KR20220154091A

KR20220154091A - 가상 보호 하우징을 구비한 아이-세이프 주사 라이다

Info

Publication number: KR20220154091A
Application number: KR1020227028360A
Authority: KR
Inventors: 앨거 로이드 노던 쓰리; 조나단 모라리티
Original assignee: 마이크로비젼, 인코퍼레이티드
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-11-21
Also published as: WO2021178152A1; JP2023516297A; US12019188B2; EP4115196A4; EP4115196A1; US20210270938A1; CN115151837A

Abstract

눈에 안전한 광 검출 및 라이다 시스템(100)은 가상 보호 하우징(180)을 포함한다. 단거리 펄스(210)는 조건부로 장거리 펄스(230)를 방출하기 전에 시야의 모든 측정 지점에서 방출된다. 단거리 펄스는 단거리에서 눈에 안전한 접근 가능한 방출을 초래하고, 장거리 펄스는 장거리에서 눈에 안전한 접근 가능한 방출을 초래한다.

Description

가상 보호 하우징을 구비한 아이-세이프 주사 라이다

레이저 장치를 포함하는 제품은 일반적으로 인간의 눈이나 피부에 손상을 줄 수 있으므로 다양한 레이저 안전 등급으로 분류된다. 국제 표준 IEC 60825.1은 레이저 안전 등급을 예시하고 있다. 다양한 레이저 안전 등급들이 존재하지만, 등급들 간의 주요 차이점 중 하나는 제품이 "눈에 안전한(eye-safe, 아이-세이프)" 것으로 간주되는지 또는 "눈에 안전하지 않은(non-eye-safe, 넌-아이-세이프)" 것으로 간주되는지 여부이다. 눈에 안전한 레이저 시스템은 일반적으로 작동 중에 접근 가능한 방사선 수준을 생성시킬 수 없는 것으로 간주되며, 일반적으로 장치 표시 요구 사항, 제어 조치 또는 기타 추가 안전 조치에서 제외된다. IEC 60825.1은 눈에 안전한 제품을 클래스 1로 분류한다. 그렇지 않으면 눈에 안전하지 않은 것으로 분류되는 고출력 레이저 장치를 포함하는 제품은 접근 가능한 방사 한계를 안전한 수준으로 줄이는 보호 하우징과 같은 추가 안전 조치를 포함하는 경우 눈에 안전한 것으로 분류될 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 가상 보호 하우징을 구비한 주사 광 검출 및 라이다(LIDAR) 시스템을 도시하고;
도 2는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 단거리 및 장거리 펄스를 도시하고;
도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 시야의 측정 지점들을 도시하고;
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법의 흐름도를 도시하고;
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 거리의 함수로서 물체를 검출하지 못할 확률을 도시하고;
도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 아이-세이프 LIDAR 시스템을 구비한 이동 플랫폼을 도시하고;
도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법의 흐름도를 도시하고;
도 8 및 도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 가상 보호 하우징 및 중복 검출기를 구비한 주사 광 검출 및 측거(LIDAR) 시스템을 도시하고;
도 10은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 송신 모듈의 측면도를 도시하고;
도 11은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 송신 모듈의 평면도를 도시하고;
도 12는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 수신 모듈의 측면도를 도시하고;
도 13은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 수신 모듈의 평면도를 도시하고;
도 14는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 집적 광학 모듈의 상부 단면도를 도시하고;
도 15는 도 14의 집적 광학 모듈의 사시도를 도시하고;
도 16은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 아이-세이프 LIDAR 시스템을 구비한 주사 프로젝터를 도시하고;
도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 대화형 디스플레이 장치를 도시하며; 그리고
도 18은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 단초점 프로젝터를 도시한다.

이하의 상세한 설명에서는, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예들은 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예들은 비록 상이하지만 반드시 상호 배타적인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일 실시예와 관련하여 본 명세서에 기술된 특정 특징, 구조 또는 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들 내에서 구현될 수 있다. 또한, 개시된 각 실시예 내의 개별 요소들의 위치 또는 배열은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 다음의 상세한 설명은 한정적인 의미로 받아들여져서는 안되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 정의되고, 청구항들에서 청구하는 균등물의 전체 범위와 함께 적절하게 해석된다. 도면에서, 동일한 보호들은 여러 도면에 걸쳐 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 가상 보호 하우징을 구비한 주사 광 검출 및 라이다 시스템을 도시한다. 시스템(100)은 펄스 생성 회로(190), 적외선(IR) 레이저 광원(130), 주사 미러(116)를 갖는 주사 미러 어셈블리(114), 및 미러 구동 및 제어 회로(154)를 포함한다. 시스템(100)은 또한 적외선(IR) 검출기(142), 비행 시간(TOF ; time-of-flight) 측정 회로(144), 3D 포인트 클라우드 저장 회로(146), 비교기(148) 및 가상 보호 하우징 회로(180)를 포함한다.

레이저 광원(130)은 레이저 빔(162)을 방출할 수 있는 레이저 다이오드 등과 같은 레이저 광원일 수 있다. 빔(162)은 일부 실시예들에서 미세전자기계 시스템(MEMS) 기반 스캐너 등의 일부인 주사 미러 어셈블리(114)에 충돌하고, 주사 미러(116)에서 반사되어 제어된 출력 빔(134)을 생성한다. 일부 실시예들에서, 광학 요소들은 광원(130)과 미러(116) 사이의 광 경로에 포함된다. 예를 들어, 시스템(100)은 시준 렌즈, 이색 미러, 또는 기타 적합한 광학 요소를 포함할 수 있다.

주사 미러 구동 및 제어 회로(154)는 출력 빔(134)이 시야(128)에서 래스터 스캔 궤적(140)을 횡단하도록 주사 미러(116)의 각 운동을 제어하는 하나 이상의 구동 신호(들)(155)를 제공한다. 작동시, 광원(130)은 비가시 스펙트럼에서 변조된 광 펄스를 생성하고, 주사 미러(116)는 빔(134)이 래스터 스캔 궤적(140)을 횡단할 때 광 펄스를 반사한다.

