KR102622602B1 - 멀티 채널을 가지는 라이다 장치 및 이를 이용한 거리측정 방법 - Google Patents

멀티 채널을 가지는 라이다 장치 및 이를 이용한 거리측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 하나 이상의 가이드 홀을 포함하는 기판; 기판에 배치되어 있는 광원; 및 상기 광원의 방향에 대응하여 상기 기판과 결합되는 홀더를 포함하고, 상기 홀더는 상기 가이드 홀과 결합되어 상기 광원의 광축과 일치되는, 라이다 장치를 제공할 수 있다.

Description

멀티 채널을 가지는 라이다 장치 및 이를 이용한 거리측정 방법 {LiDAR device with multi-channel and distance measurement method using the same}
본 실시예는 멀티 채널을 가지는 라이다 장치 및 이를 이용한 거리측정 방법에 관한 것으로서, 채널별로 조사되는 광의 방향을 다르게 조정하는 라이다 장치 및 이를 이용한 거리측정 방법에 관한 것이다.
레이저 또는 발광다이오드 등의 광원은 거리측정을 위한 라이다 장치에 활용될 수 있고, 3차원 깊이 카메라(3D Depth Camera)의 광원으로 활용될 수 있다.
ToF(Time of Flight) 방식의 거리측정장치는 광원에서 출력된 펄스(pulse) 형태의 광파가 물체에 반사되어 돌아오는 이동거리를 위상차이를 통해 측정하고 이러한 위상차이와 주파수의 정보를 통해 거리를 측정하며, 구조광(SL: Structure Light) 또는 하이브리드 스테레오 타입(hybrid stereo type)은 레이저 광원을 소스로 하여 디퓨저를 통하여 규칙 또는 비규칙적인 패턴을 형성함으로써 거리정보를 추출할 수 있다.
레이저 또는 발광다이오드는 고출력 및 지향성의 특성으로 인해 거리측정 및 3차원 뎁스 카메라의 광원으로 활용되고 있다.
라이다 장치의 구성은 송신부 및 수신부로 구성될 수 있고, 송신부에서 전달되는 광이 수신부에 전달되는 시간, 광량 등을 측정하여 피사체의 거리 정보, 출력 정보를 획득하는 것이 일반적이다.
라이다 장치가 보다 넓은 지향각을 가지기 위해서는 복수 개의 광원이 포함될 수 있고, 라이다 장치의 소형화 및 전기적 배선의 어려움으로 인해 광원 및 광학센서를 위한 적절한 영역을 확보하는데 어려움이 있다. 이러한 라이다 장치의 구조적 한계로 인해 광원별로 광 출사각을 다양하게 설정하기 위한 별도의 설계가 필요하다.
라이다 장치가 복수 개의 광원을 포함하는 경우 복수 개의 광원의 출력신호 특성의 편차로 인해 정확한 거리 측정이 어렵게 되고, 광원별로 서로 다른 지연시간을 가질 수 있다.
또한, 라이다 장치의 송신부와 수신부가 분리형으로 설계된 경우에는 송신부와 수신부의 광경로가 일치하지 않게 되는 문제점으로 거리 측정 데이터의 중첩이나 노이즈가 발생하게 된다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 전술한 문제점 중 하나 이상을 해결하기 위한 것이다.
본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 멀티 채널을 가지는 라이다 장치의 송신부 또는 수신부의 배치를 결정하여 피사체의 정확한 거리 측정을 위한 라이다 장치를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 멀티 채널을 가지는 라이다 장치의 조사각을 변경하거나 정의하고, 광센싱 효율을 향상시킬 수 있는 라이다 장치를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 복수 개의 광원을 가지는 라이다 장치의 광원별 특성 편차를 보상하기 위한 라이다 장치 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 복수의 가이드 홀을 포함하는 기판; 상기 기판에 배치되어 있는 복수의 광원; 및 복수의 상기 광원 각각에 대응하여 상기 기판과 결합되는 복수의 홀더를 포함하고, 복수의 상기 광원 각각은 서로 다른 지향각을 가지도록 배치되고, 복수의 상기 홀더는 복수의 상기 가이드 홀과 각각 결합되고, 각각의 상기 홀더는 상기 광원에서 전달되는 광을 통과시키는 렌즈부, 상기 렌즈를 결합하여 지지하는 본체부 및 상기 본체를 관통하는 관통부를 포함하고, 일 축에 고정되는 상기 관통부와 상기 가이드 홀에 의해 복수의 상기 홀더의 방향이 복수의 상기 광원의 광축과 각각 일치되는, 라이다 장치를 제공할 수 있다.
