KR20180032709A - 광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 하나의 인쇄회로기판 상에 광학계를 설치하여 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 인쇄회로기판, 인쇄회로기판 위에 설치되는 광학계 모듈, 및 광학계 모듈 내의 인쇄회로기판에 설치되어 수광되는 광을 전기신호로 변환하는 광검출부를 포함한다. 여기서 광학계 모듈은 수광되는 광을 아래에 위치하는 광검출부로 반사하는 반사 미러, 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원, 반사 미러와 광원의 전방에 배치되어 광원으로부터 입사되는 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 반사 미러로 전달하는 송수광 렌즈, 및 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈가 고정 설치되며, 고정 설치된 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈를 인쇄회로기판 위에 실장하는 프레임을 포함한다.

Description

광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다{Optical structure and scanning LiDAR having the same}

본 발명은 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송수광 렌즈를 공유하는 광학계 구조를 갖는 광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다에 관한 것이다.

스캐닝 라이다(scanning LiDAR)는 주변의 지형, 물체, 장애물 등과 같은 객체(타겟)를 측정하는 데 사용되고 있다. 이러한 스캐닝 라이다는 펄스 레이저를 이용하여 객체에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 객체에 대한 정보를 획득한다. 스캐닝 라이다를 통해서 획득하는 객체에 대한 정보는 객체의 존재 여부, 객체의 종류, 객체까지의 거리 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.

스캐닝 라이다는 자동차, 이동형 로봇, 선박, 보안시스템, 조립라인, 무인비행기, 드론(drone) 등과 같은 여러 분야에서 활용되고 있으며, 그 활용 분야도 다방면으로 확대되고 있다.

이와 같은 스캐닝 라이다는 고출력 레이저 다이오드로부터 출력되는 확산 빔을 콜리메이션 렌즈(송광렌즈)를 통해서 평행광으로 집광하여 송출하고, 객체에서 반사된 광을 대구경 집광렌즈(수광렌즈)를 통해서 광검출기로 검출하는 광학계 구조를 갖는다.

이로 인해 종래의 스캐닝 라이다는 최소 2개 이상의 렌즈가 필요하다. 따라서 종래의 스캐닝 라이다에 있어서 광학계의 미세한 정렬 작업은 필수적이다. 이러한 정렬 작업은 스캐닝 라이다에 포함된 렌즈의 수가 증가할수록 정렬대상이 늘어나기 때문에, 스캐닝 라이다의 가격을 높이는 요인이 되고 있다.

그리고 종래의 스캐닝 라이다는 고출력 레이저 다이오드 및 광검출기가 동일 평면이 아닌 공간 상에 배치되기 때문에, 고출력 레이저 다이오드와 광검출기가 설치되는 인쇄회로기판이 별도로 필요하다.

이로 인해 종래의 스캐닝 라이다는 복수의 렌즈와, 공간 상에 배치된 고출력 레이저 다이오드와 광검출기를 구비하기 때문에, 구조가 복잡하고 소형화하는 데 한계가 있다.

한국공개특허 제10-2016-0078043호(2016.07.04.)

따라서 본 발명의 목적은 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화할 수 있는 광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 송수광 렌즈를 공유하는 광학계 구조를 가지는 광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 인쇄회로기판 상에 광학계를 설치하여 구조를 단순화한 광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수광되는 광을 아래에 위치하는 광검출부로 반사하는 반사 미러; 상기 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원; 상기 반사 미러와 상기 광원의 전방에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 상기 반사 미러로 전달하는 송수광 렌즈; 및 상기 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈가 고정 설치되며, 고정 설치된 상기 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈를 인쇄회로기판 위에 실장하는 프레임;을 포함하는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈을 제공한다.

상기 프레임은, 상기 인쇄회로기판 위에 고정되며, 펄스 레이저를 상기 송수광 렌즈로 조사할 수 있는 위치에 상기 광원이 설치되며, 상기 광원을 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결하는 광프레임; 상기 광프레임과 연결되어 상기 광프레임의 상부에 배치되며, 하부에 상기 반사 미러가 설치되는 미러프레임; 및 상기 미러프레임과 연결되어 상기 인쇄회로기판 위에 고정되며, 상기 송수광 렌즈가 상기 광원과 상기 반사 미러를 바라보게 설치되는 렌즈프레임;을 포함할 수 있다.

상기 송수광 렌즈는 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하여 상기 스캔 영역으로 송광할 수 있다.

