수의 반사 미러에 의해 반사되어 여러 측정 고도를 측정할 수 있게 된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 기울기가 상이한 반사 미러가 4개인 경우, 다면 미러(300)가 1회전할 때마다, 4개의 측정 고도(H1 ~ H4)를 측정할 수 있게 된다. 도 8에서 다면 미러(300)의 일 측에서의 레이저 빔 반사를 예시하고 있으나, 이는 설명을 위한 예시일 뿐, 다면 미러(300)의 양 측에서 레이저 빔이 반사되어 다양한 고도를 측정할 수 있다.The laser beam reflected by the mirror scanner 200 is reflected by a plurality of reflective mirrors having different inclinations to measure various measurement heights. For example, as shown in FIG. 8 , when there are four reflective mirrors having different inclinations, each time the multi-faceted mirror 300 rotates once, four measurement heights H1 to H4 can be measured. Although the reflection of the laser beam from one side of the multi-faceted mirror 300 is illustrated in FIG. 8 , this is only an example for explanation, and the laser beam is reflected from both sides of the multi-faceted mirror 300 to measure various altitudes.

수신부(400)는 다면 미러(300)에서 반사된 레이저 빔을 수신한다. 수신부(400)는 픽셀이 N×1 개로 배열된 다채널 수신부 또는 하나의 픽셀로 이루어진 단일 채널 수신부일 수 있다.The receiver 400 receives the laser beam reflected from the multi-faceted mirror 300 . The receiver 400 may be a multi-channel receiver in which N×1 pixels are arranged or a single-channel receiver including one pixel.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 과정이 도시된 도면으로, 수신부(400)에서의 수신 위치에 대해 설명하는 도면이다. 도 9 및 도 10에서 수신부(400)는 N×1 다채널 수신부를 예시하고 있다.9 and 10 are diagrams illustrating an operation process of the lidar scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention, and are diagrams for explaining a reception position in the reception unit 400 . 9 and 10 , the receiver 400 exemplifies an N×1 multi-channel receiver.

도 9에 도시된 바와 같이, 미러 스캐너(200)에서 반사된 레이저 빔이 가장 낮은 고도로 다면 미러(300)에 조사되어 대상체에서 반사된 후 다시 다면 미러(300)에서 반사되어 다채널 수신부(400)에서 수신되는 경우, 기하 광학적 원리에 의해 다채널 수신부(400)의 최상단 채널(픽셀)에 수신된다. As shown in FIG. 9 , the laser beam reflected from the mirror scanner 200 is irradiated to the multi-faceted mirror 300 at the lowest altitude, reflected from the object, and then reflected from the multi-channel mirror 300 again to the multi-channel receiver 400 . When it is received from , it is received in the uppermost channel (pixel) of the multi-channel receiver 400 according to a geometric optical principle.

반대로, 도 10에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 가장 높은 고도로 다면 미러(300)에 조사되어 대상체에서 반사된 후 다시 다면 미러(300)에서 반사되어 다채널 수신부(400)에서 수신되는 경우, 다채널 수신부(400)의 최하단 채널에 수신된다. Conversely, as shown in FIG. 10, when the laser beam is irradiated to the multi-faceted mirror 300 at the highest altitude, reflected from the object, and then reflected from the multi-faceted mirror 300 and received by the multi-channel receiver 400, It is received on the lowest channel of the channel receiving unit 400 .

이와 같이, 다면 미러(300)로 레이저 빔이 조사되는 위치와 다채널 수신부(400)에서 수신되는 위치는 서로 상반되는 관계이다.As described above, the position at which the laser beam is irradiated by the multi-faceted mirror 300 and the position at which the laser beam is received by the multi-channel receiver 400 are opposite to each other.

상기의 실시예에서, 수직 방향 측정 고도에 따라 수신빔이 맺히는 초점 위치가 달라지므로 N×1 다채널 수신부(400)를 사용하지만, 이에 한정되지 않고, 수신부(400)는 단일 채널 수신부로 이루어질 수 있다. 이 경우, 수신부(400)는 다면 미러(300)에서 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈(C2)를 추가적으로 구비하며, 집광 렌즈(C2)의 적절한 설계를 통해 모든 측정 고도에서 수신되는 레이저 빔을 하나의 채널(픽셀)에 수신되도록 할 수 있다. In the above embodiment, the N×1 multi-channel receiver 400 is used because the focal position at which the receive beam is focused varies according to the vertical measurement height, but the present invention is not limited thereto, and the receiver 400 may be composed of a single channel receiver have. In this case, the receiver 400 is additionally provided with a condenser lens C2 for condensing the laser beam reflected from the multi-faceted mirror 300, and the laser beam received at all measurement altitudes through the appropriate design of the condenser lens C2. It can be received in one channel (pixel).

