KR20220079815A

KR20220079815A - 레이저 레이더

Info

Publication number: KR20220079815A
Application number: KR1020227007281A
Authority: KR
Inventors: 샤오보 후; 젠 선
Original assignee: 레이선 인텔리전트 시스템 컴퍼니., 리미티드.
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2022-06-14
Also published as: EP4033270A1; JP7420915B2; US20220179049A1; EP4033270A4; JP2023508621A

Abstract

본 출원은 레이저 레이더를 공개하는바, 적어도 하나의 방출 모듈과 적어도 하나의 수신 모듈을 포함하고, 방출 모듈과 수신 모듈은 일일이 대응되며; 방출 모듈은 목표 구역으로 레이저 빔을 방출하도록 구성되고, 수신 모듈은 하나의 대응한 방출 모듈이 방출하고 목표 구역에 의하여 반사되는 레이저 빔의 에코 빔을 수신하도록 구성되며, 그 중에서, 수신 모듈은 적어도 두개의 수신기를 포함한다.

Description

레이저 레이더

본 출원의 실시예는 레이더 기술분야에 관한 것으로서, 특히 레이저 레이더에 관한 것이다.

본 출원은 2020년 12월 3일 중국 특허청에 제출되고, 출원번호가 202022900737.2이며, 출원의 명칭이 "레이저 레이더"인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하며, 이의 모든 내용은 인용을 통하여 본 출원에 통합되었다.

레이저 기술의 발전과 응용에 따라, 레이저 스캔 기술은 날로 널리 측량, 교통, 운전 보조와 이동 로봇 등 분야에 적용되고 있다. 레이저 레이더는 레이저를 통하여 목표의 위치, 속도, 자세 등 특징량을 탐측하는 레이더 시스템으로서, 이의 기본 원리는 우선 목표를 향하여 탐측 레이저 빔을 방출하고, 그 후 목표로부터 반사되는 신호를 수신하며, 방출 신호와 수신 신호의 정보를 비교하는 것을 통하여, 목표의 거리, 방위, 높이, 속도, 자세 내지는 형상 등 정보를 취득할 수 있다.

종래의 레이저 레이더는 목표 구역을 스캔할 때, 레이저 레이더의 한 레이저 방출기가 방출하는 하나의 레이저 빔이 목표 구역에서 하나의 스펙클을 형성하고, 이 스펙클이 반사하는 에코 빔이 레이저 레이더의 한 수신기에 수신되어 목표 에코를 형성함으로써, 포인트 클라우드 이미지 중에서 하나의 픽셀점을 형성하고, 그 중에서, 레이저 방출기의 레이저 빔 방출 횟수와 수신기의 수신 횟수가 같다. 하나의 레이저 방출기가 하나의 수신기에 대응되기 때문에, 스펙클 크기를 잘 제어하지 못하면, 수신기가 에코 빔을 수신하는 것이 불완전하여, 탐측 정밀도에 영향을 미친다. 그리고 하나의 레이저 빔이 단지 하나의 픽셀점만 생성할 수 있기 때문에, 레이저 레이더 해상도를 향상시키려면 레이저 빔의 방출 주파수를 향상시키여 하여, 레이저 레이더의 전력 소모가 상승하는 문제를 초래하고, 또한 레이저 레이더의 스캔 부재를 더욱 복잡하게 만든다.

본 출원의 각 실시예에 의하면, 레이저 레이더를 제공한다.

본 출원의 실시예에서는 레이저 레이더를 제공하는 바, 적어도 하나의 방출 모듈과 적어도 하나의 수신 모듈을 포함하고, 상기 방출 모듈과 상기 수신 모듈은 일일이 대응되며;

상기 방출 모듈은 목표 구역으로 레이저 빔을 방출하도록 구성되고, 상기 수신 모듈은 하나의 대응한 상기 방출 모듈이 방출하고 상기 목표 구역에 의하여 반사되는 레이저 빔의 에코 빔을 수신하도록 구성되며, 그 중에서, 상기 방출 모듈은 적어도 하나의 방출기를 포함하고, 상기 수신 모듈은 적어도 두 개의 수신기를 포함하며, 상기 방출 모듈 중의 각 방출기와 상기 적어도 두 개의 수신기가 대응된다.

본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더는 수신 모듈이 적어도 두 개의 수신기를 포함하여 적어도 하나의 방출기에 대응되도록 하는 것을 통하여, 에코 빔을 수신하고, 탐측 정밀도를 향상시키는데 유리하다. 아울러, 하나의 수신 모듈이 적어도 두 개의 수신기를 포함하여, 하나의 레이저 빔이 적어도 두 개의 픽셀점을 생성하게 하여, 레이저 레이더의 이미지 해상도를 향상시킬 수 있다.

