KR20200079611A - 라이다 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제조 또는 조립시 발생하는 기구학적 공차에 의해 변경되는 초기값 조정을 위한 초점설정부가 구비되는 라이다 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 라이다 구동 장치는, 주변 환경으로 광을 조사하는 송광부, 송광부와 인접하게 배치되어 피사체에 반사된 광을 수신하는 수광부, 및 수광부에 연결되어 수광부를 통해 수신된 광을 감지하는 센서를 구비한 센서장착부를 포함하되, 서로에 대해 회전 또는 이동시킴으로써 초기 초점을 설정하는 초점설정부를 더 포함할 수 있다.

Description

라이다 구동 장치{LIDAR DRIVING DEVICE}

본 발명은 라이다 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 또는 조립시 발생하는 기구학적 공차에 의해 변경되는 초기값 조정을 위한 초점설정부가 구비되는 라이다 구동 장치에 관한 것이다.

라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)는 레이저 펄스를 발사하고, 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지의 거리 등을 측정함으로써 주변의 모습을 정밀하게 그려내는 장치로서, 라이다는 광을 목표물을 향하여 조사하고 대상 물체까지의 거리 뿐 아니라 움직이는 속도와 방향, 온도, 주변의 대기 물질 분석 및 농도 측정 등을 감지할 수 있다.

이러한 라이다는 주변 사물, 지형지물 등을 감지하고 이를 3차원 영상으로 모델링할 수 있으며, 3차원 영상을 구현하기 위해 필요한 정보를 습득하는 센서의 핵심 기술로 등장하였다.

라이다는 주로 우주항공이나 고고학 분야에서 사용되었으며, 최근에는 스스로 운행하는 자율주행차가 현실화되면서 자율주행차의 눈 역할을 해줄 기술로 라이다 센서가 주목받고 있다.

종래에는 이러한 라이다 센서를 이용하여 주변 환경의 정보를 습득하는 스캐닝 장치가 활용되고 있으며, 이와 같은 종래의 스캐닝 장치는 국내 공개특허 제10-2015-0047215호에서 회전형 라이다 센서로 제안된 바 있다.

종래의 스캐닝 장치는, 레이저 광을 전방측으로 방출하여 조사하는 송광부와, 전방측에 존재하는 대상물에 의해 반사된 광을 수신하는 수광부를 구비하여 이루어지며, 이 송광부나 수광부의 고정 각도 또는 위치를 조정하기 위한 별도의 조절용 구동장치들이 구비된다.

이러한 스캐닝 장치는 스캔 범위나 위치를 조절하기 위해서 상기 조절용 구동장치들에 의해 송광부 또는 수광부를 조작하여 사용하곤 하였다.

그러나, 이러한 종래의 스캐닝 장치는 송광부 또는 수광부를 조작하는 방식의 경우, 구동장치들이 기어나 모터 등의 부재로 회전하거나 이동하는 식으로 조절되는 방식으로 사용되므로, 정밀하게 조절하기 어렵다는 결점이 있으며, 기본값(원위치)으로의 변위가 정확하게 이루어지지 않아 초점이 틀어지는 경우가 발생하기도 한다.

한편, 종래의 스캐닝 장치를 구성하는 송광부와 수광부는 일반적인 광학계와 마찬가지로 내부에 다수의 렌즈 배열을 가지며, 광의 경로를 변경시키는 반사 미러 등의 구성요소들이 구비되는데, 종래의 스캐닝 장치는 이러한 배열을 구성하기 위하여, 각 송광부와 수광부가 하나 또는 두 개의 하우징이 결합됨으로써 하나의 조립체로서 마련되는 구조로 이루어지게 된다. 이때, 조립체를 구성함에 있어, 기본적으로 하우징 등의 구성요소들이 갖게되는 가공 공차와, 이들의 결합시 발생하는 조립 공차 등으로 인해 하나의 조립체로 구성된 송광부와 수광부의 최초 광학계 초점 설계값에서 벗어나는 문제가 발생하였다.

즉, 앞서 말한 별도의 조절 장치로 각 광축을 조절하여 초점을 재설정할 수는 있지만, 초점의 초기 설정값이 틀어진 상태로 유지됨에 따라, 변위된 위치에서 고정되어야 한다는 문제가 있었다.

또한, 종래의 스캐닝 장치가 자동차 상에 설치되는 경우에는, 통상의 레이더 장비와 같이 전후좌우 전방향으로의 스캔 범위를 설정하기 보다는, 차량의 진행 방향, 즉 전방 또는 전측방을 중심으로 한정되는 범위 내에서 스캔 동작을 실시하게 되므로, 별도의 위치/각도 조절용 구동장치를 사용하지 않은채로 송광부 및 수광부가 차량의 전방 측을 향하도록 위치하여 설치되는데, 이러한 고정식의 경우 전술한 기구학적 공차들에 의하여 광축의 초점이 초기값에서 벗어나게 되면 상당한 오차를 갖게 되는 문제가 발생하였다.

