KR20190059823A - Omnidirectional rotationless scanning lidar system - Google Patents

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KR20190059823A KR1020180040487A KR20180040487A KR20190059823A KR 20190059823 A KR20190059823 A KR 20190059823A KR 1020180040487 A KR1020180040487 A KR 1020180040487A KR 20180040487 A KR20180040487 A KR 20180040487A KR 20190059823 A KR20190059823 A KR 20190059823A
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Abstract

According to the present invention, a LiDAR system comprises: a light emitting unit changing the direction of light received from a light source and emitting the light at a subject; a light receiving unit configured as an optical system independent from the light emitting unit and receiving light reflected by the subject; and a signal processing unit performing signal processing of the light received by the light receiving unit to analyze the physical properties of the subject. The light emitting unit includes: a reflecting mirror reflecting the light received from the light source by tilting the light to a predetermined range of angles; and a curved mirror formed as a parabolic curved surface that is convex in one direction and reflecting the light in the direction corresponding to a point of contact of the light reflected by the reflecting mirror and the focus of the parabolic curved surface. The light receiving unit is provided as a plurality in the lateral direction and includes a wide-angle lens receiving the light reflected from the subject. Thus, the subject can be measured without mechanical rotation.

Description

전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템{OMNIDIRECTIONAL ROTATIONLESS SCANNING LIDAR SYSTEM}[0002] OMNIDIRECTIONAL ROTATIONLESS SCANNING LIDAR SYSTEM [0003]

본 발명은 라이다 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변의 360도 방향에 대하여 기계적인 회전없이 피사체를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 단일의 레이저 광원으로 360도 주변의 피사체를 측정하여 구조를 단순화함으로써 부피를 소형화하고 제조비용을 절감할 수 있는, 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar system, and more particularly, to a lidar system capable of measuring a subject in a 360-degree direction around a subject without mechanical rotation, and also simplifying a structure by measuring a subject around 360 degrees with a single laser light source Rotating scanning lid system capable of miniaturizing the volume and reducing manufacturing costs.

LIDAR(Light Detection and Ranging) 시스템은 피사체에 빛, 예를 들어 레이저를 조사한 후, 피사체로부터 반사된 빛을 분석하여 피사체의 물성, 예를 들어 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 측정할 수 있는 원격 탐지 장치 중 하나이다. LIDAR 시스템은 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용하여 보다 정밀하게 피사체의 물성을 측정할 수 있다. LIDAR (Light Detection and Ranging) system analyzes light reflected from a subject after irradiating the subject with a light, for example, a laser, and measures the physical properties of the subject such as distance, direction, speed, temperature, Is one of the remote detection devices that can measure The LIDAR system can measure the physical properties of the object more precisely by taking advantage of the laser which can generate pulse signal with high energy density and short cycle.

LIDAR 시스템은 특정 파장의 레이저 광원 또는 파장 가변이 가능한 레이저 광원을 광원으로 사용하여 3차원 영상 획득, 기상 관측, 피사체의 속도 또는 거리 측정, 자율 주행 등과 같은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템은 항공기, 위성 등에 탑재되어 정밀한 대기 분석 및 지구 환경 관측에 활용되고 있으며, 우주선 및 탐사 로봇에 장착되어 피사체까지의 거리 측정 등 카메라 기능을 보완하기 위한 수단으로 활용되고 있다.The LIDAR system is used in various fields such as three-dimensional image acquisition, meteorological observation, object speed or distance measurement, autonomous driving, etc., by using a laser light source of a specific wavelength or a wavelength variable laser light source as a light source. For example, the LIDAR system is mounted on airplanes, satellites, etc., and is used for accurate atmospheric analysis and observation of the global environment. It is used as a means to supplement camera functions such as distance measurement to a subject mounted on a spacecraft and an exploration robot.

또한, 지상에서는 원거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 센서 기술들이 상용화되고 있다. 최근에는 레이저 스캐너 또는 3D 영상 카메라로 활용되어 3D 리버스 엔지니어링이나 무인 자동차 등에 사용되고 있다. Also, in the ground, a simple form of Ridasensor technology is being commercialized for remote measurement, speeding of car speed violation, and so on. Recently, it has been used as a laser scanner or 3D image camera and used in 3D reverse engineering or unmanned automobiles.

최근에는 360도 회전에 따라 공간 정보를 인지하는 라이다 시스템이 개발되고 있다. 그런데, 일반적인 라이다 시스템은 모터 등의 기계적인 회전을 수반하거나 레이저 광원을 360도 방향에 복수로 설치하기 때문에, 회전 스캐닝을 위한 기계적인 정밀구조를 요구할 뿐만 아니라 마모, 유격 등의 기계적인 결함이 발생할 수 있으며, 복수의 레이저 광원으로 인한 부피 및 제조비용이 증가하여 대량 생산이 어렵다는 문제점이 있다. Recently, a lidar system has been developed that recognizes spatial information according to rotation of 360 degrees. However, since a general Lada system requires a mechanical precision structure for rotating scanning due to mechanical rotation of a motor or a plurality of laser light sources arranged in a 360-degree direction, mechanical defects such as wear and clearance are required There is a problem that volume and manufacturing cost are increased due to a plurality of laser light sources and mass production is difficult.

