KR102471242B1 - 라이다 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라이다 광학 장치에 관한 것으로서, 원형의 기둥 형상을 갖는 본체하우징; 본체하우징의 측면을 따라 일정 면적으로 360˚ 형성되어 레이저 광의 투과를 용이하게 하고 본체하우징을 보호하기 위한 광투과성 부재로 이루어진 윈도우; 본체하우징의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체와 회전하며 동작하는 회전체로 이루어지되, 고정체는 본체하우징의 내부 상측에서 제어 유닛을 포함하여 이루어진 베이스기판과 본체하우징의 내부 하측 중앙에 고정되어 레이저 광을 발신하는 하나의 송신 레이저 모듈 및 본체하우징의 내부 하측 둘레에서 회전 자기장을 생성하는 모터 고정자를 포함하여 이루어지고, 회전체는 베이스기판과 연동하는 상부 회전기판 및 상부 회전기판의 하면에서 결합되어 레이저 광을 반사하는 반사미러로 이루어진 상부 회전부와 상기 모터 고정자의 회전 자기장에 의하여 회전하는 모터 회전자, 모터 회전자와의 결합에 의하여 회전하는 하부 회전기판 및 하부 회전기판 상에 구비되어 반사미러에서 반사되는 레이저 광을 수신하는 복수의 수신 레이저 모듈로 이루어지는 하부 회전부를 포함한다.

Description

라이다 광학 장치{OPTICAL APPARATUS FOR LIGHT DETECTION AND RANGING}
본 발명은 라이다(LiDAR) 광학 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전체에서 회전하는 수신 레이저모듈과 반사미러를 구비하여 스캔 성능을 향상시키는 라이다 광학 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저(laser) 레이더 장치인 라이다(LIDAR: LIght Detection And Ranging)가 많이 사용되고 있다.
이러한 라이다는, 펄스 레이저광을 대기 중에 발사하고 대기 중의 반사체 또는 산란체로부터의 반사광을 이용하여 거리, 물체 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서 반사광의 시간을 클럭 펄스로 계산하며 통상 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.
이와 같이 라이다는 주변 영역으로 레이저광을 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용함으로써, 측정 대상물의 거리와 속도, 형상을 측정하거나 주변의 물체나 지형을 정밀하게 스캔한다.
이러한 라이다는 로봇 및 무인자동차의 전방 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용되고 있다.
그런데, 기존의 라이다는 화각에 상응하게 빔 폭이 넓은 레이저를 방출하고 화각 내의 모든 방향으로부터 동시에 반사광을 획득하여 반사체와의 거리를 획득하기 때문에, 출력이 매우 높은 레이저 모듈을 필요로 하며, 따라서 매우 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 출력이 높은 레이저 모듈은 크기가 크고, 라이다 장치의 전체적인 크기를 키우는 요인으로 작용하게 된다.
또한, 종래의 스캐닝 라이다의 경우, 레이저의 반사, 굴절각을 산란시키기 위해 반사 미러(Mirror)의 각도를 변경할 필요가 있다. 이러한 구조에 의해 종래의 스캐닝 라이다는 특정 관심영역에 대한 집중 스캔 성능이 좋지 않고, 다양한 레이저 패턴의 조사가 불가하며, 다수의 레이저 발광부 및 수광부의 사용으로 제조비용이 고가화되고, 구조가 복잡한 단점이 있다.
특히, 전방향 스캔(Panoramic Scanning) 기능을 구비한 라이다 장치 대부분은 송신 광학계와 수신 광학계를 포함하여 장치 전체가 회전 동작하도록 구성된다. 그런데 장치 전체를 회전시키게 되는 경우 장치 크기는 더욱 커지게 되는데, 이는 미관상으로도 좋지 않을 뿐만 아니라, 가격 및 소비전력 상승의 문제를 더욱 심화시키게 된다.
그러므로 상대적으로 복잡도가 낮은 구동 제어 장치와 알고리즘을 사용하여 효율을 향상시킬 수 있으며, 장치를 단순화하려는 라이다 광학 장치가 요구되어진다.