일부 실시예들에서, 래스터 스캔 궤적(140)은 수평축 상의 사인파 성분과 수직축 상의 톱니파 성분을 결합함으로써 형성된다. 이들 실시예들에서, 제어된 출력 빔(134)은 사인파 패턴으로 전후좌우로 스윕하고, 플라이백(아래에서 위로) 동안 디스플레이가 블랭킹된 상태에서 톱니 패턴으로 수직으로(위에서 아래로) 스윕한다. 도 1은 빔이 수직으로 위에서 아래로 스윕하는 사인파 패턴을 보여 주지만, 아래에서 위로 플라이백은 보여주지 않는다. 다른 실시예들에서, 수직 스윕은 플라이백이 없도록 삼각파로 제어된다. 또 다른 실시예들에서, 수직 스윕은 사인파다. 본 발명의 다양한 실시예들은 수직 및 수평 스윕 또는 생성된 래스터 패턴을 제어하기 위해 사용되는 파형들로 제한되지 않는다. 세로 축은 저속 스캔 축이라고도 하고, 가로 축은 고속 스캔 축이라고도 한다. "수직" 및 "수평" 레이블은 장치의 90도 회전이 수평 및 수직 축을 전환하기 때문에 다소 임의적이다. 따라서, 용어 "수직" 및 "수평"은 제한적인 의미가 아니다.

주사 미러(116)는 2차원으로 주사하는 단일 미러로 도시되어 있지만, 이는 본 발명의 제한사항이 아니다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 미러(116)는 2개의 미러로 대체되는데, 하나는 1차원으로 주사하고, 다른 하나는 2차원으로 주사한다. 또한, 시스템(100)이 레이저 광 펄스의 주사를 수행하기 위해 하나 이상의 MEMS 장치를 갖는 것으로 설명하였으나, 이것이 본 발명의 제한사항은 아니다. 주사 경로를 따라 광 펄스를 주사하기 위한 임의의 장치 또는 방법이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 채용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 주사 미러(116)는 미러 편향의 각도 위치 또는 각도 범위(하나 또는 둘 모두에서)를 검출하기 위한 하나 이상의 센서들을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 주사 미러 어셈블리(114)는 고속 스캔 축 상의 미러의 편향에 비례하는 전압을 전달하는 압전 저항 센서를 포함한다. 또한, 일부 실시예들에서, 주사 미러 어셈블리(114)는 저속 스캔 축 상의 미러의 편향에 비례하는 전압을 전달하는 추가적인 압전 저항 센서를 포함한다. 미러 위치 정보는 하나 이상의 SYNC 신호(115)로서 미러 구동 및 제어 회로(154)에 다시 제공된다. 이들 실시예들에서, 미러 구동 및 제어 회로(154)는 미러의 측정된 각도 편향에 응답하여 구동 신호들을 수정하기 위한 하나 이상의 피드백 루프들을 포함한다. 또한, 일부 실시예들에서, 미러 구동 및 제어 회로(154)는 SYNC 신호들에 기초하여 주사 미러의 순간적인 각도 위치를 추정하는 하나 이상의 위상 잠금 루프 회로들을 포함한다.

미러 구동 및 제어 회로(154)는 위상 잠금 루프(PLL), 필터, 가산기, 승산기, 레지스터, 프로세서, 메모리 등과 같은 기능 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 따라서, 미러 구동 및 제어 회로(154)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제어 회로(154)는 주문형 집적 회로(ASIC)로 구현된다. 또한, 일부 실시예들에서, 더 빠른 데이터 경로 제어의 일부는 ASIC에서 수행되고, 전체 제어는 소프트웨어 프로그램이 가능하다.

IR 검출기(142)는 IR 레이저 광 펄스의 반사를 검출할 수 있는 하나 이상의 감광 장치를 포함한다. 예를 들어, IR 검출기(142)는 하나 이상의 PIN 광 다이오드, 실리콘 광전자 증배관(SiPM), 애벌런치 광 다이오드(APD) 등을 포함할 수 있다. IR 레이저 광 펄스로 조명되는 시야의 각 지점(본 발명에서 "측정 지점"이라고 칭함)은 입사광의 일부를 IR 검출기(142)로 다시 반사하거나 반사하지 않을 수 있다. IR 검출기(142)가 반사를 감지하면, IR 검출기(142)는 신호(143)를 TOF 측정 회로(144)에 제공한다.

TOF 측정 회로(144)는 시야에 있는 물체까지의 거리를 결정하기 위해 IR 레이저 광 펄스의 비행 시간(TOF)을 측정한다. 일부 실시예들에서, 가상 보호 하우징 회로(180)는 특정 IR 레이저 광 펄스의 방출 시간에 대응하는 타이밍 신호(미도시)를 TOF 측정 회로(144)에 제공하고, TOF 측정 회로(144)는 펄스의 방출과 수신 사이의 경과 시간을 결정함으로써 IR 레이저 펄스의 TOF를 측정한다.

TOF 측정 회로(144)는 임의의 적합한 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, TOF 측정 회로(144)는 IR 펄스가 개시될 때 리셋되고, 반사된 펄스가 수신될 때 정지되는 아날로그 적분기를 포함한다. TOF 측정 회로(144)는 또한 아날로그 적분기 출력을 IR 레이저 펄스의 비행 시간(TOF)에 대응하는 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 이는 차례로 광 펄스가 반사된 시야에서 시스템(100)과 물체 사이의 거리에 대응한다.

3D 포인트 클라우드 저장 장치(146)는 미러 구동 및 제어 회로(154)로부터 X, Y 데이터를 수신하고, TOF 측정 회로(144)로부터 노드(145) 상의 거리(Z) 데이터를 수신한다. 3-튜플(X, Y, Z)은 검출된 각 반사에 대해 3D 포인트 클라우드 저장 장치에 기록되어, 본 명세서에서 "포인트 클라우드"로 지칭되는 일련의 3D 포인트들을 생성한다. 시야의 모든 X, Y 측정 지점이 반드시 해당 Z 측정값을 갖는 것은 아니다. 따라서, 결과적인 포인트 클라우드는 희박하거나 조밀할 수 있다. 3D 포인트 클라우드에 포함되는 데이터의 양은 본 발명의 제한사항이 아니다.

3D 포인트 클라우드 저장 장치(146)는 임의의 적절한 회로 구조를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 3D 포인트 클라우드 저장 장치(146)는 제1 포트에 기록될 수 있고, 제2 포트에서 판독될 수 있는 듀얼 포트 메모리 장치에서 구현된다. 다른 실시예들에서, 3D 포인트 클라우드 저장 장치(146)는 범용 메모리 장치에서 데이터 구조로서 구현된다. 또 다른 실시예들에서, 3D 포인트 클라우드 저장 장치(146)는 주문형 집적회로(ASIC)로 구현된다.

