KR20230022805A - 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 레이저 펄스를 발생시키는 광원; 상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈; 상기 제1 콜리메이션 렌즈로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 일 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 스캐닝 미러; 상기 스캐닝 미러에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈; 상기 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이; 및 상기 복수의 수광소자 어레이에서 생성된 전기적 신호를 상기 스캐닝 미러의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부;를 포함하고, 상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧은 것에 그 특징이 있다.

Description

스캐닝 미러 기반의 라이다 장치{Scanning mirror-based lidar device}
본 발명은 레이저를 이용하여 주변의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 피사체를 향해 레이저 펄스를 조사하고 상기 피사체로부터 반사되어 돌아오는 레이저 펄스의 비행시간을 이용하여 거리 정보를 획득하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치에 관한 것이다.
일반적으로 스캐닝 라이다(scanning LiDAR)는 주변의 지형, 물체, 장애물 등과 같은 객체(타겟)를 측정하는 데 사용되고 있다. 이러한 스캐닝 라이다는 펄스 레이저를 이용하여 객체에서 반사되어 돌아오는 시간(Time of Flight)을 측정하여 객체에 대한 정보를 획득한다. 스캐닝 라이다를 통해서 획득하는 객체에 대한 정보는 객체의 존재 여부, 객체의 종류, 객체까지의 거리 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.
스캐닝 라이다는 자동차, 이동형 로봇, 선박, 보안시스템, 조립라인, 무인비행기, 드론(drone) 등과 같은 여러분야에서 활용되고 있으며, 그 활용 분야도 다방면으로 확대되고 있다.
한편, 펄스 레이저를 이용하는 스캐닝 라이다는 발사된 레이저 펄스와 반사되어 돌아오는 레이저 펄스 사이의 시간을 측정함으로써 피사체의 거리 정보를 획득할 수 있다. 이 때, 레이저 펄스의 발사 주기는 피사체의 최대 측정 가능 거리에 따른 비행시간을 고려하여 거리 모호성(distance ambiguity)이 발생하지 않도록 설정되는 것이 일반적이다.
다만, 장거리 피사체의 경우 거리 모호성을 피할 수 있는 시간 간격의 펄스 발사로 인해 단위 시간당 측정할 수 있는 포인트의 개수가 제약을 크게 받게 되어 공간 해상도를 높이는데 한계가 있다.
이를 해결하기 위한 방법으로 종래 기술로 다수의 광원과 수광 소자를 도입하여 동시에 다수의 포인트를 측정하는 기술이 개발되었지만, 이는 고가의 광원을 다수 사용함으로써 가격을 상승시키고, 장치의 부피가 커지는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1937777 호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 레이저 펄스를 사용하는 스캐닝 라이다에서 거리 모호성을 완화 또는 제거하여 장거리 측정 시에도 시간당 측정 포인트의 개수를 증가시킬 수 있는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 레이저 펄스를 발생시키는 광원; 상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈; 상기 제1 콜리메이션 렌즈로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 일 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 스캐닝 미러; 상기 스캐닝 미러에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈; 상기 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이; 및 상기 복수의 수광소자 어레이에서 생성된 전기적 신호를 상기 스캐닝 미러의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부;를 포함하고, 상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧은 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광 소자 어레이 내의 n개의 수광 소자들은 피사체의 측정 거리 구간에 대응하도록 수광 소자 채널을 n 개 할당하여 배치하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 n개의 수광 소자 채널의 피사체의 측정 거리 구간 별 간격은 △L 로 정의되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간 별 할당된 수광 소자 채널의 수광 소자 신호에 서로 다른 회로 이득을 적용하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 왕복 비행 시간을 n으로 나눈 값과 동일한 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광소자 어레이의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 렌즈 어레이는 각 수광 소자의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 스캐닝 미러는 멤스 미러, 다각면 미러, 갈바노 미러 중 어느 하나를 적용한 고속 회전 방식인 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
또한, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 레이저 펄스를 발생시키는 광원; 상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈; 상기 제1 콜리메이션 렌즈로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 일 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 제1 스캐닝 미러; 상기 제1 스캐닝 미러의 회전축에 대해 수직으로 회전축이 전면에 배치되고, 상기 피사체에서 반사되는 광을 저속 회전 스캐닝으로 상기 제1 스캐닝 미러에 출사하는 제2 스캐닝 미러; 상기 제1스캐닝 미러에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈; 상기 제1 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이; 및 상기 복수의 수광소자 어레이에서 생성된 전기적 신호를 상기 제1스캐닝 미러의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부;를 포함하고, 상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧은 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광소자 어레이의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 렌즈 어레이는 각 수광 소자의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제1 스캐닝 미러의 크기는 상기 제2 스캐닝 미러의 크기 보다 작은 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광 소자 어레이 내의 n개의 수광 소자들은 피사체의 측정 거리 구간에 대응하도록 수광 소자 채널을 n 개 할당하여 배치하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 n개의 수광 소자 채널의 피사체의 측정 거리 구간 별 간격은 △L 로 정의되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간 별 할당된 수광 소자 채널의 수광 소자 신호에 서로 다른 회로 이득을 적용하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 왕복 비행 시간을 n으로 나눈 값과 동일한 점에 그 특징이 있다.
