KR102490108B1 - Lidar optical apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 광을 송신 및 수신하는 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar)의 광학 장치로서, 상측에서 제1 방향으로 제1 레이저빔을 발신하고 수신하는 제1 레이저 모듈과, 상기의 제1 레이저 모듈과 적층된 형태로 하측에 배치되고 하측에서 제2 레이저빔을 발신하고 수신하는 제2 레이저 모듈을 구비하는 레이저 모듈 어셈블리와, 제1 레이저 모듈의 전면에서 제1 레이저빔를 반사하는 반사면을 갖는 사각 기둥 형상의 상부미러와 제2 레이저 모듈의 전면에서 제2 레이저빔을 반사하는 반사면을 갖으며 서로 마주하는 한 쌍의 측면들이 동일 방향으로 기울어진 사각 기둥 형상의 하부미러가 일체로 결합되는 미러 블록, 및 미러 블록을 회전시키는 회전유닛을 포함한다.The present invention is an optical device of a light detection and ranging radar (LIDAR) for transmitting and receiving laser light, comprising: a first laser module for transmitting and receiving a first laser beam in a first direction from an upper side; A laser module assembly having a second laser module disposed on the lower side in a stacked form with one laser module and transmitting and receiving a second laser beam from the lower side, and a reflective surface reflecting the first laser beam on the front surface of the first laser module A quadrangular pillar-shaped upper mirror having a reflective surface for reflecting the second laser beam from the front surface of the second laser module, and a quadrangular pillar-shaped lower mirror having a pair of side faces inclined in the same direction facing each other are integrally formed. It includes a coupled mirror block and a rotation unit that rotates the mirror block.

Description

라이다 광학 장치{LIDAR OPTICAL APPARATUS}Lidar optical device {LIDAR OPTICAL APPARATUS}

본 발명은 라이다 광학 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 회전하는 미러 블록에서 서로 다른 스캔 각도를 제공하는 상부미러와 하부미러를 구비하는 라이다 광학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar optical device, and more particularly, to a lidar optical device having an upper mirror and a lower mirror providing different scan angles in one rotating mirror block.

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.Recently, a laser radar device, LIDAR (LIght Detection And Ranging) is widely used in order to detect surrounding terrain or objects in automobiles or mobile robots.

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.This LIDAR is a device that emits pulsed laser light into the air and measures the distance, object, or atmospheric phenomenon by using the reflected light from the reflector or scatterer in the air. It has a resolution of 5 m at MHz and 1 m at 150 MHz.

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.In this way, lidar irradiates laser light to the surrounding area and uses the time and intensity of the reflected light reflected from the surrounding object or terrain to measure the distance, speed, and shape of the measurement object or to accurately measure the surrounding object or topography. scan it carefully

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.Such lidar is widely applied in various fields such as sensors for detecting front obstacles of robots and unmanned vehicles, radar guns for measuring speed, aerial geo-mapping devices, 3D ground surveys, and underwater scanning.

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.However, since conventional lidar emits a laser with a wide beam width corresponding to the angle of view and simultaneously acquires reflected light from all directions within the angle of view to obtain the distance to the reflector, a laser module with very high output is required. The problem is that it is very expensive. In addition, a laser module with high output is large in size, and acts as a factor increasing the overall size of the LIDAR device.

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 시스템 크기는 더욱 커지게 되는데, 이는 미관상으로도 좋지 않을 뿐만 아니라, 가격 및 소비전력 상승의 문제를 더욱 심화시키게 된다.In particular, most lidar devices having a panoramic scanning function are configured such that the entire device rotates, including a transmitting optical system and a receiving optical system. However, when the entire device is rotated, the size of the system becomes larger, which is not only aesthetically undesirable, but also intensifies problems of price and power consumption increase.

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.In addition, in the case of the conventional scanning lidar, it is necessary to change the angle of the reflection mirror (Mirror) to scatter the reflection and refraction angles of the laser. Due to this structure, the conventional scanning lidar has poor intensive scanning performance for a specific region of interest, cannot irradiate various laser patterns, and uses a large number of laser light emitting units and light receiving units, resulting in high manufacturing cost and complex structure. There are downsides.

상술되어진 종래의 기술로서는 대한민국 공개특허공보 10-2018-0012059(2018.02.05.)호에서 라이다 장치 및 거리 측정 방법이 개시되어 있다.As the conventional technology described above, a lidar device and a distance measurement method are disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2018-0012059 (2018.02.05.).

그러나 상기 종래의 기술은 레이저 펄스를 대상체에 조사하는 광원; 대상체로부터 반사된 레이저 펄스를 수광하는 수광부; 상기 광원이 레이저 펄스를 조사할 때 제 1 주기파를 형성하고, 상기 수광부가 레이저 펄스를 수광할 때, 상기 제 1 주기파와 동일한 주파수의 제 2 주기파를 형성하는 제 1 주기파 생성부; 및 상기 제 1 주기파 생성부로부터 생성된 상기 제 1 주기파와 상기 제 2 주기파의 위상을 서로 비교하는 제 1 비교부;를 포함하고, 상기 제 1 비교부에서 비교된 위상을 바탕으로 대상체까지의 거리를 도출하는 방식을 제공하고 있다.However, the prior art includes a light source for irradiating a laser pulse to an object; a light receiving unit that receives the laser pulse reflected from the object; a first periodic wave generating unit that generates a first periodic wave when the light source emits a laser pulse, and forms a second periodic wave having the same frequency as the first periodic wave when the light receiving unit receives the laser pulse; and a first comparator for comparing the phases of the first periodic wave and the second periodic wave generated by the first periodic wave generator, based on the phases compared by the first comparator, to the target object. It provides a method for deriving the distance of .

이에 본 발명에서와 같이 상부와 하부가 서로 다른 스캔 각도를 제공하는 상하부 미러를 구비하여 회전하는 미러 블록으로 이루어진 라이다 광학 장치와는 차이가 있다.Therefore, as in the present invention, there is a difference from the lidar optical device composed of a rotating mirror block having upper and lower mirrors providing different scan angles.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상부와 하부가 서로 다른 스캔 각도를 제공하기 위한 멀티레이어 미러 블록을 회전 구동시킴으로써 라이다 장치의 성능을 향상시키는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is a lidar that improves the performance of a lidar device by rotating and driving a multi-layer mirror block to provide different scan angles at the top and bottom. It is to provide an optical device.

