KR20180080384A - 송수광 일체형 광학계 모듈 및 이를 구비하는 스캐닝 라이다 - Google Patents

송수광 일체형 광학계 모듈 및 이를 구비하는 스캐닝 라이다 Download PDF

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Abstract

본 발명은 송광 광학계와, 수광 광학계를 일체화시켜 광학계 구조를 단순화시킴과 동시에, 광학계 정렬이 용이한 송수광 일체형 광학계 모듈 및 이를 구비하는 스캐닝 라이다에 관한 것이다. 본 발명에 따른 송수광 일체형 광학계 모듈은 수광되는 광을 후방에 배치되는 광 검출부로 수광하고, 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성된 수광 렌즈, 수광 렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 광로홈을 따라 펄스 레이저를 출력하는 광원, 광로홈 내에 배치되며 펄스 레이저의 경로 상에 위치하여, 광원으로부터 출력되는 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 송광 미러를 포함한다.

Description

송수광 일체형 광학계 모듈 및 이를 구비하는 스캐닝 라이다{Transmitting integrated type optical structure and scanning LiDAR having the same}
본 발명은 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송광 광학계와, 수광 광학계를 일체화시켜 광학계 구조를 단순화시킴과 동시에, 광학계 정렬이 용이한 송수광 일체형 광학계 모듈 및 이를 구비하는 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.
한국공개특허 제10-2016-0078043호(2016.07.04.)
따라서 본 발명의 목적은 광학계 구조를 단순화시킬 수 있고, 이에 따라 광학계의 정렬을 용이하게 할 수 있는 송수광 일체형 광학계 모듈 및 이를 구비하는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 송수광 일체형 광학계 모듈은 수광되는 광을 후방에 배치되는 광 검출부로 수광하고, 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성된 수광 렌즈, 상기 수광 렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 광로홈 내에 배치되며 상기 펄스 레이저의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 송광 미러를 포함한다.
본 발명에 따른 송수광 일체형 광학계 모듈에 있어서, 상기 광원은 상기 수광 렌즈의 중심부를 향하여 상기 수광 렌즈로 수광되는 광과 수직한 방향으로 상기 펄스 레이저를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 송수광 일체형 광학계 모듈에 있어서, 상기 송광 미러는 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저로부터 45°각도로 배치되어 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 송수광 일체형 광학계 모듈에 있어서, 상기 송광 미러는 상기 수광 렌즈의 중심부에 배치되어, 상기 수광 렌즈의 중심부에서 전방으로 상기 펄스 레이저를 반사시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 송수광 일체형 광학계 모듈에 있어서, 상기 수광 렌즈를 지지하는 수광 프레임, 상기 수광 프레임에 고정되며, 상기 광로홈 내부로 연장 형성되어 상기 광로홈 내부에 배치된 상기 송광 미러와 상기 광원을 지지하는 송광 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 송수광 일체형 광학계 모듈은 수광되는 광을 후방으로 수광하고, 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성된 수광 렌즈, 상기 수광 렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 광로홈 내에 배치되며 상기 펄스 레이저의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 송광 미러, 상기 수광 렌즈의 후방에 배치되어 상기 수광 렌즈에 의해 수광된 광을 전기신호로 변환하는 광 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 수광되는 광을 후방으로 수광하고, 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성된 수광 렌즈, 상기 수광 렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 광로홈 내에 배치되며 상기 펄스 레이저의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 송광 미러, 상기 수광 렌즈의 후방에 배치되어 상기 수광 렌즈에 의해 수광된 광을 전기신호로 변환하는 광 검출부를 포함하는 광학계 모듈, 상기 광학계 모듈의 전방에 설치되며, 회전하면서 상기 광학계 모듈을 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 회전하면서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 광학계 모듈로 반사하는 회전 반사 미러부를 포함한다.
