KR20190140579A - Lidar optical system - Google Patents

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KR20190140579A KR1020180067190A KR20180067190A KR20190140579A KR 20190140579 A KR20190140579 A KR 20190140579A KR 1020180067190 A KR1020180067190 A KR 1020180067190A KR 20180067190 A KR20180067190 A KR 20180067190A KR 20190140579 A KR20190140579 A KR 20190140579A
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    • H01S3/02—Constructional details

Abstract

Disclosed is a Lidar optical system capable of improving the scan performance by configuring a laser module and a mirror module rotated by rotationally driven motor operation. The Lidar optical system is configured with a main body housing, a mirror module mounted on an upper end inside the main body housing, and a laser module operated by being mounted on a lower end of the main body housing and combined with the mirror module. The mirror module includes a mirror rotation motor installed to rotate forward and backward, and a reflection mirror installed to operate in an angle conversion mode by the mirror rotation motor and reflecting a received or transmitted laser beam. The laser module may include a laser module rotation motor installed to rotate forward and backward, a laser module rotation unit rotating 360 degrees by the laser module rotation motor, and a base substrate interlocked with the laser module rotation unit and fixed to a side surface of the main body housing.

Description

라이다 광학 시스템{LIDAR OPTICAL SYSTEM}Lidar optical system {LIDAR OPTICAL SYSTEM}

본 발명은 라이다 광학 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 구동하는 모터 작동에 의하여 회전하는 레이저모듈 및 미러모듈을 구성하여 스캔 성능을 향상시킬 수 있는 라이다 광학 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar optical system, and more particularly, to a lidar optical system that can improve the scanning performance by configuring a rotating laser module and a mirror module by the rotation drive motor operation.

최근 들어, 자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저 레이다 장치(라이다, LIDAR - Light Detection And Ranging)가 많이 사용되고 있다.Recently, a laser radar device (lidar, LIDAR-Light Detection And Ranging) has been widely used to detect surrounding terrain or objects in automobiles or mobile robots.

이러한 라이다 시스템은 주변 영역으로 레이저 광을 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용함으로써, 측정 대상물의 거리와 속도, 형상을 측정하거나 주변의 물체나 지형을 스캔할 수 있는 장치이다.The lidar system emits laser light to the surrounding area and uses the time and intensity of the reflected light reflected back to the surrounding object or terrain, thereby measuring the distance, speed, and shape of the measurement object or scanning the surrounding object or terrain. It is a device that can.

또한, 이러한 라이다 시스템은 로봇 및 무인자동차의 전방 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용되고 있다.In addition, the lidar system is widely applied in various fields such as sensors for detecting obstacles in front of robots and unmanned vehicles, radar guns for speed measurement, aviation geo-mapping devices, three-dimensional ground surveys, and underwater scanning.

최근, 라이다 시스템은 전방 또는 측방의 장애물 등에 의한 위험 상황이 발생할 경우 운전자에게 경고하거나 자동차의 속도를 조절하는 조치를 자동적으로 수행할 수 있게 하는 운전 보조용 애플리케이션이나, 운전자 없이 운행하는 자율주행차량까지 그 적용 분야가 확대되고 있다.Recently, the LiDAR system is a driving assistance application that enables the driver to automatically warn the driver or to automatically adjust the speed of the vehicle in the event of a dangerous situation caused by obstacles in the front or side, or autonomous vehicles running without a driver. The field of application is expanding.

이러한 종래기술 중 하나가 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0114445(2016.10.05.)에 개시되어 있다. 이 종래기술은, 라이다 광학 시스템에 관한 것으로, 제1 파장의 적외광을 방출하는 복수의 제1 레이저 광원, 제1 레이저 광원에 인접하게 배치되며 제1 파장과 다른 제2 파장의 적외광을 방출하는 복수의 제2 레이저 광원, 제1 레이저 광원에 의해 방출된 후 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 제1 검출기, 및 제1 검출기에 인접하게 배치되며 제2 레이저 광원에 의해 방출된 후 대상체로부터 반사된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 제2 검출기를 포함하여 구성된다.One such prior art is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0114445 (2016.10.05.). This prior art relates to a lidar optical system, comprising: a plurality of first laser light sources that emit infrared light of a first wavelength, infrared light of a second wavelength that is disposed adjacent to the first laser light source and is different from the first wavelength; A plurality of second laser light sources that emit, a first detector that receives light reflected by the object after being emitted by the first laser light source and converts the light into an electrical signal, and is disposed adjacent to the first detector and is disposed by the second laser light source And a second detector that receives the light reflected from the object after being emitted and converts the light into an electrical signal.

또 다른 종래기술로는 360도 선회하면서 스캐닝하는 스캔 라이다(panoramic scan lidar)가 있으며, 그 일례로는 미국 등록특허 7,880,643호(2011.02.01.)의 "Method and device for following objects, particularly for traffic monitoring"가 개시되어 있다. 이 종래기술에서는 센서가 센서 평면상에서 레이저를 조사하여 움직이는 물체를 검지하는 기술이 개시되어 있다.Another conventional technique is a panramic scan lidar scanning while rotating 360 degrees, an example of which is "Method and device for following objects, particularly for traffic," US Patent No. 7,880,643 (2011.02.01.). monitoring "is disclosed. In this prior art, a technique is disclosed in which a sensor detects a moving object by irradiating a laser on a sensor plane.

