KR102612350B1 - 가변 분해능 광 레이더 시스템 - Google Patents

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알. 정워스 더글라스
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더 보잉 컴파니
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Abstract

타겟 영역(218)을 스캐닝하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 레이저 빔(216)의 발산(230)은 타겟 영역(218)을 스캔하는 동안 설정된다. 레이저 빔(216)은 스캔 각(226)에서 타겟 영역(218) 내의 다른 위치(220)로 직행된다. 레이저 빔(216)의 스캔 각(226)은 레이저 빔(216)이 다른 위치(220)로 직행되는 동안 설정된다. 타겟 영역(218)의 스캐닝 중에 발산(230) 또는 스캔 각(226)의 변화의 양 중 적어도 하나를 변화시키는 것은, 영역(218)에 대한 분해능(240)를 변화시킨다.

Description

가변 분해능 광 레이더 시스템 {VARIABLE RESOLUTION LIGHT RADAR SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 측정 시스템(measurement system)에 관한 것으로, 특히 광을 사용하는 측정 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 광 레이더 (라이더) 시스템(light radar (lidar) system)을 사용하여 측정 정보를 생성하는 레이더 시스템을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
라이더(lidar)는 레이저로 타겟(target)을 조사하고 타겟의 조사에 대한 응답을 분석하여 거리를 측정하는 센싱 기술(sensing technology)이다. 단어 "라이더(lidar)"는 두문자어(acronym)라기 보다 단어 "레이저(laser)"와 "레이더(radar)"의 합성어이다.
라이더 시스템은 많은 다른 응용(application)에 사용된다. 예를 들어, 라이더 시스템은 지진학(seismology), 포인트 클라우드 생성(point cloud generation), 매핑(mapping), 윤곽 매핑(contour mapping), 이미지 생성(image generation), 탐색(navigation) 및 다른 응용에 사용될 수 있다.
탐색에 관하여는, 라이더 시스템이 환경을 통해 이동 플랫폼(mobile platform)을 탐색할 때의 장애물 검출 및 회피에 사용될 수 있다. 예를 들어, 환경의 포인트 클라우드(point cloud, 점 구름)는 장애물이 존재할 수 있는 곳을 결정하기 위한 정보를 제공하는 라이더 시스템에 의해 생성될 수 있다. 이동 플랫폼은, 예를 들어 로봇, 자기 탐색 차량(self-navigating car) 또는 몇몇 다른 적절한 타입의 차량일 수 있다.
현재 사용되는 라이더 시스템은 타겟 영역에서 실질적으로 균일한 빔 발산(beam divergence)을 갖는 레이저 빔을 이용하여 타겟 영역에 패턴(pattern)을 생성한다. 바꾸어 말하면, 레이저 빔은 라이더 시스템으로부터 동일한 거리에서 동일한 직경을 갖는다.
그렇지만, 이러한 타입의 라이더 시스템은, 전체의 스캔에 걸쳐 하나의 분해능(resolution)을 제공한다. 그렇지만, 타겟 영역은, 라이더 시스템의 펄스 레이트(pulse rate, 펄스율)와 전력에 의해 제한될 수 있다. 타겟 영역의 크기를 증가시키는 것은 더 낮은 분해능을 초래할 수 있다. 그 결과, 타겟 영역에 대해 소망하는 크기를 갖게 하는 것은 소망하는 분해능을 갖게 하는 것이 가능하지 않을 수 있다.
따라서, 상술한 문제 중 적어도 몇 가지 문제뿐만 아니라 다른 가능한 문제를 고려하는 방법 및 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 소망하는 분해능을 갖는 타겟 영역에 관한 정보를 얻는 것에 따른 기술적인 문제를 극복하는 방법 및 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은, 광 레이더 (라이더) 시스템을 사용하여 측정 정보를 생성하는 레이더 시스템을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는, 광원(light source), 스캐닝 시스템(scanning system) 및 포커싱 시스템(focusing system, 집광 시스템)을 구비하는 장치를 제공한다. 광원은, 광원의 동작 중에 레이저 빔을 방출한다. 스캐닝 시스템은 레이저 빔을 타겟 영역으로 직행(direct)시키고 타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔의 스캔 각(scan angle)을 설정한다. 포커싱 시스템은 타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔의 발산(divergence)을 설정한다. 타겟 영역을 스캐닝하는 동안 레이저 빔의 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나를 변화시키는 것은 타겟 영역 내의 분해능을 변화시킨다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예는, 타겟 영역을 스캐닝하기 위한 방법을 제공한다. 타겟 영역의 스캐닝 중에 레이저 빔의 발산이 설정된다. 레이저 빔은 스캔 각에서 타겟 영역 내의 다른 위치로 직행된다. 레이저 빔의 스캔 각은 레이저 빔이 다른 위치로 직행하는 동안 설정된다. 타겟 영역의 스캐닝 중에 발산 또는 스캔 각의 변화의 양 중 적어도 하나를 변화시키는 것은 타겟 영역에 대한 분해능을 변화시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 광원, 스캐닝 시스템 및 포커싱 시스템을 구비하는 측정 시스템을 제공한다. 광원은 실질적으로 가간섭성 광(substantially coherent light)의 빔을 방출한다. 스캐닝 시스템은 실질적으로 가간섭성 광의 빔을 타겟 영역으로 직행시키고 실질적으로 가간섭성 광의 빔에 대한 스캔 각을 설정한다. 포커싱 시스템은 타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 실질적으로 가간섭성 광의 빔의 발산을 조정한다. 타겟 영역을 스캐닝하는 동안의 가간섭성 광의 빔의 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나를 변화시키는 것은 타겟 영역 내의 분해능을 변화시킨다.
특징 및 기능은 본 발명의 각종의 실시예에서 독립적으로 달성될 수 있거나, 또는 추가의 세부 사항이 다음의 설명 및 도면을 참조하여 보여질 수 있는 또 다른 실시예에 결합될 수 있다.
예시적인 실시예의 특징으로 간주되는 신규한 특징이 첨부된 특허청구범위에 기재되어 있다. 그렇지만, 이용(use)의 바람직한 모드, 또 다른 목적 및 그 특징뿐만 아니라 예시적인 실시예는 첨부도면과 함께 읽을 때 본 발명의 예시적인 실시예의 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다:
도 1은 예시적인 실시예에 따른 측정 환경의 도식적인 도면이다;
도 2는 예시적인 실시예에 따른 측정 환경의 블록도를 나타낸 도면이다;
도 3은 예시적인 실시예에 따른 포커싱 시스템의 블록도를 나타낸 도면이다;
도 4는 예시적인 실시예에 따른 스캐닝 시스템의 블록도를 나타낸 도면이다;
도 5는 예시적인 실시예에 따른 측정 시스템을 나타낸 도면이다;
도 6은 예시적인 실시예에 따른 측정 시스템을 나타낸 도면이다;
도 7은 예시적인 실시예에 따른 측정 시스템을 나타낸 도면이다;
도 8은 예시적인 실시예에 따른 측정 시스템을 나타낸 도면이다;
도 9는 예시적인 실시예에 따라 타겟 영역을 스캐닝하기 위한 프로세스의 플로우차트를 나타낸 도면이다;
도 10은 예시적인 실시예에 따라 타겟 영역을 스캐닝하는 것으로부터 정보를 생성하기 위한 프로세스의 플로우차트를 나타낸 도면이다;
도 11은 예시적인 실시예에 따라 플랫폼을 동작시키기 위한 프로세스의 플로우차트를 나타낸 도면이다;
도 12는 예시적인 실시예에 따라 측정 시스템에 대한 구성요소를 선택하기 위한 프로세스의 플로우차트를 나타낸 도면이다;
도 13은 예시적인 실시예에 따라 측정 시스템에 대한 구성요소를 선택하기 위한 프로세스의 플로우차트를 나타낸 도면이다; 그리고
도 14는 예시적인 실시예에 따라 렌즈에 대한 소망하는 입력 대 출력 각도 플로트의 그래프를 나타낸 도면이다.
예시적인 실시예는 하나 이상의 다른 고려 사항을 인식하여 고려하고 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예들은, 몇몇 응용에서, 다른 분해능이 스캔되는 타겟 영역의 다른 부분에 대해 바람직할 수 있음을 인식하여 고려하고 있다.
예를 들어, 로봇과 같은 자율적인 이동 플랫폼(autonomous mobile platform)을 탐색할 때, 로봇에 대한 운행(travel)의 방향에서의 경로에는 높은 분해능이 요구되는 반면에, 경로 주위의 둘레에는 낮은 분해능이 적절하다. 결과적으로, 하나의 라이더 시스템은 높은 분해능으로 사용될 수 있는 반면에, 제2의 라이더 시스템은 낮은 분해능으로 사용될 수 있다.
예시적인 실시예는, 분해능이 하나 이상의 라이더 시스템을 필요로 하고 더 많은 전력을 사용할 수 있으며 단일의 라이더 시스템보다 더 큰 비용 및 더 높은 복잡도를 갖는다는 것을 인식하여 고려하고 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예들은, 자율적인 이동 로봇(autonomous mobile robot)에 있어서는 전력이 보존되어야 하는 귀중한 자원(resource)일 수 있음을 인식하여 고려하고 있다. 자율적인 이동 로봇은 배터리 시스템(battery system)의 형태로 전원 공급장치(power supply)를 포함할 수 있다. 배터리 시스템의 이용은, 자율적인 이동 로봇을 동작시키는데 이용할 수 있는 전력의 양을 제한한다. 그 결과, 분(minute)당 더 많은 펄스를 방출할 수 있는 다중 라이더 시스템 또는 라이더 시스템에 의한 더 큰 전력의 이용은, 자율적인 이동 로봇에 대한 감소된 작동 시간을 야기할 수 있다.
예시적인 실시예는 또한, 프레임 레이트(frame rate)를 변화시키지 않고 타겟 영역에 다른 분해능을 제공할 수 있는 라이더 시스템을 갖는 것이 바람직할 수 있음을 인식하여 고려하고 있다. 프레임 레이트는 일정 기간에 걸쳐 수행될 수 있는 타겟 영역의 스캔의 수이다. 예를 들어, 프레임 레이트는 초당 30 프레임, 초당 60 프레임 또는 몇몇 다른 레이트일 수 있다.
프레임 레이트는, 라이더 시스템에서의 레이저가 얼마나 빨리 펄스를 생성할 수 있는가에 의해 라이더 시스템에서 제한될 수 있다. 분해능이 증가함에 따라, 더 많은 위치(location)가 스캔되는데, 이것은 더 많은 펄스가 동일한 프레임 레이트로 타겟 영역을 스캔하기 위해 동일한 양의 시간에 방출될 필요가 있다는 것을 의미한다.
예시적인 실시예는, 일부 영역에서는 더 낮은 분해능을 이용하고 다른 영역에서는 더 높은 분해능을 이용함으로써, 높은 분해능으로만 타겟 영역을 스캐닝하는 것에 비해 더 낮은 수의 레이저 방출로 타겟 영역을 스캐닝하는 것을 허용할 수 있음을 인식하여 고려하고 있다. 더욱이, 예시적인 실시예들은 또한 균일한 분해능으로의 스캐닝이 때로는 타겟 영역에서의 물체(object)를 놓칠 수 있음을 인식하여 고려하고 있다. 바꾸어 말하면, 균일한 분해능은, 레이저 빔의 발산이 타겟 영역에서 레이저에 의해 커버(cover)되는 위치 사이에 갭(gap)을 야기시키는 경우에 사각 지대(blind spot)를 야기시킬 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예들은 사각 지대를 줄이기 위해 타겟 영역의 다른 부분에서 다른 분해능을 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있음을 인식하여 고려하고 있다.
따라서, 예시적인 실시예는, 레이저 빔의 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나가 타겟 영역의 스캔 중에 변경될 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 타겟 영역의 스캔은 프레임(frame)을 초래한다.