본 발명에 따른 스캐닝 라이다에 있어서, 상기 회전 반사 미러부는 회전모터, 상기 회전모터에 연결되어 상기 송광 미러를 바라보게 설치되며, 상기 회전모터의 회전에 따라 회전하면서 상기 송광 미러를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스캐닝 라이다에 있어서, 상기 회전 반사 미러는 상기 송광 미러로부터 반사되는 펄스 레이저와 수직한 회전축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스캐닝 라이다에 있어서, 상기 회전 반사 미러는 상기 송광 미러로부터 반사되는 펄스 레이저로부터 45°각도로 배치되며, 펄스 레이저를 회전축으로 하여 회전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 수광 렌즈에 원주로부터 중심부를 향하도록 광로홈을 형성하고, 광로홈 내에 수광 렌즈의 중심부에 위치하도록 광원으로부터 45°각도로 송광 미러를 배치함으로써, 송광되는 펄스 레이저와 수광되는 광을 일치시켜, 수광되는 광이 수광 렌즈로 향하도록 하는 별도의 구성을 필요로 하지 않기 때문에 광학계 구조를 단순화 시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 광학계 구조를 단순화시킴으로써, 광학계 정렬이 용이할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 광로홈 내에 수광 렌즈의 중심부에 위치하도록 송광 미러를 배치하고, 수광 렌즈의 중심부로부터 전방으로 펄스 레이저를 송광하도록 하여, 수광되는 광을 광로홈 영역을 제외한 수광 렌즈의 전 영역을 통해 수광할 수 있기 때문에 디텍팅 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 송광 미러와 광원이 송광 프레임에 결합되어 정렬되고, 송광 미러와 광원이 결합된 송광 프레임을 수광 렌즈를 지지하고 있는 수광 프레임에 결합하는 것으로 광 정렬을 수행함으로써, 광 정렬이 용이할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 송광 미러를 수광 렌즈의 중심부에 배치하여, 회전 반사 미러의 회전축을 따라 펄스 레이저가 출력될 수 있도록 하되, 송광 미러를 수광 렌즈의 내부에 일체화시켜 형성함으로써, 45°각도로 기울어진 상태로 펄스 레이저를 회전축으로 하여 회전하는 회전 반사 미러를 통해 360°영역을 스캐닝할 수 있으면서, 광학계 구조를 단순화하여 광 정렬이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다의 송수광 일체형 광학계 모듈을 정면에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다의 구조를 나타낸 도면이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다의 송수광 일체형 광학계 모듈을 정면에서 바라본 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)는 광학계 모듈(100) 및 회전 반사 미러부(200)를 포함한다.
광학계 모듈(100)은 인쇄회로기판(10) 상에 설치되며, 인쇄회로기판(10)에 의해 구동되어 펄스 레이저를 송광하고, 스캔 영역으로부터 반사되어 수광되는 광을 집광할 수 있다.
여기서 인쇄회로기판(10)은 후술할 광원(120) 및 광 검출부(140)와 연결되어, 광원(120) 및 광 검출부(140)를 구동시킬 수 있다. 여기서 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)는 광원(120)과 광 검출부(140)가 하나의 인쇄회로기판(10) 상에 구현되도록 도시되어 있지만, 이에 한정된 것은 아니고, 별도로 분리된 인쇄회로기판에 각각 광원(120) 및 광 검출부(140)가 배치될 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)는 인쇄회로기판(10)의 하부에 광학계 모듈(100)이 배치된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정된 것은 아니고, 수광 렌즈(110)의 광로홈(111)의 위치에 따라 인쇄회로기판(10)과 광학계 모듈(100)의 위치 관계는 다양하게 변경될 수 있다. 그러나 이하 설명에서는 인쇄회로기판(10)의 하부에 광학계 모듈(100)이 배치된 것으로 설명하도록 한다.
광학계 모듈(100)은 수광 렌즈(110), 광원(120), 송광 미러(130) 및 광 검출부(140)를 포함한다.
수광 렌즈(110)는 스캔 영역으로부터 반사되는 광을 수광하여, 광 검출부(140)로 집광시키는 역할을 수행한다. 이러한 수광 렌즈(110)는 원형의 볼록 렌즈로 형성되어, 스캔 영역으로부터 반사되는 광을 집광하여 광 검출부(140)로 전달하게 된다.
