KR20200120843A - 바이액시얼 구조의 송수광 모듈 및 그를 포함하는 스캐닝 라이다 - Google Patents

바이액시얼 구조의 송수광 모듈 및 그를 포함하는 스캐닝 라이다 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이액시얼 구조의 송수광 모듈 및 그를 포함하는 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 수광효율이 떨어지는 문제를 최소화하고, 송광축과 수광축의 정렬 공정을 생략하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 송수광 모듈은 본체, 수광거울 및 송광거울을 포함한다. 본체는 수광거울 설치면, 광로 슬롯 및 송광거울 설치면을 포함한다. 수광거울 설치면은 경사면으로 형성된다. 광로 슬롯은 수광거울 설치면의 중심 부분에서 수직 방향으로 형성되어 송광빔의 광로로 사용된다. 그리고 송광거울 설치면은 광로 슬롯의 바닥면에 형성되며, 수광거울 설치면과 동일한 경사각으로 형성된다. 이때 송광거울과 수광거울이 설치되는 면은 기계가공을 통해서 동일한 각도를 갖도록 순차적으로 형성된다.

Description

바이액시얼 구조의 송수광 모듈 및 그를 포함하는 스캐닝 라이다{Transmitting and receiving module of bi-axial structure and scanning LiDAR comprising the same}
본 발명은 스캐닝 라이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송광과 수광이 분리된 바이액시얼 구조의 송수광 모듈 및 그를 포함하는 스캐닝 라이다에 관한 것이다.
스캐닝 라이다(scanning LiDAR)는 주변의 지형, 물체, 장애물 등과 같은 객체(타겟)를 측정하는 데 사용되고 있다. 이러한 스캐닝 라이다는 펄스 레이저를 이용하여 객체에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 객체에 대한 정보를 획득한다. 스캐닝 라이다를 통해서 획득하는 객체에 대한 정보는 객체의 존재 여부, 객체의 종류, 객체까지의 거리 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.
스캐닝 라이다는 자동차, 이동형 로봇, 선박, 보안시스템, 조립라인, 무인비행기, 드론(drone) 등과 같은 여러 분야에서 활용되고 있으며, 그 활용 분야도 다방면으로 확대되고 있다.
이와 같은 스캐닝 라이다는 고출력 레이저 다이오드로부터 출력되는 확산 빔을 콜리메이션 렌즈(송광렌즈)를 통해서 평행광으로 집광하여 송출하고, 객체에서 반사된 광을 대구경 수광렌즈(수광렌즈)를 통해서 광검출기로 검출하는 광학계 구조를 갖는다.
이러한 스캐닝 라이다는 송수광 방식에 따라 코액시얼(coaxial) 타입과 바이액시얼(biaxial) 타입으로 나눌 수 있다.
코액시얼 타입의 스캐닝 라이다는 하나의 반사거울을 이용하여 송수광을 함께 수행한다. 코액시얼 타입은 송광축과 수광축이 일치하기 때문에 수광효율이 높고 스캐닝 라이다의 크기를 작게 제작할 수 있는 이점이 있다.
하지만 코액시얼 타입은 송수광이 입출되는 커버에서 발생되는 후방 산란(back reflection)으로 인한 노이즈가 수광부로 수광되는 문제점을 안고 있다.
바이액시얼 타입의 스캐닝 라이다는 송광과 수광을 별도로 마련된 송광거울과 수광거울을 통하여 독립적으로 수행한다. 바이액시얼 타입은 송광축과 수광축이 분리되어 있기 때문에, 커버에서 발생되는 후방 산란으로 인한 문제를 해소할 수 있다.
하지만 바이액시얼 타입은 송광거울과 수광거울을 별도로 구비하기 때문에 스캐닝 라이다의 크기가 코액시얼 타입에 비해서 크게 제작되고, 송광축과 수광축이 분리되어 있기 때문에 코액시얼 타입에 비해서는 수광효율이 떨어지는 문제점을 안고 있다. 송광거울과 수광거울이 분리되어 있기 때문에, 송광축과 수광축을 정렬하는 작업을 별도로 진행해 주어야 한다.