라이다 장치에서 상기 가이드 홀은 상기 광원이 배치되어 있는 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있는 돌출된 홈들의 집합일 수 있다.
라이다 장치에서 상기 가이드 홀은 상기 광원을 기준으로 일정한 거리가 이격되어 형성되어 있고, 상기 홀더의 결합 방향을 정의할 수 있다.
라이다 장치에서 상기 광원은 상기 기판의 일 측면에 부착되는 복수 개의 광원을 포함하고, 상기 복수 개의 광원은 서로 다른 지향각을 가지도록 배치될 수 있다.
라이다 장치에서 상기 홀더는, 상기 광원에서 전달되는 광을 통과시키는 렌즈부; 상기 렌즈를 결합하여 지지하는 본체부; 및 상기 본체를 관통하는 관통부를 포함하고, 상기 관통부는 스크류에 의해 고정될 수 있다.
라이다 장치에서 상기 홀더는 상기 기판와 일정한 거리를 이격하도록 설치되고, 상기 홀더와 상기 기판의 사이에 광이 통과할 수 있는 경로가 형성될 수 있다.
라이다 장치에서 상기 홀더를 일정한 방향으로 고정시켜 지지하는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임과 상기 홀더는 스크류에 의해 고정될 수 있다.
라이다 장치에서 피사체에서 반사된 광을 수신하는 감광장치를 더 포함하고, 상기 광원의 광축과 상기 감광장치의 광축은 일치되도록 정렬될 수 있다.
라이다 장치에서 상기 광원 및 상기 감광장치의 방사 기준점은 동일한 지점에 형성되어 있을 수 있다.
라이다 장치에서 상기 광원과 외부 기판은 도선을 통해 연결되어 있고, 상기 도선의 길이는 상기 광원의 위치에 대응하여 정의될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제2 실시예는, 제1 기판; 상기 제1 기판에 수직으로 배치되어 있는 제2 기판; 상기 제2 기판에 배치되어 있는 복수 개의 광원; 및 상기 복수 개의 광원의 각각에 대응하여 상기 제2 기판과 결합되는 복수 개의 홀더를 포함하고, 상기 복수 개의 광원의 광축은 하나의 방사 기준점을 형성하고, 상기 광축을 기준으로 상기 복수 개의 광원의 위치가 정의되고, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에는 상기 광원으로 신호를 전달하는 신호라인이 형성되어 있고, 상기 신호라인은 상기 복수 개의 광원 마다 별도로 형성되어 있고, 상기 제2 기판에서 상기 복수 개의 광원 각각이 배치되는 높이는 다르나 상기 복수 개의 광원 각각으로 전달되는 신호라인의 길이는 동일한, 라이다 장치를 제공할 수 있다.
라이다 장치에서 상기 복수 개의 광원의 광축은 하나의 방사 기준점을 형성하고, 상기 광축을 기준으로 상기 복수 개의 광원의 위치가 정의될 수 있다.
라이다 장치에서 상기 복수 개의 홀더는 복수 개의 렌즈를 더 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈의 광축은 상기 복수 개의 광원의 광축과 일치할 수 있다.
라이다 장치에서 상기 제2 기판은 상기 홀더를 고정하기 위해 가이드 홈을 더 포함하고, 상기 가이드 홈은 상기 광원의 광축에 대응하여 형성될 수 있다.
라이다 장치에서 상기 신호라인은 상기 복수 개의 광원 마다 별도로 형성되어 있고, 상기 복수 개의 광원으로 전달되는 신호라인의 길이는 동일할 수 있다.
라이다 장치에서 상기 신호라인은 상기 제1 기판의 표면에 솔더링(Soldering) 방법으로 부착될 수 있다.
라이다 장치에서 상기 제2 기판은 상기 제1 기판의 표면에 형성된 홈과 결합되고, 상기 신호라인은 캐소드 배선 및 애노드 배선을 포함할 수 있다.
라이다 장치에서 상기 제2 기판과 상기 홀더 사이의 이격된 공간에 광경로가 형성되고, 상기 광경로를 통해 전달되는 광을 센싱하는 감광장치를 더 포함할 수 있다.
라이다 장치에서 상기 광원에서 전달되는 광을 센싱하는 감광장치를 더 포함하고, 상기 복수 개의 광원과 연결된 복수 개의 광경로가 형성되고, 상기 복수 개의 광경로는 하나의 광경로로 통합되어 상기 감광장치로 상기 광을 센싱할 수 있다.