이때, 송신부(100)에서 레이저 빔은 펄스 형태로 송신되며 레이저 빔을 송신하는 시간과 수신부(400)에서 레이저 빔을 수신하는 시간을 동기화하고, 동 시간의 미러 스캐너(200)의 반사 각도를 내부 구동 신호 피드백을 이용하여 측정, 고도를 특정할 수 있게 된다. 그리고, 각 각도에서 측정된 레이저 빔의 시간 차이를 이용하여 대상체의 위치, 형상 등을 측정한다.At this time, the laser beam is transmitted in the form of a pulse from the transmitter 100, and the time for transmitting the laser beam and the time for receiving the laser beam from the receiver 400 are synchronized, and the reflection angle of the mirror scanner 200 at the same time is set inside. Measurement and altitude can be specified using drive signal feedback. Then, the position, shape, etc. of the object are measured by using the time difference of the laser beam measured at each angle.

한편, 집광 렌즈(C2)는 단일 채널 수신부 뿐만 아니라, N×1 다채널 수신부(400)에도 적용될 수 있다.Meanwhile, the condensing lens C2 may be applied not only to the single-channel receiver, but also to the N×1 multi-channel receiver 400 .

다음으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 과정을 설명한다. 이하의 설명에서 다면 미러(300)의 어느 일 측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)에 의한 전방 측정 과정을 설명하지만, 이는 다면 미러(300)의 타 측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있으며, 타 측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)는 후방을 측정한다.Next, an operation process of the lidar scanning apparatus according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described. In the following description, the forward measurement process by the transmitter 100 and the mirror scanner 200 disposed on either side of the multi-faceted mirror 300 will be described, but this is the transmitter 100 disposed on the other side of the multi-faceted mirror 300 . ) and the mirror scanner 200 may be equally applied, and the transmitter 100 and the mirror scanner 200 disposed on the other side measure the rear.

먼저, 송신부(100)에서 미러 스캐너(200)를 향해 레이저 빔을 송신한다. 레이저 빔은 펄스파, 연속파 등 여러 가지 형태를 가질 수 있으며, First, the transmitter 100 transmits a laser beam toward the mirror scanner 200 . The laser beam may have various forms, such as pulsed waves and continuous waves,

미러 스캐너(200)는 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔을 다면 미러(300) 방향으로 반사시킨다. 미러 스캐너(200)는 소정의 각도 범위에서 반복적으로 구동하면서 다면 미러(300)의 다양한 수직측 위치로 레이저 빔을 반사시킨다.The mirror scanner 200 reflects the laser beam irradiated from the transmitter 100 in the direction of the multi-faceted mirror 300 . The mirror scanner 200 reflects the laser beam to various vertical positions of the multi-faceted mirror 300 while repeatedly driving in a predetermined angular range.

다면 미러(300)는 미러 스캐너(200)에서 반사되어 조사된 레이저 빔을 입사각/반사각 원리로 전방을 향해 조사시킨다. 다면 미러(300)는 회전 모터(500)에 의해 회전되면서 넓은 전방 각도로 레이저 빔을 조사시킬 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(300)가 4개의 반사 미러로 구성되는 경우, 수평 방향의 측정 각도는 140도 이상이 될 수 있다.The multi-faceted mirror 300 irradiates the irradiated laser beam reflected from the mirror scanner 200 forward in the incident angle/reflection angle principle. The multi-faceted mirror 300 may irradiate the laser beam at a wide front angle while being rotated by the rotation motor 500 . For example, when the multi-faceted mirror 300 includes four reflective mirrors, a horizontal measurement angle may be 140 degrees or more.

다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러는 면의 기울기가 일정할 수도 있고, 각각 다르도록 형성될 수도 있다.The reflective mirrors constituting the multi-faceted mirror 300 may have a constant slope or may be formed to be different from each other.

반사 미러 각 면의 기울기가 일정한 경우, 대상체에 대한 측정 속도 또는 분해능을 높일 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러의 면수가 4개이고 기울기가 일정하며, 측정 시작점이 다른 경우, 각각의 반사 미러에 의해 측정된 측정점(P1 ~ P4)이 다르게 형성되므로, 대상체에 대한 수평축 측정 분해능을 높일 수 있고, 측정 시작점이 동일한 경우, 1회전 시에 동일한 측정점을 4번 측정하게 되므로 측정 속도를 높일 수 있다.When the inclination of each surface of the reflection mirror is constant, the measurement speed or resolution of the object may be increased. That is, as shown in FIG. 11 , when the number of surfaces of the reflection mirror constituting the multi-faceted mirror 300 is four, the slope is constant, and the measurement start point is different, the measurement points P1 to P4 measured by each reflection mirror Since these are formed differently, the horizontal axis measurement resolution of the object can be increased, and when the measurement start point is the same, the same measurement point is measured four times during one rotation, so that the measurement speed can be increased.

반사 미러의 각 면의 기울기가 상이한 경우, 분해능은 상대적으로 낮으나, 넓은 측정 고도로 대상체를 측정할 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러의 면수가 4개이고 기울기가 상이한 경우, 다면 미러(300)가 1회전할 때마다, 4개의 측정 고도(H1 ~ H4)를 측정할 수 있게 된다.When the inclination of each surface of the reflection mirror is different, the resolution is relatively low, but the object can be measured with a wide measurement height. That is, as shown in FIG. 12 , when the number of surfaces of the reflection mirror constituting the multi-faceted mirror 300 is four and the inclination is different, each time the multi-faceted mirror 300 rotates, four measurement altitudes H1 to H4 ) can be measured.

