KR102690569B1 - Lidar apparatus using optical synchronization and operating method thereof - Google Patents

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Abstract

본 실시예들은 광 송신신호를 송신하는 광원, 광 송신신호 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 광 수신신호를 검출하는 광 검출부, 광 송신신호를 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 광 수신신호를 수신하여 광 수신신호가 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 광 수신신호를 광 검출부를 향해 송신하는 스캐닝부, 스캔영역을 결정하는 송신 반사부 및 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 수신 반사부를 광학적 동기화 방식을 통해 동기화하는 동기화부 및 광 검출부의 검출 결과를 이용하여 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호 처리부를 포함하는 라이다 장치를 제안한다.The present embodiments include a light source that transmits an optical transmission signal, a light detection unit that detects an optical reception signal, which is light reflected by an object located on the scan area among the optical transmission signals, and a light detection unit that receives the optical transmission signal and reflects it toward the scan area, It receives the light reception signal and controls it so that the angle at which the light reception signal is incident on the light detector is constant, and the scanning unit that transmits the light reception signal toward the light detection unit, the transmission reflection unit that determines the scan area, and the incident angle are controlled to be constant. We propose a LIDAR device that includes a synchronization unit that synchronizes the controlling receiving reflector through an optical synchronization method, and a signal processing unit that obtains distance information about the object using the detection result of the light detection unit.

Description

광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법{LIDAR APPARATUS USING OPTICAL SYNCHRONIZATION AND OPERATING METHOD THEREOF}LIDAR device using optical synchronization method and operating method thereof {LIDAR APPARATUS USING OPTICAL SYNCHRONIZATION AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것으로, 특히 광학적 동기화 방식을 이용하여 송신 반사부와 수신 반사부를 동기화하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a LiDAR device and a method of operating the same using an optical synchronization method. In particular, it relates to a LiDAR device and a method of operating the same that synchronize a transmitting reflector and a receiving reflector using an optical synchronization method.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information for this embodiment and does not constitute prior art.

라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging)는 피사체에 빛, 예를 들어 레이저를 조사한 후, 피사체로부터 반사된 빛을 분석하여 피사체의 물성, 예를 들어 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 측정할 수 있는 원격 탐지 장치 중 하나이다. LIDAR (Light Detection and Ranging) irradiates light, such as a laser, to a subject and then analyzes the light reflected from the subject to determine the subject's physical properties, such as distance, direction, speed, temperature, material distribution and concentration. It is one of the remote sensing devices that can measure characteristics, etc.

종래의 라이다 시스템은 넓은 스캔 각도와 높은 분해능을 목표로 개발되고 있으나, 스캔 각도가 광각으로 넓어짐에 따라 수신부의 광학계 구성 및 레이저 검출기 성능에 의해 3차원 영상정보 측정거리 및 공간 분해능과 같은 라이다 시스템 성능이 저하되는 문제가 있다. 또한, 종래의 라이다 시스템은 넓은 스캔 각도를 수광하기 위하여 어레이 검출기를 사용하거나, 회전을 통하여 표적의 반사광을 수광한다. 그러나, 어레이 검출기는 단소자 검출기보다 응답시간이 길어서 측정거리가 짧아지고, 각도 분해능이 저하되는 문제가 있으며, 회전형 방식은 기계적 구동방식에 의해 신뢰성 문제가 있다.Conventional LiDAR systems are being developed with the goal of wide scanning angles and high resolution, but as the scanning angle widens to wide angles, the optical system configuration of the receiver and the performance of the laser detector improve the three-dimensional image information measurement distance and spatial resolution of LiDAR. There is a problem that system performance deteriorates. Additionally, conventional LiDAR systems use an array detector to receive light at a wide scan angle, or receive reflected light from a target through rotation. However, the array detector has a longer response time than the single element detector, which shortens the measurement distance and reduces angular resolution, and the rotary type has a reliability problem due to the mechanical drive method.

본 발명의 실시예들은 광 송신신호의 광축과 광 수신신호의 광축을 일치시키도록 반사 프리즘, 레이저 다이오드, 동기용 광 검출기를 이용하여 송신 반사부와 수신 반사부를 동기화하는데 발명의 주된 목적이 있다.The main purpose of the embodiments of the present invention is to synchronize the transmitting reflector and the receiving reflector by using a reflecting prism, a laser diode, and a synchronization optical detector to match the optical axis of the optical transmission signal and the optical axis of the optical reception signal.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other unspecified objects of the present invention can be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 본 발명은 광 송신신호를 송신하는 광원; 상기 광 송신신호 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 광 수신신호를 검출하는 광 검출부; 상기 광 송신신호를 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 광 수신신호를 수신하여 상기 광 수신신호가 상기 광 검출부에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 광 수신신호를 상기 광 검출부를 향해 송신하는 스캐닝부; 상기 스캔영역을 결정하는 송신 반사부 및 상기 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 수신 반사부를 광학적 동기화 방식을 통해 동기화하는 동기화부; 및 상기 광 검출부의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호 처리부를 포함하는 라이다 장치를 제안한다.According to one aspect of this embodiment, the present invention includes a light source that transmits an optical transmission signal; a light detection unit that detects a light reception signal, which is light reflected by an object located on the scan area, among the light transmission signals; Receive the light transmission signal and reflect it toward the scan area, receive the light reception signal and control the angle at which the light reception signal is incident on the light detection unit to be constant, and direct the light reception signal toward the light detection unit. a scanning unit that transmits; a synchronization unit that synchronizes the transmission reflector that determines the scan area and the reception reflector that controls the incident angle to be constant through optical synchronization; and a signal processing unit that obtains distance information about the object using the detection result of the light detection unit.

바람직하게는, 상기 스캐닝부는, 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역을 결정하는 송신 반사부; 상기 송신 반사부와 동기화되어 상기 송신 반사부와 동일한 각도로 틸트 구동을 수행하는 수신 반사부; 및 상기 송신 반사부를 통해 반사되어 전달받은 상기 광 송신신호를 상기 대상체를 향해 반사하고, 상기 대상체를 통해 반사되어 전달받은 상기 광 수신신호를 상기 수신 반사부로 반사하는 송수신 반사부를 포함한다.Preferably, the scanning unit includes: a transmission reflection unit that determines the scan area by performing a tilt drive in a vertical direction; a receiving reflector that is synchronized with the transmit reflector and performs tilt driving at the same angle as the transmit reflector; and a transmission/reception reflection unit that reflects the optical transmission signal reflected and transmitted through the transmission reflection unit toward the object, and reflects the optical reception signal reflected and transmitted through the object to the reception reflection unit.

바람직하게는, 상기 송신 반사부는, 상기 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 수직 방향의 시야(Field of View, FOV)를 조절하여 스캔하며, 상기 구동 각도에 따라 스캔 각도의 범위가 결정되고, 초기 제어값을 기반으로 틸트 구동이 수행되며, 상기 수신 반사부는 상기 동기화부에 의해 상기 송신 반사부와 동기화되어 상기 구동 각도에 따라 상기 수직 방향으로 틸트 구동이 수행되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the transmission reflector performs a tilt drive in the vertical direction to adjust the field of view (FOV) in the vertical direction to scan, and the range of the scan angle is determined according to the drive angle, and the initial Tilt driving is performed based on the control value, and the receiving reflector is synchronized with the transmitting reflector by the synchronization unit to perform tilt driving in the vertical direction according to the driving angle.

바람직하게는, 상기 동기화부는, 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부를 동기화시키기 위한 광 동기신호를 송신하는 동기화 광원; 상기 광 동기신호를 평행광이 되도록 하는 동기 송수신부재; 상기 광 동기신호를 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부로 전달하며, 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부에서 반사된 반사 동기신호를 상기 동기 송수신부재로 전달하는 반사 프리즘; 및 상기 반사 동기신호를 검출하는 광 동기 검출부를 포함한다.Preferably, the synchronization unit includes a synchronization light source that transmits an optical synchronization signal for synchronizing the transmission reflector and the reception reflector; a synchronous transmitting and receiving member that converts the optical synchronizing signal into parallel light; a reflecting prism that transmits the optical synchronization signal to the transmission reflector and the reception reflector and transmits the reflection synchronization signal reflected from the transmission reflector and the reception reflector to the synchronization transmission and reception member; and an optical synchronization detection unit that detects the reflection synchronization signal.

바람직하게는, 상기 동기화부는, 상기 동기화 광원 및 상기 동기 송수신부재의 사이에 구비되며, 상기 광 동기 신호를 상기 동기 송수신부재에 전달하고, 상기 반사 동기신호를 상기 광 동기 검출부에 전달하는 빔 분할부를 더 포함하고, 상기 빔 분할부는 상기 동기 송수신부재에서 수신된 상기 반사 동기신호가 상기 동기화 광원에 전달되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the synchronization unit is provided between the synchronization light source and the synchronization transmitting and receiving member, and transmits the optical synchronization signal to the synchronizing transmitting and receiving member, and a beam splitter that transmits the reflected synchronization signal to the optical synchronization detection unit. It further includes, wherein the beam splitter controls the reflected synchronization signal received from the synchronization transmitting and receiving member not to be transmitted to the synchronization light source.

바람직하게는, 상기 반사 프리즘은, 상기 광 동기신호를 기 설정된 제1 반사율에 따라 제1 광 동기신호로 상기 송신 반사부로 전달하는 제1 면; 및 상기 광 동기신호를 기 설정된 제2 반사율에 따라 제2 광 동기신호로 상기 수신 반사부로 전달하는 제2 면을 포함하고, 상기 제1 반사율 및 상기 제2 반사율은 서로 다르게 구현되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the reflective prism includes: a first surface that transmits the optical synchronous signal to the transmission reflector as a first optical synchronous signal according to a preset first reflectivity; And a second surface that transmits the optical synchronization signal to the receiving reflector as a second optical synchronization signal according to a preset second reflectance, and the first reflectance and the second reflectance are characterized in that they are implemented differently. .

바람직하게는, 상기 송신 반사부에 입사된 제1 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제1 반사 동기신호와 상기 수신 반사부에 입사된 제2 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제2 반사 동기신호는 진폭으로 구분 가능하며, 상기 진폭은 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 반사율의 차이에 의해 구분되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first reflection synchronization signal from which the first optical synchronization signal incident on the transmission reflector is reflected and returned and the second reflection synchronization signal from which the second optical synchronization signal incident on the reception reflection unit is reflected and returned are: It can be distinguished by amplitude, and the amplitude is characterized by being distinguished by the difference in reflectance of the first surface and the second surface.

바람직하게는, 상기 반사 프리즘은, 공간적으로는 절반으로 나누어지며, 상기 제1 면의 반사율이 상기 제2 면의 반사율보다 높게 구현되며, 상기 반사 프리즘에 입사되는 광 동기신호는 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부가 비동기화된 상태에서, 상기 송신 반사부에 입사되어 반사된 제1 반사 동기신호가 상기 수신 반사부에 입사되어 반사된 제2 반사 동기신호보다 크게 나타나는 것을 특징으로 한다.Preferably, the reflective prism is spatially divided in half, the reflectance of the first surface is implemented to be higher than the reflectivity of the second surface, and the optical synchronization signal incident on the reflective prism is transmitted from the transmission reflector and In a state where the receiving reflector is unsynchronized, the first reflected synchronization signal incident and reflected by the transmission reflector appears larger than the second reflected synchronization signal incident and reflected by the receiving reflector.

바람직하게는, 상기 신호 처리부는, 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부가 비동기화된 경우, 상기 제1 반사 동기신호 및 상기 제2 반사 동기신호 사이에 발생하는 시간차를 줄이도록 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부의 구동주파수를 조절하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal processing unit is configured to reduce the time difference occurring between the first reflection synchronization signal and the second reflection synchronization signal when the transmission reflection unit and the reception reflection unit are unsynchronized. It is characterized by controlling the driving frequency of the receiving reflector.