일본등록특허 제5861532호 (2016.01.08. 등록)
따라서 본 발명의 목적은 수광효율이 떨어지는 문제를 최소화할 수 있는 바이액시얼 구조의 송수광 모듈 및 그를 포함하는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 송광축과 수광축의 정렬 공정을 생략할 수 있는 바이액시얼 구조의 송수광 모듈 및 그를 포함하는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 경사면으로 형성된 수광거울 설치면, 상기 수광거울 설치면의 중심 부분에서 수직 방향으로 형성되어 송광빔의 광로로 사용되는 광로 슬롯, 및 상기 광로 슬롯의 바닥면에 형성되며, 상기 수광거울 설치면과 동일한 경사각으로 형성된 송광거울 설치면을 구비하는 본체; 상기 수광거울 설치면에 설치되며 중심 부분에 송광빔이 통과하는 관통구멍이 형성된 수광거울; 및 상기 송광거울 설치면에 설치되며, 상기 관통구멍을 통하여 상기 광로 슬롯으로 입사된 송광빔을 상기 광로 슬롯을 통하여 외부로 반사하는 송광거울;을 포함하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다용 송수광 모듈을 제공한다.
상기 수광거울 설치면, 상기 광로 슬롯 및 상기 송광거울 설치면은 기계가공을 통해서 순차적으로 깎아서 일괄적으로 형성되어 상기 수광거울 설치면과 상기 송광거울 설치면이 동일한 각도를 갖는다.
상기 본체는, 제1 상부면과, 상기 제1 상부면에 반대되는 제1 하부면을 가지며, 상기 제1 하부면에 상기 송광거울 설치면이 형성된 베이스; 및 상기 베이스와 일체로 형성되며, 상기 송광거울 설치면을 중심으로 양쪽에 일정 높이로 형성되어 중심에 광로 슬롯을 형성하고, 제2 하부면에 상기 수광거울 설치면이 분할되어 형성되는 한 쌍의 수광거울 설치대;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 송수광 모듈은, 상기 베이스의 제1 상부면 중심에 연결되게 설치되며, 상기 본체를 회전시키는 모터;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 송수광 모듈은, 상기 본체의 외측면에 결합되어 상기 수광거울과 상기 송광거울 사이에 개재되며, 상기 송광거울에서 반사된 송광빔이 커버에서 산란되어 상기 수광거울로 입사되는 것을 차단하는 커버 산란광 차단막;을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 바이액시얼 구조로 송광거울과 수광거울이 분리되어 설치되며, 회전하며 송수광을 수행하는 상기 송수광 모듈; 상기 송광거울로 송광빔을 출력하는 송광부; 및 상기 송광부가 설치된 쪽에 설치되며, 상기 수광거울로부터 반사된 광을 수광렌즈로 집광하여 광검출기로 검출하여 출력하는 수광부;를 포함하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다를 제공한다.
상기 수광렌즈는 상기 수광거울과 마주보게 설치되고, 상기 광검출기는 상기 수광렌즈의 뒤쪽에 설치될 수 있다.
상기 송광부는 상기 수광렌즈에 설치되어 상기 수광렌즈의 중심을 통해서 상기 관통구멍으로 송광빔을 출력할 수 있다.
상기 수광렌즈는 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성될 수 있다.
상기 송광부는, 상기 수광렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 송광빔을 출력하는 광원; 및 상기 광로홈 내에 배치되며 상기 송광빔의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 송광빔을 상기 관통구멍으로 반사시키는 반사거울;을 포함할 수 있다.
상기 송광부는, 선단이 상기 수광렌즈의 중심부에 위치하도록 상기 광로홈에 설치되는 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판의 선단에 설치되어 상기 수광렌즈의 중심을 통해서 상기 관통구멍으로 송광빔을 출력하는 광원;을 포함할 수 있다.
