KR20190073380A - 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템 - Google Patents

비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템 Download PDF

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Abstract

비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템에 있어서, 레이저를 발생시키기 위한 레이저 장치(111); 레이저의 방사 광행로에 대하여 편향 제어를 진행하여, 사전 설정된 범위 내의 목표 물체에 대하여 레이저를 방사하는 광행로 스캔부(10); 레이저 장치(111)가 방사한 레이저 방사 광행로와 동축이고, 광행로 스캔부(10)를 통하여 반사된 목표 물체 반사광을 수신하고, 또한 전기 신호를 출력하는 반사광 수신부(20); 전기 신호에 의하여 레이저 레이더 시스템과 목표 물체 사이의 거리 정보를 생성하고, 또한 다수의 거리 정보에 대하여 처리를 진행하여 사전 설정된 범위 내의 목표 물체 위치 정보를 생성하는 신호 처리부(106); 및 레이저 장치, 광행로 스캔부 및 반사광 수신부를 수용하는 케이스(100)를 포함하고, 케이스(100)는 광행로 스캔부와 목표 물체 사이에 광 필터링 부재(109)를 구비한다. 해당 레이저 레이더 시스템은 광행로 구조가 간단하고 신뢰성이 높으며 원가가 더욱 낮다.

Description

비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템
본 발명은 레이더 기술분야에 관한 것으로서, 특히 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템에 관한 것이다.
레이저 레이더는 일종의 거리 측정 장치로서 정밀도가 높고 간섭 차단 능력이 강하며 반응 속도가 빠른 등 장점을 갖고 있어, 여러 가지 환경에 사용하기 적합하다.
실제 응용에서, 레이저 레이더에는 주요하게는 비행 시간 거리 측정 및 삼각 거리 측정 두 가지가 포함되고, 그 중에서, 비행 시간 거리 측정은 레이저 레이더 내부의 광학 구조를 통하여 레이저를 특정 방향 상의 물체로 투사하고, 레이저가 물체에 접촉하면 일부 광선을 반사하는 바, 레이저 레이더는 해당 반사된 광선을 수신한 후, 레이저가 방사되어 반사광을 수신하기까지 과정의 비행 시간을 계산하는 것을 통하여, 레이더로부터 조사된 물체 사이의 거리를 계산한다. 단일 광행로를 통하여 다수의 각도 범위의 물체의 거리를 취득하여야 할 때, 부득불 슬립링을 사용하여 전체 레이저 레이더를 회전시켜 회전 범위 내에 조사되는 물체에 대하여 거리 측정을 진행한다.
하지만 다수의 각도 범위 내에 조사되는 물체에 대하여 거리 측정을 진행하기 위하여 슬립링을 사용하여 레이저를 회전시키면 레이더 회전 부분의 사용 수명이 짧아지는 문제를 초래하고, 또한 종래의 회전가능한 레이저 레이더의 광행로 설계가 비교적 복잡하고 원가가 비교적 높다.
본 발명의 실시예에서는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템, 시스템을 제공하여, 종래의 레이저 레이더가 슬립링을 회전 부분으로 사용함으로 초래되는 사용 수명이 짧고 구조가 복잡하며 원가가 높은 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 이루기 위하여, 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템을 제공하는 바, 상기 시스템에는,
레이저를 발생시키기 위한 레이저 장치;
상기 레이저의 방사 광행로에 대하여 편향 제어를 진행하여, 사전 설정된 범위 내의 목표 물체에 대하여 레이저를 방사하는 광행로 스캔부;
상기 레이저 장치가 방사한 레이저 방사 광행로와 동축이고, 상기 광행로 스캔부를 통하여 반사된 목표 물체 반사광을 수신하고, 또한 전기 신호를 출력하는 반사광 수신부;
상기 전기 신호에 의하여 상기 장치와 상기 목표 물체 사이의 거리 정보를 생성하고, 또한 다수의 상기 거리 정보에 대하여 처리를 진행하여 사전 설정된 범위 내의 목표 물체 위치 정보를 생성하는 신호 처리부; 및
상기 레이저 장치, 광행로 스캔부 및 반사광 수신부를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 케이스는 상기 광행로 스캔부와 상기 목표 물체 사이에 광 필터링 부재를 구비한다.
