KR20200142984A - 라이다 센싱장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

라이다 센싱 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 라이다 센싱 장치는 대역폭을 조정하여 타겟에 반사되어 수광 반사경을 통해 입사되는 입사광 중 상기 조정된 대역폭의 입사광을 상기 광검출부에 입사시키는 대역폭 조정기; 상기 대역폭 조정기로부터 입사되는 입사광을 검출하는 광검출부; 차량 주변의 조도를 검출하는 조도 검출부; 및 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기에 따라 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하고, 검출된 조도에 따라 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

라이다 센싱장치 및 방법{LIDAR SENSING DEVICE AND METHOD}
본 발명은 라이다 센싱장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 수신신호의 신호 세기가 상대적으로 낮을 경우 주변 조도에 따라 광학필터의 대역폭을 조정하여 최대 검출거리 성능을 향상시키는 라이다 센싱장치 및 방법에 관한 것이다.
차량의 기술이 발전됨에 따라 자율주행 뿐만 아니라 자율주차와 같은 기능 등이 요구되고 있다. 이러한 기능을 수행하기 위해서 라이다 센서(LIDAR SENSOR)의 필요성이 증가되고 있다.
라이다 센서는 차량의 범퍼에 장착되어 차량의 전후방을 감지하여 사물이나 구조물 등을 감지한다. 라이다 센서는 글라스나 차체의 구조물 내부에 설치된다. 라이다 센서는 빛을 이용하여 타겟을 탐지한다.
라이다 센서는 광를 송신하는 송신광학계와, 입사되는 광을 수신하는 수신광학계를 포함한다. 송신광학계는 레이저 발생기, 송신경통, 송신렌즈 및 송신 반사경을 포함하고, 수신광학계는 수신렌즈, 반사미러 및 레이저 검출기를 포함한다.
그러나, 종래의 라이다 센서에서는 수신렌즈를 통과한 광이 반사미러에 의해 반사됨에 따라 검출기에 수신되는 초점거리(focal length)가 형성된다. 라이다 센서의 크기를 감소시키기 위해 광경로를 꺽어주는 반사미러가 설치되므로, 부품수가 증가되는 문제점이 있다.
또한, 수신광학계의 수신영역의 일부가 송신광학계의 송신경통과 송신반사경 등에 의해 가려지는 가림영역이 발생되므로, 라이다 센서의 광수신 효율이 감소될 수 있다.
게다가, 종래의 라이다 센서는 주변 조도가 상대적으로 높은 상태에서는 태양광 노이즈에 의해 최대 검출거리 성능이 저하되어 광수신 효율이 감소되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2015-0009177호(2015. 01. 26 등록, 발명의 명칭: 라이다 센서 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 수신신호의 신호 세기가 상대적으로 낮을 경우 주변 조도에 따라 광학필터의 대역폭을 조정하여 최대 검출거리 성능을 향상시키는 라이다 센싱장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 라이다 센싱 장치는 대역폭을 조정하여 타겟에 반사되어 수광 반사경을 통해 입사되는 입사광 중 상기 조정된 대역폭의 입사광을 상기 광검출부에 입사시키는 대역폭 조정기; 상기 대역폭 조정기로부터 입사되는 입사광을 검출하는 광검출부; 차량 주변의 조도를 검출하는 조도 검출부; 및 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기에 따라 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하고, 검출된 조도에 따라 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 대역폭 조정기는 상기 수광 반사경과 상기 광검출부 사이에 배치되어 상기 조정된 대역폭의 입사광을 상기 광검출부에 입사시키는 광학필터; 및 상기 광학필터의 위치를 조정하여 상기 광학필터의 대역폭을 조정하는 대역폭 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기를 기 설정된 제1 기준값과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기가 상기 제1 기준값 이상이면 기 설정된 광학필터 초기 설정값을 유지하고, 수신신호의 세기가 상기 제1 기준값 미만이면 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도와 기 설정된 제2 기준값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 광학필터의 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값 이하이면 상기 광학필터 초기 설정값을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값을 초과하면 상기 광학필터의 대역폭을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 라이다 센싱방법은 제어부가 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기를 검출하는 단계; 상기 제어부가 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기에 따라 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도에 따라 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기가 기 설정된 제1 기준값 이상이면 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도와 기 설정된 제2 기준값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 광학필터의 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값 이하이면 상기 광학필터 초기 설정값을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값을 초과하면 상기 광학필터의 대역폭을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 라이다 센싱 장치 및 방법은 수신신호의 신호 세기가 상대적으로 낮을 경우 주변 조도에 따라 광학필터의 대역폭을 조정하여 최대 검출거리를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 라이다 센싱 장치 및 방법은 수신광학계와 송신광학계의 일부가 하나의 광학모듈로 통합되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 라이다 센싱 장치 및 방법은 수광 렌즈에서 가림영역의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센싱 장치의 최대 검출거리를 보다 증가시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱장치를 도시한 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이다.
