KR20200105665A - 레이저 레이더 및 그 작업방법 - Google Patents

레이저 레이더 및 그 작업방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분광장치에 의해 제1 레이저 빔을 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킴으로써 하나의 레이저 장치에 의해 복수개의 제2 레이저 빔을 획득할 수 있고, 이것에 의하여 레이저 장치의 수량 대폭 절감시키고, 나아가 상기 레이저 레이더의 크스트 및 장착 난이도를 낮출 수 있는 레이저 레이더 및 그 작업방법을 제공한다. 상기 레이저 레이더는 높은 필드 각도와 각도 해상도를 가지고 있고, 크스트가 많이 들지 않은 우점을 가지고 있다.

Description

레이저 레이더 및 그 작업방법
본 출원은 2018년 1월 15일 중국특허국에 제출한 출원번호가 201810036235.4이고 발명의 명칭이 "레이저 레이더 및 그 작업방법”인 중국특허출원과, 2018년 1월 17일 중국특허국에 제출한 출원번호가 201810045754.7이고 발명의 명칭이 "레이저 레이더 및 그 작업방법”인 중국특허출원과, 2018년 1월 17일에 중국특허국에 제출한 출원번호가 201810045703.4이고 발명의 명칭이 "레이저 레이더 및 그 작업방법”인 중국특허출원의 우선권을 주장하며, 상기 출원 들의 전체 내용은 인용에 의해 본 출원에 편입된다.
본 발명은 광전 검지 분야에 관한 것으로, 특히는 레이저 레이더 및 그 작업방법에 관한 것이다.
레이저 레이더는 흔히 사용하는 거리 측정 센서로서, 검지 거리가 길고, 해상도가 높으며, 환경에 의한 간섭을 적게 받는 등 특점이 있어 스마트 로봇, 드론, 무인 운전 등 분야에 널리 사용되고 있다. 레이저 레이더의 작업 원리는 마이크로파 레이더의 작업 원리와 유사하는데, 모두 광파가 레이더와 목표 사이를 왕복하는데 소요되는 시간을 이용하여 거리를 측정하는 것이다.
최초의 레이저 레이더는 하나의 레이저와 검지기 만을 구비하는 단일 라인 레이저 레이더이므로, 스캔하는 목표 범위에 한계가 있고 검출 목표의 누락이 발생하기 쉽다. 단일 라인 레이저 레이더의 단점을 보완하기 위해, 멀티라인 레이저 레이더가 날따라 연구 및 상용의 초점으로 되었다. 멀티라인 레이저 레이더는 복수개의 레이저 장치 및 대응하는 검지기를 수직방향으로 배열함으로써, 수직방향의 검지 범위을 넓혔다.
그러나, 기존의 멀티라인 레이더는 크스트가 높고, 장착이 어려운 단점을 가지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레이저 레이더 장치의 크스트를 낮출 수 있고 장착이 간단한 레이저 레이더 및 그 작업방법을 제공하려고 하는 것이다.
본 발명에서 레이저 레이더를 제공한다. 상기 레이저 레이더는 제1 레이저 빔을 생성하는 발사장치; 제1 레이저 빔을 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키고 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔이 검지 대기 목표에 의해 반사되는 것에 의하여 에코 빔을 형성하는 분광장치; 상기 에코 빔을 수신하는 수신장치를를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 광축을 구비하고, 상기 광축에 수직되는 평면은 목표 평면이며, 상기 분광장치는 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 목표 평면에서 형성한 광점이 소밀하게 분포되도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 목표 평면 내에서 상기 제2 레이저 빔이 형성한 광점의 분포 밀도는 상기 광축으로부터 이격되는 방향으로 가면서 점점 작아진다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 광축과 평행되는 조절축을 구비하며, 상기 분광장치는 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 것에 의하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 격자 또는 광섬유 분광기이다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 담만 격자이다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 1차원 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고있으며, 상기 제1 격자 주기는 d이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×1 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향의 레이저 빔의 분광 개수이며, 상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 각도는
Figure pct00001
보다 작고, 이 식에서 α는 기정 필드 각도이다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치의 제1 격자 주기는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 895nm 내지 915nm 범위 내에 있다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 2차원 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기와 제2 방향의 제2 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 제1 방향과 제2 방향은 수직되고, 상기 제1 격자 주기는 d1이며, 상기 제2 격자 주기는 d2이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×n 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향을 따라 형성한 제2 레이저 빔의 개수이며, n은 상기 제2 방향을 따라 형성한 제2 레이저 빔의 개수이고, 상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 각도는
Figure pct00002
내지
Figure pct00003
범위 내에 있다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치의 제1 격자 주기는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 895nm 내지 915nm 범위 내에 있으며, 상기 제2 격자 주기는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있다.
본 발명에 있어서, 상기 발사장치는 상기 제1 레이저 빔의 전파방향과 교차되는 스캔 회전축을 구비하고, 상기 발사장치는 상기 스캔 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 분광장치의 광축과 상기 스캔 회전축의 협각은 0°보다 크고 90°보다 작거나 같다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 광축과 수직되는 적어도 하나의 분광방향을 구비하며, 상기 분광방향과 상기 광축이 위치하는 평면은 분광 평면이고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 적어도 하나의 상기 분광 평면에서의 투영은 상호 어긋나며, 상기 분광방향과 상기 스캔 회전축의 협각은 0°보다 크거나 같고 90°보다 작다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 격자이고, 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 분광방향은 상기 제1 방향이다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 레이더는 진동 미러를 더 포함하고, 상기 진동 미러는 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 제1 반사면을 포함하고, 상기 진동 미러는 진동 회전축을 구비하고, 상기 진동 미러는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 제1 반사면의 법선 사이의 협각은 0보다 크다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 1차원 격자이고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔은 동일 평면 내에 위치하며, 상기 제1 반사면에 투사된 복수개의 제2 레이저 빔이 위치하는 평면은 전파 평면이고, 상기 제1 반사면과 전파 평면은 교선을 가지고 있으며, 상기 진동 회전축과 상기 교선 사이의 협각은 0°보다 크다.
본 발명에 있어서, 상기 발사장치는 상기 제1 레이저 빔의 전파방향과 교차되는 스캔 회전축을 구비하고, 상기 발사장치는 상기 스캔 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 스캔 회전축 사이의 협각은 0°보다 크다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 레이더는 복수개의 제2 레이저 빔을 시준 처리하는 것에 의하여 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향이 평행되도록 하는 시준렌즈; 시준 처리를 거친 제2 레이저 빔을 상기 진동 미러의 제1 반사면으로 회집시키는 집속렌즈를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 레이더는 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔을 투과시키고 상기 진동 미러의 제1 반사면에 입사시키는 반투과-반반사 미러를 더 포함하며, 상기 반투과-반반사 미러는 진동 미러에 의해 반사되어 되돌아오는 에코 빔을 상기 수신장치로 반사시키는 제2 반사면을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 레이더는 상기 반투과-반반사 미러로부터 출사한 에코 빔을 상기 수신장치로 회집시키기 위한 수신 및 회집 렌즈를 더 포함하며, 상기 수신장치와 수신 및 회집 렌즈의 초점 사이의 거리는 수신 및 회집 렌즈의 초점 심도의 절반보다 작다.
본 발명에 있어서, 상기 발사장치는 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 동시에 생성한다.
본 발명에 있어서, 상기 발사장치는 복수개의 레이저 장치를 포함하며, 상기 복수개의 레이저 장치의 출사방향은 적어도 2개씩 교차된다.
본 발명에 있어서, 상기 발사장치는 출사방향이 상호 평행되는 복수개의 레이저 장치, 복수개의 레이저 장치가 생성한 제1 레이저 빔을 상기 분광장치로 회집시키는 회집 렌즈를 포함하며, 상기 분광장치로부터 상기 회집 렌즈의 초점평면까지의 거리는 회집 렌즈초점 심도의 절반보다 작다.
본 발명에서 상기 레이저 레이더에 대응하는 레이저 레이더의 작업방법을 더 제공한다. 상기 레이저 레이더의 작업방법은 제1 레이저 빔을 생성하는 발사장치, 제1 레이저 빔을 서로 다른 방향을 따라 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키고 상기 제2 레이저 빔이 검지 대기 목표에 의해 반사되는 것에 의하여 에코 빔을 형성하는 분광장치, 상기 에코 빔을 수신하는 수신장치를 포함하는 레이저 레이더를 제공하는 단계; 상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하는 단계; 상기 분광장치에 의해 상기 제1 레이저 빔을 전파방향이 서로 다른 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키는 단계; 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔이 상기 검지 대기 목표에 도달한 후 반사되는 것에 의하여 에코 빔을 형성하는 단계; 상기 수신장치에 의해 상기 에코 빔을 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 광축과 평행되는 조절축을 구비하고, 상기 분광장치는 상기 조절축을 맴돌면서 회전하며, 상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 제1 레이저 빔이 상기 분광장치에 의해 상기 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광된 후 기정 해상도에 따라 상기 분광장치를 회전시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 1차원 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고있으며, 상기 제1 격자 주기는 d이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×1 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향의 레이저 빔의 분광 개수이며, 상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 과정에서 상기 분광장치의 회전 각도는
Figure pct00004
보다 작고, 그중 α는 기정 필드 각도이다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 2차원 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기와 제2 방향의 제2 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 제1 방향과 제2 방향은 수직되고, 상기 제1 격자 주기는 d1이며, 상기 제2 격자 주기는 d2이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×n 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향을 따라 형성된 제2 레이저 빔의 개수이며, n은 상기 제2 방향을 따라 형성된 제2 레이저 빔의 개수이고, 상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 과정에서 상기 분광장치의 회전 각도의 범위는
Figure pct00005
내지
Figure pct00006
이다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 레이더는 진동 미러를 더 포함하고, 상기 진동 미러는 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 제1 반사면을 포함하고, 상기 진동 미러는 진동 회전축을 구비하고, 상기 진동 미러는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 제1 반사면의 법선 사이의 협각은 0보다 크다. 상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하며, 상기 분광장치에 의해 상기 제1 레이저 빔을 상기 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킨 후 상기 진동 미러를 회전시키는 것에 의하여 진동 미러로부터 출사된 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 격자이고, 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 진동 미러가 반사한 제2 레이저 빔과 제1 방향 사이의 최소 협각은 θ1이고, 상기 스캔 회전축은 상기 제1 방향에 수직되며, 상기 진동 미러를 회전시키는 과정에서는 진동 미러의 회전 각도는 θ1/2보다 크거나 같도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 발사장치는 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 동시에 생성하고, 상기 발사장치는 복수개의 레이저 장치를 포함하며, 상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하는 단계는 기정 해상도에 따라 적어도 하나의 레이저 장치를 작동시켜 적어도 하나의 제1 레이저 빔을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 수신장치는 복수개의 검지기를 포함하고, 각 검지기는 소정된 제2 레이저 빔이 검지 대기 목표에 의해 반사된 에코 빔을 각각 수신하고, 상기 수신장치에 의해 상기 에코 빔을 수신하는 과정은 상기 복수개의 검지기가 상기 에코 빔을 동시에 수신하는 단계 또는 상기 복수개의 검지기가 소정된 에코 빔를 차례로 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 분광장치는 담만 격자이다.