본 발명의 다른 목적은 회전 수단으로써 단일 모터만을 사용하여 회전하는 미러 블록의 장치 구성을 단순화하면서 성능을 향상시킬 수 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a lidar optical device capable of improving performance while simplifying the device configuration of a rotating mirror block using only a single motor as a rotating means.

본 발명의 다른 목적은 높은 반사율 값을 제공할 수 있는 보호용 금속 코팅으로 IR(적외선) 및 NIR(Near Infrared Spectroscopy) 파장에 대해 높은 반사율을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide high reflectance for IR (Infrared) and NIR (Near Infrared Spectroscopy) wavelengths with a protective metallic coating capable of providing high reflectance values.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 광을 송신 및 수신하는 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar)의 광학 장치는 상측에서 제1 방향으로 제1 레이저를 발신하고 수신하는 제1 레이저 모듈과, 상기 제1 레이저 모듈과 적층된 형태로 하측에 배치되고 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 제2 레이저를 발신하고 수신하는 제2 레이저 모듈을 구비하는 레이저 모듈 어셈블리와 상기 제1 레이저 모듈의 전면 상에서 상기 제1 레이저를 반사하는 반사면을 갖는 사각 기둥 형상의 상부미러와 상기 제2 레이저 모듈의 전면 상에서 상기 제2 레이저를 반사하는 반사면을 갖으며 비스듬히 기울어진 사각 기둥 형상의 하부미러가 일체로 결합되어 이루어지는 미러 블록 및 상기 미러 블록을 중앙에서 관통하여 형성되는 회전축을 중심으로 상부미러와 하부미러를 일체로 회전시키는 회전유닛을 포함하여 이루어질 수 있다.An optical device of a light detection and ranging radar (LIDAR) for transmitting and receiving laser light according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem transmits and receives a first laser in a first direction from the upper side A laser module assembly comprising a first laser module and a second laser module disposed on the lower side in a stacked form with the first laser module and transmitting and receiving a second laser in a direction parallel to the first direction; An upper mirror in the shape of a square pillar having a reflective surface for reflecting the first laser on the front surface of one laser module and a square pillar shape having a reflective surface for reflecting the second laser on the front surface of the second laser module and tilting at an angle. It may include a mirror block in which the lower mirrors are integrally coupled, and a rotation unit that integrally rotates the upper mirror and the lower mirror around a rotation axis formed by penetrating the mirror block from the center.

또한, 본 발명의 상기 미러 블록은 측 4면이 반사면을 갖는 직육면체 형상이되, 일측면과 평행하는 타측면이 동일 방향으로 수직축에 대하여 일정 각도 기울어진 반사면으로 형성되면서 일정길이의 높이를 갖는 직육면체 기둥 형태의 하부미러와 상기 하부미러의 높이보다 일정 비율 작은 높이로 수직으로 세워지는 직육면체 기둥 형태의 상부미러가 하부미러의 상단에서 일체로 결합되어 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the mirror block of the present invention has a rectangular parallelepiped shape having reflective surfaces on four sides, and the other side parallel to one side is formed as a reflective surface inclined at a certain angle with respect to the vertical axis in the same direction, and has a height of a certain length. It may be characterized in that a lower mirror in the form of a rectangular parallelepiped column having a lower mirror and an upper mirror in the shape of a rectangular parallelepiped column vertically erected at a height smaller than the height of the lower mirror by a predetermined ratio are integrally formed at an upper end of the lower mirror.

또한, 본 발명은 상기 미러 블록의 상부미러와 하부미러 사이에는 내측에서 횡으로 연장되는 지지결합부가 형성되고, 상기 지지결합부의 중앙에는 회전축이 관통하는 중심개구부가 형성되며, 미러 블록의 반사면을 지지하도록 지지보강 구조가 형성될 수 있다.In addition, in the present invention, between the upper mirror and the lower mirror of the mirror block, a support coupling portion extending from the inner side laterally is formed, a central opening through which a rotating shaft passes is formed at the center of the support coupling portion, and a reflective surface of the mirror block is formed. A support reinforcing structure may be formed to support it.

또한, 본 발명의 상기 회전유닛은 상기 미러 블록의 내측 중앙에서 관통하는 회전축을 중심으로 회전시키는 회전 모터를 포함하여 하부미러 내측 중공부에 삽입 배치될 수 있다.In addition, the rotation unit of the present invention may include a rotation motor that rotates about a rotation shaft passing through the inner center of the mirror block and may be inserted into the inner hollow of the lower mirror.

또한, 본 발명의 상기 미러 블록의 반사면은 Protected Gold 방식의 금속 미러 코팅으로 형성될 수 있다.In addition, the reflective surface of the mirror block of the present invention may be formed of a protected gold metal mirror coating.

또한, 본 발명의 상기 미러 블록은 폴리카보네이트 소재로 형성될 수 있다.In addition, the mirror block of the present invention may be formed of a polycarbonate material.

또한, 본 발명의 상기 미러 블록은 표면 평탄도가 λ/4 내지 λ/10 중의 어느 하나의 값으로 평면 편차를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the mirror block of the present invention may be characterized in that the surface flatness has a flatness of any one of λ/4 to λ/10.

또한, 본 발명은 상기 레이저 모듈 어셈블리와 상기 회전유닛의 동작을 제어하는 제어유닛을 더 포함하되, 상기 제어유닛은 상기 회전유닛의 회전속도와, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저의 발신 주기를 제어하여 감지 또는 스캔 영역의 해상도를 조절할 수 있다.In addition, the present invention further includes a control unit for controlling the operation of the laser module assembly and the rotation unit, wherein the control unit controls the rotational speed of the rotation unit and the transmission cycle of the first laser and the second laser. Control can adjust the resolution of the sensing or scanning area.

전술한 본 발명의 라이다 광학 장치 및 이를 구비하는 라이다 장치에 의하면, 서로 다른 스캔 각도를 제공하기 위한 상부와 하부로 구분되는 반사면을 구비하는 미러 블록을 회전시켜 라이다 장치의 주변을 효과적으로 스캔하고, 사람이나 사물을 감지하거나 사람이나 사물과의 거리를 측정할 수 있는 장점이 있다.According to the above-described lidar optical device and lidar device having the same of the present invention, by rotating a mirror block having a reflective surface divided into upper and lower parts for providing different scan angles, the surroundings of the lidar device are effectively It has the advantage of being able to scan, detect a person or object, or measure the distance to a person or object.