한편, 반사 미러의 각 면의 기울기가 상이한 경우라도, 측정 고도가 일부 겹치도록 각 면의 기울기를 설계하면 넓은 측정 고도로 대상체를 측정하면서도 분해능을 높일 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 겹치는 측정 고도 부분(D)에서는 전술한 반사 미러 각 면의 기울기가 일정한 경우와 같이, 대상체에 대한 측정 속도 또는 분해능을 높일 수 있다.Meanwhile, even when the inclinations of each surface of the reflection mirror are different, if the inclination of each surface is designed so that the measurement height partially overlaps, the resolution can be increased while measuring the object with a wide measurement height. That is, as shown in FIG. 13 , in the overlapping measurement elevation portion D, the measurement speed or resolution of the object may be increased, as in the case where the above-described reflection mirrors have a constant inclination.

상기와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 의하면, 다면 미러가 회전 모터에 의해 회전되면서 넓은 각도로 전방 및 후방에 레이저 빔을 조사시킬 수 있으므로, 전방 및 후방에 대한 수평 방향 측정 범위를 넓힐 수 있다.According to the lidar scanning device according to the first embodiment of the present invention as described above, the multi-faceted mirror can be irradiated to the front and rear at a wide angle while being rotated by the rotation motor, so that the horizontal direction for the front and rear The measurement range can be widened.

또한, 미러 스캐너가 소정의 각도 범위에서 반복 구동하면서 다면 미러의 다양한 수직축 위치로 레이저 빔을 반사시키므로, 수직 방향의 측정 고도를 높일 수 있다.In addition, since the mirror scanner is repeatedly driven in a predetermined angle range and reflects the laser beam to various vertical axis positions of the multi-faceted mirror, it is possible to increase the measurement height in the vertical direction.

또한, 회전 모터는 다면 미러만을 회전시키고, 다른 구성 요소는 회전 모터에 의해 회전되지 않으므로, 라이다 스캐닝 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the rotating motor rotates only the multi-faceted mirror and other components are not rotated by the rotating motor, durability of the lidar scanning device can be improved.

또한, 송신부에서 미러 스캐너로 수백 kHz 이상의 주기로 레이저 빔을 송신할 수 있으므로, 수직 방향에 대해서 고속으로 스캐닝할 수 있다.In addition, since the laser beam can be transmitted from the transmitter to the mirror scanner at a period of several hundred kHz or more, it is possible to perform high-speed scanning in the vertical direction.

또한, 단일의 레이저 다이오드를 사용하고, 단일 채널 수신부 또는 N×1 다채널 수신부로도 고속 스캐닝을 수행할 수 있으므로, 구성을 간소화할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. In addition, since a single laser diode is used and high-speed scanning can be performed even with a single-channel receiver or an N×1 multi-channel receiver, the configuration can be simplified and manufacturing costs can be reduced.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는, 송신부(100), 미러 스캐너(200), 다면 미러(300), 수신부(400), 회전 모터(500)를 포함한다.14 is a diagram illustrating a lidar scanning apparatus according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14 , the lidar scanning apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a transmitter 100 , a mirror scanner 200 , a multi-faceted mirror 300 , a receiver 400 , and a rotation motor 500 . includes

본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는 송신부(100)의 구성 및 미러 스캐너(200)의 동작이 상이할 뿐, 다면 미러(300), 수신부(400), 회전 모터(500)는 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.In the lidar scanning apparatus according to the second embodiment of the present invention, only the configuration of the transmitter 100 and the operation of the mirror scanner 200 are different, and the multi-faceted mirror 300 , the receiver 400 , and the rotation motor 500 are Since they are substantially the same, a repeated description thereof will be omitted.

본 발명의 제2 실시예에 의하면, 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)는 다면 미러(300)의 양 측에 각각 형성되고, 각각의 송신부(100)는 레이저 빔을 조사하는 복수개의 레이저 다이오드(110, 120)를 포함한다. 도 14에서는 2개의 레이저 다이오드(110, 120)를 예시하고 있으나, 이는 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.According to the second embodiment of the present invention, the transmitter 100 and the mirror scanner 200 are respectively formed on both sides of the multi-faceted mirror 300 , and each transmitter 100 includes a plurality of laser diodes irradiating a laser beam. (110, 120). Although two laser diodes 110 and 120 are illustrated in FIG. 14 , this is only an example and is not limited thereto.

2개의 레이저 다이오드(110, 120)는 레이저 조사 방향이 미러 스캐너(200) 방향이 되도록 미러 스캐너(200)의 중심선(L)을 기준으로 소정 거리 및 각도가 이격되어 형성된다. 도 14에서는 2개의 레이저 다이오드(110, 120)가 중심선(L)을 기준으로 동일한 거리 및 각도로 이격되어 있는 것을 예시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 반드시 동일한 거리 및 각도로 이격될 필요는 없다.The two laser diodes 110 and 120 are formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance and an angle with respect to the center line L of the mirror scanner 200 so that the laser irradiation direction is the mirror scanner 200 direction. 14 illustrates that the two laser diodes 110 and 120 are spaced apart at the same distance and angle with respect to the center line L, but this is only for convenience of explanation, and must be spaced apart at the same distance and angle. No need.

