KR20180089246A

KR20180089246A - 라이다 장치

Info

Publication number: KR20180089246A
Application number: KR1020170014112A
Authority: KR
Inventors: 이종원; 정영대
Original assignee: 한화에어로스페이스 주식회사
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-08-08

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 가장자리를 따라 형성된 제1 고리 형상의 제1 기둥을 포함하는 고정부; 상기 고정부 상에 위치하는 원판형 플레이트, 상기 플레이트로부터 상기 고정부를 향해 연장되고 상기 제1 기둥의 외측에 배치된 제1 돌출부, 및 상기 플레이트로부터 상기 고정부를 향해 연장되고 상기 제1 기둥의 내측에 배치된 제2 돌출부를 구비하며, 상기 고정부에 회전 가능하게 결합된 회전부; 및 상기 회전부와 결합하고, 상기 제1 기둥의 아래와 상기 제1 돌출부의 외곽을 연결하는 공기 흐름 통로를 형성하는 커버부;를 포함하고, 상기 제1 기둥과 상기 제1 돌출부 사이에는 간극이 형성되며, 상기 간극과 중첩하는 제1 영역에서의 상기 공기 흐름 통로의 제1 유동단면적은 상기 제1 영역과 인접한 제2 영역에서의 상기 공기 흐름 통로의 제2 유동단면적보다 작은 라이다 장치를 개시한다.

Description

라이다 장치{Lidar device}

본 발명의 실시예들은, 라이다 장치에 관한 것이다.

라이다 시스템(LIDAR system; Light Detection And Ranging System)은 레이저를 목표물을 향하여 조사하고 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 시스템으로써, 기상 관측이나 거리 측정 등의 용도를 위해 활용되다가, 최근에는 위성을 이용한 기상 관측, 무인 로봇 센서, 무인 주행차, 및 3차원 영상 모델링을 위한 기술을 위하여 연구되고 있다.

한편, 레이저를 발사하는 부분이 회전하도록 설계된 회전식 라이다 시스템에서는, 회전 운동을 하는 회전체와, 회전체를 지지하는 본체 사이에 방수, 방진을 위한 오일씰이 배치된다. 그러나, 회전체를 회전시키기 위한 모터의 토크가 작은 경우는 오일씰에 의한 마찰에 의해 회전체의 회전 운동이 방해 받을 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 오일씰을 대체할 수 있는 저마찰 방수, 방진 구조를 가지는 라이다 장치를 제공한다.

본 실시예에 있어서, 상기 고정부는 상기 제2 돌출부 내측에 위치한 제2 고리 형상의 제2 기둥을 더 포함하고, 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥 사이에 내수성 그리스가 충전될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 커버부는 상기 제1 기둥의 하단부를 커버하는 제1 커버와, 상기 제1 커버로부터 절곡되어 상기 제1 돌출부의 외측면의 일부를 커버하는 제2 커버를 포함하고, 상기 제1 커버의 끝단은 상기 고정부로부터 수평방향으로 이격되고, 상기 제2 커버의 끝단은 상기 원판형 플레이트의 가장자리로부터 수직 방향으로 이격될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 돌출부는 상기 플레이트로부터 가장 멀리 이격된 위치에 상기 제1 기둥을 향해 폭이 증가된 하단부를 포함하고, 상기 간극은 상기 제1 돌출부와 상기 하단부 사이에 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 커버부는 상기 제1 커버 상에 적어도 하나의 베인을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 베인은 상기 제1 돌출부의 하단부와 연결될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 오일씰을 사용하지 않더라도 라이다 장치 내부로 수분 및 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 회전부를 회전시키기 위한 모터의 부하를 감소시킬 수 있고, 라이다 장치의 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 I-I'단면의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 I-I'단면의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 I-I'단면의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1의 I-I'단면의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 I-I'단면의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 각 도면에서, 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

각 구성요소의 설명에 있어서, 상(on)에 또는 하(under)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(on)과 하(under)는 직접 또는 다른 구성요소를 개재하여 형성되는 것을 모두 포함하며, 상(on) 및 하(under)에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 단면의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 I-I' 단면의 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치(10)는 고정부(100), 고정부(100)에 회전 가능하게 결합된 회전부(200) 및 회전부(200)와 결합하여 공기 흐름 통로(D)를 형성하는 커버부(300)를 포함할 수 있다.