본 출원의 하나 또는 복수의 실시예의 세부 사항은 하기 도면과 설명에서 제시된다. 본 출원의 기타 특징과 장점은 명세서, 도면 및 특허청구범위를 통하여 더욱 명료해질 것이다.

본 출원의 실시예 또는 종래 기술 중의 기술방안에 대하여 더욱 명확한 설명을 진행하기 위하여, 아래 실시예 또는 종래 기술의 설명에 사용될 도면에 대하여 간략한 설명을 진행하는 바, 하기 설명 중의 도면은 단지 본 출원의 일부 실시예에 불과하며, 당업계의 기술자로 말하면 창조성적인 노력이 필요없이 이러한 도면에 의하여 기타 실시예의 도면을 취득할 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시예에서 제공하는 일 레이저 레이더의 구조예시도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에서 제공하는 일 수신 모듈의 구조예시도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에서 제공하는 다른 일 수신 모듈의 구조예시도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에서 제공하는 일 방출 모듈이 목표 구역 내에서 형성하는 스펙클의 구조예시도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 수신 모듈의 구조예시도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에서 제공하는 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도이다.
7은 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도이다.
도 9는 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더가 목표 구역 내에서 형성하는 스펙클의 구조예시도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더가 목표 구역 내에서 형성하는 스펙클의 구조예시도이다.

아래, 첨부된 도면과 실시예를 참조하여 본 출원에 대하여 진일보로 상세히 설명하도록 한다. 여기에서 기재되는 구체적인 실시예는 단지 본 실용신안[출원]을 설명하기 위한 것으로서, 본 출원은 한정하는 것이 제한하는 것이 아닌 것을 이해할 것이다. 그리고 설명하여야 할 바로는 설명의 편리를 위하여 본 출원과 관련된 부분만 표시한 것이고 전부 구조를 표시한 것이 아니다.

도 1은 본 출원의 실시예에서 제공하는 일 레이저 레이더의 구조예시도이고, 도 2는 본 출원의 실시예에서 제공하는 일 수신 모듈의 구조예시도로서, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더는 적어도 하나의 방출 모듈(10)과 적어도 하나의 수신 모듈(11)을 포함하고, 방출 모듈(10)과 수신 모듈(11)은 일일이 대응된다. 방출 모듈(10)은 목표 구역(12)으로 레이저 빔(20)을 방출하도록 구성되고, 수신 모듈(11)은 하나의 대응한 방출 모듈(10)이 방출하고 목표 구역(12)에 의하여 반사되는 레이저 빔(20)의 에코 빔(21)을 수신하도록 구성되며, 그 중에서, 수신 모듈(10)은 적어도 하나의 방출기를 포함하고, 수신 모듈(11)은 적어도 두 개의 수신기(111)를 포함하며, 방출 모듈(10) 중의 각 상기 방출기는 모두 적어도 두 개의 수신기(111)와 대응된다.

그 중에서, 레이저 레이더는 하나의 방출 모듈(10)과 하나의 수신 모듈(11)을 포함하고, 방출 모듈(10)이 하나의 방출기를 포함하여 싱글라인 레이더를 구성하며, 복수의 방출 모듈(10) 및 복수의 방출 모듈(10)과 일일이 대응되는 복수의 수신 모듈(11)을 포함하거나, 또는 하나의 방출 모듈(10)이 복수의 방출기를 포함하여 멀티라인 레이더를 구성한다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 레이더가 하나의 방출 모듈(10)과 하나의 수신 모듈(11)을 포함하고, 방출 모듈(10)이 하나의 방출기를 포함하도록 구성된 것을 예로 들면, 방출 모듈(10) 중의 하나의 방출기는 목표 구역(12)으로 레이저 빔(20)을 방출하도록 구성되고, 레이저 빔(20)은 목표 구역(12)을 통하여 반사되어 에코 빔(21)을 형성하며, 수신 모듈(11)은 에코 빔(21)을 수신하도록 구성되고, 그 후 수신된 에코 빔(21)과 방출된 레이저 빔(20)에 대하여 비교를 진행하고, 적당한 처리를 거친 후 목표 구역(12)의 관련 정보, 예를 들면 목표 구역(12) 중의 목표 거리, 방위, 높이, 속도, 자세 내지는 형상 등 파라미터를 취득할 수 있고, 나아가 목표에 대하여 탐측, 추적과 식별을 진행할 수 있다.

