KR20190084574A - LiDAR scanning device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 빔을 대상체에 조사하고 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔을 분석해서 대상체까지의 거리, 방향, 속도 등을 측정하는 라이다 스캐닝 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a Lada scanning apparatus that irradiates a laser beam onto a target object, analyzes a laser beam reflected by the target object, and measures a distance, a direction, and a velocity to the target object.
일반적으로, 라이다 시스템(LIDAR system; Light Detection And Ranging system)은 레이저를 대상체에 조사하고, 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 레이저 빔을 분석해서 대상체까지의 거리, 방향, 속도 등을 측정 감지할 수 있는 시스템이다.In general, the LIDAR system (Light Detection and Ranging system) irradiates a laser to a target object, analyzes the laser beam reflected by the target object, and measures the distance, direction, and speed to the target object System.
이러한 라이다 시스템은 기상 관측이나, 거리 측정 등의 용도를 위해 활용되다가, 최근에는 자율 주행 차량, 위성을 이용한 기상 관측, 무인 로봇 센서 및 3차원 영상 모델링을 위한 기술 등에 사용되고 있다. These Lidar systems are used for weather observation and distance measurement. Recently, they have been used for autonomous vehicles, meteorological observations using satellites, unmanned robot sensors, and technologies for 3D image modeling.
레이저 빔은 측정방법에 따라 사인파, 펄스파 등으로 조사될 수 있고, 2D 맵핑이나 3D 형상 측정시 레이저 빔의 측정점을 옮기기 위해서는 모터나 미러 등으로 구성된 라이다 스캐닝 장치가 필요하다. The laser beam can be irradiated with a sine wave or pulsed wave according to the measurement method. In order to move the measurement point of the laser beam in 2D mapping or 3D shape measurement, a Lada scanning device composed of a motor or a mirror is required.
최근, 모바일 플랫폼을 위한 주변 형상 측정용 센서로서 라이다가 각광받고 있다. 모바일 플랫폼 중 자율 주행 차량 및 무인 이송체를 예로 들자면, 일반적으로 차량은 지면을 따라 달리므로 측정이 필요한 대상체는 주로 지면에 있다. 따라서, 자율주행 차량용 라이다는 수직 방향으로는 넓은 측정 각도가 필요하지 않으나, 수평 방향으로는 넓은 측정 영역이 필요하다. In recent years, as a sensor for measurement of a peripheral shape for a mobile platform, Lada has been attracting attention. In the case of autonomous vehicles and unmanned vehicles, for example, the vehicle runs along the ground, so the object requiring measurement is mainly on the ground. Therefore, in the case of an autonomous vehicle, it is not necessary to use a wide measurement angle in the vertical direction, but a wide measurement area in the horizontal direction is required.
또한, 차량의 주행 환경에는 100km 이상 고속으로 주행하는 대상체들이 많으므로 라이다의 측정 속도도 빨라야 이러한 대상체들을 검지할 수 있다.In addition, since there are many objects traveling at a high speed of 100 km or more in the traveling environment of the vehicle, the measurement speed of the lidar can be detected quickly.
도 1은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다. 도 1의 종래 기술은 미국 공개특허 US2014293263A1에 개시된 라이다 스캐닝 장치이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a conventional RIDAR scanning device, and FIG. 2 is a view illustrating a measurement area of the RIDAR scanning device of FIG. 1. Referring to FIG. The prior art of Fig. 1 is the Lada scanning device disclosed in U.S. Publication No. US2014293263A1.
도 1에 도시된 라이다 스캐닝 장치(A)는, 송신부(35)와 수신부(40), 제1 축 스캐닝 모터(20), 다면 미러(10’), 회전 테이블(50), 제2 축 스캐닝 모터(미도시) 등을 포함한다. 여기서, 제1 축은 수직 방향을 스캐닝하기 위한 수평 회전축이고, 제2 축은 수평 방향을 스캐닝하기 위한 수직 회전축이다. 1 includes a transmitting
송신부(35)에서 송신된 빔은, 제1 축을 중심축으로 회전하는 다면 미러에 의해 여러 고도의 수직 방향으로 송신되고, 회전 테이블(50)이 제2 축을 중심으로 회전하면서 다면 미러에서 반사된 빔은 수직 및 수평 방향으로 송신된다. 이후, 송신된 빔은 대상체에서 반사되고, 대상체에서 반사된 빔은 다시 다면 미러에서 반사되어 수신부에서 수신된다.The beam transmitted from the transmitting
이와 같은 라이다 스캐닝 장치(A)는, 도 2와 같이 수평 방향으로는 360도를 측정할 수 있고, 수직 방향으로는 다면 미러의 설계에 따라 10 내지 170도까지 측정 가능하다는 장점이 있다. Such a Ridas scanning apparatus A has an advantage that it can measure 360 degrees in the horizontal direction as shown in FIG. 2, and can measure 10 to 170 degrees in the vertical direction according to the design of the multi-faceted mirror.