상기 송수광 렌즈에 대해서 상기 반사 미러는 상기 광프레임과 상기 렌즈프레임 사이에 설치되는 상기 광검출부로 상기 반사된 광을 전달할 수 있는 각도로 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 스캐닝 라이다용 광학계 모듈은, 상기 광원에서 출력되는 펄스 레이저가 난반사 또는 산란으로 인해서 발생되는 광이 상기 광검출부로 진입하는 것을 차단하는 산란 방지부;를 더 포함할 수 있다.

상기 산란 방지부는 펄스 레이저가 출력되는 상기 광원 아래의 상기 광프레임에 설치되며, 상기 송수광 렌즈를 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.

본 발명은 또한, 수광되는 광을 아래로 반사하는 반사 미러; 상기 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원; 상기 반사 미러의 전방에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 상기 반사 미러에 전달하는 송수광 렌즈; 상기 반사 미러의 하부에 배치되어 상기 반사 미러에서 반사된 광을 전기신호로 변환하는 광검출부; 및 상기 반사 미러, 광원, 송수광 렌즈 및 광검출부가 고정 설치되며, 고정 설치된 상기 반사 미러, 광원, 송수광 렌즈 및 광검출부를 인쇄회로기판 위에 실장하는 프레임;를 포함하는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈을 제공한다.

본 발명은 또한, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 위에 설치되는 상기 광학계 모듈; 및 상기 광학계 모듈 내의 상기 인쇄회로기판에 설치되어 수광되는 광을 전기신호로 변환하는 광검출부;를 포함하는 스캐닝 라이다를 제공한다.

본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 상기 송수광 렌즈와 이격되게 설치되며, 회전하면서 상기 송수광 렌즈를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 회전하면서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 송수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러부;를 더 포함할 수 있다.

상기 회전 반사 미러부는 상기 송수광 렌즈와 이격된 상기 인쇄회로기판 상에 회전 가능하게 설치될 수 있다.

상기 회전 반사 미러부는, 상기 인쇄회로기판에 설치되는 회전모터; 및 상기 회전모터에 연결되어 상기 송수광 렌즈를 바라보게 설치되며, 상기 회전모터의 회전에 따라 회전하면서 상기 송수광 렌즈를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 송수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러;를 포함할 수 있다.

상기 회전 반사 미러는 상기 인쇄회로기판의 면에 수직하게 설치될 수 있다. 또는 상기 회전 반사 미러는 상기 인쇄회로기판의 면에 일정 각도(θ)로 틸트되게 설치될 수 있다. 상기 일정 각도(θ)는 5도 이하일 수 있다.

상기 회전 반사 미러부는, 상기 회전 반사 미러의 회전량을 검출하는 회전량 검출 센서부;를 더 포함할 수 있다.

상기 회전량 검출 센서부는, 상기 회전 반사 미러의 하부에 형성된 검출 팁; 및 상기 검출 팁의 회전 반경 상의 상기 인쇄회로기판에 설치되며, 회전하는 상기 회전 반사 미러의 검출 팁의 통과 여부를 감지하여 상기 회전 반사 미러의 회전량을 검출하는 검출 센서;를 포함할 수 있다.

그리고 본 발명은 플랫폼 스크린 도어에 설치되어 스캐닝하는 스캐닝 라이다로서, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 수광되는 광을 상기 인쇄회로기판 위로 반사하는 반사 미러; 상기 인쇄회로기판에 설치되며, 상기 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원; 상기 인쇄회로기판에 설치되며, 상기 펄스 레이저가 상기 플랫폼 스크린 도어의 스캔 영역으로 진행하도록 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔을 생성하여 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 상기 반사 미러에 전달하는 송수광 렌즈; 상기 인쇄회로기판에 회전 가능하게 설치되며, 상기 송수광 렌즈를 통과한 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔을 회전하면서 상기 스캔 영역으로 반사하고, 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 송수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러; 및 상기 반사 미러 하부의 인쇄회로기판에 배치되고, 상기 반사 미러에서 반사된 광을 전기신호로 변환하는 광검출부;를 포함하는 스캐닝 라이다를 제공한다.

본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 송수광 렌즈로 송수광을 수행하기 때문에, 송광렌즈와 수광렌즈를 별도로 구비하는 종래의 스캐닝 라이다와 비교하여 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 하나의 인쇄회로기판 상에 광학계가 설치된 구조를 갖기 때문에, 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화할 수 있다.

