KR102564655B1 - Lidar 시스템용 레이저 스캐너 및 레이저 스캐너의 작동 방법 - Google Patents

Lidar 시스템용 레이저 스캐너 및 레이저 스캐너의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 스캐닝 방향으로 스캐닝하는 LIDAR 시스템용 레이저 스캐너(100)에 관한 것이다. 레이저 스캐너(100)는, 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 나란히 배열된 복수의 각도 영역(114, 116, 118) 내로 복수의 개별 광선(108, 110, 112)을 방출하도록 설계된 레이저 소스(102)를 구비한다. 레이저 스캐너(100)의 수신 광학계(104)는, 방출된 광선(108, 110, 112)의 반사된 부분(120)을 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 나란히 배열된 레이저 스캐너(100)의 센서 평면의 노광 영역(122, 124, 126)에 집중시키도록 설계된다. 센서 평면에는, 레이저 스캐너(100)의 복수의 센서 픽셀이 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 나란히 배열된다. 레이저 스캐너(100)는, 센서 픽셀이 노광 영역(122, 124, 126)에 비해 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 한다. 레이저 스캐너(100)의 전자 제어 장치(128)는, 최대로는 광선들(108, 110, 112) 중 일 광선의 반사된 부분(120)이 동시에 하나의 센서 픽셀에 충돌하는 방식으로, 복수의 광선(108, 110, 112)이 시간차를 두고 방출되게 레이저 소스(102)를 제어하도록 설계된다.

Description

LIDAR 시스템용 레이저 스캐너 및 레이저 스캐너의 작동 방법
본 발명은, 스캐닝 방향으로 스캐닝하는 LIDAR 시스템용 레이저 스캐너 및 레이저 스캐너를 작동하는 방법에 관한 것이다.
LIDAR 시스템에서는, 레이저 빔이 스캐닝 방향으로 이동한다. 레이저 빔은, 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 각각 하나의 부채꼴로 확장된다. 레이저 빔은 이와 같은 각도 영역을 조명한다. 레이저 빔은 시간에 걸친 스캐닝 동작을 기반으로 각도 영역만큼의 폭을 가진 하나의 스트립을 방출한다. 물체에 의해 반사된 레이저 빔의 광은 수신 광학계(receiving optics)에 의해 센서 상으로 포커싱된다. 하나의 각도 영역으로부터 유래하는 광이 하나의 센서 픽셀로 포커싱된다. 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로의 LIDAR 시스템의 해상도는 방출된 복수의 레이저 빔에 의해 결정된다.
이에 근거하여, 본원에 소개된 접근 방식으로, LIDAR 시스템용 레이저 스캐너, 레이저 스캐너의 작동 방법, 그리고 독립 청구항들에 따른 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품이 소개된다. 본원에 소개된 접근 방식의 바람직한 개선책들 및 개선예들은 종속 청구항에 기술되어 있다.
본 발명의 실시예들은, 바람직한 방식으로, 하드웨어 비용이 거의 일정하게 유지되는 상황에서 레이저 스캐너의 해상도를 증가시킬 수 있으며, 특히 배가(doubling)시킬 수 있다.
본원에서는 스캐닝 방향으로 스캐닝하는 LIDAR 시스템용 레이저 스캐너를 소개하며, 이 레이저 스캐너는 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 나란히 배열된 복수의 각도 영역 내로 복수의 개별 광선을 방출하도록 설계된 레이저 소스를 구비하고, 레이저 스캐너의 수신 광학계는, 방출된 광선의 반사된 부분을 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 나란히 배열된 레이저 스캐너의 센서 평면의 노광 영역에 집중시키도록 설계되며, 이 경우 센서 평면에는, 레이저 스캐너의 복수의 센서 픽셀이 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 나란히 배열되고, 상기 레이저 스캐너는, 센서 픽셀이 노광 영역에 비해 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 오프셋되어 배치되는 것을 특징으로 하며, 이 경우 레이저 스캐너의 전자 제어 장치는, 최대로는 광선들 중 일 광선의 반사된 부분이 동시에 하나의 센서 픽셀에 충돌하는 방식으로, 복수의 광선이 시간차를 두고 방출되게 레이저 소스를 제어하도록 설계된다.