바람직하게는, 상기 스캐닝부는, 상기 광 송신신호를 평행광이 되도록 하는 송신부재; 및 상기 수신 반사부와 상기 광 검출부 사이에 구비되며, 상기 수신 반사부에 반사된 광 수신신호를 집속하여 상기 광 검출부에 전달하는 수신부재를 더 포함한다.Preferably, the scanning unit includes a transmission member that converts the optical transmission signal into parallel light; and a receiving member provided between the reception reflection unit and the light detection unit, which focuses the light reception signal reflected by the reception reflection unit and transmits it to the light detection unit.

바람직하게는, 상기 광 검출부는, 광섬유로 연결되며, 상기 수신부재에서 집속된 상기 광 수신신호가 상기 광섬유에 집속되어, 상기 광섬유를 통해 상기 광 수신신호가 전달되며, 상기 광 검출부는 InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the light detection unit is connected to an optical fiber, the light reception signal focused in the receiving member is focused on the optical fiber, and the light reception signal is transmitted through the optical fiber, and the light detection unit is of the InGaAs series. It is characterized by being composed of a PIN type, APD type, or SPAD type.

바람직하게는, 상기 신호 처리부는, 상기 광원의 펄스 반복률, 상기 송신 반사부의 구동 각도, 상기 수신 반사부의 구동 각도, 상기 송수신 반사부의 회전 각도 또는 상기 동기화부를 제어하며, 상기 광 송신신호 및 상기 광 수신신호를 통해 상기 대상체에 대한 거리 정보를 계산하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal processing unit controls the pulse repetition rate of the light source, the driving angle of the transmission reflector, the driving angle of the reception reflector, the rotation angle of the transmission and reception reflector, or the synchronization unit, and controls the optical transmission signal and the optical reception. It is characterized by calculating distance information about the object through a signal.

또한, 본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 라이다 장치에 의한 라이다 장치 운용 방법에 있어서, 동기화 광원이, 광 동기신호를 송신하는 단계; 상기 광 동기 신호에 의해 상기 송신 반사부에서 반사된 제1 반사 동기신호 및 상기 수신 반사부에서 반사된 제2 반사 동기신호를 수신하여 송신 반사부 및 상기 수신 반사부의 구동주파수를 비교하고, 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부를 동기화하는 단계; 상기 동기화되는 경우, 송수신 반사부를 회전 구동하고, 광원을 통해 광 송신신호를 대상체를 향해 송신하고, 상기 수신 반사부를 통해 광 수신신호를 수신하여 검출부를 통해 상기 광 수신신호를 검출하는 단계; 및 신호 처리부가, 상기 광 검출부의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계를 포함하는 라이다 장치 운용 방법을 제안한다.In addition, according to another aspect of the present embodiment, the present invention provides a method of operating a LiDAR device by a LiDAR device, including the steps of a synchronization light source transmitting an optical synchronization signal; The first reflection synchronization signal reflected from the transmission reflector and the second reflection synchronization signal reflected from the reception reflector are received by the optical synchronization signal, the driving frequencies of the transmission reflector and the reception reflector are compared, and the transmission synchronizing a reflector and the receiving reflector; When synchronized, driving the transmission/reception reflector to rotate, transmitting an optical transmission signal toward an object through a light source, receiving an optical reception signal through the reception reflection unit, and detecting the optical reception signal through a detection unit; We propose a method of operating a LIDAR device including a step of a signal processing unit acquiring distance information about the object using the detection result of the light detection unit.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 송신 반사부와 수신 반사부를 이용함으로써, 광 송신신호와 광 수신신호의 광축을 동일하게 맞추도록 송신 반사부와 수신 반사부를 동기화하여 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the present invention uses a transmitting reflector and a receiving reflector to synchronize the transmitting reflector and the receiving reflector so that the optical axes of the optical transmitting signal and the optical receiving signal are aligned to be the same. It has the effect of being able to scan a wide angular range without deteriorating performance.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned here, the effects described in the following specification and their potential effects expected by the technical features of the present invention are treated as if described in the specification of the present invention.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치의 반사 프리즘을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치의 송신 반사부 및 수신 반사부의 동기화 방법을 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치의 운용 방법을 나타내는 흐름도이다.
1 to 3 are block diagrams showing a LiDAR device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a LIDAR device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing a reflecting prism of a lidar device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing a method of synchronizing the transmitting reflector and the receiving reflector of the lidar device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.
7 to 9 are flowcharts showing a method of operating a LIDAR device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely intended to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. The singular terms include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms containing ordinal numbers, such as second, first, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

본 발명은 광학적 간섭 방식을 이용하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a LiDAR device using an optical interference method and a method of operating the same.

종래의 라이다 광학계는 기계적인 회전을 통해 레이저를 송수신하여 넓은 영역을 스캔할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 기계적인 내구성에 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 MEMS 거울을 이용하여 기계적인 회전부를 해결할 수 있으나, 수신부 광학계와 검출기로 인하여 측정 거리가 짧아지는 문제가 있다. 따라서, 종래의 라이다 광학계는 송수신 광학계와 어레이 검출기 사용에 의해 측정 거리가 짧은 문제, 기계적인 회전부를 이용한 시스템의 내구성 문제, 송수신 광학계가 분리되어 있음으로써 1 m 이내의 근거리 측정 불가 문제, 수신 광학계에 의한 스캔 거리 제한 문제 등을 가지고 있다.The conventional LiDAR optical system has the advantage of being able to scan a wide area by transmitting and receiving lasers through mechanical rotation, but has problems with mechanical durability. To solve this problem, a mechanical rotating part can be solved using a MEMS mirror, but there is a problem in that the measurement distance is shortened due to the receiver optical system and detector. Therefore, the conventional LiDAR optical system has problems such as a short measurement distance due to the use of a transmitting and receiving optical system and an array detector, a problem with the durability of the system using a mechanical rotating part, an inability to measure short distances within 1 m because the transmitting and receiving optical systems are separated, and a problem with the receiving optical system. There is a problem with scanning distance limitations caused by .

라이다(LIDAR, Light Detection and Ranging)는 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용하여 보다 정밀하게 피사체의 물성을 측정할 수 있다. LIDAR는 특정 파장의 레이저 광원 또는 파장 가변이 가능한 레이저 광원을 광원으로 사용하여 3차원 영상 획득, 기상 관측, 피사체의 속도 또는 거리 측정, 자율 주행 등과 같은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, LIDAR는 항공기, 위성 등에 탑재되어 정밀한 대기 분석 및 지구 환경 관측에 활용되고 있으며, 우주선 및 탐사 로봇에 장착되어 피사체까지의 거리 측정 등 카메라 기능을 보완하기 위한 수단으로 활용되고 있다.LIDAR (Light Detection and Ranging) can measure the physical properties of an object more precisely by utilizing the advantages of a laser that can generate pulse signals with high energy density and short period. LIDAR uses a laser light source of a specific wavelength or a tunable laser light source as a light source and is used in various fields such as 3D image acquisition, weather observation, measuring the speed or distance of a subject, and autonomous driving. For example, LIDAR is mounted on aircraft and satellites and used for precise atmospheric analysis and observation of the global environment, and is mounted on spacecraft and exploration robots and is used as a means to supplement camera functions such as measuring the distance to a subject.

또한, 지상에서는 원거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 센서 기술들이 상용화되고 있다. 최근에는 레이저 스캐너 또는 3D 영상 카메라로 활용되어 3D 리버스 엔지니어링이나 무인 자동차 등에 사용되고 있다.In addition, simple LiDAR sensor technologies are being commercialized on the ground for long-distance measurement and vehicle speed violation enforcement. Recently, it has been used as a laser scanner or 3D video camera and is being used in 3D reverse engineering and driverless cars.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학적 간섭 방식을 이용하는 라이다 장치(10)는 거리 측정 장치 또는 이동체에 적용될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치(10)는 거리 측정이 필요한 장치 또는 드론, 자동차 등의 이동체에 적용이 가능하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 라이다 장치(10)는 레이저 신호를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하고, 빛의 속도를 이용하여 반사체의 거리를 측정하는 장치이다.According to an embodiment of the present invention, the LIDAR device 10 using an optical interference method can be applied to a distance measuring device or a moving object. For example, the LIDAR device 10 can be applied to devices that require distance measurement or moving objects such as drones and cars, but is not necessarily limited thereto. The LiDAR device 10 is a device that shoots a laser signal, measures the time it takes for it to be reflected, and measures the distance to the reflector using the speed of light.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치를 나타내는 블록도이다.1 to 3 are block diagrams showing a LiDAR device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 2를 참조하면, 라이다 장치(10)는 광원(100), 스캐닝부(200), 동기화부(300), 광 검출부(400) 및 신호 처리부(500)를 포함한다. 라이다 장치(10)는 도 1 및 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the LIDAR device 10 includes a light source 100, a scanning unit 200, a synchronization unit 300, a light detection unit 400, and a signal processing unit 500. The LiDAR device 10 may omit some of the various components exemplarily shown in FIGS. 1 and 2 or may additionally include other components.

광원(100)은 광 송신신호를 방출하는 장치이다. 예를 들어, 광원(100)은 적외선 영역의 광을 방출할 수 있으며, 적외선 영역의 광을 사용하여 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 반드시 적외선 영역에 한정되는 것은 아니며 광원(100)은 다양한 파장 영역의 광을 방출 할 수 있으며, 이러한 경우 혼합된 자연광의 정보를 제거하기 위한 보정이 요구될 수도 있다.The light source 100 is a device that emits an optical transmission signal. For example, the light source 100 may emit light in the infrared region, and may use the light in the infrared region to prevent mixing with natural light in the visible region, including sunlight. However, it is not necessarily limited to the infrared region and the light source 100 may emit light in various wavelength regions, and in this case, correction to remove information of mixed natural light may be required.

광원(100)은 광 송신신호(L1)를 송신할 수 있다.The light source 100 may transmit an optical transmission signal L1.

스캐닝부(200)는 방출된 광 송신신호(L1)를 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 대상체(20)에서 반사된 광 수신신호(L2)를 수신하고, 광 수신신호(L2)를 광 검출부(400)를 향해 송신할 수 있다.The scanning unit 200 receives the emitted light transmission signal L1 and reflects it toward the scan area, receives the light reception signal L2 reflected from the object 20, and sends the light reception signal L2 to the light detection unit. It can be transmitted to (400).

동기화부(300)는 스캐닝부(200)의 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)를 동기화시킬 수 있다.The synchronization unit 300 may synchronize the transmission reflection unit 222 and the reception reflection unit 226 of the scanning unit 200.

광 검출부(400)는 광 송신신호(L1) 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)에 의해 반사(또는 산란)된 광인 광 수신신호(L2)를 검출할 수 있다.The light detection unit 400 may detect the light reception signal L2, which is light reflected (or scattered) by the object 20 located on the scan area, among the light transmission signal L1.

광 검출부(400)는 광 송신신호(L1) 중 대상체(20)에서 반사 또는 산란된 광 수신신호(L2)를 전기 신호, 예를 들어 전류로 변환할 수 있다. 광원(100)에서 방출된 광 송신신호(L1)는 대상체(20)에 조사되고, 대상체(20)에 의해 반사 또는 산란될 수 있다. 광 송신신호(L1) 중 대상체(20)에 의해 반사 또는 산란된 광을 광 수신신호(L2)라고 한다. 광 송신신호(L1)와 광 수신신호(L2)는 파장이 실질적으로 동일하고 세기가 다를 수 있다.The light detection unit 400 may convert the light reception signal L2 reflected or scattered from the object 20 among the light transmission signal L1 into an electrical signal, for example, a current. The light transmission signal L1 emitted from the light source 100 is irradiated to the object 20 and may be reflected or scattered by the object 20 . Among the light transmission signals L1, the light reflected or scattered by the object 20 is called the light reception signal L2. The optical transmission signal L1 and the optical reception signal L2 may have substantially the same wavelength and different intensities.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광 검출부(400)는 단소자 광 검출기일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the light detection unit 400 may be a single-element light detector, but is not necessarily limited thereto.

광 검출부(400)는 출력된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로 및 전압의 진폭을 증폭시키는 증폭기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이외에도 광 검출부(400)는 특정 주파수의 전기 신호를 필터링하는 필터, 예를 들어, 하이패스 필터를 더 포함할 수 있다.The light detection unit 400 may further include a current-voltage conversion circuit that converts the output current into voltage and an amplifier (not shown) that amplifies the amplitude of the voltage. In addition, the light detection unit 400 may further include a filter that filters an electrical signal of a specific frequency, for example, a high-pass filter.