한편, 라이다 기술분야에서는 아직도 다양한 구조와 형태의 라이다가 연구개발 중이며 새로운 형태나 구조를 가진 라이다가 요구되고 있는 실정이다.Meanwhile, in the field of lidar technology, the lidar of various structures and forms is still being researched and developed, and a lidar having a new form or structure is required.

본 발명은 위에서 설명한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 회전하는 레이저모듈 회전부 및 각도 변환 방식으로 작동되는 반사미러를 통해 레이저빔을 반사 및 산란시켜 라이다(LIDAR)의 스캔 성능을 극대화할 수 있는 라이다 광학 시스템을 제공하는데 있다.The present invention is derived to solve the problems of the prior art described above, an object of the present invention is to reflect and scatter a laser beam through a rotating mirror and a reflecting mirror operated by an angle conversion method (LIDAR) To provide a lidar optical system that can maximize the scan performance of the.

본 발명의 다른 목적은 회전하는 레이저모듈 회전부에서 펄스 레이저빔을 발진하는 복수 개의 레이저다이오드와 한 개 또는 복수 개의 포토다이오드를 사용하고, 레이저빔 발신각도가 중심축을 기준으로 상향, 중앙 및 하향으로 서로 다르게 설정되어 센싱 성능을 향상시킬 수 있는 라이다 광학 시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to use a plurality of laser diodes and one or a plurality of photodiodes for oscillating a pulsed laser beam in a rotating laser module rotating unit, the laser beam transmission angle of each other upward, center and downward relative to the central axis It is to provide a lidar optical system that can be set differently to improve the sensing performance.

본 발명의 또 다른 목적은, 레이저 모듈과 반사 미러가 서로 연동하여 회전하면서 안정적인 운용이 가능한 라이다 광학 시스템을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a lidar optical system capable of stable operation while the laser module and the reflection mirror rotate in conjunction with each other.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 라이다 광학 시스템은, 본체하우징, 상기 본체하우징 내부의 상단에 장착되어 동작하는 미러모듈과 하단에 장착되어 동작하는 레이저모듈로 구성되되, 상기 미러모듈은 정/역회전하도록 작동되는 미러 회전모터 및 상기 미러회전모터에 의한 각도 변환 방식으로 작동되어 수신/발신되는 레이저빔을 반사하는 반사미러를 포함하며, 상기 레이저모듈은 정/역회전하도록 작동되는 레이저모듈 회전모터, 상기 레이저모듈 회전모터에 의하여 360도 회전하는 레이저모듈 회전부 및 상기 레이저모듈 회전부와 연동하고 상기 본체 하우징의 측면에 고정되어 동작하는 베이스 기판을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Lidar optical system according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem, the main body housing, the mirror module is mounted on the top of the inside of the main housing and the laser module mounted on the lower end, The mirror module includes a mirror rotating motor which is operated to forward / reverse rotation and a reflection mirror which is operated in an angle conversion manner by the mirror rotation motor to reflect a laser beam received / emitted. It may include a laser module rotating motor that is operated, a laser module rotating part rotated 360 degrees by the laser module rotating motor, and a base substrate interlocked with the laser module rotating part and fixed to a side of the main body housing. .

또한, 본 발명의 상기 미러 회전모터 및 레이저모듈 회전모터의 회전은 정/역회전 가능하며, 정/역회전 속도는 상기 미러 회전모터 및 상기 레이저모듈 회전모터의 회전반경에 장공홀(Hole)이 형성되고, 외측에는 이를 감지하는 포토센서가 구비되어 회전속도를 동기화하여 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the rotation of the mirror rotation motor and the laser module rotation motor of the present invention is capable of forward / reverse rotation, the forward / reverse rotation speed is a long hole (Hole) in the rotation radius of the mirror rotation motor and the laser module rotation motor Is formed, the outside is provided with a photosensor for detecting it may be characterized in that it is configured to adjust the rotational speed in synchronization.

또한, 본 발명의 상기 미러모듈은 상기 미러 회전모터의 회전운동이 직선운동으로 변경되도록 샤프트링크 구조를 적용하여 상기 반사미러가 직선적인 각도 변환 방식으로 작동되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the mirror module of the present invention may be characterized in that the reflection mirror is operated in a linear angle conversion method by applying a shaft link structure so that the rotational movement of the mirror rotation motor is changed to linear movement.