또한, 본원에 소개된 접근 방식에 따른 레이저 스캐너를 작동시키기 위한 방법도 소개되는데, 이 방법은, 송신 단계에서는 송신 시점에 각도 영역들 중 하나 내로 광선을 방출하도록 레이저 소스가 제어되고, 상기 방출된 광선의 반사된 부분은 수신 광학계에 의해 상기 각도 영역에 할당된 노광 영역으로 안내되며, 수신 단계에서는 반사된 부분이 개별 센서 픽셀에 충돌할 때 노광 영역에 할당된 2개의 센서 픽셀에 의해 각각 하나의 수신 시점이 판독출력되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 대한 아이디어는 무엇보다 이하에 기술된 사상 및 발견에 기초하는 것으로 간주될 수 있다.
LIDAR 시스템은 레이저 스캐너를 지지하는 회전자를 구비할 수 있다. 회전자는 스캐닝 방향에 수직으로 정렬된 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 스캐닝 방향은 회전 가능한 편향 거울에 의해서도 정의될 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 방향은 실질적으로 수평일 수 있다. 회전축은 수직선에 대한 각도를 중심으로 설정될 수도 있다. 하나의 각도 영역은 회전축에 대해 입사각만큼 비스듬하게 정렬될 수 있다. 각도 영역들은 회전축에 대해 상이한 입사각을 가질 수 있다. 레이저 소스는 예를 들어 각도 영역마다, 입사각 내에 정렬된 스위칭 가능한 단일 레이저를 구비할 수 있다. 마찬가지로, 단일 레이저의 광은 가동 편향 거울을 통해 상이한 각도 영역 내로 편향될 수 있다. 각도 영역 내로 방출된 광은, 회전축 주변의 스트립을 스캐닝하기 위해 스캐닝 방향에 대해 횡방향으로 펼쳐진다.
광이 물체에 충돌하면, 상기 광은 산란되고, 이 광의 일부가 레이저 스캐너의 방향으로 반사된다. 수신 광학계는, 반사된 광을 가급적 큰 수신 구경으로 집광하여, 이 광을 각도 영역마다 노광 영역 내에 집중시킨다. 노광 영역에서는 각도 영역의 선명한 투영이 투사될 수 있다. 마찬가지로, 광이 노광 영역에서 선명하지 않게 집중될 수도 있다. 수신 광학계는 광을 집중시키기 위한 렌즈 및/또는 거울을 구비할 수 있다.
집중 시, 각도 영역의 가장자리에 배치된 물체에 의해 반사된 광이 관련 노광 영역의 가장자리에 집중된다. 노광 영역은, 각도 영역 내에 있는 물체의 위치를 알아내기 위해 공간 분해 방식으로 검출될 수 있다. 본원에 제시된 접근 방식에서, 공간 해상도는 인접한 센서 픽셀의 부분 영역들을 이용한 검출에 의해 달성된다. 이 경우, 노광 영역의 광은 일부는 하나의 센서 픽셀에 의해, 그리고 일부는 인접한 센서 픽셀에 의해 검출된다. 하나의 센서 픽셀은 각각 2개의 인접한 노광 영역에 의해 부분적으로 커버된다. 따라서, 센서 픽셀은 각각 인접하는 노광 영역의 광에 의해서도 노광될 수 있다. 하나의 센서는, 일렬로 나란히 배열된 센서 픽셀들을 가진 라인 센서(line sensor)일 수 있다. 센서 픽셀은, 노광 영역에 비해 절반 센서 픽셀만큼 또는 절반 노광 영역만큼 변위될 수 있다. 레이저 소스의 시간차 제어에 의해, 항상 노광 영역들 중 하나에서 유래하는 광만 센서 픽셀에 충돌하며, 이로 인해 공간적 할당이 이루어진다.
본 방법은, 일 센서 픽셀의 송신 시점 및 수신 시점을 사용해서 제1 거리 값이 결정되는 결정 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 센서 픽셀의 송신 시점 및 수신 시점을 사용해서 제2 거리 값이 결정될 수 있다. 이렇게, 동일한 레이저에 의해 조사되는 2개의 상이한 물체까지의 거리가 결정될 수 있다.
레이저 소스는, 또 다른 송신 시점에 또 다른 광선을 또 다른 각도 영역 내로 방출하도록 제어될 수 있다. 또 다른 광선의 반사된 부분은 수신 광학계에 의해 또 다른 각도 영역에 할당된 또 다른 노광 영역에 집중될 수 있다. 반사된 부분이 개별 센서 픽셀에 충돌할 때, 또 다른 노광 영역에 할당된 2개의 센서 픽셀에 의해 각각 하나의 또 다른 수신 시점이 판독출력될 수 있다. 또 다른 각도 영역은 제1 각도 영역에 인접할 수 있다. 이 경우, 또 다른 수신 시점들 중 하나가 이전의 제1 수신 시점과 동일한 센서 픽셀에 의해 판독입력될 수 있다. 시간적 변위에 의해, 제1 수신 시점은 제1 송신 시점에 그리고 이로써 제1 각도 영역에 명확하게 할당될 수 있는 한편, 또 다른 수신 시점은 또 다른 송신 시점에 그리고 이로써 인접한 각도 영역에 명확하게 할당될 수 있다. 따라서, 2개의 물체가 동일한 센서 픽셀에 의해 분해될 수 있다.
