KR20180010476A - 차량용 라이다 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빔을 출력하는 송신부; 및 상기 빔이 오브젝트에 반사되어 형성되는 반사광을 획득하는 수신부;를 포함하고, 상기 송신부는, 상기 빔의 기초가 되는 송신광을 생성하는 광생성부; 상기 빔을 제1 방향으로 스티어링하는 제1 빔 스티어링부; 및 상기 빔을 제2 방향으로 스티어링하는 제2 빔 스티어링부;를 포함하는 차량용 라이다 장치에 관한 것이다.

Description

차량용 라이다 장치{Lidar apparatus for Vehicle}
본 발명은 차량에 구비되는 차량용 라이다 장치에 관한 것이다.
차량은 탑승하는 사용자가 원하는 방향으로 이동시키는 장치이다. 대표적으로 자동차를 예를 들 수 있다.
한편, 차량을 이용하는 사용자의 편의를 위해, 각 종 센서와 전자 장치 등이 구비되고 있는 추세이다. 특히, 사용자의 운전 편의를 위해 차량 운전자 보조 시스템(ADAS : Advanced Driver Assistance System)에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 나아가, 자율 주행 자동차(Autonomous Vehicle)에 대한 개발이 활발하게 이루어 지고 있다.
차량 운전 보조 시스템 및 자율 주행 자동차를 구현하기 위해서는, 다양한 센서가 필수적으로 요구된다. 이러한 센서들에는, 레이다, 라이다, 카메라 등이 있다.
특히, 라이다의 경우, 광생성부에서 생성되는 광을 처리하는 기술이 필요하다. 광손실, 집적화, 설계 자유도 등을 고려한 광처리 기술에 대한 개발이 요구된다.
한편, 모터에 의해 회전 구동되지 않는 라이다의 경우, 정해진 화각에 의해 오브젝트를 검출하기 때문에, 주행 상황에 유연하게 오브젝트를 검출하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 제1 방향 및 제2 방향으로 빔 스티어링이 가능한 차량용 라이다 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 라이다 장치는, 빔을 출력하는 송신부; 및 상기 빔이 오브젝트에 반사되어 형성되는 반사광을 획득하는 수신부;를 포함하고, 상기 송신부는, 상기 빔의 기초가 되는 송신광을 생성하는 광생성부; 상기 빔을 제1 방향으로 스티어링하는 제1 빔 스티어링부; 및 상기 빔을 제2 방향으로 스티어링하는 제2 빔 스티어링부;를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 제1 방향 및 제2 방향의 빔스티어링으로 인해, 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트를 검출할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 구동되는 ADAS에 따라 라이다 장치를 적응적으로 사용할 수 있는 효과가 있다..
셋째, 비모터식 라이다 장치 구현으로, 장치 시스템이 견고해져 고속의 차량등 가혹한 환경에서 사용가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 1b 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 라이다 장치의 활용을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 라이다 장치를 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 차량용 라이다 장치를 설명하는데 참조되는 상세 블럭도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 송신광 및 수신광을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 6a는, 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 가이드부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 가이드부의 효과를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 신호의 일예를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따라 송신 주파수 및 수신 주파수를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9b은 본 발명의 실시예에 따른 비트 주파수를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 11a 내지 도 11d은 본 발명의 실시예에 따른 제1 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 11e는 본 발명의 실시예에 따라 웨이브 가이드에 가해지는 열에 의해 변경되는 출사각을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 제2 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 그레이팅 커플러를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 13d 내지 도 13f는 본 발명의 실시예에 따른 듀티 사이클과 빔의 인텐시티의 관계를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 15a 내지 도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하는데 참조되는 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.
본 명세서에서 기술되는 차량은, 자동차, 오토바이를 포함하는 개념일 수 있다. 이하에서는, 차량에 대해 자동차를 위주로 기술한다.
본 명세서에서 기술되는 차량은, 동력원으로서 엔진을 구비하는 내연기관 차량, 동력원으로서 엔진과 전기 모터를 구비하는 하이브리드 차량, 동력원으로서 전기 모터를 구비하는 전기 차량등을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
이하의 설명에서 차량의 좌측은 차량의 주행 방향의 좌측을 의미하고, 차량의 우측은 차량의 주행 방향의 우측을 의미한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량(100)은 동력원에 의해 회전하는 바퀴, 차량(100)의 진행 방향을 조절하기 위한 조향 입력 장치를 구비할 수 있다.
실시예에 따라, 차량(100)은 자율 주행 차량일 수 있다. 자율 주행 차량의 경우, 사용자 입력에 따라 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 메뉴얼 모드로 전환되는 경우, 자율 주행 차량(100)은 조향 입력 장치를 통해 조향 입력을 수신할 수 있다.
차량(100)은, 차량 운전 보조 시스템(200)를 포함할 수 있다. 차량 운전 보조 시스템(200)는, 다양한 센서에서 획득되는 정보를 기초로, 운전자를 보조하는 시스템이다.
차량 운전 보조 시스템(ADAS : Advanced Driver Assistance System)은, 자동 비상 제동 시스템(이하, AEB : Autonomous Emergency Braking), 적응 순향 제어 시스템 (이하, ACC : Adaptive Cruise Control), 측방 접근차량 경고 시스템 (이하, CTA : Cross Traffic Alert), 차선 변경 보조 시스템 (이하, LCA : Lane Change Assistant), 전방 충돌 회피 시스템 (이하, FCW : Foward Collision Warning), 차선 이탈 경고 시스템 (이하, LDW : Lane Departure Warning), 차선 유지 보조 시스템 (이하, LKA : Lane Keeping Assist), 속도 지원 시스템 시스템 (이하, SAS : Speed Assist System), 교통 신호 검출 시스템 (TSR : Traffic Sign Recognition), 적응형 상향등 제어 시스템 (이하, HBA : High Beam Assist), 사각 지대 감시 시스템 (이하, BSD : Blind Spot Detection), 자동 비상 조향 시스템 (이하, AES : Autonomous Emergency Steering), 커브 속도 경고 시스템 시스템 (이하, CSWS : Curve Speed Warning System), 스마트 주차 시스템 시스템 (이하, SPAS : Smart Parking Assist System), 교통 정체 지원 시스템 (이하, TJA : Traffic Jam Assist) 및 어라운드 뷰 모니터 시스템 (이하, AVM : Around View Monitor)을 포함할 수 있다.
차량(100)은, 라이다 장치(400)를 포함할 수 있다.
한편, 라이다 장치(400)는, 차량 운전 보조 시스템(200)의 하위 구성 요소로 분류될 수 있다. 이경우, 차량 운전 보조 시스템(200)는, 라이다 장치(400)로부터 생성되는 정보에 기초하여 동작될 수 있다.
한편, 도 1에서, 라이다 장치(400)가 차량 전방에 배치되는 것으로 예시되나, 이에 한정되지 않고, 라이다 장치(400)는, 차량 후방이나 측방 또는 루프 등에 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 차량(100)은 복수의 라이다 장치(400)를 포함할 수 있다.
전장(overall length)은 차량(100)의 앞부분에서 뒷부분까지의 길이, 전폭(width)은 차량(100)의 너비, 전고(height)는 바퀴 하부에서 루프까지의 길이를 의미한다. 이하의 설명에서, 전장 방향(L)은 차량(100)의 전장 측정의 기준이 되는 방향, 전폭 방향(W)은 차량(100)의 전폭 측정의 기준이 되는 방향, 전고 방향(H)은 차량(100)의 전고 측정의 기준이 되는 방향을 의미할 수 있다.
도 1b 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 라이다 장치를 설명하는데 참조되는 도면이다.
차량(100)은 적어도 하나의 차량용 라이다 장치(400)를 포함할 수 있다. 차량용 라이다 장치(400)는, 차량(100)의 외관을 형성하는 차량의 외부에 장착될 수 있다. 예를 들면, 차량용 라이다 장치(400)는, 프런트 범퍼, 라디에이터 그릴, 후드, 루프, 도어, 사이드 미러, 테일 게이트, 트렁크 리드 또는 휀더에 장착될 수 있다.
실시예에 따라, 차량용 라이다 장치(400)는 복수개로 구비될 수 있다. 예를 들면, 차량용 라이다 장치(400)는, 차량(100)의 전방에 위치하는 오브젝트를 검출하는 제1 차량용 라이다 장치 및 차량(100)의 후방에 위치하는 오브젝트를 검출하는 제2 차량용 라이다 장치를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 차량용 라이다 장치(400)는, 차량(100)의 좌측방에 위치하는 오브젝트를 검출하는 제3 라이다 장치 및 차량(100)의 우측방에 위치하는 오브젝트를 검출하는 제4 라이다 장치를 더 포함할 수 있다.
차량용 라이다 장치(400)는, 광학적인 방식의 빔스티어링을 수행할 수 있다. 이를 위해, 차량용 라이다 장치(400)는, 빔 스티어링부(530)를 포함할 수 있다.
차량용 라이다 장치(400)는, 주행 상황 정보에 기초하여, 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정할 수 있다. 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정함으로 인해, 차량용 라이다 장치(400)의 화각 또는 측정거리를 조정할 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)의 화각이 커지는 경우, 측정거리가 작아진다. 차량용 라이다 장치(400)의 화각이 작아지는 경우, 측정거리가 커지다.
도 1b에 예시된 바와 같이, 차량용 라이다 장치(400)는, 프로세서(470)의 제어에 따라, 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정함으로써, 오브젝트의 감지 영역을 설정할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(470)는, 수평 방향의 송신광의 빔스티어링의 좌우 각도를 조정할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(470)는, 수직 방향의 송신광의 빔스티어링의 상하 각도를 조정할 수 있다.
예를 들면, 차량용 라이다 장치(400)는, 프로세서(470)의 제어에 따라, 제1 방향으로, 제1 영역(11), 제2 영역(12), 제3 영역(13) 또는 제4 영역(14)으로 감지 영역을 설정할 수 있다. 제1 방향은, 수평 방향일 수 있다.
제1 빔 스티어링부(600)은, 제1 방향으로 빔 스티어링을 수행할 수 있다. 제1 빔 스티어링부(600)는, 프로세서(470)의 제어에 따라, 설정된 감지 영역에 대응하여, 제1 방향의 빔 스티어링을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 방향은, 수평 방향일 수 있다.
예를 들면, 차량용 라이다 장치(400)는, 프로세서(470)의 제어에 따라, 제2 방향으로, 제5 영역(21), 제6 영역(21)으로 감지 영역을 설정할 수 있다. 여기서, 제2 방향은, 수직 방향일 수 있다.
제2 빔 스티어링부(700)는, 제2 방향으로 빔 스티어링을 수행할 수 있다. 제2 빔 스티어링부(700)는, 프로세서(470)의 제어에 따라, 설정된 감지 영역에 대응하여, 제2 방향의 빔 스티어링을 수행할 수 있다. 여기서, 제2 방향은, 수직 방향일 수 있다.