그러나, 종래의 라이다 스캐닝 장치(A)는 제1 축 및 제2 축 회전을 위해 2개의 모터를 사용하고 있기에, 스캐닝 속도가 수십 Hz 정도로 낮아서, 고속 스캐닝에 적합하지 않다는 문제가 있다. However, since the conventional Ridas scanning apparatus A uses two motors for the first axis and the second axis, the scanning speed is as low as several tens of Hz, which is not suitable for high-speed scanning.
또한, 수평 방향 스캐닝시에, 회전 테이블(50) 자체가 회전하므로, 회전 테이블(50) 상부에 배치된 송신부(35), 수신부(40), 제1 축 스캐닝 모터(20), 다면 미러(10’) 및 각종 회로 전체가 회전에 따른 원심력을 지속적으로 받게 되므로 이들 부품들의 내구성에 악영향을 미치는 문제가 있고, 이로 인해 수평 방향 스캐닝 속도에는 한계가 있다는 문제가 있다.Since the rotary table 50 itself rotates during horizontal scanning, the
도 3은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이고, 도 4는 도 3의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다. 도 3의 종래 기술은 “Design and characterization of a 256x64-pixel single-photon imager in CMOS for a MEMS based laser scanning time-of-flight sensor” (OSA Publishing, Vol. 20, Issue 11, pp. 11863-11881 (2012))에 개시된 라이다 스캐닝 장치이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a prior art Ridas scanning device, and FIG. 4 is a view illustrating a measurement area of the Ridas scanning device of FIG. 3. Referring to FIG. The prior art of FIG. 3 is described in "Design and characterization of a 256x64-pixel single-photon imager in CMOS for MEMS based laser scanning time-of-flight sensor" (OSA Publishing, Vol. 20,
도 3에 도시된 라이다 스캐닝 장치(B)는, 송신부(1), 수신부(2), 2축 MEMS 스캐너(3)를 포함한다. 도 3의 라이다 스캐닝 장치(B)는 측정 영역을 넓히기 위해 복수개의 레이저로 구성된 송신부(1)를 이용한다. 송신부(1)에서 송신된 빔은 2축 MEMS 스캐너(3)에 의해 수직 및 수평 방향으로 반사되면서 대상체를 검출한다. The Lada scanning apparatus B shown in Fig. 3 includes a transmitting
도 3의 라이다 스캐닝 장치(B)에서는, 2축 MEMS 스캐너(3)에 의해 송신빔이 조사되는 방향이 달라지면서, 대상체에서 반사되는 수신빔이 집광렌즈(4)를 통과한 후, 맺히는 초점의 위치가 매번 달라진다. 이에, 수신부(2)는 조사되는 방향에 따라 모두 구분하여 수신할 수 있도록 M×N 다채널 수신소자 또는 이미지 센서로 구성된다.3, the direction in which the transmission beam is irradiated is changed by the
이와 같은 라이다 스캐닝 장치(B)는 모터를 사용하지 않으므로, 송신부(1)의 출력을 수십 kHz 정도로 높일 수 있어서 고속 스캐닝이 가능한 장점이 있다. 이에 따라 전술한 라이다 스캐닝 장치(A)의 문제점을 해결할 수 있다.Since the Ridas scanning apparatus B does not use a motor, the output of the
그러나, 이러한 종래의 라이다 스캐닝 장치(B)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 2축 MEMS 스캐너(3)의 각도 한계로 인해 50도 이상의 넓은 측정 각도를 가지기 어려우며, 가로/세로 다수의 채널(M×N 픽셀)을 가진 수신부가 필요하므로 비용이 증가하고 구성이 복잡하다는 문제가 있다.However, such a conventional Ridas scanning device B is difficult to have a wide measurement angle of 50 degrees or more due to the angular limitations of the
본 발명은 전술한 종래 기술들의 문제점을 해결할 수 있는 라이다 스캐닝 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a Lada scanning apparatus capable of solving the problems of the above-described conventional techniques.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는,A ladder scanning apparatus according to an embodiment of the present invention includes:
레이저 빔을 조사하는 송신부; 상기 송신부로부터 조사되는 레이저 빔이 여러 방향으로 반사되도록 기설정된 각도 범위에서 반복적으로 회전하는 미러 스캐너; 상기 미러 스캐너로부터 반사된 레이저 빔을 대상체에 조사시키고 대상체에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 다면 미러; 상기 다면 미러에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 수신부; 상기 다면 미러를 회전시키는 회전 모터를 포함한다.A transmitter for irradiating a laser beam; A mirror scanner repeatedly rotating in a predetermined angle range such that the laser beam irradiated from the transmitter is reflected in various directions; A mirror that irradiates a laser beam reflected from the mirror scanner to a target object and receives a laser beam reflected from the target object; A receiving unit for receiving the laser beam reflected by the polyhedral mirror; And a rotating motor for rotating the multi-faced mirror.