고정부(100)는 고정부(100)의 외관을 형성하는 베이스(102)를 포함하고, 고정부(100)의 위치를 고정시키는 고정 플레이트(101)와 결합될 수 있다. 고정 플레이트(101)는 라이다 장치(10)가 설치되는 장소에 체결될 수 있다.

고정부(100)는 내부에 빈 공간(103)을 포함하며, 내부의 빈 공간(103)에는 회전부(200)를 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동부 등이 설치될 수 있다. 구동부는 일 예로, 무브러시 직류 모터(blushless direct current motor; BLDC motor)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 모터를 이용하여 구동부를 구현할 수 있다. 구동부에서 발생한 구동력은 고정부(100)의 내부 빈 공간(103)에 설치된 하부 회전축에 전달되고, 하부 회전축의 회전에 의해 회전부(200)가 회전 운동할 수 있다.

한편, 고정부(100)는 고정부(100)의 가장자리를 따라 형성된 제1 고리 형상의 제1 기둥(110)을 포함할 수 있다. 제1 기둥(110)은 고정부(100)의 상면에서부터 고정부(100) 상부에 위치한 회전부(200) 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

회전부(200)는 고정부(100)에 설치된 구동부에서 발생한 구동력을 전달받아 회전할 수 있다. 구체적으로, 회전부(200)는 고정부(100) 상에 위치하는 원판형 플레이트(210)를 포함할 수 있으며, 원판형 플레이트(210)는 하부 회전축과 결합될 수 있다.

회전부는 원판형 플레이트(210)의 가장자리를 따라 형성된 벽부(212)를 포함할 수 있으며, 벽부(212)에 의해 회전부(200)의 내부는 빈 공간(214)이 형성될 수 있다. 벽부(212)는 원판형 플레이트(210)의 상면에서부터 고정부(100)와 멀어지는 방향으로 연장되며, 회전부(200)의 빈 공간(214)은 덮개 등에 의해 커버되어 외부로 노출되지 않는다.

회전부(200)의 빈 공간(214)에는 광 발생부, 외부로부터 유입되는 반사광을 수신하여 전기신호를 발생시키는 수신부 등이 위치하고, 벽부(212)에는 광을 통과시키기 위한 투광구가 형성될 수 있다.

또한, 회전부(200)는 플레이트(210)로부터 고정부(100)를 향해 연장되고 제1 기둥(110)의 외측에 배치된 제1 돌출부(220)와, 플레이트(210)로부터 고정부(100)를 향해 연장되고 제1 기둥(110)의 내측에 배치된 제2 돌출부(230)를 구비할 수 있다. 제1 돌출부(220)와 제2 돌출부(230)는 제1 기둥(110)과 일정 간격 이격된 상태로, 제1 기둥(110)의 외측에 배치된 제1 돌출부(220)와 제1 기둥(110) 사이에는 간극(G)이 형성될 수 있다. 이와 같은 간극(G)은 외부와 연결되어 있어, 외부의 수분, 이물질 등이 라이다 장치(10)의 내부로 유입되는 통로가 될 수 있으나, 본 발명은 제1 돌출부(220)와 제2 돌출부(230)가 제1 기둥(110)의 외측과 내측에 각각 배치됨에 따라 유입 경로를 증가시켜 간극(G)을 통한 외부 이물질 등의 유입을 최소화할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 커버부(300)에 의해 형성되는 공기 흐름 통로(D)에서의 공기 흐름 속도를 조절함으로써, 간극(G)으로 외부의 수분이나 이물질이 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

