KR20180089352A - 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 펄스 레이저를 측정 타겟으로 반사시키는 회전 미러, 상기 측정 타겟에서 반사된 광을 수광하여 적어도 하나 이상의 초점을 형성하는 오목 반사 미러, 및 상기 반사된 광을 전기신호로 변환하는 광검출부를 포함할 수 있다.

Description

오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다{SCANNING LIDAR HAVING CONCAVE REFLECTIVE MIRROR}
본 발명은 수광 렌즈 역할을 수행하는 오목형 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 관한 것이다.
최근, 지능형 자동차 및 스마트카 분야에서는 돌발상황에 대한 차량의 능동적 대처기능을 요구하고 있다. 즉, 보행자의 급작스런 출현을 인지하거나, 어두운 야간에 조명의 범위를 벗어난 곳에 대한 장애물을 사전에 감지하거나, 우천시 전조등 조명의 약화로 인한 장애물을 감지하거나, 또는 도로 파손을 사전에 감지하는 등, 운전자와 보행자의 안전을 위협하는 상황을 사전에 확인할 필요가 있다.
이러한 요구에 대해, 윈드실드 또는 차량의 전방에 설치되어, 자체 출사광을 기반으로 차량이 움직이는 경우 전방의 물체를 확인하여 사전에 운전자에게 경고함을 물론, 차량 스스로가 정지 또는 회피하는데 기초가 되는 영상을 차량의 전자제어유닛(electronic control unit; ECU)에 전달하고, ECU는 이 영상을 이용하여 각종 제어를 수행하게 되는데, 이러한 영상을 획득하는 것을 스캐너(scanner)라 한다.
종래 스캐너로서는, 레이더(radio detection and ranging; RADAR) 장비가 사용되었다. 레이더는 마이크로파(극초단파, 10cm 내지 100cm 파장) 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선감시장치로서, 차량용 스캐너에 이용되고 있으나, 가격이 고가이므로 다양한 차종에 보급이 용이하지 않은 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 라이다(light detection and ranging; LiDAR)를 이용한 스캐너가 개발되고 있다. 라이다는, 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서, 레이저 레이더라고도 한다. 반사광의 시간측정은 클럭펄스로 계산하며, 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.
종래의 스캐닝 라이다 기술은 고출력 레이저 다이오드로부터 출력되는 확산 빔을 i) 콜리메이션 렌즈를 통하여 평행광으로 집광하여 송출하고, ii) 물체에서 반사된 광 신호는 대구경 집광렌즈를 통하여 초점거리에 검출기를 위치시키는 광학계 구조로서, 최소 2개 이상의 복수의 렌즈를 요구한다.
스캐닝 라이다에 있어서 광학계의 미세한 정렬 작업은 필수적이며, 이러한 정렬 작업은 스캐닝 라이다에 포함된 렌즈의 수가 증가할수록 정렬대상이 늘어나기 때문에, 스캐닝 라이다의 가격을 높이는 요인이 된다.
또한, 스캐닝 라이다에 있어서 전방의 물체 혹은 지형탐지를 위해 몸체 회전 혹은 거울을 회전시킴으로써 수평시야각을 확보하고 있으나, 몸체회전형은 부피가 크고 무겁고, 거울회전형은 상대적으로 가볍고 작으나 고속으로 거울을 회전시켜야 하므로 공기의 저항 등의 영향을 받아 회전속도에 한계를 가지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 송광축과 수광축이 시스템의 중심부에 이동하여 기구적으로 안정화되는 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 최소화 하는 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고속의 데이터 획득을 위한 미러의 고속회전이 용이한 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 펄스 레이저를 측정 타겟으로 반사시키는 회전 미러, 상기 측정 타겟에서 반사된 광을 수광하여 적어도 하나 이상의 초점을 형성하는 오목 반사 미러, 및 상기 반사된 광을 전기신호로 변환하는 광검출부를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 초점의 위치를 하나의 점으로 가이드하는 가이드 렌즈를 더 포함하고, 상기 광검출부는 상기 하나의 점에 위치하여, 상기 반사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 가이드 렌즈는 프레넬 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 회전 미러를 회전시키는 모터를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 광원과 상기 회전 미러는 상기 오목 반사 미러의 하단 또는 상단에 배치될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 오목 반사 미러는 내부에 구비된 반사면이 상기 측정 타겟을 향하도록 배치되는 반원 형태 또는 반타원 형태일 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 가이드 렌즈는 상기 반사된 광이 입사되는 영역이 상기 오목 반사 미러의 내부에 구비된 반사면에 대응될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 