만약, 송신부(100)가 3개의 레이저 다이오드로 이루어진 경우라면, 어느 하나의 레이저 다이오드는 미러 스캐너(200)의 중심선(L) 상에 배치되고, 나머지 2개의 레이저 다이오드는 미러 스캐너(200)의 중심선(L)을 기준으로 소정 거리 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.If the transmitter 100 is composed of three laser diodes, one laser diode is disposed on the center line L of the mirror scanner 200 , and the other two laser diodes are the center line of the mirror scanner 200 . It is preferable to be formed to be spaced apart a predetermined distance based on (L).

다면 미러(300)의 양 측에 형성된 각각의 미러 스캐너(200)는 복수개의 레이저 다이오드(110, 120)와 일정 거리 이격 형성되며, 복수개의 레이저 다이오드(110, 120)로부터 조사되는 복수개의 레이저 빔을 각각 다면 미러(300) 방향으로 반사시킨다. 본 실시예에서 미러 스캐너(200)는 회전 각도가 가변되면서 가변된 각도 범위에서 반복적으로 구동할 수 있다. Each of the mirror scanners 200 formed on both sides of the multi-faceted mirror 300 is spaced apart from the plurality of laser diodes 110 and 120 by a predetermined distance, and a plurality of laser beams irradiated from the plurality of laser diodes 110 and 120 are formed. are reflected in the direction of the multi-faceted mirror 300 , respectively. In the present embodiment, the mirror scanner 200 may be repeatedly driven in a variable angle range while the rotation angle is changed.

전술한 제1 실시예에서 미러 스캐너(200)는 일정한 각도 범위에서 반복 구동되는 것이나, 본 실시예에서 미러 스캐너(200)는 선택에 따라 회전 각도가 가변되고 가변된 각도 범위에서 반복 구동되는 것이다.In the above-described first embodiment, the mirror scanner 200 is repeatedly driven in a certain angular range, but in this embodiment, the mirror scanner 200 is repeatedly driven in a variable angular range with a variable rotation angle according to selection.

본 실시예에서도, 송신부(100), 수신부(400), 미러 스캐너(200)는 회전 모터(500)에 의해 회전되는 부품이 아니므로, 전술한 도 1 및 도 2에 따른 종래 기술과는 달리 원심력을 받지 않게 되어, 이들 부품의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. 나아가, 송신부(100)를 구성하는 복수개의 레이저 다이오드는 수백 kHz 이상의 주기로 고속으로 레이저 빔을 송신할 수 있고, 미러 스캐너(200)는 이를 다면 미러(300)로 반사시켜서 대상체에 대한 고속 스캐닝을 수행할 수 있다. Also in this embodiment, since the transmitter 100 , the receiver 400 , and the mirror scanner 200 are not parts rotated by the rotation motor 500 , centrifugal force is different from the prior art according to FIGS. 1 and 2 described above. This makes it possible to improve the durability of these parts. Furthermore, the plurality of laser diodes constituting the transmitter 100 may transmit a laser beam at high speed at a cycle of several hundred kHz or more, and the mirror scanner 200 reflects it by the multi-faceted mirror 300 to perform high-speed scanning of the object. can do.

한편, 복수개의 레이저 다이오드(110, 120)와 미러 스캐너(200) 사이에는 콜리메이팅 렌즈(C21, C22)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 콜리메이팅 렌즈(C21, C22)는 송신부(100)를 구성하는 레이저 다이오드에서 발생된 레이저 빔을 집광시키는 광학 렌즈이다.Meanwhile, at least one collimating lens C21 and C22 may be formed between the plurality of laser diodes 110 and 120 and the mirror scanner 200 . The collimating lenses C21 and C22 are optical lenses for condensing the laser beam generated from the laser diode constituting the transmitter 100 .

이하, 도 15 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 과정을 설명한다. 이하의 설명에서 다면 미러(300)의 어느 일 측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)에 의한 전방 측정 과정을 설명하지만, 이는 다면 미러(300)의 타 측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있으며, 타 측에 배치된 송신부(100) 및 미러 스캐너(200)는 후방을 측정한다.Hereinafter, an operation process of the lidar scanning apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 17 . In the following description, the forward measurement process by the transmitter 100 and the mirror scanner 200 disposed on either side of the multi-faceted mirror 300 will be described, but this is the transmitter 100 disposed on the other side of the multi-faceted mirror 300 . ) and the mirror scanner 200 may be equally applied, and the transmitter 100 and the mirror scanner 200 disposed on the other side measure the rear.