즉, 상하 배열 또는 좌우 배열로 인접하게 배치된 송광부와 수광부의 일체형 구조에서는 광학계의 기본값을 300m의 거리를 기준으로 잡았을 때, 조립 과정에서 송광부 또는 수광부의 각도가 0.1°가량 틀어지게 되면, 실질적으로 반사광이 수신되는 광 수신 위치가 1m 내지 2m 가량 이동됨에 따라, 단순히 초점이 틀어지는 것을 넘어 수광부에서의 스캔이 실시되지 않게 되는 문제로 발생하게 된다.

다시 말해, 라이다 스캐닝 장치는 초기 설정값에 의해 적절한 초점 범위가 선정되어야 하지만, 전술한 문제점들로 인해 송광부와 수광부의 초기 초점 설정이 추가적으로 요구되는 실정이다.

KR 10-2015-0047215 A

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은, 제조시 발생하는 가공 공차와, 부품 조립시 발생하는 조립 공차를 포함하는 기구학적 공차에 대해 송광부 또는 수광부의 각도나 위치를 조절 가능한 구조로 마련함으로써, 조립된 상태에서의 초기 초점 설정이 용이한 라이다 구동 장치를 제안함을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 라이다 구동 장치는, 주변 환경으로 광을 조사하는 송광부, 송광부와 인접하게 배치되어 피사체에 반사된 광을 수신하는 수광부, 및 수광부에 연결되어 수광부를 통해 수신된 광을 감지하는 센서를 구비한 센서장착부를 포함하되, 서로에 대해 회전 또는 이동시킴으로써 초기 초점을 설정하는 초점설정부를 더 포함할 수 있다.

또한, 초점설정부는, 송광부를 수광부의 광축에 대해 수평 또는 수직한 방향의 두 개의 축을 중심으로 회전시키는 회전수단을 포함할 수 있다.

더욱이, 회전수단은, 수광부의 광축에 대하여 횡방향의 축인 횡축을 중심으로 송광부를 회전시키도록 안내하는 제1 회전샤프트와, 수광부의 광축에 대하여 수직방향의 축인 수직축을 중심으로 송광부를 회전시키도록 안내하는 제2 회전샤프트를 포함할 수 있다.

이에 더하여, 회전수단은, 제1 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 수광부 하우징 및 회전연결판에 각각 형성되는 제1 및 제2 샤프트홈과, 제2 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 회전연결판 및 송광부 하우징에 각각 형성되는 제1 및 제2 축삽입돌부를 더 포함할 수 있다.

한편, 초점설정부는, 센서장착부를 수광부의 광축에 대해 수평 또는 수직한 방향의 두 개의 축을 따라 이동시키는 이동수단을 포함할 수 있다.

또한, 이동수단은, 수광부의 광축에 대하여 횡방향의 축인 횡축을 따라 센서장착부를 수광부 상에서 이동시키도록 수광부와 센서장착부를 연결하는 제1 이동연결판과, 수광부의 광축에 대하여 수직방향의 축인 수직축을 따라 센서 장착부를 수광부 상에서 이동시키도록 수광부와 센서장착부를 연결하는 제2 이동연결판을 포함할 수 있다.

이에 더하여, 이동수단은, 수광부 및 센서장착부를 연결하되, 제1 이동연결판이 수광부 하우징에 대해 수평방향으로 슬라이딩 이동하도록 구비되는 제1 이동안내장공 및 제1 결합볼트와, 제2 이동연결판이 제1 이동연결판에 대해 수직방향으로 슬라이딩 이동하도록 구비되는 제2 이동안내장공 및 제2 결합볼트를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 라이다 구동 장치는, 초점설정 작업을 수행하는데 있어서, 회전수단에 의한 각도 조절에 따른 1차적인 초점 설정이 완료된 상태에서, 이동수단으로 센서 장착부의 센서를 향해 광이 수렴되는 초점의 위치를 조절함에 따라 2차적인 초점 설정을 수행할 수 있으므로 더욱 정밀한 초점 설정이 가능해져, 정확한 초점을 갖는 광학계를 구성하는 것이 가능해진다는 효과가 있다

도 1은 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 부분 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 구성인 회전수단을 분해햐여 도시한 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 구성인 이동수단을 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 저면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 하측 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 회전수단에 의한 회전 작동을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 라이다 구동 장치의 이동수단에 의한 이동 작동을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시 예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는 라이다 센서를 이용하여 전방의 사물을 인지하기 위한 스캐닝 장치로서, 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 송광부(100), 수광부(200) 및 센서 장착부(300)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 이들 구성은 통상의 나사 체결 방식으로 서로 간에 결합될 수 있으며, 제조상의 가공 공차와, 조립에 따른 조립 공차가 존재하게 되는바, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는 이들의 조립시 발생하는 기구학적인 공차를 고려하여 각도를 조절하거나 위치를 이동시킴으로써 초기의 초점을 설정하기 위한 초점 설정부(400)를 더 포함할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는 초점 설정부(400)에 의해 송광부(100)를 회전시킴으로써 광의 조사각도 및 입사각도를 조절하거나, 센서 장착부(300) 측에 모아지는 광 초점 위치를 조절할 수 있도록 구성된다.

