KR20170114242A - 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치 - Google Patents

확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 수평시야각 확장이 가능한 스캐닝 라이다 장치는 중심축을 중심을 회전하면서 입사되는 광을 반사시키는 회전 미러; 제1 광원 및 제1 광센서를 포함하고, 상기 중심축의 수평축 아래 방향에 형성되는 제1 광학모듈; 및 제2 광원 및 제2 광센서를 포함하고, 상기 중심축의 수평축 아래 방향에 형성되는 제2 광학모듈을 포함할 수 있다.

Description

확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치{SCANNING LIDAR DEVICE HAVING EXTENDED HORIZENTIAL VIEW}
본 발명은 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 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.
현재, 차량에 탑재되는 라이다(LiDAR)로서, 360도 라이다(LiDAR)가 개발되고 있으나, 종래의 스캐닝 라이다 기술은 고출력 레이저 다이오드로부터 출력되는 확산 빔을 i) 콜리메이션 렌즈를 통하여 평행광으로 집광하여 송출하고, 물체에서 반사된 광 신호는 대구경 ii) 집광렌즈를 통하여 초점거리에 검출기를 위치시키는 광학계 구조로서, 최소 2개 이상의 복수의 렌즈를 요구한다.
스캐닝 라이다에서 전방 또는 측방의 장애물을 감지하기 위해서는 사각지대 없이 수평시야각을 확보하는 것이 중요하다.
수평시야각 확보를 위해서 종래에는 갈바미러형 스캐닝 라이더를 주로 사용한다.
갈바미러형 스캐닝 라이다는 미러가 중심축과 수평으로 위치하여 수평시야각이 수평으로 위치하여 수평시야각이 110도~140도 정도로 한계가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 스캐닝 라이다 시스템을 도시한 것이고, 도 2는 수평 시야각과 측정거리와의 관계를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 스캐닝 라이다 시스템은 광원(12), 광검출부(14), 및 회전미러(16)로 구성되어 있다.
광원(12)에서 출사된 광은 상기 회전미러(16)가 시계방향으로 회전함에 따라 회전미러(16)에서 반사되어 전방으로 넓게 퍼져 갈 수 있다.
예를 들어 회전미러(16)가 제1 위치(P1)에 있을 때에는 광은 제1 광경로(I1)로 출사되고, 제2 위치(P2)에 있을 때에는 제2 광경로(I2)로 출사되고, 제3 위치(P3)에 있을 때에는 제3 광경로(I3)로 출사된다.
회전미러(16)가 회전함에 따라 광경로가 I1→I2→I3로 형성되면서 수평시야각이 넓어지는 효과가 있다. 하지만, 수평시야각이 넓어짐에 따라 수광량이 작아지게 된다. 회전미러가 입사광과 45도 각도를 유지할 때 제 1 광경로(I1)가 형성되고 있대 최대 광량을 회수할 수 있지만, 45도를 기준으로 각도가 커지거나 작아지면 수광량이 각도에 따라 cosine의 곱으로 감소하게 된다.
도 1에서, 광경로 I1, I2, I3에 따른 수광 경로를 A, B, C라고 할 때 수광량은 A에서 C로 갈수록 작아지게 된다.
그 결과 도 2에서 도시된 것과 같이 정면에 위치한 장애물의 경우 멀리까지 검출하는 것이 가능하지만 측면 방향에 있는 경우에는 측정할 수 있는 거리가 매우 제한적이다.
도 3은 종래 스캐닝 라이다 장치를 도시한 것이다.
스캐닝 라이다는 광원(미도시), 광검출부(미도시), 및 렌즈(31)를 포함하는 광학 모듈과 회전미러(32)로 구성되어 있다.
광학모듈(30)에서 출사된 광은 회전 미러(32)에서 광경로(33)로로 출사된다. 이때 회전미러(32)는 중심축을 중심으로 회전하므로 위치가 가변되고 회전미러의 위치에 따라 서로 다른 광경로를 형성하게 되어 수평시야범위(A)가 형성된다.
하지만, 앞서 살펴본 바와 같이, 종래 기술에 의하면, 미러회전시 송수광축과 45도의 각도를 가지는 경우 빔은 90도로 방사되고 송수광축과 90도를 기준으로 좌우 스캔이 가능하나, 송수광장치의 영향으로 110~140도로 수평 스캐닝 각도의 한계가 된다.
