KR20200031741A - 선택적 수광모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전모터없이 원하는 방향만 선택적으로 수광을 하고 다른 방향에서 오는 빛은 차단할 수 있는 선택적 수광모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다에 관한 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 복수 개의 광 도파로; 및 상기 광 도파로를 선택적으로 제어하는 광 도파로 모듈 컨트롤러를 포함하며, 상기 광 도파로 내부에는 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러의 제어에 따라 광 도파로에 수광되는 빛을 차단하거나 경로를 변경시키는 스위칭부가 구비되는 선택적 수광 모듈을 제공한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광 중 사용자의 라이다에서 송광한 후 측정 타겟에 반사되어 수신한 광은 그대로 수광하고, 바람직하지 않는 광은 차단하여, 반사광 중 불필요한 노이즈를 제거할 수 있는 선택적 수광 모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다를 제공할 수 있다.

Description

선택적 수광모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다{SELECTIVE LIGHT INTERCEPTION MODULE AND SCANNING LIDAR USING THE SAME}

본 발명은 선택적 수광모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 구체적으로 회전모터없이 원하는 방향만 선택적으로 수광을 하고 다른 방향에서 오는 빛은 차단할 수 있는 선택적 수광모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다에 관한 것이다.

라이다는 펄스 레이저 광을 대기중으로 송출하여 타겟에서 반사된 반사광을 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는데 사용되는 센서장비이다. 이러한 라이다는 최근 자율주행차 및 3D 영상카메라의 개발과 맞물려 그 중요성이 증가되고 있다.

라이다의 구동방식은 크게 회전형과 무회전방식으로 나뉜다. 회전형은 모터에 의해 반사거울등을 회전시켜 여러 각도로 빛을 송출하거나 수광하는 방식이고, 무회전방식은 모터를 사용하지 않고 다중배열 수신소자 등을 이용하여 영상정보를 수집하는 방식이다.

회전형 방식은 부피가 커지고 단가가 상승하며, 해상도 측면에서 불리한 단점이 있다. 즉, 회전형 방식에서 해상도를 높이려면 모듈이 커질 수 밖에 없으며, 이러한 기술의 한계를 극복하기는 쉽지 않다.

따라서, 크기를 작게 하면서도 고분해능 해상도를 구현하기 위하여 최근에는 무회전 방식의 라이다가 많이 연구되고 있다.

도 1에 나타낸 공개특허 제10-2017-0112766호에 의하면, 종래기술에 의한 스캐닝 라이다는 펄스레이저를 송출하는 광원(140), 상기 광원에서 송출된 펄스레이저를 스캐닝 방향으로 반사시키는 반사미러(150), 타겟에서 반사된 광을 반사시켜 초점에 맞추는 오목반사미러(110), 오목반사미러에 의해 반사된 광을 광검출부(130)까지 안내하는 가이드 렌즈(120) 등으로 구성된다.

하지만, 상기한 발명에서 송광부는 역시 모터(160)에 의해 반사거울(150)을 회전시켜야 하므로 무회전 방식이라고는 할 수 없다.

또한, 오목반사미러를 이용하여 비교적 작은 크기로 빛을 수광할 수 있는 장점은 있으나, 외부환경에 의해 바람직하지 않은 빛까지 수광하게 되어 노이즈가 빈번하게 발생되는 경우가 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 모터와 같이 회전구동을 위한 별도의 장치 없이도 원하는 방향의 빛만 수광하고 나머지 빛은 차단하여 노이즈를 제거할 수 있는 수광모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 광 도파로; 및 상기 광 도파로를 선택적으로 제어하는 광 도파로 모듈 컨트롤러를 포함하며, 상기 광 도파로 내부에는 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러의 제어에 따라 광 도파로에 수광되는 빛을 차단하거나 경로를 변경시키는 스위칭부가 구비되는 선택적 수광 모듈을 제공한다.

상기 광 도파로 내부에는 나노자성물질 또는 액정이 수용되고, 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는 상기 나노자성물질에 자기장을 가하거나 상기 액정에 전압을 가하여 빛의 진행을 선택적으로 차단 또는 진행시키는 것이 바람직하다.

상기 광 도파로는, 내측에 코어가 구비되고, 상기 코어의 외부에는 빛을 전반사시키는 클래드 및 광 도파로 모듈 컨트롤러의 제어에 따라 굴절률이 변화되어 상기 빛의 경로를 변경시키는 자성 모듈이 인접하여 구비될 수 있다.

