KR102583339B1 - 라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법 - Google Patents

라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 장치는, 레이저 신호를 송신하고, 마그넷이 구비된 스캐너 반사경, 상기 스캐너 반사경과 연결되고, 제어신호에 의해 회전하여 상기 스캐너 반사경을 회전시키는 모터, 상기 모터가 구비된 모터 하우징의 일정 위치에 각각 장착되고, 상기 스캐너 반사경의 회전에 의해 상기 마그넷이 감지되면 제1 전압신호 및 제2 전압신호를 출력하는 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서, 상기 모터의 회전 동작을 제어하는 상기 제어신호를 출력하고, 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 시점부터 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 시점까지의 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정하는 제어부를 포함한다.

Description

라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SCAN MINIATURE OF LIDAR SENSOR}
본 발명은 라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 라이다 센서가 스캔하지 않은 영역 동안 발생되는 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여, 실제로 스캔이 필요한 영역의 레이저 송신 간격을 조절하는 라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 라이다(LIDAR, light detection and ranging) 센서는 빛을 활용해 거리 측정하고 물체를 감지하는 센서로서, 라이다는 레이더와 비슷한 원리를 가지고 있다. 다만 레이더는 전자기파를 외부로 발사해 재수신되는 전자기파로 거리, 및 방향 등을 확인하지만, 라이다는 펄스 레이저를 발사한다는 차이점이 있다. 즉, 파장이 짧은 레이저를 사용하므로 정밀도 및 해상도가 높고 사물에 따라 입체적 파악까지 가능한 장점이 있다.
예컨대 라이다 센서는 차량의 범퍼에 장착되어 차량의 전/후방을 센싱하여 사물이나 구조물 등을 감지한다. 참고로 도 1은 차량의 전/후방 범퍼에 장착된 라이다 센서의 FOV(Field of View)를 보인 예시도이다.
한편 라이다 센서는 주로 전방 범퍼에 장착되며 외부에 노출되어야 한다. 왜냐하면 라이다 센서를 글라스나 차체 등의 다른 구조물 속에 넣는 것은 센서의 감지 성능을 현저히 떨어뜨릴 수 있기 때문에 외부에 노출되어 장착되는 것이다.
참고로 라이다 센서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 송신부(레이저 송신), 수신부(반사된 레이저 수신), 및 구동부(미러 회전 모터를 구동)를 포함하며, 외부의 이물질로부터 센서를 보호하기 위한 커버가 부가된다. 그리고, 커버에는 열선이 장착되어 있으며, 열선은 커버 표면에 부착되는 습기나 눈 등을 제거하기 위한 목적이다.
라이다 센서의 각도 분해능은 일반적으로 0.25° 또는 0.125°의 상당히 정밀한 각도 분해능을 가지며, 모터의 회전 속도와 레이저의 송신 간격이 동기화 되어 각도 분해능이 결정된다. 예를 들어 1초에 1회전하는 모터에서 1°의 각도 분해능을 갖도록 레이저를 스캔하기 위해서는 1/360초의 간격으로 레이저를 송신해야 정확하게 1°의 각도 분해능을 가질 수 있다. 레이저 송신 간격은 라이다 센서 신호처리 시스템의 정밀한 clock을 이용하여 정확하게 제어할 수 있으나, 모터의 회전 속도는 최대한 정밀하게 제어한다 하더라도 약 1% 정도의 회전 속도 오차가 발생되는 것이 일반적이다. 예컨대, 모터의 회전 속도에 1% 오차가 발생되었다고 하다면 1회전하는데 1.01초가 필요하고, 이때 레이저 스캔이 1°의 각도 분해능을 갖도록 한다면 레이저 송신 간격 또한 1.01/360초의 간격으로 바뀌어야 할 것이다.