수신 모듈(11)은 적어도 두 개의 수신기(111)를 포함하고, 방출 모듈(10) 중의 하나의 방출기와 적어도 두 개의 수신기(111)가 대응되는 바, 구체적으로 말하면, 방출 모듈(10) 중의 하나의 방출기가 목표 구역(12)으로 레이저 빔(20)을 방출하고, 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)을 통하여 반사되어 에코 빔(21)을 형성하며, 해당 방출기와 대응되는 수신 모듈(11) 중의 적어도 두 개의 수신기(111)가 동시에 에코 빔(21)을 수신하여, 수신 모듈(11)의 수신 면적을 증가시켜, 에코 빔(21)을 완전히 수신하고, 탐측 정밀도를 향상시키는데 유리하다. 그리고, 하나의 수신 모듈(11)이 적어도 두 개의 수신기(11)를 포함하여, 하나의 레이저 빔(20)이 적어도 두 개의 픽셀점을 생성하게 하여, 탐측 정밀도를 향상시키는 동시에 또한 해상도를 향상시킬 수 있다.

그 중에서, 수신 모듈(11)은 두 개의 수신기(111)를 포함할 수도 있고, 또한 더욱 많은 수신기(111)를 포함할 수도 있으며, 당업계 기술자들은 실제 수요에 의하여 수신 모듈(11) 중의 수신기(111)의 수량에 대하여 설정을 진행할 수 있고, 통상적인 상황 하에서, 수신 모듈(11) 중 수신기(111)의 수량이 많을 수록, 레이저 레이더의 탐측 해상도가 더욱 높으며, 본 출원의 실시예는 이에 대하여 제한하지 않는다.

예시적으로, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 수신 모듈(11)이 네 개의 수신기(111)를 포함하도록 구성된 것을 예로 들면, 방출 모듈(10)이 목표 구역(12)으로 레이저 빔(20)을 방출하고, 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)을 통하여 반사되어 에코 빔(21)을 형성하며, 하나의 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에 의하여 반사되어 형성되는 에코 빔(21)은 네 부분으로 구분되고, 각각 네 개의 수신기(111)에 의하여 동시에 수신되며, 수신 모듈(11)이 단지 하나의 수신기(111)를 포함하는 것에 비하여, 수신 면적이 4배 증가하여, 에코 빔(21)을 완전히 수신하고, 탐측 정밀도를 향상시킨다. 또한, 네 개의 수신기(111)가 동시에 에코 빔(21)을 수신하기 때문에, 하나의 레이저 빔(20)이 네 개의 픽셀점을 생성할 수 있어, 해상도가 4배 증가시키고, 레이저 레이더가 더욱 세밀하게 목표 구역(12)의 상태를 반영하도록 구성된다.

본 출원의 실시예에서 제공된 레이저 레이더는, 수신 모듈(11)이 적어도 두 개의 수신기(111)를 포함하여, 수신 모듈(11)의 수신 면적을 증가시켜, 에코 빔(21)을 완전히 수신하고, 탐측 정밀도를 향상시키는데 유리하다. 아울러, 하나의 수신 모듈(11)이 적어도 두 개의 수신기(111)를 포함하여, 하나의 레이저 빔(20)이 적어도 두 개의 픽셀점을 생성하게 하여, 레이저 레이더의 이미징 해상도를 향상시킨다.

도 3은 본 출원의 실시예에서 제공하는 다른 일 수신 모듈의 구조예시도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 수신기(111)는 광-전기 전환 유닛(30), 증폭 유닛(31)과 샘플링 유닛(32)을 포함하고, 증폭 유닛(31)은 각각 광-전기 전환 유닛(30) 및 샘플링 유닛(32)과 전기적으로 연결되며, 광-전기 전환 유닛(30)은 수신된 에코 빔(21)을 전기 신호로 전환하도록 구성되고, 증폭 유닛(31)은 전기 신호를 증폭하도록 구성되며, 샘플링 유닛(32)은 증폭 유닛(31)이 증폭한 후의 전기 신호에 대하여 샘플링을 진행하여 샘플링 신호를 생성하도록 구성되고, 본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이저는 데이터 처리 모듈(13)을 더 포함하고, 데이터 처리 모듈(13)은 샘플링 유닛(32)과 전기적으로 연결되며, 데이터 처리 모듈(13)은 샘플링 신호에 대하여 처리를 진행하여 포인트 클라우드 데이터를 생성하도록 구성된다.