또한, 상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 레이저 펄스를 발생시키는 광원; 상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈; 상기 제1 콜리메이션 렌즈로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 양 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 스캐닝 미러; 상기 스캐닝 미러에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈; 상기 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이; 및 상기 복수의 수광소자 어레이에서 생성된 전기적 신호를 상기 스캐닝 미러의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부;를 포함하되, 상기 복수의 수광소자 어레이는 상기 스캐닝 미러의 양 방향 고속 회전 스캐닝에 대응하도록 상기 제2 콜리메이션 렌즈의 중심을 기준으로 상하 대칭으로 각각 배치하고, 상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧은 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광소자 어레이의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 렌즈 어레이는 각 수광 소자의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제1 스캐닝 미러는 멤스 미러, 다각면 미러, 갈바노 미러 중 어느 하나를 적용한 고속 회전 방식인 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광 소자 어레이 내의 n개의 수광 소자들은 피사체의 측정 거리 구간에 대응하도록 수광 소자 채널을 n 개 할당하여 배치하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 n개의 수광 소자 채널의 피사체의 측정 거리 구간 별 간격은 △L 로 정의되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 복수의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간 별 할당된 수광 소자 채널의 수광 소자 신호에 서로 다른 회로 이득을 적용하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 왕복 비행 시간을 n으로 나눈 값과 동일한 점에 그 특징이 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 레이저 펄스를 사용하는 스캐닝 라이다에서 거리 모호성을 완화 또는 제거하여 장거리 측정 시에도 시간당 측정 포인트의 개수를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스캐닝 라이다는 장거리 피사체를 측정하는 경우에도 높은 공간해상도를 획득할 수 있어, 보다 높은 정확도와 감도로 피사체를 인지하거나 인식할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수광 소자 어레이의 거리 구간 별 할당에 따라 수광 신호의 이득을 달리 적용함으로써 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 광원의 수를 최소화하여 장치의 가격 경쟁력을 제고하고 장치의 부피가 작아 적용의 편의성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간별 수광 소자 채널 할당의 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 수광 소자 채널 별 신호 발생 시점의 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 측정 포인트 개수 증가의 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 측정 거리 구간별 수광 소자의 이득 설정의 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 상기 도 6의 수광 소자 어레이의 전면에 배치된 렌즈 어레이의 집광 기능의 예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 9은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)' 또는 '모듈'이란, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함하며, 하나의 유닛이 둘 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 둘 이상의 유닛이 하나의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간별 수광 소자 채널 할당의 예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 수광 소자 채널 별 신호 발생 시점의 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 측정 포인트 개수 증가의 예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 측정 거리 구간별 수광 소자의 이득 설정의 예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 광원(110), 제1 콜리메이션 렌즈(120), 빔 스플리터(130), 스캐닝 미러(140), 제2 콜리메이션 렌즈(150) 및 수광 소자 어레이(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광원(110)은 레이저 펄스를 발생시키는 레이저 광원으로, 반도체 레이저 또는 광섬유 레이저일 수 있으며, 레이저 파장은 800nm ~ 1700nm의 범위 사이에서 출사시킬 수 있다.