라이다 장치에서 피사체에서 전달되는 광을 센싱하는 감광장치를 더 포함하고, 상기 감광장치는 플렉시블 기판상에 배치되어 상기 광원의 광축과 상기 감광장치의 광축이 일치할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 라이다 장치의 소형화와 함께 다양한 광 출사각을 가지는 광원을 포함하는 라이다 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 라이다 장치가 복수 개의 광원을 포함하는 경우 복수 개의 광원의 출력신호 특성의 편차로 인해 정확한 거리 측정이 가능하고, 광원별 지연시간의 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 라이다 장치의 송신부와 수신부가 분리형으로 설계된 경우에도 송신부와 수신부의 광경로를 일치하여 광원 채널간 균일성을 개선할 수 있고, 보다 정확한 광 센싱 및 거리측정이 가능할 수 있다.
도 1은 송신부와 수신부가 분리된 라이다 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 구성요소를 분해하여 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 구성요소를 결합하여 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 구성요소를 결합하여 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 수신부의 측단면을 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 수신부를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 수신부를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부 및 수신부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 라이다 장치의 송신부의 신호라인을 설명하기 위한 제1 예시 도면이다.
도 12는 일 실시예에 라이다 장치의 송신부의 신호라인을 설명하기 위한 제2 예시 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 발명의 라이다 장치는 거리 측정을 위한 장치로서, 임의의 방법을 채택하여 광을 조사하고 피사체의 거리를 측정할 수 있는 장치라고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 송신부와 수신부가 분리된 라이다 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 라이다 장치(100)는 광원(10), 기판(11, 50), 송신부 렌즈 구조체(30), 수신부 렌즈 구조체 (70), 광학센서(80) 등을 포함할 수 있다.
광원(10)는 레이저 다이오드(LD: Lasor Diode) 등의 광을 출력할 수 있는 반도체 소자일 수 있다. 광원(10)은 기판(11) 또는 기판(50) 상에 배치될 수 있고 광을 출력할 수 있다. 광원(10)의 애노드전극은 기판의 애노드배선과 연결되고 캐소드전극은 기판의 캐소드배선과 연결될 수 있다.
광원(10)은 기판(11)에 와이어 본딩 형태로 연결되어 배치될 수 있다. 또는, 광원(10)은 플립칩 본딩(flip chip bonding) 방식으로 기판(11)에 와이어 없이 배치될 수 있다. 광원(10)이 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통하여 기판(11)과 연결되는 경우에는, 와이어 선이 필요하지 않고, 그에 따라, 보다 소형화된 거리 측정 장치를 구성할 수 있다.
광원(10)은 레이저 등의 광을 출력할 수 있는 광원이면 이를 제한하지 않으나, 광원(10)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser), 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등을 포함할 수 있다.
기판(11, 50)는 광원(10)이 배치되거나 광원(10)이 지지될 수 있는 구조체일 수 있고, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board) 등일 수 있다.
기판(11, 50)는 광원(10)과 전기적으로 연결되어 광원(10)으로 전력을 공급할 수 있고, 제어장치(미도시)를 통해 광원(10)을 제어하는 신호를 전달할 수 있다.
송신부 렌즈 구조체(30)는 렌즈(Lens), 디퓨저(Diffuser), 회절광학소자(DOE: Diffractive Optical Element), 마이크로렌즈어레이(MLA: Micro Lens Array) 등의 광학장치를 하나 이상 포함할 수 있고, 광원(10)에서 전달되는 광을 피사체에 전달하는 구조체일 수 있다.
수신부 렌즈 구조체(70)는 렌즈, 디퓨저, 프리즘 등의 광학장치를 하나 이상 포함할 수 있고, 피사체에서 반사되는 광을 피사체에 전달하는 구조체일 수 있다.
광학센서(80)는 이미지 센서일 수 있고, 예를 들어, 포토다이오드(PD: Photo Diode), 전하결합소자(CCD: Charged Coupled Device), 상보형금속산화반도체(CMOS: Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등일 수 있다. 또한, 광학센서(80)은 포토디텍터(PD: Photo Detector) 등의 광을 센싱할 수 있는 장치일 수 있다.
종래의 라이다 장치의 송신부의 광원(10)은 공간상 제약 및 전기적 연결의 어려움으로 기판(11, 50)이 수직화되어 배치되어 있으므로, 광원(10)의 방사각을 조절하는데 어려움이 있었다.