LIDAR 시스템이 스캐닝 방향으로 스캐닝하는 동안, 광선이 순차적으로 방출될 수 있다. 수신 시점은 순차적으로 판독출력될 수 있다. 센서 픽셀들이 동일한 순서로 각각 쌍을 이루어 판독출력되는 동안, 광선이 예정된 순서로 방출될 수 있다.
2개 이상의 광선이 동시에 상이한 각도 영역 내로 방출될 수 있다. 각도 영역들 사이에서 하나 이상의 각도 영역이 조명되지 않은 상태로 유지될 수 있다. 광선들 사이의 간극에 의해, 하나의 센서 픽셀에 각각 하나의 광선의 광만 입사된다.
연속적인 송신 단계들의 시퀀스가 구현될 수 있다. 이 경우, 시퀀스 시작에 위치하는 제1 송신 단계에서, 동시에 방출된 2개의 광선 사이에 각각 3개의 각도 영역이 조명되지 않은 상태로 유지된다. 이 시퀀스의 후속하는 2개의 송신 단계에서는, 광선들이 각각 하나의 각도 영역만큼 동일한 방향으로 이동되어 방출될 수 있다. 일 시퀀스 끝에 위치하는 최종 송신 단계에서는, 단 하나의 광선이 각도 영역만큼 이동되어 방출될 수 있다. 센서 픽셀들의 시퀀스 및 특수한 결선을 통해, 전자 평가 장치가 절약될 수 있다. 이 경우, 중간에 개재된 센서 픽셀에 의해 상호 이격된 2개의 센서 픽셀이 각각 동일한 전자 평가 유닛에 의해 평가된다. 방출된 광선들 사이의 3개의 각도 영역, 즉, 간극에 의해 하나의 센서 픽셀로 또는 또 다른 센서 픽셀로 광이 입사된다.
시퀀스의 단계들은 반복될 수 있다. 이 시퀀스를 통해, 전자 평가 장치를 덜 사용하고도 센서의 신속한 판독출력이 가능하다.
기계 판독 가능 매체에 저장될 수 있고, 전술한 방법의 단계들을 수행, 구현 및/또는 제어하기 위해 사용되는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 컴퓨터 프로그램도 장점이 된다.
본원에서 본 발명의 가능한 특징들 및 장점들 중 몇가지는 레이저 스캐너 또는 방법의 상이한 실시예들을 참조하여 기술되어 있다. 통상의 기술자는, 본 발명의 또 다른 실시예들을 달성하기 위하여 상기 특징들을 적합한 방식으로 조합, 조정 또는 교체할 수 있음을 인식하고 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하며, 도면뿐만 아니라 상세한 설명도 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 측면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 센서 상의 변위된 노광 영역을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 센서 상의 변위된 노광 영역 및 레이저 스캐너의 센서를 평가하기 위한 회로 배선을 나타낸 도면이다.
각각의 도면은 개략도에 불과하고, 실제 크기와 맞지 않게 도시되어 있다. 도면들에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 동일한 작용을 하는 특징을 지시한다.
도 1은, 일 실시예에 따른 레이저 스캐너(100)의 측면도를 보여준다. 레이저 스캐너(100)는 레이저 소스(102), 수신 광학계(104) 및 센서(106)를 구비한다. 본 실시예에서, 레이저 스캐너(100)는 간소화된 형태로 도시되어 있다. 레이저 소스(102)는 본 실시예에서, 3개의 펼쳐진 레이저 빔(108, 110, 112)을 상이한 각도 영역(114, 116, 118) 내로 방출하도록 설계되어 있다. 본 실시예에서, 제1 레이저 빔(108)은 제1 각도 영역(114) 내로 지향되어 있다. 제2 레이저 빔(110)은 제2 각도 영역(116) 내로 지향되어 있다. 제3 레이저 빔(112)은 제3 각도 영역(118) 내로 지향되어 있다.