예시적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 수신 모듈(11)이 네 개의 수신기(111)를 포함하도록 구성된 것을 예로 들면, 방출 모듈(10)이 목표 구역(12)으로 레이저 빔(20)을 방출하고, 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)을 통하여 반사되어 에코 빔(21)을 형성하며, 각 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)은 모두 대응되는 수신 모듈(11) 중의 네 개의 수신기(111)로 동시에 수신하고, 또한 네 개 수신기(111)가 생성하는 네 개의 신호는 독립적으로 처리된다. 구체적으로 말하면, 각 수신기(111)에서, 광-전기 전환 유닛(30)이 일부 에코 빔(21)을 수신하고, 또한 수신된 에코 빔(21)을 전기 신호로 전환하며, 증폭 유닛(31)은 전기 신호를 증폭하고, 신호 강도를 증강시키도록 구성되며, 샘플링 유닛(32)은 증폭 유닛(31)에 의하여 증폭한 후의 전기 신호에 대하여 샘플링을 진행하도록 설정되고, 데이터 처리 모듈(13)을 사용하여 알고리즘 처리를 진행하여 포인트 클라우드 데이터를 생성하여, 포인트 클라우드 이미지 중에 픽셀점을 형성하여 목표 구역(12)의 상관 정보를 취득한다. 상기 원리를 기반으로, 네 개의 수신기(111)가 포인트 클라우드 이미지 중에서 네 개의 픽셀점을 생성할 수 있어, 해상도를 4배 증가시키고, 레이저 레이더가 더욱 세밀하게 목표 구역(12)의 상태를 반영하도록 구성된다.

그 중에서, 샘플링 유닛(32)은 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC)를 사용할 수 있고, 또한 기타 아날로그 신호 분석 디바이스를 사용할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대하여 제한하지 않는다.

선택적으로, 광-전기 전환 유닛(30)은 아밸랜츠 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD)를 포함한다.

그 중에서, 아밸랜츠 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD)는 아밸랜츠 증배 효과를 이용하여 광 전류가 증배되도록 하는 고감도의 탐측기로서, 초저 노이즈, 고속, 상호 임피던스 이득의 장점을 갖는다.

기타 실시예에서, 광-전기 전환 유닛(30)은 또한 단일 광자 아밸랜츠 포토 다이오드, PIN 광전 다이오드 및 기타 광전 다이오드를 사용할 수 있고, 당업계 기술자들은 또한 실제 응용 수요에 의하여 선택을 진행할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대하여 구체적으로 제한하지 않는다.

계속하여 도 3을 참조하면, 선택적으로, 증폭 유닛(31)은 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier, TIA)(311)와 2단 증폭기(312)를 포함하고, 트랜스임피던스 증폭기(311)는 각각 광-전기 전환 유닛(30) 및 2단 증폭기(312)와 연결되고, 2단 증폭기(312)는 샘플링 유닛(32)과 전기적으로 연결된다.

그 중에서, 트랜스임피던스 증폭기(trans-impedance amplifier, TIA)(311)는 고 대역폭의 장점을 갖고 있고, 고속 회로로 구성될 수 있다. 트랜스임피던스 증폭기(311)는 광-전기 전환 유닛(30)으로부터 오는 전기 신호에 대하여 증폭 처리를 진행하고, 2단 증폭기(312)는 트랜스임피던스 증폭기(311)로부터 오는 전기 신호에 대하여 진일보 증폭 처리를 진행하여, 진일보로 신호 강도를 증강시킨다.

유의하여야 할 바로는, 수신기(111)는 광-전기 전환 유닛(30), 증폭 유닛(31)과 샘플링 유닛(32)을 제외한 전기 디바이스를 더 포함할 수 있는 바, 예를 들면 수신기(111)는 필터링 회로를 더 포함하고, 전기 신호에 대하여 필터링을 진행하도록 구성되며, 당업계 기술자들은 실제 수요에 대하여 설정을 진행할 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대하여 제한하지 않는다.

도 4는 본 출원의 실시예에서 제공하는 일 스펙클의 구조예시도로서, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 수신 모듈(11)에서, 적어도 두 개의 수신기(111)가 어레이로 배치되어 수신기 어레이(40)를 형성하고, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)은 목표 구역(12)에 스펙클(41)을 형성하며, 수신기 어레이(40)의 프로파일 형상은 스펙클(41)의 형상과 같다.

예시적으로, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 수신 모듈(11)이 네 개의 수신기(111)를 포함하도록 구성된 것을 예로 들면, 네 개의 수신기(111)가 수신기 어레이(40)를 형성한다. 만일 방출 모듈(10) 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(41)이 원형이라면, 수신기 어레이(40)의 프로파일도 원형으로 설정하여, 에코 빔(21)을 완전히 수신하고 탐측 정밀도를 향상시키는데 유리하도록 한다.