상기 수광렌즈는 상기 수광거울과 마주보는 면에 상기 송광부가 결합되는 설치홈이 형성될 수 있다.
상기 송광부는, 상기 수광렌즈의 중심을 통해서 상기 관통구멍으로 송광빔을 출력하는 광원;을 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는, 한 쪽은 송광빔이 출력되는 상기 송광부에 설치되고, 상기 한 쪽과 연결된 다른 쪽은 상기 관통구멍을 통하여 상기 광로 슬롯으로 삽입되어 상기 송광부에서 출력된 송광빔을 상기 송광거울로 안내하는 송광빔 가이드;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 바이액시얼 구조의 송수광 모듈은 본체에 송광거울과 수광거울이 설치되는 면이 기계가공을 통해서 동일한 각도를 갖도록 순차적으로 형성되기 때문에, 송광거울과 수광거울이 동일한 각도로 설치가 가능하다. 이로 인해 수광거울과 송광거울의 설치면에 각도에 오차가 발생하더라도 동일하게 발생하기 때문에, 항상 같은 결과값을 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 바이액시얼 구조의 송수광 모듈은 송수광 각도를 일치시킬 수 있고, 송광축과 수광축 간의 차이를 최소화할 수 있기 때문에, 코액시얼 구조와 비교해서 수광효율이 떨어지는 문제를 최소화할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 바이액시얼 구조의 송수광 모듈은 송수광 각도를 일치시킬 수 있기 때문에, 송광축과 수광축의 정렬 공정을 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 수광렌즈가 송광부가 설치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 송수광 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 송수광 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본체의 기계가공에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다를 보여주는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다를 보여주는 개략도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다를 보여주는 개략도이다. 도 2는 도 1의 정면도이다. 그리고 도 3은 수광렌즈가 송광부가 설치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(100)는 송수광 모듈(10), 송광부(40) 및 수광부(50)를 포함한다. 송수광 모듈(10)은 바이액시얼 구조로 송광거울(26)과 수광거울(27)이 분리되어 설치되며, 회전하며 송수광을 수행한다. 송광부(40)는 송광거울(26)로 송광빔을 출력한다. 그리고 수광부(50)는 송광부(40)가 설치된 쪽에 설치되며, 수광거울(27)로부터 반사된 광을 수광렌즈(51)로 집광하여 광검출기(57)로 검출하여 출력한다.
그 외 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 송수광 모듈(10), 수광부(50) 및 수광부(50)이 내장되어 보호되는 케이스(60)를 더 포함한다. 케이스(60) 중에서, 송수광 모듈(10)을 둘러싸는 커버(61)를 통하여 송광빔이 외부로 출력되거나 객체로부터 반사된 반사광이 입력된다.
여기서 송수광 모듈(10)은 본체(20), 수광거울(27) 및 송광거울(26)을 포함한다.
본체(20)는 수광거울 설치면(23), 광로 슬롯(24) 및 송광거울 설치면(25)을 구비한다. 수광거울 설치면(23)은 경사면으로 형성된다. 광로 슬롯(24)은 수광거울 설치면(23)의 중심 부분에서 수직 방향으로 형성되어 송광빔의 광로로 사용된다. 그리고 수광거울 설치면(23)은 광로 슬롯(24)의 바닥면에 형성되며, 수광거울 설치면(23)과 동일한 경사각으로 형성된다.
수광거울(27)은 수광거울 설치면(23)에 설치되며 중심 부분에 송광빔이 통과하는 관통구멍(27a)이 형성되어 있다.
그리고 송광거울(26)은 송광거울 설치면(25)에 설치되며, 관통구멍(27a)을 통하여 광로 슬롯(24)으로 입사된 송광빔을 광로 슬롯(24)을 통하여 외부로 반사한다.
