KR20200059426A - 라이다 광학 장치 - Google Patents

Abstract

라이다(LIDAR: light detection and ranging radar) 광학 장치가 개시된다. 라이다 광학 장치는 제1 방향으로 제1 레이저를 발신하고 수신하는 제1 레이저 모듈과, 제1 레이저 모듈과 적층된 형태로 배치되어 제1 방향과 평행한 방향으로 제2 레이저를 발신하고 수신하는 제2 레이저 모듈을 구비하는 레이저 모듈유닛; 제1 레이저 모듈의 전면 상에서 제1 레이저를 반사하며 제1 유닛몸체의 외표면에 방사 방향으로 배치되는 복수의 제1 미러들을 구비하고, 제1 유닛몸체의 수직 방향의 제1 기준면에 대하여 복수의 제1 미러들 중 하나의 미러에서 나머지 미러들의 경사각들이 제1 유닛몸체의 회전 방향에서 단계적으로 작아지거나 커지도록 배치하는 제1 다각형 미러유닛; 제1 미러와 수평면 대칭 형태로 배치되고 제2 레이저 모듈의 전면 상에서 제2 레이저를 반사하며 제2 유닛몸체의 외표면에 방사 방향으로 배치되는 복수의 제2 미러들을 구비하고, 제2 유닛몸체의 수직 방향의 제1 기준면에 대하여 복수의 제1 미러들 중 하나의 미러에서 나머지 미러들의 경사각들이 제2 유닛몸체의 회전 방향에서 단계적으로 작아지거나 커지도록 배치하는 제2 다각형 미러유닛; 및 제1 다각형 미러유닛과 상기 제2 다각형 미러유닛을 일체로 회전시키는 회전유닛을 포함한다.

Description

라이다 광학 장치{LIDAR OPTICAL APPARATUS}

본 발명은 라이다 광학 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스캔 영역을 복수의 영역으로 구분하고 구분된 서브 스캔 영역들을 각각 담당하는 미러들을 결합 배치한 구조를 통해 구조를 단순화한 라이다 광학 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저 레이더 장치인 라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging)가 많이 사용되고 있다.

이러한 라이다는, 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리, 물체 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서, 반사광의 시간을 클럭 펄스로 계산하며, 통상 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.

그러므로 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 정밀하게 스캔한다.

이러한 라이다는 로봇 및 무인자동차의 전방 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용되고 있다.

그런데, 종래의 라이다는 화각에 상응하게 빔 폭이 넓은 레이저를 방출하고 화각 내의 모든 방향으로부터 동시에 반사광을 획득하여 반사체와의 거리를 획득하기 때문에, 출력이 매우 높은 레이저 모듈을 필요로 하며, 따라서 매우 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 출력이 높은 레이저 모듈은 크기가 크고, 라이다 장치의 전체적인 크기를 키우는 요인으로 작용하게 된다.

특히, 전방향 스캔(Panoramic Scanning) 기능을 구비하는 라이다 장치 대부분은 송신 광학계와 수신 광학계를 포함하여 장치 전체가 회전 동작하도록 구성된다. 그런데 장치 전체를 회전시키게 되는 경우 시스템 크기는 더욱 커지게 되는데, 이는 미관상으로도 좋지 않을 뿐만 아니라, 가격 및 소비전력 상승의 문제를 더욱 심화시키게 된다.