또한 상기 레이저 광원의 출력 소자는 레이저 다이오드(Laser Diode:LD), Solid-state laser, high power laser, Light entitling diode(LED), 빅셀(Vertical cavity Surface emitting Laser : VCSEL), External cavity diode laser(ECDL) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 콜리메이션 렌즈(120)는 상기 광원으로부터 출력된 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 제1 콜리메이션 렌즈(120)는 상기 광원(110)으로부터 발산각을 갖고 출사된 레이저 펄스의 발산각을 줄여 평행광에 가깝게 변환하여 출사하게 된다.
상기 빔 스플리터(130)는 상기 스캐닝미러(140)와 제 1 또는 제 2 콜리메이션 렌즈(120. 160) 사이의 광 경로 상에 출사광과 입사광의 경로를 분리하는 역할을 수행한다. 여기서, 상기 빔 스플리터(130)는 편광을 이용한 PBS(Polarization Beam Splitter)일 수 있으며, 편광판, 리타더 등의 광학 소자를 포함할 수 있다.
한편, 상기 빔 스플리터(130)의 위치에 출사광 또는 입사광 중의 일부를 반사시키는 거울을 대신 배치할 수 있으며, 광학 서큘레이터를 대신 배치할 수 있다.
상기 스캐닝 미러(140)는 상기 제1 콜리메이션 렌즈(120)로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체(150)에 출사하고, 피사체(150)에 반사되어 돌아오는 입사광을 일 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 스캐닝 미러(140)는 상기 제1 콜리메이션 렌즈(120)로부터 입사되는 레이저 펄스의 각도를 변경하여 출사하는 기능을 갖는 회전하는 거울로서, 멤스 미러, 다각면 미러, 갈바노 미러 등 고속 회전이 가능한 방식들을 적용할 수 있다.
여기서, 상기 스캐닝 미러(140)는 고속 회전 미러의 최대 각속도 범위: 360,000 ~ 36,000,000 deg./sec(회전/진동 주파수, 1 ~ 100 kHz에 해당)로 회전할 수 있다.
상기 제2 콜리메이션 렌즈(160)는 상기 스캐닝 미러(140)에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하게 된다. 다시 말해, 상기 스캐닝 미러로부터 반사된, 입사광을 집광하는 기능을 하는 렌즈로서, 평행광에 가까운 입사광을 집속하여 수광소자 활성 영역에 조사한다. 여기서, 제2 콜리메이션 렌즈(160)의 재료는 유기화합물, 유리, 퀄츠, 사파이어, 단결정 실리콘, 게르마늄 중 하나 또는 복합체로 형성될 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
또한, 제2 콜리메이션 렌즈(160)의 구조는 구면 또는 비구면의 단렌즈 또는 복합렌즈 일 수 있으며, f-theta 또는 f-tan(theta) 렌즈일 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
상기 복수의 수광소자 어레이(170)는 상기 스캐닝 미러(140)의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 복수의 수광소자 어레이(170)는 상기 고속 회전 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되는 복수의 수광소자 어레이는 반사되어 돌아온 입사광을 수광하여 전기전 신호를 생성한다.
여기서, 상기 복수의 수광소자 어레이(170)의 각 수광 소자는 포토다이오드, APD, SiPM, SPAD 중 하나일 수 있으며, Si, GaAs, InGaAs, Ge 디텍터 중 하나일 수 있다.
상기 복수의 수광소자 어레이(170)의 수광 소자들은 미러의 회전축과 수직으로 배열되는 1차원 배열일 수 있고, 미러의 회전축과 나란한 방향으로 추가되는 2차원 배열일 수 있다. 여기서, 상기 복수의 수광 소자 어레이(170)는 개별 수광 소자들을 조립한 형태이거나 또는 단일 칩 형태의 어레이로 형성될 수 있다.
