KR20230028265A - 회전 금속 모터 프레임에 유리 거울의 부착 - Google Patents

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KR20230028265A
KR20230028265A KR1020227043083A KR20227043083A KR20230028265A KR 20230028265 A KR20230028265 A KR 20230028265A KR 1020227043083 A KR1020227043083 A KR 1020227043083A KR 20227043083 A KR20227043083 A KR 20227043083A KR 20230028265 A KR20230028265 A KR 20230028265A
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닝이 왕
하오센 왕
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이노뷰전, 인크.
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Abstract

자동차에 사용되는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템의 회전 가능한 광학 반사체 디바이스가 개시된다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 복수의 반사 표면과 플랜지를 포함하는 유리 기반 광학 반사체를 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 유리 기반 광학 반사체의 내부 개구에 적어도 부분적으로 배치된 금속 기반 모터 로터 본체를 더 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 엘라스토머 피스를 더 포함한다. 엘라스토머 피스의 제1 표면은 플랜지의 제2 장착 표면과 접촉한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 엘라스토머 피스의 제2 표면에서 엘라스토머 피스를 압축하는 클램핑 메커니즘을 더 포함하고, 금속 기반 모터 로터 본체의 움직임은 유리 기반 광학 반사체가 LiDAR 스캐닝 시스템의 시야에서 광을 광학적으로 스캐닝하게 한다.

Description

회전 금속 모터 프레임에 유리 거울의 부착
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "ATTACHING A GLASS MIRROR TO A ROTATING METAL MOTOR FRAME"이라는 명칭으로 2022년 2월 1일자로 출원된 미국 가특허 출원 제17/590,785호, 및 "ATTACHING A GLASS MIRROR TO A ROTATING METAL MOTOR FRAME"이라는 명칭으로 2021년 2월 16일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/150,079호에 대한 우선권을 주장한다. 두 출원의 내용은 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 전반적으로 광 검출 및 거리 측정(light detection and ranging)(LiDAR) 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 LiDAR 시스템의 회전 가능한 광학 반사체 디바이스에 관한 것이다.
광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템은 광 펄스를 사용하여 외부 환경의 이미지 또는 포인트 클라우드(point cloud)를 생성한다. 일부 통상적인 LiDAR 시스템은 광원, 광 송신기, 광 조향 시스템, 및 광 검출기를 포함한다. 광원은 LiDAR 시스템으로부터 송신될 때 특정 방향으로 광 조향 시스템에 의해 지향되는 광 빔을 생성한다. 송신된 광 빔이 객체에 의해 산란되는 경우, 산란된 광의 일부가 복귀 광 펄스로서 LiDAR 시스템으로 복귀된다. 광 검출기는 복귀 광 펄스를 검출한다. 복귀 광 펄스가 검출되는 시간과 광 빔의 대응 광 펄스가 송신되는 시간 사이의 차이를 사용하여, LiDAR 시스템은 광의 속도를 사용하여 객체까지의 거리를 결정할 수 있다. 광 조향 시스템은 다양한 경로를 따라 광 빔을 지향시켜 LiDAR 시스템이 주변 환경을 스캐닝하고 이미지 또는 포인트 클라우드를 생성할 수 있게 한다. LiDAR 시스템은 또한 비행 시간 및 스캐닝 이외의 기술을 사용하여 주변 환경을 측정할 수 있다.
LiDAR 시스템은 자동차의 필수 구성요소인 경우가 많다. LiDAR 시스템은 다각형 거울 및 다각형 거울을 회전시키기 위한 모터 로터 본체를 포함할 수 있다. 다각형 거울과 모터 로터 본체에 사용되는 재료가 상이하기 때문에, 유리 기반 다각형 거울과 금속 기반 모터 로터 본체 사이에 열 팽창 계수(CTE)의 불일치가 존재한다. 온도 변동이 있는 경우, CTE 불일치는 유리 기반 다각형 거울과 금속 기반 모터 로터 본체 사이에 원치 않는 압력 및/또는 응력이 발생하게 할 수 있다. 압력 및/또는 응력은 또한 다각형 거울의 다양한 부분에서 고르지 않을 수도 있다. 더욱이, 온도 변동에 추가하여, LiDAR 시스템은 또한 자동차가 작동할 때 충격 및 진동 조건에 노출될 수 있다. 온도 변동, 충격 조건, 및 진동 조건 중 하나 이상은 다각형 거울이 오작동하게 하거나, 성능이 저하되게 하거나(예를 들어, 다각형 거울이 흔들릴 수 있음), 심지어 손상(예를 들어, 파손)되게 할 수 있다. 이는 LiDAR 시스템의 전반적인 성능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이들 조건에 의해 유발되는 영향을 제거하거나 감소시킬 필요가 있다.
본 개시내용의 실시예는 다양한 환경 조건(예를 들어, 온도 변동, 진동, 및 충격)에 의해 유발되는 응력을 흡수함으로써, 다각형 거울이 오작동하고, 성능이 저하되며, 및/또는 손상될 수 있는 가능성을 감소시키도록 구성된 엘라스토머 피스를 사용한다. 본 개시내용의 실시예는 엘라스토머 피스에 적절한 압축력을 인가하도록 구성된 체결 메커니즘을 추가로 사용한다. 체결 메커니즘은 엘라스토머 피스의 다양한 부분에 원하는 압축력을 인가하도록 미세 조절될 수 있다. 그 결과, 이러한 압축력의 미세 조절에 의해 다각형 거울의 흔들림이 제거되거나 실질적으로 감소될 수 있다. 본 개시내용의 다양한 실시예가 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
일 실시예에서, 자동차에 사용되는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템의 회전 가능한 광학 반사체 디바이스가 제공된다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 복수의 반사 표면과 플랜지를 포함하는 유리 기반 광학 반사체를 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 유리 기반 광학 반사체의 내부 개구에 적어도 부분적으로 배치된 금속 기반 모터 로터 본체를 더 포함한다. 플랜지는 유리 기반 광학 반사체의 내부 측벽으로부터 금속 기반 모터 로터 본체를 향해 연장된다. 플랜지는 금속 기반 모터 로터 본체의 기준 표면과 접촉하는 제1 장착 표면을 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 엘라스토머 피스를 더 포함한다. 엘라스토머 피스의 제1 표면은 플랜지의 제2 장착 표면과 접촉한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 엘라스토머 피스의 제2 표면에서 엘라스토머 피스를 압축하는 클램핑 메커니즘을 더 포함하고, 금속 기반 모터 로터 본체의 움직임은 유리 기반 광학 반사체가 LiDAR 스캐닝 시스템의 시야에서 광을 광학적으로 스캐닝하게 한다.
일 실시예에서, 자동차에 사용되는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템이 제공된다. LiDAR 시스템은 회전 가능한 광학 반사체 디바이스를 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 복수의 반사 표면과 플랜지를 포함하는 유리 기반 광학 반사체를 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 유리 기반 광학 반사체의 내부 개구에 적어도 부분적으로 배치된 금속 기반 모터 로터 본체를 더 포함한다. 플랜지는 유리 기반 광학 반사체의 내부 측벽으로부터 금속 기반 모터 로터 본체를 향해 연장된다. 플랜지는 금속 기반 모터 로터 본체의 기준 표면과 접촉하는 제1 장착 표면을 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 엘라스토머 피스를 더 포함한다. 엘라스토머 피스의 제1 표면은 플랜지의 제2 장착 표면과 접촉한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 엘라스토머 피스의 제2 표면에서 엘라스토머 피스를 압축하는 클램핑 메커니즘을 더 포함하고, 금속 기반 모터 로터 본체의 움직임은 유리 기반 광학 반사체가 LiDAR 스캐닝 시스템의 시야에서 광을 광학적으로 스캐닝하게 한다.
