KR102613150B1 - LCoS를 이용한 고해상도 라이다 시스템 - Google Patents

LCoS를 이용한 고해상도 라이다 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템에 관련되며, 이때 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템은 마이크론 크기의 패턴광을 만들어 대상물에 대한 분해능의 한계를 마이크로미터급으로 판독 검사할 수 있도록 복수 개의 광을 발생하는 광원부(10); 상기 광원부(10)에서 조사된 광을 구조광으로 패턴화하는 LCoS부(20); 상기 LCoS부(20)에서 반사된 광이 반사되도록, 광원의 시야 범위 내에 존재하는 하나 이상의 대상물(30); 상기 대상물(30)에 의해 반사되어 광 정보를 검출하여 영상신호로 변환하는 광검출부(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LCoS를 이용한 고해상도 라이다 시스템 {High resolution LiDAR system with LCoS panel}
본 발명은 LCoS를 이용한 고해상도 라이다 시스템으로서, 좀 더 상세하게는 LCoS 패널을 이용한 구조광 형태의 다양한 광원을 사용하여, 마이크론 크기의 패턴광을 만들어 대상물에 대한 분해능의 한계를 마이크로미터 급으로 판독 검사할 수 있는 라이다 시스템에 관한 것이다.
라이다(LiDAR:Light detection and ranging)는 레이저 등의 광원으로부터 빛을 발사하고, 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지의 거리, 형태 등을 측정함으로써 주변의 모습을 정밀하게 그려내는 첨단장치이다.
현재 라이다는 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)에 사용된다. 도5(a)에서 ADAS를 이용한 차량은, 차량의 주위를 라이다로 스캔하는 방식으로 차량의 전후좌우 방향에 각각 센서를 설치하고, 레이저를 단일 또는 어레이로 배열하여, 적외선(IR)를 이용해 감지된 이미지를 만들어 주변 상황이나 장애물을 인식하여 주행할 수 있다.
이때 라이다는 단일 광원과 단일센서를 사용하므로, 단일광을 전면 주사로 스캔하면서 검출기부 센서로 감지하므로 시간이 많이 소요되고 정확도도 떨어진다.
따라서 단순 거리 확인용으로는 사용 가능하나, 대상물의 상황 판단에는 무리이며, 스캔 시간을 단축하기 위해 광원과 센서를 어레이 형태로 만들어 사용할 수 있으나, 광원과 센서의 크기로 센서의 판독 해상도가 수 mm 크기에 불과하여 정확도가 요구되는 곳에서는 많은 제한이 있다. 즉, 운전자는 객체와 차량 환경을 감지하여, 차량 전방에 장착된 레이더 센서를 이용해 차간거리를 실시간으로 측정, 적정 차간거리를 유지할 수 있는 정도에 불과하다. 이처럼 도 5(b)에서 확인되는 바와 같이, 나무나 건물과 같은 이미지나 주변 환경은 판단할 수 있으나, 물체 해상도가 매우 부족하여 도로 주변의 작은 물체들은 변별하기 매우 어렵다.
또한 라이다에 사용하는 광원은 레이저 광으로 주로 VCSEL을 To-can type 이나 1xN/ MxN 구조의 array를 만들어 사용하며, 단일 또는 구조광 형태로 구성된다.
기계식 방식의 라이다는 사용환경에서 진동이 발생할 수 있는 이동기기에서는 정확한 검출이 힘들고, 모터의 수명으로 사용제한이 있어 실 사용에는 한계가 있다. 또 광원이 수백 마이크론 크기로 커서 섬세한 이미지를 인지할 수 없으므로 고속, 정확도를 요구하는 곳에서는 사용할 수 없다. 로봇에 사용되는 라이다는 응답속도가 초당 240 프레임 이상이 되어야 하고 수십 마이크론 크기의 해상도를 요구하므로 한계가 있다. 이처럼 레이저 광원을 모터를 사용하여 스캔하거나 어레이 방식의 광 소스를 사용함으로써 기계적 방식이 갖는 구조적 진동문제 및 이송체 내에서의 사용정확도가 매우 부족하여 안정성의 문제를 해결하기 어렵다.