도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱장치의 대역폭 조정예를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조도 증가에 따른 최대 검출거리 영향을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱방법을 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이다.
도 7 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 센싱장치를 도시한 구성도이다.
도 8 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이다.
도 9 는 본 발명의 제4 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센싱장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱장치를 도시한 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이며, 도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱장치의 대역폭 조정예를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조도 증가에 따른 최대 검출거리 영향을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱장치는 센싱 광원부(10), 송광 반사경(20), 스캐너부(30), 수광 렌즈(40), 수광 반사경(50), 광검출부(60), 대역폭 조정기(70), 조도 검출부(80) 및 제어부(90)를 포함한다.
센싱 광원부(10)는 센싱광을 조사한다. 센싱 광원부(10)는 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의 광통로를 벗어나도록 배치된다. 센싱 광원부(10)가 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의 광통로 벗어나도록 배치되므로, 센싱 광원부(10)가 광통로에서 입사광을 가리(차폐: blackage effect)는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 수광 렌즈(40)의 광통로에서 센싱 광원부(10)에 의한 수신 가림영역(A)(blackage area)이 발생되는 것을 방지할 수 있으므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센싱장치의 최대 검출거리를 증가시킬 수 있다.
센싱 광원부(10)는 경통(11), 광원(13) 및 송광 렌즈부(15)를 포함한다.
경통(11)은 수광 렌즈(40)의 광통로를 벗어나도록 배치된다. 경통(11)은 원통형으로 형성될 수 있다. 광원(13)은 경통(11)의 내부에 설치된다. 송광 렌즈부(15)는 광원(13)에서 조사되는 센싱광을 시준(collimination)하도록 광원(13)의 출력측에 설치된다. 송광 렌즈부(15)가 센싱광을 평행한 광선으로 시준하므로, 센싱광의 출력이 향상될 수 있다.
송광 렌즈부(15)는 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)를 포함한다. 제1 송광 렌즈(15a)는 경통(11)의 내부에 설치된다. 제2 송광 렌즈(15b)는 경통(11)의 내부에 설치되고, 제2 송광 렌즈(15b)에는 제1 송광 렌즈(15a)를 투과하는 센싱광이 입사된다. 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)가 경통(11)의 내부에 설치되므로, 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)가 수광 렌즈(40)의 수신 가림영역(A)을 형성하는 것을 방지할 수 있다.
송광 반사경(20)은 센싱 광원부(10)에서 조사되는 센싱광을 반사시킨다. 송광 반사경(20)에는 광반사 효율을 개선하도록 금속 반사층(미도시)이 코팅될 수 있다.
송광 반사경(20)은 수광 렌즈(40)의 광통로에 배치된다. 이때, 송광 반사경(20)이 수광 렌즈(40)의 광통로에 배치되므로, 송광 반사경(20)의 폭만큼 수신 가림영역(A)이 된다. 따라서, 수광 렌즈(40)에서 수신 가림영역(A)을 감소시키므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센싱장치의 최대 검출거리를 보다 증가시킬 수 있다.
스캐너부(30)는 송광 반사경(20)에서 반사되는 센싱광을 타켓에 반사시키고, 타겟에서 반사되는 입사광을 반사시킨다. 스캐너부(30)에도 광반사 효율을 향상시키도록 반사층이 형성된다.
스캐너부(30)는 스캐너 반사경(31)과 스캐너 구동부(33)를 포함한다. 스캐너 반사경(31)은 송광 반사경(20)에서 반사되는 센싱광을 타겟 측으로 반사시키고, 타겟에서 반사되는 입사광을 수광 렌즈(40)로 반사시킨다. 스캐너 구동부(33)는 스캐너 반사경(31)을 회전시키도록 스캐너 반사경(31)에 연결된다. 스캐너 구동부(33)가 스캐너 반사경(31)을 회전시키므로, 스캐너 반사경(31)의 각도에 따라 센싱광과 입사광의 반사 각도가 변경될 수 있다.