도 15는 단일의 레이저 다이오드를 이용한 라이다 스캐닝 장치의 측정 범위가 도시된 도면이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 단일의 레이저 다이오드(LD)를 이용하여 회전 각도 범위가 ±θ(회전각 2θ)인 미러 스캐너(200)로 조사할 경우, 광 편향 각도(optical deflection angle)는 ±2θ(회전각 4θ)가 된다. 즉, 단일의 레이저 다이오드(LD)를 이용할 경우, 측정 범위(측정 화각)는 4θ가 된다. (미러 스캐너의 회전 각도 범위 ±θ)15 is a diagram illustrating a measurement range of a lidar scanning device using a single laser diode. As shown in FIG. 15 , when irradiating with a mirror scanner 200 having a rotation angle range of ±θ (rotation angle 2θ) using a single laser diode LD, the optical deflection angle is ± 2θ (rotation angle 4θ). That is, when a single laser diode LD is used, the measurement range (measurement angle of view) becomes 4θ. (The rotation angle range of the mirror scanner ±θ)

도 16 및 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 측정 범위가 도시된 도면이다. 도 16은 미러 스캐너(200)의 회전 각도 범위가 ±θ인 경우이다. 2개의 레이저 다이오드(110, 120)는 미러 스캐너(200)의 중심선(L)을 기준으로 각도 2θ를 이루며 이격되어 있다. 16 and 17 are diagrams illustrating a measurement range of a lidar scanning device according to a second embodiment of the present invention. 16 is a case in which the rotation angle range of the mirror scanner 200 is ±θ. The two laser diodes 110 and 120 are spaced apart from each other at an angle of 2θ with respect to the center line L of the mirror scanner 200 .

각각의 레이저 다이오드(110, 120)가 미러 스캐너(200)로 레이저 빔을 조사하면, 미러 스캐너(200)는 각각의 레이저 다이오드(110, 120)로부터 조사된 레이저 빔을 다면 미러(300) 방향으로 반사시킨다. When each of the laser diodes 110 and 120 irradiates a laser beam with the mirror scanner 200 , the mirror scanner 200 directs the laser beam irradiated from each of the laser diodes 110 and 120 in the direction of the multi-faceted mirror 300 . reflect

미러 스캐너(200)는 소정의 각도 범위(±θ)에서 반복적으로 구동하면서 다면 미러(300)의 다양한 수직측 위치로 레이저 빔을 반사시킨다. 이때, 레이저 다이오드(110)에 의해 조사된 레이저 빔은 다면 미러(300)의 상측으로 4θ의 각도를 이루면서 반사되고, 레이저 다이오드(120)에 의해 조사된 레이저 빔은 다면 미러(300)의 하측으로 4θ의 각도를 이루면서 반사된다. The mirror scanner 200 reflects the laser beam to various vertical positions of the multi-faceted mirror 300 while repeatedly driving in a predetermined angular range (±θ). At this time, the laser beam irradiated by the laser diode 110 is reflected while forming an angle of 4θ toward the upper side of the multi-faceted mirror 300 , and the laser beam irradiated by the laser diode 120 is directed to the lower side of the multi-faceted mirror 300 . It is reflected while forming an angle of 4θ.

따라서, 2개의 레이저 다이오드(110, 120)에 의해 조사된 레이저 빔은 전체적으로 8θ의 각도를 이루면서 반사되므로, 도 15와 같은 단일의 레이저 다이오드를 이용한 경우보다, 측정 범위(측정 화각)을 2배로 확장시킬 수 있다. 마찬가지로, 레이저 다이오드가 n개인 경우, 측정 범위는 n배로 확장시킬 수 있다. 이때, 측정 분해능은 1개의 레이저 다이오드로 측정한 것과 동일하게 유지된다.Therefore, since the laser beam irradiated by the two laser diodes 110 and 120 is reflected while forming an angle of 8θ as a whole, the measurement range (measurement angle of view) is doubled compared to the case of using a single laser diode as shown in FIG. 15 . can do it Similarly, when there are n laser diodes, the measurement range can be extended by n times. At this time, the measurement resolution remains the same as that measured with one laser diode.

이러한 도 16의 동작 상태는 미러 스캐너(200)의 회전 각도가 일정한 각도로 한정되는 경우라도, 더 넓은 측정 범위를 획득할 수 있다. 즉, 측정 분해능은 동일하게 유지하면서 측정 범위를 확장시킬 필요가 있는 경우에 유용하다.16 , even when the rotation angle of the mirror scanner 200 is limited to a constant angle, a wider measurement range can be obtained. That is, it is useful when it is necessary to extend the measurement range while maintaining the same measurement resolution.

도 17은 도 16과 동일한 구성이면서, 미러 스캐너(200)의 회전 각도 범위가 ±θ/2로 가변된 경우이다. FIG. 17 is a case in which the rotation angle range of the mirror scanner 200 is varied by ±θ/2 with the same configuration as that of FIG. 16 .

각각의 레이저 다이오드(110, 120)가 미러 스캐너(200)로 레이저 빔을 조사하면, 미러 스캐너(200)는 각각의 레이저 다이오드(110, 120)로부터 조사된 레이저 빔을 다면 미러(300) 방향으로 반사시킨다. When each of the laser diodes 110 and 120 irradiates a laser beam with the mirror scanner 200 , the mirror scanner 200 directs the laser beam irradiated from each of the laser diodes 110 and 120 in the direction of the multi-faceted mirror 300 . reflect

미러 스캐너(200)는 소정의 각도 범위(±θ/2)에서 반복적으로 구동하면서 다면 미러(300)의 다양한 수직측 위치로 레이저 빔을 반사시킨다. 이때, 레이저 다이오드(110)에 의해 조사된 레이저 빔은 다면 미러(300)의 상측으로 2θ의 각도를 이루면서 반사되고, 레이저 다이오드(120)에 의해 조사된 레이저 빔은 다면 미러(300)의 하측으로 2θ의 각도를 이루면서 반사된다. The mirror scanner 200 reflects the laser beam to various vertical positions of the multi-faceted mirror 300 while repeatedly driving in a predetermined angular range (±θ/2). At this time, the laser beam irradiated by the laser diode 110 is reflected while forming an angle of 2θ toward the upper side of the multi-faceted mirror 300 , and the laser beam irradiated by the laser diode 120 is directed to the lower side of the multi-faceted mirror 300 . It is reflected while forming an angle of 2θ.