또한 수광 렌즈(110)는 원주로부터 중심부를 향하도록 광로홈(111)이 형성된다. 여기서 광로홈(111)은 원형의 볼록 렌즈로 형성되는 수광 렌즈(110)의 원주로부터 중심부를 향하도록 식각하여 형성될 수 있다.
여기서 수광 렌즈(110)는 광로홈(111)이 형성된 영역을 제외하고, 전 영역으로 스캔 영역으로부터 반사되는 광을 수광할 수 있다.
광로홈(111)은 송광 미러(130)를 수용한다. 이러한 광로홈(111)은 전방이 노출되도록 형성될 수 있다. 또한 광로홈(111)의 양 내측면 사이의 폭은 송광 미러(130)가 배치될 수 있는 최소한의 간격으로 형성될 수 있다. 바람직하게 광로홈(111)은 원주로부터 전방과 후방이 노출되도록 식각되어, 식각 공정이 용이하도록 할 수 있다.
광원(120)은 인쇄회로기판(10)에 의해 구동되어 펄스 레이저를 출력한다. 이러한 광원(120)은 수광 렌즈(110)의 광로홈(111) 내에 배치되거나, 광로홈(111)으로부터 이격 배치되어, 광로홈(111)을 따라 수광 렌즈(110)의 중심부로 펄스 레이저를 출력한다. 즉 광원(120)는 Z축을 따라 송광 미러(130)를 향하도록 펄스 레이저를 출력할 수 있다.
여기서 수광 렌즈(110)의 광로홈(111)이 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에 위치하여 있는 경우, 광원(120)은 수광 렌즈(110)의 상부에 배치되어 수광 렌즈(110)의 상부에서 하부로 펄스 레이저를 출력할 수 있다. 여기서 광원(120)으로부터 출력되는 펄스 레이저는 수광 렌즈(110)로 수광되는 광과 수직한 방향이 될 수 있다.
여기서 광원(120)은 하나 이상의 채널에 해당하는 하나 이상의 펄스 레이저를 출력하는 단채널 또는 다채널 광원이 사용될 수 있다. 광원(120)으로부터 출력되는 펄스 레이저는 경로에 설치되는 광조절부(121)에 의해 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하여 송광 미러(130)로 출력된다. 이로 인해 광 검출부(140)가 단채널 또는 다채널의 반사된 광을 수광 할 수 있도록 구현할 수 있다.
송광 미러(130)는 광원(120)으로부터 출력되는 펄스 레이저를 반사시켜 전방으로 송광하는 역할을 수행한다. 이러한 송광 미러(130)는 수광 렌즈(110)의 광로홈(111) 내에 배치될 수 있다
여기서 송광 미러(130)는 광로홈(111) 내에 배치되되, 수광 렌즈(110)의 중심부에 위치되도록 배치되어 수광 렌즈(110)의 중심부에서 전방으로 펄스 레이저가 송광되도록 구성될 수 있다. 즉 송광 미러(130)는 광원(120)으로부터 Z축을 따라 송광되는 펄스 레이저를 X축을 따라 전방으로 반사시킬 수 있다.
또한 송광 미러(130)는 광원(120)으로부터 출력되는 펄스 레이저의 진행 방향에 45°각도로 배치되어 광원(120)으로부터 출력되는 펄스 레이저를 진행 방향과 수직한 방향인 전방으로 반사시킬 수 있다.
광 검출부(140)는 수광 렌즈(110)로부터 수광되는 광을 전기 신호로 변환한다. 이러한 광 검출부(140)는 수광 렌즈(110)의 후방에 배치될 수 있으며, 측정 타겟에서 반사되어 돌아오는 광이 수광 렌즈(110)를 통해 집광된 광을 전기 신호로 변환한다. 광 검출부(140)는 변환된 전기 신호를 외부 기기로 출력할 수 있다. 이러한 광 검출부(140)는 광원(120)이 설치된 인쇄회로기판(10)에 설치되거나, 별도의 인쇄회로기판 상에 설치될 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 광학계 모듈(100)은 수광 프레임(150) 및 송광 프레임(160)을 더 포함할 수 있다.
