KR102620781B1 - FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS - Google Patents

FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS Download PDF

Info

Publication number
KR102620781B1
KR102620781B1 KR1020230079688A KR20230079688A KR102620781B1 KR 102620781 B1 KR102620781 B1 KR 102620781B1 KR 1020230079688 A KR1020230079688 A KR 1020230079688A KR 20230079688 A KR20230079688 A KR 20230079688A KR 102620781 B1 KR102620781 B1 KR 102620781B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
scanner
laser
heterogeneous
output
lidar system
Prior art date
Application number
KR1020230079688A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조인덕
김권
최욱
임우철
Original Assignee
주식회사 인포웍스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 인포웍스 filed Critical 주식회사 인포웍스
Priority to KR1020230079688A priority Critical patent/KR102620781B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102620781B1 publication Critical patent/KR102620781B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491Details of non-pulse systems
    • G01S7/4911Transmitters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912Receivers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/101Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/12Scanning systems using multifaceted mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에 관한 것으로, 서로 다른 이기종의 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 동시에 사용하여 FMCW 라이다의 광학계를 구현하고, 이를 통해서 광각 및 다채널의 레이저를 출력할 수 있도록 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners. The optical system of FMCW Lidar is implemented by simultaneously using different types of polygon scanners and galvanometer scanners, and through this, a wide-angle and multi-channel laser can be output. This is about an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners that allows

Description

이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템{FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS}FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners {FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS}

본 발명은 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 이기종의 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 동시에 사용하여 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 라이다의 광학계를 구현하고, 이를 통해서 광각 및 다채널의 레이저를 출력할 수 있도록 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners. More specifically, the optical system of FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) LiDAR is implemented by simultaneously using different heterogeneous polygon scanners and galvanometer scanners, and This is about an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners that can output wide-angle and multi-channel lasers.

라이다(LiDAR; Light Detection And Ranging)는 레이저를 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 기술로서, 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용하여 보다 정밀한 대기 중의 물성 관측 및 거리 측정 등에 활용된다.LiDAR (Light Detection And Ranging) is a technology that can detect the distance, direction, speed, temperature, material distribution, and concentration characteristics of an object by shining a laser on the target. It has high energy density and short period. By utilizing the advantage of a laser that can generate pulse signals, it is used for more precise observation of physical properties in the atmosphere and distance measurement.

예를 들어, 라이다는 항공기, 위성 등에 탑재되어 정밀한 대기 분석 및 지구환경관측을 위한 중요한 관측 기술로 활용되고 있으며, 우주선 및 탐사 로봇에 장착되어 사물까지의 거리 측정 등 카메라 기능을 보완하기 위한 수단으로 활용되고 있다.For example, LIDAR is mounted on aircraft, satellites, etc. and is used as an important observation technology for precise atmospheric analysis and observation of the global environment. It is also mounted on spacecraft and exploration robots as a means to supplement camera functions such as measuring distances to objects. It is being utilized.

또한, 지상에서는 원거리 거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 기술이 상용화되어 왔으며, 최근에는 3D 리버스 엔지니어링(reverse engineering) 및 미래 무인자동차를 위한 레이저 스캐너(laser scanner) 및 3D 영상 카메라의 핵심 기술로 활용되면서 그 활용성과 중요성이 점차 증가되고 있다.In addition, a simple form of LiDAR technology has been commercialized on the ground for long-distance distance measurement and vehicle speed violation enforcement, and recently, laser scanners and 3D imaging for 3D reverse engineering and future unmanned cars. As it is used as a core technology for cameras, its utility and importance are gradually increasing.

이러한 라이다를 이용한 거리측정에는 펄스의 왕복시간을 측정하는 pulsed TOF(time of flight), 신호의 위상차를 통해 거리를 측정하는 위상변이(phase shift), 그리고 주파수에 변화를 준 후 주파수 차이를 통해 거리 정보를 추출하는 주파수 변조법(FMCW) 등이 사용되고 있다.Distance measurements using such LIDAR include pulsed TOF (time of flight), which measures the round trip time of a pulse, phase shift, which measures distance through the phase difference of the signal, and frequency difference after changing the frequency. Frequency modulation (FMCW) to extract distance information is being used.

TOF 방식은 레이저가 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체들로부터의 반사 펄스 신호들이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써 거리를 측정하는 방식으로서, 매우 우수한 성능을 보여준다.The TOF method is a method of measuring distance by emitting a pulse signal from a laser and measuring the time for reflected pulse signals from objects within the measurement range to arrive at the receiver, and shows very excellent performance.

이러한 장점에도 불구하고, TOF 방식은 시스템의 크기가 비교적 크고, 고비용이 요구되는 단점으로 인하여 저가의 거리 측정 시스템에는 주로 위상변이 또는 FMCW 방식이 사용되고 있다.Despite these advantages, the TOF method requires a relatively large system size and high cost, so the phase shift or FMCW method is mainly used in low-cost distance measurement systems.

하지만, 현재 사용중인 대부분의 FMCW 라이다는 갈바노미터 스캐너 또는 폴리곤 스캐너를 사용한 것으로서, 갈바노미터 스캐너를 사용하는 FMCW 라이다는 최대 50도 정도의 한계가 있어 넓은 각도를 요구하는 FMCW 라이다에는 폴리곤 스캐너를 사용하였으며, 폴리곤 스캐너를 사용하는 FMCW 라이다는 수직각도의 출력에 한계가 있었다.However, most FMCW lidars currently in use use galvanometer scanners or polygon scanners. FMCW lidars using galvanometer scanners have a maximum angle of about 50 degrees, so FMCW lidars that require wide angles are not suitable for use. A polygon scanner was used, and FMCW lidar using a polygon scanner had limitations in outputting vertical angles.

따라서 본 발명에서는 FMCW 라이다의 광학계를 서로 다른 이기종의 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 동시에 사용하여 구현하고, 이를 통해 광각 및 다채널의 레이저 출력을 수행할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 특히, 폴리곤 스캐너를 이용하여 넓은 수평각도를 구현하고, 갈바노미터 스캐너를 이용하여 수직각도를 구현하여, 광각 및 다채널의 레이저를 출력할 수 있도록 한다.Therefore, the present invention proposes a method of implementing the optical system of FMCW LiDAR by simultaneously using different types of polygon scanners and galvanometer scanners, and thereby performing wide-angle and multi-channel laser output. In particular, a wide horizontal angle is realized using a polygon scanner, and a vertical angle is realized using a galvanometer scanner, enabling wide-angle and multi-channel laser output.

다음으로 본 발명의 기술분야에 존재하는 선행발명에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행발명에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.Next, we will briefly describe the prior inventions existing in the technical field of the present invention, and then describe the technical details that the present invention seeks to achieve differently compared to the prior inventions.