기존 기술에 비해, 본 발명의 기술방안은 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
본 발명의 기술방안에 따른 레이저 레이더는 상기 제1 레이저 빔을 서로 다른 방향을 따라 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킬 수 있는 분광장치를 포함한다. 서로 다른 방향으로 전파되는 제2 레이저 빔은 상이한 방위에 있는 검지 대기 목표를 검출할 수 있어 상기 레이저 레이더의 필드 각도와 각도 해상도를 높일 수 있으며, 분광장치에 의해 제1 레이저 빔을 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킴으로써 하나의 레이저 장치에 의해 복수개의 제2 레이저 빔을 획득할 수 있어 레이저 장치의 수량을 대폭 절감시킬 수 있고, 나아가 상기 레이저 레이더의 크스트 및 장착 난이도를 낮출 수 있다. 상기 레이저 레이더는 높은 필드 각도와 각도 해상도를 가지고 있고, 크스트가 낮다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 또한 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 광축에 수직되는 평면 내에서 소밀하게 분포되도록 함으로써, 상기 제2 레이저 빔의 수량을 증가시키지 않는 전제 하에서 일부가 상기 광축에 수직되는 평면 내의 각도 해상도를 효과적으로 향상시키고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 이용율을 향상시키고, 고해상도와 저크스트를 동시에 구현할 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 광축에 수직되는 평면 내에서 상기 분광장치는 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 분포 밀도가 상기 광축으로부터 이격되는 방향으로 가면서 점점 작아지도록 한다. 상기 광축이 수평면에 평행되는 경우, 상기 복수개의 제2 레이저 빔을 소밀하게 분포시키는 것에 의하여 더욱 많은 제2 레이저 빔이 수평선과 지면에 접근하는 위치에 집속되도록 한다. 이것에 의하여, 상기 레이저 레이더가 차량 주행 과정에서 장애물이 존재하고 있는 위치에서 높은 각도 해상도를 가지고, 장애물을 검출하는 상기 레이저 레이더의 인식 정확도를 효과적으로 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 차량에서의 적용 전망을 넓힐 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 광축과 평행되는 조절축을 구비하고, 상기 조절축을 맴돌면서 회전시키는 것에 의하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시킨다. 상기 분광장치의 회전은 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시키고 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 조절하는 목적을 달성할 수 있다. 또한 분광장치의 회전은 수직방향에서 일부 중첩되는 제2 레이저 빔의 위치를 엇긋나도록 하여 수직 각도 해상도를 증대시키는 목적을 달성할 수도 있다. 상기 분광장치를 회전 가능하게 설치하는 상기 방법을 통하여 상기 레이저 레이더는 상이한 환경 요구 하에서 높은 각도 해상도와 큰 필드 각도의 균형을 구현할 수 있고, 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 격자 또는 광섬유 분광기이다. 상기 분광장치를 격자로 설계하는 경우 상기 분광장치는 분광 작용을 발휘하는 것에 의하여 레이저 장치의 수량을 절감할 수 있고, 또한 상기 제2 레이저 빔의 소밀을 비균일하게 분포시키는 것에 의하여, 낮은 크스트, 높은 각도 해상도 및 큰 필드 각도를 동시에 구현하고, 크스트 제어 및 성능 개선을 동시에 구현할 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 담만 격자이다. 담만 격자는 하나의 빔을 복수개의 강도가 균일한 빔으로 분광시킬 수 있는 회절 광학 소자이므로, 상기 분광장치를 담만 격자로 설계하는 방법을 통하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 광강도 균일도를 효과적으로 향상시킬 수 있고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔 중 어느 하나의 빔의 강도가 지나치게 작아 검지기에 의해 검출되기 어려운 것을 방지할 수 있으며, 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 검지 거리를 효과적으로 확보하고 상기 수신장치가 상기 에코 빔을 성공적으로 검지하는 것을 확보할 수 있으며, 상기 레이저 레이더의 검지 거리를 향상시킬 수 있고, 높은 수직 각도 해상도 및 큰 검지 거리를 동시에 구현할 수 있으며, 검지 대기 목표에 대한 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 1차원 격자이고, 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 각도는
Figure pct00007
보다 작다. 상기 분광장치의 회전 각도를 적절하게 설정함으로써, 필드 각도를 기정 필드 각도(α)보다 크게 할 수 있다. 따라서 레이저 레이더의 높은 각도 해상도를 확보하는 저제 하에서 레이저 레이더는 큰 필드 각도를 가질 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 2차원 격자이고, 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 각도 범위는
Figure pct00008
~
Figure pct00009
이다. 상기 분광장치의 회전 각도를 적절하게 설정함으로써, 레이저 레이더의 각도 해상도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 인접하는 제2 레이저 빔의 협각을 같게 할 수도 있으므로 제2 레이저 빔의 분포 균일도를 향상시키고, 레이저 레이더의 성능을 개선할 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 발사장치는 스캔 회전축을 구비하고, 상기 발사장치는 상기 스캔 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 스캔 회전축의 연장방향과 상기 분광장치의 광축방향의 협각은 0°보다 크고 90°보다 작거다 같다. 상기 발사장치의 회전을 통하여 상기 레이저 레이더의 스캔 범위를 효과적으로 확대시킬 수 있고, 레이저 레이더의 검지성능을 개선하고 검지 범위를 확대시킬 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 격자이고, 광축과 수직되는 적어도 하나의 분광방향을 구비하며, 상기 분광방향과 상기 광축이 위치하는 평면은 분광 평면이고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 적어도 하나의 상기 분광 평면에서의 투영은 상호 어긋나며, 상기 분광방향과 상기 스캔 회전축의 협각은 0°보다 크거나 같고 90°보다 작다. 상기 분광방향과 상기 스캔 회전축의 협각이 0°보다 크거나 같고 90°보다 작으므로, 상기 제2 레이저 빔이 될수록 한 스캔 회전축의 방향을 따라 어긋나도록 하고 제한된 제2 레이저 빔의 수량에 의해 스캔 회전축 방향을 따른 각도 해상도를 향상시키는 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 레이저 레이더는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하는 진동 미러를 더 포함하며, 상기 진동 미러는 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 제1 반사면을 구비한다. 상기 진동 미러가 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전함으로써, 상기 제1 반사면에 의해 반사된 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시킬 수 있고 상기 제2 레이저 빔의 스캔 범위, 레이저 레이더의 필드 각도를 증대시킬 수 있다. 또한 상기 진동 미러의 회전에 의해 회전하기 전 제2 레이저 빔 사이의 최소 협각 범위가 모두 스캔되면 획득한 필드 각도가 제2 레이저 빔 사이의 최대 협각 범위에 도달할 수 있다. 따라서 상기 진동 미러와 분광장치의 조합을 사용할 경우 진동 미러의 작은 회전각도를 통해 큰 필드 각도를 획득할 수 있고, 동일한 필드 각도 요구 하에 진동 미러의 회전 각도를 효과적으로 감소시키고, 진동 미러의 회전 주기를 감소시킬 수 있으며 레이저 레이더의 스캔 프레임 주파수를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 분광장치는 2차원 격자이며, 2차원 격자와 상기 진동 미러의 조합을 사용함으로써 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파 범위를 효과적으로 확대시키고, 레이저 레이더의 각 방향에서의 각도 해상도 및 필드 각도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 레이저 레이더는 에코 빔과 제2 레이저 빔을 분리시키는 반투과-반반사 미러를 더 포함하여, 수신장치에 주는 제2 레이저 빔의 간섭을 방지하고, 검출 결과에 주는 제2 레이저 빔의 영향을 감소시키며, 상기 레이저 레이더의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 상기 반투과-반반사 미러를 통해 광경로 중첩을 구현하고 상기 레이저 레이더의 광경로를 단축시키고, 광학 시스템의 부피를 효과적으로 줄일 수 있으며, 상기 레이저 레이더의 부피를 줄일 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 발사장치는 전파방향이 서로 다른 제1 레이저 빔을 동시에 생성한다. 상기 분광장치는 각 제1 레이저 빔을 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킬 수 있으므로, 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 형성하는 제2 레이저 빔의 수량을 증가시킬 수 있고, 전파방향이 서로 다른 제1 레이저 빔이 생성한 제2 레이저 빔의 전파방향이 모두 달라 레이저 레이더의 각도 해상도를 더 증가시킬 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 발사장치는 출사방향이 상호 평행되는 복수개의레이저 장치와 회집 렌즈를 포함하며, 상기 회집 렌즈는 복수개의 레이저 장치가 생성한 제1 레이저 빔을 상기 분광장치로 회집시키고, 상기 회집 렌즈는 출사방향이 동일한 복수개의 레이저 장치가 상기 분광장치로 회집되는 제1 레이저 빔을 생성한다. 이것에 의하여, 상기 복수개의 레이저 장치의 장착 난이도를 낮추고, 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 복수개의 레이저 장치의 장착 난이도를 효과적으로 낮추고, 장착 크스트를 줄일 수 있다. 또한 상기 제1 레이저 빔의 광경로의 정확도를 효과적으로 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 검지 정확도와 검지 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술방안에 따른 레이저 레이더의 작업방법에서, 상기 분광장치에 의해 제1 레이저 빔을 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킴으로써 하나의 레이저 장치로 복수개의 제2 레이저 빔을 획득할 수 있다, 이것에 의하여 레이저의 수량을 대폭 절감할 수 있고, 나아가 상기 레이저 레이더의 크스트 및 장착 난이도를 낮출 수 있다. 상기 레이저 레이더는 높은 필드 각도와 각도 해상도를 가지고 있고, 크스트가 낮은 우점을 가지고 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 복수개의 제2 레이저 빔을 형성한 후 기정 수직 해상도에 따라 상기 분광장치를 회전시키는 것에 의하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시킨다. 상기 분광장치의 회전을 통하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시키고 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 조절하는 목적을 달성할 수 있고, 상기 레이저 레이더는 상이한 환경에서 높은 각도 해상도와 큰 필드 각도의 균형을 구현할 수 있으며, 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 선택 가능한 실시예에 있어서, 상기 발사장치는 복수개의 레이저 장치를 포함하므로, 상기 발사장치가 제1 레이저 빔을 생성하는 단계에서 기설정된 수직 해상도에 따라 적어도 하나의 레이저 장치를 작동시켜 적어도 하나의 제1 레이저 빔을 생성할 수 있다. 상기 레이저 레이더의 에너지 소모는 작동하는 레이저 장치의 수와 관련되므로, 작동하는 레이저 장치의 수량을 제어함으로써 상기 레이저 레이더의 에너지 소모를 최적화시키고 각도 해상도와 에너지 절약을 동시에 구현한다.
도 1은 멀티라인 레이저 레이더의 레이저 장치의 구조 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 레이더의 구조 사시 모식도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더의 발사부의 분광 경로의 모식도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더의 수신부의 분광 경로의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 레이더의 부분 구조 모식도이다.
도 6은 상기 제1 방향과 +y 방향의 협각이 0인 경우에 도 5에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더가 목표 평면에 형성한 광점의 모식도이다.
도 7은 상기 제1 방향과 y방향의 예각 협각이 φ인 경우에 도 5에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더가 목표 평면에 형성한 광점의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 레이더가 목표 평면에 형성한 광점의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 레이더의 광경로의 모식도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서, 구역(41) 내의 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 확장 광경로의 모식도이다.
도 11은 도 9에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서 에코 빔의 확장 광경로의 모식도이다.
도 12는 도 9에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서, 진동 미러가 정지될 때 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 목표 평면에 형성한 광점의 모식도이다.
도 13은 도 9에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서, 상기 진동 미러(450)가 θ=dy/4l을 회전할 때 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 목표 평면에 형성한 광점의 모식도이다.
도 14는 도 9에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서, 상기 진동 미러(450)가 θ=-dy/4l을 회전할 때 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 목표 평면에 형성한 광점의 모식도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 레이저 레이더의 구조 모식도이다.
도 16은 도 15에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서, 상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하기 전후에 상기 목표 평면에 형성한 광점의 분포 모식도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 레이저 레이더의 구조 모식도이다.
레이저 레이더 장치는 여러 결점을 가지고 있다. 예를 들면 크스트, 장착 난이도가 높은 것이다. 이하에서 종래의 레이저 레이더 장치을 통하여 이 레이저 레이더 장치의 크스트, 장착 난이도가 높은 원인을 분석하기로 한다.
레이저 레이더 장치는 주로, 레이저를 발사하는 레이저 장치와, 검지 대기 목표에 반사되어 되돌아오는 광선을 수신하는 검지기를 포함한다. 레이저 레이더의 작업과정에서 레이저 장치는 검지 대기 목표로 레이저를 발사하고, 발사한 레이저가 검지 대기 목표에 입사된 후 검지 대기 목표에 반사되어 되돌아오면 검지기에 의해 수집된다.
기존의 레이저 레이더 장치는 단지 하나의 레이저 장치와 하나의 검지기를 포함하므로 하나의 레이저밖에 발사할 수 없고, 레이저 레이더의 수직 각도 해상도가 지나치게 낮은 문제가 발생하게 된다. 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 향상시키기 위해 본 발명에서는 멀티라인 레이저 레이더를 제공한다.
도 1은 멀티라인 레이저 레이더의 레이저 장치의 구조 모식도이다.
도 1을 참고하면, 상기 멀티라인 레이저 레이더의 레이저 장치는 레이저 빔을 발사하는 복수개의 레이저 장치(10) 및 여러 위치에 설치된 레이저 장치(10)가 발사한 레이저 빔이 서로 다른 전파방향을 갖도록 조절하는 렌즈(20)를 포함한다. 상기 복수개의 레이저 장치(10)는 렌즈(20)의 메인 광축(도 1의 수평면)에 수직하는 평면 내에 분포된다.
각 레이저 장치(10)는 하나의 레이저 빔을 발사하고, 렌즈(20)를 투과한 각 레이저 빔이 서로 다른 출사 각도에 대응하는 것에 의하여 레이더의 수직방향에서의 해상도를 증가시킬 수 있다. 하지만 상기 멀티라인 레이저 레이더의 각 발사 각도를 소정된 레이저 장치(10)에 하나씩 대응시켜야 하므로, 레이저 레이더의 크스트가 높아질 우려가 있다. 또한, 멀티라인 레이저 레이더의 각 레이저 장치(10)를 제한된 공간 내의 고정된 위치에 설치해야 하므로 장착이 어렵게 된다.
상기 기술적 문제를 해결하기 위해 본 발명은 레이저 레이더 및 그 작업방법을 제공한다. 이 레이저 레이더 및 그 작업방법는 분광장치에 의해 제1 레이저 빔을 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키고 하나의 레이저 장치에 의해 복수개의 제2 레이저 빔을 획득할 수 있으므로, 레이저 장치의 수량을 대폭 절감시킬 수 있고, 나아가 상기 레이저 레이더의 크스트 및 장착 난이도를 낮출 수 있다. 상기 레이저 레이더는 높은 필드 각도와 각도 해상도를 가지고, 코스트를 저감할 수 있다.
본 발명의 상술한 목적, 특징 및 장점이 더욱 명확하고 쉽게 이해되도록 하기 위해, 이하에서 첨부 도면에 따라 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 이 도면 들은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 레이더의 구조 모식도이다. 그중, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상기 레이저 레이더의 구조 사시 모식도이고, 도 3은 도 2의 레이저 레이더의 발사부의 분광 경로의 모식도이다.
상기 레이저 레이더는 제1 레이저 빔(110a)을 생성하는 발사장치(110)(도 3을 참고); 제1 레이저 빔(110a)을 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광시키고, 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔(120b)이 검지 대기 목표에 반사되는 것에 의하여 에코 빔을 형성하는 분광장치(120)(도 3을 참고); 상기 에코 빔을 수신하는 수신장치(130)를 포함한다.