공개특허공보 제10-2016-0084084호 (공개일자: 2016.07.13.)Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0084084 (published on July 23, 2016).

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 주변의 360도 방향에 대하여 기계적인 회전없이 피사체를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 단일의 레이저 광원으로 360도 주변의 피사체를 측정하여 구조를 단순화함으로써 부피를 소형화하고 제조비용을 절감할 수 있는, 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a laser light source capable of measuring a subject around 360 degrees by measuring a subject in a 360 degree direction without mechanical rotation, Rotating scanning lidar system which can miniaturize the volume and reduce the manufacturing cost.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은, 광원으로부터 수신되는 광의 방향을 변경하여 피사체에 조사하는 발광부; 발광부와 독립적인 광학계로 이루어지며, 피사체에 의해 반사되는 광을 수신하는 수광부; 및 수광부에 의해 수신되는 광을 신호처리하여 피사체의 물성을 분석하는 신호처리부를 포함한다. 이때, 발광부는, 광원으로부터 수신되는 광을 설정된 범위의 각도로 틸팅(tilting)하여 반사하는 반사거울; 및 일방으로 볼록한 포물곡면으로 이루어지며, 반사거울에 의해 반사된 광의 접촉지점과 포물곡면의 초점에 대응하는 방향으로 광을 반사하는 곡면거울을 포함하고, 수광부는, 측방향을 향하여 복수로 설치되며, 피사체로부터 반사되는 광을 수신하는 광각렌즈를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an omni-directional scanning laser system including: a light emitting unit for changing a direction of light received from a light source and irradiating the light to a subject; A light receiving unit which is composed of an optical system independent of the light emitting unit and receives light reflected by the object; And a signal processing unit for processing the light received by the light receiving unit to analyze the physical properties of the object. Here, the light emitting unit may include: a reflection mirror that tilts and reflects light received from the light source to a predetermined angle; And a curved surface mirror which is convexly convex and which reflects light in a direction corresponding to a point of contact of the light reflected by the reflection mirror and a focal point of the parabolic surface, and the light receiving portion is provided in plural in the lateral direction And a wide-angle lens for receiving the light reflected from the subject.

또한, 발광부는, 반사거울로부터 수신되는 광을 동일한 초점을 갖는 평행광으로 변환하여 곡면거울로 전달하는 평행광 변환렌즈를 더 포함할 수 있다.The light emitting unit may further include a parallel light conversion lens that converts light received from the reflection mirror into parallel light having the same focal point and transmits the parallel light to the curved mirror.

여기서, 반사거울은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 미러를 포함한다.Here, the reflection mirror includes a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror.

수광부는, 피사체에 대한 스캔각도에 따라 서로 다른 채널로 광을 수신하여 검출하는 다채널 검출기를 더 포함할 수 있다.The light-receiving unit may further include a multi-channel detector for receiving and detecting light on different channels according to a scanning angle with respect to the object.

또한, 신호처리부는 다채널 검출기에 의해 검출되는 광을 멀티플렉싱(multiplexing)하여 비행시간을 측정한다.Also, the signal processor measures the flight time by multiplexing the light detected by the multi-channel detector.

또한, 반사거울은 기준면에 대하여 +-20도의 범위 내의 각도로 틸팅하여 광을 반사한다.Also, the reflection mirror reflects light by tilting at an angle within a range of + -20 degrees with respect to the reference plane.

또한, 수광부는 복수로 설치된다.In addition, a plurality of light receiving portions are provided.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은, 광원으로부터 수신되는 광의 방향을 변경하여 피사체에 조사하는 발광부; 피사체에 의해 반사되는 광을 수신하는 수광부; 및 수광부에 의해 수신되는 광을 신호처리하여 피사체의 물성을 분석하는 신호처리부를 포함한다. 여기서, 발광부는, 광원으로부터 수신되는 광을 설정된 범위의 각도로 틸팅하여 반사하는 반사거울; 및 일방으로 볼록한 포물곡면으로 이루어지며, 반사거울에 의해 반사된 광의 접촉지점과 포물곡면의 초점에 대응하는 측방향으로 광을 반사하는 곡면거울을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an omni-directional scanning laser system including: a light emitting unit for changing a direction of light received from a light source and irradiating the light to a subject; A light receiving unit for receiving light reflected by a subject; And a signal processing unit for processing the light received by the light receiving unit to analyze the physical properties of the object. Here, the light emitting unit may include: a reflection mirror for reflecting the light received from the light source at an angle within a predetermined range; And a convex curved surface convex to one side and includes a curved surface mirror reflecting the light in a lateral direction corresponding to the point of contact of the light reflected by the reflection mirror and the focus of the parabolic curved surface.

수광부는 발광부의 역경로를 통해 광을 수신할 수 있다.The light receiving portion can receive light through the reverse path of the light emitting portion.