일 실시예에서, 자동차가 제공된다. 자동차는 회전 가능한 광학 반사체 디바이스를 포함하는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템을 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 복수의 반사 표면과 플랜지를 포함하는 유리 기반 광학 반사체를 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 유리 기반 광학 반사체의 내부 개구에 적어도 부분적으로 배치된 금속 기반 모터 로터 본체를 더 포함한다. 플랜지는 유리 기반 광학 반사체의 내부 측벽으로부터 금속 기반 모터 로터 본체를 향해 연장된다. 플랜지는 금속 기반 모터 로터 본체의 기준 표면과 접촉하는 제1 장착 표면을 포함한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 엘라스토머 피스를 더 포함한다. 엘라스토머 피스의 제1 표면은 플랜지의 제2 장착 표면과 접촉한다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 엘라스토머 피스의 제2 표면에서 엘라스토머 피스를 압축하는 클램핑 메커니즘을 더 포함하고, 금속 기반 모터 로터 본체의 움직임은 유리 기반 광학 반사체가 LiDAR 스캐닝 시스템의 시야에서 광을 광학적으로 스캐닝하게 한다.
본 출원은 첨부 도면과 함께 취한 하기 설명된 도면을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있으며, 도면에서 동일한 부분은 동일한 번호로 지칭될 수 있다.
도 1은 자동차에 배치되거나 포함된 하나 이상의 예시적인 LiDAR 시스템을 예시한다.
도 2는 예시적인 LiDAR 시스템과 차량 인지 및 계획 시스템을 포함하는 다수의 다른 시스템 사이의 상호 작용을 예시하는 블록도이다.
도 3은 예시적인 LiDAR 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 4는 예시적인 섬유 기반 레이저 소스를 예시하는 블록도이다.
도 5a 내지 도 5c는 시야(field-of-view)(FOV)에 배치된 객체까지의 거리를 측정하기 위해 펄스 신호를 사용하는 예시적인 LiDAR 시스템을 예시한다.
도 6은 다양한 실시예에서 시스템, 장치 및 방법을 구현하는 데 사용되는 예시적인 장치를 예시하는 블록도이다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 예시적인 회전 가능한 광학 반사체 디바이스의 평면도이다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 예시적인 회전 가능한 광학 반사체 디바이스의 저면도이다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른 예시적인 회전 가능한 광학 반사체 디바이스의 단면도이다.
도 10은 몇몇 실시예에 따른 예시적인 회전 가능한 광학 반사체 디바이스의 사시도이다.
도 11은 몇몇 실시예에 따른 예시적인 회전 가능한 광학 반사체 디바이스의 분해도이다.
본 개시내용의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해, 다음의 설명은 특정 구성, 파라미터, 예 등과 같은 다수의 특정 세부 사항을 진술한다. 그러나, 이러한 설명은 본 개시내용의 범위에 대한 제한으로서 의도되지 않고 예시적인 실시예의 더 나은 설명을 제공하도록 의도됨을 인식해야 한다.
명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 다음 용어는, 문맥상 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 명시적으로 관련된 의미를 취한다.
본 명세서에 사용될 때 "일 실시예에서"라는 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니지만, 그럴 수도 있다. 따라서, 아래에 설명되는 바와 같이, 본 개시내용의 다양한 실시예는 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 용이하게 조합될 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "또는"은 포괄적인 " 또는" 연산자이고 문맥상 달리 명시되지 않는 한 용어 "및/또는"과 동등하다.
용어 "~에 기초하여"는 배타적이지 않으며 문맥상 달리 명시되지 않는 한 설명되지 않은 추가 요인에 기초하는 것을 허용한다.
본 명세서에 사용될 때, 문맥상 달리 지시되지 않는 한, 용어 "~에 결합된"은 직접 결합(서로 결합된 2개의 요소가 서로 접촉함) 및 간접 결합(적어도 하나의 추가 요소가 2개의 요소 사이에 위치됨)을 모두 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 용어 "~에 결합된"과 "~와 결합된"은 동의어로 사용된다. 2개 이상의 구성요소 또는 디바이스가 데이터를 교환할 수 있는 네트워크 환경의 문맥 내에서, 용어 "~에 결합된" 및 "~와 결합된"은 또한 가능하게는 하나 이상의 중개 디바이스를 통해 "~와 통신 가능하게 결합된"을 의미하도록 사용된다.
이하의 설명은 다양한 요소를 설명하기 위해 "제1", "제2" 등의 용어를 사용하지만, 이들 요소는 용어에 의해 제한되어서는 안된다. 이들 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하는 데에만 사용된다. 예를 들어, 다양한 설명된 예의 범위에서 벗어나지 않고, 제1 표면은 제2 표면으로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 표면은 제1 표면으로 명명될 수 있다. 제1 표면과 제2 표면은 모두 표면일 수 있으며 일부 경우에 별개의 상이한 표면일 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐, 단수 표현("a", "an" 및 "the")의 의미는 복수 대상을 포함하고, "~내"의 의미는 "~내" 및 "~상"을 포함한다.
본 명세서에 제시된 다양한 실시예 중 일부는 본 발명 요소의 단일 조합을 구성하지만, 본 발명 주제는 개시된 요소의 모든 가능한 조합을 포함하는 것으로 고려된다는 것을 이해하여야 한다. 이와 같이, 하나의 실시예가 요소 A, B 및 C를 포함하고 다른 실시예가 요소 B 및 D를 포함하는 경우, 본 발명 주제는 또한 본 명세서에서 명시적으로 설명되지 않더라도 A, B, C 또는 D의 다른 나머지 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 또한, "포함하는"이라는 과도기적 용어는 부품 또는 부재로서 갖거나, 이들 부품 또는 부재가 되는 것을 의미한다. 본 명세서에 사용될 때, 과도기적 용어 "포함하는"은 포괄적이거나 개방형이며 추가의 언급되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
이하의 개시 전체에 걸쳐, 서버, 서비스, 인터페이스, 엔진, 모듈, 클라이언트, 피어, 포털, 플랫폼, 또는 컴퓨팅 디바이스로부터 형성된 다른 시스템에 관한 수많은 참조가 이루어질 수 있다. 이러한 용어의 사용은 컴퓨터 판독 가능한, 유형의 비일시적 매체(예를 들어, 하드 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, RAM, 플래시, ROM 등)에 저장된 소프트웨어 명령을 실행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서(예를 들어, ASIC, FPGA, PLD, DSP, x86, ARM, RISC-V, ColdFire, GPU, 멀티 코어 프로세서 등)를 갖는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스를 나타내는 것으로 고려됨을 이해하여야 한다. 예를 들어, 서버는 설명된 역할, 책임 또는 기능을 이행하는 방식으로 웹 서버, 데이터베이스 서버, 또는 다른 유형의 컴퓨터 서버로서 작동하는 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있다. 개시된 컴퓨터 기반 알고리즘, 프로세스, 방법, 또는 다른 유형의 명령어 세트는 프로세서가 개시된 단계를 실행하게 하는 명령을 저장하는 비일시적, 유형의 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구체화될 수 있음을 추가로 이해하여야 한다. 다양한 서버, 시스템, 데이터베이스, 또는 인터페이스는, 가능하게는 HTTP, HTTPS, AES, 공공-민간 키 교환, 웹 서비스 API, 공지된 금융 거래 프로토콜, 또는 기타 전자 정보 교환 방법에 기초하여 표준화된 프로토콜 또는 알고리즘을 사용하여 데이터를 교환할 수 있다. 데이터 교환은 패킷 교환 네트워크, 회선 교환 네트워크, 인터넷, LAN, WAN, VPN 또는 다른 유형의 네트워크를 통해 수행될 수 있다.
본 명세서의 설명 및 다음 청구범위 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 시스템, 엔진, 서버, 디바이스, 모듈 또는 기타 컴퓨팅 요소가 메모리의 데이터에 대해 기능을 수행하거나 실행하도록 구성되는 것으로 설명될 때, "~하도록 구성된" 또는 "~하도록 프로그래밍된"의 의미는 메모리에 저장된 타겟 데이터 또는 데이터 개체에 대해 기능 세트를 실행하기 위해 컴퓨팅 요소의 메모리에 저장된 일련의 소프트웨어 명령에 의해 프로그래밍되는 컴퓨팅 요소의 하나 이상의 프로세서 또는 코어로서 정의된다.
