KR20170071394A - 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치 - Google Patents

무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일방향으로 광원을 조사하는 광원부; 상기 광원을 상기 일 방향과 소정의 각도를 이루는 방향으로 발산시키도록 배치되는 제1 비구면 렌즈; 상기 제1비구면 렌즈를 통해 발산된 광원을 순차적으로 통과시킴에 따라 원형환 모양으로 발산시키도록 배치되는 제2 및 제3 비구면 렌즈; 상기 제2 및 제3 비구면 렌즈를 통해 원형환 모양으로 발산된 광원을 반사시키는 반사면을 구비하는 비구면 반사경; 상기 비구면 반사경에서 방사된 광원을 되반사없이 투과시키는 무반사 코팅창; 상기 무반사 코팅창을 투과하고 객체들로부터 반사되어 돌아온 상기 광원의 선택적인 통과를 위한 필터; 및 상기 필터를 통과한 광원을 검출하여서 상기 객체들의 3차원 방위 및 위치에 대한 정보를 얻도록 하는 검출기를 포함하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치를 제공한다.

Description

무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치{DETECTING DEVICE FOR LIDAR LIGHT SOURCE WITHOUT ROTATION AND SCANNING}
본 발명은 라이다 광원 및 이 반사 빔들을 검출하는 검출 장치에 관한 것으로, 특히 회전 없이 광을 조사하고 객체로부터 반사되는 광을 검출하는 라이다와 이들 반사광들을 관측하는 검측기를 구비하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 라이다(LiDar)는 단일 광원과 이 광원에 대응하는 단일 검출기를 측정하려는 영역에 2차원 주사(scanning)하거나, 여러 개를 광원들을 직선으로 나열하고 이들 신호들에 1대1 대응하여 검출기들을 부착한다.
또한, 라이다는 이 장치를 360도 회전 주사시켜, 각각의 순간 주사 위치(또는 회전각)에서 조사한 광과 공간의 사물에서 반사된 광의 도달하는 시간차를 얻어 이를 이용하여 광원으로부터의 위치 데이터로 변환하여 거리를 측정한다.
라이더는 각각의 위치에서 얻은 모든 데이터를 조합하여 실시간으로 매 주사 (회전)마다 공간사물의 지형과 객체에 대한 3차원 지형지물과 객체정보 그리고 영상정보를 획득한다.
현재, 라이더는 지리적 정보를 얻기 위해 항공기나 인공위성에 부착되고, 군사적으로 비행체나 적군 객체들을 인식하는 분야에 적용하기 위해 연구 개발되고 있다.
특히 최근 라이다의 기술은 미래형 자동차의 자율주행을 위한 3차원 지형지물 및 객체를 인식하기 위한 적용이 시도되고 있다.
도 1은 미래형 자동차의 자율주행을 위해 종래에 일반적으로 시판되는 라이다의 예시도이고, 도 2는 도 1의 라이다에서 한 방향에 대해서 목표물의 거리를 측정해내는 원리를 도시하는 예시도이다.
광원에서 출발한 펄스레이저의 펄스가 검출부에 도달할 때까지의 시간과 이미 알고 있는 광속을 사용하여 거리를 측정하는 TOF(time-of-flight) 방법 및 연속적인 레이저(continuous wave Laser)를 사용하여 돌아온 레이저의 위상 변화 알고리듬을 이용하여 거리를 측정 하는 PBS(phase-based scanning) 방법이 시용된다.
위상차 변화를 이용하는 PBS 방법은 펄스레이저를 이용하는 TOF 방법보다 같은 시간에 많은 공간 정보를 받을 수 있는 반면, 더 심한 노이즈와 더 많은 실패 (false) 데이터를 얻는 경향 때문에 측정 적용 거리가 매우 짧다.