차량용 라이다 장치(400)는, 주행 상황 정보에 기초하여, 빔 스티어링의 각도를 조정할 수 있다. 주행 상황 정보는, 차량용 라이다 장치(400)에서 감지될 수 있다. 또는, 주행 상황 정보는, 차량(100)의 내부 센싱부(도 2의 125) 또는 외부 센싱부(도 2의 126)로부터 감지될 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)의 프로세서(470)는, 주행 상황 정보 또는 화각 설정에 기초하여, FPS(frames per second)를 설정할 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)의 프로세서(470)는, 주행 상황 정보 또는 화각 설정에 기초하여, 해상도를 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 제1 주행 상황에 처한 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 140도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로, 20도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 0m에서 30m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 20Hz로 FPS를 설정할 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션(Range resolution)을 5cm에서 10cm 범위로 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 제2 주행 상황에 처한 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 80도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로 20도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 30m에서 50m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 20Hz로 FPS를 설정할 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션을 10cm로 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 제3 주행 상황에 처한 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 60도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로 10도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 50m에서 100m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차랴용 라이다 장치(400)는, 40Hz로 FPS를 설정할 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션을 10cm로 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 제4 주행 상황에 처한 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 30도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로 10도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 100m에서 200m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션을 10cm에서 15cm 범위로 설정할 수 있다.
한편, 주행 상황은, 차량의 속도 정보에 기초하여 정해질 수 있다. 예를 들면, 제1 주행 상황은, 차량(100)의 속도가 30km/h 미만인 경우에 해당될 수 있다. 제2 주행 상황은, 차량(100)의 속도가 30km/h 이상이고, 50km/h 미만인 경우에 해당될 수 있다. 제3 주행 상황은, 차량(100)의 속도가 50km/h 이상이고, 100km/h 미만인 경우에 해당될 수 있다. 제4 주행 상황은, 차량(100)의 속도가 100km/h 이상이고, 200km/h 미만인 경우 해당될 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)는, 도 1b를 참조하여 설명한, 차량(100)의 속도 정보외에, 차량 자세 정보, 차량방향 정보, 차량 위치 정보, 차량 각도 정보, 차량 가속도 정보, 차량 기울기 정보, 차량 전진/후진 정보, 스티어링 휠 각도 정보, 가속 페달에 가해지는 압력 정보 또는 브레이크 페달에 가해지는 압력 정보에 기초하여 빔티어링 각도 조정을 수행할 수 있다.
도 1c에 예시된 바와 같이, 차량용 라이다 장치(400)는, 프로세서(470)의 제어에 따라, 오브젝트와의 거리(31)에 기초하여, 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정할 수 있다. 여기서, 차량(100)과 오브젝트(30)와의 거리(31)는, 주행 상황 정보의 일 예일 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)의 프로세서(470)는, 주행 상황 정보 또는 화각 설정에 기초하여, FPS(frames per second)를 설정할 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)의 프로세서(470)는, 주행 상황 정보 또는 화각 설정에 기초하여, 해상도를 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 오브젝트(30)와의 거리(31)가 제1 범위에 해당되는 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 140도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로, 20도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 0m에서 30m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 20Hz로 FPS를 설정할 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션을 5cm에서 10cm 범위로 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 오브젝트(30)와의 거리(31)가 제2 범위에 해당되는 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 80도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로 20도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 30m에서 50m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 20Hz로 FPS를 설정할 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션을 10cm로 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 오브젝트(30)와의 거리(31)가 제3 범위에 해당되는 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 60도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로 10도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 50m에서 100m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차랴용 라이다 장치(400)는, 40Hz로 FPS를 설정할 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션을 10cm로 설정할 수 있다.
가령, 차량(100)이 오브젝트(30)와의 거리(31)가 제4 범위에 해당되는 경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 수평 방향으로 30도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 또한, 차량용 라이다 장치(400)는, 수직 방향으로 10도의 화각을 가지도록 화각을 설정할 수 있다. 이경우, 감지 거리는, 차량용 라이다 장치(400)를 중심으로 반경 100m에서 200m 사이의 거리일 수 있다. 이경우, 차량용 라이다 장치(400)는, 레인지 레졸루션을 10cm에서 15cm 범위로 설정할 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)는, 도 1c를 참조하여 설명한 오브젝트(30)와의 거리 외에, 오브젝트(30)와의 상대 속도 또는 오브젝트(30)의 위치에 기초하여, 빔스티어링 각도 조정을 수행할 수 있다.
한편, 오브젝트는, 차선, 타 차량, 보행자, 빛, 교통 신호, 도로, 구조물, 과속 방지턱, 지형물 및 동물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 차량(100)은, 차량(100)은, 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(125), 메모리(130), 출력부(140), 차량 구동부(150), 제어부(170), 인터페이스부(180), 전원 공급부(490), 차량 운전 보조 시스템(200) 및 차량용 라이다 장치(400)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는, 근거리 통신 모듈(113), 위치 정보 모듈(114), 광통신 모듈(115) 및 V2X 통신 모듈(116)을 포함할 수 있다.
통신부(110)는, 다른 디바이스와 통신을 수행하기 위해 하나 이상의 RF(Radio Frequency) 회로 또는 소자를 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은, 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다.
이러한, 근거리 통신 모듈(113)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 형성하여, 차량(100)과 적어도 하나의 외부 디바이스 사이의 근거리 통신을 수행할 수 있다. 예를 들면, 근거리 통신 모듈(113)은 이동 단말기와 무선으로 데이터를 교환할 수 있다. 근거리 통신 모듈(113)은 이동 단말기로부터 날씨 정보, 도로의 교통 상황 정보(예를 들면, TPEG(Transport Protocol Expert Group))를 수신할 수 있다. 가령, 사용자가 차량(100)에 탑승한 경우, 사용자의 이동 단말기와 차량(100)은 자동으로 또는 사용자의 애플리케이션 실행에 의해, 서로 페어링을 수행할 수 있다.
위치 정보 모듈(114)은, 차량(100)의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈이 있다. 예를 들면, 차량은 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 차량의 위치를 획득할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 위치 정보 모듈(114)은 통신부(110)에 포함되는 구성요소가 아닌, 센싱부(125)에 포함되는 구성요소일 수도 있다.
광통신 모듈(115)은, 광발신부 및 광수신부를 포함할 수 있다.
광수신부는, 광(light)신호를 전기 신호로 전환하여, 정보를 수신할 수 있다. 광수신부는 광을 수신하기 위한 포토 다이오드(PD, Photo Diode)를 포함할 수 있다. 포토 다이오드는 광을 전기 신호로 전환할 수 있다. 예를 들면, 광수신부는 전방 차량에 포함된 광원에서 방출되는 광을 통해, 전방 차량의 정보를 수신할 수 있다.
광발신부는 전기 신호를 광 신호로 전환하기 위한 발광 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다. 여기서, 발광 소자는 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode)인 것이 바람직하다. 광발신부는, 전기 신호를 광 신호로 전환하여, 외부에 발신한다. 예를 들면, 광 발신부는 소정 주파수에 대응하는 발광소자의 점멸을 통해, 광신호를 외부에 방출할 수 있다. 실시예에 따라, 광발신부는 복수의 발광 소자 어레이를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 광발신부는 차량(100)에 구비된 램프와 일체화될 수 있다. 예를 들면, 광발신부는 전조등, 후미등, 제동등, 방향 지시등 및 차폭등 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 광통신 모듈(115)은 광 통신을 통해 타 차량과 데이터를 교환할 수 있다.
V2X 통신 모듈(116)은, 서버 또는 타 차량과의 무선 통신 수행을 위한 모듈이다. V2X 모듈(116)은 차량간 통신(V2V) 또는 차량과 인프라간 통신(V2I) 프로토콜이 구현 가능한 모듈을 포함한다. 차량(100)은 V2X 통신 모듈(116)을 통해, 외부 서버 및 타 차량과 무선 통신을 수행할 수 있다.
입력부(120)는, 운전 조작 장치(121), 마이크로 폰(123) 및 사용자 입력부(124)를 포함할 수 있다.
운전 조작 장치(121)는, 차량(100) 운전을 위한 사용자 입력을 수신한다. 운전 조작부(121)는 조향 입력 장치, 쉬프트 입력 장치, 가속 입력 장치, 브레이크 입력 장치를 포함할 수 있다.
조향 입력 장치는, 사용자로부터 차량(100)의 진행 방향 입력을 수신한다. 조향 입력 장치는 회전에 의해 조향 입력이 가능하도록 휠 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 실시예에 따라, 조향 입력 장치는 터치 스크린, 터치 패드 또는 버튼으로 형성될 수도 있다.
쉬프트 입력 장치는, 사용자로부터 차량(100)의 주차(P), 전진(D), 중립(N), 후진(R)의 입력을 수신한다. 쉬프트 입력 장치는 레버 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 실시예에 따라, 쉬프트 입력 장치는 터치 스크린, 터치 패드 또는 버튼으로 형성될 수도 있다.
가속 입력 장치는, 사용자로부터 차량(100)의 가속을 위한 입력을 수신한다. 브레이크 입력 장치는, 사용자로부터 차량(100)의 감속을 위한 입력을 수신한다. 가속 입력 장치 및 브레이크 입력 장치는 페달 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 실시예에 따라, 가속 입력 장치 또는 브레이크 입력 장치는 터치 스크린, 터치 패드 또는 버튼으로 형성될 수도 있다.
마이크로 폰(123)은, 외부의 음향 신호를 전기적인 데이터로 처리할 수 있다. 처리된 데이터는 차량(100)에서 수행 중인 기능에 따라 다양하게 활용될 수 있다. 마이크로폰(123)은 사용자의 음성 명령을 전기적인 데이터로 전환할 수 있다. 전환된 전기적인 데이터는 제어부(170)에 전달될 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 카메라(122) 또는 마이크로폰(123)는 입력부(120)에 포함되는 구성요소가 아닌, 센싱부(125)에 포함되는 구성요소일 수도 있다.
사용자 입력부(124)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 것이다. 사용자 입력부(124)를 통해, 정보가 입력되면, 제어부(170)는 입력된 정보에 대응되도록 차량(100)의 동작을 제어할 수 있다. 사용자 입력부(124)는 터치식 입력수단 또는 기계식 입력 수단을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 사용자 입력부(124)는 스티어링 휠의 일 영역에 배치될 수 있다. 이경우, 운전자는 스티어링 휠을 잡은 상태에서, 손가락으로 사용자 입력부(124)를 조작할 수 있다.
센싱부(135)는, 차량(100)의 상태 및 차량의 외부 상황을 센싱할 수 있다. 센싱부(135)는, 내부 센싱부(125) 및 외부 센싱부(126)를 포함할 수 있다.
내부 센싱부(125)는, 차량(100)의 상태를 센싱한다. 내부 센싱부(125)는, 자세 센서(예를 들면, 요 센서(yaw sensor), 롤 센서(roll sensor), 피치 센서(pitch sensor)), 충돌 센서, 휠 센서(wheel sensor), 속도 센서, 경사 센서, 중량 감지 센서, 헤딩 센서(heading sensor), 요 센서(yaw sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 포지션 모듈(position module), 차량 전진/후진 센서, 배터리 센서, 연료 센서, 타이어 센서, 핸들 회전에 의한 스티어링 센서, 차량 내부 온도 센서, 차량 내부 습도 센서, 초음파 센서, 조도 센서, 가속 페달 포지션 센서, 브레이크 페달 포지션 센서, 등을 포함할 수 있다.