컴퓨터에 관한 임의의 언어는, 개별적으로 또는 집합적으로 작동하는 서버, 인터페이스, 시스템, 데이터베이스, 에이전트, 피어, 엔진, 제어기, 모듈 또는 다른 유형의 컴퓨팅 디바이스를 비롯하여 컴퓨팅 디바이스 또는 네트워크 플랫폼의 임의의 적절한 조합을 포함하도록 판독되어야 한다. 컴퓨팅 디바이스는 유형의 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(예를 들어, 하드 드라이브, FPGA, PLA, 솔리드 스테이트 드라이브, RAM, 플래시, ROM 등)에 저장된 소프트웨어 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 소프트웨어 명령은 개시된 장치에 대해 아래에서 설명되는 바와 같이 역할, 책임 또는 다른 기능을 제공하도록 컴퓨팅 디바이스를 구성하거나 프로그래밍한다. 또한, 개시된 기술은 프로세서가 컴퓨터 기반 알고리즘, 프로세스, 방법 또는 다른 명령의 구현과 관련된 개시된 단계를 실행하게 하는 소프트웨어 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구체화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다양한 서버, 시스템, 데이터베이스, 또는 인터페이스는, 가능하게는 HTTP, HTTPS, AES, 공공-민간 키 교환, 웹 서비스 API, 공지된 금융 거래 프로토콜, 또는 기타 전자 정보 교환 방법에 기초하여 표준화된 프로토콜 또는 알고리즘을 사용하여 데이터를 교환할 수 있다. 디바이스들 사이의 데이터 교환은 패킷 교환 네트워크, 인터넷, LAN, WAN, VPN, 또는 다른 유형의 패킷 교환 네트워크; 회선 교환 네트워크; 셀 교환 네트워크; 또는 다른 유형의 네트워크를 통해 수행될 수 있다.
LiDAR 시스템은 광 펄스를 시야(FOV)로 조향하기 위한 다각형 거울을 포함하는 경우가 많다. 다각형 거울은 일반적으로 광 펄스를 반사하도록 다중 반사 패싯을 갖는 유리로 제조된다. 다각형 거울은 모터 로터 본체의 회전 샤프트에 장착된다. LiDAR 시스템은 차량에 장착될 수 있으므로 넓은 온도 범위(예를 들어, -40℃ 내지 85℃)에서 작동해야 할 수 있다. 모터 로터 본체의 샤프트는 매우 높은 속도(예를 들어, 분당 수천 라운드 또는 수천 rpm)로 회전함으로써, 다각형 거울도 고속으로 회전하게 한다. 샤프트 및 모터 로터 본체의 나머지는 통상적으로 금속 또는 합금으로 제조된다. 다각형 거울과 모터 로터 본체에 사용되는 재료가 상이하기 때문에, 그 열 팽창 계수(CTE)의 불일치가 존재한다. CTE는 온도 변화가 있을 때 객체의 크기나 체적에 영향을 미친다. 통상적으로, 금속의 CTE는 유리보다 훨씬 높다. 따라서, CTE 불일치는 유리 기반 다각형 거울과 금속 기반 모터 로터 본체 사이에 압력 및/또는 응력이 발생하게 한다. 압력 및/또는 응력은 또한 다각형 거울의 다양한 부분에서 고르지 않을 수도 있다. 더욱이, LiDAR 시스템은 또한 LiDAR 시스템이 배치된 차량이 작동할 때 충격 및 진동 조건에 노출될 수 있다. 온도 변동, 충격 조건, 및 진동 조건 중 하나 이상은 다각형 거울이 오작동하게 하거나, 성능이 저하되게 하거나(예를 들어, 다각형 거울이 흔들릴 수 있음), 심지어 손상(예를 들어, 파손)되게 할 수 있다. 이는 LiDAR 시스템의 전반적인 성능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이들 조건에 의해 유발되는 영향을 제거하거나 감소시킬 필요가 있다.
본 개시내용의 실시예를 아래에서 설명한다. 본 개시내용의 다양한 실시예에서, 다각형 거울과 금속 기반 모터 로터 본체 사이의 CTE 불일치에 의해 유발되는 응력을 감소시키기 위해 엘라스토머 피스가 사용된다. 이는 차례로 다각형 거울이 회전할 때 흔들림을 감소시킴으로써, 다각형 거울의 성능과 안정성을 개선시킨다. 엘라스토머 피스의 재료 및 치수는 또한 응력 감소를 최적화하고 CTE 불일치에 의해 유발되는 유리 파손 가능성을 감소시키도록 구성 및/또는 선택된다. 그 결과, 본 개시내용의 다양한 실시예는 다각형 거울의 안정성과 신뢰성을 개선시키고, 다각형 거울이 환경 조건의 큰 변동 하에서 작동하는 능력을 개선시키며, LiDAR 시스템의 전반적인 성능을 개선시킨다.
도 1은 자동차(100)에 배치되거나 포함된 하나 이상의 예시적인 LiDAR 시스템(110)을 예시한다. 자동차(100)는 임의의 자동화된 레벨을 갖는 차량일 수 있다. 예를 들어, 자동차(100)는 부분적으로 자동화된 차량, 고도로 자동화된 차량, 완전 자동화된 차량, 또는 무인 차량일 수 있다. 부분적으로 자동화된 차량은 인간 운전자의 개입 없이 일부 운전 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 부분적으로 자동화된 차량은 사각지대 모니터링, 차선 유지 및/또는 차선 변경 작동, 자동화된 긴급 제동, 스마트 순항 및/또는 교통 추적 등을 수행할 수 있다. 부분적으로 자동화된 차량의 특정 작동은 특정 용례 또는 운전 시나리오로 제한될 수 있다(예를 들어, 고속도로 운전으로만 제한됨). 고도로 자동화된 차량은 일반적으로 부분적으로 자동화된 차량의 모든 작동을 수행할 수 있지만 제한은 적다. 고도로 자동화된 차량은 또한 차량 작동에 있어 자체 한계를 검출하고 필요한 경우 운전자에게 차량 제어를 인계하도록 요청할 수 있다. 완전 자동화된 차량은 운전자의 개입 없이 모든 차량 작동을 수행할 수 있지만 또한 자체 한계를 검출하고 필요한 경우 운전자에게 인계하도록 요청할 수 있다. 무인 차량은 임의의 운전자 개입 없이 스스로 운행할 수 있다.
통상적인 구성에서, 자동차(100)는 하나 이상의 LiDAR 시스템(110 및 120A-F)을 포함한다. 각각의 LiDAR 시스템(110 및 120A-F)은 스캐닝 기반 LiDAR 시스템 및/또는 비-스캐닝 LiDAR 시스템(예를 들어, 플래시 LiDAR)일 수 있다. 스캐닝 기반 LiDAR 시스템은 하나 이상의 방향(예를 들어, 수평 및 수직 방향)으로 하나 이상의 광 빔을 스캐닝하여 시야(FOV)에서 객체를 검출한다. 비-스캐닝 기반 LiDAR 시스템은 스캐닝 없이 FOV를 조명하기 위해 레이저 광을 송신한다. 예를 들어, 플래시 LiDAR은 일종의 비-스캐닝 기반 LiDAR 시스템이다. 플래시 LiDAR은 레이저 광을 송신하고 단일 광 펄스 또는 광 샷을 사용하여 FOV를 동시에 조명할 수 있다.