수광 프레임(150)은 수광 렌즈(110)를 지지할 수 있다. 이러한 수광 프레임(150)은 수광 렌즈(110)의 전면 및 후면을 제외하고, 원주에 결합되어 수광 렌즈(110)를 지지할 수 있다.
송광 프레임(160)은 수광 프레임(150)에 결합되어 수광 렌즈(110)의 광로홈(111) 내로 연장되어 형성될 수 있다. 이러한 송광 프레임(160)은 광로홈(111) 내에서 송광 미러(130)를 지지하며, 광로홈(111) 내부나 광로홈(111)의 외부에서 광원(120)을 지지할 수 있다. 여기서 송광 미러(130)와 광원(120)은 정렬된 상태로 송광 프레임(160)에 결합될 수 있다.
즉 송광 미러(130)와 광원(120)은 정렬된 상태로 하나의 송광 프레임(160)에 의해 지지 고정되고, 송광 미러(130)와 광원(120)이 결합된 송광 프레임(160)은 수광 렌즈(110)를 지지 고정하고 있는 수광 프레임(150)에 결합되어, 송광 광학계와 수광 광학계가 일체화 될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학계 모듈(100)은 송광 미러(130)와 광원(120)이 결합된 송광 프레임(160)을 수광 렌즈(110)를 지지하고 있는 수광 프레임(150)에 결합하는 것으로 광 정렬을 수행할 수 있다.
회전 반사 미러부(200)는 광학계 모듈(100)과 이격되게 설치되며, 회전하면서 광학계 모듈(100)을 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 회전하면서 스캔 영역에서 반사된 광을 광학계 모듈(100)로 반사한다. 한편 본 발명의 실시예에서는 회전 반사 미러부(200)가 광학계 모듈(100)과 서로 방향이 반전되어 별도의 인쇄회로기판에 결합 될 수 있도록 도시되어 있다. 하지만 회전 반사 미러부(200)는 도시되지는 않지만, 광학계 모듈(100)과 동일한 인쇄회로기판(10) 상에 회전 가능하게 설치되어, 인쇄회로기판(10)에 의해 구동될 수 있다.
회전 반사 미러부(200)는 회전모터(210) 및 회전 반사 미러(220)를 포함한다.
회전모터(210)는 회전 반사 미러(220)를 회전시킨다. 이때 회전모터(210)는 송광 미러(130)로부터 반사되어 송광되는 펄스 레이저와 수직한 회전축을 중심으로 회전 반사 미러(220)를 회전시킬 수 있다. 즉 회전모터(210)는 Z축을 회전축으로 하여 회전 반사 미러(220)를 회전시킬 수 있다.
회전 반사 미러(220)는 회전모터(210)의 회전축과 결합되어, 회전모터(210)의 회전에 따라 회전하면서 송광 미러(130)를 통해 반사되어 송광되는 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 스캔 영역에서 반사된 광을 수광 렌즈(110)로 반사한다.
여기서 회전 반사 미러(220)는 두개의 반사면을 구비하는 평면 미러가 될 수 있다. 회전 반사 미러(220)는 광학계 모듈(100)과 측정 타겟 사이에 배치되어 회전모터(210)의 구동에 의해 360도 회전할 수 있다.
회전 반사 미러(220)는 360도 회전을 통해서 송광 미러(130)에서 출력되는 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔을 반사시켜 측정 타겟이 존재할 수 있는 스캔 영역으로 송광하고, 해당 측정 타겟에서 반사된 광을 반사시켜 다시 수광 렌즈(110)에 전달할 수 있다. 여기서 송광 미러(130)로부터 출력되는 펄스 레이저는 회전 반사 미러(220)의 중심부를 통해 스캔 영역으로 반사되고, 스캔 영역으로부터 반사되어 수광되는 광은 송광 미러(130)로부터 출력되는 펄스 레이저의 반사 영역 상부 또는 하부로 반사되어 수광 렌즈(110)의 전 영역으로 전달될 수 있다.
