KR20190029901A - 영상센서 방식 라이다의 측정거리 향상을 위한 광 집속 시스템 - Google Patents

영상센서 방식 라이다의 측정거리 향상을 위한 광 집속 시스템 Download PDF

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Abstract

영상센서 방식 라이다의 측정거리 향상을 위한 광 집속 기술이 개시된다. 주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서, 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부를 포함하고, 상기 거리 측정 센서부는, 광원에서 나오는 빛을 집속하는 광 집속 구조 및 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 빛을 집속하는 광 집속 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템을 제공한다.

Description

영상센서 방식 라이다의 측정거리 향상을 위한 광 집속 시스템{LIGHT FOCUSING SYSTEM FOR DETECTION DISTANCE ENHANCEMENT OF AREA SENSOR TYPE LIDAR}
아래의 설명은 빛을 이용한 3차원 거리 측정 기술인 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)의 측정 거리를 향상시키기 위한 기술에 관한 것이다.
최근에는 3차원 거리 측정 기술인 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)를 이용하여 거리를 측정하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
거리 측정 기술의 일 예로, 한국 공개특허공보 제10-2013-0050410호(공개일 2013년 05월 16일)에는 앞차와의 거리를 측정하는 근거리 레이더 센서가 부착된 차량용 블랙박스에 관한 기술이 개시되어 있다.
일반적으로 라이다는 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화, 편광 상태의 변화 등으로부터 측정 대상물의 거리와 농도, 속도, 형상 등 물리적 성질을 측정하는 기법이다. 즉, 레이더가 극초 단파를 이용하여 대상물까지의 왕복 시간을 관측함으로써 거리를 구하는 것과 같이 라이다 또한 레이저를 이용하여 동일한 원리로 거리를 측정할 수 있다.
라이다 센서는 레이저 신호의 변조 방법에 따라 ToF(Time of Flight) 방식과 위상변위(Phase-shift) 방식으로 구분될 수 있다. ToF 방식은 광원이 비교적 저렴하여 일반적으로 가장 많이 쓰인다. ToF 방식은 레이저가 펄스 신호를 방출하여 측정 범위 내에 있는 물체들에서 반사된 펄스 신호들이 수신기에 도착하는 시간을 측정함으로써 거리를 측정한다. 위상변위 방식은 특정 주파수를 가지고 연속적으로 변조되는 레이저 빔을 방출하고 측정 범위 내에 있는 물체로부터 반사되어 되돌아 오는 신호의 위상 변화량을 측정하여 시간 및 거리를 계산한다.
한편, 라이다 센서는 면적 측정 방식에 따라 스캔 방식과 영상센서(면적센서) 방식으로 구분될 수 있다. 스캔 방식은 넓은 면적을 측정하기 위해 광원과 검출기(detector)를 회전시켜 스캔하고 한 포인트씩(point-by-point) 측정하여 3D 결과를 도출하는 것으로, 해상력이 높고 측정 범위가 넓은 반면 회전체로 인하여 크기가 크고 고가라는 단점이 있다. 영상센서 방식의 라이다는 카메라 센서 등을 이용한 솔리드 스테이트(solid-state) 라이다를 의미하는 것으로, 영상센서 방식은 카메라 촬영과 유사하게 일정 면적을 한번에 측정하는 것이다. 이러한 영상센서 방식은 소형으로 제작 가능하고 가격이 저렴한 반면에, 측정 범위가 좁아 다수 장치를 병렬로 구성하여 사용한다.
영상센서 방식의 라이다에서 광원의 방향 제어 및 광 집속(集束, focusing)을 통해 광원의 제한된 광량 하에서 측정 거리를 향상시킬 수 있는 광 집속 시스템을 제공한다.
주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서, 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부를 포함하고, 상기 거리 측정 센서부는, 광원에서 나오는 빛을 집속하는 광 집속 구조 및 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 빛을 집속하는 광 집속 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템을 제공한다.