기타 실시예에서, 방출 모듈(10) 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(41)이 또한 정사각형, 사각형, 타원형 등 기타 임의의 형상일 수 있고, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 파장도 실제 수요에 의하여 설정을 진행할 수 있는 바, 예를 들면, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 파장을 1550nm로 구성할 수 있고, 원형 스펙클을 형성하며; 또는 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 파장은 또한 905nm으로 구성할 수 있고, 긴 스펙클을 형성하며, 상응하게, 수신기 어레이(40)의 프로파일을 스펙클의 형상과 같게 설정하여, 에코 빔(21)을 완전히 수신하고, 수신기 어레이(40) 중 수신기(111)의 수량은 또한 스펙클의 형상에 의하여 설정을 진행할 수 있다.

예시적으로, 도 5는 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 수신 모듈의 구조예시도로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 만일 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 파장이 905nm이고, 긴 스펙클을 형성한다면, 수신 모듈(11)가 8개 수신기(111)를 포함하고, 프로파일이 사각형인 수신기 어레이(40)를 형성하도록 구성하여, 에코 빔(21)을 완전히 수신하고, 탐측 정밀도를 향상시킨다. 기타 실시예에서, 당업계 기술자들은 실제 상황에 의하여 수신기 어레이(40)에 대하여 설계를 진행할 수 있으며, 본 출원의 실시예는 이에 대하여 제한하지 않는다.

도 6은 본 출원의 실시예에서 제공하는 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 본 출원의 실시예에 제공하는 레이저 레이더는 회전 부재(50)를 더 포함하고, 방출 모듈(10) 및 수신 모듈(11)은 회전 부재(50)와 고정 연결되며, 회전 부재(50)는 방출 모듈(10) 및 수신 모듈(11)을 구동시켜 회전축(501)을 에워싸고 회전하도록 구성된다.

그 중에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 부재(50)는 회전축(501)을 에워싸고 회전하고, 방출 모듈(10)과 수신 모듈(11)은 회전 부재(50)의 회전에 따라 회전축(501) 방향에 수직되는 스캔 탐측을 구현한다.

도 7은 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도이고, 도 8는 본 출원의 실시예에서 제공하는 다른 일 레이저 레이더가 목표 구역 내에서 형성하는 스펙클의 구조예시도로서, 도 6-8에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더는 하나의 방출 모듈(10)을 포함하며, 방출 모듈(10)은 고정적인 방출 주기로 레이저 빔을 방출하도록 구성되고, 회전 부재(50)가 하나의 방출 주기 내에 회전하는 각도는 θ1이고, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 제1 방향(X)에 따른 빔 확산각은 θ2이며, 그 중에서, θ1≤θ2이고, θ1은 θ2보다 작거나 같으며, 제1 방향(X)은 회전축(501)의 연장 방향(Z)에 수직된다.

그 중에서, 회전 부재(50)가 하나의 방출 주기 내에 회전하는 각도 ┍1이 방출 모듈(10)이 출사하는 레이저 빔(20)이 제1 방향(X)에 따른 빔 확산각 ┍2보다 작거나 같게 설정하여, 방출 모듈(10)이 인접된 주기에 형성하는 스펙클 간에 교차가 존재하도록 하여, 목표 구역(12) 내의 모든 구역이 전부 탐측될 수 있도록 확보한다.

예시적으로, 도 6-8에 도시된 바와 같이, 방출 모듈(10)이 고정적인 방출 주기로 레이저 빔(20)을 방출하고, 회전 부재(50)가 방출 모듈(10)을 구동시켜 회전축(501)을 에워싸고 회전하도록 구성된다. 방출 모듈(10)이 하나의 주기에 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 스펙클(42)을 형성하고(도 7과 도 8에서 점선으로 표시), 다음 주기에서, 회전 부재(50)가 방출 모듈(10)을 구동시켜 회전축(501)을 에워싸고 θ1도 회전하며, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 스펙클(43)을 형성하며(도 7과 도 8에서 점선으로 표시), 회전 부재(50)가 하나의 방출 주기 내에 회전하는 각도 θ1이 방출 모듈(10)이 출사하는 레이저 빔(20)이 제1 방향(X)에 따른 빔 확산각 θ2보다 작기 때문에, 스펙클42와 스펙클(43) 간에 교차 구역이 존재하고, 회전 부재(50)의 계속적인 회전에 따라, 목표 구역(12) 내의 모든 구역이 전부 탐측될 수 있도록 확보할 수 있다.

그 중에서, 회전축(501)의 연장 방향(Z)과 제1 방향(X)은 실제 수요에 의하여 설정을 진행할 수 있는 바, 예를 들면, 회전축(501)의 연장 방향(Z)은 수직 방향이고, 제1 방향(X)은 수평 방향이며; 또는 회전축(501)의 연장 방향(Z)은 수평 방향이고, 제1 방향(X)은 수직 방향이며, 본 출원의 실시예는 이에 대하여 제한하지 않는다.

