KR20220113085A - 광 시야각 플래시 라이다 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 시야각 플래시 라이다 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 광을 출력하는 광원을 포함하고, 광이 조사된 측정 대상으로부터 반사된 반사광을 수신하는 플래시 라이다, 상기 플래시 라이다와 일정각도를 이루도록 설치되며 상기 플래시 라이다로부터 입사된 광을 분할하는 빔 분할기로서, 상기 입사된 광이 상기 빔 분할기로부터 반사되는 광의 경로인 반사 경로와 상기 입사된 광이 상기 빔 분할기를 투과하는 광의 경로인 투과 경로를 생성하는 상기 빔 분할기, 상기 반사 경로와 투과 경로 측면에 각각 배치되어 상기 플래시 라이다의 시야각을 제어하는 액정 패널을 포함하는 광 시야각 플래시 라이다 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 광 시야각 플래시 라이다 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 액정 패널과 빔 분할기를 통해 순차적으로 다른 각도 범위의 영상을 촬영함으로써 보다 넓은 시야각을 가질 수 있는 광 시야각 플래시 라이다 장치에 관한 것이다.
기존의 3D 플래시 라이다 기술은, 도 1에서와 같이, 단일 레이저(Laser)에서 출력되는 빔을 광 시야각으로 확장하여 측정타겟(Object)에 조사하고 반사되는 레이저 빔을 다중 배열 수신 소자(Array of Receivers)를 통하여 수신함으로써, 일반적인 비디오 카메라와 같이 실시간 영상 정보를 수집하는 기술이다.
현재 상용화 개발된 회전 방식의 3D 레이저 스캐너(3D laser scanner) 기술은 광 시야각을 확보하는 데 유리 하지만 수직 방향의 해상도가 낮고 보다 소형화하는 데 어려움이 있는 반면, 3D 플래시 라이다는 높은 해상도와 넓은 시야각을 위한 수신기의 개발이 요구되지만, 소형 집적화가 가능하고, 3D 레이저 스캐너(3D laser scanner)에서와 같이 회전 또는 레이저 스캐닝에 소요되는 과정을 생략할 수 있는 장점이 있다.
종래 기술로 한국등록특허 제10-1922046호(편광 변조 포켈스 셀과 마이크로 편광자 카메라를 사용하는 고 해상도 및 거리정밀도를 갖는 3차원 플래시 라이다 시스템)가 공개되어 있다.
그러나, 3D 플래시 라이다는 보통 카메라 렌즈의 시야각에 해당하는 90° 정도의 시야각을 가져, 기존의 3D 레이저 스캐너 방식에 비해 시야각이 작다는 단점이 있다.
이에 광각의 전방 시야확보 및 물체 탐지가 필요한 무인자율주행차량(UAV: unmanned autonomous vehicle) 및 시각 장애인 보행지원 의료기기 등에 적용할 경우, 180° 정도의 시야각 확보를 위해 광학모듈 2대를 사용해야 하기 때문에 시스템의 제조비용을 높이는 원인이 되는 문제가 있다.
