KR20220114341A - Interchangeable window frame for lidar - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an optical system includes: an optical unit which emits pulsed laser light into the atmosphere and collects reflected light from reflectors or scatterers in the atmosphere; a main frame providing a predetermined space therein so that the optical unit can be disposed; and the auxiliary frame unit which is connected to the main frame unit, and enables a part of the auxiliary frame to be opened and connected to the main frame so that a part of the optical unit can be exposed to the outside. Therefore, it is possible to improve the maintainability of a lidar system by developing a replaceable window frame while maintaining alignment and sealing performance.

Description

라이다용 교체 가능한 윈도우 프레임 {INTERCHANGEABLE WINDOW FRAME FOR LIDAR}INTERCHANGEABLE WINDOW FRAME FOR LIDAR

본 발명은 라이다의 외형을 이루는 프레임에 대한 것으로서 교체 가능한 특징을 가지는 윈도우 프레임에 대한 것이다.The present invention relates to a frame constituting the appearance of the lidar and to a window frame having interchangeable features.

라이다는 레이저 펄스를 발사하고, 그 빛이 주위의 대상 물체에 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체가지 거리 등을 측정함으로써 주변의 모습을 정밀하게 그려내는 장치다. 기술적 진보로 인해, 라이다는 대상 물체까지의 거리뿐 아니라 움직이는 속도와 방향, 온도, 주변의 대기 물질 분석 및 농도 측정 등에 쓰인다. 구체적으로, 자외선, 가시광선, 근적외선 등을 사용하여 금속성인 아닌 바위나 구름, 빗방울, 에어로졸 등을 감지할 수 있어서 기상 관측에 사용되고, 지형을 정밀하게 그려내거나, 비행체의 착륙 유도나 자율 주행차의 주변 인식 장치로 사용되기도 한다, 그리고, 분자마다 잘 산란시키는 빛의 파장이 다른 현상을 이용하여 공기 중에 섞여 있는 기체의 화학적 조성을 알아내는데 쓰이기도 한다.LiDAR is a device that precisely draws out the surroundings by emitting a laser pulse, receiving the light reflected by the surrounding target, and measuring the distance between the objects. Due to technological advances, lidar is used not only for distance to target, but also for speed and direction of movement, temperature, analysis and concentration of atmospheric substances in the environment. Specifically, it can detect non-metallic rocks, clouds, raindrops, aerosols, etc. using ultraviolet light, visible light, or near-infrared light, so it can be used for weather observation, to accurately draw terrain, to guide the landing of an aircraft, or to use an autonomous vehicle. It is also used as a peripheral recognition device, and it is also used to find out the chemical composition of a gas mixed in the air by using the phenomenon that the wavelength of light that scatters well for each molecule is different.

이러한 라이다를 포함하는 광학 장치는 광학성능을 발휘함에 있어 외부 노출 윈도우의 내구성과 정비성이 중요한 요소이다. 내구성은 레이저를 방출하고 수신받아야하는 광학 장치의 특성 상 윈도위의 파손은 광학 장치의 기능 상실을 유발한다. 또한 정비성은 라이다의 수리 및 교체를 용이하게 하여 라이다 기능을 항상 유지하도록 할 수 있다. 다만, 기존의 광학 장치들은 정비성이 좋지 못하기 때문에, 수리 및 관리가 어려운 부분이 있었다.In the optical device including the lidar, durability and maintainability of the external exposure window are important factors in exhibiting optical performance. Due to the characteristics of the optical device that emits and receives the laser, damage on the window causes loss of function of the optical device. In addition, serviceability can facilitate the repair and replacement of lidar so that lidar function is maintained at all times. However, since the existing optical devices have poor maintainability, repair and management were difficult.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정렬과 밀폐성능을 유지하면서 교체 가능한 윈도우 프레임 개발로 라이다 시스템의 정비성을 향상시킬 수 있는 교체 가능한 윈도우 프레임를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above problems, and to provide a replaceable window frame that can improve the maintainability of the lidar system by developing a replaceable window frame while maintaining alignment and sealing performance.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the present embodiment are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은, 펄스 레이저광을 대기 중에 발사하고 대기 중의 반사체 또는 산란체로부터의 반사광을 수집하는 광학부; 상기 광학부가 배치될 수 있도록 내측에 소정의 공간을 제공하는 주요 프레임부; 및 상기 주요 프레임부에 연결되며 상기 광학부의 일부가 외부로 노출될 수 있도록 일 부분이 개구되어 상기 주요 프레임부에 연결되는 보조 프레임부;를 포함할 수 있다.An optical system according to an embodiment of the present invention comprises: an optical unit that emits pulsed laser light into the atmosphere and collects reflected light from a reflector or scatterer in the atmosphere; a main frame part providing a predetermined space inside so that the optical part can be disposed; and an auxiliary frame part connected to the main frame part and connected to the main frame part by opening a part so that a part of the optical part may be exposed to the outside.