레이저 빔들(108, 110, 112) 중 일 레이저 빔의 광이 물체에 충돌하면, 광이 산란된다. 산란된 광의 일부가 레이저 스캐너(100)로 반사된다. 수신 광학계(104)는 반사된 광(120)을 수신하고, 이 광을 노광 영역(122, 124, 126) 내의 센서(106)에 집중시킨다. 이 경우, 제1 노광 영역(122) 내에는 제1 각도 영역(114)으로부터 유래하는 광(120)이 도달한다. 제2 노광 영역(124) 내에는 제2 각도 영역(116)으로부터 유래하는 광(120)이 도달한다. 제3 노광 영역(126) 내에는 제3 각도 영역(118)으로부터 유래하는 광(120)이 도달한다.
본 실시예에서, 수신 광학계(104)는 광학 렌즈와 조합된 미러 광학계이다. 오목 거울이 반사된 광(120)을 중앙에 배치된 볼록 거울 상에 집중시킨다. 볼록 거울에 의해, 반사된 광(120)이 오목 거울 내에 있는 중앙 개구 및 렌즈 시스템을 통해 센서(106)에 도달한다. 본 실시예에서, 레이저 소스(102)는 볼록 거울의 후면에 배치되고, 이로써 센서(106)에 대해 동축으로 정렬된다.
센서(106)는 라인 센서이고, 본 실시예에서는 일렬로 나란히 배열된 4개의 센서 픽셀을 구비한다. 센서 픽셀들은 노광 영역(122, 124, 126)과 동일한 크기를 갖는다. 센서 픽셀들이 노광 영역(122, 124, 126)에 비해 절반 픽셀만큼 또는 절반 노광 영역(122, 124, 126)만큼 이동되어 있음으로써, 노광 영역(122, 124, 126)은 항상 2개의 센서 픽셀에 의해 검출된다.
레이저 스캐너(100)의 전자 제어 장치(128)는 센서(106) 및 레이저 소스(102)와 연결되어 있다. 전자 제어 장치(128)는 제어 신호(130)를 통해 레이저 소스(102)를 제어한다. 이 경우, 레이저 소스(102)는, 하나의 센서(106)의 센서 픽셀 상에 일 레이저 빔(108, 110, 112)의 광만이 입사되도록 제어된다. 전자 제어 장치(128)는 센서(106)도 판독출력한다. 이 경우, 광(120)이 개별 센서 픽셀 상에 기록되는 수신 시점(132)이 판독출력된다.
관련 레이저 빔(108, 110, 112)의 송신 시점이 공지되어 있기 때문에, 광속 및 수신 시점(132)을 사용하여 레이저 스캐너(100)와 광(120)의 반사 지점 사이의 거리가 결정될 수 있다.
다시 말해, 도 1은, 레이저 스캐너(100)의 송신 유닛(102)이 n개의 레이저 빔(108, 110, 112)을 부채꼴 방향으로 펼쳐진 팬 빔(fan beam)으로서 레이저 스캐너(100)의 검출 영역 내로 송신하도록 설계된 LIDAR 시스템용 레이저 스캐너(100)를 보여주며, 여기서 레이저 스캐너(100)의 수신 유닛(106)은 부채꼴 방향으로 나란히 배열된 "n+1"개의 센서 픽셀을 구비하고, 레이저 스캐너(100)의 수신 광학계(104)가 레이저 빔(108, 110, 112)의 타깃면의 투영들(122, 124, 126)을 2개의 센서 픽셀 간의 각각 하나의 전이부에 포커싱하도록 설계된다.
본 실시예에서 수신 광학계(104)는 예시적으로 미러 시스템으로 구현되어 있다. 송신 광학계(102)는 n개의 수직 평면 또는 송신 유닛으로 구성된다. 반사되는 광(120)은 수신 광학계(104)에 의해 검출기 평면으로 투사된다. 검출기(106)는 모두 개별적으로 평가 가능한 "n+1"개의 부분들 또는 픽셀들로 구성된다.
도 2는, 일 실시예에 따른 레이저 스캐너(100)의 평면도를 보여준다. 레이저 스캐너(100)는 실질적으로 도 1의 레이저 스캐너에 상응한다. 여기에는 레이저 스캐너의 회전 운동(200)이 도시되어 있다. 이 경우, 전체 레이저 스캐너(100)는 회전축을 중심으로 회전된다. 회전 운동(200)에 의해 레이저 빔(108, 110, 112)이 스캐닝 방향(202)으로 움직인다. 레이저 빔(108, 110, 112)은 스캐닝 방향(202)에 대해 횡방향으로 펼쳐진다. 본 실시예에서, 레이저 소스(102), 수신 광학계(104) 및 센서(106)의 배열은 수신 광학계(104)의 광학 축(204)에 대해 회전 대칭을 이룬다.