또한, 종래의 스캐닝 라이다의 경우, 레이저(laser)의 반사, 굴절각을 산란시키기 위해 반사 미러(Mirror)의 각도를 변경할 필요가 있다. 이러한 구조에 의해 조래의 스캐닝 라이다는 특정 관심영역에 대한 집중 스캔 성능이 좋지 않고, 다양한 레이저 패턴의 조사가 불가하며, 다수의 레이저 발광부 및 수광부의 사용으로 제조비용이 고가화되고, 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스캔 영역을 복수의 영역들로 구획하여 담당하는 복수의 미러들을 사용하여 스캔 영역에 대한 레이저 발신 및 수신을 처리함으로써 장치 구성을 단순화하면서 성능을 향상시킬 수 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 유일한 회동 또는 회전 수단으로써 단일 모터만을 사용하여 전방향 스캔을 수행할 수 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar) 광학 장치는, 제1 방향으로 제1 레이저를 발신하고 수신하는 제1 레이저 모듈과, 상기 제1 레이저 모듈과 적층된 형태로 배치되어 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 제2 레이저를 발신하고 수신하는 제2 레이저 모듈을 구비하는 레이저 모듈유닛; 상기 제1 레이저 모듈의 전면 상에서 상기 제1 레이저를 반사하며 제1 유닛몸체의 외표면에 방사 방향으로 배치되는 복수의 제1 미러들을 구비하고, 상기 제1 유닛몸체의 수직 방향의 제1 기준면에 대하여 복수의 제1 미러들 중 하나의 미러에서 나머지 미러들의 경사각들이 상기 제1 유닛몸체의 회전 방향에서 단계적으로 작아지거나 커지도록 배치하는 제1 다각형 미러유닛; 상기 제1 미러와 수평면 대칭 형태로 배치되고 상기 제2 레이저 모듈의 전면 상에서 상기 제2 레이저를 반사하며 제2 유닛몸체의 외표면에 방사 방향으로 배치되는 복수의 제2 미러들을 구비하고, 상기 제2 유닛몸체의 수직 방향의 제1 기준면에 대하여 복수의 제1 미러들 중 하나의 미러에서 나머지 미러들의 경사각들이 상기 제2 유닛몸체의 회전 방향에서 단계적으로 작아지거나 커지도록 배치하는 제2 다각형 미러유닛; 및 상기 제1 다각형 미러유닛과 상기 제2 다각형 미러유닛을 일체로 회전시키는 회전유닛을 포함한다.

일실시예에서, 라이다 광학 장치는, 상기 레이저 모듈유닛과 상기 회전유닛의 동작을 제어하는 제어유닛을 더 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 회전유닛의 회전속도와, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저의 발신 주기는 제어하여 감지 영역의 해상도를 조절한다.

일실시예에서, 라이다 광학 장치는, 상기 제1 레이저 모듈이 상기 감지 영역의 중상 영역을 담당하고 상기 제2 레이저 모듈이 상기 감지영역의 중하 영역을 담담할 때, 상기 감지 영역의 중상 영역의 윗부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제3 레이저 모듈, 상기 감지 영역의 중하 영역의 아랫부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제4 레이저 모듈, 또는 상기 제3 및 제4 레이저 모듈들을 더 포함한다.

일실시예에서, 라이다 광학 장치는, 상기 제3 레이저 모듈에 대응하는 제3 다각형 미러유닛, 상기 제4 레이저 모듈에 대응하는 제4 다각형 미러유닛, 또는 상기 제3 및 제4 다각형 미러유닛들을 더 포함한다. 그 경우, 상기 회전유닛은 상기 제1 내지 제3 다각형 미러유닛들, 상기 제1, 제2 및 제4 다각형 미러유닛들, 또는 상기 제1 내지 제4 다각형 미러유닛들을 일체로 회전시킨다.

일실시예에서, 상기 제1 또는 제2 다각형 미러유닛은 원에 내접하도록 배치되는 5개 이상 내지 20개 이하의 미러들을 구비한다. 상기 제1 또는 제2 다각형 미러유닛은 원에 내접하도록 배치되는 8개의 미러들을 구비하는 것이 바람직하다.

일실시예에서, 상기 복수의 제1 또는 제2 미러들의 반사면은 평면, 곡면 또는 비구면이다.

일실시예에서, 라이다 광학 장치는, 상기 제1 또는 제2 레이저 모듈은 하나의 레이저 발신모듈에 대응하는 복수의 레이저 수신모듈들을 구비하고, 상기 복수의 레이저 수신모듈들 중 어느 하나는 상기 레이저의 발신모듈의 레이저 발신 주기, 상기 제1 또는 제2 다각형 미러유닛의 회전 속도 또는 상기 회전유닛의 분당 회전수에 따라 레이저를 수신하는 모듈로서 선택된다.