또한, 본 발명의 상기 레이저모듈 회전부는 고속으로 특정 주파수대의 펄스 레이저빔을 발진하는 복수 개의 레이저다이오드로 구성되는 레이저 발광부, 펄스 레이저빔을 수광하여 광전 변환하기 위한 한 개 또는 복수 개의 포토다이오드로 이루어진 레이저 수광부, 상기 레이저 발광부와 상기 레이저 수광부의 선단에서 수신/발신되는 레이저빔을 집중시키는 기능을 위한 광학 렌즈와 덮개 하우징으로 이루어지는 렌즈모듈, 상기 레이저 발광부, 레이저 수광부의 후단에서 이를 고정하고 지지하기 위한 브라킷 및 레이저빔의 정보 신호를 베이스 기판과 연동하는 기능을 수행하기 위한 제어기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the laser module rotating unit of the present invention is a laser light emitting unit consisting of a plurality of laser diodes for oscillating a pulsed laser beam of a specific frequency band at a high speed, and one or a plurality of photodiodes for receiving the pulsed laser beam photoelectric conversion A lens module comprising a laser light receiving unit, an optical lens and a cover housing for concentrating a laser beam received / emitted at the front end of the laser light emitting unit and the laser light receiving unit, and fixed at the rear end of the laser light emitting unit and the laser light receiving unit. It may be characterized in that it comprises a bracket for supporting and a control plate for performing a function of interlocking the information signal of the laser beam with the base substrate.

또한, 본 발명의 상기 레이저 발광부의 각각의 레이저다이오드는 레이저빔 발신각도가 중심축을 기준으로 상향, 중앙 및 하향으로 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, each laser diode of the laser light emitting unit of the present invention may be characterized in that the laser beam transmission angle is set differently up, center and downward with respect to the central axis.

또한, 본 발명의 상기 레이저모듈 회전부의 360도 회전에 있어서, 상기 레이저 발광부 및 상기 레이저 수광부가 상기 미러모듈 방향으로 회전하며 레이저빔을 수신/발신 할 때에는 상기 레이저모듈 회전부의 전원이 On 상태로 되고, 상기 미러모듈 방향과 반대 방향으로 회전되고 있을 때는 전원이 Off 상태로 되도록 동작되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the 360-degree rotation of the laser module rotating unit of the present invention, when the laser light emitting unit and the laser light receiving unit rotates in the direction of the mirror module and receives / transmits a laser beam, the power of the laser module rotating unit is turned on. And, when being rotated in the direction opposite to the mirror module direction may be characterized in that the power is operated to be in the Off state.

또한, 본 발명의 상기 베이스 기판은 상기 미러모듈 및 레이저모듈로 전원을 공급하기 위하여 상기 베이스 기판에 고정되어 있는 아우터코일(Outer Coil)과 상기 레이저모듈 회전부의 제어기판에서 회전하는 이너코일(Inner Coil)에 의한 유도전류의 발생으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the base substrate of the present invention is an inner coil (Inner Coil) that is rotated in the outer coil (Outer Coil) fixed to the base substrate and the control panel of the laser module rotating unit for supplying power to the mirror module and the laser module. It can be characterized in that the power supply by the generation of the induced current by).

또한, 본 발명은 상기 레이저모듈 회전부의 제어기판과 고정되어 있는 상기 베이스 기판에 각각 IR 센서를 장착하여 상호 정보 신호를 통신하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the present invention may be characterized in that the IR sensor is mounted on each of the base substrate fixed to the control plate of the laser module rotating unit to communicate information signals with each other.

본 발명의 일 측면에 따른 회전하는 레이저모듈 회전부 및 각도 변환 방식으로 작동되는 반사미러를 통해 레이저빔을 반사 및 산란시켜 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, there is an effect of maximizing a spatial scan performance capable of securing spatial data by reflecting and scattering a laser beam through a rotating laser module rotating unit and a reflection mirror operated by an angle conversion method.

또한, 본 발명은 회전하는 레이저모듈 회전부에서 펄스 레이저빔을 발진하는 복수 개의 레이저다이오드와 한 개 또는 복수 개의 포토다이오드를 사용함으로써 센싱 성능을 향상할 수 있는 효과를 동시에 제공할 수 있다..In addition, the present invention can provide an effect of improving the sensing performance by using a plurality of laser diode and one or a plurality of photodiodes for oscillating the pulsed laser beam in the rotating laser module rotating unit.

또한, 본 발명은 회전하는 레이저 발광부 및 레이저 수광부가 레이저빔을 수신/발신할 때에는 레이저모듈 회전부의 전원이 On 상태로 되고, 미러모듈 방향과 반대 방향으로 회전되고 있을 때는 전원이 Off 상태로 되도록 동작되어 전력 절감을 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention is such that when the rotating laser light emitting unit and the laser receiving unit receives / transmits the laser beam, the power of the laser module rotating unit is turned on, when the power is turned off when it is rotated in the opposite direction to the mirror module direction. Is operated to provide power savings.