본 실시예에 소개된 레이저 스캐너(100)에서는 일 실시예에 따른 작동 방법이 실시될 수 있다. 이 방법은 송신 단계, 판독출력 단계 및 결정 단계를 포함한다.
송신 단계에서는, 제1 송신 시점에 제1 레이저 빔(108)이 레이저 스캐너(100)의 검출 영역 내로 송신된다. 후속하는 제2 송신 시점에서, 레이저 빔(108)과 상이한 방향을 가리키는 제2 레이저 빔(110)이 검출 영역 내로 송신된다.
상기 판독출력 단계에서는, 제1 송신 시점 이후 제1 센서 픽셀의 제1 응답 시점 및 인접한 제2 센서 픽셀의 제2 응답 시점이, 제1 센서 픽셀과 제2 센서 픽셀 간의 제1 전이부에 포커싱된, 제1 레이저 빔(108)에 의해 조명된 제1 타깃면의 제1 투영(122)으로 판독출력된다. 제2 송신 시점 이후, 제2 센서 픽셀의 제3 응답 시점 및 인접한 제3 센서 픽셀의 제4 응답 시점이, 제2 센서 픽셀과 제3 센서 픽셀 간의 제2 전이부에 포커싱된, 제2 레이저 빔(110)에 의해 조명된 제2 타깃면의 제2 투영(124)으로 판독출력된다.
상기 결정 단계에서는, 제1 송신 시점 및 제1 응답 시점을 사용해, 제1 타깃면의 제1 부분 영역까지의 제1 거리 값이 결정되고, 제1 송신 시점 및 제2 응답 시점을 사용해서, 제1 타깃면의 제2 부분 영역까지의 제2 거리 값이 결정된다. 제2 송신 시점 및 제3 응답 시점을 사용해서, 제2 타깃면의 제3 부분 영역까지의 제3 거리 값이 결정된다. 제2 송신 시점 및 제4 응답 시점을 사용해서, 제2 타깃면의 제4 부분 영역까지의 제4 거리 값이 결정된다.
도 3은, 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 센서(106) 상의 오프셋된 노광 영역(122, 124, 126)의 도해들을 보여준다. 본 실시예에서 센서(106)는 실질적으로도 1 및 도 2의 센서에 상응한다. 본 실시예에서도, 센서(106)는 단 4개의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)을 구비하여 매우 간소화되어 도시되어 있다. 센서 픽셀들(300, 302, 304, 306)은 바로 연이어 일렬로 배열되어 있다.
노광 영역들(122, 124, 126)은 각각 하나의 픽셀과 동일한 폭을 갖는다. 센서 픽셀들(300, 302, 304, 306)은 노광 영역(122, 124, 126)에 비해 절반 픽셀 폭만큼 오프셋되어 있다. 노광 영역의 중심은 상부 센서 픽셀과 하부 센서 픽셀 사이의 전이부 상에 놓인다. 따라서, 노광 영역의 상부 절반으로부터 유래하는 광은 상부 센서 픽셀의 하부 영역으로 입사된다. 노광 영역의 하부 절반으로부터 유래하는 광은 하부 센서 픽셀의 상부 절반으로 입사된다.
픽셀들(300, 302, 304, 306) 중 일 픽셀의 이중 노광을 야기하지 않기 위해, 레이저 소스에 의해 매 두 번째 각도 영역이 동시에 최대로 조명된다. 그 사이에 놓인 각도 영역들은 조명되지 않은 상태로 유지되다가, 시간상 차후에 조명된다.
다시 말해, 도 3에는, LIDAR 시스템의 송신 유닛 및 수신 유닛을 간소화하기 위한 인터레이스 기술의 사용이 도시되어 있다.
Lidar 센서는, 고도로 자동화된 주행 기능을 실현하기 위해 사용할 수 있다. 150° 내지 360°의 큰 수평 검출 각도를 커버하기 위해, 기계식 레이저 스캐너가 사용될 수 있다. 회전 거울 레이저 스캐너의 경우, 모터 구동식 편향 미러가 회전된다. 이로 인해, 최대 검출 범위는 대략 150°로 제한된다. 360°까지의 더 큰 검출 범위를 갖는 레이저 스캐너의 경우, 모든 전기 광학 구성 요소가 모터 구동식 턴테이블 또는 회전자 상에 존재한다.
LIDAR 시스템은 단일 렌즈 시스템으로서 구성될 수 있다. 단일 렌즈 시스템의 경우에는, 수직 해상도를 위해 전형적으로 각각 하나의 레이저에 대해 애벌랜시 포토 다이오드(APD: Avalanche Photo Diode)가 제공되어 있다. 따라서, 16개의 수직 평면을 갖는 이와 같은 시스템을 위해, 16개의 애벌랜시 포토 다이오드(APD) 상에 투사되는 16개의 레이저가 필요하다.