또한, 본 발명에 의하면, 금속 미러 코팅 방식 중 하나인 프로텍티드 골드(protected gold) 방식의 미러 코팅층을 반사면에 형성하여 IR(적외선) 및 NIR(Near Infrared Spectroscopy) 파장에 대해 높은 반사율을 제공하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, a mirror coating layer of a protected gold method, which is one of the metal mirror coating methods, is formed on the reflective surface to provide high reflectance for IR (infrared) and NIR (Near Infrared Spectroscopy) wavelengths. It works.

또한, 본 발명에 따른 미러 블록은 폴리카보네이트 소재를 적용하여 광학제품에 적합한 우수한 투명성, 내충격성 및 우수한 치수 안정성을 제공하고, 경량의 라이다 광학 장치를 제공하는 효과가 있다.In addition, the mirror block according to the present invention provides excellent transparency, impact resistance and excellent dimensional stability suitable for optical products by applying a polycarbonate material, and has an effect of providing a lightweight lidar optical device.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 대한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성 및 작동 상태를 나타낸 사시도들이다.
도 4는 도 3의 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 미러 블록의 내부 구조의 일례를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 4의 미러 블록의 평면도이다.
도 6은 도 5의 미러 블록의 C-C선에 의한 횡단면도이다.
도 7은 도 5의 미러 블록의 F-F선에 의한 횡단면도이다.
도 8은 도 2의 라이다 광학 장치에 채용되는 미러 블록의 좌측면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 미러 블록의 특징적 구성을 설명하기 위한 예시도로서, 미러 블록의 외측 최대폭과 내측 최소폭을 나타낸 단면도이다.
도 10은 도 9의 특징적 구성을 구비하는 미러 블록의 설계 사양을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 미러 블록에 대한 사시도이다.
1 is a perspective view of a lidar optical device according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are perspective views showing the internal configuration and operating state of the lidar optical device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view for explaining an example of an internal structure of a mirror block that can be employed in the lidar optical device of FIG. 3 .
5 is a plan view of the mirror block of FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line CC of the mirror block of FIG. 5 .
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line FF of the mirror block of FIG. 5 .
FIG. 8 is a left side view of a mirror block employed in the lidar optical device of FIG. 2 .
9 is a cross-sectional view illustrating a maximum outer width and a minimum inner width of the mirror block as an example for explaining a characteristic configuration of a mirror block that can be employed in a lidar optical device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating design specifications of a mirror block having the characteristic configuration of FIG. 9 .
11 is a perspective view of a mirror block that can be employed in a lidar optical device according to another embodiment of the present invention.

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.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention based on the principle that there is.

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.Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be waters and variations.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 대한 사시도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성 및 작동 상태를 나타낸 사시도들이다.1 is a perspective view of a lidar optical device according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are perspective views showing the internal configuration and operating state of the lidar optical device according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 라이다 광학 장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 상부케이스(110)와 하부케이스(130)를 구비하고, 상부케이스(110)의 일면부에 배치되어 내부의 레이저빔을 외부로 전달하고 외부에서 반사되는 레이저빔을 내부에 전달하는 윈도우(120)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the lidar optical device 100 according to the present embodiment includes an upper case 110 and a lower case 130, and is disposed on one side of the upper case 110 to provide an internal laser beam. It is provided with a window 120 that transmits to the outside and transmits the laser beam reflected from the outside to the inside.

또한, 라이다 광학 장치(100)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 하부케이스(130)는 바닥 플레이트와 바닥 플레이트에 수직으로 세워져 하부가 개방된 상자 형태의 상부케이스(110)의 내측에 삽입되도록 설치되는 벽 프레임을 구비한다. 벽 프레임은 사각 판 형상의 바닥 플레이트의 네 측면 가장자리에 세워지고, 그 중에 윈도우(120) 측에 세워지는 벽 프레임은 대부분 제거되어 장치 내부가 윈도우(120)를 통해 외부에 개방되도록 설치된다.In addition, as shown in FIGS. 2 and 3, in the LiDAR optical device 100, the lower case 130 is erected vertically on the bottom plate and the bottom plate to the inside of the upper case 110 in the form of a box with an open bottom. It has a wall frame installed to be inserted. The wall frame is built on the four side edges of the square plate-shaped bottom plate, and most of the wall frame built on the window 120 side is removed and installed so that the inside of the device is open to the outside through the window 120.

또한, 본 발명의 라이다 장치(100)는, 하부케이스(130) 상에 설치되는 레이저 모듈 어셈블리(10), 미러 블럭(20) 및 회전유닛(미도시)을 구비한다.In addition, the lidar device 100 of the present invention includes a laser module assembly 10, a mirror block 20, and a rotation unit (not shown) installed on the lower case 130.

레이저 모듈 어셈블리(10)는 상측에서 제1 방향으로 제1 레이저를 발신하고 수신하는 제1 레이저 모듈(10a)과, 제1 레이저 모듈(10a)과 적층된 형태로 하측에 배치되고 제1 방향과 대략 평행한 방향으로 제2 레이저를 발신하고 수신하는 제2 레이저 모듈(10b)을 구비한다.The laser module assembly 10 includes a first laser module 10a for transmitting and receiving a first laser in a first direction from the upper side, and a first laser module 10a, which are disposed on the lower side in a stacked form, and are disposed in the first direction and the first laser module 10a. and a second laser module 10b for transmitting and receiving a second laser in a substantially parallel direction.

제1 레이저 모듈(10a)과 제2 레이저 모듈(10b)은, 발광점을 일치시킬 때, 서로 평행하거나 서로 예각을 이루며 미러 블럭(20)의 표면상의 미러를 향해 레이저 광을 방출하도록 설치된다.The first laser module 10a and the second laser module 10b are installed so as to emit laser light toward the mirror on the surface of the mirror block 20 while being parallel to each other or at an acute angle to each other when emitting points are aligned.

제1 또는 제2 레이저 모듈은 펄스 레이저빔을 방출하는 적어도 하나 이상의 레이저 다이오드와 적어도 하나 이상의 복수의 포토 다이오드를 구비한다. 여기서, 레이저 다이오드는 레이서 송신모듈에 대응하고, 포토 다이오드는 레이저 수신모듈에 대응할 수 있다.The first or second laser module includes at least one laser diode emitting a pulsed laser beam and at least one photodiode. Here, the laser diode may correspond to the laser transmitting module, and the photodiode may correspond to the laser receiving module.

미러 블록(20)은 레이저 모듈 어셈블리(10)의 전면 상에서 제1 레이저 모듈(10a)의 제1 레이저빔을 반사하는 상부미러(22)와 제2 레이저 모듈(10b)의 제2 레이저빔을 반사하는 하부미러(21)가 일체로 적층 결합되는 형태를 구비한다.The mirror block 20 reflects the upper mirror 22 that reflects the first laser beam of the first laser module 10a and the second laser beam of the second laser module 10b on the front surface of the laser module assembly 10. The lower mirror 21 is integrally stacked and coupled.