여기서 수광거울 설치면(23), 광로 슬롯(24) 및 송광거울 설치면(25)은 기계가공을 통해서 순차적으로 깎아서 일괄적으로 형성되어 수광거울 설치면(23)과 송광거울 설치면(25)이 동일한 각도를 갖도록 형성된다. 예컨대 수광거울 설치면(23)과 송광거울 설치면(25)이 Z축 방향으로 상하로 배치될 때, 수광거울 설치면(23)과 송광거울 설치면(25)은 Z축 방향에 대해서 45도로 형성될 수 있다.
그 외 송수광 모듈(10)은 모터(28)와 커버 산란광 차단막(29)을 더 포함한다.
모터(28)는 본체(20)를 회전시킨다. 모터(28)는 수광거울(27) 및 송광거울(26)이 설치되는 쪽에 반대되는 쪽의 본체(20)에 연결된다. 예컨대 모터(28)는 본체(20)를 Z축 방향으로 회전시킨다.
본체(20)에 대해서 송광부(40) 및 수광부(50)는 분리되어 있기 때문에, 모터(28)가 회전하더라도 송광부(40) 및 수광부(50)는 회전하지 않는다.
그리고 커버 산란광 차단막(29)은 본체(20)의 외측면에 결합되어 수광거울(27)과 송광거울(26) 사이에 개재되며, 송광거울(26)에서 반사된 송광빔이 커버(61)에서 산란되어 수광거울(27)로 입사되는 것을 차단한다. 커버 산란광 차단막(29)은 커버(61)의 내측면에 근접하게 설치될 수 있다. 물론 본체(20)의 회전 시 커버(61)와 기계적으로 간접하지 않도록, 커버 산란광 차단막(29)은 커버(61)의 내측면에서 이격되게 설치된다.
수광부(50)는 수광렌즈(51)가 수광거울(27)과 마주보게 설치되고, 광검출기(57)가 수광렌즈(51)의 뒤쪽에 설치된다.
그리고 송광부(40)는 수광렌즈(51)에 설치되어 수광렌즈(51)의 중심을 통해서 관통구멍(27a)으로 송광빔을 출력한다. 즉 수광렌즈(51)에는 광로홈(53)이 형성되어 있다. 광로홈(53)은 수광렌즈(51)의 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출되어 있다. 예컨대 광로홈(53)은 X축 방향으로 형성되되, Z축 방향으로 개방되게 형성될 수 있다.
송광부(40)는 광원(43)과 반사거울(45)을 포함한다. 광원(43)은 수광렌즈(51)의 원주로부터 중심부를 향하도록 광로홈(53)을 따라 송광빔을 출력한다. 반사거울(45)은 광로홈(53) 내에 배치되며 송광빔의 경로 상에 위치하여, 광원(43)으로부터 출력되는 송광빔을 관통구멍(27a)으로 반사시킨다.
이때 광원(43)은 펄스 레이저를 출력하는 레이저 다이오드와, 레이저 다이오드로부터 출력된 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하는 렌즈를 포함한다. 송광빔은 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔이다.
송광부(40)는 광원(43)과 반사거울(45)이 내설되는 광원 하우징(41)을 포함할 수 있다. 광원 하우징(41)은 ??X축 방향으로 출력되는 송광빔을 반사거울(45)을 통하여 Z축 방향으로 반사할 수 있도록 영문자 "L"자형으로 형성될 수 있다. 광원 하우징(41)은 수광렌즈(51)의 광로홈(53) 내에 설치될 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 수광렌즈(51)에 임베딩되게 송광부(40)가 설치되기 때문에, 광학계 구조를 단순화시킬 수 있다. 광학계 구조를 단순화함으로써, 제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 광학계 정렬을 쉽게 수행할 수 있다.
제1 실시예에 따른 스캐닝 라이다(100)는 송광부(40)에 연결되는 송광빔 가이드(47)를 더 포함할 수 있다. 송광빔 가이드(47)는 관 형으로 한 쪽으로 들어온 송광빔이 다른 쪽으로 출력될 수 있도록 양쪽이 개방되어 있다.