본 실시예에 소개된 접근 방식에 의해, LIDAR 센서에서 적은 비용으로 평면 수의 증가가 달성될 수 있다. 본 실시예에서는, "n+1"개의 검출기(300, 302, 304, 306)를 갖는 n개의 레이저를 적합하게 선택함으로써, "2×n"개의 평면을 갖는 시스템이 가능해진다. 또한, 검출기(300, 302, 304, 306) 상호 간의 추가 배선을 통해, 전자 평가 장치가 절약될 수 있다.
다시 말하자면, 적합한 개수의 검출기(300, 302, 304, 306)와 연계하여 레이저 개수의 적합한 선택을 통해, 해상도의 간단한 증가가 달성된다.
본 실시예에서 소개된 접근 방식에 의해서는, 다수의 전자 구성 요소가 절약될 수 있다. 다양한 레이저에 의해 검출기(300, 302, 304, 306) 상에 입사되는 광(122, 124, 126)의 추가적인 구별이 필요하다. 이와 같은 구별은, 레이저의 시간상 분리된 활성화에 의해 또는 여타의 적합한 조치에 의해 실현될 수 있다. 이로써, 해상도의 단순한 배가(doubling), 전자 평가 장치의 절약, 수직 해상도 요구의 비용 효율적인 실현 및 전자 구성 요소의 절약이 달성된다.
도 3에는, n=3인 시스템과 관련된 상황이 도시되어 있다. 도시된 n=3인 경우에, 송신 유닛이 상이한 시간에 활성화되면, 이와 같은 시스템에 의해 해상도는 6개의 레벨로 확장될 수 있다. 이 경우, 전체 시퀀스가 지나치게 많은 시간을 요구하면, 제1 및 제3 송신 유닛이 동시에 활성화될 수 있고, 그 다음 제2 전송 유닛이 활성화될 수 있다.
도 4는, 일 실시예에 따른 레이저 스캐너의 센서(106) 상의 오프셋된 노광 영역(122, 124, 126, 400, 402, 404, 406)의 도해 및 레이저 스캐너의 센서(106)를 평가하기 위한 회로 결선을 보여준다. 센서(106)는 실질적으로 도 3의 센서에 상응한다. 그와 달리, 본 실시예에서 센서(106)는 8개의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306, 408, 410, 412, 414)을 구비한다. 도 3에서와 같이, 센서 픽셀(300, 302, 304, 306, 408, 410, 412, 414)은 자신의 절반 폭만큼 노광 영역(122, 124, 126, 400, 402, 404, 406)에 대해 오프셋되어 배치되어 있다. 따라서, 각각의 노광 영역(122, 124, 126, 400, 402, 404, 406)은 각각 2개의 인접한 센서 픽셀(300, 302, 304, 306, 408, 410, 412, 414)에 할당된 2개의 부분 영역에 의해 분해될 수 있다.
일 실시예에서 센서(106)는 간단한 평가 회로(416)에 의해 판독출력된다. 이 경우, 각각 2개의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306, 408, 410, 412, 414)이 함께 평가 유닛과 연결된다. 따라서, 전체 센서(106)는 단 4개의 평가 유닛(418, 420, 422, 424)만을 사용해서 판독출력될 수 있다. 제1 센서 픽셀(300) 및 제3 센서 픽셀(304)은 제1 평가 유닛(418)에 의해 판독출력된다. 제2 센서 픽셀(302) 및 제4 센서 픽셀(306)은 제2 평가 유닛(420)에 의해 판독출력된다. 제5 센서 픽셀(408) 및 제7 센서 픽셀(412)은 제3 평가 유닛(422)에 의해 판독출력된다. 제6 센서 픽셀(410) 및 제8 센서 픽셀(414)은 제4 평가 유닛(424)에 의해 판독출력된다.
동시에, 평가 유닛(418, 420, 422, 424)은 각각 단 하나의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306, 408, 410, 412, 414)만을 평가할 수 있다. 그러므로, 본 실시예에서는, 제4 노광 영역(400)을 제외한 노광 영역들(122, 124, 126, 402, 404, 406)이 동시에 순차적으로 쌍을 이루어 노광되며, 이로 인해 각각 4개의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306, 408, 410, 412, 414)이 동시에 부분 노광된다. 제4 노광 영역(400)은 개별적으로 노광되고, 제4 및 제5 센서 픽셀(306, 408)은 제2 및 제4 평가 유닛(420, 422)에 의해 판독출력된다. 이어서 시퀀스가 처음부터 시작된다.