LiDAR 시스템은 적어도 부분적으로 자동화된 차량의 필수 센서인 경우가 많다. 일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 자동차(100)는 차량의 가장 높은 위치(예를 들어, 차량 루프)에 배치된 단일 LiDAR 시스템(110)(예를 들어, LiDAR 시스템(120A-F)이 없음)을 포함할 수 있다. 차량 루프에 LiDAR 시스템(110)을 배치하면 차량(100) 주변의 360도 스캐닝이 용이해진다. 일부 다른 실시예에서, 자동차(100)는 시스템(110 및/또는 120A-F) 중 2개 이상을 비롯한 다수의 LiDAR 시스템을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 다수의 LiDAR 시스템(110 및/또는 120A-F)은 차량의 다양한 위치에서 차량(100)에 부착된다. 예를 들어, LiDAR 시스템(120A)은 전방 우측 코너에서 차량(100)에 부착되고; LiDAR 시스템(120B)은 전방 중앙에서 차량(100)에 부착되며; LiDAR 시스템(120C)은 전방 좌측 코너에서 차량(100)에 부착되고; LiDAR 시스템(120D)은 우측 후사경에서 차량(100)에 부착되며; LiDAR 시스템(120E)은 좌측 후사경에서 차량(100)에 부착되고; 및/또는 LiDAR 시스템(120F)은 후방 중앙에서 차량(100)에 부착된다. 몇몇 실시예에서, LiDAR 시스템(110 및 120A-F)은 그 자체의 각각의 레이저 소스, 제어 전자 기기, 송신기, 수신기, 및/또는 조향 메커니즘을 갖는 독립적인 LiDAR 시스템이다. 다른 실시예에서, LiDAR 시스템(110 및 120A-F) 중 일부는 하나 이상의 구성요소를 공유할 수 있고, 그에 의해 분산 센서 시스템을 형성할 수 있다. 일 예에서, 광섬유는 중앙식 레이저 소스로부터 모든 LiDAR 시스템으로 레이저 광을 전달하는 데 사용된다. 하나 이상의 LiDAR 시스템이 임의의 원하는 방식으로 차량에 분산 및 부착될 수 있으며 도 1은 단지 하나의 실시예를 예시한다는 것이 이해된다. 다른 예로서, LiDAR 시스템(120D 및 120E)은 후사경 대신에 차량(100)의 B-필러에 부착될 수 있다. 다른 예로서, LiDAR 시스템(120B)은 전방 범퍼 대신에 차량(100)의 앞유리에 부착될 수 있다.
도 2는 차량 내장 LiDAR 시스템(들)(210)과 차량 인지 및 계획 시스템(220)을 포함하는 다수의 다른 시스템 사이의 상호 작용을 예시하는 블록도(200)이다. LiDAR 시스템(들)(210)은 차량에 장착되거나 일체화될 수 있다. LiDAR 시스템(들)(210)은 객체의 거리, 각도 및/또는 속도를 측정하기 위해 레이저 광을 주변 환경으로 스캐닝하는 센서(들)를 포함한다. LiDAR 시스템(들)(210)으로 복귀된 산란광에 기초하여, 인지된 외부 환경을 나타내는 센서 데이터(예를 들어, 이미지 데이터 또는 3D 포인트 클라우드 데이터)를 생성할 수 있다.
LiDAR 시스템(들)(210)은 단거리 LiDAR 센서, 중거리 LiDAR 센서, 및 장거리 LiDAR 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 단거리 LiDAR 센서는 LiDAR 센서로부터 최대 약 20 내지 40m에 위치된 객체를 측정한다. 단거리 LiDAR 센서는, 예를 들어 근방에서 이동하는 객체(예를 들어, 어린이 보호 구역에서 길을 건너는 보행자)를 모니터링하거나, 주차 보조 용례 등에 사용될 수 있다. 중거리 LiDAR 센서는 LiDAR 센서로부터 최대 약 100 내지 150m에 위치된 객체를 측정한다. 중거리 LiDAR 센서는, 예를 들어 도로 교차로 모니터링, 고속도로 합류 또는 고속도로 이탈 보조 등에 사용될 수 있다. 장거리 LiDAR 센서는 최대 약 150 내지 300 미터에 위치된 객체를 측정한다. 장거리 LiDAR 센서는 통상적으로 차량이 고속으로 주행할 때(예를 들어, 고속도로에서) 사용되고, 그에 따라 차량의 제어 시스템이 LiDAR 센서에 의해 검출되는 임의의 상황에 응답하는 데 몇 초(예를 들어, 6-8초)만 걸릴 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, LiDAR 센서 데이터는 차량 작동을 추가로 처리하고 제어하기 위해 통신 경로(213)를 통해 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 제공될 수 있다. 통신 경로(213)는 데이터를 전달할 수 있는 임의의 유선 또는 무선 통신 링크일 수 있다.
여전히 도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 다른 차량 내장 센서(들)(230)는 LiDAR 시스템(들)(210)과 별도로 또는 함께 추가적인 센서 데이터를 제공하는 데 사용된다. 다른 차량 내장 센서(230)는, 예를 들어 하나 이상의 카메라(들)(232), 하나 이상의 레이더(들)(234), 하나 이상의 초음파 센서(들)(236), 및/또는 다른 센서(들)(238)를 포함할 수 있다. 카메라(들)(232)는 차량의 외부 환경의 이미지 및/또는 비디오를 촬영할 수 있다. 카메라(들)(232)는, 예를 들어 각각의 프레임에 수백만 개의 픽셀을 갖는 고해상도(high-definition)(HD) 비디오를 촬영할 수 있다. 카메라는 흑백 또는 컬러 이미지와 비디오를 생성한다. 컬러 정보는 일부 상황에서 데이터를 해석하는 데 중요할 수 있다(예를 들어, 신호등 이미지 해석). LiDAR 또는 레이더 센서와 같은 다른 센서로부터는 컬러 정보를 이용하지 못할 수 있다. 카메라(들)(232)는 협초점 카메라, 광초점 카메라, 측면 카메라, 적외선 카메라, 어안 카메라 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 카메라(들)(232)에 의해 생성된 이미지 및/또는 비디오 데이터는 또한 차량 작동을 추가로 처리하고 제어하기 위해 통신 경로(233)를 통해 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 제공될 수 있다. 통신 경로(233)는 데이터를 전달할 수 있는 임의의 유선 또는 무선 통신 링크일 수 있다.
다른 차량 내장 센서(들)(230)는 또한 레이더 센서(들)(234)를 포함할 수 있다. 레이더 센서(들)(234)는 전파를 사용하여 객체의 범위, 각도 및 속도를 결정한다. 레이더 센서(들)(234)는 무선 또는 마이크로파 스펙트럼에서 전자기파를 생성시킨다. 전자기파는 객체에서 반사되고 일부 반사파는 레이더 센서로 복귀됨으로써, 객체의 위치와 속도에 대한 정보를 제공한다. 레이더 센서(들)(234)는 단거리 레이더(들), 중거리 레이더(들) 및 장거리 레이더(들) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 단거리 레이더는 레이더로부터 약 0.1 내지 30m에 위치된 객체를 측정한다. 단거리 레이더는 다른 차량, 건물, 벽, 보행자, 자전거 타는 사람 등과 같이 차량 근방에 위치된 객체를 검출하는 데 유용하다. 단거리 레이더는 사각지대 검출, 차선 변경 지원, 후방 충돌 경고 제공, 주차 보조, 긴급 제동 제공 등을 위해 사용될 수 있다. 중거리 레이더는 레이더로부터 약 30 내지 80 미터에 위치된 객체를 측정한다. 장거리 레이더는 약 80 내지 200 미터 거리에 위치된 객체를 측정한다. 중거리 및/또는 장거리 레이더는, 예를 들어 교통 추적, 적응형 순항 제어, 및/또는 고속도로 자동 제동에 유용할 수 있다. 레이더 센서(들)(234)에 의해 생성된 센서 데이터는 또한 차량 작동을 추가로 처리하고 제어하기 위해 통신 경로(233)를 통해 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 제공될 수 있다.
다른 차량 내장 센서(들)(230)는 또한 초음파 센서(들)(236)를 포함할 수 있다. 초음파 센서(들)(236)는 음파 또는 펄스를 사용하여 차량 외부에 위치된 객체를 측정한다. 초음파 센서(들)(236)에 의해 생성된 음파는 주변 환경으로 송신된다. 송신된 음파의 적어도 일부는 객체에서 반사되어 초음파 센서(들)(236)로 복귀된다. 복귀 신호에 기초하여, 객체의 거리가 계산될 수 있다. 초음파 센서(들)(236)는, 예를 들어 사각지대를 확인하고, 주차 스폿을 식별하며, 차선 변경 보조를 교통에 제공하는 등에 유용할 수 있다. 초음파 센서(들)(236)에 의해 생성된 센서 데이터는 또한 차량 작동을 추가로 처리하고 제어하기 위해 통신 경로(233)를 통해 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 제공될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 하나 이상의 다른 센서(들)(238)가 차량에 부착될 수 있고 또한 센서 데이터를 생성할 수 있다. 다른 센서(들)(238)는, 예를 들어 위성 위치 확인 시스템(global positioning system)(GPS), 관성 측정 유닛(inertial measurement unit)(IMU) 등을 포함할 수 있다. 다른 센서(들)(238)에 의해 생성된 센서 데이터는 또한 차량 작동을 추가로 처리하고 제어하기 위해 통신 경로(233)를 통해 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 제공될 수 있다. 통신 경로(233)는 다양한 센서(들)(230)와 차량 인지 및 계획 시스템(220) 사이에서 데이터를 전달하기 위한 하나 이상의 통신 링크를 포함할 수 있음이 이해된다.