송광빔 가이드(47)는 반사거울에서 반사된 송광빔이 안정적으로 송광거울(26)로 입사될 수 있도록 안내한다. 송광빔 가이드(47)는 송광부(40)에서 출력된 송광빔이 수광거울(27)에 반사되어 바로 수광렌즈(51)로 입사되는 것을 방지한다. 이러한 송광빔 가이드(47)는 한 쪽은 송광빔이 출력되는 송광부(40)에 설치되고, 한 쪽과 연결된 다른 쪽은 관통구멍(27a)을 통하여 광로 슬롯(24)으로 삽입되어 송광부(40)에서 출력된 송광빔을 송광거울(26)로 안내한다. 송광빔 가이드(47)는 관통구멍(27a)에서 이격되게 설치되기 때문에, 본체(20)가 회전하더라도 회전하지 않는다.
한편 제1 실시예에서는 송광부(40)에 연결되는 송광빔 가이드(47)를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 송광빔이 외부로 출력되는 송광거울(26) 앞에 송광빔 가이드(47)를 추가적으로 설치할 수 있다.
본체(20)는 회전축인 Z축 방향에 대해서 비대칭 구조를 갖기 때문에, 모터(28)에 의한 회전이 진동이 발생될 수 있다. 따라서 본체(20)의 회전 시 진동이 발생하지 않도록, 본체(20)에 회전 밸런스 추를 추가할 수 있다. 회전 밸런스 추는 모터(28)가 연결되는 본체(20) 부분에 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 송수광 모듈(10)에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 도 1의 송수광 모듈(10)을 보여주는 분해 사시도이다. 그리고 도 5는 도 1의 송수광 모듈(10)을 보여주는 사시도이다.
전술된 바와 같이 송수광 모듈(10)은 본체(20), 수광거울(27) 및 송광거울(26)을 포함한다.
본체(20)는 베이스(21), 한 쌍의 수광거울 설치대(22)를 포함한다. 베이스(21)는 제1 상부면과, 제1 상부면에 반대되는 제1 하부면을 가지며, 제1 하부면에 송광거울 설치면(25)이 형성된다.
한 쌍의 수광거울 설치대(22)는 베이스(21)와 일체로 형성되며, 송광거울 설치면(25)을 중심으로 양쪽에 일정 높이로 형성되어 중심에 광로 슬롯(24)을 형성하고, 제2 하부면에 수광거울 설치면(23)이 분할되어 형성된다.
이때 모터(28)가 베이스(21)의 제1 상부면 중심에 연결되게 설치되어 본체(20)를 회전시킨다.
수광거울(27)은 분할된 수광거울 설치면(23)에 설치된다. 수광거울(27)은 원판 형태로 형성될 수 있다. 수광거울(27)은 중심 부분에 광로 슬롯(24)과 연결되는 관통구멍(27a)이 형성되어 있다.
그리고 송광거울(26)은 광로 슬롯(24)의 바닥면에 설치된다. 송광거울(26)은 직사각판 형태로 형성될 수 있다. 물론 송광거울(26)은 수광거울(27)에 비해서 면적이 작다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 본체(20)의 제조 방법에 대해서 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 6 내지 도 8은 본체(20)의 기계가공에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
먼저 도 6에 도시된 바와 같이, 본체(20)로 제조할 본체 블록(20a)을 준비한다.
다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, 본체 블록(20a)에 대한 기계가공을 통하여 깎아서 수광거울 설치면(23)을 형성한다. 이때 본체 블록(20a)의 하부면 전체에 대해서 일정 각도로 경사면을 갖도록 기계가공을 수행한다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 이어서 수광거울 설치면(23)을 형성한 각도와 동일한 각도로 기계가공을 통하여 깎아서 광로 슬롯(24)과 송광거울 설치면(25)을 형성한다. 이때 도 6에서 형성된 수광거울 설치면(23)의 중심 부분에 일정 폭으로 기계가공을 수행하여 광로 슬롯(24)과 송광거울 설치면(25)을 함께 형성한다.