이에, 모터의 속도 오차가 있는 상황에서도 레이저 송신 간격을 조정하여 라이다 센서의 레이저 스캔 각도 분해능의 오차가 발생하지 않도록 하는 기술개발이 요구되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2015-0009177호(2015. 01. 26 등록, 발명의 명칭: 라이다 센서 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 모터의 속도 오차가 있는 상황에서도 레이저 송신 간격을 조정하여 라이다 센서의 레이저 스캔 각도 분해능의 오차가 발생하지 않도록 하는 라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 장치는, 레이저 신호를 송신하고, 마그넷이 구비된 스캐너 반사경, 상기 스캐너 반사경과 연결되고, 제어신호에 의해 회전하여 상기 스캐너 반사경을 회전시키는 모터, 상기 모터가 구비된 모터 하우징의 일정 위치에 각각 장착되고, 상기 스캐너 반사경의 회전에 의해 상기 마그넷이 감지되면 제1 전압신호 및 제2 전압신호를 출력하는 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서, 상기 모터의 회전 동작을 제어하는 상기 제어신호를 출력하고, 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 시점부터 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 시점까지의 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서 상기 제1 홀 센서는 스캔하지 않은 영역의 시작 위치에 장착되고, 상기 제2홀센서는 스캔하지 않은 영역의 종료 위치에 장착될 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수를 기 설정된 기준 개수와 비교하고, 그 개수 차이에 따라 상기 레이저 송신 간격을 조정할 수 있다.
본 발명에서 상기 제어부는, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수보다 많은 경우, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 줄이고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수보다 적은 경우 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 늘릴 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 방법은, 레이저 모터 하우징에 구비된 모터가 제어신호에 의해 회전하여 스캐너 반사경을 회전시키는 단계, 제어부가 상기 모터 하우징의 일정 위치에 장착된 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서로부터의 제1 전압신호 및 제2 전압신호 수신 여부에 기초하여, 레이저가 스캔하는 스캔영역인지 판단하는 단계, 제어부가 스캔영역이 아닌 경우 스캔하지 않은 영역 동안 발생하는 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 레이저가 스캔하는 스캔영역인지 판단하는 단계에서, 상기제어부는 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 이후부터 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 전까지를 스캔영역이라고 판단하고, 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 시점부터 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 시점까지를 스캔하지 않은 영역이라고 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서 상기 레이저 송신 간격을 조정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수를 기 설정된 기준개수와 비교하고, 그 개수 차이에 따라 상기 레이저 송신 간격을 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서 상기 레이저 송신 간격을 조정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수보다 많은 경우, 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 줄이고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준개수보다 적은 경우 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 늘리는 것을 특징으로 할 수 있다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 더 제공될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 라이다 센서가 스캔하지 않은 영역 동안 발생되는 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여, 실제로 스캔이 필요한 영역의 레이저 송신 간격을 조절함으로써, 모터의 회전 오차가 발생하더라도 해당 회전 속도에 맞추어 레이저를 송신하므로 스캔 오차를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 차량의 전/후방 범퍼에 장착된 라이다 센서의 일반적인 FOV(field of view)를 보인 예시도이다.
도 2는 기존에 출시된 라이다 센서의 개략적인 구성을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서의 내부 구성을 개략적으로 보인 예시도이다.
도 4는 상기 도 3에 있어서, 라이다 센서의 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 보다 구체적으로 보인 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서의 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 3에 도시된 스캐너부를 보다 구체적으로 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캔하지 않은 영역을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서의 내부 구성을 개략적으로 보인 예시도이고, 도 4는 상기 도 3에 있어서, 라이다 센서의 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 보다 구체적으로 보인 예시도, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서의 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 따른 라이다 센서(또는 라이다 센싱 장치)는, 센싱 광원부(10), 송광 반사경(20), 스캐너부(30), 수광 렌즈(40), 수광 반사경(50) 및 광검출부(60)를 포함할 수 있다.
센싱 광원부(10)는 센싱광을 조사할 수 있다. 센싱 광원부(10)는 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의 광통로를 벗어나도록 배치될 수 있다. 센싱 광원부(10)가 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의 광통로 벗어나도록 배치되므로, 센싱 광원부(10)가 광통로에서 입사광을 가리(차폐: blackage effect)는 것을 방지할 수 있다. 따라서 수광 렌즈(40)의 광통로에서 센싱 광원부(10)에 의한 수신 가림영역(A)(blackage area)이 발생되는 것을 방지할 수 있으므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 상기와 같이 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센서의 최대 검출거리를 증가시킬 수 있다.