또한, 발광부는, 반사거울과 곡면거울의 사이에 설치되며, 반사거울로부터 수신되는 광을 동일한 초점을 갖는 평행광으로 변환하는 평행광 변환렌즈를 더 포함할 수 있다.Further, the light emitting portion may further include a parallel light conversion lens provided between the reflection mirror and the curved mirror, for converting the light received from the reflection mirror into parallel light having the same focal point.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은, 광원으로부터 수신되는 광의 방향을 변경하여 피사체에 조사하는 발광부; 발광부와 독립적인 광학계로 이루어지며, 피사체에 의해 반사되는 광을 수신하는 수광부; 및 수광부에 의해 수신되는 광을 신호처리하여 피사체의 물성을 분석하는 신호처리부를 포함한다. 이때, 발광부는, 광원으로부터 수신되는 광을 설정된 범위의 각도로 틸팅하여 반사하는 반사거울; 및 일방으로 볼록한 포물곡면으로 이루어지며, 반사거울에 의해 반사된 광의 접촉지점과 포물곡면의 초점에 대응하는 방향으로 광을 반사하는 곡면거울을 포함하고, 수광부는, 측방향을 향하여 복수로 설치되며, 피사체로부터 반사되는 광을 수신하는 광각렌즈; 광각렌즈로부터 수신되는 광을 평행광으로 변환하는 평행광 변환렌즈; 및 평행광 변환렌즈로부터 수신되는 광을 다채널 검출기로 반사하는 반사거울을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an omni-directional scanning laser system including: a light emitting unit for changing a direction of light received from a light source and irradiating the light to a subject; A light receiving unit which is composed of an optical system independent of the light emitting unit and receives light reflected by the object; And a signal processing unit for processing the light received by the light receiving unit to analyze the physical properties of the object. Here, the light emitting unit includes: a reflection mirror for reflecting the light received from the light source at a predetermined angle; And a curved surface mirror which is convexly convex and which reflects light in a direction corresponding to a point of contact of the light reflected by the reflection mirror and a focal point of the parabolic surface, and the light receiving portion is provided in plural in the lateral direction A wide-angle lens for receiving light reflected from a subject; A parallel light conversion lens for converting light received from the wide angle lens into parallel light; And a reflective mirror that reflects the light received from the parallel light conversion lens to the multi-channel detector.

본 발명에 따르면, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 미러의 틸팅(tilting)과 곡면거울을 이용하여 피사체에 레이저 광을 조사함으로써 기계적인 회전없이 피사체를 측정할 수 있게 된다.According to the present invention, a tilting of a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror and a curved mirror can be used to irradiate a subject with a laser beam to measure a subject without mechanical rotation.

또한, 본 발명에 따르면, 단일의 레이저 광원을 이용하여 360도 주변의 피사체에 레이저 광을 조사할 수 있기 때문에 구조가 단순화되며, 그에 따라 라이다 장치의 부피의 소형화 및 제조비용의 절감을 구현할 수 있게 된다.Further, according to the present invention, a laser light can be irradiated to a subject around 360 degrees by using a single laser light source, so that the structure is simplified, and accordingly, the miniaturization of the Lada apparatus and the manufacturing cost can be reduced .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 곡면거울을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 라이다 시스템의 발광부를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 나타낸 라이다 시스템의 수광부를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 다채널 검출기의 채널 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a system for omnidirectional rotation scanning according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
Fig. 2 is a view showing a curved mirror shown in Fig. 1. Fig.
FIG. 3 is a view for explaining a light emitting portion of the ladder system shown in FIG. 1. FIG.
Figs. 4 and 5 are diagrams for explaining the light receiving portion of the ladal system shown in Fig. 1. Fig.
6 is a diagram showing an example of a channel configuration of a multi-channel detector.
FIG. 7 is a schematic view of a omni-directional scanning laser scanning system according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to exemplary drawings. In describing the components in the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are displayed on other drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected, coupled, or connected to the other component, It is to be understood that another element may be " connected ", " coupled ", or " connected " between elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a system for omnidirectional rotation scanning according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은 광원(110)으로부터 수신되는 광의 방향을 변경하여 피사체에 조사하는 발광부(100), 발광부(100)와 독립적인 광학계로 이루어지며 피사체에 의해 반사되는 광을 수신하는 수광부(200) 및 수광부(200)에 의해 수신되는 광을 신호 처리하여 피사체의 물성을 분석하는 신호처리부(300)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치는 발광부(100)의 광학계와 수광부(200)의 광학계가 독립적으로 형성된다.1, the omni-directional scanning laser system according to the embodiment of the present invention includes a light emitting unit 100 for changing the direction of light received from a light source 110 and irradiating the light to an object, And a signal processing unit 300 for processing the light received by the light receiving unit 200 and the signal processing unit 300 for analyzing the physical properties of the subject. The optical system of the light emitting unit 100 and the optical system of the light receiving unit 200 are formed independently of each other.

여기서, 발광부(100)는 광원(110), 반사거울(120), 곡면거울(130) 및 평행광 변환렌즈(140)를 포함할 수 있다. 이때, 발광부(100)는 광원(110), 반사거울(120), 곡면거울(130) 및 평행광 변환렌즈(140) 이외에 적어도 하나의 거울, 및 적어도 하나의 렌즈를 더 포함할 있으나, 본 발명의 특징을 설명함에 있어 직접적인 관련성이 적은 광학계의 구성요소는 배제하여 설명한다.Here, the light emitting unit 100 may include a light source 110, a reflection mirror 120, a curved mirror 130, and a parallel light conversion lens 140. At this time, the light emitting unit 100 further includes at least one mirror and at least one lens in addition to the light source 110, the reflection mirror 120, the curved mirror 130, and the parallel light conversion lens 140, In describing the features of the invention, the components of the optical system which are not directly related to each other are excluded.