종래 기술에 비하여, 본 발명의 유익한 효과라면, 슬립링을 회전기구로 하는 종래의 장치에 비하여, 본 발명은 광행로 스캔부를 이용하여 레이저의 방사 광행로에 대하여 편향 제어를 진행하여, 단지 광행로에 대해서만 제어를 진행하면 되고, 전체 레이저 레이더 장치에 대하여 편향을 진행하여 다각도의 스캔을 진행할 필요가 없으며, 이로써 전체 레이저 레이더 장치를 구동시키는 복잡한 슬립링 구조를 제거하고, 광행로 편향만 진행하면 되어, 레이더 구조의 구현이 더욱 간단하고, 아울러 슬립링을 이용하여 전체 레이저 레이더 장치를 회전시킬 필요가 없기 때문에, 마모를 낮추고 사용 수명이 더욱 길어지며; 또한 반사광 수신부와 레이저 방사 광행로를 동축으로 구성하여, 레이저의 광행로 구조가 더욱 간단해지도록 하여, 레이저 레이더 장치의 원가를 더욱 낮추었다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제공하는 일종의 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템의 단면 구조도이고;
도 2는 본 발명의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더 시스템의 전체 구조도이고;
도 3은 본 발명의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더 시스템의 제1 시각 구조도이고;
도 4는 본 발명의 실시예에서 제공하는 다른 일종의 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템의 제1 시각 구조도이다.
본 발명의 목적, 기술방안 및 장점을 더욱 잘 이해하도록 하기 위하여, 아래 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 진일보로 상세한 설명을 진행하도록 한다. 여기에 기재된 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
도 1 내지 도 4에 도시된 것은 본 발명에서 제공하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템의 구체적인 실시예로서, 해당 장치에는, 레이저를 발생시키기 위한 레이저 장치(111); 상기 레이저의 방사 광행로에 대하여 편향 제어를 진행하여, 사전 설정된 범위 내의 목표 물체에 대하여 레이저를 방사하는 광행로 스캔부(10); 상기 레이저 장치(111)가 방사한 레이저 방사 광행로와 동축이고, 상기 광행로 스캔부(10)를 통하여 반사된 목표 물체 반사광을 수신하고, 또한 전기 신호를 출력하는 반사광 수신부(20); 상기 전기 신호에 의하여 상기 장치와 상기 목표 물체 사이의 거리 정보를 생성하고, 또한 다수의 상기 거리 정보에 대하여 처리를 진행하여 사전 설정된 범위 내의 목표 물체 위치 정보를 생성하는 신호 처리부(106); 및 상기 레이저 장치, 광행로 스캔부 및 반사광 수신부를 수용하는 케이스(100)를 포함하고, 상기 케이스(100)는 상기 광행로 스캔부와 상기 목표 물체 사이에 광 필터링 부재(109)를 구비한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 광행로 스캔부(10)에는 상기 레이저 방사 광축에 따라 구비되고, 상기 레이저가 상기 광 필터링 부재(109)에 조사되어 반사되는 표류 빛을 차단하는 하나의 광 차단 부재(110)가 포함되고, 해당 광 차단 부재(110)는 레이저의 전달 과정에 발생되는 레이저 산란광을 감소시킬 수 있다. 광 차단 부재(110)의 한 가지 구체적인 실시예로서, 상기 광 차단 부재(110)는 일단이 상기 레이저 장치(111)의 방사구에 근접하고, 타단이 상기 광 필터링 부재(109)에 근접하는 실린더 구조(원형 실런더 구조 또는 직사각형 실런더 구조)이고, 그 중에서, 광 차단 부재(110)가 광 필터링 부재에 근접하는 것은 레이저가 광 필터링 부재를 투고할 때 발생하는 소수의 반사광을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 광행로 스캔부(10)에는 또한 편향 미러(108); 및 상기 편향 미러(108)와 연결되고, 상기 편향 미러(108)에 대하여 회전 제어를 진행하는 회전 기구가 포함되며, 그 중에서, 상기 편향 미러(108)는 반사 미러 또는 프리즘일 수 있다. 그 중에서, 반사 미러를 사용하면 광행로를 간략화하고 광행로 중의 손실을 감소시킬 수 있다. 회전 기구에는 상기 반사 미러 또는 프리즘과 연결되는 제어된 구동 전동기(101)가 포함되고, 제어된 구동 전동기(101)는 외부 제어 신호 또는 기타 도경 예를 들면 장치 내의 제어 회로의 제어 신호를 취득하는 것을 통하여 반사 미러 또는 프리즘의 편향을 구동시킨다.