내부 센싱부(125)는, 차량 자세 정보, 차량 충돌 정보, 차량 방향 정보, 차량 위치 정보(GPS 정보), 차량 각도 정보, 차량 속도 정보, 차량 가속도 정보, 차량 기울기 정보, 차량 전진/후진 정보, 배터리 정보, 연료 정보, 타이어 정보, 차량 램프 정보, 차량 내부 온도 정보, 차량 내부 습도 정보, 스티어링 휠 회전 각도, 차량 외부 조도, 가속 페달에 가해지는 압력, 브레이크 페달에 가해지는 압력 등에 대한 센싱 신호를 획득할 수 있다.
내부 센싱부(125)는, 그 외, 가속페달센서, 압력센서, 엔진 회전 속도 센서(engine speed sensor), 공기 유량 센서(AFS), 흡기 온도 센서(ATS), 수온 센서(WTS), 스로틀 위치 센서(TPS), TDC 센서, 크랭크각 센서(CAS), 등을 더 포함할 수 있다.
외부 센싱부(126)는, 차량의 외부 상황을 센싱할 수 있다. 외부 센싱부(126)는, 차량 외부에 위치하는 오브젝트를 센싱할 수 있다. 여기서, 오브젝트는, 차선, 타 차량, 보행자, 빛, 교통 신호, 도로, 구조물, 과속 방지턱, 지형물, 동물 등을 포함할 수 있다.
차선(Lane)은, 주행 차선, 주행 차선의 옆 차선일 수 있다. 차선(Lane)은, 차선(Lane)을 형성하는 좌우측 선(Line)을 포함하는 개념일 수 있다.
타 차량은, 차량(100)의 주변에서 주행 중인 차량일 수 있다. 타 차량은, 차량(100)으로부터 소정 거리 이내에 위치하는 차량일 수 있다. 타 차량은, 차량(100)보다 선행 또는 후행하는 차량일 수 있다. 타 차량은, 주행 차선의 옆 차선에서 주행 하는 차량일 수 있다. 타 차량은, 교차로에서 차량(100)의 주행 방향과 교차되는 방향으로 주행중인 차량일 수 있다.
보행자는, 인도 또는 차도상에 위치하는 사람일 수 있다.
빛은, 타 차량에 구비된 램프에서 생성된 빛일 수 있다. 빛은, 가로등에서 생성된 빛을 수 있다. 빛은 태양광일 수 있다.
교통 신호는, 교통 신호등, 교통 표지판, 도로면에 그려진 문양 또는 텍스트를 포함할 수 있다.
도로는, 도로면, 커브, 오르막, 내리막 등의 경사 등을 포함할 수 있다.
구조물은, 도로 주변에 위치하고, 지면에 고정된 물체일 수 있다. 예를 들면, 구조물은, 가로등, 가로수, 건물, 전봇대, 신호등을 포함할 수 있다.
지형물은, 산, 언덕 등을 포함할 수 있다.
한편, 오브젝트는, 이동 오브젝트와 고정 오브젝트로 분류될 수 있다. 예를 들면, 이동 오브젝트는, 타 차량, 보행자를 포함하는 개념일 수 있다. 예를 들면, 고정 오브젝트는, 교통 신호, 도로, 구조물을 포함하는 개념일 수 있다.
외부 센싱부(126)는, 카메라(127), 레이더(201), 라이더(202), 초음파 센서(203)를 포함할 수 있다.
카메라(127)는, 차량용 카메라 장치로 명명될 수 있다. 카메라(127)는, 모노 카메라 및 스테레오 카메라를 포함할 수 있다.
카메라(127)는, 차량 외부 영상을 획득하기 위해, 차량의 외부의 적절한 곳에 위치할 수 있다.
예를 들면, 카메라(127)는, 차량 전방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 프런트 윈드 쉴드(10)에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라(127)는, 프런트 범퍼 또는 라디에이터 그릴 주변에 배치될 수 있다.
예를 들면, 카메라(127)는, 차량 후방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 리어 글라스에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라(127)는, 리어 범퍼, 트렁크 또는 테일 게이트 주변에 배치될 수 있다.
예를 들면, 카메라(127)는, 차량 측방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서 사이드 윈도우 중 적어도 어느 하나에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라(127)는, 사이드 미러, 휀더 또는 도어 주변에 배치될 수 있다.
레이더(201)는, 전자파 송신부, 수신부 및 프로세서를 포함할 수 있다. 레이더(201)는 전파 발사 원리상 펄스 레이더(Pulse Radar) 방식 또는 연속파 레이더(Continuous Wave Radar) 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 레이더(201)는 연속파 레이더 방식 중에서 신호 파형에 따라 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식 또는 FSK(Frequency Shift Keyong) 방식으로 구현될 수 있다.
레이더(201)는 송신된 전자파를 기초로 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다.
레이더(201)은 획득된 오브젝트 정보를 제어부(170), 차량 운전 보조 장치(400) 또는 차량용 조명 장치(600)에 제공할 수 있다. 여기서, 오브젝트 정보는 오브젝트와의 거리 정보를 포함할 수 있다.
레이더(201)는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 곳에 위치할 수 있다.
초음파 센서(203)는, 초음파 송신부, 수신부, 프로세서를 포함할 수 있다. 초음파 센서(203)은, 송신된 초음파를 기초로 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다.
초음파 센서(203)은 획득된 오브젝트 정보를 제어부(170), 차량 운전 보조 장치(400) 또는 차량용 조명 장치(600)에 제공할 수 있다. 여기서, 오브젝트 정보는 오브젝트와의 거리 정보를 포함할 수 있다.
초음파 센서(203)는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 곳에 위치할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 차량용 라이다 장치(400)는, 외부 센싱부(126)의 하위 구성 요소로 분류될 수 있다.
메모리(130)는, 제어부(170)와 전기적으로 연결된다. 메모리(130)는 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어데이터, 입출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(130)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있다. 메모리(130)는 제어부(170)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 차량(100) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
출력부(140)는, 제어부(170)에서 처리된 정보를 출력하기 위한 것으로, 디스플레이 장치(141), 음향 출력부(142) 및 햅틱 출력부(143)를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(141)는 다양한 그래픽 객체를 표시할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 장치(141)는 차량 관련 정보를 표시할 수 있다. 여기서, 차량 관련 정보는, 차량에 대한 직접적인 제어를 위한 차량 제어 정보, 또는 차량 운전자에게 운전 가이드를 위한 차량 운전 보조 정보를 포함할 수 있다. 또한, 차량 관련 정보는, 현재 차량의 상태를 알려주는 차량 상태 정보 또는 차량의 운행과 관련되는 차량 운행 정보를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(141)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
디스플레이 장치(141)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 차량(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(724)로써 기능함과 동시에, 차량(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다. 이경우, 디스플레이 장치(141)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이 장치(141)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이 장치(141)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(170)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
한편, 디스플레이 장치(141)는 운전자가 운전을 함과 동시에 차량 상태 정보 또는 차량 운행 정보를 확인할 수 있도록 클러스터(cluster)를 포함할 수 있다. 클러스터는 대시보드 위에 위치할 수 있다. 이경우, 운전자는, 시선을 차량 전방에 유지한채로 클러스터에 표시되는 정보를 확인할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 디스플레이 장치(141)는 HUD(Head Up Display)로 구현될 수 있다. 디스플레이 장치(141)가 HUD로 구현되는 경우, 프런트 윈드 쉴드(10)에 구비되는 투명 디스플레이를 통해 정보를 출력할 수 있다. 또는, 디스플레이 장치(141)는 투사 모듈을 구비하여 프런트 윈드 쉴드(10)에 투사되는 이미지를 통해 정보를 출력할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 디스플레이 장치(141)는, 투명 디스플레이를 포함할 수 있다. 이경우, 투명 디스플레이는 프런트 윈드 쉴드(10)에 부착될 수 있다.
투명 디스플레이는 소정의 투명도를 가지면서, 소정의 화면을 표시할 수 있다. 투명 디스플레이는, 투명도를 가지기 위해, 투명 디스플레이는 투명 TFEL(Thin Film Elecroluminescent), 투명 OLED(Organic Light-Emitting Diode), 투명 LCD(Liquid Crystal Display), 투과형 투명디스플레이, 투명 LED(Light Emitting Diode) 디스플레이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 투명 디스플레이의 투명도는 조절될 수 있다.
실시예에 따라, 디스플레이 장치(141)는 내비게이션 장치로 기능할 수 있다.
음향 출력부(142)는 제어부(170)로부터의 전기 신호를 오디오 신호로 변환하여 출력한다. 이를 위해, 음향 출력부(142)는 스피커 등을 구비할 수 있다. 음향 출력부(142)는, 사용자 입력부(724) 동작에 대응하는, 사운드를 출력하는 것도 가능하다.
햅틱 출력부(143)는 촉각적인 출력을 발생시킨다. 예를 들면, 햅틱 출력부(143)는, 스티어링 휠, 안전 벨트, 시트를 진동시켜, 사용자가 출력을 인지할 수 있게 동작할 수 있다.
차량 구동부(150)는, 차량 각종 장치의 동작을 제어할 수 있다. 차량 구동부(150)는 동력원 구동부(151), 조향 구동부(152), 브레이크 구동부(153), 램프 구동부(154), 공조 구동부(155), 윈도우 구동부(156), 에어백 구동부(157), 썬루프 구동부(158) 및 서스펜션 구동부(159)를 포함할 수 있다.
동력원 구동부(151)는, 차량(100) 내의 동력원에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다.
예를 들면, 화석 연료 기반의 엔진(미도시)이 동력원인 경우, 동력원 구동부(151)는, 엔진에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 이에 의해, 엔진의 출력 토크 등을 제어할 수 있다. 동력원 구동부(151)가 엔진인 경우, 제어부(170)의 제어에 따라, 엔진 출력 토크를 제한하여 차량의 속도를 제한할 수 있다.
다른 예로, 전기 기반의 모터(미도시)가 동력원인 경우, 동력원 구동부(151)는, 모터에 대한 제어를 수행할 수 있다. 이에 의해, 모터의 회전 속도, 토크 등을 제어할 수 있다.
조향 구동부(152)는, 차량(100) 내의 조향 장치(steering apparatus)에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 이에 의해, 차량의 진행 방향을 변경할 수 있다.
브레이크 구동부(153)는, 차량(100) 내의 브레이크 장치(brake apparatus)(미도시)에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 바퀴에 배치되는 브레이크의 동작을 제어하여, 차량(100)의 속도를 줄일 수 있다. 다른 예로, 좌측 바퀴와 우측 바퀴에 각각 배치되는 브레이크의 동작을 달리하여, 차량(100)의 진행 방향을 좌측, 또는 우측으로 조정할 수 있다.
램프 구동부(154)는, 차량 내, 외부에 배치되는 램프의 턴 온/턴 오프를 제어할 수 있다. 또한, 램프의 광의 세기, 방향 등을 제어할 수 있다. 예를 들면, 방향 지시 램프, 브레이크 램프 등의 대한 제어를 수행할 수 있다.
공조 구동부(155)는, 차량(100) 내의 공조 장치(air cinditioner)(미도시)에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 차량 내부의 온도가 높은 경우, 공조 장치가 동작하여, 냉기가 차량 내부로 공급되도록 제어할 수 있다.
