KR20170078031A - 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 수평면과 제1 각도를 이루도록 배치되고, 반사면을 구비하는 반사 미러(reflection mirror), 상기 반사 미러의 반사면을 향하도록 배치되고, 측정 타겟으로 진행하는 펄스 레이저를 상기 반사면으로 출력하는 광원, 상기 반사 미러의 반사면을 향하도록 배치되고, 상기 측정 타겟에서 반사되어 상기 반사면에 도달한 뒤, 상기 반사면에서 반사된 반사광을 전기신호로 변환하는 광검출부, 상기 반사 미러를 360도 회전시키는 모터, 상기 반사 미러를 수직 방향으로 틸팅(tilting)되도록 제어하여 상기 제1 각도를 변화시키는 각도 조정부, 및 상기 반사 미러의 360도 회전을 제어함과 동시에, 상기 각도 조정부의 동작에 필요한 전력 및 상기 제1 각도를 제어하는 제어신호를 상기 각도 조정부에 전달하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다{SCANNING LIDAR WITH VARIABLE VERTICAL SCANNING RANGE}

본 발명은 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에 관한 것이다.

최근, 지능형 자동차 및 스마트카 분야에서는 돌발상황에 대한 차량의 능동적 대처기능을 요구하고 있다. 즉, 보행자의 급작스런 출현을 인지하거나, 어두운 야간에 조명의 범위를 벗어난 곳에 대한 장애물을 사전에 감지하거나, 우천시 전조등 조명의 약화로 인한 장애물을 감지하거나, 또는 도로 파손을 사전에 감지하는 등, 운전자와 보행자의 안전을 위협하는 상황을 사전에 확인할 필요가 있다.

이러한 요구에 대해, 윈드실드 또는 차량의 전방에 설치되어, 자체 출사광을 기반으로 차량이 움직이는 경우 전방의 물체를 확인하여 사전에 운전자에게 경고함을 물론, 차량 스스로가 정지 또는 회피하는데 기초가 되는 영상을 차량의 전자제어유닛(electronic control unit; ECU)에 전달하고, ECU는 이 영상을 이용하여 각종 제어를 수행하게 되는데, 이러한 영상을 획득하는 것을 스캐너(scanner)라 한다.

종래 스캐너로서는, 레이더(radio detection and ranging; RADAR) 장비가 사용되었다. 레이더는 마이크로파(극초단파, 10cm 내지 100cm 파장) 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선감시장치로서, 차량용 스캐너에 이용되고 있으나, 가격이 고가이므로 다양한 차종에 보급이 용이하지 않은 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 라이다(light detection and ranging; LiDAR)를 이용한 스캐너가 개발되고 있다. 라이다는, 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서, 레이저 레이더라고도 한다. 반사광의 시간측정은 클럭펄스로 계산하며, 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.

한편, 종래의 스캐닝 라이다는 레이저를 고정된 특정 방향으로 방사한 뒤, 360도 회전시켜 정해진 영역에 대한 스캐닝 정보를 얻기 때문에, 측정영역에 한계점을 가지고 있으며, 측정영역을 확장하기 위한 방법으로, 다수의 수직방향에 대한 정보를 획득하기 위한 여러 개의 레이저를 각각의 특정 방향으로 방사하여 스캐닝 정보를 얻는 방법이 있다.

이러한 방법의 경우, 넓은 영역의 수직방향 정보를 획득하기 위해는 적어도 4개 내지 64개 이상의 다수의 레이저를 수직방향으로 적층하여 스캐닝 정보를 획득하고 있다.