여기에서 사용된 바와 같이, 문구 "중 적어도 하나(at least one of)"는, 항목의 리스트와 함께 사용될 때, 리스트된 항목 중 적어도 하나의 다른 조합이 이용될 수 있고 리스트에서의 항목 중 하나만이 필요로 될 수 있음을 의미한다. 바꾸어 말하면, "중 적어도 하나"는 항목 또는 다수의 항목의 임의의 조합이 리스트로부터 사용될 수 있지만, 리스트의 항목 전부가 필요로 될 수 없음을 의미한다. 항목은 특정 물체(object), 사물(thing), 또는 카테고리일 수 있다.
예를 들어, 제한 없이, "항목 A, 항목 B 또는 항목 C 중 적어도 하나"는 항목 A, 항목 A 및 항목 B, 또는 항목 B를 포함할 수 있다. 이 예는 또한, 항목 A, 항목 B 및 항목 C 또는 항목 B 및 항목 C를 포함할 수 있다. 물론, 이들 항목의 임의의 조합이 존재할 수 있다. 몇몇 예시적인 예에서는, "중 적어도 하나"는, 예를 들어, 제한 없이, 항목 A 중의 2; 항목 B 중의 하나 및 항목 C 중의 10; 항목 B 중의 4 및 항목 C 중의 7; 또는 다른 적절한 조합일 수 있다.
예시적인 실시예는, 다른 분해능으로 타겟 영역을 스캔하는 방법 및 장치를 제공한다. 예를 들어, 동일한 스캔에서, 더 높은 분해능은 타겟 영역 내에서 관심있는 하나 이상의 영역에 존재하고, 더 낮은 분해능은 타겟 영역에서 다른 영역에 존재한다. 하나의 예시적인 예에서, 측정 시스템은 가간섭성 광원(coherent light source), 스캐닝 시스템 및 포커싱 시스템을 구비한다.
스캐닝 시스템은 레이저 빔을 타겟 영역으로 직행(direct)시키고 타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔의 스캔 각을 설정한다. 포커싱 시스템은 타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔의 발산을 설정한다. 타겟 영역의 스캐닝 중에 레이저 빔의 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나를 변화시키는 것은 타겟 영역 내에서 분해능을 변화시킨다.
이제 도면, 특히 도 1을 참조하면, 측정 환경(measurement environment)의 도식적인 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 측정 환경(100)은 자율적인 이동 로봇(autonomous mobile robot; 104)이 동작하는 제조 설비(manufacturing facility; 102)를 포함한다. 이 예시적인 예에서, 자율적인 이동 로봇(104)은 경로(path; 106)를 따라 이동한다. 경로(106)는 제조 설비(102)의 플로어(floor; 112) 상의 스트라이프(stripe; 108) 및 스트라이프(110)에 의해 정의된다. 스트라이프(108) 및 스트라이프(110)는 페인트(paint), 테이프(tape) 또는 제조 설비(102)를 통해 탐색하기 위해 자율적인 이동 로봇(104)에 의해 사용될 수 있는 몇몇 다른 재료를 사용하여 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 자율적인 이동 로봇(104)은 이동 플랫폼(mobile platform; 114), 로봇 아암(robotic arm; 116), 라이더 시스템(lidar system; 118) 및 컨트롤러(controller; 120)를 구비하고 있다. 이동 플랫폼(114)은 자율적인 이동 로봇(104)에 대한 운동(locomotion)을 제공한다. 로봇 아암(116)은 제조 설비(102)에서의 제조 동작(manufacturing operation)을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 라이더 시스템(118)은 자율적인 이동 로봇(104) 주위의 환경에 관한 정보를 생성한다. 컨트롤러(120)는 자율적인 이동 로봇(104)의 동작을 제어한다.
이 예시적인 예에서, 라이더 시스템(118)은 타겟 영역(target region; 122)을 스캔(scan)한다. 도시된 바와 같이, 타겟 영역(122)의 중앙부(central portion; 124)는 자율적인 이동 로봇(104)의 바로 앞이고, 자율적인 이동 로봇(104)의 운행의 방향에 있다. 주변부(peripheral portion; 126)는 중앙부(124)의 바깥쪽의 영역을 포함한다. 중앙부(124)는 타겟 영역(122)의 주변부(126)에 비해 더 높은 분해능(resolution)을 갖는다.
중앙부(124)에서의 더 높은 분해능은 컨트롤러(120)가 경로(106)를 방해하는 물체(object; 128)를 식별하는 것을 허용한다. 주변부(126)에서의 더 낮은 분해능은 자율적인 이동 로봇(104)의 바로 정면에 있어서는 안되는 물체의 존재를 검출하기에 충분하다. 이러한 방식으로, 컨트롤러(120)는 경로(106)에 있을 수 있는 물체(128)와 같은 장애물 주위의 자율적인 이동 로봇(104)을 탐색할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 측정 환경(measurement environment)의 블록도의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 측정 환경(100)은 도 2에서 블록 형태로 도시된 측정 환경(200)에 대한 하나의 구현의 예이다.
이 예시적인 예에서, 측정 환경(200)은 측정 시스템(measurement system; 202)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 측정 시스템(202)은 광원(light source; 204), 스캐닝 시스템(scanning system; 206), 포커싱 시스템(focusing system; 208), 디텍터(detector; 210) 및 컨트롤러(controller; 212)를 포함한다.
광원(204)은 실질적으로 가간섭성 광(substantially coherent light)의 빔(214)을 방출한다. 예시적인 예에서, 광원(204)은 광원(204)의 동작 중에 레이저 빔(laser beam; 216)의 형태로 실질적으로 가간섭성 광의 빔(214)을 방출한다.
하나의 예시적인 예에서, 레이저 빔(laser beam; 216)은 약 10 nm 내지 약 700 nm로부터 선택되는 파장을 가질 수 있다. 다른 파장 또는 중량(weight)의 범위는 구현에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 파장은 몇몇 구현에서는 약 250 nm 내지 약 1000 nm로 될 수 있다.
더욱이, 광원(204)은 연속적인 레이저 빔과 펄스화된 레이저 빔 중 하나로서 레이저 빔(216)을 방출한다. 레이저 빔(216)이 연속적인 레이저 빔인 경우, 레이저 빔(216)은 주파수 변조된 연속파(frequency modulated continuous wave, FMCW) 레이저 빔과 같이 변조될 수 있다.
도시된 바와 같이, 스캐닝 시스템(206)은 레이저 빔(216)을 타겟 영역(218)으로 직행(direct)시킨다. 특히, 스캐닝 시스템(206)은 레이저 빔(216)을 타겟 영역(218) 내의 위치(location; 220)로 직행시킨다.
타겟 영역(218)은 정보(222)가 요구되는 영역이다. 타겟 영역은 각종의 형상(shape)을 가질 수 있다. 예를 들어, 타겟 영역(218)은 원형, 정사각형, 직사각형, 사다리꼴(trapezoid), 타원형, 다각형, 오각형, 육각형, 마름모꼴(rhombus), 규칙적인 다각형(regular polygon, 정다각형), 불규칙한 다각형(irregular polygon), 규칙적인 형상, 불규칙한 형상 또는 몇몇 다른 적절한 형상으로부터 선택되는 형상을 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 스캐닝 시스템(206)은 타겟 영역(218)의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔(216)의 스캔 각(scan angle; 226)을 설정하도록 동작한다. 스캔 각(226)은 레이저 빔의 각도가 측정되는 기준에 대한 레이저 빔(216)의 각도이다. 레이저 빔(216)의 스캔 각(226)은 타겟 영역(218)을 향해 스캐닝 시스템(206)으로부터 측정된다.
레이저 빔(216)에 의해 도달되는 위치(220)의 각각의 위치는 위치(220)의 다른 위치에 대한 스캔 각에 비례하는 스캔 각을 갖는다. 레이저 빔(216)에 대한 스캔 각(226)은, 레이저 빔(216)이 위치(220) 중의 한 위치로부터 다른 위치로 이동하도록 변화한다.
예를 들어, 스캔 각(226)은 레이저 빔(216)을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키기 위해 1만큼 증가될 수 있다. 스캔 각(226)의 1도(degree) 증가는 스캔 각(226)의 변화의 양이다.
한 위치로부터 다른 위치로의 스캔 각(226)의 변화의 양은 타겟 영역(218)에 관한 정보(222)에 대한 각도 분해능(angular resolution; 228)의 변화에 기인하여 변화될 수 있다. 각도 분해능(228)은 다른 물체 사이에서 구별하는 능력에 대한 각도의 측정이다. 예를 들어, 각도 분해능(228)은 두 개의 동일한 타겟이 동일한 범위에서 서로 구별될 수 있는 분리의 최소 각도이다.
스캔 각(226)의 변화의 양이 증가함에 따라, 각도 분해능(228)은 감소한다. 스캔 각(226)의 변화의 양이 감소함에 따라, 각도 분해능(228)은 증가한다.
예를 들어, 스캔 각(226)의 변화는 스캔 각을 0.5도만큼 증가시킬 수 있다. 스캔 각(226)의 변화는 그 다음에는 스캔 각을 1도만큼 증가시킬 수 있다. 스캔 각에서의 1도 변화는 스캔 각(226)에서의 0.5도 변화에 비해 더 낮은 각도 분해능(226)을 야기한다.
예시적인 예에서, 포커싱 시스템(208)은 타겟 영역(218)의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔(216)의 발산(divergence; 230)을 설정한다. 레이저 빔(216)의 발산(230)을 변화시키는 것은, 정보(222)의 공간 분해능(spatial resolution; 232)을 변화시킨다. 발산(230)이 증가함에 따라, 공간 분해능(232)은 감소하고, 발산(230)이 감소함에 따라, 공간 분해능(232)은 증가한다.
공간 분해능(228)은, 세부 사항(detail)의 측정으로서, 타겟 영역(218)에 대한 정보(222)에 존재할 수 있는 다수의 화소(pixel; 233)로서 표현될 수 있다. 이 측정(measure)은 라인(line)당 화소, 인치(inch)당 도트(dot), 또는 몇몇 다른 측정일 수 있다. 도시된 바와 같이, 발산(230)은 라인당 화소 및 인치당 도트에 영향을 미친다.
디텍터(210)는 타겟 영역(218) 내의 위치(location; 220)로 직행되는 레이저 빔(216)으로의 응답(response; 234)을 검출한다. 타겟 영역(218) 내의 위치(220)까지의 거리(distance; 236)는 응답(234)을 이용하여 식별되며 정보(222)의 일부이다.
이 예시적인 예에서, 컨트롤러(212)는 광원(204), 스캐닝 시스템(206), 포커싱 시스템(208) 및 디텍터(210)와 같은 측정 시스템(202)의 동작 구성요소를 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(212)는 레이저 빔(216)에 대한 스캔 각(226) 또는 발산(230) 중 적어도 하나를 설정하기 위해 스캐닝 시스템(206) 및 포커싱 시스템(208)을 제어한다.
도시된 바와 같이, 컨트롤러(212)는 디텍터(210)와 통신한다. 컨트롤러(212)는 디텍터(210)에 의해 검출된 응답(234)에 기초하여 타겟 영역(218)에 관한 정보(222)를 식별한다.
예를 들어, 컨트롤러(212)는 위치(220)까지의 거리(236)를 식별할 수 있다. 타겟 영역(218) 내의 위치(220)까지의 거리(236)는 또한 비행 시간(time-of-flight, TOF), 응답(234)의 강도, 또는 응답(234)을 이용하는 다른 정보 중 적어도 하나를 이용하여 식별될 수 있다.
타겟 영역(218)의 스캔으로부터의 거리(236)는 이미지(image; 238)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이미지(238) 내의 화소(pixel; 233)는 위치(220)에 해당한다.
도시된 바와 같이, 이미지(238)가 스캐닝하는 타겟 영역(218)으로부터 생성될 수 있는 레이트는 프레임 레이트(frame rate)로서 측정된다. 프레임 레이트는 초당 프레임(frames per second, FPS)으로 될 수 있다.