가이드 렌즈는 상기 적어도 하나 이상의 초점의 위치를 추적하는 초점 추적형 가이드 렌즈일 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 가이드 렌즈는 회전 운동을 통하여 상기 적어도 하나 이상의 초점의 위치를 추적할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 가이드 렌즈는 대구경 파이버가 삽입된 회전판을 포함하고, 상기 회전판의 회전 운동을 통하여, 상기 적어도 하나 이상의 초점을 추적하는 회전형 가이드 렌즈일 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 광원은 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원이고, 상기 광검출부는 상기 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2이상의 반사광 각각을 전기신호로 변환하는 광검출기를 적어도 2이상 구비하는 광검출기 어레이를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 광원이 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원인 경우, 상기 적어도 하나 이상의 초점은 수직으로 배열될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 광원이 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원인 경우, 상기 가이드 렌즈는 상기 적어도 2이상의 개별 가이드 렌즈가 적층되어 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 송광축과 수광축이 시스템의 중심부에 이동하여 기구적으로 안정화될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 고속의 데이터 획득을 위한 미러의 고속회전이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 방사형 가이드 렌즈를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 초점 추적형 가이드 렌즈를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 회전형 가이드 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다를 구체적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 오목 반사 미러(110), 가이드 렌즈(120), 광검출부(130), 광원(140), 회전 미러(150), 모터(160) 및 바디부(170)를 포함할 수 있다.
먼저, 광원(140)은 펄스 레이저를 출력할 수 있는 구성으로, 구체적으로 광원(140)은 오목 반사 미러(110), 가이드 렌즈(120) 및 광검출부(130)를 포함하는 수광학계의 상단 또는 하단에 배치될 수 있고, 회전 미러(150)의 반사면으로 펄스 레이저를 출력할 수 있다.
한편, 본 발명에 포함되는 광원(130)은 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원이 될 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 후술한다.
회전 미러(150)는 반사면을 구비하고, 구비된 반사면을 통해 광원(140)으로부터 출력되는 펄스 레이저를 반사시켜 반사된 펄스 레이저가 측정 타겟으로 진행하도록 한다. 구체적으로, 회전 미러(150)는 모터(160)와 물리적으로 연결될 수 있으며, 모터(160)의 회전 운동에 따라 회전하여, 반사면으로 입사되는 펄스 레이저를 측정 타겟으로 반사시킬 수 있다.
모터(160)은 앞서 설명한 회전 미러(150)를 회전시키는 구성으로, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다가 광학계 주변의 일정 영역을 포함하는 평면을 스캔할 수 있도록 한다.
한편, 위와 같은 구성으로 출력된 펄스 레이저는 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는데, 이라 이를 수광하는 구성을 설명한다.
먼저, 종래의 스캐닝 라이다는 측정 타겟에서 반사된 광 신호를 집광렌즈를 통하여 집광하고, 이를 광검출기가 검출하도록 한다. 그러나, 이러한 구성, 특히 집광렌즈가 구비되는 경우, 집광렌즈의 크기에 대응하는 회전 미러가 필수적으로 구비되어야 하기 때문에, 스캐닝 라이다의 소형화에 어려움이 있다. 또한, 근접거리가 아닌 중장거리를 스캐닝하는 라이다는 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는 광 신호를 집광하기 위한 대구경 집광렌즈가 구비되어야 하기 때문에, 중장거리를 정밀하게 스캐닝하는 라이다는 그 크기의 소형화가 더욱 어려운 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 오목 반사 미러를 구비하여, 구비된 오목 반사 미러를 통해 집광렌즈의 기능을 수행할 수 있도록 한다.
오목 반사 미러(110)는 앞서 설명한 송광학계에서 출력된 펄스 레이저가 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는 반사된 광 신호를 수광할 수 있다. 여기서, 오목 반사 미러(110)는 측정 타겟에서 반사된 광 신호를 수광하여 적어도 하나 이상의 초점을 형성할 수 있다.