한편, 상기 복수의 수광소자 어레이(170)의 각 수광 소자의 측정 거리에 따른 채널 할당 및 측정 이득에 대한 보다 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
상기 신호 처리부(180)는 상기 복수의 수광소자 어레이(170)에서 생성된 전기적 신호를 상기 스캐닝 미러(140)의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 신호 처리부(180)는 상기 복수의 수광소자 어레이(170)로부터 생성된 전기 신호를 처리하여 스캔 각도 별 거리를 계산하는 기능을 수행하도록 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 신호 처리부(180)는 수광 소자들의 신호를 증폭하는 회로 이득을 동일하게 할 수 있고, 주광축으로부터 멀어질수록 더 큰 이득 값을 부여하는 등 다르게 설정하여 처리할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.
또한, 상술한 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치에 의한 동작에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 상기 레이저 광원(110)으로부터 출사되는 레이저 펄스 신호는 제1 콜리메이션 렌즈(120)를 통과한 후, 빔 스플리터(130)에 의해 스캐닝 미러(140)에 전달된다.
그리고, 스캐닝 미러(140)에 의해 반사된 레이저 펄스 신호는 피사체(150)에 의해 반사되어 일정 시간 지연을 발생하며 다시 스캐닝 미러에 전달된다. 이때, 지연 시간 동안 일 방향으로 회전한 스캐닝 미러(140)로 인해 출사 시와 다르게 이격을 가지는 각도로 반사 경로가 변경하게 된다.
그런 다음, 변경된 각도 경로를 따라 진행하는 레이저 펄스 신호는 제2 콜리메이션 렌즈(160)에 의해 포커싱 되어 수광소자 어레이(170) 중 일부 수광 소자 채널에 도달하게 된다.
그리고, 상기 도달된 레이저 펄스 신호는 신호 처리부(180)에서 전기적 신호로 생성하여 레이저 펄스 신호의 비행 시간을 계산하게 된다.
보다 구체적으로, 스캐닝 미러의 각속도는 ω, 피사체 측정 거리는 L이라고 정의한다면, 피사체까지의 왕복 비행시간은 △t = 2L/c, 비행시간 동안 이동한 스캐닝 미러 각도는 △θ = ω△t, 수신 펄스 각도 변화는 2△θ = 2ω△t 로 정의될 수 있으며, 이러한 값들에 적용하여 레이저 펄스의 피사체까지 왕복 비행 시간 및 측정 거리를 계산할 수 있다.
다시 말해, 피사체에 조사된 레이저 펄스는 피사체에 반사되어 스캐닝 미러에 도달하게 되며, 이때 고속으로 회전하는 미러는 출사 되는 시점에 비해 그 각도에 이격이 발생하므로, 반사되어 돌아온 레이저 펄스는 이격된 각도에 따라 배열된 수광 소자 중 일부에 도달하여 전기 신호를 생성하게 된다.
여기서, 회전하는 스캐닝 미러의 각속도가 결정되어 있을 때, 상기 각도의 이격은 왕복하는 거리에 비례하여 커지게 되므로, 거리 모호성은 완화 또는 제거되게 되며, 이에 따라 레이저 펄스의 발사 주기를 측정 거리의 범위에 관계없이 짧게 할 수 있어 시간당 측정 포인트의 개수를 증가시킬 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 수광소자 어레이(170)의 각 수광 소자의 측정 거리 구간별 채널 할당을 보여주고 있다. 여기서, 각 채널과 채널 사이는 측정 거리 구간 △L 로 나타낼 수 있으며, 최대 측정 거리는 L(max)/n으로 나타낼 수 있다.
이때, 상기 복수의 수광소자 어레이(170) 내의 각각의 수광 소자의 배치는 일정한 거리 범위에 따라 수광 조건이 제한되며, 역으로 수광 소자의 위치에 따라 거리의 범위가 설정된다.
보다 구체적으로, 피사체의 측정 거리에 따라 달라지는 수광 경로의 변화에 의해 서로 다른 채널의 수광 소자에 펄스 신호가 도달하게 된다. 여기서, 복수의 수광소자 어레이(170)의 크기에 의해 해당 측정 거리의 구간이 달라지게 된다.
또한, 상기 복수의 수광소자 어레이(170)의 각 수광 소자에 수광 되는 레이저 펄스는 일정 직경을 갖는 스팟(spot)이므로 경계면에서 세기의 증가 또는 감소가 나타나며 이웃하는 두 수광 소자 사이에서는 세기가 교차하여 나타날 수 있다.