이로 인해 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 조립공정을 간소화할 수 있는 이점도 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 모듈을 갖는 스캐닝 라이다를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 광학계 모듈을 보여주는 도면이다.
도 3은 인쇄회로기판에 설치된 회전 반사 미러부를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 회전 반사 미러의 회전에 따라 펄스 레이저가 송광되어 스캔되는 영역을 보여주는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다가 플랫폼 스크린 도어에 설치된 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 모듈을 갖는 스캐닝 라이다를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐닝 라이다용 광학계 모듈을 보여주는 도면이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계 모듈을 갖는 스캐닝 라이다를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 하나의 인쇄회로기판(10) 상에 광학계가 설치된 구조를 갖는다. 즉 스캐닝 라이다(200)는 인쇄회로기판(10), 인쇄회로기판(10) 위에 설치되는 광학계 모듈(20), 및 광학계 모듈(20) 내의 인쇄회로기판(10)에 설치되어 수광되는 광을 전기신호로 변환하는 광검출부(70)를 포함한다. 여기서 광학계 모듈(20)은 수광되는 광을 아래에 위치하는 광검출부(70)로 반사하는 반사 미러(40), 반사 미러(40)의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원(50), 반사 미러(40)와 광원(50)의 전방에 배치되어 광원(50)으로부터 입사되는 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 반사 미러(40)로 전달하는 송수광 렌즈(60), 및 반사 미러(40), 광원(50) 및 송수광 렌즈(60)가 고정 설치되며, 고정 설치된 반사 미러(40), 광원(50) 및 송수광 렌즈(60)를 인쇄회로기판(10) 위에 실장하는 프레임(30)을 포함한다.

제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 회전 반사 미러부(90)를 더 포함할 수 있다. 회전 반사 미러부(90)는 송수광 렌즈(60)와 이격되게 설치되며, 회전하면서 송수광 렌즈(60)를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 회전하면서 스캔 영역에서 반사된 광을 송수광 렌즈(60)로 반사한다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 하나의 인쇄회로기판(10) 상에 광학계를 설치하여 구조를 단순화하고 부품의 수를 줄여 소형화를 구현할 수 있다.

도 1에 도시하진 않았지만, 스캐닝 라이다(200)를 구성하는 요소, 예컨대 인쇄회로기판(10), 광학계 모듈(20), 광검출부(70), 회전 반사 미러부(90) 및 회전량 검출 센서부(95)는 모두 하우징(도 6의 130)에 내장되어 외부환경으로부터 보호될 수 있다.

제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

광학계 모듈(20)에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 광학계 모듈(20)을 보여주는 도면이다.

전술된 바와 같이, 광학계 모듈(20)은 반사 미러(40), 광원(50), 송수광 렌즈(60), 및 프레임(30)을 포함하며, 산란 방지부(80)를 더 포함할 수 있다.

반사 미러(40)는 반사면을 구비하여 입사되는 광을 반사시키는 구성으로, 광원(50)에서 출력된 펄스 레이저가 하단 끝부분 아래로 이격되어 형성되는 송광 경로를 따라 송수광 렌즈(60)에 전달되도록, 펄스 레이저의 출사 영역의 상부에 위치할 수 있도록 프레임(30)에 설치된다. 그리고 반사 미러(40)는 스캔 영역에 존재하는 측정 타겟에서 반사되어 송수광 렌즈(60)를 통과한 반사광을 반사면으로 반사시켜 광검출부(70)에 전달한다.

반사 미러(40)는 인쇄회로기판(10)의 상부면, 즉 수평면과 제1 각도를 이도록 배치될 수 있다. 예컨대 제1 각도는 45도가 될 수 있으며, 이러한 제1 각도로 인해서 스캔 영역에 존재하는 측정 타겟에서 반사된 광이 송수광 렌즈(60)를 통과하여 반사 미러(40)에 전달될 때, 그 전달되는 반사광의 형상이 타원 형상을 가질 수 있다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 송수광 렌즈(60) 광학계 구조를 가지는 스캐닝 라이다(200)에 있어서, 광검출부(70)에 도달하기 직전 단계인 반사 미러(40)에 도달하는 반사광이 타원 형상으로 반사 미러(40)의 반사면에 도달하기 때문에, 반사 미러(40)의 크기가 송수광 렌즈(60)의 크기보다 작더라도 도달하는 반사광의 손실을 최소화할 수 있다.

광원(50)은 프레임(30)에 설치되어 반사 미러(40)의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 송수광 렌즈(60)로 출력한다. 광원(50)은 반사 미러(40)의 반사면의 후방에 위치하되, 반사 미러(40)의 아래에 위치할 수 있도록 프레임(30)에 설치된다. 즉 광원(50)은 반사 미러(40)의 하단 끝부분 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력한다.