이에 반하여, 펄스 레이저를 이용한 TOF 방법은 물체에 반사된 광이 검출부에 인지할 수 있는 한에서 먼 거리에서도 사용 가능하다. 하지만, TOF 방법의 경우, 3차원의 지형지물과 객체의 위치 정보를 얻기 위해서는 광원부와 검출부가 함께 2차원으로 반복 주사되거나 혹은 회전되어야 한다.
이러한 종래의 라이다는 회전 주사를 위한 회전체의 내구성 문제가 지적되고 있다.
따라서, 종래의 라이다 보다 더 내구성 있는 주사 방식, 무회전 주사방식, 및 무주사 방식이 요구된다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 일 목적은, 회전체를 사용하지 않으면서, 공간 지형지물과 객체에 대한 3차원 영상정보를 획득하기 위한 무회전과 무주사 라이다 광원 및 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 목적은, 수평 및 수직으로 요구되는 사이 각의 전 영역에 손실 없이 균일한 광분포로 방사할 수 있는 저광출력 무회전과 무주사 라이다 광원 및 검출 장치를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 목적은, 방사 빔을 원형환 선형링 모양 (annual line ring pattern)으로 만들고, 이를 수평 및 수직으로 요구되는 사이 각의 전 영역에 주사함으로써 저출력 무회전 라이다 광원 및 검출 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 무회전 무주사 광원부 광원 검출 장치는, 일방향으로 광원을 조사하는 광원부; 상기 광원을 상기 일 방향과 소정의 각도를 이루는 방향으로 발산시키도록 배치되는 제1 비구면 렌즈; 상기 제1비구면 렌즈를 통해 발산된 광원을 순차적으로 통과시킴에 따라 원형환 모양으로 발산시키도록 배치되는 제2 및 제3 비구면 렌즈; 상기 제2 및 제3 비구면 렌즈를 통해 원형환 모양으로 발산된 광원을 반사시키는 반사면을 구비하는 비구면 반사경; 상기 비구면 반사경에서 방사된 광원을 되반사없이 투과시키는 무반사 코팅창; 상기 무반사 코팅창을 투과하고 객체들로부터 반사되어 돌아온 상기 광원의 선택적인 통과를 위한 필터; 및 상기 필터를 통과한 광원을 검출하여서 상기 객체들의 3차원 방위 및 위치에 대한 정보를 얻도록 하는 검출기를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 반사면은, 볼록 또는 오목면을 구비하는 콘(cone) 형상으로 이루어지고, 상기 콘(cone) 형상은 상기 일 방향을 따라 경사지게 형성되어서 상기 원형환 모양으로 발산된 광원을 상기 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 기결정된 각도로 방사시킨다.
상기 검출기는, 상기 필터를 통과한 광원을 검출 가능하도록 이루어지는 2차원 픽셀의 CCD(Charge Coupled Device)를 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 반사면은, 사선으로 경사지게 형성되는 콘(cone) 형상으로 이루어져서 상기 일방향과 교차하는 수평 방향으로 기결정된 각도 범위 내에서 상기 원형환 모양으로 발산된 광원을 방출 가능하게 한다.
무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치는 상기 검출기에 설치되고, 상기 일방향과 교차하는 방향으로 방출된 광원을 수직 방향으로 기결정된 각도 범위 내에서 방사를 가능하게 하도록 상기 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치를 상하 변위로 운동 가능하게 하는 엑츄에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 검출기는, 상기 필터를 통과한 광원을 검출 가능하도록 이루어지는 1차원 픽셀로 배열된 선 CCD(Line Charge Coupled Device)를 구비할 수 있다.