즉, 종래의 스캐닝 라이다의 경우, 특정 관심영역(수직 영역의 확장)에 대한 집중스캔이 어려우며, 다양한 레이저 패턴의 조사 불가 다수의 레이저 및 수광부 등의 사용으로 제조 비용이 고가화되고, 구현되는 구조가 복잡해 지는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 수직 방향의 스캐닝 영역이 고정되는 기존의 광학계의 수직 탐지영역에 대한 한계를 탈피하여, 수직 방향의 탐지영역이 확대되는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가변되는 수직 방향으로 레이저를 출력하기 위한 미러 각도를 제어하는 구성에 무선으로 전력 및 제어신호를 전송하여 제조 비용을 감소시킬 수 있는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 단일 혹은 소수의 레이저와 수신부 및 수직 방향으로 미러가 회전하는 구조를 통하여, 수직 영역이 확장된 넓은 영역에 대한 스캔을 수행하여 3차원 공간정보 획득에 기반한 안전성을 확보할 수 있는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 수평면과 제1 각도를 이루도록 배치되고, 반사면을 구비하는 반사 미러(reflection mirror), 상기 반사 미러의 반사면을 향하도록 배치되고, 측정 타겟으로 진행하는 펄스 레이저를 상기 반사면으로 출력하는 광원, 상기 반사 미러의 반사면을 향하도록 배치되고, 상기 측정 타겟에서 반사되어 상기 반사면에 도달한 뒤, 상기 반사면에서 반사된 반사광을 전기신호로 변환하는 광검출부, 상기 반사 미러를 360도 회전시키는 모터, 상기 반사 미러를 수직 방향으로 틸팅(tilting)되도록 제어하여 상기 제1 각도를 변화시키는 각도 조정부, 및 상기 반사 미러의 360도 회전을 제어함과 동시에, 상기 각도 조정부의 동작에 필요한 전력 및 상기 제1 각도를 제어하는 제어신호를 상기 각도 조정부에 전달하는 제어부를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 각도 조정부는 상기 반사 미러를 수직 방향으로 틸팅되도록 제어하는 틸팅 모터, 및 상기 틸팅 모터의 동작과 연동하여 상기 제1 각도를 변화시키는 로테이션 암(rotation arm)을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제어부는 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여, 상기 전력 및 상기 제어신호를 상기 각도 조정부에 전달할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 비접촉 무선전력전송 기술에 기반한 무선전력전송 신호에 상기 제어신호를 혼합하여, 상기 전력 및 상기 제어신호를 상기 각도 조정부에 함께 전달할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 각도 조정부는 상기 제어신호가 혼합된 무선전력전송 신호에서, 상기 전력 및 상기 제어신호를 서로 구분하여 분리하고, 분리된 전력을 통하여 상기 반사미러를 틸팅시키는 동작을 수행하고, 분리된 제어신호에 응답하여 상기 제1각도를 변화시킬 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 비접촉 무선전력전송 기술은 자기유도방식으로 동작할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 광원은 단일 채널에 해당하는 하나의 펄스 레이저를 출력하는 단채널 광원이거나 또는 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원일 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터 및 상기 각도 조정부를 제어하여, 스캐닝 영역 및 스캐닝 패턴을 변화시킬 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 제1 각도의 변화 방식 및 상기 제1 각도의 제어 타이밍에 따라, 특정 영역에 대한 집중 스캐닝 또는 광역 고속 스캐닝을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 수직 방향의 스캐닝 영역이 고정되는 기존의 광학계의 수직 탐지영역에 대한 한계를 탈피하여, 수직 방향의 탐지영역이 확대될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 가변되는 수직 방향으로 레이저를 출력하기 위한 미러 각도를 제어하는 구성에 무선으로 전력 및 제어신호를 전송하여 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 단일 혹은 소수의 레이저와 수신부 및 수직 방향으로 미러가 회전하는 구조를 통하여, 수직 영역이 확장된 넓은 영역에 대한 스캔을 수행하여 3차원 공간정보 획득에 기반한 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에서, 출력되는 레이저의 수직 방향을 제어하는 구성을 나타내는 도면이다.
도 3는 기존의 스캐닝 라이다가 적용된 예 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다가 적용된 예를 함께 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에서, 출력되는 레이저의 수직 방향을 제어하는 구성에 무선으로 전력 및 제어신호를 전달하는 예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "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" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 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.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

최근, 지능형 자동차 및 스마트카 분야에서는 돌발상황에 대한 차량의 능동적 대처 기능을 요구하고 있다. 보행자의 급작스런 출현, 어두운 야간에 조명의 범위를 벗어난 곳에 대한 장애물, 우천시 전조등 조명의 약화로 인한 장애물, 도로 파손 등은 자동차의 운전자와 보행자의 안전을 위협하고 있는 상황이다.