센싱 광원부(10)는 경통(11), 광원(13) 및 송광 렌즈부(15)를 포함할 수 있다. 경통(11)은 수광 렌즈(40)의 광통로를 벗어나도록 배치되며, 원통형으로 형성될 수 있다. 광원(13)은 경통(11)의 내부에 설치될 수 있다. 송광 렌즈부(15)는 광원(13)에서 조사되는 센싱광을 시준(collimination)하도록 광원(13)의 출력측에 설치될 수 있다. 송광 렌즈부(15)가 센싱광을 평행한 광선으로 시준하므로, 센싱광의 출력이 향상될 수 있다.
송광 렌즈부(15)는 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)를 포함할 수 있다. 제1 송광 렌즈(15a)는 경통(11)의 내부에 설치되며, 제2 송광 렌즈(15b)는 경통(11)의 내부에 설치되고, 제2 송광 렌즈(15b)에는 제1 송광 렌즈(15a)를 투과하는 센싱광이 입사될 수 있다. 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)가 경통(11)의 내부에 설치되므로, 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)가 수광 렌즈(40)의 수신 가림영역(A)을 형성하는 것을 방지할 수 있다.
송광 반사경(20)은 센싱 광원부(10)에서 조사되는 센싱광을 반사시킬 수 있다. 송광 반사경(20)에는 광반사 효율을 개선하도록 금속 반사층(미도시)이 코팅될 수 있다. 송광 반사경(20)은 수광 렌즈(40)의 광통로에 배치될 수 있다. 이때 송광 반사경(20)이 수광 렌즈(40)의 광통로에 배치되므로, 송광 반사경(20)의 폭만큼 수신 가림영역(A)이 될 수 있다. 따라서 수광 렌즈(40)에서 수신 가림영역(A)을 감소시키므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 이에 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센싱장치의 최대 검출거리를 보다 증가시킬 수 있다.
스캐너부(30)는 송광 반사경(20)에서 반사되는 센싱광을 타겟에 반사시키고, 타겟에서 반사되는 입사광을 반사시킬 수 있다. 스캐너부(30)에도 광반사 효율을 향상시키도록 반사층이 형성될 수 있다. 스캐너부(30)는 스캐너 반사경(31)과 스캐너 구동부(33)를 포함할 수 있다.
스캐너 반사경(31)은 송광 반사경(20)에서 반사되는 센싱광을 타겟 측으로 반사시키고, 타겟에서 반사되는 입사광을 수광 렌즈(40)로 반사시킬 수 있다.
스캐너 구동부(33)는 스캐너 반사경(31)을 회전시키도록 스캐너 반사경(31)에 연결될 수 있다. 스캐너 구동부(33)가 스캐너 반사경(31)을 회전시키므로, 스캐너 반사경(31)의 각도에 따라 센싱광과 입사광의 반사 각도가 변경될 수 있다.
스캐너부(30)는 스캐너 구동부(33)에 스캐너 반사경(31)을 장착하고, 스캐너 반사경(31)을 회전시켜 레이저 스캔을 수행한다. 이처럼 스캐너 구동부(33)에 장착된 스캐너 반사경(31)을 이용하여 레이저 스캔을 수행하면, 도 5와 같이 제한된 영역(B)을 스캔하게 된다. 즉, 레이저 스캔 시, 스캐너 구동부(33)는 360°회전하지만 360°전 영역을 스캔하는 것이 아니라, 도 6과 같이 기구물에 가려지는 영역(C)이 존재하여, 스캔하지 못하는 영역이 존재한다. 여기서, 기구물은 라이다 센서 자체의 구성요소 또는 외부의 구성요소일 수 있다.
이러한 스캐너부(30)에 대한 상세한 설명은 도 7 내지 도 10를 참조하기로 한다.
수광 렌즈(40)에는 스캐너부(30)에서 반사되는 입사광이 투과되고, 수광 렌즈(40)는 송광 반사경(20)과 일체로 형성될 수 있다. 수광 렌즈(40)와 송광 반사경(20)은 크리스탈, 유리, 투명한 합성수지 등의 동일한 광학재료로 가공될 수 있다. 수광 렌즈(40)는 입사광이 반사되는 것을 방지하도록 무반사 코팅층(anti-reflective coating)이 형성될 수 있다. 수광 렌즈(40)와 송광 반사경(20)이 하나의 광학모듈로 통합되므로, 부품수를 줄일 수 있다. 또한, 경통(11)에 의해 수신 가림영역(A)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
수광 반사경(50)은 수광 렌즈(40)를 투과한 입사광을 반사시킬 수 있다. 스캐너부(30)에도 광반사 효율을 향상시키도록 반사층(미도시)이 형성될 수 있다.