타겟 영역(218)의 스캐닝 중에 스캔 각(226)의 변화의 양 또는 발산(230)을 변화시키는 것은 타겟 영역(218) 내의 분해능(240)을 변화시킨다. 분해능(240)은 각도 분해능(228) 또는 공간 분해능(232) 중 적어도 하나를 포함한다. 스캔 각(226)의 변화의 양 및 각도 분해능(228) 중 적어도 하나를 변화시킴으로써, 다른 분해능이 타겟 영역(218)에 대해 존재할 수 있다. 그 결과, 다른 분해능이 이미지(238) 내에 존재할 수 있다.
더 높고 더 낮은 분해능은, 레이저 빔(216)이 방출되는 레이트가 타겟 영역(218)에 대한 프레임 레이트를 제한하는 경우에 소망하는 프레임 레이트를 유지하기 위해 타겟 영역(218) 내에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 광원(204)은 최대로 초당 1000 펄스를 방출할 수 있다. 이러한 방출의 레이트에 의해, 광원(204)은 초당 1 프레임의 프레임 레이트로 타겟 영역(218)의 스캔에 있어서 1000 위치를 포함할 수 있다.
타겟 영역(218)에 대한 1000 위치가 선택된 발산 및 스캔 각(226)의 변화의 양에서 소망하는 커버리지에 불충분하면, 추가적인 위치가 위치(220)에 부가될 수 있다. 그렇지만, 위치(220)에 부가하는 것은 프레임 레이트를 감소시킨다.
측정 시스템(202)에 있어서는, 스캐닝 시스템(206)은 타겟 영역(218)의 스캐닝 중에 레이저 빔(216)의 스캔 각(226)의 변화의 양 또는 발산(230) 중 적어도 하나를 변화시키기 위해 레이저 빔(216)의 스캔 각(226) 및 포커싱 시스템(208)을 제어한다. 타겟 영역(218)을 스캐닝하는 동안에 레이저 빔(216)의 스캔 각(226)의 변화의 양 또는 발산(230) 중 적어도 하나를 변화시키는 것은 분해능(240)을 변화시킨다. 도시된 바와 같이, 분해능(240)은 각도 분해능(228) 또는 공간 분해능(232) 중 적어도 하나를 포함한다.
타겟 영역(218)의 스캐닝 중의 분해능(240)의 변화는 레이저 빔(216)이 위치(220)의 수를 증가시키지 않고 위치(220)로 직행되는 것을 허용할 수 있다. 이 변화는 또한, 프레임 레이트를 감소시키는 일없이 위치(220)의 스캐닝을 허용할 수 있다.
컨트롤러(212)는 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어 또는 그 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어가 사용되는 경우, 컨트롤러(212)에 의해 수행되는 동작은, 예를 들어 프로세서 유닛(processor unit)과 같은 하드웨어에서 실행되도록 구성된 프로그램 코드(program code)로 구현될 수 있다. 펌웨어가 사용되는 경우, 컨트롤러(212)에 의해 수행되는 동작은 프로그램 코드 및 데이터로 구현되고 프로세서 유닛에서 실행되도록 영구 메모리에 저장될 수 있다. 하드웨어가 사용되는 경우, 하드웨어는 컨트롤러(212)에서의 동작을 수행하도록 동작하는 회로를 포함할 수 있다.
예시적인 예에서, 하드웨어는 회로 시스템, 집적 회로, 응용 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC), 프로그래머블 로직 디바이스(programmable logic device, 프로그램 가능 논리 장치), 또는 다수의 동작을 수행하도록 구성된 몇몇 다른 적절한 타입의 하드웨어의 형태를 취할 수 있다. 프로그래머블 로직 디바이스에 있어서는, 이 디바이스는 다수의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 이 디바이스는 나중에 재구성될 수 있거나 또는 영구적으로 다수의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로그래머블 로직 디바이스는, 예를 들어 프로그래머블 로직 어레이(programmable logic array), 프로그래머블 어레이 로직(programmable array logic), 필드 프로그래머블 로직 어레이(field programmable logic array), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array), 및 다른 적절한 하드웨어 장치를 포함한다. 추가적으로, 프로세스는 무기 구성요소와 통합된 유기 구성요소로 구현될 수 있고, 전체적으로 인간을 제외한 유기 구성요소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세스는 유기 반도체의 회로로서 구현될 수 있다.
따라서, 측정 시스템(202)은 가변 분해능 광 레이더 시스템(variable resolution light radar (lidar) system)으로서 동작한다. 예시적인 예에서, 측정 시스템(202)은 플랫폼(242)과 연결될 수 있다. 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 "연결(associated)"될 때, 이 연결은 물리적인 연결이다. 예를 들어, 제1 구성요소인 측정 시스템(202)은, 제2 구성요소에 부착, 제2 구성요소에 접합, 제2 구성요소에 장착, 제2 구성요소에 용접, 제2 구성요소에 고정, 또는 몇몇 다른 적절한 방식으로 제2 구성요소에 접속되는 것 중 적어도 하나에 의해, 제2 구성요소인 플랫폼(242)과 물리적으로 연결된 것으로 간주될 수 있다. 제1 구성요소는 또한 제3 구성요소를 이용하여 제1 구성요소에 접속될 수 있다. 제1 구성요소는 또한, 제2 구성요소의 일부, 제2 구성요소의 확장(extension), 또는 양쪽 모두로서 형성되는 것에 의해 제2 구성요소와 물리적으로 연결된 것으로 간주될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 플랫폼(242)은 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 플랫폼(242)은 이동 플랫폼, 고정 플랫폼, 육상 기반 구조(land-based structure), 수생 기반 구조(aquatic-based structure), 공간 기반 구조(space-based structure), 자율적인 이동 로봇, 차량, 자율 주행 차(self-driving car), 항공기, 무인 항공기(unmanned aerial vehicle), 표면 선박(surface ship), 탱크, 개인용 캐리어, 우주선, 우주 정거장, 핸드헬드 장치(handheld device, 휴대용 장치), 착용 가능한 장치, 위성, 또는 몇몇 다른 적절한 플랫폼 중 하나로부터 선택될 수 있다.
플랫폼(242)이 이동 로봇인 경우, 타겟 영역(218)은 이동 로봇의 운행의 방향에 있을 수 있다. 도시된 바와 같이, 컨트롤러(212)는 또한 플랫폼(242)의 동작을 제어할 수 있다. 정보(222)는 장애물을 회피하면서 목적지 위치에 도달하도록 이동 로봇의 움직임(movement)을 제어하기 위해 컨트롤러(212)에 의해 사용될 수 있다.
다른 예에서, 타겟 영역(218)은 피가공물(work piece)이 위치되어 있는 곳일 수 있다. 정보(222)는, 구멍을 뚫는 것, 실란트(sealant)를 도포하는 것, 패스너(fastener)를 설치하는 것, 또는 몇몇 다른 적절한 동작과 같은 피가공물에서의 제조 동작을 수행하기 위해 이동 로봇에 의해 사용될 수 있다.
또 다른 예에서, 플랫폼(242)은 자율 주행 차일 수 있고, 타겟 영역(218)은 자율 주행 차 전방의 도로(road)일 수 있다. 정보(222)는 도로 및 출구의 위치의 다른 자동차와 같은 장애물, 도로의 측면으로의 표지판 및 다른 물체를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 거리에 관한 정보(222)에 있어서는, 자율 주행 차는 목적지까지 탐색하거나, 도로의 차선에서 자율 주행 차의 위치를 유지하거나, 또는 몇몇 다른 동작을 수행할 수 있다.
따라서, 예시적인 예는, 소망하는 분해능으로 타겟 영역에 관한 정보를 얻는 것에 따른 기술적인 문제에 대해 하나 이상의 기술적인 해결책을 제공한다. 타겟 영역 내의 분해능을 변화시킴으로써, 더 높은 분해능이 타겟 영역에서 흥미있는 하나 이상의 부분에 대해 얻어질 수 있다. 더 낮은 분해능은 타겟 영역의 다른 부분에 사용될 수 있다. 결과적으로, 하나 이상의 기술적인 해결책의 기술적인 효과는, 광원이 타겟 영역의 전부가 더 높은 분해능에서 스캔될 때의 레이트를 제한하는 경우에 타겟 영역의 스캔이 수행될 수 있는 레이트를 유지하는 능력이다.
다음으로 도 3을 참조하면, 포커싱 시스템의 블록도의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 예시적인 예에서는, 동일한 참조번호가 하나 이상의 도면에서 사용될 수 있다. 다른 도면에서의 참조번호의 이러한 재사용은 서로 다른 도면에서 동일한 요소를 나타낸다. 예시적인 예에서, 포커싱 시스템(208)은 다수의 다른 구성을 가질 수 있다.
예를 들어, 포커싱 시스템(208)은 광축(304)에 정렬(align)된 제1 렌즈(300)와 제2 렌즈(302)로 구성될 수 있다. 제1 렌즈(300)와 제2 렌즈(302)는 가변 초점 렌즈 시스템(variable focus lens system)을 형성한다. 광축(304)은 제1 렌즈(300)와 제2 렌즈(302)를 통해 중심으로 연장된다.
도시된 바와 같이, 제2 렌즈(302)는 제1 렌즈(300)에 관하여 광축(304) 상에서 이동 가능하다. 이 도시된 예에서, 제2 렌즈(302)는 수렴 렌즈(convergent lens) 및 발산 렌즈(divergence lens) 중 하나로부터 선택된다.
레이저 빔(216)은 광축(304)을 따라 제1 렌즈(300)를 통과한다. 레이저 빔(216)은 제1 렌즈(300)를 통과한 후, 제2 렌즈(302)를 통과한다. 레이저 빔(216)의 발산(230)은 제1 렌즈(300)에 관하여 광축(304)을 따라 제2 렌즈(302)를 이동시킴으로써 변화된다.
다른 예시적인 예에서, 포커싱 시스템(208)은 제1 렌즈(300)와 제2 렌즈(302)에 더하여 또는 그 대신에 발산 렌즈(306)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 발산 렌즈(306)는 발산 렌즈(306)의 다른 섹션(section; 310)에서 다른 발산의 레벨(308)을 갖는다.
타겟 영역(218) 내의 위치에 대한 레이저 빔(216)의 발산(230)은 발산 렌즈(306)의 다른 섹션(310) 중 어느 섹션을 레이저 빔(216)이 통과하는가에 기초하여 설정된다. 예를 들어, 포커싱 시스템(208)은, 레이저 빔(216)의 발산(230)이 도 2의 타겟 영역(218) 내의 위치(220)로 직행되는 레이저 빔(216)에 더하여 변화하도록, 발산 렌즈(306)의 다른 섹션(310)으로 직행한다. 바꾸어 말하면, 레이저 빔(216)은, 발산 렌즈(306)의 어느 섹션을 레이저 빔(216)이 통과하는가에 기초하여 레이저 빔(216)의 발산(230)이 변화하도록, 발산 렌즈(306)의 다른 섹션(310)을 통과할 수 있다.
발산 렌즈(306)는 다른 타입의 렌즈를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 발산 렌즈(306)는 구면 렌즈(spherical lens), 원통형 렌즈(cylindrical lens), 비구면 렌즈(aspherical lens), 또는 몇몇 다른 적합한 타입의 렌즈 중 하나로부터 선택될 수 있다.
다음에 도 4를 참조하면, 스캐닝 시스템의 블록도의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 예시적인 예에서, 스캐닝 시스템(206)은 다수의 다른 구성을 가질 수 있다.
하나의 예시적인 예에서, 스캐닝 시스템(206)은 다수의 축(402)에 관하여 이동 가능한 다수의 미러(mirror; 400)를 구비한다. 본원에 사용된 바와 같이, 항목과 함께 참조로 사용될 때, "다수의(number of)"는 하나 이상의 항목을 의미한다. 예를 들어, 다수의 미러(400)는 하나 이상의 미러(400)이다.
하나의 예시적인 예에서, 다수의 미러(400)는 제1 축(406)과 제2 축(408)에 대하여 회전하는 미러(404)일 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 빔(216)은 타겟 영역(218) 내의 위치(220)를 스캔하도록 직행될 수 있다.
다른 예시적인 예에서, 미러(404)는 제1 미러(410)이고 스캐닝 시스템(206)은 제2 미러(412)를 포함한다. 제1 미러(410)는 제1 축(406)에 대하여 회전하고 제2 미러는 제2 축(408)에 대하여 회전한다.