도 2는 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 라이다 장치(100)은 복수의 광원(10-1, 10-2, 10-3, 10-4), 제1 기판(11), 제2 기판(50) 등을 포함할 수 있다.
복수의 광원(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)의 광 출사 방향을 정의하기 위해 제1 기판(11)과 물리적으로 연결하고, 제1 기판(11)을 제2 기판(50) 등으로 연결하여 광 출사 방향을 수직화할 수 있다.
복수의 광원(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)의 일 측면을 제1 기판(11)과 연결하고, 각 표면에 전기적으로 패터닝하여 애노드, 캐소드 패턴을 통해 전기적인 연결관계를 형성할 수 있다.
또한, 제1 기판(11)과 제2 기판(50) 사이에도 각 표면에 전기적으로 패터닝하여 애노드, 캐소드 패턴을 통해 전기적인 연결관계를 형성할 수 있다.
복수의 광원(10-1, 10-2, 10-3, 10-4)을 복수의 기판을 활용하여 수직화 하더라도, 각 표면에 형성된 전기적 패터닝의 형상을 변경하는 경우 공정 난이도가 상승하고 구조가 복잡하게 되므로, 각 광원의 출사각을 다양하게 정의하는 것에 한계가 있다.
제1 기판(11)과 제2 기판(50)의 설명의 편의를 위해 정의한 것으로, 각 기판의 종류, 배치 및 용어의 순서는 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 기판으로 정의된 구성은 프레임, 본체 등의 다양한 용어로 정의될 수 있다.
라이다 장
도 3은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 구성요소를 분해하여 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 라이다 장치(200)는 광원(210), 제1 기판(211) 홀더(220), 프레임(230), 렌즈(240), 제2 기판(250), 스크류(290) 등을 포함할 수 있고, 이는 라이다 장치의 송신부로 정의될 수 있다.
광원(210)은 복수 개의 소자(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)를 포함할 수 있으나, 그 종류 및 수는 이에 제한되지 않는다.
광원(210)은 신호라인(221)에 의해 제2 기판(250)으로부터 전력 또는 제어신호를 공급받을 수 있고, 신호라인(221)은 캐소드 배선 및 애노드 배선 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호라인(2210)는 분리된 복수의 신호라인을 포함할 수 있다.
복수의 광원(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)은 제1 기판(211)에 배치되어 있을 수 있고, 각각의 광원에서 광이 출사되는 경로를 제1 광축 내지 제4 광축(CL1, CL2, CL3, CL4) 등으로 정의할 수 있다. 예를 들어, 각각의 광축은 15°, 30°, 45°의 각도를 가지도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 기판(211)은 복수 개의 광원(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)의 방향을 정의할 수 있고, 제1 기판(211) 상에 형성된 가이드홀(215, 216)에 의해 홀더(220)의 결합 위치 및 방향을 정의할 수 있다.
가이드홀(215, 216)은 광원(210) 또는 홀더(220)의 개수에 비례하여 형성될 수 있다. 가이드홀(215, 216)는 오목하게 들어가거나 볼록하게 돌출된 기판(211) 상의 영역으로 정의될 수 있다. 가이드홀(215, 216)이 오목하게 들어간 영역으로 정의된 경우 홀더(220)의 볼록하게 돌출된 영역과 결합될 수 있고, 가이드홀(215, 216)이 볼록하게 돌출된 영역으로 정의된 경우 홀더(220)의 오목하게 들어간 영역과 결합될 수 있다. 이 경우 별도의 위치 또는 방향 조절 공정을 포함하지 않고도 광원(210)의 배치 위치에 대응하여 가이드홀(215, 216) 및 홀더(220)의 위치 및 방향을 정의할 수 있다. 이 경우 조립 과정에서 발생하는 제품의 편차를 방지할 수 있다.
가이드홀(215, 216)은 복수의 광원(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)이 배치되어 있는 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
가이드홀(215, 216) 각각은 광원(210)의 광축을 기준으로 일정한 거리를 이격하거나, 광축을 기준으로 대칭의 위치에 배치될 수 있다. 홀더(220)의 형상에 따라 하나 이상의 가이드홀의 배치 위치, 형상이 다르게 정의될 수 있다.
가이드홀(215, 216) 각각의 위치는 복수 개의 광원(210-1, 210-2, 210-3, 210-4) 각각의 지향각을 정의하기 위해 조절될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 광원이 N개(N은 2 이상의 자연수)의 지향각을 가지는 경우, 가이드홀(215, 216)도 N개의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다.