광검출부(60)에는 수광 반사경(50)에서 반사되는 입사광이 입사될 수 있다. 광검출부(60)에서는 입사광이 입사됨에 따라 타겟의 위치 및 거리 등을 검출할 수 있다.
또한 라이다 센서는 수광 반사경(50)과 광검출부(60) 사이에 설치되는 간섭 필터(63)를 포함할 수 있다. 간섭 필터(63)는 특정 파장의 광을 걸러주며, 간섭 필터(63)가 광검출부(60)에 일정한 파장대의 광을 입사시키므로, 광검출부(60)에서 타겟의 위치 및 거리 등이 정확하게 검출될 수 있다.
도 7은 도 3에 도시된 스캐너부를 보다 구체적으로 나타낸 예시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너부의 동작을 설명하기 위한 예시도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 스캔하지 않은 영역을 설명하기 위한 예시도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 라이다 센서 스캔 정밀화 장치는 스캐너부(30) 및 제어부(110)를 포함할 수 있다.
스캐너부(30)는 스캐너 반사경(31), 스캐너 구동부(33)를 포함할 수 있다.
스캐너 반사경(31)은 레이저 신호를 송신하고, 마그넷(31-1)이 구비될 수 있다. 여기서, 마그넷(31-1)은 N극 및 S극이 서로 교차되어 스캐너 반사경(31)의 바닥면에 구비될 수 있다.
또한, 스캐너 반사경(31)은 모터(33-1)의 일 부분인 샤프트(33-11)에 의해 결합되어 모터(33-1)와 동일한 방향 및 속도로 회전할 수 있다. 따라서, 스캐너 반사경(31)은 모터(33-1)의 회전에 따라 회전하면서 레이저 신호를 송신할 수 있다.
스캐너 구동부(33)는 모터 하우징(33-2), 모터 하우징(33-2) 내부에 구비된 모터(33-1), 하우징 상부면에 장착된 홀 센서(33-3)를 포함할 수 있다.
모터 하우징(33-2)은 회전하지 않고 고정된 형태일 수 있다.
모터(33-1)는 제어부(110)의 제어신호에 의해 방향(시계방향 또는 반시계방향) 및 속도를 가지고 회전할 수 있다. 본 실시 예에서, 모터(33-1)는 회전 가능하게 설치된 샤프트(33-11), 샤프트(33-11)에 설치되어 함께 회전하는 회전자(33-12)를 포함할 수 있다. 샤프트(33-11)는 스캐너 반사경(31)과 연결되므로, 샤프트(33-11)의 일부가 모터 하우징(33-2) 외부에 있고, 샤프트(33-11)의 일부와 회전자(33-12)는 모터 하우징(33-2) 내부에 구비될 수 있다.
모터(33-1)는 제어신호에 따라 회전하면서 스캐너 반사경(31)을 회전시키고, 스캐너 반사경(31)은 회전하면서 기 설정된 레이저 송신 간격으로 레이저 신호를 송신한다.
라이다 센서의 각도 분해능은 모터(33-1)의 회전 속도와 레이저의 송신 간격이 동기화되어 결정되고, 각도 분해능에 따라 모터(33-1)가 360°회전하는 동안 레이저를 몇 번 송신할 것인지 정해지며, 모터(33-1)의 회전 속도에 따라 레이저를 송신하는 시간 간격 또한 결정된다. 따라서, 모터(33-1)가 항상 일정한 속도로 회전하면, 레이저는 항상 일정한 위치로 송신하게 되고, 항상 일정한 각도 분해능을 가지고 스캔을 할 수 있다. 하지만 이상적으로 모터(33-1)의 회전 속도는 일정하지만, 실제로는 최소 1% 정도의 회전 오차를 가지며 레이저 송신 간격이 고정되어 있는 한, 라이다 센서의 스캔 오차는 발생할 수밖에 없다. 이에, 모터(33-1)의 회전 속도 오차가 발생하더라도 라이다 센서의 레이저 스캔 각도 분해능에 오차가 발생하지 않도록 할 필요가 있다.