다시 말해, 제1 타임 슬롯 내에서는 제1 레이저 및 제5 레이저가 활성이며, 광은 제1 노광 영역(122) 내에서 제1 센서 픽셀(300) 및 제2 센서 픽셀(302)에 의해 수신될 수 있고, 제5 노광 영역(402) 내에서는 제5 센서 픽셀(408) 및 제6 센서 픽셀(410)에 의해 수신될 수 있다. 제1 센서 픽셀(300)은 제1 평가 유닛(418)에 의해 평가된다. 제2 센서 픽셀(302)은 제2 평가 유닛(420)에 의해 평가된다. 제5 센서 픽셀(408)은 제3 평가 유닛(422)에 의해 평가된다. 제6 센서 픽셀(410)은 제4 평가 유닛(424)에 의해 평가된다.
제2 타임 슬롯 내에서는 제2 레이저 및 제6 레이저가 활성이다. 광은, 제2 노광 영역(124) 내에서 제2 센서 픽셀(302) 및 제3 센서 픽셀(304)에 의해 수신될 수 있다. 제6 노광 영역(404) 내에서는 광이 제6 센서 픽셀(410) 및 제7 센서 픽셀(412)에 의해 수신될 수 있다. 제2 센서 픽셀(302)은 제2 평가 유닛(420)에 의해 평가된다. 제3 센서 픽셀(304)은 제1 평가 유닛(418)에 의해 평가된다. 제6 센서 픽셀(410)은 제4 평가 유닛(424)에 의해 평가된다. 제7 센서 픽셀은 제3 평가 유닛(422)에 의해 평가된다.
제3 타임 슬롯 내에서는 제3 레이저 및 제7 레이저가 활성이다. 광은, 제3 노광 영역(126) 내에서 제3 센서 픽셀(304) 및 제4 센서 픽셀(306)에 의해 수신될 수 있다. 제7 노광 영역 내에서는 광이 제7 센서 픽셀(412) 및 제8 센서 픽셀(414)에 의해 수신될 수 있다. 제3 센서 픽셀(304)은 제1 평가 유닛(418)에 의해 평가된다. 제4 센서 픽셀(306)은 제2 평가 유닛(420)에 의해 평가된다. 제7 센서 픽셀은 제3 평가 유닛(422)에 의해 평가된다. 제8 센서 픽셀(414)은 제4 평가 유닛(424)에 의해 평가된다.
제4 타임 슬롯 내에서는 제4 레이저가 활성이다. 광은, 제4 노광 영역(400) 내에서 제4 센서 픽셀(306) 및 제5 센서 픽셀(408)에 의해 수신될 수 있다. 제4 센서 픽셀(306)은 제2 평가 유닛(420)에 의해 평가된다. 제5 센서 픽셀(408)은 제3 평가 유닛(422)에 의해 평가된다.
이와 같은 시스템의 전자 평가 장치의 간소화는, 검출기 유닛들(300, 302, 304, 306, 408, 410, 412, 414)의 적절한 결합을 통해 달성될 수 있다. 본 실시예에는, "n=7"개의 송신 유닛을 갖는 시스템에 대한 예시가 도시되어 있다. 도시된 시스템은 "2×n=14" 레벨의 해상도를 갖는다.
마지막으로 주지할 점은, "구비하는", "포함하는" 등과 같은 용어는 다른 요소들이나 단계들을 배제하지 않으며, "하나"와 같은 같은 용어는 복수를 배제하지 않는다는 점이다. 청구범위 내 참조 번호들이 제한 사항으로 간주되지 않아야 한다.

Claims (10)

  1. 스캐닝 방향(202)으로 스캐닝하는 LIDAR 시스템을 위한 레이저 스캐너(100)로서,
    상기 레이저 스캐너(100)는, 스캐닝 방향(202)에 대해 횡방향으로 나란히 배열된 복수의 각도 영역(114, 116, 118) 내로 복수의 개별 광선(108, 110, 112)을 방출하도록 설계된 레이저 소스(102)를 구비하며; 레이저 스캐너(100)의 수신 광학계(104)는, 방출된 광선(108, 110, 112)의 반사된 부분(120)을 스캐닝 방향(202)에 대해 횡방향으로 나란히 배열된, 레이저 스캐너(100)의 센서 평면의 노광 영역들(122, 124, 126)에 집중시키도록 설계되며; 상기 센서 평면에는, 레이저 스캐너(100)의 복수의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)이 스캐닝 방향(202)에 대해 횡방향으로 나란히 배열되는, 레이저 스캐너(100)에 있어서,
    센서 픽셀(300, 302, 304, 306)은 각각의 센서 픽셀이 노광 영역들 중 2개의 상이한 영역 상에 집중된 반사된 광선들을 수신하도록 노광 영역(122, 124, 126)에 비해 스캐닝 방향(202)에 대해 횡방향으로 오프셋되어 배치되며, 레이저 스캐너(100)의 전자 제어 장치(128)는, 최대로는 광선들(108, 110, 112) 중 일 광선의 반사된 부분(120)이 동시에 하나의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)에 충돌하는 방식으로, 복수의 광선(108, 110, 112)이 시간차를 두고 방출되고, 각각의 노광 영역에 대한 각각의 수신 순간에, 노광 영역에 할당된 2개의 센서 픽셀로부터 판독되도록 레이저 소스(102)를 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 레이저 스캐너.