스캐너 구동부(33)로는 모터부가 적용될 수 있다. 모터부에는 엔코더(미도시)가 포함되거나 엔코더와 연결될 수 있다. 엔코더가 모터부의 회전수, 회전속도, 회전각도 등을 측정하여 제어부(90)에 제공한다.
수광 렌즈(40)에는 스캐너부(30)에서 반사되는 입사광이 투과되고, 수광 렌즈(40)는 송광 반사경(20)과 일체로 형성된다. 수광 렌즈(40)와 송광 반사경(20)은 크리스탈, 유리, 투명한 합성수지 등의 동일한 광학재료로 가공될 수 있다. 수광 렌즈(40)는 입사광이 반사되는 것을 방지하도록 무반사 코팅층(Anti-Reflective Caoting)이 형성될 수 있다. 수광 렌즈(40)와 송광 반사경(20)이 하나의 광학모듈로 통합되므로, 부품수를 줄일 수 있다. 또한, 경통(11)에 의해 수신 가림영역(A)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
수광 반사경(50)은 수광 렌즈(40)를 투과한 입사광을 반사시킨다. 스캐너부(30)에도 광반사 효율을 향상시키도록 반사층(미도시)이 형성된다.
광검출부(60)에는 수광 반사경(50)에서 반사되는 입사광이 입사된다. 광검출부(60)에서는 입사광이 입사됨에 따라 타겟의 위치 및 거리 등을 검출할 수 있다.
대역폭 조정기(70)는 대역폭을 조정하여 수광 반사경(50)으로부터 입사되는 입사광에 있어 기 설정된 대역폭의 입사광을 광검출부(60)에 입사한다.
대역폭 조정기(70)는 광학필터(71) 및 대역폭 조정부(72)를 포함한다.
광학필터(71)는 수광 반사경(50)과 광검출부(60) 사이에 설치되어 대역폭 조정기(70)에 의해 그 위치가 조정됨으로써 입사광의 투과 위치를 변경시킨다. 이러한 광학필터(71)는 대역폭 가변형 광학필터(71)로서 필터 영역에 따라 대역폭이 서로 상이하다. 즉, 도 3 에 도시된 바와 같이 광학필터(71)는 대역폭 조정부(72)에 의해 위치가 가변되고 이러한 위치 변화에 따라 필터 영역이 서로 상이하게 됨으로써 대역폭이 조정될 수 있고 이를 통해 해당 위치에 대응되는 대역폭의 입사광을 광검출부(60)에 입사시킨다.
대역폭 조정부(72)는 광학필터(71)의 위치를 조정하여 대역폭이 조정될 수 있도록 한다.
조도 검출부(80)는 차량 주변의 조도를 검출한다. 조도가 상대적으로 높을 경우에는 태양광에 의해 수신신호의 노이즈가 크게 증가할 수 있다. 이에 태양광에 의한 노이즈를 최소화할 수 있도록 조도 검출부(80)가 조도를 검출하고, 검출된 조도에 따라 대역폭 조정기(70)에 의해 대역폭이 조정됨으로써, 최대 검출거리를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 타겟의 위치 및 거리 등이 정확하게 검출될 수 있다. 조도 검출부(80)로는 조도를 수집 또는 감지하는 내비게이션 시스템이나 조도 센서가 채용될 수 있다. 조도 검출부(80)는 차량 주변의 조도를 검출하는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
제어부(90)는 최초 구동시 초기 설정값에 따라 대역폭 조정기(70)를 제어한다. 초기 설정값은 최초 구동시의 광학필터(71)의 위치값이다.
이후, 제어부(90)는 광검출부(60)에 의해 검출된 수신신호의 세기를 검출하고, 수신신호의 세기를 기 설정된 제1 기준값과 비교하여 수신신호의 세기가 제1 기준값 미만인지를 판단한다. 제1 기준값은 수신신호의 세기가 타겟의 위치 및 거리를 검출하는데 충분한지를 판단하기 위한 기준이 되는 수신신호의 세기이다. 수신신호는 그 세기가 제1 기준값 이상이면 타겟의 위치 및 거리 검출에 적합한 상태라 할 수 있고, 세기가 제1 기준값 미만이면 타겟의 위치 및 거리 검출에 부적합한 상태라 할 수 있다.