상술되어진 종래의 기술로서는 대한민국 등록특허공보 10-1977315(2019.05.20.)호에서 라이다 장치가 개시되어 있다.
상기 종래의 기술은 레이저를 출사하는 레이저 출력부; 그 내부에 관통홀이 형성되는 다면 기둥 형상을 가지고, 회전축을 따라 회전하며 상기 레이저 출력부로부터 출사된 레이저를 대상체를 향해 반사하는 회전 다면 미러; 상기 레이저 출력부로부터 발생하는 열의 방열에 이용되며 상기 관통홀을 통과하는 기류를 생성하되, 상기 회전 다면 미러에 설치되는 쿨링팬; 및 상기 쿨링팬에 회전력을 제공하는 구동부;를 포함하고, 상기 쿨링팬은 상기 제공되는 회전력으로 회전하되, 상기 회전 다면 미러와 결합되어, 상기 회전 다면 미러의 회전축을 따라 상기 회전 다면 미러와 일체로 회전하는 라이다 장치를 제공하고 있다.
그러나 상기 종래의 기술은 회전하는 회전 다면 미러를 제공하고 있으나, 번 발명에서와 같이 회전하는 회전체에 다양한 반사면 및 굴절 곡률을 가지는 반사미러를 적용하는 것과는 차이가 있으며, 또한, 레이저 수신모듈이 회전하는 반사미러와 동시에 회전하는 구조와도 차이가 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 회전하는 회전체에 다양한 반사 기울기 및 곡률을 갖는 반사미러를 적용하여 다양한 스캔 영역을 확보하거나, 레이저 광의 효과적인 스캔 정밀도를 도출해 낼 수 있는 라이다 광학 장치를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명은 모터 구성의 원리를 회전하는 고정체와 회전체에 적용하여 라이다 장치의 성능을 유지하거나 향상시키면서 그 구조와 구동을 단순화할 수 있는 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 레이저 광을 발신 및 수신하는 라이다 광학 장치에 있어서, 원형의 기둥 형상을 갖는 본체하우징; 상기 본체하우징의 측면을 따라 일정 면적으로 360˚ 형성되어 레이저 광의 투과를 용이하게 하고 본체하우징을 보호하기 위한 광투과성 부재로 이루어진 윈도우; 상기 본체하우징의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체와 회전하며 동작하는 회전체로 이루어지되, 상기 고정체는 상기 본체하우징의 내부 상측에서 제어 유닛을 포함하여 이루어진 베이스기판과 상기 본체하우징의 내부 하측 중앙에 고정되어 레이저 광을 발신하는 하나의 송신 레이저 모듈 및 상기 본체하우징의 내부 하측 둘레에서 회전 자기장을 생성하는 모터 고정자를 포함하여 이루어지고, 상기 회전체는 상기 베이스기판과 연동하는 상부 회전기판 및 상기 상부 회전기판의 하면에서 결합되어 레이저 광을 반사하는 반사미러로 이루어진 상부 회전부와 상기 모터 고정자의 회전 자기장에 의하여 회전하는 모터 회전자, 상기 모터 회전자와의 결합에 의하여 회전하는 하부 회전기판 및 상기 하부 회전기판 상에 구비되어 상기 반사미러에서 반사되는 레이저 광을 수신하는 복수의 수신 레이저 모듈로 이루어지는 하부 회전부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 회전체는 상부 회전부와 하부 회전부를 연결하여 지지하도록, 하부 회전기판 상에서 상부 회전기판과 서로 연결되는 복수의 지지기둥을 더 포함할 수 있다.
