KR20180126927A - 8채널형 라이다 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 레이저 다이오드와 수광 센서만을 구비하는 단순한 구조를 가지면서도 팔라인 빔 전환부를 이용하여 8채널의 평행광원을 펄스 형태로 발사하여 반사되는 빔을 취득하여 물체를 정확하게 식별할 수 있는 8채널형 라이다에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 8채널형 라이다는, 전방으로 방추형 빔을 발산하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드의 전방에 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 집광 렌즈; 상기 집광 렌즈의 전방에 설치되며, 상기 집광 렌즈에 의하여 조사되는 평행광을 팔(八)라인 레이저빔으로 전환하는 팔라인 빔 전환부; 상기 팔라인 빔 전환부 하측에 설치되며, 상기 팔라인 빔 전환부에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 수광부;를 포함한다.

Description

8채널형 라이다{A EIGHT-CHANNEL RIDAR}
본 발명은 8채널형 라이다에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 하나의 레이저 다이오드와 수광 센서만을 구비하는 단순한 구조를 가지면서도 팔라인 빔 전환부를 이용하여 8채널의 평행광원을 펄스 형태로 발사하여 반사되는 빔을 취득하여 물체를 정확하게 식별할 수 있는 8채널형 라이다에 관한 것이다.
일반적으로 빔을 멀리 전송하기 위해서는 발산 빔을 평행광원으로 변환해야 하는 바, 라이다를 구성하는 기존 평행광원 구현 광학계는 굴절 광학계(렌즈 이용 방식)가 대부분이다. 이 굴절 광학계는 렌즈의 곡률이 작을수록 구면 수차가 커져 전송거리가 멀어질수록 빔의 확산이 급격히 커져서 원거리 감지용 광원으로 부적합하다.
또한 입사 광량을 늘리고자 렌즈 구경을 크게 할 경우에는 렌즈 가장자리에서 구면 수차가 발생하여 다량의 수광 빔이 렌즈에 도달하더라도 수광 센서에 초점 형성이 이루어지지 않거나 다초점이 형성되거나 또는 초점 심도가 커져 수광 효율이 낮은 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하나의 레이저 다이오드와 수광 센서만을 구비하는 단순한 구조를 가지면서도 팔라인 빔 전환부를 이용하여 8채널의 평행광원을 펄스 형태로 발사하여 반사되는 빔을 취득하여 물체를 정확하게 식별할 수 있는 8채널형 라이다를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 8채널형 라이다는, 전방으로 방추형 빔을 발산하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드의 전방에 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 집광 렌즈; 상기 집광 렌즈의 전방에 설치되며, 상기 집광 렌즈에 의하여 조사되는 평행광을 팔(八)라인 레이저빔으로 전환하는 팔라인 빔 전환부; 상기 팔라인 빔 전환부 하측에 설치되며, 상기 팔라인 빔 전환부에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 수광부;를 포함한다.
그리고 본 발명에서 상기 팔라인 빔 전환부는, 상기 집광 렌즈의 전방에 8개의 반사면이 정팔각형을 이루도록 설치되되, 각 반사면은 서로 다른 각도로 설치되어 상기 집광 렌즈에 의하여 조사되는 평행광을 팔라인 레이저빔으로 전환하는 팔면 반사경부; 상기 팔면 반사경부의 상부 또는 하부에 결합되어 설치되며, 상기 팔면 반사경부를 중앙을 회전 중심으로 하여, 상기 8개의 반사면이 상기 집광 렌즈에 의하여 조사되는 평행광을 순차적으로 반사하도록 상기 팔면 반사경부를 회전시키는 제1 회전부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 수광부는, 상기 팔면 반사경부의 하측에 상기 팔면 반사경부와 동일한 개수의 반사면이 정팔각형을 이루도록 설치되며, 상기 팔면 반사경부의 각 반사면에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 레이저빔을 수광하는 수광용 팔면 반사경부; 상기 수광용 팔면 반사경부의 상부 또는 하부에 결합되어 설치되며, 상기 수광용 팔면 반사경부의 중앙을 회전 중심으로 하여, 상기 8개의 반사면이 상기 팔면 반사경부의 반사면과 동일하게 회전하도록 상기 수광용 팔면 반사경부를 회전시키는 제2 회전부; 상기 수광용 팔면 반사경부의 전방에 설치되며, 상기 수광용 팔면 반사경부의 각 반사면에 의하여 반사된 레이저빔을 집광하는 수광 렌즈; 상기 수광 렌즈의 전방에 설치되며, 상기 수광 렌즈에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 수광센서;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 8채널형 라이다에서는, 상기 팔면 반사경부와 수광용 팔면 반사경부는 서로 결합되어 동시에 회전가능하도록 설치되며, 상기 제1, 2 회전부는 일체로 형성되어 상기 팔면 반사경부와 수광용 팔면 반사경부를 동시에 회전시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 8채널형 라이다에 의하면, 하나의 레이저 다이오드와 수광 센서만을 구비하는 단순한 구조를 가지면서도 제조 단가가 매우 낮으며, 팔라인 빔 전환부를 이용하여 8채널의 평행광원을 펄스 형태로 발사하여 반사되는 빔을 취득하여 물체를 정확하게 식별할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 8채널 라이다의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 8채널 라이다의 구조를 도시하는 다른 방향에서의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 8채널 라이다에서 이루어지는 광경로를 도시하는 평면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 8채널형 라이다(100)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(110), 집광 렌즈(120), 팔라인 빔 전환부(130) 및 수광부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 레이저 다이오드(110)는 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 전방으로 방추형 빔을 펄스 형태로 발산하는 구성요소이다. 상기 레이저 다이오드(110)는 직진성이 우수한 레이저를 발진할 수 있는 다른 구성요소로 대체될 수도 있을 것이다. 본 실시예에서 상기 레이저 다이오드(110)는 비가시광 영역인 905nm 파장을 가지는 레이저빔을 조사하는 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.