일 측면에 따르면, 상기 거리 측정 센서부는, 상기 광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛의 방향을 제어하는 광 제어 산광기(diffuser)가 배치되는 구조를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 거리 측정 센서부는, 상기 광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛을 분리하고 분리된 빛을 집속하는 광 분리 집속 소자가 배치되는 구조를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 광 분리 집속 소자는, 상기 광원에서 나오는 빛을 분리하기 위한 MLA(Micro Lens Array) 또는 DOE(Diffractive Optical Element)로 구성될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 거리 측정 센서부는, 상기 광원에서 나오는 빛을 가공하는 소자로 평행화 광학계(Collimating Optics)와 빔 확대 광학계(Beam Expanding Optics) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 거리 측정 센서부는, 상기 되돌아오는 빛을 측정하는 센서의 앞 단에 상기 되돌아오는 빛을 집속하는 광 집속 소자가 배치되는 구조를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 거리 측정 센서부는, 일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다 센서로 구성될 수 있다.
주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서, 일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부를 포함하고, 상기 거리 측정 센서부는, 광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛의 방향을 제어하는 광 제어 산광기(diffuser)가 배치되는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템을 제공한다.
주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서, 일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부를 포함하고, 상기 거리 측정 센서부는, 광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛을 분리하고 분리된 빛을 집속하는 광 분리 집속 소자가 배치되는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템을 제공한다.
주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서, 일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부를 포함하고, 상기 거리 측정 센서부는, 광원에서 나와 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 빛을 측정하는 센서의 앞 단에 상기 되돌아오는 빛을 집속하는 광 집속 소자가 배치되는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 영상센서 방식의 라이다에서 광원의 방향 제어 및 광 집속을 통해 광 효율을 높여 광원의 제한한 광량 하에서 측정 거리를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 환경의 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 거리 측정 시스템의 내부 구성의 일 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서 측정 거리 향상을 위한 광 집속 구조의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 측정 거리 향상을 위한 광 집속 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서 광 분리 집속 구조의 일 예를 도시한 것이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서 광 분리 집속 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 있어서 측정 거리 향상을 위한 광 집속 구조의 또 다른 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예들은 3차원 거리 측정 기술인 라이다의 측정 거리를 향상시키기 위한 기술에 기술에 관한 것이다.
본 명세서에서 구체적으로 개시되는 것들을 포함하는 실시예들은 영상센서 방식의 라이다에서 광원의 제한한 광량 하에서 측정 거리를 향상시킬 수 있고 이를 통해 효율성, 정확성, 소형화, 비용 절감 등의 측면에 있어서 상당한 장점들을 달성한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 측정 환경의 예를 도시한 도면이다.
도 1의 거리 측정 환경은 차량(10)과, 차량(10)의 내부 또는 외부에 장착되어 차량(10)의 주변에 위치한 물체(20), 예컨대 다른 차량과의 거리를 측정하기 위한 거리 측정 시스템(100)을 포함하는 예를 나타내고 있다. 이러한 도 1은 발명의 설명을 위한 일 예로 도 1과 같은 환경에 한정되는 것은 아니다.
거리 측정 시스템(100)은 컴퓨터 장치로 구현되는 고정형 단말이거나 이동형 단말일 수 있다. 거리 측정 시스템(100)의 예를 들면, 블랙박스(black box) 장치, 내비게이션(navigation) 단말, 스마트폰(smart phone) 등이 있다.
거리 측정 시스템(100)은 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 장치로서, 레이저(1)를 발사하여 주변 물체(20)에 의해 산란되거나 반사되는 레이저(2)가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화, 편광 상태의 변화 등으로부터 해당 물체(20)와의 거리를 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서 거리 측정 시스템의 내부 구성의 일 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 거리 측정 시스템(100)은 주변 물체와의 거리를 측정하기 위한 구성요소로서 프로세서(110), 메모리(120), 영구 저장 장치(130), 버스(140), 입출력 인터페이스(150), 네트워크 인터페이스(160), 및 거리 측정 센서부(170)를 포함할 수 있다. 여기서, 거리측정 센서부(170)는 광원을 조사하기 위한 광원부(171) 및 반사된 광원을 측정하기 위한 수광부(172)가 포함된다.
