KR20220004455A - 줌 렌즈 기능을 적용한 라이다 - Google Patents

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한학구
신호석
이철승
정성희
한윤기
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주식회사 만도모빌리티솔루션즈
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는 광을 발생시켜 오브젝트로 송출하는 송신부와, 오브젝트로부터 반사된 광을 수신하는 수신부를 각각 포함하는 라이다로서, 상기 송신부 및 상기 수신부 중 적어도 하나는, 줌 렌즈 기능이 가능하도록 광의 방향에 대해 전후로 이동이 가능한 이동식 렌즈; 및 이동식 렌즈에 연결되어 이동식 렌즈를 이동시키는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

줌 렌즈 기능을 적용한 라이다{Lidar using zoom lens function}
본 발명은 라이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신부 및 수신부에 대해 줌 렌즈 기능을 적용함으로써 원거리 및 근거리에 대한 요구 조건을 모두 만족시킬 수 있는 라이다에 관한 것이다.
최근 들어, 차량이 지능화됨에 따라 자율 주행 차량(Autonomous Vehicle), 차량 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System; ADAS) 등에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
도 1은 차량에 적용되는 다양한 센서들의 탐지 범위에 대한 일 예를 나타낸다.
이러한 자율 주행 차량 또는 차량 운전 보조 시스템 등을 구현하기 위해서는, 다양한 센서가 필수적으로 요구된다. 이러한 센서들에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이더(RADAR), 라이다(LIDAR), 카메라(Camera), 초음파 센서 등이 있다. 특히, 라이다의 경우, 오브젝트 판별 정확성은 다소 떨어지지만 정확한 거리 정보를 얻을 수 있는 장점으로 인해, 대부분의 자율 주행 차량의 앞뒤에 장착되어 사용되고 있다.
한편, 차량에 장착되는 라이다의 경우, 광을 발생시켜 오브젝트로 송출하는 송신부와, 오브젝트로부터 반사된 광을 수신하는 수신부와, 이들 송신부 및 수신부의 광에 대한 신호를 처리하는 신호 처리부 등을 포함한다. 물론, 이들 송신부 및 수신부에는 송수신되는 광을 관통시켜 그 경로를 조절하는 광학계를 구비한다. 이때, 송신부 및 수신부에 대해, 그 감지 영역이 근거리의 경우에 상대적으로 넓은 FOV(Field Of View) 및 낮은 해상도(low resolution)의 조건(이하, “제1 요구 조건”이라 지칭함)가 요구되며, 반면 그 감지 영역이 원거리인 경우에 상대적으로 좁은 FOV 및 높은 해상도(high resolution)의 조건(이하, “제2 요구 조건”이라 지칭함)이 요구된다.
하지만, 이들 송신부 및 수신부에 구비된 각 렌즈가 그 위치가 변경되지 않는 고정형이므로, 라이다가 해당 제1 및 제2 요구 조건을 모두 만족시킬 수 없는 문제점이 있었다. 예를 들어, 프래쉬 라이다(Flash Lidar)의 경우, 광원의 출력 증가로 탐지 거리 증가의 가능하나 해상도는 작아지지 않으며, 스캐닝 라이다(Scanning Lidar)의 경우, 레이저 광원(LD)의 반복률을 증가 시켜 특정구간에서 많은 위치정보를 얻을 수 있지만, 광원의 발산각을 줄이지는 못하기 때문에 해상도는 작아지지 않는다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 송신부 및 수신부에 대해 줌 렌즈 기능을 적용함으로써 원거리 및 근거리에 대한 제1 및 제2 요구 조건을 모두 만족시킬 수 있는 라이다를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 줌 렌즈 기능뿐 아니라, 그 구동 중에 틀어진 이동식 렌즈를 보정(calibration)하는 정렬 기능도 수행할 수 있는 라이다를 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는 광을 발생시켜 오브젝트로 송출하는 송신부와, 오브젝트로부터 반사된 광을 수신하는 수신부를 각각 포함하는 라이다로서, 상기 송신부 및 상기 수신부 중 적어도 하나는, (1) 줌 렌즈 기능이 가능하도록 광의 방향에 대해 전후로 이동이 가능한 이동식 렌즈, (2) 이동식 렌즈에 연결되어 이동식 렌즈를 이동시키는 이동부를 포함한다.