상기 분광장치(120)는 상기 제1 레이저 빔(110a)을 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광시킬 수 있다. 서로 다른 방향으로 전파되는 제2 레이저 빔(120b)은 상이한 위치에 있는 검지 대기 목표를 검출할 수 있으므로 상기 레이저 레이더의 필드 각도와 각도 해상도를 증가시킬 수 있다. 분광장치에 의해 제1 레이저 빔(110a)을 복수개의 제2 레이저 빔(120b)을 분광시키고 하나의 레이저 장치에 의해 복수개의 제2 레이저 빔을 획득할 수 있으므로 레이저 장치의 수량을 대폭 절감시킬 수 있고, 나아가 상기 레이저 레이더의 크스트 및 장착 난이도를 낮출 수 있다. 상기 레이저 레이더는 높은 필드 각도와 각도 해상도를 가지고, 코스트를 저감할 수 있다.
상기 발사장치(110)는 광원으로서, 제1 레이저 빔(110a)을 생성한다.
본 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 수신모듈(100)을 구비하고, 상기 수신모듈(100)은 상기 발사장치(110), 상기 분광장치(120) 및 상기 수신장치(130)를 포함한다.
구체적으로, 상기 발사 및 수신모듈(100)은 발사구조(101) 및 수신장치(130)를 포함하며, 상기 발사구조(101)는 상기 발사장치와 분광장치(120)를 포함한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 상기 발사장치(110)는 상기 제1 레이저 빔(110a)의 전파방향과 교차되는 스캔 회전축(111)을 구비하고, 상기 스캔 회전축(111)을 맴돌면서 회전할 수 있다. 즉 상기 제1 레이저 빔(110a)과 상기 스캔 회전축(111) 사이의 협각이 0보다 크므로 상기 발사장치(110)가 회전함에 따라 상기 제1 레이저 빔(110a)의 전파방향도 변화된다. 상기 발사장치의 회전에 의하여 상기 레이저 레이더의 스캔 범위를 효과적으로 확대시킬 수 있으므로, 레이저 레이더의 검지성능을 개선하고 검지 범위를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 상기 레이저 레이더 전체를 고정시키는 고정수단(102); 상기 발사 및 수신모듈(100)과 상기 고정수단(102) 사이에 위치하고, 상기 발사 및 수신모듈(100)과 상기 고정수단(102)을 연결시키는 회전수단(103)을 더 포함한다.
구체적으로, 상기 발사장치(110)는 상기 발사 및 수신모듈(100) 내에 고정되고, 상기 회전수단(103)은 상기 발사 및 수신모듈(100)이 상기 스캔 회전축(111)을 맴돌면서 회전하도록 구동한다. 이것에 의하여 상기 발사장치(110)는 상기 스캔 회전축(111)을 맴돌면서 회전할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 지면에 장착되고, 지면에 대해 고정된다. 상기 스캔 회전축(111)은 수평면에 수직된다. 다른 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 자동차 또는 비행기에 장착될 수 있고, 상기 스캔 회전축은 수평면과 경사지게 교차될 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 상기 발사장치(110)는 하나의 제1 레이저 빔(110a)을 생성한다. 상기 발사장치(110)는 하나의 레이저 장치이다. 구체적으로, 상기 발사장치(110)는 고체 레이저 장치 또는 광섬유 레이저 장치이다.
본 실시예에서 상기 제1 레이저 빔(110a)의 파장은 895nm 내지 915nm 범위 내에 있다. 예를 들면 905nm일 수 있다. 895nm 내지 915nm 범위 내의 레이저는 높은 투과성능을 가진 적외선 레이저이고 불가시광이므로, 상기 제1 레이저 빔(110a)의 파장 범위를 적절하게 설정함으로써 주위 환경에 대한 상기 레이저 레이더의 간섭을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 상기 레이저 레이더의 검지 거리를 효과적으로 개선할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 상기 발사장치(110)는 다른 유형의 레이저 장치를 포함할 수도 있고, 상기 제1 레이저 빔도 다른 파장 범위의 레이저 빔일 수 있다.
상기 분광장치(120)는 분광을 구현하기 위한 것으로, 상기 제1 레이저 빔(110a)을 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광시킨다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 레이저 레이더는 상기 발사장치(110)와 상기 분광장치(120) 사이의 제1 레이저 빔(110a)의 광경로에 설치되는 빔 확장 및 시준장치(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 확장 및 시준장치(140)는 상기 제1 레이저 빔(110a)을 확장하고 시준한다. 즉 동일한 거리에 전파될 때 상기 제1 레이저 빔(110a)의 광점 직경을 증가시키고 상기 제1 레이저 빔(110a)의 발산각도를 감소시킨다.
상기 빔 확장 및 시준장치(140)가 상기 제1 레이저 빔(110a)의 광점 직경을 증가시키 것에 의하여 에코 빔을 용이하게 수신할 수 있다 또한 상기 빔 확장 및 시준장치(140)가 상기 제1 레이저 빔(110a)의 발산각도를 감소시키는 것에 의하여 상기 제1 레이저 빔(110a)의 전파방향을 제어하는 정밀도를 향상시키는 한편, 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서 상기 빔 확장 및 시준장치(140)는 망원경일 수 있다.
상기 분광장치(120)는 하나의 제1 레이저 빔(110a)을 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광시킬 수 있으므로 상기 레이저 레이더의 각도 해상도를 증가시키지 않는 전제하에서 레이저 장치의 수량을 감소시키고, 레이저 레이더의 크스트와 장착 난이도를 낮추며, 성능의 향상과 크스트의 절감을 동시에 실현할 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 분광장치(120)는 광축(121)을 구비하고, 상기 광축(121)의 연장방향은 형성된 제2 레이저 빔(120b)의 전파방향과 동일한다. 상기 발사장치(110)는 스캔 회전축(111)을 구비하며, 상기 분광장치(120)의 광축(121)과 상기 스캔 회전축(111)의 협각은 0°보다 크고 90°보다 작거나 같다. 즉 상기 광축(121)과 상기 스캔 회전축(111)이 상호 교차된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 분광장치(120)의 광축(121)과 상기 스캔 회전축(111)이 상호 교차되고, 상기 스캔 회전축(111)과 상기 제1 레이저 빔(110a)의 전파방향이 상호 교차되므로, 상기 발사장치(110)가 회전함에 따라 상기 제1 레이저 빔(110a)의 전파방향이 변화되고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120a)의 전파방향도 변화되고 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120a)이 일정한 공간을 스캔하도록 할 수 있다. 따라서 상기 레이저 레이더의 공간 해상도를 효과적으로 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 검지성능을 개선할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 광축(121)은 상기 스캔 회전축(111)에 수직되므로, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120a)이 상기 스캔 회전축(111)에 수직되는 평면 내의 360° 범위를 스캔하는 것을 잘 확보할 수 있다. 따라서 상기 레이저 레이더의 상기 스캔 회전축(111)에 수직되는 평면의 필드 각도를 효과적으로 확대시키고, 상기 레이저 레이더의 검지 범위를 확대시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 상기 분광장치(120)는 광축(121)과 수직되는 분광방향(124)을 가지고 있고, 상기 분광방향(124)과 상기 광축(121)이 위치하는 평면은 분광 평면(미도시)이며, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)의 상기 분광 평면에 비추어진 투영은 상호 어긋나고, 상기 분광방향(124)과 상기 스캔 회전축(111)의 협각은 0°보다 크거나 같고 90°보다 작다. 즉 상기 분광방향(124)이 상기 스캔 회전축(111)에 수직되는 것을 방지한다.
상기 분광방향(124)이 상기 스캔 회전축(111)에 수직되게 설치되는 것을 피함으로써, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)이 일정한 발산각도를 형성하도록 할 수 있으며 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 효과적으로 향상시키고, 나아가 상기 레이저 레이더의 검지성능을 개선할 수 있다. 따라서, 형성된 복수개의 제2 레이저 빔(120b)에는 전파방향과 상기 스캔 회전축(111)의 협각이 상이한 다수의 제2 레이저 빔(120b)이 포함되어 있으므로 상기 레이저 레이더의 상기 스캔 회전축(111)에 평행되는 각도 해상도와 필드 각도를 증가시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 복수개의 제2 레이저 빔에는 전파방향과 회전축의 협각이 동일한 다수의 제2 레이저 빔이 포함될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 분광방향(124)과 상기 스캔 회전축(111)이 상호 평행되므로, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)의 발산각도를 효과적으로 증가시킬 수 있다. 이것에 의하여 상기 레이저 레이더의 수직 필드 각도를 증가시키고, 상기 레이저 레이더의 검지 범위를 확대시킬 수 있다.구체적으로, 상기 레이저 레이더는 지면에 장착되고 상기 스캔 회전축(111)은 수평면에 수직되므로, 상기 분광장치(120)의 광축(121)이 수평면에 평행되고, 상기 발사장치(110)는 수평면에 수직되는 상기 스캔 회전축(111)을 맴돌면서 회전할 수 있다. 이것에 의하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 수평면 내의 각 방향으로 전파되도록 하며, 상기 레이저 레이더의 수평방향에서의 필드 각도 및 수평 각도 해상도를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
특히, 상기 레이저 레이더를 자동차 등의 교통수단에 적용하는 경우, 큰 수평방향 필드 각도 및 큰 수평 각도 해상도로 인해 상기 레이저 레이더의 검지 범위를 효과적으로 확대시킬 수 있고, 교통수단의 주위의 장애물을 검출하는 상기 레이저 레이더의 검지 성공율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 분광방향(124)과 상기 스캔 회전축(111)이 평행되므로 상기 분광방향은 수평면에 수직되고, 상기 분광장치(120)는 하나의 제1 레이저 빔(110a)이 수평면에 수직되는 방향으로 어긋나는 복수개의 제2 레이저 빔(120b)을 형성하도록 할 수 있다. 하기에 레이저 장치의 수량을 증가시키지 않고, 레이저 레이더의 수직 필드 각도를 감소시키지 않은 전제 하에서 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 향상시킬 수 있고, 나아가 교통수단의 주위의 장애물을 검출하는 상기 레이저 레이더의 검지 성공율을 효과적으로 향상시키고, 큰 필드 각도, 높은 각도 해상도와 낮은 제조 크스트를 동시에 구현하고, 상기 레이저 레이더를 교통 분야에 더욱 잘 적용시킬 수 있다.
도 3을 함께 참고하면, 상기 광축(121)에 수직되는 평면은 목표 평면(123)이고, 상기 분광장치(120)는 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)이 상기 목표 평면(123) 내에서 형성한 광점이 소밀하게 분포되도록 한다. 즉 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)을 상기 목표 평면(123)에 투사하여 형성한 광점은 비균일하게 분포된다.
상기 제2 레이저 빔(120b)을 통하여 상기 분광장치(120)이 상기 목표 평면(123) 내에 형성한 광점이 비균일하게 분포되게 하는 방법을 사용할 경우, 상기 제2 레이저 빔(120b)의 수량을 증가시키지 않은 전제 하에서 더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)을 상기 목표 평면(123)의 일부 면적에 집중시킬 수 있다. 따라서 상기 분광장치(120)와 상기 목표 평면(123) 사이의 일부 공간의 제2 레이저 빔(120b) 밀도를 향상시키고, 일부 공간의 각도 해상도와 제2 레이저 빔(120b)의 이용율을 향상시키는 목적을 달성할 수 있다.
한편, 국부 공간의 각도 해상도와 제2 레이저 빔(120b)의 이용율이 향상됨에 따라 검지기능이 없는 제2 레이저 빔(120b)의 수량을 감소시키고, 일부 각도 해상도를 확보하는 전제 하에서 레이저 장치의 수량을 효과적으로 절감시키고, 제조 크스트와 장착 난이도를 낮추고, 시스템의 부하를 감소시키고, 스캔 주파수를 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 성능을 개선할 수 있다.
본 실시예의 상기 목표 평면(123) 내에 있어서, 상기 분광장치(120)는 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)이 형성한 광점의 분포 밀도가 상기 광축(121)으로부터 이격되는 방향으로 가면서 점점 작아지도록 한다. 즉 상기 분광장치(120)는 더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)이 상기 광축(121) 근처에 집중되고, 상기 광축(121)에 접근하는 위치의 상기 제2 레이저 빔(120b)의 수가 많고 밀도가 크도록 하고, 상기 광축(121)으로부터 이격되는 위치의 상기 제2 레이저 빔(120b)의 수가 적고 밀도가 작아지도록 할 수 있다.
더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)을 상기 광축(121) 근처에 집중시키는 방법을 사용할 경우 기기의 크스트와 장착 난이도를 증가시키지 않은 전제 하에서 상기 레이저 레이더의 상기 광축(121) 근처 공간의 각도 해상도를 효과적으로 향상시키고, 상기 제2 레이저 빔(120b)의 이용율을 향상시키고, 제조 크스트와 검지 성능을 동시에 구현할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 발사장치(110)는 상기 스캔 회전축(111)을 맴돌면서 회전할 수 있고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)의 전파방향과 상기 스캔 회전축(111)이 교차되므로, 상기 스캔 회전축(111)에 수직되는 방향에서 상기 레이저 레이더의 각도 해상도는 상기 제2 레이저 빔(120b)의 전파방향의 변화 속도, 즉 상기 발사장치(110)의 회전 속도와 관련된다.
상기 스캔 회전축(111)에 평행되는 평면 내에서, 상기 레이저 레이더의 필드 각도, 각도 해상도의 크기는 상기 제2 레이저 빔(120b)의 수량 및 인접하는 제2 레이저 빔 사이의 간격과 관련되고, 상기 분광방향 및 상기 스캔 회전축(111) 방향 사이의 협각 크기와 관련된다.