따라서, 제어부(90)는 수신신호의 세기가 제1 기준값 이상이면 초기 설정값으로 광학필터(71)의 위치를 유지시킨다.
반면에, 제어부(90)는 수신신호의 세기가 제1 기준값 미만이면 광학필터(71)의 위치를 조정하여 최대 검출거리를 증가시키기 위해, 조도 검출부(80)를 제어하여 조도를 검출한다.
조도 검출부(80)에 의해 조도가 검출되면, 제어부(90)는 조도를 제2 기준값과 비교하여 조도가 제2 기준값을 초과하는지를 판단한다. 제2 기준값은 광학필터(71)의 위치를 조정하기 위한 기준이 되는 조도이다.
판단 결과, 조도가 제2 기준값 이하이면 제어부(90)는 광학필터(71)의 초기 설정값을 조정한다. 이 경우는 수신신호의 세기가 상대적으로 작지만 조도가 상대적으로 낮아 타겟 검출에 적합한 상태(태양광 노이즈가 상대적으로 작은 상태)다. 이에, 제어부(90)는 상기한 광학필터(71)의 초기 설정값을 타겟 검출에 적합하게 조정하고, 대역폭 조정기(70)를 제어하여 새롭게 조정된 초기 설정값에 따라 광학필터(71)를 위치시킨다.
반면에, 조도가 제2 기준값을 초과하면 제어부(90)는 대역폭 조정기(70)를 제어하여 광학필터(71)의 대역폭을 조정한다. 즉, 제어부(90)는 조도가 제2 기준값을 초과하면 광학필터(71)의 대역폭이 감소되도록 광학필터(71)의 위치를 조정한다. 이를 통해, 태양광 노이즈를 감소시키면서 최대 검출거리가 증가한다.
도 4 에는 조도에 따른 수신신호의 노이즈 레벨과 최대 검출거리가 도시되었다.
도 4 를 참조하면, 초기 설정값에 따른 최대 검출거리(#1 최대검출 거리)로 타겟이 검출되는 상태에서, 조도가 증가하면 태양광에 의한 노이즈가 증가하게 되고, 이로 인해 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 노이즈 레벨이 증가하고 최대 검출거리(#2 최대 검출거리)가 감소함을 알 수 있다.
그러나, 광학필터(71)를 통해 대역폭이 조정됨에 따라, 태양광에 의한 노이즈가 감소하게 되고, 이로 인해 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 노이즈 레벨이 감소하고 최대 검출거리(#3 최대 검출거리)가 증가함을 알 수 있다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱방법을 도 5 를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라이다 센싱방법을 도시한 도면이다.
도 5 를 참조하면, 먼저 제어부(90)는 최초 구동시 초기 설정값에 따라 대역폭 조정기(70)를 제어하여 광학필터(71)를 초기 설정값에 해당하는 위치로 광학필터(71)를 이동시킨다(S10).
이 경우, 센싱 광원부(10)가 센싱광을 조사하고, 타겟에 반사된 입사광이 수광 반사경(50)을 통해 광검출부(60)에 입사된다.
광검출부(60)은 입사광을 전기적인 신호로 변환하고, 제어부(90)는 광검출부(60)에 의해 검출된 수신신호의 세기를 검출한다(S20).
수신신호의 세기가 검출됨에 따라, 제어부(90)는 수신신호의 세기를 제1 기준값과 비교하여 수신신호의 세기가 제1 기준값 미만인지를 판단한다(S20).
단계(S20)에서의 판단 결과 수신신호의 세기가 제1 기준값 이상이면, 제어부(90)는 초기 설정값으로 광학필터(71)의 위치를 유지시킨다.
반면에, 단계(S20)에서의 판단 결과 수신신호의 세기가 제1 기준값 미만이면, 제어부(90)는 조도 검출부(80)를 제어하여 주변의 조도를 검출한다(S30).
조도 검출부(80)에 의해 조도가 검출되면, 제어부(90)는 조도를 제2 기준값과 비교하여 조도가 제2 기준값을 초과하는지를 판단한다(S40).
단계(S40)에서의 판단 결과 조도가 제2 기준값 이하이면, 제어부(90)는 광학필터(71)의 초기 설정값을 조정하고(S50), 새롭게 조정된 초기 설정값에 따라 광학필터(71)를 위치시킨다.