따라서 자동차, 모터사이클, 드론, 로봇, 비행기, 선박, 잠수함, 크레인, 장갑차, 탱크 등 다양한 이동기기에 장착하여 주변의 장애물, 목표물 등을 센싱하여 상황 판단하기 위해서는 많은 한계가 존재한다. 특히 실내에서 사용하는 로봇이나 머신 비젼장비, 의료용으로 사용하기에는 턱없이 부족하다.
이에 본 발명자는 선행발명인 특허출원 제10-2021-003391호(고해상도 토모그래피 현미경 시스템) 및 특허출원 제10-2021-0037167호(LCoS를 이용한 환경오염 측정시스템 및 그 방법)을 다른 영역으로 응용하고 더욱 발전시켜, LCoS를 이용하여 일반 영상 이미지의 고품질을 확보하여 마이크론 크기의 판별능력을 갖추어 ADAS에서 미세 장애물이나 주변 구조물의 변별이 가능할 수 있는 라이다 시스템을 제안하기에 이르렀다.
발명의 목적은 LCoS 패널을 이용한 구조광 형태의 다양한 광원을 사용하여, 마이크론 크기의 패턴광을 만들어 대상물에 대한 분해능의 한계를 마이크로미터급으로 판독 검사할 수 있는 라이다 시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 복수 개의 광을 발생하는 광원부(10); 상기 광원부(10)에서 조사된 광을 구조광으로 패턴화하는 LCoS부(20); 상기 LCoS부(20)에서 반사된 광이 반사되도록, 광원의 시야 범위 내에 존재하는 하나 이상의 대상물(30); 상기 대상물(30)에 의해 반사되어 광 정보를 검출하여 영상신호로 변환하는 광검출부(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 광원부는 적외선/R/G/B/자외선 광원 소스로 하여 LED 나 레이저로 만들어서 다양한 조합의 배열(array) 형태로 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배열된 광원들은 스위치를 통하여 1개씩 또는 동시에 턴 온(turn-on) 시켜 광원을 턴 온 시키는 시간에 따라 타임 분할하여 파장변화를 주어 스캔 소스로 사용되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 샘플 피사체의 색깔에 따라 광원소스를 선택하여 온 타임(on- time) 구간을 더 세분화하여 명도/채도의 조합으로 이미지를 만드는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 광원부의 샘플링 속도가 400Hz/초 이상을 감지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LCoS모듈레이터부(30)는 광원 UV, R, G, B, IR의 복합 파장을 사용한 회절격자 무늬를 만들어서 홀로그램 (CGH: Computer Generated Hologram)패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, LCoS(20)는 패널의 픽셀 크기를 최소화하여 7000PPI(Pixel Per Inch) 이상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 사용되는 센서는 UV/R/G/B/IR을 센싱할 수 있는 포토 센서인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 LCoS의 픽셀은 사각형인 것을 특징으로 한다.
그리고, LCoS부는 액정의 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드를 구비하는 공간 광변조기를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 광검출부(40)의 광센서(Photo Sensor)는 광증폭기(Photo Multiplier), CCD(charge-coupled device) 촬상소자, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) 영상 센서 중 어느 하나 또는 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 광증폭기는 광신호를 유도 방출원리에 의해 증폭하는 장치로서, 증폭된 빛은 CCD(charge-coupled device) 촬상소자 또는 CMOS 영상센서를 통하여 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 광센서는 특수 파장 센서를 따로 만들어 UV 전용 센서, IR 전용 센서, Green/Blue/Red 전용 센서 등으로 특정 파장만을 검출하도록 전환 가능 한 것을 특징으로 한다.