오브젝트가 근거리에 있는 경우, 송신부의 이동식 렌즈는 광의 출사 방향의 반대 방향을 따라 이동되고 수신부의 이동식 렌즈는 광의 방향을 따라 이동될 수 있다.
오브젝트가 원거리에 있는 경우, 송신부의 이동식 렌즈는 광의 출사 방향을 따라 이동되고 수신부의 이동식 렌즈는 광의 방향의 반대 방향을 따라 이동될 수 있다.
상기 이동부는 그 위치가 틀어진 이동식 렌즈를 정렬시키는 정렬 기능을 수행할 수 있다.
상기 이동부는 광의 방향에 대한 이동식 렌즈의 전후 이동과, 복수 축에 대한 이동식 렌즈의 회전을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는, (1) 이동식 렌즈 보다 큰 직경을 가져 그 내부 공간에 이동식 렌즈가 위치하고, 이동식 렌즈의 외측과 연결된 제1 회전축이 그 내측에 연결되며, 제1 회전축을 중심으로 회전 가능한 링 형상의 제1 구조체, (2) 제1 구조체 보다 큰 직경을 가져 그 내부 공간에 제1 구조체가 위치하고, 제1 구조체의 외측과 연결되고 제2 회전축이 그 내측에 연결되며, 제2 회전축을 중심으로 회전 가능한 링 형상의 제2 구조체를 더 포함할 수 있다.
상기 이동부는, (1) 제1 회전축을 회전시키는 제1 액추에이터, (2) 제2 회전축을 회전시키는 제2 액추에이터, (3) 광의 방향에 대한 전후로 제2 구조체를 이동시키는 제3 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 회전축은 제1 구조체를 사이에 두로 서로 대향하게 2개가 제1 구조체에 연결될 수 있다.
상기 제2 회전축은 제2 구조체를 사이에 두고 서로 대향하게 2개가 제2 구조체에 연결될 수 있다.
상기 제1 회전축이 이루는 제1 가상 선과 상기 제2 회전축 2개가 이루는 제2 가상 선은 서로 예각 이상의 각도를 이룰 수 있다.
상기 제1 가상 선과 상기 제2 가상 선은 서로 수직할 수 있다.
상기 줌 렌즈 기능이 수행될 경우, 제3 이동부가 작동될 수 있으며, 상기 정렬 기능이 수행될 경우, 제1 이동부 또는 제2 이동부가 작동될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 송신부 및 수신부에 대해 줌 렌즈 기능을 적용함으로써 원거리 및 근거리에 대한 제1 및 제2 요구 조건을 모두 만족시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 줌 렌즈 기능뿐 아니라, , 그 구동 중 다양한 요인에 의해 그 방향이 틀어진 이동식 렌즈에 대해 그 방향을 보정(calibration)하는 정렬 기능도 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 차량에 적용되는 다양한 센서들의 탐지 범위에 대한 일 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100) 또는 수신부(200)에서 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100)에서 근거리에 대한 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 수신부(200)에서 근거리에 대한 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100)에서 원거리에 대한 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 수신부(200)에서 원거리에 대한 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다.