이와 같이 수광거울 설치면(23), 광로 슬롯(24) 및 송광거울 설치면(25)은 기계가공을 통해서 순차적으로 본체 블록(20a)을 깎아서 일괄적으로 형성되기 때문에, 수광거울 설치면(23)과 송광거울 설치면(25)이 동일한 각도를 갖도록 형성할 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 송수광 모듈(10)은 송수광 각도를 일치시킬 수 있고, 송광축과 수광축 간의 차이를 최소화할 수 있기 때문에, 코액시얼 구조와 비교해서 수광효율이 떨어지는 문제를 최소화할 수 있다.
그리고 제1 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 송수광 모듈(10)은 송수광 각도를 일치시킬 수 있기 때문에, 송광축과 수광축의 정렬 공정을 생략할 수 있다.
[제2 실시예]
한편 제1 실시예에서는 수광렌즈(51)에 형성된 광로홈(53)에 반사거울(45)을 구비하는 송광부(40)가 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이, 광로홈(53) 인쇄회로기판(49)을 이용하여 광원(43)을 직접 송광빔 가이드(49)에 연결되도록 송광부(40)를 설치할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(200)를 보여주는 개략도이다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(200)는 수광렌즈(51)에 송광부(40)가 설치된 구성을 제외하면 제2 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(도 1의 100)와 동일한 구조를 갖는다.
따라서 수광렌즈(51)에 송광부(40)가 설치된 구조를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
송광부(40)는 수광렌즈(51)에 설치되어 수광렌즈(51)의 중심을 통해서 관통구멍(27a)으로 송광빔을 출력한다. 즉 수광렌즈(51)에는 광로홈(53)이 형성되어 있다. 광로홈(53)은 수광렌즈(51)의 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출되어 있다. 예컨대 광로홈(53)은 X축 방향으로 형성되되, Z축 방향으로 개방되게 형성될 수 있다.
송광부(40)는 인쇄회로기판(49)과 광원(43)을 포함한다.
인쇄회로기판(49)은 광로홈(53)에 설치되며, 광원(43)의 구동에 필요한 제어 신호를 광원(43)에 전달한다. 인쇄회로기판(49)은 선단이 수광렌즈(51)의 중심부에 위치한다.
그리고 광원(43)은 펄스 레이저를 출력하는 레이저 다이오드와, 레이저 다이오드로부터 출력된 펄스 레이저를 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔으로 변환하는 렌즈를 포함한다. 송광빔은 콜리메이트 빔 또는 다이버전스 빔이다.
이때 광원(43)은 광로홈(53)에 설치된 인쇄회로기판(49)의 선단에 실장되어 수광렌즈(51)의 중심에 배치된다. 그리고 광원(43)은 송광빔 가이드(49)에 직접 연결되어 Z축 방향으로 직접 송광빔을 송광빔 가이드(49) 안으로 출력한다.
이와 같이 제2 실시예에 송광부(40)는 제1 실시예에 따른 송광부(도 3의 40)와 비교할 때, 별도의 반사거울 없이 직접 송광빔을 송광빔 가이드(49) 안으로 출력한다. 이로 인해 제2 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(200)는 송광부(40)에서의 광 정렬을 생략할 수 있는 이점도 있다.
[제3 실시예]
한편 제1 및 제2 실시예에서는 수광렌즈(51)에 형성된 광로홈(53)에 송광부(40)가 설치된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 10에 도시된 바와 같이, 수광렌즈(51)의 중심에 설치홈(55)을 형성하고, 설치홈(55)에 송광부(40)를 설치할 수도 있다. 또는 수광렌즈(61)의 중심을 관통하게 구멍을 형성한 후, 구멍에 송광부(40)를 설치할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(300)를 보여주는 개략도이다.