그리고, 광원(100), LCoS 패널(200), 검출기부(400) 중 어느 하나 또는 복수 개가 그 형태를 원형으로 구성하는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 LCoS chip을 활용한 구조광의 형태로 단일광 또는 멀티광원을 사용하여 수 마이크론 크기의 패턴 광을 만들어 사용하여, 광 소스의 파장 주파수를 240Hz 이상 감지 구현할 수 있다. 이러한 감지속도는 TV, 전화기 화면의 디스플레이 속도인 60 ~ 120Hz 보다 2배 이상 빠른 속도로서 움직이는 물체에서의 정확한 이미지 데이터를 확보할 수 있는 효과가 있는 것이다.
또, 자율 자동차, 소형 이송 로봇, 로봇 청소기, 드론 등에서 요구되는 장애물 및 환경 인식 센싱을 현재 50PPI (Pixel Per Inch), 10 frame/sec 인식 속도에서 5000PPI 급 이상으로, 10 frame/sec 속도에서 240 fps 속도 이상급으로 높여 초고해상도 초고속의 LiDAR system을 실현할 수 있고, 분해능의 한계를 마이크로 미터급으로 판독 검사할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또, 빛 소스를 2개 이상으로 변환하면서 기존의 속도를 3배에서 10배정도로 빠르게 센싱하여 이전에 볼 수 없었던 데이터를 정량적(quantitative)로 분석 할 수 있어, 새로운 분야와 영역에 응용할 수 있게 된다. 특히 해상도가 높아야 하는 모빌리티 응용, 로봇, 머신 비젼 장비, 마이크로 센싱 영역에 적용가능하며, 360도 센싱 장비와 의료 분야에서도 검사, 진단, 분석에서 새로운 형태의 영상 정보를 제공 받을 수 있다. 이동체에서의 물체 분석이 빠른 속도로 인지 가능케 하여 3차원의 이미지 데이터를 획득 할 수 있으므로 자동차, 비행기, 미사일, 선박, 잠수정, 탱크 등에 사용 될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예인 원형 구조를 통해, 360도 서라운드 LiDAR 센싱으로 자동차 및 비행체에 적용하여 작은 수의 센서로 주변 상위 하위 입체적인 디텍션을 할 수 있다. 광 소스의 파장의 주파수를 400Hz 이상 구현할 수 있어 빠른 속도의 유영을 관찰하여 구조 변환에 따른 진단 및 빠른 대응도 할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 차량용 라이다 시스템의 기본 개념도
도 2는 본 발명에 의한 라이다 시스템의 개략 블록도
도 3은 본 발명의 의한 일 실시 예로서 원형 구조의 라이다 시스템의 개략 블록도
도 4은 본 발명에서 사용되는 LCoS 패널
도 5는 현재의 라이다를 이용한 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 및 3차원 이미지 영상
첨부한 도면들은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명의 사상이 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것으로서, 명료한 이해를 위해 핵심구성을 설명하고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명이 차량에 적용되는 라이다 시스템의 기본원리이다.
광원(레이저)에서 빛이 주사되어 대상물(차량)에 조사되면, 산란, 반사, 회절 등의 물리적 현상으로 인해 변형된 광이 센서를 통하여 시공간에서의 이미지 데이터로 변환되어, 물체 인식 및 판단을 서보 시스템의 판단 알고리즘으로 분석하여 유효 데이터로 활용된다. 이때 기존의 라이다는 단일광원과 단일센서를 사용하여 단일광을 전면 주사하면서 스캔하면서 검출기부 센서로 감지되므로, 시간이 많이 소요되고 정확도가 떨어지므로, 본 발명은 복수의 광원 및 파장 영역에서 다양하고 변형된 광소스를 이용하여 물체의 3차원 이미지를 영상화하여 볼 수 있는 고해상도의 실시간 이미징 시스템이 구현되도록 하는 것이다.
도 2를 통해 본 발명에 의한 라이다 시스템을 설명한다.
본 발명의 시스템은 광원부(10), LCoS부(20), 대상물(30), 검출기부(40)를 포함하여 구성되어 고해상도의 실시간 이미지가 구현된다.