광원(50)으로는 하나 이상의 채널에 해당하는 하나 이상의 펄스 레이저를 출력하는 단채널 또는 다채널 광원이 사용될 수 있다. 광원(50)과 송수광 렌즈(60) 간의 거리를 조정함으로써, 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환을 제어할 수 있다. 이로 인해 광검출부(70)가 단채널 또는 다채널의 반사된 광을 수광할 수 있도록 구현할 수 있다.

예컨대 광원(50)과 송수광 렌즈(60) 간의 초점거리를 조정하여 입사되는 펄스 레이저를 다이버전스 빔으로 변환할 수 있다. 이 경우 광검출부(70)는 복수의 광검출기를 구비하고, 해당 복수의 광검출기를 통하여 서로 상이한 입사각을 가지는 복수의 반사된 광을 수광할 수 있게 된다.

송수광 렌즈(60)는 반사 미러(40)의 반사면과 회전 반사 미러(93) 사이에 위치할 수 있도록 프레임(30)에 설치된다. 송수광 렌즈(60)는 측정 타겟으로 진행하는 펄스 레이저가 측정 타겟을 지향하도록, 펄스 레이저를 집광하여 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환할 수 있다. 송수광 렌즈(60)는 광원(50)으로부터 입사되는 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하여 측정 타겟이 존재할 수 있는 스캔 영역으로 송광한다. 송수광 렌즈(60)는 측정 타겟에서 반사된 광을 수광하여 반사 미러(40)에 전달한다. 즉 종래의 스캐닝 라이다(200)에서 별개로 렌즈인 콜리메이션 렌즈 및 집광 렌즈를 통하여 개별적으로 수행되는 기능이 송수광 렌즈(60)인 하나의 렌즈를 통하여 수행될 수 있다.

이로 인해 제1 실시예에 따르면, 광학계와 정렬점이 종래의 스캐닝 라이다(200)와 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.

그리고 프레임(30)은 반사 미러(40), 광원(50) 및 송수광 렌즈(60)가 설치되는 뼈대로서, 반사 미러(40), 광원(50) 및 송수광 렌즈(60)를 하나의 모듈로 인쇄회로기판(10)에 설치될 수 있도록 한다. 이와 같이 프레임(30)은 반사 미러(40), 광원(50) 및 송수광 렌즈(60)가 하나의 모듈로 제공하여 인쇄회로기판(10)으로의 조립 공정을 간소화할 수 있도록 한다.

이러한 프레임(30)은 광프레임(31), 미러프레임(33) 및 렌즈프레임(35)을 포함한다. 프레임(30)의 소재로는 경질의 플라스틱 소재가 사용될 수 있다.

광프레임(31)은 인쇄회로기판(10) 위에 고정되며, 펄스 레이저를 송수광 렌즈(60)로 조사할 수 있는 위치에 광원(50)이 설치되며, 광원(50)을 인쇄회로기판(10)에 전기적으로 연결한다. 미러프레임(33)은 광프레임(31)과 연결되어 광프레임(31)의 상부에 배치되며, 하부에 반사 미러(40)가 설치된다. 그리고 렌즈프레임(35)은 미러프레임(33)과 연결되어 인쇄회로기판(10) 위에 고정되며, 송수광 렌즈(60)가 광원(50)과 반사 미러(40)를 바라보게 설치된다.

이때 광프레임(31)은 하부에 광원(50)이 인쇄회로기판(10)에 접속될 수 있도록 광원(50)과 연결된 커넥터가 형성되어 있다. 렌즈프레임(35)은 하부에 인쇄회로기판(10) 위에 삽입 또는 면실장할 수 있는 연결부재가 형성되어 있다. 그리고 미러프레임(33)과 렌즈프레임(35)은 일정 각도 범위에서 회전이 가능하도록 연결된다.

송수광 렌즈(60)에 대해서 반사 미러(40)는 광프레임(31)과 렌즈프레임(35) 사이에 설치되는 광검출부(70)로 반사된 광을 전달할 수 있는 각도로 미러프레임(33)의 하부에 설치된다.

송수광 렌즈(60)는 렌즈의 중심축 영역을 통하여 펄스 레이저가 측정 타겟으로 진행하도록 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환할 수 있다. 다시 말해서 광원(50)에서 출력되는 펄스 레이저의 송광 경로가 송수광 렌즈(60)의 중심축을 포함할 수 있다.

측정 타겟에서 반사되어 돌아오는 광은 송수광 렌즈(60)의 중심축의 상부 영역을 통하여 반사 미러(40)에 전달된다. 즉 반사된 광은 수광 경로가 송수광 렌즈(60)의 중심축 상부에 위치하는 영역을 포함할 수 있다.