따라서, 2개의 레이저 다이오드(110, 120)에 의해 각각 θ의 각도로 조사된 레이저 빔은 전체적으로 ±2θ(4θ)의 각도를 이루면서 반사되므로, 도 15와 같은 단일의 레이저 다이오드를 이용한 경우와 동일한 측정 범위(측정 화각)를 갖는다. 그러나, 동일한 측정 시간동안 원래 펄스 레이저 하나가 측정했던 영역을 2개의 레이저 다이오드(110, 120)가 각각 반씩 나눠서 측정하게 되므로 같은 반복도를 갖는 펄스 레이저를 사용하게 되면 각 펄스 레이저에 할당된 측정 영역이 반으로 줄어들게 되고, 대상체에 입사되는 펄스 레이저의 측정 포인트와 포인트 간의 거리가 반으로 줄어들게 되어 해상도를 높일 수 있게 된다. Therefore, since the laser beam irradiated at an angle of θ by the two laser diodes 110 and 120, respectively, is reflected while forming an angle of ±2θ (4θ) as a whole, the same measurement as in the case of using a single laser diode as shown in FIG. 15 . It has a range (measured angle of view). However, since the two laser diodes 110 and 120 measure the area originally measured by one pulse laser during the same measurement time in half, respectively, if a pulse laser having the same repeatability is used, the measurement area allocated to each pulse laser This is reduced by half, and the distance between the measuring point and the point of the pulse laser incident on the object is reduced by half, so that the resolution can be increased.

마찬가지로, 레이저 다이오드가 n개이고, 미러 스캐너(200)의 회전 각도가 1/n로 가변된 경우, 측정 해상도는 n배로 확장시킬 수 있다. 이때, 측정 범위는 1개의 레이저 다이오드로 측정한 것과 동일하게 유지된다.Similarly, when the number of laser diodes is n and the rotation angle of the mirror scanner 200 is varied by 1/n, the measurement resolution can be expanded by n times. At this time, the measurement range remains the same as that measured with one laser diode.

이러한 도 17의 동작 상태는 고정된 측정 범위(측정 화각)에서 향상된 측정 분해능(또는 각도 분해능)을 획득할 수 있다. 즉, 측정 범위는 동일하게 유지하면서 측정 분해능을 확장시킬 필요가 있는 경우에 유용하다.In this operation state of FIG. 17 , improved measurement resolution (or angular resolution) may be obtained in a fixed measurement range (measured angle of view). That is, it is useful when it is necessary to extend the measurement resolution while maintaining the same measurement range.

한편, 본 제2 실시예에서도 전술한 제1 실시예에서와 같이, 다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러는 면의 기울기가 일정할 수도 있고, 각각 다르도록 형성될 수도 있다. 또한, 도 11과 같이 반사 미러 각 면의 기울기가 일정한 경우, 대상체에 대한 측정 속도 또는 분해능을 높이거나, 도 12와 같이 반사 미러의 각 면의 기울기가 상이한 경우, 분해능은 상대적으로 낮으나, 넓은 측정 고도로 대상체를 측정할 수 있다. 또한, 도 13과 같이 반사 미러의 각 면의 기울기가 상이한 경우라도, 측정 고도가 일부 겹치도록 각 면의 기울기를 설계하면 넓은 측정 고도로 대상체를 측정하면서도 분해능을 높일 수 있다.Meanwhile, in the second embodiment, as in the above-described first embodiment, the reflective mirrors constituting the multi-faceted mirror 300 may have a constant slope or may be formed to be different from each other. In addition, when the inclination of each surface of the reflective mirror is constant as shown in FIG. 11, the measurement speed or resolution of the object is increased, or when the inclination of each surface of the reflective mirror is different as shown in FIG. 12, the resolution is relatively low, but wide measurement The object can be measured highly. In addition, even when the inclinations of the respective surfaces of the reflection mirror are different as shown in FIG. 13 , if the inclinations of the respective surfaces are designed so that the measurement heights partially overlap, it is possible to increase the resolution while measuring the object at a wide measurement height.

또한, 수신부(400)는 단일 채널 수신부 또는 N×1 다채널 수신부를 적용할 수 있다. Also, the receiver 400 may apply a single channel receiver or an N×1 multi-channel receiver.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, although embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by such as, and it will be said that it is also included within the scope of the present invention.