광섬유 연결 단소자 광 검출기는 일반적인 라이다에 사용되는 어레이형 광 검출기보다 감응도와 응답속도가 높아 고속으로 레이저 신호를 수신할 수 있기 때문에 일반적인 라이다보다 3차원 영상정보의 해상도를 향상 시킬 수 있다.The optical fiber-connected single-element photodetector has higher sensitivity and response speed than the array-type photodetector used in general LiDAR, and can receive laser signals at high speed, thereby improving the resolution of 3D image information compared to general LiDAR.

신호 처리부(500)는 광 검출부(400)의 검출 결과를 이용하여 대상체(20)에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다. 신호 처리부(500)는 검출한 광 수신신호(L2)에 기초하여 라이다 장치(10)로부터 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)까지의 거리를 판단할 수 있다. 신호 처리부(500)는 광원(100)의 광 방출 시간과 광 검출부(400)의 광 검출 시간을 기초로 대상체(20)의 거리를 산출할 수 있다.The signal processing unit 500 may obtain distance information about the object 20 using the detection result of the light detection unit 400. The signal processing unit 500 may determine the distance from the LIDAR device 10 to the object 20 located on the scan area based on the detected light reception signal L2. The signal processing unit 500 may calculate the distance to the object 20 based on the light emission time of the light source 100 and the light detection time of the light detection unit 400.

또한, 신호 처리부(500)는 광원(100), 스캐닝부(200), 동기화부(300), 광 검출부(400) 등 라이다 장치(10)의 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다.Additionally, the signal processing unit 500 may control the operation of each component of the LiDAR device 10, such as the light source 100, the scanning unit 200, the synchronization unit 300, and the light detection unit 400.

라이다 시스템은 넓은 스캔 각도와 높은 분해능을 목표로 개발되고 있으나, 스캔 각도가 광각으로 넓어짐에 따라 수신부의 광학계 구성 및 레이저 검출기 성능에 의해 3차원 영상정보 측정거리 및 공간 분해능과 같은 라이다 시스템 성능이 저하된다.LiDAR systems are being developed with the goal of wide scanning angles and high resolution. However, as the scanning angle widens, the optical system configuration of the receiver and the performance of the laser detector improve the performance of the LiDAR system, such as 3D image information measurement distance and spatial resolution. This is degraded.

기존 라이다 시스템은 넓은 스캔 각도를 수광하기 위하여 어레이 검출기를 사용하거나, 회전을 통하여 표적의 반사광을 수광한다. 그러나, 어레이 검출기는 단소자 검출기보다 응답시간이 길어서 측정거리가 짧아지고, 각도 분해능이 저하되는 단점을 가지고 있다.Existing LIDAR systems use an array detector to receive light at a wide scan angle, or receive reflected light from a target through rotation. However, array detectors have the disadvantage of having a longer response time than single element detectors, which shortens the measurement distance and reduces angular resolution.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 간섭 방식을 이용하는 라이다 장치를 자세히 나타내는 블록도이다.Figure 3 is a block diagram illustrating in detail a LIDAR device using an optical interference method according to an embodiment of the present invention.

라이다 장치(10)는 송신 반사부(222)에 의한 광 송신신호의 스캔 각도를 보상하기 위해 수신부에 수신 반사부(226)를 사용한다. 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)를 이용함으로써 광 송신신호의 광축과 광 수신신호의 광축을 동일하게 맞출 수 있다. 그러나, 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)의 각도가 일치하지 않으면 대상체로 송신된 광 송신신호를 라이다 장치(10)가 수신할 수 없다. 따라서, 라이다 장치(10)는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)를 동기화시키기 위한 방법으로, 반사 프리즘, 레이저 다이오드, 동기용 광검출부를 이용한 광학적 동기화 방법이 적용될 수 있다. 이와 같은 라이다 광학계는 시스템의 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있는 장점이 있다.The LIDAR device 10 uses a reception reflector 226 in the receiver to compensate for the scan angle of the optical transmission signal by the transmission reflector 222. By using the transmission reflector 222 and the reception reflector 226, the optical axis of the optical transmission signal and the optical axis of the optical reception signal can be aligned to be the same. However, if the angles of the transmission reflector 222 and the reception reflector 226 do not match, the LIDAR device 10 cannot receive the optical transmission signal transmitted to the object. Accordingly, the LIDAR device 10 may use an optical synchronization method using a reflection prism, a laser diode, and a synchronization optical detector as a method for synchronizing the transmission reflector 222 and the reception reflector 226. This type of LiDAR optical system has the advantage of being able to scan a wide angular range without deteriorating system performance.

도 3을 참고하면, 라이다 장치(10)는 광원(100), 스캐닝부(200), 동기화부(300), 광 검출부(400) 및 신호 처리부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the LIDAR device 10 includes a light source 100, a scanning unit 200, a synchronization unit 300, a light detection unit 400, and a signal processing unit 500.

광원(100)은 광 송신신호를 송신할 수 있다.The light source 100 may transmit an optical transmission signal.

스캐닝부(200)는 광 송신신호를 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 광 수신신호를 수신하여 광 수신신호가 광 검출부(400)에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 광 수신신호를 광 검출부(400)를 향해 송신할 수 있다.The scanning unit 200 receives the light transmission signal and reflects it toward the scan area, receives the light reception signal, controls the angle at which the light reception signal is incident on the light detection unit 400 to be constant, and sends the light reception signal to the light detection unit 400. It can be transmitted to (400).

스캐닝부(200)는 송신 반사부(222), 송수신 반사부(224) 및 수신 반사부(226)를 포함하는 반사부(220)를 포함한다.The scanning unit 200 includes a reflection unit 220 including a transmission reflection unit 222, a transmission/reception reflection unit 224, and a reception reflection unit 226.

송신 반사부(222)는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 스캔영역을 결정할 수 있다.The transmission reflector 222 may perform tilt driving in the vertical direction to determine the scan area.

송신 반사부(222)는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 수직 방향의 시야(Field of View, FOV)를 조절하여 스캔하며, 구동 각도에 따라 스캔 각도의 범위가 결정되고, 초기 제어값을 기반으로 틸트 구동이 수행될 수 있다.The transmission reflector 222 scans by adjusting the field of view (FOV) in the vertical direction by performing a tilt drive in the vertical direction. The range of the scan angle is determined according to the driving angle, and the range of the scan angle is determined based on the initial control value. Tilt driving can be performed.

수신 반사부(226)는 송신 반사부(222)와 동기화되어 송신 반사부(222)와 동일한 각도로 틸트 구동을 수행할 수 있다.The receiving reflector 226 may be synchronized with the transmitting reflector 222 and perform tilt driving at the same angle as the transmitting reflector 222.

수신 반사부(226)는 동기화부(300)에 의해 송신 반사부(222)와 동기화되어 구동 각도에 따라 상기 수직 방향으로 틸트 구동이 수행될 수 있다.The receiving reflector 226 may be synchronized with the transmitting reflector 222 by the synchronization unit 300 to perform tilt driving in the vertical direction according to the driving angle.

송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 거울로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226 may be implemented as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors, but are not necessarily limited thereto.

송수신 반사부(224)는 송신 반사부(222)를 통해 반사되어 전달받은 광 송신신호를 대상체(20)를 향해 반사하고, 대상체(20)를 통해 반사되어 전달받은 광 수신신호를 수신 반사부(226)로 반사할 수 있다.The transmission/reception reflection unit 224 reflects the optical transmission signal reflected and transmitted through the transmission reflection unit 222 toward the object 20, and the reception reflection unit ( 226).

송수신 반사부(224)는 폴리곤 거울로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The transmitting/receiving reflector 224 may be implemented as a polygon mirror, but is not necessarily limited thereto.

스캐닝부(200)는 송신부재(210) 및 수신부재(230)를 더 포함할 수 있다.The scanning unit 200 may further include a transmitting member 210 and a receiving member 230.

송신부재(210)는 광 송신신호를 평행광이 되도록 할 수 있다.The transmission member 210 can convert the optical transmission signal into parallel light.

수신부재(230)는 수신 반사부(226)와 광 검출부(400) 사이에 구비되며, 수신 반사부(226)에 반사된 광 수신신호를 집속하여 광 검출부(400)에 전달할 수 있다.The receiving member 230 is provided between the receiving reflector 226 and the light detection unit 400, and can focus the light reception signal reflected by the receiving reflector 226 and transmit it to the light detection unit 400.

동기화부(300)는 동기화 광원(310), 빔 분할부(320), 동기 송수신부재(330), 반사 프리즘(340) 및 광 동기 검출부(350)를 포함한다.The synchronization unit 300 includes a synchronization light source 310, a beam splitter 320, a synchronization transmitting/receiving member 330, a reflection prism 340, and an optical synchronization detection unit 350.

동기화 광원(310)은 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)를 동기화시키기 위한 광 동기신호를 송신할 수 있다.The synchronization light source 310 may transmit an optical synchronization signal to synchronize the transmission reflector 222 and the reception reflector 226.

빔 분할부(320)는 동기화 광원(310) 및 동기 송수신부재(330)의 사이에 구비되며, 광 동기 신호를 동기 송수신부재(330)에 전달하고, 반사 동기신호를 광 동기 검출부(350)에 전달할 수 있다.The beam splitter 320 is provided between the synchronization light source 310 and the synchronization transmitting and receiving member 330, and transmits the optical synchronization signal to the synchronizing transmitting and receiving member 330 and transmits the reflected synchronization signal to the optical synchronization detection unit 350. It can be delivered.

빔 분할부(320)는 동기 송수신부재(330)에서 수신된 반사 동기신호가 동기화 광원(310)에 전달되지 않도록 제어할 수 있다.The beam splitter 320 may control the reflected synchronization signal received from the synchronization transmitting and receiving member 330 not to be transmitted to the synchronization light source 310.

동기 송수신부재(330)는 광 동기신호를 평행광이 되도록 할 수 있다.The synchronous transmitting and receiving member 330 can convert the optical synchronizing signal into parallel light.

반사 프리즘(340)은 광 동기신호를 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)로 전달하며, 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)에서 반사된 반사 동기신호를 동기 송수신부재(330)로 전달할 수 있다.The reflection prism 340 transmits the optical synchronization signal to the transmission reflection unit 222 and the reception reflection unit 226, and transmits the reflection synchronization signal reflected from the transmission reflection unit 222 and the reception reflection unit 226 to the synchronization transmission and reception member. It can be delivered to (330).

반사 프리즘(340)은 제1 면(342) 및 제2 면(344)을 포함한다.Reflecting prism 340 includes a first side 342 and a second side 344.

제1 면(342)은 광 동기신호를 기 설정된 제1 반사율에 따라 제1 광 동기신호로 송신 반사부(222)로 전달할 수 있다.The first surface 342 may transmit the optical synchronization signal to the transmission reflector 222 as a first optical synchronization signal according to a preset first reflectance.

제2 면(344)은 광 동기신호를 기 설정된 제2 반사율에 따라 제2 광 동기신호로 수신 반사부(226)로 전달할 수 있다.The second surface 344 may transmit the optical synchronization signal to the receiving reflector 226 as a second optical synchronization signal according to a preset second reflectance.

제1 반사율 및 제2 반사율은 서로 다르게 구현될 수 있다.The first reflectance and the second reflectance may be implemented differently.

송신 반사부(222)에 입사된 제1 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제1 반사 동기신호와 수신 반사부(226)에 입사된 제2 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제2 반사 동기신호는 진폭으로 구분 가능하다. 여기서, 진폭은 제1 면(342) 및 제2 면(344)의 반사율의 차이에 의해 구분될 수 있다.The first reflection synchronization signal that is reflected and returned from the first optical synchronization signal incident on the transmission reflector 222 and the second reflection synchronization signal that is reflected and returned by the second optical synchronization signal incident on the reception reflector 226 are It can be distinguished by amplitude. Here, the amplitude can be distinguished by the difference in reflectance of the first surface 342 and the second surface 344.