이러한, 복수의 수광소자 어레이(170)에서 특정 거리의 피사체에 의하여 발생되는 수광 신호는 해당 거리 구간에 대응되는 특정 채널의 수광 소자에 도달하여 전기 신호를 발생할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 수광 소자 채널 별 신호 발생 시점을 보여주고 있으며, 송신 펄스가 일정한 주기로 출사 되어 서로 다른 세 지점에 반사되어 되돌아오는 경우, 거리 구간 별 할당 채널에 수신되는 예를 나타내고 있다.
보다 구체적으로, 도 3에서 연속된 펄스 P1, P2, P3에 대응되는 피사체 거리 L1, L2, L3 (L1 <L2 <L3)는 채널 별(ch.1, ch.3, ch.(n-1))에서 지연 시간에 따라 달라지는 것을 볼 수 있다.
다시 말해, 각각의 채널에서는 펄스 주기 내에서 시간 지연의 값을 측정하고, 거리 구간 별 간격이 △L 이므로, 해당 구간까지의 거리 ((n-1)△L)를 더하여 총 거리 값을 계산하게 된다.
이때, 거리 구간 별 간격 △L로부터 역으로 송신 펄스의 출사 시간을 계산하여 출사 시점에 해당하는 각도 상의 스캔 지점을 계산할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 펄스가 출사되는 단위 시간 당 측정할 수 있는 포인트의 개수가 기존의 포인트 개수 대비 n 배만큼 증가하여 출력하는 것을 보여주고 있다.
예컨대, 기존의 레이저 펄스를 사용하는 스캐닝 라이다는 장거리 피사체의 경우 최대 측정 거리를 왕복하는 데 소요되는 비행시간을 주기로 펄스를 발사하게 된다. 즉, 레이저 펄스를 발사한 후, 다시 피사체에 반사되어 되돌아온 레이저 펄스를 수광하여 최대 측정 거리에 대응하여 다시 레이저 펄스를 발사하게 된다.
한편, 본 발명에서는 복수의 수광 소자 어레이의 수광 소자의 개수가 n개일 경우, 거리 별 할당 채널의 수가 n개가 되며, 발사하는 펄스의 주기는 최대 측정 거리에 해당하는 비행 시간을 n으로 나눈 값과 동일하게 된다.
따라서, 상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧으며, n 개의 레이저 펄스를 출사할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 측정 거리 구간별 각 수광 소자의 회로 이득을 보여주고 있으며, 예컨대, 각 채널 별 수광 신호 세기와 측정 거리는 반비례로 관계로 나타나고 있다. 즉, ch. 1의 수광 소자는 측정 거리가 가까우므로 반사되어 되돌아오는 수광 신호 세기가 제일 큰 반면, ch. n의 수광 소자는 측정 거리가 멀어 반사되어 되돌아오는 수광 신호의 세기가 작은 것을 알 수 있다.
다시 말해, 피사체의 측정 거리에 따라 반사되어 돌아오는 레이저 펄스 신호의 세기는 거리 제곱에 반비례한다(P~1/L2).
또한, 측정 거리 별 할당된 수광 소자 채널의 수광 소자 신호에 서로 다른 회로 이득을 적용하게 된다. 여기서, 회로 이득은 측정 거리의 제곱으로 나타낼 수 있다(Gain ~ L2).
따라서, 본 발명의 수광 소자 어레이에서 획득되는 전기 신호는 상술한 일정 기준을 적용하여 보다 정확한 거리 측정을 가능할 수 있다.
또한, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 상기 도 6의 수광 소자 어레이의 전면에 배치된 렌즈 어레이의 집광 기능의 예를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예의 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 상기 제1 실시 예의 구성과 대부분이 동일하고, 복수의 수광소자 어레이의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이(680)를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 본 발명의 제2 실시 예의 구성과 상기 제1 실시 예의 동일한 구성에 대해서는 상술한 제1 실시 예의 상세한 설명을 참조로 생략하기로 한다.
보다 구체적으로, 상기 렌즈 어레이(680)는 제2 콜리메이션 렌즈(660)와 수광 소자 액티브 영역 사이의 광 경로 상에 추가할 수 있다.