반면에, 단계(S40)에서의 판단 결과 조도가 제2 기준값을 초과하면, 제어부(90)는 대역폭 조정기(70)를 제어하여 광학필터(71)의 대역폭을 조정한다(S60). 즉, 제어부(90)는 조도가 제2 기준값을 초과하면 광학필터(71)의 대역폭이 감소되도록 광학필터(71)의 위치를 조정함으로써, 태양광 노이즈를 감소시키면서 최대 검출거리가 증가시킨다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 센싱장치에 관해 설명한다. 제2 실시예는 센싱 광원부를 제외하고 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 도번에 관해서는 동일한 도번을 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 6 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이다.
도 6 을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 광원부(10)는 경통(11), 광원(13) 및 송광 렌즈부(15)를 포함한다.
경통(11)은 수광 렌즈(40)의 광통로를 벗어나도록 배치된다. 경통(11)은 원통형으로 형성될 수 있다. 광원(13)은 경통(11)의 내부에 설치된다. 송광 렌즈부(15)는 광원(13)에서 조사되는 센싱광을 시준하도록 광원(13)의 출력측에 설치된다. 송광 렌즈부(15)가 센싱광을 평행한 광선으로 시준하므로, 센싱광의 출력이 향상될 수 있다.
송광 렌즈부(15)는 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)를 포함한다.
제1 송광 렌즈(15a)는 경통(11)의 내부에 적어도 하나 이상 설치된다. 제1 송광 렌즈(15a)는 크리스탈, 유리, 투명한 합성수지와 같은 광학물질로 제조된다.
제2 송광 렌즈(15b)는 수광 렌즈(40)와 일체로 형성되고, 제1 송광 렌즈(15a)를 투과한 센싱광이 입사되도록 적어도 하나 이상 설치된다. 또한, 수광 렌즈(40)와 송신 반사경이 일체로 형성된다. 제2 송광 렌즈(15b), 수광 렌즈(40) 및 송광 반사경(20)은 크리스탈, 유리, 투명한 합성수지 등의 동일한 광학재료로 가공될 수 있다. 제2 송광 렌즈(15b), 수광 렌즈(40) 및 송광 반사경(20)이 하나의 광학모듈로 통합되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다. 또한, 경통(11)에 의해 수신 가림영역(A)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 센싱장치에 관해 설명한다.
도 7 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 센싱장치를 도시한 구성도이고, 도 8 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이다.
도 7 및 도 8 을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 센싱 광원부(10), 스캐너부(30), 수광 렌즈(40), 수광 반사경(50), 광검출부(60), 대역폭 조정기(70), 조도 검출부(80) 및 제어부(90)를 포함한다.
여기서, 광검출부(60), 대역폭 조정기(70), 조도 검출부(80) 및 제어부(90)는 상기한 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
센싱 광원부(10)는 센싱광을 조사한다. 센싱 광원부(10)는 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의 광통로에 배치된다. 따라서, 센싱 광원부(10)가 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의 수신 가림영역(A)을 형성하므로, 수신 가림영역(A)의 크기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 수광 렌즈(40)에서 수신 가림영역(A)을 감소시키므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센싱장치의 최대 검출거리를 보다 증가시킬 수 있다.
또한, 센싱 광원부(10)가 수광 렌즈(40)의 광통로 상에 배치되므로, 센싱 광원부(10)에서 조사되는 센싱광을 스캐너부(30) 측으로 반사시키는 송광 반사경을 설치하지 않아도 된다. 따라서, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다.
센싱 광원부(10)는 경통(11), 광원(13) 및 송광 렌즈부(15)를 포함한다.
경통(11)은 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의 광통로에 배치된다. 경통(11)은 원통형으로 형성될 수 있다. 광원(13)은 경통(11)의 내부에 설치된다.
송광 렌즈부(15)는 광원(13)에서 조사되는 센싱광을 시준하도록 광원(13)의 출력측에 설치되고, 수광 렌즈(40)와 일체로 형성된다. 송광 렌즈부(15)가 센싱광을 평행한 광선으로 시준하므로, 센싱광의 출력이 향상될 수 있다. 또한, 송광 렌즈부(15)와 수광 렌즈(40)가 일체로 통합되고, 송광 반사경의 설치가 생략되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 더욱 줄일 수 있다.