또 다른 예시적인 예에서, 스캐닝 시스템(206)은 도브 프리즘(dove prism; 414)을 포함한다. 도브 프리즘(414)은 제2 미러(412) 대신에 사용될 수 있고, 레이저 빔(216)을 직행시키도록 제2 축(408)에 대하여 회전한다.
도 2∼도 4에서의 측정 환경(200) 및 다른 구성요소의 도면은 예시적인 실시예가 구현될 수 있는 방식으로 물리적 또는 구조적 제한을 내포하는 것은 아니다. 도시된 것들에 더하여 또는 그 대신에 다른 구성요소가 사용될 수도 있다. 몇몇 구성요소는 불필요할 수도 있다. 또한, 블록은 몇몇 기능적인 구성요소를 설명하기 위해 제시된다. 이들 블록 중 하나 이상은 예시적인 실시예에서 구현될 때 다른 블록에 결합되거나, 분할되거나, 또는 결합 및 분할될 수 있다.
예를 들어, 측정 시스템(202)은 또한 전원 공급장치 또는 전원 공급장치로의 접속을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 컨트롤러(212)는 측정 시스템(202)으로부터 별도의 구성요소로서 나타내어져 있다.
몇몇 예시적인 예에서, 컨트롤러(212)는 측정 시스템(202)의 일부일 수 있다. 더욱이, 컨트롤러(212)는 하나 이상의 물리적인 위치에 분포될 수도 있다. 예를 들어, 컨트롤러(212)의 제1 부분은 측정 시스템(202)에 위치되어 측정 시스템(202)을 제어할 수 있는 반면에, 컨트롤러(212)의 제2 부분은 측정 시스템(202)의 외부 및 플랫폼(242)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(212)의 제2 부분은 플랫폼(242)에 연결되거나 또는 측정 시스템(202)과 플랫폼(242)에 대해 원격 위치에 있을 수 있다.
다른 예로서, 도 3의 포커싱 시스템(208)은 또한 광축(304)을 따라 제2 렌즈(302)를 이동시키기 위해 모터 또는 액츄에이터 시스템을 포함할 수도 있다. 추가적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 스캐닝 시스템(206)은 또한 제1 미러(410), 제2 미러(412) 및 도브 프리즘(418)을 회전시키는 모터 시스템을 포함할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 측정 시스템의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 측정 시스템(500)은 도 2에 블록 형태로 도시된 측정 시스템(202)의 구현의 일례이다.
도시된 바와 같이, 측정 시스템(500)은 레이저(502), 포커싱 시스템(504), 스캐닝 시스템(506) 및 디텍터(508)를 포함한다. 레이저(502)는 광원(204)의 일례이고; 포커싱 시스템(504)은 포커싱 시스템(208)의 일례이며; 스캐닝 시스템(506)은 스캐닝 시스템(206)의 일례이고; 디텍터(508)는 디텍터(210)의 일례이다.
이 예시적인 예에서, 포커싱 시스템(504)은 제1 렌즈(510)와 제2 렌즈(512)를 포함한다. 제1 렌즈(510) 및 제2 렌즈(512)는 광축(514)에 배치되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1 렌즈(510)는 고정되어 있고, 제2 렌즈(512)는 화살표(515)의 방향으로 광축(514)을 따라 이동 가능하다.
도시된 바와 같이, 스캐닝 시스템(506)은 스캐닝 미러(516)를 포함한다. 이 예시적인 예에서, 스캐닝 미러(516)는 두 축에 대하여 회전 가능하다.
디텍터(508)는 다수의 다른 구성요소를 포함한다. 도시된 바와 같이, 디텍터(508)는 일방향 미러(one-way mirror; 518) 및 포토디텍터 유닛(photodetector unit; 520)을 포함한다.
동작 중에, 레이저(502)는 펄스로 레이저 빔(522)을 방출한다. 레이저 빔(522)에 대한 펄스는 일방향 미러(518)를 통해 진행(travel)하고 그 다음에 경로(519) 상의 제1 렌즈(510) 및 제2 렌즈(512)를 통해 진행한다. 제2 렌즈(512)는 레이저 빔(522)의 발산을 변화시키기 위해 이동될 수 있다.
그 후, 레이저 빔(522)은 스캐닝 미러(516)에 도달한다. 스캐닝 미러(516)는 경로(519) 상의 타겟 영역(524)으로 레이저 빔(522)을 직행시키기 위해 회전한다. 도시된 바와 같이, 타겟 영역(524)은 직사각형 형상을 갖는다. 타겟 영역(524) 내의 위치(526) 중 다른 위치는, 스캐닝 미러(516)의 회전을 통해 레이저 빔(522)의 스캔 각을 변화시킴으로써, 레이저 빔(522)에 의해 도달된다.
레이저(502)는, 레이저 빔(522)에 대한 각각의 펄스가 위치(526) 중 다른 위치에 도달하도록 타임 펄스(time pulse)로 제어된다. 레이저 빔(522)의 스캔 각을 변화시키는 것은, 타겟 영역(524)의 스캔 중에 위치(526) 중 다른 위치에 도달하도록 경로(519)를 변화시킬 수 있다.
이 예시적인 예에서, 위치(526) 및 타겟 영역(524)은 스캐닝 미러(516)로 복귀하는 응답(도시하지 않음)과 더불어 레이저 빔(522)에 의해 스캔되고 제1 렌즈(510)와 제2 렌즈(512)를 통해 경로(519)를 따라 일방향 미러(518)로 직행된다. 일방향 미러(518)는 포토디텍터 유닛(520)에 대한 응답을 직행시킨다.
도시된 바와 같이, 타겟 영역(524)의 단일 스캔(single scan)은 타겟 영역(524)에 관한 거리 정보를 얻기 위해 수행될 수 있다. 더욱이, 각 위치 사이의 (각도의 단위인) 도(degree, DEG)의 변화의 양 또는 크기는 타겟 영역(524)의 스캔 중에 스캐닝 미러(516)에 의해 변화될 수 있다.
이 변화는, 타겟 영역(524)으로 경로(519)를 변화시키는 각도 분해능을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 타겟 영역(524)의 단일 스캔으로부터의 정보는 타겟 영역(524)의 단일 스캔으로부터의 하나의 프레임인 이미지를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
추가적으로, 레이저 빔(522)의 발산은 타겟 영역(524)의 스캐닝 중에 변화될 수 있다. 이 변화는, 제1 렌즈(510)에 대하여 제2 렌즈(512)를 이동시킴으로써 형성될 수 있다. 레이저 빔(522)의 발산을 변화시키는 것은, 포커싱 시스템(504)으로부터 특정 거리에서의 레이저 빔(502)의 직경을 변화시킨다. 발산의 변화는 공간 분해능을 변화시킨다. 본 명세서의 예시적인 예에서, 레이저 빔(522)의 스캔 각의 변화 또는 발산 중 적어도 하나는, 타겟 영역(524) 내의 위치(526) 중 한 위치로부터 다른 위치로의 스캔 각에서의 도의 수의 변화가 발산에 대한 도의 수와 거의 동일하게 되도록, 설정된다.
도시된 바와 같이, 타겟 영역(524) 내의 위치(526)의 각각의 위치는 측정 시스템(500)으로부터 특정 거리에서의 빔 직경을 나타낸다. 빔 직경은 포커싱 시스템(504)에 의해 제어되는 바와 같이 레이저 빔(522)의 발산에 의해 설정된다. 이 예에서 나타낸 바와 같이, 스캔 각에서의 변화의 크기가 증가할 때, 레이저 빔(522)의 직경도 또한 증가하도록 레이저 빔(522)의 발산도 또한 증가한다. 바꾸어 말하면, 발산의 변화는 스캔 각의 변화에 기초를 두고 있다.
이와 같이, 레이저 빔(522)의 직경은, 물체가 타겟 영역(524)의 사각 지대에서 빔 직경 사이에 위치될 수 있는 가능성(possibility)을 감소시키는 방식으로 타겟 영역(524)을 커버하도록 제어될 수 있다. 타겟 영역(524) 내의 위치(526)에 대한 분해능은 타겟 영역(524)의 동일한 스캔으로 변화될 수 있다.
도시된 바와 같이, 타겟 영역(524) 내의 위치(526)는 타겟 영역(524)의 섹션(528) 내에서 가장 높은 스캐닝 밀도를 갖는다. 바꾸어 말하면, 위치(526)의 밀도가 가장 높고 레이저 빔(522)의 직경은 이 섹션에서 가장 작다. 섹션(528)은 타겟 영역(524)에서 가장 높은 분해능을 갖는다. 레이저 빔(522)의 스캔 각의 변화의 양 및 발산은 타겟 영역(524)의 다른 부분과 비교하여 섹션(528)에서의 위치(526)에 대해 가장 작다.
섹션(530) 및 섹션(532)에서의 위치(526)는 스캔 각에서의 변화의 다음의 가장 작은 양 및 레이저 빔(522)의 발산의 다음의 가장 작은 양을 갖는다. 섹션(530) 및 섹션(532)에서의 위치(526)의 밀도는 섹션(528)보다 작다. 더욱이, 섹션(530) 및 섹션(532)의 분해능은 섹션(528)보다 낮다.
이 예시적인 예에서, 섹션(534) 및 섹션(536)에서의 위치(526)는 섹션(530) 및 섹션(532)에서의 위치(526)에 비해 스캔 각에서의 더 큰 변화 및 더 큰 발산을 갖는다. 섹션(534) 및 섹션(536)은 섹션(530) 및 섹션(532)보다 더 낮은 분해능을 갖는다.
도시된 바와 같이, 섹션(538) 및 섹션(540)에서의 위치(526)는 레이저 빔(522)의 스캔 각의 가장 큰 변화 및 가장 큰 발산을 갖는다. 그 결과, 섹션(538) 및 섹션(540)은 타겟 영역(524)에서 가장 낮은 분해능을 갖는다.
이러한 방식으로, 위치(526)로부터의 레이저 빔(522)에 대한 응답은, 섹션(528)에서 나타낸 스캔 각 및 발산을 이용하여 스캔을 수행하는 것에 비해 더 낮은 수의 위치(526)를 이용하여 타겟 영역(524) 내에서 커버리지의 소망하는 레벨을 제공할 수 있다. 바꾸어 말하면, 레이저 빔(522)의 더 적은 수의 방출은, 위치(526)의 밀도가 타겟 영역(524)에 걸쳐 섹션(528)에서와 동일한 경우의 레이저 빔(522)의 더 많은 방출을 이용하는 것에 비해 실질적으로 타겟 영역(524)을 커버하기 위해 사용될 수 있다.
타겟 영역(524)에 걸쳐 더 높은 밀도 스캐닝을 이용함으로써, 고분해능 정보가 얻어질 수 있다. 그렇지만, 레이저(502)가 레이저 빔(522)의 펄스를 방출할 수 있는 속도에 의존해서 더 낮은 프레임 레이트가 발생할 수 있다.
섹션(528) 바깥쪽의 영역에서 레이저 빔(522)의 더 큰 발산과 더불어 더 낮은 밀도 스캐닝을 이용함으로써, 타겟 영역(524)을 스캔하는 데 필요한 레이저(502)에 의해 레이저 빔(522)의 방출의 횟수를 줄이면서 타겟 영역(524)은 소망하는 방식으로 커버될 수 있다. 그 결과, 타겟 영역(524)에 걸쳐 더 높은 분해능을 유지하는 것에 비해 프레임 레이트의 감소가 회피될 수 있다.
더 높고 더 낮은 분해능을 갖기 위해 타겟 영역(524)의 섹션은, 타겟 영역(524)을 스캐닝하기 위한 특별한 이유에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 물체에 대한 지구의 지평선을 스캐닝할 때, 섹션(528)은 지평선에 위치될 수 있다. 더 높은 분해능은 물체를 검출 및 식별하는 것을 허용할 수 있다. 섹션(528)으로부터 더 멀리 떨어진 더 낮은 분해능은, 어떤 물체가 타겟 영역(524)에 있는가를 식별하는 일없이 물체의 존재나 이동을 식별할 수 있다. 다른 예로서, 고분해능을 위해 선택된 타겟 영역(524)의 섹션은 도로나 경로에 대한 것일 수 있다.