다음으로 상기 집광 렌즈(120)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 다이오드(120)의 전방에 설치되며, 상기 레이저 다이오드(110)에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 집광 렌즈(120)는 상기 레이저 다이오드(120)에서 조사되는 방추형빔을 평행광으로 전환할 수 있는 광학 소재이면 충분하며, 크기는 최소화되는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 팔라인 빔 전환부(130)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 집광 렌즈(120)의 전방에 설치되며, 상기 집광 렌즈(120)에 의하여 조사되는 평행광을 8라인 레이저빔으로 전환하는 구성요소이다. 즉, 상기 팔(八)라인 빔 전환부(130)에 의하여 하나의 라인으로 입사되는 레이저빔이 8개의 라인을 가지는 레이저빔으로 분할되어 8채널형 라이다의 기능이 가능하게 하는 것이다.
이를 위하여 본 실시예에서는 상기 팔라인 빔 전환부(130)를 구체적으로 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 팔면 반사경부(132)와 제1 회전부(135)로 구성할 수 있다. 먼저 상기 팔면 반사경부(132)는 다수개의 반사면이 전체적으로 정다각형을 이루도록 설치되는 구조를 가진다. 이때 상기 8개의 반사면은 연직면에 대하여 서로 다른 각도를 가지도록 설치되며, 이렇게 다른 각도를 가지도록 설치된 다수개의 반사면을 동일한 방향에서 입사되는 레이저빔을 각각 다른 방향으로 반사한다. 특히, 상기 8개의 반사면이 상기 제1 회전부(135)에 의하여 회전하게 되면 반사면의 회전에 의하여 반사되어 조사되는 레이저빔을 일정한 방향으로 스캔하는 형태로 조사된다.
본 실시예에서 반사면이 8개가 구비되므로. 8개의 반사면은 도 3에 도시된 바와 같이, 정팔각형을 이루도록 설치되며, 각 반사면은 연직면에 대하여 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7도의 각도를 가지도록 기울어진 상태로 설치될 수 있다. 이렇게 서로 다른 각도를 가지도록 설치된 8개의 반사면은 회전하면서 8개의 라인을 그리는 형태로 하나의 레이저빔을 8개의 라인빔 형태로 변환하여 반사한다.
물론 상기 팔면 반사경부(132)에는 상기 다수개의 반사면이 설치될 수 있는 상하 플레이트(134, 136) 및 중앙에 회전축 역할을 하는 중앙축(138) 등이 더 구비되는 구조를 가질 수 있다.
다음으로 상기 제1 회전부(135)는 상기 팔면 반사경부(132)의 상부 또는 하부에 결합되어 설치되며, 상기 팔면 반사경부(132)를 중앙을 회전 중심으로 하여, 상기 다수개의 반사면이 상기 집광 렌즈(120)에 의하여 조사되는 평행광을 순차적으로 반사하도록 상기 팔면 반사경부(132)를 회전시키는 구성요소이다. 즉, 상기 제1 회전부(135)에 의하여 상기 팔면 반사경부(132)에 설치되는 모든 반사면이 순차적으로 상기 집광 렌즈(120)에 의하여 조사되는 레이저빔을 자신의 설치 각도에 의하여 서로 다른 라인빔 형태로 조사하도록 상기 팔면 반사경부(132)를 일정한 회전 속도로 회전하는 것이다.
구체적으로 상기 제1 회전부(135)는 일반적인 모터로 구성될 수 있으며, 상기 중앙축(138)의 하부 또는 상부에 결합되어 상기 팔면 반사경부(132)를 회전시키는 것이다.
다음으로 상기 수광부(140)는 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 상기 팔라인 빔 전환부(130) 하측에 설치되며, 상기 팔라인 빔 전환부(130)에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 구성요소이다. 즉, 상기 수광부(140)는 상기 팔면 반사경부(132)에 의하여 다수개의 라인빔으로 나뉘어 조사되는 레이저빔들이 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 각 라인빔 별로 분할하여 수광하고, 발산 시점과 수광 시점 사이의 시간차를 분석하여 전방 물체와의 거리를 계산하는 구성요소이다.