또한, 상기 보조 프레임부는, 상기 주요 프레임부에 탈 부착 가능할 수 있다.In addition, the auxiliary frame unit may be detachable from the main frame unit.

또한, 상기 주요 프레임부는, 일측이 개구되어 주요 개구부가 형성되어 있으며, 상기 보조 프레임부는, 상기 주요 개구부에 탈 부착 가능하게 연결될 수 있다.In addition, the main frame part has one side opened to form a main opening, and the auxiliary frame part may be detachably connected to the main opening.

또한, 상기 보조 프레임부는, 상기 광학부의 일부가 외부에 노출되도록 일부가 개구된 형상을 가질 수 있다.In addition, the auxiliary frame part may have a shape in which a part of the optical part is partially opened so that a part of the optical part is exposed to the outside.

또한, 상기 보조 프레임부는, 상기 광학부의 일부를 포위하며 상기 주요 프레임부에 연결될 수 있다.Also, the auxiliary frame unit may surround a part of the optical unit and may be connected to the main frame unit.

본 발명에 따른 라이다용 교체 가능한 윈도우 프레임은, 정비 과정에서 이물질이 장치 내부로 유입되는 것을 예방할 수 있다.The replaceable window frame for lidar according to the present invention can prevent foreign substances from being introduced into the device during the maintenance process.

또한, 장치 관리 시간을 효율적으로 절감시킬 수 있다.In addition, device management time can be effectively reduced.

또한, 장치 관리 비용을 효과적으로 절감시킬 수 있다.In addition, it is possible to effectively reduce the device management cost.

또한, 광학부품(윈도우)을 교체시에 광학적 성능을 원상태로 유지할 수 있다.In addition, when replacing the optical component (window), it is possible to maintain the optical performance in its original state.

또한, 라이다 등 광학시스템의 성능유지보수 능력을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the performance maintenance capability of optical systems such as lidar.

다만, 본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and the effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the present specification and accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 시스템의 전체 사시도1 is an overall perspective view of a lidar system according to an embodiment of the present invention;

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiment, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, delete, etc. other elements within the scope of the same spirit, through addition, change, deletion, etc. Other embodiments included within the scope of the invention may be easily suggested, but this will also be included within the scope of the invention.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.

최근 들어, 전자 장치에는 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저(laser) 레이더 장치인 라이다(LIDAR: LIght Detection And Ranging)가 많이 사용되고 있다.Recently, in an electronic device, a LIDAR (Light Detection And Ranging), which is a laser radar device, has been widely used in order to detect a surrounding terrain or an object.

이러한 라이다는, 펄스 레이저광을 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.Such a lidar is a device that emits pulsed laser light into the atmosphere and measures the distance, object, or atmospheric phenomenon using the reflected light from a reflector or scatterer in the atmosphere. It has a resolution of 5 m at MHz and 1 m at 150 MHz.

이와 같이 라이다는 주변 영역으로 레이저광을 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용함으로써, 측정 대상물의 거리와 속도, 형상을 측정하거나 주변의 물체나 지형을 정밀하게 스캔한다.In this way, LiDAR irradiates laser light into the surrounding area and uses the time and intensity of the reflected light reflected off the surrounding object or terrain to measure the distance, speed, and shape of the measurement target, or to accurately measure the surrounding object or terrain. scan it

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.Such lidar is widely applied in various fields such as sensors for detecting obstacles in front of robots and unmanned vehicles, radar guns for speed measurement, aerial geo-mapping devices, 3D ground surveys, and underwater scanning.