도 8은 줌 렌즈 기능 및 정렬 기능이 모두 수행되기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100)의 구성에 대한 일 예를 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 구성도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는 레이저 광을 이용하여 차량 외부의 오브젝트(OB)에 대한 정보를 생성할 수 있는 센서 장치이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는 구동식 또는 비구동식으로 구현될 수 있다. 구동식의 경우, 모터에 의해 회전되며, 차량 주변의 오브젝트(OB)를 검출할 수 있다. 비구동식인 경우, 광 스티어링에 의해 차량을 기준으로 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트(OB)를 검출할 수 있으며, 이 경우 차량은 복수의 비구동식 라이다를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는 레이저 광을 매개로 TOF(Time of Flight) 방식 또는 phase-shift 방식 등에 기초하여, 오브젝트(OB)를 검출하고, 검출된 오브젝트(OB)의 위치, 검출된 오브젝트(OB)와의 거리, 상대 속도 등을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트(OB)를 감지하기 위해 차량의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 이때, 차량은 자율 주행 차량(Autonomous Vehicle)이거나 차량 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System; ADAS) 등을 구비할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다에서 검출된 정보를 이용하여 자율 주행 동작 또는 차량 운전자 보조 동작 등을 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다는, 도 2에 도시된 바와 같이, 송신부(100), 수신부(200) 및 신호 처리부(300)를 포함할 수 있다.
송신부(100)는 레이저 광을 발생시켜 오브젝트(OB)로 송출하는 구성이다. 이때, 송신부(100)는 레이저 광을 발생시키는 광원부와, 광원부로부터 입사되는 레이저 광의 경로를 조절하는 광학계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학계는 각종 렌즈, 거울, 또는 스캐너 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 광원부는 동일한 파장 또는 서로 다른 파장의 레이저 광들을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 광원부는 250㎚ 내지 11㎛의 파장 영역에서 특정 파장을 가지거나 파장 가변이 가능한 레이저 광을 발생시킬 수 있으며, 소형, 저전력이 가능한 반도체 레이저 다이오드를 통해 해당 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
수신부(200)는 오브젝트(OB)로부터 반사된 광을 수신하는 구성이다. 예를 들어, 수신부(200)는 포토다이오드(photodiode) 등과 같은 광전 변환 소자를 이용하여 오브젝트(OB)로부터 반사 수신된 광을 전기적인 신호(전류 등)로 변환할 수 있다. 이때, 수신부(200)의 측정 각도를 FOV(Field Of View)라 지칭할 수 있다. 또한, 수신부(200)는 반사 수신된 광의 경로를 조절하는 광학계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학계는 각종 렌즈, 또는 거울 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
신호 처리부(300)는 송신부(100) 및 수신부(200)의 광에 대한 신호를 처리하는 구성이다. 즉, 신호 처리부(300)는 송신부(100) 및 수신부(200)와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호에 기초하여 오브젝트(OB)에 대한 데이터를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이때, 신호 처리부(300)는 해당 광에 따른 데이터 수집하여 처리함으로써 오브젝트(OB)의 이격 거리 등을 계산할 수 있다.
예를 들어, 신호 처리부(300)는 수신부(200)에서 검출된 출력을 전압으로 변환하고 증폭한 후에, 증폭된 신호를 ADC(Analog　to Digital Converter)를 이용하여 디지털 신호로 변환할 수 있다. 또한, 신호 처리부(300)는 변화된 데이터를 time-of-flight(TOF) 방식, phase-shift 방식 등을 이용하여 신호 처리를 수행하여 오브젝트(OB)의 거리, 형상 등을 검출할 수 있다.
이때, TOF 방식은 송신부(100)로부터 레이저 펄스 신호가 방출된 후, 탐지 범위 내에 있는 오브젝트(OB)로부터 반사된 펄스 신호가 수신부(200)에 도착하는 시간을 측정함으로써 오브젝트(OB)와의 이격 거리를 측정하는 방식이다. 또한, Phase-shift 방식은 송신부(100)에서 특정 주파수를 가지고 연속적으로 변조되는 레이저 빔을 방출한 후, 탐지 범위 내에 있는 오브젝트(OB)로부터 반사되어 되돌아 오는 신호의 위상 변화량을 측정함으로써 해당 시간 및 이격 거리를 계산하는 방식이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100) 또는 수신부(200)에서 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100) 및 수신부(200)에서 각각 근거리에 대한 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다. 또한, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100) 및 수신부(200)에서 원거리에 대한 줌 렌즈 기능이 수행되는 일 예를 나타낸다.