제1 레이저 모듈(10a)은 미러 블럭(20)의 상부에 배치되는 상부미러(22)에 레이저빔을 조사하도록 설치되고, 제2 레이저 모듈(10b)은 미러 블럭(20)의 하부에 배치되는 하부미러(21)에 레이저빔을 조사하도록 설치된다.The first laser module 10a is installed to irradiate a laser beam to the upper mirror 22 disposed above the mirror block 20, and the second laser module 10b is disposed below the mirror block 20 It is installed to irradiate a laser beam to the lower mirror 21.

회전유닛은 하부케이스(130)의 바닥 플레이트에 설치되는 지지플레이트(30) 상에 지지되고, 미러 블록(20)의 내부 중심에 설치되어 상부미러(22)와 하부미러(21)를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다. 이를 위해 회전유닛은 미러 블록(20)의 하부미러(21)의 내부 공간에 삽입 배치될 수 있다.The rotation unit is supported on the support plate 30 installed on the bottom plate of the lower case 130, and is installed in the inner center of the mirror block 20 to rotate the upper mirror 22 and the lower mirror 21. can include To this end, the rotation unit may be inserted into the inner space of the lower mirror 21 of the mirror block 20 .

회전유닛은 그 회전축이 미러 블록(20) 내부에서 횡 방향으로 연장하는 격벽을 관통하도록 하부에서 상부로 연장 설치되고, 회전축에 결합된 회전판과 격벽을 체결 수단에 의해 체결함으로써 미러 블록(20) 내부에서 미러 블록(20)을 회전시킬 수 있게 설치될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 미러 블록(20)은 회전유닛의 회전축에 결합하여 실질적인 요동없이 안정적으로 회전 운동할 수 있게 된다.The rotation unit extends from the bottom to the top so that the rotation axis penetrates the partition wall extending in the transverse direction inside the mirror block 20, and the interior of the mirror block 20 is secured by fastening the rotation plate and the partition wall coupled to the rotation shaft with a fastening means. It can be installed to rotate the mirror block 20 in . According to this configuration, the mirror block 20 is coupled to the rotation shaft of the rotation unit and can rotate stably without substantial fluctuation.

물론, 구현에 따라서 회전유닛은 회전지지판(30)을 회전가능하게 설치되고, 회전지지판(30) 상에 고정 배치되는 미러 블록(20)을 회전시키도록 형성될 수 있다.Of course, depending on implementation, the rotation unit may be formed to rotate the rotation support plate 30 rotatably and to rotate the mirror block 20 fixedly disposed on the rotation support plate 30 .

도 4는 도 3의 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 미러 블록의 내부 구조의 일례를 설명하기 위한 사시도이다. 도 5는 도 4의 미러 블록의 평면도이다. 도 6은 도 5의 미러 블록의 C-C선에 의한 횡단면도이다. 도 7은 도 5의 미러 블록의 F-F선에 의한 횡단면도이다. 도 8은 도 2의 라이다 광학 장치에 채용되는 미러 블록의 좌측면도이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 미러 블록의 특징적 구성을 설명하기 위한 예시도로서, 미러 블록의 외측 최대폭과 내측 최소폭을 나타낸 단면도이다.FIG. 4 is a perspective view for explaining an example of an internal structure of a mirror block that can be employed in the lidar optical device of FIG. 3 . 5 is a plan view of the mirror block of FIG. 4; 6 is a cross-sectional view taken along line C-C of the mirror block of FIG. 5; FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line F-F of the mirror block of FIG. 5; FIG. 8 is a left side view of a mirror block used in the lidar optical device of FIG. 2 . 9 is a cross-sectional view illustrating a maximum outer width and a minimum inner width of the mirror block as an example for explaining a characteristic configuration of a mirror block that can be employed in a lidar optical device according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 미러 블록을 자세히 설명하면 다음과 같다.The mirror block of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 9 .

도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 미러 블록(20)은 개략적인 사각 기둥 형상을 구비하고, 서로 마주하는 두 측면들이 각각 하부미러(21)와 상부미러(22)를 구비한 형태를 가진다.As shown in FIG. 4 , the mirror block 20 of the present invention has a schematic rectangular pillar shape, and two sides facing each other have a lower mirror 21 and an upper mirror 22, respectively.

또한, 미러 블록(20)은 서로 마주하는 두 측면들 사이를 연결하는 나머지 두 측면들(23)을 구비하는데 나머지 두 측면들(23)은 하부미러(21)와 상부미러(22)를 구비하지 않거나 구분하지 않는 단일 미러로 형성될 수 있다.In addition, the mirror block 20 has two remaining sides 23 connecting the two facing sides, but the other two side surfaces 23 do not include a lower mirror 21 and an upper mirror 22. It can be formed as a single mirror that does not differentiate or divide.

또한, 미러 블록(20)은 사각 기둥 모양의 미러 블록(20)을 내부에서 지지하는 프레임 구조(25)를 구비할 수 있다. 프레임 구조는 다양한 형태가 가능하나, 미러 블록(20) 내부에 모터 등의 회전유닛을 수용하는 경우, 회전유닛의 삽입 크기를 고려하여 마름모 종단면 형태의 중공부 혹은 원형 종단면 형태의 중공부를 구비하도록 설치될 수 있다.In addition, the mirror block 20 may include a frame structure 25 internally supporting the square pillar-shaped mirror block 20 . The frame structure can be of various shapes, but when a rotation unit such as a motor is accommodated inside the mirror block 20, it is installed to have a hollow part in the form of a rhombus cross section or a hollow part in the form of a circular longitudinal section in consideration of the insertion size of the rotation unit. It can be.

상부미러(22)는 제1 레이저 모듈의 전면 상에서 제1 레이저빔을 반사하는 반사면을 갖는 직육면체 기둥 형태이고, 하부미러(21)는 제2 레이저 모듈의 전면 상에서 제2 레이저빔을 반사하는 반사면을 갖는 직육면체 기둥 형태로 이루어진다.The upper mirror 22 is in the form of a rectangular parallelepiped column having a reflective surface for reflecting the first laser beam on the front surface of the first laser module, and the lower mirror 21 is a half mirror for reflecting the second laser beam on the front surface of the second laser module. It is made in the form of a rectangular parallelepiped column with slopes.