또한 레이더(Radar)에 포착되지 않는 소형 선박 및 해상의 부유물도 선박의 안전에 위협이 되는데, 이렇듯 기존의 레이더에 포착되지 않는 물체와의 충돌을 회피하기 위해서는 적어도 반경 수백 미터에 존재하는 물체를 탐지해야 할 필요성이 있다.

이러한 필요성에 따라 스캐닝 라이다가 이용될 수 있지만, 기존의 고정형 스캐닝 라이다는 스캐닝 영역의 분해능 및 광역측정에 한계가 있어 대안이 없는 실정이다.

이에, 본 발명은 단일 혹은 소수의 레이저와 수신부를 구비하고, 수직 방향으로 미러가 회전하는 구조를 제안함으로써, 수직 영역이 확장된 넓은 영역에 대한 스캔이 가능하고, 그에 따라 주변의 3차원 공간정보 획득에 기반한 안전성을 확보할 수 있는 라이다에 관한 기술을 제안한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 반사 미러(131), 광원(111), 광검출부(112), 모터(152), 각도 조정부(132, 133) 및 제어부(151)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 위와 같은 구성들 외에 다른 추가적인 구성들을 포함할 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 스캐닝 라이더가 스캐닝을 수행하는 수직 영역이 가변(확장)되도록 구현한 구체적인 예시이지만, 본 발명은 도 1에서 구현된 구성 또는 구조에 한정되지 않으며, 구체적인 구현 예는 변형될 수 있음은 자명하다.

먼저, 도 1의 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 하부(110), 중간부(130) 및 상부(150)로 구분될 수 있다. 이러한 구분(110, 130, 150)은 설명의 편의를 위한 구분으로 본 발명이 위와 같은 구분으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

먼저, 하부(110)를 참조하면, 하부(110)는 광원(111) 및 광검출부(112)를 포함할 수 있고, 추가적으로 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는 반사광(181, 182)을 수광하여 광검출부(112)에 전달하는 수광 렌즈(113)를 더 포함할 수 있다.

광원(110)은 반사 미러(131)의 반사면을 향하도록 배치되고, 측정 타겟으로 진행하는 펄스 레이저(170)를 출력하는 구성으로, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 수직방향의 정보를 획득하기 위한 기존의 라이다와 달리 단일 채널에 해당하는 하나의 펄스 레이저를 출력하는 단채널 광원이거나 또는 적어도 2이상이지만 소수의 서로 다른 채널에 해당하는 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원일 수 있다.

광검출부(112)는 반사 미러(131)의 반사면을 향하도록 배치되고, 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는 반사광(181, 182)을 전기신호로 변환할 수 있다. 여기서 광검출부(112)는 앞서 설명한 광원(110)의 종류에 따라 하나 또는 그 이상의 복수개의 광검출기를 포함할 수 있다.

그리고, 중간부(130)는 반사 미러(131)를 수직 방향으로 틸팅 tilting 되도록 제어하는 실질적인 구성들을 포함할 수 있는데, 이를 위해서, 중간부(130)는 반사 미러(131), 각도 조정부(132, 133), 홀딩부(134), 밸런서(135) 및 무선전력전송의 수신을 위한 코일부(136)를 포함할 수 있다.

먼저, 반사 미러(131)는 수평면과 제1각도를 이루도록 배치되고, 광원(111)에서 출력되는 펄스 레이저(170)를 측정 타겟으로 반사하고, 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는 반사광(181, 182)을 광검출부(112)로 반사시키는 반사면을 구비할 수 있다.