광원(110)은 LD(Laser Diode)를 포함하며, 레이저 펄스 광을 출력한다. 그러나 광원(110)은 이에 한정되는 것은 아니며, RF(Radio Frequency)보다 파장이 작은 광을 출력할 수도 있다. 이때, 광원(110)은 높은 에너지의 광을 출력함으로써 수광부(200)가 피사체(도시하지 않음)에 의해 반사되는 광을 수신할 수 있도록 한다.The light source 110 includes an LD (Laser Diode), and outputs a laser pulse light. However, the light source 110 is not limited to this, and may output light having a wavelength smaller than that of the RF (Radio Frequency). At this time, the light source 110 outputs light of high energy so that the light receiving unit 200 can receive light reflected by a subject (not shown).

반사거울(120)은 광원(110)으로부터 수신되는 광을 설정된 범위의 각도로 틸팅(tilting)하여 반사한다. 이때, 반사거울(120)은 광원(110)으로부터 수신되는 광을 틸팅하는 각도에 따라 수직 상방 또는 수직 하방을 기준으로 일정한 범위 내로 반사각을 증폭하여 광을 반사한다. 또한, 반사거울(120)은 적은 범위의 틸팅 각도에 비하여 증폭하는 반사각의 범위를 확장하기 위하여 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 미러(mirror)를 포함할 수 있다. 즉, 반사거울(120)은 MEMS 미러를 이용함으로써 기계적인 회전이 아닌 전자기력에 의한 틸팅을 이용하여, 광원(110)으로부터 수신되는 광의 경로를 변경할 수 있다. 이때, 반사거울(120)은 기준면에 대하여 +-20도의 범위의 각도로 틸팅하여 광을 반사하는 것이 바람직하다.The reflective mirror 120 reflects the light received from the light source 110 by tilting the light to a predetermined angle. At this time, the reflection mirror 120 reflects the light by amplifying the reflection angle within a predetermined range with respect to the vertical upward direction or the vertical downward direction according to the angle at which the light received from the light source 110 is tilted. Also, the reflective mirror 120 may include a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror to extend the range of the reflected angle to amplify relative to a small range of tilting angles. That is, the reflection mirror 120 can change the path of light received from the light source 110 by using tilting by electromagnetic force instead of mechanical rotation by using a MEMS mirror. At this time, it is preferable that the reflection mirror 120 reflects light by tilting at an angle of + -20 degrees with respect to the reference plane.

곡면거울(130)은 도 2에 도시한 바와 같이, 일방으로 볼록한 포물 곡면으로 이루어지며, 외측 면에 반사면이 형성된다. 이때, 곡면거울(130)의 포물 곡면은 동일한 초점을 가지며, 반사거울(120)에 의해 반사된 광의 접촉지점과 포물곡면의 초점에 대응하는 측방향으로 광을 반사한다.As shown in Fig. 2, the curved mirror 130 has a convex curved surface convexed in one direction, and a reflecting surface is formed on the outer surface. At this time, the parabolic curved surface of the curved mirror 130 has the same focal point, and reflects the light in the lateral direction corresponding to the focal point of the parabolic curved surface and the point of contact of the light reflected by the reflective mirror 120.

평행광 변환렌즈(140)는 반사거울(120)과 곡면거울(130)의 사이에 설치되며, 반사거울(120)로부터 수신되는 광을 동일한 초점을 평행광으로 변환하여 곡면거울(130)로 전달한다. 즉, 평행광 변환렌즈(140)는 반사거울(120)의 틸팅에 의해 다양한 각도로 수신되는 광이 동일한 초점을 가지며 서로 평행하게 되도록 변환하여 곡면거울(130)로 전달한다.The parallel light conversion lens 140 is disposed between the reflection mirror 120 and the curved mirror 130 and converts light received from the reflection mirror 120 into parallel light having the same focus and transmits the light to the curved mirror 130 do. That is, the parallel light conversion lens 140 converts the light received at various angles by the tilting of the reflection mirror 120 to have the same focal point and to be parallel to each other, and transmits the light to the curved mirror 130.

이때, 평행광 변환렌즈(140)에 의해 평행하게 변환된 광은 도 3에 도시한 바와 같이, 곡면거울(130)의 다양한 곡면에 접촉될 수 있다. 이 경우, 곡면거울(130)은 평행광 변환렌즈(140)를 통해 수신되는 광을, 해당 광의 접촉지점과 포물 곡면의 초점을 서로 연결하는 직선의 방향으로 반사한다. At this time, the parallel-converted light by the parallel light conversion lens 140 may be in contact with various curved surfaces of the curved mirror 130, as shown in FIG. In this case, the curved mirror 130 reflects the light received through the parallel light conversion lens 140 in the direction of a straight line connecting the points of contact of the light and the foci of the parabolic curved surfaces.