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 미러 스캐너는, 일정한 각도 범위에서 반복 구동하는 액츄에이터 기반 미러 스캐너일 수 있다.In the Lada scanning apparatus according to the embodiment of the present invention, the mirror scanner may be an actuator-based mirror scanner repeatedly driven in a predetermined angle range.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 미러 스캐너는, 공진스캐너, MEMS 미러, VCM(voice coil motor), Optical Phase Array 중 어느 하나일 수 있다.In the Lada scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, the mirror scanner may be any one of a resonant scanner, a MEMS mirror, a voice coil motor (VCM), and an optical phase array.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 다면 미러는, 기울기가 상이한 복수개의 반사 미러를 포함할 수 있다.In the ladder scanning device according to the embodiment of the present invention, the multi-faceted mirror may include a plurality of reflective mirrors having different slopes.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 복수개의 반사 미러는, 상기 복수개의 반사 미러에 의한 측정 고도가 부분적으로 겹칠 수 있다.In the ladder scanning device according to the embodiment of the present invention, the plurality of reflection mirrors may partially overlap the measurement heights of the plurality of reflection mirrors.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 수신부는, 단일 픽셀로 이루어진 단일 채널 수신부 또는 픽셀이 N×1 개로 배열된 다채널 수신부일 수 있다.In the Ridas scanning apparatus according to the embodiment of the present invention, the receiving unit may be a single channel receiving unit of a single pixel or a multi-channel receiving unit of N × 1 pixels.
본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 있어서, 상기 수신부는 단일 채널 수신부이고, 상기 수신부는 상기 다면 미러에서 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 더 포함하며, 상기 송신부에서 레이저 빔은 펄스 형태로 송신되며, 상기 송신부와 상기 수신부와 상기 미러 스캐너는 동기화되어 상기 미러 스캐너의 반사 각도를 이용하여 측정 고도를 측정할 수 있다.The laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention is characterized in that the receiving unit is a single channel receiving unit and the receiving unit further includes a condensing lens for condensing a laser beam reflected from the multi- And the transmitting unit, the receiving unit, and the mirror scanner are synchronized with each other and can measure the measured altitude using the reflection angle of the mirror scanner.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific embodiments of various aspects of the present invention are included in the detailed description below.
본 발명의 실시 형태에 따르면, According to an embodiment of the present invention,
다면 미러가 회전 모터에 의해 회전되면서 넓은 전방 각도로 레이저 빔을 방사시킬 수 있으므로, 수평 방향 측정 범위를 넓힐 수 있다.Since the multi-facet mirror is rotated by the rotating motor, the laser beam can be radiated with a wide front angle, so that the measurement range in the horizontal direction can be widened.
또한, 미러 스캐너가 소정의 각도 범위에서 반복 구동하면서 다면 미러의 다양한 수직축 위치로 레이저 빔을 반사시키므로, 수직 방향의 측정 고도를 높일 수 있다.In addition, since the laser scanner reflects the laser beam to various vertical axis positions of the multi-faceted mirror while repeatedly driving the mirror scanner in a predetermined angle range, the measurement height in the vertical direction can be increased.