윈도우 구동부(156)는, 차량(100) 내의 윈도우 장치(window apparatus)에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 차량의 측면의 좌,우 윈도우들에 대한 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있다.
에어백 구동부(157)는, 차량(100) 내의 에어백 장치(airbag apparatus)에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 위험시, 에어백이 터지도록 제어할 수 있다.
썬루프 구동부(158)는, 차량(100) 내의 썬루프 장치(sunroof apparatus)(미도시)에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 썬루프의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있다.
서스펜션 구동부(159)는, 차량(100) 내의 서스펜션 장치(suspension apparatus)(미도시)에 대한 전자식 제어를 수행할 수 있다. 예를 들면, 도로면에 굴곡이 있는 경우, 서스펜션 장치를 제어하여, 차량(100)의 진동이 저감되도록 제어할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 차량 구동부(150)는 샤시 구동부를 포함할 수 있다. 여기서, 샤시 구동부는 조향 구동부(152), 브레이크 구동부(153) 및 서스펜션 구동부(159)를 포함하는 개념일 수 있다.
제어부(170)는, 차량(100) 내의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(170)는 ECU(Electronic Contol Unit)로 명명될 수 있다.
제어부(170)는, 하드웨어적으로, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
인터페이스부(180)는, 차량(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 인터페이스부(180)는 이동 단말기와 연결 가능한 포트를 구비할 수 있고, 상기 포트를 통해, 이동 단말기와 연결할 수 있다. 이경우, 인터페이스부(180)는 이동 단말기와 데이터를 교환할 수 있다.
한편, 인터페이스부(180)는 연결된 이동 단말기에 전기 에너지를 공급하는 통로 역할을 수행할 수 있다. 이동 단말기가 인터페이스부(180)에 전기적으로 연결되는 경우, 제어부(170)의 제어에 따라, 인터페이스부(180)는 전원부(190)에서 공급되는 전기 에너지를 이동 단말기에 제공할 수 있다.
전원 공급부(490)는, 제어부(170)의 제어에 따라, 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 특히, 전원부(170)는, 차량 내부의 배터리(미도시) 등으로부터 전원을 공급받을 수 있다.
차량 운전 보조 시스템(200)는, 운전자에 의한 차량의 주행을 보조할 수 있다. 차량 운전 보조 시스템(200)는, 라이다 장치(400)를 포함할 수 있다.
차량용 라이다 장치(400)는, 차량(100) 외부에 위치하는 오브젝트를 검출할 수 있다.
차량용 라이다 장치(400)는, 광을 매개로, 송신 신호와 수신 신호의 TOF(Time of Flight) 또는 송신 신호와 수신 신호의 위상차(phase difference)를 기초로, 오브젝트를 검출할 수 있다.
차량용 라이다 장치(400)는, 오브젝트와의 거리, 오브젝트와의 상대 속도 및 오브젝트의 위치를 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 라이다 장치를 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 차량용 라이다 장치(400)는 송신부(410), 수신부(420), 메모리(440), 인터페이스부(430), 프로세서(470) 및 전원 공급부(490)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 차량용 라이다 장치(400)는 각 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다.
송신부(410)는, 송신 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 송신부(410)는, 프로세서(470)의 제어를 받을 수 있다.
송신부(410)는, 빔을 출력할 수 있다. 예를 들면, 송신부(410)는, 광의 형태로, 송신 신호를 출력할 수 있다. 송신부(410)는, 광생성부(도 4의 417)를 포함할 수 있다. 광생성부(417)는, 전기적 신호를 광으로 전환할 수 있다. 예를 들면, 광생성부(417)는, 레이저 생성부를 포함할 수 있다. 이경우, 송신 신호는 광신호로 구현될 수 있다.
예를 들면, 송신부(410)는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 형태로 송신 신호를 출력할 수 있다. 즉, 송신광은, FMCW로 구현될 수 있다.
송신부(410)는, 광생성부(417)에서 생성된 광에 기초한 빔을 스티어링할 수 있다.
송신부(410)는, 스티어링되는 광을 통해, 스캐닝을 수행할 수 있다.
송신부(410)는, 광생성부(도 5의 417), 광스플리터(도 5의 510), 웨이브 가이드부(도 5의 520) 및 빔 스티어링부(도 5의 530)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 광스플리터(510) 및 웨이브 가이드부(520)는, 빔 스티어링부(530)의 하위 구성요소로 분류될 수 있다. 특히, 광스플리터(510) 및 웨이브 가이드부(520)는, 제1 빔 스티어링부(600)의 하위 구성 요소로 분류될 수 있다.
광생성부(417)는, 송신 신호에 대응하는 광을 생성하여, 광신호를 출력할 수 있다. 광생성부(417)는 송신광을 생성하여, 외부로 출력할 수 있다.
광생성부(417)는, 빔의 기초가 되는 송신광을 생성하여 출력할 수 있다.
광생성부(417)에서 생성되는 광은, 레이저(Laser)일 수 있다.
광스플리터(510)는, 광생성부(417)에서 생성된 송신광을 분광할 수 있다.
웨이브 가이드부(wave guide)(520)는, 유입되는 광을 가이드할 수 있다. 웨이브 가이드부(520)는, 광스플리터(510)에서 분광된 광을 빔 스티어링부(530)로 가이드할 수 있다. 예를 들면, 웨이브 가이드부(520)는, 광스플리터(510)에 의해 분광된 광을 제1 빔 스티어링부(600)로 가이드할 수 있다.
빔 스티어링부(530)는, 광생성부(417)에서 생성된 광의 빔스트리어링을 수행할 수 있다. 빔 스티어링부(530)는, 유입되는 광의 경로를 지속적으로 변경할 수 있다. 빔 스티어링부(530)는, 스티어링되는 광을 통해, 스캐닝을 수행할 수 있다.
빔 스티어링부(530)는, 제1 빔 스티어링부(600) 및 제2 빔 스티어링부(700)를 포함할 수 있다.
제1 빔 스티어링부(600)는, 빔을 제1 방향으로 스티어링할 수 있다. 제1 빔 스티어링부(600)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(AWG : arrayed waveguide grating)을 포함할 수 있다.
제2 빔 스티어링부(700)는, 빔을 제2 방향으로 스티어링할 수 있다. 제2 빔 스티어링부(700)는, 그레이팅 커플러(grating coupler)를 포함할 수 있다. 제2 빔 스티어링부(700)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(AWG : arrayed waveguide grating)을 포함할 수 있다.
제1 빔 스티어링부(600)가 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 포함하는 경우, 제2 스티어링부(600)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅의 복수의 출력 광경로에 각각 대응되도록 배치되는 복수의 그레이팅 커플러를 포함할 수 있다.
제1 빔 스티어링부(600) 및 제2 빔 스티어링부(700)는, 도 11 내지 도 14를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
한편, 실시예에 따라, 송신부(410)는, 광스플리터(도 5의 510) 대신 광커플러(미도시)를 포함할 수 있다. 광커플러는, 분광 또는 합광을 수행할 수 있다. 여기서, 광커플러는, 스타 커플러(star coupler)일 수 있다.
실시예에 따라, 송신부(410)는, 히터(482) 및 피에조(484)를 선택적으로 또는 조합하여 더 포함할 수 있다.
히터(482)는, 웨이브 가이드부(도 4 내지 도 5의 520)에 열을 제공할 수 있다. 예를 들면, 히터(482)는, 수신되는 전기 신호에 기초하여, 웨이브 가이드부(520)에 분광된 광의 개별 위상을 변경하기 위한 열을 제공할 수 있다.
히터(482)는, 전기 에너지를 열에너지로 변환하는 소자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 히터(482)는, 페티에(Peltier) 효과를 이용하여 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여, 웨이브 가이드부(520)에 열을 제공할 수 있다.
히터(482)가 웨이브 가이드부(520)에 열을 제공함으로써, 웨이브 가이드부(520)에 포함된 코어(521)의 굴절률이 변할 수 있다. 이경우, 웨이브 가이드부(520)에서 가이드되는 광의 위상이 바뀔 수 있다. 이와 같이 바뀌는 광의 위상을 이용하여, 차량용 라이다 장치(400)는 광 스티어링을 수행할 수 있다.
이러한 히터(482)는, 프로세서(470)의 제어에 따라 동작될 수 있다.
피에조(484)는, 웨이브 가이드부(도 4 내지 도 5의 520) 압력을 제공할 수 있다. 예를 들면, 피에조는 수신되는 전기 신호에 기초하여, 웨이브 가이드부(520)에 분광된 광의 개별 위상을 변경하기 위한 압력을 제공할 수 있다.
피에조(484)는, 압전소자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 피에조(484)는, 역압전효과를 이용하여, 웨이브 가이드부(520)에 압력을 제공할 수 있다.
피에조(484)가 웨이브 가이드부(520)에 압력을 제공함으로써, 웨이브 가이드부(520)에 포함된 코어(521)의 굴절률이 변할 수 있다. 이경우, 웨이브 가이드부(520)에서 가이드되는 광의 위상이 바뀔 수 있다. 이와 같이 바뀌는 광의 위상을 이용하여, 차량용 라이다 장치(400)는 광 스티어링을 수행할 수 있다.
이러한 피에조(484)는, 프로세서(470)의 제어에 따라 동작될 수 있다.
수신부(420)는, 수신 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 수신 신호는 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 신호이다. 수신부(420)는, 프로세서(470)의 제어를 받을 수 있다.
수신부(420)는, 빔이 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사광을 획득할 수 있다.
만약, FMCW에 대응되는 송신 신호가 출력되는 경우, 수신부(420)는, FMCW에 대응되는 수신 신호를 획득할 수 있다.
광 신호를 매개로 오브젝트를 검출하는 경우, 수신부(420)는, 포토 디텍터(도 4의 421)를 포함할 수 있다. 포토 디텍터(421)는, 광을 전기로 전환할 수 있다. 예를 들면, 포토 디텍터(421)는, 포토 다이오드(PD)를 포함할 수 있다.
수신부(420)는, 포토 다이오드(PD) 어레이를 포함할 수 있다. 이경우, 하나의 포토 다이오드는 하나의 픽셀을 형성할 수 있다. 프로세서(470)는, 포토 다이오드 어레이의 각각의 포토 다이오드에서 센싱되는 정보에 기초하여, 이미지를 생성할 수 있다.
수신부(420)는, 스캐닝되는 송신광 각각의 지점에서 반사광을 수신할 수 있다.
예를 들면, 제1 지점을 향해 송신광이 출력되면, 수신부(420)는, 제1 지점에서 되돌아오는 반사광을 수신할 수 있다. 또한, 제2 지점을 향해 송신광이 출력되면, 수신부는, 제2 지점에서 되돌아오는 반사광을 수신할 수 있다. 이와 같이, 수신부(420)는, 연속적인 복수의 지점에서 되도록아오는 반사광을 수신하여, 각 지점에서의 반사광을 센싱할 수 있다. 이때, 각 지점은 하나의 픽셀로 정의될 수 있다. 프로세서(470)는, 각 지점에서 센싱되는 정보에 기초하여, 이미지를 생성할 수 있다.