한편, 모터(33-1)에 장착된 스캐너 반사경(31)을 이용하여 레이저 스캔을 수행하면, 도 6에 도시된 바와 같이 기구물에 가려져서 스캔하지 못하는 영역(C)이 존재한다. 본 발명은 모터(33-1)에 장착된 스캐너 반사경(31)을 이용하여 레이저 스캔할 때, 실제 물체를 검출하기 위한 스캔 영역 이외의 영역(즉, 스캔하지 않은 영역)을 이용하여 해당 영역 동안 현재 모터(33-1)의 회전 속도를 판단하고, 판단된 모터(33-1)의 회전 속도에 따라 레이저 스캔을 위한 송신 간격을 조절함으로써, 보다 정확한 각도 분해능을 갖는 레이저 스캔을 이룰 수 있다.
예를 들어, 모터(33-1)의 회전은 360°이지만, 물체를 검출하기 위한 스캔 영역은 180°이라고 한다면, 스캔하지 않는 180°영역 동안 모터의 회전 속도를 판단할 수 있다. 이때 판단된 모터(33-1)의 회전 속도를 이용하여 실제로 스캔이 필요한 영역의 레이저 송신 간격을 조절하며, 모터(33-1)의 회전 오차가 발생하더라도 해당 회전 속도에 맞추어 레이저를 송신하므로 스캔 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
상술한 방법을 이용하기 위해서는, 기구물에 가려져서 스캔하지 않은 영역을 판단할 필요가 있다. 이에 본 발명은 모터 하우징(33-2)의 일정 위치에 홀 센서(33-3a, 33-3b)를 장착할 수 있다. 이때, 홀 센서(33-3a, 33-3b)는 모터 하우징(33-2)의 상부면의 일정 위치에 장착되고, 스캐너 반사경(31)과 모터 하우징(33-2) 사이의 고정된 위치에 구비되어, 스캔하지 않은 영역의 시작과 종료를 표시한다. 즉, 홀센서(33-3a, 33-3b)는 스캔하지 않은 영역의 시작을 표시하는 제1 홀센서(33-3a), 스캔하지 않은 영역의 종료를 표시하는 제2 홀센서(33-3b)를 포함한다. 스캐너 반사경(31)이 회전하게 되면, 홀센서(33-3a, 33-3b)는 마그넷(33-1)의 N극 및 S극이 순차적으로 접촉하여 전압신호를 생성할 수 있다. 따라서, 제1 홀센서(33-3a)는 스캐너 반사경(31)의 회전에 의해 마그넷(31-1)이 감지되면, 제1 전압신호를 제어부(110)로 출력하고, 제2 홀센서(33-3b)는 스캐너 반사경(31)의 회전에 의해 마그넷(31-1)이 감지되면, 제2 전압신호를 제어부(110)로 출력한다. 여기서, 제1 전압신호는 스캔하지 않은 영역의 시작을 표시하는 신호일 수 있고, 제2 전압신호는 스캔하지 않은 영역의 종료를 표시하는 신호일 수 있다.
예를 들면, 스캐너 반사경(31)이 회전하여 도 8의 (a)와 같이 제1 홀센서(33-3a)가 마그넷(31-1)을 감지하면, 제1 홀센서(33-3a)는 제1 전압신호를 발생시킨다. 또한, 스캐너 반사경(31)이 회전하여 도 8의 (b)와 같이 제2 홀센서(33-3b)가 마그넷(31-1)을 감지하면, 제2 홀 센서(33-3b)는 제2 전압신호를 발생시킨다.
제어부(110)는 모터(33-1)의 회전 동작을 제어하는 제어신호를 생성하여 모터(33-1)로 전송한다. 또한, 제어부(110)는 스캐너 반사경(31)의 회전 시에 홀 센서(33-3a, 33-3b)로부터 전압신호가 수신되면, 스캔하지 않은 영역이라고 판단하여, 스캔하지 않은 영역동안 발생되는 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정한다. 이때, 제어부(110)는 제1 홀 센서(33-3a)로부터 제1 전압신호의 수신 시점부터 제2 홀 센서(33-3b)로부터 제2 전압신호의 수신 시점까지를 스캔하지 않은 영역이라고 판단할 수 있다.