한편, 도 2 내지 도 7을 참조하면, 송신부(100) 및 수신부(200)는 각각 이동식 렌즈(110, 210)와 이동부(120, 220)를 포함할 수 있다.
이동식 렌즈(110)는 줌 렌즈 기능이 가능하도록 광의 방향에 대해 전후 방향(D1과 D2의 방향, 또는 D1 및 D2이 이루는 제1 축 방향)로 이동이 가능한 렌즈이다. 이동식 렌즈(110, 210)는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등의 다양한 렌즈 방식으로 구성될 수 있다.
이동부(120)는 이동식 렌즈(110, 210)에 연결되어 이동식 렌즈(110, 210)를 이동시키는 동력을 제공한다. 예를 들어, 이동부(120)는 다양한 모터(motor) 등의 액추에이터(actuator)뿐 아니라, 나사선 회전에 따른 전후 이동을 수행하는 일반적인 줌 장치(manual zoom)로 이루어질 수도 있다.
또한, 송신부(100) 및 수신부(200)는 이동식 렌즈(110, 210)의 전/후로 이격 배치된 다양한 방식의 렌즈를 더 포함할 수도 있다.
오브젝트(OB)가 근거리에 있는 경우, 송신부(100)의 이동식 렌즈(110)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 광의 출사 방향(D2)의 반대 방향(D1)을 따라 이동될 수 있으며, 수신부(200)의 이동식 렌즈(210)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 광의 방향(D1)을 따라 이동될 수 있다.
이 경우, 송신부(100)는 그 이동식 렌즈(110)의 화각(θ11) 증가에 따라, 그 발산각이 증가되며, 면적당 광자(photon) 수도 증가된다. 또한, 수신부(200)는 그 이동식 렌즈(210)의 화각(θ12) 증가에 따라, 그 시야각이 증가되고, 광 노이즈 및 픽셀(pixel)당 시야각도 증가된다. 즉, 상대적으로 넓은 FOV(Field Of View) 및 낮은 해상도(low resolution)의 제1 요구 조건을 만족시킬 수 있으며, 탐지 거리가 증가될 수 있다.
오브젝트(OB)가 원거리에 있는 경우, 송신부(100)의 이동식 렌즈(110)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 광의 출사 방향(D2)을 따라 이동될 수 있으며, 수신부(200)의 이동식 렌즈(210)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 광의 방향(D1)의 반대 방향(D2)을 따라 이동될 수 있다.
이 경우, 송신부(100)는 그 이동식 렌즈(110)의 화각(θ21) 감소에 따라, 그 발산각이 감소되며, 면적당 광자(photon) 수도 감소된다. 또한, 수신부(200)는 그 이동식 렌즈(210)의 화각(θ22) 감소에 따라, 그 시야각이 감소되고, 광 노이즈 및 픽셀(pixel)당 시야각도 감소된다. 즉, 상대적으로 좁은 FOV 및 높은 해상도(high resolution)의 제2 요구 조건을 만족시킬 수 있으며, 탐지 거리가 감소될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100) 또는 수신부(200)의 이동부(120, 220)는 상술한 줌 렌즈 기능 외에, 그 위치가 틀어진 이동식 렌즈(110, 210)를 정렬시키는 정렬 기능을 수행할 수도 있다. 이 경우, 이동부(120, 220)는 다양한 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 즉, 이동부(120, 220)는 광의 방향에 대한 이동식 렌즈의 전후 이동을 수행하기 위한 액추에이터와, 복수 축에 대한 이동식 렌즈의 회전을 수행하기 위한 액추에이터를 각각 포함할 수 있다.