프로세서(110)는 라이다 데이터를 이용하여 주변 물체와의 거리를 측정하기 위한 구성요소로서 명령어들의 시퀀스를 처리할 수 있는 임의의 장치를 포함하거나 그의 일부일 수 있다. 프로세서(110)는 예를 들어 컴퓨터 프로세서, 이동 장치 또는 다른 전자 장치 내의 프로세서 및/또는 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 버스(140)를 통해 메모리(120)에 접속될 수 있다.
메모리(120)는 거리 측정 시스템(100)에 의해 사용되거나 그에 의해 출력되는 정보를 저장하기 위한 휘발성 메모리, 영구, 가상 또는 기타 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(120)는 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 및/또는 다이내믹 RAM(DRAM: dynamic RAM)을 포함할 수 있다. 메모리(120)는 거리 측정 시스템(100)의 상태 정보와 같은 임의의 정보를 저장하는 데 사용될 수 있다. 메모리(120)는 예를 들어 거리 측정을 위한 명령어들을 포함하는 거리 측정 시스템(100)의 명령어들을 저장하는 데에도 사용될 수 있다. 거리 측정 시스템(100)은 필요에 따라 또는 적절한 경우에 하나 이상의 프로세서(110)를 포함할 수 있다.
버스(140)는 거리 측정 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들 사이의 상호작용을 가능하게 하는 통신 기반 구조를 포함할 수 있다. 버스(140)는 예를 들어 거리 측정 시스템(100)의 컴포넌트들 사이에, 예를 들어 프로세서(110)와 메모리(120) 사이에 데이터를 운반할 수 있다. 버스(140)는 거리 측정 시스템(100)의 컴포넌트들 간의 무선 및/또는 유선 통신 매체를 포함할 수 있으며, 병렬, 직렬 또는 다른 토폴로지 배열들을 포함할 수 있다.
영구 저장 장치(130)는 (예를 들어, 메모리(120)에 비해) 소정의 연장된 기간 동안 데이터를 저장하기 위해 거리 측정 시스템(100)에 의해 사용되는 바와 같은 메모리 또는 다른 영구 저장 장치와 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 영구 저장 장치(130)는 거리 측정 시스템(100) 내의 프로세서(110)에 의해 사용되는 바와 같은 비휘발성 메인 메모리를 포함할 수 있다. 영구 저장 장치(130)는 예를 들어 플래시 메모리, 하드 디스크, 광 디스크 또는 다른 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다.
입출력 인터페이스(150)는 키보드, 마우스, 음성 명령 입력, 디스플레이 또는 다른 입력 또는 출력 장치에 대한 인터페이스들을 포함할 수 있다. 구성 명령들 및/또는 거리 측정을 위한 입력이 입출력 인터페이스(150)를 통해 수신될 수 있다.
네트워크 인터페이스(160)는 근거리 네트워크 또는 인터넷과 같은 네트워크들에 대한 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(160)는 유선 또는 무선 접속들에 대한 인터페이스들을 포함할 수 있다. 구성 명령들 및/또는 거리 측정을 위한 입력이 네트워크 인터페이스(160)를 통해 수신될 수 있다.
거리 측정 센서부(170)는 라이다 센서로 구현될 수 있으며, 차량(10)과 주변 물체(20) 간 거리 측정을 위한 센싱 신호를 생성할 수 있으며, 프로세서(110)는 거리 측정 센서부(170)로부터 입력되는 센싱 신호(즉, 라이다 데이터)를 이용하여 차량(10)과 주변 물체(20) 간의 거리를 측정할 수 있다.
또한, 다른 실시예들에서 거리 측정 시스템(100)은 도 2의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 거리 측정 시스템(100)은 상술한 입출력 인터페이스(150)와 연결되는 입출력 장치들 중 적어도 일부를 포함하도록 구현되거나 또는 트랜시버(transceiver), GPS(Global Positioning System) 모듈, 카메라, 각종 센서, 데이터베이스 등과 같은 다른 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 라이다 데이터를 이용하여 거리를 측정하는 기술에 관한 것으로, 이는 자유 주행, 무인 주행 등의 차량 운전 보조 시스템에 적용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서 거리 측정 센서부(170)는 영상센서 방식의 라이다 센서로 구성될 수 있다. 이때, 영상센서 방식의 라이다 센서는 카메라 센서 등을 이용한 솔리드 스테이트(solid-state) 라이다를 의미하는 것으로, 영상센서 방식은 카메라의 플래시 라이트(flash light)와 유사하게 일정 면적을 한번에 빠르게 측정하는 것이다.