반사 프리즘(340)은 공간적으로는 절반으로 나누어지며, 제1 면(342)의 반사율이 제2 면(344)의 반사율보다 높게 구현될 수 있다.The reflecting prism 340 is spatially divided in half, and the reflectance of the first surface 342 may be higher than that of the second surface 344.

반사 프리즘(340)에 입사되는 광 동기신호는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)가 비동기화된 상태에서, 송신 반사부(222)에 입사되어 반사된 제1 반사 동기신호가 수신 반사부(226)에 입사되어 반사된 제2 반사 동기신호보다 크게 나타날 수 있다.The optical synchronization signal incident on the reflection prism 340 is a first reflection synchronization signal incident and reflected by the transmission reflector 222 and received in a state in which the transmission reflector 222 and the reception reflector 226 are unsynchronized. It may appear larger than the second reflected synchronization signal incident and reflected by the reflector 226.

광 동기 검출부(350)는 반사 동기신호를 검출할 수 있다.The optical synchronization detection unit 350 can detect a reflection synchronization signal.

광 검출부(400)는 광 송신신호 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)에 의해 반사된 광인 광 수신신호를 검출할 수 있다.The light detection unit 400 may detect a light reception signal, which is light reflected by the object 20 located on the scan area, among the light transmission signals.

광 검출부(400)는 광섬유로 연결되며, 수신부재(230)에서 집속된 광 수신신호가 광섬유에 집속되어, 광섬유를 통해 광 수신신호가 전달될 수 있다.The light detection unit 400 is connected to an optical fiber, and the light reception signal focused by the receiving member 230 is focused on the optical fiber, so that the light reception signal can be transmitted through the optical fiber.

광 검출부(400)는 InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성될 수 있다The light detection unit 400 may be configured as an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.

신호 처리부(500)는 광 검출부(400)의 검출 결과를 이용하여 대상체(20)에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다.The signal processing unit 500 may obtain distance information about the object 20 using the detection result of the light detection unit 400.

신호 처리부(500)는 광원(100)의 펄스 반복률, 송신 반사부(222)의 구동 각도, 수신 반사부(226)의 구동 각도, 송수신 반사부(224)의 회전 각도 또는 동기화부(300)를 제어하며, 광 송신신호 및 광 수신신호를 통해 대상체(20)에 대한 거리 정보를 계산할 수 있다.The signal processing unit 500 uses the pulse repetition rate of the light source 100, the driving angle of the transmitting reflector 222, the driving angle of the receiving reflector 226, the rotation angle of the transmitting and receiving reflector 224, or the synchronization unit 300. control, and can calculate distance information about the object 20 through the optical transmission signal and the optical reception signal.

신호 처리부(500)는 송신 반사부(222) 및 수신 반사(226)가 비동기화된 경우, 제1 반사 동기신호 및 제2 반사 동기신호 사이에 발생하는 시간차를 줄이도록 송신 반사부 및 수신 반사부의 구동주파수를 조절할 수 있다.When the transmission reflection unit 222 and the reception reflection unit 226 are unsynchronized, the signal processing unit 500 is configured to reduce the time difference between the first reflection synchronization signal and the second reflection synchronization signal. The driving frequency can be adjusted.

라이다 장치(10)는 광학창(600)을 더 포함한다.The LiDAR device 10 further includes an optical window 600.

광학창(600)은 광 송신신호 및 상기 광 수신신호의 파장대역을 투과하는 성능을 형성할 수 있다.The optical window 600 may have the ability to transmit wavelength bands of the optical transmission signal and the optical reception signal.

광학창(600)은 송수신 반사부(224)의 전면에 구비될 수 있다.The optical window 600 may be provided on the front of the transmitting/receiving reflector 224.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치를 나타내는 도면이다.Figure 4 is a diagram showing a LIDAR device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원(100)은 광섬유 레이저로 구현될 수 있다. 예를 들어, 광원(100)은 1.3 um 내지 1.7 um 대역의 레이저 파장, kW급의 첨두 파워(Peak power), MHz급의 레이저 펄스반복률의 성능을 갖도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 광원(100)은 1.5 um 대역의 레이저 파장으로 구현될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the light source 100 may be implemented as a fiber laser. For example, the light source 100 may be implemented to have a laser wavelength in the 1.3 um to 1.7 um band, kW peak power, and MHz laser pulse repetition rate, but is not necessarily limited thereto. . Preferably, the light source 100 may be implemented with a laser wavelength in the 1.5 um band.

송신부재(210)는 광원(100)에서 출력되는 광 송신신호가 평행광이 되도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 송신부재(210)는 광학 렌즈로 구현되어 광원(100)에서 송신한 광 송신신호를 평행광이 되도록 하여 송신 반사부(222)로 전달할 수 있다.The transmission member 210 may be implemented so that the optical transmission signal output from the light source 100 is parallel light. For example, the transmission member 210 may be implemented as an optical lens and transmit the optical transmission signal transmitted from the light source 100 to the transmission reflection unit 222 by converting it into parallel light.

도 4를 참고하면, 스캐닝부(200)는 반사부(220)를 포함한다. 구체적으로, 반사부(220)는 송신 반사부(222), 송수신 반사부(224) 및 수신 반사부(226)를 포함한다. 스캐닝부(200)는 도 4에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the scanning unit 200 includes a reflecting unit 220. Specifically, the reflector 220 includes a transmit reflector 222, a transmit and receive reflector 224, and a receive reflector 226. The scanning unit 200 may omit some of the various components exemplarily shown in FIG. 4 or may additionally include other components.

송신 반사부(222)는 수직 방향으로 기울이는 틸트(tilt) 구동을 하여 수직 시야(FOV, Field of View)를 스캔하며, 구동 각도에 따라 스캔 각도 범위가 결정될 수 있다.The transmission reflector 222 scans the vertical field of view (FOV) by driving a tilt in the vertical direction, and the scan angle range can be determined depending on the driving angle.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 송신 반사부(222)는 2D MEMS 거울로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 초소형 정밀기계 기술(MEMS, Micro-Electro Mechanical Systems)은 2D 방식으로 회전 가능하도록 구현되며, 모터 방식보다 높은 해상도를 확보할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transmission reflector 222 may be implemented as a 2D MEMS mirror, but is not necessarily limited thereto. Micro-electro mechanical systems (MEMS) are implemented to enable rotation in 2D and can secure higher resolution than motor methods.

송수신 반사부(224)는 수평 방향으로 회전 구동하여 수평 시야(FOV, Field of View)를 스캔하며, 반사되는 면의 개수에 따라 스캔 각도 범위가 결정된다.The transmitting/receiving reflector 224 rotates in the horizontal direction to scan the horizontal field of view (FOV), and the scan angle range is determined according to the number of reflected surfaces.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 송수신 반사부(224)는 폴리곤 거울로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리곤 거울은 6면 이상의 정다각기둥으로 된 거울로 구현되어, 각 면이 광선을 충분히 반사하도록 한다.According to an embodiment of the present invention, the transmitting/receiving reflector 224 may be implemented as a polygon mirror, but is not necessarily limited thereto. A polygon mirror is implemented as a mirror made of regular polygonal prisms with six or more sides, so that each side sufficiently reflects light rays.

송신 반사부(222)는 기 설정된 수직 방향 회전을 수행하고, 송수신 반사부(224)는 광 송신신호를 기 설정된 수평 방향 회전을 수행하여 송신 광을 대상체로 송신한다. 광 송신신호는 소정의 스캔 영역 내에서 물결 모양 파형(예: 사인 파형)의 스캔 경로에 따라 송신될 수 있다. 여기서, 송신 반사부(222) 및 송수신 반사부(224)는 스캔 경로를 형성하기 위하여 서로 동기화될 수 있다. 다시 말해, 송신 반사부(222) 및 송수신 반사부(224)는 동기화를 통해 수평 방향 회전 및 수직 방향 회전에 대한 각도 및 속도를 맞추어 송신 빔의 스캔 경로를 형성할 수 있다. 여기서, 송신 반사부(222) 및 송수신 반사부(224)의 수평 방향 회전 및 수직 방향 회전 각각에 대한 각도 및 속도의 설정에 따라 광 송신 신호의 스캔 경로는 진폭, 파장, 주기 등에 대한 크기가 변경될 수 있다.The transmission reflector 222 performs a preset vertical rotation, and the transmit/receive reflector 224 performs a preset horizontal rotation of the optical transmission signal to transmit the transmission light to the object. The optical transmission signal may be transmitted along a scan path of a wavy waveform (eg, a sine waveform) within a predetermined scan area. Here, the transmission reflector 222 and the transmit/receive reflector 224 may be synchronized with each other to form a scan path. In other words, the transmission reflector 222 and the transmit/receive reflector 224 can form a scan path of the transmission beam by matching the angles and speeds for horizontal rotation and vertical rotation through synchronization. Here, the scan path of the optical transmission signal changes in size in terms of amplitude, wavelength, period, etc., depending on the angle and speed settings for the horizontal and vertical rotations of the transmission reflector 222 and the transmission and reception reflector 224, respectively. It can be.

라이다 장치(10)는 광 송신신호 및 광 수신신호를 투과시키기 위한 광학창(Optical window)(600)을 더 포함할 수 있다. 광학창(600)은 광원(100)의 파장대역을 투과하는 성능을 갖도록 구현될 수 있다.The LIDAR device 10 may further include an optical window 600 for transmitting light transmission signals and light reception signals. The optical window 600 may be implemented to have the ability to transmit the wavelength band of the light source 100.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학창(600)은 고정되기 위한 구조를 제공하는 프레임부(미도시)를 더 포함하도록 구현될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the optical window 600 may be implemented to further include a frame portion (not shown) that provides a structure for fixation.

광학창(600)은 송수신 반사부(224)의 전면에 구비될 수 있다. 구체적으로, 광학창(600)은 광 송신신호가 송신 반사부(222)에 의해 반사되어 송수신 반사부(224)에 전달되어 송수신 반사부(224)를 통해 대상체(20)를 향해 송신하는 위치에 구현되며, 대상체(20)에 반사되어 수신되는 광 수신신호가 송수신 반사부(224)에 의해 수신되는 위치에 구현될 수 있다.The optical window 600 may be provided on the front of the transmitting/receiving reflector 224. Specifically, the optical window 600 is located at a position where the optical transmission signal is reflected by the transmission reflector 222 and transmitted to the transmission/reception reflector 224, and is transmitted toward the object 20 through the transmission/reception reflector 224. It can be implemented at a location where the light reception signal reflected by the object 20 is received by the transmission/reception reflection unit 224.

수신 반사부(226)는 송신 반사부(222)와 동기화되어, 송신 반사부(222)와 동일한 각도로 기울이는 틸트(tilt) 구동을 수행하여, 수신부재(230)에 대상체(20)에서 반사된 광 수신신호를 전달할 수 있다.The receiving reflector 226 is synchronized with the transmitting reflector 222 and performs a tilt operation to tilt at the same angle as the transmitting reflector 222, thereby transmitting the reflected light from the object 20 to the receiving member 230. It can transmit optical reception signals.

수신 반사부(226)는 광 검출부(400)에 입사되는 광 수신신호의 각도가 일정하게 유지되어 단소자 광검출기를 라이다 장치(10)에 적용할 수 있도록 할 수 있다.The reception reflection unit 226 maintains a constant angle of the light reception signal incident on the light detection unit 400, allowing a single-element photodetector to be applied to the LiDAR device 10.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신 반사부(226)는 2D MEMS 거울로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 초소형 정밀기계 기술(MEMS, Micro-Electro Mechanical Systems)은 2D 방식으로 회전 가능하도록 구현되며, 모터 방식보다 높은 해상도를 확보할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the receiving reflector 226 may be implemented as a 2D MEMS mirror, but is not necessarily limited thereto. Micro-electro mechanical systems (MEMS) are implemented to enable rotation in 2D and can secure higher resolution than motor methods.