본 발명의 일 측면에 따르면, 안정적인 운용이 가능한 라이다 광학 시스템을 제공하는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, there is an effect of providing a lidar optical system capable of stable operation.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 광학 시스템의 본체 하우징의 사시도이고,
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 광학 시스템의 본체 하우징의 정면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 광학 시스템의 내부 구성을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미러모듈 및 레이저모듈을 나타내는 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저모듈의 구성을 보여주는 정면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저모듈의 구성을 보여주는 측면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장공홀과 포토센서를 구비한 회전모터의 일부 구성을 보여주는 예시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저모듈 회전부의 구성을 보여주는 조립 예시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일에 의한 동력 전달 방식을 나타내는 구성도이다.1A is a perspective view of a body housing of a lidar optical system according to an embodiment of the present invention;
1B is a front view of a body housing of a lidar optical system according to one embodiment of the present invention;
2 is a block diagram showing an internal configuration of a lidar optical system according to an embodiment of the present invention,
3 is an exemplary view showing a mirror module and a laser module according to an embodiment of the present invention;
4 is a front view showing the configuration of a laser module according to an embodiment of the present invention,
5 is a side view showing the configuration of a laser module according to an embodiment of the present invention;
6 is an exemplary view showing a partial configuration of a rotating motor having a long hole and a photosensor according to an embodiment of the present invention,
7 is an exemplary assembly view showing a configuration of a laser module rotating unit according to an embodiment of the present invention;
8 is a block diagram showing a power transmission method by a coil according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 광학 시스템의 본체 하우징의 사시도 및 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 광학 시스템의 내부 구성을 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미러모듈 및 레이저모듈을 나타내는 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저모듈의 구성을 보여주는 정면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저모듈의 구성을 보여주는 측면도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 장공홀과 포토센서를 구비한 회전모터의 일부 구성을 보여주는 예시도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저모듈 회전부의 구성을 보여주는 조립 예시도 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일에 의한 동력 전달 방식을 나타내는 구성도이다.1A and 1B are a perspective view and a front view of a main body housing of a LiDAR optical system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a LiDAR optical system according to an embodiment of the present invention. 3 is an exemplary view showing a mirror module and a laser module according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a front view showing the configuration of a laser module according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view of the present invention Figure 6 is a side view showing the configuration of a laser module according to an embodiment, Figure 6 is an exemplary view showing a partial configuration of a rotating motor having a long hole and a photo sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is an embodiment of the present invention 8 is an assembly view showing a configuration of a laser module rotating unit according to the embodiment and FIG. 8 is a configuration diagram showing a power transmission method by a coil according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 라이다 광학 시스템은, 상기 본체하우징(10) 내부의 상단에 장착되어 동작하는 미러모듈(100)과 하단에 장착되어 동작하는 레이저모듈(200)로 구성될 수 있다.As shown in the figure, the lidar optical system of the present invention, the main body housing 10 is mounted to the mirror module 100 and the lower end mounted to operate the laser module 200 to be configured to operate Can be.

상기 본채하우징의 일측에는 상기 미러모듈(100)을 통해 방사되는 레이저빔을 외부로 방출하며 외부에서 산란 또는 반사되어 들어오는 레이저빔을 통과시키는 윈도우 또는 광투과성 부재가 구비될 수 있다.One side of the main housing may be provided with a window or a light transmitting member that emits a laser beam emitted through the mirror module 100 to the outside and passes the laser beam scattered or reflected from the outside.

이때 상기 미러모듈(100)은 미러 회전모터(110)와 반사미러(120)를 포함한다.In this case, the mirror module 100 includes a mirror rotation motor 110 and a reflection mirror 120.

상기 미러 회전모터(110)는 펄스 모양의 전압에 의해 일정 각도 회전하는 전동모터로서, 구동축과 함께 특정한 각도 또는 단계(step)로 회전하며, 회전 각도는 입력 펄스 신호의 수에 비례하고, 회전 속도는 입력 펄스 신호의 주파수에 비례하며, 정방향 회전 및 역방향 회전이 가능하도록 작동되는 스텝모터Stepping Motor) 혹은 스테퍼모터(stepper motor)일 수 있다.The mirror rotation motor 110 is an electric motor that rotates at a predetermined angle by a pulse-shaped voltage, and rotates at a specific angle or step with the drive shaft, and the rotation angle is proportional to the number of input pulse signals, and the rotation speed Is a proportional to the frequency of the input pulse signal, and may be a stepping motor or a stepper motor operated to enable forward rotation and reverse rotation.

상기 미러 회전모터(110)의 동력전달을 위해서는 스퍼기어(spur gear), 헬리컬 기어 및 베벨 기어(bevel gear) 형태 등을 형성할 수 있으며, 회전 동력을 효과적으로 전달하기 위하여 더 세부적인 기어부의 집합을 통하여 구성될 수 있다.In order to transmit power of the mirror rotation motor 110, a spur gear, a helical gear, a bevel gear, and the like may be formed, and a more detailed set of gears may be provided to effectively transmit rotational power. It can be configured through.

그리고 상기 미러 회전모터(110)의 정방향 회전 및 역방향 회전시의 속도는 동기제어 되도록 구성된다.And the speed at the forward rotation and the reverse rotation of the mirror rotation motor 110 is configured to be synchronized control.