먼저 한국공개특허 제2015-0018787호(2015.02.24.)는 거리측정 장치(ranging apparatus); 상기 거리측정 장치에 연결되는 제1 단부 및 상기 시스템을 환경을 통과하여 이동시키는 물체에 연결되는 제2 단부를 갖는 리액티브 링키지 기구(reactive linkage mechanism); 및 상기 리액티브 링키지 기구의 제1 단부 또는 제2 단부 중의 하나에 작동식으로 결합되는 촬상 장치를 포함하며, 사용 시에 환경에 대한 물체의 가속이 상기 리액티브 링키지 기구에 의해 상기 물체에 대한 상기 거리측정 장치의 움직임으로 변환되어, 환경에 대한 상기 거리측정 장치의 시계(field of view)를 증가시키며, 상기 거리측정 장치의 시계가 상기 촬상 장치의 시계와 중첩하는, 3차원 스캐닝 빔 및 촬상 시스템에 관한 선행발명이다.First, Korea Patent Publication No. 2015-0018787 (2015.02.24.) is a ranging apparatus; a reactive linkage mechanism having a first end connected to the ranging device and a second end connected to an object that moves the system through the environment; and an imaging device operatively coupled to one of the first end or the second end of the reactive linkage mechanism, wherein, when in use, acceleration of the object relative to the environment is achieved by the reactive linkage mechanism. A three-dimensional scanning beam and imaging system that translates into movement of a ranging device, increasing the field of view of the ranging device with respect to the environment, wherein the field of view of the ranging device overlaps the field of view of the imaging device. It is a prior invention regarding .

또한 국제공개특허 WO2016/153233호(2016.09.29.)는 광학적 수단을 사용하여 측정 대상물까지의 거리와 측정대상물의 형태를 측정하는 라이다 장치에 관한 선행발명이다.In addition, International Publication Patent No. WO2016/153233 (2016.09.29.) is a prior invention regarding a LiDAR device that measures the distance to a measurement object and the shape of the measurement object using optical means.

하지만, 본 발명은 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 동시에 사용하여 FMCW 라이다의 광학계를 구현한 것이므로, 거리측정 장치의 시계를 증가시키며, 거리측정 장치의 시계가 촬상 장치의 시계와 중첩하도록 하는 상기 한국공개특허 제2015-0018787호, 및 화각 내의 각 방향에 대하여 레이저 빔을 스캐닝 방식으로 방출하고 각 방향에 대하여 별도로 반사광을 획득하여 반사체까지의 거리를 계산하는 상기 국제공개특허 WO2016/153233호와 비교해 볼 때 구성상 차이점이 있다.However, since the present invention implements the optical system of the FMCW lidar by simultaneously using a polygon scanner and a galvanometer scanner, the field of view of the distance measuring device is increased, and the field of view of the distance measuring device overlaps the field of view of the imaging device. Compared to Korean Patent Publication No. 2015-0018787 and International Publication Patent WO2016/153233, which emits a laser beam in a scanning manner for each direction within the angle of view and obtains reflected light separately for each direction to calculate the distance to the reflector. There is a difference in composition.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 서로 다른 종류의 스캐너 2개를 사용하여 오브젝트와의 거리 측정을 위한 레이저의 광각 및 다채널 출력을 수행할 수 있는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above problems, and is an FMCW using heterogeneous scanners that can perform wide-angle and multi-channel output of a laser to measure the distance to an object using two different types of scanners. The purpose is to provide a system.

또한, 본 발명은 FMCW 라이다의 광학계를 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 사용하여 구성할 수 있는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another purpose of the present invention is to provide an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners that can configure the optical system of the FMCW LiDAR using a polygon scanner and a galvanometer scanner.

또한 본 발명은 폴리곤 스캐너를 이용하여 넓은 수평각도를 구현하고, 갈바노미터 스캐너를 이용하여 수직각도를 구현하여, 광각 및 다채널의 레이저를 출력할 수 있는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners that can output wide-angle and multi-channel lasers by implementing a wide horizontal angle using a polygon scanner and a vertical angle using a galvanometer scanner. It has another purpose.

본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템은, 레이저를 발광하는 레이저 발광부; 상기 발광한 레이저의 수직각도와 각도 분해능을 구현하기 위한 제1 스캐너; 및 상기 제1 스캐너를 통해 전달되는 레이저의 수평각도와 각도 분해능을 구현하기 위한 제2 스캐너;를 포함하며, 서로 다른 이기종의 상기 제1 스캐너와 제2 스캐너의 동시 적용을 통해서 광각 및 다채널의 레이저를 거리 측정 대상의 오브젝트로 출력할 수 있다.An FMCW LiDAR system using a heterogeneous scanner according to an embodiment of the present invention includes a laser emitting unit that emits a laser; a first scanner for implementing the vertical angle and angular resolution of the emitted laser; And a second scanner for implementing the horizontal angle and angular resolution of the laser transmitted through the first scanner; wide-angle and multi-channel laser through simultaneous application of the first and second scanners of different types. can be output as an object for distance measurement.

또한, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템은, 상기 레이저 발광부에서 출력되는 레이저를 집광 및 콜리메이션하여 출력하는 렌즈; 상기 제1 스캐너에 구비된 미러가 소정 각도로 회전되도록 구동하는 제1 구동모터; 상기 제2 스캐너를 일 측 방향으로 기 설정된 속도로 회전하도록 구동하는 제2 구동모터; 및 상기 오브젝트에 의해 반사되어 수신된 반사신호와 상기 레이저 발광부에서 발광된 레이저를 참조하여 상기 오브젝트의 거리정보를 산출하는 신호처리모듈;을 더 포함하며, 상기 제2 구동모터는, 상기 제2 구동모터의 회전수와 속도를 감지하는 엔코더를 더 포함할 수 있다.In addition, the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner includes a lens that condenses and collimates the laser output from the laser emitting unit; a first driving motor that drives the mirror provided in the first scanner to rotate at a predetermined angle; a second driving motor that drives the second scanner to rotate in one direction at a preset speed; And a signal processing module that calculates the distance information of the object by referring to the reflected signal reflected and received by the object and the laser emitted from the laser emitting unit, wherein the second drive motor includes the second It may further include an encoder that detects the number of revolutions and speed of the drive motor.

또한, 상기 제1 스캐너는, 갈바노미터 스캐너로서, 전면에 구비된 미러가 상기 제1 구동모터에 의해 회전하면서 상기 레이저 발광부에서 발광한 레이저를 30도의 수직각도 이내에서 다채널로 출력하도록 하며, 상기 제2 스캐너는, 4면으로 형성된 폴리곤 스캐너로서, 상기 제2 구동모터에 의해 일 측 방향으로 회전하면서 상기 갈바노미터 스캐너를 통해 출력되는 레이저를 120도의 수평으로 상기 오브젝트로 출력하도록 할 수 있다.In addition, the first scanner is a galvanometer scanner, and the mirror provided on the front is rotated by the first drive motor to output the laser emitted from the laser light emitting unit in multiple channels within a vertical angle of 30 degrees. , the second scanner is a polygon scanner formed on four sides, and can rotate in one direction by the second drive motor to output the laser output through the galvanometer scanner to the object at a horizontal angle of 120 degrees. there is.