홀더(220)는 가이드홀(215, 216)과 결합되어 광원의 광축을 정의할 수 있으며, 홀더(220)는 복수의 광원(210-1, 210-2, 210-3, 210-4)이 기 설정된 각도를 형성하도록 광원의 결합 방향에 대응되거나, 광원의 광축과 일치하도록 배치될 수 있다.
홀더(220)는 광원에서 전달되는 광을 통과시키는 렌즈부(240), 렌즈부(240)를 결합하여 지지하는 본체부(미도시), 및 본체를 관통하는 관통부(미도시) 등를 포함할 수 있다. 홀더(220)는 도 4의 형상을 가질 수 있고, 전술한 각 구성은 홀더(220)의 일부 구성을 개념적으로 또는 물리적으로 구분하여 정의한 것일 수 있다. 홀더(220)의 관통부는 스크류(232)에 의해 고정될 수 있다.
홀더(220)와 제1 기판(211)의 사이에 하나 이상의 스페이서(212)가 배치될 수 있다. 스페이서(212)에 의해 형성된 공간에 광이 통과할 수 있는 경로가 형성될 수 있고, 감광장치(미도시)가 배치되어 광원(210)의 광량을 센싱할 수 있다.
홀더(220)는 필요에 따라 광원(210)을 포함한 형태로 구현될 수 있고, 이 경우 광원(210)은 기판(211)상에 미리 배치되어 있지 않을 수 있다.
프레임(230)은 광원(210), 기판(211), 스페이서(212), 홀더(220), 렌즈(240) 등의 전부 또는 일부를 고정시켜 지지하는 구성일 수 있다.
프레임(230)은 복수의 구성으로 분리되고, 분리된 각 구성을 스크류(232, 233) 등으로 결합하여 홀더(220)에 고정력을 제공할 수 있다.
프레임(230)은 측면이 개방된 형태로 구성되어, 기판(211), 스페이서(212), 홀더(220), 렌즈(240) 등의 구성은 프레임(230)의 측면으로 삽입되어 조립될 수 있다.
기판(211), 스페이서(212), 홀더(220), 프레임(230) 등은 결합부재-예를 들어, 스크류, 볼트, 너트 등-에 의해 결합될 수 있고, 결합부재가 관통할 수 있도록 관통부(미도시)가 형성될 수 있다.
결합부재(미도시)는 하나 이상의 스크류 형태의 부재일 수 있으나, 그 형태 및 개수는 이에 제한되지 않는다.
관통부(미도시)는 광원(210) 또는 홀더(220)의 개수에 대응하여 복수 개의 통로로 정의될 수 있고, 각각의 통로는 중심축이 일치되어 결합부재의 삽입 경로를 형성할 수 있다.
프레임(230) 또는 제1 기판(211)은 제2 기판(250) 상에 수직으로 배치될 수 있고, 스크류(290) 등의 결합부재에 의해 고정될 수 있다.
렌즈(240)는 복수의 광원(210) 각각에 대응되는 개별 렌즈를 포함하여, 중심과 주변의 광량비의 차이를 최소화할 수 있다.
전술한 라이다 장치(200)의 각 구성의 개수, 형상 등은 복수의 구성에 따른 발명의 특징을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다.
도 5는 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 구성요소를 결합하여 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부의 구성요소를 결합하여 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 라이다 장치(200)의 광원(210), 제1 기판(211) 홀더(220), 프레임(230), 렌즈(240), 제2 기판(250), 스크류(290) 등은 결합되어 하나의 구조체를 형성할 수 있다.
라이다 장치(200)의 복수의 광원(210)은 서로 다른 방향을 가지도록 배치될 수 있어, 거리 측정의 범위를 증가시킬 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 수신부의 측단면을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 라이다 장치(300)는 렌즈(340), 기판(350), 프레임(370), 센서(380), 스크류(390) 등을 포함할 수 있고, 이는 라이다 장치의 수신부로 정의될 수 있다.
수신부의 렌즈(340)는 복수의 센서(380) 각각에 대응되는 개별 렌즈를 포함하여, 중심과 주변의 광량비의 차이를 최소화할 수 있고, 송신부의 렌즈(미도시)와 동일한 것일 수 있다.
센서(380)는 전술한 광학센서일 수 있다. 예를 들어, 센서(380) 감광장치(PD)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
센서(380)는 플렉서블 기판(381) 상에 배치되어 있을 수 있으며, 복수 개의 센서(380)가 순차적으로 플렉서블 기판(381)에 배치되어 복수 개의 광경로로부터 전달되는 광을 센싱할 수 있다.