제어부(110)는 스캔하지 않은 영역이라고 판단되면, 스캔하지 않은 영역동안 발생되는 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정한다. 이때, 제어부(110)는 카운트된 레이저 송신 신호의 개수를 기 설정된 기준 개수와 비교하고, 그 개수 차이에 따라 레이저 송신의 간격을 조정한다. 즉, 스캔하지 않는 영역에서 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 기준 개수보다 많으면, 이는 모터(33-1)가 기준 속도보다 느리게 회전하는 상황이므로 레이저 송신 간격 또한 기준 속도보다 낮춰서 송신한다. 반대로 스캔하지 않은 영역에서 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 기준 개수보다 적으면, 이는 모터(33-1)가 기준 속도보다 빠르게 회전하는 상황이므로 레이저 송신 간격 또한 기준 속도보다 높여서 송신한다.
다시 말하면, 제어부(110)는 도 9와 같이 레이저가 스캔하는 영역 중에서 센서의 기구물에 가려지는 영역(C)시작되는 부분부터 레이저 송신 신호의 카운트를 시작한다. 가려지는 영역(C)이 종료되고, 스캔 영역(B)이 다시 시작되는 시점에서 그 동안 카운트된 송신 신호의 개수를 파악한다. 이때 각각의 시작과 종료 시점은 제1 홀 센서(33-3a) 및 제2 홀 센서(33-3b)를 이용하여 파악할 수 있다. 파악된 레이저 송신 신호의 개수가 기준 개수보다 많거나 적음에 따라 스캔 영역이 시작되는 순간에 레이저 송신 간격을 조정하여 스캔을 진행한다. 기준이 되는 레이저 송신 간격을 미리 알고 있으므로, 차이가 나는 카운트 값만큼 레이저 송신 간격을 조정하면, 최대한 모터(33-1)의 회전 속도에 동기화되어 스캔 각도 분해능의 오차 없이 스캔을 진행할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 라이다 센서 안정화 장치의 전반적인 동작 상태를 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(110)는 프로세서(processor)와 같이 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 제어부(110)는 라이다 센서에 구비된 모터(33-1)에 회전을 지령하는 제어신호를 출력하고, 모터(33-1)는 제어부(110)의 제어신호에 의해 회전을 개시한다(S1110). 모터(33-1)가 회전하게 되면, 모터(33-1)와 연결된 스캐너 반사경(31)도 회전하게 된다.
단계 S1110이 수행되면, 제어부(110)는 레이저가 스캔하는 영역인지를 판단한다(S1120). 이때, 제어부(110)는 스캔 시작 후 홀 센서(33-3)로부터 전압신호를 수신하기 전까지를 스캔영역이라고 판단할 수 있다.
단계 S1120의 판단결과, 스캔영역인 경우 제어부(110)는 레이저 스캔을 수행한다(S1130).
단계 S1120의 판단결과, 스캔 영역이 아니면, 제어부(110)는 스캔하지 않은 영역이라고 판단하여 스캔하지 않은 영역 동안 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고(S1140), 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정한다(S1150).
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 방법을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 제어부(110)는 라이다 센서에 구비된 모터(33-1)에 회전을 지령하는 제어신호를 출력하고, 모터(33-1)는 제어부(110)의 제어신호에 의해 회전을 개시한다(S1210). 모터(33-1)가 회전하게 되면, 모터(33-1)와 연결된 스캐너 반사경(31)도 회전하게 된다.
단계 S1210이 수행되면, 제어부(110)는 제1 전압신호가 수신되는지를 판단한다(S1220). 여기서, 제1 전압신호는 스캔하지 않은 영역의 시작을 표시하는 신호로, 제1 홀센서 식별정보를 포함할 수 있다.
단계 S1220의 판단결과 제1 전압신호가 수신되지 않으면, 제어부(110)는 스캔영역이라고 판단하여 레이저 스캔을 수행한다(S1230).