영상센서 방식의 경우 면적 측정을 위해 산광기(diffuser)를 통하여 광원을 넓게 산란시키는 방식으로, 측정할 특정 위치보다 광원이 훨씬 넓게 분산됨에 따라 광 효율이 낮아지는 문제가 있다.
영상센서 방식의 짧은 측정 거리를 향상시키는 방법으로 단순하게는 광원의 출력을 증가시키는 방식이 있다. 파워가 높은 라이다 광원을 사용함으로써 영상센서 방식의 짧은 측정 거리를 향상시킬 수 있으나, 광원의 출력 증가로 인해 레이저 안전 기준(class 1)을 초과하게 되고 높은 파워에 따라 많은 열이 발생하고 이로 인해 라이다의 렌즈, 산란기, 기판 등에 열 손상이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 거리 측정 센서부(170)는 클래스 1의 레이저 안전 기준을 따르면서 영상센서 방식의 짧은 측정 거리를 향상시킬 수 있는 광 집속 구조를 포함할 수 있다.
제1 실시예
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서 측정 거리 향상을 위한 광 집속 구조의 일 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 거리 측정 센서부(170)에는 광원의 방향 제어를 통해 광원을 집중시켜 광 효율을 향상시킬 수 있는 광 집속 구조를 포함할 수 있다. 다시 말해, 거리 측정 센서부(170)는 광원의 방향 제어를 통해 측정할 면에만 빛을 집중시켜 전달할 수 있다.
이를 위하여, 도 4에 도시한 바와 같이 거리 측정 센서부(170)에는 라이다의 광 집속 구조로서 광원(401)(광원부(171)에 대응됨)의 빛 방향을 제어하는 광 제어 산광기(diffuser)(402)를 포함할 수 있다. 이때, 거리 측정 센서부(170)에는 광원(401)의 출력 단에 광 제어 산광기(402)가 배치될 수 있다.
광 제어 산광기(402)는 광원(401)의 방향 제어 소자를 의미하는 것으로, 예를 들어 LSD(Light Shaping Diffuser), 조작 산광기(Engineered Diffuser), 빔 성형기(Beam Shaper), DOE(Diffractive Optical Element) 등이 이용될 수 있다.
제1 실시예에 따른 거리 측정 센서부(170)는 광 제어 산광기(402)를 통해 광원(401)에서 나오는 빛을 원하는 면에 집중시켜 광 효율을 높이고 이를 통해 영상센서 방식 라이다의 짧은 측정 거리를 향상시킬 수 있다.
제2 실시예
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서 측정 거리 향상을 위한 광 집속 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 거리 측정 센서부(170)에는 라이다의 광 집속 구조로서 광원(501)(광원부(171)에 대응됨)의 빛을 분리하고 분리된 빛을 집속하는 광 분리 집속 소자(503)를 포함할 수 있다. 거리 측정 센서부(170)에는 광원(501)의 출력 단에 광 분리 집속 소자(503)가 배치될 수 있다.
광원(501)의 방향 제어만으로 충분한 광 효율 확보가 어려운 경우 거리 측정 센서부(170)에 광을 분리하고 분리된 각각의 광선을 집속하여 특정 위치에만 광을 전달하는 광 분리 집속 소자(503)를 적용할 수 있다.
광 분리를 위해서는 MLA(Micro Lens Array) 혹은 DOE(Diffractive Optical Element) 등을 사용할 수 있으며, 이러한 소자를 이용하는 경우 수백×수백 개의 광선 생성이 가능하다.
광선을 충분히 분리하지 못하면 해상도가 낮아질 수 있으나, 광원(501)의 파워가 한정되어 있을 경우 측정 거리를 향상시키기 위해서는 해상도 손해를 감수하더라도 분리된 광선 각각의 파워를 높이는 것이 유일한 방법이다.
제2 실시예에 따른 거리 측정 센서부(170)의 구체적인 광 분리 집속 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서 광 분리 집속 구조의 일 예를 도시한 것이다.