따라서, 보다 넓은 시야각을 확보할 수 있는 라이다 기술에 대한 개발이 필요하다.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 액정 패널과 빔 분할기를 통해 순차적으로 다른 각도 범위의 영상을 촬영함으로써 보다 넓은 시야각을 가질 수 있는 광 시야각 플래시 라이다 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치는 광을 출력하는 광원을 포함하고, 광이 조사된 측정 대상으로부터 반사된 반사광을 수신하는 플래시 라이다; 상기 플래시 라이다와 일정각도를 이루도록 설치되며 상기 플래시 라이다로부터 입사된 광을 분할하는 빔 분할기로서, 상기 입사된 광이 상기 빔 분할기로부터 반사되는 광의 경로인 반사 경로와 상기 입사된 광이 상기 빔 분할기를 투과하는 광의 경로인 투과 경로를 생성하는 상기 빔 분할기; 상기 반사 경로와 투과 경로 측면에 각각 배치되어 상기 플래시 라이다의 시야각을 제어하는 액정 패널을 포함하는 광 시야각 플래시 라이다 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 액정 패널은 상기 반사 경로 측면에 설치되는 제1 액정 패널 및 상기 투과 경로 측면에 설치되는 제2 액정 패널을 포함하고, 전압 인가 여부에 따라 광을 통과시키는 on 상태, 광을 차단하는 off 상태가 되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 액정 패널이 off 상태, 상기 제2 액정 패널이 on 상태가 될 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 빔 분할기를 투과하는 광에 대해서만 반사광을 수신받아, 시야각이 상기 투과 경로에 대한 영역인 제1 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 액정 패널이 on 상태, 상기 제2 액정 패널이 off 상태가 될 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 빔 분할기에서 반사되는 광과 상기 제1 액정 패널을 직접 통과하는 광에 대해서 반사광을 수신받아, 시야각이 상기 반사 경로에 대한 영역과 상기 제1 액정 패널을 직접 통과하는 광의 경로에 대한 영역의 합인 제2 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치는 광을 출력하는 광원을 포함하고, 광이 조사된 측정 대상으로부터 반사된 반사광을 수신하는 플래시 라이다; 상기 플래시 라이다에 인접하게 배치되며 상기 플래시 라이다로부터의 광을 상기 제1 편광 또는 제2 편광의 상태로 출사시켜 상기 플래시 라이다의 시야각을 제어하는 편광 액정 패널 및 상기 플래시 라이다와 일정각도를 이루도록 설치되고, 상기 제1 편광에 대해서는 투과시켜 투과 경로를 생성하며, 상기 제2 편광에 대해서는 반사시켜 반사 경로를 생성하는 편광 빔 분할기를 포함하는 액정 패널을 사용한 광시야각 플래시 라이다를 제공할 수 있다.
또한 상기 편광 액정 패널은 전압 인가 여부에 따라 광의 편광을 회전시키거나 유지시켜 광을 제1 편광 또는 제2 편광의 상태로 출사시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 편광일 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 편광 빔 분할기에서 투과되는 광과 상기 편광 액정 패널에서 출사되어 상기 측정 대상으로 직접 조사되는 광에 의한 반사광을 수신받아, 시야각이 투과 경로에 대한 영역과 상기 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역의 합인 제3 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2 편광일 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 편광 빔 분할기에서 반사되는 광과 상기 편광 액정 패널에서 출사되어 상기 측정 대상으로 직접 조사되는 광에 의한 반사광을 수신받아, 시야각이 반사 경로에 대한 영역과 상기 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역의 합인 제4 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치는 액정 패널과 빔 분할기를 통해 순차적으로 다른 각도 범위의 영상을 촬영함으로써, 1개의 3D 플래시 라이다를 사용하여 보다 넓은 시야각을 가질 수 있다.
또한 시야각이 큰 3D 레이저 스캐너 방식 라이다에 비해 기계적 구동부가 필요 없어 진동이나 내구성 측면이 개선될 수 있고, 가격이 저렴하여 제작 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 기존에 사용하고 있는 3차원 플래시 라이다 기술 구조를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치를 도시한 개념도.
도 3의 (a) 및 (b)는 도 2의 액정 패널의 작동 모습을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 액정 패널이 off 상태, 제2 액정 패널이 on 상태일 경우에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 액정 패널이 on 상태, 제2 액정 패널이 off 상태일 경우에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치를 도시한 개념도.
도 7의 (a) 및 (b)는 도 6의 편광 액정 패널의 작동 모습을 도시한 개념도.
도 8은 본 발명의 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 및 제2 편광 액정 패널 작동에 따라 제1 편광에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명의 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 및 제2 편광 액정 패널 작동에 따라 제2 편광에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치를 도시한 개념도.
도 3의 (a) 및 (b)는 도 2의 액정 패널의 작동 모습을 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 액정 패널이 off 상태, 제2 액정 패널이 on 상태일 경우에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 액정 패널이 on 상태, 제2 액정 패널이 off 상태일 경우에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치를 도시한 개념도.