본 실시예에서, 상기 분광방향(124)이 상기 스캔 회전축(111) 방향과 평행됨으로써 제2 레이저 빔(120b)의 수량을 증가시키지 않은 상항에서 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)의 발산각도를 최대한으로 증대시키고 큰 수직 필드 각도를 획득할 수 있다. 더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)을 상기 광축(121) 근처에 집중시킴으로써 큰 수직 필드 각도를 확보하는 전제 하에서 상기 광축(121) 근처의 인접하는 상기 제2 레이저 빔(120b) 사이의 간격을 줄이고 수직 각도 해상도를 향상시키는 목적을 달성할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서 상기 레이저 레이더는 지면에 장착되고, 상기 스캔 회전축(111)은 수평면에 수직되며, 상기 광축(121)은 수평면에 평행되고, 상기 분광방향(124)은 수평면에 수직된다. 더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)을 상기 광축(121) 근처에 집중시키는 방법을 통하여 상기 레이저 레이더의 수평면 근처 공간에서의 수직 각도 해상도를 효과적으로 향상시키고, 수평면 근처의 장애물을 검출하는 상기 레이저 레이더의 검지 성공율을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 레이저 레이더를 자동차 등의 교통수단에 적용하는 경우, 검지 대기 목표는 일반적으로 행인, 차량 등과 같은 지면에 접근하는 장애물이고, 더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)을 상기 광축(121) 근처에 집중시키는 것은 더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)을 지면 근처에 집중시키는 것과 같으므로 제조 크스트와 장착 난이도를 증가시키지 않고 수직 필드 각도의 감소시키지 않은 전제 하에서 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 향상시킬 수 있다. 따라서 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)의 공간 분포가 실제 교통 환경에 더 적합하게 할 수 있으며, 상기 레이저 레이더가 교통 분야에 더 잘 적용되도록 할 수 있다.
한편, 수평면, 지면 근처의 수직 각도 해상도의 증가에 의하여 수직 각도 해상도를 확보하는 전제 하에서 레이저 장치의 수량을 감소시키고, 제조 크스트와 장착 난이도를 낮출 수 있다. 또한 시스템의 부하를 감소시키고, 스캔 주파수를 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 스캔 정확도를 개선할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(120)는 격자이다.
격자는 광선의 회절 및 간섭 작용을 통해 하나의 상기 제1 레이저 빔(110a)을 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광시킨다. 구체적으로, 상기 분광장치(120)는 격자이고, 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 분광장치(120)의 분광방향(124)은 상기 제1 방향을 포함한다.
구체적으로, 격자의 원리 공식은 다음과 같다.
Figure pct00010
상기 공식에서, d는 격자 주기이고, m는 회절 레벨이며, λ는 제1 레이저 빔(110a)의 파장이고, θ는 상기 제2 레이저 빔(120b)과 격자의 평면 법선 사이의 협각이다. 상기 격자의 원리 공식에 의하여 sin(θ)=mλ/d인 것을 알 수 있다.
각도가 작은 경우 각도의 사인 함수값은 대응하는 각도값과 비슷하고, 각도가 클 경우 각도의 사인 함수값은 대응하는 각도값보다 작으며, 각도가 클수록 각도의 사인 함수값과 대응하는 각도값 사이의 차이가 더 커진다.
하기에 상기 제2 레이저 빔(120b)의 회절 레벨(m)이 작은 경우, 상기 제2 레이저 빔(120b)과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)이 작고, 상기 협각(θ)과 상기 제2 레이저 빔(120b)의 회절 레벨(m)은 선형 관계를 나타내며, 상기 제2 레이저 빔(120b)의 회절 레벨(m)이 큰 경우 상기 제2 레이저 빔(120b)과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)이 크고, 상기 협각(θ)은 상기 협각(θ)의 사인 함수값보다 크며, 상기 제2 레이저 빔(120b)의 회절 레벨(m)의 선형 관계보다 더 크다.
따라서, 회절 레벨(m)이 증가됨에 따라 상기 제2 레이저 빔(120b)과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)과 상이한 레벨의 제2 레이저 빔(120b)과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)의 차이가 점점 커진다. 즉 인접하는 제2 레이저 빔(120b) 사이의 협각이 점점 커지고, 상기 제2 레이저 빔(120b)이 상기 격자의 평면 법선 방향에 더 집중된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 분광장치(120)를 격자로 설계하는 경우 상기 격자의 평면 법선 방향이 상기 광축(121)과 상호 평행되므로, 상기 분광장치(120)를 격자로 설치함으로써 더욱 많은 제2 레이저 빔(120b)을 상기 광축(121)에 집중시킬 수 있다.
상기 분광장치(120)를 격자로 설계하는 경우, 상기 분광장치(120)의 분광 작용을 발휘하는 것에 의하여 레이저 장치의 수량을 절감할 수 있고, 또한 상기 제2 레이저 빔(120b)의 소밀을 비균일하게 분포시키는 것에 의하여 상기 제2 레이저 빔(120b)을 상기 광축(121) 방향으로 더 집중시킬 수 있다. 이것에 의하여 낮은 크스트, 높은 각도 해상도 및 큰 필드 각도를 동시에 구현할 수 있고, 크스트 제어와 성능 개선을 동시에 실현할 수 있다.
또한, 격자에 의해 분광함으로써 광학 소자의 수량을 줄이고, 광경로 구조를 간단하게 하며, 상기 레이저 레이더의 광경로 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 격자의 제작 공정이 성숙되고, 제작 크스트가 낮으므로, 상기 분광장치(120)를 격자로 설계하는 것에 의하여 상기 분광장치(120)의 제작 크스트를 효과적으로 절감시킬 수도 있다.
구체적으로, 상기 분광장치(120)는 담만 격자이다.
담만 격자는 부동한 간격을 가지고 주기적으로 반복되는 위상 격자이다. 담만 격자는 하나의 빔을 강도가 균일한 다수의 빔으로 분광시키는 회절 광학 소자이다. 따라서, 상기 분광장치(120)를 담만 격자로 설계함으로써 하나의 상기 제1 레이저 빔(110a)을 서로 다른 방향으로 향하고 광강도가 동일한 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광시킬 수 있고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)의 광강도 균일도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b) 중 어느 하나의 광강도가 지나치게 작아 검지되기 어려운 것을 방지할 수 있고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔(120b)의 검지 거리를 효과적으로 확보할 수 있으며, 상기 에코 빔을 검지하는 상기 수신장치(130)의 성공률을 확보할 수 있다. 따라서 상기 레이저 레이더의 검지 거리를 향상시키고, 높은 수직 각도 해상도와 먼 검지 거리를 동시에 구현하고, 검지 대기 목표를 검출하는 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 담만 격자는 교차로 배열되는 복수개의 제1 구역 및 제2 구역을 포함한다. 빔이 담만 격자를 투과하는 과정에서, 상기 제1 구역을 투과한 빔의 지연 위상과 상기 제2 구역을 투과한 빔의 지연 위상 사이에는 π 라디안의 차이값이 있다. 인접하는 제1 구역 사이의 거리 또는 인접하는 제2 구역 사이의 거리는 격자의 주기이다. 담만 격자의 복수개의 제1 구역의 폭은 서로 다르고, 복수개의 제2 구역의 폭도 서로 다르다. 담만 격자는 상기 격자 주기, 제1 구역의 폭 및 제2 구역의 폭을 적절하게 설계함으로써 생성한 복수개의 제2 레이저 빔의 광강도를 동일하게 할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(120)는 1차원 담만 격자이므로, 상기 분광장치(120) 중의 제1 구역과 제2 구역은 연장방향이 평행되는 선형이며, 상기 제1 구역과 상기 제2 구역의 연장방향은 상기 분광방향에 수직된다. 상기 분광방향(124)이 수평면에 수직되기 때문에 상기 제1 구역과 상기 제2 구역의 연장방향은 수평면에 평행된다.
또한, 담만 격자의 분광 작용에 의해 형성된 강도가 균일한 빔의 수량, 즉 하나의 상기 제1 레이저 빔(110a)이 상기 분광장치(120)에 의해 분광되어 형성된 제2 레이저 빔(120b)의 수량이 많을 수록 상기 레이저 레이더의 필드 각도가 더 커지고, 각도 해상도가 더 높아진다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(120)는 1차원 담만 격자이고, 1차원 담만 격자의 설계와 제조 크스트로 낮으므로 상기 레이저 레이더의 제조 크스트를 효과적으로 저감할 수 있다. 구체적으로, 상기 분광장치(120)는 1×9 분광의 1차원 담만 격자이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 분광장치(120)는 1×5 분광, 1×15 분광, 1×32 분광 또는 1×64 분광의 담만 격자로 설계할 수도 있다.
또한, 격자의 원리 방정식에 따르면, 상기 제2 레이저 빔(120b)과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)의 크기는 회절 레벨(m), 제1 레이저 빔(110a)의 파장(λ) 및 격자 주기(d)와 관련된다. 따라서, 제1 레이저 빔(110a)의 파장(λ)이 일정하고 상기 분광장치(120)의 파라미터이 확정된 경우, 상이한 레벨의 제2 레이저 빔(120b)과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)이 서로 다르게 된다. 즉 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔(120b)을 획득할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 1차원 담만 격자의 주기는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있다. 예를 들면 52μm일 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서 상기 분광장치(120)의 위상 전환점은 0.06668, 0.12871, 0.28589, 0.45666, 0.59090이다.
설명해야 할 것은, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 분광장치는 2차원 담만 격자로 설치될 수도 있다. 2차원 담만 격자는 상기 제2 레이저 빔의 수평 발사각도와 수직 발사각도를 다르게 하는 것에 의하여 레이저 레이더의 수직 각도 해상도 및 수평 각도 해상도를 증가시킬 수 있다. 수평방향은 수평면에 평행되는 방향이고, 상기 수직방향은 수평면에 수직되는 방향이다.
도 2, 도 3 및 도 4를 함께 참고하면, 도 4는 도 2에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더의 수신부의 분광 경로의 모식도이다.
형성된 복수개의 제2 레이저 빔(120b)은 상기 발사구조(101)로부터 출사되며, 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔(120b)은 검지 대기 목표에 투사되고, 검지 대기 목표에 반사되는 것에 의해 에코 빔(130c)이 형성된다. 상기 수신장치(130)는 상기 에코 빔(130c)을 수신하고, 수신한 에코 빔(130c)에 의하여 획득한 상기 검지 대기 목표의 정보를 분석한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 상기 수신장치(130)는 복수개의 검지기(131)를 포함하며, 각 검지기(131)는 소정된 제2 레이저 빔이 검지 대기 목표에 의해 반사된 에코 빔(130c)을 각각 수신한다. 구체적으로, 상기 검지기(131)는 포토다이오드 또는 포토멀티플라이어관, 애벌란치 포토다이오드 또는 적외선 및 가시광 검지 디바이스 등일 수 있다.
또한, 상기 수신장치(130)는 상기 에코 빔(130c)을 상기 검지기(131)로 회집시키는 수신 및 회집 렌즈(132)를 더 포함하며, 상기 분광장치(120)로부터 상기 수신 및 회집 렌즈(132)의 초점평면까지의 거리는 상기 수신 및 회집 렌즈(132)의 초점 심도의 절반보다 작다. 구체적으로, 본 실시예에서 상기 분광장치(120)는 상기 수신 및 회집 렌즈(132)의 초점평면에 위치한다.
전파방향이 동일한 제2 레이저 빔(120b)에 의해 형성된 에코 빔(130c)은 상기 수신 및 회집 렌즈(132)를 투과하고 동일한 검지기(131) 표면에 회집되며, 전파방향이 서로 다른 제2 레이저 빔(120b)에 의해 형성된 에코 빔(130c)은 상기 수신 및 회집 렌즈(132)를 투과하고 서로 다른 검지기(131)에 회집되므로, 상기 에코 빔(130c)의 전파방향에 따라 상기 검지 대기 목표의 방위를 획득할 수 있다.
상기 수신장치(130)는 상기 발사구조(101)와 별도로 설치된다. 상기 수신장치(130)를 상기 발사구조(101)와 별도로 설치함으로써 상기 에코 빔(130c)이 상기 분광장치(120)를 거치는 것을 방지할 수 있어, 분광장치(120)가 상기 에코 빔(130c)의 전파방향에 영향을 주는 것을 방지하고, 검지 대기 목표의 위치를 결정하는 데 유리하다.
본 실시예에서 상기 수신장치(130)는 분석장치(미도시)를 더 포함한다. 상기 검지기(131)는 상기 에코 빔(130c)을 수신한 후, 상기 에코 빔(130c)의 광신호를 전기신호로 변환시키고, 상기 분석장치는 상기 전기신호를 분석하여 상기 검지 대기 목표의 위치를 획득한다.
도 5를 참고하면, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 레이더의 부분 구조 모식도이다.
본 실시예에 있어서, 제1 실시예와 동일한 점에 관하여 다시 설명하지 않는다. 본 실시예와 상기 실시예의 차이점은 다음과 같다. 본 실시예의 상기 분광장치(220)는 광축(미도시)과 평행되는 조절축(225)을 구비하고, 상기 조절축(225)을 맴돌면서 회전하는 것에 의하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시킨다.