이때 상기 복수의 지지기둥 중에 어느 하나의 지지기둥에는 상기 베이스기판에서 전달받은 전력을 상부 회전기판에서 하부 회전기판으로 전달하기 위한 케이블이 내장되어 하부 회전부에 전력을 공급하고, 수신된 레이저 광의 스캔 데이터를 상부 회전기판에 전달할 수 있도록 연결되는 케이블이 내장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 고정체의 베이스 기판에 고정되어 있는 아우터코일과 상기 회전체의 상부 회전기판에서 회전하는 이너코일에 의한 유도전류의 발생으로 상기 고정체에서 회전체로 무접점 방식으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 고정체의 베이스 기판과 상기 회전체의 상부 회전기판과의 신호를 송수신하기 위하여, 상기 베이스 기판의 중앙부와 일치하는 상기 상부 회전기판의 중앙부에 광통신 송수신 모듈 또는 저전력 무선 통신 송수신 모듈이 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때 상기 광통신 송수신 모듈은 신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 반사미러는 상부 회전기판의 하부에서 삼각뿔 형상을 갖도록 3개의 반사면으로 형성될 수 있다.
이때 상기 3개의 반사면은 상부 회전기판의 하부 중심을 기준으로 서로 다른 거리를 갖는 반사면으로 이루어짐으로서, 3개의 서로 다른 기울기를 갖는 삼각형의 반사면이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 반사미러는 상부 회전기판의 하부에서 4면의 사각뿔 형상을 갖도록 4개의 반사면으로 형성될 수 있다.
이때 상기 4개의 반사면은 상부 회전기판의 하부 중심을 기준으로 서로 다른 거리를 갖는 반사면으로 이루어짐으로서, 서로 다른 기울기를 갖는 4개의 삼각형 반사면이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 반사미러는 상부 회전기판의 하부에서 바닥면의 직경보다 수직 길이가 더긴 형상의 반구 또는 길쭉한 타원형 구체의 반쪽이 결합되어진 형상으로 타원형태의 곡면 곡률을 갖는 반사면이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 반사미러는 상부 회전기판의 하부에서 원구의 반쪽이 결합되어 이루어진 형상 또는 돔(Dome) 형상의 반구가 결합되어진 형상으로 반원형태의 곡면 곡률을 갖는 반사면이 형성될 수 있다.
전술한 라이다 광학 장치에 의하면, 회전하는 회전체에 다양한 반사 기울기 및 곡률을 갖는 반사미러를 적용하여 다양한 스캔 영역을 확보하거나, 레이저 광의 효과적인 스캔 정밀도를 도출해 낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모터 구성의 원리를 회전하는 고정체와 회전체에 적용하여 라이다 장치를 단순화하여 상대적으로 복잡도가 낮은 구동 제어 알고리즘을 사용할 수 있고 그에 의해 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
전술한 구성에 의하면, 라이다 광학 장치에서 레이저 광의 반사 및 산란 각도를 효과적으로 제어하면서 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 외관의 형상을 보여주는 사시도이고,
도 2는 상기 도 1의 라이다 광학 장치의 내부 구성을 보여주는 사시도이며,
도 3은 도 1의 내부 구성을 보여주는 정면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 회전체의 동작을 예시하여 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 4개의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이며,
도 7a는 본 발명의 제3실시예에 따른 제1 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이고,
도 7b는 도 7의 제1 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320c)가 구비되는 라이다 광학 장치의 단면도이고,
도 8a는 본 발명의 제4실시예에 따른 제2 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이며,
도 8b는 도 8a의 제2 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320d)가 구비되는 라이다 광학 장치의 단면의 예시도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 가장 바람직한 일 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 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 외관의 형상을 보여주는 사시도로서, 도시한 바와 같이 본 발명의 라이다 광학 장치는, 원형의 기둥 형상을 갖는 본체하우징(100)과 상기 본체하우징(100)의 측면을 따라 일정 면적으로 360˚ 형성되는 윈도우(110)를 구비한다.
상기 윈도우(110)는 내외부로의 레이저빔 투과를 용이하게 하고 상기 본체하우징(100)을 보호하기 위한 광투과성 부재로 이루어질 수 있다.
도 2는 상기 도 1의 라이다 광학 장치의 내부 구성을 보여주는 사시도이고, 도 3은 도2의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 회전하는 회전체의 예시를 보여준다.