이하에서는 정렬 기능 수행을 위한 추가되는 송신부(100)의 구성의 일 예에 대해서 설명하도록 한다. 다만, 이러한 추가 구성은 수신부(200)에서도 마찬가지로 포함될 수 있으며, 이에 대해서는 이하의 송신부(100)의 추가 구성에 대한 설명으로 갈음하도록 한다.
도 8은 줌 렌즈 기능 및 정렬 기능이 모두 수행되기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다의 송신부(100)의 구성에 대한 일 예를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 줌 렌즈 기능 및 정렬 기능이 모두 수행하기 위해, 송신부(100)는 제2 축을 중심으로 회전 가능한 제1 및 제2 회전축(131, 132)과, 제3 축을 중심으로 회전 가능한 제3 및 제4 회전축(133, 134)과, 전후 방향(D1, D2)으로 이동 가능한 이동축(135)과, 개구부를 구비한 링 형상의 제1 및 제2 구조체(141, 142)를 각각 포함한다. 이때, 제2 및 제3 축은 서로 예각 이상의 각도를 이루되, 바람직하게는 서로 직교한다. 또한, 제2 축 및 제3축 각각은 제1 축(D1 및 D2가 이루는 축)과 서로 예각 이상의 각도를 이루되, 바람직하게는 서로 제1 축과 직교한다. 예를 들어, 제2 축은 D3 및 D4이 이루는 축일 수 있고, 제3 축은 D5 및 D6이 이루는 축일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 제1 구조체(141)는 이동식 렌즈(110) 보다 큰 직경을 가져 개구된 그 내부 공간에 이동식 렌즈(110)가 위치할 수 있다. 또한, 제1 구조체(141)는 이동식 렌즈(110)의 외측과 연결된 제1 및 제2 회전축(131, 132)이 그 내측에 연결된다. 이때, 제1 및 제2 회전축(131, 132)은 이동식 렌즈(110)을 사이에 두고 제2 축 방향을 따라 서로 대향하게 위치할 수 있다.
또한, 제2 구조체(142)는 제1 구조체(141) 보다 큰 직경을 가져 개구된 그 내부 공간에 제1 구조체(141)가 위치할 수 있다. 또한, 제1 구조체(141)의 외측과 연결된 제3 및 제4 회전축(133, 134)이 그 내측에 연결된다. 이때, 제3 및 제4 회전축(133, 134)은 제1 구조체(141)를 사이에 두고 제3 축 방향을 따라 서로 대향하게 위치할 수 있다.
한편, 이동부(130)는 제1 내지 제3 액추에이터(121, 122, 123)를 각각 포함할 수 있다. 즉, 제1 액추에이터(121)는 제1 회전축(131) 또는 제2 회전축(132)을 제2 축을 중심으로 회전시키는 동력을 공급한다. 그 결과, 이동식 렌즈(110)는 제2 축을 중심으로 한 회전 정렬이 가능하다.
제2 액추에이터(122)는 제3 회전축(133) 또는 제4 회전축(134)을 제3 축을 중심으로 회전시키는 동력을 공급한다. 그 결과, 이동식 렌즈(110)는 제3 축을 중심으로 한 회전 정렬이 가능하다.
제3 액추에이터(123)는 이동축(135)을 이동시키는 동력을 공급한다. 즉, 제3 액추에이터(123)는 광의 방향에 대한 전후(D1 및 D2)로 제2 구조체(142)를 이동시킨다 그 결과, 이동식 렌즈(110)는 제1 축을 따르는 이동이 가능하다.