송광 렌즈부(15)는 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)를 포함한다. 제1 송광 렌즈(15a)는 경통(11)의 내부에 설치된다. 제2 송광 렌즈(15b)는 수광 렌즈(40)와 일체로 형성되고, 제2 송광 렌즈(15b)에는 제1 송광 렌즈(15a)를 투과하는 센싱광이 입사된다. 제2 송광 렌즈(15b)가 수광 렌즈(40)와 일체로 형성되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다.
스캐너부(30)는 센싱 광원부(10)에서 조사되는 센싱광을 타켓에 반사시키고, 타겟에서 반사되는 입사광을 반사시킨다. 스캐너부(30)에도 광반사 효율을 향상시키도록 반사층이 형성된다. 센싱 광원부(10)에서 조사되는 센싱광이 스캐너부(30)에 입사되므로, 센싱광을 스캐너부(30) 측으로 반사시키기 위해 송광 반사경을 설치하지 않아도 된다. 따라서, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다.
스캐너부(30)는 스캐너 반사경(31)과 스캐너 구동부(33)를 포함한다. 스캐너 반사경(31)은 센싱 광원부(10)에서 조사되는 센싱광을 타겟 측으로 반사시키고, 타겟에서 반사되는 입사광을 수광 렌즈(40)로 반사시킨다. 스캐너 구동부(33)는 스캐너 반사경(31)을 회전시키도록 스캐너 반사경(31)에 연결된다. 스캐너 구동부(33)가 스캐너 반사경(31)을 회전시키므로, 스캐너 반사경(31)의 각도에 따라 센싱광과 입사광의 반사 각도가 변경될 수 있다.
스캐너 구동부(33)로는 모터부가 적용될 수 있다. 모터부에는 엔코더가 포함되거나 엔코더와 연결될 수 있다. 엔코더가 모터부의 회전수, 회전속도, 회전각도 등을 측정하여 제어부(90)에 제공한다.
수광 렌즈(40)는 스캐너부(30)에서 반사되는 입사광이 투과되고, 센싱 광원부(10)와 일체로 형성된다. 수광 렌즈(40)는 크리스탈, 유리, 투명한 합성수지 등의 광학재료로 가공될 수 있다. 수광 렌즈(40)는 입사광이 반사되는 것을 방지하도록 무반사 코팅층이 형성될 수 있다. 수광 렌즈(40)와 센싱 광원부(10)가 하나의 광학모듈로 통합되므로, 부품수를 줄일 수 있다. 또한, 수신 가림영역(A)이 감소될 수 있다.
수광 반사경(50)은 수광 렌즈(40)를 투과한 입사광을 반사시킨다. 스캐너부(30)에도 광반사 효율을 향상시키도록 반사층이 형성된다.
광검출부(60)에는 수광 반사경(50)에서 반사되는 입사광이 입사된다. 광검출부(60)에서는 입사광이 입사됨에 따라 타겟의 위치 및 거리 등을 검출할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 라이다 센싱장치에 관해 설명한다. 제4 실시예는 송광 렌즈부와 수광 렌즈를 제외하고 제3 실시예와 실질적으로 동일하므로, 동일한 도번에 관해서는 동일한 도번을 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 라이다 센싱장치에서 센싱 광원부, 수광 렌즈 및 수광 반사경을 도시한 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 센싱 광원부(10)는 경통(11), 광원(13) 및 송광 렌즈부(15)를 포함한다.
경통(11)은 수광 렌즈(40)와 수광 반사경(50)의의 광통로 상에 배치된다. 경통(11)은 원통형으로 형성될 수 있다. 광원(13)은 경통(11)의 내부에 설치된다.
송광 렌즈부(15)는 광원(13)에서 조사되는 센싱광을 시준(collimination)하도록 광원(13)의 출력측에 배치되고, 수광 렌즈(40)와 일체로 형성된다. 송광 렌즈부(15)가 센싱광을 평행한 광선으로 시준하므로, 센싱광의 출력이 향상될 수 있다. 또한, 송광 렌즈부(15)와 수광 렌즈(40)가 일체로 형성되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 감소시킬 수 있다.
송광 렌즈부(15)는 제1 송광 렌즈(15a)와 제2 송광 렌즈(15b)를 포함한다.
