KR20180129386A - 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 lidar 시스템 - Google Patents

Abstract

라이다 시스템이 개시된다. 라이다 시스템은 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템으로써 pulse 광 출력의 단일 혹은 다채널 출력이 가능한 광원 부에서 발진된 광의 발산각을 평행광으로 만들어 주기 위한 FOV 제어 렌즈 모듈과 목표물로부터 산란되어 획득된 광을 포획하기위한 수광렌즈와 포획된 신호를 디텍터를 통해 획득하여 이미지 처리하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템{A field of view control lidar system to avoid interference of channels and sensors}

본 발명은 시야 제어 LIDAR 시스템에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템이다.

기존에 사용되던 LIDAR 기술들은 Multi-channel 간 간섭 혹은 외부 신호와의 간섭을 크게 고려하지 않았다. 자율주행 기술이 주목됨에 따라 차량 간 신호가 간섭이 발생할 수 있으며, 획득되는 신호는 산란광이 들어오므로 충분히 주변 채널의 노이즈가 섞여 들어올 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 자율주행, 드론, 로봇 등에 적용가능한 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 single channel 외에도 multichannel까지 응용 가능한 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 광시야 제어 LIDAR을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 라이다 시스템은 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템으로써 pulse 광 출력의 단일 혹은 다채널 출력이 가능한 광원 부에서 발진된 광의 발산각을 평행광으로 만들어 주기 위한 FOV 제어 렌즈 모듈과 목표물로부터 산란되어 획득된 광을 포획하기위한 수광렌즈와 포획된 신호를 디텍터를 통해 획득하여 이미지 처리하는 신호 처리부를 포함한다.

본 발명에 따른 시야 제어 LIDAR 시스템은 외부환경에 따른 노이즈를 제거하여 각 채널별 고유의 신호를 획득 가능하여 차량 간 코드를 생성할 필요가 없어 가격이 저렴하고 센서, 채널 간 간섭에 따른 오차 제거가 가능한 라이다 시스템을 획득 가능하며, 따라서 정밀한 2D, 3D 데이터를 획득할 수 있어, 자율주행 시장에 활용도가 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 FOV(Field of view) 제어 싱글 채널 라이다 원리를 설명하는 도면이다.
도 2는 FOV 제어에 따른 spot 형태의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 FOV 제어 다중 채널 라이다 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 외부 노이즈 영향시 발생되는 FOV 제어 다중 채널 라이다 원리를 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템은, 기존 기술에서 다채널을 가진 디텍터를 사용하여 빛이 기존의 광축을 중심으로 하는 신호 외에 주변부에서 획득된 빛을 수광 시 발생하는 spot의 형태를 응용하여 디텍터의 채널에 수광되는 광의 세기 비율을 비교하는 신호처리를 통해 노이즈의 영향력을 제거한다.

구체적으로, 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템 은 렌즈 사용 시 발생하는 수차를 응용한 방법으로써, 수차란 초점이 한군데로 모이지 않는 현상을 의미하며, 비점수차는 렌즈의 가로방향과 세로방향의 초점거리가 다를 때 발생하는 수차, 코마수차는 광축 밖의 상점에의해 발생하는 수차로써 spot의 형태가 혜성의 모양을 가지는 것을 말한다. 레이저에서 발진되는 광은 FOV(Field of View)제어 렌즈를 통해 평행광으로 제어되며, 이 때 HFOV에서는 차량간 라이다 신호의 간섭이 발생할 수 있으며, VFOV에서는 채널간 광신호의 간섭이 발생할 수 있다. 이를 예방하기 위해 목표물에서 산란된 광들은 위의 렌즈모듈을 투과하면서 발생하는 수차현상을 적용시켜 초점이 맞을 시 디텍터를 통해 각 채널별로 발생하는 고유 신호를 인식하고 주변 환경에 의해 발생하는 신호는 error로써 검출한다. 형태를 검출하는 수식으로는

········· (1)

········· (2)

식 1과 2를 통해 신호의 비율을 분석하여 광의 균일함을 통해 각 채널 고유의 신호를 획득하며

········· (3)

식 3을 통해 error 검출을 한다. 따라서 이 신호들을 비교 처리하여 각 채널 고유의 신호를 인식, LIDAR신호 검출을 통해 주변 환경에 대해 2D, 3D 이미지 획득이 가능하다.

일 실시 예에 의하면, 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템으로써 pulse 광 출력의 단일 혹은 다채널 출력이 가능한 광원 부에서 발진된 광의 발산각을 평행광으로 만들어 주기 위한 FOV 제어 렌즈 모듈과 목표물로부터 산란되어 획득된 광을 포획하기위한 수광렌즈와 포획된 신호를 디텍터를 통해 획득하여 이미지 처리하는 신호 처리부를 포함한다.

상기 단일 혹은 다채널 출력 광원을 구성하는 방법은 광섬유 커플링을 이용한 방법, 빔스플리터를 통해 광을 분할하는 방법 등의 coupler, waveguide splitter, grating 등 광소자를 통해 광을 분할하는 방법을 통해 구현될 수 있다.

상기 FOV 렌즈 모듈을 구동하는 방법으로써는 모터, coil, mems, scan lens 등 렌즈의 움직임을 제어하기 위한 모션 제어 모듈이 이용될 수 있다.

상기 FOV 렌즈 모듈 구동 방법은 2축, 4축 등 축이동을 통해 센서간 간섭을 발생시키는 HFOV(Horizontal field of view와 채널간 간섭을 발생하는 VFOV(Vertical field of view)를 제어하는 방법이 이용될 수 있다.

상기 디텍터로써는 이미지센서, 다중분할 photodetector 등 다중분할 센서를 통한 광의 spot 형태를 분석 가능한 기술이 이용될 수 있다.

상기 라이다 구성으로는 scan 라이다, 무scan 라이다 등 FOV 제어 렌즈 모듈이 들어간 모든 종류의 라이다 기술이 이용될 수 있다.

상기 라이다 광학계 구성으로는 co-axial 및 bi-axial 등 다양한 광축을 사용할 수 있다.

상기 수광 렌즈로는 fresnel lens, objective lens 등을 포함한 모든 종류의 렌즈를 사용해 광을 포획하는 기술이 이용될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

1: 레이저 광원
2: FOV 제어 렌즈 모듈
3: 목표물
4: 수광 렌즈
5: 디텍터
6: b, c 채널에 빛이 치우쳐 있는 모습
7: 정확한 신호가 들어와 있는 모습
8: a, d 채널에 빛이 치우쳐 있는 모습
9: 다중 채널 레이저 광원
10: 다중 채널 디텍터
11: 외부 광원에 의해 초점이 형성된 모습 1
12: 외부 광원에 의해 초점이 형성된 모습 2

Claims (1)

1. 채널 및 센서 간 간섭회피를 위한 시야 제어 LIDAR 시스템으로써 pulse 광 출력의 단일 혹은 다채널 출력이 가능한 광원 부에서 발진된 광의 발산각을 평행광으로 만들어 주기 위한 FOV 제어 렌즈 모듈과 목표물로부터 산란되어 획득된 광을 포획하기위한 수광렌즈와 포획된 신호를 디텍터를 통해 획득하여 이미지 처리하는 신호 처리부를 포함한 라이다 시스템.

Images