이에 본 발명의 라이다 광학 장치는 상기 본체하우징(100)의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체(200)와 회전하면서 동작되는 회전체(300)로 이루어진다.
이에 상기 고정체(200)는 상기 본체하우징(100)과 함께 고정되어 있는 구성 장치로서, 상기 본체하우징(100)의 내부의 상단에 구비되는 베이스기판(Main PCB)(210), 상기 본체하우징(100)의 내측 하단의 중앙부에 장착되어 고정되는 하나의 송신 레이저 모듈(220), 상기 송신 레이저 모듈(220)의 둘레에서 회전 자기장을 생성하는 모터 고정자(Stator)(230)를 포함하여 이루어진다.
이때 상기 베이스기판(210)에는 고정체(200)와 회전체(300)의 기능을 제어하는 제어유닛이 포함될 수 있다. 이에 상기 제어유닛은 회전체(300)의 회전을 위한 온오프 동작과 회전 속도를 제어하거나, 송/수신 레이저 모듈(220, 350)의 발신 및 수신 동작을 제어하고, 수신된 신호를 외부의 장치에 전달하도록 구현될 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 송신 레이저 모듈(220)의 레이저 광 발신 타이밍과 수신 레이저 모듈(350)의 설정된 타이밍을 동기화하여 제어 동작을 수행하도록 이루어진다.
이러한 제어유닛은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있고, 통신모듈을 구비하거나 통신모듈에 결합할 수 있다. 통신모듈은 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등으로 통해 외부 장치와 통신하며, 레이저 스캐닝을 통해 감지한 타겟이나 타켓과의 거리 등과 관련된 신호 혹은 데이터를 외부 장치에 전송할 수 있다.
또한, 상기 본체하우징(100)의 내측에서 회전하는 상기 회전체(300)는 다시 상측에서 회전하는 상부 회전부와 아랫부분에서 회전하는 하부 회전부로 구분할 수 있다.
먼저 상기 상부 회전부는 상기 베이스기판(210)과 무접점(Non-Contact)으로 맞물려서 돌아가며, 상기 베이스기판(210)에서 전력을 전달받아 회전체(300)에 전력을 공급하고 상기 베이스기판(210)과 연동하도록 구비되는 상부 회전기판(310), 상기 상부 회전기판(310)의 하부 아랫면에서 배치되는 반사미러(320)가 구성된다.
또한, 상기 반사미러(320)가 상기 상부 회전기판(310)의 하부 아랫면에서 결합되기 위하여, 상부 회전기판(310)의 하부 아랫면에 반사미러(320) 결합을 위한 반반사미러 결합 보호판(321)이 추가적으로 형성될 수 있다.
그리고 하부 회전부에는 상기 고정체(200)의 모터 고정자(230)에서 유도되는 회전 자기장에 의하여 회전하는 모터 회전자(Rotor)(330)가 구비되고, 상기 모터 회전자(330)에 의해 회전하는 하부 회전기판(340)이 결합되며, 상기 하부 회전기판(340) 상에 구비되어 상기 반사미러(320)에서 반사되는 레이저 광을 수신하는 복수의 수신 레이저 모듈(350)이 구성된다.
또한, 상기 회전체(300)에서 상하로 서로 떨어져 있는 상부 회전부와 하부 회전부를 서로 지지하도록 하부 회전부의 하부 회전기판(340) 상에서 상부 회전부의 상부 회전기판(310)과 서로 연결되어 회전하는 복수의 지지기둥(360)이 구성된다.
이때 상기 복수의 지지기둥(360) 중에 어느 하나의 지지기둥에는 상기 베이스기판(210)에서 전달받은 전력을 상부 회전부에서 하부 회전부의 하부 회전기판(340)으로 전달하기 위한 케이블이 내장되어 연결되어지며, 이를 통하여 하부 회전부의 수신 레이저 모듈(350)에 전력을 공급하고, 하부 회전기판(340)상의 수신 레이저 모듈(350)에서 수신된 레이저 광의 스캔 데이터를 상기 베이스기판(210)에 전달할 수 있도록 연결되는 케이블이 내장되어 구성된다.