커버부(300)는 회전부(200)와 결합하여, 회전부(200)의 회전시 회전부(200)와 함께 회전할 수 있다. 커버부(300)는 제1 기둥(110)의 하단부(112)를 커버하는 제1 커버(310)와, 제1 커버(310)로부터 절곡되어 제1 돌출부(220)의 외측면의 일부를 커버하는 제2 커버(320)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 커버(310)의 끝단은 고정부(100)로부터 수평방향으로 이격될 수 있고, 제2 커버(320)의 끝단은 원판형 플레이트(210)의 가장자리로부터 수직 방향으로 이격될 수 있다.

이에 의해, 제1 기둥(110)의 아래와 제1 돌출부(220)의 외곽을 연결하는 공기 흐름 통로(D)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 커버(310)의 끝단과 고정부(110) 사이의 갭과 제2 커버(320)의 끝단과 원판형 플레이트(210)의 가장자리 사이의 갭은 각각 공기 흐름 통로(D)의 제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2)를 형성함으로써, 이를 통해 외부의 공기가 공기 흐름 통로(D)로 유입되고, 공기 흐름 통로(D)로부터 외부로 배출될 수 있다. 한편, 제1 커버(310)와 제2 커버(320)가 절곡되는 커버부(300)의 코너는 내측면이 라운드 형상을 가짐에 따라, 공기의 흐름에 대한 저항을 최소화할 수 있다.

한편, 간극(G)과 중첩하는 제1 영역(A1)에서의 공기 흐름 통로(D)의 제1 유동단면적은 제1 영역(A1)과 인접한 제2 영역(A2)에서의 공기 흐름 통로(D)의 제2 유동단면적보다 작게 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 영역(A1)의 공기 흐름 통로(D)의 제1 유동단면적은 제1 영역(A1)의 양측에 인접한 제2 영역(A2) 및 제3 영역(A3)에서의 공기 흐름 통로(D)의 제2 유동단면적 및 제3 유동단면적보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 간극(G)과 중첩하는 제1 영역(A1)에서의 공기 흐름 속도는 제2 영역(A2) 및 제3 영역(A3)에서의 공기 흐름 속도보다 증가될 수 있고, 베르누이 법칙에 의해 제1 영역(A1)에서의 압력은 제2 영역(A2) 및 제3 영역(A3)에서의 압력보다 낮아질 수 있다. 따라서, 제1 영역(A1)과 중첩하는 간극(G)으로 공기 흐름 통로(D)를 흐르는 공기가 유입되지 않으며, 오히려 간극(G)에서부터 제1 영역(A1)으로 공기의 흐름이 발생할 수 있는바, 간극(G)으로 외부의 수분, 이물질 등이 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

이를 위해 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 기둥(110)의 하단부(112)에는 제1 커버(310)를 향하여 돌출된 제1 범프(113)가 형성되고, 제1 돌출부(220)의 하단부(222)에는 제1 커버(310)를 향해 도출된 제2 범프(223)가 형성될 수 있다.

다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(A)에서의 공기 흐름 속도를 향상시키기 위해, 제1 커버(310)에는 융기부(312)가 형성될 수 있다. 융기부(312)는 간극(G)과 중첩되는 위치에서 간극(G)을 향해 돌출되어 형성되며, 이에 의해 공기 흐름 통로(D)를 흐르는 공기의 속도는 제1 영역(A1)에서 증가될 수 있는바, 간극(G)으로 외부의 수분, 이물질 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 고정부(100)와 회전부(200) 간의 밀봉 상태를 유지하기 위한 밀봉링 또는 오일씰을 사용하지 않더라도 라이다 장치(10) 내부로 외부의 수분 및 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 밀봉링을 사용하지 않으므로, 밀봉링에 의한 마찰이 발생하지 않아 회전부(200)를 회전시키기 위한 모터의 부하를 감소시킬 수 있고, 토크가 낮은 모터를 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 원판형 플레이트(210) 상에 위치한 광 발생부에서 발생한 열의 방열 경로(제1 돌출부(220))를 따라 공기 흐름 통로(D)가 형성될 수 있으므로, 라이다 장치(10)의 방열 효율이 향상될 수 있다.