도 10을 참조하면, 제3 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(300)는 수광렌즈(51)에 송광부(40)가 설치된 구성을 제외하면 제1 실시예에 따른 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다(도 1의 100)와 동일한 구조를 갖는다.
따라서 수광렌즈(51)에 송광부(40)가 설치된 구조를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
수광렌즈(51)는 수광거울(27)과 마주보는 면의 중심 부분에 송광부(40)가 결합되는 설치홈(55)이 형성되어 있다. 송광부(40)가 Z축 방향으로 송광빔을 출력할 수 있도록, 설치홈(55)은 Z축 방향으로 형성될 수 있다.
그리고 송광부(40)는 송광빔이 출력되는 선단에 송광빔 가이드(47)가 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 송수광 모듈
20 : 본체
21 : 베이스
22 : 수광거울 설치대
23 : 수광거울 설치면
24 : 광로 슬롯
25 : 송광거울 설치면
26 : 송광거울
27 : 수광거울
27a : 관통구멍
28 : 모터
29 : 커버 산란광 차단막
40 : 송광부
41 : 광원 하우징
43 : 광원
45 : 반사거울
47 : 송광빔 가이드
49 : 인쇄회로기판
50 : 수광부
51 : 수광렌즈
53 : 광로홈
55 : 설치홈
57 : 광검출기
60 : 케이스
61 : 커버
100, 200, 300 : 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다

Claims (13)

  1. 경사면으로 형성된 수광거울 설치면,
    상기 수광거울 설치면의 중심 부분에서 수직 방향으로 형성되어 송광빔의 광로로 사용되는 광로 슬롯, 및
    상기 광로 슬롯의 바닥면에 형성되며, 상기 수광거울 설치면과 동일한 경사각으로 형성된 송광거울 설치면을 구비하는 본체;
    상기 수광거울 설치면에 설치되며 중심 부분에 송광빔이 통과하는 관통구멍이 형성된 수광거울; 및
    상기 송광거울 설치면에 설치되며, 상기 관통구멍을 통하여 상기 광로 슬롯으로 입사된 송광빔을 상기 광로 슬롯을 통하여 외부로 반사하는 송광거울;
    을 포함하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다용 송수광 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수광거울 설치면, 상기 광로 슬롯 및 상기 송광거울 설치면은 기계가공을 통해서 순차적으로 깎아서 일괄적으로 형성되어 상기 수광거울 설치면과 상기 송광거울 설치면이 동일한 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다용 송수광 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 본체는,
    제1 상부면과, 상기 제1 상부면에 반대되는 제1 하부면을 가지며, 상기 제1 하부면에 상기 송광거울 설치면이 형성된 베이스; 및
    상기 베이스와 일체로 형성되며, 상기 송광거울 설치면을 중심으로 양쪽에 일정 높이로 형성되어 중심에 광로 슬롯을 형성하고, 제2 하부면에 상기 수광거울 설치면이 분할되어 형성되는 한 쌍의 수광거울 설치대;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다용 송수광 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스의 제1 상부면 중심에 연결되게 설치되며, 상기 본체를 회전시키는 모터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다용 송수광 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 외측면에 결합되어 상기 수광거울과 상기 송광거울 사이에 개재되며, 상기 송광거울에서 반사된 송광빔이 커버에서 산란되어 상기 수광거울로 입사되는 것을 차단하는 커버 산란광 차단막;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다용 송수광 모듈.