상기 자성 모듈은, 상기 클래드와 교번하여 케스케이드(cascade) 형태로 구비되될 수 있다.

본 발명에 의하면, 또한, 펄스 레이저를 출력하는 광원과 상기 펄스 레이저를 측정 타겟으로 송출하는 송광학계; 상기 측정 타겟에서 반사된 펄스 레이저를 수신하여, 광 검출부로 유도하는 광 도파로 모듈; 및 상기 광 도파로 모듈에 의하여 유도된 펄스 레이저를 전기신호로 변환하는 상기 광 검출부를 포함하는 수광학계를 포함하고, 상기 광 도파로 모듈은, 스위칭부를 포함하는 복수 개의 광 도파로; 및 상기 복수 개의 광 도파로 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 제어하는 광 도파로 모듈 컨트롤러를 포함하는 스캐닝 라이다를 제공한다.

상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는, 상기 송광학계로부터 송출된 펄스 레이저의 방향 정보를 전송 받고, 상기 방향 정보에 기초하여 대응하는 적어도 하나의 광 도파로의 스위칭부를 제어하여 빛을 통과 또는 차단시키는 것이 바람직하다.

상기 스위칭부는 나노자성물질을 포함하고, 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는, 상기 나노자성물질에 자기장을 가하여 상기 펄스 레이저의 진행을 선택적으로 제어할 수 있다.

상기 광 도파로 모듈은 복수 개의 광 도파로가 인접하여 형성되고, 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는, 상기 펄스 레이저의 스캐닝 속도를 전송받고, 상기 스캐닝 속도에 따라 상기 복수 개의 광 도파로를 순차적으로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 광 도파로에는, 내측에 상기 펄스 레이저가 진행 되는 코어가 구비되고, 상기 코어 외부에는 상기 펄스 레이저가 전반사 되도록 하는 클래드 및 나노자성물질이 수용되는 자성 모듈이 인접하여 구비되며, 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는 상기 자성 모듈에 자기장을 인가하여 나노자성물질의 굴절률을 변화시켜 상기 펄스 레이저의 경로를 변화시키는 것이 바람직하다.

상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는, 상기 송광학계로부터 송출된 펄스 레이저의 방향정보를 전송 받고, 상기 방향정보에 기초하여 미리 설정된 자성 모듈에 선택적으로 자기장을 가할 수 있다.

본 발명은 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광 중 사용자의 라이다에서 송광한 후 측정 타겟에 반사되어 수신한 광은 그대로 수광하고, 다른 라이다에서 송광한 후 다른 타겟에 반사되어 수신한 광은 차단하여, 반사광 중 불필요한 노이즈를 제거할 수 있는 선택적 수광 모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다를 제공할 수 있다.

본 발명은 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의해 작동될 경우, 나노자성물질의 자장에 의해 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광을 차단하고, 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의해 작동되지 않을 경우, 수광 미러를 통해 반사된 하나 이상의 광을 그대로 수광하는 광 노이즈 제거를 위한 스위치 역할을 수행하는 광 도파로를 간단히 제작할 수 있어 경제성을 향상시켜 줄 수 있는 선택적 수광 모듈 및 그것을 이용한 스캐닝 라이다를 제공할 수 있다.

발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다에서 선택적 수광 모듈의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로의 구성을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 광 도파로의 구성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노자성물질을 이용한 광 도파로의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정을 광 도파로의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다에서 선택적 수광 모듈의 제작과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈의 구성을 도시한 블록도이다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈(100)은 광 도파로(optical waveguide module, 110) 및 광 도파로 모듈 컨트롤러(optical waveguide module controller, 120)를 포함한다.

이하, 본 발명의 선택적 수광 모듈(100)은 다양한 분야에 적용될 수 있지만, 설명의 편의상 라이다(LiDAR: Light Detection And Range)에 적용되는 경우에 대하여 설명하도록 하겠다.

광 도파로(110)는 광 도파로 모듈 컨트롤러(120)의 제어에 의해서 수광 미러를 통하여 반사된 적어도 하나의 펄스 레이저를 선택적으로 차단 또는 진행시킨다. 구체적으로, 광 도파로(110)는 측정 타겟에서 반사된 후, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저 중 사용자의 라이다에서 송광한 펄스 레이저만을 선택적으로 수광한다.

여기서, 광 도파로(110)는 내부에 나노자성물질을 수용하고, 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러(120)에서 자기장이 인가되지 않을 경우, 나노자성물질이 콜로이드 상태를 유지하여, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저를 그대로 수광한다.