또한, 상기 갈바노미터 스캐너의 각도 분해능은, 상기 갈바노미터 스캐너의 일 측에 구비된 피드백 센서의 측정 값을 통해 현재 레이저가 출력되는 수직 위치를 확인함으로써, 구현되며, 상기 폴리곤 스캐너의 각도 분해능은, 상기 엔코더의 카운터 값을 통해 현재 레이저가 출력되는 수평 위치를 확인함으로써, 구현될 수 있다.In addition, the angular resolution of the galvanometer scanner is implemented by confirming the vertical position where the laser is currently output through the measurement value of a feedback sensor provided on one side of the galvanometer scanner, and the angular resolution of the polygon scanner is can be implemented by checking the horizontal position where the laser is currently output through the counter value of the encoder.

또한, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템은, 상기 갈바노미터 스캐너에서 측정한 회전 피드백 신호와 상기 엔코더에서 감지한 상기 폴리곤 스캐너의 회전 위치를 동기화하여, 상기 갈바노미터 스캐너와 상기 폴리곤 스캐너의 구동을 수행함으로써, 상기 레이저의 상기 오브젝트로의 광각 및 다채널 출력을 수행할 수 있다.In addition, the FMCW LIDAR system using the heterogeneous scanner synchronizes the rotational feedback signal measured by the galvanometer scanner and the rotational position of the polygon scanner detected by the encoder, so that the galvanometer scanner and the polygon scanner By performing driving, wide-angle and multi-channel output of the laser to the object can be performed.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법은, 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 레이저 발광부를 통해 레이저를 발광하는 단계; 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 제1 스캐너를 통해 상기 발광한 레이저의 수직각도와 각도 분해능을 구현하는 단계; 및 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 제2 스캐너를 통해 상기 제1 스캐너를 통해 전달되는 레이저의 수평각도와 각도 분해능을 구현하는 단계;를 포함하며, 서로 다른 이기종의 상기 제1 스캐너와 제2 스캐너의 동시 적용을 통해서 광각 및 다채널의 레이저를 거리 측정 대상의 오브젝트로 출력할 수 있다.In addition, a method of driving an FMCW LiDAR system using a heterogeneous scanner according to an embodiment of the present invention includes the steps of emitting a laser through a laser emitting unit in an FMCW LiDAR system using a heterogeneous scanner; In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, implementing the vertical angle and angular resolution of the emitted laser through a first scanner; And in the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, implementing the horizontal angle and angular resolution of the laser transmitted through the first scanner through a second scanner; including, the first scanner and the first scanner of different heterogeneous types. Through the simultaneous application of 2 scanners, wide-angle and multi-channel lasers can be output to the object for distance measurement.

또한, 상기 구동방법은, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 렌즈를 통해 상기 레이저 발광부에서 출력되는 레이저를 집광 및 콜리메이션하여 출력하는 단계; 제1 구동모터를 통해 상기 제1 스캐너에 구비된 미러를 소정 각도로 회전시켜, 상기 렌즈를 통해 집광 및 콜리메이션된 레이저를 상기 제2 스캐너로 출력하는 단계; 제2 구동모터를 통해 상기 제2 스캐너를 일 측 방향으로 기 설정된 속도로 회전시켜, 상기 제1 스캐너를 통해 입력된 레이저를 상기 오브젝트로 출력하는 단계; 및 신호처리모듈을 통해 상기 오브젝트에 의해 반사되어 수신된 반사신호와 상기 레이저 발광부에서 발광된 레이저를 참조하여 상기 오브젝트의 거리정보를 산출하는 단계;를 더 포함하며, 상기 제2 구동모터는, 상기 제2 구동모터의 회전수와 속도를 감지하는 엔코더를 더 포함할 수 있다.In addition, the driving method includes, in the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, concentrating and collimating the laser output from the laser emitting unit through a lens and outputting the laser beam; Rotating a mirror provided in the first scanner at a predetermined angle using a first drive motor and outputting the laser focused and collimated through the lens to the second scanner; Rotating the second scanner in one direction at a preset speed using a second drive motor to output the laser input through the first scanner to the object; And calculating the distance information of the object by referring to the reflected signal reflected and received by the object and the laser emitted from the laser light emitting unit through a signal processing module, wherein the second driving motor includes, It may further include an encoder that detects the rotation speed and speed of the second drive motor.

또한, 상기 구동방법은, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 상기 갈바노미터 스캐너에서 측정한 회전 피드백 신호와 상기 엔코더에서 감지한 상기 폴리곤 스캐너의 회전 위치를 동기화하여, 상기 갈바노미터 스캐너와 상기 폴리곤 스캐너의 구동을 수행함으로써, 상기 레이저의 상기 오브젝트로의 광각 및 다채널 출력을 수행할 수 있다.In addition, the driving method, in the FMCW lidar system using the heterogeneous scanner, synchronizes the rotation feedback signal measured by the galvanometer scanner and the rotation position of the polygon scanner detected by the encoder, By driving the polygon scanner, wide-angle and multi-channel output of the laser to the object can be performed.

이상에서와 같이 본 발명의 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에 따르면, 서로 다른 이기종의 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 결합하여 FMCW 라이다의 광학계를 구성하되, 4면의 폴리곤 스캐너를 이용하여 넓은 수평각도와 각도 분해능을 구현하고, 갈바노미터 스캐너를 이용하여 수직각도와 각도 분해능을 구현함으로써, 오브젝트의 거리 측정을 위한 레이저의 광각 및 다채널 출력이 가능한 효과가 있다.As described above, according to the FMCW Lidar system using a heterogeneous scanner of the present invention, the optical system of the FMCW Lidar is constructed by combining different types of polygon scanners and galvanometer scanners, and a wide By implementing horizontal angle and angular resolution and vertical angle and angular resolution using a galvanometer scanner, wide-angle and multi-channel output of the laser for measuring the distance of an object is possible.

다만, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects described above, and effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템의 구성을 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 2와 도 3은 본 발명에 적용된 제1 스캐너(갈바노미터 스캐너) 및 제2 스캐너(폴리곤 스캐너)를 통해 수직 및 수평각도로 구현된 레이저의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 적용된 엔코더의 구성과 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
Figure 1 is a block diagram showing in detail the configuration of an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 and 3 are diagrams to explain the output of a laser implemented at vertical and horizontal angles through a first scanner (galvanometer scanner) and a second scanner (polygon scanner) applied to the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the configuration and operating principle of the encoder applied to the present invention.
Figure 5 is a flowchart showing in detail the operation process of the FMCW LIDAR system driving method using a heterogeneous scanner according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, or delete other components within the scope of the same spirit, or create other degenerative inventions or this invention. Other embodiments that are included within the scope of the invention can be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the invention of the present application.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템의 구성을 상세하게 나타낸 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing in detail the configuration of an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)은 레이저 발광부(110), 렌즈(120), 제1 구동모터(130), 제1 스캐너(140), 제2 구동모터(150), 제2 스캐너(160) 등을 포함한다.As shown in Figure 1, the FMCW LiDAR system 100 using a heterogeneous scanner according to an embodiment of the present invention includes a laser light emitting unit 110, a lens 120, a first drive motor 130, and a first It includes a scanner 140, a second drive motor 150, a second scanner 160, etc.