  6. 바이액시얼 구조로 송광거울과 수광거울이 분리되어 설치되며, 회전하며 송수광을 수행하는 송수광 모듈;
    상기 송광거울로 송광빔을 출력하는 송광부; 및
    상기 송광부가 설치된 쪽에 설치되며, 상기 수광거울로부터 반사된 광을 수광렌즈로 집광하여 광검출기로 검출하여 출력하는 수광부;를 포함하며,
    상기 송수광 모듈은,
    경사면으로 형성된 수광거울 설치면,
    상기 수광거울 설치면의 중심 부분에서 수직 방향으로 형성되어 송광빔의 광로로 사용되는 광로 슬롯, 및
    상기 광로 슬롯의 바닥면에 형성되며, 상기 수광거울 설치면과 동일한 경사각으로 형성된 송광거울 설치면을 구비하는 본체;
    상기 수광거울 설치면에 설치되며 중심 부분에 송광빔이 통과하는 관통구멍이 형성된 수광거울;
    상기 송광거울 설치면에 설치되며, 상기 관통구멍을 통하여 상기 광로 슬롯으로 입사된 송광빔을 상기 광로 슬롯을 통하여 외부로 반사하는 송광거울;
    을 포함하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
  7. 제6항에 있어서, 상기 본체는,
    제1 상부면과, 상기 제1 상부면에 반대되는 제1 하부면을 가지며, 상기 제1 하부면에 상기 송광거울 설치면이 형성된 베이스; 및
    상기 베이스와 일체로 형성되며, 상기 송광거울 설치면을 중심으로 양쪽에 일정 높이로 형성되어 중심에 광로 슬롯을 형성하고, 제2 하부면에 상기 수광거울 설치면이 분할되어 형성되는 한 쌍의 수광거울 설치대;를 포함하고,
    상기 수광거울 설치면, 상기 광로 슬롯 및 상기 송광거울 설치면은 기계가공을 통해서 순차적으로 깎아서 일괄적으로 형성되어 상기 수광거울 설치면과 상기 송광거울 설치면이 동일한 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
  8. 제7항에 있어서, 상기 송수광 모듈은,
    상기 베이스의 제1 상부면 중심에 연결되게 설치되며, 상기 본체를 회전시키는 모터; 및
    상기 본체의 외측면에 결합되어 상기 수광거울과 상기 송광거울 사이에 개재되며, 상기 송광거울에서 반사된 송광빔이 커버에서 산란되어 상기 수광거울로 입사되는 것을 차단하는 커버 산란광 차단막;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 수광렌즈는 상기 수광거울과 마주보게 설치되고, 상기 광검출기는 상기 수광렌즈의 뒤쪽에 설치되고,
    상기 송광부는 상기 수광렌즈에 설치되어 상기 수광렌즈의 중심을 통해서 상기 관통구멍으로 송광빔을 출력하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수광렌즈는 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성되고,
    상기 송광부는,
    상기 수광렌즈의 원주로부터 중심부를 향하도록 상기 광로홈을 따라 송광빔을 출력하는 광원; 및
    상기 광로홈 내에 배치되며 상기 송광빔의 경로 상에 위치하여, 상기 광원으로부터 출력되는 상기 송광빔을 상기 관통구멍으로 반사시키는 반사거울;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 수광렌즈는 원주로부터 중심부를 향하도록 형성되며 전방이 노출된 광로홈이 형성되고,
    상기 송광부는,
    선단이 상기 수광렌즈의 중심부에 위치하도록 상기 광로홈에 설치되는 인쇄회로기판; 및
    상기 인쇄회로기판의 선단에 설치되어 상기 수광렌즈의 중심을 통해서 상기 관통구멍으로 송광빔을 출력하는 광원;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 수광렌즈는 상기 수광거울과 마주보는 면의 중심 부분에 상기 송광부가 결합되는 설치홈이 형성되어 있고,
    상기 송광부는,
    상기 수광렌즈의 중심을 통해서 상기 관통구멍으로 송광빔을 출력하는 광원;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    한 쪽은 송광빔이 출력되는 상기 송광부에 설치되고, 상기 한 쪽과 연결된 다른 쪽은 상기 관통구멍을 통하여 상기 광로 슬롯으로 삽입되어 상기 송광부에서 출력된 송광빔을 상기 송광거울로 안내하는 송광빔 가이드;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이액시얼 구조의 스캐닝 라이다.
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