상기 광원부(10)은 자외선, 가시광선(Blue, Green, Red), 적외선 가운데서 복수 개의 광을 조합하여 복합적 빔을 생성하여 조사하는 구성이다. 자외선(ultraviolet)은 초고압 수은이나 할로겐에서 나오는 짧은 파장의 광원으로서 0.1μm까지의 분해능을 얻을 수 있다. 근적외선(IR) 영역은 700∼2500nm의 영역에서 샘플을 분석하며 IR 영역에서 유래되는 -CH, -NH, -OH 등의 기본 분자진동 에너지의 결합대(combination band)와 1차에서 4차 배음대(1st∼4th overtone band)에 의한 흡수를 이용하여, 고감도와 높은 분해능을 가진다. C-band IR보다 낮은 주파수 L-band IR 파장 이용이 시도되고 있다. 가시광선 영역에서는 투사되는 광원이 적색(R), 녹색(G), 청색(B)파장의 빛으로 구분된다.
상기 파장대의 빛을 획득하기 위해 광원으로는 고휘도 LED나 laser를 사용할 수 있다. 광원제어기(미도시)의 제어에 따라 파장 영역으로 자외선, 가시광선(Blue, Green, Red), 적외선 가운데서 복수 개의 광을 조합하여, 주파수가 조정된 복합적 빔을 생성하여 조사한다. 상기 광원제어기는 사전 설정된 기준 주파수로 빔을 조사하도록 하는 것이고, 광원부의 출력단은 복합 빔소스를 LCoS부(20)에 조사되는 구조다.
복합 빔 조사기는 UV, R, G, B, IR light source를 LED 나 laser diode 형태로 만들어서 array 형태로 배열하여 스위치를 통하여 1개씩 또는 동시에 turn-on 시켜 멀티소스를 프리즘에 주사 하여 스켄 소스로 사용할 수 있다. 이때 light source를 on 시키는 time의 시간에 따라 파장의 변화를 줄 수 있어 샘플의 분석을 5개의 소스일 경우 2의 5승으로 64step, 10개의 소스일 경우 1024 step까지 차별화 시킬 수 있어서 분석의 정확도를 높일 수 있다. 조사기 장치는 매우 간단하고 수명은 레이저 광원의 수명으로 2만 시간이 보장되며 모듈 kit으로 구성하여 교체에 용이하다. 또 상기 다양한 파장대의 복합 광원을 통해 얻어지는 광원 정보와 많은 량의 이미지 3차원 정보는 빅데이터화 되어 샘플의 판독, 검사, 분석에 많은 표준 및 신뢰성을 줄 수 있어 정량성(quantitative)의 구체성들이 실현된다.
상기 LCoS부(20)는 상기 광원부(10)에서 조사된 광을 구조광으로 패턴화하는 구성이다.
LCoS(liquid Crystal on Silicon)는 광의 특성 중 회절(diffraction)현상을 이용한 위상변조(phase modulation) 성능이 매우 우수하다. 빛이 지니는 위상 정보를 간섭 무늬의 형태로 기록하여 영상을 구현하기 위해 빛의 진폭이나 위상 정보를 위치에 따라 변화시킬 수 있는 성능을 이용하는 것이다.
LCoS 패널의 어레이(array)는 회절격자 무늬를 만들어서 홀로그램 (CGH: Computer Generated Hologram) 패턴을 형성한다. 홀로그래피에서는 진폭 변조 방식의 DMD(Digital Micro Mirror), 위상변조 방식의 LCoS 공간광 변조기가 사용될 수 있다.
본 발명은 LCoS 방식을 사용하여 빛의 위상을 직접적 조절, 제어하여 해상도를 높이는 방식을 사용한다. 이때 위상변조 방식의 LCoS 공간 광변조기를 사용하는데, 액정의 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드를 주로 사용한다. ECB 모드는 전압이 인가되지 않았을 경우, 액정이 전극 표면에 나란히 정렬되어 있지만, 전압이 문턱전압(Vth) 이상으로 인가되면 액정이 전기장 방향으로 틀어지면서 액정의 굴절율 이방성 특성에 의해 빛의 위상이 변하게 된다.