또한, 회전 모터는 다면 미러만을 회전시키고, 다른 구성 요소는 회전 모터에 의해 회전되지 않으므로, 라이다 스캐닝 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.Further, since the rotary motor rotates only the multi-faced mirror and the other components are not rotated by the rotary motor, the durability of the Lada scanning device can be improved.
또한, 송신부에서 미러 스캐너로 수백 kHz 이상의 주기로 레이저 빔을 송신할 수 있으므로, 수직 방향에 대해서 고속으로 스캐닝할 수 있다.In addition, since the laser beam can be transmitted from the transmitting unit to the mirror scanner at a frequency of several hundred kHz or more, scanning can be performed at high speed in the vertical direction.
또한, 단일의 레이저 다이오드를 사용하고, 단일 채널 수신부 또는 N×1 다채널 수신부로도 고속 스캐닝을 수행할 수 있으므로, 구성을 간소화할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. In addition, since a single laser diode can be used and a high-speed scanning can be performed by a single-channel receiving unit or an Nxl multi-channel receiving unit, the configuration can be simplified and manufacturing costs can be reduced.
도 1은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 4는 도 3의 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 미러 스캐너의 일 예가 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 상태가 도시된 평면도이다.
도 8은 다면 미러의 반사 미러 각각이 상이한 기울기로 형성된 경우의 측정 고도를 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 과정이 도시된 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 측정 영역이 도시된 도면이다.1 is a perspective view showing a conventional Lada scanning apparatus.
2 is a view showing a measurement area of the Lada scanning device of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a prior art Ridas scanning device.
4 is a view showing a measurement area of the Lada scanning device of FIG.
5 is a diagram illustrating a Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view illustrating an example of a mirror scanner of a Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 7 is a plan view illustrating an operating state of the Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
8 is a view for explaining a measurement height in the case where the reflection mirrors of the multi-faceted mirror are formed at different slopes.
FIGS. 9 and 10 are views illustrating an operation of the Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
11 to 13 are views showing a measurement area of the Lada scanning device according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various embodiments and is intended to illustrate and describe the specific embodiments in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치를 설명한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "comprises" or "having" are used to designate the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof. Hereinafter, a Ridas scanning apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치가 도시된 도면이다.5 is a diagram illustrating a Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치는, 송신부(100), 미러 스캐너(200), 다면 미러(300), 수신부(400), 회전 모터(500)를 포함한다.5, a Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