도 6을 참조하면, 측정 시스템의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 측정 시스템(500)은 도 2에서 블록 형태로 도시된 측정 시스템(202)의 구현의 다른 예이다.
이 예에서, 스캐닝 시스템(504)은 또한 렌즈(600)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 렌즈(600)는 스캐닝 미러(516)에 의해 레이저 빔(522)의 굴절(deflection, 편향)을 증가 또는 감소시키기 위해 이 예시적인 예에서 사용된다.
이 예에서, 레이저 빔(522)은 타겟 영역(603) 내의 위치(602)로 직행된다. 도시된 바와 같이, 타겟 영역(603)은 도 5에서의 타겟 영역(524)의 직사각형 형상과 비교하여 원형 형상을 갖는다. 이 예에서, 스캔 밀도는 타겟 영역(603)의 중심(604)으로부터 감소한다.
도시된 바와 같이, 섹션(605)은 위치(602)의 가장 높은 밀도와 더불어 가장 높은 스캔 밀도를 갖는다. 레이저 빔(522)의 스캔 각의 변화 및 발산(diversion)은 섹션(605)에서 가장 작다. 이 섹션은 타겟 영역(603)에서 가장 높은 분해능을 갖는다.
섹션(606)은 섹션(605)과 비교하여 위치(602)의 더 낮은 밀도를 갖는다. 이 섹션의 분해능은 타겟 영역(603)에서 다음으로 가장 높은 것이다. 섹션(608)은 섹션(606)과 비교하여 위치(602)의 더 낮은 밀도를 갖는다. 바꾸어 말하면, 스캔 각의 변화 및 발산은 섹션(606)에 비해 더 크다.
섹션(610)은 섹션(608)보다 더 낮은 스캔 밀도를 갖는다. 섹션(610)의 분해능은 섹션(608)에서보다 더 낮다. 섹션(610)은 가장 낮은 스캔 밀도 및 타겟 영역(603) 내의 위치(602)의 가장 낮은 밀도를 갖는다.
이제 도 7을 참조하면, 측정 시스템의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 측정 시스템(500)은 도 2에서 블록 형태로 도시된 측정 시스템(202)의 구현의 또 다른 예이다.
이 예에서, 스캐닝 시스템(504)은 또한 도브 프리즘(700)을 포함한다. 도브 프리즘(700)은 하나의 축에 대하여 회전한다. 도시된 바와 같이, 스캐닝 미러(516)는 두 개의 축 대신에 대략 하나의 축에 대하여 회전한다. 이 예시적인 예에서, 도브 프리즘(700)은 스캐닝 미러(516)와 다른 축에서 회전한다.
도브 프리즘(700)의 회전은, 레이저 빔(522)이 타겟 영역(603)에서 원형 패턴으로 방출되도록 한다. 스캐닝 미러(516)의 회전의 변화는, 레이저 빔(522)의 스캔 각이 타겟 영역(603)의 중심(604)으로부터 반경 방향으로 변화하도록 한다.
도 8을 참조하면, 측정 시스템의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서, 측정 시스템(500)은 도 2에서 블록 형태로 도시된 측정 시스템(202)의 구현의 다른 예이다.
이 예시적인 예에서, 렌즈(800) 및 발산 렌즈(802)는 스캐닝 시스템(506)의 일부이다. 렌즈(800) 및 발산 렌즈(802)는 또한 포커싱 시스템(504)의 일부이다.
스캐닝 미러(516)는 발산 렌즈(802)의 다른 섹션을 통해 레이저 빔(522)을 직행시키기 위해 두 축에서 회전한다. 발산 렌즈는 발산 렌즈(802)의 다른 섹션에서 다른 발산의 레벨을 갖는다.
그 결과, 레이저 빔(522)의 발산은, 레이저 빔(522)이 발산 렌즈(802)를 통과하는 특정 섹션에 기초하여 설정될 수 있다. 더욱이, 발산 렌즈(802)의 다른 섹션은 또한 타겟 영역(603) 내의 위치(602) 중 하나로 레이저 빔(522)을 직행시키기 위해 레이저 빔(522)을 편향시킨다.
따라서, 타겟 영역(603) 내의 위치(602)에 대해 나타낸 바와 같은 다른 스캐닝 밀도가, 레이저 빔(522)이 발산 렌즈(802)를 통과하는 특정 섹션에 기초하여 얻어질 수 있다. 예를 들어, 발산 렌즈(802)의 중심은 발산 렌즈(802)의 주변부에 비해 더 낮은 발산을 갖는다.
도 5∼도 8에서의 측정 시스템(500)에 대한 다른 구성의 도면은 도 2에서 블록 형태로 도시된 측정 시스템(202)의 구현의 예로서 도시되고 측정 시스템(500)이 다른 예에서 구현될 수 있는 방식을 제한하는 것은 아니다. 예를 들어, 렌즈(800)는 측정 시스템(500)의 다른 예에서는 생략될 수 있다. 또 다른 예시적인 예에서, 타겟 영역은 타겟 영역(524)에 대한 직사각형 형상 및 타겟 영역(603)에 대한 원형 형상 이외의 다른 형상을 취할 수도 있다. 타겟 영역의 형상은, 예를 들어 불규칙한 형상, 사각형, 오각형, 또는 몇몇 다른 적절한 형상일 수 있다.
추가적으로, 다른 분해능에 대한 섹션의 다른 구성이 타겟 영역(524) 및 타겟 영역(603)에 대해 나타낸 것에 더하여 또는 그 대신에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 타겟 영역은 레이저 빔(522)의 스캔 각의 변화 및 발산이 가장 작은 두 개의 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 가장 높은 분해능을 갖는 두 개의 접경하지 않는 영역(noncontiguous area)이 타겟 영역에 존재할 수 있다.
또 다른 예시적인 예에서, 형상, 크기 및 선택된 분해능을 갖는 섹션은 한 스캔으로부터 다른 스캔으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 가장 높은 분해능은 원형 타겟 영역의 중심일 수 있다. 물체의 이동이 타겟 영역의 주변에서 식별되는 경우, 스캔 각에서의 변화 및 발산은 스캔 각에서의 가장 작은 변화 및 발산이 물체의 움직임이 검출된 주변에 위치되도록 할 수 있다.
이러한 방식으로, 분해능은 타겟 영역의 한 스캔으로부터 다른 스캔으로 동적으로 변경될 수 있다. 추가적으로, 타겟 영역 자체는 또한 다른 형상 또는 다른 크기 중 적어도 하나를 갖도록 변경될 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 타겟 영역을 스캐닝하기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 도 9에 도시된 프로세스는 도 2에서의 측정 환경(200)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세스는 도 2에서의 타겟 영역(218)을 스캔하기 위해 측정 시스템(202)에서 구현될 수 있다.
프로세스는, 타겟 영역의 스캐닝 중에 레이저 빔의 발산을 설정함으로써 시작된다(동작 900). 동작 900에서 발산을 설정하는 것은, 발산 없음(no divergence), 양의 발산(positive divergence), 또는 음의 발산(negative divergence)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 레이저 빔의 직경은 레이저 빔이 타겟 영역에 도달할 때를 위해 제어될 수 있다. 이 예시적인 예에서, 타겟 영역은 측정 시스템으로부터 멀리 떨어진 선택된 거리에 있는 영역일 수 있다.
프로세스는, 레이저 빔을 스캔 각에서 타겟 영역 내의 다른 위치로 직행시킨다(동작 902). 프로세스는, 레이저 빔이 다른 위치로 직행되는 동안 레이저 빔의 스캔 각을 설정한다(동작 904). 동작 904에서, 스캔 각은 레이저 빔의 각각의 펄스에 대해 변경된다.
타겟 영역의 스캐닝 중에 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나를 변화시키는 것은, 타겟 영역에 대한 분해능을 변화시킨다. 스캔 각과 발산에서의 변화의 양은, 발산이 스캔 각의 변화의 양에 기초를 두고 있거나, 또는 스캔 각의 변화의 양이 발산에 기초를 두고 있도록 설정된다. 예시적인 예에서, 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나는, 스캔 각의 도(degree, DEG)의 수의 변화가 발산에 대한 도의 수와 거의 같아지도록 설정된다.
이 예시적인 예에서, 동작 900, 동작 902 및 동작 904는 임의의 특정 순서를 나타내지 않는다. 이들 동작은 실질적으로 동일한 시간에 수행될 수도 있다. 추가적으로, 동작들 중 일부는 다른 동작과 실질적으로 같은 시간, 다른 동작 전이나 후, 또는 일부 다른 순서로 수행될 수 있다.
프로세스는, 타겟 영역 내의 다른 위치로 직행되는 레이저 빔에 대한 응답을 검출하고(동작 906), 프로세스는 이후에 종료된다. 이들 동작은 타겟 영역의 단일 스캔(single scan)을 형성한다. 다른 동작은 타겟 영역의 추가적인 스캔을 수행하기 위해 반복될 수 있다.
동작 906에서 검출된 응답은 다수의 동작을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이 다수의 동작은, 타겟 영역의 이미지를 생성하는 것, 타겟 영역에서 물체까지의 거리를 식별하는 것, 타겟 영역에서 물체를 식별하는 것, 플랫폼의 움직임을 제어하는 것, 타겟 영역에서 검출된 물체를 조작하는 것, 또는 몇몇 다른 적절한 동작 중 적어도 하나로부터 선택된다.
이제 도 10을 참조하면, 타겟 영역을 스캐닝하는 것으로부터 정보를 생성하기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 도 10에 도시된 프로세스는 측정 환경(200)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 다른 동작은 컨트롤러(212)에서 구현될 수 있다. 다른 예시적인 예에서는, 컴퓨터 또는 다른 데이터 처리 시스템이 측정 시스템으로부터 정보를 수신하고 정보를 처리할 수 있다.
프로세스는, 타겟 영역을 스캔함으로써 시작된다(동작 1000). 동작 1000은 타겟 영역에 관한 정보를 생성하기 위해 도 9에 기재된 다른 동작들을 이용하여 구현될 수 있다. 이 예시적인 예에서, 1000의 동작은 타겟 영역의 이미지에서 이용될 수 있는 정보를 생성하기 위해 수행된다.
그 다음에, 프로세스는 측정 시스템 내의 디텍터에 의해 수신된 응답으로부터 타겟 영역 내의 위치까지의 거리를 식별한다(동작 1002). 동작 1002에서, 프로세스는 응답을 생성하는 레이저 빔이 방출된 때의 시간으로부터 응답이 수신된 때의 시간에 기초해서 비행 시간(time-of-flight, TOF)을 식별할 수 있다. 추가적으로, 응답의 강도가 또한 거리를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이들 거리는 응답으로부터 유도된 타겟 영역에 관한 정보이다.
그 다음에, 프로세스는 거리 정보를 이용하여 다수의 이미지용의 이미지를 생성하고(동작 1004), 프로세스는 다음에 동작 1000으로 돌아간다. 동작 1004에서, 식별된 각각의 거리는 타겟 영역 내의 위치에 대응하는 화소(pixel)를 형성한다. 이미지는 이미지의 다른 부분에서 다른 분해능을 가질 수 있다. 이 이미지는 또한 응답으로부터 생성되는 정보로 간주된다.
다음으로 도 11을 참조하면, 플랫폼을 동작시키기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 도 11에 도시된 프로세스는 측정 환경(200)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 이 프로세스는 측정 시스템(202)을 이용하여 플랫폼(242)에서 구현될 수 있다. 컨트롤러(212)는 또한 플랫폼(242)의 동작을 제어할 수 있고, 이 플로우차트에 도시된 다른 동작들을 수행할 수 있다. 다른 예시적인 예에서는, 플랫폼의 동작을 제어하기 위해 존재하는 별도의 컨트롤러 또는 다른 타입의 장치가 이러한 동작들을 수행할 수 있다.