또한 갈바미러의 구조에 의해 중앙으로부터 좌우로 빔의 각도가 증가되는 경우 수광할 수 있는 수광면적이 감소하게 되어 측정 거리가 방사형 분포로 변하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 수평시야각을 확장할 수 있는 스캐닝 라이다 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 시야각이 확대되더라도 측정 거리가 감소하지 않는 스캐닝 라이다 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제조비용을 절감할 수 있는 광학모듈을 포함하는 스캐닝 라이다 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치는, 서로 대칭되는 복수의 반사면을 가지고 중심축을 중심으로 회전하면서 입사되는 광을 반사시키는 회전 미러, 제1 광원 및 제1 광센서를 포함하고, 상기 중심축을 수직 방향으로 가로지르는 수평축 아래 방향에 형성되는 제1 광학모듈, 및 제2 광원 및 제2 광센서를 포함하고, 상기 회전 미러를 중심으로 상기 제1 광학모듈과 대칭으로 배치되도록 상기 수평축 아래 방향에 형성되는 제2 광학모듈을 포함한다.
본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 있어서, 상기 제1 광학모듈 및 상기 제2 광학모듈은 상기 중심축의 수평축과 소정의 제1 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 있어서, 상기 회전미러가 제1 위치에 있을 때, 상기 제1 광학모듈의 광을 반사시켜 제1 광경로를 형성하고, 상기 제2 광학모듈의 광을 반사시켜 제4 광경로를 형성하며, 상기 제1 광경로와 상기 제4 광경로 사이의 영역이 수평시야각으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 있어서, 상기 회전미러가 제1 위치에 있을 때, 상기 제1 광학모듈의 광을 반사시켜 제1 광경로를 형성하고, 제2 위치에 있을 때 상기 제1 광학모듈의 광을 반사시켜 제2 광경로를 형성하며, 제1 광경로와 제2 광경로 사이 영역이 제1 시야각으로 형성되고, 상기 회전미러가 제3 위치에 있을 때, 상기 제2 광학모듈의 광을 반사시켜 제3 광경로를 형성하고, 상기 제1 위치에 있을 때 상기 제2 광학모듈의 광을 반사시켜 제4 광경로를 형성하며, 제3 광경로와 제4 광경로 사이 영역이 제2 시야각으로 형성되고, 상기 제1 광경로와 상기 제4 광경로 사이의 영역이 수평시야각으로 형성되되, 상기 제3 광경로와 상기 제2 광경로는 서로 교차하여 상기 제1 시야각과 상기 제2 시야각 사이에 중첩영역이 형성되어 측정거리가 길어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 있어서, 상기 회전미러가 상기 제2 위치에 있을 때, 상기 회전미러는 상기 중심축의 수평축과 제2 각도를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 있어서, 상기 회전미러가 상기 제3 위치에 있을 때, 상기 회전미러는 상기 중심축의 수평축과 제3 각도를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 있어서, 상기 제2 위치와 상기 제3 위치는 서로 대칭되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 있어서, 상기 제1 광학모듈 또는 제2 광학모듈은, 레이저 광을 출력하는 광원, 상기 광원에서 출사된 광이 빔형상이 되도록 제어하는 제1 렌즈, 상기 제1 렌즈를 통과한 빔 형상의 광을 집광하고 콜리메이트 빔을 생성하고, 측정 타겟에서 반사된 반사광을 수광하는 제2 렌즈, 상기 제2 렌즈를 통과한 반사광을 반사시키고 수평면과 경사지게 형성된 반사미러, 및 상기 반사미러에서 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출부를 포함한다.
본 발명에 따른 확장된 수평시야각을 가지는 스캐닝 라이다의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 기존 갈바미러형 스캐닝 라이다에 비해 넓은 시야각을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 차량 전방 측방 근거리에서도 보행자 등의 장애물을 인식하고 추적할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 산업 시설이나 보안 분야 등 다양한 목적으로 사용가능하도록 대략 170도까지의 넓은 시야각 확보가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 시야각이 확대되어 측방을 관측할 때에도 관측 거리가 감소되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 광학계의 정렬점이 기존의 스캐닝 라이다와 비교하여 감소하게 되고, 미세한 정렬 작업의 공정 및 렌즈 코팅 공정 등이 감소하게 되어, 제조비용이 절감될 수 있으며, 조립 공정 또한 간소화될 수 있게 된다.
도 1은 종래기술에 의한 스캐닝 라이다 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 수평 시야각과 측정거리와의 관계를 도시한 도면이다.