상기 분광장치(220)가 회전함에 따라 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향이 변하는 것에 의하여 상기 레이저 레이더의 각도 해상도를 조절하는 목적을 달성할 수 있다. 분광장치(220)가 회전함에 따라 일부 중첩되는 제2 레이저 빔의 위치가 어긋나도록 할 수 있으므로 각도 해상도를 증대시키는 목적을 달성할 수도 있다. 상기 분광장치(220)를 회전 가능하게 설치하는 방법을 통하여, 상기 레이저 레이더는 상이한 환경 요구 하에서 높은 각도 해상도와 큰 필드 각도의 균형을 구현할 수 있고, 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 향상시킬 수 있다.본 실시예에서 상기 분광장치(220)는 2차원 격자이다. 따라서, 상기 분광장치(220)는 제1 방향의 제1 격자 주기(d1)와 제2 방향의 제2 격자 주기(d2)를 구비하며, 상기 제2 방향과 상기 제1 방향은 상호 수직된다. 구체적으로, 상기 분광장치(220)는 2차원 담만 격자이다.
2차원 담만 격자의 제1 구역과 제2 구역은 제1 방향 및 제2 방향을 따라 매트릭스형으로 배열된다. 상기 제1 격자 주기(d1)는 제1 방향에서 인접하는 제1 구역 사이의 거리 또는 제1 방향에서 인접하는 제2 구역 사이의 거리이고, 상기 제2 격자 주기(d2)는 제2 방향에서 인접하는 제1 구역 사이의 거리 또는 제2 방향에서 인접하는 제2 구역 사이의 거리이다. 담만 격자의 복수개의 제1 구역의 폭이 서로 다르고, 복수개의 제2 구역의 폭도 서로 다르다. 담만 격자는 상기 제1 격자 주기(d1), 제2 격자 주기(d2), 제1 구역의 폭 및 제2 구역의 폭을 적절하게 설계함으로써 생성된 복수개의 제2 레이저 빔의 광강도를 동일하게 할 수 있다.
설명해야 할 것은, 격자의 원리 방정식에 따라 상기 분광장치(220)를 격자로 설계할 경우, 상기 분광장치(220)에 의해 분광되어 형성된 복수개의 제2 레이저 빔의 출사 각도는 상기 제1 레이저 빔의 파장(λ) 및 상기 분광장치(220)의 파라미터와 관련된다. 구체적으로, 본 실시예에서 상기 제1 레이저 빔의 파장(λ)은 895nm 내지 915nm 범위 내에 있다. 예를 들면 905nm일 수 있다. 상기 분광장치(220)의 제1 격자 주기(d1)는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있다. 예를 들면 52μm일 수 있다. 제2 격자 주기(d2)는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있다. 예를 들면 52μm일 수 있다.구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분석을 잘 하기 위해 상기 분광장치(220)에 직각 좌표계를 구축한다. 이럴 경우 상호 수직되는 x방향과 y방향은 상기 분광장치(220)의 격자 평면 내에 위치하고, 상기 분광장치(220)의 격자 평면의 법선방향을 z방향으로 한다. 따라서, z방향은 광축방향에 평행된다.
본 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 지면에 장착되고 상기 광축은 수평면에 평행되므로, y방향은 수평면에 수직되고 x방향은 수평면에 수직된다. 즉 x방향과 z방향이 결정한 평면은 수평면에 평행된다.
본 실시예에서 상기 분광장치(220)의 조절축(225)은 상기 광축에 평행되므로, 상기 z축은 상기 조절축(225)과 평행된다. 상기 분광장치(220)가 상기 조절축(225)을 맴돌면서 회전하는 것은 x-y 평면 내에서 z방향을 회전축으로 하여 회전하는 것이다. 상기 분광장치(220)의 제1 방향과 y방향 사이의 협각의 변화는 바로 상기 분광장치(220)가 상기 조절축(225)을 맴돌면서 회전한 각도이다.
제1 레이저 빔을 평면파로 간소화시킬 경우, 출사된 제2 레이저 빔(전파방향과 관련된 위상만 고려)을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00011
상기 제1 방향과 y방향이 평행되는 경우, 즉 상기 제1 방향과 y방향의 협각이 0일 경우,
Figure pct00012
이다.
상기 식에서, d1은 상기 제1 격자 주기이고, d2는 제2 격자 주기이며, nx와 ny는 각각 x방향 및 y방향에서의 회절 레벨을 나타낸다.
격자의 원리 공식에 따르면, 제2 레이저 빔의 전파방향과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)은 다음과 같다.
Figure pct00013
상기 식으로부터 알 수 있듯이, y방향에서의 회절 레벨(ny)이 상이하는 경우 인접하는 제2 레이저 빔 사이의 협각이 다르나, 제1 격자 주기(d1)가 제1 레이저 빔의 파장보다 훨씬 크므로 y방향에서의 회절 레벨(ny)이 다른 인접하는 제2 레이저 빔 사이의 협각은 거의 동일하다. 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 목표 평면에서 형성한 광점은 매트릭스형으로 배열되고, 도 6은 상기 제1 방향과 +y방향의 협각이 0일 경우 도 5의 실시예에 따른 레이저 레이더가 목표 평면 위에 형성한 광점을 나타낸 모식도이다.
상기 제1 방향과 y방향이 평행되지 않고 상기 제1 방향과 y방향의 예각 협각이 φ일 경우, 형성된 제2 레이저 빔(전파방향과 관련된 위상만 고려)을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00014
그중,
Figure pct00015
Figure pct00016
인 경우,
격자의 원리 공식에 따르면 제2 레이저 빔의 전파방향과 격자의 평면 법선 사이의 협각(θ)은 다음과 같다.
Figure pct00017
복수개의 제2 레이저 빔이 목표 평면에서 형성한 광점은 여전히 매트릭스형으로 배열되어 있지만, 상기 분광장치(220)가 회전됨에 따라 광점이 형성한 매트릭스도 함께 회전한다. 도 7은 상기 제1 방향과 y방향의 예각 협각이 φ인 경우 도 5의 실시예에 따른 레이저 레이더가 목표 평면 위에 형성한 광점을 나타낸 모식도이다.도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, x방향을 따라 배열된 광점은 상기 분광장치(220)가 회전됨에 따라 어긋나게 되고, 목표 평면 내의 각 광점은 하나의 상기 제2 레이저 빔과 대응되며, y방향에서 인접하는 광점 사이의 거리가 클 수록 대응하는 제2 레이저 빔과 수평면 사이의 협각이 더 커지고, 제2 레이저 빔과 수평면 사이의 협각이 상이한 제2 레이저 빔의 수가 많을 수록 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도가 더 높아진다.
따라서, 상기 분광장치(220)가 회전함에 따라 더욱 많은 제2 레이저 빔과 수평면 사이의 협각이 다르게 된다. 즉 상기 분광장치(220)의 회전은 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 분광장치(220)를 회전 가능하게 설치하는 방법을 통하여 상기 레이저 레이더는 상이한 환경 요구 하에서 소정된 각도 해상도를 구현하고, 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(220)는 m×n 분광의 2차원 담만 격자이며, m는 상기 제1 방향을 따라 형성한 제2 레이저 빔의 개수이고, n은 상기 제2 방향을 따라 형성한 제2 레이저 빔의 개수이다.
격자의 원리 방정식에 따르면, 상기 제1 방향과 y방향 사이의 예각 협각(φ)이
Figure pct00018
인 것을 근사하게 획득할 수 있다.
또 설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 제1 방향과 y방향이 평행될 때 즉 상기 제1 방향과 y방향의 협각(φ)이 0일 때 상기 분광장치(220)의 위치를 초기 위치로 한다. 상기 분광장치(220)의 제1 방향과 y방향 사이의 협각의 변화는 바로 상기 분광장치(220)가 상기 조절축(225)을 맴돌면서 회전한 각도이다. 따라서, 상기 제1 방향과 y방향의 예각 협각(φ)의 각도는 바로 상기 분광장치(220)가 상기 조절축(225)을 맴돌면서 회전한 각도이다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(220)가 상기 조절축(225)을 맴돌면서 회전하는 각도는
Figure pct00019
내지
Figure pct00020
범위 내에 있다. 즉 상기 제1 방향과 y방향의 예각 협각(φ)은
Figure pct00021
내지
Figure pct00022
범위 내에 있다. 상기 분광장치(220)의 회전 각도의 범위를 적절하게 설치함으로써, 레이저 레이더의 각도 해상도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 y방향에서 인접하는 광점 사이의 거리를 단축시킬 수도 있다. 이것에 의하여 인접하는 제2 레이저 빔 사이의 협각을 동일하게 하고, 제2 레이저 빔의 수직방향에서의 분포 균일도를 향상시키고, 레이저 레이더의 성능을 개선할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서 상기 분광장치(220)는 32×32 분광이고, 상기 제1 격자 주기(d1)와 제2 격자 주기(d2)는 52μm이며, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 905nm이다. y방향에서 상기 레이저 레이더의 필드 각도는 약 30°이고, 상기 제2 레이저 빔과 수평면 사이의 협각은 -20° 내지 +10° 범위 내에 있고, 인접하는 상기 제2 레이저 빔 사이의 협각이 거의 동일하므로, 회전하기 전 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도는 약 0.9375°(30°/32)이고, 회전한 후 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도는 약 0.0293°(30°/(32×32))이다. 이로부터, 상기 레이저 레이더는 상기 회전축에 평행되는 방향 위에서 매우 높은 각도 해상도를 가지고 있음을 알 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 분광장치는 5×5 분광, 8×8 분광, 16×16 분광 또는 5×8 분광의 담만 격자일 수도 있다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 분광장치는 2차원 담만 격자로 설계된다. 하지만 이것은 본 발명의 예시에밖에 지나지 않는 것이고 본 발명은 2차원 담만 격자에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 분광장치를 1차원 담만 격자로 설계하는 것에 의하여 격자의 제조 크스트와 제작 공정 난이도를 낮추고 크스트를 제어하는 목적을 달성할 수 있다. 즉 상기 분광장치는 1차원 담만 격자로 설계될 수도 있다.
상기 분광장치가 1차원 격자로 설계되는 경우, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기(d1)를 가지고 있고, 형성된 제2 레이저 빔의 전파방향과 y방향 사이의 협각은 다음과 같다.
Figure pct00023
상기 식에서, λ는 제1 레이저 빔의 파장이고, φ는 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향의 예각 협각이다. ny는 y방향에서의 회절 레벨이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 레이더가 목표 평면에서 형성한 광점을 나타낸 모식도이다. 도 8 중의 광점(341)은 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향의 예각 협각이 0일 때 형성된 광점이고, 광점(342)은 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향 예각 협각이 φ일 때 형성된 광점이다.
상기 분광장치가 회전됨에 따라, y방향 위에서 인접하는 광점 사이의 거리가 단축되고, 인접하는 제2 레이저 빔 사이의 협각이 감소되며, 상기 레이저 레이더의 수직 해상도가 따라서 증가된다.
도 8에 나타낸 바와 같이 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향의 예각 협각이 0일 경우, y방향 위에서 복수개의 광점(341) 사이의 최대 거리는 r1이고, 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향의 예각 협각이 φ일 경우, y방향 위에서 복수개의 광점(342) 사이의 최대 거리는 r2이고, r1은 r2보다 크다. y방향에서 상기 광점 사이의 최대 거리는 상기 레이저 레이더의 수직 필드 각도와 관련되고, y방향에서 광점 사이의 최대 거리가 클 수록 수직 필드 각도가 더 커진다. 따라서, 본 실시예에서 상기 분광장치가 회전됨에 따라 상기 레이저 레이더의 수직 필드 각도가 작아질 수 있다.본 실시예에서, 상기 분광장치는 1차원 격자이고 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있다. 상기 제1 격자 주기는 d이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×1 분광의 격자이고 m는 상기 제1 방향의 레이저 빔의 분광 개수이다. 상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 각도는
Figure pct00024
보다 작고, 이 식에서 α는 기정 필드 각도이다. 상기 분광장치의 회전 각도를 적절하게 설치함으로써 필드 각도를 기정 필드 각도(α)보다 크게 할 수 있다. 하기에 레이저 레이더가 높은 각도 해상도를 가지면서도 큰 필드 각도를 가지는 것을 확보할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서 상기 기정 필드 각도(α)는 5°보다 크거나 같다.
또 설명해야 할 것은, 상기 제2 실시예 및 상기 제3 실시예에서 상기 분광장치는 상기 조절축을 맴돌면서 회전할 수 있다. 즉 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향의 각도를 조절하는 것에 의하여 여러 사용 환경에 적응시킬 수 있다. 하지만 본 발명의 다른 실시예에서 상기 분광장치의 위치를 고정시킬 수도 있다. 즉 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향의 각도를 고정치로 하는 것에 의하여 상기 레이저 레이더의 광경로 시스템의 안정성과 정밀도가 향상시키고, 레이저 레이더의 성능을 개선하는 목적을 달성할 수 있다.
상기 분광장치의 위치가 고정되는 경우, 상기 분광장치의 제1 방향과 y방향이 일정한 각도를 이루도록 함으로써 인접하는 제2 레이저 빔의 y방향의 협각을 축소시키고, 제한된 제2 레이저 빔의 수량에 의해 y방향에서의 각도 해상도를 향상시키는 목적을 달성할 수 있다.구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 발사장치는 상기 제1 레이저 빔의 전파방향과 교차되는 스캔 회전축을 구비하고, 이 발사장치는 상기 스캔 회전축을 맴돌면서 회전한다. 상기 분광장치는 광축과 수직되는 적어도 하나의 분광방향을 구비하고, 상기 분광방향과 상기 광축이 위치하는 평면은 분광 평면이다. 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 적어도 하나의 상기 분광 평면 위의 투영은 상호 어긋나고, 상기 분광방향과 상기 스캔 회전축의 협각은 0°보다 크거나 같고 90°보다 작다. 상기 분광장치는 격자이고 이 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기를 구비하고, 상기 분광방향은 상기 제1 방향이다. 따라서, 상기 분광장치가 격자로 설계하는 경우, 상기 분광장치는 제1 방향과 상기 스캔 회전축 사이의 협각을 0°보다 크거나 같고 90°보다 작은 것으로 설치함으로써 상기 제2 레이저 빔이 될수록 스캔 회전축의 방향을 따라 어긋나도록 하고, 제한된 제2 레이저 빔의 수량에 의해 스캔 회전축 방향의 각도 해상도를 향상시키는 목적을 달성할 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참고하면, 이 도면 들은 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 레이더의 광경로의 모식도이다. 그중, 도 10은 도 9에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 구역(41)에서의 확장 광경로의 모식도이고, 도 11은 도 9에 나타낸 실시예에 따른 레이저 레이더에서 에코 빔의 확장 광경로의 모식도이다.