프로세스는, 타겟 영역의 이미지 내의 다수의 물체를 식별함으로써 시작된다(동작 1100). 그 다음에, 프로세스는 이미지 내에서의 다수의 물체의 식별 및 다수의 물체까지의 거리에 기초해서 플랫폼의 동작을 제어하고(동작 1102), 프로세스는 이후에 종료된다.
예를 들어, 플랫폼이 제조 설비의 이동 로봇일 때, 동작은 목적지까지의 로봇의 탐색(navigation)을 제어하거나, 피가공물인 패스너에 구멍을 뚫거나, 그 부분을 점검하거나, 또는 몇몇 다른 적절한 동작을 수행할 수 있다. 다른 예로서, 플랫폼이 자율 주행 차일 때, 다른 차로부터의 거리를 유지하거나, 레인(lane)을 바꾸거나, 또는 몇몇 다른 적절한 동작을 수행할 수 있다.
도 12를 참조하면, 측정 시스템에 대한 구성요소를 선택하기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 도 12에 도시된 프로세스는 도 2∼도 4에서의 스캐닝 시스템(206) 및 포커싱 시스템(208) 내의 구성요소에 대한 파라미터를 식별하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 이 프로세스는 구형 렌즈가 포커싱 시스템(208)에서 사용될 때의 파라미터를 식별하는데 이용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 이 프로세스는 구형 렌즈를 이용하여 구현된 제1 렌즈(300)와 제2 렌즈(302)를 포함하는 포커싱 시스템(208)에 의해 사용될 수 있다.
프로세스는, 측정 시스템의 출력에 대해 요구되는 2차원 각도 패턴(two-dimensional angular pattern)을 식별함으로써 시작된다(동작 1200). 이 2차원의 각도 패턴은 타겟 영역의 평면 상에서의 위치의 패턴이다. 예를 들어, 도 5에서의 타겟 영역(524) 내의 위치(526)의 패턴 및 도 6에서의 타겟 영역(603) 내의 위치(602)의 패턴은 2차원 각도 패턴의 예이다.
타겟 영역 내의 각 위치에 대해, 프로세스는 그 다음에 타겟 영역 내의 한 평면으로부터 스캐닝 미러로 되돌아가는 경로를 식별한다(동작 1202). 이 경로는 또한 타겟 영역 내의 위치와 스캐닝 미러 사이에 있을 수 있는 렌즈와 같은 임의의 광학 요소를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 예에서, 스캐닝 미러는 하나의 축 또는 두 개의 축에서 레이저 빔을 편향시키기 위한 제1 요소이다. 레이저 빔을 스캐닝 미러로 통과시키는 렌즈는, 레이저 빔의 발산을 변화시키지만, 예시적인 예에서는 레이저 빔을 편향시키기 위해 사용되지 않는다. 편향(deflection)은 소망하는 방향으로 레이저 빔을 조종(steer)한다.
또한, 회전하는 도브 프리즘이 레이저 빔을 광축으로부터 편향시키기 위해 사용될 수 있다. 이 편향은, 예를 들어 도브 프리즘을 기울어지게 하거나 또는 레이저 빔이 도브 프리즘에 도달하기 전에 스캐닝 미러로 빔을 편향시킴으로써, 수행될 수 있다. 스캐닝 미러 및 도브 프리즘은 모두 회전의 단일 축만이 스캐닝에 필요로 되도록 회전할 수 있다.
그 다음에, 프로세스는 타겟 영역 내의 평면 상의 위치의 각각에 도달하기 위해 레이저 빔에 필요한 스캔 각을 식별한다(동작 1204). 그 다음에, 프로세스는 타겟 영역 내의 평면 상의 위치에 필요한 스캔 각의 각각에 대해 스캐닝 미러에 대한 위치를 식별한다(동작 1206).
프로세스는 타겟 영역 내의 타겟 평면 상의 위치의 각각에 대해 소망하는 직경을 얻기 위해 필요한 레이저 빔의 발산을 식별한다(동작 1208). 동작 1208은, 소망하는 직경을 얻기 위해 필요로 될 수 있는 레이저 빔의 발산으로의 변화를 식별한다. 그 다음에, 프로세스는 위치의 각각에서 소망하는 직경에 대한 소망하는 발산을 얻기 위해 가변 초점 렌즈 시스템(variable focus lens system)에 대한 설정을 식별하고(동작 1210), 프로세스는 이후에 종료된다.
이 프로세스는 스캔 각 및 발산에 대한 파라미터를 식별한다. 이들 파라미터는 그 다음에 타겟 영역(218) 내의 위치(220)의 소망하는 패턴을 얻기 위해 도 2에서의 측정 시스템(202)을 동작시키기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 또한 타겟 영역(218) 내의 평면에 도달하는 레이저 빔에 대한 소망하는 직경을 포함한다. 예를 들어, 이들 파라미터는, 도 3에서 블록 형태로 도시된 제2 렌즈(302) 및 포커싱 시스템(208)과 같은 렌즈의 움직임을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
도 13을 참조하면, 측정 시스템에 대한 구성요소를 선택하기 위한 프로세스의 플로우차트의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 도 13에 도시된 프로세스는 도 2∼도 4에서의 스캐닝 시스템(206) 및 포커싱 시스템(208) 내의 구성요소에 대한 파라미터를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이 프로세스는 또한 임의의 렌즈가 사용될 때의 파라미터를 식별하는 데 사용될 수 있다. 임의의 렌즈는, 더 복잡하거나 또는 비원형 패턴(non-circular pattern)이 요구될 때에 사용될 수 있다.
프로세스는 스캐닝 미러에 의해 생성된 각각의 입력 각도에 대한 소망하는 출력 스캔 각을 식별함으로써 시작된다(동작 1300). 소망하는 출력 스캔 각은 타겟 영역 내의 위치로 레이저 빔을 직행시키기 위해 사용되는 각도이다.
그 다음에, 프로세스는 소망하는 출력 스캔 각을 얻기 위해 필요한 렌즈 표면의 "로컬 슬로프(local slope, 국부 경사)"를 식별한다(동작 1302). "로컬 슬로프"는, 광학 빔의 중앙 광선과, 광선이 광학 요소를 통해 나가는 '로컬(local, 국부)' 점에서의 광학 요소의 접선 표면 사이의 각도이다. 동작 1302는 스넬(Snell)의 법칙과 같은 현재 알려진 광선 추적 기술을 이용하여 수행될 수 있다.
프로세스는 렌즈의 두 표면을 식별하기 위해 표면 스티칭 기법(surface stitching technique)을 이용한다(동작 1304). 두 표면은 렌즈의 각 측면의 표면이다. 표면 스티칭 기법은, 예를 들어 바이-큐빅 스플라인 근사(bi-cubic spline approximations, 겹삼차 스플라인 근사)일 수 있다.
프로세스는 타겟 영역 내의 각 위치에 대해 렌즈에 의해 출력되는 레이저 빔의 발산을 식별한다(동작 1306). 프로세스는 타겟 영역 내의 타겟 평면 상의 각각의 위치에 대해 소망하는 직경을 얻기 위해 필요한 레이저 빔의 발산을 식별한다(동작 1308).
그 다음에, 프로세스는 렌즈 설계로부터의 발산과 소망하는 발산과의 비교에 기초해서 위치의 각각에서 소망하는 직경에 대해 소망하는 발산을 얻기 위해 가변 초점 렌즈 시스템에 대한 설정을 식별하고(동작 1310), 프로세스는 이후에 종료된다. 이들 파라미터는, 도 3에서 블록 형태로 도시된 제2 렌즈(302) 및 포커싱 시스템(208)과 같은 렌즈의 움직임을 설정하기 위해 사용될 수 있다.
다른 도시된 실시예에서의 플로우차트 및 블록도는 예시적인 실시예에서의 장치와 방법의 몇몇 가능한 구현의 아키텍처, 기능 및 동작을 설명한다. 이와 관련하여, 플로우차트 또는 블록도의 각 블록은 모듈(module), 세그먼트(segment), 기능 또는 동작이나 단계의 일부 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 블록들 중 하나 이상은 프로그램 코드, 하드웨어, 또는 프로그램 코드와 하드웨어의 조합으로서 구현될 수 있다. 하드웨어로 구현되는 경우, 하드웨어는 예를 들어 플로우차트 또는 블록도에서 하나 이상의 동작을 수행하도록 제조 또는 구성되는 집적 회로의 형태를 취할 수 있다. 프로그램 코드와 하드웨어의 조합으로 구현되는 경우, 구현은 펌웨어의 형태를 취할 수 있다.
예시적인 실시예의 몇몇 변형 구현에서는, 블록에서 명시된 기능 또는 기능들은 도면에 명시된 순서를 벗어나서 발생할 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우에, 잇달아 도시된 두 개의 블록은 실질적으로 동시에 수행될 수 있거나, 또는 블록들은 때때로 관련된 기능에 따라 역순으로 수행될 수도 있다. 또한, 다른 블록들이 플로우차트 또는 블록도의 도시된 블록들에 더하여 추가될 수도 있다.
다음으로, 도 14를 참조하면, 렌즈에 대한 소망하는 입력 대 출력 각도 플로트의 그래프의 도면이 예시적인 실시예에 따라 도시되어 있다. 이 예시적인 예에서는, 그래프(1400)에서 x축(1402)은 도(degree)로 나타낸 렌즈로의 입력 레이저 빔 각도이고 y축(1404)은 도로 나타낸 렌즈 밖으로의 출력 레이저 빔 각도이다. 출력 레이저 빔 각도는 레이저 빔에 대한 스캔 각이다.
라인(line; 1406)은 오목 렌즈(negative lens)와 볼록 렌즈(positive lens) 사이의 분할(division)을 나타낸다. 섹션(section; 1408)은 오목 렌즈이고, 섹션(1410)은 볼록 렌즈이며, 섹션(1412)은 오목 렌즈이고, 섹션(1414)은 볼록 렌즈이다. 볼록 렌즈나 오목 렌즈의 표시는 특정 입력 레이저 빔과 출력 레이저 빔에 필요한 렌즈의 타입의 표시이다. 렌즈 배열(lens arrangement)은, 빔 각도가 광축에 대하여 증가함에 따라 빔의 발산이 증가하도록 할 수 있다. 이 예시적인 예에서, 개시된 렌즈는 광학 망원경(optical telescope)의 일반적인 설명(general description)일 수 있고, 이 렌즈는 이러한 결과를 달성하도록 선택된다. 레이저 스캔 패턴, 펄스 사이의 간격은 그 간격이 빔의 변동하는 발산과 매치(match, 정합)하도록 선택될 수 있다.
렌즈의 형상을 산출함에 있어, 현재는 표준 광선 추적 프로그램(standard ray tracing programs)이 렌즈의 표면을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 프로그램은, 예를 들어, 시놉시스, 인코포레이티드(Synopsis, Inc.)로부터 입수할 수 있는 코드(Code) V®일 수 있다. "코드 V"는 시놉시스, 인코포레이티드의 등록 상표이다. 제멕스 엘엘씨(Zemax, LLC)로부터 입수할 수 있는 제멕스 광학 스튜디오(Zemax Optical Studio)는 사용될 수 있는 광선 추적 프로그램의 또 다른 예이다. 입력은 소스 위치로부터의 각도, 광학 요소의 배치(placement), 및 각각의 입력 각도로부터 요구되는 출력 각도일 수 있다. 추가적으로, 렌즈의 표면의 형상은 또한 ABCD 행렬 분석 또는 스넬의 법칙을 이용하여 기본적인 광학 원리로부터 산출될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 라인(1416)은 입력 레이저 빔 각도와 출력 레이저 빔 각도에 기초를 두고 있는 스캔 패턴이다. 라인(1416)은 필요한 렌즈의 타입 및 필요한 출력 각도를 표시한다.
따라서, 예시적인 실시예들은 타겟 영역에 관한 정보를 얻기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 하나의 예시적인 예에서, 레이저 빔의 형태로 된 가간섭성 광의 빔은 타겟 영역의 스캔을 형성하기 위해 타겟 영역 내의 다른 위치로 직행될 수 있다.