여기서, 상기 렌즈 어레이(680)의 렌즈 개수 및 간격은 수광 소자 어레이(670)와 같으며, 개별 렌즈의 중심과 수광 소자 활성 영역의 중심을 일치하거나 또는 이격을 가질 수 있다.
또한, 상기 렌즈 어레이(680)는 개별 렌즈 어레이를 조립한 형태이거나 또는 단일 칩 형태의 어레이일 수 있다.
상기 렌즈 어레이(680)는 수광 소자 어레이(670)의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되도록 한다. 따라서, 상기 렌즈 어레이(680)가 배치됨에 따라 수광 소자의 면적 보다 액티브 영역(active area)의 면적이 작을 경우, 유효 반응 면적을 최대로 확보할 수 있게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 어레이(680)는 곡률 반경이 작은 렌즈를 수광 소자의 전면에 배치함으로써 렌즈의 전체 면적에 해당하는 영역의 입사광이 수광 소자의 액티브 영역(active area) 내에 포커싱(focusing) 되도록 한다.
다시 말해, 상기 렌즈 어레이(680)는 수광소자의 액티브 영역(active area)이 수광 소자 면적 보다 작더라도 입사광의 손실을 최소화하여 액티브 영역(active area)에 광이 도달할 수 있게 된다.
또한, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 본 발명의 제3 실시 예의 구성과 상기 제1 실시 예의 동일한 구성에 대해서는 상술한 제1 실시 예의 상세한 설명을 참조로 생략하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 레이저 펄스를 발생시키는 광원(810), 상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈(820); 상기 제1 콜리메이션 렌즈(820)로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 일 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 제1 스캐닝 미러(840); 상기 제1 스캐닝 미러(840)의 회전축에 대해 수직으로 회전축이 전면에 배치되고, 상기 피사체에서 반사되는 광을 저속 회전 스캐닝으로 상기 제1 스캐닝 미러(840)에 출사하는 제2 스캐닝 미러(850); 상기 제1스캐닝 미러(840)에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈(870); 상기 제1 스캐닝 미러(840)의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈(870)에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이(880); 및 상기 복수의 수광소자 어레이(880)에서 생성된 전기적 신호를 상기 제 1 스캐닝 미러(840)의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부(890);를 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제2 실시 예의 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 2축 스캔을 위해 제1 스캐닝 미러(840) 및 제2 스캐닝 미러(850)를 구성하게 된다. 여기서, 상기 제1 스캐닝 미러(840)와 상기 제 2 스캐닝 미러(850)의 회전 축은 서로 수직으로 배치하여 2축 스캔이 가능하도록 한다.
또한, 상기 제1 스캐닝 미러(840)의 크기는 상기 제2 스캐닝 미러(850) 크기보다 작게 구성하고, 상기 제1 스캐닝 미러(840)는 고속으로 회전하고 상기 제2 스캐닝 미러(850)는 저속으로 회전하게 된다. 즉, 작은 사이즈의 제1 스캐닝 미러는 빠르게 회전하고, 큰 사이즈의 제2 스캐닝 미러는 느리게 회전하도록 한다.
또한, 도 9은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 본 발명의 제4 실시 예의 구성과 상기 제1 실시 예 및 제3실시 예와 동일한 구성에 대해서는 상술한 제1 실시 예 및 제3 실시 예의 상세한 설명을 참조로 생략하기로 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 상기 제3 실시 예의 구성과 대부분이 동일하고, 복수의 수광소자 어레이(980)의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이(990)를 더 포함하여 구성된다.
즉, 상기 렌즈 어레이(990)는 수광 소자 어레이(980)의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되도록 한다. 따라서, 상기 렌즈 어레이(990)가 배치됨에 따라 수광 소자의 면적 보다 액티브 영역(active area)의 면적이 작을 경우, 유효 반응 면적을 최대로 확보할 수 있게 된다.