특히, 본 발명에 적용된 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)은 서로 다른 종류의 스캐너인 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 함께 사용한 것으로서, 폴리곤 스캐너를 통해서는 넓은 수평각도를 구현할 수 있으며, 갈바노미터 스캐너를 통해서는 수직각도를 구현할 수 있으므로, 광각 및 다채널의 레이저이 가능한 장점이 있다.In particular, the FMCW Lidar system 100 using a heterogeneous scanner applied to the present invention uses different types of scanners, a polygon scanner and a galvanometer scanner, and can implement a wide horizontal angle through the polygon scanner, Since the vertical angle can be realized through a nometer scanner, it has the advantage of being able to use wide-angle and multi-channel lasers.

상기 레이저 발광부(110)는 제어모듈(미도시)의 제어에 따라 레이저를 발광하여 출력한다.The laser emitting unit 110 emits and outputs laser light under the control of a control module (not shown).

상기 렌즈(120)는 상기 복수의 레이저 발광부(110)로부터 출력되는 각 레이저를 집광 및 콜리메이션(collimation)하여 상기 제1 스캐너(140)로 출력한다. 여기서, 상기 콜리메이션은 상기 레이저의 진행방향을 기준이 되는 광축과 평행하도록 정렬하는 것을 의미한다.The lens 120 collects and collimates each laser output from the plurality of laser emitters 110 and outputs the laser beams to the first scanner 140. Here, the collimation means aligning the traveling direction of the laser to be parallel to the optical axis as a reference.

상기 제1 구동모터(130)는 제어모듈(미도시)의 제어에 따라 상기 제1 스캐너(140)를 구동시켜 상기 렌즈(120)에서 출력되는 레이저를 상기 제2 스캐너(160) 방향으로 출력하도록 한다.The first drive motor 130 drives the first scanner 140 under the control of a control module (not shown) to output the laser output from the lens 120 in the direction of the second scanner 160. do.

즉 상기 렌즈(120)를 통해 출력되는 집광 및 콜리메이션된 레이저를 소정 각도(예를 들어, 30도)의 수직으로 전환하여 상기 제2 스캐너(160)로 출력할 수 있도록 하는 것이다.That is, the condensed and collimated laser output through the lens 120 can be converted to the vertical at a predetermined angle (for example, 30 degrees) and output to the second scanner 160.

예를 들어, 상기 제1 구동모터(130)는 상기 제1 스캐너(140)의 후면에 설치되어, 상기 제1 스캐너(140)의 전면 일 측에 구비된 미러가 소정 각도로 회전하도록 구동함으로써, 상기 렌즈(120)를 통해 출력되는 레이저가 소정 각도의 수직으로 출력되도록 한다.For example, the first drive motor 130 is installed at the rear of the first scanner 140 and drives the mirror provided on one front side of the first scanner 140 to rotate at a predetermined angle, The laser output through the lens 120 is output vertically at a predetermined angle.

상기 제1 스캐너(140)는 상기 렌즈(120)를 통해 집광 및 콜리메이션된 레이저의 수직각도와 각도 분해능을 구현하는 기능을 수행한다.The first scanner 140 performs a function of implementing the vertical angle and angular resolution of the laser beam collected and collimated through the lens 120.

즉, 상기 제1 스캐너(140)는 갈바노미터(galvanometer) 스캐너로서, 전면 일 측에 구비된 미러가 상기 제1 구동모터(130)에 의해 소정 각도로 회전하면서 상기 레이저 발광부(110) 및 렌즈(120)를 거쳐 입력되는 레이저를 소정의 수직각도(예: 30도) 이내에서 다채널로 출력하도록 하는 것이다. 이때 상기 수직각도는 본 발명에서는 30도를 예로 하여 설계한 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않고 다양하게 구현할 수 있음을 밝혀둔다.That is, the first scanner 140 is a galvanometer scanner, and the mirror provided on one side of the front is rotated at a predetermined angle by the first drive motor 130, and the laser light emitting unit 110 and The laser input through the lens 120 is output in multiple channels within a predetermined vertical angle (e.g., 30 degrees). At this time, the vertical angle is explained in the present invention as designed using 30 degrees as an example, but it is not limited to this and can be implemented in various ways.

상기 제2 구동모터(150)는 제어모듈(미도시)의 제어에 따라 상기 제2 스캐너(160)를 구동시켜 상기 제1 스캐너(140)를 통해 소정의 수직각도로 출력되는 레이저를 넓은 수평각도로 오브젝트 방향으로 출력하도록 한다.The second drive motor 150 drives the second scanner 160 under the control of a control module (not shown) to divert the laser output at a predetermined vertical angle through the first scanner 140 to a wide horizontal angle. Make sure to output in the object direction.

즉, 상기 제1 스캐너(140)를 거쳐 입력된 레이저를 소정 각도(예를 들어, 120도)의 수평으로 전환하여 출력할 수 있도록 하는 것이다.That is, the laser input through the first scanner 140 can be converted to horizontal at a predetermined angle (for example, 120 degrees) and output.

예를 들어, 상기 제2 구동모터(150)는 상기 제2 스캐너(160)의 저면에 설치되어, 4면으로 형성된 상기 제2 스캐너(160)가 일 측 방향으로 기 설정된 속도로 회전할 수 있도록 구동함으로써, 상기 제1 스캐너(140)를 거쳐 입력된 레이저가 광각으로 출력되도록 한다.For example, the second drive motor 150 is installed on the bottom of the second scanner 160 so that the second scanner 160, which is formed on four sides, can rotate in one direction at a preset speed. By driving, the laser input through the first scanner 140 is output at a wide angle.

이때 상기 제2 구동모터(150)는 상기 제2 구동모터(150)의 회전수와 속도를 감지하는 엔코더(151)를 더 포함하여 구성할 수 있다.At this time, the second drive motor 150 may further include an encoder 151 that detects the rotation speed and speed of the second drive motor 150.

상기 제2 스캐너(160)는 상기 제1 스캐너(140)를 통해 전달되는 레이저의 수평각도와 각도 분해능을 구현하는 기능을 수행한다.The second scanner 160 functions to implement the horizontal angle and angular resolution of the laser transmitted through the first scanner 140.

즉, 상기 제2 스캐너(160)는 4면으로 형성된 폴리곤(polygon) 스캐너로서, 상기 제2 구동모터(150)에 의해 일 측 방향으로 기 설정된 회전하면서 상기 제1 스캐너(140)를 통해 출력되는 레이저를 소정 각도(예: 120도)의 수평으로 전환하여 상기 오브젝트로 출력하도록 하는 것이다.That is, the second scanner 160 is a polygon scanner formed with four sides, and outputs through the first scanner 140 while rotating in a preset direction by the second drive motor 150. The laser is converted to the horizontal at a predetermined angle (e.g., 120 degrees) and output to the object.

한편, 도 1에 도시하지는 않았지만, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)은 상기 오브젝트에 의해 반사되어 수신된 반사신호와 상기 레이저 발광부(110)에서 발광된 레이저를 참조하여 상기 오브젝트의 거리정보를 산출하는 신호처리모듈을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, although not shown in FIG. 1, the FMCW LiDAR system 100 using the heterogeneous scanner refers to the reflected signal reflected and received by the object and the laser emitted from the laser emitting unit 110 to determine the It may further include a signal processing module that calculates distance information.