몇몇 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 차량 내장 센서(들)(230)로부터의 센서 데이터는 통신 경로(231)를 통해 차량 내장 LiDAR 시스템(들)(210)에 제공될 수 있다. LiDAR 시스템(들)(210)은 다른 차량 내장 센서(들)(230)로부터의 센서 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어, 카메라(들)(232), 레이더 센서(들)(234), 초음파 센서(들)(236), 및/또는 다른 센서(들)(238)로부터의 센서 데이터는 센서 데이터 LiDAR 시스템(들)(210)과 상관되거나 융합됨으로써, 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 의해 수행되는 센서 융합 프로세스를 적어도 부분적으로 오프로딩할 수 있다. 다양한 센서로부터 센서 데이터를 송신하고 처리하기 위해 다른 구성이 또한 구현될 수 있음이 이해된다(예를 들어, 처리를 위해 데이터가 클라우드 서비스로 송신될 수 있고 이어서 처리 결과가 차량 인지 및 계획 시스템(220)으로 다시 송신될 수 있음).
여전히 도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 다른 차량(들)(250)에 내장된 센서는 LiDAR 시스템(들)(210)과 별도로 또는 함께 추가적인 센서 데이터를 제공하는 데 사용된다. 예를 들어, 2개 이상의 인근 차량은 자체의 각각의 LiDAR 센서(들), 카메라(들), 레이더 센서(들), 초음파 센서(들) 등을 가질 수 있다. 인근 차량은 서로 통신하고 센서 데이터를 공유할 수 있다. 차량 사이의 통신은 V2V(Vehicle to Vehicle) 통신이라고도 지칭된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 차량(들)(250)에 의해 생성된 센서 데이터는 통신 경로(253) 및/또는 통신 경로(251)를 통해 각각 차량 인지 및 계획 시스템(220) 및/또는 차량 내장 LiDAR 시스템(들)(210)에 전달될 수 있다. 통신 경로(253, 251)는 데이터를 전달할 수 있는 임의의 유선 또는 무선 통신 링크일 수 있다.
센서 데이터를 공유하면 차량 외부 환경을 더 잘 인지하는 것이 용이하게 된다. 예를 들어, 제1 차량은 제2 차량 후방에 있지만 제1 차량에 접근하는 보행자를 감지하지 못할 수 있다. 제2 차량은 이 보행자와 관련된 센서 데이터를 제1 차량과 공유하여 제1 차량이 보행자와의 충돌을 피하기 위한 추가적인 반응 시간을 갖도록 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센서(들)(230)에 의해 생성된 데이터와 유사하게, 다른 차량(들)(250)에 내장된 센서에 의해 생성된 데이터는 LiDAR 시스템(들)(210)에 의해 생성된 센서 데이터와 상관되거나 융합됨으로써, 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 의해 수행되는 센서 융합 프로세스를 적어도 부분적으로 오프로딩할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 지능형 인프라 시스템(들)(240)은 LiDAR 시스템(들)(210)과 별도로 또는 함께 센서 데이터를 제공하는 데 사용된다. 특정 인프라는 정보를 전달하기 위해 차량과 통신하도록 구성될 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다. 차량과 인프라 사이의 통신은 일반적으로 V2I(Vehicle to Infrastructure) 통신이라고 지칭된다. 예를 들어, 지능형 인프라 시스템(들)(240)은 접근하는 차량에 "5초 내에 황색으로 변경"과 같은 메시지로 그 상태를 전달할 수 있는 지능형 신호등을 포함할 수 있다. 지능형 인프라 시스템(들)(240)은 또한 교통 모니터링 정보를 차량에 전달할 수 있도록 교차로 근방에 장착된 자체 LiDAR 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 교차로에서 좌회전 차량은 자체 센서 중 일부가 반대 방향의 교통에 의해 차단될 수 있기 때문에 충분한 감지 능력을 갖지 못할 수 있다. 이러한 상황에서, 지능형 인프라 시스템(들)(240)의 센서는 유용하고 때로는 중요한 데이터를 좌회전 차량에 제공할 수 있다. 이러한 데이터는, 예를 들어 교통 상황, 차량이 회전하는 방향의 객체 정보, 신호등 상태 및 예측 등을 포함할 수 있다. 지능형 인프라 시스템(들)(240)에 의해 생성된 이들 센서 데이터는 각각 통신 경로(243 및/또는 241)를 통해 차량 인지 및 계획 시스템(220) 및/또는 차량 내장 LiDAR 시스템(들)(210)에 제공될 수 있다. 통신 경로(243 및/또는 241)는 데이터를 전달할 수 있는 임의의 유선 또는 무선 통신 링크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지능형 인프라 시스템(들)(240)으로부터의 센서 데이터는 LiDAR 시스템(들)(210)에 송신되고 LiDAR 시스템(들)(210)에 의해 생성된 센서 데이터와 상관되거나 융합됨으로써, 차량 인지 및 계획 시스템(220)에 의해 수행되는 센서 융합 프로세스를 적어도 부분적으로 오프로딩할 수 있다. 전술한 V2V 및 V2I 통신은 V2X(Vehicle-to-X) 통신의 예이며, 여기서 "X"는 차량과 데이터를 공유할 수 있는 임의의 다른 디바이스, 시스템, 센서, 인프라 등을 나타낸다.
여전히 도 2를 참조하면, 다양한 통신 경로를 통해, 차량 인지 및 계획 시스템(220)은 LiDAR 시스템(들)(210), 다른 차량 내장 센서(들)(230), 다른 차량(들)(250), 및/또는 지능형 인프라 시스템(들)(240) 중 하나 이상으로부터 센서 데이터를 수신한다. 몇몇 실시예에서, 다양한 유형의 센서 데이터는 센서 융합 서브시스템(222)에 의해 상관 및/또는 일체화된다. 예를 들어, 센서 융합 서브시스템(222)은 차량의 다양한 위치에 배치된 다수의 카메라에 의해 캡처된 다수의 이미지 또는 비디오를 사용하여 360도 모델을 생성할 수 있다. 센서 융합 서브시스템(222)은 다양한 유형의 센서로부터 센서 데이터를 획득하고 조합된 데이터를 사용하여 환경을 보다 정확하게 인지한다. 예를 들어, 차량 내장 카메라(232)는 태양 또는 광원(예를 들어, 야간 중에 다른 차량의 헤드라이트)을 직접 향하고 있기 때문에 선명한 이미지를 캡처하지 못할 수 있다. LiDAR 시스템(210)은 그다지 영향을 받지 않을 수 있으므로 센서 융합 서브시스템(222)은 카메라(232)와 LiDAR 시스템(210) 모두에 의해 제공된 센서 데이터를 조합하고, LiDAR 시스템(210)에 의해 제공된 센서 데이터를 사용하여 카메라(232)에 의해 캡처된 불분명한 이미지를 보상할 수 있다. 다른 예로서, 비가 오거나 안개가 낀 날씨에서, 레이더 센서(234)는 카메라(232) 또는 LiDAR 시스템(210)보다 더 잘 작동할 수 있다. 따라서, 센서 융합 서브시스템(222)은 레이더 센서(234)에 의해 제공된 센서 데이터를 사용하여 카메라(232) 또는 LiDAR 시스템(210)에 의해 제공된 센서 데이터를 보상할 수 있다.
다른 예에서, 다른 차량 내장 센서(들)(230)에 의해 생성된 센서 데이터는 더 낮은 해상도(예를 들어, 레이더 센서 데이터)를 가질 수 있고 따라서 일반적으로 더 높은 해상도를 갖는 LiDAR 시스템(들)(210)에 의해 상관되고 확인될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 하수 뚜껑(맨홀 뚜껑이라고도 지칭됨)은 차량이 접근하는 객체로서 레이더 센서(234)에 의해 검출될 수 있다. 레이더 센서(234)의 저해상도 속성으로 인해, 차량 인지 및 계획 시스템(220)은 객체가 차량이 피할 필요가 있는 장애물인 지의 여부를 결정할 수 없다. 따라서, LiDAR 시스템(들)(210)에 의해 생성된 고해상도 센서 데이터는 상관되어 객체가 하수 뚜껑이고 차량에 해를 끼치지 않는다는 것을 확인하는 데 사용될 수 있다.