도 9은 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 본 출원의 실시예에 제공하는 레이저 레이더는 또한 복수의 방출 모듈(10)을 포함하고, 복수의 방출 모듈(10)이 제2 방향(Y)에 따라 배열되며, 그 중에서, 제2 방향(Y)은 회전축(501)의 연장 방향(Z)에 평행된다.

그 중에서, 복수의 방출 모듈(10)이 제2 방향(Y)을 따라 배열되도록 설정하는 것을 통하여, 멀티라인 레이저 레이더를 구현할 수 있어, 물체의 높이 정보를 식별하고, 또한, 주변 환경의 3D 스캔 이미지를 취득하며, 레이저 레이더의 탐측 범위를 증가할 수 있다. 회전 부재(50)를 통하여 방출 모듈(10)을 구동시켜 회전축(501)을 에워싸고 회전하는 것을 통하여, 큰 범위의 스캔 탐측을 구현할 수 있다.

계속하여 도 9를 참조하면, 선택적으로, 각 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)은 상응한 스캔 범위를 형성하고, 인접된 두 개의 방출 모듈(10)에 대응되는 스캔 범위가 다르고 또한 교차 구역이 존재한다.

그 중에서, 인접된 두 개의 방출 모듈(10)에 대응되는 스캔 범위가 다르고 또한 교차 구역이 존재하도록 설정하는 것을 통하여, 스캔 범위를 증가시키는 동시에, 목표 구역(12) 내의 모든 구역이 모두 탐측될 수 있도록 확보할 수 있다.

도 10은 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더가 목표 구역 내에서 형성하는 스펙클의 구조예시도로서, 예시적으로, 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 레이저 레이더가 네 개의 방출 모듈(10)을 포함하도록 구성된 것을 예로 들면, 네 개의 방출 모듈(10)은 각각 제1 방출 모듈(101), 제2 방출 모듈(102), 제3 방출 모듈(103)과 제4 방출 모듈(104)이다. 그 중에서, 제1 방출 모듈(101)은 상응한 스캔 범위(201)를 형성하고, 제2 방출 모듈(101)은 상응한 스캔 범위(202)를 형성하며, 제3 방출 모듈(103)은 상응한 스캔 범위(203)를 형성하고, 제4 방출 모듈(104)은 상응한 스캔 범위(204)를 형성한다. 인접된 두 개의 방출 모듈(10)에 대응되는 스캔 범위가 다르고 또한 교차 구역이 존재하기 때문에, 제1 방출 모듈(101)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(44)과 제2 방출 모듈(102)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(45) 간에 교차 구역이 존재하고, 제2 방출 모듈(102)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(45)과 제3 방출 모듈(103)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(46) 간에 교차 구역이 존재하며, 제3 방출 모듈(103)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(46)과 제4 방출 모듈(104)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클(47) 간에 교차 구역이 존재하기 때문에, 인접된 두 개의 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 목표 구역(12)에서 형성하는 스펙클이 중첩 부분을 갖고, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 빔 확산각 θ2가 레이저 레이더의 제2 방향(Y)에 따른 해상도 P1보다 크도록 하여, 목표 구역(12) 내의 모든 구역이 모두 탐측될 수 있도록 확보한다.

도 11은 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더의 구조예시도이고, 도 12는 본 출원의 실시예에서 제공하는 또 다른 일 레이저 레이더가 목표 구역 내에서 형성하는 스펙클의 구조예시도로서, 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 방출 모듈(10)은 고정적인 방출 주기로 레이저 빔을 방출하도록 구성되고, 회전 부재(50)가 한 방출 주기 내에 회전하는 각도는 θ3이고, 방출 모듈(10)의 대응하는 스캔 범위는 제1 방향(X)에 따른 빔 확산각은 θ4이며, 그 중에서, θ3≤θ4이고, θ3은 θ4보다 작거나 같으며, 제1 방향(X)은 회전축(501)의 연장 방향(Z)에 수직된다.

그 중에서, 회전 부재(50)가 하나의 방출 주기 내에 회전하는 각도 θ3이 방출 모듈(10)이 출사하는 레이저 빔(20)이 제1 방향(X)에 따른 빔 확산각 θ4보다 작거나 같게 설정함으로써, 방출 모듈(10)이 인접된 주기에 형성하는 스펙클 간에 교차가 존재하도록 하여, 목표 구역(12) 내의 모든 구역이 모두 탐측될 수 있도록 확보한다.