도 6은 장공홀들(111)과 포토센서(112)를 구비한 회전모터의 일부 구성을 보여주는 예시도로서, 본 발명의 상기 동기제어를 위해서는 상기 모터의 회전반경에 장공홀(Hole)(111)이 형성되고, 외측에는 이를 감지하는 발광소자와 수광소자를 대향시켜 공간을 두고 일체화하고, 투과광을 검지하는 포토센서(112)가 구비되어 회전속도를 동기화하여 조절할 수 있도록 구성된다.FIG. 6 is an exemplary view showing a part of a rotating motor having a long hole 111 and a photosensor 112. For the synchronous control of the present invention, a long hole 111 is formed at a rotation radius of the motor. ) Is formed on the outside, the light emitting device and the light receiving device for detecting it are opposed to each other and integrated with a space, and the photosensor 112 for detecting the transmitted light is provided to synchronize and adjust the rotation speed.

상기 반사미러(120)는 상기 미러 회전모터(110)에 의하여 동기 제어되며, 각도 변환 방식으로 작동되어 상기 레이저모듈(200)에 의하여 수신/발신되는 레이저빔을 반사시키는 광학 거울이다. 또한, 상기 미러는 판상 양면 미러일 수 있다.The reflection mirror 120 is an optical mirror that is synchronously controlled by the mirror rotation motor 110 and is operated in an angle conversion manner to reflect the laser beam received / emitted by the laser module 200. In addition, the mirror may be a plate-shaped double-sided mirror.

이때 본 발명의 상기 미러모듈(100)의 미러 회전모터(110)와 반사미러(120)는 샤프트링크 구조를 적용함으로서, 상기 미러회전모터의 회전운동이 직선운동으로 변경되어 상기 반사미러(120)가 일정한 각도를 유지하면서 직선적으로 작동될 수 있는 것이다.At this time, the mirror rotation motor 110 and the reflection mirror 120 of the mirror module 100 of the present invention by applying a shaft link structure, the rotational movement of the mirror rotation motor is changed to a linear motion to the reflection mirror 120 Can be operated linearly while maintaining a constant angle.

본 발명의 상기 레이저모듈(200)은 상기 본체하우징(10)의 내측 하단에 장착되는 레이저모듈 회전모터(210), 레이저모듈 회전부(220) 및 베이스 기판(300)을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에 언급되는 기판이란 회로 설계로 이루어진 전자부품이 배치되어진PCB(Printed Circuit Board) 기판을 의미한다.The laser module 200 of the present invention may include a laser module rotating motor 210, a laser module rotating unit 220, and a base substrate 300 mounted on an inner lower end of the main body housing 10. The substrate referred to in the present invention means a printed circuit board (PCB) substrate on which an electronic component having a circuit design is disposed.

상기 레이저모듈 회전모터(210)도 상기 미러회전모터와 마찬가지로 정방향 회전 및 역방향 회전이 가능하도록 작동되는 스텝모터(Stepping Motor)일 수 있다.Like the mirror rotation motor, the laser module rotation motor 210 may be a stepping motor operated to enable forward rotation and reverse rotation.

또한, 상기 미러회전모터와 마찬가지로 정방향 회전 및 역방향 회전시의 속도는 동기제어 되도록 구성되고 이를 위하여 상기 모터의 회전반경에 장공홀(111)이 형성되고, 이를 감지하는 포토센서(112)가 구비되어 회전속도를 동기화하여 조절할 수 있도록 구성된다.In addition, as in the mirror rotation motor, the speed at the forward rotation and the reverse rotation is configured to be synchronously controlled. For this purpose, a long hole 111 is formed in the rotation radius of the motor, and a photosensor 112 is provided to detect this. It is configured to synchronize and adjust the rotation speed.

본 발명의 상기 레이저모듈 회전부(220)는 상기 레이저모듈 회전모터(210)에 의하여 360도 회전하는 장치로서, 렌즈모듈(223), 레이저 발광부(221), 레이저 수광부(222) 및 브라킷(224)과 제어기판(225)으로 구성된다.The laser module rotating unit 220 of the present invention is a device that rotates 360 degrees by the laser module rotating motor 210, the lens module 223, the laser light emitting unit 221, the laser light receiving unit 222 and the bracket 224 ) And the control board 225.

이때 상기 렌즈모듈(223)은 상기 레이저 발광부(221)와 레이저 수광부(222)의 선단에서 레이저빔의 수/발신을 집중시키는 기능을 위한 광학 렌즈 및 이를 포함하는 덮개 하우징으로 구성될 수 있다.In this case, the lens module 223 may be composed of an optical lens and a cover housing including the optical lens for the function of concentrating the reception / transmission of the laser beam at the front end of the laser light emitting unit 221 and the laser light receiving unit 222.

상기 레이저 수광부(222)는 펄스 레이저빔을 수광하여 광전 변환하는 한 개의 포토다이오드로 구성되어 외부 타겟 물체에서 산란 또는 반사되어 돌아오는 레이저빔을 수신하여 신호를 생성할 수 있다.The laser receiver 222 may be configured as a single photodiode that receives a pulsed laser beam and performs photoelectric conversion to generate a signal by receiving a laser beam scattered or reflected from an external target object.