또한, 도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 본 발명의 제5 실시 예의 구성과 상기 제1 실시 예의 동일한 구성에 대해서는 상술한 제1 실시 예의 상세한 설명을 참조로 생략하기로 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 레이저 펄스를 발생시키는 광원(1010); 상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈(1020); 상기 제1 콜리메이션 렌즈(1020)로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 양 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 스캐닝 미러(1040); 상기 스캐닝 미러(1040)에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈(1060); 상기 스캐닝 미러(1040)의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이(1070); 및 상기 복수의 수광소자 어레이(1070)에서 생성된 전기적 신호를 상기 스캐닝 미러(1040)의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부(1080);를 포함하되, 상기 복수의 수광소자 어레이(1070)는 상기 스캐닝 미러(1040)의 양 방향 고속 회전 스캐닝에 대응하도록 상기 제2 콜리메이션 렌즈(1060)의 중심을 기준으로 상하 대칭으로 각각 배치하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제5 실시 예의 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 스캐닝 미러(1040)를 양 방향으로 회전할 수 있도록 구성하게 된다.
또한, 상기 스캐닝 미러(1040)의 양방향으로 회전에 대응되도록 상기 수광 소자 어레이(1070)는 기준 위치를 중심으로 대칭되도록 2 배 배치될 수 있다.
즉, 상기 스캐닝 미러(1040)가 양 방향으로 회전함에 따라 일 방향으로 회전 할 때, 제2 콜리메이션 렌즈(1060)의 중심을 기준으로 상부에 배치된 상기 수광 소자 어레이(1070)에 각 채널 별 수광 소자에서 레이저 펄스를 수광하는 반면, 상기 스캐닝 미러(1040)가 타 방향으로 회전 할 때, 제2 콜리메이션 렌즈(1060)의 중심을 기준으로 하부에 배치된 상기 수광 소자 어레이(1070)에 각 채널 별 수광 소자에서 레이저 펄스를 수광할 수 있다. 즉, 상기 스캐닝 미러(1040)의 회전 방향에 따라 반사되는 레이저 펄스의 각도가 달라지게 되므로 수광되는 위치도 다르게 되어 이를 수광할 수 있도록 수광 소자 어레이(1070)를 상하 대칭으로 배치하게 된다.
또한, 도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 본 발명의 제6 실시 예의 구성과 상기 제5 실시 예의 동일한 구성에 대해서는 상술한 제1 실시 예 및 제 5 실시 예의 상세한 설명을 참조로 생략하기로 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제6 실시예에 따른 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치는, 상기 제5 실시 예의 구성과 대부분이 동일하고, 복수의 수광소자 어레이(1170)의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이(1180)를 더 포함하여 구성된다.
즉, 상기 렌즈 어레이(1180)는 수광 소자 어레이(1170)의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 액티브 영역에 집광되도록 한다. 따라서, 상기 렌즈 어레이(1180)가 배치됨에 따라 수광 소자의 면적 보다 액티브 영역(active area)의 면적이 작을 경우, 유효 반응 면적을 최대로 확보할 수 있게 된다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 레이저 펄스의 발사 주기를 측정 거리의 범위에 관계없이 거리 모호성 완화 또는 제거함으로써 장거리 측정 시에도 시간당 측정할 수 있는 포인트의 개수를 증가시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110, 610, 810, 910, 1010, 1110: 광원
120, 620, 820, 920, 1020, 1120: 제1 콜리메이션 렌즈
130, 630, 830, 930, 1030, 1130: 빔 스플리터
140, 640, 1040, 1140: 스캐닝 미러
840, 940: 제1 스캐닝 미러
850, 950: 제2 스캐닝 미러
150, 650, 860, 960, 1050, 1150: 피사체
160. 660, 870, 970, 1060, 1160: 제2 콜리메이션 렌즈
170, 670, 880, 980, 1070, 1170: 수광 소자 어레이
180, 680, 890, 995, 1080, 1190: 신호 처리부
680, 990, 1180: 렌즈 어레이

Claims (24)

  1. 레이저 펄스를 발생시키는 광원;
    상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈;
    상기 제1 콜리메이션 렌즈로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 일 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 스캐닝 미러;
    상기 스캐닝 미러에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈;
    상기 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이; 및
    상기 복수의 수광소자 어레이에서 생성된 전기적 신호를 상기 스캐닝 미러의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부;를 포함하고,