차량 인지 및 계획 시스템(220)은 객체 분류기(223)를 더 포함한다. 원시 센서 데이터 및/또는 센서 융합 서브시스템(222)에 의해 제공되는 상관/융합 데이터를 사용하여, 객체 분류기(223)는 객체를 검출 및 분류하고 객체의 위치를 추정할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 객체 분류기(233)는 기계 학습 기반 기술을 사용하여 객체를 검출하고 분류할 수 있다. 기계 학습 기반 기술의 예는 지역 기반 합성곱 신경망(region-based convolutional neural network)(R-CNN), Fast R-CNN, Faster R-CNN, 배향 구배 히스토그램(histogram of oriented gradient)(HOG), 지역 기반 완전 합성곱 신경망(region-based fully convolutional network)(R-FCN), 단일 샷 검출기(single shot detector)(SSD), 공간 피라미드 풀링(spatial pyramid pooling)(SPP-net), 및/또는 Yolo(You Only Look Once)와 같은 알고리즘을 이용하는 것을 포함한다.
차량 인지 및 계획 시스템(220)은 도로 검출 서브시스템(224)을 더 포함한다. 도로 검출 서브시스템(224)은 도로를 위치 파악하고 도로 상의 객체 및/또는 마킹을 식별한다. 예를 들어, 레이더 센서(들)(234), 카메라(들)(232), 및/또는 LiDAR 시스템(들)(210)에 의해 제공되는 원시 또는 융합 센서 데이터에 기초하여, 도로 검출 서브시스템(224)은 기계 학습 기술(예를 들어, 차선 식별을 위한 패턴 인식 알고리즘)에 기초한 도로의 3D 모델을 구축할 수 있다. 도로의 3D 모델을 사용하여, 도로 검출 서브시스템(224)은 객체(예를 들어, 도로 상의 장애물 또는 부스러기) 및/또는 도로 상의 마킹(예를 들어, 차선, 회전 마크, 횡단보도 마크 등)을 식별할 수 있다.
차량 인지 및 계획 시스템(220)은 위치 파악 및 차량 자세 서브시스템(225)을 더 포함한다. 원시 또는 융합 센서 데이터에 기초하여, 위치 파악 및 차량 자세 서브시스템(225)은 차량의 위치 및 차량의 자세를 결정할 수 있다. 예를 들어, LiDAR 시스템(들)(210), 카메라(들)(232), 및/또는 GPS 데이터로부터의 센서 데이터를 사용하여, 위치 파악 및 차량 자세 서브시스템(225)은 도로 상의 차량의 정확한 위치 및 차량의 6개 자유도(예를 들어, 차량이 앞으로 또는 뒤로, 위 또는 아래로, 그리고 좌측 또는 우측으로 이동하는 지의 여부)를 결정할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고해상도(HD) 맵이 차량 위치 파악에 사용된다. HD 맵은 차량의 위치를 정확히 찾는 매우 상세한, 3차원, 컴퓨터화 맵을 제공할 수 있다. 예를 들어, HD 맵을 사용하여, 위치 파악 및 차량 자세 서브시스템(225)은 차량의 현재 위치(예를 들어, 차량이 현재 도로의 어느 차선에 있는 지, 차량이 연석 또는 인도에 얼마나 가까운 지)를 정확하게 결정하고 차량의 향후 위치를 예측할 수 있다.
차량 인지 및 계획 시스템(220)은 장애물 예측기(226)를 더 포함한다. 객체 분류기(223)에 의해 식별된 객체는 정지 상태(예를 들어, 가로등 기둥, 도로 표지판) 또는 동적 상태(예를 들어, 움직이는 보행자, 자전거, 다른 자동차)일 수 있다. 이동하는 객체의 경우, 충돌을 피하기 위해 그 이동 경로 또는 향후 위치를 예측하는 것이 중요할 수 있다. 장애물 예측기(226)는 장애물 궤적을 예측하고 및/또는 잠재적인 충돌에 대해 운전자 또는 차량 계획 서브시스템(228)에게 경고할 수 있다. 예를 들어, 장애물의 궤적이 차량의 현재 이동 경로와 교차할 가능성이 높으면, 장애물 예측기(226)는 이러한 경고를 생성할 수 있다. 장애물 예측기(226)는 이러한 예측을 하기 위해 다양한 기술을 사용할 수 있다. 이러한 기술은, 예를 들어 등속 또는 가속도 모델, 일정한 회전율 및 속도/가속도 모델, 칼만 필터(Kalman Filter) 및 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter) 기반 모델, 순환 신경망(recurrent neural network)(RNN) 기반 모델, 장단기 메모리(long short-term memory)(LSTM) 신경망 기반 모델, 인코더-디코더 RNN 모델 등을 포함한다.
여전히 도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에서, 차량 인지 및 계획 시스템(220)은 차량 계획 서브시스템(228)을 더 포함한다. 차량 계획 서브시스템(228)은 경로 플래너, 운전 행위 플래너, 및 동작 플래너를 포함할 수 있다. 경로 플래너는 차량의 현재 위치 데이터, 타겟 위치 데이터, 교통 정보 등에 기초하여 차량의 경로를 계획할 수 있다. 운전 행위 플래너는 장애물 예측기(226)에 의해 제공되는 장애물 예측 결과를 사용하여 다른 객체가 어떻게 이동할 수 있는 지에 기초하여 타이밍 및 계획된 이동을 조절한다. 동작 플래너는 차량이 따라야 하는 특정 작동을 결정한다. 그 후, 계획 결과는 차량 인터페이스(270)를 통해 차량 제어 시스템(280)으로 전달된다. 통신은 데이터를 전달할 수 있는 임의의 유선 또는 무선 통신 링크를 포함하는 통신 경로(223 및 271)를 통해 수행될 수 있다.
차량 제어 시스템(280)은 차량의 조향 메커니즘, 스로틀, 브레이크 등을 제어하여 계획된 경로 및 이동에 따라 차량을 작동시킨다. 차량 인지 및 계획 시스템(220)은 사용자(예를 들어, 운전자)에게 차량 제어 시스템(280)에 대한 액세스를 제공하여, 예를 들어 필요할 때 차량의 제어를 무효화하거나 인계하는 사용자 인터페이스(260)를 더 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(260)는 차량 인지 및 계획 시스템(220)과 통신하여, 예를 들어 원시 또는 융합 센서 데이터, 식별된 객체, 차량의 위치/자세 등을 획득하고 디스플레이할 수 있다. 이들 디스플레이된 데이터는 사용자가 차량을 더 잘 작동하는 데 도움이 될 수 있다. 사용자 인터페이스(260)는 데이터를 전달할 수 있는 임의의 유선 또는 무선 통신 링크를 포함하는 통신 경로(221 및 261)를 통해 각각 차량 인지 및 계획 시스템(220) 및/또는 차량 제어 시스템(280)과 통신할 수 있다. 도 2의 다양한 시스템, 센서, 통신 링크, 및 인터페이스는 임의의 원하는 방식으로 구성될 수 있으며 도 2에 도시된 구성에 제한되지 않음이 이해된다.