상기 수평 방향으로 기결정된 각도는 360°일 수 있다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 제2 및 제3 비구면 렌즈는 각각 경사진 면을 구비하고, 상기 각각의 경사진 면이 서로 이격되고 서로 마주하도록 대칭되게 배치된다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 제2 및 제3 비구면 렌즈는, 상기 제2 및 제3 비구면 렌즈 의해 발산되는 광원을 기결정된 두께 및 입체각을 가지고 발산시키도록 이루어진다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 광원부로부터 조사된 광원들의 비대칭적인 광세기 분포를 대칭적 원형 광세기 분포로 보정시키도록 이루어지는 실린드리컬 렌즈를 더 포함하고, 상기 제1 비구면 렌즈에 발산되는 광원은 상기 실린드리컬 렌즈에서 보정된 광원이다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 비구면 반사경은, 콘 미러(cone mirror), 불규칙 면을 가진 비구면 볼록 거울(aspheric convex mirror) 및 불규칙 면을 가진 비구면 오목 거울(aspheric concave mirror) 중 하나이다.
본 발명은, 비구면 렌즈들 및 비구면 거울 등을 구비함으로써, 회전체를 사용하지 않으면서도, 공간 지형지물과 객체에 대한 3차원 영상정보를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명은 비구면 거울에 오목면 또는 볼록면을 형성하여서, 수평 및 수직으로 요구되는 사이 각의 전 영역에 손실 없이 균일한 광분포로 방사할 수 있다.
한편, 본 발명은 제2 및 제3 비구면 렌즈를 통해 광원을 원형환 선형링 모양으로 발산시키고, 이를 수평 및 수직으로 요구되는 사이 각의 전 영역에 주사함으로써 저출력 무회전 라이다 광원 및 검출 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서는 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 시항만 한정되어서 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 일반적인 라이다 장치를 나타낸 예시도,
도 2는 종래의 일반적인 라이다 장치에서 한 방향에 대해서 목표물의 거리를 측정해내는 원리를 도시하는 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치의 사시도.
도 4는 도 3의 종단면도.
도 5는 도 4의 A부분의 확대도.
도 6은 도 3의 실시예에서 반사 광원이 지나가는 영역을 도시하는 개념도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치의 사시도.
도 8은 도 7 실시예의 구성 및 동작을 나타내는 개념도.
도 9는 도 7 실시예의 구성 및 동작을 나타내는 개념도.
도 10은 볼록면 및 오목면의 반사면을 각각 구비하는 비구면 반사경의 일 예를 도시하는 개념도.
도 11은 불규칙적인 면을 가진 비구면 반사경의 일 예인 반사면 구조를 확대하여 도시한 개념도.
도 12는 불규칙적인 면을 가진 비구면 볼록한 반사면 구조에서의 광원의 이동 경로의 단면을 도시하는 개념도.
도 13은 불규칙적인 면을 가진 비구면 오목한 반사면 구조에서의 광원의 이동 경로의 단면을 도시하는 개념도.
도 14는 불규칙적인 면을 가진 비구면 볼록 및 오목한 반사면 구조에서의 광원의 이동 경로의 단면을 도시하는 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
본 발명의 라이다 광원 검출 장치(1000a, 1000b)는, 광원부(10), 실린드리컬 렌즈(20), 제1 내지 제3 비구면 렌즈(30, 40, 50), 비구면 반사경(60), 무반사 코팅창(70), 필터(80) 및 검출기(90, 90')를 포함한다.
광원부(LIDAR, Light Detection And Range, 10)는 도 4, 5 등에 도시되는 바와 같이, 일 방향으로 광원을 조사하도록 이루어진다.
본 발명에서의 일 방향은 하측에서 상측으로 향하는 방향일 수 있다.
본 발명에서의 광원은 광원부(10)에서 투사되어 렌즈 등을 통과하고 반사경에 반사되는 물질일 수 있고, 후술하는 렌즈 및 반사경을 통해서 일정 부분 처리되어 객체에 제공되는 물질일 수도 있다.
광원부(10)는 일례로, 레이저(LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), 레이저 다이오드(LASER diode), 파이버 레이저(fiber LASER), 원형으로 배열된 복수의 레이저 다이오드 및 파이버를 끝단으로 출력되는 원형 광원을 이루는 파이버 레이저(fiber LASER) 등이 될 수 있다.