여기서, 반사면은 단일의 반사면이지만, 설명의 편의를 위해서, 해당 반사면은 측정 타겟으로 진행하는 펄스 레이저를 반사시키는 제1 반사영역(중심부) 및 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는 반사광을 광검출부(112)로 반사시키는 제2 반사영역(외곽부)으로 구분할 수 있다.

각도 조정부(132, 133)는 반사 미러(131)를 수직 방향(137)으로 틸팅(tilting)되도록 제어하는 구성으로, 각도 조정부(132, 133)는 이러한 틸팅 동작을 통하여 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1 각도를 변화시킬 수 있다. 그 결과, 제1 각도의 변화에 응답하여, 광원(111)에서 출력된 펄스 레이저는 수직 방향으로 스윙(170)될 수 있다.

여기서, 각도 조정부(132, 133)는 반사 미러(131)를 수직 방향(137)으로 틸팅되도록 제어할 수 있는 다양한 방법으로 구현될 수 있는데, 구체적인 예로서, 각도 조정부(132, 133)는 반사 미러(131)를 수직 방향(137)으로 틸팅되도록 제어하는 틸팅 모터(132) 및 틸팅 모터(132)의 동작과 연동하여 제1 각도를 변화시키는 로테이션 암(133, rotation arm)으로 구현될 수 있다.

그 결과, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 하나의 단채널 광원을 포함하더라도, 기존의 다채널 광원을 포함하는 스캐닝 라이다와 같이 수직 영역이 확대된 영역을 스캐닝할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따르면 하나의 단채널 광원으로 수직 탐지영역의 한계를 벗어나 수직 영역이 확장되는 스캐닝 라이다를 구현할 수 있게 된다. 또한, 넓은 영역의 수직방향 정보를 획득하기 4개 혹은 64개 이상의 다수의 레이저를 수직방향으로 적층한 다채널 광원을 포함하는 기존의 스캐닝 라이다에 비해 적은 비용으로 넓은 영역의 수직방향 정보를 획득할 수 있는 스캐닝 라이다를 구현할 수 있게 된다.

홀딩부(134)는 반사 미러(131)가 일정한 위치에 구비되도록 반사미러(131)를 지지하는 구성으로, 상부(150)에 구비되는 모터 샤프트(154, motor shaft)의 회전을 반사 미러(131)에 전달하여, 반사 미러(131)가 360도 회전하도록 지지할 수 있다.

밸런서(135)는 반사 미러(131)가 각도 조정부(132, 133)의 제어에 따라 수직 방향(137)으로 틸팅되는 정도 또는 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1각도를 검출(감지)하는 구성으로, 반사 미러(131)에 직접 연결되거나 또는 다른 구성을 통하여 간접적으로 연결될 수 있다.

무선전력전송의 수신을 위한 코일부(136)는 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여 상부(150)에 포함되는 제어부(151)로부터 각도 조정부(132, 133)의 동작에 필요한 전력 및 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1각도를 제어하는 제어신호를 수신하는 구성으로, 제어부(151) 또는 무선전력전송의 송신을 위한 코일부(153)를 향하도록 배치될 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에 포함되는 각도 조정부(132, 133)는 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여, 구동에 필요한 전력 및 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1각도를 변화시키는 제어신호를 제어부(151)로부터 수신할 수 있다.

그리고, 이를 위해서, 제어부(151)는 비접촉 무선전력전송 기술에 기반한 무선전력전송 신호에 제1 각도를 변화시키는 제어신호를 혼합하여, 각도 조정부(132, 133)의 구동에 필요한 전력 및 제어신호를 각도 조정부(132, 133)에 함께 전달하도록 구현될 수 있다.