수신부재(230)는 대상체(20)에서 반사되어, 송수신 반사부(224)와 수신 반사부(226)를 통해 전달된 광 수신신호를 집속하여 광 검출부(400)에 전달할 수 있다.The receiving member 230 may focus the light reception signal reflected from the object 20 and transmitted through the transmission/reception reflection unit 224 and the reception reflection unit 226 and transmit it to the light detection unit 400.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수신부재(230)는 광 수신신호를 집속하여 광 검출부(400)에 전달하도록 광학 렌즈로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the receiving member 230 may be implemented as an optical lens to focus the light reception signal and transmit it to the light detection unit 400, but is not necessarily limited thereto.

수신부재(230)는 광 검출부(400)와 광섬유로 연결될 수 있다.The receiving member 230 may be connected to the light detection unit 400 through an optical fiber.

수신부재(230)에서 집속된 광 수신신호는 광섬유에 집속되고, 광섬유를 통해 광 검출부(400)로 전달될 수 있다.The light reception signal focused in the receiving member 230 may be focused on an optical fiber and transmitted to the light detection unit 400 through the optical fiber.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 검출부(400)는 InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention, the light detection unit 400 may be configured as an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type, but is not necessarily limited thereto.

동기화부(300)는 동기화 광원(310), 빔 분할부(320), 동기 송수신부재(330), 반사 프리즘(340) 및 광 동기 검출부(350)를 포함한다. 동기화부(300)는 도 4에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.The synchronization unit 300 includes a synchronization light source 310, a beam splitter 320, a synchronization transmitting/receiving member 330, a reflection prism 340, and an optical synchronization detection unit 350. The synchronization unit 300 may omit some of the various components exemplarily shown in FIG. 4 or may additionally include other components.

동기화 광원(310)은 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)를 동기화시키기 위한 광원으로서, 가시광 대역의 파장을 가지고 펄스형으로 동작하여, 광 동기신호를 송신할 수 있다.The synchronization light source 310 is a light source for synchronizing the transmission reflector 222 and the reception reflector 226, and operates in a pulse form with a wavelength in the visible light band to transmit an optical synchronization signal.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동기화 광원(31)은 레이저 다이오드 광원으로 구현될 수 있으며, 광섬유로 연결될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the synchronization light source 31 may be implemented as a laser diode light source and may be connected through an optical fiber.

빔 분할부(320)는 동기화 광원(310)에서 출력되는 광 동기신호를 동기 송수신부재(330)로 전달하고, 동기 송수신부재(330)에서 수신되는 반사 동기신호를 광 동기 검출부(350)로 전달할 수 있다.The beam splitter 320 transmits the optical synchronization signal output from the synchronization light source 310 to the synchronization transmitting and receiving member 330, and transmits the reflected synchronization signal received from the synchronizing transmitting and receiving member 330 to the optical synchronization detector 350. You can.

빔 분할부(320)는 동기 송수신부재(330)에 수신된 반사 동기신호가 동기화 광원(310)으로 전달되지 못하게 하는 기능을 포함한다.The beam splitter 320 includes a function to prevent the reflected synchronization signal received by the synchronization transmitting and receiving member 330 from being transmitted to the synchronization light source 310.

동기 송수신부재(330)는 광섬유로 연결되어 있으며, 동기화 광원(310)에서 출력되는 광 동기신호를 평행광으로 만들어 반사 프리즘(340)으로 전달할 수 있다.The synchronization transmitting and receiving member 330 is connected with an optical fiber, and can transform the optical synchronization signal output from the synchronization light source 310 into parallel light and transmit it to the reflecting prism 340.

동기 송수신부재(330)는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)와, 반사 프리즘(340)에서 반사되어 되돌아오는 반사 동기신호를 광 동기 검출부(350)로 전달할 수 있다.The synchronization transmitting and receiving member 330 can transmit the reflected synchronization signal reflected from the transmitting reflector 222, the receiving reflector 226, and the reflecting prism 340 and returned to the optical synchronization detection unit 350.

반사 프리즘(340)은 송신 반사부(222)로 광 동기신호를 전달하는 제1 면(342) 및 수신 반사부(226)로 광 동기신호를 전달하는 제2 면(344)을 포함한다. 여기서, 제1 면(342)은 우측 반사면을 나타내며, 제2 면(344)은 좌측 반사면을 나타낼 수 있다.The reflecting prism 340 includes a first surface 342 that transmits the optical synchronization signal to the transmission reflector 222 and a second surface 344 that transmits the optical synchronization signal to the reception reflector 226. Here, the first surface 342 may represent a right reflective surface, and the second surface 344 may represent a left reflective surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 면(342)의 반사율은 80% 내지 95%로 구현될 수 있으며, 제2 면(344)의 반사율은 50% 내지 70%로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 제1 면(342)의 반사율은 90%로 구현되고, 제2 면(344)의 반사율은 60%로 구현될 있다.According to one embodiment of the present invention, the reflectance of the first surface 342 may be implemented as 80% to 95%, and the reflectance of the second surface 344 may be implemented as 50% to 70%, and must be implemented as 80% to 95%. It is not limited to this. Preferably, the reflectance of the first side 342 is implemented as 90%, and the reflectance of the second side 344 is implemented as 60%.

반사 프리즘(340)은 동기화 광원(310)에서 출력되어 동기 송수신부재(330)를 통과하여 전달되는 광 동기신호를 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)로 전달하고, 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)에서 반사된 반사 동기신호를 전달받아 동기 송수신부재(330)로 전달할 수 있다.The reflection prism 340 transmits the optical synchronization signal output from the synchronization light source 310 and transmitted through the synchronization transmission and reception member 330 to the transmission reflection unit 222 and the reception reflection unit 226, and the transmission reflection unit ( 222) and the receiving reflector 226 may receive the reflected synchronization signal and transmit it to the synchronization transmitting and receiving member 330.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사 프리즘(340)은 송신 반사부(222)로 제1 광 동기신호를 전달하고 수신 반사부(226)로 제2 광 동기신호를 전달할 수 있으며, 제1 광 동기신호가 송신 반사부(222)에서 반사되어 제1 반사 동기신호로 전달받아 동기 송수신부재(330)로 전달하고 제2 광 동기신호가 수신 반사부(226)에서 반사되어 제2 반사 동기신호로 전달받아 동기 송수신부재(330)로 전달할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the reflecting prism 340 may transmit a first optical synchronization signal to the transmission reflector 222 and a second optical synchronization signal to the reception reflector 226, and may transmit the first optical synchronization signal to the reception reflector 226. The synchronization signal is reflected from the transmission reflector 222 and transmitted as a first reflection synchronization signal to the synchronization transmitting and receiving member 330, and the second optical synchronization signal is reflected from the receiving reflector 226 as a second reflection synchronization signal. It can be received and transmitted to the synchronous transmitting and receiving member 330.

광 동기 검출부(350)는 동기화 광원(310)에서 송신된 광 동기신호가 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)에서 반사되어 되돌아오는 반사 동기신호를 검출하기 위한 광소자로서, 광섬유로 연결되어 있다.The optical synchronization detection unit 350 is an optical element for detecting a reflection synchronization signal returned after the optical synchronization signal transmitted from the synchronization light source 310 is reflected from the transmission reflector 222 and the reception reflector 226, and is transmitted through an optical fiber. It is connected.

신호 처리부(500)는 광원(100)의 펄스반복률, 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)의 구동 각도, 송수신 반사부(224)의 회전 각도, 동기화 광원(310)을 제어할 수 있다.The signal processing unit 500 can control the pulse repetition rate of the light source 100, the driving angle of the transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226, the rotation angle of the transmitting and receiving reflector 224, and the synchronization light source 310. there is.

신호 처리부(500)는 광 동기 검출부(350)로 수신한 레이저 펄스를 통해 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)의 동기화 제어를 수행한다.The signal processing unit 500 performs synchronization control of the transmission reflection unit 222 and the reception reflection unit 226 through the laser pulse received by the optical synchronization detection unit 350.

신호 처리부(500)는 광원(100)에서 송신된 광 송신신호와, 대상체(20)에서 반사된 광 수신신호를 통해 3차원 좌표에 대한 표적 거리 정보를 계산할 수 있다.The signal processing unit 500 may calculate target distance information about three-dimensional coordinates through the light transmission signal transmitted from the light source 100 and the light reception signal reflected from the object 20.

라이다 장치(10)는 디스플레이부(700)를 더 포함할 수 있다.The LiDAR device 10 may further include a display unit 700.

디스플레이부(700)는 신호 처리부(500)를 통해 출력된 대상체(20)의 정보를 전시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(700)에서 전시되는 대상체(20)의 정보는 3차원 대상체의 영상 정보일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The display unit 700 may display information on the object 20 output through the signal processing unit 500. For example, information about the object 20 displayed on the display unit 700 may be image information of a 3D object, but is not necessarily limited thereto.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 라이다 장치(10)는 구동각 카운팅부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 디스플레이부(700)는 램프(미도시)를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the LIDAR device 10 may further include a driving angle counting unit (not shown), and the display unit 700 may include a lamp (not shown).

구동각 카운팅부(미도시)는 송신 반사부(222) 또는 수신 반사부(226) 각각의 구동각의 총합을 각각 계산할 수 있다. 예를 들어, 송신 반사부(222) 또는 수신 반사부(226) 각각의 1회차 구동시 15도의 각도만큼 구동하고, 2회차 구동시 12도의 각도만큼 구동하고, 3회차 구동시 22도의 각도만큼 구동한 경우, 구동각 카운팅부(미도시)는 송신 반사부(222) 또는 수신 반사부(226) 각각이 총 49도만큼 구동했다고 계산할 수 있다.The driving angle counting unit (not shown) may calculate the total of the driving angles of each of the transmitting reflector 222 or the receiving reflector 226. For example, the transmitting reflector 222 or the receiving reflector 226 is driven at an angle of 15 degrees during the first drive, at an angle of 12 degrees during the second drive, and at an angle of 22 degrees during the third drive. In one case, the driving angle counting unit (not shown) may calculate that each of the transmitting reflector 222 or the receiving reflector 226 is driven by a total of 49 degrees.

램프는 구동각 카운팅부가 산출한 구동각의 총합이 미리 결정된 제1 임계값 이상인 경우, 점등하는 방식으로 사용자에게 송신 반사부(222) 또는 수신 반사부(226)를 구동시키기 위해 구동부와 연결된 구동부재의 교체주기가 경과했음을 알릴 수 있다.The lamp is a driving member connected to the driving unit to drive the transmitting reflector 222 or the receiving reflector 226 to the user by turning on when the total of the driving angles calculated by the driving angle counting unit is greater than or equal to a predetermined first threshold. It can be notified that the replacement cycle has elapsed.

송신 반사부(222) 또는 수신 반사부(226)는 라이다 장치(10) 운용 과정에서 필연적으로 자주 회전 구동 또는 기울임 구동을 수행하므로, 송신 반사부(222) 또는 수신 반사부(226)를 라이다 장치(10)에 고정시키는 부재 및 구동부와 연결된 구동부재에 필연적으로 손상 및 마모가 발생하는데, 이는 라이다 장치(10)가 출력하는 대상체(20)의 거리 데이터의 오차를 야기시킬 수 있다.Since the transmitting reflector 222 or the receiving reflector 226 inevitably performs rotation or tilting operation frequently during the operation of the LiDAR device 10, the transmitting reflector 222 or the receiving reflector 226 is Damage and wear inevitably occur in the members that are fixed to the LiDAR device 10 and the driving members connected to the driving unit, which may cause errors in the distance data of the object 20 output by the LiDAR device 10.