한편 도시하진 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)를 구성하는 요소, 예컨대 인쇄회로기판(10), 광학계 모듈(100), 및 회전 반사 미러부(200)는 모두 하우징에 내장되어 외부환경으로부터 보호될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)는 수광 렌즈(110)에 원주로부터 중심부를 향하도록 광로홈(111)을 형성하고, 광로홈(111) 내에 수광 렌즈(110)의 중심부에 위치하도록 광원(120)으로부터 45°각도로 송광 미러(130)를 배치함으로써, 송광되는 펄스 레이저와 수광되는 광을 일치시켜, 수광되는 광이 수광 렌즈(110)로 향하도록 하는 별도의 구성을 필요로 하지 않기 때문에 광학계 구조를 단순화시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)는 광학계 구조를 단순화시킴으로써, 광학계 정렬이 용이할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)는 광로홈(111) 내에 수광 렌즈(110)의 중심부에 위치하도록 송광 미러(130)를 배치하고, 수광 렌즈(110)의 중심부로부터 전방으로 펄스 레이저를 송광하도록 하여, 수광되는 광을 광로홈(111) 영역을 제외한 수광 렌즈(110)의 전 영역을 통해 수광할 수 있기 때문에 디텍팅 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)는 송광 미러(130)와 광원(120)이 정렬된 상태로 송광 프레임(160)에 결합되고, 송광 미러(130)와 광원(120)이 결합된 송광 프레임(160)을 수광 렌즈(110)를 지지하고 있는 수광 프레임(150)에 결합하는 것으로 광 정렬을 수행함으로써, 광 정렬이 용이할 수 있다.
이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다에 대하여 설명하도록 한다.
한편 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다(400)는 본 발명의 실시예에 따른 스캐닝 라이다(300)와 회전 반사 미러부의 구성을 제외하고는 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다(400)는 광학계 모듈(100) 및 회전 반사 미러부(410)를 포함한다.
여기서 회전 반사 미러부(410)는 회전모터(미도시) 및 회전 반사 미러(411)를 포함할 수 있다.
회전모터는 회전 반사 미러(411)를 회전시킨다. 이때 회전모터는 송광 미러(130)로부터 반사되어 송광되는 펄스 레이저와 동일한 회전축을 중심으로 회전 반사 미러(411)를 회전시킬 수 있다. 즉 회전모터는 송광 미러(130)의 정면에 배치될 수 있으며, 송광 미러(130)로부터 송광되는 펄스 레이저와 동일한 회전축을 구비한다.
회전 반사 미러(411)는 회전모터의 회전축과 결합되어, 회전모터의 회전에 따라 회전하면서 송광 미러(130)를 통해 반사되어 송광되는 펄스 레이저를 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 스캔 영역에서 반사된 광을 수광 렌즈로 반사한다.
회전 반사 미러(411)는 적어도 일면에 반사면을 구비하는 평면 미러가 될 수 있다. 여기서 회전 반사 미러(411)는 송광 미러(130)로부터 반사되는 펄스 레이저로부터 45°각도로 배치되며, 펄스 레이저를 회전축으로 하여 회전할 수 있다.
이와 같이 회전 반사 미러(411)는 45°각도로 기울어진 상태에서 펄스 레이저를 회전축으로 회전하기 때문에 360°영역을 스캐닝할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다(400)와 같이, 회전 반사 미러(411)를 펄스 레이저로부터 45°각도로 배치하고, 펄스 레이저와 평행한 회전축을 중심으로 회전할 경우, 송광되는 펄스 레이저가 회전 반사 미러(411)의 회전축을 따라 송광되지 않고, 상부 또는 하부에서 회전축과 평행한 펄스 레이저가 송광되게 되면, 회전 반사 미러(411)가 45°각도로 기울어진 상태이기 때문에, 송광되는 펄스 레이저는 회전 반사 미러(411)의 회전에 따라 일정하지 않은 상태로 스캔 영역에 반사되게 된다.
즉 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다(400)와 같이, 회전 반사 미러(411)의 회전축을 따라 펄스 레이저가 송광되지 않으면 광학적으로 스캐닝 라이다의 구현이 불가능하게 된다.