그리고 상기 레이저 발광부(221)는 고속으로 특정 주파수대의 펄스 레이저빔을 발진하는 세 개의 레이저다이오드로 구성되고 이러한 상기 레이저다이오드의 레이저빔 발신각도가 중심축을 기준으로 상향, 중앙 및 하향으로 서로 다르게 설정되어 검출 대상영역을 증대시킬 수 있도록 하는 특징이 있다.The laser light emitting unit 221 is composed of three laser diodes that oscillate a pulsed laser beam in a specific frequency band at a high speed, and the laser beam transmission angles of the laser diodes are differently set up, center, and downward from the center axis. There is a characteristic to increase the detection target area.

예를 들어 상기 레이저 발광부(221)의 첫 번째 레이저다이오드는 중심축에서 ?5도 범위 내외의 하방으로 세팅할 수 있으며, 상기 레이저 발광부(221)의 두 번째 레이저다이오드는 중심축과 같은 0도로 세팅되고, 상기 레이저 발광부(221)의 세 번째 레이저다이오드는 중심축에서 상방으로 +5도 범위 내외로 세팅함으로서, 외부 타겟의 검출 대상영역을 증대시키고 검출 영역을 효과적으로 증대할 수 있는 것이다. 상기 첫 번째 내지 세 번째 레이저다이오드의 순서는 임의로 정할 수 있다.For example, the first laser diode of the laser light emitting unit 221 may be set downward within the range of? 5 degrees from the center axis, and the second laser diode of the laser light emitting unit 221 may be set to 0, which is the same as the center axis. The third laser diode of the laser light emitting unit 221 is set to within +5 degrees from the center axis, thereby increasing the detection target area of the external target and effectively increasing the detection area. The order of the first to third laser diodes can be arbitrarily determined.

상기 브라킷(224)은 상기 레이저 발광부(221)와 레이저 수광부(222)의 후단에서 이를 고정하고 지지하기 위한 구조재이다.The bracket 224 is a structural material for fixing and supporting it at the rear ends of the laser light emitting unit 221 and the laser light receiving unit 222.

상기 제어기판(225) 또는 레이저제어 회로는 상기 레이저 발광부(221)와 레이저 수광부(222)의 레이저다이오드 및 포토다이오드를 제어하며, 레이저빔의 정보 신호를 베이스 기판(300)과 연동하는 기능을 수행한다.The control board 225 or the laser control circuit controls the laser diode and the photodiode of the laser light emitting unit 221 and the laser light receiving unit 222, and functions to link the information signal of the laser beam with the base substrate 300. Perform.

또한, 상기 제어기판(225)에서는 상기 복수의 레이저다이오드의 레이저빔이 상기 반사미러(120)를 향하여 조사되도록 상기 레이저모듈 회전모터(210)에 의한 회전력에 따라 상기 레이저빔의 조사 주기 또는 조사 타이밍을 제어하도록 구현될 수 있다. 상기 제어기판(225)은 상기 타이밍에 대응하여 활성화되는 스위칭 소자를 구비할 수 있다.In addition, the control panel 225 irradiation period or irradiation timing of the laser beam in accordance with the rotational force by the laser module rotation motor 210 so that the laser beam of the plurality of laser diodes are irradiated toward the reflective mirror 120. It can be implemented to control. The control board 225 may include a switching element that is activated in response to the timing.

상기 본체하우징(10)의 측면에 고정되는 베이스 기판(300) 또는 베이스 제어회로는 상기 레이저모듈 회전부(220)의 정보 신호를 수신 받고, 제어 신호를 송신하는 기능을 수행하며, 상기 미러모듈(100) 및 레이저모듈(200)로 전원을 공급하는 동력전달 장치를 더 포함한다.The base substrate 300 or the base control circuit fixed to the side of the main body housing 10 receives an information signal of the laser module rotating unit 220 and performs a function of transmitting a control signal, and the mirror module 100. And a power transmission device for supplying power to the laser module 200.

여기서 상기 동력 전달 장치는 상기 베이스 기판(300)에 고정되어 있는 아우터코일(Outer Coil)(310)과 상기 레이저모듈 회전부(220)의 제어기판(225)에서 회전하는 이너코일(Inner Coil)(320)에 의한 유도전류의 발생으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.The power transmission device may include an inner coil 320 that is rotated by an outer coil 310 fixed to the base substrate 300 and a control plate 225 of the laser module rotating unit 220. It is characterized in that the power supply by the generation of the induced current by the).

또한, 상기 레이저모듈 회전부(220)의 제어기판(225)과 고정되어 있는 상기 베이스 기판(300)에 IR 센서(330)를 장착하여 회전하는 상기 레이저모듈 회전부(220)와 레이저모듈 고정부의 베이스 기판(300) 간에 회전하면서도 상호 연동될 수 있도록 하였다.In addition, the base of the laser module rotating unit 220 and the laser module fixing unit to rotate by mounting the IR sensor 330 on the base substrate 300 which is fixed to the control board 225 of the laser module rotating unit 220. Rotation between the substrates 300 can be interlocked with each other.