즉, 제1 및 제2 액추에이터(121, 122)에 의해 정렬 기능이 수행될 수 있으며, 제3 액추에이터(123)에 의해 줌 렌즈 기능이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 액추에이터(121, 122)는 회전 운동이 가능한 다양한 모터 등으로 구성될 수 있으며, 제3 액추에이터(123)는 직선 운동이 가능한 리니어 모터 등으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다만, 줌 렌즈 기능이 필요 없는 경우, 이동부(120)는 제3 액추에이터(123)를 생략하고 제1 및 제2 액추에이터(121, 122)만 구비할 수도 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 송신부(100) 및 수신부(200)에 대해 줌 렌즈 기능을 적용함으로써 원거리 및 근거리에 대한 제1 및 제2 요구 조건을 모두 만족시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 줌 렌즈 기능뿐 아니라, 그 구동 중 다양한 요인에 의해 그 방향이 틀어진 이동식 렌즈(110, 210)에 대해 그 방향을 보정(calibration)하는 정렬 기능도 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 송신부 110, 210: 이동식 렌즈
120, 220, 121, 122, 123: 액추에이터 200: 수신부
131, 132, 133, 134: 회전축 135: 이동축
141: 제1 구조체 142: 제2 구조체

Claims (11)

  1. 광을 발생시켜 오브젝트로 송출하는 송신부와, 오브젝트로부터 반사된 광을 수신하는 수신부를 각각 포함하는 라이다로서,
    상기 송신부 및 상기 수신부 중 적어도 하나는,
    줌 렌즈 기능이 가능하도록 광의 방향에 대해 전후로 이동이 가능한 이동식 렌즈; 및
    이동식 렌즈에 연결되어 이동식 렌즈를 이동시키는 이동부;
    를 포함하는 라이다.
  2. 제1항에 있어서,
    오브젝트가 근거리에 있는 경우, 송신부의 이동식 렌즈는 광의 출사 방향의 반대 방향을 따라 이동되고 수신부의 이동식 렌즈는 광의 방향을 따라 이동되며,
    오브젝트가 원거리에 있는 경우, 송신부의 이동식 렌즈는 광의 출사 방향을 따라 이동되고 수신부의 이동식 렌즈는 광의 방향의 반대 방향을 따라 이동되는 라이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는 그 위치가 틀어진 이동식 렌즈를 정렬시키는 정렬 기능을 수행하는 라이다.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동부는 광의 방향에 대한 이동식 렌즈의 전후 이동과, 복수 축에 대한 이동식 렌즈의 회전을 수행하는 라이다.
  5. 제4항에 있어서,
    이동식 렌즈 보다 큰 직경을 가져 그 내부 공간에 이동식 렌즈가 위치하고, 이동식 렌즈의 외측과 연결된 제1 회전축이 그 내측에 연결되며, 제1 회전축을 중심으로 회전 가능한 링 형상의 제1 구조체; 및
    제1 구조체 보다 큰 직경을 가져 그 내부 공간에 제1 구조체가 위치하고, 제1 구조체의 외측과 연결되고 제2 회전축이 그 내측에 연결되며, 제2 회전축을 중심으로 회전 가능한 링 형상의 제2 구조체;를 더 포함하는 라이다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이동부는,
    제1 회전축을 회전시키는 제1 액추에이터와, 제2 회전축을 회전시키는 제2 액추에이터와, 광의 방향에 대한 전후로 제2 구조체를 이동시키는 제3 액추에이터를 더 포함하는 라이다.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 회전축은 제1 구조체를 사이에 두로 서로 대향하게 2개가 제1 구조체에 연결되는 라이다.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2 회전축은 제2 구조체를 사이에 두고 서로 대향하게 2개가 제2 구조체에 연결되는 라이다.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 회전축이 이루는 제1 가상 선과 상기 제2 회전축 2개가 이루는 제2 가상 선은 서로 예각 이상의 각도를 이루는 라이다.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 가상 선과 상기 제2 가상 선은 서로 수직한 라이다.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 줌 렌즈 기능이 수행될 경우, 제3 이동부가 작동되며,
    상기 정렬 기능이 수행될 경우, 제1 이동부 또는 제2 이동부가 작동되는 라이다.
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