100 : 송신부 200 : 미러 스캐너
300 : 다면 미러 400 : 수신부
500 : 회전 모터100: transmitter 200: mirror scanner
300: multi-faceted mirror 400: receiving unit
500: rotation motor

Claims (10)

레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서,
제1 레이저를 출력하기 위한 제1 레이저 출력부;
제2 레이저를 출력하기 위한 제2 레이저 출력부;
제1 각도 범위에서 회전되는 반사면을 포함하는 제1 미러 스캐너;
제2 각도 범위에서 회전되는 반사면을 포함하는 제2 미러 스캐너; 및
제1 축을 기준으로 회전되며, 상기 제1 축의 주위에 배치되는 적어도 세 개의 반사면을 포함하는 회전 다면 미러;를 포함하되,
상기 제1 미러 스캐너는
상기 제1 레이저 출력부로부터 출력된 상기 제1 레이저가 상기 회전 다면 미러에 도달하는 위치를 상기 제1축 방향을 따라 변경시키도록 배치되며,
상기 제2 미러 스캐너는
상기 제2 레이저 출력부로부터 출력된 상기 제2 레이저가 상기 회전 다면 미러에 도달하는 위치를 상기 제1축 방향을 따라 변경시키도록 배치되고,
상기 제1 및 제2 미러 스캐너는
상기 제1 및 제2 레이저가 상기 회전 다면 미러의 서로 다른 반사면에 도달하도록 배치되며,
상기 회전 다면 미러는
상기 제1 레이저가 상기 제1 미러 스캐너에 도달하는 위치 및 상기 제2 레이저가 상기 제2 미러 스캐너에 도달하는 위치가 상기 다면 미러의 회전 각도에 의해 변경되지 않도록 배치되며,
상기 회전 다면 미러에 포함되는 적어도 하나의 반사면의 크기는 상기 제1 미러 스캐너에 포함되는 반사면의 크기 및 상기 제2 미러 스캐너에 포함되는 반사면의 크기보다 큰
라이다 장치.
A lidar device for measuring a distance using a laser, comprising:
a first laser output unit for outputting a first laser;
a second laser output unit for outputting a second laser;
a first mirror scanner comprising a reflective surface rotated in a first angular range;
a second mirror scanner comprising a reflective surface rotated in a second angular range; and
A multi-faceted rotating mirror rotated about a first axis and comprising at least three reflective surfaces disposed around the first axis;
The first mirror scanner
It is arranged to change the position at which the first laser output from the first laser output unit reaches the rotating multi-faceted mirror along the first axis direction,
The second mirror scanner
It is arranged to change the position at which the second laser output from the second laser output unit reaches the rotating multi-faceted mirror along the first axis direction,
The first and second mirror scanners are
The first and second lasers are arranged to reach different reflective surfaces of the rotating multi-faceted mirror,
The rotating multi-faceted mirror is
A position at which the first laser reaches the first mirror scanner and a position at which the second laser reaches the second mirror scanner are arranged not to be changed by the rotation angle of the multi-faceted mirror,
The size of the at least one reflective surface included in the rotating multi-faceted mirror is larger than the size of the reflective surface included in the first mirror scanner and the size of the reflective surface included in the second mirror scanner.
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 레이저 출력부는 각각 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는
라이다 장치.
The method of claim 1,
The first and second laser output units each include a plurality of laser output elements.
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 미러 스캐너의 상기 제1 각도 범위와 상기 제2 미러 스캐너의 상기 제2 각도 범위는 서로 동일한
라이다 장치.
The method of claim 1,
The first angle range of the first mirror scanner and the second angle range of the second mirror scanner are equal to each other
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 미러 스캐너는 상기 제1 각도 범위에서 반복적으로 회전하며,
상기 제2 미러 스캐너는 상기 제2 각도 범위에서 반복적으로 회전하는
라이다 장치.
The method of claim 1,
The first mirror scanner rotates repeatedly in the first angle range,
The second mirror scanner is rotated repeatedly in the second angle range.
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 미러 스캐너는 공진스캐너, MEMs 미러, VCM(Voice Coil Motor), Optical phase array 중 어느 하나인
라이다 장치.
The method of claim 1,
The first and second mirror scanners are any one of a resonance scanner, a MEMs mirror, a voice coil motor (VCM), and an optical phase array.
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 회전 다면 미러에 포함되는 적어도 세 개의 반사면은 상기 제1 축과 평행하게 배치되는
라이다 장치.
The method of claim 1,
At least three reflective surfaces included in the rotating multi-faceted mirror are disposed parallel to the first axis
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 회전 다면 미러에 포함되는 적어도 세 개의 반사면은 상기 제1 축과 서로 다른 각도를 가지게 배치되는
라이다 장치.
The method of claim 1,
At least three reflective surfaces included in the rotating multi-faceted mirror are disposed to have different angles from the first axis.
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 회전 다면 미러에 포함되는 반사면의 개수는 4개인
라이다 장치.
The method of claim 1,
The number of reflective surfaces included in the rotating multi-faceted mirror is four.
lidar device.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 레이저 출력부로부터 출력된 상기 제1 레이저는 상기 제1 미러 스캐너를 통해 상기 회전 다면 미러에 도달하며,
상기 제2 레이저 출력부로부터 출력된 상기 제2 레이저는 상기 제2 미러 스캐너를 통해 상기 회전 다면 미러에 도달하는
라이다 장치.
The method of claim 1,
The first laser output from the first laser output unit reaches the rotating multi-faceted mirror through the first mirror scanner,
The second laser output from the second laser output unit reaches the rotating multi-faceted mirror through the second mirror scanner.
lidar device.
 제9 항에 있어서,
상기 회전 다면 미러에 포함되는 반사면은 적어도 네 개 이상이며,
상기 제1 레이저가 도달하는 상기 회전 다면 미러의 반사면과 상기 제2 레이저가 도달하는 상기 회전 다면 미러의 반사면은 서로 인접하지 않은
라이다 장치.10. The method of claim 9,
The reflective surface included in the rotating multi-faceted mirror is at least four or more,
The reflective surface of the rotating multi-faceted mirror that the first laser reaches and the reflective surface of the rotating multi-faceted mirror that the second laser reaches are not adjacent to each other.
lidar device.
KR1020200146383A 2018-03-08 2020-11-04 Lidar scanning device capable of front and rear measurement KR102438071B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200146383A KR102438071B1 (en) 2018-03-08 2020-11-04 Lidar scanning device capable of front and rear measurement