이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은 반사거울(120)의 틸트와 곡면거울(130)의 반사를 이용하여 360도 주변의 피사체에 광을 조사할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은 곡면거울(130)의 곡률에 따라 다양한 범위의 상하방향으로 광을 조사할 수 있게 된다.Accordingly, in the omnidirectional scanning laser system according to the embodiment of the present invention, light can be irradiated to a subject in the vicinity of 360 degrees by using the tilt of the reflecting mirror 120 and the reflection of the curved mirror 130. In addition, the omnidirectional scanning laser system according to the embodiment of the present invention can illuminate light in various vertical directions according to the curvature of the curved mirror 130.

수광부(200)는 광각 렌즈(210), 평행광 변환렌즈(220), 반사거울(230) 및 APD(Avalanche Photo Diode) 어레이(240)를 포함한다. The light receiving unit 200 includes a wide angle lens 210, a parallel light conversion lens 220, a reflection mirror 230, and an APD (Avalanche Photo Diode) array 240.

광각 렌즈(210)는 피사체에 의해 반사되는 광을 수신한다. 이때, 광각 렌즈(210)는 도 4에 도시한 바와 같이, 광각 렌즈군(210-1), 굴절 렌즈군(210-2) 및 초점렌즈(210-3)를 포함할 수 있다.The wide-angle lens 210 receives light reflected by the subject. 4, the wide-angle lens 210 may include a wide-angle lens group 210-1, a refractive lens group 210-2, and a focus lens 210-3.

광각 렌즈군(210-1)은 다양한 각도의 피사체로부터 반사되는 광을 수신하여 특정 초점의 방향으로 전달한다. 이때, 광각 렌즈군(210-1)이 광을 수신할 수 있는 광각의 범위는 120도 이상일 수 있다. The wide-angle lens group 210-1 receives light reflected from an object at various angles and transmits the light in a specific focus direction. At this time, the range of the wide angle at which the wide-angle lens group 210-1 can receive light may be 120 degrees or more.

굴절 렌즈군(210-2)는 광각 렌즈군(210-1)으로부터 수신되는 광을 굴절시킨다. 이때, 굴절 렌즈군(210-2)은 피사체로부터 수신되는 광의 수신각도에 따라 다양한 방향의 광(R1, R2, R3, R4, R5)으로 광을 굴절시킬 수 있다.The refraction lens group 210-2 refracts light received from the wide-angle lens group 210-1. At this time, the refracting lens group 210-2 can refract light to light of various directions (R1, R2, R3, R4, R5) according to the receiving angle of the light received from the subject.

초점렌즈(210-3)은 굴절 렌즈군(210-2)에 의해 굴절된 광에 따라 축(C) 상에 다양한 변위의 초점(F1, F2, F3, F4, F5)을 형성한다.The focus lens 210-3 forms foci F1, F2, F3, F4, and F5 of various displacements on the axis C in accordance with the light refracted by the refracting lens group 210-2.

평행광 변환렌즈(220)는 초점렌즈(210-3)로부터 수신되는 광이 반사거울(230)을 향하도록 굴절시킨다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 평행광 변환렌즈(220)는 초점렌즈(210-3)으로부터 대체로 평행한 광을 수신하는데, 이 경우 평행광 변환렌즈(220)는 발광부(100)에 설치된 평행광 변환렌즈(140)와 역으로, 수신되는 광이 동일한 초점을 향하도록 굴절시킨다.The parallel light conversion lens 220 refracts the light received from the focus lens 210-3 toward the reflection mirror 230. [ 5, the collimated light conversion lens 220 receives substantially parallel light from the focus lens 210-3. In this case, the collimated light conversion lens 220 is disposed in the light emitting portion 100 In contrast to the installed parallel light conversion lens 140, refracts the received light so as to face the same focus.

반사부(230)는 평행광 변환렌즈(220)로부터 수신되는 광을 APD 어레이(240)로 반사한다. 이때, 반사부(230)는 MEMS 미러로 구현될 수 있으며, 평행광 변환렌즈(220)로부터 수신되는 광에 따라 설정된 범위 내에서 틸팅하여 광을 APD 어레이(240)로 반사한다. 즉, 반사부(230)는 피사체로부터 수신되는 광의 각도(스캔 각도)에 따라 다양한 각도로 틸팅하여 광을 반사한다.The reflection unit 230 reflects the light received from the parallel light conversion lens 220 to the APD array 240. At this time, the reflection unit 230 may be implemented as a MEMS mirror, and tilts within a predetermined range according to light received from the parallel light conversion lens 220 to reflect light to the APD array 240. That is, the reflector 230 reflects light by tilting at various angles according to the angle (scan angle) of the light received from the subject.

APD 어레이(240)는 복수의 채널을 구비한 다채널 검출기를 포함한다. 예를 들어, 다채널 검출기는 도 6에 도시한 바와 같이, 16개의 채널로 구성될 수 있다. 그러나 다채널 검출기의 채널 수는 기재된 채널 수에 한정된 것은 아니며, 다양한 채널의 수로 구성될 수도 있다.The APD array 240 includes a multi-channel detector having a plurality of channels. For example, as shown in FIG. 6, the multi-channel detector may be constituted by 16 channels. However, the number of channels of the multi-channel detector is not limited to the number of channels described, and may be a number of various channels.