일실시예에서, 라이다 광학 장치는, 상기 제1 레이저 모듈이 상기 감지 영역의 중상 영역을 담당하고 상기 제2 레이저 모듈이 상기 감지영역의 중하 영역을 담담할 때, 상기 감지 영역의 중상 영역의 윗부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제3 레이저 모듈, 상기 감지 영역의 중하 영역의 아랫부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제4 레이저 모듈, 또는 상기 제3 및 제4 레이저 모듈들을 더 포함하고; 상기 제3 레이저 모듈에 대응하는 제3 다각형 미러유닛, 상기 제4 레이저 모듈에 대응하는 제4 다각형 미러유닛, 또는 상기 제3 및 제4 다각형 미러유닛들을 더 포함하며; 상기 회전유닛은 상기 제1 내지 제3 다각형 미러유닛들, 상기 제1, 제2 및 제4 다각형 미러유닛들, 또는 상기 제1 내지 제4 다각형 미러유닛들을 일체로 회전시키며; 상기 제1 내지 제4 다각형 미러유닛들 중 어느 하나 이상의 다각형 미러유닛의 미러 개수는 나머지 다각형 미러유닛의 미러 개수와 다를 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 라이다 광학 장치를 사용하면, 하나의 모터나 회전유닛만을 사용하여 장치의 전방을 평면적으로 혹은 입체적으로 효과적으로 스캔할 수 있다. 특히, 단일 모터를 사용하여 상대적으로 복잡도가 낮은 구동 제어 알고리즘을 사용할 수 있어 기존 라이다 광학 장치 대비 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 스캔하고자 하는 전방 영역으로 발신하는 레이저를 전방 영역의 서로 다른 스캔영역 내 레이저 주사 라인별로 구분하면서 상하 방향에서 서로 다른 스캔영역들을 담당하도록 복수의 미러들을 구성함으로써 장치 구조를 단순화하고 부품 개수를 줄여 장치의 내구성을 높이고 장치 및 성능에 대한 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 특히, 레이저의 발신 및 수신에 있어 단순하면서 효율적으로 반사 및 산란 동작이 가능하므로 공간적인 데이터 확보를 위한 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 광학 장치에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 라이다 광학 장치에서 상부 케이스를 제거한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 라이다 광학 장치를 다른 측면에서 본 사시도이다.
도 4는 도 2의 라이다 광학 장치에 대한 좌측면도이다.
도 5는 도 2의 라이다 광학 장치에서 하부 케이스의 일부를 제거한 상태를 나타낸 우측면도이다.
도 6은 도 2의 라이다 광학 장치의 평면도로서 그 작동 상태의 일례를 예시한 도면이다.
도 7은 도 6의 라이다 광학 장치의 A-A선에 의한 횡단면도이다.
도 8은 도 2의 라이다 광학 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 라이다 광학 장치에 의한 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 도 8의 라이다 광학 장치에 의한 다른 해상도의 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 광학 장치를 설명하기 위한 스캔 영역에 대한 예시도이다.

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.

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.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 광학 장치에 대한 사시도이다. 도 2는 도 1의 라이다 광학 장치에서 상부 케이스를 제거한 상태를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 라이다 광학 장치를 다른 측면에서 본 사시도이다. 도 4는 도 2의 라이다 광학 장치에 대한 좌측면도이다. 도 5는 도 2의 라이다 광학 장치에서 하부 케이스의 일부를 제거한 상태를 나타낸 우측면도이다. 도 6은 도 2의 라이다 광학 장치의 평면도로서 그 작동 상태의 일례를 예시한 도면이다. 도 7은 도 6의 라이다 광학 장치의 A-A선에 의한 횡단면도이다. 도 8은 도 2의 라이다 광학 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 8의 라이다 광학 장치에 의한 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다. 도 10은 도 8의 라이다 광학 장치에 의한 다른 해상도의 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다. 그리고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 광학 장치를 설명하기 위한 스캔 영역에 대한 예시도이다.

본 실시예에 따른 라이다 광학 장치(100)는, 도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이 상부케이스(110)와 하부케이스(130)를 구비하고, 상부케이스(110)의 일면부에 배치되어 내부의 레이저빔을 외부로 전달하고 외부에서 반사되는 레이저빔을 내부에 전달하는 윈도우(120)를 구비한다. 또한, 라이다 광학 장치(100)는, 하부케이스(130) 상에 설치되는 레이저 모듈유닛(10)과 다각형 미러유닛 블록(20)을 구비한다.