비교기(148)는 노드(145) 상의 거리 데이터(Z)를 노드(147) 상의 임계값과 비교하고, 거리가 임계값보다 작으면, 비교기(148)는 노드(184) 상의 단거리 물체 검출 신호를 표명한다. 단거리 물체 검출신호는 노드(147)의 임계값에 의해 "단거리"로 결정되는 "단거리" 내의 물체를 감지하도록 VPH 회로(180)에 경고한다. 예를 들어, 임계값을 5미터의 거리에 대응하는 값으로 설정하고, 검출된 거리가 그 임계값보다 낮으면, 5미터보다 가까운 물체가 검출되고, VPH 회로(180)는 노드(184)의 단거리 물체 검출신호에 의해 통지된다.

노드(147) 상의 임계값 및 대응하는 단거리 거리는 임의의 기준에 기초하여 VPH 회로(184)에 의해 수정될 수 있다. 예를 들어, 임계값은 IR 레이저 펄스 전력, 펄스 지속 시간, 펄스 밀도, 파장, 스캐너 속도, 원하는 레이저 안전 분류 등의 함수일 수 있다. 임계값이 결정되는 방식은 본 발명의 제한사항이 아니다.

VPH 회로(180)는 전체 동작이 눈에 안전한 상태를 유지하도록 하는 방식으로 접근 가능한 방출 레벨을 관리하도록 동작한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, VPH 회로(180)는 노드(185) 상의 펄스 에너지 값을 설정하여 "단거리 펄스" 또는 "장거리 펄스"가 생성되는지 여부를 제어한다. 방출된 펄스 에너지는 펄스 전력, 펄스 지속 시간 또는 펄스 개수 중 하나 이상에 의해 제어될 수 있다.

VPH 회로(180)는 또한 노드(157) 상의 타이밍 신호를 통해 방출된 펄스의 타이밍을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, VPH 회로(180)는 시야의 모든 측정 지점들에 대해 펄스 생성 회로(190)에 신호를 보내 가상 보호 하우징을 제공하기에 충분한 거리까지 매우 높은 수준의 신뢰도를 가진 물체를 검출할 수 있는 단거리 펄스를 생성한다. 본 명세서에 사용되는 용어 "단거리 펄스"는 매우 짧은 범위에서 눈에 안전한 것으로 간주되는 펄스를 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 단거리 IR 레이저 광 펄스의 에너지 레벨들은 IEC 60825.1 클래스 1 접근 가능 방출 한계(IEC 60825.1 Class 1 Accessible Emissions Limit) 이하로 유지될 수 있으므로, 단거리 IR 레이저 광 펄스들은 인간의 눈에 대한 손상 없이 모든 측정 지점에서 방출될 수 있다.

물체가 단거리 내에서 검출되면, 대응하는 3-튜플(x, y, z)은 3D 포인트 클라우드 저장 장치(146)에 기록될 수 있고, 시스템(100)은 그 측정 지점에서 어떠한 더 높은 에너지 펄스도 방출하지 않음으로써 가상 보호 하우징을 제공한다. 그러나, 단거리 물체가 검출되지 않으면, 시스템(100)은 단거리 거리를 벗어난 물체를 검출하기 위해 더 높은 총 에너지를 갖는 하나 이상의 "장거리 펄스"를 방출할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 밝은 햇빛 속에서 36미터(m)에서 5% 반사 표적을 검출할 확률이 50%인 100밀리미터(mm)의 거리에서 눈에 안전하다고 간주되는 단거리 IR 레이저 광 펄스를 방출할 수 있다. 이러한 단거리 펄스는 12m의 거리에서 10% 반사 타겟을 검출하지 못할 확률이 100억 분의 1일 수 있다. 또한, 예를 들어, 시스템(100)은 4m 이상의 거리를 안전하게 유지하면서 최대 200m 거리의 물체를 감지할 수 있는 장거리 펄스를 방출할 수 있다. 이 예에서, 시스템(100)은 4m 이내의 물체를 검출할 가능성이 매우 높은 단거리 펄스를 방출할 수 있고, 그 후 200m에서 물체를 검출할 수 있는 장거리 펄스를 방출할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "장거리 펄스"는 단거리 펄스보다 더 높은 총 에너지를 갖는 하나 이상의 펄스를 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 단일 장거리 펄스가 방출될 수 있고, 단일 장거리 펄스가 단일 단거리 펄스보다 더 높은 에너지를 가질 수 있으며, 다른 실시예들에서, 다수의 장거리 펄스들이 방출될 수 있고, 다수의 장거리 펄스들의 총 에너지는 단일 단거리 펄스들보다 높을 수 있다.

가상 보호 하우징 회로(180)는 임의의 적절한 회로 구조를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, VPH 회로(180)는 단거리 물체 검출에 응답하기 위해 디지털 로직을 사용하여 구현된 하나 이상의 유한 상태 머신들 및 장거리 펄스들을 방출하기 위한 조건부 신호 펄스 생성 회로(190)를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, VPH 회로(180)는 단거리 펄스 에너지, 장거리 펄스 에너지, 임계값 등의 소프트웨어 프로그래밍 가능성을 제공하기 위한 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. VPH 회로(180)가 구현되는 방식은 본 발명의 제한사항이 아니다.

도 2는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 단거리 및 장거리 펄스를 도시한다. 단거리 펄스(210) 및 장거리 펄스(230)는 각각의 측정 지점에서 LIDAR 시스템에 의해 방출될 수 있는 IR 레이저 광 펄스의 예이다. 예를 들어, LIDAR 시스템(100)은 단거리 펄스(210)를 방출한 다음, 단거리 물체가 검출되는지 여부에 기초하여 하나 이상의 장거리 펄스(230)를 조건부로 방출할 수 있다. 펄스 진폭은 도 2 그래프의 수직축에 표시되고 시간은 수평축에 표시된다. 단거리 펄스(210)는 제1 시간에 방출되고, 임계값은 제2 시간을 나타내는 것으로 표시된다. 제1 시간과 제2 시간의 차이는 단거리 거리를 나타낸다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 임계값은 실질적으로 5m의 단거리 거리에 대응하는 대략 33나노초(ns)로 설정된다. 일부 실시예들에서, 단거리 펄스(210)는 매우 짧은 거리에서 눈에 안전한 것으로 간주되는 에너지 레벨을 갖는다. 예를 들어, 단거리 펄스(210)는 그것이 방출되는 LIDAR 시스템으로부터 100mm 떨어진 곳에서 눈에 안전할 수 있다.