이와 같이 구성된 수광부(200)는 360도 주변의 피사체로부터 광을 수신할 수 있도록 복수로 설치된다. 이때, 수광부(200)는 광각 렌즈(210)의 광각에 따라 그 수가 결정될 수 있으며, 광각이 120도인 광각 렌즈(210)의 경우 3개를 서로 다른 방향으로 설치할 수 있다. The light receiving unit 200 configured as described above is provided in plural to receive light from a subject in the vicinity of 360 degrees. In this case, the number of the light receiving units 200 can be determined according to the wide angle of the wide angle lens 210, and three of the wide angle lenses 210 having a wide angle angle of 120 degrees can be installed in different directions.

신호 처리부(300)는 수광부(200)에 의해 수신되는 광을 신호 처리하여 피사체의 물성을 분석한다. 이때, 신호 처리부(300)는 전술한 바와 같이, 광의 수신각도(스캔 각도) 별로 다채널 검출기의 각각의 채널을 할당한다. 예를 들어, 광각 렌즈(210)의 광각이 120도이고 다채널 검출기의 채널 수가 16개인 경우, 신호 처리부(300)는 -60.0도 내지 -52.5도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제1 채널(CH1)에 할당하고, -52.5도 내지 -45.0도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제2 채널(CH2)에 할당할 수 있다. 또한, 신호 처리부(300)는 -45.0 내지 -37.5도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제3 채널(CH3)에 할당하고, -37.5도 내지 -30.0도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제4 채널(CH4)에 할당할 수 있다. 또한, 신호 처리부(300)는 -30.0도 내지 -22.5도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제5 채널(CH5)에 할당하고, -22.5도 내지 -15.0도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제6 채널(CH6)에 할당할 수 있다. 또한, 신호 처리부(300)는 -15.0도 내지 -7.5도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제7 채널(CH7)에 할당하고, -7.5도 내지 0도의 스캔 각도로 수신되는 광을 제8 채널(CH8)에 할당할 수 있다. 또한, 신호 처리부(300)는 제9 채널(CH9) 내지 제16 채널(CH16)에 각각 제8 채널(CH8) 내지 제1 채널(CH1)의 스캔 각도와 양의 방향으로 동일한 스캔 각도로 수신되는 광을 할당할 수 있다. 다만, 여기에 기재된 각각의 채널의 스캔 각도는 기재된 범위에 한정된 것은 아니며, 다채널 검출기의 채널 수에 따라 다양하게 변경될 수 있다.The signal processing unit 300 processes the light received by the light receiving unit 200 to analyze the physical properties of the subject. At this time, as described above, the signal processing unit 300 allocates the respective channels of the multi-channel detectors according to the light receiving angle (scan angle). For example, when the wide angle lens 210 has a wide angle of 120 degrees and the number of channels of the multi-channel detector is 16, the signal processing unit 300 converts light received at a scan angle of -60.0 degrees to -52.5 degrees to a first channel CH1 And the light received at a scan angle of -52.5 degrees to -45.0 degrees can be allocated to the second channel CH2. The signal processing unit 300 allocates light received at a scan angle of -45.0 to -37.5 degrees to the third channel CH3 and transmits light received at a scan angle of -37.5 degrees to -30.0 degrees to the fourth channel CH4 ). ≪ / RTI > The signal processor 300 allocates light received at a scan angle of -30.0 degrees to -22.5 degrees to the fifth channel CH5 and transmits light received at a scan angle of -22.5 degrees to -15.0 degrees to the sixth channel CH6). The signal processing unit 300 allocates light received at a scan angle of -15.0 degrees to -7.5 degrees to the seventh channel CH7 and transmits light received at a scan angle of -7.5 degrees to 0 degrees to the eighth channel CH8 ). ≪ / RTI > In addition, the signal processing unit 300 receives the scan angles of the eighth to eight channels CH8 to CH1 at the same scan angle in the positive direction and the scan angle of the ninth channel CH9 to the sixteenth channel CH16 Light can be allocated. However, the scanning angles of the respective channels described herein are not limited to the described range, and may be variously changed according to the number of channels of the multi-channel detector.

신호 처리부(300)는 다채널 검출기에 의해 검출되는 광을 멀티플렉싱(multiplexing)하여 비행시간을 측정한다. 즉, 신호 처리부(300)는 다채널 검출기의 각각의 채널에서 수신되는 광을 분리하며, 분리된 광에 대응하는 비행시간을 측정한다.The signal processing unit 300 multiplexes the light detected by the multi-channel detector to measure the flight time. That is, the signal processor 300 separates the light received from each channel of the multi-channel detector and measures the flight time corresponding to the separated light.