더욱이, 미러 블록(20)에 있어서, 서로 마주하는 두 측면의 두 하부미러들(21)은, 나머지 측면 방향에서 볼 때, 상부미러(22)의 연장선을 기준으로 서로 동일한 형태로 기울어져 서로 기울어진 두 평행 라인 형태 혹은 서로 평행하게 기울어진 평행 반사면 형태를 구비할 수 있다. 즉, 직육면체 형상의 미러 블록(20)에서 일측면 및 일측면과 평행하는 타측면이 서로 동일 방향으로 수직축에 대하여 일정 각도 기울어진 반사면으로 형성되면서 일정길이의 높이를 갖는 직육면체 기둥 형태를 구비할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 하부미러(21)와, 하부미러(21)의 높이보다 일정 비율 작은 높이로 수직으로 세워지는 직육면체 기둥 형태의 상부미러(22)가 하부미러(21)의 상단에서 일체로 결합된 형태를 구비할 수 있다.Furthermore, in the mirror block 20, the two lower mirrors 21 on the two sides facing each other are tilted in the same form with respect to the extension line of the upper mirror 22 when viewed from the other side direction and tilted to each other. It may have the form of two straight parallel lines or the form of parallel reflection surfaces inclined parallel to each other. That is, in the rectangular parallelepiped mirror block 20, one side and the other side parallel to the one side are formed as reflective surfaces inclined at a certain angle with respect to a vertical axis in the same direction and have a rectangular parallelepiped column shape having a certain length and height. can According to this configuration, the lower mirror 21 and the upper mirror 22 in the form of a rectangular parallelepiped column vertically erected at a height smaller than the height of the lower mirror 21 by a predetermined ratio are integrally coupled at the upper end of the lower mirror 21. shape can be provided.

다음으로, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 미러 블록(20)의 상부미러(22)와 하부미러(21) 사이에는 내측에는 횡 방향으로 연장 형성되는 지지결합부(27)가 설치될 수 있다. 지지결합부(27)는 상부미러(22) 및 하부미러(21)와 일체로 형성되고 회전유닛의 회전축에 결합하여 회전유닛의 회전력에 따라 회전할 수 있다.Next, referring to FIGS. 5 to 7 , between the upper mirror 22 and the lower mirror 21 of the mirror block 20, a support coupling portion 27 extending in the transverse direction may be installed on the inside. . The support coupling part 27 is integrally formed with the upper mirror 22 and the lower mirror 21 and can rotate according to the rotational force of the rotation unit by being coupled to the rotation shaft of the rotation unit.

지지결합부(27)의 중앙에는 회전유닛의 회전축이 관통하는 중심개구부(28)가 형성되며, 중심개구부(28) 주위에서 지지결합부(27)와 회전유닛의 회전축에 결합된 회전판(미도시)을 고정 체결하는 체결 수단을 위한 체결공(29)을 구비할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 회전유닛은 회전축에 견고히 결합된 미러 블록(20)의 안정적으로 회전시킬 수 있다.At the center of the support coupling portion 27, a central opening 28 is formed through which the rotation shaft of the rotation unit passes, and around the center opening 28, a rotation plate coupled to the support coupling portion 27 and the rotation shaft of the rotation unit (not shown) ) may be provided with a fastening hole 29 for a fastening means for fixing fastening. According to this configuration, the rotation unit can stably rotate the mirror block 20 firmly coupled to the rotation shaft.

전술한 구성의 구체적인 일례로써, 도 8에 나타낸 바와 같이 미러 블록의 하부미러(21)의 제1 높이(h1)와 상부미러(22)의 제2 높이(h2)는, 바닥과의 일정 높이 혹은 회전유닛의 탑재 등을 고려하여 설계될 수 있다. 본 실시예에서 제1 높이(h1)는 제2 높이(h2)보다 크다. 이때, 미러 블록의 폭(w1)은 제2 높이(h2)보다 크고 제1 높이(h1)보다 작을 수 있다.As a specific example of the above configuration, as shown in FIG. 8, the first height h1 of the lower mirror 21 and the second height h2 of the upper mirror 22 of the mirror block are at a constant height from the floor or It may be designed considering the mounting of the rotation unit. In this embodiment, the first height h1 is greater than the second height h2. In this case, the width w1 of the mirror block may be larger than the second height h2 and smaller than the first height h1.

또한, 도 8에 나타낸 바와 같이 하부미러(21)는 일측면이 수직축에 대하여 내측으로 예각(A1)을 이루고, 이에 대응하는 반대편의 타측면이 수직축에 대하여 내측으로 둔각(A2)을 이루면서 평행하도록 비스듬히 기울어진 형상의 반사면을 가진 사각 기둥 형태의 구조를 가질 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8, the lower mirror 21 has one side surface forming an acute angle A1 to the inside with respect to the vertical axis, and the other side surface corresponding to the lower mirror 21 is parallel to the vertical axis while forming an obtuse angle A2 inward to the vertical axis. It may have a structure in the form of a square pillar having an obliquely inclined reflective surface.

여기서, 미러 블록의 일측면 하부미러(21)의 미러면 연장선(21a)과 일측면 상부미러(22)의 미러면의 연장선이 이루는 각도만큼 경사진 기울기를 갖는 예각(A1)은 90°보다 작고 바람직하게는 89.9°보다 작고 89°보다 큰 것이 바람직하다. 이와 유사하게, 미러 블록의 일측면의 반대측인 타측면의 하부미러(21)의 미러면 연장선(21b)과 타측면 상부미러(22)의 미러면의 연장선이 이루는 각도만큼 경사진 기울기를 갖는 둔각(A2)은 90°보다 크고 바람직하게는 90.1°보다 크고 91°보다 작은 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상기의 예각(A1)과 둔각(A2)의 합은 180°가 된다. 이러한 두 하부미러 쌍의 경사각은 레이저빔에 의한 스캔 범위를 상하 방향에서 확장시켜 스캔의 성능과 속도를 높이는데 유의미하게 기여할 수 있다.Here, the acute angle A1 having an inclination as much as the angle formed by the extension line 21a of the mirror surface of the lower mirror 21 on one side of the mirror block and the extension line of the mirror surface of the upper mirror 22 on one side is smaller than 90°. It is preferably smaller than 89.9° and larger than 89°. Similarly, an obtuse angle having a slope inclined by the angle formed by the extension line 21b of the mirror surface of the lower mirror 21 on the other side opposite to one side of the mirror block and the extension line of the mirror surface of the upper mirror 22 on the other side. (A2) is larger than 90°, preferably larger than 90.1° and smaller than 91°. In this embodiment, the sum of the acute angle A1 and the obtuse angle A2 is 180°. The inclination angle of these two lower mirror pairs can significantly contribute to increasing the performance and speed of scanning by extending the scanning range by the laser beam in the vertical direction.