이를 위하여 본 실시예에서는 상기 수광부(140)를 구체적으로 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 수광용 팔면반사경부(141), 수광 렌즈(143) 및 수광 센서(144)를 포함하여 구성할 수 있다.
먼저 상기 수광용 팔면반사경부(141)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 팔면 반사경부(132)의 하측에 상기 팔면 반사경부(132)와 동일한 개수의 반사면이 정팔각형을 이루도록 설치되며, 상기 팔면 반사경부(132)의 각 반사면에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 레이저빔을 수광하고 상기 수광 렌즈(143) 방향으로 반사하는 구성요소이다.
이때 상기 수광용 팔면 반사경부(141)에 설치되는 반사면의 수는 상기 팔면 반사경부(132)의 반사면 개수와 동일할 뿐만아니라, 그 설치 위치도 완전히 동일한 것이 바람직하다. 따라서 동일한 위치에 설치되는 수광용 반사면은 동일한 위치에 설치되는 발광용 반사면에 의하여 발광된 레이저빔을 수광하게 되고, 이를 별도로 감지된다.
한편 본 실시예에서는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 팔면 반사경부(132)과 수광용 팔면 반사경부(141)는 서로 결합되어 동시에 회전가능하도록 설치되는 것이, 정확한 발광 및 수광을 위하여 바람직하다. 이 경우에는 상기 팔면 반사경부(132)와 수광용 팔면 반사경부(141)가 동시에 회전되도록, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 회전부(135)에 의하여 일체로 형성되어 있는 상기 팔면 반사경부(132)와 수광용 팔면 반사경부(141)를 동시에 회전시키는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 수광 렌즈(143)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 수광용 팔면 반사경부(141)의 전방에 설치되며, 상기 수광용 팔면 반사경부(141)의 각 반사면에 의하여 반사된 레이저빔을 집광하여 상기 수광 센서(144)에 초점을 형성시키는 구성요소이다. 따라서 상기 수광 렌즈(143)는 상기 수광용 팔면 반사경부(141)에서 입사되는 레이저빔을 모두 수광하고 집광할 수 있는 광학 구조를 가진다.
다음으로 상기 수광센서(144)는 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 상기 수광 렌즈(143)의 전방에 설치되며, 상기 수광 렌즈(143)에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 구성요소이다. 상기 수광 센서(144)는 일반적인 수광 센서를 채용할 수 있으며, 상기 하우징(160)에 고정된 상태로 설치된다.
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 8채널형 라이다
110 : 레이저 다이오드 120 : 집광 렌즈
130 : 팔라인 빔 전환부 140 : 수광부

Claims (4)

  1. 전방으로 방추형 빔을 발산하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드의 전방에 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 전방으로 조사하는 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈의 전방에 설치되며, 상기 집광 렌즈에 의하여 조사되는 평행광을 팔(八)라인 레이저빔으로 전환하는 팔라인 빔 전환부;
    상기 팔라인 빔 전환부 하측에 설치되며, 상기 팔라인 빔 전환부에 의하여 조사된 레이저빔 중 전방에 존재하는 물체에 의하여 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 수광부;를 포함하는 8채널형 라이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팔라인 빔 전환부는,
    상기 집광 렌즈의 전방에 8개의 반사면이 정팔각형을 이루도록 설치되되, 각 반사면은 서로 다른 각도로 설치되어 상기 집광 렌즈에 의하여 조사되는 평행광을 팔라인 레이저빔으로 전환하는 팔면 반사경부;
    상기 팔면 반사경부의 상부 또는 하부에 결합되어 설치되며, 상기 팔면 반사경부를 중앙을 회전 중심으로 하여, 상기 8개의 반사면이 상기 집광 렌즈에 의하여 조사되는 평행광을 순차적으로 반사하도록 상기 팔면 반사경부를 회전시키는 제1 회전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 8채널형 라이다.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수광부는,
    상기 팔면 반사경부의 하측에 상기 팔면 반사경부와 동일한 개수의 반사면이 정팔각형을 이루도록 설치되며, 상기 팔면 반사경부의 각 반사면에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 레이저빔을 수광하는 수광용 팔면 반사경부;
    상기 수광용 팔면 반사경부의 상부 또는 하부에 결합되어 설치되며, 상기 수광용 팔면 반사경부의 중앙을 회전 중심으로 하여, 상기 8개의 반사면이 상기 팔면 반사경부의 반사면과 동일하게 회전하도록 상기 수광용 팔면 반사경부를 회전시키는 제2 회전부;
    상기 수광용 팔면 반사경부의 전방에 설치되며, 상기 수광용 팔면 반사경부의 각 반사면에 의하여 반사된 레이저빔을 집광하는 수광 렌즈;
    상기 수광 렌즈의 전방에 설치되며, 상기 수광 렌즈에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 수광센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 8채널형 라이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 팔면 반사경부와 수광용 팔면 반사경부는 서로 결합되어 동시에 회전가능하도록 설치되며,
    상기 제1, 2 회전부는 일체로 형성되어 상기 팔면 반사경부와 수광용 팔면 반사경부를 동시에 회전시키는 것을 특징으로 하는 8채널형 라이다.
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