일부 실시예들에서, 단거리 물체가 검출되면, LIDAR 시스템은 그 측정 지점에 대해 어떠한 장거리 펄스도 방출하지 않고, 검출된 거리는 3D 포인트 클라우드에 기록된다. 한편, 단거리 물체가 검출되지 않으면, 하나 이상의 장거리 펄스(230)는 눈에 안전한 수준에서 접근 가능한 방출을 유지하는 방식으로 방출된다. 예를 들어, 단거리 펄스(210)는 단거리 내의 물체를 검출할 확률이 매우 높은 에너지 레벨을 가질 수 있고, 장거리 펄스(220)는 단거리 및 그 이상에서 눈에 안전한 총 에너지 레벨을 가질 수 있다. 장거리 펄스는 단거리 물체가 감지되지 않는 경우 임계 시간 직후에 따라올 수 있다. 예를 들어, 장거리 펄스(220)는 임계 시간의 100ns 이내에, 또는 133ns에서 방출될 수 있다. 장거리 펄스의 임계값 및 방출에 대응하는 시간은 원하는 단거리 거리 및 처리 시간에 기초하여 다양한 실시예들에서 상이할 수 있으며, 본 발명의 한정사항은 아니다.

일부 실시예들에서, 단일 장거리 펄스(220)가 방출되고, 다른 실시예들에서는 각 측정 지점에 대해 일련의 장거리 펄스(230)들이 방출된다. 단일 측정 지점에서 방출되는 장거리 펄스의 수는 본 발명의 제한사항이 아니다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 단일 장거리 펄스가 방출될 수 있고, 여기서 단일 장거리 펄스는 단거리 펄스보다 더 높은 에너지를 갖는다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예들에서, 다수의 장거리 펄스들이 방출될 수 있고, 각각의 장거리 펄스는 단거리 펄스와 동일한 에너지 레벨을 가질 수 있지만, 다수의 장거리 펄스들의 총 에너지는 단거리 펄스의 에너지보다 크다.

임의의 에너지 레벨에서 임의의 수의 펄스들이 다수의 범위들을 정의하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 단거리는 단일 단거리 펄스의 에너지에 의해 정의될 수 있다. 또한, 예를 들어, 중간 범위는 각각 단거리 펄스와 동일한 에너지를 갖는 다수의 펄스에 의해 정의될 수 있고, 장거리는 단거리 펄스와 동일하거나 더 큰 에너지를 갖는 하나 이상의 장거리 펄스에 의해 정의될 수 있다.

일부 실시예들에서, 단거리 펄스는 모든 측정 지점에서 방출되고, 다른 실시예들에서, 단거리 펄스들은 모든 측정 지점에서 방출되지 않는다. 예를 들어, 단거리 펄스가 제1 측정 지점에서 방출될 수 있고, 단거리 물체가 검출되지 않으면, 장거리 펄스는 단거리 펄스를 먼저 방출하지 않고 하나 이상의 후속 측정 지점에서 방출될 수 있다. 이는 일부 실시예들에서, 부분적으로, 측정 지점들이 단거리 물체가 측정 지점들을 점유하지 않을 때, 단거리 물체가 어떤 수의 후속 측정 지점들을 점유하지 않는다는 유효한 가정을 가능하게 하기 위해 서로 충분히 가깝게 정의될 수 있기 때문에 가능하다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 시야의 측정 지점을 도시한다. 측정 지점(310)들은 LIDAR 시스템이 거리를 측정하는 래스터 스캔 궤적(140) 상의 지점들이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, LIDAR 시스템(100)(도 1)과 같은 LIDAR 시스템은 각각의 측정 지점(310)에서 단거리 펄스를 방출하여, 물체가 단거리 내에 있는지를 검출한 다음, 전술한 바와 같이 하나 이상의 장거리 펄스를 조건부로 방출한다.

본 명세서에 사용되는 용어 "측정 지점"은, 공간에서 무한히 작은 지점을 지정하는 것이 아니라, 래스터 스캔 궤적(140)의 작고 유한한 연속 섹션을 지정하는 것을 의미한다. 예를 들어, 제어된 출력 빔(134)(도 1)은 각 측정 지점에서 단거리 펄스 및 장거리 펄스의 왕복 이동 시간 동안 래스터 스캔 궤적(140)의 유한 섹션을 횡단한다. 측정 지점 영역은 또한 물체와 마주치는 거리에서 레이저 스폿 크기(초기 크기 및 발산)의 함수이기도 하다. 따라서, "측정 지점"은 매우 작지만 영역을 포함하며, 영역의 크기 및 위치는 많은 요인의 함수일 수 있다.

도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 방법(400) 또는 그 부분들은 LIDAR 시스템에 의해 수행되고, 그 실시예들은 이전 도면들에 도시되어 있다. 다른 실시예들에서, 방법(400)은 일련의 회로들 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(400)은 상기 방법을 수행하는 장치의 특정 유형에 의해 제한되지 않는다. 방법(400)에서의 다양한 동작들은 제시된 순서대로 수행될 수 있거나, 또는 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 도 4에 열거된 일부 동작들은 방법(400)에서 생략된다.

방법(400)은 단거리 펄스 에너지 레벨이 설정되고 단거리 펄스가 방출되는 블록(410)으로 시작하는 것으로 도시된다. 일부 실시예들에서, 이것은 펄스 에너지 레벨을 LIDAR 시스템으로부터 특정 거리에서의 눈에 안전한 동작을 초래할 값으로 설정하는 것에 해당한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 단거리 펄스 에너지 레벨은 가상 보호 하우징 회로(180)(도 1)에 의해 설정될 수 있어서, 접근 가능한 방출이 100mm에서 눈에 안전한 동작들을 초래하도록 설정될 수 있고, 다른 실시예들에서, 펄스 에너지 레벨은 접근 가능한 방출이 100mm보다 큰 최소 거리에서 눈에 안전한 동작들을 초래하도록 설정될 수 있다.

단거리 물체가 420에서 검출되면, 3D 포인트(C, U, Z)는 3D 저장 장치(146)(도 1)와 같은 3D 포인트 클라우드 저장 장치에 기록될 수 있다. 단거리 물체가 검출되지 않으면, 하나 이상의 장거리 펄스들이 440에서 전송될 수 있다. 전술한 바와 같이, 단거리 물체 검출은 단거리 거리 펄스의 반사를 검출하고, 검출된 반사의 비행 시간을 측정하고, 그 비행 시간을 임계값과 비교함으로써 달성될 수 있다. 근거리 거리에 대응하는 임계값의 값은 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다.

430에서, 하나 이상의 장거리 펄스가 방출된다. 물체가 440에서 검출되면, 3D 포인트(C, U, Z)가 3D 저장 장치(146)(도 1)와 같은 3D 포인트 클라우드 저장 장치에 기록될 수 있고, 프로세싱은 460에서 다음 측정 지점에 대해 계속된다. 물체가 검출되지 않으면, 포인트 클라우드 저장 장치에 3D 포인트를 기록하지 않고 460에서 다음 측정 지점에 대해 프로세싱이 계속된다.