이러한 경우, 각도 조정부(132, 133)는 제어신호가 혼합된 무선전력전송 신호를 수신한 뒤, 수신된 무선전력전송 신호에서, 전력 및 제어신호를 서로 구분하여 분리할 수 있다. 그리고, 분리된 전력을 통하여 각도 조정부(132, 133)는 반사미러(131)를 틸팅시키는 동작을 수행하고, 분리된 제어신호에 응답하여 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1각도를 변화시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에서 구현되는 비접촉 무선전력전송 기술은 자기 유도 방식(WPC 방식 및 PMA 방식), 자기 공명 방식, 및 전자기파 방식 중 어느 하나일 수 있다. 그리고, 다른 방식의 기술을 배제하는 것은 아니지만, 본 발명은 자기유도방식으로 동작하는 비접촉 무선전력전송 기술에 따라 구현되는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상부(150)는 제어부(151), 모터(152), 무선전력전송의 송신을 위한 코일부(153) 및 모터 샤프트(154)를 포함할 수 있다.

여기서, 제어부(151)는 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다의 전반적인 동작을 제어하는 구성으로, 구체적으로 반사 미러(131)의 360도 회전을 제어함과 동시에, 각도 조정부(132, 133)의 동작에 필요한 전력 및 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1 각도를 제어하는 제어신호를 각도 조정부(132, 133)에 전달할 수 있다. 이를 위해서, 제어부(151)는 모터(152) 및 무선전력전송의 송신을 위한 코일부(153)의 동작을 제어할 수 있다.

모터(152)는 반사 미러(131)를 360도 회전시키는 구성으로, 반사 미러(131)가 일방향으로 회전하도록 구동될 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에 포함되는 반사 미러(131)는 모터(152)에 의해 360도 회전할 수 있다. 그로 인해서, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 라이다 주변 모두를 포함하는 평면 전체를 스캔할 수 있게 된다.

무선전력전송의 송신을 위한 코일부(153)는 앞서 설명한 무선전력전송의 수신을 위한 코일부(136)에 대응되는 구성으로, 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여, 각도 조정부(132, 133)의 구동에 필요한 전력 및 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1각도를 변화시키는 제어신호를 각도 조정부(132, 133)에 전달할 수 있다.

모터 샤프트(154)는 모터(152)의 회전을 반사 미러(131)에 전달하여, 반사 미러(131)가 360도 회전할 수 있도록 하는 구성으로, 앞서 설명한 홀딩부(134)의 내부에 삽입되는 형태로 구현될 수 있으나, 이는 하나의 구체적인 예시이므로, 다른 형태로 모터(152)의 회전을 반사 미러(131)에 전달하도록 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에서, 출력되는 레이저의 수직 방향을 제어하는 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 앞서 도 1의 설명 중 중간부(130)를 확대하여 도시한 도면으로, 중간부(130)에 포함되는 여러 구성요소들(131 내지 136) 및 반사 미러(131)가 수직 방향으로 틸팅(137)되는 것을 보다 명확하게 확인할 수 있다.

도 2에 도시된 중간부(130) 및 중간부(130)에 포함되는 여러 구성요소들(131 내지 136)은 앞서 도 1을 통하여 충분히 설명되었으므로, 중복되는 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다의 제어부는 앞서 설명한 구성들 중 모터(152) 및 각도 조정부(132, 133)를 제어하여, 스캐닝 영역 및 스캐닝 패턴을 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 앞서 설명한 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1각도의 변화 방식 및 해당 제1 각도의 제어 타이밍을 조절할 수 있고, 그에 따라, 특정 영역에 대한 집중 스캐닝 또는 광역 고속 스캐닝을 수행할 수도 있다.

도 3는 기존의 스캐닝 라이다가 적용된 예 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다가 적용된 예를 함께 나타내는 도면이다.

먼저, 도 3(a)는 기존의 스캐닝 라이다가 주변을 스캐닝한 결과를 나타내는 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이, 기존의 스캐닝 라이다는 레이저를 특정 방향으로 고정 방사한 뒤 360도 회전시켜 정해진 구간(300)의 정보를 얻는다.

