KR20220114761A - Driving circuit and driving method for laser of fmcw lidar system - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a laser driving method of an FMCW lidar system includes the steps of: emitting pulsed laser light into the air by a laser diode of an FMCW lidar system; receiving reflected light from a scattering body by a light receiving unit of an FMCW lidar system; and calculating predetermined information based on information transmitted from the reflected light by a control unit of the FMCW lidar system. Therefore, a temperature compensation function can be implemented through a driving circuit instead of a photodiode.

Description

FMCW 라이다 시스템의 레이저용 구동 회로 및 구동 방법 {DRIVING CIRCUIT AND DRIVING METHOD FOR LASER OF FMCW LIDAR SYSTEM}DRIVING CIRCUIT AND DRIVING METHOD FOR LASER OF FMCW LIDAR SYSTEM

본 발명은 온도 변화에 따른 전압 변화를 감지하여 변조 전류를 조절함으로써 자동 온도 보상 기능을 갖는 FMCW 라이다 시스템의 레이저용 구동 회로 및 구동 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a driving circuit and driving method for a laser of an FMCW lidar system having an automatic temperature compensation function by sensing a voltage change according to a temperature change and adjusting a modulation current.

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 accurately 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.

여러 가지 라이더 중에서 도플러 레이더, 즉 연속파 라이더(Continuous Wave Radar, CW Radar)는 움직이는 물체를 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 물체의 속도도 알 수 있다. CW 라이다는 펄스 변조가 필요 없기 때문에 펄스 레이더에 비교해서 상대적으로 간단하다. 다만 CW 라이다는 잡음이 수신기 쪽으로 전이되어 수신기의 민감도를 떨어트리기 때문에 주로 짧은 거리용으로 사용되고 있는 실정이다. 이런 CW 레이더의 단점을 보완한 것이 주파수 변조형 연속파 라이더(Frequency Modulated CW Radar, FMCW 레이더)이다. Among the different types of lidar, Doppler radar, or continuous wave radar (CW radar), can not only detect moving objects, but also know the speed of objects. CW lidar is relatively simple compared to pulsed radar because it does not require pulse modulation. However, the CW lidar is mainly used for short distances because noise is transferred to the receiver and reduces the sensitivity of the receiver. The one that compensates for the shortcomings of the CW radar is the Frequency Modulated CW Radar (FMCW Radar).

상술한 단점을 보완한 FMCW 라이더에 배치되는 다이오드 구동 회로는 레이저 다이오드의 온도 및 노화에 의한 성능 저하를 보상하기 위해 포토 다이오드를 이용하여 전류 조절 기능을 구비하고 있지만, 광송신기의 부피가 커지는 문제가 존재하였다.The diode driving circuit arranged in the FMCW rider, which compensates for the above-mentioned disadvantages, has a current control function by using a photodiode to compensate for the deterioration of the performance due to the temperature and aging of the laser diode, but there is a problem in that the volume of the optical transmitter becomes large. existed.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포토 다이오드가 아닌 구동회로를 통해 온도 보상 기능을 구현할 수 있는 FMCW 라이다 시스템의 레이저용 구동 회로 및 구동 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a driving circuit and a driving method for a laser of an FMCW lidar system that can implement a temperature compensation function through a driving circuit instead of a photodiode.

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 FMCW 라이다 시스템의 레이저 구동 방법은, FMCW 라이다 시스템의 레이저 다이오드가 펄스 레이저광을 대기 중에 발사하는 단계; FMCW 라이다 시스템의 수광부가 산란체로부터 반사광을 수광하는 단계; 및 FMCW 라이다 시스템의 제어부가 상기 반사광으로부터 전달되는 정보를 기초로 소정의 정보를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.A laser driving method of an FMCW lidar system according to an embodiment of the present invention includes: emitting a pulse laser light to the atmosphere by a laser diode of the FMCW lidar system; receiving the reflected light from the scatterer by the light receiving unit of the FMCW lidar system; and calculating, by the controller of the FMCW lidar system, predetermined information based on the information transmitted from the reflected light.

또한, 레이저 다이오드의 온도 변화에 따라 FMCW 시스템 내의 전압 변화가 감지되는 단계; 및 FMCW 시스템 내의 전압 변화에 따라 변조 전류가 조절되는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, detecting a voltage change in the FMCW system according to the temperature change of the laser diode; and adjusting the modulation current according to a voltage change in the FMCW system.

또한, FMCW 라이다 시스템의 센싱부가 상기 레이저 다이오드의 온도에 대한 정보를 센싱하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of sensing information on the temperature of the laser diode by a sensing unit of the FMCW lidar system; may further include.

본 발명에 따른 FMCW 라이다 시스템의 레이저용 구동 회로 및 구동 방법FDMS은광송신기의 부피를 최소화 할 수 있다.The driving circuit and driving method FDMS for the laser of the FMCW lidar system according to the present invention can minimize the volume of the optical transmitter.