도 4, 5 등을 참조하면, 광원부(10)는 라이다 광원 검출 장치의 하측에 배치되어 상방향을 향해 광원을 조사하는 일례가 도시된다.
실린드리컬(cylindrical) 렌즈(20)는 광원들의 비대칭적인 광세기 분포를 대칭적 원형 광세기 분포로 보정한다. 실린드리컬 렌즈(20)는 비대칭적인 광세기 분포의 보정을 위한 것으로, 원형 대칭적 광세기 분포를 가진 광원이 광원부(10)를 통해서 조사되는 경우에는, 사용되지 않을 수 있다. 실린드리컬 렌즈(20)를 통해 광원이 보정되면, 단일광원으로 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 광원부(10)와 소정거리 이격되게 배치되어, 광원부(10)에서 조사되는 광원을 통과시켜서, 비대칭적인 광세기 분포를 대칭적 원형 광세기 분포로 보정시키는 실린드리컬 렌즈(20)의 일례가 도시된다.
제1 비구면 렌즈(30)는 대칭적 원형 광세기 분포로 보정된 광원을 상기 일방향과 소정의 각도를 이루는 방향으로 발산시킨다. 도 4를 참조하면, 제1 비구면 렌즈(30)는 실린드리컬 렌즈(20)의 상측에 배치되어서, 광원을 일방향과 나란한 방향으로 발산시키며 통과시키는 일례가 도시된다.
제2 및 제3 비구면 렌즈(40, 50)는 제1 비구면 렌즈(30)를 통해 발산된 광원을 순차적으로 통과시킴에 따라 원형환 모양(annual ring pattern)으로 발산시킨다. 상기 원형환 모양은 선형 또는 소정의 두께를 가질 수 있고, 일정한 입체각을 가지도록 이루어질 수 있다.
제2 및 제3 비구면 렌즈(40, 50)는 곡면 또는 경사면이 소정거리 이격되어 서로 마주하도록 배치되는데, 도 4에는, 곡면 또는 경사면이 소정거리 이격되면서 마주하는 제2 및 제3 비구면 렌즈(40, 50)의 일례가 도시된다.
비구면 반사경(60)은 반사면(60a, 60b)을 구비한다. 반사면(60a, 60b)은, 제2 및 제3 비구면 렌즈(40, 50)를 통해 원형환 모양으로 발산된 광원을 방사시키도록 배치된다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치(1000a, 1000b)의 실시예에 따라 비구면 반사경(60)은 다른 반사면(60a, 60b)을 구비한다.
반사면(60a, 60b)은 콘(cone) 형상으로 이루어진다. 반사면(60a, 60b)은 볼록 또는 오목한 면을 포함하여 이루어질 수도 있고, 볼록 또는 오목한 면을 포함하지 않고 사선으로 경사지게 형성될 수도 있다.
우선, 반사면(60a)이 볼록 또는 오목한 면을 포함하여 이루어지는 제1실시예에 대하여 서술한다.
반사면(60a)은 볼록 또는 오목면을 구비하는 콘(cone) 형상으로 이루어지고, 상기 콘(cone) 형상은 일 방향, 즉 하측에서 상측 방향을 따라 경사지게 형성되어서 상기 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 기결정된 각도로 원형환 모양으로 발산된 광원을 반사시킨다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 원형환 모양의 광원이 반사면(60a)에 의해 반사되어 수직 방향으로 기결정된 각도의 범위 내에서 방사되는 예가 도시된다. 물론, 3차원 형상을 고려하면, 반사면(60a)은 전체적으로 콘 형상으로 이루어져 있기 때문에, 수직 방향 뿐만 아니라, 수평 방향으로 360도 방향으로 반사되게 된다. 이하에서, 반사면(60a)의 상세 구조에 대하여 서술한다.