또한, 상기 레이저모듈 회전부(220)의 제어기판(225)과 고정되어 있는 상기 베이스 기판(300)간의 통신에 있어서, 상기 IR 센서(330)를 이용한 적외선 통신 방신 이외에도 다른 광통신 방식이나, 브루투스 및 지그비 등의 저전력 무선 통신 방식이 사용될 수도 있다.In addition, in the communication between the control board 225 of the laser module rotating unit 220 and the base substrate 300 is fixed, in addition to the infrared communication communication using the IR sensor 330, other optical communication methods, Brutus and Zigbee Low power wireless communication schemes may be used.

또한 본 발명은 상기 레이저모듈 회전부(220)의 360도 회전에 있어서, 상기 레이저 발광부(221) 및 상기 레이저 수광부(222)가 상기 미러모듈(100) 방향으로 회전하며 레이저빔을 수신/발신 할 때에는 상기 레이저모듈 회전부(220)의 전원이 On 상태로 되고, 상기 미러모듈(100) 방향과 반대 방향으로 회전되고 있을 때는 전원이 Off 상태로 되도록 동작될 수 있다.In addition, the present invention in the 360-degree rotation of the laser module rotating unit 220, the laser light emitting unit 221 and the laser receiving unit 222 rotates in the direction of the mirror module 100 to receive / send a laser beam When the power of the laser module rotating unit 220 is in the ON state, and when being rotated in the opposite direction to the mirror module 100, the power may be operated to be in the OFF state.

이에 상술한 내용은 본 발명의 일실시예를 설명하였으나, 그 외에도 다양한 변용이 가능함은 당연하다.While the above description has described an embodiment of the present invention, it is obvious that various other modifications are possible.

또한, 본 발명의 라이다 광학 시스템은 일반적으로 차량에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 라이다 광학 시스템은, 차량뿐만 아니라 로봇, 선박, 헬기, 드론 등 이동이 가능한 이동체에 적용이 가능하고, 아울러 건물, 기둥, 탑 등의 이동이 제한된 고정체에도 제한 없이 적용될 수 있다.In addition, the lidar optical system of the present invention may be generally applied to a vehicle, but the present invention is not limited thereto. That is, the lidar optical system according to the present invention can be applied to a movable body such as a robot, a ship, a helicopter, a drone, as well as a vehicle, and can be applied to a fixed body in which movement of buildings, columns, towers, etc. is limited. Can be.

전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.As described above, in the detailed description of the present invention has been described with respect to preferred embodiments, those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below It will be appreciated that various modifications and variations can be made in the present invention.

10: 본체하우징 100: 미러모듈
110: 미러 회전모터 111: 장공홀
112: 포토센서 120: 반사미러
200: 레이저모듈 210: 레이저모듈 회전모터
220: 레이저모듈 회전부 221: 레이저 발광부
222: 레이저 수광부 223: 렌즈모듈
224: 브라킷 225: 제어기판
300: 베이스 기판 310: 아우터코일
320: 이너코일 330: IR 센서10: main body housing 100: mirror module
110: mirror rotation motor 111: long hole
112: photosensor 120: reflection mirror
200: laser module 210: laser module rotation motor
220: laser module rotating unit 221: laser light emitting unit
222: laser receiver 223: lens module
224: bracket 225: control board
300: base substrate 310: outer coil
320: inner coil 330: IR sensor

Claims (8)