메모리(440)는, 프로세서(470)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 차량용 라이다 장치(400) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(440)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있다.
인터페이스부(430)는, 차량용 라이다 장치(400)에 연결되는 장치와 데이터를 교환하는 통로 역활을 수행할 수 있다. 인터페이스부(430)는 전기적으로 연결된 유닛으로부터 데이터를 수신하고, 프로세서(470)에서 처리 또는 생성되는 신호를 전기적으로 연결된 유닛으로 전송할 수 있다. 인터페이스부(430)는 차량 운전 보조 시스템(200)의 제어부(270) 또는 차량(700)의 ECU(770)와 데이터를 교환하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
인터페이스부(430)는, 차량 운전 보조 시스템(200)의 제어부(270)로부터 정보 또는 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들면, 인터페이스부(430)는, 제어부(270)로부터 예상 충돌 시간 정보를 수신할 수 있다. 예를 들면, 인터페이스부(430)는, 제어부(270)로부터 오브젝트와 유지되는 거리 정보를 수신할 수 있다.
인터페이스부(430)는, 차량(100) 내 타 디바이스에 신호, 데이터 또는 정보를 전송할 수 있다.
예를 들면, 인터페이스부(430)는, 프로세서(470)에서 생성된 신호, 데이터 또는 정보를, 차량(100)내 다른 오브젝트 센싱 장치로 제공할 수 있다.
인터페이스부(430)는, 차량(100)의 내부 센싱부(도 2의 125) 또는 외부 센싱부(도 2의 126)로부터 주행 상황 정보를 수신할 수 있다.
주행 상황 정보는, 차량 내부 센싱 정보 및 차량 외부 센싱 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 차량 내부 센싱 정보는, 내부 센싱부(125)에서 센싱되어 생성된 정보일 수 있다. 차량 외부 센싱 정보는, 외부 센싱부(126)에서 센싱되어 생성된 정보일 수 있다.
프로세서(470)는, 차량용 라이다 장치(400) 내의 각 유닛과 전기적으로 연결되어 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(470)는, 송신 신호와 반사 신호를 비교하여, 오브젝트 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(470)는 송신광과 반사광을 비교하여 오브젝트 정보를 획득할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(470)는, 송신광과 반사광의 TOF(Time of Flight) 또는 위상변화(phase shift) 연산하여, 오브젝트 정보를 획득할 수 있다.
여기서, 오브젝트 정보는, 오브젝트의 존재 유무 정보, 오브젝트와의 거리 정보, 오브젝트와의 상대 속도 정보, 오브젝트의 위치 정보를 포함할 수 있다.
프로세서(470)는, 송신광 및 수신광에 기초하여 오브젝트의 이미지를 생성할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(470)는, 각각의 픽셀에 대응되는, 송신광 및 수신광을 서로 비교하여 오브젝트의 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(470)는, 각 픽셀에 대응하는 송신광 및 반사광을 비교하여, 각 픽셀당 TOF 또는 위상 변화를 연산하여 오브젝트의 이미지를 생성할 수 있다.
프로세서(470)는, 인터페이스부(430)를 통해, 내부 센싱부(125) 또는 외부 센싱부(126)로부터 주행 상황 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(470)는, 주행 상황 정보에 기초하여, 송신부(410)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(470)는, 주행 상황 정보에 기초하여, 빔을 제1 방향 또는 제2 방향으로 스티어링 할 수 있다.
주행 상황 정보는, 차량 내부 센싱 정보 및 차량 내부 센싱 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
차량 내부 센싱 정보는, 내부 센싱부(125)를 통해 센싱되어 생성된 정보일 수 있다. 예를 들면, 차량 내부 센싱 정보는, 차량 자세 정보, 차량 방향 정보, 차량 위치 정보, 차량 각도 정보, 차량 속도 정보, 차량 가속도 정보, 차량 기울기 정보, 차량 전진/후진 정보, 스티어링 휠 회전 각도 정보, 가속 페달에 가해지는 압력 정보, 브레이크 페달에 가해지는 압력 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
차량 외부 센싱 정보는, 외부 센싱부(126)를 통해 센싱되어 생성된 정보일 수 있다. 예를 들면, 차량 외부 센싱 정보는, 차량 외부에 위치하는 오브젝트 정보를 포함할 수 있다. 오브젝트 정보는, 오브젝트의 존재 유무 정보, 오브젝트와의 거리 정보, 오브젝트와의 상대 속도 정보, 오브젝트의 위치 정보를 포함할 수 있다.
한편, 오브젝트는, 차선, 타 차량, 보행자, 빛, 교통 신호, 도로, 구조물, 과속 방지턱, 지형물 및 동물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
주행 상황 정보는, 주변에 위치하는 오브젝트 정보일 수 있다. 여기서, 오브젝트 정보는, 프로세서(470)에서, 반사광을 기초로 생성된 정보일 수 있다.
프로세서(470)는, 반사광을 기초로 오브젝트 정보를 생성하고, 생성된 오브젝트 정보에 기초하여, 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정할 수 있다.
프로세서(470)는, 주행 상황 정보에 기초하여, 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정할 수 있다.
프로세서(470)는, 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정함으로써, 송신광의 화각(FOV : field of view)을 조정할 수 있다.
프로세서(470)는, 송신광의 빔스티어링의 각도를 조정함으로써, 오브젝트의 감지 영역을 설정할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(470)는, 수평 방향의 송신광의 빔스티어링의 좌우 각도를 조정할 수 있다. 프로세서(470)는, 수직 방향의 송신광의 빔스티어링의 상하 각도를 조정할 수 있다.
프로세서(470)는, 히터(482)를 제어하여, 광스플리터(510)에 의해 분광된 광의 개별 위상을 변경할 수 있다.
프로세서(470)는, 피에조(484)를 제어하여, 광스플리터(510)에 의해 분광된 광의 개별 위상을 변경할 수 있다.
프로세서(470)는, 송신광 및 반사광을 기초로, 뎁스맵을 생성할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(470)는, 각 픽셀에 대응하는 송신광 및 반사광을 비교하여, 각 픽셀당 TOF 또는 위상 변화를 연산하여, 뎁스맵을 생성할 수 있다.
프로세서(470)는, 뎁스맵 상에 기 설정된 관심 영역(ROI : Region of interest)의 뎁스값을 기초로, 외란(disturbance) 발생 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(470)는, 관심 영역의 뎁스값을 누적하여 메모리(440)에 저장할 수 있다. 프로세서(470)는, 누적 저장된 뎁스값의 평균값과, 새로 획득된 관심 영역의 뎁스값의 차이를 기초로, 외란 발생 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(470)는, 하드웨어적으로, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
한편, 실시예에 따라,
한편, 실시예에 따라, 차량용 라이다 장치(400)는, 자세 감지부(450) 및 자세 조정부(460)를 더 포함할 수 있다.
자세 감지부(470)는 차량용 라이다 장치(400)의 자세를 감지할 수 있다. 차량용 라이다 장치(400)는, 차량 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 향해 송신 신호를 송출하고, 오브젝트에 반사되는 수신 신호를 획득하기 위해, 적합한 자세를 취해야 한다. 외부의 충격 등으로 인해, 차량용 라이다 장치(400)의 자세가 변한 경우, 자세 감지부(470)는 차량용 라이다 장치(400)의 자세의 변화를 감지한다.
자세 감지부(470)는 차량용 라이다 장치(400)의 자세를 감지하기 위해, 적외선 센서, 볼트 체결 센서(예를 들면, Bolt Magnet 센서) 및 자이로 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
자세 조정부(460)는 자세 감지부(470)에서 감지한 자세에 기초하여, 차량용 라이다 장치(400)의 자세를 조정한다. 자세 조정부(460)는 모터 등의 구동 수단을 포함하고, 프로세서(470)의 제어에 따라, 송신 신호 송출 및 수신 신호 획득에 적합하도록, 차량용 라이다 장치(400)의 자세를 조정한다.
프로세서(470)는 자세 감지부(470)로부터 감지된 자세 정보를 수신한다. 프로세서(470)는 수신된 자세 정보를 기초로, 자세 조정부(460)를 제어한다.
실시예에 따라, 프로세서(470)는 차량용 라이다 장치(400)의 자세를 유지한 상태에서, 송신 신호에서 빔의 방향 및 크기를 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(470)는 자세 감지부(470)를 통해 감지된 차량용 라이다 장치(400)의 자세에 변화가 발생하는 경우, 인터페이스부(430)를 통해, 제어부(170)에 관련 정보를 제공할 수 있다. 이경우, 제어부(170)는 출력부(1500)를 통해, 사용자가 인지할 수 있도록 차량용 라이다 장치(400)의 자세 변화 정보를 출력할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 차량용 라이다 장치를 설명하는데 참조되는 상세 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 송신부(410)는 파형 발생기(waveform generator)(411), 변조기(modulator)(414) 및 광생성부(417)를 포함할 수 있다.
파형 발생기(411)는, 송신 신호를 생성할 수 있다. 이를 위해, 파형 발생기(411)는, VCO(Voltage Control Oscillator) 등의 발진 소자를 포함할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 오실레이터는 복수로 구비될 수 있다.
예를 들면, 파형 발생기(411)는, FMCW 신호를 생성할 수 있다.
FMCW 신호는, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 신호의 일예를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 7를 참조하면, 파형 발생기(411)는, 도시된 바와 같은 삼각파 형상의 주파수 변조된 연속파를 생성할 수 있다. 송신부(410)는, FMCW 신호에 대응되는 송신 신호를 출력할 수 있다.
차량용 라이다 장치(400)는 수신 신호와 송신 신호로 얻어지는 비트(beat) 신호(예를 들면, 수신 신호의 주파수와 송신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 시간 영역 신호)의 주파수(이하, 비트 주파수) 스펙트럼을 분석하여, 오브젝트와의 거리 정보 및 속도 정보를 획득할 수 있다. 여기서, fc는 중심 주파수, f0는 시작 주파수, B는 변조 대역폭(Modulation Bandwidth), Tm은 변조 주기(Modulation Period)이다.
FMCW 신호는, 업첩(up-chirp) 신호 및 다운첩(down-chirp)신호로 구분될 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 변조기(414)는, 파형 발생기(411)에서 생성된 송신 신호를 광생성부에서 발생되는 광에 싣는다. 예를 들면, 변조기(414)는, FMCW 신호를 광에 싣는다.
광생성부(417)는, 송신 신호에 대응되는 광을 생성하여, 광신호를 외부로 출력할 수 있다. 광생성부(417)는 송신광을 생성하여, 외부로 출력할 수 있다.
예를 들면, 광생성부(417)는, FMCW 신호에 대응되는 광을 출력할 수 있다. 이경우, 송신광은, FMCW로 구현될 수 있다.
광생성부(417)에서 생성되는 광은, 레이저(Laser)일 수 있다.
한편, 송신부(410)는 증폭부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 증폭부(미도시)는, 증폭 회로를 포함하여, 파형 발생기(411)에서 생성되는 신호를 증폭하여, 변조기(414)에 제공할 수 있다.
수신부(420)는, 포토 디텍터(photo detector)(421) 및 믹서(mixer)(424)를 포함할 수 있다.