스캔에 대한 응답은 타겟 영역에 관한 정보를 얻기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 다른 위치까지의 거리는 물체가 타겟 영역에 존재하는지 여부를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 다른 물체의 존재는, 제조 설비 내의 이동 로봇, 도시 내의 자율 주행 차, 육상 영역(land area)을 측량하는 무인 항공기와 같은 플랫폼, 또는 다른 플랫폼의 동작을 관리하기 위해 사용될 수 있다.
레이저의 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나를 변화시키는 것에 의해, 다른 분해능이 타겟 영역에 대해 얻어질 수 있다. 다른 분해능으로 타겟 영역을 스캐닝하는 것에 의해, 타겟 영역이 모두 높은 분해능에서 스캔되는 현재의 라이더 시스템들과 비교하여 프레임 레이트를 유지하는 것이 가능할 수 있다. 추가적으로, 다른 분해능에 의해, 처리를 위해 존재하는 정보의 양이 저감될 수 있다. 결과적으로, 이미지의 더 빠른 생성, 물체의 식별 및 다른 타입의 처리가 발생할 수 있다.
다른 예시적인 예는 거동(action)이나 동작(operation)을 수행하는 구성요소를 기술한다. 예시적인 예에서, 구성요소는 개시된 거동이나 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구성요소는 구성요소에 의해 수행되는 것과 같은 예시적인 예에 개시된 거동이나 동작을 수행할 수 있는 능력을 구성요소에 제공하는 구조에 대한 구성 및 설계를 가질 수 있다.
다른 예시적인 실시예의 설명이 예시 및 설명의 목적으로 제시되었고, 기재된 실시예로 총망라하거나 한정되는 것은 아니다. 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다.
더욱이, 본 발명은 다음의 절(clause)에 따른 실시예들을 포함한다:
절 1. 당해 광원의 동작 중에 레이저 빔을 방출하는 광원;
레이저 빔을 타겟 영역으로 직행시키고, 타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔의 스캔 각을 설정하는 스캐닝 시스템; 및
타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔의 발산을 설정하는 포커싱 시스템을 구비하되,
타겟 영역을 스캐닝하는 동안 레이저 빔의 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나를 변화시킴으로써, 타겟 영역 내의 분해능을 변화시키는 것을 특징으로 하는 장치.
절 2. 절 1에 있어서, 스캔 각의 변화의 양 및 발산은, 발산이 스캔 각의 변화의 양에 기초를 두거나 또는 스캔 각의 변화의 양이 발산에 기초를 두도록 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
절 3. 절 1 또는 2에 있어서, 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나는, 타겟 영역 내의 한 위치로부터 다른 위치로의 스캔 각에서의 도의 수의 변화가 발산에 대한 도의 수와 거의 같아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
절 4. 절 1, 2 또는 3에 있어서, 스캐닝 시스템은 타겟 영역 내의 위치로 레이저 빔을 직행시키고,
타겟 영역 내의 위치로 직행되는 레이저 빔에 대한 응답을 검출하는 디텍터를 더 구비하되, 타겟 영역 내의 위치까지의 거리가 응답을 이용하여 식별되는 것을 특징으로 하는 장치.
절 5. 절 1, 2, 3 또는 4에 있어서, 포커싱 시스템은:
광축 상의 제1 렌즈; 및
광축 상에서 이동 가능한 제2 렌즈를 구비하되,
레이저 빔은 광축을 따라 제1 렌즈를 통과하고, 제1 렌즈를 통과한 후에 제2 렌즈를 통과하며, 타겟 영역으로 직행되는 레이저 빔의 발산이 광축을 따르는 제2 렌즈의 이동에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는 장치.
절 6. 절 5에 있어서, 제2 렌즈는 집속 렌즈 및 발산 렌즈 중 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
절 7. 절 1, 2, 3, 4, 5 또는 6에 있어서, 포커싱 시스템은:
당해 발산 렌즈의 다른 섹션에서 다른 레벨의 발산을 갖는 발산 렌즈를 구비하되, 타겟 영역 내의 위치에 도달하는 레이저 빔의 발산은 다른 섹션 중 어느 섹션을 레이저 빔이 발산 렌즈를 통과하는가에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
절 8. 절 7에 있어서, 스캐닝 시스템은 발산 렌즈의 다른 섹션으로 레이저 빔을 직행시키는 것을 특징으로 하는 장치.
절 9. 절 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8에 있어서, 스캐닝 시스템은:
다수의 축에 관하여 이동 가능한 다수의 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
절 10. 절 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9에 있어서, 스캐닝 시스템은:
축에 관하여 회전가능한 도브 프리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
절 11. 절 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10에 있어서, 레이저 빔은 약 10 nm 내지 약 700 nm로부터 선택되는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
절 12. 절 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 11에 있어서, 광원, 스캐닝 시스템 및 포커싱 시스템이 측정 시스템을 형성하고,
플랫폼을 더 구비하되,
측정 시스템은 플랫폼과 연결되고, 플랫폼은 이동 플랫폼, 고정 플랫폼, 육상 기반 구조(land-based structure), 수생 기반 구조(aquatic-based structure), 공간 기반 구조(space-based structure), 이동 로봇, 차량, 자율 주행 차(self-driving car), 항공기, 무인 항공기(unmanned aerial vehicle), 표면 선박(surface ship), 탱크, 개인용 캐리어, 우주선, 우주 정거장, 핸드헬드 장치(handheld device), 착용 가능한 장치 및 위성 중 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
절 13. 타겟 영역을 스캐닝하기 위한 방법으로서,
타겟 영역의 스캐닝 중에 레이저 빔의 발산을 설정하는 단계;
레이저 빔을 스캔 각에서 타겟 영역 내의 다른 위치로 직행시키는 단계; 및
레이저 빔이 다른 위치로 직행되는 동안 레이저 빔의 스캔 각을 설정하는 단계를 구비하되,
타겟 영역의 스캐닝 중에 발산 또는 스캔 각의 변화의 양 중 적어도 하나를 변화시킴으로써, 타겟 영역에 대한 분해능을 변화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
절 14. 절 13에 있어서,
타겟 영역 내의 다른 위치로 직행되는 레이저 빔에 대한 응답을 검출하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
절 15. 절 14에 있어서, 응답은, 타겟 영역의 이미지를 생성하는 것, 타겟 영역에서 물체까지의 거리를 식별하는 것, 타겟 영역에서 물체를 식별하는 것, 또는 플랫폼의 움직임을 제어하는 것 중 적어도 하나로부터 선택되는 다수의 동작을 수행하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
절 16. 절 13, 14 또는 15에 있어서, 타겟 영역의 스캐닝 중에 레이저 빔의 발산을 설정하는 단계는:
제1 렌즈를 통해 광축을 따라 레이저 빔을 전송하고, 이어서 광축 상의 제2 렌즈를 통해 레이저 빔을 전송하는 단계; 및
타겟 영역으로 직행되는 레이저 빔의 발산이 변화하도록 광축을 따라 제2 렌즈를 이동시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
절 17. 절 13, 14, 15 또는 16에 있어서, 타겟 영역의 스캐닝 중에 레이저 빔의 발산을 설정하는 단계는:
발산 렌즈의 어느 섹션을 레이저 빔이 통과하는가에 기초하여 레이저 빔의 발산이 변화하도록 발산 렌즈의 다른 섹션을 통해 레이저 빔을 직행시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
절 18. 절 16 또는 17에 있어서, 발산 렌즈는 구면, 원통형 렌즈 및 비구면 렌즈 중 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
절 19. 절 13, 14, 15, 16, 17 또는 18에 있어서, 광이 다수의 축에 관하여 이동 가능한 다수의 미러 또는 도브 프리즘 중 적어도 하나를 구비하는 스캐닝 시스템에 의해 타겟 영역으로 직행되는 것을 특징으로 하는 방법.
절 20. 절 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 19에 있어서, 레이저 빔은 약 10 nm 내지 약 700 nm로부터 선택되는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
절 21. 측정 시스템에 있어서,
실질적으로 가간섭성 광의 빔을 방출하는 광원;
실질적으로 가간섭성 광의 빔을 타겟 영역으로 직행시키고 실질적으로 가간섭성 광의 빔에 대한 스캔 각을 설정하는 스캐닝 시스템; 및
타겟 영역의 스캐닝이 발생하는 동안 실질적으로 가간섭성 광의 빔의 발산을 조정하는 포커싱 시스템을 구비하되,
타겟 영역을 스캐닝하는 동안 가간섭성 광의 빔의 스캔 각의 변화의 양 또는 발산 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 타겟 영역 내의 분해능을 변화시키는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
절 22. 절 21에 있어서,
타겟 영역 내의 위치로 직행되는 실질적으로 가간섭성 광의 빔에 대한 응답을 검출하는 디텍터를 더 구비하되,
타겟 영역 내의 위치까지의 거리가 응답을 이용하여 식별되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
절 23. 절 21 또는 22에 있어서, 스캔 각 또는 발산 중 적어도 하나는, 타겟 영역 내의 한 위치로부터 다른 위치로의 스캔 각에서의 도의 수의 변화가 발산에 대한 도의 수와 거의 같아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
절 24. 절 22 또는 23에 있어서,
응답을 이용하여 타겟 영역 내의 위치까지의 거리를 식별하고, 타겟 영역의 이미지를 생성하는 것, 타겟 영역에서 물체까지의 거리를 식별하는 것, 타겟 영역에서 물체를 식별하는 것, 또는 타겟 영역에 대하여 플랫폼의 움직임을 제어하는 것 중 적어도 하나로부터 선택되는 다수의 동작을 수행하는 컨트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
더욱이, 다른 예시적인 실시예들은 다른 바람직한 실시예들과 비교하여 다른 특징을 제공할 수 있다. 선택된 실시예 또는 실시예들은 실시예들의 원리와 실용적인 어플리케이션을 가장 잘 설명하기 위하여 선택 및 설명되었고, 당해 기술분야의 통상의 기술자가 심사숙고된 특정 이용에 적합한 다양한 변경을 가진 다양한 실시예들에 대해서 본 발명을 이해하는 것을 가능하게 한다.