LCoS 기판은 아날로그 또는 디지털 방식으로 구동될 수 있는데, 디지털 방식 구동기판은 폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 방식으로 계조를 표현하기에 상(Phase) 안정성이 우려된다. 반면 아날로그 방식 구동기판은 액정 상을 직접 제어하기 때문에 계조별로 안정된 위상표현이 가능하므로 아날로그 구동방식의 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
도 4(a)는 본 발명에서 실시되는 LCoS로서, blue 영역이 pixel array로 빛을 받아서 원하는 pattern으로 만들어 파장의 분석 특성을 가지는 light source 역할을 하는 스캔 투사계 역할을 한다. Active pixel array는 피사체 샘플 크기, 렌즈의 형태에 따라 변형 가능하며 정사각형의 형태로 제작하는 것이 바람직하다.
도 4(b)는 회색 부문이 array 영역으로 1984x1144개의 픽셀로 구성되어 작은 피사체에 적용할 수 있는 제품이다. 작은 구조의 LiDAR를 만들어 이동기기에 편리하게 부착하여 사용하기에 적합하여 소형 로봇이나 비행체에 응용하기에 편리하다.
본 발명에서 픽셀은 빛의 위상을 직접적 조절, 제어할 수 있는 최소단위로서, 해상도는 패널을 구성하는 픽셀의 숫자에 달려있다. 디스플레이 기술의 발달로 시중에 4k(UHD)해상도는 TV의 경우 약 8백 만개의 픽셀을 가진다. 4K는 가로로 픽셀이 4,096개로서 DCI(Digital Cinema Initiatives)에서 설정한 해상도의 4배이다. 본 발명에서 구현하고자 하는 미세 분해능을 가지기 위해서는, 픽셀의 유닛(unit)이 작고 포토 센서의 픽셀 크기가 작아야 하며, LCoS 패널의 픽셀 크기를 최소화하여 7000PPI (Pixel per Inch) 이상이여야 한다. 이때 사용되는 센서는 일반 CCD/CIS(CMOS Image sensor) 과 다른 UV/R/G/B/IR을 센싱할 수 있는 포토 센서이다.
도 2에서 객체가 되는 대상물(30)은 본 발명의 광원의 시야 범위 내에 하나 이상의 대상물로서 반사할 수 있는 물체를 말한다. 물체의 크기나 형상, 재질 등은 제한이 없으며, 특수 목적의 극소형 물체나 유류, black ice의 적층 구조 등도 그 포함될 수 있으며, 판독이 가능하다. 차량 등 이동체에 본 발명의 시스템이 적용되었을 경우, 운반체들의 이송면의 성분 등을 분석해서 이동조건 (driving condition)의 자료로 활용도 가능하다.
도 2에서 광검출부(40)는 상기 대상물(30)에 의해 반사되어온 광 정보를 검출하여 영상신호로 변환하는 구성이다.
본 발명의 광원부(10)에서 조사된 광파장이 LCoS(20)를 통하여 대상물(30)에 입사되어 회절, 간섭, 굴절, 산란된 파장들의 패턴 정보가 검출부(40)에서 이미지 데이터로 변환되어 생성된 다양한 이미지를 신호처리부로 전송하게 되는 것이다.
광검출부(40)에 구비된 광센서는 광증폭기 (Photo Multiplier), CCD(charge-coupled device) 촬상소자, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) 영상 센서 중 어느 하나 또는 복수 개로 구성된다. 상기 광증폭기는 광신호를 유도 방출원리에 의해 증폭하는 장치로서, 증폭된 빛은 CCD(charge-coupled device) 촬상소자 또는 CMOS 영상센서를 통하여 검출하게 된다.
광 필터는 원하는 파장만 통과시키는 목적이므로 용도에 따라 원하는 파장을 일부 영역으로 잘라서 파장 편집 형태로 이미지를 편집 사용 가능하다. 또한 특수 파장 센서를 따로 만들어 UV 전용 센서, IR 전용 센서, Green/blue/Red 전용 센서 등으로 특정 파장만을 검출 할 때에 사용 전환 가능 하다.