도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 거리의 함수로서 물체를 검출하지 못할 확률을 나타낸다. 확률 곡선(510)은 펄스 에너지 레벨, 물체의 반사율, 주변광 등을 포함하는 많은 매개변수를 기반으로 좌우로 이동할 수 있는 전형적인 곡선이다. 예를 들어, 매우 밝은 햇빛에서, 100mm에서 눈에 안전한 단거리 펄스는 20m에서 반사율이 20%인 물체를 감지하지 못할 확률이 10¹⁰일 수 있다. 따라서, 더 가까운 거리에서 물체를 감지하지 못할 확률이 훨씬 낮아지므로, 동일한 시나리오에서 5m에서 눈에 안전한 장거리 펄스는 매우 강력한 가상 보호 하우징을 제공한다.

일부 실시예들에서, 장거리 펄스(들)의 단거리 거리 및 에너지 레벨에 대응하는 임계값은 장거리 펄스(들)의 단거리 거리 및 최소 눈에 안전한 거리가 동일함을 초래하는 값들로 설정된다. 다른 실시예들에서, 단거리 펄스(들)의 단거리 및 에너지 레벨에 대응하는 임계값은 단거리 펄스(들)의 최소 눈에 안전한 거리보다 큰 단거리 거리를 초래하는 값들로 설정된다.

도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 아이-세이프 LIDAR 시스템을 구비한 이동 플랫폼을 도시한다. 자동차(610)는 아이-세이프 LIDAR 시스템(620)이 장착된 플랫폼이다. 일부 실시예들에서, 아이-세이프 LIDAR 시스템(620)은 LIDAR 시스템(100)(도 1) 또는 아래에서 추가로 논의되는 임의의 LIDAR 시스템들을 사용하여 구현된다.

일부 실시예들에서, 단거리 펄스들의 에너지는 LIDAR 시스템이 장착되는 플랫폼이 움직일 때 증가된다. 예를 들어, 자동차(610)가 임계값 이상의 속도를 가질 때, 단거리 펄스의 에너지는 100mm 이상의 최소 거리에서 접근 가능한 방출이 눈에 안전한 레벨을 초래하는 레벨을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 접근 가능한 방출이 눈에 안전한 레벨을 초래하는 최소 거리는 1미터 이상일 수 있다. 또한, 예를 들어, 단거리 펄스들의 에너지는 증가된 플랫폼 속도에 따라 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단거리 펄스들의 에너지는 플랫폼이 초당 2.5m/s(meters per second) 내지 25m/s 사이에서 가속됨에 따라 점진적으로 증가될 수 있다.

단거리 펄스의 에너지 레벨을 증가시키면 단거리 내에서 물체를 검출할 확률이 증가하거나 물체가 검출될 수 있는 단거리가 증가할 수 있다. 도 6은 증가된 단거리 펄스 에너지의 결과로서 증가된 단거리를 보여준다.

도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 방법(410) 또는 그 부분들은 LIDAR 시스템에 의해 수행되고, 이들의 실시예들은 이전 도면들에 도시되어 있다. 다른 실시예들에서, 방법(410)은 일련의 회로들 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 예를 들어, 방법(410)은 가상 보호 하우징 회로에 의해 수행될 수 있다. 방법(410)은 상기 방법을 수행하는 장치의 특정 유형에 의해 제한되지 않는다. 방법(410)에서의 다양한 동작들은 제시된 순서대로 수행될 수 있거나, 또는 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 도 7에 열거된 일부 동작들은 방법(410)에서 생략된다.

방법(410)은 도 4의 블록(410)에 대응한다. 방법(410)은 디폴트 단거리 펄스 에너지 레벨 및 디폴트 시간 임계값이 설정되는 블록(710)으로 시작하는 것으로 도시된다. 일부 실시예들에서, 단거리 펄스 에너지 레벨은 접근 가능한 방출이 단거리(예를 들어, 100mm 이하)에서 눈에 안전하도록 설정되고, 시간 임계값은 물체를 검출하지 않을 매우 낮은 확률을 제공하는 값으로 설정된다(도 5 참조).

720에서, 속도가 임계값보다 빠르면, 프로세싱은 740에서 계속되고, 속도가 임계값보다 빠르지 않다면, 프로세싱은 730에서 계속된다. 일부 실시예들에서, 속도는 LIDAR 시스템이 장착된 이동 플랫폼의 속도에 대응한다. 예를 들어, LIDAR 시스템이 자동차에 장착되는 경우, 속도는 자동차의 속도에 해당한다. 일부 실시예들에서, LIDAR 시스템은 자동차로부터 속도 정보를 수신하고, 다른 실시예들에서, LIDAR 시스템은 속도 센서를 포함하고, 속도 정보의 외부 소스에 의존하지 않는다.

740에서, 단거리 펄스 에너지 레벨 및 단거리 거리에 대응하는 시간 임계값이 증가된다. 일부 실시예들에서, 단거리 펄스 에너지는 1m의 최소 거리에서 눈에 안전한 레벨을 초래하는 접근 가능한 방출을 초래하는 수준으로 증가된다. 다른 실시예들에서, 단거리 펄스 에너지는 1m보다 크거나 작은 최소 거리에서 눈에 안전한 수준을 초래하는 접근 가능한 방출을 초래하는 레벨로 증가된다. 730에서, 단거리 펄스가 방출된다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 가상 보호 하우징 및 중복 검출기를 구비한 주사 광 검출 및 측거(LIDAR) 시스템을 도시한다.

도 8을 참조하면, LIDAR 시스템(800)은 LIDAR 시스템(100)(도 1)의 모든 구성요소들을 포함하고, 또한 제2 IR 검출기(842), 제2 TOF 회로(844), 제2 비교기(848), 및 OR 게이트(880)를 포함한다. 작동시, 추가 회로는 중복 단거리 물체 검출 기능을 제공하고, OR 게이트(880)는 어느 한 회로가 단거리 물체를 검출하는 경우 단거리 물체의 검출 신호를 보낸다.

중복 단거리 물체 감지는 추가적인 안전 측정을 제공한다. 예를 들어, 하나 또는 IR 검출기, TOF 회로 또는 비교기 중 하나에 고장이 발생하는 경우, 이중으로 지속적인 안전한 작동을 보장한다.