여기서, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는 광축에 대하여 조절될 수 있도록 구비되는바, 광축이라 함은 전방을 향하여 배치되는 수광부(200)의 렌즈 배열이 정렬된 수광부(200)의 광축으로서 정의될 수 있으며, Y축이라고 설명될 수도 있다.

한편, 본 발명에서 송광부(100)와 수광부(200)는 상하 방향으로 정렬되거나, 좌우 방향으로 정렬될 수 있다. 즉, 전방을 향한 수광부(200)의 광축을 기준으로 수평 방향으로의 배열 또는 수직 방향으로의 배열로 설치될 수 있다. 여기서, 상하 방향과 좌우 방향은 일 실시예로서 라이다 구동 장치(10)가 차량에 장착된 상태일 때의 광축에 대해 수평 및 수직 방향으로 배열되는 것을 말한다.

본 발명에 따르면, 송광부(100)는 광원(미도시)에 의해 발생하는 광을 주변 환경으로 조사하도록 마련된다. 여기서, 송광부(100)에 구비되는 광원은 고출력의 레이저 다이오드 등으로 마련될 수 있다.

이러한 송광부(100)는 내부에 광원을 포함하여, 광을 전방으로 방출하기 위한 광학계의 구성으로서 콜리메이터 렌즈 또는 실린더 렌즈 등이 더 설치되지만, 본 발명에서 설명하고자 하는 초점 설정과 관련된 동작을 하는 구성들로만 도시하여 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 송광부(100)는 상기 구성들을 내부에 수용하는 송광부 하우징(110)을 포함한다.

송광부 하우징(110)은 내부에 콜리메이터 렌즈나 광원 등의 광원부 요소(120)를 고정 설치할 수 있도록 수용공간이 형성되며, 일측 또는 양측이 개방된 함체 형상 부재로 마련된다. 이러한 송광부 하우징(110)은 하나의 프레임으로 구성되어 내부에 각 구성요소들을 수용하도록 마련될 수 있지만, 본 발명의 일 실시예에서는 분할된 한 쌍의 구성으로 마련되고 이들이 결합됨에 따라 일체의 프레임으로 제공될 수도 있다.

즉, 도면에 도시된 것처럼, 송광부 하우징(110)은 광원부 요소(120) 일부를 수용하는 제1 몸통(111)과, 광원부 요소(120) 고정하기 위한 제2 몸통(112)으로 분할되어 구비될 수 있으며, 이 몸통들이 결합됨으로써 일체의 프레임으로 구성될 수 있다.

여기서, 송광부 하우징(110)의 제1 몸통(111)은 광을 송출하기 위한 개구부(111a)가 일측에 형성되어 전방을 향해 배치되며, 제2 몸통(112)은 제1 몸통(111)의 타측에 결합된다.

이와 같은 송광부(100)의 측면에는 수광부(200)가 설치된다.

수광부(200)는 송광부(100)에 의해 출력되어 피사체(S)에 반사된 광을 수신하도록 마련된다. 이러한 수광부(200)는 송광부(100)의 측면에 인접하게 설치되며, 적어도 하나 이상의 렌즈가 광축상에 정렬된 상태로 실장되는 수광부 렌즈조립체(201)와, 이 수광부 렌즈조립체(201)를 내부에 수용하기 위한 수광부 하우징(210)을 포함한다.

수광부 렌즈조립체(201)는 원통형의 배럴로 형성되어 내측에 렌즈들을 수용할 수 있으며, 외주면에는 나사산이 형성되어 수광부 하우징(210) 내측면에 나사 결합됨에 따라 회전 동작에 의해 수광부 광축을 따라 전후 이동될 수 있다.

수광부 하우징(210)은 양측이 개방되고 내측에는 수광부 렌즈조립체(201)를 수용할 수 있는 수용공간이 형성된 함체 형상의 프레임으로 마련될 수 있다. 이러한 수광부 하우징(210)은 수광부 렌즈조립체(201)와 대응하는 나사산이 내주면에 형성될 수 있으며, 내측에 고정되는 렌즈조립체(201)의 렌즈 배열 광축이 송광부(100)의 광축과 평행하게 위치하도록 배치되어 송광부 하우징(110)의 측면에 결합된다.

이때, 수광부 하우징(210)은 도면에 도시된 바와 같이, 후술하는 초점 설정부(400)에 의해 광축을 기준으로 횡축 또는 수직축을 중심으로 하여 회전 가능하게 송광부 하우징(110)에 연결될 수 있다. 이러한 수광부 하우징(210)의 후면에는 센서 장착부(300)가 연결된다.

센서 장착부(300)는 수광부(200)에 연결되어서 수광부(200)를 통해 수신되는 광을 감지하도록 마련된다.

도면에 도시된 것처럼, 센서 장착부(300)는 수광부(200)의 후면에 설치되되, 후술하는 초점 설정부(400)에 의해서 수광부(200)의 광축을 기준으로 횡축 또는 수직축을 따라 이동 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 센서 장착부(300)가 차량 또는 기타 스캐닝 장비에 고정 설치되는 경우에는, 수광부(200)가 센서 장착부(300)에 대해 이동하는 구조가 된다.

이러한 센서 장착부(300)는 광을 감지하기 위한 센서(미도시)를 내부에 구비하며, 제어부로서 동작하기 위해 센서에 연결되는 회로 기판(미도시) 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 수광부(200)를 통해 수신된 광은 수광부(200)의 수광부 렌즈조립체(201)에 의하여 센서 장착부(300)의 센서를 향해 수렴되도록 구성된다.

본 발명의 일 실시예에서 사용되는 센서는 통상의 광검출소자 등의 부재로 구비될 수 있으며, 일 실시예로서 입사된 빔을 감지하는 포토다이오드일 수 있다. 또한, 수광부(200)와 센서 장착부(300) 사이에는 주변 광으로부터 발생될 수 있는 특정 대역의 빔을 차단하기 위한 광차단 필터가 더 포함될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는 전술한 바와 같이 서로에 대해 회전 또는 이동시킴으로써 이들의 설치 각도나 위치를 조절할 수 있는 초점 설정부(400)를 포함하여 이루어진다. 이러한 초점 설정부(400)는 송광부(100)를 회전시키는 회전수단(410)과, 센서 장착부(300)를 이동시키는 이동수단(450)을 포함할 수 있다.

회전수단(410)은 광축에 대해서 수평 또는 수직 방향의 축을 중심으로 하여 송광부(100)를 수광부(200)에 대해 회전시키게 되는데, 구체적으로 수광부(200)의 광축(Y축)에 대하여 횡방향의 축인 횡축(X축)을 중심으로 하여 송광부(100)를 회전시키도록 안내하는 제1 회전샤프트(420)와, 광축에 대하여 수직방향의 축인 수직축(Z축)을 중심으로 하여 송광부(100)를 회전시키도록 안내하는 제2 회전샤프트(430)를 포함할 수 있다. 즉, 회전수단(410)은 두 개의 상이한 축을 중심으로 송광부(100)를 회전시키게 된다.

여기서, 도면에 도시된 바와 같이, 제1 회전샤프트(420)는 X축을 중심으로 회전하고, 제2 회전샤프트(430)는 Z축을 중심으로 회전하도록 구비된다. 즉, 제1 회전샤프트(420)는 송광부(100)와 수광부(200)의 서로 인접한 면에 X축 방향으로 장착되어 서로를 연결하고, 제2 회전샤프트(430)는 Z축 방향으로 장착되어 서로를 연결한다.

또한, 회전수단(410)은 회전의 회전축으로서 작용하는 제1 및 제2 회전샤프트(430)를 송광부(100)와 수광부(200)에 적절하게 설치하기 위하여 샤프트를 회전 가능하게 고정하면서 각 송광부(100)와 수광부(200)에 연결되는 회전연결판(440)을 더 포함할 수 있다.

회전연결판(440)은 도면에 도시된 바와 같이 정방형의 판재 형상으로 형성되며, 송광부(100) 및 수광부(200) 사이에 설치된다. 이때, 회전연결판(440)은 제1 회전샤프트(420)에 의해 수광부 하우징(210)에 결합되고, 제2 회전샤프트(430)에 의해 송광부 하우징(110)에 결합된다. 이에 따라 회전연결판(440)은 송광부(100)와 수광부(200)를 연결하게 된다.

한편, 제1 회전샤프트(420)는 회전연결판(440)을 수광부 하우징(210)에 회전 가능하게 연결함으로써 송광부 하우징(110)을 수광부 하우징(210)에 대해 횡축(X)을 중심으로 회전하도록 안내하는 축으로서, 원통형의 부재로 마련될 수 있는바, 일 예로서 베어링의 형태로 제공될 수 있다.

이러한 제1 회전샤프트(420)는 수광부 하우징(210)의 측면 중앙부에 일단부가 결합되고, 회전연결판(440)에 타단부가 결합된다. 이때, 수광부 하우징(210) 및 회전연결판(440)에는 제1 회전샤프트(420)의 일부를 수용할 수 있도록 샤프트 형상에 대응하는 홈의 형태로 샤프트 수용홈이 각기 마련될 수 있다.

즉, 수광부 하우징(210)의 측면에는 제1 샤프트홈(211)이 형성되고, 회전연결판(440)의 인접한 면에는 제2 샤프트홈(441)이 형성될 수 있다. 제1 회전샤프트(420)는 양 샤프트홈에 끼워진 상태로 결합되어 서로에 대해 회전될 수 있도록 안내한다.

이때, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는, 제1 회전샤프트(420)의 이탈을 방지하도록 샤프트 고정볼트(421)를 구비할 수 있는데, 샤프트 고정볼트(421)는 회전연결판(440)의 외측에서 결합됨에 따라 제1 회전샤프트(420)를 고정하게 되며, 베어링 형태의 제1 회전샤프트(420)가 제1 샤프트홈(211) 내에서 회전 가능하게 되므로 회전연결판(440)은 수광부 하우징(210)에 접한 상태로 횡축(X)을 중심으로 하여 회전할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는, 제1 회전샤프트(420)의 삽입 상태만으로는 회전연결판(440)을 수광부 하우징(210)에 완전히 고정할 수 없기 때문에, 회전연결판(440)과 수광부 하우징(210) 간에 결속력을 제공하기 위하여, 회전연결판(440)을 수광부 하우징(210)에 파지하기 위한 연결판 고정볼트(422)를 구비할 수 있으며, 연결판 고정볼트(422)는 회전연결판(440)을 관통하여 수광부 하우징(210)에 나사 결합된다.

여기서, 연결판 고정볼트(422)는 삽입 부분이 수광부 하우징(210)에 고정된 상태로 헤드부가 회전연결판(440)을 외측에서 가압하면서 지지하고 있으므로, 수광부 하우징(210)과 회전연결판(440)이 서로 분리되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 회전연결판(440)에는 연결판 고정볼트(422)로 회전연결판(440)과 수광부 하우징(210)을 연결한 상태에서도 회전연결판(440)이 제1 회전샤프트(420)를 축으로 회전 작동될 수 있도록, 회전 동작을 안내함과 동시에 과도한 회전을 방지하는 회전안내장공(442)이 형성될 수 있다.

회전안내장공(442)은 회전연결판(440)이 회전하는 궤적을 따라 볼트 구멍으로부터 소정의 길이를 가진 원호 형상의 장공으로 연장되어 형성될 수 있으며, 연결판 고정볼트(422)에 의해 결합된 상태에서 회전연결판(440)의 회전 동작이 안정적으로 수행될 수 있도록 안내하게 된다.

이러한 회전안내장공(442)은 제1 회전샤프트(420)가 결합되는 제2 샤프트홈(441)으로부터 방사상의 위치에 일정 간격을 두고 배치될 수 있으며, 회전연결판(440)을 송광부 하우징(110)에 안정적으로 파지할 수 있도록 복수개 구비되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 도면에 도시된 것처럼 후술하는 제2 회전샤프트(430)의 위치와 중복되지 않도록 제2 회전샤프트(430)의 설치 위치 반대측에 복수개로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 회전연결판(440)은 회전안내장공(442)에 의해 확보되는 연결판 고정볼트(422)의 이동 거리 만큼 회전될 수 있으며, 그 회전 각도는 약 10°이내의 범위로 설정될 수 있다. 바람직하게는 회전축을 기준으로 일 방향으로 각각 3°내지 4°로 회전될 수 있다.

한편, 제2 회전샤프트(430)는 회전연결판(440)을 수광부 하우징(210)에 회전 가능하게 연결함으로써 수광부 하우징(210)이 송광부 하우징(110)에 대해 수직축(Z)을 중심으로 회전하도록 안내하는 축으로서, 봉상부재로 마련될 수 있다.

이러한 제2 회전샤프트(430)는 수광부(200)의 광축에 수직인 수직축(Z), 즉 Z축 방향으로 놓여지되 송광부 하우징(110)과 회전연결판(440)을 축 연결하도록 관통 삽입된다.

이때, 제2 회전샤프트(430)의 축 연결을 위해, 회전연결판(440)에는 제2 회전샤프트(430)가 삽입되는 제1 축삽입돌부(443)가 형성되고, 송광부 하우징(110)에는 제2 축삽입돌부(113)가 것이 바람직하다.

제1 축삽입돌부(443) 및 제2 축삽입돌부(113)는 회전연결판(440)과 송광부 하우징(110)의 인접면에 각기 돌출 형성되되, 제1 축삽입돌부(443)가 제2 축삽입돌부(113)에 의해 외측에서 지지되는 형태로 형성될 수 있다.

이때, 송광부 하우징(110)에는 회동연결판(440)의 양측부를 외측에서 감싸도록 돌출 형성되는 돌출지지부(110a)가 구비될 수 있으며, 돌출지지부(110a)는 하측 부분이 제2 축삽입돌부(113)와 연장 형성된다.

여기에서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전연결판(440)의 판재 크기는 송광부 하우징(110)의 결합면의 크기보다 작은 크기로 형성되되, 송광부 하우징(110)의 돌출지지부(110a)와 끼움 결합되는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 각기 돌출 형성된 삽입돌부에 대해 제2 회전샤프트(430)가 끼워짐으로써 회전연결판(440)과 송광부 하우징(110)이 서로에 대해 축 회전(회동) 가능하도록 연결되며, 회전연결판(440)이 연결되는 수광부 하우징(210)이 고정부 측의 역할을 하므로, 실질적인 송광부 하우징(110)이 수광부 하우징(210)에 대해 회동 작동할 수 있게 된다.

이때, 제2 회전샤프트(430)를 축으로 회동되는 송광부 하우징(110)의 회동 각도는 약 10°이내의 범위로 설정될 수 있다. 바람직하게는 회전축을 기준으로 일 방향으로 3° 내지 4°로 회전될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 라이다 구동 장치(10)는 송광부 하우징(110)의 각도 조절을 위한 조절볼트(423)를 더 포함할 수 있다.

조절볼트(423)는 전술한 송광부 하우징(110)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 것으로서, 도면에 도시된 바와 같이 볼트의 형태로 형성될 수 있는바, 일 실시예로서 사용자의 파지가 용이하도록 널링볼트가 사용될 수 있다. 이러한 조절볼트(423)는 사용자의 조작이 간편하도록 회전연결판(440)의 가장자리에 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 조절볼트(423)는 회전연결판(440)에 결합되는 상태로 회전하는바, 회전연결판(440)을 관통하여 수광부 하우징(210)에 볼팅 결합되며, 헤드부 측이 수광부 하우징(210)의 일면에 접하도록 설치된다. 이에, 조절볼트(423)는 사용자의 회전 조작에 따라 전후방향으로 이동하면서 송광부 하우징(110)의 각도를 조절할 수 있게 된다.

또한, 회전연결판(440)에는 조절볼트(423)가 수광부 하우징(210) 측으로의 이동이 가능하도록, 조절볼트(423)의 헤드부를 수용하는 헤드수용홈(444)이 형성되는 것이 바람직하다. 헤드수용홈(444)은 조절볼트(423)의 헤드부가 안착될 수 있도록 헤드부와 대응하는 형상의 홈으로 형성될 수 있으며, 홈의 깊이에 따라 조절볼트(423)의 최대 이동 거리를 설정할 수 있게 된다.

더욱이, 송광부 하우징(110)은 회동 작동시 소정의 회동 구간을 확보하기 위하여 수광부 하우징(210)으로부터 일정 간격 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하며, 이 회동 구간에 의해 회동시 프레임이 서로 걸리는 것을 회피할 수 있게 된다. 즉, 송광부 하우징(110)은 회동연결판(440)의 일면에서 소정 간격으로 이격되어서 제2 회전샤프트(430)와의 축 결합이 이루어지며, 이 회동 구간에 의하여 송광부(100)의 회동 동작의 작동범위가 정해질 수 있게 된다.

한편, 이동수단(450)은 센서 장착부(300)를 수광부(200)의 광축에 대해 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동시키도록 구비되는 것으로서, 센서 장착부(300)를 수광부(200) 상에서 각각 이동 가능하게 연결하는 제1 및 제2 이동연결판(460, 470)을 포함하여 이루어진다.

각 연결판은 수광부 하우징(210)과 센서 장착부(300)의 사이에 적층 설치되는데, 제1 이동연결판(460)은 수광부 하우징(210)의 후면에 결합되고, 제2 이동연결판(470)은 제1 이동연결판(460)의 후면에 결합됨과 동시에 센서 장착부(300)의 전면에 결합된다. 이로써, 수광부 하우징(210)과 센서 장착부(300)가 연결된다.

이때, 제1 이동연결판(460)은 수광부 하우징(210)에 대해 수평방향으로 이동 가능하게 연결되고, 제2 이동연결판(470)은 제1 이동연결판(460)에 대해 이동 가능하게 연결된다.

즉, 제1 이동연결판(460)은 수광부 하우징(210)의 후면에 볼팅 연결되어 결합되는바, 제1 결합볼트(460a)가 볼팅 결합되는 부위에 횡축(X) 방향으로 연장 형성되는 제1 이동안내장공(461)이 형성됨으로써, 제1 결합볼트(460a)의 이동을 안내한다. 이에, 제1 이동연결판(460)은 제1 이동안내장공(461)에 의해 수광부 하우징(210)의 면상에서 횡축(X)을 따라 이동할 수 있게 되며, 이때의 이동 거리는 장공의 크기에 의해 결정될 수 있는바, 바람직한 실시예에서는 양방향으로 약 15mm 이내의 범위 내에서 이동될 수 있도록 형성된다.

또한, 제2 이동연결판(470)은 제1 이동연결판(460)의 후면에 볼팅 연결되어 결합되는바, 제2 결합볼트(470a)가 볼팅 결합되는 부위에 수직축(Z) 방향으로 연장 형성되는 제2 이동안내장공(471)이 형성될 수 있다. 이에, 제2 이동연결판(470)은 제2 이동안내장공(471)에 의해 제1 이동연결판(460)의 면상에서 수직축(Z)을 따라 이동할 수 있게 되며, 바람직한 실시예에서는 제1 이동연결판(460)의 것과 비슷하게 양방향으로 약 15mm 이내의 범위 내에서 이동될 수 있는 것이 바람직하다. 제2 이동연결판(470)의 후면에는 센서 장착부(300)가 제3 결합볼트(470b)에 의해 볼팅 결합된다.

이로써, 센서 장착부(300)는 전술한 각 장공에 의한 이동 가능 거리 내에서 X축 방향과, Z축 방향으로 이동할 수 있게 된다.

한편, 이동수단(450)은, 제1 이동연결판(460)의 이동시에는 수광부 하우징(210)이 고정부로서 작용하게 되고, 제2 이동연결판(470)의 이동시에는 제1 이동연결판(460)이 고정부로서 작용하게 된다.

이때, 제1 이동연결판(460)에는 수광부 하우징(210)과 제2 이동연결판(470)에 외면상에 각기 끼움 결합되는 끼움돌부(462, 464)가 형성됨으로써 각 부재와의 결합력을 증대시킬 수 있다. 제1 끼움돌부(462)는 제1 이동연결판(460)의 둘레부 전면상에서 수광부 하우징(210)을 향해 수직벽의 형상으로 돌출 형성되며, 수광부 하우징(210)의 양측부를 지지할 수 있도록 한 쌍의 돌출부로 형성된다.

여기서, 수광부 하우징(210)에는 제1 끼움돌부(462)와 대응하도록 외측면상에 제1 끼움홈부(212)가 홈 형태로 내입되어 형성되되, 제1 끼움돌부(462)의 이동이 가능하도록 제1 끼움돌부(462)의 이동거리만큼의 이동공간을 확보하는 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 끼움홈부(212) 또한 한 쌍의 내측홈으로 형성된다.

이러한 제1 끼움돌부(462)와 제1 끼움홈부(212)는 제1 끼움볼트(460b)에 의해 결합될 수 있으며, 제1 끼움돌부(462)에는 이동안내장공(463)이 형성되어 제1 이동연결판(460)의 이동을 안내한다.

제2 끼움돌부(464)는 제1 끼움돌부(462)와 반대 방향으로, 제2 이동연결판(470)을 향해 형성되고, 제2 이동연결판(470)에는 제2 끼움돌부(464)와 대응하는 제2 끼움홈부(472)가 형성된다. 이들 구성은 전술한 구성과 유사한 형태로 형성될 수 있다.

이들 연결판들은 각 판들이 끼움 결합되면서 서로에 대해 레일 역할을 하게 되므로, 일직선 상의 방향으로 이동될 수 있게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 구동 장치(10)는 각각의 구성요소들을 조립할 때, 요소간의 끼움 결합이나, 볼트와 같은 연결부재 등을 사용하여 이들을 서로 고정한다. 이때, 제조상에서 발생하는 요소들의 가공 공차와, 이들의 조립시 발생하는 조립 공차 등의 기구학적인 공차가 존재하게 된다. 본 발명의 라이다 구동 장치(10)는 초기 초점을 설정해야하는 광학계의 구성을 가지고 있기 때문에, 제품의 조립이 끝난 상황에서 광축의 조정과 같은 설정 작업을 수행하게 된다.

이에, 본 발명의 라이다 구동 장치(10)는 초점설정부(400)를 구비하고 있다. 초점설정부(400)는 1차적으로 송광부(200)와 수광부(100)의 광축 위치를 정렬하기 위한 회전수단(410)과, 센서 장착부(300)의 위치를 조절함으로써 초점이 모이는 위치를 추가적으로 정렬하기 위한 이동수단(450)을 포함하여 이루어지며, 이들의 조절에 따라 초기 설정 작업을 수행할 수 있게 된다.

여기에서, 회전수단(410)은 횡축(X)을 따라 회전하는 제1 회전샤프트(420)를 구비하는데, 회전연결판(440)에는 송광부 하우징(110)의 회전 동작을 안내함과 동시에 과도한 회전을 방지하는 회전안내장공(442)이 형성됨으로써, 연결판 고정볼트(422)에 의해 결합된 상태에서 회전연결판(440)의 회전 동작이 안정적으로 수행될 수 있도록 안내하게 된다. 즉, 제1 회전샤프트(420)를 축으로하여 회전연결판(440)과 수광부 하우징(110)이 회전하게 된다.

한편, 회전수단(410)은 제2 회전샤프트(430)를 중심으로하여 회전연결판(440)에 대해 수광부 하우징(110)을 회동시키는데, 이때, 제2 회전축에 대한 송광부(100)의 각도 조절을 위하여 조절볼트(423)가 구비되는데, 널링볼트로 형성됨에 따라 사용자의 파지가 용이하며, 회전연결판(440)의 가장자리, 즉 도면에 도시된 것처럼 라이다 구동 장치(10)의 전방측에 노출되게 위치함으로써 사용자의 조작이 간편하고 직관적이라는 이점을 갖게 된다. 특히, 조절볼트(423)가 회전에 의해 전후방으로 이동함에 따라 송광부(100)를 가압하여 미는 동작으로 각도를 조절하게 되는 단순한 구조로 인해 조작이 매우 편리하다.

또한, 조절볼트(423)의 나사산을 따라 이동함에 따라 짧은 거리의 이동이 가능하여 각도를 조절할 수 있으므로, 정밀한 설정이 가능하다는 이점을 갖는다.

더욱이, 회전연결판(440)과 송광부 하우징(110), 구체적으로는 수광부 하우징(210)과 송광부 하우징(110) 사이에는 회동 공간만큼 서로 이격되어 설치됨에 따라 제2 회전샤프트(430)를 축으로 회전하는 경우 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다는 효과가 있다. 돌출지지부(110a)는 수광부 하우징(210)에 완전히 접촉하지 않고, 이 회동 공간에 의해 일정 간격 이격된다. 즉 돌출지지부(110a)가 회전연결판(440)을 양측에서 지지하는 형태로 안내 레일 역할을 함에 따라, 송광부 하우징(110)의 안정적인 회전 작동을 유도할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는 회전수단(410)에 의한 1차적인 조절 작업 이후에, 이동수단(450)에 의하여 센서 장착부(300)의 X축과 Z축의 수평 방향으로의 이동이 가능하도록 구비됨에 따라, 수광부(200)를 통해 센서 장착부(300)로 투과된 광의 위치가 센서의 중심으로부터 수 mm 거리 내외로 존재하는 경우에 센서 장착부(300)를 이동시킴으로써 센서에 올바르게 수신될 수 있도록 위치를 조절할 수 있게 된다.