라이다 장치(10)는 사용자에게 구동각 카운팅부 및 램프를 통하여 구동부와 연결된 구동부재의 교체주기를 알림으로써, 구동부와 연결된 구동부재를 사용자가 교체하도록 함으로써, 이러한 라이다 장치(10)가 출력하는 대상체(20)에 대한 거리 데이터의 오차를 방지할 수 있다.The LiDAR device 10 notifies the user of the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit through the driving angle counting unit and the lamp, allowing the user to replace the driving member connected to the driving unit, so that the LiDAR device 10 outputs Errors in distance data for the target object 20 can be prevented.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 신호 처리부(500)가 라이다 장치(10) 내부의 광원(100)과 광학창(600) 사이의 광경로의 길이를 산출하는 것은 광원(100)과 광학창(600)의 제1 측 사이의 거리인 제1 광경로와 광원(100)과 광학창(600)의 제1 측과 대각선 상에서 대칭되는 제2 측 사이의 거리인 제2 광경로의 평균값을 구하는 것일 수 있다. 여기서, 광학창이 사각으로 구현되는 경우, 제1 측은 좌측 상단의 모서리를 나타낼 수 있으며, 제2 측은 우측 하단의 모서리를 나타낼 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 신호 처리부(500)가 라이다 장치 내부의 광원(100)과 광학창(600) 사이의 광경로의 길이를 산출하는 것은, 적어도 두 개의 광 반사거울을 이용하여 산출한 라이다 시스템 내부의 광원(100)과 광학창(600) 사이의 광경로의 길이에서 사용자에 의하여 미리 결정된 가중치(예를 들어, 1.002 ~ 1.005)를 곱하는 것일 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(500)가 라이다 장치 내부의 광원(100)과 광학창(600) 사이의 광경로의 길이를 산출하는 것은, 상술한 제1 광경로와 제2 광경로의 평균값에서 미리 결정된 가중치를 곱한 값을 산출하는 것일 수 있다. 미리 결정된 가중치는 광학창(600)의 재질과 라이다 장치(10)가 운용되는 환경(예를 들어, 온도 및 습도)에 따라 달라질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the signal processing unit 500 calculates the length of the optical path between the light source 100 and the optical window 600 inside the LiDAR device 10 by using the light source 100 and the optical window 600. The average value of the first optical path, which is the distance between the first side of the optical window 600, and the second optical path, which is the distance between the light source 100 and the second side diagonally symmetrical with the first side of the optical window 600. It may be to seek . Here, when the optical window is implemented as a square, the first side may represent the upper left corner, and the second side may represent the lower right corner, but are not necessarily limited thereto. The signal processor 500 calculates the length of the optical path between the light source 100 inside the LiDAR device and the optical window 600 by using at least two light reflection mirrors to calculate the length of the optical path inside the LiDAR system (light source inside the LiDAR system) The length of the optical path between 100) and the optical window 600 may be multiplied by a weight predetermined by the user (for example, 1.002 to 1.005). For example, the signal processing unit 500 calculates the length of the optical path between the light source 100 and the optical window 600 inside the lidar device from the average value of the first optical path and the second optical path described above. It may be calculating a value multiplied by a predetermined weight. The predetermined weight may vary depending on the material of the optical window 600 and the environment (eg, temperature and humidity) in which the LiDAR device 10 is operated.

라이다 장치(10)는 수신 광량 확인부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 수신 광량 확인부는 수신측의 수신 광량을 측정한다. 여기서, 수신 광량 확인부는 광학창(600), 수신 반사부(226) 등과 연동하여 대상체(20)로부터 반사되는 수신 광량을 측정하는 모듈로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광 검출부(400)에 연동되거나 광 검출부(400) 내에 포함된 하드웨어 또는 광검출기 내에 설치된 프로그램 형태로 구현될 수도 있다.The LIDAR device 10 may additionally include a received light quantity confirmation unit (not shown). Here, the received light quantity confirmation unit measures the received light quantity on the receiving side. Here, the received light quantity confirmation unit may be implemented as a module that measures the amount of received light reflected from the object 20 in conjunction with the optical window 600, the reception reflection unit 226, etc., but is not necessarily limited thereto, and the light detection unit 400 ) or may be implemented in the form of hardware included in the light detection unit 400 or a program installed in the light detector.

신호 처리부(500)는 측정된 수신 광량을 기 설정된 기준 광량과 비교하여 송신 광량, 송신 반사부(222)의 회전각도, 송신 반사부(222)의 회전속도 등을 조정할 수 있다. The signal processing unit 500 may compare the measured received light amount with a preset reference light amount to adjust the transmitted light amount, the rotation angle of the transmission reflector 222, the rotation speed of the transmission reflector 222, etc.

구체적으로, 신호 처리부(500)는 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 송신 광량, 송신 반사부(222)의 회전각도, 송신 반사부(222)의 회전속도 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. Specifically, when the measured received light amount is less than the reference light amount, the signal processor 500 may adjust at least one of the transmitted light amount, the rotation angle of the transmission reflector 222, and the rotation speed of the transmission reflector 222.

신호 처리부(500)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나를 이용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다. The signal processing unit 500 may adjust the received light amount to a reference light amount or more using one of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value.

신호 처리부(500)는 기존 송신 광량에 제1 조정값을 적용하여 송신 광량을 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 송신 광량을 조정된 송신 광량으로 갱신할 수 있다. 또한, 신호 처리부(500)는 기존 송신 반사부(222)의 회전각도에 제2 조정값을 적용하여 송신 반사부(222)의 회전각도를 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 송신 반사부(222)의 회전각도를 조정된 회전 각도로 갱신할 수 있다. 또한, 신호 처리부(500)는 기존 송신 반사부의 회전속도에 제3 조정값을 적용하여 송신 반사부(222)의 회전속도를 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 송신 반사부(222)의 회전속도를 조정된 회전 속도로 갱신할 수 있다.The signal processing unit 500 may adjust the transmission light quantity by applying the first adjustment value to the existing transmission light quantity, and then, if the measured received light quantity is greater than or equal to the reference light quantity, update the transmission light quantity to the adjusted transmission light quantity. In addition, the signal processing unit 500 adjusts the rotation angle of the transmission reflector 222 by applying the second adjustment value to the rotation angle of the existing transmission reflector 222, and if the measured received light amount is greater than or equal to the reference light amount, the signal processor 500 applies the second adjustment value to the rotation angle of the existing transmission reflector 222. The rotation angle of the unit 222 can be updated to the adjusted rotation angle. In addition, the signal processor 500 adjusts the rotation speed of the transmission reflector 222 by applying the third adjustment value to the rotation speed of the existing transmission reflector, and if the measured received light amount is greater than or equal to the reference light amount, the transmission reflector 222 The rotation speed can be updated to the adjusted rotation speed.

한편, 신호 처리부(500)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나를 이용한 경우에도 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 각각을 순차적으로 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Meanwhile, even when one of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value is used, the signal processing unit 500 uses the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value when the measured received light amount is less than the reference light amount. By applying each adjustment value sequentially, the received light amount can be adjusted to exceed the standard light amount.

예를 들어, 신호 처리부(500)는 우선적으로 제1 조정값을 적용하여 송신 광량을 조정하고, 제2 조정값 및 제3 조정값을 각각 순차적으로 적용하여 송신 반사부(222)의 회전각도 및 송신 반사부의 회전속도를 조정할 수 있다. 여기서, 조정값을 적용하는 순서는 설정에 따라 변경될 수 있다. For example, the signal processor 500 adjusts the transmission light amount by first applying the first adjustment value, and sequentially applies the second adjustment value and the third adjustment value, respectively, to adjust the rotation angle and the rotation angle of the transmission reflector 222. The rotation speed of the transmitting reflector can be adjusted. Here, the order of applying the adjustment values may change depending on the settings.

한편, 신호 처리부(500)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나 또는 순차적으로 모두 적용한 경우에도 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 일부 조정값의 조합으로 조건을 조정하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Meanwhile, the signal processor 500 adjusts the condition using a combination of some adjustment values if the measured received light amount is less than the reference light amount even when one or all of the first adjustment values, second adjustment values, and third adjustment values are applied sequentially. Thus, the received light amount can be adjusted to exceed the standard light amount.

구체적으로, 신호 처리부(500)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 적어도 하나의 조정값들을 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Specifically, the signal processing unit 500 may adjust the received light amount to more than the reference light amount by applying at least one adjustment value among the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value.

예를 들어, 신호 처리부(500)는 제1 조정값 및 제2 조정값을 조합하여 송신 광량 및 송신 반사부(222)의 회전각도 각각을 조정할 수 있다. 여기서, 신호 처리부(500)는 제1 조정값 및 제2 조정값 각각의 비율을 서로 다르게 반영하여 조합할 수 있다. 즉, 신호 처리부(500)는 제1 조정값 및 제2 조정값에 서로 다른 가중치를 부여한 조합으로 송신 광량 및 송신 반사부(222)의 회전각도 각각을 조정할 수 있다. For example, the signal processor 500 may adjust the amount of transmission light and the rotation angle of the transmission reflector 222 by combining the first adjustment value and the second adjustment value. Here, the signal processing unit 500 may reflect and combine the respective ratios of the first adjustment value and the second adjustment value differently. That is, the signal processing unit 500 can adjust each of the transmission light quantity and the rotation angle of the transmission reflection unit 222 by combining the first adjustment value and the second adjustment value with different weights.

신호 처리부(500)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값을 통해 조합 가능한 다양한 조건으로 변형하여 조합한 후 이를 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.The signal processing unit 500 can transform and combine the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value into various conditions that can be combined, and then apply them to adjust the received light amount to a reference light amount or more.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치의 반사 프리즘을 나타내는 도면이다.Figure 5 is a diagram showing a reflecting prism of a lidar device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 반사 프리즘(340)은 광 동기신호를 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)로 전달하기 위한 제1 면(342) 및 제2 면(344)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, the reflective prism 340 may include a first surface 342 and a second surface 344 for transmitting the optical synchronization signal to the transmission reflection unit 222 and the reception reflection unit 226. there is.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사 프리즘(340)은 삼각 형상으로 형성되어, 일 꼭지점으로 광 동기신호가 유입되면, 제1 면(342) 및 제2 면(344)을 통해 송신 반사부(222)와 수신 반사부(226)로 반사할 수 있다. 또한, 송신 반사부(222)와 수신 반사부(226)에서 반사된 반사 동기신호가 제1 면(342) 및 제2 면(344)을 통해 반사되어 일 꼭지점을 통해 동기 송수신부재(330)로 전달될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the reflection prism 340 is formed in a triangular shape, and when an optical synchronization signal flows into one vertex, the transmission reflection unit ( 222) and the receiving reflector 226. In addition, the reflected synchronization signal reflected from the transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226 is reflected through the first surface 342 and the second surface 344 and transmitted to the synchronization transmitting and receiving member 330 through one vertex. It can be delivered.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 면(342)의 반사율은 80% 내지 95%로 구현될 수 있으며, 제2 면(344)의 반사율은 50% 내지 70%로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 제1 면(342)의 반사율은 90%로 구현되고, 제2 면(344)의 반사율은 60%로 구현될 있다.According to one embodiment of the present invention, the reflectance of the first surface 342 may be implemented as 80% to 95%, and the reflectance of the second surface 344 may be implemented as 50% to 70%, and must be implemented as 80% to 95%. It is not limited to this. Preferably, the reflectance of the first side 342 is implemented as 90%, and the reflectance of the second side 344 is implemented as 60%.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사율은 제2 반사율보다 높도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 반사 동기신호와 제2 반사 동기신호를 구분하기 위해 서로 다른 반사율을 형성하도록 구현될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first reflectance may be implemented to be higher than the second reflectance, but is not necessarily limited to this, and different reflectances may be used to distinguish the first reflection synchronization signal and the second reflection synchronization signal. It can be implemented to form.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치의 송신 반사부 및 수신 반사부의 동기화 방법을 나타내는 도면이다.Figure 6 is a diagram showing a method of synchronizing the transmitting reflector and the receiving reflector of the lidar device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention.

라이다 장치(10)는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)를 동기시키기 위한 광학적 동기화 방식을 사용한다.The LIDAR device 10 uses an optical synchronization method to synchronize the transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226.

동기화부(300)는 동기화 광원(310), 빔 분할부(320), 동기 송수신부재(330), 반사 프리즘(340) 및 광 동기 검출부(350)를 포함한다.The synchronization unit 300 includes a synchronization light source 310, a beam splitter 320, a synchronization transmitting/receiving member 330, a reflection prism 340, and an optical synchronization detection unit 350.

동기화 광원(310)은 광 동기신호를 발생시킬 수 있다.The synchronization light source 310 may generate an optical synchronization signal.

광 동기 검출부(350)는 동기화 광원(310)에서 발생된 광 동기신호를 수신할 수 있다.The optical synchronization detector 350 may receive an optical synchronization signal generated from the synchronization light source 310.

