KR20120069487A - 능동형 광 레이더 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동형 광 레이더 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광 신호를 이용하여 물체를 측정 시, 광 신호의 송신 광축과 물체로부터 반사되는 수신 광축이 동일하게 유지되도록 광 신호의 방향을 변경하여 동일한 지점에 신호를 집광시켜 광검출함으로써, 물체와의 거리와 무관하게 다양한 거리에 위치한 물체로부터 반사되는 신호를 용이하게 검출하여 물체를 측정할 수 있다.

Description

능동형 광 레이더 장치{ACTIVE OPTICAL RADAR APPARATUS}
본 발명은 능동형 광 레이더 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광 신호를 이용하여 물체를 측정 시, 광 신호의 송신 광축과 물체로부터 반사되는 수신 광축이 동일하게 유지되도록 광 신호의 방향을 변경하여 동일한 지점에 신호를 집광시켜 광검출함으로써, 물체와의 거리와 무관하게 다양한 거리에 위치한 물체로부터 반사되는 신호를 용이하게 검출하여 물체를 측정할 수 있는, 능동형 광 레이더 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 레이더는 광원(또는 전파)이 목표물에 부딪혀서 반사하는 것을 이용한다. 레이저 레이더는 그 반사파를 포착하여 임의의 물체(목표물)의 존재를 알아낸다. 레이저 레이더는 광을 송신하는 송광 광학 영역과 반사광을 검출하는 수광 광학 영역을 포함한다. 이러한 레이저 레이더는 아이-세이프(eye safe) 파장 대역의 광원이 먼 거리의 임의의 물체에서 반사되거나 산란되는 경우, 광 검출기를 이용하여 반사 또는 산란된 빛을 구형 렌즈에서 집광하여 검출한다.
일반적으로 송신되는 신호와 수신 신호는 동일한 광축을 이루지 못한다. 송광 광축과 수광 광축이 다른 시스템은 송광 광축과 물체로부터 반사된 수광 광축이 이루는 각에 의해 물체로부터의 거리에 따라 검출기에서 다른 위치에 초점을 맺게 된다. 여기서, 검출기가 어레이로 구성되어 있어 물체의 면을 검출할 수 있으나, 이 또한 두 광축의 차이로 인해 측정거리가 제한되는 문제점이 있다.
이와 같이, 송신되는 신호와 수신되는 신호가 동일 광축을 이루지 못하는 경우 물체의 위치에 따라서 검출기에 집광되는 신호의 위치가 바뀌게 된다. 이와 같이 거리에 따라 초점위치가 변경되는 경우 광 검출기의 수광 면적이 작으므로 신호가 검출되지 않는 경우도 발생하게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 광 신호를 이용하여 물체를 측정 시, 광 신호의 송신 광축과 물체로부터 반사되는 수신 광축이 동일하게 유지되도록 광 신호의 방향을 변경하여 동일한 지점에 신호를 집광시켜 광검출함으로써, 물체와의 거리와 무관하게 다양한 거리에 위치한 물체로부터 반사되는 신호를 용이하게 검출하여 물체를 측정할 수 있는, 능동형 광 레이더 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 장치는, 기설정된 광 신호를 발생하는 광원부; 상기 발생된 광 신호를 평행하게 발산시키거나 기설정된 각으로 발산시키는 송광 렌즈부; 상기 발산된 광 신호를 주사하되, 송광 광축과 수광 광축이 동일한 광축을 갖도록 상기 주사된 광 신호의 방향을 변경하여 물체로 반사시키는 광 주사부; 상기 물체로부터 반사된 광 신호를 집광하는 수광 렌즈부; 및 상기 집광된 광 신호를 검출하여 전기적인 신호로 전환시키는 광 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 광 신호를 이용하여 물체를 측정 시, 광 신호의 송신 광축과 물체로부터 반사되는 수신 광축이 동일하게 유지되도록 광 신호의 방향을 변경하여 동일한 지점에 신호를 집광시켜 광검출함으로써, 물체와의 거리와 무관하게 다양한 거리에 위치한 물체로부터 반사되는 신호를 용이하게 검출하여 물체를 측정할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명은, 송광 광학계와 수광 광학계에서 두 빛의 경로를 같게 해주어 다양한 거리에 있는 물체에서 반사된 빛이 수광 렌즈를 통과한 후 광 검출기에 입사할 때 광검출기의 동일한 위치의 수광면에 초점을 맺도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 능동형 광 레이더 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 능동형 광 레이더 장치의 일실시예 구조도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1 은 본 발명에 따른 능동형 광 레이더 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 능동형 광 레이더 장치(100)는 광원부(110), 송광 렌즈부(120), 광 주사부(130), 수광 렌즈부(140), 광 대역 필터부(150), 광 검출부(160) 및 신호 처리부(170)를 포함한다. 여기서, 광 주사부(130)는 스캐너(131) 및 반사체(132)를 포함한다. 능동형 광 레이더 장치(100)는 광 신호를 이용하여 물체까지의 거리에 관계없이 물체(101)로부터의 거리 또는 물체(101)의 입체적인 영상을 측정하고자 한다. 물체(11)는 측정하고자 하는 대상이 된다.