특히, 피사체와의 거리가 몇 m 내외인 경우에는 송광부(100)의 각도 변화에 따른 실질적인 광 수신 위치의 변위량이 크지 않은데 비해, 본 발명의 실시예에서 사용되는 라이다 구동 장치(10)는 초기 설정값을 300m 정도 거리에서의 피사체를 기준으로 하게 되고, 이때 송광부(100)의 각도가 0.1°달라지게 되면 반사된 광이 수신되는 위치가 1~2m 가량 이동하게 되므로 각도 변화에 따른 변위량이 상당히 크게 형성된다.

이에 따라, 본 발명의 회전수단(410)을 통해 송광부(100)의 각도를 작은 범위 내에서 조절할 수 있다 하더라도 최종적으로 반사된 광이 맺혀지게 되는 초점의 위치가 센서 장착부(300)의 센서의 위치로부터 수 mm 내외 거리에 위치했을때, 추가적인 회전수단(410)의 조절시에는 이 위치의 변위량이 커지기 때문에 정확한 초점 설정이 다소 어려워질 수 있게 되며, 본 발명은 이동수단(450)을 통해 추가적으로 센서 장착부(300)의 위치 이동을 통해 적정 설정값으로의 조절이 가능해진다는 이점을 갖는다.

즉, 본 발명에 따른 라이다 구동 장치(10)는 초점설정 작업을 수행하는데 있어서, 회전수단(410)에 의한 각도 조절에 따른 1차적인 초점 설정이 완료된 상태에서, 이동수단(450)으로 센서 장착부(300)의 센서를 향해 광이 수렴되는 초점의 위치를 조절함에 따라 2차적인 초점 설정을 수행할 수 있으므로 더욱 정밀한 초점 설정이 가능해져 정확한 초점을 갖는 광학계를 구성하는 것이 가능해진다는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예 에 의해 제한되기보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 라이다 구동 장치
100 : 송광부 110 : 송광부 하우징
111 : 제1 몸통 112 : 제2 몸통
200 : 수광부 210 : 수광부 하우징
300 : 센서 장착부
400 : 초점 설정부 410 : 회전수단
420 : 제1 회전샤프트 430 : 제2 회전샤프트
440 : 회전연결판 450 : 이동수단
460 : 제1 이동연결판 470 : 제2 이동연결판

Claims (7)

1. 주변 환경으로 광을 조사하는 송광부;
   송광부와 인접하게 배치되어 피사체에 반사된 광을 수신하는 수광부; 및
   수광부에 연결되어 수광부를 통해 수신된 광을 감지하는 센서를 구비한 센서장착부를 포함하는 라이다 구동 장치에 있어서,
   서로에 대해 회전 또는 이동시킴으로써 초기 초점을 설정하는 초점설정부를 더 포함하는 라이다 구동 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   초점설정부는, 송광부를 수광부의 광축에 대해 수평 또는 수직한 방향의 두 개의 축을 중심으로 회전시키는 회전수단을 포함하는 라이다 구동 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   회전수단은, 수광부의 광축에 대하여 횡방향의 축인 횡축을 중심으로 송광부를 회전시키도록 안내하는 제1 회전샤프트와, 수광부의 광축에 대하여 수직방향의 축인 수직축을 중심으로 송광부를 회전시키도록 안내하는 제2 회전샤프트를 포함하는 라이다 구동 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   회전수단은, 제1 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 수광부 하우징 및 회전연결판에 각각 형성되는 제1 및 제2 샤프트홈과, 제2 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 회전연결판 및 송광부 하우징에 각각 형성되는 제1 및 제2 축삽입돌부를 더 포함하는 라이다 구동 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   초점설정부는, 센서장착부를 수광부의 광축에 대해 수평 또는 수직한 방향의 두 개의 축을 따라 이동시키는 이동수단을 포함하는 라이다 구동 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   이동수단은, 수광부의 광축에 대하여 횡방향의 축인 횡축을 따라 센서장착부를 수광부 상에서 이동시키도록 수광부와 센서장착부를 연결하는 제1 이동연결판과, 수광부의 광축에 대하여 수직방향의 축인 수직축을 따라 센서 장착부를 수광부 상에서 이동시키도록 수광부와 센서장착부를 연결하는 제2 이동연결판을 포함하는 라이다 구동 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   이동수단은, 수광부 및 센서장착부를 연결하되, 제1 이동연결판이 수광부 하우징에 대해 수평방향으로 슬라이딩 이동하도록 구비되는 제1 이동안내장공 및 제1 결합볼트와, 제2 이동연결판이 제1 이동연결판에 대해 수직방향으로 슬라이딩 이동하도록 구비되는 제2 이동안내장공 및 제2 결합볼트를 더 포함하는 라이다 구동 장치.

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