레이저 모듈유닛(10)은 레이저 발신모듈(11)과 레이저 수신모듈(12)를 구비한다. 본 실시예에서는 레이저 모듈유닛(10)은 레이저 발신모듈(11)과 레이저 수신모듈(12)의 쌍이 수직 방향으로 4쌍이 적층된 구조를 구비하나, 이에 한정되지는 않는다. 레이저 모듈유닛(10)은 수직 방향으로 2쌍 이상이 적층된 구조를 구비할 수 있다. 적층 구조에서 각 단(stage)의 레이저 발신모듈(11)과 레이저 수신모듈(12)은 제1 레이저 모듈 내지 제4 레이저 모듈로 지칭될 수 있고, 제4, 제2, 제1 및 제3 레이저 모듈들이 기재된 순서대로 하부에서부터 상부측으로 적층될 수 있다.

다각형 미러유닛 블록(20)의 하부에는 모터 지지플레이트(30)가 배치된다. 모터 지지플레이트(30)는 하부케이스(130)의 바닥면 상에 고정된다. 모터 지지플레이트(30)는 중심부에 돌출부(31)를 구비한다. 돌출부(31)의 상부에는 모터(40)가 고정 배치된다. 모터의 회전축(42)에는 미러유닛 몸체(25)가 체결수단(50)에 의해 고정 결합한다. 모터(40)는 회전유닛의 일종으로 모터(40)와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 다른 회전유닛으로 대체될 수 있다.

모터의 회전축(42)이 연장하는 방향으로 뻗은 수직선을 중심축으로 하는 원통 형상의 미러유닛 몸체(25)의 외표면에는 방사 방향으로 배치되는 복수의 미러들(21a, 22a, 23a 내지 23h, 24e)이 부착된다. 복수의 미러들은 미러유닛 몸체(25)의 수직 방향에서의 중간 부분을 수평 방향으로 연장하는 수평면을 기준으로 수평면의 바로 위의 중상부에 위치하는 제1 다각형 미러유닛(21)과 수평면의 바로 아래의 중하부에 위치하는 제2 다각형 미러유닛(22)을 구비한다.

제1 다각형 미러유닛(21)과 제2 다각형 미러유닛(22)은 다각형 미러유닛 블록(20)을 형성한다. 다각형 미러유닛 블록(20)은 제1 다각형 미러유닛(21)의 상부에 제3 다각형 미러유닛(23)을 더 구비할 수 있다. 또한, 다각형 미러유닛 블록(20)은 제2 다각형 미러유닛(22)의 하부에 제4 다각형 미러유닛(24)을 더 구비할 수 있다.

전술한 다각형 미러유닛들의 구성을 단순화하기 위해, 본 실시예에서는 원통 형태의 미러유닛 몸체(25)를 형성하고, 미러유닛 몸체(25)의 외표면에 제1 내지 제4 다각형 미러유닛들의 복수의 미러들을 각각 부착하도록 이루어진다. 이러한 미러유닛 몸체(25)의 구성은 각 다각형 미러유닛의 유닛몸체를 별도로 구성하여 결합하는 경우에 비해 제조 및 설치가 용이한 장점이 있다.

각 다각형 미러유닛의 복수의 미러들은 각 미러의 일측 가장자리 모서리를 포함하는 수직면에 대한 경사각이 어느 하나의 미러를 기준으로 점진적으로 커지거나 작아지도록 배치된다. 즉, 각 스테이지의 각각의 다각형 미러유닛은 복수의 미러들의 수직 배치 각도가 점진적으로 변화되도록 설치되며, 그에 의해 레이저 스캐닝에 따른 감지 영역이 수직 방향에서 복수개의 영역들로 효과적으로 구획되도록 작용하게 된다.

제1 다각형 미러유닛(21)의 경우를 예를 들면, 제1 다각형 미러유닛(21)의 제1 미러들 중 제1a 미러(21a)의 경사각(A°) 내지 제1h 미러의 경사각을 예시하면 다음의 표 1과 같다.