반면에, 광 도파로(110)는 광 도파로 모듈 컨트롤러(120)에 의하여 자기장이 인가될 경우, 나노자성물질이 설정된 방향으로 배열되어, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저를 차단한다.

광 도파로 모듈 컨트롤러(120)는 광 도파로(110)에 수용된 나노자성물질에 자기장을 가하여 빛(광원에서 송광한 펄스 레이저)의 진행을 선택적으로 차단 또는 진행시킨다. 여기서, 광 도파로 모듈 컨트롤러(120)가 빛의 진행을 차단시키고자 할 경우, 도파로 모듈 컨트롤러(120)는 광 도파로(110)를 따라 전류를 흘려주어 자기장을 선택적으로 가하여 빛의 진행을 차단시킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다에서 선택적 수광 모듈의 위치를 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈(220)을 구비하는 라이다(200)는 수광 미러(210), 선택적 수광 모듈(220), 광 검출부(220-1), 광원(230), 송광 미러(240), 모터(250) 및 본체(260)를 포함한다.

수광 미러(210)는 광원(230)에서 출력된 펄스 레이저가 측정 타켓에서 반사되어 되돌아 오는 반사된 펄스 레이저를 수광하거나 광원(230)에서 출력된 펄스 레이저가 송광 미러(240)를 통하여 반사된 후, 측정 타켓에서 반사되어 되돌아 오는 반사된 펄스 레이저를 수광할 수 있다.

선택적 수광 모듈(220)은 복수의 광 도파로를 포함하고, 복수의 광 도파로 중 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도 내에 위치한 광 도파로를 제외하고, 나머지 광 도파로 내부에 구비된 자성 모듈에 자기장을 인가하여, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저 중 송신 광의 방향과 일치하는 펄스 레이저만을 선택적으로 수광한다.

또한, 선택적 수광 모듈(220)은 광원(230)에서 출력한 펄스 레이저의 스캐닝 속도에 따라 복수 개의 광 도파로를 순차적으로 제어한다. 구체적으로, 선택적 수광 모듈(220)은 중 광원(230) 또는 송광 미러(240)의 회전 각속도인 스캐닝 속도를 실시간으로 검출하여, 복수 개의 광 도파로 중 검출된 스캐닝 속도에 부합하는 위치에 구비된 설정된 개수의 광 도파로를 제외하고, 나머지 광 도파로에 자기장을 인가하여, 송신 광의 방향과 일치하는 펄스 레이저만을 선택적으로 수광한다.

광 검출부(220-1)는 선택적 수광 모듈(220)로부터 유도된 펄스 레이저를 전기신호로 변환한다.

광원(230)은 펄스 레이저를 출력할 수 있는 구성으로, 라이다(200)에서 송광 미러(240)가 제외된 광원(230)만이 구성될 수 있다. 즉, 라이다(200)에서 송광 미러(240)가 제외된 광원(230)만이 구성될 경우, 송광 미러(240)를 통하지 않고, 직접 특정 타겟으로 펄스 레이저를 출력할 수 있다.

송광 미러(240)는 반사면을 구비하고, 구비된 반사면을 통해 광원(230)으로부터 출력되는 펄스 레이저를 반사시켜, 반사된 펄스 레이저가 측정 타켓으로 진행하도록 한다. 구체적으로, 송광 미러(240)는 모터(250)와 물리적으로 연결될 수 있으며, 모터(250)의 회전 운동에 따라 회전하여, 반사면으로 입사되는 펄스 레이저를 측정 타겟으로 반사시킬 수 있다.

모터(250)는 송광 미러(240)를 회전시키는 구성으로, 라이다(200)가 광학계 주변의 일정 영역을 포함하는 평면을 스캔할 수 있도록 한다.

본체(260)는 송광학계에 해당하는 광원(230) 및 송광 미러(240) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 어느 한 면에는 수광 미러(210) 및 선택적 수광 모듈(220)이 구비될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로의 구성을 도시한 도면이다. 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로(300)는 클래드(clad, 310), 코어(core, 320) 및 자성 모듈(330)을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로(300)는 내측에 펄스 레이저가 진행되는 코어(320)를 구비하고, 코어(320) 외부에는 펄스 레이저가 전반사되도록 하는 클래드(310)를 구비하며, 코어(320)에는 나노자성물질을 수용한다.

클래드(310)는 코어(320)의 외부에 구비된 것으로, 설정된 다양한 금속을 결합한 소재이다. 예를 들면, 클래드(310)로 스테인리스와 알루미늄이 사용될 수 있다.