송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)는 수직 방향으로 기울이는 틸트(Tilt) 구동을 수행할 수 있다.The transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226 may perform a tilt drive that tilts in the vertical direction.

동기화 광원(310)의 광 동기신호는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)의 기울기가 0도인 경우, 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)에 수직으로 반사될 수 있다.The optical synchronization signal from the synchronization light source 310 may be reflected perpendicularly to the transmission reflector 222 and the reception reflector 226 when the inclination of the transmission reflector 222 and the reception reflector 226 is 0 degrees. .

동기화부(300)는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)에 입사 및 반사되는 광 동기신호 및 반사 동기신호의 광경로는 동일하게 구현될 수 있다. 여기서, 입사되는 입사빔은 광 동기신호이며, 반사되는 반사빔은 반사 동기신호다.The synchronization unit 300 may be implemented so that the optical paths of the optical synchronization signal and the reflection synchronization signal incident and reflected by the transmission reflector 222 and the reception reflector 226 are the same. Here, the incident beam is an optical synchronization signal, and the reflected beam is a reflection synchronization signal.

송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)의 입사빔과 반사빔의 광 경로가 일치하는 경우, 반사되는 반사 동기신호는 동기 송수신부재(330)를 통해 광 동기 검출부(350)로 전달될 수 있다. 즉, 송신 반사부(222)와 수신 반사부(226)가 동기화된 상태에서는 송신 반사부(222)와 수신 반사부(226)가 1회 구동 시 광 동기 검출부(350)가 광 신호를 2회 수신할 뿐만 아니라 송신 반사부(222)와 수신 반사부(226)의 구동주파수를 측정할 수 있다.When the optical paths of the incident beam and the reflected beam of the transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226 match, the reflected reflected synchronization signal will be transmitted to the optical synchronization detection unit 350 through the synchronization transmitting and receiving member 330. You can. That is, when the transmission reflector 222 and the reception reflector 226 are synchronized, when the transmission reflector 222 and the reception reflector 226 are driven once, the optical synchronization detection unit 350 generates an optical signal twice. In addition to receiving, the driving frequencies of the transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226 can be measured.

송신 반사부(222)에 입사된 제1 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제1 반사 동기신호와, 수신 반사부(226)에 입사된 제2 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제2 반사 동기신호는 진폭으로 구분 가능하다.A first reflection synchronization signal in which the first optical synchronization signal incident on the transmission reflector 222 is reflected and returned, and a second reflection synchronization signal in which the second optical synchronization signal incident on the reception reflection unit 226 is reflected and returned. can be distinguished by amplitude.

제1 반사 동기신호의 진폭과 제2 반사 동기신호의 진폭은 반사 프리즘(340)의 반사율을 다르게 함으로써 구현될 수 있다.The amplitude of the first reflection synchronization signal and the amplitude of the second reflection synchronization signal can be implemented by varying the reflectivity of the reflection prism 340.

반사 프리즘(340)에 입사되는 광 동기신호는 공간적으로는 절반으로 나누어지며, 제1 면(342)의 반사율이 제2 면(344)의 반사율보다 높게 구현되어, 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)의 비동기화 상태에서 송신 반사부(222)에 따른 제1 반사 동기신호가 수신 반사부(226)에 따른 제2 반사 동기신호보다 크게 나타날 수 있다.The optical synchronization signal incident on the reflecting prism 340 is spatially divided in half, and the reflectance of the first surface 342 is implemented to be higher than the reflectivity of the second surface 344, so that the transmitting reflector 222 and the receiving In an unsynchronized state of the reflector 226, the first reflected synchronization signal from the transmission reflector 222 may appear larger than the second reflected synchronization signal from the receive reflector 226.

따라서, 라이다 장치(10)는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)를 동기화하기 위해서는 다음과 같은 절차를 수행한다.Accordingly, the LIDAR device 10 performs the following procedure to synchronize the transmitting reflector 222 and the receiving reflector 226.

도 6의 (b)를 참고하면, 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)가 비동기화된 상태에서는 제1 반사 동기신호와 제2 반사 동기신호 사이에 시간차가 발생할 수 있다.Referring to (b) of FIG. 6, when the transmission reflector 222 and the receive reflector 226 are unsynchronized, a time difference may occur between the first reflection synchronization signal and the second reflection synchronization signal.

신호 처리부(500)는 송신 반사부(222) 및 수신 반사부(226)의 구동주파수를 조절하여 시간차를 줄일 수 있다.The signal processor 500 can reduce the time difference by adjusting the driving frequencies of the transmit reflector 222 and the receive reflector 226.

신호 처리부(500)는 도 6의 (a)와 같이 송신 송신 반사부(222)의 제1 반사 동기신호와 수신 반사부(226)의 제2 반사 동기신호가 중첩된 광신호로 나타나는 동기화 상태로 제어할 수 있다.The signal processing unit 500 is in a synchronization state in which the first reflection synchronization signal of the transmission reflection unit 222 and the second reflection synchronization signal of the reception reflection unit 226 appear as an overlapped optical signal, as shown in (a) of FIG. 6. You can control it.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학적 동기화 방식을 이용하는 라이다 장치의 운용 방법을 나타내는 흐름도이다. 라이다 장치의 운용 방법은 라이다 장치에 의해 수행되는 것으로, 상술한 도면에서의 라이다 장치와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.7 to 9 are flowcharts showing a method of operating a LIDAR device using an optical synchronization method according to an embodiment of the present invention. The operation method of the LiDAR device is performed by the LiDAR device, and descriptions that overlap with the LiDAR device in the above drawings will be omitted.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 운용 방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 7 is a flowchart showing a method of operating a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

라이다 장치의 운용 방법은 라이다 장치에 의한 라이다 장치 운용 방법에 있어서,The method of operating a LiDAR device is a method of operating a LiDAR device using a LiDAR device,

동기화 광원이, 광 동기신호를 송신하는 단계(S710), 광 동기 신호에 의해 송신 반사부에서 반사된 제1 반사 동기신호 및 수신 반사부에서 반사된 제2 반사 동기신호를 수신하여 송신 반사부 및 수신 반사부의 구동주파수를 비교하고, 송신 반사부 및 수신 반사부를 동기화하는 단계(S720), 동기화되는 경우, 송수신 반사부를 회전 구동하고, 광원을 통해 광 송신신호를 대상체를 향해 송신하고, 수신 반사부를 통해 광 수신신호를 수신하여 검출부를 통해 광 수신신호를 검출하는 단계(S730) 및 신호 처리부가, 광 검출부의 검출 결과를 이용하여 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계(S740)를 포함한다.The synchronization light source transmits an optical synchronization signal (S710), receiving the first reflection synchronization signal reflected from the transmission reflector by the optical synchronization signal and the second reflection synchronization signal reflected from the reception reflector and the transmission reflector and Comparing the driving frequency of the receiving reflector and synchronizing the transmitting reflector and the receiving reflector (S720). When synchronized, rotating the transmitting and receiving reflector, transmitting the optical transmission signal toward the object through the light source, and rotating the receiving reflector. It includes a step of receiving a light reception signal through a detection unit and detecting the light reception signal through a detection unit (S730), and a step of the signal processing unit obtaining distance information about the object using the detection result of the light detection unit (S740).

라이다 장치의 운용 방법은 도 8 및 도 9를 참고하여 더 자세히 설명한다.The operating method of the LIDAR device is described in more detail with reference to FIGS. 8 and 9.

도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 반사부와 수신 반사부의 동기화를 통한 라이다 장치의 운용 방법을 자세히 나타내는 흐름도이다.Figures 8 and 9 are flowcharts illustrating in detail a method of operating a LiDAR device through synchronization of a transmitting reflector and a receiving reflector according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 라이다 장치의 운용 방법은 초기 제어값을 전송하는 단계(S810), 신호 처리부가 송신 반사부의 구동신호를 발생시키는 단계(S820), 송신 반사부가 기울임 동작을 수행하는 단계(S822), 신호 처리부가 송신 반사부의 각도를 수신하는 단계(S830), 송신 반사부 각도가 0도인지 확인하는 단계(S832), 신호 처리부가 트리거 신호를 발생시키는 단계(S840), 동기화 광원이 트리거 신호를 수신하는 단계(S850), 동기화 광원이 레이저 펄스를 발생시키는 단계(S860), 광 동기 검출부가 송신 반사부의 반사 동기신호를 수신하는 단계(S870), 신호 처리부가 송신 반사부의 구동주파수를 측정하는 단계(S880) 및 구동신호 및 구동주파수를 비교하는 단계(S890)를 포함한다.Referring to FIG. 8, the operating method of the LIDAR device includes the steps of transmitting an initial control value (S810), the signal processor generating a driving signal of the transmission reflector (S820), and the transmission reflector performing a tilting operation (S820). S822), the signal processor receives the angle of the transmission reflector (S830), the step of checking whether the angle of the transmission reflector is 0 degrees (S832), the signal processor generates a trigger signal (S840), the synchronization light source triggers A step of receiving a signal (S850), a step of the synchronization light source generating a laser pulse (S860), a step of the optical synchronization detection unit receiving the reflection synchronization signal of the transmission reflector (S870), and the signal processing unit measuring the driving frequency of the transmission reflector. It includes a step (S880) and a step (S890) of comparing the driving signal and the driving frequency.

신호 처리부가 송신 반사부의 각도를 수신하는 단계(S830), 송신 반사부 각도가 0도인지 확인하는 단계(S832)는 각도가 0도인 경우 단계 S832를 수행하고, 각도가 0도가 아닌 경우 단계 S820을 수행할 수 있다.The signal processing unit receives the angle of the transmission reflector (S830) and checks whether the angle of the transmission reflector is 0 degrees (S832). If the angle is 0 degrees, step S832 is performed, and if the angle is not 0 degrees, step S820 is performed. It can be done.

구동신호 및 구동주파수를 비교하는 단계(S890)는 구동신호에 따른 구동주파수가 일치하는지 여부를 확인하고, 일치하지 않는 경우 송신 반사부의 구동신호를 조절하는 단계(S892)를 수행한다.The step of comparing the driving signal and the driving frequency (S890) checks whether the driving frequency according to the driving signal matches, and if not, the step of adjusting the driving signal of the transmission reflector (S892) is performed.

도 9를 참고하면, 라이다 장치의 운용 방법은 신호 처리부가, 수신 반사부의 구동신호를 발생하는 단계(S910), 수신 반사부가 기울임 동작을 수행하는 단계(S912), 광 동기 검출부가, 송신/수신 반사부의 반사 동기신호를 수신하는 단계(S920), 송신/수신 반사부의 구동주파수를 비교하는 단계(S930), 광원이 동작하는 단계(S940), 송수신 반사부가 회전구동 하는 단계(S950), 대상체 데이터를 수신하는 단계(S960) 및 대상체 데이터를 전시하는 단계(S970)를 포함한다.Referring to FIG. 9, the method of operating the LIDAR device includes a signal processing unit generating a driving signal of the receiving reflector (S910), a receiving reflecting unit performing a tilting operation (S912), and an optical synchronization detection unit transmitting/ Receiving the reflection synchronization signal of the receiving reflector (S920), comparing the driving frequency of the transmitting/receiving reflector (S930), operating the light source (S940), rotating the transmitting and receiving reflector (S950), object It includes receiving data (S960) and displaying object data (S970).

단계 S910은 단계 S890에서 구동신호에 따른 구동주파수가 일치하는 경우 수행할 수 있다.Step S910 can be performed when the driving frequency according to the driving signal matches in step S890.

송신/수신 반사부의 구동주파수를 비교하는 단계(S930)는 송신/수신 반사부의 구동주파수가 일치하는 경우 단계 S940을 수행하고, 송신/수신 반사부의 구동주파수가 일치하지 않는 경우 수신 반사부의 구동신호를 조절하는 단계(S932)를 수행한다.In the step S930 of comparing the driving frequencies of the transmitting/receiving reflectors, if the driving frequencies of the transmitting/receiving reflectors match, step S940 is performed. If the driving frequencies of the transmitting/receiving reflectors do not match, the driving signal of the receiving reflectors is performed. Perform the adjustment step (S932).

