KR20210062481A - 라이다 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 레이저 광을 발신 및 수신하는 라이다 광학 장치는 일정 높이의 원형 기둥 형상을 갖는 본체하우징과 상기 본체하우징의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체와 회전하며 동작하는 회전체로 이루어지되, 상기 고정체에는 일정 위치에 고정되어 수직으로 세워져 레이저 광을 발신하는 광섬유 레이저 모듈이 구비되고, 상기 회전체에는 상기 광섬유 레이저 모듈에 의해 발신된 레이저 광을 전방 수직방향으로 꺾어 발산하도록 일정 각도로 기울어진 반사미러를 구비한 경통형 레이저 송신부와 목표물에 반사되어 돌아오는 레이저 광을 수신하기 위한 포토다이오드를 구비한 경통형 레이저 수광부가 결합 배치되는 것을 특징으로 하여, 고출력의 레이저 광(Beam)을 생성하고 탐지거리가 증가되는 효과를 제공하는 라이다 광학 장치에 관한 것이다.

Description

라이다 광학 장치{LIDAR OPTICAL APPARATUS}
본 발명은 라이다 광학 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 광의 발신을 위하여 광섬유(Optical Fiber) 방식의 레이저 발신 모듈이 적용된 라이다 광학 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저(laser) 레이더 장치인 라이다(LIDAR: LIght Detection And Ranging)가 많이 사용되고 있다.
이러한 라이다는, 펄스 레이저 광을 대기 중에 발사하고 대기 중의 반사체 또는 산란체로부터의 반사광을 이용하여 거리, 물체 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서 반사광의 시간을 클럭 펄스로 계산하며 통상 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.
이와 같이 라이다는 주변 영역으로 레이저 광을 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용함으로써, 측정 대상물의 거리와 속도, 형상을 측정하거나 주변의 물체나 지형을 정밀하게 스캔한다.
이러한 라이다는 로봇 및 무인자동차의 전방 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용되고 있다.
그런데, 기존의 라이다는 화각에 상응하게 빔 폭이 넓은 레이저를 방출하고 화각 내의 모든 방향으로부터 동시에 반사광을 획득하여 반사체와의 거리를 획득하기 때문에, 출력이 매우 높은 레이저 모듈을 필요로 하며, 따라서 매우 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 출력이 높은 레이저 모듈은 크기가 크고, 라이다 장치의 전체적인 크기를 키우는 요인으로 작용하게 된다.
또한, 종래의 스캐닝 라이다의 경우, 레이저의 반사, 굴절각을 산란시키기 위해 다각형 미러를 적용할 경우 광이 평행 입사할 경우 미러 면이 커져야 하며 이는 회전 속도에 제약을 두게 된다. 이러한 속도 한계를 극복하고, 고속 대응 시 발생되는 스핀들 모터의 소음을 제거하고, 광 주사 유닛의 크기를 줄이기 위해, 스핀들 모터 및 다각형 미러를 대체할 수 있는 새로운 기구물이 요구되고 있다.
이러한 기구물의 구조에 의해 종래의 스캐닝 라이다는 특정 관심영역에 대한 집중 스캔 성능이 좋지 않고, 다양한 레이저 패턴의 조사가 불가하며, 다수의 레이저 발광부 및 수광부의 사용으로 제조비용이 고가화되고, 구조가 복잡한 단점이 있다.
그러므로 상대적으로 복잡도가 낮은 구조와 제어 알고리즘을 사용하여 고출력 효율을 제공할 수 있는 라이다 광학 장치가 요구되어진다.
이러한 라이다 광학 장치의 종래의 기술로서는 대한민국 등록특허공보 10-1977315(2019.05.20.)호에서 라이다 장치가 개시되어 있다.
상기 종래의 기술은 레이저를 출사하는 레이저 출력부; 그 내부에 관통홀이 형성되는 다면 기둥 형상을 가지고, 회전축을 따라 회전하며 상기 레이저 출력부로부터 출사된 레이저를 대상체를 향해 반사하는 회전 다면 미러; 상기 레이저 출력부로부터 발생하는 열의 방열에 이용되며 상기 관통홀을 통과하는 기류를 생성하되, 상기 회전 다면 미러에 설치되는 쿨링팬; 및 상기 쿨링팬에 회전력을 제공하는 구동부;를 포함하고, 상기 쿨링팬은 상기 제공되는 회전력으로 회전하되, 상기 회전 다면 미러와 결합되어, 상기 회전 다면 미러의 회전축을 따라 상기 회전 다면 미러와 일체로 회전하는 라이다 장치를 제공하고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은, 본체하우징의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체와 모터 회전자에 따라 360도 회전하며 동작하는 회전체를 구성하여 라이다 장치의 성능을 향상시키면서, 그 구조와 구동을 단순화할 수 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 발신되는 레이저 광의 출력 향상을 위하여 파이버(Fiber) 레이저가 적용된 광섬유 레이저 모듈을 적용하여 고출력의 레이저 광을 생성하는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 레이저 수신 채널수 및 스캔 영역의 FoV(Field of view)를 증가시키기 위해 멤스미러(MEMS MIRROR)를 적용하여, 탐지 해상도가 증가된 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 라이다 광학 장치는 일정 높이의 원형 기둥 형상을 갖는 본체하우징과 상기 본체하우징의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체와 회전하며 동작하는 회전체로 이루어지되, 상기 고정체에는 일정 위치에 고정되어 수직으로 세워져 레이저 광을 발신하는 광섬유 레이저 모듈이 구비되고, 상기 회전체에는 상기 광섬유 레이저 모듈에 의해 발신된 레이저 광을 전방 수직방향으로 꺾어 발산하도록 일정 각도로 기울어진 반사미러를 구비한 경통형 레이저 송신부와 목표물에 반사되어 돌아오는 레이저 광을 수신하기 위한 포토다이오드를 구비한 경통형 레이저 수광부가 결합 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때 본 발명의 상기 광섬유 레이저 모듈에서 발신되는 레이저 광은 상기 회전체와 상기 레이저 송신부의 하부에 뚫린 구멍을 통하여 상기 반사미러를 향하여 진행되는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 광섬유 레이저 모듈은 도파로가 일직선상으로 고정된 형태로 일정 길이를 갖는 막대형 광섬유(Rod-type fiber) 레이저 발신기인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 반사미러는 상기 레이저 송신부의 일측의 지지면에 일정 각도로 고정되어 결합된 고정형 반사미러인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 반사미러는 상기 레이저 송신부의 일측의 지지면에 일정 각도로 배치되고, 일정 경사각의 시소 회전 운동에 따라 발산 각도를 제어 조절하면서 주사 거울에 의해 레이저 광을 수직 다중 채널로 스캔 주사시키는 멤스 구동형 반사미러인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 포토다이오드는 PIN 포토다이오드, 애벌런치 포토다이오드(APD, Avalanche photodiode) 또는 실리콘 광전자 증배기(SiPM, Silicon photomultiplier) 중의 어느 하나의 수광 센서를 포함하며 TO(Transistor Outline) CAN 패키지, SMD 패키지 또는 마이크로셀(Micro cell) 어레이(Array) 형태 중의 어느 하나의 타입으로 구성되는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 상기 고정체는 상기 본체하우징의 내부 하측에 고정되어 전원 및 데이터 처리를 위한 고정기판과 상기 고정기판의 상부 둘레를 따라 형성되어 회전 자기장을 생성하는 고정체 페라이트 코어가 구비되는 모터 고정자를 포함하여 이루어지고, 상기 회전체는 상기 모터 고정자의 회전 자기장에 의하여 회전 동력을 생성하는 회전체 페라이트 코어를 구비하는 모터 회전자, 상기 모터 회전자와의 결합에 의하여 360도 회전하며 상기 고정기판과 신호 연동하는 회전기판으로 이루어지는 특징이 있다.
전술한 본 발명의 라이다 광학 장치는 고정체와 회전체로 이루어진 모터 구성의 원리를 적용함으로서 라이다 장치를 단순화하고, 상대적으로 복잡도가 낮은 구동 제어 알고리즘을 사용할 수 있고 그에 의해 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 광섬유 기반 파이버(Fiber) 레이저 발생 장치를 적용함으로서, 파이버 내부에 레이저 빔을 생성하기 때문에 빔을 전달하기 위해 복잡하거나 민감한 광학 장치가 필요하지 않으며, 매우 안정적이고 사용하기 쉬운 장점이 있다.
또한, 본 발명은 광섬유 레이저(Fiber Laser)가 적용된 라이다 광학 장치를 제공함으로서 고출력의 레이저 광(Beam)을 생성하여 탐지거리가 증가되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 회전하는 회전체에 구비되는 레이저 송신부에 적용된 멤스 구동형 반사미러에 의하여 스캔 영역의 FoV(Field of View)를 증가시키며 탐지 해상도가 증가되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 외관 형상을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정형 반사미러를 포함하는 라이다 광학 장치의 내부 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정형 반사미러를 포함하는 레이저 모듈의 동작 상태를 보여주는 부분 예시도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멤스 구동형 반사미러를 포함하는 라이다 광학 장치의 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멤스 구동형 반사미러의 회전 동작 상태를 나타내는 예시도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.
도 1은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 외관 형상을 보여주는 사시도이다.
도 1과 같이 본 발명의 라이다 광학 장치는, 일정 높이의 원형 기둥 형상을 갖는 본체하우징(100)과 상기 본체하우징(100)의 측면을 따라 일정 면적으로 360˚ 형성되는 윈도우(110)를 구비한다.
상기 윈도우(110)는 라이다 광학 장치의 내외부로 레이저 광 투과를 용이하게 하고 상기 본체하우징(100)을 보호하기 위한 광투과성 부재로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성을 나타내는 사시도로서, 도시에서와 같이 본 발명의 라이다 광학 장치는 상기 본체하우징(100)의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체(200)와 회전하면서 동작되는 회전체(300)로 이루어진다.
이를 기계 기구적으로 설명하면 상기 고정체(200) 부분은 모터의 고정 유닛으로 지칭되는 모터 고정자, 즉 모터 스테이터(Stator)가 적용되는 구조인 것이고, 상기 회전체(300)는 상기 고정체(200)의 회전자기장에 의해 회전하는 모터의 회전 부분으로서 모터 회전자, 즉 로터(Rotor)의 구조가 적용되는 부분으로 간주될 수 있는 것이다.
본 발명은 도 2에서와 같이 상기 회전체(300)의 상단에 외부에서 보기에 경통형 구조로 이루어진 레이저 송신부(310)와 또 하나의 경통형 구조로 이루어진 레이저 수신부(320)가 결합되어 구비된다. 이에 따라 상기 고정체(200)의 전자기 유도에 의하여 상기 회전체(300)와 상부에 결합되는 구성부, 즉 본 발명에서는 상기 레이저 송신부(310)와 레이저 수신부(320)가 함께 회전하도록 형성되는 것임을 알 수 있다.
그러나 상기 레이저 송신부(310)에는 레이저 광(Beam)을 발신하는 레이저 광 발신 모듈은 포함하지를 않고, 레이저 광의 반사 경로를 형성하는 반사미러와 상기 반사미러의 일정 거리 선단에서 송신부 경통 렌즈(312)로 이루어진 일자 경통형 구조를 갖는다. 이때 상기 회전체와 상기 레이저 송신부(310)의 하부 일정 위치에 레이저 광 발신 모듈이 관통하는 구멍이 형성된다.
본 발명에서의 레이저 광 발신 모듈은 상기 고정체(200)의 일정 위치에서 결합되어 수직으로 세워진 광섬유 레이저 모듈(Optical Fiber laser Module)(210)을 사용한다. 상기 일정 위치는 상기 고정체(200)의 중앙부에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 광섬유 레이저 모듈(210)은 고정체(200)의 일정 위치에 결합되어 수직으로 세워진 상태에서, 상기 경통형 레이저 송신부(310)의 하부에 뚫린 상기 구멍을 통하여 레이저 광을 발신하게 된다. 그러므로 상기 레이저 송신부(310)의 하부에 뚫린 구멍의 위치는 상기 회전체(300)의 중앙부가 될 수 있다.
즉 본 발명에서의 레이저 광 발신 모듈은 도파로가 일직선상으로 고정된 형태로 일정 길이를 갖는 막대형 광섬유(Rod-type fiber) 방식의 광섬유 레이저 모듈(210)이다.
상기 광섬유 레이저 모듈(210)은 펌프 광원을 통해 광 여기되어 광 이득이 생성되는 부분으로 이중클래딩 구조로 구성된 희토류 혼입 광섬유가 사용되며, 레이저 광이 발생되는 코어 영역에서 특성에 따라 수에서 수십 마이크로미터 직경을 갖게 되는 레이저 광이 발생될 수 있다.
즉 상기 광섬유 레이저 모듈은 특정 파장에서 이득을 얻을 수 있는 원소가 첨가되어 있는 광섬유를 이득 매질로 사용하고, 펌핑 광원으로 레이저 다이오드(LD)를 사용하는 방식으로서, 즉, 광섬유만으로 광 공진기를 구성한 레이저 발신 모듈이라고 할 수 있다.
한편, 일반적으로 이용하는 레이저 다이오드(LD)는 반도체를 이득 매질로 사용하는 것으로서 고출력 이득에 한계가 있다.
그러므로 광섬유 레이저 모듈은 일반적인 레이저 다이오드를 사용하는 것보다 고출력 효율이 높은 장점이 있다, 또한, 광섬유 레이저는 펌프 소스에 의해 들어오는 전력의 약 70 ~ 80 %를 변환할 수 있으므로 전력 소비에 유리한 장점이 있다.
또한, 상기 레이저 수신부(320)는 내측으로 목표물에 반사되어 돌아오는 레이저 광을 수광하기 위한 포토다이오드(PD)(321)가 일측의 면에 배치되고, 포토다이오드의 일정 거리 전단에서 레이저 렌즈가 구성된 일자형 경통 구조로 이루어지며, 상기 레이저 송신부(310)와 나란히 배열되어 위치하도록 구성된다.
이에 상기 포토다이오드(321)는 하나의 셀(Cell) 방식의 포토다이오드 또는 다수의 어레이 셀로 이루어진 수광 센서 중의 어느 하나를 사용하여 구현될 수 있다.
즉 상기 포토다이오드(321)는 일정 지름을 갖는 TO(Transistor Outline) 캡 타입의 캔(CAN) 패키지로 이루어진 하나의 포토 셀에 의하여 레이저 광이 수신되는 구조, 또는 기판 실장형(SMD)의 타입으로 이루어진 복수의 포토다이오드를 적용한 것으로서 복수의 포토 셀에 의하여 레이저 광이 수신되는 구조, 또는 복수의 포토다이오드를 마이크로셀(Micro cell) 어레이(Array) 형태로 구성하여 레이저 광이 수신되는 구조 중의 어느 하나의 타입을 적용하는 패키지로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 포토다이오드(321)는 PIN(Positive-Intrinsic-Negative) 타입 포토다이오드, 고감도 애벌런치 포토다이오드(APD, Avalanche photodiode) 중의 어느 하나를 사용하여 구현될 수 있으며, SiPM(Silicon photomultiplier)으로 지칭 되는 실리콘 광전자 증배기로서, 실리콘 기판 상에 애벌랜치 포토다이오드로 구현된 SPAD(Single-photon Avalanche Diode)에 기초한 고체 단일 광자 감지 센서를 사용하여 어레이로 형성된 구조를 가질 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고정형 반사미러를 포함하는 라이다 광학 장치의 내부 구성을 보여주는 사시도이고, 도 4는 상기 제1 실시예에 따른 고정형 반사미러를 포함하는 레이저 모듈의 동작 상태를 보여주는 예시도이다.
도 3에서와 같이 레이저 송신부(310)의 경통의 구조에 대한 내부 구성으로서, 일측의 지지면에 일정 각도로 고정되어 결합된 고정형 반사미러(311a)가 구비된다.
상기 고정형 반사미러(311a)의 반사면은 거울, 프리즘, 금속 표면 등 반사가 뛰어난 소재 및 부재가 표면상에 부착되거나 코팅된 구조로 이루어진다.
상기 고정형 반사미러(311a)는 상기 고정체(200)에 결합되어 수직으로 세워진 광섬유 레이저 모듈(210)의 발광 경로 상에서 레이저 광을 반사하여 이를 전방 수직 방향으로 꺾어 외부로 발산하는 기능을 수행한다. 즉 상기 고정형 반사미러(311a)는 일정 각도로 세팅되어지고 회전하는 회전체(300)에 의하여 회전하면서 상기 광섬유 레이저 모듈(210)의 레이저 광을 360도로 반사하는 미러 장치이다.
이에 따라 도 4에서와 같이 고정형 반사미러(311a)에 의한 실시예에서는 고정체에 고정된 광섬유 레이저 모듈(210)이 레이저 광을 발신하면, 상기 레이저 송신부(310)의 일측에서 일정 각도로 고정되어 있는 고정형 반사미러(311a)가 상기 레이저 광을 360도 회전하면서 외부로 발산하게 되고, 목표물에 반사되어 돌아오는 레이저 광은 상기 레이저 수신부(310)의 포토다이오드(321)에 의하여 수신되는 동작을 수행하게 되는 것이다.
본 발명은 상기 레이저 송신부(310)에 적용하는 고정형 반사미러(311a)를 대체하여 다른 실시예(제2 실시예)로서 일정 각도로 회전 운동을 할 수 있는 멤스 구동형 반사미러(311b)를 적용할 수 있다.
이에 따라 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멤스 구동형 반사미러가 구비되는 라이다 광학 장치의 구성을 보여주는 부분 사시도이고, 도 6은 상기 멤스 구동형 반사미러의 회전 동작을 나타내는 예시도이다.
도 5에서와 같이 상기 레이저 송신부(310)에 멤스 구동형 반사미러(311b)가 적용되어 진다.
상기 멤스 구동형 반사미러(311b)는 입사되는 레이저 광을 목표 지점에 도달하도록 주사 거울에 의해 정확하게 편향되도록 조정되는 멤스(MEMS, Micro Electro Mechanical System) 기반 미러를 사용하는 것으로서, 멤스 스캐닝 미러라고도 하며, X축과 Y축, 즉 수평축과 수직축으로 일정 경사각의 회전 운동에 따라 발산 각도를 제어 조절하면서 스캔 주사시키는 반사 거울이다. 본 발명에서의 멤스 구동형 반사미러를 멤스미러라고 지칭할 수도 있다.
즉 상기 멤스미러(311b)는 외력에 의해 공진되어 시소 진동하는 구조를 갖는데, 이러한 구조는 정전기 구동 방식 또는 압전 구동 방식으로 구동될 수 있으며, 전자기적으로 구동되는 멤스미러는 작고, 낮은 전압으로 구동되며, 전력 소모가 적은 장점이 있다.
이러한 멤스미러(311b)는 단결정 실리콘 상에 금속 코일을 형성하고, MEMS 처리에 의해 코일 내부에 미러를 형성하고, 미러의 아래쪽에 자석을 배치하며, 상기 자석에 의해 생성된 전자기장 또는 자기장을 이용한 액추에이터로 구현될 수 있으며, 자기장 내에서 미러를 감싸고 있는 코일에 흐르는 전류의 플레밍 유도 법칙에 근거한 로렌츠 힘을 발생시켜 거울 반사각을 유도할 수 있다. 그러므로 거울 표면에 입사되는 레이저 광의 경로는 이러한 방식으로 일정 각도의 주기적 회전에 따라 주사 및 투영될 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에서 멤스 구동형 반사미러의 일정 각도로 회전하는 동작 상태를 나타내는 예시도로서, X축 방향의 경사각을 갖도록 로테이션하는 회전을 예시하고 있다.
이때 상기 멤스 구동형 반사미러(311b)에는 FPCB(Flexible Printed circuit board) 또는 PCB(Printed circuit board) 등의 회로기판이 연결될 수 있으며, 이러한 회로기판은 상기 멤스미러에서 반사되어 발신 및 수신되는 레이저 광이 기 설정된 범위에서 레이저 광의 스캔 범위를 커버하도록 거울의 수평측과 수직축으로의 경사각과 회전 범위를 제한하고, 외부 목표물 상에 자동으로 얼라인(align)할 수 있게 하는 멤스미러 제어 모듈 또는 멤스미러 제어 드라이버를 포함할 수 있다.
상기 멤스미러 제어 모듈에 의하여 상기 멤스미러는 도 6에서와 같이 멤스 거울이 수평축을 중심으로 상하(세로)로 일정 경사각의 회전 운동에 따른 동작할 수 있게 되는 것이다.
그러므로 본 발명의 제2 실시예에 따른 도 5의 도시에서와 같이 광섬유 레이저 모듈(210)에 의한 레이저 광이 발신되고, 이를 상기 멤스미러(311b)에 의하여 경로가 꺾여서 반사되어 발산하며, 상기 멤스미러(311b)는 수평축을 기준으로 회전 운동하면서 레이저 광의 발산각도가 제어될 수 있도록 할 수 있는 것이다.
이에 따라 본 발명의 제2 실시예는 일체형 경통 구조의 레이저 송신부(310)에서 레이저 광이 멤스미러(311b)의 회전으로 인해 수직/다중 채널로 레이저 광이 360도 발신되도록 하는 구성을 제공하고자 하는 것이다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 라이다 광학 장치(100)는 전원 공급을 위한 배선이나 어댑터 또는 전원공급수단을 구비할 수 있다. 전원공급수단은 내부전원 또는 재충전 가능한 전원장치를 구비할 수 있고, 그에 의해 라이다 광학 장치를 착탈식을 사용할 수 있도록 기능하는 구성을 포함할 수 있다. 또한, 라이다 광학 장치(100)는 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등으로 통해 외부 장치와 통신하기 위한 통신모듈을 구비할 수 있다. 그 경우, 라이다 광학 장치(100)는 감지된 타겟이나 감지된 타켓과의 거리 등에 대한 신호 혹은 정보를 외부 장치에 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 라이다 광학 장치(100)는 광섬유 레이저 모듈(210)의 레이저 광 발신을 제어하고 레이저 송신부(310)와 레이저 수신부(320)의 위치와 동작에 따른 시간 및 위치 동기를 제어하는 제어모듈을 구비할 수 있다. 상기 제어모듈은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
100: 본체하우징 110: 윈도우
200: 고정체 210: 광섬유 레이저 모듈
300: 회전체 310: 레이저 송신부
311a: 고정형 반사미러 311b: 멤스구동형 반사미러
312: 송신부 경통 렌즈 320: 레이저 수신부
321: 포토다이오드 322: 수신부 경통 렌즈

Claims (7)

  1. 레이저 광을 발신 및 수신하는 라이다 광학 장치에 있어서,
    일정 높이의 원형 기둥 형상을 갖는 본체하우징과 상기 본체하우징의 내부에서 고정되어 동작하는 고정체와 회전하며 동작하는 회전체로 이루어지되,
    상기 고정체에는 일정 위치에 고정되어 수직으로 세워져 레이저 광을 발신하는 광섬유 레이저 모듈이 구비되고,
    상기 회전체에는 상기 광섬유 레이저 모듈에 의해 발신된 레이저 광을 전방 수직방향으로 꺾어 발산하도록 일정 각도로 기울어진 반사미러를 구비한 경통형 레이저 송신부와 목표물에 반사되어 돌아오는 레이저 광을 수신하기 위한 포토다이오드를 구비한 경통형 레이저 수광부가 결합 배치되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광섬유 레이저 모듈에서 발신되는 레이저 광은 상기 회전체와 상기 레이저 송신부의 하부에 뚫린 구멍을 통하여 상기 반사미러를 향하여 진행되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광섬유 레이저 모듈은 도파로가 일직선상으로 고정된 형태로 일정 길이를 갖는 막대형 광섬유(Rod-type fiber) 레이저 발신기인 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사미러는 상기 레이저 송신부의 일측의 지지면에 일정 각도로 고정되어 결합된 고정형 반사미러인 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사미러는 상기 레이저 송신부의 일측의 지지면에 일정 각도로 배치되고, 일정 경사각의 시소 회전 운동에 따라 발산 각도를 제어 조절하면서 주사 거울에 의해 레이저 광을 수직 다중 채널로 스캔 주사시키는 멤스 구동형 반사미러인 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 포토다이오드는 PIN 포토다이오드, 애벌런치 포토다이오드(APD, Avalanche photodiode) 또는 실리콘 광전자 증배기(SiPM, Silicon photomultiplier) 중의 어느 하나의 수광 센서를 포함하며 TO(Transistor Outline) CAN 패키지, SMD 패키지 또는 마이크로셀(Micro cell) 어레이(Array) 형태 중의 어느 하나의 타입으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정체는 상기 본체하우징의 내부 하측에 고정되어 전원 및 데이터 처리를 위한 고정기판과 상기 고정기판의 상부 둘레를 따라 형성되어 회전 자기장을 생성하는 고정체 페라이트 코어가 구비되는 모터 고정자를 포함하여 이루어지고,
    상기 회전체는 상기 모터 고정자의 회전 자기장에 의하여 회전 동력을 생성하는 회전체 페라이트 코어를 구비하는 모터 회전자, 상기 모터 회전자와의 결합에 의하여 360도 회전하며 상기 고정기판과 신호 연동하는 회전기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
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