도 2와 도 3은 본 발명에 적용된 제1 스캐너(갈바노미터 스캐너) 및 제2 스캐너(폴리곤 스캐너)를 통해 수직 및 수평각도로 구현된 레이저의 출력을 설명하기 위한 도면이다.Figures 2 and 3 are diagrams to explain the output of a laser implemented at vertical and horizontal angles through a first scanner (galvanometer scanner) and a second scanner (polygon scanner) applied to the present invention.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 스캐너(140)는 상기 렌즈(120)를 통해 집광 및 콜리메이션된 레이저의 수직각도와 각도 분해능을 구현하며, 상기 제2 스캐너(160)는 상기 제1 스캐너(140)를 통해 전달되는 레이저의 수평각도와 각도 분해능을 구현한다.As shown in FIGS. 2 and 3, the first scanner 140 implements the vertical angle and angular resolution of the laser focused and collimated through the lens 120, and the second scanner 160 The horizontal angle and angular resolution of the laser transmitted through the first scanner 140 are implemented.

이때 상기 제1 스캐너(갈바노미터 스캐너)의 각도 분해능은 제어모듈(미도시)에서 상기 제1 스캐너(갈바노미터 스캐너)의 일 측에 구비된 피드백 센서(미도시)에서 측정한 데이터를 확인하고, 이를 통해 현재 레이저가 출력되는 수직 위치를 확인하는 것을 토대로 구현될 수 있다.At this time, the angular resolution of the first scanner (galvanometer scanner) is determined by checking the data measured by the feedback sensor (not shown) provided on one side of the first scanner (galvanometer scanner) in the control module (not shown). This can be implemented based on checking the vertical position where the laser is currently output.

또한, 상기 제2 스캐너(폴리곤 스캐너)의 각도 분해능은 제어모듈(미도시)에서 상기 제2 구동모터(150)에 구비된 엔코더(151)에서 측정한 카운터 값을 확인하고, 이를 통해 현재 레이저가 출력되는 수평 위치를 확인하는 것을 토대로 구현될 수 있다.In addition, the angular resolution of the second scanner (polygon scanner) is determined by checking the counter value measured by the encoder 151 provided in the second drive motor 150 in the control module (not shown), and through this, the current laser It can be implemented based on checking the output horizontal position.

보다 구체적으로 설명하면, 대부분의 FMCW 라이다에서 기준 동기는 처프(chirp)이며, 1 처프에 1 포인트를 화면(PointCloud)에 찍을 수 있다.To be more specific, in most FMCW lidars, the reference synchronization is chirp, and 1 point per chirp can be recorded on the screen (PointCloud).

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)에서 10kHz의 처프를 사용하면, 초당 만 개의 포인트를 화면(PointCloud)에 표시할 수 있다.For example, if a chirp of 10 kHz is used in the FMCW LiDAR system 100 using the heterogeneous scanner according to an embodiment of the present invention, 10,000 points per second can be displayed on the screen (PointCloud).

하지만, 이는 화면 전체의 개수이지 현재 레이저를 쏘고 있는 위치의 값이 아니다.However, this is the number of the entire screen, not the value of the position where the laser is currently being fired.

현재 레이저를 쏘고 있는 위치의 값을 화면에 표시하려면, 현재 레이저가 출력되는 위치를 알아야 오브젝트에 의해 반사되어 돌아오는 값(즉 위치)을 화면에 표시할 수 있는데, 이때 필요한 것이 수평에 해당하는 위치 값과 수직에 해당하는 위치 값이다.In order to display the value of the position where the laser is currently shooting on the screen, you must know the position where the laser is currently output so that the value reflected by the object (i.e. the position) can be displayed on the screen. What is needed at this time is the horizontal position. This is the position value perpendicular to the value.

이때 수직에 해당하는 위치 값을 알기 위해서는 상기 제1 스캐너(140)에 구비된 센서를 통해 현재의 위치를 확인하고, 상기 확인한 위치 값에 포인트를 찍으면 수직에 해당하는 위치를 확인할 수 있다.At this time, in order to know the vertical position value, the current position is confirmed through the sensor provided in the first scanner 140, and by placing a point on the confirmed position value, the vertical position can be confirmed.

마찬가지로, 수평에 해당하는 위치 값을 알기 위해서는 제2 스캐너(160)를 구동하는 제2 구동모터(150)에 구비된 엔코더(151)를 통해 현재 위치를 확인하고, 상기 확인한 위치 값에 포인트를 찍으면 수평에 해당하는 위치를 확인할 수 있다.Similarly, in order to know the position value corresponding to the horizontal, check the current position through the encoder 151 provided in the second drive motor 150 that drives the second scanner 160, and place a point on the confirmed position value. You can check the horizontal position.

한편, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)에서 레이저를 오브젝트 방향으로 광각 및 다채널로 출력하기 위해서는 반드시 상기 제1 스캐너(140)와 제2 스캐너(160)의 동기화가 필수적이다.Meanwhile, in the FMCW LiDAR system 100 using the heterogeneous scanner, synchronization of the first scanner 140 and the second scanner 160 is essential in order to output a laser in a wide angle and multi-channel direction in the object direction.

이를 위해서, 본 발명에서는 상기 제1 스캐너(140)에서 측정한 회전 피드백 신호와 상기 엔코더(151)에서 감지한 상기 제2 스캐너(160)의 회전 위치를 동기화하여, 상기 제1 스캐너(140)와 제2 스캐너(160)의 구동을 수행한다.To this end, in the present invention, the rotational feedback signal measured by the first scanner 140 is synchronized with the rotational position of the second scanner 160 detected by the encoder 151, so that the first scanner 140 and The second scanner 160 is driven.

이때 동기신호는, 예를 들어 수평 시야각(FOV) 스타트, 엔드 -> 수직 시야각(FOV) 중 첫 번째 라인 이동 -> 수평 시야각(FOV) 스타트, 엔드 -> 수직 시야각(FOV) 중 두 번째 라인 이동 -> 수평 시야각(FOV) 스타트 및 엔드 -> 수직 시야각(FOV) 중 세 번째 라인 이동 등의 형식으로 동기를 맞추어 상기 제1 스캐너(140)와 제2 스캐너(160)의 구동을 수행하여야 화면(즉 PointCloud)에 정확하게 레이저를 뿌릴 수 있게 된다.At this time, the synchronization signal is, for example, horizontal field of view (FOV) start, end -> first line movement in vertical field of view (FOV) -> horizontal field of view (FOV) start, end -> second line movement in vertical field of view (FOV). -> Horizontal field of view (FOV) start and end -> Vertical field of view (FOV) The first scanner 140 and the second scanner 160 must be driven in synchronization in the form of movement of the third line, etc. on the screen ( In other words, it is possible to spray laser accurately on PointCloud.

도 4는 본 발명에 적용된 엔코더의 구성과 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.Figure 4 is a diagram for explaining the configuration and operating principle of the encoder applied to the present invention.

본 발명에 적용된 폴리곤 스캐너를 구동하는 상기 제2 구동모터(150)에는 엔코더(151)가 구비되어 있다.The second drive motor 150 that drives the polygon scanner applied to the present invention is equipped with an encoder 151.