상술된 구성에 의한 본 발명은 본체하우징(100) 내측의 구조가 일종의 모터 구조와 유사하게 형성되는 것을 알 수 있다.
이는 일반적인 모터의 고정자(Stator)가 본 발명의 모터 고정자(230)와 대응되는 것으로서, 상기 모터 고정자(230)는 송신 레이저 모듈(220)의 바깥 둘레에 구비되며, 고정자 프레임(Frame), 고정자 코어(Core) 및 고정자 권선(Coil)을 포함하여 형성됨으로서 회전 자기장을 생성하는 기능을 수행한다.
또한, 일반적인 모터의 회전자(Rotor)가 본 발명의 모터 회전자(330)와 대응되는 것으로서, 상기 모터 회전자(330)는 송신 레이저 모듈(220) 주위에서 상기 모터 고정자(230)의 안측으로 형성되고, 회전자 코어 및 회전자 권선을 포함하여 상기 모터 고정자(230)의 회전 자기장의 발생에 따른 모터의 회전 원리에 의하여 회전 동력을 발생시켜 상기 모터 회전자(330)와 결합되어 이루어진 회전체(300)의 상하부 각 구성들을 함께 회전하도록 구현되는 것이라 볼 수 있다.
이때 상기 모터 회전자(330)와 상기 모터 고정자(230)의 사이에는 고정체(200)와 회전체(300)의 하중을 지지하고 회전체(300)의 회전을 가능하게 하는 베어링 구조 또는 이와 유사한 기구 구조가 형성됨으로서 회전체(300)가 원활히 회전되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 고정체(200)와 회전하는 회전체(300)간의 동력 전달을 위하여 무접점 동력 전달 방식(Non-Contact Power Supply)을 사용한다.
이러한 상기 동력 전달 방식은 상기 고정체의 베이스 기판(210)에 고정되어 있는 아우터코일(Outer Coil)(211)과 상기 회전체의 상부 회전기판(310)에서 회전하는 이너코일(Inner Coil)(311)에 의한 유도전류의 발생으로 상기 고정체(200)에서 회전체(300)로 전원을 공급하는 방식이 적용될 수 있다.
무접점 동력 전달 방식으로 공급된 전원은 상기 상부 회전기판(310)의 동력전달 회로에 따라 전달 케이블이 구비되는 특정 지지기둥(360)을 따라 하부 회전기판(340)에 전달되고, 이를 다시 복수의 수신 레이저 모듈(350)의 동력으로 사용할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 있어서 고정체(200)와 회전하는 회전체(300)간의 데이터 전달을 위한 통신 방식으로서, 상기 고정체의 베이스 기판(210)의 중앙부와 일치하는 상기 회전체의 상부 회전기판(310)의 중앙부에 광통신 송수신 모듈 또는 저전력 무선 통신 송수신 모듈이 구비된다.
이때 상기 광통신 송수신 모듈로서 적외선(IR) 방식의 송수신센서(212, 312)를 장착하여 회전하는 상기 상부 회전기판(310)과 레이저모듈 고정체의 베이스기판(210) 간에 회전하면서도 상호 연동될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 회전체(300)의 상부 회전기판(310과 고정되어 있는 상기 베이스 기판(210)간의 통신에 있어서, 상기 송수신 센서(212, 312)를 이용한 적외선 통신 방신 이외에도 다른 광통신 방식이나, 블루투스 및 지그비 등의 저전력 무선 통신 방식이 사용될 수도 있다.
그리고 본 발명의 고정된 하나의 송신 레이저 모듈(220)은 레이저 광을 발생하는 적어도 하나의 레이저 다이오드를 포함하며, 발생되는 레이저 광은 일정 면적으로 형성되는 면 발광의 형태로 레이저 광을 발산한다.
이는 하나의 송신 레이저 모듈(220)에서 발신되는 레이저가 상기 반사미러(320)의 각 면에 고르게 주사되도록 하기 위함이다.