본 발명의 실시예에서, 광행로 스캔부(10)의 회전 기구에는 회전 각도 정보를 취득하기 위한 회전 각도 엔코드(102)가 포함되는 바, 구체적으로 말하면, 상기 회전 각도 엔코더(102)는 하나의 코딩 디스크일 수 있고, 상기 코딩 디스크는 하나의 광전기 스위치(107)와 신호로 연결된다. 코딩 디스크를 통하여 각도 정보를 취득하고 또한 상기 광전기 스위치(107)를 제어하여 상기 제어된 구동 전동기의 회전을 제어하여, 장치 회전 스캔의 과정을 구현할 수 있다. 코딩 디스크는 단지 회전 각도 엔코더(102)의 한 가지 실시가능한 방식이고, 제어된 구동 전동기(101) 회전 방식으로서, 당업계 기술자들은 또한 기타 수단을 통하여 구현할 수 있는 바, 예를 들면 기어 기구를 이용하여 전동기에 대한 토오크 출력을 구현하고, 또한 속도 비례를 계산하는 것을 통하여 회전을 제어하는 각도를 구현할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광 필터링 부재(109)는 직원뿔대 구조로서, 직원뿔대 구조가 표시하는 것은 광 필터링 부재의 구조가 상부 직경이 하부 직경보다 작은 원기둥이고, 또한 내부에 상기 광행로 스캔부(10) 회전을 수용할 수 있는 캐비티가 형성되어 있는 것을 표시하며; 그 중에서, 상기 캐비티의 저부 및/또는 광 필터링 부재(109)의 기하 반사각이 가리키는 방향에는, 상기 방사된 레이저가 상기 광 필터링 부재에서 반사된 반사광을 흡수하기 위한 제1 광 흡수부(113)가 구비된다. 제1 광 흡수부(113)는 광 흡수 재료를 도포하는 방식을 통하여 레이저가 광 필터링 부재(109)에서 반사된 표류 빛을 흡수하도록 하여, 표류 빛이 반사광 수신부의 정확도에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광 필터링 부재(109)의 다른 한 가지 실시방식으로서, 상기 광 필터링 부재(109)는 역원뿔대 구조이고, 그 중에서, 역원뿔대 구조는 상부 직경이 하부 직경보다 큰 원형 기둥 구조이고, 그 내부에 상기 광행로 스캔부 회전을 수용할 수 있는 캐비티가 형성되어 있으며; 그 중에서, 상기 캐비티의 상부 및/또는 광 필터링 부재(109)의 기하 반사각이 가리키는 방향에는, 상기 방사된 레이저가 상기 광 필터링 부재에서 반사된 반사광을 흡수하기 위한 제2 광 흡수부가 구비된다. 제2 광 흡수부는 광 흡수 재료를 도포하는 방식을 통하여 레이저가 광 필터링 부재(109)에서 반사된 표류 빛을 흡수하도록 하여, 표류 빛이 반사광 수신부의 정확도에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 광 흡수부 또는 제2 광 흡수부는 표면에 광 흡수충이 구비된 요홈으로서, 제1 광 흡수부를 예로 들면, 이는 캐비티 저부에 구비된 요홈(113)일 수 있고, 그 중에서, 요홈(113)의 표면에는 광 흡수층이 도포되어 있고, 광 흡수층은 광 흡수 능력이 비교적 훌륭한 재료로 제작될 수 있다. 요홈(113)은 상기 방사된 레이저가 상기 광 필터링 부재에서 반사된 반사광의 광행로 상에 위치하여야 한다. 제1 광 흡수부가 단지 광 흡수 재료가 도포된 부위일 수 있음은 물론이다.