도 7의 (a) 및 (b)는 도 6의 편광 액정 패널의 작동 모습을 도시한 개념도.
도 8은 본 발명의 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 및 제2 편광 액정 패널 작동에 따라 제1 편광에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명의 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 및 제2 편광 액정 패널 작동에 따라 제2 편광에 대한 시야각을 나타낸 예시도.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치를 도시한 개념도이고, 도 3의 (a) 및 (b)는 도 2의 액정 패널의 작동 모습을 도시한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 액정 패널이 off 상태, 제2 액정 패널이 on 상태일 경우에 대한 시야각을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 액정 패널이 on 상태, 제2 액정 패널이 off 상태일 경우에 대한 시야각을 나타낸 예시도 이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치는 플래시 라이다(1), 빔 분할기(2) 및 액정 패널(3)을 포함할 수 있다.
플래시 라이다(1)는 카메라와 같은 기능을 하는 3차원 플래시 라이다로서, 광을 출력하는 광원(10)을 포함하며, 광이 조사된 측정 대상으로부터 반사된 반사광을 수신받아 영상을 촬영할 수 있다. 즉 수신된 반사광을 전기신호로 변환하여 영상을 획득할 수 있다.
광원(10)은 레이저로서, 적외선 레이저 또는 다른 파장 대의 레이저일 수 있으며, 플래시 라이다(1) 전방에 하나 이상이 위치되어 광을 출력할 수 있다.
빔 분할기(2)는 플래시 라이다(1)와 일정각도를 이루도록 설치되어, 플래시 라이다(1)로부터 출력되는 광이 입사되면 입사된 광을 분할하여 일부는 투과시키고 나머지는 반사시킬 수 있다.
이때, 빔 분할기(2)는 플래시 라이다(1)와 45°의 각도를 이루도록 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
또한 입사되는 광의 50%는 투과시키고 50%는 반사시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
액정 패널(3)은 빔 분할기(2)에 의한 플래시 라이다(1)의 반사 경로와 투과 경로 측면에 각각 배치되어, 작동에 따라 플래시 라이다(1)의 시야각을 제어할 수 있다.
여기서 반사 경로는 플래시 라이다(1)로부터 입사된 광이 빔 분할기(2)로부터 반사되는 광의 경로, 투과 경로는 빔 분할기(2)로부터 투과되는 광의 경로이다.
도 3을 참조하면, 액정 패널(3)은 제1 편광기(30), 제1 배향막(31), 액정(32), 제2 배향막(33) 및 제2 편광기(34)를 포함할 수 있다.
제1 편광기(30)와 제2 편광기(34)는 광의 편광을 조절할 수 있는 것으로, 편광 방향이 서로 수직되게 형성될 수 있다.
액정(32)의 양면에는 유리판이 구비되고 유리판에는 투명 전극이 형성되어 있어 전압이 인가될 수 있다.
제1 배향막(31)과 제2 배향막(33)은 액정 분자를 배향시킬 수 있는 것으로, 배향 방향이 서로 수직되게 형성될 수 있으며, 제1 배향막(31)은 제1 편광기(30)와 제2 배향막(33)은 제2 편광기(34)와 방향이 동일하게 이루어질 수 있다.
액정 패널(3)에 전압을 인가하지 않을 경우에는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 액정 분자는 서로 수직인 제1 배향막(31)과 제2 배향막(33)을 따라 정렬하게 된다.
이에 제1 편광기(30) 측에서 입사된 광의 편광은 90° 회전하게 되며, 제2 편광기(34)와 제2 배향막(33)의 방향이 같아 광이 투과될 수 있다. 이러한 상태를 액정 패널(3)의 on 상태라고 할 수 있다.
액정 패널(3)에 전압을 인가할 경우에는 수직 방향 전기장이 발생하게 되어, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 액정 분자가 전기장 방향으로 정렬하게 된다.
이에 제1 편광기(30) 측에서 입사된 광의 편광은 회전하지 않고 그대로 유지되어, 편광이 제2 편광기(34)의 편광 방향과 수직이므로 제2 편광기(34)에 의해 광이 차단될 수 있다. 이러한 상태를 액정 패널(3)의 off 상태라고 할 수 있다.