그 결과, 도 3(a)에서와 같이 기존의 스캐닝 라이다는 스캐닝의 대상이 되는 물체들(301, 311, 321, 331) 중 정해진 구간(300)에 해당하는 물체(301)에 대한 정보만을 획득할 수 있다.

즉, 하나의 단채널 펄스 레이저를 출력하는 광원을 통해서, 특정 방향으로 고정 방사된 뒤 360도 회전시키는 기존의 스캐닝 라이다는 해당 정해진 구간(300)의 내부에 위치하는 물체들(311, 321, 331)에 대한 정보를 획득하지 못하게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위해서, 멀티 채널의 광원을 포함하는 스캐닝 라이다를 구현할 수 있으나, 이는 스캐닝 라이다의 부피를 증가시키고, 복수의 광원 및 그에 따른 조립 공정으로 인해 제작 비용이 증가되는 문제가 있었다.

한편, 도 3(b)는 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다가 주변을 스캐닝한 결과를 나타내는 도면인데, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 스캐닝 영역(300, 310, 320, 330)이 확대되어, 스캐닝의 대상이 되는 모든 물체들(301, 311, 321, 331)에 대한 정보를 획득할 수 있게 된다.

구체적으로, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 도 1에서 설명한 바와 같이 각도 조정부(132, 133)는 반사 미러(131)를 수직 방향(137)으로 틸팅되도록 제어하고, 이러한 틸팅 동작에 대응하여 반사 미러(131)와 수평면이 이루는 제1 각도가 변화되기 때문에, 제1 각도의 변화에 응답하여, 광원(111)에서 출력된 펄스 레이저는 수직 방향으로 스윙(170)되고, 그 결과 하나의 단채널 광원을 포함하더라도, 기존의 다채널 광원을 포함하는 스캐닝 라이다와 같이 수직 영역이 확대된 영역을 스캐닝할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에서, 출력되는 레이저의 수직 방향을 제어하는 구성에 무선으로 전력 및 제어신호를 전달하는 예를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여 전력 및 제어신호를 전달하는 제1 부분(410) 및 제1 부분(410)에서 전달되는 전력 및 제어신호를 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여 수신하는 제2부분(430)을 포함하는 것으로 구분할 수 있다.

도 4의 제1 부분(410) 및 제2 부분(430)을 도 1의 구성에 대응시키면, 제1 부분(410)은 도 1의 상부(150)에 대응될 수 있고, 제2 부분(430)은 도 1의 중간부(130)에 대응될 수 있다.

먼저, 제1부분(410)은 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여 전력 및 제어신호를 전달하는 영역으로, 무선전력전송의 송신을 위한 코일부(411), 신호 혼합부(412), 무선전력전송을 제어하는 제어기(413) 및 모터 제어 신호 출력부(414)를 포함할 수 있다.

여기서, 무선전력전송의 송신을 위한 코일부(411)는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같고, 모터 제어 신호 출력부(414)는 도 1에서 설명한 각도 조절부에 포함되는 틸팅 모터(435)를 제어하는 신호를 출력하는 구성이 될 수 있다.

그리고, 신호 혼합부(412)는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이 비접촉 무선전력전송 기술에 기반한 무선전력전송 신호에 제1 각도를 변화시키는 제어신호를 혼합하는 구성이 될 수 있다. 그리고, 무선전력전송을 제어하는 제어기(413)는 위와 같은 구성들(411, 412, 414)의 전반적인 동작을 제어하는 구성이 될 수 있다.

한편, 제2 부분(430)은 비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여 전력 및 제어신호를 수신하는 영역으로, 무선전력전송의 수신을 위한 코일부(431), 정류부(432), 필터부(433), 틸팅 모터 제어기(434) 및 틸팅 모터(435)를 포함할 수 있다.