구체적으로, 오목 반사 미러(110)는 내부에 반사면을 구비할 수 있고, 구비된 반사면은 측정 타겟을 향하도록 배치될 수 있으며, 그 형태는 반원 형태 또는 반타원 형태일 수 있다. 즉, 오목 반사 미러(110)의 형태에 따라 초점이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
그리고, 오목 반사 미러(110)에 구비된 반사면을 통해 수광된 광 신호는 직접 광검출부(130)에 전달되어 전기신호로 변환될 수 있지만, 본 발명은 이와 같은 구조와 더불어 수광된 광 신호가 광검출부(130)에 더욱 효율적으로 전달될 수 있도록 가이드 렌즈(120)를 더 포함할 수 있다.
가이드 렌즈(120)는 오목 반사 미러(110)를 통해 형성되는 적어도 하나 이상의 초점을 다시 하나의 점으로 가이드 하는 구성으로, 프레넬 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 구현될 수 있다.
구체적으로, 가이드 렌즈(120)는 오목 반사 미러(110)의 형태 또는 스캐닝 빔의 위치에 따라 초점이 변경되는 경우에도, 반사된 광 신호가 광검출부(130)에 잘 전달될 수 있도록 한다.
이와 같은 가이드 렌즈(120)의 기능을 통하여, 본 발명에 포함되는 광검출부(130)는 가이드 렌즈(120)가 형성하는 하나의 점에 해당하는 위치에 고정되어 배치될 수 있고, 결국 스캐닝한 데이터를 안정적으로 획득할 수 있게 된다.
이와 더불어, 위와 같은 구성으로 인해 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 라이다 시스템의 중심축과 광축이 일치하지 않는 비대칭 광학구조가 아닌, 송광축과 수광축이 라이다 시스템의 중심부에 이동하여 중심축과 광축이 일치하게 되는 광학구조를 가지기 때문에 기구적으로 안정화될 수 있게 되고, 소형화가 가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 다양한 가이드 렌즈(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가이드 렌즈는 오목 반사 미러의 내부에 구비된 반사면에 대응되는 방사형 가이드 렌즈이거나 또는 오목 반사 미러를 통해 형성되는 초점의 위치를 추적하는 초점 추적형 가이드 렌즈일 수 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 4를 통해 후술한다.
위와 같은 구성과 함께, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 바디부(170)를 포함할 수 있으며, 해당 바디부(170)는 송광학계에 해당하는 광원(140) 및 회전 미러(150) 등을 내부에 포함할 수 있다. 그리고, 바디부(170)의 어느 한 면에는 앞서 설명한 오목 반사 미러(110), 가이드 렌즈(120) 및 광검출부(130)가 배치될 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 대구경 집광렌즈뿐만 아니라, 집광렌즈 자체를 사용하지 않기 때문에, 집광 렌즈의 크기에 대응되는 회전 미러가 필수적인 구성으로 요구되지 않고, 펄스 레이저를 일정한 영역에 방사할 수 있는 정도의 크기(소형화 가능)의 회전 거울만을 필수적인 구성으로 포함할 수 있게 된다.
그 결과, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 대구경 집광렌즈를 사용하지 않으므로 제조 비용을 감소시킬 수 있고, 회전 미러를 소형화할 수 있기 때문에, 스캐닝 라이다의 전체 크기를 소형화할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 가이드 렌즈에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 방사형 가이드 렌즈를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 오목 반사 미러(210), 가이드 렌즈(220), 광검출부(230), 광원(240), 회전 미러(250) 및 모터(260)를 포함할 수 있다. 특히, 도 2는 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다의 측면부(side view) 및 상면부(top view)를 나타낸다.
여기서, 가이드 렌즈(220)를 제외한 다른 구성인 오목 반사 미러(210), 광검출부(230), 광원(240), 회전 미러(250) 및 모터(260)는 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 2에 도시된 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 가이드 렌즈(220)를 포함하되, 해당 가이드 렌즈(220)는 방사형 가이드 렌즈(220)로 구현됨을 확인할 수 있다.
먼저, 측면부(side view)를 나타내는 좌측 도면을 참조하면, 방사형 가이드 렌즈(220)는 오목 반사 미러(210)가 측정 타겟에서 반사된 광을 수광하여 형성한 초점(focusing point)을 다른 하나의 점으로 가이드함을 확인할 수 있다. 그리고, 광검출부(230)는 방사형 가이드 렌즈(220)를 통해서 형성된 하나의 점에 위치하여, 측정 타겟에서 반사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다.