  2. 제1항에 따른 레이저 스캐너(100)를 작동하는 방법에 있어서,
    송신 단계에서는 송신 시점에 각도 영역(114, 116, 118) 중 하나 내로 광선(108, 110, 112)을 방출하도록 레이저 소스(102)가 제어되고, 상기 방출된 광선(108, 110, 112)의 반사된 부분(120)은 수신 광학계(104)에 의해 상기 각도 영역(114, 116, 118)에 할당된 노광 영역(122, 124, 126)으로 안내되며, 수신 단계에서는 반사된 부분(120)이 개별 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)에 충돌할 때 노광 영역(122, 124, 126)에 할당된 2개의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)에 의해 각각 하나의 수신 시점(132)이 판독출력되는 것을 특징으로 하는, 레이저 스캐너 작동 방법.
  3. 제2항에 있어서, 일 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)의 송신 시점 및 수신 시점(132)을 사용해서 제1 거리 값이 결정되고, 또 다른 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)의 송신 시점 및 수신 시점(132)을 사용해서 제2 거리 값이 결정되는 결정 단계를 포함하는, 레이저 스캐너 작동 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 송신 단계에서 레이저 소스(102)는, 또 다른 송신 시점에 또 다른 광선(108, 110, 112)을 또 다른 각도 영역(114, 116, 118) 내로 방출하도록 제어되며, 또 다른 광선(108, 110, 112)의 반사된 부분(120)은 수신 광학계(104)에 의해 또 다른 각도 영역(114, 116, 118)에 할당된 또 다른 노광 영역(122, 124, 126)에 집중될 수 있으며, 수신 단계에서 상기 반사된 부분(120)이 개별 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)에 충돌할 때, 또 다른 노광 영역(122, 124, 126)에 할당된 2개의 센서 픽셀(300, 302, 304, 306)에 의해 각각 하나의 수신 시점(132)이 판독출력되는, 레이저 스캐너 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서, 송신 단계에서, LIDAR 시스템이 스캐닝 방향(202)으로 스캐닝하는 동안, 광선(108, 110, 112)이 순차적으로 방출되며, 수신 단계에서 수신 시점(132)이 순차적으로 판독출력되는, 레이저 스캐너 작동 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 송신 단계에서, 2개 이상의 광선(108, 110, 112)이 동시에 상이한 각도 영역(114, 116, 118) 내로 방출되며, 상기 각도 영역(114, 116, 118) 사이에서 하나 이상의 각도 영역(114, 116, 118)이 조명되지 않은 상태로 유지되는, 레이저 스캐너 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 연속적인 송신 단계들의 시퀀스가 송출되고, 시퀀스 시작에 위치하는 제1 송신 단계에서, 동시에 방출된 2개의 광선(108, 110, 112) 사이에 각각 3개의 각도 영역(114, 116, 118)이 조명되지 않은 상태로 유지되며, 상기 시퀀스의 후속하는 2개의 송신 단계에서는, 광선들(108, 110, 112)이 각각 하나의 각도 영역(114, 116, 118)만큼 동일한 방향으로 이동되어 방출될 수 있으며, 일 시퀀스 끝에 위치하는 최종 송신 단계에서는 단 하나의 광선(108, 110, 112)이 각도 영역(114, 116, 118)만큼 이동되어 방출되는, 레이저 스캐너 작동 방법.
  8. 제7항에 있어서, 시퀀스 단계들이 반복되는, 레이저 스캐너 작동 방법.
  9. 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장되어 있고, 제2항 또는 제3항에 따른 방법을 실행하고, 구현하고, 그리고/또는 제어하도록 설계된 컴퓨터 프로그램.
  10. 제9항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 저장 매체.
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