한편, 제1 돌출부(220)의 하단부(222)는 플레이트(210)로부터 가장 멀리 이격된 영역에서 제1 기둥(110)을 향해 폭이 증가된 형상을 가질 수 있으며, 이에 의해 간극(G)의 폭이 감소하여 외부의 이물질 등이 간극(G)으로 유입되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 4와 도 5는 도 1의 I-I'단면의 또 다른 예들을 각각 개략적으로 도시한 사시도들이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3에서 설명한 내용은 중복하여 설명하지 않으며, 차이점만을 설명하기로 한다.

먼저, 도 4를 참조하면, 회전부(200)와 결합하여, 회전부(200)의 회전시 회전부(200)와 함께 회전하는 커버부(300)는, 회전부(200)의 회전시 공기 흐름 통로(D) 내부에 공기의 흐름을 활성화시키기 위한 적어도 하나의 제1 베인(V1)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 커버(310)의 상면에는 커버부(300)의 원주를 따라 서로 이격된 복수 개의 제1 베인(V1)들이 배치될 수 있으며, 이에 의해 회전부(200)의 회전시 제1 베인(V1)들에 의해 공기 흐름 통로(D) 내부에서 공기의 흐름을 만들어 냄으로써, 공기 흐름 통로(D) 내부로 외부의 공기를 강제로 순환시킬 수 있다. 따라서, 라이다 장치(도 1의 10)의 작동시 더욱 효과적으로 간극(G)을 통한 외부의 수분, 이물질의 침투를 방지하고, 방열효율이 더욱 향상될 수 있다.

한편, 제1 베인(V1)의 형상과 갯수는 다양할 수 있으며, 제1 베인(V1)의 형상에 따라 공기 흐름 통로(D) 내부에 흐르는 공기의 유동 방향이 변경될 수 있다. 즉, 제1 베인(V1)의 형상과 커버부(300)의 회전 방향에 따라, 제1 개구(OP1)가 유입구가 되고 제2 개구(OP2)가 배출구가 될 수 있으며, 이와는 반대로 제2 개구(OP2)가 유입구가 되고 제1 개구(OP1)가 배출구가 될 수 있다.

한편, 제1 베인(V1)은 제1 돌출부(220)의 하단부(222)와 연결될 수 있으며, 이에 의해 커버부(300)는 회전부(200)와 더욱 견고하게 결합될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5는 제1 베인(도 4의 V1)과 다른 형상을 가지는 제2 베인(V2)이 제1 커버(310) 상에 형성된 예를 도시하고 있다. 구체적으로, 제2 베인(V2)은 제1 개구(OP1)에 인접한 위치에 형성되고, 회전부(200)와 커버부(300)의 회전시 외부의 공기를 공기 흐름 통로(D)로 유입시킬 수 있는 형태를 가짐으로써, 공기 흐름 통로(D) 내부로 외부 공기의 유입을 강제할 수 있다.

도 6은 도 1의 I-I'단면의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 회전부(200)는 고정부(100) 상에 위치하는 원판형 플레이트(210)와, 원판형 플레이트(210)로부터 고정부(100)를 향해 연장된 제1 돌출부(220) 및 제2 돌출부(230)를 포함하며, 고정부(100)는 제1 돌출부(220)와 제2 돌출부(230) 사이에 위치하는 제1 고리 형상의 제1 기둥(110)과 제2 돌출부(230) 내측에 위치하는 제2 고리 형상의 제2 기둥(120)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 고리 형상은 제1 고리 형상과 중심이 동일하나 반경이 제1 고리 형상보다 작은 원형을 의미한다.