상면부(top view)를 나타내는 우측 도면을 참조하면, 방사형 가이드 렌즈(220)의 형태를 구체적으로 확인할 수 있다. 즉, 방사형 가이드 렌즈(220)는 프레넬 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이를 포함하여 구현될 수 있으며, 특히, 오목 반사 미러(310)의 반사면에서 반사된 광이 입사되는 영역(또는 면)이 오목 반사 미러(210)의 내부에 구비된 반사면에 대응되는 반원 형태 또는 반타원 형태로 구현될 수 있다.
결국, 방사형 가이드 렌즈(220)는 오목 반사 미러(210)의 형태 또는 스캐닝 빔의 위치에 따라 초점이 변경되는 경우에도, 반사된 광 신호가 광검출부(230)에 잘 전달될 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 초점 추적형 가이드 렌즈를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 오목 반사 미러(310), 가이드 렌즈(320), 광검출부(330), 광원(340), 회전 미러(350) 및 모터(360)를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 도 2와 마찬가지로, 도 3은 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다의 측면부(side view) 및 상면부(top view)를 나타낸다.
여기서, 가이드 렌즈(320)를 제외한 다른 구성인 오목 반사 미러(310), 광검출부(330), 광원(340), 회전 미러(350) 및 모터(360)는 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 가이드 렌즈(320)를 포함하되, 해당 가이드 렌즈(320)는 초점 추적형 가이드 렌즈(320)로 구현됨을 확인할 수 있다.
먼저, 측면부(side view)를 나타내는 좌측 도면을 참조하면, 초점 추적형 가이드 렌즈(320)는 오목 반사 미러(310)가 측정 타겟에서 반사된 광을 수광하여 형성한 초점(focusing point)을 다른 하나의 점으로 가이드함을 확인할 수 있다. 그리고, 광검출부(330)는 초점 추적형 가이드 렌즈(320)를 통해서 형성된 하나의 점에 위치하여, 측정 타겟에서 반사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다.
상면부(top view)를 나타내는 우측 도면을 참조하면, 초점 추적형 가이드 렌즈(320)의 형태를 구체적으로 확인할 수 있다. 즉, 방사형 가이드 렌즈(320)는 프레넬 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이를 포함하여 구현될 수 있으며, 특히, 오목 반사 미러(310)를 통해서 형성된 적어도 하나 이상의 초점의 위치를 추적하도록 구현될 수 있다.
결국, 초점 추적형 가이드 렌즈(320)는 오목 반사 미러(310)의 형태 또는 스캐닝 빔의 위치에 따라 초점이 변경되는 경우에도, 변경된 초점을 추적하여 반사된 광 신호가 광검출부(330)에 잘 전달될 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 회전형 가이드 렌즈를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 회전형 가이드 렌즈의 측면부(side view) 및 상면부(top view)를 확인할 수 있다.
여기서, 가이드 렌즈를 제외한 다른 구성들은 앞서 도 1을 통해 설명한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 가이드 렌즈를 포함하되, 회전형 가이드 렌즈로 구현됨을 확인할 수 있다.
먼저, 측면부(side view)를 나타내는 상측 도면 및 상면부(top view)를 나타내는 하측 도면을 참조하면, 회전형 가이드 렌즈는 대구경 파이버(420)가 삽입된 회전판을 포함할 수 있다. 그리고, 회전판의 회전 운동을 통하여, 대구경 파이버(420)는 오목 반사 미러를 통해 형성되는 적어도 하나 이상의 초점을 추적하고, 이를 다른 하나의 점으로 가이드함을 확인할 수 있다. 그리고, 광검출부(430)는 회전형 가이드 렌즈의 대구경 파이버(420)를 통해서 형성된 하나의 점에 위치하여, 측정 타겟에서 반사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다.
결국, 대구경 파이버(420)를 구비하는 회전형 가이드 렌즈는 오목 반사 미러의 형태 또는 스캐닝 빔의 위치에 따라 초점이 변경되는 경우에도, 변경된 초점을 추적하여 반사된 광 신호가 광검출부(430)에 잘 전달될 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 오목 반사 미러(510), 가이드 렌즈(520), 광검출부(530), 광원(540), 회전 미러(550), 모터(560) 및 바디부(570)를 포함할 수 있다. 그리고, 바디부(570)의 하단에 인코더(580)를 더 포함할 수 있다.
도 5에 포함되는 개별 구성들은 도 1 내지 도 4를 통하여 설명한 바와 유사하고, 차별점으로 구현될 수 있는 내용에 관하여 설명한다.