복수 개의 센서(380-1, 380-2, 380-3, 380-4)는 서로 다른 광경로로부터 전달되는 광을 센싱하도록, 서로 다른 각도를 가지도록 배치될 수 있다.
프레임(미도시)는 복수 개의 각도를 가지는 면적을 형성하고, 각 면적에 복수 개의 센서(380-1, 380-2, 380-3, 380-4) 또는 플렉서블 기판(381)이 배치될 수 있다.
플렉서블 기판(381) 및 이와 결합된 복수 개의 센서(380-1, 380-2, 380-3, 380-4)를 활용하여 하나의 공정으로 라이다 장치(300)의 수신부를 제조할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 센서를 개별적으로 배치하는 경우 공정 난이도 및 시간이 상승하게 되나, 하나의 플렉서블 기판(381)을 활용하는 경우 제조 과정에서 발생하는 제품의 편차를 줄이고 공정의 시간을 단축시킬 수 있다.
센서(380)는 기판(350)으로부터 전력을 공급하고 신호를 송수신하는 결합장치(382)와 연결될 수 있다. 결합장치(382)는 소켓(미도시)와 헤더(미도시)로 구성된 결합장치일 수 있고, 별도의 커넥터 장치 없이 메인보드의 전원과 연결시키는 장치일 수 있다.
결합장치(382)는 이탈방지구조체(385)에 의해 고정된 위치에 존재할 수 있다. 이탈방지구조체(385)는 진동 또는 외부의 충격에 라이다 장치가 노출되더라도 소켓의 전기적 연결을 유지할 수 있도록 한다.
프레임(370)는 렌즈(340), 센서(380) 등을 결합하여 지지하는 기능을 수행할 수 있고, 프레임(370)의 일 측면이 선택적으로 개방되어 렌즈(340), 센서(380), 플렉서블 기판(381) 등이 슬라이딩 삽입될 수 있다.
프레임(370)의 일 단부는 기판(350)과 접촉하여 수직으로 고정될 수 있고, 스크류(390)에 의해 결합될 수 있다.
라이다 장치(300)의 송신부와 수신부는 하나의 기판(350)에 배치될 수 있고, 전술한 송신부 또는 수신부의 구성을 활용하여 하나의 일체형 라이다 장치를 제작할 수 있다. 이 경우 광학 기준점이 동일하도록 배치하여 각 채널간의 거리 측정의 편차를 최소화할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 수신부를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 수신부를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 라이다 장치는 복수의 센서(480-1, 480-2, 480-3, 480-4)는 결합부재(481)에 의해 결합될 수 있다.
도 8과 같이, 결합부재(481)는 플렉서블 기판으로서 복수의 센서(480-1, 480-2, 480-3, 480-4)의 폭보다 넓게 형성될 수 있다. 이 경우 복수의 센서(480-1, 480-2, 480-3, 480-4)는 플렉서블 기판 내에서 일정한 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 각 센서(480) 사이에는 보다 원활한 접힘을 위해 일정한 패터닝 또는 절삭 공정이 미리 수행되어 있을 수 있다.
도 9와 같이, 결합부재(481)는 하나 이상의 체인으로서 복수의 센서(480-1, 480-2, 480-3, 480-4)의 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 이 경우 결합부재(481)는 복수의 센서들을 결합하기 위한 최소한의 영역일 수 있고, 전기적인 배선을 위한 최소한의 영역일 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 멀티 채널을 포함하는 라이다 장치의 송신부 및 수신부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 라이다 장치의 송신부 및 수신부는 하나의 방사 기준점에 의해 정렬될 수 있다.
송신부(미도시)는 복수의 광원(510)을 포함할 수 있고, 수신부(미도시)는 복수의 센서(580)를 포함할 수 있다.
각 광원(510-1, 510-2, 510-3, 510-4)의 광축은 각 센서(580-1, 580-2, 580-3, 580-4)의 광축과 일치할 수 있다. 여기서 광축이 일치한다는 것은 광원에서 전달되는 광의 경로와 센서가 수신하는 광의 경로가 동일한 것을 의미할 수 있다. 이 경우 송신부(미도시)와 수신부(미도시)의 각 광축의 방사 기준점이 동일한 지점에 형성되어 있을 수 있다.