코어(320)는 광 도파로(300)의 내측에 구비된 것으로, 코어(320)에는 자성 모듈(330)이 구비된다.

자성 모듈(330)은 코어(320)에 구비된 것으로, 나노자성물질로 구성되어 있다. 구체적으로, 자성 모듈(330)은 나노자성물질을 포함하는데, 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러에서 자기장이 인가되지 않을 경우, 나노자성물질이 콜로이드 상태를 유지하여, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이지를 그대로 수광시킨다.

반면에, 자성 모듈(330)은 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의하여 자기장이 인가될 경우, 나노자성물질이 설정된 방향으로 배열되어, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저를 차단시킨다.

여기서, 나노자성물질이란 입자 직경이 5nm에서 15nm 크기의 자성 초미립자를 말하고, 베이스 액체란 자성 모듈(330)의 베이스가 되는 액체로서, 탄화수소계유, 에스테르계유 및 불소계유 등을 말한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로는 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의해 작동될 경우, 나노자성물질의 자장에 의해 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저를 차단하고, 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의해 작동되지 않을 경우, 수광 미러를 통해 반사된 하나 이상의 펄스 레이저를 그대로 수광하는 스위치 역할을 수행하는 장점이 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈(400)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈(400)은 반원 형태로 도시하였으나 수광 미러의 반사면에서 반사된 펄스 레이저가 입사되는 영역이 수광 미러의 내부에 구비된 반사면에 대응되는 부채꼴 형태 또는 부채꼴 형태로 구현될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈(400)은 복수의 광 도파로(410)를 구비한다. 각각의 광 도파로(410) 내측에 펄스 레이저가 진행되는 코어를 구비하고, 코어 외부에는 펄스 레이저가 전반사되도록 하는 클래드를 구비하며, 코어에는 나노자성물질을 수용한다.

상술한 광 도파로(410)는 사용자의 설정에 의하여 복수 개가 선택적 수광 모듈(400)에 구비될 수 있다.

도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 4b에 도시된 바와 같이, 사용자의 라이더에서 송광된 펄스 레이저(광, 411)가 측정 타겟에 반사된 후, 수광 미러(420)를 통하여 선택적 수광 모듈(430)로 수광된다.

이후, 광 도파로 모듈 컨트롤러는 복수의 광 도파로 모듈(450, 460) 중 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도(440) 내에 위치한 광 도파로 모듈(450)을 제외하고, 나머지 광 도파로 모듈(460) 내부에 구비된 자성 모듈에 자기장을 인가하여, 반사된 하나 이상의 광 중 송신 광의 방향과 일치하는 광(411)만을 수광한다.

여기서, 복수의 광 도파로 모듈(450, 460)의 동작을 살펴보면, 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도(440) 내에 위치한 광 도파로 모듈(450)의 자성 모듈에 구비된 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러에서 자기장이 인가되지 않아, 나노자성물질 간에 상호 작용이 거의 없어 안정된 콜로이드 상태를 유지하기 때문에 수광 미러(420)를 통하여 반사된 하나 이상의 광을 그대로 수광한다.

반면에, 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도(440) 내에 위치한 광 도파로 모듈(450)을 제외한 나머지 광 도파로 모듈(460)의 자성 모듈에 구비된 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의하여 자기장이 인가될 경우, 나노자성물질이 설정된 방향으로 배열되어, 측정 타겟에서 반사된 광에 대한 굴절률의 변화를 발생시키기 때문에 수광 미러(420)를 통하여 반사된 하나 이상의 광을 차단한다.

또한, 선택적 수광 모듈(430)은 광원에서 출력한 펄스 레이저(411)의 스캐닝 속도에 따라 복수 개의 광 도파로를 순차적으로 제어한다. 구체적으로, 선택적 수광 모듈(430)은 중 광원 또는 송광 미러의 회전 각속도인 스캐닝 속도를 실시간으로 검출하여, 복수 개의 광 도파로 중 검출된 스캐닝 속도에 부합하는 위치에 구비된 설정된 개수의 광 도파로를 제외하고, 나머지 광 도파로에 자기장을 인가하여, 송신 광의 방향과 일치하는 펄스 레이저만을 선택적으로 수광한다.

예를 들면, 광원 또는 송광 미러의 회전 각속도인 스캐닝 속도가 A[rad/s]일 경우, 선택적 수광 모듈(430)은 스캐닝 속도인 A[rad/s]에 따라 광원 또는 송광 미러가 회전함에 따라 회전 방향에 상응하는 광 도파로를 실시간으로 설정한다.