이로 인해, 송수광 렌즈(60)는 측면에서 보았을 때, 온전한 타원의 형상이 될 수 있지만, 송수광 렌즈(60)의 중심축과 중심축의 상부 영역만을 포함하는 형상이 될 수 있다. 후자의 경우, 송수광 렌즈(60)의 형상은, 측면에서 바라보았을 때, 타원에서 하부 영역이 제거된 형태가 될 수 있다.

한편 제1 실시예에서는 송수광 렌즈(60)로 송수광 단일렌즈를 사용하는 예를 개시하였지만, 송수광 공유렌즈를 사용할 수 있다. 송수광 렌즈(60)로 송수광 공유렌즈를 사용하는 경우, 광원(50)에서 출력되는 펄스 레이저가 송수광 렌즈(60)로 수광되기 전에 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하는 변환 렌즈가 필요하다. 변환 렌즈는 광원(50)과 송수광 렌즈(60) 사이에 위치하도록 설치된다. 예컨대 변환 렌즈는 광원(50)에 근접하게 광프레임(31)에 설치될 수 있다.

산란 방지부(80)는 광원(50)과 광검출부(70) 사이에 설치되며, 광원(50)에서 출력되는 펄스 레이저가 난반사 또는 산란으로 인해서 발생되는 광이 광검출부(70)로 진입하는 것을 차단한다. 즉 산란 방지부(80)는 광원(50)에서 출력되는 펄스 레이저가 난반사 또는 산란으로 인해서 송수광 렌즈(60)에 입사되지 않고, 측정 타겟에서 반사된 광이 광검출부(70)로 진행되는 수광 경로에 진입하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 산란 방지부(80)는 펄스 레이저가 출력되는 광원(50) 아래의 광프레임(31)에 설치되며, 송수광 렌즈(60)를 향하여 돌출되게 형성될 수 있다.

광검출부(70)는 광학계 모듈(20) 내의 인쇄회로기판(10)에 설치되어 수광되는 광을 전기신호로 변환한다. 이러한 광검출부(70)는 반사 미러(40)의 반사면을 향하도록 배치될 수 있으며, 측정 타겟에서 반사되어 돌아오는 광이 송수광 렌즈(60)를 통과한 후, 반사 미러(40)의 반사면에 도달하여 해당 반사면에서 반사된 광을 수광하여 전기신호로 변환한다. 광검출부(70)는 변환한 전기신호를 외부 기기로 출력할 수 있다.

다음으로 회전 반사 미러부(90)에 대해서, 도 1 및 도 3을 참조하여 설명하여 다음과 같다. 여기서 도 3은 인쇄회로기판(10)에 설치된 회전 반사 미러부(90)를 보여주는 도면이다.

회전 반사 미러부(90)는 송수광 렌즈(60)와 이격되게 설치되며, 회전하면서 송수광 렌즈(60)를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 회전하면서 스캔 영역에서 반사된 광을 송수광 렌즈(60)로 반사한다. 회전 반사 미러부(90)는 송수광 렌즈(60)와 이격된 인쇄회로기판(10) 상에 회전 가능하게 설치된다.

이러한 회전 반사 미러부(90)는 회전모터(91)와 회전 반사 미러(93)를 포함하며, 회전량 검출 센서부(95)를 더 포함할 수 있다.

회전모터(91)는 인쇄회로기판(10)에 설치되어 회전 반사 미러(93)를 회전시킨다. 이때 회전모터(91)는 인쇄회로기판(10)의 하부에 설치되고, 회전 반사 미러(93)는 인쇄회로기판(10)의 상부에 설치될 수 있다.

회전 반사 미러(93)는 회전모터(91)에 연결되어 송수광 렌즈(60)를 바라보게 설치된다. 회전 반사 미러(93)는 회전모터(91)의 회전에 따라 회전하면서 송수광 렌즈(60)를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 스캔 영역에서 반사된 광을 송수광 렌즈(60)로 반사한다.

회전 반사 미러(93)는 2개의 반사면을 구비하는 평면미러일 수 있다. 회전 반사 미러(93)는 송수광 렌즈(60) 및 측정 타겟 사이에 배치되어 회전모터(91)의 구동에 의해 360도 회전할 수 있다.

회전 반사 미러(93)는 360도 회전을 통해서 송수광 렌즈(60)에서 출력되는 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔을 반사시켜 측정 타겟이 존재할 수 있는 스캔 영역으로 송광하고, 해당 측정 타겟에서 반사된 광을 반사시켜 다시 송수광 렌즈(60)에 전달할 수 있다.