이에 상기 레이저 광은 회전하는 반사미러(320)에 의하여 반사되고 상기 윈도우(110)를 통하여 외부로 발신된다.
이때 본 발명에서는 상기 레이저 광의 스캔 영역이나 스캔 각도 및 스캔 정밀도를 향상시키기 위하여 다양한 실시예로 적용되는 회전하는 반사미러(320)을 구현하는 특징이 있다.
이에 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3개의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 4개의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이며, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제3실시예에 따른 제1 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4실시예에 따른 제2 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러를 예시하는 예시도이다.
먼저 도 5는 본 발명의 반사미러(320)가 상부 회전기판(310)의 하부에서 3면의 삼각뿔 형상을 갖도록 3개의 반사면으로 형성된 반사미러(320a)의 실시예를 보여주는 것으로서, 이때의 수신 레이저 모듈(350)은 하부 회전기판(340) 상에서 상기 3개의 반사면으로 형성된 반사미러(320a) 각각의 반사면에 대응되게 고정되어 설치된다. 즉 3개의 반사면을 구비한 상기 반사미러(320a)에 대응되는 3개의 수신 레이저 모듈(350)이 하부 회전기판(340) 상에 고정되어 회전하도록 구성된다.
이때 상기 3개의 반사면으로 형성된 반사미러(320a)의 각각의 반사면은 서로 다른 기울기를 가지도록 형성된다. 즉 상기 3개의 반사면은 상부 회전기판의 하부 중심을 기준으로 서로 다른 거리를 갖는 반사면으로 이루어짐으로서 3개의 서로 다른 기울기를 갖는 삼각형의 반사면이 형성되어진다.
이는 하나의 송신 레이저 모듈(220)에서 발신되는 레이저 광이 회전하는 3개의 반사면으로 형성된 반사미러(320a)에서 반사될 시에, 전체 스캔 영역 중에서 가로 방향의 스캔 영역에서는 상기 반사면에 대하여 일정한 영역을 가질 수 있으나, 세로 방향의 스캔 영역에 대하여 서로 다른 스캔 영역을 지정하기 위함이다.
즉 서로 다른 기울기를 갖는 3개의 반사면에 의하여 회전하는 상기 반사미러(320a)는 일정 스캔 영역 상에서 상 중 하의 3개의 영역으로 형성되는 스캔 영역을 획득할 수 있게 되는 것이다.
또한, 도 6은 본 발명의 반사미러(320)가 상부 회전기판(310)의 하부에서 4면의 사각뿔 형상을 갖도록 4개의 반사면으로 형성된 반사미러(320b)의 실시예를 보여주는 것으로서, 이때의 수신 레이저 모듈(350)은 하부 회전기판(340) 상에서 상기 4개의 반사면으로 형성된 반사미러(320b) 각각의 반사면에 대응되게 고정되어 설치된다. 즉 상기 4개의 반사면을 구비한 반사미러(320b)에 대응되는 4개의 수신 레이저 모듈(350)이 하부 회전기판(340) 상에 고정되어 회전하도록 구성된다.
이 또한, 상기 4개의 반사면으로 형성된 반사미러(320b)의 각각의 반사면은 서로 다른 기울기를 가지도록 형성된다.
즉 상기 4개의 반사면은 상부 회전기판의 하부 중심을 기준으로 서로 다른 거리를 갖는 반사면으로 이루어짐으로서, 서로 다른 기울기를 갖는 4개의 삼각형 반사면이 형성되는 것이다.
그러므로 서로 다른 기울기를 갖는 4개의 반사면에 의하여 회전하는 상기 반사미러(320b)는 일정 스캔 영역 상에서 세로방향으로 4개의 스캔 영역을 획득할 수 있게 된다.
도 7a는 본 발명의 제3실시예에 따른 제1 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320c)를 예시하는 예시도로서, 상기 제1 곡면 형상이란 상부 회전기판(310)에 결합하는 바닥면의 직경보다 수직 길이가 더긴 형상의 반구 또는 길쭉한 타원형 구체 형상의 반쪽이 상부 회전기판(310)에 결합되어진 형상으로 정의될 수 있다.