포토 디텍터(421)는, 수신광을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 포토 디텍터(421)는, 송신부(410)에서 출력된 광신호가 오브젝트에 반사되는 반사광신호를 수신하여 전기적 신호로 전환할 수 있다.
믹서(424)는, 파형 발생기(411)에서 생성된 신호와 포토 디텍터(421)에서 수신된 신호를 상관 연산하여 두 신호의 차이를 출력할 수 있다.
예를 들면, 믹서(424)는, 송신부(410)에서 출력되는 송신 신호와 수신부(420)에서 수신되는 수신 신호의 시간 차이에 해당하는 TOF 정보를 생성할 수 있다.
예를 들면, 믹서(424)는, 파형 발생기(411)에서 생성된 송신 신호와 포토 디텍터(421)에서 수신된 수신 신호를 믹싱(Mixing)하여, 송신 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 해당하는 신호를 생성할 수 있다.
수신 신호와 송신 신호로 얻어지는 신호의 주파수는, 비트 주파수로 명명될 수 있다. 믹서(424)에서 출력되는 주파수는, 비트 주파수일 수 있다.
프로세서(470)는, 송신 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 해당하는 신호를 기초로 오브젝트 정보를 획득할 수 있다.
한편, 수신부(420)는, 필터(미도시) 및 증폭기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
필터(미도시)는, 믹서(424)에서 생성된 신호를 필터링할 수 있다.
증폭기(미도시)는, 믹서(424)에서 생성된 신호 또는 믹서(424)에서 생성되어 필터(미도시)를 거친 신호를 증폭하여, 프로세서(470)에 제공할 수 있다.
프로세서(470)는, FFT(Fast Fourier Transform)부(471), 처리부(474) 및 DAC(Digital to analog converter)부(477)를 포함할 수 있다.
FFT부(471)는, 송신 신호와 수신 신호가 FMCW 형태로 구현되는 경우, 고속 푸리에 변환을 통해, 믹서(424)에서 출력되는 신호의 주파수를 측정할 수 있다. FFT부(471)는, 송신 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 해당하는 신호를 고속 푸리에 변환하여, PS(Phase shift) 정보를 생성할 수 있다.
실시예에 따라, FFT부(471)는 생략될 수 있다.
처리부(474)는, 오브젝트 정보를 획득할 수 있다. 믹서(424)에서 제공되는 송신 신호와 수신 신호의 차이를 기초로 오브젝트 정보를 획득할 수 있다.
처리부(474)는, TOF 또는 위상변화에 기초하여, 오브젝트 정보를 획득할 수 있다.
처리부(474)는, 믹서(424)에서 제공되는 TOF 정보에 기초하여 오브젝트 정보를 획득할 수 있다.
처리부(474)는, PS 정보를 기초로 오브젝트 정보를 획득할 수 있다.
오브젝트 정보는, 오브젝트 존재 유무에 대한 정보, 오브젝트와의 거리 정보, 오브젝트와의 상대 속도 정보, 오브젝트의 위치 정보를 포함할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하여, 송신 신호와 수신 신호가 FMCW로 구현되는 경우, 오브젝트 정보를 획득하는 동작을 설명한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따라 송신 주파수 및 수신 주파수를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9b은 본 발명의 실시예에 따른 비트 주파수를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 8a 내지 도 9를 참조하여, 오브젝트 정보를 획득하는 동작을 설명한다.
도 8a 내지 8c는 송신 신호의 주파수(이하, 송신 주파수)와 수신 신호의 주파수(이하, 수신 주파수) 간의 관계를 시간 축 상에 나타내는 도면으로서, 도 8a는 물체가 정지해 있을 때, 도 8b는 물체가 레이더 장치에 가까워 질 때, 도 8c는 물체가 레이더 장치로부터 멀어질 때를 나타낸다.
여기서, td는 송신 신호와 수신 신호 사이의 지연 시간으로, 물체와 레이더 장치 간의 거리에 의해 결정된다.
도 9a 내지 도 9b는 송신 신호의 주파수와 수신 신호의 주파수 간의 관계 및 그에 따른 비트 주파수를 시간 축 상에 나타내는 도면으로서, 도 9a는 도 8a와 같은 정적인 상황에, 도 9b는 도 8b와 같은 동적인 상황에 대응된다. 여기서, 비트 주파수 fb는 송신 주파수와 수신 주파수 간의 차로서 구해진다.
도 9a와 같은 정적인 상황에서 비트 주파수는 물체와 레이더 장치 간의 거리에 따른 지연 시간에 의해 결정될 수 있다.
도 9b와 같은 동적인 상황에서는 물체와 레이더 장치 간의 상대 속도의 변화가 있으므로, 도플러 주파수 편이 현상이 발생되기 때문에 비트 주파수는 거리 비트 주파수 fr과 도플러 주파수 fd의 조합으로 이루어진다.
비트(beat) 주파수는 업 첩(Up chirp)에 해당하는 업 비트 주파수(Up-Beat Frequency), 다운 첩(Down chirp)에 해당하는 다운 비트 주파수(Down-Beat Frequency)를 포함한다.
업 비트 주파수와 다운 비트 주파수에는 이동하는 타겟의 거리와 상대적인 속도에 의한 주파수 이동(Frequency Shifts) 성분이 포함된다. 이러한 성분들은 각각 거리 비트 주파수(Range Beat Frequency)와 도플러 주파수(Doppler Frequency)라고 한다.
한편, 업 비트 주파수는, 거리 비트 주파수와 도플러 주파수의 합으로 표현되고, 다운 비트 주파수는, 거리 비트 주파수와 도플러 주파수의 차로 표현될 수 있다.
한편, 음의 값을 가지는 도플러 주파수는 오브젝트가 차량용 라이다 장치(400)를 향해 다가오고 있음을 나타내고, 양의 값을 가지는 도플러 주파수는 오브젝트가 차량용 라이다 장치(400)로부터 멀어지고 있음을 나타낸다.
프로세서(470)의 처리부(474)는, 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 거리 비트 주파수와 도플러 주파수를 이용하여 각각 계산할 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, DAC부(477)는, 디지털 신호를 아날로그 신호로 전환할 수 있다. 전환된 아날로그 신호는 파형 발생기(411)로 입력될 수 있다.
한편, 차량용 라이다 장치(400)는, 광스플리터(510), 웨이브 가이드부(520), 빔 스티어링부(530) 및 렌즈 시스템(540)를 더 포함할 수 있다.
광스플리터(510)는, 송신광을 분광할 수 있다.
웨이브 가이드부(520)는, 광생성부(417)와 빔 스티어링부(530) 사이에 배치될 수 있다. 웨이브 가이드부(520)는, 광생성부(417)에서 출력되는 송신광을 빔 스티어링부(530)로 가이드할 수 있다.
웨이브 가이드부(520)는, 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성된 코어를 포함할 수 있다.
웨이브 가이드부(520)는, 복수의 코어를 포함할 수 있다. 여기서, 코어는, 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성될 수 있다. 웨이브 가이드부(520)는, 광스플리터(510)를 통해, 분광된 광 각각을, 복수의 코어를 통해, 빔 스티어링부(530)로 가이드할 수 있다.
웨이브 가이드부(520)는, 반사광을 포토 디텍터(421)로 가이드할 수 있다.
빔 스티어링부(530)는, 광을 스티어링할 수 있다. 빔 스티어링부(530)는, 웨이브 가이드부(520)에서, 히터(482)또는 피에조(484)에 의해 광위상이 변경된 광을 출력함으로써, 광 스티어링을 수행할 수 있다.
렌즈 시스템(540)는, 빔 스티어링부(530)에서 스티어링된 광의 경로를 변경할 수 있다. 렌즈 시스템(540)는, 굴절률에 따라 차량용 라이다 장치(400)의 FOV(Field of View)를 형성할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 송신광 및 수신광을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 5를 참조하면, 광생성부(417)에서 생성된 레이저광은 광스플리터(510)로 유입될 수 있다.
광스플리터(510)는, 레이저광을 복수의 광으로 분광할 수 있다. 분광된 복수의 레이저광은, 웨이브 가이드부(520)에서 가이드되어, 빔 스티어링부(530)로 유입될 수 있다.
실시예에 따라, 광스플리터(510)는, 분광된 복수의 레이저광의 위상을 각각 변경할 수 있다. 위상이 변경된 레이저광은, 빔 스티어링부(530)에 제공될 수 있다.
웨이브 가이드부(520)는, 복수의 코어를 포함할 수 있다. 복수의 코어 각각은, 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성될 수 있다.
한편, 히터(도 3의 482)는, 웨이브 가이드부(520)에 열을 제공할 수 있다. 히터(482)로부터 제공되는 열에 의해, 웨이브 가이드부(520)에서 가이드되는 복수의 광 각각은 광위상이 변할 수 있다. 구체적으로, 히터(482)로부터 제공되는 열에 의해, 웨이브 가이드부(520)의 굴절률이 바뀌고, 바뀐 굴절률에 의해 웨이브 가이드부(520)를 통해 가이드되는 광의 광위상이 변할 수 있다.
프로세서(470)는, 히터(482)를 제어하여, 웨이브 가이드부(520)에서 가이드되는 복수의 광 각각의 광위상이 변경되도록 제어할 수 있다.
한편, 피에조(도 3의 484)는, 웨이브 가이드부(520)에 압력을 제공할 수 있다. 피에조(484)로부터 제공되는 열에 의해, 웨이브 가이드부(520)에서 가이드되는 복수의 광 각각은 광위상이 변할 수 있다. 구체적으로, 피에조(484)로부터 제공되는 압력에 의해, 웨이브 가이드부(520)의 굴절률이 바뀌고, 바뀐 굴절률에 의해 웨이브 가이드부(520)를 통해 가이드되는 광의 광위상이 변할 수 있다.
프로세서(470)는, 피에조(484)를 제어하여, 웨이브 가이드부(520)에서 가이드되는 복수의 광 각각의 광위상이 변경되도록 제어할 수 있다.
한편, 복수의 광 각각의 광위상은 서로 다르게 변할 수 있다. 광위상이 변경된 복수의 광은 빔 스티어링부(530)로 유입될 수 있다. 빔 스티어링부(530)는, 유입되는 복수의 광을 집광할 수 있다. 복수의 광 각각이 서로 다른 광위상을 가지므로, 집광된 광은 복수의 광 각각의 광위상을 기초로 스티어링될 수 있다.
빔 스티어링부(530)에서 스티어링된 광은 렌즈 시스템(540)로 출력될 수 있다.
렌즈 시스템(540)를 거쳐 출력된 광은 오브젝트(O)에 반사된다.
오브젝트(O)에 반사된 반사광은, 빔 스티어링부(530) 및 웨이브 가이드부(520)를 거쳐 포토 디텍터(421)로 유입될 수 있다.
한편, 프로세서(470)는, 히터(482) 또는 피에조(484)를 통해, 빔 스티어링부(530)에서 출력되는 광을 스티어링할 수 있다.