상기 엔코더(151)는 인크리멘탈 엔코더(Incremental Encoder), 앱솔루트 엔코더(Absolute Encoder) 등을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 도 4의 (a) 및 (b)에 나타낸 것처럼, 광학식 인크리멘탈 엔코더 또는 마그네틱 인크리멘탈 엔코더를 적용하는 것이 바람직하다.The encoder 151 may use an incremental encoder, an absolute encoder, etc., but in the present invention, as shown in Figures 4 (a) and (b), an optical incremental encoder or It is desirable to apply a magnetic incremental encoder.

상기 엔코더는 도 4의 (c)에 나타낸 것처럼, 위치 정보가 A상, B상 및 index(Z상)로 출력된다. 이때 한 바퀴에 해당하는 신호가 index이고, 360도 중 하나의 위치에 대한 값이 A상, B상으로 나오며, A상과 B상의 위상차는 90도이다. 이렇게 하는 이유는 분해능을 높이고 모터의 회전 방향을 알 수 있도록 하기 위함이다. 또한, A상 하나만 사용하면 한 바퀴에 1024개의 출력이 되지만, A상과 B상을 동시에 사용하면 4배인 4096개로 분해하여 사용할 수 있다.As shown in (c) of FIG. 4, the encoder outputs position information in A-phase, B-phase, and index (Z-phase). At this time, the signal corresponding to one wheel is the index, the value for one position out of 360 degrees is displayed as A phase and B phase, and the phase difference between A phase and B phase is 90 degrees. The reason for doing this is to increase resolution and to know the direction of rotation of the motor. In addition, if only phase A is used, 1024 units can be output in one wheel, but if both A and B phases are used simultaneously, it can be disassembled into 4096 units, which is 4 times more.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법의 일 실시예를 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.Next, an embodiment of the FMCW LiDAR system driving method using a heterogeneous scanner according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIG. 5. At this time, the order of each step according to the method of the present invention may be changed depending on the usage environment or a person skilled in the art.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.Figure 5 is a flowchart showing in detail the operation process of the FMCW LIDAR system driving method using a heterogeneous scanner according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)은 레이저 발광부(110)를 통해 레이저를 발광하는 단계를 수행한다(S100).As shown in FIG. 5, the FMCW LiDAR system 100 using a heterogeneous scanner according to an embodiment of the present invention performs a step of emitting a laser through the laser emitting unit 110 (S100).

또한, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)은 렌즈(120)를 통해 상기 S100 단계를 통해 출력되는 레이저를 집광 및 콜리메이션하여 출력하는 단계를 수행한다(S200).In addition, the FMCW LiDAR system 100 using the heterogeneous scanner performs the step of concentrating and collimating the laser output through the step S100 through the lens 120 and outputting the laser (S200).

또한, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)은 제1 구동모터(130)를 통해 제1 스캐너(140)인 갈바노미터 스캐너의 일 측에 구비된 미러를 소정 각도로 회전시킴으로써, 상기 S200 단계에서 상기 렌즈(120)를 통해 집광 및 콜리메이션된 레이저를 제2 스캐너(160)로 출력하는 단계를 수행한다(S300).In addition, the FMCW LiDAR system 100 using the heterogeneous scanner rotates the mirror provided on one side of the galvanometer scanner, which is the first scanner 140, at a predetermined angle through the first drive motor 130, The laser beam collected and collimated through the lens 120 in step S200 is output to the second scanner 160 (S300).

즉, 상기 제1 스캐너(140)를 통해 레이저의 수직각도와 각도 분해능을 구현하여 상기 제2 스캐너(160)로 출력하는 것이다.That is, the vertical angle and angular resolution of the laser are implemented through the first scanner 140 and output to the second scanner 160.

이어서, 상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템(100)은 제2 구동모터(150)를 통해 상기 제2 스캐너(160)인 폴리곤 스캐너를 일 측 방향으로 기 설정된 속도로 회전시킴으로써, 상기 S300 단계에서 상기 제1 스캐너(140)를 통해 입력된 레이저를 오브젝트로 출력하는 단계를 수행한다(S400).Subsequently, the FMCW LiDAR system 100 using the heterogeneous scanner rotates the polygon scanner, which is the second scanner 160, in one direction at a preset speed through the second drive motor 150, in step S300. A step of outputting the laser input through the first scanner 140 as an object is performed (S400).

즉, 상기 제2 스캐너(160)를 통해 상기 제1 스캐너(140)를 통해 전달되는 레이저의 수평각도와 각도 분해능을 구현하여 오브젝트로 출력함으로써, 서로 다른 이기종의 스캐너의 동시 적용을 통해서 광각 및 다채널의 레이저를 거리 측정 대상의 오브젝트로 출력하는 것이다.That is, by implementing the horizontal angle and angular resolution of the laser transmitted through the first scanner 140 through the second scanner 160 and outputting it as an object, wide-angle and multi-channel scanning is achieved through simultaneous application of different types of scanners. The laser is output to the object of distance measurement.

이때 상기 제1 스캐너(140)에서 측정한 회전 피드백 신호와 제2 구동모터(150)의 엔코더(151)에서 감지한 상기 제2 스캐너(160)의 회전 위치를 동기화하여야 함은 상기 설명한 바와 같다.At this time, as described above, the rotational feedback signal measured by the first scanner 140 and the rotational position of the second scanner 160 detected by the encoder 151 of the second drive motor 150 must be synchronized.

상기 S400 단계를 통해 상기 오브젝트로 광각 및 다채널로 출력된 레이저는 오브젝트에 의해 반사되고, FMCW 라이다 시스템의 신호처리모듈은 상기 반사된 반사신호와 상기 S100 단계를 통해 상기 레이저 발광부(110)에서 발광된 레이저를 참조하여 상기 오브젝트의 거리정보를 산출하는 단계를 수행한다(S500).The laser output to the object at a wide angle and in multiple channels through step S400 is reflected by the object, and the signal processing module of the FMCW LIDAR system processes the reflected reflection signal and the laser light emitting unit 110 through step S100. A step is performed to calculate the distance information of the object by referring to the laser emitted from (S500).

이처럼, 본 발명은 서로 다른 이기종의 폴리곤 스캐너와 갈바노미터 스캐너를 결합하여 FMCW 라이다의 광학계를 구성하되, 4면의 폴리곤 스캐너를 이용하여 넓은 수평각도와 각도 분해능을 구현하고, 갈바노미터 스캐너를 이용하여 수직각도와 각도 분해능을 구현하기 때문에, 오브젝트의 거리 측정을 위한 레이저의 광각 및 다채널 출력이 가능하다.As such, the present invention combines different types of polygon scanners and galvanometer scanners to construct the optical system of FMCW lidar, implements a wide horizontal angle and angular resolution using a four-sided polygon scanner, and uses a galvanometer scanner. Because it implements vertical angle and angular resolution, wide-angle and multi-channel output of the laser for measuring the distance of an object is possible.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 표현하기 위해, 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 없거나 떨어지는 구성에 대해서는 간략하게 표현하거나 생략하였다.In the attached drawings, in order to more clearly express the technical idea of the present invention, components that are unrelated or less relevant to the technical idea of the present invention are briefly expressed or omitted.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and various changes or modifications may be made within the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art, and therefore, it is stated that such changes or modifications fall within the scope of the appended patent claims.