본 발명의 실시예에서, 반사광 수신부에는, 상기 목표 물체의 반사광을 집광시키는 집광 모듈(104); 및 상기 집광 모듈(104)이 집광시킨 목표 물체 반사광을 수신하고, 또한 전기 신호를 출력하는 광전기 탐지기(112)가 포함된다. 그 중에서, 집광 모듈(104)의 중축 위치에는 상기 레이저 장치를 수용하기 위한 통공이 구비되고, 레이저 장치를 집광 모듈(104)의 중축 위치에 구비함으로써, 레이저 방치의 방사 광행로와 반사광 수신 광행로가 동축이 되도록 확보하여, 광행로가 동축이 아니여서 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 해당 설계는 레이저 레이더 광행로 시스템의 복잡성을 감소시키고, 구조가 차지하는 공간 크기를 크게 낮출 수 있으며, 또한 제조 원가를 절감하여 기업의 생산 효율을 향상시키는데 유리하다.
본 발명의 실시예에서, 상기 집광 모듈(104)에는 또한 비구면 렌즈(105)를 포함할 수 있다. 그 중에서, 비구면 렌즈(105)는 광선을 집광시켜 평행 출력을 구현하고, 투광 품질을 향상시키며, 아울러 또한 광전지 탐지기(112)의 감도를 향상시키고, 레이저 레이더의 유효 측정 거리를 향상시킬 수 있다. 해당 비구면 렌즈(105)는 플라스틱 재질을 이용하여, 중량을 감소시키고 원가를 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예의 레이저 레이더 장치는 제공된 거리 측정 정보를 내비게이션 정보로 할 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에서, 상기 레이저 레이더 장치는 여러 가지 시스템에 적용될 수 있는 바, 예를 들면 본 발명의 실시예의 레이저 레이더는 예를 들면 자율주행 자동차, 자전거, 휠체어 등 차량에 적용되어 레이저 레이더가 갖고 있는 정밀도가 높고 거리 측정 범위가 넓으며 딜레이가 작은 등 특징을 이용하여 차량이 자동 내비게이션 과정에 취득하는 위치 정보의 시효성 및 정확성을 향상시키고, 차량의 자동 내비게이션 성능을 강화시킨다.
본 발명의 실시예에서, 광행로 스캔부는 종래의 슬립링을 회전기구로 하는 장치에 비하여, 광행로 스캔부를 이용하여 레이저의 방사 광행로에 대하여 편향 제어를 진행하여, 단지 광행로에 대해서만 제어를 진행하면 되고, 전체 레이저 레이더 장치에 대하여 편향을 진행하여 다각도의 스캔을 진행할 필요가 없으며, 이로써 전체 레이저 레이더 장치를 구동시키는 복잡한 슬립링 구조를 제거하고, 광행로 편향만 진행하면 된다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에서, 광행로 스캔부는 제어된 구동 전동기를 통하여 편향 미러를 구동시켜 레이저를 서로 다른 각도로 반사하기만 하면 되기 때문에, 이로써 레이더 구조의 구현이 더욱 간단하고, 아울러 슬립링을 이용하여 전체 레이저 레이더 장치를 회전시킬 필요가 없기 때문에, 마모를 낮추고 사용 수명이 더욱 길어지며; 또한 반사광 수신부와 레이저 방사 광행로를 동축으로 구성하여, 레이저의 광행로 구조가 더욱 간단해지도록 하여, 레이저 레이더 장치의 원가를 더욱 낮추었다.