영상구현부(미도시)는 상기 광검출부(40)에서 검출된 이미지 데이터 신호를 처리하여 피사체의 3차원 토모그래피 영상 이미지를 생성하여, 그 생성된 이미지를 3차원적 영상으로 출력하는 장치이다. 이때 생성된 data를 ADAS용 source로 활용하여 주행에 필요한 정보로 사용한다. 조명 구성에서 렌즈, 프리즘, 필터 등을 통해 통상적으로 해 왔던 기계적인 조절이 없어도 아주 다양한 구조광을 실현시킬 수 있게 된다.
영상신호를 통해 조명광의 색상을 조절할 수 있고, 상이한 색상들을 디스플레이의 여러 지점들에서 동시에 생성하고 LiDAR 조명광의 밝기를 여러 지점에서 상이하게 구현하는 일도 가능하다.
상기 대상물(30)의 이미지는 일반 디스플레이 장치를 통해 보거나, 동시에 저장 장치에 기록시킬 수 있다. 포멧화 된 영상은 판독 및 분석에서 reference data로 사용되고 다양한 진단, 테스트, 분석에 적용가능하게 된다. 디지털화된 영상을 획득시 스캐닝 범위에 따라 배율이 변화하기 때문에 해상도의 성능을 높이기 위해서는 영상에서의 가로/세로 픽셀 사이즈와 FOV(Field of view)를 고려하여 추가로 렌즈를 설계할 수 있다.
이상과 같이, 발명은 광원부(10)에서 복수의 광원 및 파장영역에서 보다 다양한 변형된 광소스를 방출하여, 상기 광원(10)에서 방출된 빛은 LCoS(20)에 시준, 입사되어 대상물(30)에 의해 반사되고, 상기 반사된 빛이 검출기(40)에 회절, 간섭, 굴절, 산란된 파장들의 패턴 정보가 이미지 데이터로 변환되어 생성된 다양한 이미지를 처리되어 3차원 이미지를 영상화하여 볼 수 있는 고해상도의 실시간 이미지가 구현되는 것이다. 즉, 한 개 이상의 광소스 내지 멀티 광 소스를 사용하여 변환된 광을, LCoS를 통하여 회절격자 무늬 발생기에 회절 반사되어, 패턴화된 광이 투사체에 분사되어 회절, 간섭, 굴절, 산란된 파장들이 포토 센서를 거쳐 이미지 데이터로 변환하여 저장하고, 이들을 이미지 프로세싱의 기술을 통하여 가시광선으로 변환하여서 디스플레이하거나 원천 데이터를 저장하여 새로운 포멧으로 전환 가능한 소스로 매우 다양한 영역에서 사용할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 라이다 시스템의 또 다른 실시예이다.
도 3에서는 원형구조의 LiDAR system이 구현된다. 원형구조의 light source (100)를 구비하여 360도 사방을 조사할 수 있는 광원을 갖도록 하고, LCoS 패널 (200)도 원형구조로 하여 구조광의 패턴을 사방으로 주사하도록 한다. 상기 주사된 광이 대상물(300)에 의해 반사되어 광원의 1차/2차/3차의 시간 차이를 이용한 센싱된 이미지가, 원형 구조의 검출기부(400)에서 회절, 간섭, 굴절, 산란된 파장들의 패턴 정보로 Depth 이미지 데이터로 변환되어 3차원 이미지를 영상화 하여 볼 수 있는 고해상도의 실시간 이미지가 구현되는 것이다.
여기서 상기 원형구조의 광원(100), LCoS 패널(200), 검출기부(400)는 모든 구조물의 형태를 원형으로 구성할 필요는 없다. 상기 구성들은 360도를 자동 스캔하는 구조로 모터를 이용하는 구조물로 360도를 커버하거나, 4각 구조물의 여러 개의 LiDAR를 조합한 구조물로 만들면 된다. 원형구조의 광원(100)은 프리즘의 원형 연결형이고, 원형구조의 검출기부(400)는 센서칩을 원형띠 모양으로 구성하여 센싱속도를 증대할 수 있다.