한편, 액정 패널(3)은 설치 위치가 다른 제1 액정 패널(3a) 및 제2 액정 패널(3b)을 포함할 수 있다.
제1 액정 패널(3a)은 빔 분할기(2)에 의한 플래시 라이다(1)의 반사 경로 측면에 설치될 수 있다.
제2 액정 패널(3b)은 빔 분할기(2)에 의한 플래시 라이다(1)의 투과 경로 측면에 설치될 수 있다.
이에 제1 액정 패널(3a)과 제2 액정 패널(3b)을 각각 전압 인가 여부에 따라 on/off를 제어하여 플래시 라이다(1)의 시야각을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 액정 패널(3a)이 off 상태, 제2 액정 패널(3b)이 on 상태가 될 경우, 빔 분할기(2)로부터 반사된 광은 제1 액정 패널(3a)에 의해 차단되어, 플래시 라이다(1)가 빔 분할기(2)를 투과하는 광에 대해서만 반사광을 수신받을 수 있다.
도 4와 같이, 플래시 라이다(1)의 실질적인 시야각은 ∠DBC에 해당할 수 있으나, 이 경우 빔 분할기(2)를 투과하는 광에 대한 반사광을 수신 받음에 따라 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각이 투과 경로에 대한 영역(∠CBP)인 제1 시야각(α)으로 형성될 수 있다.
이에 따라 제1 액정 패널(3a)이 off 상태, 제2 액정 패널(3b)이 on 상태가 될 경우, 제1 시야각(α)에 대한 영상을 촬영할 수 있다.
또한 제1 액정 패널(3a)이 on 상태, 제2 액정 패널(3b)이 off 상태가 될 경우, 빔 분할기(2)로부터 투과된 광은 제2 액정 패널(3b)에 의해 차단되어, 플래시 라이다(1)가 빔 분할기(2)에서 반사되는 광에 대해서만 반사광을 수신받을 수 있다.
이 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 플래시 라이다(1)의 거울상(M)으로 고려해 보면, ∠CBP의 영역으로 입사되는 광은 빔 분할기(2)에 의해 ∠C'B'P의 영역으로 반사될 수 있다. ∠C'B'P의 영역은 반사 경로에 대한 영역으로써, 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각은 반사 경로에 대한 영역(∠C'B'P)을 포함할 수 있다.
한편, 제1 액정 패널(3a)이 on 상태임에 따라, 플래시 라이다(1)에서 출력되어 빔 분할기(2)로 입사되지 않고 제1 액정 패널(3a)로 직접 조사되어 통과하는 광이 발생할 수 있다. 이에 플래시 라이다(1)는 빔 분할기(2)에 조사되지 않고 제1 액정 패널(3a)을 직접 통과하는 광에 대해서도 반사광을 수신받을 수 있다.
따라서, 플래시 라이다(1)에서 조사되어 빔 분할기(2)로 입사되지 않고 제1 액정 패널(3a)을 직접 통과하는 광의 경로에 대한 영역(∠DBP)이 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각에 포함될 수 있다.
그러므로, 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각은 반사 경로에 대한 영역(∠C'B'P)과 제1 액정 패널(3a)을 직접 통과하는 광의 경로에 대한 영역(∠DBP)의 합인 제2 시야각(α'+α")으로 형성될 수 있다.
이에 따라 제1 액정 패널(3a)이 on 상태, 제2 액정 패널(3b)이 off 상태가 될 경우, 제2 시야각(α'+α")에 대한 영상을 촬영할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 광 시야각 플래시 라이다 장치는 제1 시야각(α)과 제2 시야각(α'+α")을 가질 수 있고, 제1 시야각(α)과 제2 시야각(α'+α")을 합치는 것으로, 하나의 플래시 라이다(1)로 보다 넓은 시야각을 가질 수 있는 것이다.