도 3은 예시적인 LiDAR 시스템(300)을 예시하는 블록도이다. LiDAR 시스템(300)은 도 1 및 도 2에 도시된 LiDAR 시스템(110, 120A-F, 및/또는 210)을 구현하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, LiDAR 시스템(300)은 레이저 소스(310), 송신기(320), 광학 수신기 및 광 검출기(330), 조향 시스템(340), 및 제어 회로(350)를 포함한다. 이들 구성요소는 통신 경로(312, 314, 322, 332, 343, 352, 및 362)를 사용하여 함께 결합된다. 이들 통신 경로는 다양한 LiDAR 시스템 구성요소 사이의 통신 링크(유선 또는 무선, 양방향 또는 단방향)를 포함하지만 그 자체가 물리적 구성요소일 필요는 없다. 통신 경로는 하나 이상의 전선, 버스, 또는 광섬유에 의해 구현될 수 있지만, 통신 경로는 또한 물리적 통신 매체가 존재하지 않도록 무선 채널 또는 자유 공간 광학 경로일 수 있다. 예를 들어, LiDAR 시스템(300)의 일 실시예에서, 레이저 소스(310)와 송신기(320) 사이의 통신 경로(314)는 하나 이상의 광섬유를 사용하여 구현될 수 있다. 통신 경로(332 및 352)는 자유 공간 광학 구성요소 및/또는 광섬유를 사용하여 구현되는 광학 경로를 나타낼 수 있다. 그리고, 통신 경로(312, 322, 342, 362)는 전기 신호를 전달하는 하나 이상의 전선을 사용하여 구현될 수 있다. 통신 경로는 또한 전술한 유형의 통신 매체 중 하나 이상을 포함할 수 있다(예를 들어, 이들은 광섬유 및 자유 공간 광학 구성요소를 포함하거나, 하나 이상의 광섬유 및 하나 이상의 전선을 포함할 수 있음).
LiDAR 시스템(300)은 또한 파워 버스, 전력 공급원, LED 표시기, 스위치 등과 같이 도 3에 도시되지 않은 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 추가로, 광원(310)과 광학 수신기 및 광 검출기(330) 사이의 직접 연결과 같이 구성요소 사이의 다른 통신 연결이 존재하여, 광 펄스가 송신된 시기로부터 복귀 광 펄스가 검출될 때까지의 시간이 정확하게 측정될 수 있도록 기준 신호를 제공할 수 있다.
레이저 소스(310)는 시야(FOV) 내의 객체를 조명하기 위한 레이저 광을 출력한다. 레이저 소스(310)는, 예를 들어 반도체 기반 레이저(예를 들어, 다이오드 레이저) 및/또는 섬유 기반 레이저일 수 있다. 반도체 기반 레이저는, 예를 들어 단면 발광 레이저(edge emitting laser)(EEL), 수직 공동 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser)(VCSEL) 등일 수 있다. 섬유 기반 레이저는 활성 이득 매체가 에르븀, 이테르븀, 네오디뮴, 디스프로슘, 프라세오디뮴, 툴륨 및/또는 홀뮴과 같은 희토류 원소가 도핑된 광섬유인 레이저이다. 몇몇 실시예에서, 섬유 레이저는 이득 매체가 2개의 클래딩 층으로 둘러싸인 섬유의 코어를 형성하는 이중 클래드 섬유에 기초한다. 이중 클래드 섬유는 코어가 고출력 빔으로 펌핑되게 함으로써, 레이저 소스가 고출력 섬유 레이저 소스가 될 수 있게 한다.
몇몇 실시예에서, 레이저 소스(310)는 마스터 발진기(시드 레이저라고도 지칭됨) 및 전력 증폭기(MOPA)를 포함한다. 전력 증폭기는 시드 레이저의 출력 전력을 증폭한다. 전력 증폭기는 섬유 증폭기, 벌크 증폭기, 또는 반도체 광학 증폭기일 수 있다. 시드 레이저는 솔리드 스테이트 벌크 레이저 또는 조절 가능한 외부 공동 다이오드 레이저일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 레이저 소스(310)는 광학적으로 펌핑된 마이크로칩 레이저일 수 있다. 마이크로칩 레이저는 레이저 결정이 레이저 공진기의 엔드 거울과 직접 접촉되는 정렬 없는 모놀리식 솔리드 스테이트 레이저이다. 마이크로칩 레이저는 통상적으로 원하는 출력 전력을 획득하기 위해 레이저 다이오드로 (직접 또는 섬유를 사용하여) 펌핑된다. 마이크로칩 레이저는 네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(Y3Al5O12) 레이저 결정(즉, Nd:YAG), 또는 네오디뮴 도핑된 바나데이트(즉, ND:YVO4) 레이저 결정에 기초할 수 있다.
도 4는 시드 레이저 및 원하는 출력 전력을 펌핑하기 위한 하나 이상의 펌프(예를 들어, 레이저 다이오드)를 갖는 예시적인 섬유 기반 레이저 소스(400)를 예시하는 블록도이다. 섬유 기반 레이저 소스(400)는 도 3에 도시된 레이저 소스(310)의 예이다. 몇몇 실시예에서, 섬유 기반 레이저 소스(400)는 광섬유(403)을 통해 파장 분할 멀티플렉서(wavelength-division multiplexor)(WDM)(404)에 제공되는 하나 이상의 파장(예를 들어, 1550 nm)의 초기 광 펄스를 생성하기 위한 시드 레이저(402)를 포함한다. 섬유 기반 레이저 소스(400)는 광섬유(405)를 통해 WDM(404)에 (예를 들어, 상이한 파장, 예컨대 980 nm의) 레이저 출력을 제공하기 위한 펌프(406)를 더 포함한다. WDM(404)은 시드 레이저(402)에 의해 제공된 광 펄스와 펌프(406)에 의해 제공된 레이저 출력을 단일 광섬유(407)에 다중화한다. 이어서, WDM(404)의 출력은 광섬유(407)를 통해 하나 이상의 전치 증폭기(들)(408)에 제공될 수 있다. 전치 증폭기(들)(408)는 광학 신호를 (예를 들어, 약 20-30 dB 이득으로) 증폭시키는 광학 증폭기(들)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전치 증폭기(들)(408)는 저잡음 증폭기이다. 전치 증폭기(들)(408)는 광섬유(409)를 통해 결합기(410)로 출력한다. 결합기(410)는 전치 증폭기(들)(408)의 출력 레이저 광을 광섬유(411)를 통해 펌프(412)에 의해 제공된 레이저 출력과 결합한다. 결합기(410)는 동일한 파장 또는 상이한 파장을 갖는 광학 신호를 결합할 수 있다. 결합기의 일 예는 WDM이다. 결합기(410)는 광섬유(410)를 통해 출력 광 펄스를 생성하는 부스터 증폭기(414)에 펄스를 제공한다. 부스터 증폭기(414)는 광학 신호의 추가 증폭을 제공한다. 출력된 광 펄스는 송신기(320) 및/또는 조향 메커니즘(340)(도 3에 도시됨)으로 송신될 수 있다. 도 4는 섬유 기반 레이저 소스(400)의 하나의 예시적인 구성을 예시하고 있음이 이해된다. 레이저 소스(400)는 도 4에 도시된 하나 이상의 구성요소 및/또는 도 4에 도시되지 않은 다른 구성요소(예를 들어, 전력 공급원, 렌즈, 필터, 스플리터, 결합기 등과 같은 다른 구성요소)의 상이한 조합을 사용하는 많은 다른 구성을 가질 수 있다.