미러 No.	1a	1b	1c	1d	1e	1f	1g	1h
경사각(°)	1.2	1.525	1.85	2.175	2.5	2.825	3.15	3.475

제2 다각형 미러유닛(22)의 경우는 수평면 대칭인 점을 제외하고 제1 다각형 미러유닛(21)의 경우와 실질적으로 동일할 수 있다.

또한, 제3 다각형 미러유닛(23)의 경우를 예를 들면, 제3 다각형 미러유닛(23)의 제3 미러들 중 제3a 미러(23a)의 경사각(B°) 내지 제3h 미러(23h)의 경사각을 예시하면 다음의 표 2와 같다.

미러 No.	3a	3b	3c	3d	3e	3f	3g	3h
경사각(°)	3.5	3.825	4.15	4.475	4.8	5.125	5.45	5.775

제4 다각형 미러유닛(24)의 경우는 수평면 대칭인 점을 제외하고 제3 다각형 미러유닛(23)의 경우와 실질적으로 동일할 수 있다. 그 경우, 제4 다각형 미러유닛(24)의 제4 미러들 중 제4e 미러(24e)의 경사각(C°)은 4.8°일 수 있으며, 제4e 미러(24e)의 상부 가장자리 모서리(제1 모서리)를 포함하는 수직면에 대하여 제4e 미러(24e)의 하부 가장자리 모서리가 이루는 사이각에 대응한다.

제1 내지 제4 다각형 미러유닛들(21 내지 24)은 수직 방향에서의 레이저 발신각 또는 레이저 수신각으로서 수직 각도(VA) 11.3°를 가질 수 있다.

본 실시예에서 제2 다각형 미러유닛(22)의 제2 미러들 중 제1a 미러(21a)의 경사각과 수평면 대칭인 점을 제외하고 실질적으로 동일한 경사각을 갖는 제2a 미러(22a)의 위치는 제1a 미러(21a)의 하부에 정렬되나, 이에 한정되지 않으며, 제1 미러들(21) 중 다른 임의의 미러 하부에 정렬될 수 있다. 이러한 수평면 대칭 후 미러 간격만큼 회전 이동하여 정렬시키는 형태의 구성은 제3 또는 제4 다각형 미러유닛(22)에도 적용될 수 있다. 위의 경우, 미러유닛 블록(25)은 각 미러들을 부착하는 부분의 외표면 경사각이 그 중심을 가로지르는 수평면에 의한 대칭 형태와는 다른 형태를 가지게 된다.

본 실시예에 따른 라이다 광학 장치(100)는 도 8에 도시한 바와 같이 레이저 모듈유닛(10)과 다각형 미러유닛 블록(20)을 사용하여 간단하게 레이저의 발신 및 수신을 수행하여 장치 전방의 물체를 인식하거나 물체와의 거리를 측정할 수 있다.

라이다 광학 장치(100)는 도 9에 도시한 바와 같이 제1 레이저 모듈과 제1 다각형 미러유닛(21)에 의한 스캔 영역(Sa), 제2 레이저 모듈과 제2 다각형 미러유닛(22)에 의한 스캔 영역(Sb), 제3 레이저 모듈과 제3 다각형 미러유닛(23)에 의한 스캔 영역(Sc), 및 제4 레이저 모듈과 제4 다각형 미러유닛(24)에 의한 스캔 영역(Sd)을 갖출 수 있다. 각 스캔 영역에서 8개의 라인들(이하 간략히 주사선이라 함)은 각 다각형 미러유닛에 구비된 8개의 미러들에 의해 형성된다.