일부 실시예들에서, IR 검출기(142) 및 제2 IR 검출기(842)는 상이한 광 경로를 통해 반사광을 수신한다. 예를 들어, IR 검출기(142)는 135에 도시된 경로를 따라 반사광을 수신할 수 있고, IR 검출기(835)는 방출된 광 펄스와 광 경로를 공유할 수 있다. 도 8에 도시된 실시예들에서, 162에서 방출된 IR 레이저 광은 경로(834)를 따라 광 펄스를 생성하기 위해 미러(116)에 의해 반사되고, 경로(834)를 따르는 임의의 반사광은 또한 미러(116)에 의해 반사되고 경로(835)를 따라 IR 검출기(842)에 도달한다.

일부 실시예들에서, 검출 및 TOF 회로들 모두는 단거리 물체들을 검출하도록 동작하고, 검출 및 TOF 회로들 중 오직 하나만이 장거리 거리를 측정하고/하거나 3D 클라우드 저장 장치에 기록하도록 동작한다. 예를 들어, 도 8에 도시된 실시예들에서, TOF 회로(844) 또는 TOF 회로(144)에 의해 측정된 비행 시간은 단거리 물체를 검출하는데 사용될 수 있지만, TOF 회로(144)에 의해 측정된 비행 시간만이 3D 포인트 클라우드를 채우는데 사용된다.

이제 도 9를 참조하면, LIDAR 시스템(900)은 VPH 회로(184), 펄스 생성 회로(190), 3D 포인트 클라우드 저장 장치(146), OR 게이트(880) 및 제어회로(154)를 포함한다. LIDAR 시스템(900)은 또한 송신 모듈(910), 수신 모듈(930), TOF 및 단거리 검출 회로(940), 및 TOF 및 단거리 검출 회로(950)를 포함한다.

TOF 및 단거리 검출 회로(940 및 950) 각각은 TOF 회로 및 비교기를 포함한다. 예를 들어, TOF 및 단거리 검출 회로(940)는 TOF 회로(844) 및 비교기(848)를 포함할 수 있고(도 8), TOF 및 단거리 검출 회로(950)는 TOF 회로(144) 및 비교기(148)를 포함할 수 있다(도 8).

송신 모듈(910)은 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한 IR 레이저 광원, 시준 및 집속 광학기, 및 펄스 레이저 빔을 시야에서 2차원으로 스캔하기 위한 하나 이상의 주사 미러 어셈블리를 포함한다. 송신 모듈(910)은 또한 방출된 IR 레이저 광 펄스와 광 경로를 공유하는 IR 레이저 광 검출기를 포함한다. 송신 모듈들의 예시적인 실시예들은 후술하는 도면들을 참조하여 이하에서 보다 완전하게 설명된다.

수신 모듈(930)은 시야로부터 반사광을 포함된 IR 광 검출기로 향하게 하기 위해 2차원으로 스캔하는 광학 장치 및 하나 이상의 주사 미러 어셈블리를 포함한다. 수신 모듈들의 예시적인 실시예들은 후술하는 도면들을 참조하여 이하에서 보다 완전하게 설명된다.

제어 회로(154)는 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 송신 모듈(910) 내의 주사 미러의 이동을 제어한다. 제어 회로(154)는 또한 수신 모듈(930) 내의 주사 미러의 이동을 제어한다. 작동시, 제어 회로(140)는 송신 모듈(910)로부터 미러 위치 피드백 정보(미도시)를 수신하고, 또한 수신 모듈(930)로부터 미러 위치 피드백 정보(미도시)를 수신한다. 미러 위치 피드백 정보는 미러의 작동을 위상 잠금하는데 사용된다. 제어 회로(540)는 구동 신호(들)(945)를 갖는 송신 모듈(910) 내의 주사 미러를 갖는 미세전자기계(MEMS) 어셈블리를 구동하고, 또한 미러가 시야(128)의 크기 및 위치를 정의하는 미러 편향의 각도 범위를 통과하도록 하는 구동 신호(들)(947)를 갖는 수신 모듈(930) 내의 주사 미러를 갖는 MEMS 어셈블리를 구동한다. 송신 및 수신 주사의 동기화는 수신 조리개가 송신된 에너지가 전송된 시야의 부분에서만 광자를 수용할 수 있게 한다. 그 결과 주변광 노이즈 내성이 크게 발생한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 2차원 주사는 1차원(수직, 고속 스캔 방향)과 2차원(수평, 저속 스캔 방향)으로 수행된다. "수직" 및 "수평" 레이블은 장치의 90도 회전이 수평 및 수직 축을 전환하기 때문에 다소 임의적이다. 예를 들어, 고속 및 저속 스캔 방향은 도 1 및 도 8에 도시된 것과 비교하여 90도 회전을 갖는 도 9에 도시되어 있다.

도 10은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 송신 모듈의 측면도를 도시하고, 도 11은 평면도를 도시한다. 송신 모듈(910)은 레이저 광원(1010), 빔 성형 광학 장치(1020), 수신 에너지 픽오프 장치(1060), 미러(1062), 빔 성형 디바이스(1064), IR 검출기(1066), 스캐너(1028), 및 출구 광학 장치(450)를 포함한다.

일부 실시예들에서, 레이저 광원(1010)은 적외선(IR) 광과 같은 비가시광을 소싱한다. 이들 실시예들에서, IR 검출기(1066)는 수신 모듈(930)(도 9)의 IR 검출기가 하는 것과 같이 비가시광의 동일한 파장을 검출한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 광원(1010)은 실질적으로 905나노미터(nm)의 파장을 갖는 적외선을 생성하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있고, IR 검출기(1066)는 실질적으로 905nm의 파장을 갖는 반사광 펄스를 검출한다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예들에서, 광원(1010)은 실질적으로 940나노미터(nm)의 파장을 갖는 적외선을 생성하는 레이저 다이오드를 포함할 수 있고, IR 검출기(1066)는 실질적으로 940nm의 파장을 갖는 반사광 펄스를 검출한다. 광의 파장은 본 발명의 제한사항이 아니다. 가시적 또는 비가시적 임의의 파장은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.

레이저 광원(1010)은 펄스형 레이저 빔을 생성하기에 적합한 임의의 수 또는 유형의 방출기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 레이저 광원(1010)은 도 11에서 1112, 1114, 1116, 및 1118로 도시한 다수의 레이저 다이오드들을 포함한다. 레이저 광원(1010)에 의해 생성된 펄스 레이저 광은 펄스 레이저 빔을 생성하기 위해 빔 성형 광학 장치(1020)에 의해 결합, 시준 및 집속된다. 예를 들어, 광학 장치(1022)들은 고속 축 상의 레이저 빔들을 시준할 수 있고, 편광 회전자(1023)들 및 빔 결합기(1020)들은 레이저 빔들을 결합할 수 있고, 광학 장치(1022)들은 펄스된 레이저 빔을 저속 축의 팬으로 형성할 수 있다. 빔 크기 및 발산 값이 본 발명의 다양한 실시예들에 걸쳐 반드시 균일할 필요는 없다. 일부 실시예들은 더 높은 값들을 갖고, 일부 실시예들은 더 낮은 값들을 갖는다.