제1 액정 패널(3a)과 제2 액정 패널(3b)의 작동을 제어하여 상기와 같은 과정을 교번하여 진행하는 것으로 보다 넓은 시야각에 대한 영상을 확보할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치를 도시한 개념도이고, 도 7의 (a) 및 (b)는 도 6의 편광 액정 패널의 작동 모습을 도시한 개념도이고, 도 8은 본 발명의 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 및 제2 편광 액정 패널 작동에 따라 제1 편광에 대한 시야각을 나타낸 예시도이며, 도 9는 본 발명의 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 제1 및 제2 편광 액정 패널 작동에 따라 제2 편광에 대한 시야각을 나타낸 예시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치는 플래시 라이다(1), 편광 액정 패널(4) 및 편광 빔 분할기(5)을 포함할 수 있다.
이는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치의 액정 패널(3)을 편광 액정 패널(4)로 대체하여 설치 위치를 달리하고, 빔 분할기(2)도 편광 의존성을 가지는 편광 빔 분할기(5)로 변경한 것이다.
제1 실시예에서 액정 패널은 광의 통과/차단을 스위칭하기 위한 구성이나, 제2 실시예에서 편광 액정 패널은 광의 편광을 스위칭하기 위해 구성된다.
플래시 라이다(1)는 카메라와 같은 기능을 하는 3차원 플래시 라이다로서, 광을 출력하는 광원(10)을 포함하며, 광이 조사된 측정 대상으로부터 반사된 반사광을 수신받아 영상을 촬영할 수 있다. 즉 수신된 반사광을 전기신호로 변환하여 영상을 획득할 수 있다.
광원(10)은 레이저로서, 적외선 레이저 또는 다른 파장 대의 레이저일 수 있으며, 플래시 라이다(1) 전방에 하나 이상이 위치되어 광을 출력할 수 있다.
편광 액정 패널(4)은 플래시 라이다(1)에 인접하게 배치되어, 플래시 라이다(1)의 시야각을 제어할 수 있다.
도 7을 참조하면, 편광 액정 패널(4)은 제1 배향막(40), 액정(41) 및 제2 배향막(42)을 포함할 수 있다.
제1 배향막(40)과 제2 배향막(42)은 액정 분자를 배향시킬 수 있는 것으로, 배향 방향이 서로 수직되게 형성될 수 있다.
액정(41)은 양측에 유리판이 구비되고 유리판에는 투명 전극이 형성되어 있어 전압이 인가될 수 있다.
편광 액정 패널(4)에 전압을 인가하지 않을 경우에는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 액정 분자는 서로 수직인 제1 배향막(40) 및 제2 배향막(41)을 따라 정렬될 수 있다. 이에 입사된 광의 편광이 90° 회전될 수 있다.
또한 편광 액정 패널(4)에 전압을 인가할 경우에는, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 수직 방향 전기장이 발생하게 되어 액정 분자가 전기장 방향으로 정렬될 수 있다. 이에 입사된 광은 편광이 유지되면서 통과할 수 있다.
이와 같이 전압 인가 여부에 따라 편광 액정 패널(4)의 작동을 제어하여 제 1 편광 또는 제 2 편광의 상태로 출사시키는 것으로, 플래시 라이다(1)의 시야각을 제어할 수 있다.
한편, 대부분의 레이저의 경우 선편광으로 이루어지는 경우가 많기 때문에, 선편광 레이저를 기준으로 설명하기로 한다. 그러나 이에 한정되지는 않는다.
플래시 라이다(1)로부터 출력된 광은 전압이 인가되지 않은 편광 액정 패널(4)을 통과하면 수직된 편광이 될 수 있고, 전압이 인가된 편광 액정 패널(4)을 통과하면 수평된 편광일 수 있다.
본 발명에서 제1 편광이 수평된 편광 제2 편광이 수직된 편광일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
수평한 편광은 광의 진행방향과 빔분할기에서 반사된 광을 포함하는 입사 면과 전기장의 진동 방향이 평행인 광을 의미하고, 수직한 편광은 입사면과 전기장의 진동 방향이 수직인 광을 의미한다.