물론, 각 다각형 미러 유닛에 구비되고 서로 다른 배치 경사각을 가지는 미러들의 개수를 증가시키면, 도 10에 도시한 바와 같이, 수직 방향의 주사선을 증가시킬 수 있다. 또한, 레이저 발신모듈(11)의 발신 주기를 증가시키면 주사선 자체의 밀도 혹은 해상도를 높일 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 라이다 광학 장치(100)는 미러유닛 블록(20)을 회전시켜 레이저의 반사 각도를 변경하여 하나의 수평 라인에 해당하는 주사선 상에서 레이저빔의 발신 및 수신을 수행하면서 서로 다른 경사각을 가진 미러들에 의해 수직 라인들에 해당하는 주사선들 상에서 레이저빔의 발신 및 수신을 수행하도록 이루어진다. 특히, 미러의 각도를 다변화하여 스캐닝의 각도 및 분해능을 증가시켜 해상도를 향상시킬 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 제1 내지 제4 스캔 영역들이 동일한 해상도를 가지는 것으로 설명하였지만, 본 발명을 그러한 구성으로 한정되지 않고, 적어도 어느 하나 이상의 스캔 영역의 해상도가 다른 스캔 영역의 해상도와 다르게 구현될 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시한 바와 같이, 제3 레이저 모듈과 제3 다각형 미러유닛(23)에 의한 제3 스캔 영역(S2)의 해상도는 제1 레이저 모듈과 제1 다각형 미러유닛(21)에 의한 제1 스캔 영역(S1)의 해상도와 상이하다. 이러한 구성은 제3 다각형 미러유닛(23)의 제3 미러들의 개수를 제1 다각형 미러유닛(21)의 제1 미러들의 개수와 다르게 설치하거나, 제3 레이저 모듈의 레이저빔 발신 주기를 제1 레이저 모듈의 레이저빔 발신 주기와 다르게 제어하는 구성에 의해 구현될 수 있다.

또 한편으로, 전술한 실시예에서는 제어유닛에 대하여 특별히 언급하지 않았지만, 본 실시예에 따른 라이다 광학 장치(100)는 제어유닛을 더 구비할 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 모터(40)의 온오프 동작이나 회전 속도를 제어하고, 레이저 모듈유닛(10)의 발신 및 수신 동작을 제어하고, 수신된 신호를 외부의 장치에 전달하도록 구현될 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 레이저 발신모듈(11)의 레이저 발신 타이밍과 미러유닛 블록(20)의 회전 위치를 미리 설정된 위치와 타이밍으로 동기화하여 제어 동작을 수행하도록 이루어진다.

전술한 제어유닛은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있고, 통신모듈을 구비하거나 통신모듈에 결합할 수 있다. 통신모듈은 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등으로 통해 외부 장치와 통신하며, 레이저 스캐닝을 통해 감지한 타겟이나 타켓과의 거리 등과 관련된 신호 혹은 데이터를 외부 장치에 전송할 수 있다. 이러한 제어유닛은 레이저 모듈유닛(10)의 케이스 내에 간단히 탑재될 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 라이다 광학 장치(100)는 전원 공급을 위한 배선이나 어댑터 또는 전원공급수단을 구비할 수 있다. 전원공급수단은 내부전원 또는 재충전 가능한 전원장치를 구비할 수 있고, 그에 의해 라이다 광학 장치를 착탈식으로 사용할 수 있도록 기능하는 구성을 포함할 수 있다.

전술한 라이다 광학 장치(100)는 레이저 모듈유닛(10), 미러유닛 블록(20) 및 단일 모터(40)를 포함한 단순한 구조로 스캔하고자 하는 영역의 수평 방향 스캐닝과 수직 방향 스캐닝을 효율적으로 신속하게 수행할 수 있다. 또한, 미러유닛 블록(20)에 의해 레이저빔의 반사 및 산란 각도를 효과적으로 제어하면서 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 전술한 실시예 외에 다양한 변형이 가능함은 당연하다. 본 발명의 라이다 광학 장치는 일반적으로 차량에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 라이다 광학 장치는 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.

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.

Claims (9)