일 예로, 도 6을 참조하면 광원(501)의 광 분리를 위해 MLA(Micro Lens Array)를 이용하여 광 분리 집속 소자(603)를 구성할 수 있다.
광원(501)의 출력 단에 MLA를 이용한 광 분리 집속 소자(603)를 배치함으로써 MLA를 통해 광원(501)의 빛을 분리한 후 분리된 각각의 광선을 집속하여 특정 위치에 광을 전달할 수 있다.
도 7은 MLA를 이용한 광 분리 집속 소자(603)의 내부 구조를 확대하여 도시한 것이다.
구체적으로, 광 분리 집속 소자(603)는 평행화 광학계(Collimating Optics)(71), 빔 확대 광학계(Beam Expanding Optics)(72), MLA(73), 및 집속 광학계(Focusing Optics)(74)를 포함할 수 있다.
평행화 광학계(71)와 빔 확대 광학계(72)는 MLA(73)에 들어가기 전에 빔을 가공해주는 소자로, 평행화 광학계(71)는 광원(501)의 시준(視準) 정도를 조절해주는 역할을 하고, 빔 확대 광학계(72)는 시준된 빛을 원하는 사이즈로 만들어주는 역할을 한다.
특히, 광 분리 집속 소자(603)에서 MLA(73)는 광원(501)의 제한된 광량 내에서 광선의 파워를 높이기 위해 평행화 광학계(71)와 빔 확대 광학계(72)를 차례로 거친 광을 분리하는 역할을 한다.
마지막으로, 광 분리 집속 소자(603)는 MLA(73)에 의해 분리된 각각의 광선을 집속 광학계(74)를 통해 집속하여 특정 위치에 광을 전달할 수 있다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서 광 분리 집속 구조의 다른 예를 도시한 것이다.
다른 예로, 도 8을 참조하면 광원(501)의 광 분리를 위해 DOE(Diffractive Optical Element)를 이용하여 광 분리 집속 소자(803)를 구성할 수 있다.
광원(501)의 출력 단에 DOE를 이용한 광 분리 집속 소자(803)를 배치함으로써 DOE를 통해 광원(501)의 빛을 분리한 후 분리된 각각의 광선을 집속하여 특정 위치에 광을 전달할 수 있다.
도 9는 DOE를 이용한 광 분리 집속 소자(803)의 내부 구조를 확대하여 도시한 것이다.
구체적으로, 광 분리 집속 소자(803)는 평행화 광학계(Collimating Optics)(91), 빔 확대 광학계(Beam Expanding Optics)(92), 및 DOE(93)를 포함할 수 있다.
평행화 광학계(91)와 빔 확대 광학계(92)는 DOE(93)에 들어가기 전에 빔을 가공해주는 소자로, 평행화 광학계(91)는 광원(501)의 시준(視準) 정도를 조절해주는 역할을 하고, 빔 확대 광학계(92)는 시준된 빛을 원하는 사이즈로 만들어주는 역할을 한다.
특히, 광 분리 집속 소자(803)에서 DOE(93)는 광원(501)의 제한된 광량 내에서 광선의 파워를 높이기 위해 평행화 광학계(91)와 빔 확대 광학계(92)를 차례로 거친 광을 분리하고 집속하는 역할을 한다.
상기한 구성의 광 분리 집속 소자(803)는 광원(501)의 빛을 DOE(93)를 통해 분리하고 분리된 각각의 광선을 집속하여 특정 위치에 광을 전달할 수 있다.
따라서, 광원(501)의 출력 단에 MLA를 이용한 광 분리 집속 소자(603) 또는 DOE를 이용한 광 분리 집속 소자(803)를 배치함으로써 광원(501)의 방향에 따른 분리 및 집속을 통해 광 효율을 향상시킬 수 있다.
제3 실시예
도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서 측정 거리 향상을 위한 광 집속 구조의 또 다른 예를 도시한 것이다.