Claims (15)

  1. 당해 광원(204)의 동작 중에 레이저 빔(216)을 방출하는 광원(204);
    레이저 빔(216)을 타겟 영역(218)으로 직행시키고, 타겟 영역(218)의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔(216)의 스캔 각(226)을 설정하는 스캐닝 시스템(206); 및
    타겟 영역(218)의 스캐닝이 발생하는 동안 레이저 빔(216)의 발산(230)을 설정하는 포커싱 시스템(208);을 구비하고, 포커싱 시스템(208)은:
    광축(304) 상의 제1 렌즈(300); 및
    광축(304) 상에서 이동 가능한 제2 렌즈(302);를 구비하되, 레이저 빔(216)은 광축(304)을 따라 제1 렌즈(300)를 통과하고, 제1 렌즈(300)를 통과한 후에 제2 렌즈(302)를 통과하며, 타겟 영역(218)으로 직행되는 레이저 빔(216)의 발산(230)이 광축(304)을 따르는 제2 렌즈(302)의 이동에 의해 변화되고,
    타겟 영역(218)을 스캐닝하는 동안 레이저 빔(216)의 스캔 각(226)의 변화의 양 또는 발산(230) 중 적어도 하나를 변화시킴으로써, 타겟 영역(218) 내의 분해능(240)을 변화시키되, 스캐닝 시스템(206) 및 포커싱 시스템(208)은 타겟 영역(218)의 동일한 스캔에서 다른 분해능으로 타겟 영역(218) 내의 다른 위치를 스캔하도록 구성되고, 분해능은 레이저 빔(216)의 스캔 각의 변화의 양 및 발산에 반비례하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 스캔 각(226)의 변화의 양 및 발산(230)은, 발산(230)이 스캔 각(226)의 변화의 양에 기초를 두거나 또는 스캔 각(226)의 변화의 양이 발산(230)에 기초를 두도록 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스캔 각(226)의 변화의 양 또는 발산(230) 중 적어도 하나는, 타겟 영역(218) 내의 한 위치로부터 다른 위치로의 스캔 각(226)에서의 도의 수의 변화가 발산(230)에 대한 도의 수와 거의 같아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스캐닝 시스템(206)은 타겟 영역(218) 내의 위치(220)로 레이저 빔(216)을 직행시키고,
    타겟 영역(218) 내의 위치(220)로 직행되는 레이저 빔(216)에 대한 응답을 검출하는 디텍터(508)를 더 구비하되, 타겟 영역(218) 내의 위치(220)까지의 거리(236)가 응답을 이용하여 식별되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 포커싱 시스템(208)은:
    당해 발산 렌즈(306)의 다른 섹션(310)에서 다른 레벨의 발산(230)을 갖는 발산 렌즈(306)를 구비하되, 타겟 영역(218) 내의 위치에 도달하는 레이저 빔(216)의 발산(230)은 다른 섹션(310) 중 어느 섹션을 레이저 빔(216)이 발산 렌즈(306)를 통과하는가에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스캐닝 시스템(206)은:
    다수의 축(402)에 관하여 이동 가능한 다수의 미러(400)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스캐닝 시스템(206)은:
    축(408)에 관하여 회전가능한 도브 프리즘(414)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레이저 빔(216)은 10 nm 내지 700 nm로부터 선택되는 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광원(204), 스캐닝 시스템(206) 및 포커싱 시스템(208)이 측정 시스템(202)을 형성하고,
    플랫폼(242)을 더 구비하되,
    측정 시스템(202)은 플랫폼(242)과 연결되고, 플랫폼(242)은 이동 플랫폼, 고정 플랫폼, 육상 기반 구조(land-based structure), 수생 기반 구조(aquatic-based structure), 공간 기반 구조(space-based structure), 이동 로봇, 차량, 자율 주행 차(self-driving car), 항공기, 무인 항공기(unmanned aerial vehicle), 표면 선박(surface ship), 탱크, 개인용 캐리어, 우주선, 우주 정거장, 핸드헬드 장치(handheld device), 착용 가능한 장치 및 위성 중 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 타겟 영역(218)을 스캐닝하기 위한 방법으로서, 방법이:
    제1 렌즈(300)를 통해 광축(304)을 따라 레이저 빔(216)을 전송하고 이어서 광축(304) 상의 제2 렌즈(302)를 통해 레이저 빔(216)을 전송하고, 타겟 영역(218)으로 직행되는 레이저 빔(216)의 발산(230)이 변화시키도록 광축(304)을 따라 제2 렌즈(302)를 이동시키는 것에 의해 타겟 영역(218)의 스캐닝 중에 레이저 빔(216)의 발산(230)을 설정하는 단계;
    레이저 빔(216)을 스캔 각(226)에서 타겟 영역(218) 내의 다른 위치(220)로 직행시키는 단계;
    레이저 빔(216)이 다른 위치(220)로 직행되는 동안 레이저 빔(216)의 스캔 각(226)을 설정하는 단계로서, 타겟 영역(218)의 스캐닝 중에 발산(230) 또는 스캔 각(226)의 변화의 양 중 적어도 하나를 변화시킴으로써, 타겟 영역(218)에 대한 분해능(240)을 변화시키는, 단계; 및
    타겟 영역(218)의 동일한 스캔에서 다른 분해능으로 타겟 영역(218) 내의 다른 위치를 스캔하는 단계로서, 분해능은 레이저 빔(216)의 스캔 각의 변화의 양 및 발산에 반비례하는, 단계;를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    타겟 영역(218) 내의 다른 위치(220)로 직행되는 레이저 빔(216)에 대한 응답을 검출하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 응답은, 타겟 영역(218)의 이미지(238)를 생성하는 것, 타겟 영역(218)에서 물체까지의 거리(236)를 식별하는 것, 타겟 영역(218)에서 물체를 식별하는 것, 또는 플랫폼(242)의 움직임을 제어하는 것 중 적어도 하나로부터 선택되는 다수의 동작을 수행하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서, 타겟 영역(218)의 스캐닝 중에 레이저 빔의 발산(230)을 설정하는 단계는:
    발산 렌즈(306)의 어느 섹션을 레이저 빔(216)이 통과하는가에 기초하여 레이저 빔(216)의 발산(230)이 변화하도록 발산 렌즈(306)의 다른 섹션(310)을 통해 레이저 빔(216)을 직행시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017208860A1 (de) * 2017-05-24 2018-11-29 Robert Bosch Gmbh LIDAR-Vorrichtung und Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels mit mindestens einem Strahl konstanter Ausrichtung
EP3637145A4 (en) * 2017-06-07 2021-03-17 Hesai Photonics Technology Co., Ltd MULTI-LINE LASER RADAR
CN109709530A (zh) 2017-10-26 2019-05-03 株式会社小糸制作所 传感系统及车辆
JP7010300B2 (ja) * 2017-11-16 2022-01-26 日本電気株式会社 測距装置、測距方法及びプログラム
JP6993195B2 (ja) * 2017-11-24 2022-01-13 パイオニア株式会社 測距装置
CN109959939B (zh) * 2017-12-22 2021-04-06 北京万集科技股份有限公司 基于激光扫描的对象跟踪方法及装置
US11977184B2 (en) 2018-01-09 2024-05-07 Seyond, Inc. LiDAR detection systems and methods that use multi-plane mirrors
WO2019140792A1 (zh) 2018-01-17 2019-07-25 上海禾赛光电科技有限公司 一种探测设备及其参数调整方法
CN108415000B (zh) * 2018-02-09 2021-10-12 山东国耀量子雷达科技有限公司 一种基于多关节机械臂的激光雷达
GB2572981A (en) 2018-04-18 2019-10-23 Red Sensors Ltd A method of lidar scanning
KR102112569B1 (ko) 2018-04-30 2020-05-19 주식회사 산엔지니어링 근접 물체 분리도 향상을 위한 부엽레벨 제어 방법 및 이를 위한 안테나 장치
CN114114295A (zh) 2018-06-15 2022-03-01 图达通爱尔兰有限公司 用于聚焦感兴趣的范围的lidar系统和方法
JP7077822B2 (ja) * 2018-07-05 2022-05-31 株式会社デンソー 光測距装置
US11988748B2 (en) 2018-09-24 2024-05-21 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for adaptable lidar imaging
KR101991119B1 (ko) * 2018-12-26 2019-06-19 영남대학교 산학협력단 스캐닝 라이다 장치 및 이를 이용한 스캐닝 방법
RU2729979C1 (ru) * 2019-07-03 2020-08-13 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Роботов" Устройство для оптического сканирования
WO2021001502A1 (en) * 2019-07-03 2021-01-07 Blickfeld GmbH Post-scanner telescope optics for lidar system
WO2021019906A1 (ja) * 2019-07-26 2021-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 測距装置、情報処理方法、および情報処理装置
EP4034914A4 (en) 2019-09-27 2022-11-23 Pointcloud Inc. DYNAMIC RECONFIGURATION OF LIDAR AREAS
CN110824456B (zh) * 2019-11-05 2023-05-30 广西大学 一种自适应分辨率三维激光扫描方法
CN110703223B (zh) * 2019-11-07 2023-06-30 上海禾赛科技有限公司 应用于激光雷达的调节方法和电子设备
US11573299B2 (en) 2020-06-03 2023-02-07 Seagate Technology Llc LIDAR scan profile parameterization
CN111781579A (zh) * 2020-06-30 2020-10-16 昂纳信息技术（深圳）有限公司 一种激光雷达扫描装置的控制方法
CN112034427B (zh) * 2020-09-09 2023-10-27 京东方科技集团股份有限公司 一种相控阵多焦点测量的方法、装置及存储介质
US20220206119A1 (en) * 2020-12-28 2022-06-30 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Mems actuated alvarez lens for tunable beam spot size in lidar
EP4047385A1 (en) 2021-02-19 2022-08-24 Argo AI GmbH Method for operating a lidar scanner in a vehicle, lidar scanner and vehicle
CN113391295B (zh) * 2021-06-29 2024-02-27 昂纳科技(深圳)集团股份有限公司 一种激光雷达扫描系统和装置
CN113759342B (zh) * 2021-08-31 2023-10-24 柳州柳工叉车有限公司 一种激光雷达的扫描方法、装置、计算机设备和存储介质
IL286842A (en) * 2021-09-30 2023-04-01 Wi Charge Ltd A system for locating and charging wireless power receivers

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1395246A (en) * 1972-10-17 1975-05-21 Short Brothers & Harland Ltd Method of and apparatus for sensing the position of a body
DE2702507C2 (de) * 1977-01-21 1986-06-05 MITEC Moderne Industrietechnik GmbH, 8012 Ottobrunn Einrichtung zur Homogenisierung der Modulationsphasen einer flächenhaften Strahlungsquelle
US5166820A (en) * 1990-03-13 1992-11-24 Citizen Watch Co., Ltd. Light beam scanning apparatus
JPH05113481A (ja) * 1991-04-23 1993-05-07 Nec Corp 移動物体測定装置
US5243541A (en) 1991-10-11 1993-09-07 Kaman Aerospace Corporation Imaging lidar system for shallow and coastal water
JPH08261753A (ja) * 1995-03-27 1996-10-11 Hitachi Ltd 光レーダ装置
US5861977A (en) * 1997-02-26 1999-01-19 Eastman Kodak Company Dual format dual resolution scanner with off-axis beams
US6147747A (en) 1997-08-22 2000-11-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Lidar remote sensing system
WO1999026214A1 (en) 1997-11-17 1999-05-27 Thermotrex Corporation Device and method for detection of aircraft wire hazard
US6169594B1 (en) * 1998-08-24 2001-01-02 Physical Optics Corporation Beam deflector and scanner
AT412032B (de) 2001-12-19 2004-08-26 Riegl Laser Measurement Sys Verfahren zur aufnahme eines objektraumes
US7302174B2 (en) 2003-12-31 2007-11-27 Symbol Technologies, Inc. Method and apparatus for capturing images using a color laser projection display
US7532311B2 (en) * 2005-04-06 2009-05-12 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Efficient lidar with flexible target interrogation pattern
US20090195790A1 (en) * 2005-09-02 2009-08-06 Neptec Imaging system and method
US7544945B2 (en) * 2006-02-06 2009-06-09 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) array laser scanner
US7826117B2 (en) * 2006-02-20 2010-11-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Beam irradiation apparatus
US7501616B2 (en) 2006-05-25 2009-03-10 Microvision, Inc. Method and apparatus for capturing an image of a moving object
CN101178434A (zh) * 2007-02-02 2008-05-14 上海易罗信息科技有限公司 雷达数据采集系统及其采集方法
DE102008045387B4 (de) * 2008-09-02 2017-02-09 Carl Zeiss Ag Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche
US20100172136A1 (en) * 2008-11-17 2010-07-08 Williamson Iii Robert S Compact non-lethal optical disruption device
WO2011059833A2 (en) * 2009-10-29 2011-05-19 California Institute Of Technology Dual-mode raster point scanning/light sheet illumination microscope
JP5664049B2 (ja) * 2010-09-13 2015-02-04 株式会社リコー 光走査装置及びレーザレーダ装置
LU91737B1 (en) * 2010-09-17 2012-03-19 Iee Sarl Lidar imager
US20130241762A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Nikon Corporation Light-beam scanning for laser radar and other uses
US20130241761A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Nikon Corporation Beam steering for laser radar and other uses
US9091535B2 (en) * 2012-05-22 2015-07-28 Korea Institute Of Industrial Technology 3D scanning system and method of obtaining 3D image
KR102038533B1 (ko) * 2012-06-14 2019-10-31 한국전자통신연구원 레이저 레이더 시스템 및 목표물 영상 획득 방법
ES2512965B2 (es) * 2013-02-13 2015-11-24 Universitat Politècnica De Catalunya Sistema y método para escanear una superficie y programa de ordenador que implementa el método
CN103576162A (zh) * 2013-10-25 2014-02-12 中国科学院半导体研究所 激光雷达装置及利用该装置测量目标物距离的方法
WO2015098130A1 (ja) * 2013-12-26 2015-07-02 リコーインダストリアルソリューションズ株式会社 ２次元走査型のレーザビーム投射装置およびレーザレーダ装置

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