이후, 선택적 수광 모듈(430)은 설정된 광 도파로를 기준으로, 설정된 개수만큼의 광 도파로를 제외하고, 나머지 광 도파로에 자기장을 인가하여, 송신 광의 방향과 일치하는 펄스 레이저만을 선택적으로 수광한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 수광 모듈은 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광 중 사용자의 라이다에서 송광한 후 특정 타겟에 반사되어 수신한 광은 그대로 수광하고, 다른 라이다에서 송광한 후 다른 타겟에 반사되어 수신한 광은 차단하기 때문에 반사광 중 불필요한 노이즈를 제거할 수 있는 장점이 있다.

다음으로, 도 1, 도 5 및 도 6을 참조하여 다음 실시예에 대하여 설명한다.

광 도파로(110)는 내측에 코어가 구비되고, 코어의 외부에는 빛을 전반사시키는 복수의 클래드 및 빛의 굴절률을 변화시키는 복수의 자성 모듈이 인접하여 구비된다.

구체적으로, 복수의 자성 모듈 각각은 내부에 나노자성물질을 수용하고, 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러(120)에서 자기장이 인가되지 않을 경우, 나노자성물질이 콜로이드 상태를 유지하여, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저를 그대로 전반사한다.

반면에, 복수의 자성 모듈 각각은 광 도파로 모듈 컨트롤러(120)에 의하여 자기장이 인가될 경우, 나노자성물질이 설정된 방향으로 배열되어 굴절율이 변경되며, 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 펄스 레이저의 경로를 자성 모듈 외부로 변경시킨다.

광 도파로 모듈 컨트롤러(120)는 복수의 광 도파로(110) 중 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도 내에 위치한 광 도파로(110)를 제외하고, 나머지 광 도파로(110) 내부에 구비된 복수의 자성 모듈에 자기장을 인가하여, 수광 미러를 통하여 반사된 적어도 하나의 광 중 송신 광의 방향과 일치하는 광만을 수광하도록 제어한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 광 도파로의 구성을 도시한 도면이다. 먼저, 도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로의 구성을 도시한 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파로(500)는 내측에 설정된 지름을 갖는 중공형의 코어(520)가 구비되고, 코어(520) 외부에는 클래드(510, 511, 512, 513, 514, 515) 및 자성 모듈(516, 517, 518, 519)이 설정된 위치에 복수 개 구비되어 있다. 상기 코어는 중공이 아니라 필요에 따라 내부 물질이 구비될 수도 있다.

클래드(510, 511, 512, 513, 514, 515)는 코어(520)의 외부에 복수 개가 구비된 것으로, 설정된 다양한 금속을 결합한 소재일 수 있다. 예를 들면, 클래드(510, 511, 512, 513, 514, 515)로 스테인리스와 알루미늄이 사용될 수 있다.

코어(520)는 광 도파로(500)의 내측에 설정된 지름을 갖는 중공형으로 구비될 수 있으며, 상기 코어의 형상은 설계조건에 따라 여러가지 형태로 구비될 수 있다.

자성 모듈(516, 517, 518, 519)은 코어(520) 외부에 복수 개가 구비된 것으로, 나노자성물질로 구성되어 있다. 구체적으로, 자성 모듈(516, 517, 518, 519)은 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의하여 작동될 경우 나노자성물질의 자장에 의해 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광을 차단하고, 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의하여 작동되지 않을 경우 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광을 수광한다.

보다 구체적으로, 자성 모듈(516, 517, 518, 519)에 구비된 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러에서 자기장이 인가되지 않을 경우, 나노자성물질 간에 상호 작용이 거의 없어 안정된 콜로이드 상태를 유지하기 때문에 코어 내부에서 진행되는 빛을 전반사시켜 빛이 코어 내부에서 진행되도록 한다.

반면에, 자성 모듈(516, 517, 518, 519)에 구비된 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의하여 자기장이 인가될 경우, 나노자성물질이 설정된 방향으로 배열되어, 빛에 대한 굴절률의 변화를 발생시키기 때문에 빛이 코어 내부에서 더 이상 진행되지 못하고 외부로 굴절되어 송출된다.

예를 들면, 복수의 광 도파로 모듈 중 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도 내에 위치한 광 도파로를 제외한 나머지 광 도파로(500)는 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의하여, 광 도파로(500) 내에 구비된 복수의 자성 모듈(516, 517, 518, 519)에 자기장을 인가받을 수 있다.