또한, 커버부(300)는 제1 기둥(110)의 하단부(112)를 커버하는 제1 커버(310)와, 제1 커버(310)로부터 절곡되어 제1 돌출부(220)의 외측면의 일부를 커버하는 제2 커버(320)를 포함함으로써, 제1 기둥(110)의 아래와 제1 돌출부(220)의 외곽을 연결하는 공기 흐름 통로(D)를 형성할 수 있다. 이때, 제1 기둥(110)의 하단부(112)에는 제1 커버(310)를 향하여 돌출된 제1 범프(113)가 형성되고, 제1 돌출부(220)의 하단부(222)에는 제1 커버(310)를 향해 도출된 제2 범프(223)가 형성됨으로써, 간극(G)과 중첩된 위치에서 공기의 흐름 속도를 증가시켜 간극(G)으로 외부의 수분, 이물질 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 제1 범프(113)와 제2 범프(223)가 형성되는 대신 또는 범프(113) 및 제2 범프(223)와 함께 융기부(도 3의 312)가 제1 커버(310) 상에 형성될 수도 있다. 또한, 제1 커버(310) 상에는 공기 흐름 통로(D) 내에 공기의 흐름을 강제하기 위한 베인(도 4의 V1, 도 5의 V2)이 형성될 수 있다.

한편, 제1 기둥(110)과 제2 기둥(120) 사이에는 내수성 그리스(400)가 충전될 수 있다. 따라서, 외부의 수분, 이물질 등이 간극(G)으로 유입되더라도, 유입된 수분, 이물질 등은 내수성 그리스(400)에 의해 2차적으로 차단되므로, 라이다 장치(도 1의 10)의 방수 및 방진 효과는 더욱 향상될 수 있다.

이상에서는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

가장자리를 따라 형성된 제1 고리 형상의 제1 기둥을 포함하는 고정부;
상기 고정부 상에 위치하는 원판형 플레이트, 상기 플레이트로부터 상기 고정부를 향해 연장되고 상기 제1 기둥의 외측에 배치된 제1 돌출부, 및 상기 플레이트로부터 상기 고정부를 향해 연장되고 상기 제1 기둥의 내측에 배치된 제2 돌출부를 구비하며, 상기 고정부에 회전 가능하게 결합된 회전부; 및
상기 회전부와 결합하고, 상기 제1 기둥의 아래와 상기 제1 돌출부의 외곽을 연결하는 공기 흐름 통로를 형성하는 커버부;를 포함하고,
상기 제1 기둥과 상기 제1 돌출부 사이에는 간극이 형성되며, 상기 간극과 중첩하는 제1 영역에서의 상기 공기 흐름 통로의 제1 유동단면적은 상기 제1 영역과 인접한 제2 영역에서의 상기 공기 흐름 통로의 제2 유동단면적보다 작은 라이다 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정부는 상기 제2 돌출부 내측에 위치한 제2 고리 형상의 제2 기둥을 더 포함하고, 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥 사이에 내수성 그리스가 충전된 라이다 장치.
제1항에 있어서,
상기 커버부는 상기 제1 기둥의 하단부를 커버하는 제1 커버와, 상기 제1 커버로부터 절곡되어 상기 제1 돌출부의 외측면의 일부를 커버하는 제2 커버를 포함하고,
상기 제1 커버의 끝단은 상기 고정부로부터 수평방향으로 이격되고, 상기 제2 커버의 끝단은 상기 원판형 플레이트의 가장자리로부터 수직 방향으로 이격된 라이다 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 돌출부는 상기 플레이트로부터 가장 멀리 이격된 위치에 상기 제1 기둥을 향해 폭이 증가된 하단부를 포함하고, 상기 간극은 상기 제1 돌출부와 상기 하단부 사이에 형성된 라이다 장치.
제1항에 있어서,
상기 커버부는 상기 제1 커버 상에 적어도 하나의 베인을 더 포함하는 라이다 장치.
제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 베인은 상기 제1 돌출부의 하단부와 연결된 라이다 장치.