또한, FMCW 라이다 시스템 전체 크기를 축소시킬 있다.In addition, the overall size of the FMCW LiDAR system can be reduced.

또한, 라이다 시스템이 설치되는 다른 시스템의 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the space efficiency of other systems in which the lidar system is installed.

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 FMCW 라이다 시스템의 레이저용 구동 회로1 is a driving circuit for a laser of an FMCW 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 라이다 시스템의 레이저용 구동 회로이다.1 is a driving circuit for a laser of an FMCW lidar system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 라이다 시스템의 레이저 구동 회로 방법은, FMCW 라이다 시스템의 레이저 다이오드가 펄스 레이저광을 대기 중에 발사하는 단계; FMCW 라이다 시스템의 수광부가 산란체로부터 반사광을 수광하는 단계; 및 FMCW 라이다 시스템의 제어부가 상기 반사광으로부터 전달되는 정보를 기초로 소정의 정보를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the laser driving circuit method of the FMCW lidar system according to an embodiment of the present invention, the laser diode of the FMCW lidar system emitting a pulse laser light to the atmosphere; receiving the reflected light from the scatterer by the light receiving unit of the FMCW lidar system; and calculating, by the controller of the FMCW lidar system, predetermined information based on the information transmitted from the reflected light.

또한, 레이저 다이오드의 온도 변화에 따라 FMCW 시스템 내의 전압 변화가 감지되는 단계; 및 FMCW 시스템 내의 전압 변화에 따라 변조 전류가 조절되는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, detecting a voltage change in the FMCW system according to the temperature change of the laser diode; and adjusting the modulation current according to a voltage change in the FMCW system.

구체적으로 설명하자면, 레이저 다이오드의 온도가 변화되는 경우, 시스템 내의 저항이 변화되어 FMCW 시스템 내의 전압이 변화될 수 있다.Specifically, when the temperature of the laser diode is changed, the resistance in the system may be changed, and thus the voltage in the FMCW system may be changed.

또는, FMCW 시스템 내의 전압이 변화되는 경우, FMCW 시스템 내에 유동되는 전류가 변화될 수 있다.Alternatively, when the voltage in the FMCW system is changed, the current flowing in the FMCW system may be changed.

여기서, 레이저 다이오드의 온도를 조절하기 위해서, FMCW 시스템 내의 전류를 제어할 수 있다.Here, in order to control the temperature of the laser diode, it is possible to control the current in the FMCW system.

여기서, 제어부가 해당 작업을 수행할 수 있다.Here, the control unit may perform the corresponding operation.

이러한, 온도 보상 회로를 통해, FMCW 라이다 시스템의 부피를 최소화할 수 있다.This, through the temperature compensation circuit, it is possible to minimize the volume of the FMCW lidar system.

또한, FMCW 라이다 시스템의 센싱부가 상기 레이저 다이오드의 온도에 대한 정보를 센싱하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of sensing information on the temperature of the laser diode by a sensing unit of the FMCW lidar system; may further include.

라이다 시스템의 크기를 최소화할 수 있기 때문에, 라이다 시스템이 배치되는 장치 내의 공간 활용도를 효과적으로 상승시킬 수 있다.Since the size of the lidar system can be minimized, it is possible to effectively increase the space utilization in the device in which the lidar system is disposed.

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.

Claims (3)

FMCW 라이다 시스템의 레이저 다이오드가 펄스 레이저광을 대기 중에 발사하는 단계;
FMCW 라이다 시스템의 수광부가 산란체로부터 반사광을 수광하는 단계; 및
FMCW 라이다 시스템의 제어부가 상기 반사광으로부터 전달되는 정보를 기초로 소정의 정보를 산출하는 단계;를 포함하는,
FMCW 라이다 시스템의 레이저 구동 방법.
The laser diode of the FMCW lidar system emitting pulsed laser light into the atmosphere;
receiving the reflected light from the scatterer by the light receiving unit of the FMCW lidar system; and
Including, the control unit of the FMCW lidar system calculating predetermined information based on the information transmitted from the reflected light;
How to drive a laser in the FMCW lidar system.
 제1항에 있어서,
레이저 다이오드의 온도 변화에 따라 FMCW 시스템 내의 전압 변화가 감지되는 단계; 및
FMCW 시스템 내의 전압 변화에 따라 변조 전류가 조절되는 단계;를 포함하는,
FMCW 라이다 시스템의 레이저 구동 방법.
The method of claim 1,
detecting a voltage change in the FMCW system according to a temperature change of the laser diode; and
Including; adjusting the modulation current according to the voltage change in the FMCW system;
How to drive a laser in the FMCW lidar system.
 제2항에 있어서,
FMCW 라이다 시스템의 센싱부가 상기 레이저 다이오드의 온도에 대한 정보를 센싱하는 단계;를 더 포함하는,
FMCW 라이다 시스템의 레이저 구동 방법.

3. The method of claim 2,
The step of sensing information on the temperature of the laser diode by a sensing unit of the FMCW lidar system; further comprising,
How to drive a laser in the FMCW lidar system.
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