제1 송광 렌즈(15a)는 수광 렌즈(40)와 일체로 형성된다. 제1 송광 렌즈(15a)는 크리스탈, 유리, 투명한 합성수지와 같은 광학물질로 제조된다. 제1 송광 렌즈(15a)가 수광 렌즈(40)와 일체로 형성되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 감소시킬 수 있다.
제2 송광 렌즈(15b)는 제1 송광 렌즈(15a)를 투과한 센싱광이 입사되고, 수광 렌즈(40)와 일체로 형성된다. 제2 송광 렌즈(15b), 제1 송광 렌즈(15a) 및 수광 렌즈(40)는 크리스탈, 유리, 투명한 합성수지 등의 동일한 광학재료로 가공될 수 있다. 수광 렌즈(40), 제1 송광 렌즈(15a) 및 제2 송광 렌즈(15b)가 하나의 광학모듈로 통합되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다. 또한, 수신 가림영역(A)의 크기를 감소시킬 수 있다.
상기와 같이, 수신광학계와 송신광학계의 일부가 하나의 광학모듈로 통합되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다.
또한, 수광 렌즈(40)에서 가림영역의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센싱장치의 최대 검출거리를 보다 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센싱 장치 및 방법은 수신신호의 신호 세기가 상대적으로 낮을 경우 주변 조도에 따라 광학필터(71)의 대역폭을 조정하여 최대 검출거리를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센싱 장치 및 방법은 수신광학계와 송신광학계의 일부가 하나의 광학모듈로 통합되므로, 라이다 센싱장치의 부품수를 줄일 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센싱 장치 및 방법은 수광 렌즈에서 가림영역의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 광수신 효율을 증가시킬 수 있다. 광수신 효율이 증가됨에 따라 라이다 센싱 장치의 최대 검출거리를 보다 증가시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 센싱 광원부 11: 경통
13: 광원 15: 송광 렌즈부
15a: 제1 송광 렌즈 15b: 제2 송광 렌즈
20: 송광 반사경 30: 스캐너부
31: 스캐너 반사경 33: 스캐너 구동부
40: 수광 렌즈 50: 수광 반사경
60: 광검출부 70: 대역폭 조정기
71: 광학필터 72: 대역폭 조정부
80: 조도 검출부 90: 제어부
A: 수신 가림영역

Claims (12)

  1. 대역폭을 조정하여 타겟에 반사되어 수광 반사경을 통해 입사되는 입사광 중 상기 조정된 대역폭의 입사광을 상기 광검출부에 입사시키는 대역폭 조정기;
    상기 대역폭 조정기로부터 입사되는 입사광을 검출하는 광검출부;
    차량 주변의 조도를 검출하는 조도 검출부; 및
    상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기에 따라 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하고, 검출된 조도에 따라 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 제어부를 포함하는 라이다 센싱장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 대역폭 조정기는
    상기 수광 반사경과 상기 광검출부 사이에 배치되어 상기 조정된 대역폭의 입사광을 상기 광검출부에 입사시키는 광학필터; 및
    상기 광학필터의 위치를 조정하여 상기 광학필터의 대역폭을 조정하는 대역폭 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기를 기 설정된 제1 기준값과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기가 상기 제1 기준값 이상이면 기 설정된 광학필터 초기 설정값을 유지하고, 수신신호의 세기가 상기 제1 기준값 미만이면 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도와 기 설정된 제2 기준값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 광학필터의 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값 이하이면 상기 광학필터 초기 설정값을 조정하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값을 초과하면 상기 광학필터의 대역폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱장치.
  8. 제어부가 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기를 검출하는 단계;
    상기 제어부가 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기에 따라 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도에 따라 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계를 포함하는 라이다 센싱방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 단계에서,
    상기 제어부는 상기 광검출부에 의해 검출된 수신신호의 세기가 기 설정된 제1 기준값 이상이면 상기 조도 검출부를 통해 조도를 검출하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계에서,
    상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도와 기 설정된 제2 기준값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 광학필터의 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계에서,
    상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값 이하이면 상기 광학필터 초기 설정값을 조정하는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 대역폭 조정기를 제어하여 대역폭을 조정하는 단계에서,
    상기 제어부는 상기 조도 검출부에 의해 검출된 조도가 상기 제2 기준값을 초과하면 상기 광학필터의 대역폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 라이다 센싱방법.
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