이에 상기 제1 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320c)와 대응되게 하부 회전기판(340) 상에 적어도 4개 이상의 수신 레이저 모듈(350)이 구비된다.
즉 상기 제1 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320c)가 회전하게 되고, 상기 레이저 광이 곡면 곡률에 의하여 송신 레이저 모듈(220)에서 발신되는 레이저 광을 상기 곡률에 따른 반사각을 가지고 반사하게 되며, 이를 적어도 4개 이상의 수신 레이저 모듈(350)에 의하여 수신함으로서 폭넓은 스캔 영역을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 7b는 도 7a의 제1 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320c)가 구비되는 라이다 광학 장치의 단면을 예시하고 있는 것으로서, 도시에 따라 송신 레이저 모듈(220)에서 발신되는 레이저 광이 급격히 작아지는 곡면 곡률에 의하여 반사되어 진행하는 것을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8a는 본 발명의 제4실시예에 따른 제2 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320d)를 예시하는 예시도로서, 상기 제2 곡면 형상이란 원구의 반쪽이 상부 회전기판(310)에 결합되어 이루어진 형상 또는 돔(Dome) 형상의 반구를 갖는 형상이 상부 회전기판(310)에 결합되어진 형상으로 정의될 수 있다.
이때도 상기 제2 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320d)와 대응되게 하부 회전기판(340) 상에 적어도 4개 이상의 수신 레이저 모듈(350)이 구비될 수 있다.
그러므로 상기 제2 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320d)가 회전하면서 곡면 곡률에 의하여 송신 레이저 모듈(220)에서 발신되는 레이저 광을 상기 곡면 곡률에 따른 반사각으로 반사하게 되며, 이를 적어도 4개 이상의 수신 레이저 모듈(350)에 의하여 수신함으로서 스캔 영역을 확보할 수 있게 되는 것이다.
도 8b는 도 8a의 제2 곡면 형상의 반사면을 갖는 반사미러(320d)가 구비되는 라이다 광학 장치의 단면을 예시하고 있는 것으로서, 도시에 따라 송신 레이저 모듈(220)에서 발신되는 레이저 광이 원만히 작아지는 곡면 곡률에 의하여 반사되어 진행하는 것을 나타내고 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 라이다 광학 장치는 본체에 전원 공급을 위한 배선이나 어댑터 또는 전원공급수단을 구비할 수 있다. 전원공급수단은 내부전원 또는 재충전 가능한 전원장치로 이루어질 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 상술된 실시예에 따라 회전하는 회전체에 구비될 수 있는 다양한 반사미러(320a, 320b, 320c, 320d)에 의하여 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 다양한 스캔 영역을 확보하거나, 레이저 광의 효율적인 스캔 정밀도를 도출해 낼 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 전술한 실시예 외에 다양한 변형이 가능함은 당연하다. 본 발명의 라이다 장치는 일반적으로 차량에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 라이다 광학 장치는 차량뿐만 아니라 로봇, 선박, 헬기, 드론 등 이동이 가능한 이동 장치에 적용이 가능하고, 아울러 건물, 기둥, 탑 등의 이동이 제한된 고정 장치에도 제한 없이 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 본체하우징 110: 윈도우
200: 고정체 210: 베이스 기판
211: 이우터코일 212: 베이스 기판 송수신센서
220: 송신 레이저 모듈 230: 모터 고정자
300: 회전체 310: 상부 회전기판
311: 이너코일 312: 상부 회전기판 송수신센서
320: 반사미러 321: 반사미러 결합 보호판 320a: 3개의 반사면을 갖는 반사미러 320b: 4개의 반사면을 갖는 반사미러
320c: 제1곡면 형상의 반사미러 320d: 제2곡면 형상의 반사미러
330: 모터 회전자 340: 하부 회전기판