이로써, 본 발명의 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은 반사거울과 곡면거울을 이용하여 360도 주변의 피사체에 광을 조사할 수 있으며, 광각 렌즈를 이용하여 360도 주변의 피사체에 의해 반사된 광을 수신함으로써 해당 피사체에 대한 물성을 분석할 수 있게 된다.Accordingly, the omni-directional scanning laser system according to the embodiment of the present invention can illuminate a subject around 360 degrees by using a reflective mirror and a curved mirror, and by using a wide angle lens, By receiving the reflected light, the physical properties of the subject can be analyzed.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 7 is a schematic view of a omni-directional scanning laser scanning system according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은 광원(110), 반사거울(120), 곡면거울(130), 평행광 변환렌즈(140), APD 어레이(240) 및 신호 처리부(300)를 포함한다. 여기서, 광원(110), 반사거울(120), 곡면거울(130), 평행광 변환렌즈(140), APD 어레이(240) 및 신호 처리부(300)의 구성 및 기능은 도 1에 나타낸 라이다 장치의 광원(110), 반사거울(120), 곡면거울(130), 평행광 변환렌즈(140), APD 어레이(240) 및 신호 처리부(300)의 구성 및 기능과 동일하며, 따라서 동일한 참조번호를 부여하였다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 라이다 장치의 반사거울(120), 곡면거울(130) 및 평행광 변환렌즈(140)는 발광부의 광학계로 이용되는 동시에, 수광부의 광학계로 이용된다. 즉, 곡면거울(130)은 반사거울(120)에 의해 반사된 광의 접촉지점과 초점에 대응하는 방향으로 광을 반사하며, 피사체로부터 수신되는 광을 접촉 지점에서 수직 하방으로 반사한다. 이 경우, 평행광 변환렌즈(140)는 곡면거울(130)로부터 수신되는 광을 동일한 초점을 향해 전달한다. 이때, 평행광 변환렌즈(140)의 동일한 초점에는 반사거울(120)이 위치되며, 반사거울(120)은 평행광 변환렌즈(140)를 통해 수신되는 광을 APD 어레이(240)로 반사한다.Referring to FIG. 7, the omni-directional scanning laser system according to the embodiment of the present invention includes a light source 110, a reflection mirror 120, a curved mirror 130, a parallel light conversion lens 140, an APD array 240 And a signal processing unit 300. The configuration and functions of the light source 110, the reflection mirror 120, the curved mirror 130, the parallel light conversion lens 140, the APD array 240, and the signal processing unit 300 are the same as those of the Lada device The reflective mirror 120, the curved mirror 130, the parallel light conversion lens 140, the APD array 240, and the signal processing unit 300, and therefore the same reference numerals Respectively. However, the reflective mirror 120, the curved mirror 130, and the parallel light conversion lens 140 of the Lada apparatus according to the embodiment of the present invention are used as an optical system of the light emitting unit and an optical system of the light receiving unit. That is, the curved mirror 130 reflects light in a direction corresponding to the point of contact and focus of the light reflected by the reflective mirror 120, and reflects light received from the object vertically downward at the point of contact. In this case, the parallel light conversion lens 140 transmits the light received from the curved mirror 130 toward the same focal point. At this time, a reflective mirror 120 is positioned at the same focal point of the parallel light conversion lens 140, and the reflective mirror 120 reflects the light received through the parallel light conversion lens 140 to the APD array 240.

이로써, 본 발명의 실시예에 따른 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템은 반사거울과 곡면거울을 이용하여 360도 주변의 피사체에 광을 조사할 수 있을 뿐만 아니라, 360도 주변의 피사체에 의해 반사된 광을 수신하여 해당 피사체에 대한 물성을 분석할 수 있게 된다.Accordingly, the omnidirectional scanning laser system according to the embodiment of the present invention not only can irradiate light to a subject in the vicinity of 360 degrees by using a reflective mirror and a curved mirror, but also reflects light reflected by a subject in the vicinity of 360 degrees It is possible to analyze the physical properties of the subject.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be determined by the following claims, as well as equivalents thereof.

100: 발광부 110: 광원
120, 230: 반사거울 130: 곡면거울
140, 220: 평행광 변환렌즈 200: 수광부
210: 광각 렌즈 240: APD 어레이
300: 신호 처리부100: light emitting portion 110: light source
120, 230: reflective mirror 130: curved mirror
140, 220: parallel light conversion lens 200:
210: wide angle lens 240: APD array
300: Signal processor

Claims (11)