도 10은 볼록면 및 오목면의 반사면을 각각 구비하는 비구면 반사경의 일 예를 도시하는 개념도이고, 도 11은 불규칙적인 면을 가진 비구면 반사경의 일 예인 반사면 구조를 확대하여 도시한 개념도이고, 도 12는 불규칙적인 면을 가진 비구면 볼록한 반사면 구조에서의 광원의 이동 경로의 단면을 도시하는 개념도이고, 도 13은 불규칙적인 면을 가진 비구면 오목한 반사면 구조에서의 광원의 이동 경로의 단면을 도시하는 개념도이다. 또한, 도 14는 불규칙적인 면을 가진 비구면 볼록 및 오목한 반사면 구조에서의 광원의 이동 경로의 단면을 도시하는 개념도이다.
도 10 및 도 11에는 볼록면(60a-1) 및 오목면(60a-2)을 구비하는 비구면 반사경(60)의 예가 도시되어 있다.
이러한, 비구면 반사경(60)의 구조는 원형환 모양으로 발산된 광원을 반사시키는 유리한 구조가 된다. 도 12 및 도 13에는 직선의 화살표로 도시된 원형환 모양의 광원이 반사면(60a-1, 60a-2)에 의해 반사되어 수직 방향으로 기결정된 각도의 범위 내에서 방사되는 예가 상세히 도시된다. 도 14에는 반사면(60a-1, 60a-2)에 의해 반사되어 수직 방향으로 기결정된 각도의 범위 내에서 방사되는 원형환 모양의 연속적인 광원이 도시된다.
도 12 내지 도 14 내에서의 광원은 단면으로 표시되나 원형환 모양의 광원으로 이해될 수 있다. 또한, 도 10 내지 도 14 내에서의 볼록면(60a-1)을 구비한 비구면 반사경(60)은 불규칙적인 면을 가진 비구면 볼록 거울일 수 있으며, 오목면(60a-2)을 구비한 비구면 반사경(60)은 불규칙적인 면을 가진 비구면 오목 거울일 수 있다.
반사면(60a)이 도 10 내지 도 14에서와 같이, 볼록 또는 오목한 면(60a-1, 60a-2)을 포함하도록 구성되는 경우, 후술하는 제2실시예에서의 반사면(60b)과는 다르게, 엑츄에이터(100)가 필요하지 않다. 볼록 또는 오목한 면(60a-1, 60a-2)에 의해 수직 방향으로도 기결정된 각도 범위 내에 원형환 모양의 광원을 반사시킬 수 있기 때문이다.
또한, 후술하는 검출기(90)는 필터(80)를 통과한 광원을 검출 가능하도록 이루어지는 2차원 픽셀의 CCD(Charge Coupled Device, 90a)를 구비할 수 있다. 반사면(60a)이 볼록면 또는 오목면을 포함하여 형성되는 경우, 수평방향 뿐만 아니라 수직방향으로도 반사가 이루어지므로, 2차원 픽셀의 CCD(90a)가 광을 검출하는데 유리한 구조가 될 수 있다. 예를 들면, 2차원 픽셀의 CCD(90a)는 512 x 512의 차원을 갖도록 이루어질 수 있다.
이하에서, 반사면(60b)이 사선으로 경사지게 형성되는 제2실시예에 대하여 서술한다. 반사면(60b)이 사선으로 경사지게 콘 형상으로 이루어지는 경우, 단면은 경사진 평면을 포함할 수 있다. 도 8을 참조하면, 단면이 V자 형상으로 이루어지는 일예가 도시되어 있다.
반사면(60b)이 사선으로 경사지게 형성되면, 반사면(60b)은 원형환 모양의 광원을 수평방향으로 반사시키게 된다. 도 8, 9를 참조하면, 원형환 모양의 광원이 반사면(60b)에 의해 반사되어 좌우 방향으로 방사되는 예가 도시된다. 물론, 3차원 형상을 고려하면, 반사면(60b)은 콘 형상으로 이루어져 있기 때문에, 좌우 뿐만 아니라, 360도로 반사될 수 있으며, 전체적으로 접시 형상으로 광원이 반사되게 된다.