편광 빔 분할기(5)는 플래시 라이다(1)와 일정각도를 이루도록 설치되어, 플래시 라이다(1)로부터 출력되는 광이 입사되면 편광에 따라 광의 경로를 결정할 수 있다. 즉 제1 편광에 대해서는 투과시키고, 상기 제2 편광에 대해서는 반사시킬 수 있다. 여기서 제1 편광이 편광 빔 분할기(5)로부터 투과되는 경로는 투과 경로일 수 있고, 제2 편광이 편광 빔 분할기(5)로부터 반사되는 경로는 반사 경로로 지칭될 수 있다.
구체적으로, 편광 빔 분할기(5)는 광이 제1 편광일 경우 광을 투과시키고, 제2 편광일 경우 광을 반사시킬 수 있다.
이때, 편광 빔 분할기(5)는 플래시 라이다(1)와 45°의 각도를 이루도록 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
이 경우 편광 빔 분할기(5)는 입사되는 광을 거의 100% 반사시키거나 투과시키므로, 광 손실이 거의 없어 출력 감소 등을 방지할 수 있다. 이에 시야각이 넓으면서도 출력이 우수한 광 시야각 플래시 라이다를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 광의 편광이 제1 편광일 경우, 편광 빔 분할기(5)는 입사된 광을 투과시킬 수 있다. 이에 플래시 라이다(1)가 편광 빔 분할기(5)에서 투과되는 광에 의한 반사광을 수신받을 수 있다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각은 투과 경로에 대한 영역(∠CBP)을 포함할 수 있다.
한편, 플래시 라이다(1)의 실질적인 시야각은 ∠DBC와 같을 수 있기 때문에, 편광 액정 패널(4)에서 출사되어 측정 대상으로 직접 조사되는 광이 발생할 수 있다.
이에 플래시 라이다(1)는 편광 액정 패널(4)에서 출사되어 측정 대상으로 직접 조사되는 광에 의한 반사광을 수신받을 수도 있다.
이를 통해 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각은 편광 액정 패널(4)에서 출사되어 편광 빔 분할기(5)로 입사되지 않고 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역(∠DBP)을 포함할 수 있다.
따라서, 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각은 투과 경로에 대한 영역(∠CBP)과 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역(∠DBP)의 합인 제3 시야각(β+ β')으로 형성될 수 있다.
또한 광의 편광이 수직한 편광일 경우, 편광 빔 분할기(5)는 입사된 광을 반사시킬 수 있다. 이에 플래시 라이다(1)가 편광 빔 분할기(5)에서 반사되는 광에 의한 반사광을 수신받을 수 있다. 이를 통해 도 9에 도시된 바와 같이, 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각이 반사 경로에 대한 영역(∠C'B'P)을 포함할 수 있다.
그리고 이 경우에도 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역(∠DBP)을 시야각으로 포함할 수 있다.
따라서, 광 시야각 플래시 라이다 장치의 시야각은 반사 경로에 대한 영역(∠C'B'P)과 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역(∠DBP)의 합인 제4 시야각(β"+ β')으로 형성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치도 제3 시야각(β+ β')과 제4 시야각(β"+ β')을 가지는 것으로 보다 넓은 시야각 내의 영상을 촬영할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치는 액정 패널과 빔 분할기를 통해 순차적으로 다른 각도 범위의 영상을 촬영함으로써, 1개의 3D 플래시 라이다를 사용하여 보다 넓은 시야각을 가질 수 있다.
또한 시야각이 큰 3D 레이저 스캐너 방식 라이다에 비해 기계적 구동부가 필요 없어 진동이나 내구성 측면이 개선될 수 있고, 가격이 저렴하여 제작 비용을 줄일 수 있다.