송신부(100)는 미러 스캐너(200)의 상부에 일정 거리 이격되어 형성되며, 미러 스캐너(200)에 레이저 빔을 조사한다. 송신부(100)는, 예를 들어 레이저 다이오드(LD)가 사용될 수 있으며, 단일로 이루어질 수 있다.The transmitting
미러 스캐너(200)는 레이저 빔을 조사하는 송신부(100)와 일정 거리 이격 형성되며, 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔을 다면 미러(300) 방향으로 반사시킨다. The
미러 스캐너(200)는 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔이 여러 방향으로 반사되도록 기설정된 각도 범위에서 반복적으로 구동한다. 여기서, 반복 구동이라 함은, 예를 들어, 미러 스캐너가 일정한 각도 범위에서 축회전하는 것일 수 있다. 미러 스캐너(200)는 레이저 빔을 복수개의 수평 방향으로 반사되도록 회전할 수도 있으나, 수평 방향은 다면 미러(300)의 회전에 의해 스캐닝되므로, 복수개의 수직 방향으로 반사되도록 회전하는 것이 바람직하다. The
이러한 미러 스캐너(200)는, 예를 들어, 소형 액츄에이터 기반 미러 스캐너일 수 있다. 소형 액츄에이터 기반 미러 스캐너의 일 예로 공진스캐너, MEMS 미러, VCM(voice coil motor), Optical Phase Array 등이 있다.This
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 미러 스캐너의 일 예가 도시된 도면이다.FIG. 6 is a view illustrating an example of a mirror scanner of a Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
일 예에 따른 미러 스캐너(200)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 영구자석(210)과, 한 쌍의 영구자석 사이에 배치되는 전자석 미러(220)와 전자석 미러의 회전축 역할을 수행하는 토션 바아(230)를 포함할 수 있다. 전자석 미러(220)에는 코일이 형성되고, 코일을 흐르는 전류 방향의 변화에 따라 영구자석(210)과 전자석 미러(220) 사이의 자기장 관계가 변화하며, 변화된 자기장의 영향으로 전자석 미러(220)는 토션 바아(230)를 회전축으로 하여 소정 각도 범위로 회전하면서 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔을 복수개의 수직 방향으로 반사시킨다.6, the
본 발명의 실시예에서, 송신부(100), 수신부(400), 미러 스캐너(200)는 회전 모터(500)에 의해 회전되는 부품이 아니므로, 송신부(100)를 구성하는 레이저 다이오드는 수백 kHz 이상의 주기로 고속으로 레이저 빔을 송신할 수 있고, 미러 스캐너(200)는 이를 다면 미러(300)로 반사시켜서 대상체에 대한 고속 스캐닝을 수행할 수 있다. Since the transmitting
주행 중 장애물을 감지하는 것을 주요 목적으로 하는 모바일 플랫폼에서는, 전방의 도로와 차량, 사람 등의 장애물을 검지하는 것이 중요하다. 따라서, 드론, 무인 비행체에 비해 상대적으로 협소한 범위의 수직 방향을 고속으로 측정하는 것이 더 중요하므로, 수직 방향 고속 측정을 위해 소형 액츄에이터 기반 미러 스캐너(200)를 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 필요한 경우, 더 넓은 수직 방향 고속 측정을 위해 미러 스캐너(200)의 구동 범위를 넓힐 수도 있다.It is important to detect obstacles such as roads, vehicles, and people in front of a mobile platform whose main purpose is to detect obstacles while driving. Accordingly, it is more important to measure the vertical direction in a relatively narrow range than the drone or the unmanned aerial vehicle at high speed. Therefore, it is desirable to use a small actuator-based
한편, 송신부(100)와 미러 스캐너(200) 사이에는 콜리메이팅 렌즈(C1)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 콜리메이팅 렌즈(C1)는 송신부(100)를 구성하는 레이저 다이오드에서 발생된 레이저 빔을 집광시키는 광학 렌즈이다.At least one collimating lens C1 may be formed between the transmitting
다면 미러(300)는 미러 스캐너(200)로부터 반사된 레이저 빔을 조사시키고 대상체에서 반사된 레이저 빔을 수신한다. 다면 미러(300)는 소정 개수(n개)의 반사 미러로 형성된다. 예를 들어, 다면 미러(300)는 4개의 반사 미러로 형성될 수 있고, 각각의 반사 미러는 미러 스캐너(200)에서 반사된 레이저 빔을 반사시켜서 수평 및 수직 방향으로 조사시키는 반사 미러 기능을 수행한다.The
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 상태가 도시된 평면도이고, 도 8은 다면 미러의 반사 미러 각각이 상이한 기울기로 형성된 경우의 측정 고도를 설명하는 도면이다. FIG. 7 is a plan view showing an operation state of the Lada scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram illustrating a measured altitude when each of the reflection mirrors of the multi-faceted mirror is formed at different slopes.