100 : FMCW 라이다 시스템
110 : 레이저 발광부
120 : 렌즈
130 : 제1 구동모터
140 : 제1 스캐너(갈바노미터 스캐너)
150 : 제2 구동모터
151 : 엔코더
160 : 제2 스캐너(폴리곤 스캐너)
100: FMCW lidar system
110: laser emitting unit
120: lens
130: first driving motor
140: 1st scanner (galvanometer scanner)
150: 2nd drive motor
151: encoder
160: 2nd scanner (polygon scanner)

Claims (10)

레이저를 발광하는 레이저 발광부;
상기 발광한 레이저의 수직각도와 각도 분해능을 구현하기 위한 제1 스캐너;
상기 제1 스캐너를 통해 전달되는 레이저의 수평각도와 각도 분해능을 구현하기 위한 제2 스캐너;
서로 다른 이기종의 상기 제1 스캐너와 제2 스캐너의 동시 적용을 통해서 광각 및 다채널의 레이저를 거리 측정 대상의 오브젝트로 출력하며;
상기 레이저 발광부에서 출력되는 레이저를 집광 및 콜리메이션하여 출력하는 렌즈;
상기 제1 스캐너에 구비된 미러가 소정 각도로 회전되도록 구동하는 제1 구동모터;
상기 제2 스캐너를 일 측 방향으로 기 설정된 속도로 회전하도록 구동하는 제2 구동모터; 및
상기 오브젝트에 의해 반사되어 수신된 반사신호와 상기 레이저 발광부에서 발광된 레이저를 참조하여 상기 오브젝트의 거리정보를 산출하는 신호처리모듈;을 포함하며,
상기 제2 구동모터는, 상기 제2 구동모터의 회전수와 속도를 감지하는 엔코더를 더 포함하며,
상기 엔코더는, 광학식 인크리멘탈 엔코더 및 마그네틱 인크리멘탈 엔코더를 적용하며, 한바퀴에 해당하는 360도 중 하나의 위치에 대한 값인 A상과 B상을 동시에 사용하여 4096개로 분해능을 분해하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템.
A laser light emitting unit that emits a laser;
a first scanner for implementing the vertical angle and angular resolution of the emitted laser;
a second scanner for implementing the horizontal angle and angular resolution of the laser transmitted through the first scanner;
Through simultaneous application of the first and second scanners of different types, a wide-angle and multi-channel laser is output to the object of distance measurement;
a lens that condenses and collimates the laser output from the laser emitting unit;
a first driving motor that drives the mirror provided in the first scanner to rotate at a predetermined angle;
a second driving motor that drives the second scanner to rotate in one direction at a preset speed; and
It includes a signal processing module that calculates the distance information of the object by referring to the reflected signal reflected and received by the object and the laser emitted from the laser emitting unit,
The second driving motor further includes an encoder that detects the rotation speed and speed of the second driving motor,
The encoder uses an optical incremental encoder and a magnetic incremental encoder, and the A phase and B phase, which are values for one position out of 360 degrees corresponding to one rotation, are used simultaneously to decompose the resolution into 4096 points. FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1 스캐너는,
갈바노미터 스캐너로서, 전면에 구비된 미러가 상기 제1 구동모터에 의해 회전하면서 상기 레이저 발광부에서 발광한 레이저를 30도의 수직각도 이내에서 다채널로 출력하도록 하며,
상기 제2 스캐너는,
4면으로 형성된 폴리곤 스캐너로서, 상기 제2 구동모터에 의해 일 측 방향으로 회전하면서 상기 갈바노미터 스캐너를 통해 출력되는 레이저를 120도의 수평으로 상기 오브젝트로 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템.
In claim 1,
The first scanner is,
As a galvanometer scanner, a mirror provided on the front is rotated by the first drive motor to output the laser emitted from the laser light emitting unit in multiple channels within a vertical angle of 30 degrees,
The second scanner is,
It is a polygon scanner formed on four sides, and rotates in one direction by the second drive motor to output the laser output through the galvanometer scanner to the object at a horizontal angle of 120 degrees. FMCW Lidar System.
청구항 3에 있어서,
상기 갈바노미터 스캐너의 각도 분해능은, 상기 갈바노미터 스캐너의 일 측에 구비된 피드백 센서의 측정 값을 통해 현재 레이저가 출력되는 수직 위치를 확인함으로써, 구현되며,
상기 폴리곤 스캐너의 각도 분해능은, 상기 엔코더의 카운터 값을 통해 현재 레이저가 출력되는 수평 위치를 확인함으로써, 구현되는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템.
In claim 3,
The angular resolution of the galvanometer scanner is implemented by confirming the vertical position where the laser is currently output through the measurement value of a feedback sensor provided on one side of the galvanometer scanner,
The angular resolution of the polygon scanner is an FMCW lidar system using a heterogeneous scanner, characterized in that it is implemented by checking the horizontal position where the laser is currently output through the counter value of the encoder.
청구항 3에 있어서,
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템은,
상기 갈바노미터 스캐너에서 측정한 회전 피드백 신호와 상기 엔코더에서 감지한 상기 폴리곤 스캐너의 회전 위치를 동기화하여, 상기 갈바노미터 스캐너와 상기 폴리곤 스캐너의 구동을 수행함으로써, 상기 레이저의 상기 오브젝트로의 광각 및 다채널 출력을 수행하는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템.
In claim 3,
The FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner is,
By synchronizing the rotational feedback signal measured by the galvanometer scanner and the rotational position of the polygon scanner detected by the encoder, the galvanometer scanner and the polygon scanner are driven, so that the wide angle of the laser to the object and an FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners, characterized by performing multi-channel output.
이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 레이저 발광부를 통해 레이저를 발광하는 단계;
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 제1 스캐너를 통해 상기 발광한 레이저의 수직각도와 각도 분해능을 구현하는 단계;
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 제2 스캐너를 통해 상기 제1 스캐너를 통해 전달되는 레이저의 수평각도와 각도 분해능을 구현하는 단계;
서로 다른 이기종의 상기 제1 스캐너와 제2 스캐너의 동시 적용을 통해서 광각 및 다채널의 레이저를 거리 측정 대상의 오브젝트로 출력하는 단계;
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 렌즈를 통해 상기 레이저 발광부에서 출력되는 레이저를 집광 및 콜리메이션하여 출력하는 단계;
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 제1 구동모터를 통해 상기 제1 스캐너에 구비된 미러를 소정 각도로 회전시켜, 상기 렌즈를 통해 집광 및 콜리메이션된 레이저를 상기 제2 스캐너로 출력하는 단계;
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 제2 구동모터를 통해 상기 제2 스캐너를 일 측 방향으로 기 설정된 속도로 회전시켜, 상기 제1 스캐너를 통해 입력된 레이저를 상기 오브젝트로 출력하는 단계; 및
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 신호처리모듈을 통해 상기 오브젝트에 의해 반사되어 수신된 반사신호와 상기 레이저 발광부에서 발광된 레이저를 참조하여 상기 오브젝트의 거리정보를 산출하는 단계;를 더 포함하며,
상기 제2 구동모터는, 상기 제2 구동모터의 회전수와 속도를 감지하는 엔코더를 더 포함하며,
상기 엔코더는, 광학식 인크리멘탈 엔코더 및 마그네틱 인크리멘탈 엔코더를 적용하며, 한바퀴에 해당하는 360도 중 하나의 위치에 대한 값인 A상과 B상을 동시에 사용하여 4096개로 분해능을 구현하는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법.
In an FMCW LiDAR system using a heterogeneous scanner, emitting a laser through a laser emitter;
In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, implementing the vertical angle and angular resolution of the emitted laser through a first scanner;
In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, implementing the horizontal angle and angular resolution of the laser transmitted through the first scanner through a second scanner;
outputting a wide-angle and multi-channel laser to an object to be measured for distance through simultaneous application of different types of first and second scanners;
In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, concentrating and collimating the laser output from the laser emitting unit through a lens and outputting it;
In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, the mirror provided in the first scanner is rotated at a predetermined angle through a first drive motor, and the laser focused and collimated through the lens is output to the second scanner. step;
In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, rotating the second scanner in one direction at a preset speed through a second drive motor to output the laser input through the first scanner to the object; and
In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, calculating distance information of the object by referring to the reflected signal reflected and received by the object and the laser emitted from the laser emitting unit through a signal processing module; Includes,
The second driving motor further includes an encoder that detects the rotation speed and speed of the second driving motor,
The encoder applies an optical incremental encoder and a magnetic incremental encoder, and is characterized by realizing a resolution of 4096 by simultaneously using the A phase and B phase, which are values for one position out of 360 degrees corresponding to one rotation. How to operate the FMCW LiDAR system using heterogeneous scanners.
삭제delete 청구항 6에 있어서,
상기 제1 스캐너는,
갈바노미터 스캐너로서, 전면에 구비된 미러가 상기 제1 구동모터에 의해 회전하면서 상기 레이저 발광부에서 발광한 레이저를 30도의 수직각도 이내에서 다채널로 출력하도록 하며,
상기 제2 스캐너는,
4면으로 형성된 폴리곤 스캐너로서, 상기 제2 구동모터에 의해 일 측 방향으로 회전하면서 상기 갈바노미터 스캐너를 통해 출력되는 레이저를 120도의 수평으로 상기 오브젝트로 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법.
In claim 6,
The first scanner is,
As a galvanometer scanner, a mirror provided on the front is rotated by the first drive motor to output the laser emitted from the laser light emitting unit in multiple channels within a vertical angle of 30 degrees,
The second scanner is,
It is a polygon scanner formed on four sides, and rotates in one direction by the second drive motor to output the laser output through the galvanometer scanner to the object at a horizontal angle of 120 degrees. How to operate the FMCW lidar system.
청구항 8에 있어서,
상기 갈바노미터 스캐너의 각도 분해능은, 상기 갈바노미터 스캐너의 일 측에 구비된 피드백 센서의 측정 값을 통해 현재 레이저가 출력되는 수직 위치를 확인함으로써, 구현되며,
상기 폴리곤 스캐너의 각도 분해능은, 상기 엔코더의 카운터 값을 통해 현재 레이저가 출력되는 수평 위치를 확인함으로써, 구현되는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법.
In claim 8,
The angular resolution of the galvanometer scanner is implemented by confirming the vertical position where the laser is currently output through the measurement value of a feedback sensor provided on one side of the galvanometer scanner,
The angular resolution of the polygon scanner is implemented by checking the horizontal position where the laser is currently output through the counter value of the encoder.
청구항 8에 있어서,
상기 구동방법은,
상기 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템에서, 상기 갈바노미터 스캐너에서 측정한 회전 피드백 신호와 상기 엔코더에서 감지한 상기 폴리곤 스캐너의 회전 위치를 동기화하여, 상기 갈바노미터 스캐너와 상기 폴리곤 스캐너의 구동을 수행함으로써, 상기 레이저의 상기 오브젝트로의 광각 및 다채널 출력을 수행하는 것을 특징으로 하는 이기종 스캐너를 이용한 FMCW 라이다 시스템 구동방법.
In claim 8,
The driving method is,
In the FMCW LiDAR system using the heterogeneous scanner, the rotation feedback signal measured by the galvanometer scanner and the rotation position of the polygon scanner detected by the encoder are synchronized to drive the galvanometer scanner and the polygon scanner. An FMCW LiDAR system driving method using a heterogeneous scanner, characterized in that wide-angle and multi-channel output of the laser to the object is performed.
KR1020230079688A 2023-06-21 2023-06-21 FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS KR102620781B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230079688A KR102620781B1 (en) 2023-06-21 2023-06-21 FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230079688A KR102620781B1 (en) 2023-06-21 2023-06-21 FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102620781B1 true KR102620781B1 (en) 2024-01-04