광원으로부터 수신되는 광의 방향을 변경하여 피사체에 조사하는 발광부;
상기 발광부와 독립적인 광학계로 이루어지며, 상기 피사체에 의해 반사되는 광을 수신하는 수광부; 및
상기 수광부에 의해 수신되는 광을 신호처리하여 상기 피사체의 물성을 분석하는 신호처리부를 포함하며,
상기 발광부는,
상기 광원으로부터 수신되는 광을 설정된 범위의 각도로 틸팅(tilting)하여 반사하는 반사거울; 및
일방으로 볼록한 포물곡면으로 이루어지며, 상기 반사거울에 의해 반사된 광의 접촉지점과 상기 포물곡면의 초점에 대응하는 방향으로 광을 반사하는 곡면거울을 포함하고,
상기 수광부는,
측방향을 향하여 복수로 설치되며, 상기 피사체로부터 반사되는 광을 수신하는 광각렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
A light emitting unit that changes the direction of light received from the light source and irradiates the object;
A light receiving unit which is composed of an optical system independent of the light emitting unit and receives light reflected by the subject; And
And a signal processing unit for processing the light received by the light receiving unit to analyze the physical properties of the subject,
The light-
A reflecting mirror for reflecting light received from the light source by tilting the light to a predetermined angle; And
And a curved mirror which is made of convex parabolic curved surface and which reflects light in a direction corresponding to a point of contact of the light reflected by the reflective mirror and a focus of the parabolic curved surface,
The light-
And a wide-angle lens provided in a plurality of directions toward the lateral direction and receiving light reflected from the subject.
제1항에 있어서,
상기 발광부는,
상기 반사거울로부터 수신되는 광을 동일한 초점을 갖는 평행광으로 변환하여 상기 곡면거울로 전달하는 평행광 변환렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
The method according to claim 1,
The light-
And a parallel light conversion lens for converting the light received from the reflection mirror into parallel light having the same focal point and transmitting the parallel light to the curved mirror.
제1항에 있어서,
상기 반사거울은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the reflective mirror comprises a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror.
제1항에 있어서,
상기 수광부는,
상기 피사체에 대한 스캔각도에 따라 서로 다른 채널로 광을 수신하여 검출하는 다채널 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
The method according to claim 1,
The light-
Further comprising a multi-channel detector for receiving and detecting light on different channels according to a scanning angle of the subject.
제4항에 있어서,
상기 신호처리부는 상기 다채널 검출기에 의해 검출되는 광을 멀티플렉싱(multiplexing)하여 비행시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the signal processing unit measures the flight time by multiplexing the light detected by the multi-channel detector.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 반사거울은 기준면에 대하여 +-20도의 범위 내의 각도로 틸팅하여 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
The method according to claim 1 or 3,
Wherein the reflective mirror reflects light by tilting at an angle within a range of + -20 degrees relative to a reference plane.
제1항에 있어서,
상기 수광부는 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the light receiving unit is installed in a plurality of directions.
광원으로부터 수신되는 광의 방향을 변경하여 피사체에 조사하는 발광부;
상기 피사체에 의해 반사되는 광을 수신하는 수광부; 및
상기 수광부에 의해 수신되는 광을 신호처리하여 상기 피사체의 물성을 분석하는 신호처리부를 포함하며,
상기 발광부는,
상기 광원으로부터 수신되는 광을 설정된 범위의 각도로 틸팅하여 반사하는 반사거울; 및
일방으로 볼록한 포물곡면으로 이루어지며, 상기 반사거울에 의해 반사된 광의 접촉지점과 상기 포물곡면의 초점에 대응하는 측방향으로 광을 반사하는 곡면거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
A light emitting unit that changes the direction of light received from the light source and irradiates the object;
A light receiving unit for receiving light reflected by the subject; And
And a signal processing unit for processing the light received by the light receiving unit to analyze the physical properties of the subject,
The light-
A reflection mirror for reflecting the light received from the light source at an angle within a predetermined range and reflecting the light; And
And a curved mirror for reflecting light in a lateral direction corresponding to a focal point of the parabolic curved surface and a contact point of light reflected by the reflective mirror, the curved mirror being made of convex parabolic curved surface in one direction system.
제8항에 있어서,
상기 수광부는 상기 발광부의 역경로를 통해 광을 수신하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
9. The method of claim 8,
Wherein the light receiving unit receives light through a reverse path of the light emitting unit.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 발광부는,
상기 반사거울과 상기 곡면거울의 사이에 설치되며, 상기 반사거울로부터 수신되는 광을 동일한 초점을 갖는 평행광으로 변환하는 평행광 변환렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.
10. The method according to claim 8 or 9,
The light-
Further comprising a parallel light conversion lens disposed between the reflective mirror and the curved mirror for converting light received from the reflective mirror into parallel light having the same focal point.
광원으로부터 수신되는 광의 방향을 변경하여 피사체에 조사하는 발광부;
상기 발광부와 독립적인 광학계로 이루어지며, 상기 피사체에 의해 반사되는 광을 수신하는 수광부; 및
상기 수광부에 의해 수신되는 광을 신호처리하여 상기 피사체의 물성을 분석하는 신호처리부를 포함하며,
상기 발광부는,
상기 광원으로부터 수신되는 광을 설정된 범위의 각도로 틸팅하여 반사하는 반사거울; 및
일방으로 볼록한 포물곡면으로 이루어지며, 상기 반사거울에 의해 반사된 광의 접촉지점과 상기 포물곡면의 초점에 대응하는 방향으로 광을 반사하는 곡면거울을 포함하고,
상기 수광부는,
측방향을 향하여 복수로 설치되며, 상기 피사체로부터 반사되는 광을 수신하는 광각렌즈;
상기 광각렌즈로부터 수신되는 광을 평행광으로 변환하는 평행광 변환렌즈; 및
상기 평행광 변환렌즈로부터 수신되는 광을 다채널 검출기로 반사하는 반사거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 전방위 무회전 스캐닝 라이다 시스템.



A light emitting unit that changes the direction of light received from the light source and irradiates the object;
A light receiving unit which is composed of an optical system independent of the light emitting unit and receives light reflected by the subject; And
And a signal processing unit for processing the light received by the light receiving unit to analyze the physical properties of the subject,
The light-
A reflection mirror for reflecting the light received from the light source at an angle within a predetermined range and reflecting the light; And
And a curved mirror which is made of convex parabolic curved surface and which reflects light in a direction corresponding to a point of contact of the light reflected by the reflective mirror and a focus of the parabolic curved surface,
The light-
A wide angle lens which is disposed in a plurality of directions toward the lateral direction and receives light reflected from the subject;
A parallel light conversion lens for converting light received from the wide angle lens into parallel light; And
And a reflective mirror for reflecting light received from the parallel light conversion lens to a multi-channel detector.



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