도 9 내지 도 11에 나타낸 바와 같이 본 실시예에서 상기 실시예와 동일한 점에 관하여 다시 설명하지 않는다. 본 실시예와 상기 실시예의 차이점은 다음과 같다. 본 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 상기 제1 반사면(450a)을 구비하는 진동 미러(450)를 더 포함하며, 상기 진동 미러(450)는 진동 회전축(미도시)을 구비하고, 이 진동 미러(450)는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 제1 반사면(450a)의 법선 사이의 협각은 0보다 크다.
상기 진동 미러(450)가 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전함으로써, 상기 제1 반사면(450a)에 의해 반사된 제2 레이저 빔의 전파방향이 변화하므로 상기 제2 레이저 빔의 스캔 범위, 상기 레이저 레이더의 필드 각도를 증가시킬 수 있다. 또한 상기 진동 미러(450)의 회전은 회전하기 전 제2 레이저 빔 사이의 최소 협각 범위가 모두 스캔되도록 하기만 하면 획득한 필드 각도가 제2 레이저 빔 사이의 최대 협각 범위에 도달할 수 있게 되고, 따라서 상기 진동 미러(450)와 분광장치(420)의 조합은 진동 미러(450)의 작은 회전각도를 통해 큰 필드 각도를 획득할 수 있으므로, 동일한 필드 각도 요구 하에서 진동 미러(450)의 회전 각도를 효과적으로 감소시키고, 진동 미러(450)의 회전 주기를 감소시키고 레이저 레이더의 스캔 프레임 주파수를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(420)는 1차원 격자이다. 구체적으로, 상기 분광장치(420)는 1차원 담만 격자이다. 상기 분광장치(420)에 의해 분광되어 형성된 복수개의 제2 레이저 빔은 동일한 평면 내에 위치한다.
상기 제1 반사면(450a)에 투사된 복수개의 제2 레이저 빔이 위치하는 평면은 전파 평면(미도시)이고, 상기 제1 반사면(450a)은 전파 평면과 교선을 가지고 있으며, 상기 진동 회전축과 상기 교선 사이의 협각은 0°보다 크다. 본 실시예에서, 상기 진동 회전축과 상기 교선 사이의 협각은 90°이다.
또한, 상기 발사장치(410)는 상기 제1 레이저 빔의 전파방향과 교차되는 스캔 회전축(미도시)을 구비하고, 이 발사장치(410)는 상기 스캔 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 스캔 회전축 사이의 협각은 0°보다 크다. 본 실시예에서, 상기 진동 회전축과 상기 스캔 회전축 사이의 협각은 90°이다.
본 실시예에서, 상기 진동 회전축은 상기 제1 반사면(450a)에 평행된다. 상기 진동 회전축은 상기 제1 반사면(450a)에 평행되므로 상기 진동 미러(450)의 장착을 쉽게 진행할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 진동 회전축과 상기 제1 반사면 사이에는 예각 협각이 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서 상기 진동 미러(260)는 레이저 스캔형 진동 미러 또는 마이크로머신 스캔형 진동 미러이다.
설명해야 할 것은, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이 본 실시예에서 상기 레이저 레이더는 시준렌즈(451)와 집속렌즈(452)를 더 포함한다. 상기 시준렌즈(451)는 복수개의 제2 레이저 빔을 시준 처리하는 것에 의하여 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향이 평행되도록 하고; 및 상기 집속렌즈(452)는 시준 처리를 거친 제2 레이저 빔을 상기 진동 미러(450)의 제1 반사면(450a)으로 회집시킨다.
상기 분광장치(420)와 상기 시준렌즈(451)의 초점 사이의 거리는 상기 시준렌즈(451)의 초점 심도의 절반보다 작으며, 구체적으로 상기 분광장치(420)는 상기 시준렌즈(451)의 초점평평면에 위치한다.
상기 진동 미러(450)와 상기 집속렌즈(452) 사이의 거리는 집속렌즈(452)의 초점 심도의 절반보다 작다. 구체적으로, 본 실시예에서 상기 진동 미러(450)는 상기 집속렌즈(452)의 초점평면에 위치한다.
상기 집속렌즈(452)의 초점은 상기 시준렌즈(451)의 초점과 중첩되고, 상기 집속렌즈(452)의 광축은 시준렌즈(451)의 광축과 중첩된다. 상기 시준렌즈(451)와 집속렌즈(452)를 설치함으로써 진동 미러(450)의 제1 반사면으로 회집되는 제2 레이저 빔의 수를 증가시킬 수 있다. 따라서 진동 미러(450)에 반사된 제2 레이저 빔의 수를 증가시키고 레이저 레이더의 필드 각도를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 빔은 선형 편광이다. 직선 편광이 방향성을 가지고 있기 때문에, 레이저 레이더의 편광 해소비가 매우 적다. 따라서 제1 빔의 편광방향에 따라 편광방향이 서로 다른 미광을 여과시키고 레이저 레이더의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 9 및 도 11에 나타낸 바와 같이 상기 레이저 레이더는 반투과-반반사 미러(453)를 더 포함하며, 이 반투과-반반사 미러(453)는 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔을 투과시켜 상기 진동 미러(450)의 제1 반사면(450a)에 입사시킨다. 상기 반투과-반반사 미러(453)는 제2 반사면(453a)을 포함하고, 이 제2 반사면(453a)은 진동 미러(450)에 의해 반사되어 되돌아오는 에코 빔을 상기 수신장치(430)로 반사시킨다.
상기 반투과-반반사 미러(453)는 에코 빔과 제2 레이저 빔을 분리시키는 것에 의하여 수신장치(430)에 주는 제2 레이저 빔의 간섭을 감소시키고, 검출 결과에 주는 제2 레이저 빔의 영향을 감소시키며 상기 레이저 레이더의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한 상기 반투과-반반사 미러를 통해 광경로 중첩을 구현는 것에 의하여 상기 레이저 레이더의 광경로를 단축시키고, 광학 시스템의 부피을 효과적으로 감소시킬 수 있으므로, 상기 레이저 레이더의 부피를 감소시킬 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 반투과-반반사 미러(453)의 제2 반사면(453a)은 상기 진동 미러(450)의 제1 반사면(450a)과 마주한다.
본 실시예에서 상기 레이저 레이더는 상기 반투과-반반사 미러(453)를 거쳐 출사한 에코 빔을 상기 수신장치(430)로 회집시키는 수신 및 회집 렌즈(454)를 더 포함하며, 상기 수신장치(430)와 수신 및 회집 렌즈(454)의 초점 사이의 거리는 회집 렌즈(454)의 초점 심도의 절반보다 작다.
상기 수신 및 회집 렌즈(454)와 상기 검지기 사이의 거리는 상기 수신 및 회집 렌즈(454)의 초점 심도의 절반보다 작다. 구체적으로, 본 실시예에서 상기 검지기는 상기 수신 및 회집 렌즈(454)의 초점평면에 위치한다.
상기 레이저 레이더는 진동 미러(260)의 작은 회전각도를 통해 큰 필드 각도를 획득할 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 레이저 레이더의 성능을 분석한다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(420)는 1×9 분광의 1차원 담만 격자로 설계된다. 하지만, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 분광장치를 다른 파라미터, 다른 유형의 광학 소자로 설계할 수도 있으며, 본 발명은 이것을 제한하지 않는다.
본 실시예에서, 상기 복수개의 제2 레이저 빔은 상기 집속렌즈(452)의 회집 작용에 의해 상기 제1 반사면(450a)의 중심 위치에 집속된다. 상기 검지 대기 목표(409) 표면의 임의의 점이 위치하는 평면은 목표 평면이고, 상기 목표 평면과 상기 제1 반사면(450a)의 중심 위치 사이의 거리는 1이다. 설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 목표 평면은 수평면에 수직된다.
도 12 내지 도 14를 함께 참고하면, 이 도면 들은 도 9의 실시예에 따른 레이저 레이더에서 진동 미러가 서로 다른 시간에서 진동할 때 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 목표 평면에서 형성한 광점의 모식도이다.
상기 목표 평면에 직각 좌표계를 구축하고, 구축한 직각 좌표계는 상호 수직되는 x방향, y방향 및 z방향을 포함하며, 그중의 y방향은 상기 분광장치(420)의 격자 주기방향과 평행된다. 즉 y방향은 상기 분광장치(420)의 분광방향에 평행된다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 상기 분광장치(420)에 의해 분광되어 형성된 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 제1 반사면(450a)에 의해 반사된 후 상기 목표 평면에 투사되는 것에 의하여 복수개의 광점(441)이 형성된다. 상기 복수개의 광점(441)은 상기 목표 평면에 1×9의 광점 어레이를 형성하고, 상기 광점 어레이는 y방향의 어레이 주기(dy)를 구비한다. 즉 y방향에서 인접하는 광점(441) 사이의 피치는 dy이다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서 계산을 간소화하기 위해 상기 진동 회전축이 수평면에 평행고, 상기 제1 반사면(450a)이 상기 진동 회전축을 맴돌면서 시계방향으로 회전하는 경우, 상기 진동 미러(450)의 회전 각도는 양수로 되고, 상기 제1 반사면(450a)이 상기 진동 회전축을 맴돌면서 시계반대방향으로 회전하는 경우, 상기 진동 미러(450)의 회전 각도는 음수로 된다고 가정한다.
하나의 제2 레이저 빔에 있어서, 입사 각도가 변하지 않을 경우 상기 진동 미러(450)가 θ 라디안 회전하면 상기 제1 반사면(450a)의 법선방향의 회전 각도도 +θ 라디안으로 되고, 광학 반사 원리에 따르면 상기 제1 반사면(450a)에 의해 반사된 제2 레이저 빔의 회전 각도는 2θ 라디안이다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 상기 진동 미러(450)가 θ=dy/4l 라디안을 회전하면, 상기 제1 반사면(450a)에 의해 반사된 제2 레이저 빔의 회전 각도는 2θ=dy/2l 라디안이고, 회전 후 제2 레이저 빔은 상기 목표 평면에 광점(442)을 형성한다. 광점(442)은 광점(441)의 +y방향 측에 위치하고, 광점(442)과 광점(441) 사이의 간격은 약 dy/2이다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 진동 미러(450)가 θ=-dy/4l 라디안을 회전하면, 상기 제1 반사면(450a)에 의해 반사된 제2 레이저 빔의 회전 각도는 2θ=-dy/2l 라디안이고, 회전 후 제2 레이저 빔은 상기 목표 평면에 광점(443)을 형성한다. 광점(443)은 광점(441)의 -y방향 측에 위치하고, 광점(443)과 광점(441) 사이의 간격은 약 dy/2이다.
도 13 및 도 14로부터 알 수 있듯이, 상기 진동 미러(450)의 회전 각도가 -dy/4l 라디안 내지 dy/4l 라디안 사이에 있을 경우, 인접하는 제2 레이저 빔 사이의 구역은 모두 상기 제2 레이저 빔에 의해 스캔될 수 있다. 상기 레이저 레이더의 필드 각도는 바로 상기 진동 미러(450)가 회전하는 최대 각도와 상기 진동 미러(450)에 의해 반사된 복수개의 제2 레이저 빔 사이의 최대 협각의 합이다.
본 실시예에서, 상기 분광장치(420)는 1×9 분광의 1차원 담만 격자로 설계되며, y방향에서 상기 레이저 레이더의 필드 각도는 9dy/1 라디안이다. 구체적으로, dy/1=10°일 경우 상기 진동 미러(450)가 회전한 최대 각도는 5°이고, 상기 레이저 레이더의 y방향에서의 필드 각도는 90°이다. 따라서, 상기 진동 미러와 분광장치의 조합을 사용하는 경우, 진동 미러의 작은 회전각도를 통해 큰 필드 각도를 획득할 수 있고, 동일한 필드 각도 요구 하에 진동 미러의 회전 각도를 효과적으로 감소시키고, 진동 미러의 회전 주기를 감소시키고 레이저 레이더의 스캔 프레임 주파수를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 진동 회전축이 상기 전파 평면에 평행되고 상기 제1 반사면(450a)에 평행되는 경우, 상기 진동 미러(450)가 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하는 것에 의하여 레이저 레이더의 스캔 회전축에 수직되는 방향에서의 필드 각도를 증가시킬 수 있다. 상기 진동 회전축과 상기 전파 평면이 예각 협각을 가지고 있는 경우, 상기 진동 미러(450)가 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하는 것에 의하여 레이저 레이더의 스캔 회전축에 수직되는 방향 및 상기 스캔 회전축에 평되는 방향에서의 필드 각도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 분광장치는 2차원 담만 격자일 수도 있다. 상기 진동 회전축이 상기 제1 반사면에 수직되지 않는 경우, 상기 진동 미러는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하고 진동 미러의 작은 회전각도를 통해 레이저 레이더가 스캔 회전축에 수직되는 방향 및 상기 스캔 회전축에 평행되는 방향에서 큰 필드 각도를 가지도록 하고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파 범위를 효과적으로 넓히고, 레이저 레이더의 각 방향에서의 각도 해상도와 필드 각도를 증가시킬 수 있다.
도 15를 참고하면, 도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 레이저 레이더의 구조 모식도이다.
본 실시예에서 상기 실시예와 동일한 점에 관하여 다시 설명하지 않는다. 본 실시예와 상기 실시예의 차이점을 다음과 같다. 본 실시예에서, 상기 발사장치(510)는 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 동시에 생성한다.
상기 분광장치(520)는 각 제1 레이저 빔(510a)을 복수개의 제2 레이저 빔(520b)으로 분광시킬 수 있으므로, 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔(510a)이 생성되는 것에 의해 제2 레이저 빔(520b)의 수량을 증가시킬 수 있고, 전파방향이 서로 다른 제1 레이저 빔(510a)에 의해 생성된 제2 레이저 빔(520b)의 전파방향이 모두 다른 것에 의하여 레이저 레이더의 각도 해상도를 더 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 도 15에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 상기 발사장치(510)는 복수개의 레이저 장치(511)와 회집 렌즈(512)를 포함한다. 상기 복수개의 레이저 장치(511)의 출사방향은 상호 평행되고, 상기 회집 렌즈(512)는 복수개의 레이저 장치(511)가 생성한 제1 레이저 빔을 상기 분광장치(520)로 회집시킨다.
상기 회집 렌즈(512)는 출사방향이 동일한 복수개의 레이저 장치(511)에 의해 상기 분광장치(520)로 회집되는 제1 레이저 빔(510a)을 생성할 수 있고, 상기 복수개의 레이저 장치(511)의 장착 난이도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔(510a)을 생성할 수 있다. 따라서, 상기 복수개의 레이저 장치(511)의 장착 난이도를 효과적으로 낮추고, 장착 크스트를 절감할 수 있다. 또한 상기 제1 레이저 빔(510a)의 광경로의 정확도를 효과적으로 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 검지 정확도와 검지 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 복수개의 빔 확장 및 시준장치(미도시)를 더 구비하고, 상기 복수개의 빔 확장 및 시준장치와 상기 복수개의 레이저 장치(511)는 일일이 대응된다. 상기 빔 확장 및 시준장치는 소정된 레이저 장치가 생성한 제1 레이저 빔을 확산시키고 시준한다.
구체적으로, 본 실시예에서 상기 회집 렌즈(512)의 광축은 상기 분광장치(520)의 광축과 중첩되고, 상기 복수개의 레이저 장치(511)의 출사방향은 상기 회집 렌즈(512)의 광축에 평행된다.
따라서, 상기 복수개의 레이저 장치(511)가 생성한 복수개의 제1 레이저 빔(510a)은 상호 평행되고 상기 회집 렌즈(512)의 광축에 평행된다. 상기 복수개의 제1 레이저 빔(510a)은 상기 회집 렌즈(512)를 투과한 후 상기 분광장치(520)에 회집되고, 서로 다른 제1 레이저 빔(510a)과 상기 분광장치(520)의 광축의 협각이 모두 다르므로 각 제1 레이저 빔(510a)이 생성한 복수개의 제2 레이저 빔(520a)과 상기 분광장치(520)의 광축의 협각도 서로 다르고, 상기 레이저 레이더의 각도 해상도와 필드 각도를 증가시키는 목적을 달성할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서 상기 복수개의 레이저 장치(511)는 수평면에 수직되는 방향으로 배열되고, 상기 분광장치(520)의 분광방향은 수평면에 수직되므로, 상기 복수개의 제1 레이저 빔(510a)이 생성되는 것에 의하여 상기 레이저 레이더의 수직 필드 각도를 효과적으로 증가시키고 상기 레이저 레이더의 수직 각도 해상도를 향상시킬 수 있다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 분광장치(520)로부터 상기 회집 렌즈(512)의 초점평면까지의 거리는 상기 회집 렌즈(512)의 초점 심도의 절반보다 작다. 구체적으로, 상기 분광장치(520)는 상기 회집 렌즈(512)의 초점평면에 위치한다.
또한, 본 실시예에서 상기 분광장치(520)는 2차원 격자이다. 구체적으로, 상기 분광장치(520)는 2차원 담만 격자이다. 상기 분광장치(520)는 광축에 평행되는 조절축을 맴돌면서 회전한다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 도 16은 본 실시예에서 상기 분광장치(520)가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하기 전후 상기 목표 평면에 형성한 광점의 분포 모식도이다. 상기 복수개의 제1 레이저 빔을 형성하는 것과 상기 분광장치(520)를 회전시키는 것에 의하여 상기 레이저 레이더의 각도 해상도를 효과적으로 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 필드 각도를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
또 설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 발사장치는 상기 회집 렌즈(512)를 통하여 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 형성한다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 발사장치는 복수개의 레이저 장치(611)를 포함할 수도 있고, 상기 복수개의 레이저 장치(611)의 출사방향은 적어도 2개씩 교차된다. 즉 상기 복수개의 레이저 장치(611)의 출사방향이 평행되지 않거나 동일하지 않다. 이것에 의하여, 광학 소자의 수를 효과적으로 절감하고 상기 레이저 레이더의 광경로를 간소화시킬 수 있다.
또 설명해야 할 것은, 상기 실시예에서 상기 분광장치를 담만 격자로 설계하는 것은 하나의 예시밖에 지나지 않는 것이고 본 발명은 담만 격자에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 분광장치는 광섬유 분광기, 평면 회절 격자 또는 플래시 격자를 비롯한 다른 광학 소자, 또는 설계를 통해 소정된 기능 요구를 만족시키는 광자결정소자일 수도 있다. 또한, 상기 분광장치는 복수개의 광학 소자 (예컨대 렌즈, 분광 미러 등)로 구성된 광학 시스템일 수도 있다. 상기 분광장치를 광선 굴절, 반사, 회절 또는 간섭 작용에 의해 하나의 제1 레이저 빔을 전파방향이 서로 다른 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킬 수 있는 임의의 광학 시스템 또는 광학 소자로 설계할 수 있다.
평면 회절 격자, 플래시 격자가 일반적으로 1차원 격자이므로, 일부 실시예에서 상기 분광장치를 평면 회절 격자, 플래시 격자로 설계하는 경우 상기 레이저 레이더에 스캔 디바이스를 더 포함시키는 것에 의하여 상기 레이저 레이더의 수평방향과 수직방향의 필드 각도와 각도 해상도를 확보할 수 있다.
본 발명은 상기 레이저 레이더 장치에 대응하는 레이저 레이더의 작업방법을 더 제공한다.
상기 레이저 레이더의 작업방법은 레이저 레이더를 제공하는 단계(S100)를 포함한다. 도 2 내지 도 4를 참고하면 상기 레이저 레이더는 제1 레이저 빔(110a)(도 3을 참고)을 생성하는 발사장치(110)(도 3을 참고); 제1 레이저 빔(110a)을 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔(120b)(도 3을 참고)으로 분광시키고, 상기 제2 레이저 빔(도 3을 참고)이 검지 대기 목표(미도시)에 반사되는 것에 의하여 에코 빔(130c)(도 4을 참고)을 형성하는 분광장치(120)(도 3을 참고); 상기 에코 빔(130c)을 수신하는 수신장치(130)(도 3을 참고)를 포함한다.
상기 레이저 레이더의 구체적인 기술적 사항은 상기 레이저 레이더의 구체적인 실시예를 참고할 수 있으므로, 여기에서 이것을 다시 설명하지 않는다.
구체적으로, 본 실시예에서 상기 분광장치는 담만 격자로서, 상기 복수개의 제2 레이저 빔 중의 어느 하나의 광강도가 지나치게 작아 검출되기 어려운 것을 방지하고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 검지 거리를 효과적으로 확보할 수 있으며, 상기 에코 빔을 검출하는 상기 수신장치의 성공율을 확보하고, 검지 대기 목표를 검출하는 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 발사장치(110)에 의해 제1 레이저 빔(110a)을 생성하는 단계(S200)를 수행한다. 상기 제1 레이저 빔(110a)은 상기 분광장치(120)에 의해 전파방향이 서로 다른 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광되고, 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔(120b)은 상기 검지 대기 목표에 도달한 후 반사되는 것에 의하여 에코 빔(130c)이 형성된다.
본 실시예에서, 상기 발사장치(110)에 의해 제1 레이저 빔(110a)을 생성하는 단계는 상기 발사장치(110)의 레이저 장치를 작동시키고 상기 레이저 장치에 의해 제1 레이저 빔(110a)을 생성하는 것에 대응된다.
그 후, 상기 수신장치(130)에 의해 상기 에코 빔(130c)을 수신하는 단계(S300)를 수행한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 수신장치(130)는 복수개의 검지기(131)를 포함하며, 각 검지기(131)는 소정된 제2 레이저 빔(미도시)이 검지 대기 목표에 의해 반사된 에코 빔(130c)을 각각 수신한다.
본 실시예에서, 상기 수신장치를 통해 상기 에코 빔(130c)을 수신하는 단계(S300)는 상기 복수개의 검지기(131)가 상기 에코 빔(130c)을 동시에 수신하는 과정을 포함한다. 이것에 의하여 손실을 감소시키고 스캔 주파수를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 수신장치를 통해 상기 에코 빔을 수신하는 단계(S300)는 상기 복수개의 검지기가 소정된 에코 빔을 차례로 수신하는 과정을 포함할 수도 있다. 구체적으로, 상기 복수개의 검지기는 일정한 타이밍에 따라 소정된 에코 빔을 수신하는 것에 의하여 상이한 에코 빔 사이의 간섭을 방지하고, 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 확보할 수 있다.
상기 분광장치(120)를 통해 제1 레이저 빔(110a)을 복수개의 제2 레이저 빔(120b)으로 분광시킴으로써 하나의 레이저 장치를 통해 복수개의 제2 레이저 빔(120b)을 획득할 수 있다. 따라서 레이저 장치의 수량를 대폭 절감시키고, 나아가 상기 레이저 레이더의 크스트 및 장착 난이도를 낮출 수 있다. 상기 레이저 레이더는 높은 필드 각도와 각도 해상도를 가지고 있고, 크스트가 많이 들지 않은 우점을 가지고 있다.
도 5를 참고하면, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 레이더의 작업방법에서 제공한 레이저 레이더의 구조 모식도이다.
본 실시예에서 제1 실시예와 동일한 점에 관하여 다시 설명하지 않는다. 본 실시예와 상기 실시예의 차이점은 다음과 같다. 본 실시예에서, 상기 분광장치(220)는 광축과 평행되는 조절축(225)을 구비하고, 상기 조절축(225)을 맴돌면서 회전한다.
상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 분광장치(220)에 의해 상기 제1 레이저 빔을 상기 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키는 단계(S200)를 수행후 기정 수직 해상도에 따라 상기 분광장치(220)를 회전시키는 단계(S210)를 수행한다.
상기 분석에 따르면, 상기 분광장치(220)의 회전을 통하여 상기 레이저 레이더의 각도 해상도와 필드 각도를 효과적으로 조절할 수 있다. 여러 환경 요구에 따라 기정 해상도를 설정하는 것에 의하여 상기 레이저 레이더의 높은 각도 해상도와 큰 필드 각도를 동시에 구현하고, 상기 레이저 레이더의 검지 정밀도와 정확도를 향상시키고, 상기 레이저 레이더를 여러 환경에 적용시키는 것을 개선할 수 있다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 분광장치(220)는 2차원 격자이고, 이 분광장치(220)는 제1 방향의 제1 격자 주기와 제2 방향의 제2 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 제1 방향과 제2 방향은 수직된다. 상기 제1 격자 주기는 d1이며, 상기 제2 격자 주기는 d2이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이다. 상기 분광장치(220)는 m×n 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향을 따라 형성된 제2 레이저 빔의 개수이며, n은 상기 제2 방향을 따라 형성된 제2 레이저 빔의 개수이다. 상기 조절축(225)을 맴돌게 상기 분광장치(220)를 회전시키는 과정에서 상기 분광장치(220)의 회전 각도의 범위는
Figure pct00025
내지
Figure pct00026
이다.
상기 분광장치(220)의 회전 각도 범위를 적절하게 조절함으로써, 레이저 레이더의 각도 해상도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 인접하는 제2 레이저 빔 사이의 협각을 일치하게 할 수 있다. 따라서, 제2 레이저 빔의 수직방향에서의 분포 균일도를 향상시키고, 레이저 레이더의 성능을 개선할 수 있다.
또 설명해야 할 것은, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 분광장치를 1차원 격자로 설계할 수도 있다. 상기 분광장치가 1차원 격자일 경우, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있다. 상기 제1 격자 주기는 d이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×1 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향의 레이저 빔의 분광 개수이다. 상기 조절축을 맴돌게 상기 분광장치를 회전시키는 과정에서 상기 분광장치의 회전 각도는
Figure pct00027
보다 작고, 이 식에서 α는 기정 필드 각도이다. 상기 조절축을 맴돌게 상기 분광장치를 회전시키는 과정에서 상기 분광장치의 회전 각도를 적절하게 제어함으로써 필드 각도를 기정 필드 각도(α)보다 크게 할 수 있고, 레이저 레이더가 높은 각도 해상도를 가지는 전제 하에서 레이저 레이더는 큰 필드 각도를 가질 수 있다. 구체적으로, 일부 실시예에서 상기 기정 필드 각도(α)는 5°보다 크거나 같다.
도 9 내지 도 11을 참고하면, 이 도면 들은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 레이더의 작업방법에서 제공한 레이저 레이더의 구조 모식도이다.
본 실시예에서 상기 실시예와 동일한 점에 관하여 다시 설명하지 않는다. 본 실시예와 상기 실시예의 차이점은 다음과 같다. 본 실시예에서, 상기 레이저 레이더는 진동 미러를 더 포함하고, 상기 진동 미러는 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 제1 반사면을 포함한다. 상기 진동 미러는 진동 회전축을 구비하고, 이 진동 미러는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 제1 반사면의 법선 사이의 협각은 0보다 크다.
본 실시예에서 상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 분광장치에 의해 상기 제1 레이저 빔을 상기 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키는 단계(200)를 수행한 후, 상기 진동 미러를 회전시키는 것에 의하여 진동 미러로부터 출사된 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시키는 단계(S220)를 수행한다.
상기 진동 미러(450)와 분광장치(420)의 조합을 사용할 경우 진동 미러(450)의 작은 회전각도를 통해 큰 필드 각도를 획득할 수 있으므로, 동일한 필드 각도 요구 하에서 진동 미러(450)의 회전 각도를 효과적으로 감소시키고 진동 미러(450)의 회전 주기를 감소시킬 수 있다. 따라서 레이저 레이더의 스캔 프레임 주파수를 향상시킬 수 있다.
설명해야 할 것은, 본 실시예에서 상기 분광장치(420)는 격자이고, 이 분광장치(420)는 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 진동 미러에 의해 반사된 제2 레이저 빔과 제1 방향 사이의 최소 협각은 θ1이고, 상기 스캔 회전축은 상기 제1 방향에 수직된다. 따라서, 상기 진동 미러를 회전시키는 과정에서 진동 미러의 회전 각도를 θ1/2보다 크거나 같게 한다. 상기 진동 미러(450)의 작은 회전 각도에 의하여 상기 진동 미러(450)의 진동 주기를 효과적으로 단축시키고 상기 레이저 레이더의 스캔 프레임 주파수를 향상시킬 수 있다.
도 15를 참고하면, 도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 레이더의 작업방법에서 제공한 레이저 레이더의 구조 모식도이다.
본 실시예에서 상기 실시예와 동일한 점에 관하여 다시 설명하지 않는다. 본 실시예와 상기 실시예의 차이점은 다음과 같다. 본 실시예에서, 상기 발사장치는 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 동시에 생성하고, 상기 발사장치는 복수개의 레이저 장치를 포함한다.
따라서, 상기 발사장치(510)에 의해 제1 레이저 빔(510a)을 생성하는 단계(S200)는 기정 해상도에 따라 적어도 하나의 레이저를 작동시켜 적어도 하나의 제1 레이저 빔을 생성하는 것을 포함한다.
상기 분석에 따르면, 상기 분광장치(520)는 각 제1 레이저 빔(510a)을 복수개의 제2 레이저 빔(520b)으로 분광할 수 있고, 서로 다른 전파방향의 제1 레이저 빔(510a)이 상기 분광장치(520)에 의해 분광되는 것에 의하여 형성된 복수개의 제2 레이저 빔(520b)의 전파방향은 상이하는 것을 알 수 있다.
작동된 레이저 장치의 수량이 많을 수록 상기 레이저 레이더의 에너지 소모가 더 높아지고, 상기 레이저 레이더 광학 시스템의 부하가 더 높아지므로, 기정 해상도에 따라 작동시키는 레이저 장치의 수량을 적절하게 설치하고 작동된 레이저 장치를 적절하게 선택함으로써 해상도 사용 요구를 만족시키는 전제 하에서 상기 제2 레이저 빔의 이용율을 향상시키고, 상기 레이저 레이더의 에너지 소모를 효과적으로 제어하며, 상기 레이저 레이더 광학 시스템의 부하를 효과적으로 저하시킬 수 있고, 능원을 절약하고 사용시간을 연장시키며, 손실을 감소하고 사용 수명을 연장시키고, 각도 해상도와 에너지 소모를 동시에 구현할 수 있다.

Claims (31)

  1. 제1 레이저 빔을 생성하는 발사장치;
    제1 레이저 빔을 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키고, 적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔이 검지 대기 목표에 의해 반사되는 것에 의하여 에코 빔을 형성하는 분광장치;
    상기 에코 빔을 수신하는 수신장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분광장치는 광축을 구비하고, 상기 광축에 수직되는 평면은 목표 평면이며,
    상기 분광장치는 상기 복수개의 제2 레이저 빔이 상기 목표 평면에 형성한 광점이 소밀하게 분포되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 목표 평면 내에서 상기 제2 레이저 빔이 형성한 광점의 분포 밀도는 상기 광축으로부터 이격되는 방향으로 가면서 점점 작아지는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분광장치는 광축과 평행되는 조절축을 구비하고, 상기 분광장치는 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 것에 의하여 상기 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 임의의 한항에 있어서,
    상기 분광장치는 격자 또는 광섬유 분광기인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분광장치는 담만 격자인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 분광장치는 1차원 격자이고, 이 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며,
    상기 제1 격자 주기는 d이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×1 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향에서의 레이저 빔의 분광 개수이며,
    상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 각도는
    Figure pct00028
    보다 작고, 이 식에서 α는 기정 필드 각도인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분광장치의 제1 격자 주기는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 895nm 내지 915nm 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 분광장치는 2차원 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기와 제2 방향의 제2 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 제1 방향과 제2 방향은 수직되고,
    상기 제1 격자 주기는 d1이고 상기 제2 격자 주기는 d2이며, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이고, 상기 분광장치는 m×n 분광의 격자이며, m는 상기 제1 방향을 따라 형성한 제2 레이저 빔의 개수이고, n은 상기 제2 방향을 따라 형성한 제2 레이저 빔의 개수이며,
    상기 분광장치가 상기 조절축을 맴돌면서 회전하는 각도는
    Figure pct00029
    내지
    Figure pct00030
    범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분광장치의 제1 격자 주기는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 895nm 내지 915nm 범위 내에 있으며, 상기 제2 격자 주기는 47μm 내지 57μm 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발사장치는 상기 제1 레이저 빔의 전파방향과 교차되는 스캔 회전축을 구비하고, 상기 발사장치는 상기 스캔 회전축을 맴돌면서 회전하고,
    상기 분광장치의 광축과 상기 스캔 회전축의 협각은 0°보다 크고 90°보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분광장치은 광축과 수직되는 적어도 하나의 분광방향을 가지고 있고, 상기 분광방향과 상기 광축이 위치하는 평면은 분광 평면이며,
    상기 복수개의 제2 레이저 빔의 상기 분광 평면에서의 적어도 하나의 투영은 상호 어긋나고,
    상기 분광방향과 상기 스캔 회전축의 협각은 0°보다 크거나 같고 90°보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분광장치는 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며,
    상기 분광방향은 상기 제1 방향인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 레이더는 진동 미러를 더 포함하며, 상기 진동 미러는 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 제1 반사면을 포함하고,
    상기 진동 미러는 진동 회전축을 구비하고, 상기 진동 미러는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 제1 반사면의 법선 사이의 협각은 0보다 크는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 분광장치는 1차원 격자이고, 상기 복수개의 제2 레이저 빔은 동일한 평면 내에 위치하며,
    상기 제1 반사면에 투사된 복수개의 제2 레이저 빔이 위치하는 평면은 전파 평면이고, 상기 제1 반사면과 전파 평면은 교선을 가지고 있으며, 상기 진동 회전축과 상기 교선 사이의 협각은 0°보다 크는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 발사장치는 상기 제1 레이저 빔의 전파방향과 교차되는 스캔 회전축을 구비하고, 상기 발사장치는 상기 스캔 회전축을 맴돌면서 회전하며,
    상기 진동 회전축과 상기 스캔 회전축 사이의 협각은 0°보다 크는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  17. 제14항에 있어서,
    복수개의 제2 레이저 빔을 시준 처리하는 것에 의하여 복수개의 제2 레이저 빔의 전파방향이 평행되도록 하는 시준렌즈;
    시준 처리를 거친 제2 레이저 빔을 상기 진동 미러의 제1 반사면으로 회집시키는 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  18. 제14항에 있어서,
    적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔을 투과시키고 상기 진동 미러의 제1 반사면에 입사시키는 반투과-반반사 미러를 더 포함하며,
    상기 반투과-반반사 미러는 진동 미러에 의해 반사되어 되돌아오는 에코 빔을 상기 수신장치로 반사시키는 제2 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 반투과-반반사 미러에서 출사된 에코 빔을 상기 수신장치에 회집시키는 수신 및 회집 렌즈를 더 포함하며, 상기 수신장치와 수신 및 회집 렌즈의 초점 사이의 거리는 수신 및 회집 렌즈의 초점 심도의 절반보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 발사장치는 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 동시에 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 발사장치는 복수개의 레이저를 포함하며, 상기 복수개의 레이저의 출사방향은 적어도 2개씩 교차되는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 발사장치는 출사방향이 상호 평행되는 복수개의 레이저 장치, 복수개의 레이저 장치에 의해 생성한 제1 레이저 빔을 상기 분광장치로 회집시키는 회집 렌즈를 포함하며,
    상기 분광장치로부터 상기 회집 렌즈의 초점평면까지의 거리는 회집 렌즈의 초점 심도의 절반보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.
  23. 제1 레이저 빔을 생성하는 발사장치, 제1 레이저 빔을 서로 다른 방향으로 전파되는 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키고 상기 제2 레이저 빔이 검지 대기 목표에 의해 반사되는 것에 의하여 에코 빔을 형성하는 분광장치, 상기 에코 빔을 수신하는 수신장치를 포함하는 레이저 레이더를 제공하는 단계;
    상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 분광장치에 의해 상기 제1 레이저 빔을 전파방향이 서로 다른 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시키는 단계;
    적어도 일부의 상기 제2 레이저 빔이 상기 검지 대기 목표에 도달한 후 반사되는 것에 의하여 에코 빔을 형성하는 단계;
    상기 수신장치를 통해 상기 에코 빔을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 분광장치는 광축과 평행되는 조절축을 구비하고, 상기 분광장치는 상기 조절축을 맴돌면서 회전하며,
    상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 제1 레이저 빔이 상기 분광장치에 의해 상기 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광된 후, 기정 해상도에 따라 상기 분광장치를 회전시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 분광장치는 1차원 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며,
    상기 제1 격자 주기는 d이고, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이며, 상기 분광장치는 m×1 분광의 격자이고, m는 상기 제1 방향의 레이저 빔의 분광 개수이며,
    상기 조절축을 맴돌게 상기 분광장치를 회전시키는 과정에서, 상기 분광장치가 회전하는 각도는
    Figure pct00031
    보다 작고, α는 기정 필드 각도인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 분광장치는 2차원 격자이고, 상기 분광장치는 제1 방향의 제1 격자 주기와 제2 방향의 제2 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 제1 방향과 제2 방향은 수직되고,
    상기 제1 격자 주기는 d1이고, 상기 제2 격자 주기는 d2이며, 상기 제1 레이저 빔의 파장은 λ이고, 상기 분광장치는 m×n 분광의 격자이며, m는 상기 제1 방향을 따라 형성된 제2 레이저 빔의 개수이고, n은 상기 제2 방향을 따라 형성된 제2 레이저 빔의 개수이며,
    상기 조절축을 맴돌게 상기 분광장치를 회전시키는 과정에서, 상기 분광장치의 회전 각도의 범위는
    Figure pct00032
    내지
    Figure pct00033
    인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 레이저 레이더는 진동 미러를 더 포함하고, 상기 진동 미러는 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 제1 반사면을 포함하고, 상기 진동 미러는 진동 회전축을 구비하고, 상기 진동 미러는 상기 진동 회전축을 맴돌면서 회전하며, 상기 진동 회전축과 상기 제1 반사면의 법선 사이의 협각은 0보다 크고,
    상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 분광장치에 의해 상기 제1 레이저 빔을 상기 복수개의 제2 레이저 빔으로 분광시킨 후 상기 진동 미러를 회전시키는 것에 의하여 진동 미러로부터 출사된 제2 레이저 빔의 전파방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 분광장치는 격자이고, 제1 방향의 제1 격자 주기를 가지고 있으며, 상기 진동 미러에 의해 반사된 제2 레이저 빔과 제1 방향 사이의 최소 협각은 θ1이고, 상기 스캔 회전축은 상기 제1 방향에 수직되며,
    상기 진동 미러를 회전시키는 과정에서, 진동 미러의 회전 각도는 θ1/2보다 크거나 같게 하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 발사장치는 전파방향이 서로 다른 복수개의 제1 레이저 빔을 생성하고, 상기 발사장치는 복수개의 레이저 장치를 포함하며,
    상기 발사장치에 의해 제1 레이저 빔을 생성하는 단계는 기정 해상도에 따라 적어도 하나의 레이저 장치를 작동시켜 적어도 하나의 제1 레이저 빔을 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 수신장치는 복수개의 검지기를 포함하고, 각 검지기는 소정된 제2 레이저 빔이 검지 대기 목표에 의해 반사된 에코 빔을 수신하고,
    상기 수신장치를 통해 상기 에코 빔을 수신하는 과정은 상기 복수개의 검지기가 상기 에코 빔을 동시에 수신하거나 또는 소정된 에코 빔을 차례로 수신하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
  31. 제23항에 있어서,
    상기 분광장치는 담만 격자인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더의 작업방법.
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