도 3는 갈바미러형 스캐닝 라이다 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에서 제1 시야각이 형성되는 것을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에서 제2 시야각이 형성되는 것을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에서 제1 시야각과 제2 시야각을 합성한 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에서 시야각이 중첩되지 않도록 합성한 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치에 사용되는 광학모듈을 나타낸 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.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치는 제1 광학모듈(40), 제2 광학모듈(41) 및 회전미러(43)으로 구성된다.
상기 회전미러(43)는 중심축을 중심으로 회전하면서 광학모듈(40, 41)에서 출사되는 광을 반사시키고, 측정 타겟(장애물 등)에서 반사되어 오는 반사광(reflected light)을 다시 반사시켜 반사광이 광학모듈(40, 41)로 입사될 수 있도록 한다. 이때 회전미러(43)가 회전하면서 회전미러가 놓이는 위치에 따라 다양한 광경로가 형성된다.
상기 광학모듈(40, 41)은 출사되는 광이 회전미러가 회전하는 중심축의 수평축(H)의 소정 각도(θ1)를 이루도록 상기 수평축(H)의 아래에 배치된다. 상기 소정 각도(θ1)는 10~20도 일 수 있다.
상기 제1 광학모듈(40)에 의해 제1 시야각(B1)이 형성될 수 있고, 제2 광학모듈(41)에 의해 제2 시야각(B2)이 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6은 제1 시야각(B1) 및 제2 시야각(B2)이 형성되는 원리를 각각 도시한 것이다.
먼저, 도 5를 참조하여 제1 시야각(B1)이 형성되는 원리를 살펴본다.
제1 광학모듈(51)에서 출사된 광이 회전미러(53)에서 반사되어 제1 시야각(B1)의 범위 안으로 출사된다. 이때 회전미러(53)가 제1 위치(P1)에 위치하게 되면 반사광은 제1 광경로(56)로 출사되고, 회전미러(53)가 제2 위치(P2)에 위치하게 되면 반사광은 제2 광경로(57)로 출사된다. 회전미러(53)가 제2 위치(P2)에 있을 때, 해당 회전미러(53)는 중심축의 수평축(H)과 소정의 제2 각도(θ2)를 형성한다.
따라서 제1 광경로(56)와 제2 광경로(57) 사이 영역이 제1 시야각(B1)으로 형성되고, 제1 광학모듈에 의해 제1 시야각(B1) 내에 있는 장애물을 감지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 광학모듈(62)에서 출사된 광이 회전미러(63)에서 반사되어 제2 시야각(B2)의 범위 안으로 출사된다. 이때 회전미러(63)가 제3 위치(P3)에 위치하게 되면 반사광은 제3 광경로(66)로 출사되고, 회전미러(63)가 제1 위치(P1)에 위치하게 되면 반사광은 제4 광경로(67)로 출사된다. 회전미러(63)가 제3 위치(P3)에 있을 때, 해당 회전미러(63)는 중심축의 수평축(H)과 소정의 제3 각도(θ3)를 형성한다.
따라서 제3 광경로(66)와 제4 광경로(67) 사이 영역이 제2 시야각(B2)으로 형성되고, 제2 광학모듈에 의해 제2 시야각(B2) 내에 있는 장애물을 감지할 수 있다.
도 7은 두 개의 광학모듈(71, 72)에 의해 생성된 시야각(B1, B2)을 합성한 것을 도시한 것이다.
회전미러(73)의 위치가 가변됨에 따라, 제1 광학모듈(71)에 의해 제1 광경로(76) 및 제2 광경로(77)가 형성되고 제2 광학모듈(72)에 의해 제3 광경로(78) 및 제4 광경로(74)가 형성된다.
이때, 제3 광경로(78) 및 제2 광경로(77)는 서로 교차되면서 중첩된 영역(B3)이 형성된다. 즉, 제2 광경로(77)는 좌측에 위치하는 제1 광학모듈(77)에 의해 형성된 것이고, 제3 광경로(78)는 우측에 위치하는 제2 광학모듈(72)에 의해 형성된 것이지만 제2 광경로(77)가 우측에 위치하고 제3 광경로(78)가 좌측에 위치하는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 두 개의 광학모듈(81, 82)에 의해 생성된 시야각이 서로 중첩되지 않도록 합성한 것을 도시한 것이다.
두 개의 광학모듈(81, 82)에 의해 생성된 시야각에서 중첩되는 생기지 않도록 영역을 구분하여 도 8과 같이 최종 합성 시야각(B4, B5)이 형성된다.