다만, 상기 사선으로 경사진 반사면(60b)은 볼록 또는 오목면을 포함하지 않기 때문에 수직 방향의 일정 각도 내의 범위 내로는 광원을 반사시키기는 어려운 구조가 된다. 따라서, 수직 방향의 일정 각도 내의 범위 내로 광원을 조사시키기 위해서는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치(1000b)에는 엑츄에이터(100)가 더 포함되어야 한다. 엑츄에이터(100)는 예를 들면, 압전(Piezoelectric) 또는 음성코일 구동장치(Voice Coil Actuators)일 수 있다. 또한, 엑츄에이터(100)는 고속 엑츄에이터일 수 있다. 엑츄에이터(100)는 후술하는 검출기(90')에 설치되어, 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치(1000b)를 회전 가능하게 한다. 일례로, 상기 도 8, 도 9 상에서 화살표(5)를 참조하면, 엑츄에이터(100)는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치(1000b)를 도면 상에서 상하 방향으로 회전 가능하게 할 수 있다.
또한, 후술하는 검출기(90')는 필터(80)를 통과한 광원을 검출 가능하도록 이루어지는 선 CCD(Line Charge Coupled Device, 90b)를 구비할 수 있다. 선 CCD(90b)는 1차원 픽셀로 배열될 수 있다. 반사면(60b)이 사선으로 경사지게 형성되는 경우, 수직방향으로는 반사되지 않고, 수평방향으로만 반사되는 1차원적인 반사가 이루어지므로, 선 CCD(90b)가 광을 검출하는데 유리한 구조가 될 수 있다. 예를 들면, 선 CCD(90b)는 512 x 1 또는 512 x 2의 차원을 갖도록 이루어질 수 있다.
이와 같이, 반사면(60b)이 사선으로 경사지게 형성되면 수평방향으로만 광원이 반사되나, 엑츄에이터(100)에 의해 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치(1000b)가 회전됨에 따라 수직 방향으로도 기결정된 각도 만큼의 광원을 보낼 수 있게 된다. 또한, 선 CCD(90b)에 의해 객체에 의해 되돌아오게 되는 광원을 검출함으로써, 객체의 위치 정보를 얻게 된다.
수평 방향의 기결정된 각도는 전술한 바와 같이, 일례로, 360°일 수 있다. 또한, 수직 방향의 기결정된 각도는 일례로, 상측으로 5° 하측으로 25°일 수 있다. 도 3 내지 도 6에는 수직 및 수평방향으로 기결정된 각도로 방사된 광원의 일예가 도시된다.
비구면 반사경(60)은 콘 미러(cone mirror), 불규칙 면을 가진 비구면 볼록 거울(aspheric convex mirror) 및 불규칙 면을 가진 비구면 오목 거울(aspheric concave mirror) 중 하나로 이루어질 수 있다.
무반사 코팅창(70)은 비구면 반사경(60)에서 방사된 광원을 되반사를 가능한 없이 투과시키도록 이루어진다.
무반사 코팅창(70)은 비구면 반사경(60)에서 방사된 광원이 투과시키도록 광원부(10)에서 비구면 반사경(60)이 배치되는 높이까지 연장되도록 이루어진다. 무반사 코팅창(70)은 일례로, 원통형의 형상으로 이루어질 수 있는데, 무반사 코팅창(70)의 형상은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 비구면 반사경(60)에서 방사된 광원이 투과시킬 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
필터(80)는 무반사 코팅창(70)을 투과하고 객체들로부터 반사되어 돌아온 광원의 선택적인 통과를 가능하게 한다. 필터(80)는 일례로, 후술하는 검출기(90, 90')와 소정거리 이격되는 원통형의 형상으로 이루어지는 일례가 도 4, 5 등에 도시된다.