스캐너(1028)는 광학 장치(1020)로부터 펄스된 레이저 빔을 수신하고, 펄스된 빔을 2차원으로 스캔한다. 도 10 및 도 11에 의해 표현되는 실시예들에서, 스캐너(1028)는 각각 주사 미러(1032, 1042)를 포함하는 2개의 개별 주사 미러 어셈블리(1030, 1040)들을 포함하고, 여기서 각각의 주사 미러는 1차원에서 빔을 스캔한다. 예를 들어, 주사 미러(1032)는 펄스된 빔을 고속 스캔 방향으로 스캔하고, 주사 미러(1042)는 펄스된 빔을 저속 스캔 방향으로 스캔한다.

스캐너(1028)가 2개의 주사 미러 어셈블리를 포함하는 것으로 도시되어 있고, 여기서 각각은 별개의 차원에서 스캔되지만, 이것은 본 발명의 제한사항이 아니다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 스캐너(1028)는 2차원으로 스캔하는 단일 이축 주사 미러 어셈블리를 사용하여 구현된다. 일부 실시예들에서, 주사 장치들은 MEMS 다이와 영구 자석의 작은 서브 어셈블리 및 전기 인터페이스를 포함하는 소형 어셈블리를 사용하여 달성되는 전자기 작동을 사용하지만, 다양한 실시예들이 이와 관련하여 제한되지는 않는다.

출구 광학 장치(1050)는 송신 모듈을 떠날 때 주사 펄스 레이저 빔 상에서 작동한다. 일부 실시예들에서, 출구 광학 장치(1050)들은 필드 확장을 수행한다. 예를 들어, 주사 미러 어셈블리(1028)는 고속 스캔 축 상에서 20도의 최대 각도 범위를 통해 스캔할 수 있고, 저속 스캔 축 상에서 40도의 최대 각도 범위를 통해 스캔할 수 있고, 출구 광학 장치(1050)들은 고속 스캔 축들 상에서 30도, 그리고 저속 스캔 축들 상에서 120도까지 시야를 확장할 수 있다. 주사 미러의 스캔 각도와 출구 광학 장치(1050)에 의해 제공되는 필드 확장의 양 사이의 관계는 본 발명의 제한사항이 아니다.

수신된 에너지 픽오프 장치(1060)는 송신된 광 펄스(실선으로 표시됨)와 송신 광 경로를 공유하는 수신된 광(점선으로 표시됨)을 편향시킨다. 편향된 수신 광은 그 후 미러(1062)에 의해 반사되고, 광학 장치(1064)에 의해 집속되고, IR 검출기(1066)에 의해 검출된다. 일부 실시예들에서, 픽오프 장치(1060)는 IR 레이저 광원에 의해 생성된 펄스 빔을 송신하는 "윈도우" 및 수신된 에너지를 윈도우 외부로 편향시키기 위해 반사 외부 부분을 포함한다. 다른 실시예들에서, 픽오프 장치(1060)는 입사광의 일부를 송신하고 나머지를 반사하는 부분 반사기이다. 예를 들어, 입사광의 90%를 투과하고 입사광의 10%를 반사하는 반사경은 시야에 있는 물체에서 반사된 빛의 10%를 IR 검출기에 제공한다. 또 다른 실시예들에서, 픽오프 장치(1060)는 펄스된 레이저 빔(제1 편광에서)을 송신하고 상이한 편광의 수신 광을 픽오프하는 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 이것은 부분적으로 램버시안(Lambertian) 반사로 인해 반사가 무작위로 편광되기 때문에 효과적이다. 또 다른 실시예들에서, 출사 레이저 빔 및 수신된 에너지는 주사 미러들의 상이한 부분으로 지향될 수 있고, 픽오프 장치(1060)는 한쪽은 반사하지만 다른 한쪽은 반사하지 않도록 위치된 오프셋 미러일 수 있다.

IR 검출기(1066)는 IR 검출기(842)(도 8)의 예시적인 실시예일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 송신 모듈(930)은 LIDAR 시스템(800)의 송신측(중복 IR 검출기 포함)을 구현한다.

도 12는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 수신 모듈의 측면도를 도시하고, 도 13은 평면도를 도시한다. 수신 모듈(930)은 IR 검출기(1210), 폴드 미러(1212), 이미징 광학 장치(1220), 대역통과 필터(1222), 스캐너(1228) 및 출구 광학 장치(1250)를 포함한다.

주사 미러 어셈블리(1230 및 1240)들은 주사 미러 어셈블리(1030 및 1040)들과 유사하거나 동일하고, 출구 광학 장치(1250)들은 출구 광학 장치(1050)들과 유사하거나 동일하다. 대역통과 필터(1222)는 레이저 광원(1010)에 의해 생성되는 광의 파장을 통과시키고, 다른 파장의 주변광을 차단한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 레이저 광원은 905nm에서 광을 생성하고, 대역통과 필터(1222)는 905nm에서 광을 통과시킨다.

이미징 광학 장치(1220)는 접이식 미러(1212)에 의한 반사 후 IR 검출기(1210) 상으로 시야의 일부를 영상화한다. 스캐너(1228)가 스캐너(1028)와 동기적으로 스캔되기 때문에, 배열 수신기(1210)는 항상 스캔된 펄스 빔에 의해 조명된 측정 지점들로부터 광을 수집한다.

도 14는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 집적 광학 모듈의 상부 단면도를 도시한다. 집적 광학 모듈(1410)은 송신 모듈(910) 및 수신 모듈(930)을 모두 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학 모듈은 송신 모듈(910) 및 별도의 주사 어셈블리를 포함하지 않는 수신 모듈을 포함한다. 예를 들어, 광학 모듈은 IR 검출기와 광 경로를 공유하는 송신측 스캐너를 포함하고, 별도의 스캐너가 없는 수신측을 포함하는 LIDAR 시스템(800)(도 8)의 광학 부분들을 구현할 수 있다.

도 15는 도 14의 집적 광학 모듈의 사시도를 도시한다. 집적 광학 모듈(1410)은 송신 모듈(910)과 수신 모듈(930)이 나란히 배치된 직사각형 하우징을 갖는 것으로 도시되어 있다. 일부 실시예들에서, 송신 모듈(910) 및 수신 모듈(930)은 서로 겹쳐져 배치된다. 송신 모듈(910) 및 수신 모듈(930)의 상대 방향은 본 발명의 제한사항이 아니다.