도 9는 상기 제1 광학모듈 및 제2 광학모듈의 상세구성도이다.
상기 광학모듈은 광원(90), 제1렌즈(91), 제2렌즈(92), 반사미러(93), 및 광검출부(94)를 포함한다.
광원(90)은 레이저를 생성하는 발진하는 기기로 적외선 레이저 또는 다른 파장 대의 레이저 광원을 발진할 수 있다.
상기 광원(90)에서 출사된 광은 제1 렌즈(91)에서 확산되어 빔을 형성한다. 상기 제1 렌즈(91)는 광을 빔 형상으로 제어하는 빔포밍(beam forming) 렌즈인 것이 바람직하다.
상기 제1 렌즈를 통과한 광은 제2 렌즈(92)를 통과하면서 수평으로 출사된다. 상기 제2 렌즈(92)는 출사된 광이 측정 타겟으로 지향성 있게 진행하도록 제1 렌즈(91)를 통과한 광을 집광하여 콜리메이트 빔(clooimated beam, 95, 96)을 생성하고, 측정 타겟에서 반사된 광(97, 98)을 수광하여 반사미러(93)로 전달하는 기능을 수행한다. 즉, 기존의 스캐닝 라이다에서 별개의 렌즈인 콜리메이션 렌즈 및 집광렌즈를 통하여 개별적으로 수행되는 기능을 하나의 제2 렌즈(92)를 통하여 수행할 수 있도록 한다.
그 결과, 본 발명에 따르면, 광학계의 정렬점이 기존의 스캐닝 라이다와 비교하여 감소하게 되고, 미세한 정렬 작업의 공정 및 렌즈 코팅 공정 등이 감소하게 되어, 제조비용이 절감될 수 있으며, 조립 공정 또한 간소화될 수 있게 된다.
상기 제2 렌즈(92)를 통과한 반사광은 반사미러(93)에서 반사되어 광검출부(94)로 전달한다. 상기 반사미러(93)는 수평면과 소정의 각도로 이루도록 배치될 수 있다. 여기서 소정의 각도는 45도가 될 수 있으며, 해당 소정의 각도로 인해서 측정 타겟에서 반사된 광이 제2 렌즈(92)에서 수광되어 반사미러에 전달될 때, 그 전달되는 반사광의 형상이 타원의 형상이 될 수 있다.
상기 광검출부(94)는 반사미러(93)의 반사면을 향하도록 배치될 수 있으며, 반사미러에서 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환할 수 있다. 그리고 광검출부(94)는 변환한 전기신호를 외부로 출력할 수 있다.
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 (8)

  1. 서로 대칭되는 복수의 반사면을 가지고 중심축을 중심으로 회전하면서 입사되는 광을 반사시키는 회전 미러;
    제1 광원 및 제1 광센서를 포함하고, 상기 중심축을 수직 방향으로 가로지르는 수평축 아래 방향에 형성되는 제1 광학모듈; 및
    제2 광원 및 제2 광센서를 포함하고, 상기 회전 미러를 중심으로 상기 제1 광학모듈과 대칭으로 배치되도록 상기 수평축 아래 방향에 형성되는 제2 광학모듈;
    을 포함하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학모듈 및 상기 제2 광학모듈은 상기 중심축의 수평축과 소정의 제1 각도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전미러가 제1 위치에 있을 때, 상기 제1 광학모듈의 광을 반사시켜 제1 광경로를 형성하고, 상기 제2 광학모듈의 광을 반사시켜 제4 광경로를 형성하며, 상기 제1 광경로와 상기 제4 광경로 사이의 영역이 수평시야각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전미러가 제1 위치에 있을 때, 상기 제1 광학모듈의 광을 반사시켜 제1 광경로를 형성하고, 제2 위치에 있을 때 상기 제1 광학모듈의 광을 반사시켜 제2 광경로를 형성하며, 제1 광경로와 제2 광경로 사이 영역이 제1 시야각으로 형성되고,
    상기 회전미러가 제3 위치에 있을 때, 상기 제2 광학모듈의 광을 반사시켜 제3 광경로를 형성하고, 상기 제1 위치에 있을 때 상기 제2 광학모듈의 광을 반사시켜 제4 광경로를 형성하며, 제3 광경로와 제4 광경로 사이 영역이 제2 시야각으로 형성되고,
    상기 제1 광경로와 상기 제4 광경로 사이의 영역이 수평시야각으로 형성되되,
    상기 제3 광경로와 상기 제2 광경로는 서로 교차하여 상기 제1 시야각과 상기 제2 시야각 사이에 중첩영역이 형성되어 측정거리가 길어지는 것을 특징으로 하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전미러가 상기 제2 위치에 있을 때, 상기 회전미러는 상기 중심축의 수평축과 제2 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회전미러가 상기 제3 위치에 있을 때, 상기 회전미러는 상기 중심축의 수평축과 제3 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 위치와 상기 제3 위치는 서로 대칭되는 것을 특징으로 하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학모듈 또는 제2 광학모듈은,
    레이저 광을 출력하는 광원;
    상기 광원에서 출사된 광이 빔형상이 되도록 제어하는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈를 통과한 빔 형상의 광을 집광하고 콜리메이트 빔을 생성하고, 측정 타겟에서 반사된 반사광을 수광하는 제2 렌즈;