검출기(90, 90')는 필터(80)를 통과한 광원을 검출하여서 객체들의 3차원 방위 및 위치에 대한 정보를 얻도록 한다. 전술한 바와 같이, 검출기(90, 90')는 1차원 CCD(90b) 및 2차원 CCD(90a) 중 하나를 포함할 수 있다. 도 3, 8 등을 참조하면, 일례로, 검출기(90, 90')는 비구면 반사경(60)의 상측에 배치될 수 있는데, 10 여개의 검출기(90, 90')가 원호의 형태로 배치되어 전체적으로 원판의 형상을 이루는 일례가 도시된다.
이상에서 설명한 라이다 광원 검출 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 일방향으로 광원을 조사하는 광원부;
    상기 광원을 상기 일 방향과 소정의 각도를 이루는 방향으로 발산시키도록 배치되는 제1 비구면 렌즈;
    상기 제1비구면 렌즈를 통해 발산된 광원을 순차적으로 통과시킴에 따라 원형환 모양으로 발산시키도록 배치되는 제2 및 제3 비구면 렌즈;
    상기 제2 및 제3 비구면 렌즈를 통해 원형환 모양으로 발산된 광원을 반사시키는 반사면을 구비하는 비구면 반사경;
    상기 비구면 반사경에서 방사된 광원을 되반사없이 투과시키는 무반사 코팅창;
    상기 무반사 코팅창을 투과하고 객체들로부터 반사되어 돌아온 상기 광원의 선택적인 통과를 위한 필터; 및
    상기 필터를 통과한 광원을 검출하여서 상기 객체들의 3차원 방위 및 위치에 대한 정보를 얻도록 하는 검출기를 포함하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은, 볼록 또는 오목면을 구비하는 콘(cone) 형상으로 이루어지고, 상기 콘(cone) 형상은 상기 일 방향을 따라 경사지게 형성되어서 상기 원형환 모양으로 발산된 광원을 상기 수평 방향 및 수직 방향으로 각각 기결정된 각도로 방사시키는 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 필터를 통과한 광원을 검출 가능하도록 이루어지는 2차원 픽셀의 CCD(Charge Coupled Device)를 구비하는 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은, 사선으로 경사지게 형성되는 콘(cone) 형상으로 이루어져서 상기 일방향과 교차하는 수평 방향으로 기결정된 각도 범위 내에서 상기 원형환 모양으로 발산된 광원을 방출 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출기에 설치되고, 상기 일방향과 교차하는 방향으로 방출된 광원을 수직 방향으로 기결정된 각도 범위 내에서 방사를 가능하게 하도록 상기 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치를 상하 변위로 운동 가능하게 하는 엑츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 필터를 통과한 광원을 검출 가능하도록 이루어지는 1차원 픽셀로 배열된 선 CCD(Line Charge Coupled Device)를 구비하는 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  7. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 수평 방향으로 기결정된 각도는 360°인 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 비구면 렌즈는 각각 경사진 면을 구비하고, 상기 각각의 경사진 면이 서로 이격되고 서로 마주하도록 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    제2 및 제3 비구면 렌즈는, 상기 제2 및 제3 비구면 렌즈 의해 발산되는 광원을 기결정된 두께 및 입체각을 가지고 발산시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광원부로부터 조사된 광원들의 비대칭적인 광세기 분포를 대칭적 원형 광세기 분포로 보정시키도록 이루어지는 실린드리컬 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제1 비구면 렌즈에 발산되는 광원은 상기 실린드리컬 렌즈에서 보정된 광원인 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 비구면 반사경은, 콘 미러(cone mirror), 불규칙 면을 가진 비구면 볼록 거울(aspheric convex mirror) 및 불규칙 면을 가진 비구면 오목 거울(aspheric concave mirror) 중 하나인 것을 특징으로 하는 무회전 무주사 라이다 광원 검출 장치.
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