광원부(110)는 기설정된 광 신호를 발생한다.
송광 렌즈부(120)는 광원부(110)에서 발생된 광 신호를 평행 광으로 발산시키거나 일정 각도로 발산시킨다.
광 주사부(130)는 송광 렌즈부(120)에서 평행 광 또는 일정 각도로 발산된 광 신호를 주사하되, 송광 광축과 수광 광축이 동일한 광축을 갖도록 주사된 광 신호의 방향을 변경하여 물체(101)로 반사한다. 여기서, 스캐너(131)는 송광 렌즈부(120)에서 발산된 광 신호를 주사한다. 그리고 반사체(132)는 반사체(132)는 송광 광축과 수광 광축이 동일한 광축을 갖도록 스캐너(131)에서 주사된 광 신호의 방향을 변경하여 물체(101)로 반사시킨다.
수광 렌즈부(140)는 물체(101)로부터 반사된 광 신호를 집광한다.
광 대역 필터부(150)는 수광 렌즈부(140)로부터 입력된 광 신호 중에서 기설정된 대역폭 신호를 통과시킨다.
광 검출부(160)는 수광 렌즈부(140)에서 집광된 광 신호를 검출하여 전기적인 신호로 전환한다.
신호 처리부(170)는 광 검출부(160)에서 전환된 신호를 처리하여 광 신호의 송광 시점부터 수광 시점까지의 시간 또는 물체(101)로부터 반사된 광 신호의 세기를 측정할 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 능동형 광 레이더 장치의 일실시예 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광원부(110)는 기설정된 파장을 가지는 광 신호를 펄스 형태로 발생시킬 수 있다. 광원부(110)는 아이 세이프(Eye Safe)로 이용되는 근 적외선 파장 대역의 광원을 이용하여 광 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 광원부(110)는 고체 레이저 또는 반도체 레이저 등을 이용하여 광 신호를 발생시킬 수 있다.
송광 렌즈부(120)는 적어도 하나의 송광 광학 렌즈로 이루어질 수 있으며, 구형 렌즈 형태일 수 있다. 광원부(110)가 반도체 레이저 또는 고체 레이저로 이루어진 경우, 송광 렌즈부(120)는 반도체 레이저 또는 고체 레이저로부터 출력된 광 신호를 평행 광 또는 발산 광으로 발산시킬 수 있다.
광 주사부(130)를 구체적으로 살펴보면, 광 주사부(130)의 스캐너(131)는 물체(101)의 스캔을 위해서 송광 렌즈부(120)에서 발산된 광 신호를 주사한다. 스캐너(131)는 물체(101)의 한 점 또는 물체 면으로 입사시키기 위해 주사할 수 있다. 스캐너(131)는 물체(101)의 넓은 영역을 스캔하기 위해 송광 렌즈부(120)에서 발산된 광 신호를 조정하여 주사할 수 있다.
반사체(132)는 동일한 송신 광축과 수광 광축 즉, 송신 광축과 수신 광축 사이 각을 "0°"로 만들어 거리에 따른 빔 편향(Beam Deflection)을 제거할 수 있다. 여기서, 반사체(132)는 스캐너(131)로부터 주사된 광 신호를 반사시키기 위해, 적어도 하나의 반사 거울로 이루어질 수 있다. 또한, 반사체(132)는 주사된 광 신호에 따라 적어도 하나의 반사 거울의 크기 또는 위치를 조절할 수 있다.
이후, 물체(101)로 반사된 광 신호는 물체(101)의 표면에 따라 난반사하거나 전반사 또는 부분 반사를 하게 된다.
수광 렌즈부(140)는 물체(101)로부터 반사된 광 신호의 초점을 광 검출부(160)의 또는 광 검출부(160)의 어레이의 수광 중앙 면적에 맞출 수 있다. 수광 렌즈부(140)는 적어도 하나의 수광 광학 렌즈로 이루어질 수 있으며, 구형 렌즈 형태일 수 있다.