만약, 단계 S1220의 판단결과 제1 전압신호가 수신되면, 제어부(110)는 스캔하지 않은 영역이라고 판단하여 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하기 시작하고(S1240), 제2 전압신호가 수신되는지를 판단한다(S1250). 여기서, 제2 전압신호는 스캔하지 않은 영역의 종료를 표시하는 신호로, 제2 홀센서 식별정보를 포함할 수 있다.
단계 S1250의 판단결과, 제2 전압신호가 수신되면, 제어부(110)는 스캔하지 않은 영역의 종료라고 판단하여, 현재까지 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정한다(S1260).
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서 스캔 정밀화 장치 및 방법은, 스캔하지 않은 영역동안 발생되는 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여, 실제로 스캔이 필요한 영역의 레이저 송신 간격을 조절함으로써, 모터의 회전 오차가 발생하더라도 해당 회전 속도에 맞추어 레이저를 송신하므로 스캔 오차를 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 센싱 광원부
20 : 송광 반사경,
30 : 스캐너부
31 : 스캐너 반사경
31-1 : 마그넷
33 : 스캐너 구동부
33-1 : 모터
33-2 : 모터 하우징
33-3 : 홀 센서
40 : 수광 렌즈
50 : 수광 반사경
60 : 광검출부
110 : 제어부

Claims (8)

  1. 레이저 신호를 송신하고, 마그넷이 구비된 스캐너 반사경;
    상기 스캐너 반사경과 연결되고, 제어신호에 의해 회전하여 상기 스캐너 반사경을 회전시키는 모터;
    상기 모터가 구비된 모터 하우징의 일정 위치에 각각 장착되고, 상기 스캐너 반사경의 회전에 의해 상기 마그넷이 감지되면 제1 전압신호 및 제2 전압신호를 출력하는 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서; 및
    상기 모터의 회전 동작을 제어하는 상기 제어신호를 출력하고, 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 시점부터 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 시점까지의 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정하는 제어부를 포함하되,
    상기 제1 홀 센서는 스캔하지 않은 영역의 시작 위치에 장착되고, 상기 제2홀센서는 스캔하지 않은 영역의 종료 위치에 장착되며,
    상기 제어부는,
    상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 이후부터 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 전까지를 스캔영역이라고 판단하고, 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 시점부터 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 시점까지를 스캔하지 않은 영역이라고 판단하며,
    스캔하지 않은 영역 동안 발생하는 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 스캔 정밀화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수를 기 설정된 기준 개수와 비교하고, 그 개수 차이에 따라 상기 레이저 송신 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 스캔 정밀화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수보다 많은 경우, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 줄이고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수보다 적은 경우 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 늘리는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 스캔 정밀화 장치.
  5. 모터 하우징에 구비된 모터가 제어신호에 의해 회전하여 스캐너 반사경을 회전시키는 단계;
    제어부가, 상기 모터 하우징의 일정 위치에 장착된 제1 홀 센서 및 제2 홀 센서로부터의 제1 전압신호 및 제2 전압신호 수신 여부에 기초하여, 레이저가 스캔하는 스캔영역인지 판단하는 단계; 및
    제어부가, 스캔영역이 아닌 경우 스캔하지 않은 영역 동안 발생하는 레이저 송신 신호의 개수를 카운트하고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수에 기초하여 레이저 송신 간격을 조정하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 홀 센서는 스캔하지 않은 영역의 시작 위치에 장착되고, 상기 제2홀센서는 스캔하지 않은 영역의 종료 위치에 장착되며,
    상기 레이저가 스캔하는 스캔영역인지 판단하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 이후부터 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 전까지를 스캔영역이라고 판단하고, 상기 제1 홀 센서로부터 제1 전압신호의 수신 시점부터 상기 제2 홀 센서로부터 제2 전압신호의 수신 시점까지를 스캔하지 않은 영역이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 스캔 정밀화 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 송신 간격을 조정하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수를 기 설정된 기준 개수와 비교하고, 그 개수 차이에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 스캔 정밀화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 레이저 송신 간격을 조정하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수보다 많은 경우, 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 줄이고, 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준개수보다 적은 경우 상기 카운트된 레이저 송신 신호의 개수가 상기 기준 개수가 되도록 레이저 송신 간격을 늘리는 것을 특징으로 하는 라이다 센서 스캔 정밀화 방법.
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