제3 실시예에 따른 거리 측정 센서부(170)에는 물체에 반사되어 돌아오는 광 신호를 집속하여 광 효율을 향상시킬 수 있는 광 집속 구조를 포함할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 거리 측정 센서부(170)에는 돌아오는 광 신호를 측정하는 측정 센서(1004)(수광부(172)에 대응됨)의 전 단에 광 신호를 집속하는 광 집속 소자(1005)가 배치될 수 있다. 이때, 거리 측정 센서부(170)의 광원 측에는 제1 실시예 및/또는 제2 실시예의 광 집속 구조가 포함될 수 있다.
도 11을 참조하면, 거리 측정 센서부(170)의 광원 측에서 광을 집속하는 것이 아닌, 물체에 반사되어 돌아오는 광 신호를 측정하는 측에서 돌아오는 광 신호가 측정 센서(1004)로 유입되기 이전에 광 집속 소자(1005)를 통해 먼저 집속함으로써 측정 센서(1004)에서의 광 검출 효율을 향상시킬 수 있다.
광 집속 소자(1005)는 되돌아오는 광 신호를 분리 및 집속하는 소자로서 MLA(Micro Lens Array) 등을 이용할 수 있다. 예를 들어, 라이다의 측정 센서(1004) 전에 MLA를 배치하여 되돌아오는 빛을 집속한 후 측정 센서(1004)로 전달할 수 있다
따라서, 거리 측정 센서부(170)로 되돌아오는 광 신호를 측정 센서(1004) 앞 단에 배치된 광 집속 소자(1005)를 통해 집속하여 광 신호를 높이고 영상센서 방식 라이다의 짧은 측정 거리를 향상시킬 수 있다.
거리 측정 센서부(170)를 구성함에 있어 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예를 통해 설명한 서로 다른 형태의 광 집속 구조를 둘 이상 결합하여 적용하는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 제1 실시예와 제2 실시예의 광 집속 구조를 같이 적용하거나, 혹은 제1 실시예 및/또는 제2 실시예의 광 집속 구조를 제3 실시예의 광 집속 구조와 함께 적용할 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예들에 따르면, 영상센서 방식의 라이다에서 광원의 방향 제어 및 광 집속을 통해 광 효율을 높여 광원의 제한한 광량 하에서 측정 거리를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서,
    라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부
    를 포함하고,
    상기 거리 측정 센서부는,
    광원에서 나오는 빛을 집속하는 광 집속 구조 및 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 빛을 집속하는 광 집속 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서부는,
    상기 광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛의 방향을 제어하는 광 제어 산광기(diffuser)가 배치되는 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서부는,
    상기 광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛을 분리하고 분리된 빛을 집속하는 광 분리 집속 소자가 배치되는 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 분리 집속 소자는,
    상기 광원에서 나오는 빛을 분리하기 위한 MLA(Micro Lens Array) 또는 DOE(Diffractive Optical Element)로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서부는,
    상기 광원에서 나오는 빛을 가공하는 소자로 평행화 광학계(Collimating Optics)와 빔 확대 광학계(Beam Expanding Optics) 중 적어도 하나를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서부는,
    상기 되돌아오는 빛을 측정하는 센서의 앞 단에 상기 되돌아오는 빛을 집속하는 광 집속 소자가 배치되는 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서부는,
    일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다 센서로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  8. 주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서,
    일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부
    를 포함하고,
    상기 거리 측정 센서부는,
    광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛의 방향을 제어하는 광 제어 산광기(diffuser)가 배치되는 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  9. 주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서,
    일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부
    를 포함하고,
    상기 거리 측정 센서부는,
    광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛을 분리하고 분리된 빛을 집속하는 광 분리 집속 소자가 배치되는 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  10. 주변 물체와의 거리를 측정하는 거리 측정 시스템에 있어서,
    일정 면적을 한번에 측정하는 영상센서 방식의 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging) 센서로 구성된 거리 측정 센서부
    를 포함하고,
    상기 거리 측정 센서부는,
    광원에서 나와 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 빛을 측정하는 센서의 앞 단에 상기 되돌아오는 빛을 집속하는 광 집속 소자가 배치되는 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서부는,
    상기 광원의 출력 단에 상기 광원에서 나오는 빛의 방향을 제어하는 광 제어 산광기(diffuser) 또는 상기 광원에서 나오는 빛을 분리하고 분리된 빛을 집속하는 광 분리 집속 소자가 배치되는 구조를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 거리 측정 시스템.
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