이후, 광 도파로(500)가 다른 라이다에서 송광한 펄스 레이저가 다른 타겟에 의하여 반사된 광(501)을 수광 미러를 통하여 수신할 경우, 광 도파로 (500)는 수신한 광(501)은 코어(520)를 통하여 진행된다.

이때, 수신한 광(501)은 코어(520) 내부에서 전반사되어 광 도파로(500) 내부로 진행하게 되는데, 코어(520)의 외부에 위치한 물질에 따라 굴절률이 변화될 수 있다.

구체적으로, 수신한 광(501)이 코어(520) 내부에서 전반사되어 광 도파로 (500)의 내부로 진행하면서, 클래드(510, 511, 512, 513, 514, 515)와 접촉하게 되면, 굴절률의 변화가 없어 전반사가 일어나는 굴절률로 계속 진행하게 되지만, 자성 모듈(516, 517, 518, 519)과 접촉하게 되면, 굴절률이 변화하여 전반사가 되지 않고 코어 외부로 굴절되어 빛의 경로가 바뀔 수 있다.

예를 들면, 광 도파로(500)에서 수신한 광(501)이 최초 클래드(510)와 접촉하게 되면, 입사각과 동일한 각도로 반사되어 코어(520) 내부로 진행하게 되지만, 자성 모듈(138)과 접촉하게 되면, 자성 모듈의 굴절률을 변화시켜, 수신한 광(500)이 더 이상 코어(520) 내부로 진행하지 못하게 할 수 있다.

이러한, 자성 모듈의 굴절률은 나노 자기 입자의 종류, 크기 및 농도에 따라 달라질 수 있다.

따라서, 광 도파로(500)에서 수신한 광(501)이 자성 모듈(138)과 접촉하였지만, 수신한 광(501)의 굴절률 변화가 크지 않을 경우, 수신한 광(501)은 계속해서 코어(520) 내부로 진행할 수 있다.

이후, 수신한 광(501)은 자성 모듈(138)과 접촉하여 굴절률이 변화되었지만 코어(520) 내부로 계속 진행할 경우, 클래드(511, 512, 515) 또는 자성 모듈(517, 519)과 계속 접촉할 수 있다.

만약, 수신한 광(501)이 다른 클래드(511)와 접촉하게 되면, 굴절률의 변화없이 다시 코어(520) 내부로 진행하게 되고, 다시 자성 모듈(519)과 접촉한 경우 굴절률의 변화가 일어나 빛이 코어(520) 내부로 계속 진행하지 않고 외부로 빠져나갈 수 있다.

도 5b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 도파로의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 도파로(500)는 클래드(521, 523, 524, 526) 및 자성 모듈(522, 525)을 복수 개 구비할 수 있다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 도파로(500)의 복수의 자성 모듈(522, 525)은 테이퍼드(tapered) 형태로 구비될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 도파로(500)의 복수의 자성 모듈(522, 525) 또는 클래드(521, 523, 524, 526)는 코어(520)의 끝으로 갈수록 점점 좁아지는 형태로 구비될 수도 있다.

광 도파로(500)의 세부적인 동작은 앞서 언급한 내용과 동일하므로 생략하기로 한다.

도 5c는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광 도파로의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광 도파로(500)는 클래드(521, 523, 524, 526) 및 자성 모듈(522, 525)을 복수 개 구비할 수 있다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광 도파로 (500)의 복수의 자성 모듈(522, 525)은 클래드와 교번하여, 케스케이드(cascade) 형태로 구비될 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광 도파로(500)의 복수의 자성 모듈(522, 525) 또는 클래드(521, 523, 524, 526)는 서로 한번씩 교번하여, 종속 형태로 구비될 수 있으며, 복수의 자성 모듈(522, 525)은 클래드(521, 523, 524, 526)와 비교하여, 보다 큰 형상으로 설정된 형태인 코어(520) 내부로 더 향하는 방향으로 구비될 수도 있다.

이와 같은 형태는 자성모듈의 굴절률 변화를 좀더 크게 하여 확실하게 빛의 경로를 바꾸어 줄 수 있는 이점이 있다.

광 도파로(500)의 세부적인 동작은 앞서 언급한 내용과 동일하므로 생략하기로 한다.