도 6a는, 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 가이드부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이브 가이드부의 효과를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 6a는, 웨이브 가이드부(520)에 형성된 하나의 코어(525)를 예시하지만, 전술한 바와 같이, 코어는 복수개로 형성될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 웨이브 가이드부(520)는, 기판(521), 기판(521)상에 형성된 제1 이산화규소층(522), 제1 이산화 규소층(522) 상에 형성된 제2 이산화규소층(523), 제2 이산화규소층(523) 내부에 형성되는 코어(525), 제2 이산화규소층(523) 상에 형성된 제3 이산화규소층(524)을 포함할 수 있다.
기판(521)은, 실리콘 기판일 수 있다.
제1 이산화 규소층(522)은, 열처리된 이산화 규소층(Thermal SiO2)일 수 있다.
제2 이산화 규소층(523)은, 저압화학기상증착된 이산화 규소층(LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) SiO2)일 수 있다.
코어(525)는, 제2 이산화 규소층(523) 내부에 형성될 수 있다. 코어(525)는, 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성될 수 있다.
제3 이산화 규소층(525)은, 플라즈마화학기상증착된 이산화 규소층(PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) SiO2)일 수 있다.
도 6b는 여러 재질로 코어를 형성할때, 벤딩 직경, 감쇄 정도, 적용가능한 빔 파장, 파이버 칩 커플링 실험 결과이다.
도 6b를 참조하면, 코어(도 6a의 525)가 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성되는 경우, 벤딩 직경(bending radius)이 0.05mm까지 가능하다. 벤딩 직경이 작을수록 웨이브 가이드부의 소형화, 집적화에 유리하다. 코어(525)가 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성될 때, 다른 재질의 코어에 비해 소형화, 집적화에 유리한 효과가 있다.
코어(525)가 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성되는 경우, 단위 길이(cm)당 손실률이 0.05dB로, 다른 재질의 코어에 비해 손실률이 작다. 코어(525)가 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성되는 경우, 손실률이 작기 때문에, 적은 출력의 광원으로 광생성부를 구성할 수 있다. 또한, 에너지 효율이 높은 장점도 있다.
코어(525)가 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성되는 경우, 가사광에서부터 적외선광 파장영역까지 송신광으로 이용할 수 있다. 라이다 장치의 경우, 보행자 및 타 차량의 운전자의 시야에 가시광이 유입되지 않아야 하기 때문에, 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성된 코어(525)를 이용함으로써, 파장이 긴 적외선 광을 이용할 수 있는 효과가 있다.
코어(525)가 질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성되는 경우, 칩과 파이버 어레이(Fiber array)간 결합특성이 우수하다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 10을 참조하면, 빔 스티어링부(530)는, 제1 빔 스티어링부(600) 및 제2 빔 스티어링부(700)를 포함할 수 있다.
제1 빔 스티어링부(600)는, 빔을 제1 방향으로 스티어링할 수 있다. 여기서, 제1 방향은, 수평 방향일 수 있다. 예를 들면, 제1 방향은, 차량(100)을 기준으로 하는 전폭 방향 또는 전장 방향일 수 있다.
제1 빔 스티어링부(600)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(AWG : arrayed waveguide grating)를 포함할 수 있다. 이경우, 제1 빔 스티어링부(600)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 통해, 빔의 제1 방향 스티어링을 수행할 수 있다.
제2 빔 스티어링부(700)는, 빔을 제2 방향으로 스티어링할 수 있다. 여기서, 제2 방향은, 수직 방향일 수 있다. 예를 들면, 제2 방향은, 차량(100)을 기준으로 하는 전고 방향일 수 있다.
제2 빔 스티어링부(600)는, 그레이팅 커플러(grating coupler)를 포함할 수 있다. 그레이팅 커플러는, 람다 그레이팅(λ-grating)으로 명명될 수 있다. 제2 빔 스티어링부(700)는, 그리이팅 커플러를 통해, 빔의 제2 방향 스티어링을 수행할 수 있다.
제2 빔 스티어링부(700)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 포함할 수 있다. 이경우, 제2 빔 스티어링부(700)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 통해, 빔의 제2 방향 스티어링을 수행할 수 있다.
도 11a 내지 도 11d은 본 발명의 실시예에 따른 제1 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 11a는, 본 발명의 실시예에 따른 제1 빔 스티어링부(600)의 개념도이다.
도 11a를 참조하면, 제1 빔 스티어링부(600)는, 광스플리터(510), 웨이브 가이드부(520) 및 자유 전파 영역(FPR : free propagation region)(1110)을 포함할 수 있다.
광스플리터(510)는, 유입되는 광을 분광할 수 있다. 광스플리터(510)는, 스타 커플러(star coupler)일 수 있다.
웨이브 가이드부(520)는, 광스플리터(510)에 의해 분광된 광을 가이드할 수 있다. 웨이브 가이드부(520)는, 분광된 광을 자유 전파 영역(1110)로 가이드할 수 있다.
히터(482)는, 수신되는 전기 신호에 기초하여, 웨이브 가이드부(520)에 분광된 광의 개별 위상을 변경하기 위한 열을 제공할 수 있다.
히터(482)에 의해 제공되는 열에 의해, 웨이브 가이드부(520)를 통해 가이드 되는 분광된 광의 개별 위상은 변경될 수 있다. 제공되는 열의 정도에 따라 분광된 광의 개별 위상의 정도가 변경될 수 있다. 분광된 광의 개별 위상의 변경에 따라, 자유 전파 영역(610)을 거쳐 출력되는 광의 경로가 변경될 수 있다. 출력되는 광의 경로의 변경에 따라 빔 스티어링이 수행될 수 있다.
자유 전파 영역(610)은, 분광된 광을 합광하여 외부로 출력할 수 있다. 자유 전파 영역(610)은, 스타 커플러일 수 있다.
한편, 지시부호 611은, 자유 전파 영역(610)에서 출력되는 광의 다양한 경로를 지시한다.
한편, 제1 빔 스티어링부(600)는, 옵티컬 스위치로 명명될 수 있다.
한편, 광스플리터(510), 웨이브 가이드부(520) 및 자유 전파 영역(FPR : free propagation region)(610)을 포함하는 구성은 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(AWG : arrayed waveguide graing)로 명명될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 차량용 라이다 장치(400)는 렌즈 시스템(540)를 더 포함할 수 있다.
빔 스티어링부(530)는, 옵티컬 스위치(1110)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 옵티컬 스위치(1110)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(AWG :arrayed waveguide grating)일 수 있다.
옵티컬 스위치(1110)는, 프로세서(470)에서 가해주는 전기적 신호에 따라, 진행하는 광의 경로를 선택하게 할 수 있는 광소자이다.
프로세서(470)는, 옵티컬 스위치(1110)를 제어하여, 광의 경로를 조정할 수 있다. 프로세서(470)는, 옵티컬 스위치(1110)에 전기적 신호를 제공할 수 있다. 이때, 제공되는 전기적 신호에 따라 옵티컬 스위치(1110)는, 렌즈 시스템(540) 앞의 소정의 지점(1110a 내지 1110g 중 어느 하나)에서 빛이 발광하게 할 수 있다. 빛의 발광 위치가 옵티컬 스위치(1110)에 가해지는 전기적 신호에 의해 변하게 되므로, 렌즈 시스템(540)를 거쳐 출력되는 빔의 진행 경로가 변경된다. 프로세서(470)는, 옵티컬 스위치(1110)에 가하는 전기적 신호를 변화시켜, 출력되는 빔을 스티어링 할 수 있다. 스티어링 변화값의 범위를 바꾸어 전체의 화각을 변화시킬 수 있다. 한편, 출력되는 빔은 송신광으로 명명될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 옵티컬 스위치(1110)에 의한 출사 각도는 수학식 1에 구해질 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Δx는 옵티컬 스위치(1110)에 따른 발광점의 위치 변화, f는 렌즈 시스템(540)의 초점거리, θ는 출사각도임
도 11c를 참조하면, 렌즈 시스템(540)의 초점 거리 f=5.0mm인 경우, 발광점의 위치 변화(Δx)에 따른 출사각(θ)의 변화는 그래프와 같다.
도 11e는 본 발명의 실시예에 따라 웨이브 가이드에 가해지는 열에 의해 변경되는 출사각을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 11e를 참조하면, 광스플리터(510)에의해 송신광은 Na개로 분광된다. 이경우, 웨이브 가이드부(520)는, Na개의 광경로를 포함할 수 있다.
출사각은 수학식 2에 의해 구해질 수 있다.
여기서, θ는 출사각, λ는 광의 파장(wavelength), Nr은 자유 전파 영역(FPR)의 굴절률, △Φ는 웨이브 가이드부(520)의 인접한 개별 광경로간의 위상 차이, d는 웨이브 가이드부(520)의 인접한 개별 광경로상의 거리
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 제2 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
제2 빔 스티어링부(700)는, 그레이팅 커플러(700a)를 포함할 수 있다. 제2 빔 스티어링부(700)는, 제1 빔 스티어링부(700)의 복수의 출력 광경로에 각각 대응되도록 배치되는 복수의 그레이팅 커플러를 포함할 수 있다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 그레이팅 커플러(700a)를 예시한다.
도 12a를 참조하면, 그레이팅 커플러(grating coupler)(700a)는, 트랜지션 영역(710) 및 그레이팅 영역(720)을 포함할 수 있다.
트랜지션 영역(710)은, 그레이팅 영역(720)에서 테이퍼될 수 있다. 트랜지션 영역(710)은, 그레이팅 영역(720)에서 멀어질수록 좁아지게 형성될 수 있다.
트랜지션 영역의(710)의 일단은, 제1 빔 스티어링부(600)와 연결될 수 있다. 트랜지션 영역(720)의 타단은, 그레이팅 영역(720)과 연결될 수 있다.
그레이팅 영역(720)은, 복수의 라인(740) 및 복수의 라인(740)을 구분하는 복수의 홈(730)을 포함할 수 있다.
라인(740)은, 송신광의 진행 방향으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 라인(740)은, 반사광의 진행 방향으로 오목한 형상을 가질 수 있다.
트랜지션 영역(710) 및 그레이팅 영역(720)은, 기판(701) 상에 배치될 수 있다.
트랜지션 영역(710) 및 그레이팅 영역(720)은, 기판(701)보다 높은 굴절률을 갖는 재료로 구성될 수 있다.
한편, 기판(710)은, 웨이브 가이드부(520)의 기판(521)과 일체형으로 형성될 수 있다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따라 그레이팅 커플러에 의한 빔의 출사각을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 12b를 참조하면, 그레이팅 커플러(700a)는, 송신광의 파장에 따라 빔의 출사각을 변경시킬 수 있다.
프로세서(470)는, 광생성부(417)에서 생성되는 광의 파장을 조정할 수 있다. 광생성부(417)에서 생성되는 광의 파장이 변경되는 경우, 그레이팅 커플러(700a)를 거쳐 외부로 출력되는 빔의 출사각은 변경될 수 있다.
예를 들면, 프로세서(470)의 제어에 따라, 광생성부(417)에서 제1 파장의 광이 출력되는 경우, 그레이팅 커플러(700a)는, 제1 출사각의 빔(751)을 출력할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(470)의 제어에 따라, 광생성부(417)에서 제2 파장의 광이 출력되는 경우, 그레이팅 커플러(700a)는, 제2 출사각의 빔(752)을 출력할 수 있다.