예시적으로, 도 9-도 12에 도시된 바와 같이, 레이저 레이더에 네 개의 방출 모듈(10)이 포함되도록 구성된 것을 예로 들면, 방출 모듈(10)이 고정적인 방출 주기로 레이저 빔(20)을 방출하고, 회전 부재(50)가 방출 모듈(10)을 구동시켜 회전축(501)을 에워싸고 회전하도록 구성된다. 방출 모듈(10)이 하나의 주기에 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 스펙클(44), 스펙클(45), 스펙클(46)과 스펙클(47)을 형성하고(도 12에서 점선으로 표시), 다음 주기에서, 회전 부재(50)가 방출 모듈(10)을 구동시켜 회전축(501)을 에워싸고 θ3도 회전하며, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)이 목표 구역(12)에서 다시 스펙클(44), 스펙클(45), 스펙클(46)과 스펙클(47)을 형성하며(도 12에서 실선으로 표시), 회전 부재(50)가 하나의 방출 주기 내에 회전하는 각도 θ3이 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)이 제1 방향(X)에 따른 빔 확산각 θ4보다 작기 때문에, 인접된 주기에 형성된 스펙클(44), 스펙클(45), 스펙클(46)과 스펙클(47) 간에 교차 구역이 존재하여, 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 빔 확산각 θ2가 레이저 레이더의 제1 방향(X)에 따른 해상도 P2보다 크거나 같도록 하여, 목표 구역(12) 내의 모든 구역이 모두 탐측될 수 있도록 확보한다.

선택적으로, 계속하여 도 1을 참조하면, 본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더는 제어기(14)를 더 포함하고, 제어기(14)는 방출 모듈(10)과 전기적으로 연결되며, 방출 모듈(10)을 제어하여 고정적인 방출 주기로 레이저 빔10을 방출하도록 구성한다.

선택적으로, 계속하여 도 1을 참조하면, 본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더는 방출 렌즈(15)와 수신 렌즈(16)를 더 포함하고, 방출 렌즈(15)는 레이저 빔(20)의 전파 경로 상에 위치하고, 레이저 빔(20)에 대하여 조준을 진행하고, 또한 목표 구역(12)으로 방출하도록 설정되며; 수신 렌즈(16)는 에코 빔(21)의 전파 경로 상에 위치하고, 에코 빔(21)에 대하여 조준을 진행하고, 또한 수신기(111)로 방출하도록 설정된다.

본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더는 기계 스캔 레이더 또는 검류 스캔 레이더 등으로 구성될 수 있고, 레이저 레이더는 기타 디바이스를 더 포함할 수 있으며, 레이저 레이더가 갖고 있는 기능을 구현하도록 구성되며, 당업계 기술자들은 실제 수요에 의하여 설정을 진행할 수 있고, 본 출원의 실시예는 이에 대하여 제한하지 않는다.

본 출원의 실시예에서 제공하는 레이저 레이더는, 수신 모듈(11)이 적어도 두 개의 수신기(111)를 포함하여, 수신 모듈(11)의 수신 면적을 증가시킴으로써, 에코 빔(21)을 완전히 수신하고, 탐측 정밀도를 향상시키는데 유리하다. 아울러, 하나의 수신 모듈(11)이 적어도 두 개의 수신기(111)를 포함하여, 하나의 레이저 빔(20)이 적어도 두 개의 픽셀점을 생성하게 하여, 레이저 레이더의 이미징 해상도를 향상시킬 수 있. 방출 모듈(10)이 방출하는 레이저 빔(20)의 빔 확산각 θ2가 레이저 레이더의 해상도보다 크거나 같도록 확보하는 것을 통하여, 목표 구역(12) 내의 모든 구역이 모두 탐지될 수 있도록 확보한다.

주의로 상기 내용은 단지 본 출원의 바람직한 실시예 및 이용된 기술 원리이다. 당업계의 기술자들은 본 출원이 여기의 상술한 특정된 실시예에 한정되지 않고, 당업계의 기술자들은 여러 가지 선명한 변화, 재조정과 대체를 진행하지만 본 출원의 보호 범위를 벗어나지 않을 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 실시예를 통하여 본 출원에 대하여 비교적 상세한 설명을 진행하기는 하였지만, 본 출원은 상기 실시예에 제한되지 않고, 본 출원의 사상을 벗어나지 않는 상황에서, 또한, 더욱 많은 기타 등가 실시예를 포함할 수 있으며, 본 출원의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정된다.