회전 반사 미러(93)는 인쇄회로기판(10)의 면, 즉 수평면에 대해서 일정 각도(θ)로 틸트되게 설치될 수 있다. 회전 반사 미러(93)를 일정 각도(θ)로 틸트되게 설치하는 이유는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 스캐닝 라이다(200)를 중심으로 두 개의 스캔 영역을 형성하기 위해서이다. 일정 각도(θ)의 크기에 따라 두 개의 스캔 영역 간의 거리(도 6의 d)가 결정될 수 있다. 여기서 도 4 및 도 5는 도 1의 회전 반사 미러(93)의 회전에 따라 펄스 레이저가 송광되어 스캔되는 영역을 보여주는 도면들이다.

즉 회전 반사 미러(93)의 회전에 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전 반사 미러(93)는 -θ 각도를 형성하는 제1 반사면이 송수광 렌즈(60)를 바라보게 된다.

또한 회전 반사 미러(93)의 회전에 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전 반사 미러(93)는 +θ 각도를 형성하는 제2 반사면이 송수광 렌즈(60)를 바라보게 된다.

이로 인해 송수광 렌즈(60)가 수평면에 수직하게 설치된 경우의 기준 스캔 영역을 기준으로, 회전 반사 미러(93)가 틸트된 -θ 각도 및 +θ 각도에 따라 기준 스캔 영역에 대해서 양쪽으로 이격되어 스캔 영역을 형성한다.

일정 각도(θ)는 스캐닝 라이다(200)의 설치 위치 및 목적에 따라서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예컨대 일정 각도(θ)는 5도 이하로 설정될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

그리고 회전량 검출 센서부(95)는 회전 반사 미러(93)의 회전량을 검출한다. 이러한 회전량 검출 센서부(95)는 회전 반사 미러(93)의 하부에 형성된 검출 팁(97)과, 검출 팁(97)의 회전 반경 상의 인쇄회로기판(10)에 설치되며, 회전하는 회전 반사 미러(93)의 검출 팁(97)의 통과 여부를 감지하여 회전 반사 미러(93)의 회전량을 검출하는 검출 센서(99)를 포함한다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 도 6에 도시된 바와 같이 플랫폼 스크린 도어(300)에 설치될 수 있다. 여기서 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)가 플랫폼 스크린 도어(300)에 설치된 예를 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 플랫폼 스크린 도어(300)의 상부에 설치되어 플랫폼 스크린 도어(300)의 하부에 스캔 영역을 형성할 수 있다. 예컨대 플랫폼 스크린 도어(300)는 출입구를 형성하는 도어틀과, 도어틀의 출입구를 개폐하는 스크린 도어로 구성될 수 있으며, 스캐닝 라이다는 도어틀에 설치될 수 있다.

스캐닝 라이다(200)는 스캐닝 라이다(200)를 중심으로 양쪽으로 스캔 영역을 형성한다. 이로 인해 스캐닝 라이다(200)는 플랫폼 스크린 도어(300)를 중심으로 양쪽에 플랫폼 스크린 도어(300)를 출입하는 물체 또는 사람과 같은 측정 타겟이 존재하는 지를 스캐닝할 수 있다.

한편 제1 실시예에서는 스캐닝 라이다(200)가 플랫폼 스크린 도어(300)의 상부에 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 스캐닝 라이다(200)는 플랫폼 스크린 도어(300)의 상하좌우 중에 적어도 하나에 설치될 수 있다.

제1 실시예에서는 스캐닝 라이다(200)가 플랫폼 스크린 도어(300)에 사용되는 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

[제2 실시예]

한편 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 회전 반사 미러(93)가 일정 각도로 틸트되게 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 7에 도시된 바와 같이, 회전 반사 미러(93)가 수평면에 수직하게 설치될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계 모듈(20)을 갖는 스캐닝 라이다(400)를 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 제2 실시예에 따른 스캐닝 라이다(400)는 회전 반사 미러(93)가 인쇄회로기판(10)의 상부면, 즉 수평면에 수직하게 설치된 것을 제외하면 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)와 동일한 구조를 갖기 때문에, 반복되는 설명은 생략한다.

이와 같이 제2 실시예와 같이 회전 반사 미러(93)가 수평면에 수직하게 설치되는 경우, 하나의 스캔 영역을 형성할 수 있다.