Family

ID=89542322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230079688A KR102620781B1 (en) 2023-06-21 2023-06-21 FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102620781B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200016675A (en) * 2018-08-07 2020-02-17 삼성전자주식회사 optical scanner and lidar system including the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200016675A (en) * 2018-08-07 2020-02-17 삼성전자주식회사 optical scanner and lidar system including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7332210B2 (en) 3D imaging system
CN107219532B (en) Three-dimensional laser radar and distance measuring method based on MEMS micro scanning mirror
EP3460520B1 (en) Multi-beam laser scanner
US11774557B2 (en) Distance measurement instrument with scanning function
EP2291677B1 (en) Improvements in lidars
EP1794620B1 (en) Absolute distance meter that measures a moving retroreflector
US9976854B2 (en) Geodetic instruments and methods of operating geodetic instruments
JP2019060644A (en) Laser measurement method and laser measurement apparatus
CN103608696A (en) 3D scanning system, and method for obtaining 3D images using said system
CN108375773A (en) A kind of multi-channel laser radar three-dimensional point cloud measuring system and measurement method
KR20180058068A (en) Mirror rotational optical structure for 360˚ multichannel scanning and 3d lidar system comprising the same
EP2831625B1 (en) Measurement device, system and method
US10073165B2 (en) Distance measurement instrument with scanning function
US11054524B2 (en) Optimizing a lidar system using sub-sweep sampling
WO2018100379A1 (en) Lidar apparatus and method
CN108226902A (en) A kind of face battle array lidar measurement system
CN103983981A (en) Three-dimensional compressed imaging method and device based on phase position distance measurement principle
KR102620781B1 (en) FMCW LiDAR SYSTEM USING HETEROGENEOUS SCANNERS
JP2694647B2 (en) Distance measuring theodolite
CN111684237A (en) Detection method, detection device and laser radar
US11675085B1 (en) Techniques for beam pattern adjustments in a LIDAR system
US20230031569A1 (en) Apparatus and method of laser scanning
US20230213621A1 (en) Devices and techniques for oscillatory scanning in lidar sensors
CN111025322B (en) Laser target identification system and method based on modulated wave
US20240168136A1 (en) Lidar rotational scanner-induced offset compensation

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant