KR20210072671A - Lidar module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 라이다 기술에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반사 신호 특성에 기반한 광원 변조 라이다 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to lidar technology, and more particularly, to a light source modulation lidar module based on reflected signal characteristics.
라이다(Light Detection And Ranging, LIDAR) 기술은 레이저를 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 기술이다. 라이다 기술은 지구과학 및 우주 탐사를 목적으로 지속적으로 발전하였다. 현재, 라이다 기술은 항공기 및 위성에 탑재되어 정밀한 지구 지형 및 환경의 관측을 위한 중요한 수단으로 사용되고 있다. 또한, 라이다 기술은 원거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 센서를 비롯하여 3차원 영상 복원을 위한 레이저 스캐너, 미래 무인 자동차를 위한 3차원 영상 센서의 핵심 기술로 활용되고 있다.LiDAR (Light Detection And Ranging, LIDAR) technology is a technology that can detect the distance, direction, speed, temperature, material distribution and concentration characteristics of an object by shining a laser on the target. LiDAR technology continues to advance for the purpose of earth science and space exploration. Currently, lidar technology is mounted on aircraft and satellites and is used as an important means for precise observation of the earth's topography and environment. In addition, lidar technology is being used as a core technology for a simple lidar sensor for long-distance measurement and vehicle speed violation control, a laser scanner for 3D image restoration, and a 3D image sensor for future driverless cars.
대표적인 예로서, 최근 자율 주행 시스템은 주변 환경 정보를 정확하게 탐지하기 위하여 레이저를 광원으로 활용하는 라이다 기술을 이용하고 있다. 정밀한 환경 정보의 인식을 위하여 라이다는 스캐너 등을 이용하여 레이저를 공간에 조사하여 물체의 크기, 형태, 위험 여부에 대한 정보를 취득하고, 취득한 정보를 기반으로 3차원 영상을 구현할 수 있다. 이러한 3차원 영상에 기반하여 주변 환경 정보를 면밀히 분석하기 위하여, 분석하고자 하는 모든 지점에 대한 정보 획득이 필요하다. 또한, 라이다의 신호 검출율을 높이기 위하여 기본적으로 높은 강도의 광 검출기와 강한 세기의 광원이 필요하다.As a representative example, a recent autonomous driving system uses a lidar technology that uses a laser as a light source to accurately detect surrounding environment information. In order to recognize precise environmental information, lidar uses a scanner, etc. to irradiate a laser into space to acquire information on the size, shape, and danger of an object, and implement a 3D image based on the acquired information. In order to closely analyze the surrounding environment information based on such a three-dimensional image, it is necessary to acquire information on all points to be analyzed. In addition, in order to increase the signal detection rate of the lidar, a high intensity light detector and a strong light source are basically required.
그러나, 스캐너에서 송출된 광 신호와 반사체 간의 반사 각도 및 반사체의 다양한 반사율 특성에 의하여 정확한 주변 환경 정보를 획득하는데 어려움이 있다. 또한, 과도한 세기의 광원을 이용하는 경우 시각 안전에 위험할 수 있다는 점, 고반사율 물체의 경우 광 검출기의 신호 수신 가능 범위인 다이나믹 레인지(dynamic range)를 넘어 풀-웰(full-well) 현상에 의한 포화 현상이 발생할 수 있다는 점의 문제점이 있다. 이러한 문제점들은 주변 픽셀의 신호 획득 및 정확한 거리 정보 획득에 영향을 미칠 수 있다.However, it is difficult to obtain accurate information about the surrounding environment due to the reflection angle between the optical signal transmitted from the scanner and the reflector and various reflectance characteristics of the reflector. In addition, if a light source with excessive intensity is used, it may be dangerous to visual safety, and in the case of a high reflectivity object, it is caused by a full-well phenomenon beyond the dynamic range, which is the signal reception range of the photodetector. There is a problem in that a saturation phenomenon may occur. These problems may affect signal acquisition of neighboring pixels and accurate distance information acquisition.
본 발명은 반사 신호 특성에 기반한 광원 변조 라이다 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a light source modulation lidar module based on reflected signal characteristics.
본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈은 펄스의 주기 또는 진폭을 변조하는 펄스 변조부, 상기 변조된 펄스에 기반하여 광 신호를 출력하는 광원부, 적어도 하나의 거울을 이용하여 상기 광 신호의 경로를 조정하고 상기 경로가 조정된 광 신호를 외부로 방사하는 스캐너 및 상기 스캐너를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 송신부 및 상기 광 신호가 물체에 의하여 반사되어 생성되는 반사 신호를 수신하고 상기 반사 신호를 집광하는 수신 렌즈, 상기 반사 신호를 전기 신호로 변환하는 광 검출기 및 상기 전기 신호에 기반하여 상기 물체에 대한 정보를 획득하고 분석하는 데이터 처리부를 포함하는 수신부를 포함하되, 상기 광 검출기는 상기 반사 신호에 기반하여 신호 수신율을 획득하여 상기 펄스 변조부에 제공하고, 상기 펄스 변조부는 상기 신호 수신율에 기반하여 상기 펄스를 변조하되, 미리 설정된 기준 값보다 낮은 신호 수신율이 획득된 영역에는 주기가 짧아진 펄스 또는 진폭이 증가한 변조 펄스를 제공한다.The lidar module according to an embodiment of the present invention uses a pulse modulator for modulating the period or amplitude of a pulse, a light source for outputting an optical signal based on the modulated pulse, and at least one mirror to route the optical signal. A transmitter comprising a scanner for emitting an optical signal whose path is adjusted and adjusted to the outside, and a controller for controlling the scanner, and a reception for receiving a reflected signal generated by reflecting the optical signal by an object and condensing the reflected signal A lens, a photodetector that converts the reflected signal into an electric signal, and a receiver including a data processing unit that obtains and analyzes information about the object based on the electric signal, wherein the photodetector is based on the reflected signal A signal reception rate is obtained and provided to the pulse modulator, and the pulse modulator modulates the pulse based on the signal reception rate, but a pulse or amplitude having a shorter period is present in an area in which a signal reception rate lower than a preset reference value is obtained. Provides increased modulation pulses.
본 발명에 따른 라이다 모듈에 의하면, 펄스 변조를 통하여 스캔 영역 내에 존재하는 각 지점에 최적화된 신호를 조사하여 전력 상승없이 신호 검출율을 높이고, 개선된 3차원 영상을 구현할 수 있다.According to the lidar module according to the present invention, it is possible to increase the signal detection rate without increasing the power by irradiating an optimized signal to each point existing in the scan area through pulse modulation, and to implement an improved three-dimensional image.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 송신부를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 수신부를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 동작을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 내부 비트 개수에 따른 펄스 변조 양상을 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 최대 스캔 범위를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram schematically showing a lidar module according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing a transmitter of a lidar module according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram schematically showing a receiver of a lidar module according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram for explaining in detail the operation of the lidar module according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are graphs illustrating pulse modulation patterns according to the number of internal bits.
6A to 6C are diagrams illustrating a maximum scan range of a lidar module according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of operating a lidar module according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless the phrase specifically dictates otherwise. As used herein, “comprises and/or comprises” refers to the presence or addition of one or more other components, steps, acts and/or elements to a stated element, step, operation and/or element. do not exclude
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 잇는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서, 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly. In this specification, the same reference numerals may refer to the same elements throughout.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈을 개략적으로 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a lidar module according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)은 송신부(110) 및 수신부(120)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)은 송신부(110)에서 발생한 광 신호를 목표 물체(200)로 송신할 수 있다. 목표 물체(200)에 의하여 반사된 광신호는 수신부(120)로 수신될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)은 송신부(110)에서 송신된 펄스 형태의 레이저 광 신호가 물체에서 반사되고, 반사된 광신호가 수신부(120)에서 감지되는 왕복 시간을 이용하여 거리를 탐지하는 ToF(Time-of-Fight) 라이다 모듈일 수 있다.Referring to FIG. 1 , a
본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)은 송신부(110)의 제어에 의한 광원 변조를 통하여 일정 스캔 영역에 변조된 펄스 광원을 인가하거나, 수신부(120)에서 획득되는 신호의 특성에 맞게 광원을 변조하여 주변 환경에 맞는 펄스 광원을 목표 물체(200)에 인가할 수 있다. 본 발명에 따른 라이다 모듈(100)은 반사체의 특성 등에 의하여 스캔 범위의 일부 정보의 손실 또는 왜곡을 방지함으로써, 전력 손실없이 신호 검출율을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)의 구성 및 동작 원리는 후술하는 도 2 내지 도 4에서 상세히 설명될 것이다.The
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 송신부를 개략적으로 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a transmitter of a lidar module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100, 도 1 참조)의 송신부(110)는 광원부(111), 펄스 변조부(113), 스캐너(114) 및 컨트롤러(115)를 포함할 수 있다. 광원부(111)는 물체(200, 도 1 참조)를 탐지하기 위한 광 신호를 발생시킬 수 있다. 광원부(111)는 모파(Master Oscilltor Power Amplifier, MOPA) 레이저 또는 펄스 변조부(113)를 통하여 펄스 형태로 변조 가능한 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
펄스 변조부(113)는 광원부(111)에서 발생하는 광 신호를 원하는 형태로 변조하기 위한 펄스 신호를 생성할 수 있다. 펄스 변조부(113)는 펄스의 반복률(Pulse Repetition Frequency, PRF) 또는 펄스의 폭을 변조할 수 있다. 펄스 변조부(113)는 기본적으로 펄스 폭을 변경하여 광 신호의 진폭을 변조할 수 있다. 예로서, 펄스의 폭을 줄이면 높은 진폭의 광 펄스가 생성될 수 있다. 펄스의 폭을 늘리면 낮은 진폭의 광 펄스가 생성될 수 있다. 펄스 변조부(113)는 하나 이상의 펄스 신호를 발생시킬 수 있고, 이에 따라 광원부(111)에서 생성되는 광 신호는 하나 이상의 형태로 변조될 수 있다. 펄스 변조부(113)의 변조 방식은 후술할 도 5a 및 도 5b에서 상세히 설명할 것이다.The
스캐너(114)는 광원부(111)에서 송출된 광 신호를 원하는 지점에 조사할 수 있다. 컨트롤러(115)는 스캐너(114)에 입사된 광 신호를 제어할 수 있다. 스캐너(114)는 두 개의 거울들을 포함할 수 있다. 두 개의 거울들은 각각 수직 및 수평으로의 광 경로 조정을 담당할 수 있다. 스캐너(114) 및 컨트롤러(115)에 의하여 라이다 모듈(100)은 모듈 전체가 회전하는 회전형 라이다와는 달리 기계적인 회전 없이 레이저 빔 스캐닝 및 신호 수신을 통하여 3차원의 정보를 획득할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 수신부를 개략적으로 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram schematically showing a receiver of a lidar module according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100, 도 1 참조)의 수신부(120)는 수신 렌즈(121), 광 검출기(122) 및 데이터 처리부(123)을 포함할 수 있다. 수신 렌즈(121)는 송신부(110, 도 1 참조)로부터 송신된 광 신호가 목표물에 의하여 반사되어 회귀하는 반사 신호를 수신할 수 있다. 수신 렌즈(121)는 원하는 파장의 레이저 신호만 수신하기 위한 광학 필터를 포함할 수 있다. 수신 렌즈(121)의 전면에는 태양광 또는 주변광에 의한 영향을 최소화하기 위하여, 송신부(110)에서 송신하는 광 파장에 대한 대역 통과 필터(Band Pass Filter, BPF)를 적용하여 송신 광 파장의 근사 파장에 대한 신호만 수신할 수 있다. 수신 렌즈(121)는 수광된 반사 신호를 광 검출기에 집광할 수 있다. 집광된 광 신호는 광 검출기(122)로 출력될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
광 검출기(122)는 수신 렌즈(121)로부터 집광된 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 광 검출기(122)는 신호 증폭을 통해 신호 수신율을 높이기 위하여 저잡음 특성의 트랜스임피던스 증폭기(Trans-Impedance Amplifier, TIA) 또는 전치 증폭기(Post Amplifier)를 포함할 수 있다. 수신 렌즈(121)와 광 검출기(123)간의 거리는 수신 렌즈(121)의 후 초점 거리(Back Focusing Length, BFL)에 의하여 결정될 수 있다. 광 검출기(122)에 의하여 변환된 전기 신호는 데이터 처리부(123)로 출력될 수 있다. 예로서, 광 검출기(122)는 PIN-PD(PIN-Photo-Diode) 또는 애벌런시 광 검출기(Avalanche Photo-Detector, APD)를 포함할 수 있다. The
데이터 처리부(123)는 광 검출기(122)로부터 입력 받은 전기 신호를 고속 처리할 수 있다. 또한, 반사 신호 특성에 따라 원하는 영역에 적절한 형태의 변조 펄스를 조사하기 위하여 송신부(110)에 수신 정보를 전달할 수 있다. 데이터 처리부(123)는 콤퍼레이터(comparator), 시간-디지털 변환기(Time-to-Digital Converter, TDC)를 포함할 수 있다. 데이터 처리부(123)는 잡음 수준에 따라 신호 검출 레벨(threshold)를 지정하고, 그 이상에 해당되는 신호만 검출하여 수신된 신호의 크기 및 신호가 획득된 좌표 정보를 획득할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 동작을 상세하게 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram for explaining in detail the operation of the lidar module according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)은 광원부(111), 펄스 변조부(113), 스캐너(114) 및 컨트롤러(115)를 포함하는 송신부(110) 및 수신 렌즈(121), 광 검출기(122) 및 데이터 처리부(123)를 포함하는 수신부(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
광원부(111)는 물체(200)를 탐지하기 위한 광 신호를 발생 시킬 수 있다. 광원부(111)에서 발생한 광 신호는 펄스 변조부(113)에 의하여 원하는 펄스 형태로 변조될 수 있다. 광원부(111)의 출력단에는 송신 광학계(112)가 부착될 수 있다. 송신 광학계(112)는 광 신호를 목표물에 보내기 위하여 광선을 모아서 묶거나 평행하게 조정할 수 있다. 펄스 변조부(113)에 의하여 변조된 광 신호는 송신 광학계(112)를 거쳐 스캐너(114)로 입력될 수 있다.The
스캐너(114)는 두 개의 거울을 포함할 수 있다. 두 개의 거울에 의하여 광 신호는 수직 및 수평 방향으로의 경로 조정이 이루어질 수 있다. 컨트롤러(115)는 스캐너(114)에 포함된 두 개의 거울에 인가되는 제어 값을 부여하기 위한 제어 동작을 행할 수 있다. 컨트롤러(115)의 제어 동작에 따라 스캐너(114)는 물체(200)에 대하여 원하는 위치에 송신 광 신호를 방사할 수 있다.The
물체(200)에 의하여 반사된 반사 신호는 수신부(120)의 수신 렌즈(121)에 입력될 수 있다. 수신 렌즈(121)는 송신부(110)에서 송신된 광 신호에 해당하는 파장의 신호만을 필터링할 수 있다. 수신 렌즈(121)는 필터링된 광 신호를 집광시켜 광 검출기(122)에 전달할 수 있다.The reflected signal reflected by the object 200 may be input to the receiving
광 검출기(122)는 집광된 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 광 검출기(122)는 입력된 광 신호를 증폭할 수 있다. 광 검출기(122)는 광 신호로부터 변환된 전기 신호를 데이터 처리부(123)에 입력할 수 있다. 송신단(100)에 포함된 펄스 변조부(113)는 광 검출기(122)에 펄스 신호를 인가할 수 있다. 또한, 광 검출기(122)는 펄스 변조부(113)에 신호 수신율에 대한 데이터를 제공할 수 있다. 데이터 처리부(123)는 전기 신호로부터 물체의 위치, 크기 또는 주변 환경 정보에 대한 데이터를 수집할 수 있다.The
데이터 처리부(123)는 수집한 데이터를 이용하여 스캔 범위 내에서 원하는 영역 또는 지점을 선택하여 기존 펄스와 다른 형태의 변조 신호를 인가할 수 있다. 또한, 하나 이상으로 나누어진 스캔 영역에 대하여 서로 다른 형태의 펄스 신호를 조사할 수 있다. 서로 다른 형태의 펄스 신호는 수신 신호에 기반하여 적절한 펄스로 변조될 수 있으며, 변조된 펄스 신호를 해당 지점에 조사하여 스캔 영역 내에 존재하는 각 지점에 최적화된 신호를 조사할 수 있다. The
예로서, 광 검출기(122)에서 수집한 신호 수신율이 미리 설정된 기준 값보다 낮은 경우, 해당 데이터를 펄스 변조부(113)에 제공하고, 펄스 변조부(113)는 획득한 데이터를 기반으로 신호 수신율이 낮게 검출된 영역에 보다 짧은 주기로 변조된(높은 주파수로 변조된) 펄스 신호를 광원부(111)에 제공할 수 있다. 또는, 광 검출기(122)에서 수집한 신호 수신율이 미리 설정된 기준 값보다 낮은 경우, 해당 데이터를 펄스 변조부(113)에 제공하고, 펄스 변조부(113)는 획득한 데이터를 기반으로 신호 수신율이 낮게 검출된 영역에 보다 진폭이 증가한(폭이 줄어든) 펄스 신호를 광원부(111)에 제공할 수 있다.For example, when the signal reception rate collected by the
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 라이더 모듈(100)은 물체(200)의 특성 및 주변 환경에 따라 방사되는 펄스 신호를 조절하여 각 영역에 해당되는 펄스 신호를 조사함으로써, 추가적인 전력 변화 없이 신호 검출율을 높이고, 라이다 모듈(100)로부터 도출되는 3차원 영상의 품질을 개선할 수 있다.That is, the
도 5a 및 도 5b는 내부 비트 개수에 따른 펄스 변조 양상을 나타내는 그래프이다.5A and 5B are graphs illustrating pulse modulation patterns according to the number of internal bits.
좀 더 상세하게는, 도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100, 도 1 참조)의 펄스 변조부에서 발생하는 펄스와 진폭 간의 관계를 나타낸다. 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)의 펄스 변조부에서 발생하는 펄스와 펄스폭 간의 관계를 나타낸다.In more detail, FIG. 5A shows a relationship between a pulse and an amplitude generated in the pulse modulator of the lidar module 100 (refer to FIG. 1) according to an embodiment of the present invention. 5B shows a relationship between a pulse and a pulse width generated by the pulse modulator of the
펄스 변조부(113, 도 2 참조)는 내부 비트(bit)를 제어하여 변조된 펄스 신호를 생성할 수 있다. 도 5a를 참조하면, 펄스 변조부(113)의 내부 비트 컨트롤 개수와 펄스의 진폭은 반비례하는 관계를 가진다. 도 5b를 참조하면, 펄스 변조부(113)의 내부 비트 컨트롤 개수와 펄스의 폭은 비례하는 관계를 가진다. 따라서, 펄스 변조부(113)의 내부 비트 컨트롤 개수를 증가시키면 펄스의 폭이 증가하되, 펄스의 진폭은 감소한 형태의 펄스 신호를 생성할 수 있다. 반면, 펄스 변조부(113)의 내부 비트 컨트롤 개수를 감소시키면 펄스의 폭이 감소하되, 펄스의 진폭은 증가한 형태의 펄스 신호를 생성할 수 있다. The pulse modulator 113 (refer to FIG. 2 ) may generate a modulated pulse signal by controlling an internal bit. Referring to FIG. 5A , the number of internal bit controls of the
도 5a 및 도 5b에서는, 내부의 비트 컨트롤 개수가 16개로 게시되었으나, 본 발명에 따른 라이다 모듈(100)은 도 5a 및 도 5b에 게시된 비트 컨트롤 개수에 한정되지 않으며 다양한 컨트롤 비트 공간을 활용하여 상황에 따른 다양한 펄스 컨트롤이 가능하다. 예로서, 본 발명에 따른 라이다 모듈(100)의 내부 비트 컨트롤 공간은 16bit 외에도 32bit, 64bit 또는 128bit의 크기를 가질 수 있다.5A and 5B, the number of bit controls inside is posted as 16, but the
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 최대 스캔 범위를 나타내는 도면이다.6A to 6C are diagrams illustrating a maximum scan range of a lidar module according to an embodiment of the present invention.
좀 더 상세하게는, 도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 기본 레이저 스캔 영역을 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100, 도 1 참조)은 스캐너(114, 도 2 참조) 및 컨트롤러(115, 도 2 참조)를 활용하여 송신 최대 스캔 범위(Field Of View, FOV)에 해당하는 영역의 전반에 펄스 형태의 광 신호를 조사할 수 있다. 또한, 수신 최대 스캔 범위에 대한 좌표 정보와 반사 신호를 수신할 수 있다. In more detail, FIG. 6A is a diagram illustrating a basic laser scan area of a lidar module according to an embodiment of the present invention. The lidar module 100 (refer to FIG. 1) according to an embodiment of the present invention utilizes a scanner 114 (refer to FIG. 2) and a controller 115 (refer to FIG. 2) to transmit a maximum scan range (Field Of View, FOV). A pulsed optical signal may be irradiated to the entire area of the corresponding area. In addition, coordinate information about the reception maximum scan range and the reflected signal may be received.
최대 스캔 범위는 송신부(110, 도 1 참조)의 스캐너(114) 및 컨트롤러(115) 그리고 수신부(120, 도 1 참조)의 수신 렌즈(121, 도 3 참조) 및 광 검출기(122, 도 3 참조)의 성능에 의하여 결정될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)의 스캐너(114)는 수직 및 수평을 담당하는 거울이 각각 존재하므로 스캔 영역이 고정되어 있지 않다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)에 의하면, 최대 스캔 범위 내에서 각각의 거울에 인가된 값에 따른 스캔 범위의 조절, 하나 이상의 스캔 영역 구성 및 특정 지점에 대한 스캔을 구현할 수 있다.The maximum scan range is the
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈(100)에 의하면, 스캐너(114)를 통해 조사된 광 신호에 대한 반사 신호에 대한 정보를 수신부(120)에 포함된 데이터 처리부(123, 도 3 참조)를 통하여 획득할 수 있다. 이를 통하여 각 좌표 지점에 대한 수신 신호 크기 및 수신 신호 여부를 감지할 수 있고, 이를 기반으로 3차원 영상을 구현할 수 있다.In addition, according to the
도 6b 및 도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈에 의하여 스캔 영역 별로 다른 특성의 신호가 인가되는 것을 나타내는 도면이다.6B and 6C are diagrams illustrating that signals having different characteristics are applied to each scan area by a lidar module according to an embodiment of the present invention.
상술한 도 6a와 같이 동일한 크기의 광 신호를 전 스캔 영역에 조사하게 되면 다양한 반사율 특성 및 반사 각도 등에 의하여 반사 신호가 미약하여 3차원 영상에 보이지 않는 신호들이 존재할 수 있다. 또한, 고 반사율과 고감도 수신 특성에 의하여 광 검출기(122)의 신호 검출 성능인 다이나믹 레인지 이상의 신호가 검출되어 기존 신호와 다른 거이 정보가 추출될 수 있다. 이 경우, 주변 픽셀 신호의 수신에도 영향을 미쳐 정확한 주변 환경 정보에 대한 측정이 어렵기 때문에 사용자 또는 자율 주행 시스템의 판단부 또는 제어부의 동작에 오류가 발생할 수 있다.When an optical signal of the same size is irradiated to the entire scan area as shown in FIG. 6A, the reflected signal is weak due to various reflectance characteristics and reflection angles, and thus signals that are not visible in the 3D image may exist. In addition, a signal exceeding the dynamic range, which is the signal detection performance of the
따라서, 이러한 오류를 극복하기 위하여 본 발명에 따른 반사 신호 특성에 기반한 라이다 모듈(100)은 펄스 변조부(113, 도 2 참조)를 이용한 펄스 변조 특성을 이용하여 광 검출기(122) 및 데이터 처리부(123)를 통해 획득할 수 있는 수신 신호의 크기 및 좌표 정보를 기반으로 특정 영역에 대한 별도의 제어를 통하여 주변 환경 정보를 획득하고, 분석할 수 있다. Therefore, in order to overcome this error, the
좀 더 상세하게는, 도 6b 및 도 6c에 도시된 것과 같이 일부 영역에 적합한 형태의 펄스 신호를 조사할 수 있다. 수신 신호가 미약하여 신호 검출이 미비한 부분에는 펄스 폭을 줄이고, 진폭을 증가시킨 펄스를 조사하여 보다 높은 신호 검출율을 도모할 수 있다. 또한, 포화 신호 이상의 크기를 가지는 신호가 검출되는 부분에는 펄스 폭을 늘리고, 진폭을 감소시킨 펄스를 조사할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 라이다 모듈(100)은 일부 영역에 대한 선택적 구동을 통하여 정확하고 신뢰성 높은 신호를 획득할 수 있고, 3차원 영상에서 목표 물체의 형태를 정확히 구현할 수 있다. 또한, 전력 상승 없이 개선된 3차원 영상 확보가 가능하므로, 정확한 인지를 기반으로 용이하게 자동화 시스템의 동작 구현을 가능하게 할 수 있다.In more detail, as shown in FIGS. 6B and 6C , it is possible to irradiate a pulse signal having a shape suitable for a partial region. A higher signal detection rate can be achieved by reducing the pulse width and irradiating a pulse with an increased amplitude to a portion where the received signal is weak and the signal detection is insufficient. In addition, a pulse having an increased pulse width and decreased amplitude may be irradiated to a portion where a signal having a magnitude greater than or equal to the saturation signal is detected. That is, the
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 모듈의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of operating a lidar module according to an embodiment of the present invention.
S110 단계에서, 본 발명에 따른 라이다 모듈(100, 도 1 참조) 송신부(110, 도 1 참조)에 포함된 펄스 변조부(113, 도 2 참조)는 광원부(111, 도 2 참조)에서 발생하는 광 신호를 원하는 형태로 변조할 수 있다. 펄스 형태를 변조함에 있어서, 펄스의 주기 또는 펄스 폭이 조절될 수 잇다. 변조된 광 신호는 송신부(110)에 포함된 스캐너(114, 도 2 참조)로 입력될 수 있다.In step S110, the pulse modulator 113 (refer to FIG. 2) included in the transmitter 110 (refer to FIG. 1) of the lidar module 100 (refer to FIG. 1) according to the present invention is generated by the light source (111, see FIG. 2). The optical signal can be modulated into a desired shape. In modulating the pulse shape, the period or pulse width of the pulse may be adjusted. The modulated optical signal may be input to the scanner 114 (refer to FIG. 2 ) included in the
S120 단계에서, 스캐너(114)는 컨트롤러(115)로부터 스캐너(114)에 포함된 두 개의 거울을 조정하기 위한 제어 신호를 수신할 수 있다. 컨트롤러(115)로부터 수신된 제어 신호에 의하여 스캐너(114)는 광 신호를 방사하기 위한 경로를 조정할 수 있다. In step S120 , the
S130 단계에서, 스캐너(114)에 의하여 광 신호는 물체(200, 도 1 참조) 전반에 대하여 균일하게 광 신호를 방사하거나, 물체(200)의 특성, 주변 환경 또는 수신 신호에 기반하여 스캔 영역 별로 서로 다른 펄스 신호를 방사할 수 있다.In step S130 , the optical signal is uniformly emitted by the
S140 단계에서, 본 발명에 따른 라이다 모듈(100)에 포함된 수신부(120, 도 1 참조)는 물체(200)에 의하여 반사된 송신 신호의 반사 신호를 수신할 수 있다. 반사 신호는 태양광 또는 외부 잡음을 포함할 수 있다.In step S140 , the receiver 120 (refer to FIG. 1 ) included in the
S150 단계에서, 수신부(120)에 포함된 수신 렌즈(121, 도 3 참조)는 수신된 반사 신호를 집광할 수 있다. 수신 렌즈(121)는 집광된 반사 신호 중 송신 신호의 파장에 해당하는 광 신호만을 추출하여 집광할 수 있다. 집광된 반사 신호는 광 검출기(122, 도 3 참조)로 출력될 수 있다.In step S150 , the receiving lens 121 (refer to FIG. 3 ) included in the receiving
S160 단계에서, 광 검출기(122)는 집광된 반사 신호를 증폭하고, 전기 신호로 변환할 수 있다. 전기 신호는 수신된 신호 검출율, 물체의 위치 및 물체의 크기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 변환된 전기 신호는 데이터 처리부(123)로 출력될 수 있다. 광 검출기(122)의 변환 과정에 있어서, 송신부(110)에 포함된 펄스 변조부(113)는 전기 신호를 변조할 수 있다.In step S160 , the
S170 단계에서, 데이터 처리부(123)는 입력된 전기 신호를 통하여 신호 검출율, 물체의 위치 및 물체의 크기에 대한 정보를 분석할 수 있다. 또한, 송신부(110)에 수신된 신호를 기반으로한 신호 검출 정보를 제공하여 이후 방사될 광 펄스 신호의 변조 및 경로를 제어할 수 있다. 데이터 처리부(123)는 획득한 정보에 기반하여 3차원의 영상을 구현할 수 있다.In step S170 , the
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들 뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The above are specific embodiments for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also simple design changes or easily changeable embodiments. In addition, the present invention will include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents of the present invention.
100 : 라이다 모듈(Lidar Module)
110 : 송신부
111 : 수신부
113 : 펄스 변조부
114 : 스캐너
115 : 컨트롤러
120 : 수신부
121 : 수신 렌즈
122 : 광 검출기
123 : 데이터 처리부100: lidar module (Lidar Module)
110: transmitter
111: receiver
113: pulse modulation unit
114: scanner
115: controller
120: receiver
121: receiving lens
122: photo detector
123: data processing unit
Claims (1)
상기 광 신호가 물체에 의하여 반사되어 생성되는 반사 신호를 수신하고 상기 반사 신호를 집광하는 수신 렌즈, 상기 반사 신호를 전기 신호로 변환하는 광 검출기 및 상기 전기 신호에 기반하여 상기 물체에 대한 정보를 획득하고 분석하는 데이터 처리부를 포함하는 수신부를 포함하되,
상기 광 검출기는 상기 반사 신호에 기반하여 신호 수신율을 획득하여 상기 펄스 변조부에 제공하고,
상기 펄스 변조부는 상기 신호 수신율에 기반하여 상기 펄스를 변조하되, 미리 설정된 기준 값보다 낮은 신호 수신율이 획득된 영역에는 주기가 짧아진 펄스 또는 진폭이 증가한 변조 펄스를 제공하는 라이다 모듈.A pulse modulator for modulating the period or amplitude of a pulse, a light source for outputting an optical signal based on the modulated pulse, and at least one mirror to adjust the path of the optical signal and externally output the optical signal with the adjusted path a transmitter including a scanner radiating to a furnace and a controller for controlling the scanner; and
A receiving lens that receives a reflected signal generated by reflecting the optical signal by an object and condensing the reflected signal, a photodetector that converts the reflected signal into an electrical signal, and acquires information about the object based on the electrical signal And including a receiving unit comprising a data processing unit to analyze,
The photodetector obtains a signal reception rate based on the reflected signal and provides it to the pulse modulator,
The pulse modulator modulates the pulse based on the signal reception rate, but provides a pulse with a shorter period or a modulated pulse with an increased amplitude to an area where a signal reception rate lower than a preset reference value is obtained.
Applications Claiming Priority (2)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20230095767A (en) | 2021-12-22 | 2023-06-29 | 아이탑스오토모티브 주식회사 | Module type flash lidar device |
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2020
- 2020-04-03 KR KR1020200040749A patent/KR20210072671A/en unknown
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KR20230095767A (en) | 2021-12-22 | 2023-06-29 | 아이탑스오토모티브 주식회사 | Module type flash lidar device |
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