[제3 실시예]

한편 제1 및 제2 실시예에 따른 스캐닝 라이다(200)는 광학계 모듈(20)과는 별도로 광검출부(70)가 인쇄회로기판(10)에 설치된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이, 광학계 모듈(120)은 광검출부(70)를 더 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐닝 라이다용 광학계 모듈(120)을 보여주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 제3 실시예에 따른 광학계 모듈(120)은 반사 미러(40), 광원(50), 송수광 렌즈(60), 광검출부(70) 및 프레임(30)을 포함하며, 산란 방지부(80)를 더 포함할 수 있다.

제3 실시예에 따른 광학계 모듈(20)에 있어서, 프레임(30)에 반사 미러(40), 광원(50), 송수광 렌즈(60) 및 산란 방지부(80)가 설치된 구성은 제1 실시예와 동일하기 때문에 반복되는 설명은 생략하고, 광검출부(70)가 프레임(30)에 설치된 구성을 중심으로 설명하도록 하겠다.

프레임(30)은 광프레임(31), 미러프레임(33) 및 렌즈프레임(35)을 포함하며, 광검출부(70)가 설치되는 광검출프레임(37)을 더 포함한다.

광검출프레임(37)은 양쪽이 광프레임(31)과 렌즈프레임(35)에 연결 가능하게 설치된다. 예컨대 광검출프레임(37)은 한 쪽이 광프레임(31)에 연결되고, 다른 쪽이 렌즈프레임(35)에 탈착식으로 연결 가능한 구조를 가질 수 있다. 광검출프레임(37)은 미러프레임(33)을 바라보는 상부면에 광검출부(70)가 설치된 구조를 갖는다.

이때 광검출프레임(37)은 하부에 광검출부(70)가 인쇄회로기판(10)에 접속될 수 있도록 광검출부(70)와 연결된 커넥터가 형성될 수 있다.

이와 같이 제3 실시예에 따른 광학계 모듈(20)은 반사 미러(40), 광원(50), 송수광 렌즈(60) 및 광검출부(70)를 구비하기 때문에, 인쇄회로기판(10)으로의 조립 공정을 더욱 간소화할 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 인쇄회로기판
20, 120 : 광학계 모듈
30 : 프레임
31 : 광프레임
33 : 미러프레임
35 : 렌즈프레임
37 : 광검출프레임
40 : 반사 미러
50 : 광원
60 : 송수광 렌즈
70 : 광검출부
80 : 산란 방지부
90 : 회전 반사 미러부
91 : 회전모터
93 : 회전 반사 미러
95 : 회전량 검출 센서부
97 : 검출 팁
99 : 검출 센서
130 : 하우징
200, 400 : 스캐닝 라이다
300 : 플랫폼 스크린 도어

Claims (18)