도 7 내지 도 9에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 개재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 7 내지 도 9에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In FIGS. 7 to 9, each process is shown as being sequentially executed, but this is merely an illustrative explanation, and those skilled in the art may refer to FIGS. 7 to 9 without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. It can be applied through various modifications and modifications, such as executing by changing the described order, executing one or more processes in parallel, or adding other processes.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the attached drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

10: 라이다 장치
100: 광원
200: 스캐닝부
210: 송신부재
220: 반사부
222: 송신 반사부
224: 송수신 반사부
226: 수신 반사부
230: 수신부재
300: 동기화부
400: 광 검출부
500: 신호 처리부
600: 광학창
700: 디스플레이부
20: 대상체
10: LIDAR device
100: light source
200: scanning unit
210: Transmitting member
220: reflection part
222: Transmission reflection unit
224: Transmission/reception reflector
226: Receiving reflection unit
230: Absence of reception
300: synchronization unit
400: Light detection unit
500: signal processing unit
600: optical window
700: Display unit
20: object

Claims (13)

광 송신신호를 송신하는 광원;
상기 광 송신신호 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 광 수신신호를 검출하는 광 검출부;
상기 광 송신신호를 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 광 수신신호를 수신하여 상기 광 수신신호가 상기 광 검출부에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 광 수신신호를 상기 광 검출부를 향해 송신하는 스캐닝부;
상기 스캔영역을 결정하는 송신 반사부 및 상기 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 수신 반사부를 광학적 동기화 방식을 통해 동기화하는 동기화부; 및
상기 광 검출부의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호 처리부를 포함하고,
상기 스캐닝부는, 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역을 결정하는 송신 반사부; 상기 송신 반사부와 동기화되어 상기 송신 반사부와 동일한 각도로 틸트 구동을 수행하는 수신 반사부; 및 상기 송신 반사부를 통해 반사되어 전달받은 상기 광 송신신호를 상기 대상체를 향해 반사하고, 상기 대상체를 통해 반사되어 전달받은 상기 광 수신신호를 상기 수신 반사부로 반사하는 송수신 반사부를 포함하며,
상기 동기화부는, 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부를 동기화시키기 위한 광 동기신호를 송신하는 동기화 광원; 상기 광 동기신호를 평행광이 되도록 하는 동기 송수신부재; 상기 광 동기신호를 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부로 전달하며, 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부에서 반사된 반사 동기신호를 상기 동기 송수신부재로 전달하는 반사 프리즘; 및 상기 반사 동기신호를 검출하는 광 동기 검출부를 포함하고,
상기 반사 프리즘은, 상기 광 동기신호를 기 설정된 제1 반사율에 따라 제1 광 동기신호로 상기 송신 반사부로 전달하는 제1 면; 및 상기 광 동기신호를 기 설정된 제2 반사율에 따라 제2 광 동기신호로 상기 수신 반사부로 전달하는 제2 면을 포함하고,
상기 제1 반사율 및 상기 제2 반사율은 서로 다르게 구현되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
A light source that transmits an optical transmission signal;
a light detection unit that detects a light reception signal, which is light reflected by an object located on the scan area, among the light transmission signals;
Receive the light transmission signal and reflect it toward the scan area, receive the light reception signal and control the angle at which the light reception signal is incident on the light detection unit to be constant, and direct the light reception signal toward the light detection unit. a scanning unit that transmits;
a synchronization unit that synchronizes the transmission reflector that determines the scan area and the reception reflector that controls the incident angle to be constant through optical synchronization; and
A signal processing unit that obtains distance information about the object using the detection result of the light detection unit,
The scanning unit includes a transmission reflection unit that determines the scan area by performing a tilt drive in a vertical direction; a receiving reflector that is synchronized with the transmit reflector and performs tilt driving at the same angle as the transmit reflector; and a transmitting/receiving reflection unit that reflects the optical transmission signal reflected and transmitted through the transmission reflection unit toward the object, and reflects the optical reception signal reflected and transmitted through the object to the reception reflection unit,
The synchronization unit includes a synchronization light source that transmits an optical synchronization signal for synchronizing the transmission reflector and the reception reflector; a synchronous transmitting and receiving member that converts the optical synchronizing signal into parallel light; a reflecting prism that transmits the optical synchronization signal to the transmission reflector and the reception reflector and transmits the reflection synchronization signal reflected from the transmission reflector and the reception reflector to the synchronization transmission and reception member; and an optical synchronization detection unit that detects the reflection synchronization signal,
The reflective prism includes: a first surface that transmits the optical synchronous signal to the transmission reflector as a first optical synchronous signal according to a preset first reflectivity; And a second surface that transmits the optical synchronization signal to the receiving reflector as a second optical synchronization signal according to a preset second reflectivity,
A LiDAR device, characterized in that the first reflectance and the second reflectance are implemented differently.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 송신 반사부는,
상기 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 수직 방향의 시야(Field of View, FOV)를 조절하여 스캔하며, 상기 틸트 구동에 따른 구동 각도에 따라 스캔 각도의 범위가 결정되고, 초기 제어값을 기반으로 틸트 구동이 수행되며,
상기 수신 반사부는 상기 동기화부에 의해 상기 송신 반사부와 동기화되어 상기 구동 각도에 따라 상기 수직 방향으로 틸트 구동이 수행되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The transmit reflector,
By performing a tilt drive in the vertical direction, the field of view (FOV) in the vertical direction is adjusted and scanned, and the range of the scan angle is determined according to the drive angle according to the tilt drive, and based on the initial control value. Tilt drive is performed,
The LiDAR device is characterized in that the receiving reflector is synchronized with the transmitting reflector by the synchronization unit and tilt drive is performed in the vertical direction according to the driving angle.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 동기화부는,
상기 동기화 광원 및 상기 동기 송수신부재의 사이에 구비되며, 상기 광 동기 신호를 상기 동기 송수신부재에 전달하고, 상기 반사 동기신호를 상기 광 동기 검출부에 전달하는 빔 분할부를 더 포함하고,
상기 빔 분할부는 상기 동기 송수신부재에서 수신된 상기 반사 동기신호가 상기 동기화 광원에 전달되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The synchronization unit,
It is provided between the synchronization light source and the synchronization transmitting and receiving member, and further includes a beam splitter that transmits the optical synchronizing signal to the synchronizing transmitting and receiving member and transmits the reflected synchronizing signal to the optical synchronization detection unit,
The beam splitter is a lidar device characterized in that it controls the reflected synchronization signal received from the synchronization transmitting and receiving member so that it is not transmitted to the synchronization light source.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 송신 반사부에 입사된 제1 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제1 반사 동기신호와 상기 수신 반사부에 입사된 제2 광 동기신호가 반사되어 되돌아오는 제2 반사 동기신호는 진폭으로 구분 가능하며,
상기 진폭은 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 반사율의 차이에 의해 구분되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The first reflection synchronization signal, which is reflected and returned from the first optical synchronization signal incident on the transmission reflector, and the second reflection synchronization signal, which is the reflection and return of the second optical synchronization signal incident on the reception reflector, can be distinguished by amplitude. And
A LiDAR device, characterized in that the amplitude is distinguished by a difference in reflectance of the first surface and the second surface.
제1항에 있어서,
상기 반사 프리즘은,
공간적으로는 절반으로 나누어지며, 상기 제1 면의 반사율이 상기 제2 면의 반사율보다 높게 구현되며,
상기 반사 프리즘에 입사되는 광 동기신호는 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부가 비동기화된 상태에서, 상기 송신 반사부에 입사되어 반사된 제1 반사 동기신호가 상기 수신 반사부에 입사되어 반사된 제2 반사 동기신호보다 크게 나타나는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The reflecting prism is,
It is spatially divided in half, and the reflectance of the first side is implemented to be higher than the reflectance of the second side,
The optical synchronization signal incident on the reflection prism is a first reflection synchronization signal incident on and reflected by the transmission reflector and the second reflection synchronization signal incident on and reflected by the reception reflector in a state in which the transmission reflector and the reception reflector are unsynchronized. 2 Lidar device characterized in that it appears larger than the reflected synchronization signal.
제8항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부가 비동기화된 경우, 상기 제1 반사 동기신호 및 상기 제2 반사 동기신호 사이에 발생하는 시간차를 줄이도록 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부의 구동주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to clause 8,
The signal processing unit,
When the transmission reflector and the reception reflector are unsynchronized, adjusting the driving frequency of the transmission reflector and the reception reflector to reduce the time difference occurring between the first reflection synchronization signal and the second reflection synchronization signal. Featured LiDAR device.
제1항에 있어서,
상기 스캐닝부는,
상기 광 송신신호를 평행광이 되도록 하는 송신부재; 및
상기 수신 반사부와 상기 광 검출부 사이에 구비되며, 상기 수신 반사부에 반사된 광 수신신호를 집속하여 상기 광 검출부에 전달하는 수신부재를 더 포함하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The scanning unit,
a transmission member that converts the optical transmission signal into parallel light; and
The lidar device further includes a receiving member provided between the receiving reflection unit and the light detection unit, and focusing the light reception signal reflected by the receiving reflection unit and transmitting the received signal to the light detection unit.
제10항에 있어서,
상기 광 검출부는,
광섬유로 연결되며, 상기 수신부재에서 집속된 상기 광 수신신호가 상기 광섬유에 집속되어, 상기 광섬유를 통해 상기 광 수신신호가 전달되며,
상기 광 검출부는 InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to clause 10,
The light detection unit,
It is connected to an optical fiber, and the optical reception signal focused in the receiving member is focused on the optical fiber, and the optical reception signal is transmitted through the optical fiber,
The light detection unit is a lidar device characterized in that it is composed of an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.
제1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 광원의 펄스 반복률, 상기 송신 반사부의 구동 각도, 상기 수신 반사부의 구동 각도, 상기 송수신 반사부의 회전 각도 또는 상기 동기화부를 제어하며, 상기 광 송신신호 및 상기 광 수신신호를 통해 상기 대상체에 대한 거리 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The signal processing unit,
Controls the pulse repetition rate of the light source, the driving angle of the transmission reflector, the driving angle of the reception reflector, the rotation angle of the transmission and reception reflector, or the synchronization unit, and provides distance information to the object through the optical transmission signal and the optical reception signal. A lidar device characterized in that it calculates .
광 송신신호의 광축 및 광 수신신호의 광축을 일치시킨 후 구동하는 라이다 장치에 의한 라이다 장치 운용 방법에 있어서,
동기화 광원이, 광 동기신호를 송신하는 단계;
상기 광 동기 신호에 의해 송신 반사부에서 반사된 제1 반사 동기신호 및 수신 반사부에서 반사된 제2 반사 동기신호를 수신하여 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부의 구동주파수를 비교하고, 상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부를 동기화하는 단계;
상기 송신 반사부 및 상기 수신 반사부를 동기화한 후, 송수신 반사부를 회전 구동하고, 광원을 통해 광 송신신호를 대상체를 향해 송신하고, 상기 수신 반사부를 통해 광 수신신호를 수신하여 광 검출부를 통해 상기 광 수신신호를 검출하는 단계; 및
신호 처리부가, 상기 광 송신신호 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 광 수신신호를 검출하는 상기 광 검출부의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계를 포함하는 라이다 장치 운용 방법.
In the method of operating a LiDAR device by aligning the optical axis of the optical transmission signal and the optical axis of the optical reception signal and then driving the LiDAR device,
A synchronization light source transmitting an optical synchronization signal;
The first reflection synchronization signal reflected from the transmission reflector by the optical synchronization signal and the second reflection synchronization signal reflected from the reception reflector are received to compare the driving frequencies of the transmission reflector and the reception reflector, and the transmission reflection synchronizing the receiving reflector and the receiving reflector;
After synchronizing the transmission reflector and the reception reflector, the transmission and reception reflectors are rotated and driven, an optical transmission signal is transmitted toward the object through a light source, and an optical reception signal is received through the reception reflection unit, and the light is transmitted through the light detection unit. Detecting a received signal; and
A signal processing unit comprising the step of obtaining distance information about the object using the detection result of the light detection unit, which detects an optical reception signal, which is light reflected by an object located on the scan area, among the optical transmission signals. This is how the device operates.
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