본체하우징,
상기 본체하우징 내부의 상단에 장착되는 미러모듈, 및
상기 본체 하우징의 하단에 장착되고 상기 미러모듈과 결합하여 동작하는 레이저모듈로 구성되되,
상기 미러모듈은, 정역 회전하도록 설치되는 미러 회전모터, 및
상기 미러 회전모터에 의한 각도 변환 방식으로 작동되도록 설치되며 수신 또는 발신되는 레이저빔을 반사하는 반사미러를 포함하고,
상기 레이저모듈은,
정역 회전하도록 설치되는 레이저모듈 회전모터,
상기 레이저모듈 회전모터에 의하여 360도 회전하는 레이저모듈 회전부, 및
상기 레이저모듈 회전부와 연동하고 상기 본체 하우징의 측면에 고정되어 동작하는 베이스 기판을 포함하는 라이다 광학 시스템.Body Housing,
A mirror module mounted on an upper end of the main body housing, and
Is mounted to the lower end of the main housing and consists of a laser module that operates in combination with the mirror module,
The mirror module, the mirror rotation motor is installed so as to forward and reverse rotation, and
It is installed to operate in an angle conversion method by the mirror rotation motor and includes a reflection mirror reflecting the laser beam received or transmitted,
The laser module,
Laser module rotation motor installed to rotate forward and backward,
A laser module rotating part rotated 360 degrees by the laser module rotating motor, and
And a base substrate cooperating with the laser module rotating part and fixed to a side of the main body housing. 제1 항에 있어서,
상기 미러 회전모터 및 레이저모듈 회전모터는 정회전 또는 역회전하며, 상기 정회전 또는 역회전 속도는 상기 미러 회전모터 및 상기 레이저모듈 회전모터의 회전반경에 각각 형성된 장공홀들에 포토센서의 빛을 통과시켜 동기화하여 조절되는 라이다 광학 시스템.According to claim 1,
The mirror rotation motor and the laser module rotation motor rotate forward or reverse, and the forward rotation or reverse rotation speed causes light of the photosensor to the long holes formed in the rotation radius of the mirror rotation motor and the laser module rotation motor, respectively. Lidar optical system that is adjusted in synchronization with the passage. 제1 항에 있어서,
상기 미러모듈은 상기 미러 회전모터의 회전운동이 직선운동으로 변경되도록 샤프트링크 구조를 적용하여 상기 반사미러를 직선적인 각도 변환 방식으로 작동하는 라이다 광학 시스템.According to claim 1,
The mirror module is a lidar optical system to operate the reflection mirror in a linear angle conversion method by applying a shaft link structure so that the rotational movement of the mirror rotation motor is changed to linear movement. 제1 항에 있어서,
상기 레이저모듈 회전부는,
특정 주파수대의 펄스 레이저빔을 발진하는 복수 개의 레이저다이오드로 구성되는 레이저 발광부;
상기 펄스 레이저빔을 수광하여 광전 변환하는 한 개 또는 복수 개의 포토다이오드로 이루어진 레이저 수광부;
상기 레이저 발광부와 상기 레이저 수광부의 선단에서 수신 또는 발신되는 레이저빔을 집중시키는 기능을 위한 광학 렌즈와 덮개 하우징으로 이루어지는 렌즈모듈;
상기 레이저 발광부와 상기 레이저 수광부의 후단에서 이를 고정하고 지지하기 위한 브라킷; 및
상기 레이저 발광부와 상기 레이저 수광부를 제어하고 레이저빔의 정보 또는 신호를 처리하는 제어기판을 포함하는 라이다 광학 시스템.According to claim 1,
The laser module rotating unit,
A laser light emitting unit comprising a plurality of laser diodes for oscillating a pulsed laser beam in a specific frequency band;
A laser light receiving unit comprising one or a plurality of photodiodes for receiving the pulsed laser beam and performing photoelectric conversion;
A lens module including an optical lens and a cover housing for concentrating a laser beam received or transmitted at a tip of the laser light emitting unit and the laser light receiving unit;
A bracket for fixing and supporting the laser light emitting unit and the laser light receiving unit at a rear end thereof; And
And a control board for controlling the laser light emitting unit and the laser light receiving unit and processing information or signals of a laser beam. 제4 항에 있어서,
상기 레이저 발광부의 각각의 레이저다이오드는 레이저빔 발신각도가 중심축을 기준으로 상향, 중앙 및 하향으로 서로 다르게 설정되는 라이다 광학 시스템.The method of claim 4, wherein
Each laser diode of the laser light emitting unit is a laser beam transmission angle is set differently up, center and downward with respect to the center axis. 제4 항에 있어서,
상기 레이저모듈 회전부의 360도 회전에 있어서, 상기 레이저 발광부 및 상기 레이저 수광부가 상기 미러모듈 방향으로 회전하며 레이저빔을 수신 또는 발신할 때 상기 레이저모듈 회전부의 전원은 온(On) 상태가 되고, 상기 미러모듈 방향과 반대 방향으로 회전할 때 상기 레이저모듈 회전부의 전원은 오프(Off) 상태가 되는 라이다 광학 시스템.The method of claim 4, wherein
In the 360-degree rotation of the laser module rotating unit, when the laser light emitting unit and the laser receiving unit rotate in the direction of the mirror module and receive or transmit a laser beam, the power of the laser module rotating unit is turned on. And a power supply of the laser module rotating part to be in an off state when rotating in a direction opposite to the mirror module direction. 제1 항에 있어서,
상기 베이스 기판은 상기 미러모듈 및 레이저모듈로 전원을 공급하기 위하여 상기 베이스 기판에 고정되어 있는 아우터코일(Outer Coil)과 상기 레이저모듈 회전부에서 회전하는 이너코일(Inner Coil)에 의한 유도전류의 발생으로 전원을 공급하는 동력전달 장치를 포함하는 라이다 광학 시스템.According to claim 1,
The base substrate is caused by the generation of an induced current by an outer coil fixed to the base substrate to supply power to the mirror module and the laser module and an inner coil rotating in the laser module rotating part. A lidar optical system comprising a power train for supplying power. 제1 항에 있어서,
상기 베이스 기판에 장착되어 신호를 송수신하는 적외선(IR) 센서를 더 포함하며, 여기서 상기 베이스 기판은 상기 레이저모듈 회전부의 제어기판에 고정되는 라이다 광학 시스템.According to claim 1,
And an infrared (IR) sensor mounted on the base substrate to transmit and receive a signal, wherein the base substrate is fixed to a controller plate of the laser module rotating part.
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