상기에서 본 발명의 실시예에 따른 광 시야각 플래시 라이다 장치기를 제1 및 제2 실시예로 나누어서 설명하였으나, 이는 설명의 편의성 및 이해가 쉽도록 하기 위해 실시예를 나눠 설명한 것으로, 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 실시예의 구성은 설계 변경하여 서로 적용될 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
1: 플래시 라이다
10: 광원
2: 빔 분할기
3: 액정 패널
30: 제1 편광기
31: 제1 배향막
32: 액정
33: 제2 배향막
34: 제2 편광기
3a: 제1 액정 패널
3b: 제2 액정 패널
4: 편광 액정 패널
40: 제1 배향막
41: 액정
42: 제2 배향막
5: 편광 빔 분할기
10: 광원
2: 빔 분할기
3: 액정 패널
30: 제1 편광기
31: 제1 배향막
32: 액정
33: 제2 배향막
34: 제2 편광기
3a: 제1 액정 패널
3b: 제2 액정 패널
4: 편광 액정 패널
40: 제1 배향막
41: 액정
42: 제2 배향막
5: 편광 빔 분할기
Claims (7)
- 광을 출력하는 광원을 포함하고, 광이 조사된 측정 대상으로부터 반사된 반사광을 수신하는 플래시 라이다;
상기 플래시 라이다와 일정각도를 이루도록 설치되며 상기 플래시 라이다로부터 입사된 광을 분할하는 빔 분할기로서, 상기 입사된 광이 상기 빔 분할기로부터 반사되는 광의 경로인 반사 경로와 상기 입사된 광이 상기 빔 분할기를 투과하는 광의 경로인 투과 경로를 생성하는 상기 빔 분할기;
상기 반사 경로와 투과 경로 측면에 각각 배치되어 상기 플래시 라이다의 시야각을 제어하는 액정 패널을 포함하는 광 시야각 플래시 라이다 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 액정 패널은,
상기 반사 경로 측면에 설치되는 제1 액정 패널 및
상기 투과 경로 측면에 설치되는 제2 액정 패널을 포함하고,
전압 인가 여부에 따라 광을 통과시키는 on 상태, 광을 차단하는 off 상태가 되는 것을 특징으로 하는 광 시야각 플래시 라이다 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 액정 패널이 off 상태, 상기 제2 액정 패널이 on 상태가 될 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 빔 분할기를 투과하는 광에 대해서만 반사광을 수신받아,
시야각이 상기 투과 경로에 대한 영역인 제1 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 시야각 플래시 라이다 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 액정 패널이 on 상태, 상기 제2 액정 패널이 off 상태가 될 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 빔 분할기에서 반사되는 광과 상기 제1 액정 패널을 직접 통과하는 광에 대해서 반사광을 수신받아,
시야각이 상기 반사 경로에 대한 영역과 상기 제1 액정 패널을 직접 통과하는 광의 경로에 대한 영역의 합인 제2 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 시야각 플래시 라이다 장치.
- 광을 출력하는 광원을 포함하고, 광이 조사된 측정 대상으로부터 반사된 반사광을 수신하는 플래시 라이다;
상기 플래시 라이다에 인접하게 배치되며 상기 플래시 라이다로부터의 광을 상기 제1 편광 또는 제2 편광의 상태로 출사시켜 상기 플래시 라이다의 시야각을 제어하는 편광 액정 패널 및
상기 플래시 라이다와 일정각도를 이루도록 설치되고, 상기 제1 편광에 대해서는 투과시켜 투과 경로를 생성하며, 상기 제2 편광에 대해서는 반사시켜 반사 경로를 생성하는 편광 빔 분할기를 포함하는 액정 패널을 사용한 광시야각 플래시 라이다.
- 제5항에 있어서,
상기 제1 편광일 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 편광 빔 분할기에서 투과되는 광과 상기 편광 액정 패널에서 출사되어 상기 측정 대상으로 직접 조사되는 광에 의한 반사광을 수신받아,
시야각이 투과 경로에 대한 영역과 상기 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역의 합인 제3 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 시야각 플래시 라이다 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 제2 편광일 경우, 상기 플래시 라이다가 상기 편광 빔 분할기에서 반사되는 광과 상기 편광 액정 패널에서 출사되어 상기 측정 대상으로 직접 조사되는 광에 의한 반사광을 수신받아,
시야각이 반사 경로에 대한 영역과 상기 측정 대상에 직접 조사되는 광의 경로에 대한 영역의 합인 제4 시야각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 시야각 플래시 라이다 장치.
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