본 발명은 라이다를 포함하는 광학 시스템을 위한 교체 가능한 윈도우 프레임에 대한 것으로서, 구체적으로 라이다의 외형을 이루는 프레임에 대한 것이다.The present invention relates to a replaceable window frame for an optical system including a lidar, and specifically to a frame constituting the exterior of the lidar.

라이다 시스템은 레이저 적용 장비로써 광축정렬과 광학성능을 유지해야지만, 라이다 시스템의 성능이 유지될 수 있다.The lidar system is a laser-applied equipment, and the optical axis alignment and optical performance must be maintained, but the performance of the lidar system can be maintained.

외부로 노출되는 윈도우와 같은 광학 부품은 외부의 열악한 환경으로 인해 제한된 수명을 가지고 있고, 윈도우와 같은 광학 부품이 수명을 다할 경우, 광학성능이 저하되기 때문에 라이다 시스템의 성능도 저하될 수 있다.An optical component such as a window exposed to the outside has a limited lifespan due to an external harsh environment, and when an optical component such as a window reaches the end of its lifespan, the performance of the lidar system may also be deteriorated because optical performance deteriorates.

이로 인해, 광학 부품의 수명이 다할 경우에는 광한 부품의 교체를 하여야 지만 라이다 시스템의 성능이 유지될 수 있다.For this reason, when the life of the optical component is over, the performance of the lidar system can be maintained even though the light component must be replaced.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정렬과 밀폐성능을 유지하면서 교체 가능한 윈도우 프레임 개발로 라이다 시스템의 정비성을 향상시킬 수 있는 교체 가능한 윈도우 프레임를 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above problems, and to provide a replaceable window frame that can improve the maintainability of the lidar system by developing a replaceable window frame while maintaining alignment and sealing performance.

본 발명의 윈도우 프레임은 외부로 노출되는 광학 부품(일례로, 윈도우)의 교체 시에 내부의 타 부품의 손상 및 이물질 유입을 효과적으로 방지할 수 있는 구조로서, 라이다 시스템의 성능이 항상 유지될 수 있도록 할 수 있다.The window frame of the present invention has a structure that can effectively prevent damage to other internal components and inflow of foreign substances when an optical component (eg, a window) exposed to the outside is replaced, and the performance of the lidar system can be maintained at all times. can make it

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은, 펄스 레이저광을 대기 중에 발사하고 대기 중의 반사체 또는 산란체로부터의 반사광을 수집하는 광학부; 상기 광학부가 배치될 수 있도록 내측에 소정의 공간을 제공하는 주요 프레임부(110); 및 상기 주요 프레임부(110)에 연결되며 상기 광학부의 일부가 외부로 노출될 수 있도록 일 부분이 개구되어 상기 주요 프레임부(110)에 연결되는 보조 프레임부(120);를 포함할 수 있다.An optical system according to an embodiment of the present invention comprises: an optical unit that emits pulsed laser light into the atmosphere and collects reflected light from a reflector or scatterer in the atmosphere; a main frame unit 110 providing a predetermined space inside so that the optical unit can be disposed; and an auxiliary frame unit 120 connected to the main frame unit 110 and connected to the main frame unit 110 by opening a portion so that a part of the optical unit can be exposed to the outside.

또한, 상기 보조 프레임부(120)는, 상기 주요 프레임부(110)에 탈 부착 가능할 수 있다.Also, the auxiliary frame unit 120 may be detachably attached to the main frame unit 110 .

또한, 상기 주요 프레임부(110)는, 일측이 개구되어 주요 개구부가 형성되어 있으며, 상기 보조 프레임부(120)는, 상기 주요 개구부에 탈 부착 가능하게 연결될 수 있다.In addition, the main frame part 110 has one side opened to form a main opening, and the auxiliary frame part 120 may be detachably connected to the main opening.