1. 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar) 광학 장치로서,
   제1 방향으로 제1 레이저를 발신하고 수신하는 제1 레이저 모듈과, 상기 제1 레이저 모듈과 적층된 형태로 배치되어 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 제2 레이저를 발신하고 수신하는 제2 레이저 모듈을 구비하는 레이저 모듈유닛;
   상기 제1 레이저 모듈의 전면 상에서 상기 제1 레이저를 반사하며 제1 유닛몸체의 외표면에 방사 방향으로 배치되는 복수의 제1 미러들을 구비하고, 상기 제1 유닛몸체의 수직 방향의 제1 기준면에 대하여 복수의 제1 미러들 중 하나의 미러에서 나머지 미러들의 경사각들이 상기 제1 유닛몸체의 회전 방향에서 단계적으로 작아지거나 커지도록 배치하는 제1 다각형 미러유닛;
   상기 제1 미러와 수평면 대칭 형태로 배치되고 상기 제2 레이저 모듈의 전면 상에서 상기 제2 레이저를 반사하며 제2 유닛몸체의 외표면에 방사 방향으로 배치되는 복수의 제2 미러들을 구비하고, 상기 제2 유닛몸체의 수직 방향의 제1 기준면에 대하여 복수의 제1 미러들 중 하나의 미러에서 나머지 미러들의 경사각들이 상기 제2 유닛몸체의 회전 방향에서 단계적으로 작아지거나 커지도록 배치하는 제2 다각형 미러유닛; 및
   상기 제1 다각형 미러유닛과 상기 제2 다각형 미러유닛을 일체로 회전시키는 회전유닛을 포함하는 라이다 광학 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 레이저 모듈유닛과 상기 회전유닛의 동작을 제어하는 제어유닛을 더 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 회전유닛의 회전속도와, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저의 발신 주기는 제어하여 감지 영역의 해상도를 조절하는 라이다 광학 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 레이저 모듈이 상기 감지 영역의 중상 영역을 담당하고 상기 제2 레이저 모듈이 상기 감지영역의 중하 영역을 담담할 때, 상기 감지 영역의 중상 영역의 윗부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제3 레이저 모듈, 상기 감지 영역의 중하 영역의 아랫부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제4 레이저 모듈, 또는 상기 제3 및 제4 레이저 모듈들을 더 포함하는, 라이다 광학 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제3 레이저 모듈에 대응하는 제3 다각형 미러유닛, 상기 제4 레이저 모듈에 대응하는 제4 다각형 미러유닛, 또는 상기 제3 및 제4 다각형 미러유닛들을 더 포함하며,
   상기 회전유닛은 상기 제1 내지 제3 다각형 미러유닛들, 상기 제1, 제2 및 제4 다각형 미러유닛들, 또는 상기 제1 내지 제4 다각형 미러유닛들을 일체로 회전시키는, 라이다 광학 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 다각형 미러유닛은 원에 내접하도록 배치되는 5개 이상 내지 20개 이하의 미러들을 구비하는 라이다 광학 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 다각형 미러유닛은 원에 내접하도록 배치되는 8개의 미러들을 구비하는 라이다 광학 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 제1 또는 제2 미러들의 반사면은 평면, 곡면 또는 비구면인 라이다 광학 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 레이저 모듈은 하나의 레이저 발신모듈에 대응하는 복수의 레이저 수신모듈들을 구비하고, 상기 복수의 레이저 수신모듈들 중 어느 하나는 상기 레이저의 발신모듈의 레이저 발신 주기, 상기 제1 또는 제2 다각형 미러유닛의 회전 속도 또는 상기 회전유닛의 분당 회전수에 따라 레이저를 수신하는 모듈로서 선택되는, 라이다 광학 장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 레이저 모듈이 상기 감지 영역의 중상 영역을 담당하고 상기 제2 레이저 모듈이 상기 감지영역의 중하 영역을 담담할 때, 상기 감지 영역의 중상 영역의 윗부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제3 레이저 모듈, 상기 감지 영역의 중하 영역의 아랫부분 영역을 담당하는 적어도 하나 이상의 제4 레이저 모듈, 또는 상기 제3 및 제4 레이저 모듈들을 더 포함하고,
   상기 제3 레이저 모듈에 대응하는 제3 다각형 미러유닛, 상기 제4 레이저 모듈에 대응하는 제4 다각형 미러유닛, 또는 상기 제3 및 제4 다각형 미러유닛들을 더 포함하며,
   상기 회전유닛은 상기 제1 내지 제3 다각형 미러유닛들, 상기 제1, 제2 및 제4 다각형 미러유닛들, 또는 상기 제1 내지 제4 다각형 미러유닛들을 일체로 회전시키며,
   상기 제1 내지 제4 다각형 미러유닛들 중 어느 하나 이상의 다각형 미러유닛의 미러 개수는 나머지 다각형 미러유닛의 미러 개수와 다른, 라이다 광학 장치.

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