350: 수신 레이저 모듈 360: 지지기둥

Claims (12)

  1. 레이저 광을 발신 및 수신하는 라이다 광학 장치에 있어서,
    원형의 기둥 형상을 갖는 본체하우징;
    상기 본체하우징의 측면을 따라 일정 면적으로 360˚ 형성되어 레이저 광의 투과를 용이하게 하고 본체하우징을 보호하기 위한 광투과성 부재로 이루어진 윈도우;
    상기 본체하우징의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체와 회전하며 동작하는 회전체로 이루어지되,
    상기 고정체는 상기 본체하우징의 내부 상측에서 제어 유닛을 포함하여 이루어진 베이스기판과 상기 본체하우징의 내부 하측 중앙에 고정되어 레이저 광을 발신하는 하나의 송신 레이저 모듈 및 상기 본체하우징의 내부 하측 둘레에서 회전 자기장을 생성하는 모터 고정자를 포함하여 이루어지고,
    상기 회전체는
    상기 베이스기판과 연동하는 상부 회전기판 및 상기 상부 회전기판의 하면에서 결합되어 레이저 광을 반사하는 반사미러로 이루어진 상부 회전부와
    상기 모터 고정자의 회전 자기장에 의하여 회전하는 모터 회전자, 상기 모터 회전자와의 결합에 의하여 회전하는 하부 회전기판 및 상기 하부 회전기판 상에 구비되어 상기 반사미러에서 반사되는 레이저 광을 수신하는 복수의 수신 레이저 모듈로 이루어지는 하부 회전부를 포함하고,
    상기 고정체의 베이스 기판과 상기 회전체의 상부 회전기판과의 신호를 송수신하기 위하여, 상기 베이스 기판의 중앙부와 일치하는 상기 상부 회전기판의 중앙부에 광통신 송수신 모듈 또는 저전력 무선 통신 송수신 모듈을 더 포함하고,
    상기 광통신 송수신 모듈은 신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서이고,
    상기 저전력 무선 통신 송수신 모듈은 블루투스 또는 지그비 방식을 사용하고,
    상기 반사미러는 상부 회전기판의 하부에서 삼각뿔 형상을 갖도록 3개의 반사면으로 형성되거나, 상부 회전기판의 하부에서 사각뿔 형상을 갖도록 4개의 반사면으로 형성되고,
    상기 3개의 반사면은 상부 회전기판의 하부 중심을 기준으로 서로 다른 거리를 갖는 반사면으로 이루어짐으로서, 3개의 서로 다른 기울기를 갖는 삼각형의 반사면이 형성되고,
    상기 4개의 반사면은 상부 회전기판의 하부 중심을 기준으로 서로 다른 거리를 갖는 반사면으로 이루어짐으로서, 서로 다른 기울기를 갖는 4개의 삼각형 반사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전체는 상부 회전부와 하부 회전부를 연결하여 지지하도록, 하부 회전기판 상에서 상부 회전기판과 서로 연결되는 복수의 지지기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 지지기둥 중에 어느 하나의 지지기둥에는 상기 베이스기판에서 전달받은 전력을 상부 회전기판에서 하부 회전기판으로 전달하기 위한 케이블이 내장되어 하부 회전부에 전력을 공급하고, 수신된 레이저 광의 스캔 데이터를 상부 회전기판에 전달할 수 있도록 연결되는 케이블이 내장되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정체의 베이스 기판에 고정되어 있는 아우터코일과 상기 회전체의 상부 회전기판에서 회전하는 이너코일에 의한 유도전류의 발생으로 상기 고정체에서 회전체로 무접점 방식으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190011537A1 (en) * 2017-07-06 2019-01-10 Robert Bosch Gmbh Rotation angle sensor system, lidar system, work device and operating method for a lidar system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR102334432B1 (ko) * 2018-01-03 2021-12-03 주식회사 라이드로 라이다 광학 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190011537A1 (en) * 2017-07-06 2019-01-10 Robert Bosch Gmbh Rotation angle sensor system, lidar system, work device and operating method for a lidar system

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