도 7에 도시된 바와 같이, 회전 모터(500)의 회전에 의해 다면 미러(300)가 회전하면, 송신부(100)에서 조사되고 미러 스캐너(200)에서 반사된 레이저 빔은 다면 미러(300)에 의해 반사되어 소정 각도를 이루며 전방으로 진행된다. 도 7의 (c)와 같이, 다면 미러(300)의 회전에 따라 미러 스캐너(200) 방향으로 반사되는 레이저 빔은 노이즈 처리된다.7, when the
다면 미러(300)의 미러 개수가 많을수록, 높은 해상도 또는 높은 측정 속도를 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 4개의 반사 미러로 다면 미러(300)를 구성한 경우, 4개의 반사 미러에 대해 측정 시작점을 조금씩 다르게 하여 미러 스캐너(200)로부터 반사된 레이저 빔을 조사시키면 대상체에 대한 분해능은 4배가 되고, 4개의 반사 미러에 대한 측정 시작점을 동일하게 하여 레이저 빔을 조사시키면 대상체에 대한 측정 속도가 4배가 된다. 여기서 다른 측정 시작점의 개수는 미러 개수(n)와 동일하며 다른 시작점의 위치는 동일한 시작점에서 측정되었을 때 시스템이 갖는 수평축 각도 분해능의 1/n 만큼 이동된 위치가 될 수 있다.The higher the number of mirrors of the
한편, 다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러 각각은 상이한 기울기를 갖도록 할 수 있다. 여기서, 반사 미러의 기울기란, 다면 미러의 바닥면에 수직인 수직면과 반사 미러가 이루는 각도(θ)를 의미한다.On the other hand, each of the reflection mirrors constituting the
미러 스캐너(200)에서 반사된 레이저 빔은 기울기가 상이한 다수의 반사 미러에 의해 반사되어 여러 측정 고도를 측정할 수 있게 된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 기울기가 상이한 반사 미러가 4개인 경우, 다면 미러(300)가 1회전할 때마다, 4개의 측정 고도(H1 ~ H4)를 측정할 수 있게 된다.The laser beam reflected by the
수신부(400)는 다면 미러(300)에서 반사된 레이저 빔을 수신한다. 수신부(400)는 픽셀이 N×1 개로 배열된 다채널 수신부 또는 하나의 픽셀로 이루어진 단일 채널 수신부일 수 있다.The receiving
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 과정이 도시된 도면으로, 수신부(400)에서의 수신 위치에 대해 설명하는 도면이다. 도 9 및 도 10에서 수신부(400)는 N×1 다채널 수신부를 예시하고 있다.9 and 10 are diagrams illustrating an operation procedure of the Lada scanning apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and are views for explaining a reception position in the
도 9에 도시된 바와 같이, 미러 스캐너(200)에서 반사된 레이저 빔이 가장 낮은 고도로 다면 미러(300)에 조사되어 대상체에서 반사된 후 다시 다면 미러(300)에서 반사되어 다채널 수신부(400)에서 수신되는 경우, 기하 광학적 원리에 의해 다채널 수신부(400)의 최상단 채널(픽셀)에 수신된다. As shown in FIG. 9, the laser beam reflected by the
반대로, 도 10에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 가장 높은 고도로 다면 미러(300)에 조사되어 대상체에서 반사된 후 다시 다면 미러(300)에서 반사되어 다채널 수신부(400)에서 수신되는 경우, 다채널 수신부(400)의 최하단 채널에 수신된다. On the contrary, when the laser beam is irradiated to the
이와 같이, 다면 미러(300)로 레이저 빔이 조사되는 위치와 다채널 수신부(400)에서 수신되는 위치는 서로 상반되는 관계이다.As described above, the position where the laser beam is irradiated to the
상기의 실시예에서, 수직 방향 측정 고도에 따라 수신빔이 맺히는 초점 위치가 달라지므로 N×1 다채널 수신부(400)를 사용하지만, 이에 한정되지 않고, 수신부(400)는 단일 채널 수신부로 이루어질 수 있다. 이 경우, 수신부(400)는 다면 미러(300)에서 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈(C2)를 추가적으로 구비하며, 집광 렌즈(C2)의 적절한 설계를 통해 모든 측정 고도에서 수신되는 레이저 빔을 하나의 채널(픽셀)에 수신되도록 할 수 있다. The N × 1
이때, 송신부(100)에서 레이저 빔은 펄스 형태로 송신되며 레이저 빔을 송신하는 시간과 수신부(400)에서 레이저 빔을 수신하는 시간을 동기화하고, 동 시간의 미러 스캐너(200)의 반사 각도를 내부 구동 신호 피드백을 이용하여 측정, 고도를 특정할 수 있게 된다. 그리고, 각 각도에서 측정된 레이저 빔의 시간 차이를 이용하여 대상체의 위치, 형상 등을 측정한다.At this time, the laser beam is transmitted in the form of a pulse in the
한편, 집광 렌즈(C2)는 단일 채널 수신부 뿐만 아니라, N×1 다채널 수신부(400)에도 적용될 수 있다.Meanwhile, the condenser lens C2 may be applied not only to the single channel receiver but also to the Nxl
다음으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치의 동작 과정을 설명한다.Next, the operation of the Lada scanning apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 송신부(100)에서 미러 스캐너(200)를 향해 레이저 빔을 송신한다. 레이저 빔은 펄스파, 연속파 등 여러 가지 형태를 가질 수 있으며, First, a laser beam is transmitted from the