일례로, 일측면의 하부미러(21)는 89°의 예각으로 기울어진 반사면으로 형성되고 반대편의 타측면의 하부미러(21)는 91°의 둔각으로 기울어진 반사면으로 형성될 수 있다.For example, the lower mirror 21 on one side may be formed as a reflective surface inclined at an acute angle of 89° and the lower mirror 21 on the other side may be formed as a reflective surface inclined at an obtuse angle of 91°.

또한, 도 9에 나타낸 바와 같이 미러 블록(20)의 하부미러(22)의 일측 반사면과 평행하는 타측 반사면이 동일한 각도의 기울어진 형상을 가지며, 이때 내측의 최소폭(w2)과 외측의 최대폭(w3)에 대한 최적 설계치를 제공할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 9, the other reflective surface parallel to one reflective surface of the lower mirror 22 of the mirror block 20 has an inclined shape of the same angle, and at this time, the minimum width w2 on the inside and the reflective surface on the outside An optimal design value for the maximum width w3 can be provided.

내측의 최소폭(w2)과 외측의 최대폭(w3)은 하부미러(21)의 제1 높이에 따라 결정될 수 있으며, 미러 블록의 설치 면적과 반사면의 크기를 고려하여 설계될 수 있다. 일례로 상대적으로 스캔 거리가 짧은 청소로봇용 라이다 광학 장치의 경우보다, 자동차용으로 사용되는 라이다 광학 장치에서 최소폭(w2)은 더 작고, 최대폭(w3)은 더 크게 형성될 수 있다.The inner minimum width w2 and the outer maximum width w3 may be determined according to the first height of the lower mirror 21 and may be designed in consideration of the installation area of the mirror block and the size of the reflective surface. For example, a lidar optical device used for a vehicle may have a smaller minimum width w2 and a larger maximum width w3 than a lidar optical device for a cleaning robot having a relatively short scan distance.

본 실시예에서, 하부미러(21)와 상부미러(22)의 반사면은 프로텍티드 골드(protected gold) 방식 등의 금속 미러 코팅으로 형성될 수 있다. 프로텍티드 골드 코팅은 IR(적외선) 및 NIR(Near Infrared Spectroscopy) 파장에 대해 상대적으로 높은 반사율을 가진다.In this embodiment, the reflective surfaces of the lower mirror 21 and the upper mirror 22 may be formed of a metal mirror coating such as a protected gold method. The protected gold coating has a relatively high reflectance for IR (Infrared) and NIR (Near Infrared Spectroscopy) wavelengths.

또한, 하부미러(21)와 상부미러(22)의 반사면은 표면 평탄도(Surface Flatness)가 λ/4 내지 λ/10 이내의 평면 편차로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 8분의 람다(lambda), 즉 λ/8로서 정밀한 표면 편차로 이루어질 수 있다.In addition, the reflective surfaces of the lower mirror 21 and the upper mirror 22 may have surface flatness with a plane deviation within λ/4 to λ/10. It can be achieved with a precise surface deviation, preferably with a lambda of 8, ie λ/8.

또한, 상기의 반사면의 표면 품질(Surface Quality)는 스크래치 딕(scratch-dig) 규격으로 40 내지 20으로 저전력 레이저의 반사를 위한 정밀 품질로 제작될 수 있다.In addition, the surface quality of the reflective surface may be manufactured with precision quality for reflection of low-power laser with a scratch-dig standard of 40 to 20.

또한, 미러 블록(20)은 전체적으로 폴리카보네이트(PC, polycarbonate resin)소재로 형성될 수 있는데, 이는 폴리카보네이트 소재가 상기 미러 블록의 광학제품에 적합한 투명성을 제공할 수 있으며, 내충격성, 적당한 내화학성, 가공성, 우수한 치수 안정성 및 넓은 온도범위에서의 강성을 제공하기 때문이다. 이외에도 PC 소재 특성인 경량성으로 가벼운 라이다 광학 장치를 제공할 수 있다.In addition, the mirror block 20 may be entirely formed of a polycarbonate resin (PC) material, which can provide transparency suitable for optical products of the mirror block, and has impact resistance and appropriate chemical resistance. , processability, excellent dimensional stability and rigidity over a wide temperature range. In addition, it is possible to provide a lightweight lidar optical device due to the lightness, which is a characteristic of PC material.

도 10은 도 9의 특징적 구성을 구비하는 미러 블록의 설계 사양을 예시하는 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating design specifications of a mirror block having the characteristic configuration of FIG. 9 .

도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 미러 블록의 구조는, 하부미러가 가로X세로 59mm X 37mm의 직사각형 구조에서 비스듬히 기울어진 경사각을 가지면서 40mm의 제1 높이로 이루어지며, 상부미러가 25mm의 높이로 하부미러의 상단에 결합되는 모양의 설계 사양으로 만들어 질 수 있다.Referring to FIG. 10, the structure of the mirror block that can be employed in the LIDAR optical device according to the present embodiment is such that the lower mirror has a rectangular structure of 59 mm X 37 mm in length X 59 mm at an angle of inclination and a first 40 mm It can be made with a design specification in which the upper mirror is combined with the top of the lower mirror at a height of 25 mm.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 채용할 수 있는 미러 블록에 대한 사시도이다.11 is a perspective view of a mirror block that can be employed in a lidar optical device according to another embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 라이다 광학 장치에 사용되는 미러 블록(20a)은 원에 외접하는 사각 박스 형태를 구비할 수 있고, 그 내부의 원통형 중공부를 형성하는 프레임 구조(25)에 의해 지지될 수 있다.Referring to FIG. 11, the mirror block 20a used in the lidar optical device according to the present embodiment may have a square box shape circumscribed to a circle, and a frame structure 25 forming a cylindrical hollow therein can be supported by

미러 블록(20a)의 하부미러(21), 상부미러(22), 지지결합부(27), 중심개구부(28), 체결공(29) 등의 구성은 전술한 실시예의 대응 구성과 실질적으로 동일하므로 중복을 피하기 위해 그것들에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.The configurations of the lower mirror 21, the upper mirror 22, the support coupling portion 27, the central opening 28, and the fastening hole 29 of the mirror block 20a are substantially the same as those of the foregoing embodiment. Therefore, detailed descriptions thereof will be omitted to avoid duplication.