또한, 상기 보조 프레임부(120)는, 상기 광학부의 일부가 외부에 노출되도록 일부가 개구된 형상을 가질 수 있다.Also, the auxiliary frame part 120 may have a shape in which a part of the optical part is partially opened so that a part of the optical part is exposed to the outside.

또한, 상기 보조 프레임부(120)는, 상기 광학부의 일부를 포위하며 상기 주요 프레임부(110)에 연결될 수 있다.Also, the auxiliary frame unit 120 may surround a portion of the optical unit and may be connected to the main frame unit 110 .

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은 상술한 윈도우 프레임 및 상기 An optical system according to an embodiment of the present invention includes the above-described window frame and the

상술한 특징을 가지는 광학 시스템은 정비 과정에서 이물질이 장치 내부로 유입되는 것을 예방할 수 있다.The optical system having the above-described characteristics can prevent foreign substances from being introduced into the device during maintenance.

또한, 장치 관리 시간을 효율적으로 절감시킬 수 있다.In addition, device management time can be effectively reduced.

또한, 장치 관리 비용을 효과적으로 절감시킬 수 있다.In addition, it is possible to effectively reduce the device management cost.

또한, 광학부품(윈도우)을 교체시에 광학적 성능을 원상태로 유지할 수 있다.In addition, when replacing the optical component (window), it is possible to maintain the optical performance in its original state.

또한, 라이다 등 광학시스템의 성능유지보수 능력을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the performance maintenance capability of optical systems such as lidar.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 표현하기 위해, 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 없거나 떨어지는 구성에 대해서는 간략하게 표현하거나 생략하였다.In the accompanying drawings, in order to more clearly express the technical spirit of the present invention, components that are not related to or inferior to the technical spirit of the present invention are briefly expressed or omitted.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.In the above, the configuration and features of the present invention have been described based on the embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and it is understood that various changes or modifications can be made within the spirit and scope of the present invention. It is intended that such changes or modifications will be apparent to those skilled in the art, and therefore fall within the scope of the appended claims.

110 : 주요 프레임부 120 : 보조 프레임부110: main frame part 120: auxiliary frame part

Claims (5)

펄스 레이저광을 대기 중에 발사하고 대기 중의 반사체 또는 산란체로부터의 반사광을 수집하는 광학부;
상기 광학부가 배치될 수 있도록 내측에 소정의 공간을 제공하는 주요 프레임부; 및
상기 주요 프레임부에 연결되며 상기 광학부의 일부가 외부로 노출될 수 있도록 일 부분이 개구되어 상기 주요 프레임부에 연결되는 보조 프레임부;를 포함하는,
광학 시스템.
an optical unit that emits pulsed laser light into the atmosphere and collects reflected light from a reflector or scatterer in the atmosphere;
a main frame part providing a predetermined space inside so that the optical part can be disposed; and
A secondary frame part connected to the main frame part and connected to the main frame part by opening a part so that a part of the optical part can be exposed to the outside;
optical system.
 제1항에 있어서,
상기 보조 프레임부는,
상기 주요 프레임부에 탈 부착 가능한,
광학 시스템.
According to claim 1,
The auxiliary frame unit,
Detachable to the main frame part,
optical system.
 제2항에 있어서,
상기 주요 프레임부는,
일측이 개구되어 주요 개구부가 형성되어 있으며,
상기 보조 프레임부는,
상기 주요 개구부에 탈 부착 가능하게 연결되는,
광학 시스템.
3. The method of claim 2,
The main frame part,
One side is opened to form a main opening,
The auxiliary frame unit,
detachably connected to the main opening,
optical system.
 제3항에 있어서,
상기 보조 프레임부는,
상기 광학부의 일부가 외부에 노출되도록 일부가 개구된 형상을 가지는,
광학 시스템.
4. The method of claim 3,
The auxiliary frame unit,
Having a shape in which a part of the optical part is opened so that a part of the optical part is exposed to the outside,
optical system.
 제4항에 있어서,
상기 보조 프레임부는,
상기 광학부의 일부를 포위하며 상기 주요 프레임부에 연결되는,
광학 시스템.
5. The method of claim 4,
The auxiliary frame unit,
surrounding a portion of the optic and connected to the main frame portion,
optical system.
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