이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 라이다(400)는 송광 미러(130)를 수광 렌즈(110)의 중심부에 배치하여, 회전 반사 미러(411)의 회전축을 따라 펄스 레이저가 출력될 수 있도록 하되, 송광 미러(130)를 수광 렌즈(110)의 내부에 일체화시켜 형성함으로써, 45°각도로 기울어진 상태로 펄스 레이저를 회전축으로 하여 회전하는 회전 반사 미러(411)를 통해 360°영역을 스캐닝할 수 있으면서, 광학계 구조를 단순화하여 광 정렬이 용이할 수 있다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 인쇄 회로 기판 100 : 광학계 모듈
110 : 수광 렌즈 111 : 광로홈
120 : 광원 130 : 송광 미러
140 : 광 검출부 150 : 수광 프레임
160 : 송광 프레임 200, 410 : 회전 반사 미러부
210 : 회전모터 220, 411 : 회전 반사 미러
300 : 스캐닝 라이다

Claims (10)

  1. 수광되는 광을 후방에 배치되는 광 검출부로 집광하고, 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성된 수광 렌즈;
    상기 수광 렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 펄스 레이저를 출력하는 광원;
    상기 광로홈 내에 배치되며 상기 펄스 레이저의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 송광 미러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수광 일체형 광학계 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 상기 수광 렌즈의 중심부를 향하여 상기 수광 렌즈로 수광되는 광과 수직한 방향으로 상기 펄스 레이저를 출력하는 것을 특징으로 하는 송수광 일체형 광학계 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 송광 미러는 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저의 진행 방향에 대해서 45°각도로 배치되어 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 송수광 일체형 광학계 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 송광 미러는 상기 수광 렌즈의 중심부에 배치되어, 상기 수광 렌즈의 중심부에서 전방으로 상기 펄스 레이저를 반사시키는 것을 특징으로 하는 송수광 일체형 광학계 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수광 렌즈를 지지하는 수광 프레임;
    상기 수광 프레임에 고정되며, 상기 광로홈 내부로 연장 형성되어 상기 광로홈 내부에 배치된 상기 송광 미러와 상기 광원을 지지하는 송광 프레임;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송수광 일체형 광학계 모듈.
  6. 수광되는 광을 후방으로 집광하고, 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성된 수광 렌즈;
    상기 수광 렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 펄스 레이저를 출력하는 광원;
    상기 광로홈 내에 배치되며 상기 펄스 레이저의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 송광 미러;
    상기 수광 렌즈의 후방에 배치되어 상기 수광 렌즈에 의해 수광된 광을 전기신호로 변환하는 광 검출부;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송수광 일체형 광학계 모듈.
  7. 수광되는 광을 후방으로 집광하고, 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성된 수광 렌즈, 상기 수광 렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 광로홈 내에 배치되며 상기 펄스 레이저의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 펄스 레이저를 전방으로 반사시키는 송광 미러, 상기 수광 렌즈의 후방에 배치되어 상기 수광 렌즈에 의해 수광된 광을 전기신호로 변환하는 광 검출부를 포함하는 광학계 모듈;
    상기 광학계 모듈의 전방에 설치되며, 회전하면서 상기 광학계 모듈을 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 회전하면서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 광학계 모듈로 반사하는 회전 반사 미러부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전 반사 미러부는,
    회전모터;
    상기 회전모터에 연결되어 상기 송광 미러를 바라보게 설치되며, 상기 회전모터의 회전에 따라 회전하면서 상기 송광 미러를 통과한 광을 스캔 영역으로 송광하고, 송광한 광 중에서 상기 스캔 영역에서 반사된 광을 상기 수광 렌즈로 반사하는 회전 반사 미러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 반사 미러는,
    상기 송광 미러로부터 반사되는 펄스 레이저의 진행 방향에 대해서 수직한 회전축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 회전 반사 미러는 상기 송광 미러로부터 반사되어 입사되는 펄스 레이저의 진행 방향에 대해서 45°각도로 배치되며, 상기 입사되는 펄스 레이저의 진행 방향을 회전축으로 하여 회전하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
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