이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템에 있어서,
    레이저를 발생시키기 위한 레이저 장치;
    상기 레이저의 방사 광행로에 대하여 편향 제어를 진행하여, 사전 설정된 범위 내의 목표 물체에 대하여 레이저를 방사하는 광행로 스캔부;
    상기 레이저 장치가 방사한 레이저 방사 광행로와 동축이고, 상기 광행로 스캔부를 통하여 반사된 목표 물체 반사광을 수신하고, 또한 전기 신호를 출력하는 반사광 수신부;
    상기 전기 신호에 의하여 상기 장치와 상기 목표 물체 사이의 거리 정보를 생성하고, 또한 다수의 상기 거리 정보에 대하여 처리를 진행하여 사전 설정된 범위 내의 목표 물체 위치 정보를 생성하는 신호 처리부; 및
    상기 레이저 장치, 광행로 스캔부 및 반사광 수신부를 수용하는 케이스를 포함하고, 상기 케이스는 상기 광행로 스캔부와 상기 목표 물체 사이에 광 필터링 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광행로 스캔부에는,
    상기 레이저 방사 광축에 따라 구비되고, 상기 레이저가 상기 광 필터링 부재에 조사되어 반사되는 표류 빛을 차단하는 하나의 광 차단 부재가 포함되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 차단 부재는 일단이 상기 레이저 장치의 방사구에 근접하고, 타단이 상기 광 필터링 부재에 근접한 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광행로 스캔부에는,
    편향 미러; 및
    상기 편향 미러와 연결되고, 상기 편향 미러에 대하여 회전 제어를 진행하는 회전 기구가 포함되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 편향 미러는 반사 미러 또는 프리즘인 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회전 기구에는,
    상기 반사 미러 또는 프리즘과 연결되는 제어된 구동 전동기가 포함되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 회전 기구에는,
    회전 각도 정보를 취득하기 위한 회전 각도 엔코더가 포함되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 필터링 부재는 직원뿔대 구조이고, 또한 내부에 상기 광행로 스캔부 회전을 수용할 수 있는 캐비티가 형성되어 있으며;
    그 중에서, 상기 캐비티의 저부에는 상기 방사된 레이저가 상기 광 필터링 부재에서 반사된 반사광을 흡수하기 위한 제1 광 흡수부가 구비되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 필터링 부재는 역원뿔대 구조이고, 또한 내부에 상기 광행로 스캔부 회전을 수용할 수 있는 캐비티가 형성되어 있으며;
    그 중에서, 상기 캐비티의 상부에는 상기 방사된 레이저가 상기 광 필터링 부재에서 반사된 반사광을 흡수하기 위한 제2 광 흡수부가 구비되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 광 흡수부 또는 제2 광 흡수부는 표면에 광 흡수충이 구비된 요홈으로서, 상기 요홈은 상기 방사된 레이저가 상기 광 필터링 부재에서 반사된 반사광의 광행로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반사광 수신부에는,
    상기 목표 물체의 반사광을 집광시키는 집광 모듈; 및
    상기 집광 모듈이 집광시킨 목표 물체 반사광을 수신하고, 또한 전기 신호를 출력하는 광전기 탐지기가 포함되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 집광 모듈의 중축 위치에는 상기 레이저 장치를 수용하기 위한 통공이 구비되는 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 집광 모듈은 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 비행 시간법을 기반으로 하는 레이저 레이더시스템.
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