여기서, 무선전력전송의 수신을 위한 코일부(431)는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같고, 정류부(432)는 교류(AC)로 전달되는 전력을 직류로 변환하여 틸팅 모터 제어기(434) 및 틸팅 모터(435)에 전달하는 구성이 될 수 있다.

그리고, 필터부(433)는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이 제어신호가 혼합된 무선전력전송 신호에서, 제1 각도를 제어하기 위한 제어신호를 구분하여 분리하는 구성이 될 수 있다. 그리고, 틸팅 모터 제어기(434) 및 틸팅 모터(435)는 앞서 도 1에서 설명한 각도 조절부에 포함되는 구성으로, 반사 미러를 수직 방향으로 틸팅되도록 제어하는 구성이 될 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다는 수직 방향의 스캐닝 영역이 고정되는 기존의 광학계의 수직 탐지영역에 대한 한계를 탈피하여, 수직 방향의 탐지영역을 확대할 수 있고, 가변되는 수직 방향으로 레이저를 출력하기 위한 미러 각도를 제어하는 구성에 무선으로 전력 및 제어신호를 전송하여 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 단일 혹은 소수의 레이저와 수신부 및 수직 방향으로 미러가 회전하는 구조를 통하여, 수직 영역이 확장된 넓은 영역에 대한 스캔을 수행하여 3차원 공간정보 획득에 기반한 안전성을 확보할 수 있게 한다.

따라서, 이상의 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 (9)

1. 수평면과 제1 각도를 이루도록 배치되고, 반사면을 구비하는 반사 미러(reflection mirror);
   상기 반사 미러의 반사면을 향하도록 배치되고, 측정 타겟으로 진행하는 펄스 레이저를 상기 반사면으로 출력하는 광원;
   상기 반사 미러의 반사면을 향하도록 배치되고, 상기 측정 타겟에서 반사되어 상기 반사면에 도달한 뒤, 상기 반사면에서 반사된 반사광을 전기신호로 변환하는 광검출부;
   상기 반사 미러를 360도 회전시키는 모터;
   상기 반사 미러를 수직 방향으로 틸팅(tilting)되도록 제어하여 상기 제1 각도를 변화시키는 각도 조정부; 및
   상기 반사 미러의 360도 회전을 제어함과 동시에, 상기 각도 조정부의 동작에 필요한 전력 및 상기 제1 각도를 제어하는 제어신호를 상기 각도 조정부에 전달하는 제어부를 포함하는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 각도 조정부는,
   상기 반사 미러를 수직 방향으로 틸팅되도록 제어하는 틸팅 모터; 및
   상기 틸팅 모터의 동작과 연동하여 상기 제1 각도를 변화시키는 로테이션 암(rotation arm)을 포함하는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   비접촉 무선전력전송 기술에 기반하여, 상기 전력 및 상기 제어신호를 상기 각도 조정부에 전달하는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 비접촉 무선전력전송 기술에 기반한 무선전력전송 신호에 상기 제어신호를 혼합하여, 상기 전력 및 상기 제어신호를 상기 각도 조정부에 함께 전달하는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 각도 조정부는,
   상기 제어신호가 혼합된 무선전력전송 신호에서, 상기 전력 및 상기 제어신호를 서로 구분하여 분리하고, 분리된 전력을 통하여 상기 반사미러를 틸팅시키는 동작을 수행하고, 분리된 제어신호에 응답하여 상기 제1각도를 변화시키는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 비접촉 무선전력전송 기술은 자기유도방식으로 동작하는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 광원은,
   단일 채널에 해당하는 하나의 펄스 레이저를 출력하는 단채널 광원이거나 또는 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원인 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 모터 및 상기 각도 조정부를 제어하여, 스캐닝 영역 및 스캐닝 패턴을 변화시키는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 각도의 변화 방식 및 상기 제1 각도의 제어 타이밍에 따라, 특정 영역에 대한 집중 스캐닝 또는 광역 고속 스캐닝을 수행하는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다.

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