미러 스캐너(200)는 송신부(100)로부터 조사되는 레이저 빔을 다면 미러(300) 방향으로 반사시킨다. 미러 스캐너(200)는 소정의 각도 범위에서 반복적으로 구동하면서 다면 미러(300)의 다양한 수직측 위치로 레이저 빔을 반사시킨다.The
다면 미러(300)는 미러 스캐너(200)에서 반사되어 조사된 레이저 빔을 입사각/반사각 원리로 전방을 향해 조사시킨다. 다면 미러(300)는 회전 모터(500)에 의해 회전되면서 넓은 전방 각도로 레이저 빔을 조사시킬 수 있다. 예를 들어, 다면 미러(300)가 4개의 반사 미러로 구성되는 경우, 수평 방향의 측정 각도는 140도 이상이 될 수 있다.The
다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러는 면의 기울기가 일정할 수도 있고, 각각 다르도록 형성될 수도 있다.The reflection mirror constituting the
반사 미러 각 면의 기울기가 일정한 경우, 대상체에 대한 측정 속도 또는 분해능을 높일 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러의 면수가 4개이고 기울기가 일정하며, 측정 시작점이 다른 경우, 각각의 반사 미러에 의해 측정된 측정점(P1 ~ P4)이 다르게 형성되므로, 대상체에 대한 수평축 측정 분해능을 높일 수 있고, 측정 시작점이 동일한 경우, 1회전 시에 동일한 측정점을 4번 측정하게 되므로 측정 속도를 높일 수 있다.When the inclination of each surface of the reflection mirror is constant, the measurement speed or resolution of the object can be increased. That is, as shown in FIG. 11, when the number of reflection mirrors constituting the
반사 미러의 각 면의 기울기가 상이한 경우, 분해능은 상대적으로 낮으나, 넓은 측정 고도로 대상체를 측정할 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 다면 미러(300)를 구성하는 반사 미러의 면수가 4개이고 기울기가 상이한 경우, 다면 미러(300)가 1회전할 때마다, 4개의 측정 고도(H1 ~ H4)를 측정할 수 있게 된다.When the slopes of the respective surfaces of the reflection mirror are different, the resolution is relatively low, but the object can be measured at a wide measurement height. Namely, as shown in FIG. 12, when the number of reflection mirrors constituting the
한편, 반사 미러의 각 면의 기울기가 상이한 경우라도, 측정 고도가 일부 겹치도록 각 면의 기울기를 설계하면 넓은 측정 고도로 대상체를 측정하면서도 분해능을 높일 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 겹치는 측정 고도 부분(D)에서는 전술한 반사 미러 각 면의 기울기가 일정한 경우와 같이, 대상체에 대한 측정 속도 또는 분해능을 높일 수 있다.On the other hand, even when the slopes of the respective surfaces of the reflection mirror are different, the resolution can be increased while measuring the object with a wide measurement height by designing the slopes of the respective surfaces such that the measurement altitudes partially overlap. That is, as shown in FIG. 13, the measurement speed or resolution for the target object can be increased as in the case where the inclination of each surface of the reflection mirror is constant in the overlapped measurement height portion (D).
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 스캐닝 장치에 의하면, 다면 미러가 회전 모터에 의해 회전되면서 넓은 전방 각도로 레이저 빔을 조사시킬 수 있으므로, 수평 방향 측정 범위를 넓힐 수 있다.According to the above-described Ridas scanning apparatus, since the multi-faced mirror is rotated by the rotating motor and can irradiate the laser beam with a wide front angle, the measurement range in the horizontal direction can be widened.
또한, 미러 스캐너가 소정의 각도 범위에서 반복 구동하면서 다면 미러의 다양한 수직축 위치로 레이저 빔을 반사시키므로, 수직 방향의 측정 고도를 높일 수 있다.In addition, since the laser scanner reflects the laser beam to various vertical axis positions of the multi-faceted mirror while repeatedly driving the mirror scanner in a predetermined angle range, the measurement height in the vertical direction can be increased.