예를 들면, 프로세서(470)의 제어에 따라, 광생성부(417)에서 제3 파장의 광이 출력되는 경우, 그레이팅 커플러(700a)는, 제3 출사각의 빔(753)을 출력할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 그레이팅 커플러를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 그레이팅 커플러(700a)의 측면도이다.
도 13a를 참조하면, 그레이팅 커플러(700a)의 그레이팅 영역(720)은, 복수의 라인(740) 및 복수의 라인(740)을 구분하는 홈(730)을 포함할 수 있다.
그레이팅 커플러(700a)는, 복수의 피리오드(period)(P)를 포함할 수 있다. 피리오드(P)는, 하나의 라인(740) 및 하나의 홈(730)을 포함한다.
복수의 피리오드 각각은, 라인(740) 및 홈(730)의 비율인 듀티 사이클을 가질 수 있다. 구체적으로, 듀티 사이클은, 라인(740)의 길이를 피리오드(P)의 길이로 나눈값이다.
도 13a에 예시된 바와 같이, 복수의 피리오드의 듀티 사이클 각각이 일정한 경우, 트랜지션 영역(710)에 가까울수록 출력되는 빔의 광량이 크다. 즉, 트랜지션 영역(710)에서 멀어질수록 출력되는 빔의 광량은 줄어든다. 빛이 진행함에 따라, 지속적으로 출력 되기 때문이다. 이경우, 제2 방향으로 스티어링된 빔의 인텐시트(intensity)는 일정하지 않다. 일정하지 않은 빔이 출력되는 경우, 정확한 오브젝트 감지가 이루어질 수 없다.
본 발명의 실시예에 따른, 그레이팅 커플러(700a)는, 서로 다른 듀티 사이클을 가지는 복수의 피리오드를 포함할 수 있다.
도 13b에 예시된 바와 같이, 그레이팅 커플러(700a)는, 스티어링 된 빔이 일정한 인텐시티를 가지도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 트랜지션 영역(710)에 가까울수록 피리오드(P)의 듀티 사이클이 작을 수 있다. 또한, 트랜지션 영역(710)에서 멀어질수록 피리오드(P)의 듀티 사이클이 클 수 있다.
예를 들면, 복수의 피리오드는, 제1 피리오드(P1) 및 제2 피리오드(P2)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 피리오드(P2)는, 광출력부(410)를 기준으로 제1 피리오드(P1)보다 더 원거리에 배치될 수 있다. 또는, 제2 피리오드(P2)는, 트랜지션 영역(710)을 기준으로, 제1 피리오드(P1)보다 더 원거리에 배치될 수 있다. 이경우, 제1 피리오드(P1)의 듀티 사이클은, 제2 피리오드(P2)의 듀티 사이클보다 작을 수 있다.
이와 같은 듀티 사이클을 가지도록 피리오드를 형성함으로써, 그레이팅 커플러(700a)는, 스티어링 된 빔이 일정한 인텐시티를 가지게 할 수 있다.
도 13c에 예시된 바와 같이, 그레이팅 커플러(700a)는, 빔을 출력(1360)할 뿐만 아니라, 반사광(1365)을 수신할 수도 있다. 이경우, 그레이팅 커플러(700a)는, 송신부(410)의 하위 구성임과 동시에 수신부(420)의 하위 구성으로도 분류될 수 있다.
반사광(1365)은 그레이팅 커플러(700a) 및 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(600)를 거쳐, 포토 디텍터(417)에 전달될 수 있다. 이경우, 그레이팅 커플러(700a) 및 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(600)는, 송신부(410)의 하위 구성임과 동시에 수신부(420)의 하위 구성으로도 분류될 수 있다.
도 13d 내지 도 13f는 본 발명의 실시예에 따른 듀티 사이클과 빔의 인텐시티의 관계를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 13a 내지 도 13f는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 도출된 결과이다.
도 13d는, B가 상수일때, 그레이팅 커플러(700a)의 개별 그레이팅 위치(x)에 따른 광량 소멸 비율(decay rate, P(x))를 나타낸다. 광량 소멸 비율은, exponential 함수가 된다. 그레이팅 위치(x) 별 빔 인텐시티가 일정하기 위해서는 광량 소멸 비율(P(x))의 함수가 선형적으로 감소하는 함수가 되어야 한다.
도 13e는, B가 개별 그레이팅 위치(x)에 따라 변할 때, 그레이팅 커플러(700a)의 개별 그레이팅 위치(x)에 따른 광량 소멸 비율(decay rate, P(x))를 나타낸다. 이경우, 광량 소멸 비율(P(x))이 선형적으로 감소하는 함수가 되므로, 빔의 인텐시티가 일정하게 된다.
B는 수학식 2에 의해 정해진다.
수학식 2
Figure pat00003
도 13f는, 듀티 사이클에 따른 B의 값을 나타 낸다. B의 값에 맞는 듀티 사이클을 개별 그레이팅 위치에 따라 변화시키면, 광량 소멸 비율(P(x))가 선형적으로 감소하는 형태가 된다.
엣치 뎁스(etch depth)는, 라인과 홈과의 z축상 거리이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스티어링부를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 14를 참조하면, 제2 빔 스티어링(700)는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 포함할 수 있다.
제1 빔 스티어링부(600)가 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 포함하는 경우, 제2 빔 스티어링부(700)는, 제1 빔 스티어링부(600)의 어레이드 웨이브가이드 그레이팅의 복수의 출력 광경로에 각각 대응되도록 배치되는 복수의 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 포함할 수 있다.
도 15a 내지 도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 시스템을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 15a는, 렌즈 시스템(540)을 위에서 본 모습이고, 도 15b는 렌즈 시스템(540)을 측면에서 본 모습이다.
차량용 라이다 장치(400)는, 렌즈 시스템(540)을 포함할 수 있다. 렌즈 시스템(540)은, 제1 방향 및 제2 방향으로 스티어링된 빔의 경로를 변경할 수 있다.
렌즈 시스템(540)은, 빔의 제1 방향의 경로를 변경하고, 빔의 제2 방향의 경로는 유지할 수 있다. 예를 들면, 렌즈 시스템(540)은 실린더(cylinder) 형상의 렌즈를 포함할 수 있다. 실린더 형상의 렌즈에 의해, 빔의 수평 방향의 경로는 변경되고, 빔의 수직 방향의 경로는 유지될 수 있다.
도 15a 및 도 15b에 예시된 바와 같이, 렌즈 시스템(540)은, 제1 렌즈(540a) 및 제2 렌즈(540b)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈(540a)는, 제1 방향으로 오목한 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 수평 방향일 수 있다. 또는, 제1 방향은, 전폭 방향 또는 전장 방향일 수 있다. 예를 들면, 제1 렌즈(540a)는, 위에서 볼때 오목한 형태로 형성될 수 있다. 제1 렌즈(540a)는, 옆에서 볼때는 평평한 형상을 가질 수 있다.
제2 렌즈(540b)는, 제1 방향으로 볼력한 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 수평 방향일 수 있다. 또는, 제1 방향은, 전폭 방향 또는 전장 방향일 수 있다. 예를 들면, 제2 렌즈(540b)는, 위에서 볼때 볼록한 형태로 형성될 수 있다. 제2 렌즈(540b)는, 옆에서 볼때는 평평한 형상을 가질 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 프로세서 또는 제어부를 포함할 수도 있다. 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.
100 : 차량
400 : 라이다 장치

Claims (20)

  1. 빔을 출력하는 송신부; 및
    상기 빔이 오브젝트에 반사되어 형성되는 반사광을 획득하는 수신부;를 포함하고,
    상기 송신부는,
    상기 빔의 기초가 되는 송신광을 생성하는 광생성부;
    상기 빔을 제1 방향으로 스티어링하는 제1 빔 스티어링부; 및
    상기 빔을 제2 방향으로 스티어링하는 제2 빔 스티어링부;를 포함하는 차량용 라이다 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 빔 스티어링부는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅(AWG : arrayed waveguide graing)를 포함하는 차량용 라이다 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 송신부는,
    상기 송신광을 분광하는 광 스플리터(optical splitter);를 더 포함하는 차량용 라이다 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 송신부는,
    분광된 광을 상기 제1 빔 스티어링부로 가이드하는 웨이브 가이드부;를 더 포함하는 차량용 라이다 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 송신부는,
    수신되는 전기 신호에 기초하여, 상기 웨이브 가이드부에, 상기 분광된 광의 개별 위상을 변경하기 위한 열을 제공하는 히터;를 더 포함하는 차량용 라이다 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 송신부는,
    수신되는 전기 신호에 기초하여, 상기 웨이브 가이드부에, 상기 분광된 광의 개별 위상을 변경하기 위한 압력을 제공하는 피에조;를 더 포함하는 차량용 라이다 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 웨이브 가이드부는,
    질화규소(Si3N4) 및 이산화규소(SiO2)의 클래딩 구조로 형성된 코어를 포함하는 차량용 라이다 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 웨이브 가이드부는,
    실리콘 기판;
    상기 실리콘 기판 상에 형성되는 제1 이산화규소층;
    상기 제1 이산화규소층 상에 형성되는 제2 이산화규소층;
    상기 제2 이산화규소층 내부에 형성되는 코어; 및
    상기 제2 이산화규소층 상에 형성되는 제3 이산화규소층;을 포함하는 차량용 라이다 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 빔 스티어링부는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 포함하는 차량용 라이다 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 빔 스티어링부는, 그레이팅 커플러(grating coupler)를 포함하는 차량용 라이다 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 빔 스티어링부는, 어레이드 웨이브가이드 그레이팅을 포함하고,
    상기 제2 빔 스티어링부는, 상기 어레이드 웨이브가이드 그레이팅의 복수의 출력 광경로에 각각 대응되도록 배치되는 복수의 그레이팅 커플러를 포함하는 차량용 라이다 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 그레이팅 커플러는,
    상기 송신광의 파장에 대응하여 상기 빔의 출사각을 변경시키는 차량용 라이다 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 그레이팅 커플러는,
    라인 및 홈으로 형성되는 복수의 피리오드(period)를 포함하는 차량용 라이다 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 복수의 피리오드 각각은,
    상기 라인 및 홈의 비율인 듀티 사이클(duty cycle)을 가지는 차량용 라이다 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 복수의 피리오드는, 제1 피리오드 및 상기 광출력부를 기준으로 상기 제1 피리오드보다 더 원거리에 배치되는 제2 피리오드를 포함하고,
    제1 피리오드의 제1 듀티 사이클은, 제2 피리오드의 제2 듀티 사이클보다 작은 차량용 라이다 장치.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 그레이팅 커플러는,
    스티어링 된 빔이 일정한 인텐시티(intensity)를 가지도록 형성된 차량용 라이다 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 송신광은, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)로 구현되는 차량용 라이다 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    제1 방향 및 제2 방향으로 스티어링된 빔의 경로를 변경하는 렌즈 시스템;을 더 포함하는 차량용 라이다 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은,
    상기 빔의 제1 방향의 경로를 변경하고, 상기 빔의 제2 방향의 경로는 유지하는 차량용 라이다 장치.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은,
    제1 방향으로 오목한 형태로 형성된 제1 렌즈; 및
    제1 방향으로 볼록한 형태로 형성된 제2 렌즈;를 포함하는 차량용 라이다 장치.


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