전술한 실시예에 의하면, 라이다 광학 장치는 일정 각도 비스듬히 기울어진 경사각을 가진 하부미러와, 하부미러에서 수직으로 연장되는 상부미러의 반사면을 구비한 미러 블록을 회전시키면서 레이저 빔을 측정 대상물에 조사하고 측정 대상물로부터 반사되어 돌아온 반사 레이저 빔을 미러 블록에 다시 반사시켜 수광하여 측정 대상물까지의 거리 및 주변의 지형 또는 물체를 효과적으로 감지할 수 있게 된다.According to the above-described embodiment, the LiDAR optical device rotates a mirror block having a lower mirror having an inclination angle inclined at an angle and a reflective surface of the upper mirror extending vertically from the lower mirror to direct a laser beam to a measurement object. The reflected laser beam that is irradiated and reflected from the object to be measured is reflected back to the mirror block to receive light, so that the distance to the object to be measured and the surrounding terrain or objects can be effectively sensed.

특히, 전술한 구성의 미러 블록을 통해 레이저의 반사 각도를 변경하여 하나의 수평 라인에 해당하는 주사선 상에서 레이저빔의 발신 및 수신을 수행하면서 서로 다른 레이저빔 방출 위치나 레이저빔 방출 각도를 가진 다수의 레이저 발신모듈을 이용함으로써 스캐닝의 각도 및 분해능을 변화시킬 수 있고 원하는 해상도를 얻을 수도 있다.In particular, by changing the reflection angle of the laser through the mirror block of the above-described configuration, transmitting and receiving a laser beam on a scan line corresponding to one horizontal line is performed, and a number of laser beams having different laser beam emission positions or laser beam emission angles are transmitted and received. By using the laser transmission module, the angle and resolution of scanning can be changed and a desired resolution can be obtained.

또한, 전술한 실시예에서는 제어유닛에 대하여 특별히 언급하지 않았지만, 본 실시예에 따른 라이다 광학 장치 또는 이를 구비하는 라이다 장치는 제어유닛을 더 구비할 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 모터 등의 회전유닛의 온오프 동작이나 회전 속도를 제어하거나, 레이저 모듈 어셈블리의 발신 및 수신 동작을 제어하고, 수신된 신호를 외부의 장치에 전달하도록 구현될 수 있다. 또한, 제어유닛은 레이저 발신모듈의 레이저빔 발신 타이밍과 미러 블록의 회전 위치를 미리 설정된 위치와 타이밍으로 동기화하여 제어 동작을 수행하도록 이루어질 수 있고, 그에 의해 라이다 장치의 감지 영역의 스캔 해상도를 조절할 수 있다.In addition, although the control unit is not specifically mentioned in the above-described embodiment, the lidar optical device or the lidar device having the same according to the present embodiment may further include a control unit. In this case, the control unit may be implemented to control an on/off operation or a rotation speed of a rotation unit such as a motor, or to control a transmission and reception operation of a laser module assembly, and to transmit a received signal to an external device. In addition, the control unit may be configured to perform a control operation by synchronizing the laser beam transmission timing of the laser transmission module and the rotational position of the mirror block to a preset position and timing, thereby adjusting the scan resolution of the detection area of the lidar device. can

전술한 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. 이러한 제어유닛은 레이저 모듈 어셈블리의 케이스 내에 탑재될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The above-described control unit may be implemented as at least one device selected from a logic circuit, a programming logic controller, a microcomputer, a microprocessor, and the like, and may include a communication module or be coupled to the communication module. The communication module communicates with an external device through an intranet, the Internet, a vehicle network, or the like, and may transmit signals or data related to a target or a distance to the target detected through laser scanning to the external device. This control unit may be mounted in the case of the laser module assembly, but is not limited thereto.

또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 라이다 광학 장치는 전원 공급을 위한 배선이나 어댑터 또는 전원공급수단을 구비할 수 있다. 전원공급수단은 내부전원 또는 재충전 가능한 전원장치를 구비할 수 있고, 그 경우 라이다 광학 장치 혹은 이를 이용하는 라이다 장치는 착탈식 장치로 사용하도록 구현될 수 있다.In addition, although not shown in the drawing, the LiDAR optical device may include a wire, an adapter, or a power supply means for supplying power. The power supply unit may include an internal power source or a rechargeable power supply device, and in that case, the lidar optical device or the lidar device using the same may be implemented as a detachable device.

전술한 라이다 광학 장치를 사용하면, 레이저 모듈에서 발신되는 레이저빔을 원하는 타겟 범위로 효과적으로 반사하여 방출할 수 있고, 외부에서 반사되어 오는 레이저빔을 효과적으로 수신하여 레이저빔에 의한 타겟 감지나 타겟 측정을 효과적으로 수행할 수 있다. 즉, 회전하는 미러 블록은 미러 블록 표면의 미러들을 통해 외부케이스 내측에서 윈도우를 통해 방출되는 레이저빔의 입사각과 반사각을 효과적으로 조정할 수 있도록 하며, 일정 각도 회동 운동하는 레이저 모듈들은 미러 블록의 미러들의 서로 다른 영역을 이용하여 효과적으로 레이저 스캐닝 동작을 수행할 수 있게 된다.Using the aforementioned LIDAR optical device, the laser beam emitted from the laser module can be effectively reflected and emitted to a desired target range, and the laser beam reflected from the outside can be effectively received to detect the target or measure the target by the laser beam. can be performed effectively. That is, the rotating mirror block effectively adjusts the incident angle and the reflection angle of the laser beam emitted through the window from the inside of the outer case through the mirrors on the surface of the mirror block, and the laser modules rotating at a certain angle rotate the mirrors of the mirror block to each other. A laser scanning operation can be effectively performed using another area.

또한, 전술한 구성에 의하면, 라이다 장치에서 레이저 모듈들과 미러 블록과 회전유닛의 결합 구조에 의해 레이저빔의 반사 및 산란 각도를 효과적으로 제어하면서 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the above configuration, the laser module, the mirror block, and the rotation unit combination structure in the lidar device effectively controls the reflection and scattering angles of the laser beam while maximizing spatial scan performance capable of securing spatial data. There are advantages to doing so.