또한, 회전 모터는 다면 미러만을 회전시키고, 다른 구성 요소는 회전 모터에 의해 회전되지 않으므로, 라이다 스캐닝 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.Further, since the rotary motor rotates only the multi-faced mirror and the other components are not rotated by the rotary motor, the durability of the Lada scanning device can be improved.
또한, 송신부에서 미러 스캐너로 수백 kHz 이상의 주기로 레이저 빔을 송신할 수 있으므로, 수직 방향에 대해서 고속으로 스캐닝할 수 있다.In addition, since the laser beam can be transmitted from the transmitting unit to the mirror scanner at a frequency of several hundred kHz or more, scanning can be performed at high speed in the vertical direction.
또한, 단일의 레이저 다이오드를 사용하고, 단일 채널 수신부 또는 N×1 다채널 수신부로도 고속 스캐닝을 수행할 수 있으므로, 구성을 간소화할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. In addition, since a single laser diode can be used and a high-speed scanning can be performed by a single-channel receiving unit or an Nxl multi-channel receiving unit, the configuration can be simplified and manufacturing costs can be reduced.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
100 : 송신부
200 : 미러 스캐너
300 : 다면 미러
400 : 수신부
500 : 회전 모터100: transmitting unit 200: mirror scanner
300: multiple mirror 400:
500: Rotary motor
Claims (7)
상기 송신부로부터 조사되는 레이저 빔이 여러 방향으로 반사되도록 기설정된 각도 범위에서 반복적으로 회전하는 미러 스캐너;
상기 미러 스캐너로부터 반사된 레이저 빔을 대상체에 조사시키고 대상체에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 다면 미러;
상기 다면 미러에서 반사된 레이저 빔을 수신하는 수신부;
상기 다면 미러를 회전시키는 회전 모터;
를 포함하는 라이다 스캐닝 장치.
A transmitter for irradiating a laser beam;
A mirror scanner repeatedly rotating in a predetermined angle range such that the laser beam irradiated from the transmitter is reflected in various directions;
A mirror that irradiates a laser beam reflected from the mirror scanner to a target object and receives a laser beam reflected from the target object;
A receiving unit for receiving the laser beam reflected by the polyhedral mirror;
A rotating motor for rotating the multi-faceted mirror;
And a scanning unit.
일정한 각도 범위에서 반복 구동하는 액츄에이터 기반 미러 스캐너인 것을 특징으로 하는 라이다 스캐닝 장치.
The apparatus according to claim 1,
Wherein the actuator is an actuator-based mirror scanner that is repeatedly driven in a predetermined angle range.
공진스캐너, MEMS 미러, VCM(voice coil motor), Optical Phase Array 중 어느 하나 것을 특징으로 하는 라이다 스캐닝 장치.
The image scanner according to claim 2,
A resonance scanner, a MEMS mirror, a voice coil motor (VCM), and an optical phase array.
기울기가 상이한 복수개의 반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 스캐닝 장치.
The multi-faceted mirror according to claim 1,
And a plurality of reflection mirrors whose slopes are different from each other.
상기 복수개의 반사 미러에 의한 측정 고도가 부분적으로 겹치는 것을 특징으로 하는 라이다 스캐닝 장치.
5. The image display device according to claim 4,
And the measured altitudes of the plurality of reflection mirrors partially overlap each other.
단일 픽셀로 이루어진 단일 채널 수신부 또는 픽셀이 N×1 개로 배열된 다채널 수신부인 것을 특징으로 하는 라이다 스캐닝 장치.
The apparatus of claim 1,
A single-channel receiving unit having a single pixel, or a multi-channel receiving unit having N × 1 pixels arranged therein.
상기 수신부는 단일 채널 수신부이고,
상기 수신부는 상기 다면 미러에서 반사되는 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 더 포함하며,
상기 송신부와 상기 수신부와 상기 미러 스캐너는 동기화되어 상기 미러 스캐너의 반사 각도를 이용하여 측정 고도를 측정하는 것을 특징으로 하는 라이다 스캐닝 장치.The method of claim 6,
Wherein the receiver is a single channel receiver,
Wherein the receiving unit further includes a condenser lens for condensing the laser beam reflected by the polyhedral mirror,
Wherein the transmitter, the receiver, and the mirror scanner are synchronized to measure a measurement altitude using a reflection angle of the mirror scanner.
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