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180027385A KR102177333B1 (en) 2018-03-08 2018-03-08 Lidar scanning device capable of front and rear measurement
KR1020200146383A KR102438071B1 (en) 2018-03-08 2020-11-04 Lidar scanning device capable of front and rear measurement

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180027385A Division KR102177333B1 (en) 2018-01-08 2018-03-08 Lidar scanning device capable of front and rear measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200130793A KR20200130793A (en) 2020-11-20
KR102438071B1 true KR102438071B1 (en) 2022-08-30

Family

ID=83114518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200146383A KR102438071B1 (en) 2018-03-08 2020-11-04 Lidar scanning device capable of front and rear measurement

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102438071B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102310242B1 (en) * 2021-04-05 2021-10-08 (주)스핀텍 Plate mirror scanning lidar with multiple fields of view
WO2023133122A2 (en) * 2022-01-05 2023-07-13 Luminar, Llc Lidar system with detector array
WO2023220427A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 Innovusion, Inc. Low profile lidar systems with multiple polygon scanners

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009098111A (en) * 2007-02-28 2009-05-07 Denso Wave Inc Laser radar apparatus
JP2010038859A (en) * 2008-08-08 2010-02-18 Toyota Motor Corp Three-dimensional laser range finder
JP2010060309A (en) * 2008-09-01 2010-03-18 Ihi Corp Laser radar and method of monitoring boundary by same
JP2016035411A (en) * 2014-08-01 2016-03-17 船井電機株式会社 Laser range finder

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3456130B2 (en) * 1997-11-26 2003-10-14 三菱電機株式会社 Distance measuring device
US20140293263A1 (en) 2013-03-28 2014-10-02 James Justice LIDAR Comprising Polyhedron Transmission and Receiving Scanning Element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009098111A (en) * 2007-02-28 2009-05-07 Denso Wave Inc Laser radar apparatus
JP2010038859A (en) * 2008-08-08 2010-02-18 Toyota Motor Corp Three-dimensional laser range finder
JP2010060309A (en) * 2008-09-01 2010-03-18 Ihi Corp Laser radar and method of monitoring boundary by same
JP2016035411A (en) * 2014-08-01 2016-03-17 船井電機株式会社 Laser range finder

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200130793A (en) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102221864B1 (en) LiDAR scanning device
KR102438071B1 (en) Lidar scanning device capable of front and rear measurement
KR101925816B1 (en) Method for calculating distance and lidar device performing the same
US10649072B2 (en) LiDAR device based on scanning mirrors array and multi-frequency laser modulation
CN108226899B (en) Laser radar and working method thereof
KR102177333B1 (en) Lidar scanning device capable of front and rear measurement
US10782392B2 (en) Scanning optical system and light projecting and receiving apparatus
KR102020037B1 (en) Hybrid LiDAR scanner
JP5644437B2 (en) Distance measuring device and distance measuring method
KR102140307B1 (en) Laser lader system
KR101884781B1 (en) Three dimensional scanning system
KR102281886B1 (en) A lidar device
EP3982150A1 (en) Lidar apparatus having wide-viewing angle
KR102474126B1 (en) Lidar optical apparatus and lidar apparatus having same
US11561287B2 (en) LIDAR sensors and methods for the same
KR102059258B1 (en) LiDAR scanning device
JP2024014877A (en) System and method for changing LIDAR field of view
KR102611743B1 (en) Dual shaft axial flux motor for optical scanners
US11237255B2 (en) LiDAR system
WO2022110210A1 (en) Laser radar and mobile platform
KR20180092738A (en) Apparatus and method for obtaining depth information using digital micro-mirror device
JP2907139B2 (en) In-vehicle laser radar device
KR102317474B1 (en) Lidar optical apparatus
KR20180052379A (en) Light emitting module and lidar module including the same
WO2019076337A1 (en) Improved arrangement of light sources and detectors in a lidar system

Legal Events

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