    상기 제2 렌즈를 통과한 반사광을 반사시키고 수평면과 경사지게 형성된 반사미러; 및
    상기 반사미러에서 반사된 광을 수신하여 전기신호로 변환하는 광검출부를 포함하는 확장된 수평 시야각을 가지는 스캐닝 라이다 장치.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10557924B1 (en) 2018-05-14 2020-02-11 SOS Lab co., Ltd Lidar device
US10591598B2 (en) 2018-01-08 2020-03-17 SOS Lab co., Ltd Lidar device
WO2021045529A1 (ko) * 2019-09-05 2021-03-11 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치
WO2021060919A1 (ko) * 2019-09-25 2021-04-01 문명일 라이다 광학 장치 및 이의 스캐닝 방법
CN112987028A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 通用汽车环球科技运作有限责任公司 激光雷达视觉系统
WO2021096266A3 (ko) * 2019-11-13 2021-07-08 주식회사 에스오에스랩 레이저 출력 어레이 및 이를 이용한 라이다 장치
KR102310242B1 (ko) * 2021-04-05 2021-10-08 (주)스핀텍 다중시야를 갖는 판형미러 스캐닝 라이다
US11953626B2 (en) 2018-01-08 2024-04-09 SOS Lab co., Ltd LiDAR device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012141191A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Sanyo Electric Co Ltd レーザレーダ
JP5267786B2 (ja) * 2008-09-17 2013-08-21 株式会社Ｉｈｉ レーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法
JP2015200566A (ja) * 2014-04-08 2015-11-12 富士通株式会社 距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5267786B2 (ja) * 2008-09-17 2013-08-21 株式会社Ｉｈｉ レーザレーダ及びレーザレーダによる境界監視方法
JP2012141191A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Sanyo Electric Co Ltd レーザレーダ
JP2015200566A (ja) * 2014-04-08 2015-11-12 富士通株式会社 距離測定装置、距離測定方法および距離測定プログラム

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10591598B2 (en) 2018-01-08 2020-03-17 SOS Lab co., Ltd Lidar device
US10613224B2 (en) 2018-01-08 2020-04-07 SOS Lab co., Ltd LiDAR device
US11953626B2 (en) 2018-01-08 2024-04-09 SOS Lab co., Ltd LiDAR device
US11953596B2 (en) 2018-01-08 2024-04-09 Sos Lab Co., Ltd. LiDAR device
US11493630B2 (en) 2018-01-08 2022-11-08 SOS Lab co., Ltd LiDAR device
US10557924B1 (en) 2018-05-14 2020-02-11 SOS Lab co., Ltd Lidar device
US10578721B2 (en) 2018-05-14 2020-03-03 SOS Lab co., Ltd LiDAR device
US10705190B2 (en) 2018-05-14 2020-07-07 SOS Lab co., Ltd LiDAR device
KR20210093222A (ko) * 2019-09-05 2021-07-27 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치
WO2021045529A1 (ko) * 2019-09-05 2021-03-11 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치
WO2021060919A1 (ko) * 2019-09-25 2021-04-01 문명일 라이다 광학 장치 및 이의 스캐닝 방법
WO2021096266A3 (ko) * 2019-11-13 2021-07-08 주식회사 에스오에스랩 레이저 출력 어레이 및 이를 이용한 라이다 장치
CN112987028A (zh) * 2019-12-12 2021-06-18 通用汽车环球科技运作有限责任公司 激光雷达视觉系统
CN112987028B (zh) * 2019-12-12 2024-05-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 激光雷达视觉系统
KR102310242B1 (ko) * 2021-04-05 2021-10-08 (주)스핀텍 다중시야를 갖는 판형미러 스캐닝 라이다

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