1. 수광되는 광을 아래에 위치하는 광검출부로 반사하는 반사 미러;
   상기 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원;
   상기 반사 미러와 상기 광원의 전방에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 상기 반사 미러로 전달하는 송수광 렌즈; 및
   상기 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈가 고정 설치되며, 고정 설치된 상기 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈를 인쇄회로기판 위에 실장하는 프레임;
   을 포함하는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 프레임은,
   상기 인쇄회로기판 위에 고정되며, 펄스 레이저를 상기 송수광 렌즈로 조사할 수 있는 위치에 상기 광원이 설치되며, 상기 광원을 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결하는 광프레임;
   상기 광프레임과 연결되어 상기 광프레임의 상부에 배치되며, 하부에 상기 반사 미러가 설치되는 미러프레임; 및
   상기 미러프레임과 연결되어 상기 인쇄회로기판 위에 고정되며, 상기 송수광 렌즈가 상기 광원과 상기 반사 미러를 바라보게 설치되는 렌즈프레임;
   을 포함하는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 송수광 렌즈는 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하여 상기 스캔 영역으로 송광하는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 송수광 렌즈에 대해서 상기 반사 미러는 상기 광프레임과 상기 렌즈프레임 사이에 설치되는 상기 광검출부로 상기 반사된 광을 전달할 수 있는 각도로 설치되는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈.
5. 제2항에 있어서,
   상기 광원에서 출력되는 펄스 레이저가 난반사 또는 산란으로 인해서 발생되는 광이 상기 광검출부로 진입하는 것을 차단하는 산란 방지부;
   를 더 포함하는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 산란 방지부는 펄스 레이저가 출력되는 상기 광원 아래의 상기 광프레임에 설치되며, 상기 송수광 렌즈를 향하여 돌출되게 형성된 것을 스캐닝 라이다용 광학계 모듈.
7. 수광되는 광을 아래로 반사하는 반사 미러;
   상기 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원;
   상기 반사 미러의 전방에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 상기 반사 미러에 전달하는 송수광 렌즈;
   상기 반사 미러의 하부에 배치되어 상기 반사 미러에서 반사된 광을 전기신호로 변환하는 광검출부; 및
   상기 반사 미러, 광원, 송수광 렌즈 및 광검출부가 고정 설치되며, 고정 설치된 상기 반사 미러, 광원, 송수광 렌즈 및 광검출부를 인쇄회로기판 위에 실장하는 프레임;
   를 포함하는 스캐닝 라이다용 광학계 모듈.
8. 인쇄회로기판;
   상기 인쇄회로기판 위에 설치되는 광학계 모듈; 및
   상기 광학계 모듈 내의 상기 인쇄회로기판에 설치되어 수광되는 광을 전기신호로 변환하는 광검출부;를 포함하고,
   상기 광학계 모듈은,
   수광되는 광을 아래에 위치하는 상기 광검출부로 반사하는 반사 미러;
   상기 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원;
   상기 반사 미러와 상기 광원의 전방에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 상기 반사 미러로 전달하는 송수광 렌즈; 및
   상기 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈가 고정 설치되며, 고정 설치된 상기 반사 미러, 광원 및 송수광 렌즈를 상기 인쇄회로기판 위에 실장하는 프레임;
   을 포함하는 스캐닝 라이다.
9. 제8항에 있어서,
   상기 송수광 렌즈는 상기 광원으로부터 입사되는 상기 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하여 상기 스캔 영역으로 송광하는 스캐닝 라이다.
10. 제9항에 있어서,
    상기 송수광 렌즈와 이격되게 설치되며, 회전하면서 상기 송수광 렌즈를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 회전하면서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 송수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러부;
    를 더 포함하는 스캐닝 라이다.
11. 제10항에 있어서,
    상기 회전 반사 미러부는 상기 송수광 렌즈와 이격된 상기 인쇄회로기판 상에 회전 가능하게 설치되는 스캐닝 라이다.
12. 제11항에 있어서, 상기 회전 반사 미러부는,
    상기 인쇄회로기판에 설치되는 회전모터; 및
    상기 회전모터에 연결되어 상기 송수광 렌즈를 바라보게 설치되며, 상기 회전모터의 회전에 따라 회전하면서 상기 송수광 렌즈를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 송수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러;
    를 포함하는 스캐닝 라이다.
13. 제12항에 있어서,
    상기 회전 반사 미러는 상기 인쇄회로기판의 면에 수직하게 설치되는 스캐닝 라이다.
14. 제12항에 있어서,
    상기 회전 반사 미러는 상기 인쇄회로기판의 면에 일정 각도(θ)로 틸트되게 설치되는 스캐닝 라이다.
15. 제14항에 있어서,
    상기 일정 각도(θ)는 5도 이하인 스캐닝 라이다.
16. 제12항에 있어서, 상기 회전 반사 미러부는,
    상기 회전 반사 미러의 회전량을 검출하는 회전량 검출 센서부;
    를 더 포함하는 스캐닝 라이다.
17. 제16항에 있어서, 상기 회전량 검출 센서부는,
    상기 회전 반사 미러의 하부에 형성된 검출 팁; 및
    상기 검출 팁의 회전 반경 상의 상기 인쇄회로기판에 설치되며, 회전하는 상기 회전 반사 미러의 검출 팁의 통과 여부를 감지하여 상기 회전 반사 미러의 회전량을 검출하는 검출 센서;
    를 포함하는 스캐닝 라이다.
18. 플랫폼 스크린 도어에 설치되어 스캐닝하는 스캐닝 라이다로서,
    인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판 위에 설치되며, 수광되는 광을 상기 인쇄회로기판 위로 반사하는 반사 미러;
    상기 인쇄회로기판에 설치되며, 상기 반사 미러의 아래에서 전방으로 펄스 레이저를 출력하는 광원;
    상기 인쇄회로기판에 설치되며, 상기 펄스 레이저가 상기 플랫폼 스크린 도어의 스캔 영역으로 진행하도록 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔을 생성하여 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 수광하여 상기 반사 미러에 전달하는 송수광 렌즈;
    상기 인쇄회로기판에 회전 가능하게 설치되며, 상기 송수광 렌즈를 통과한 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔을 회전하면서 상기 스캔 영역으로 반사하고, 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 송수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러; 및
    상기 반사 미러 하부의 인쇄회로기판에 배치되고, 상기 반사 미러에서 반사된 광을 전기신호로 변환하는 광검출부;
    를 포함하는 스캐닝 라이다.

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