Claims

적어도 하나의 방출 모듈과 적어도 하나의 수신 모듈을 포함하고, 상기 방출 모듈과 상기 수신 모듈은 일일이 대응되며;
상기 방출 모듈은 목표 구역으로 레이저 빔을 방출하도록 구성되고, 상기 수신 모듈은 하나의 대응한 상기 방출 모듈이 방출하고 상기 목표 구역에 의하여 반사되는 레이저 빔의 에코 빔을 수신하도록 구성되며, 그 중에서, 상기 방출 모듈은 적어도 하나의 방출기를 포함하고, 상기 수신 모듈은 적어도 두 개의 수신기를 포함하며, 상기 방출 모듈 중의 각 방출기와 상기 적어도 두 개의 수신기가 대응되는 레이저 레이더.
제1항에 있어서,
상기 수신기는 광-전기 전환 유닛, 증폭 유닛과 샘플링 유닛을 포함하며;
상기 증폭 유닛은 각각 상기 광-전기 전환 유닛 및 상기 샘플링 유닛과 전기적으로 연결되며;
상기 광-전기 전환 유닛은 수신된 상기 에코 빔을 전기 신호로 전환하도록 구성되고, 상기 증폭 유닛은 상기 전기 신호를 증폭하도록 구성되며, 상기 샘플링 유닛은 상기 증폭 유닛이 증폭한 전기 신호에 대하여 샘플링을 진행하여 샘플링 신호를 생성하도록 구성되며;
및 상기 레이저 레이더는 데이터 처리 모듈을 더 포함하고, 상기 데이터 처리 모듈은 상기 샘플링 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 데이터 처리 모듈은 상기 샘플링 신호에 대하여 처리를 진행하여 포인트 클라우드 데이터를 생성하도록 구성되는 레이저 레이더.
제2항에 있어서,
상기 광-전기 전환 유닛은 아밸랜츠 포토 다이오드를 포함하는 레이저 레이더.
제2항에 있어서,
상기 증폭 유닛은 트랜스임피던스 증폭기와 2단 증폭기를 포함하며, 상기 트랜스임피던스 증폭기는 각각 상기 광-전기 전환 유닛 및 상기 2단 증폭기와 전기적으로 연결되고, 상기 2단 증폭기는 상기 샘플링 유닛과 전기적으로 연결되는 레이저 레이더.
제1항에 있어서,
상기 수신 모듈 중에서, 적어도 두개의 수신기가 어레이로 배치되어 수신기 어레이를 형성하며;
상기 방출 모듈이 방출하는 레이저 빔은 상기 목표 구역에서 스펙클을 형성하며;
상기 수신기 어레이의 프로파일 형상은 상기 스펙클의 형상과 같은 레이저 레이더.
제1항에 있어서,
상기 레이저 레이더는 회전 부재를 더 포함하고, 상기 방출 모듈 및 상기 수신 모듈은 상기 회전 부재와 고정 연결되며, 상기 회전 부재는 상기 방출 모듈 및 상기 수신 모듈을 구동시켜 회전축을 에워싸고 회전하도록 구성되는 레이저 레이더.
제6항에 있어서,
상기 레이저 레이더는 하나의 상기 방출 모듈을 포함하며; 상기 방출 모듈은 고정적인 방출 주기로 레이저 빔을 방출하도록 구성되고, 상기 회전 부재가 하나의 상기 방출 주기 내에 회전하는 각도는 θ1이고, 상기 방출 모듈이 방출하는 레이저 빔의 제1 방향에 따른 빔 확산각은 θ2이며, 그 중에서, θ1은 θ2보다 작거나 같고, 상기 제1 방향은 상기 회전축의 연장 방향에 수직되는 레이저 레이더.
제6항에 있어서,
상기 레이저 레이더는 복수의 방출 모듈을 포함하고, 복수의 상기 방출 모듈은 제2 방향을 따라 배열되고, 그 중에서, 상기 제2 방향은 상기 회전축의 연장 방향에 평행되는 레이저 레이더.
제8항에 있어서,
각 방출 모듈이 방출하는 레이저 빔은 상응한 스캔 범위를 형성하고, 인접된 두 개의 상기 방출 모듈에 대응되는 스캔 범위가 다르고 또한 교차 구역이 존재하는 레이저 레이더.
제9항에 있어서,
상기 방출 모듈은 고정적인 방출 주기로 레이저 빔을 방출하도록 구성되며; 상기 회전 부재가 하나의 상기 방출 주기 내에 회전하는 각도는 θ3이고, 상기 방출 모듈이 방출하는 레이저 빔의 제1 방향에 따른 빔 확산각은 θ4이며, 그 중에서, θ3은 θ4보다 작거나 같고, 상기 제1 방향은 상기 회전축의 연장 방향에 수직되는 레이저 레이더.