각 광원(510) 및 센서(580)는 동일한 방사 기준점을 가지고, 동일한 광축을 가지도록 배치하여 각 광축 내에서 위치가 다양하게 정의될 수 있다. 이 경우 거리 측정의 정확성을 향상시킴과 동시에 라이다 장치의 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 동일한 방사 기준점에 따라 광 송신경로, 수신경로를 일치시켜 채널간 균일성(uniformity), 균형(balance)를 향상시킬 수 있다. 라이다 장치의 송신부와 수신부의 방사 기준점이 달라 광경로가 일치하지 않는 경우에는, 송신부 및 수신부의 동기화 및 데이터 보정(Calibration)이 어렵게 된다.
도 10에서는 복수의 광원(510), 센서(580)의 광축 정렬을 예시하였지만, 렌즈(미도시) 등의 임의의 구성도 동일한 원리로 정렬되어 각 구성의 위치, 배치가 정의될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 라이다 장치의 송신부의 신호라인을 설명하기 위한 제1 예시 도면이다.
도 12는 일 실시예에 라이다 장치의 송신부의 신호라인을 설명하기 위한 제2 예시 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 라이다 장치(600)은 복수의 광원(610-1, 610-2, 610-3, 610-4), 복수의 애노드 신호라인(621-1, 621-2, 621-3, 621-4), 복수의 캐소드 신호라인(622-1, 622-2, 622-3, 622-4), 복수의 센서(680-1, 680-2, 680-3, 680-4) 등을 포함할 수 있다.
복수의 광원(610)과 복수의 센서(680)는 인접한 위치에 배치할 수 있고, 신호라인(621, 622)의 전부 또는 일부를 공유할 수 있다.
복수의 센서(680)는 기판(미도시)과 홀더(미도시)의 이격된 공간에 형성된 광경로를 통해 광을 센싱하는 구성일 수 있고, 별도의 수신부에 형성되어 광을 센싱하는 구성일 수 있다.
센서(680)으로 전달되는 광경로는 복수의 광원(610)에 대응하여 복수의 광경로를 기판(미도시)의 임의의 단면에 형성할 수 있지만, 이들이 하나의 광경로로 통합되어 하나의 감광장치르 사용하여 동일한 기능을 수행할 수 있다.
복수의 애노드 신호라인 및/또는 캐소드 신호라인은 복수의 광원 및/또는 복수의 센서와 전기적으로 연결되어, 기판(미도시)로부터 전력 또는 제어신호를 송수신할 수 있다. 여기서 신호라인은 도선 등의 다양한 용어로 정의될 수 있다.
복수의 신호라인은 복수의 광원 또는 센서와 일대일 대응관계를 형성할 수 있고, 복수의 광원 또는 센서의 위치, 방향에 따라 신호라인의 길이, 형상을 다르게 정의할 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 신호라인(621-1, 622-1) 내지 제4 신호라인(621-4, 622-4)는 광원(610) 또는 센서(680)의 위치에 대응하여 길이를 다르게 설정할 수 있다. 이 경우 신호라인의 위치, 길이에 따라 동일한 신호가 전달되더라도 광원(610) 또는 센서(680)의 신호의 지연으로 응답시간이 달라질 수 있다. 이러한 출력시간 또는 센싱시간 변화에 대응하여 프로세서(미도시)는 각 신호라인으로 서로 다른 타이밍의 제어신호를 전달할 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 신호라인(621-1, 622-1) 내지 제4 신호라인(621-4, 622-4)는 광원(610) 또는 센서(680)의 위치에 대응하여 길이를 동일하게 설정할 수 있다. 이 경우 신호라인의 위치와 무관하게 동일한 길이를 가지므로, 신호지연의 문제가 발생하지 않고, 프로세서(미도시)가 별도의 타이밍 조절을 수행하지 않더라도 각 광원(610) 또는 센서(680)는 동일한 출력시간 또는 센싱시간을 가질 수 있다.
예를 들어, 각 광원(610) 또는 센서(680)는 동일한 높이로 두고 제1 신호라인(621-1, 622-1) 내지 제4 신호라인(621-4, 622-4)의 전부 또는 일부를 U 형상 등으로 신호라인의 경로를 다양한 형상으로 정의하여 길이를 동일하게 설정할 수 있다.
제1 신호라인(621-1, 622-1) 내지 제4 신호라인(621-4, 622-4)는 기판(미도시)의 표면에 솔더링(Soldering) 방법으로 부착될 수 있다.