도 16은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 아이-세이프 LIDAR 시스템을 구비한 주사 프로젝터를 도시한다. 주사 프로젝터(1600)는 도 1에 도시된 모든 구성요소들을 포함하며, 또한 이미지 처리 컴포넌트(1602), 전력 제어 회로(1604) 및 가시 레이저 광원(1630)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 가시 레이저 광원은 시야(128)에서 볼 수 있는 이미지를 초래하는 가시 픽셀들을 생성하도록 펄스되는 적색, 녹색 및 청색 레이저 광원들을 포함한다.

전력 제어 회로(1604)는 VPH 회로(184)에 응답하여 물체가 시야에서 검출될 때 가시 레이저 광 펄스의 전력을 감소시킨다. 예를 들어, 단거리 물체가 검출되면, 전력 제어 회로(1604)는 가시 레이저 광을 비우거나 전력 레벨을 감소시켜 검출된 물체의 거리에서 접근 가능한 방출이 눈에 안전하도록 할 수 있다.

도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 대화형 디스플레이 장치를 도시한다. 대화형 디스플레이 장치(1700)는 주사 프로젝터(1600)를 포함하며, 주사 프로젝터는 레이저 광원(1630, 130) 및 IR 검출기(142)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 대화형 디스플레이 장치는 가시적인 콘텐츠를 디스플레이하고, 사용자는 제스처 인식을 통해 상호작용할 수 있다.

도 18은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 단초점 프로젝터를 도시한다. 단초점 프로젝터(1800)는 선반(1810)에 위치되고, 벽(1720)에 시야(1880)로 투영된다. 프로젝터(1800)는 위에서 설명된 임의의 가상 보호 하우징 회로를 포함한다.

본 발명이 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자가 쉽게 이해하는 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 수정 및 변형은 본 발명 및 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims

시야의 깊이 측정 지점에 대응하는 시간에 다수의 에너지 레벨에서 적외선(IR) 레이저 광 펄스를 생성하는 레이저 광원;
상기 시야에서 상기 IR 레이저 광 펄스를 스캔하는 주사 미러 어셈블리;
상기 시야 내에서 상기 IR 레이저 광 펄스의 반사를 검출하는 제1 IR 광 검출기;
상기 시야의 깊이 측정 지점에서 물체까지의 거리를 측정하는 상기 제1 IR 광 검출기에 응답하는 비행 시간(TOF) 회로; 및
다수의 깊이 측정 지점에 대해, 상기 레이저 광원이 제1 펄스 에너지에서 제1 IR 레이저 광 펄스를 방출하여 단거리 내의 물체를 검출하게 하고, 상기 단거리 내에 물체가 없다고 판단하고, 장거리 내의 물체를 검출하기 위해 총 제2 에너지 레벨을 갖는 적어도 하나의 제2 IR 레이저 광 펄스를 방출하며, 상기 제1 에너지 레벨이 상기 총 제2 에너지 레벨보다 낮은 가상 보호 하우징 회로를 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,
제2 IR 광 검출기; 및
상기 제2 IR 광 검출기에 응답하는 제2 TOF 회로를 더 포함하는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 주사 미러 어셈블리와 상기 시야 사이의 제1 광 경로; 및
상기 시야와 상기 제1 IR 광 검출기 사이의 제2 광 경로로서, 상기 제2 IR 광 검출기가 상기 제1 광 경로를 통해 상기 시야로부터 광을 수신하도록 위치하는 상기 제2 광 경로를 더 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 장치는 이동 플랫폼 상에 장착되는 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 이동 플랫폼이 임계값 이상의 속도를 가질 때 상기 제1 펄스 에너지가 증가하는 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 펄스 에너지가 증가된 플랫폼 속도에 따라 증가하는 장치.
청구항 1에 있어서,
가시 레이저 광을 방출하는 적어도 하나의 가시 레이저 광원을 더 포함하고, 상기 가상 보호 하우징 회로는 상기 TOF 회로에 응답하여 상기 가시 레이저 광의 전력 레벨을 감소시키는 회로를 포함하는 장치.
2차원 시야에서 측정 지점에 대응하는 시간에 IR 레이저 광 펄스를 방출하는 제1 레이저 광원;
상기 시야의 측정 지점에서 상기 IR 레이저 광 펄스를 반사하는 주사 미러 어셈블리;
상기 IR 레이저 광 펄스의 수신된 반사에 응답하여 상기 시야의 측정 지점에서 물체까지의 거리를 나타내는 깊이 데이터를 생성하는 제1 비행 시간(TOF) 측정 회로;
먼저 단거리 IR 레이저 광 펄스를 생성한 다음 각 측정 지점에 대해 적어도 하나의 장거리 IR 레이저 광 펄스를 생성하는 펄스 생성 회로로서, 상기 단거리 IR 레이저 광 펄스가 상기 적어도 하나의 장거리 IR 레이저 광 펄스보다 낮은 에너지인 상기 펄스 생성 회로; 및
3D 깊이 지도 정보를 저장하는 3D 포인트 클라우드 저장 장치를 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 단거리 IR 레이저 광 펄스의 펄스 에너지는 제1 거리에서 눈에 안전한 임계값 미만이고, 상기 적어도 하나의 장거리 IR 레이저 광 펄스의 총 에너지는 제2 거리에서 눈에 안전한 임계값 미만인 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 장치는 이동 플랫폼 상에 장착되는 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 이동 플랫폼이 임계값 이상의 속도를 가질 때 상기 제1 거리가 증가하는 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 거리는 상기 이동 플랫폼의 속도에 기초하여 증가하는 장치.
청구항 8에 있어서,
제2 TOF 측정 회로를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 TOF 측정 회로는 상이한 광 경로 상에서 수신된 반사의 TOF를 측정하는 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 펄스 생성 회로는 상기 단거리 펄스에 의해 물체가 검출되지 않을 때 상기 적어도 하나의 장거리 펄스를 생성하고, 상기 단거리 펄스에 의해 물체가 검출될 때 상기 적어도 하나의 장거리 펄스를 생성하지 않도록 구성되는 장치.
청구항 8에 있어서,
가시 레이저 광을 방출하는 적어도 하나의 가시 레이저 광원; 및
상기 제1 TOF 측정 회로에 응답하여 상기 가시 레이저 광의 전력 레벨을 감소시키는 회로를 더 포함하는 장치.