광 대역 필터부(150)는 물체(101)로부터 반사된 광 신호 중에서 원하는 신호 외의 성분을 제거할 수 있다. 수광 렌즈부(140)의 전면 또는 후면에서 광 신호 외의 다른 파장의 대역의 광 잡음 신호를 제거하기 위해, 광 대역 필터부(150)는 입사된 광 신호를 대역 필터를 투과시켜 대역 필터링한다. 여기서, 광 대역 필터부(150)는 수광 렌즈부(140)의 전면 또는 후면에 위치할 수 있다. 후면에 위치하는 경우, 광 대역 필터부(150)는 수광 렌즈부(140)로부터 출력된 광 신호를 입력받아 대역 필터링한다. 반면, 전면에 위치하는 경우, 광 대역 필터부(150)는 물체(101)로부터 반사된 광 신호를 입력받아 대역 필터링하고 대역 필터링한 광 신호를 수광 렌즈부(140)로 전달할 수 있다.
광 검출부(160)는 광 센서 모듈을 이용하여 광 신호를 전기적인 신호로 전환할 수 있다. 광 검출부(160)는 복수의 광 검출 어레이로 이루어질 수 있다. 광 검출부(160)에서 다양한 거리에 있는 물체를 측정하기 위해 센서 모듈에 집광되는 광 신호가 중앙에 초점이 맞추어져서 검출된다.
신호 처리부(170)는 물체(101)와 거리 정보를 광 신호의 진행 시간을 측정하여 구할 수 있다. 여기서, 거리 정보는 삼각 측정 방법에 의해 계산되므로 송광 광축과 수광 광축이 동일하여 측정할 수 있는 영역이 제한되지 않는다. 신호 처리부(170)는 광원부(110)에서 펄스 광원을 이용하므로 그 펄스 광원의 진행 시간으로부터 거리를 측정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
본 발명은 광 신호를 이용하여 물체를 측정 시, 광 신호의 송신 광축과 물체로부터 반사되는 수신 광축이 동일하게 유지되도록 광 신호의 방향을 변경하여 동일한 지점에 신호를 집광시켜 광검출함으로써, 물체와의 거리와 무관하게 다양한 거리에 위치한 물체로부터 반사되는 신호를 용이하게 검출하여 물체를 측정할 수 있다. 이러한 점에서 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용 가능성이 있는 발명이다.
100: 능동형 광 레이더 장치 110: 광원부
120: 송광 렌즈부 130: 광 주사부
131: 스캐너 132: 반사체
140: 수광 렌즈부 150: 광 대역 필터부
160: 광 검출부 170: 신호 처리부

Claims (8)

  1. 기설정된 광 신호를 발생하는 광원부;
    상기 발생된 광 신호를 평행하게 발산시키거나 기설정된 각으로 발산시키는 송광 렌즈부;
    상기 발산된 광 신호를 주사하되, 송광 광축과 수광 광축이 동일한 광축을 갖도록 상기 주사된 광 신호의 방향을 변경하여 물체로 반사시키는 광 주사부;
    상기 물체로부터 반사된 광 신호를 집광하는 수광 렌즈부; 및
    상기 집광된 광 신호를 검출하여 전기적인 신호로 전환시키는 광 검출부
    를 포함하는 능동형 광 레이더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체로부터 반사된 광 신호 중에서 기설정된 대역폭 신호를 통과시키는 광 대역 필터부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 능동형 광 레이더 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 대역 필터부는,
    상기 수광 렌즈부의 전면 또는 후면에 위치하는 것을 특징으로 하는 능동형 광 레이더 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전환된 신호를 처리하여 상기 광 신호의 송광 시점부터 수광 시점까지의 시간 또는 상기 물체로부터 반사된 광 신호의 세기를 측정하는 신호처리부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 광 레이더 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 주사부는,
    상기 발산된 광 신호를 주사하는 스캐너; 및
    상기 광 신호의 송광 광축과 수광 광축이 동일한 광축을 갖도록 상기 주사된 광 신호의 방향을 변경하여 물체로 반사시키는 반사체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 광 레이더 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    기설정된 파장을 가지는 광 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 능동형 광 레이더 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 수광 렌즈부는,
    상기 물체로부터 반사된 광 신호의 초점을 상기 광 검출부의 수광 면적에 중앙에 맞추는 것을 특징으로 하는 능동형 광 레이더 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 검출부는,
    복수의 광 검출 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동형 광 레이더 장치.
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