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 장치와 이를 구비하는 라이다 장치는 차량뿐만 아니라 로봇, 선박, 헬기, 드론 등 이동이 가능한 이동체에 적용이 가능하고, 아울러 건물, 기둥, 탑 등의 이동이 제한된 고정체에도 제한 없이 적용될 수 있다.It goes without saying that the present invention is capable of various modifications other than the above-described embodiments. LiDAR apparatus of the present invention can be generally applied to vehicles, but the present invention is not limited thereto. That is, the lidar optical device according to the present invention and the lidar device having the same can be applied to movable bodies such as robots, ships, helicopters, and drones as well as vehicles, and the movement of buildings, columns, towers, etc. is limited. It can also be applied to fixed bodies without limitation.

전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.As described above, the detailed description of the present invention has been described with respect to preferred embodiments, but those skilled in the art within the scope that does not depart from the spirit and scope of the present invention described in the claims below It will be understood that various modifications and variations may be made to the present invention.

Claims (8)

레이저 광을 송신 및 수신하는 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar)의 광학 장치로서,
상측에서 제1 방향으로 제1 레이저를 발신하고 수신하는 제1 레이저 모듈과, 상기 제1 레이저 모듈과 적층된 형태로 하측에 배치되고 하측에서 제2 레이저를 발신하고 수신하는 제2 레이저 모듈을 구비하는 레이저 모듈 어셈블리;
상기 제1 레이저 모듈의 전면에서 상기 제1 레이저를 반사하는 반사면을 갖는 사각 기둥 형상의 상부미러와 상기 제2 레이저 모듈의 전면에서 상기 제2 레이저를 반사하는 반사면을 가지며 서로 마주하는 한 쌍의 측면들이 동일 방향으로 기울어진 사각 기둥 형상의 하부미러가 결합되어 이루어지는 미러 블록; 및
상기 미러 블록을 회전시키는 회전유닛을 포함하며,
상기 상부미러 및 상기 하부미러 각각은 4개의 측면들 중 적어도 2개의 측면에 반사면을 구비한 직육면체 형상을 가지며,
상기 하부미러는 일측면이 수직축에 대하여 내측으로 예각을 이루는 반사면을 가지고, 상기 일측면에 대응하는 반대편의 타측면이 수직축에 대하여 내측으로 둔각을 이루는 반사면을 가진 사각 기둥 형태의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
As an optical device of a light detection and ranging radar (LIDAR) that transmits and receives laser light,
A first laser module for emitting and receiving a first laser in a first direction from the upper side, and a second laser module disposed on the lower side in a stacked form with the first laser module and emitting and receiving a second laser from the lower side a laser module assembly;
A pair of quadrangular pillar-shaped upper mirrors having a reflective surface for reflecting the first laser at the front of the first laser module and a reflective surface for reflecting the second laser at the front of the second laser module and facing each other. a mirror block formed by combining a lower mirror having a quadrangular pillar shape with side surfaces inclined in the same direction; and
Includes a rotation unit for rotating the mirror block,
Each of the upper mirror and the lower mirror has a rectangular parallelepiped shape having a reflective surface on at least two of the four side surfaces,
The lower mirror has a structure in the form of a square pillar having one side surface having a reflective surface forming an acute angle inward with respect to the vertical axis, and the other side surface opposite to the one side surface having a reflective surface forming an obtuse angle inward with respect to the vertical axis. Lidar optical device, characterized in that.
청구항 1에 있어서,
상기 하부미러의 일측면은 89°의 예각으로 기울어진 반사면으로 형성되고 상기 반대편의 타측면은 91°의 둔각으로 기울어진 반사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
The method of claim 1,
One side of the lower mirror is formed as a reflective surface inclined at an acute angle of 89 ° and the other side of the opposite side is formed as a reflective surface inclined at an obtuse angle of 91 °.
청구항 1에 있어서,
상기 미러 블록은 상기 상부미러와 상기 하부미러의 두 영역들 사이에 내측에서 횡 방향으로 연장 설치되는 지지결합부를 구비하고,
상기 지지결합부는 상기 회전유닛의 회전축이 삽입되거나 결합하는 중심개구부와, 상기 중심개구부 주위에서 상기 회전유닛의 회전축에 결합된 회전판을 체결수단을 통해 결합하기 위한 체결공을 구비하는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
The method of claim 1,
The mirror block has a support coupling part extending from the inside in a transverse direction between two areas of the upper mirror and the lower mirror,
The support coupling part is characterized in that it has a central opening into which the rotary shaft of the rotary unit is inserted or coupled, and a fastening hole for coupling the rotary plate coupled to the rotary shaft of the rotary unit around the central opening through a fastening means. This is an optical device.
청구항 1에 있어서,
상기 회전유닛은 상기 미러 블록의 하부 미러의 내측의 중공부에 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
The method of claim 1,
LiDAR optical device, characterized in that the rotation unit is inserted into the hollow inside the lower mirror of the mirror block.
청구항 1에 있어서,
상기 미러 블록의 반사면은 프로텍티드 골드(protected gold) 방식의 금속 미러 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
The method of claim 1,
The reflective surface of the mirror block comprises a metal mirror coating layer of a protected gold method.
청구항 1에 있어서,
상기 미러 블록은 폴리카보네이트 소재의 몸체를 구비하고, 상기 몸체의 내부에는 상부미러와 하부미러를 지지하는 프레임 구조를 구비하고,
상기 프레임 구조는 상기 회전유닛을 수용하기 위한 마름모 중공 기둥 형태 혹은 원통 기둥 형태로 상기 미러 블록 내부에 설치되어 상기 미러 블록의 반사면을 내부에서 지지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
The method of claim 1,
The mirror block has a body made of polycarbonate, and a frame structure supporting an upper mirror and a lower mirror is provided inside the body,
The frame structure is installed inside the mirror block in the form of a rhombus hollow column or a cylindrical column for accommodating the rotation unit, and is formed to support the reflective surface of the mirror block from the inside.
청구항 1에 있어서,
상기 미러 블록의 표면 평탄도는 λ/4 내지 λ/10 이내의 평면 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
The method of claim 1,
LiDAR optical device, characterized in that the surface flatness of the mirror block has a plane deviation within λ / 4 to λ / 10.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저 모듈 어셈블리와 상기 회전유닛의 동작을 제어하는 제어유닛을 더 포함하되, 상기 제어유닛은 상기 회전유닛의 회전속도와, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저의 발신 주기를 제어하여 스캔 영역의 해상도를 조절하는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
The method of claim 1,
A control unit for controlling operations of the laser module assembly and the rotation unit is further included, wherein the control unit controls the rotational speed of the rotation unit and the transmission cycles of the first laser and the second laser to determine the scan area. Lidar optical device, characterized in that for adjusting the resolution.
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