여기서, 나노자성물질이란 입자 직경이 5nm에서 15nm 크기의 자성 초미립자를 말하고, 베이스 액체란 자성 모듈의 베이스가 되는 액체로서, 탄화수소계유, 에스테르계유 및 불소계유 등을 말한다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 광 도파로는 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의해 작동될 경우, 나노 자성 미립자의 자장에 의해 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광을 차단하고, 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의해 작동되지 않을 경우, 수광 미러를 통해 반사된 하나 이상의 광을 그대로 수광하는 광 노이즈 제거를 위한 스위치 역할을 수행하는 장점이 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노자성물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노자성물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈(600)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노 자성 물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈(600)은 반원 형태로 도시하였으나 수광 미러의 반사면에서 반사된 광이 입사되는 영역이 수광 미러의 내부에 구비된 반사면에 대응되는 부채꼴 형태 또는 반 타원 형태로 구현될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 나노자성물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈(400)은 복수의 광 도파로(610)를 구비한다. 각각의 광 도파로(610) 내측에는 설정된 지름을 갖는 코어가 구비되고, 코어 외부에는 클래드 및 자성 모듈이 설정된 위치에 복수 개 구비된다.

상술한 광 도파로(610)는 사용자의 설정에 의하여 복수 개가 나노 자성 물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈(600)에 구비될 수 있다.

도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노자성물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 6b에 도시된 바와 같이, 사용자의 라이더에서 송광된 펄스 레이저(광, 611)가 측정 타겟에 반사된 후, 수광 미러(620)를 통하여 나노자성물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈(630)로 수광된다.

이후, 광 도파로 모듈 컨트롤러는 복수의 광 도파로(650, 660) 중 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도(640) 내에 위치한 광 도파로(650)를 제외하고, 나머지 광 도파로(660) 내부에 구비된 복수의 자성 모듈에 자기장을 인가하여, 반사된 하나 이상의 광 중 송신 광의 방향과 일치하는 광(611)만을 수광한다.

여기서, 복수의 광 도파로(650, 660)의 동작을 살펴보면, 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도(640) 내에 위치한 광 도파로(650)의 복수의 자성 모듈에 구비된 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러에서 자기장이 인가되지 않아, 나노자성물질 간에 상호 작용이 거의 없어 안정된 콜로이드 상태를 유지하기 때문에 수광 미러(620)를 통하여 반사된 하나 이상의 광을 굴절률의 변화없이 그대로 수광한다.

반면에, 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도(640) 내에 위치한 광 도파로(650)를 제외한 나머지 광 도파로(660)의 자성 모듈에 구비된 나노자성물질의 표면에는 계면활성제가 흡착되며, 설정된 액체가 베이스 액체로 구비되어, 광 도파로 모듈 컨트롤러에 의하여 자기장이 인가될 경우, 나노자성물질이 설정된 방향으로 배열되어, 측정 타겟에서 반사된 광에 대한 굴절률의 변화를 발생시키기 때문에 수광 미러(620)를 통하여 반사된 광의 경로를 변경시킨다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 나노자성물질을 이용한 수광 경로 변경 모듈은 수광 미러를 통하여 반사된 하나 이상의 광 중 사용자의 라이다에서 송광한 후 측정 타겟에 반사되어 수신한 광은 그대로 수광하고, 다른 라이다에서 송광한 후 다른 타겟에 반사되어 수신한 광은 굴절률의 변화를 이용하여 차단하기 때문에 반사광 중 불필요한 노이즈를 제거할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 7을 참조하여 액정을 이용한 광 도파로의 실시예를 설명한다.

코어 내부에는 제1편광필름(313), 제1전극부(314), 액정(316), 제2전극부(317), 제2편광필름(318)이 순차적으로 구비된다.

상기 제1편광필름과 제2편광필름은 서로 수직방향의 편광된 빛을 통과시키도록 구비되는 것이 바람직하나, 사용조건에 따라 편광각도나 형태는 조절될 수 있다.

제1전극부 및 제2전극부는 빛이 투과되는 투명전극으로 구비되는 것이 바람직하다.

제1전극부 및 제2전극부 사이에 전압을 가하지 않은 상태에서, 제1편광판을 통과한 빛은 액정의 분자배열에 따라 진행하면서 제2편광판을 통과하여 빛이 광 도파로를 통과하는 상태로 된다.

반면, 제1전극부 및 제2전극부 사이에 전압을 가하면, 액정이 한쪽방향으로 배열되면서 제1편광판을 통과한 빛은 그대로 제2편광판으로 진행하여 제2편광판에 의해 차단된다. 따라서, 이 상태는 빛이 광 도파로를 통과하지 못하는 상태로 된다.