앞서, 본 발명에 포함되는 광원(540)은 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원이 될 수 있음을 설명하였다.
이와 관련하여, 구체적인 설명을 계속하면, 광원(540)이 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원인 경우, 광검출부(530)는 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2이상의 반사광 각각을 전기신호로 변환하는 광검출기를 적어도 2이상 구비하는 광검출기 어레이(532) 및 관련회로부(531)를 포함할 수 있다.
한편, 도 5에서 도시된 광검출기 어레이(532)는 설명의 편의를 위한 하나의 예로서 나타낸 구조이고, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다에 포함되는 광검출기 어레이(532)의 형태 또는 구조가 도 5에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 즉, 광검출기 어레이(532)는 도 5와 구별되는 다른 형태 또는 구조로 구현될 수 있다.
그리고, 광원(540)이 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원인 경우, 오목 반사 미러(510)를 통해서 형성되는 적어도 하나 이상의 초점은 수직으로 배열되도록 구현될 수 있다. 그리고, 적어도 하나 이상의 초점의 배열은 오목 반사 미러(510)의 반사면의 곡률 또는 오목 반사 미러(510)의 형태에 대응하여 수직이 아닌 다른 구조로 변경되어 구현될 수도 있다.
이와 더불어, 광원(540)이 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원인 경우, 가이드 렌즈(520)는 적어도 2이상의 개수에 해당하는 개별 가이드 렌즈가 적층되어 구현될 수도 있다. 이를 통하여, 서로 다른 채널에 해당하는 펄스 레이저가 측정 타겟에서 반사되어 되돌아 오는 광 신호를 빠짐없이 효율적으로 수광할 수 있게 된다.
결국, 본 발명에 따른 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다는 송광축과 수광축이 시스템의 중심부에 이동하여 기구적으로 안정화될 수 있고, 광학계의 구조를 단순화하고 부품의 수를 최소화할 수 있으며, 고속의 데이터 획득을 위한 미러의 고속회전이 용하도록 구현될 수 있다.
따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 펄스 레이저를 출력하는 광원과 상기 펄스 레이저를 측정 타겟으로 반사시키는 회전 미러를 포함하는 송광학계; 및
    상기 측정 타겟에서 반사된 광을 집광하여 적어도 하나 이상의 초점을 형성하는 오목 반사 미러와 광검출부를 포함하는 수광학계를 포함하고,
    상기 수광학계는 상기 송광학계와 물리적으로 분리되어 상기 회전 미러의 회전에 관계없이 광을 검출하는, 스캐닝 라이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송광학계는 바디부 내에 위치하고 상기 바디부 하단에 상기 회전 미러를 회전시키는 모터를 더 포함하는, 스캐닝 라이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오목 반사 미러는 반원 형태 또는 반타원 형태로 상기 측정 타겟에서 반사된 광을 집광하는, 스캐닝 라이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오목 반사 미러를 통해 집광된 하나 이상의 초점을 하나의 점으로 가이드하는 가이드 렌즈를 더 포함하는, 스캐닝 라이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 렌즈는,
    상기 오목 반사 미러의 내부에 구비된 반사면에 대응되는 방사형인, 스캐닝 라이다.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 렌즈는,
    상기 적어도 하나 이상의 초점의 위치를 추적하는 초점 추적형인, 스캐닝 라이다.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 렌즈는,
    회전 운동을 통하여 상기 적어도 하나 이상의 초점의 위치를 추적하는, 스캐닝 라이다.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 렌즈는,
    대구경 파이버가 삽입된 회전판을 포함하고, 상기 회전판의 회전 운동을 통하여 상기 적어도 하나 이상의 초점을 추적하는 회전형 가이드 렌즈인 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원은,
    서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원이고,
    상기 광검출부는,
    상기 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2이상의 반사광 각각을 전기신호로 변환하는 광검출기를 적어도 2이상 구비하는 광검출기 어레이를 포함하는 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다채널 광원에서 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 경우
    상기 오목 반사 미러를 통해 형성되는 상기 적어도 하나 이상의 초점은 수직으로 배열되고,
    상기 수직으로 배열되는 상기 적어도 하나 이상의 초점을 가이드하기 위해 적어도 2이상의 개별 가이드 렌즈를 적층하여 구현되는, 스캐닝 라이다.
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