기판(미도시)의 표면에 오목한 홈이 형성되고 제1 신호라인(621-1, 622-1) 내지 제4 신호라인(621-4, 622-4)는 기판의 표면보다 낮은 높이에 배치되어 결합의 안정성을 향상시킬 수 있다. 이 경우 기판(미도시)의 표면은 레이저로 경로를 사전에 형성하고, 솔더링 및 경화 과정을 수행한 것일 수 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 가이드 홀을 포함하는 기판;
    상기 기판에 배치되어 있는 복수의 광원; 및
    복수의 상기 광원 각각에 대응하여 상기 기판과 결합되는 복수의 홀더를 포함하고,
    복수의 상기 광원 각각은 서로 다른 지향각을 가지도록 배치되고,
    복수의 상기 홀더는 복수의 상기 가이드 홀과 각각 결합되고,
    각각의 상기 홀더는 상기 광원에서 전달되는 광을 통과시키는 렌즈부, 상기 렌즈를 결합하여 지지하는 본체부 및 상기 본체를 관통하는 관통부를 포함하고,
    일 축에 고정되는 상기 관통부와 상기 가이드 홀에 의해 복수의 상기 홀더의 방향이 복수의 상기 광원의 광축과 각각 일치되는, 라이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 홀은 상기 광원이 배치되어 있는 방향과 평행한 방향으로 배치되어 있는 돌출된 홈들의 집합인, 라이다 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 홀은 상기 광원을 기준으로 일정한 거리가 이격되어 형성되어 있고, 상기 홀더의 결합 방향을 정의하는, 라이다 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관통부는 스크류에 의해 고정되는, 라이다 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홀더는 상기 기판와 일정한 거리를 이격하도록 설치되고, 상기 홀더와 상기 기판의 사이에 광이 통과할 수 있는 경로가 형성되는, 라이다 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 홀더를 일정한 방향으로 고정시켜 지지하는 프레임을 더 포함하고,
    상기 프레임과 상기 홀더는 스크류에 의해 고정되는, 라이다 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    피사체에서 반사된 광을 수신하는 감광장치를 더 포함하고,
    상기 광원의 광축과 상기 감광장치의 광축은 일치되도록 정렬된, 라이다 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 감광장치의 방사 기준점은 동일한 지점에 형성되어 있는, 라이다 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 외부 기판은 도선을 통해 연결되어 있고, 상기 도선의 길이는 상기 광원의 위치에 대응하여 정의되는, 라이다 장치.
  11. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 수직으로 배치되어 있는 제2 기판;
    상기 제2 기판에 배치되어 있는 복수 개의 광원; 및
    상기 복수 개의 광원의 각각에 대응하여 상기 제2 기판과 결합되는 복수 개의 홀더를 포함하고,
    상기 복수 개의 광원의 광축은 하나의 방사 기준점을 형성하고, 상기 광축을 기준으로 상기 복수 개의 광원의 위치가 정의되고,
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에는 상기 광원으로 신호를 전달하는 신호라인이 형성되어 있고,
    상기 신호라인은 상기 복수 개의 광원 마다 별도로 형성되어 있고, 상기 제2 기판에서 상기 복수 개의 광원 각각이 배치되는 높이는 다르나 상기 복수 개의 광원 각각으로 전달되는 신호라인의 길이는 동일한, 라이다 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수 개의 홀더는 복수 개의 렌즈를 더 포함하고, 상기 복수 개의 렌즈의 광축은 상기 복수 개의 광원의 광축과 일치하는, 라이다 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 기판은 상기 홀더를 고정하기 위해 가이드 홈을 더 포함하고, 상기 가이드 홈은 상기 광원의 광축에 대응하여 형성되는, 라이다 장치.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 신호라인은 상기 제1 기판의 표면에 솔더링(Soldering) 방법으로 부착되는, 라이다 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판의 표면에 형성된 홈과 결합되고, 상기 신호라인은 캐소드 배선 및 애노드 배선을 포함하는, 라이다 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제2 기판과 상기 홀더 사이의 이격된 공간에 광경로가 형성되고, 상기 광경로를 통해 전달되는 광을 센싱하는 감광장치를 더 포함하는, 라이다 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 광원에서 전달되는 광을 센싱하는 감광장치를 더 포함하고,
    상기 복수 개의 광원과 연결된 복수 개의 광경로가 형성되고, 상기 복수 개의 광경로는 하나의 광경로로 통합되어 상기 감광장치로 상기 광을 센싱하는, 라이다 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    피사체에서 전달되는 광을 센싱하는 감광장치를 더 포함하고,
    상기 감광장치는 플렉시블 기판상에 배치되어 상기 광원의 광축과 상기 감광장치의 광축이 일치하는, 라이다 장치.
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