이에 도 3에 실시예로 구현된 원형구조의 라이다를, 드론이나 운송용 로봇에서의 물체 및 공간 지각 능력을 줄 수 있는 LiDAR로 활용하면, 작은 공간에서의 공간 물체 지각을 위해 얇은 구조물로 만들 수 있다. 특히 밀폐된 작은 공간이나 공장 내의 주위 장애물 및 구조인식에 따른 정보를 판단, 채집하는 용도의 LiDAR에 최적화된 구성으로 작은 구조물로 많은 정보를 확보할 수 있어 공간 내 이송장치, 모빌리티에 응용이 가능하다.
또 기존 라이다의 센싱 방식은 레이저 빛을 점광, 어레이(array)로 만들어 조사하고 물체에서 반사되어온 빛을 검출(detect)하여 물체의 형태나 구조를 2D 또는 3D로 분석하여 데이타로 활용한다. 주로 광원(light source)를 물체에 발사하여 스캔하는 하는 방식으로서, 모터를 이용한 회전식이나 광 어레이 (light array)를 구간(timing) 별로 switching 하여 반사 이미지를 센서에서 인식하여 원하는 이미지 데이타를 획득한다.
10 : 광원부 20: LCoS 부
30: 대상물 40 : 광검출부

Claims (14)

  1. 자외선, 가시광선( Blue, Green, Red), 적외선 가운데서 복수 개의 광을 조합하여 배열된 광원들로 복합적 빔을 생성하여, 샘플 피사체의 색깔에 따라 광원소스를 선택하여 온타임(on- time) 구간을 더 세분화하여 명도/채도의 조합으로 이미지를 만드는 복수 개의 광을 발생하는 광원부(10);
    상기 광원부(10)에서 조사된 광을 구조광으로 패턴화하는 LCoS부(20);
    상기 LCoS부(20)에서 반사된 광이 반사되도록, 광원의 시야 범위 내에 존재하는 하나 이상의 대상물(30);
    상기 대상물(30)에 의해 반사되어 광 정보를 검출하여 영상신호로 변환하는 광검출부(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배열된 광원들은 스위치를 통하여 1개씩 또는 동시에 턴 온(turn-on) 시켜 광원을 턴온 시키는 시간에 따라 타임 분할하여 파장변화를 주어 스캔 소스로 사용되도록 하는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부의 샘플링 속도가 400Hz/초 이상을 감지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 LCoS부(20)는 광원 UV, R, G, B, IR의 복합 파장을 사용한 회절격자 무늬를 만들어서 홀로그램 (CGH: Computer Generated Hologram)패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  7. 제 6항에 있어서,
    LCoS부(20)는 패널의 픽셀 크기를 최소화하여 7000PPI(Pixel Per Inch) 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  8. 제 6항에 있어서,
    사용되는 센서는 UV/R/G/B/IR을 센싱할 수 있는 포토 센서인 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 LCoS의 픽셀은 사각형인 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  10. 제6항에 있어서,
    LCoS부는 액정의 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드를 구비하는 공간 광변조기를 사용하는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  11. 제 1항에 있어서,
    광검출부(40)의 광센서 (Photo Sensor)는 광증폭기 (Photo Multiplier), CCD(charge-coupled device) 촬상소자, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) 영상 센서 중 어느 하나 또는 복수 개로 구성되는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  12. 제 11항에 있어서,
    광증폭기는 광신호를 유도 방출원리에 의해 증폭하는 장치로서, 증폭된 빛은CCD(charge-coupled device) 촬상소자 또는 CMOS 영상센서를 통하여 검출하는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  13. 제 11항에 있어서,
    광센서는 특수 파장 센서를 따로 만들어 UV 전용 센서, IR 전용 센서, Green/Blue/Red 전용 센서 등으로 특정 파장만을 검출하도록 전환 가능 한 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
  14. 제 1항에 있어서,
    광원(100), LCoS 패널(200), 검출기부(400) 중 어느 하나 또는 복수 개가 그 형태를 원형으로 구성하는 것을 특징으로 하는 LCoS를 이용한 고해상도 라이다시스템
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