    상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이 내의 n개의 수광 소자들은 피사체의 측정 거리 구간에 대응하도록 수광 소자 채널을 n 개 할당하여 배치하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 n개의 수광 소자 채널의 피사체의 측정 거리 구간 별 간격은 △L 로 정의되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간 별 할당된 수광 소자 채널의 수광 소자 신호에 서로 다른 회로 이득을 적용하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 왕복 비행 시간을 n으로 나눈 값과 동일한 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수광소자 어레이의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 각 수광 소자의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스캐닝 미러는 멤스 미러, 다각면 미러, 갈바노 미러 중 어느 하나를 적용한 고속 회전 방식인 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  9. 레이저 펄스를 발생시키는 광원;
    상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈;
    상기 제1 콜리메이션 렌즈로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 일 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 제1 스캐닝 미러;
    상기 제1 스캐닝 미러의 회전축에 대해 수직으로 회전축이 전면에 배치되고, 상기 피사체에서 반사되는 광을 저속 회전 스캐닝으로 상기 제1 스캐닝 미러에 출사하는 제2 스캐닝 미러;
    상기 제1스캐닝 미러에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈;
    상기 제1 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이; 및
    상기 복수의 수광소자 어레이에서 생성된 전기적 신호를 상기 제 1스캐닝 미러의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부;를 포함하고,
    상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 수광소자 어레이의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 각 수광 소자의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스캐닝 미러의 크기는 상기 제2 스캐닝 미러의 크기 보다 작은 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이 내의 n개의 수광 소자들은 피사체의 측정 거리 구간에 대응하도록 수광 소자 채널을 n 개 할당하여 배치하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 n개의 수광 소자 채널의 피사체의 측정 거리 구간 별 간격은 △L 로 정의되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간 별 할당된 수광 소자 채널의 수광 소자 신호에 서로 다른 회로 이득을 적용하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 왕복 비행 시간을 n으로 나눈 값과 동일한 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  17. 레이저 펄스를 발생시키는 광원;
    상기 레이저 펄스를 평행광으로 변환하여 출사하는 제1 콜리메이션 렌즈;
    상기 제1 콜리메이션 렌즈로부터 출사되는 출사광을 반사하여 피사체에 출사하고, 피사체에 반사되어 돌아오는 입사광을 양 방향 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 스캐닝 미러;
    상기 스캐닝 미러에서 고속 회전 스캐닝으로 각도를 변경하여 다시 출사하는 광을 집광하는 제2 콜리메이션 렌즈;
    상기 스캐닝 미러의 회전 축과 수직한 방향으로 배열되고, 상기 제2 콜리메이션 렌즈에서 집광된 광을 수광하여 전기적 신호로 생성하는 복수의 수광소자 어레이; 및
    상기 복수의 수광소자 어레이에서 생성된 전기적 신호를 상기 스캐닝 미러의 스캐닝 각도에 대응하는 피사체 측정 거리 및 측정 시간을 계산하는 신호 처리부;를 포함하되,
    상기 복수의 수광소자 어레이는 상기 스캐닝 미러의 양 방향 고속 회전 스캐닝에 대응하도록 상기 제2 콜리메이션 렌즈의 중심을 기준으로 상하 대칭으로 각각 배치하고,
    상기 광원으로부터 출사되는 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 레이저 펄스의 왕복 비행 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 수광소자 어레이의 각 수광 소자의 전면에 일대일로 배치되는 렌즈 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 각 수광 소자의 전면에 배치되어 입사광이 수광 소자의 엑티브 영역에 집광되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 스캐닝 미러는 멤스 미러, 다각면 미러, 갈바노 미러 중 어느 하나를 적용한 고속 회전 방식인 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이 내의 n개의 수광 소자들은 피사체의 측정 거리 구간에 대응하도록 수광 소자 채널을 n 개 할당하여 배치하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 n개의 수광 소자 채널의 피사체의 측정 거리 구간 별 간격은 △L 로 정의되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 수광 소자 어레이의 측정 거리 구간 별 할당된 수광 소자 채널의 수광 소자 신호에 서로 다른 회로 이득을 적용하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 주기는 피사체의 최대 측정 거리에 해당하는 왕복 비행 시간을 n으로 나눈 값과 동일한 것을 특징으로 하는 스캐닝 미러 기반의 라이다 장치.
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