한편, 도 8을 참조하면, 본 발명에 의한 선택적 수광모듈은 코어 및 클래드의 일부를 절단한 다음, 나노자성물질이 포함된 자성모듈을 절단된 부분에 삽입한다. 그 후, 자성모듈의 주위에 자기장 생성을 위한 코일을 감아 온/오프 스위칭 기능을 가진 선택적 수광소자를 제작할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100 선택적 수광 모듈
110 광 도파로 모듈
120 광 도파로 모듈 컨트롤러
200 라이다
210 수광 미러
220 선택적 수광 모듈
220-1 광 검출부
230 광원
240 송광 미러
250 모터
260 본체
300 광 도파로
310 클래드
320 코어
330 자성 모듈
400 선택적 수광 모듈
410 광 도파로
411 반사된 하나 이상의 광 중 송신 광의 방향과 일치하는 광
420 수광 미러
430 선택적 수광 모듈
440 설정된 각도
450 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도 내에 위치한 광 도파로
460 송신 광의 방향을 중심으로 설정된 각도 내에 위치한 광 도파로를 제외한 나머지 광 도파로

Claims (10)

1. 복수 개의 광 도파로; 및
   상기 광 도파로를 선택적으로 제어하는 광 도파로 모듈 컨트롤러를 포함하며,
   상기 광 도파로 내부에는 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러의 제어에 따라 광 도파로에 수광되는 빛을 차단하거나 경로를 변경시키는 스위칭부가 구비되는 선택적 수광 모듈.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 광 도파로 내부에는 나노자성물질 또는 액정이 수용되고, 상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는 상기 나노자성물질에 자기장을 가하거나 상기 액정에 전압을 가하여 빛의 진행을 선택적으로 차단 또는 진행시키는 선택적 수광 모듈.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 광 도파로는,
   내측에 코어가 구비되고, 상기 코어의 외부에는 빛을 전반사시키는 클래드 및 광 도파로 모듈 컨트롤러의 제어에 따라 굴절률이 변화되어 상기 빛의 경로를 변경시키는 자성 모듈이 인접하여 구비되는 것을 포함하는 선택적 수광 모듈.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 자성 모듈은,
   상기 클래드와 교번하여 케스케이드(cascade) 형태로 구비되는 것을 포함하는, 선택적 수광 모듈.
   
5. 펄스 레이저를 출력하는 광원과 상기 펄스 레이저를 측정 타겟으로 송출하는 송광학계;
   상기 측정 타겟에서 반사된 펄스 레이저를 수신하여, 광 검출부로 유도하는 광 도파로 모듈; 및
   상기 광 도파로 모듈에 의하여 유도된 펄스 레이저를 전기신호로 변환하는 상기 광 검출부를 포함하는 수광학계를 포함하고,
   상기 광 도파로 모듈은,
   스위칭부를 포함하는 복수 개의 광 도파로; 및
   상기 복수 개의 광 도파로 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 제어하는 광 도파로 모듈 컨트롤러를 포함하는 스캐닝 라이다.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는,
   상기 송광학계로부터 송출된 펄스 레이저의 방향 정보를 전송 받고, 상기 방향 정보에 기초하여 대응하는 적어도 하나의 광 도파로의 스위칭부를 제어하여 빛을 통과 또는 차단시키는 스캐닝 라이다.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 스위칭부는 나노자성물질을 포함하고,
   상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는,
   상기 나노자성물질에 자기장을 가하여 상기 펄스 레이저의 진행을 선택적으로 제어하는 스캐닝 라이다.
   
8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 광 도파로 모듈은 복수 개의 광 도파로가 인접하여 형성되고,
   상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는, 상기 펄스 레이저의 스캐닝 속도를 전송받고, 상기 스캐닝 속도에 따라 상기 복수 개의 광 도파로를 순차적으로 제어하는 것을 포함하는 스캐닝 라이다.
   
9. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 광 도파로에는,
   내측에 상기 펄스 레이저가 진행 되는 코어가 구비되고, 상기 코어 외부에는 상기 펄스 레이저가 전반사 되도록 하는 클래드 및 나노자성물질이 수용되는 자성 모듈이 인접하여 구비되며,
   상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는 상기 자성 모듈에 자기장을 인가하여 나노자성물질의 굴절률을 변화시켜 상기 펄스 레이저의 경로를 변화시키는 것을 특징으로 하는 스캐닝 라이다.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 광 도파로 모듈 컨트롤러는,
    상기 송광학계로부터 송출된 펄스 레이저의 방향정보를 전송 받고, 상기 방향정보에 기초하여 미리 설정된 자성 모듈에 선택적으로 자기장을 가하는 스캐닝 라이다.

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