일부 변형에서, 섬유 기반 레이저 소스(400)는 섬유 기반 레이저 소스(400)에서 사용되는 섬유의 섬유 이득 프로파일에 기초하여 상이한 진폭의 펄스를 생성하도록 (예를 들어, 제어 회로(350)에 의해) 제어될 수 있다. 통신 경로(312)는, 섬유 기반 레이저 소스(400)의 구성요소가 제어 회로(350)에 의해 제어되거나 달리 제어 회로와 통신할 수 있도록 섬유 기반 레이저 소스(400)를 제어 회로(350)(도 3에 도시됨)에 결합한다. 대안적으로, 섬유 기반 레이저 소스(400)는 자체의 전용 제어기를 포함할 수 있다. 섬유 기반 레이저 소스(400)의 구성요소와 직접 통신하는 제어 회로(350) 대신에, 섬유 기반 레이저 소스(400)의 전용 제어기는 제어 회로(350)와 통신하고 섬유 기반 광원(400)의 구성요소를 제어하고 및/또는 구성요소와 통신한다. 섬유 기반 광원(400)은 또한 하나 이상의 전력 커넥터, 전력 공급원, 및/또는 전력 라인과 같이 도시되지 않은 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 레이저 소스(310)의 통상적인 작동 파장은, 예를 들어 약 850 nm, 약 905 nm, 약 940 nm, 약 1064 nm, 및 약 1550 nm을 포함한다. 최대 사용 가능한 레이저 출력의 상한은 미국 FDA(미국 식품의약국) 규정에 의해 설정된다. 1550 nm 파장에서의 광학 출력 한계는 전술한 다른 파장보다 훨씬 높다. 또한, 1550 nm에서, 섬유의 광학 출력 손실이 낮다. 1550 nm 파장의 특성은 장거리 LiDAR 용례에 더욱 유리하게 만든다. 레이저 소스(310)로부터 출력되는 광학 출력의 양은 그 피크 출력, 평균 출력, 및 펄스 에너지에 의해 특성화될 수 있다. 피크 출력은 펄스 폭에 대한 펄스 에너지의 비율이다(예를 들어, 반치전폭 또는 FWHM). 따라서, 펄스 폭이 작을수록 고정된 양의 펄스 에너지에 대해 더 큰 피크 출력을 제공할 수 있다. 펄스 폭은 나노초 또는 피코초 범위에 있을 수 있다. 평균 출력은 펄스 에너지와 펄스 반복률(pulse repetition rate)(PRR)의 곱이다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, PRR은 펄스 레이저 광의 주파수를 나타낸다. PRR은 통상적으로 LiDAR 시스템이 측정할 수 있는 최대 범위에 대응한다. 레이저 소스(310)는 LiDAR 시스템에 의해 생성된 포인트 클라우드에서 원하는 수의 데이터 포인트를 만족시키기 위해 높은 PRR에서 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 레이저 소스(310)는 또한 원하는 최대 검출 거리를 만족시키기 위해 중간 또는 낮은 PRR에서 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 벽 플러그 효율(wall plug efficiency)(WPE)은, 레이저 효율을 평가하는 데에 있어서 핵심 지표가 될 수 있는 총 전력 소비를 평가하는 또 다른 요인이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 LiDAR 시스템이 차량에 부착될 수 있으며, 차량은 전기 구동 차량이거나 달리 제한된 연료 또는 배터리 전력 공급원을 갖는 차량일 수 있다. 따라서, 높은 WPE 및 레이저 출력을 사용하는 지능적인 방법은 흔히 레이저 소스(310)를 선택 및 구성할 때 및/또는 차량 탑재 LiDAR 용례를 위한 레이저 전달 시스템을 설계할 때 중요한 고려 사항 중 하나이다.
위의 설명은 레이저 소스(310)의 비제한적인 예를 제공한다는 것이 이해된다. 레이저 소스(310)는 다양한 파장으로 하나 이상의 광 신호를 생성하도록 구성된 많은 다른 유형의 광원(예를 들어, 레이저 다이오드, 단공동 섬유 레이저, 솔리드 스테이트 레이저, 및/또는 조절 가능한 외부 공동 다이오드 레이저)을 포함하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 광원(310)은 도핑된 광섬유 증폭기, 솔리드 스테이트 벌크 증폭기, 및/또는 반도체 광학 증폭기일 수 있는 증폭기(예를 들어, 전치 증폭기 및/또는 부스터 증폭기)를 포함한다. 증폭기는 원하는 이득으로 광 신호를 수신하고 증폭하도록 구성된다.
도 3을 다시 참조하면, LiDAR 시스템(300)은 송신기(320)를 더 포함한다. 레이저 소스(310)는 송신기(320)에 레이저 광(예를 들어, 레이저 빔 형태)을 제공한다. 레이저 소스(310)에 의해 제공되는 레이저 광은 미리 결정되거나 제어된 파장, 펄스 반복률, 및/또는 출력 레벨을 갖는 증폭된 레이저 광일 수 있다. 송신기(320)는 레이저 소스(310)로부터 레이저 광을 수신하고 레이저 광을 낮은 발산으로 조향 메커니즘(340)으로 송신한다. 몇몇 실시예에서, 송신기(320)는, 예를 들어 레이저 빔을 시야(FOV)로 직접 또는 조향 메커니즘(340)을 통해 송신하기 위한 광학 구성요소(예를 들어, 렌즈, 섬유, 거울 등)를 포함할 수 있다. 도 3은 송신기(320) 및 조향 메커니즘(340)을 별개의 구성요소로서 예시하지만, 이들은 몇몇 실시예에서 하나의 시스템으로 결합되거나 일체화될 수 있다. 조향 메커니즘(340)은 아래에서 더 상세히 설명된다.
레이저 소스(310)에 의해 제공되는 레이저 빔은 송신기(320)로 진행할 때 발산할 수 있다. 따라서, 송신기(320)는 흔히 발산 레이저 빔을 수집하고 발산이 감소되거나 최소인 평행 광학 빔을 생성하도록 구성된 시준 렌즈를 포함한다. 이어서, 평행 광학 빔은 거울 및 렌즈와 같은 다양한 광학계를 통해 추가로 지향될 수 있다. 시준 렌즈는, 예를 들어 평볼록 렌즈일 수 있다. 시준 렌즈는 빔 직경, 발산, 개구수, 초점 거리 등과 같은 임의의 원하는 특성을 갖도록 구성될 수 있다. 빔 전파 비율 또는 빔 품질 인자(M2 인자라고도 지칭됨)는 레이저 빔 품질의 측정에 사용된다. 많은 LiDAR 용례에서, 생성된 송신 레이저 빔에서 우수한 레이저 빔 품질을 제어하는 것이 중요하다. M2 인자는 이상적인 가우시안 빔으로부터 빔의 변동 정도를 나타낸다. 따라서, M2 인자는 시준된 레이저 빔이 작은 스폿에 얼마나 잘 포커싱될 수 있는 지 또는 발산 레이저 빔이 얼마나 잘 시준될 수 있는 지를 반영한다. M2 인자가 작을수록, 레이저 빔의 초점이 더 밀집해지고 더 강렬한 빔 스폿을 획득할 수 있다. 따라서, 레이저 소스(310) 및/또는 송신기(320)는, 예를 들어 스캔 해상도 요건에 따라 원하는 M2 인자를 획득하도록 구성될 수 있다.
송신기(320)에 의해 제공되는 광 빔 중 하나 이상은 조향 메커니즘(340)에 의해 FOV로 스캐닝된다. 조향 메커니즘(340)은 3D 포인트 클라우드를 생성함으로써 LiDAR 시스템(300)이 환경을 맵핑하는 것을 용이하게 하기 위해 다차원(예를 들어, 수평 및 수직 차원 모두)으로 광 빔을 스캐닝한다. 조향 메커니즘(340)은 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. FOV로 스캐닝된 레이저 광은 FOV의 객체에 의해 산란 또는 반사될 수 있다. 산란 또는 반사된 광의 적어도 일부는 LiDAR 시스템(300)으로 복귀한다. 도 3은 복귀 광을 수신하도록 구성된 광학 수신기 및 광 검출기(330)를 추가로 예시한다. 광학 수신기 및 광 검출기(330)는 FOV로부터 복귀 광을 수집하도록 구성된 광학 수신기를 포함한다. 광학 수신기는 FOV로부터의 복귀 광을 수신, 재지향, 포커싱, 증폭, 및/또는 여과하기 위한 광학계(예를 들어, 렌즈, 섬유, 거울 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 수신기는 흔히 수집된 복귀 광을 광 검출기 상에 수집 및/또는 포커싱하기 위한 수신기 렌즈 또는 포커싱 렌즈(예를 들어, 평볼록 렌즈)를 포함한다.
광 검출기는 광학 수신기에 의해 포커싱된 복귀 광을 검출하고 복귀 광의 입사 강도에 비례하는 전류 및/또는 전압 신호를 생성한다. 이러한 전류 및/또는 전압 신호에 기초하여, FOV에서 객체의 깊이 정보가 도출될 수 있다. 이러한 깊이 정보를 도출하기 위한 하나의 예시적인 방법은 직접 TOF(time of flight)(비행 시간)에 기초하며, 이에 대해서는 아래에서 더 상세히 설명된다. 광 검출기는 검출 감도, 양자 효율, 검출기 대역폭, 선형성, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)(SNR), 과부하 저항, 간섭 내성 등에 의해 특성화될 수 있다. 용례에 기초하여, 광 검출기는 임의의 원하는 특성을 갖도록 구성되거나 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 광학 수신기 및 광 검출기(330)는 광 검출기가 양호한 선형성을 가지면서 큰 동적 범위를 갖도록 구성될 수 있다. 광 검출기 선형성은 입력 광학 신호 전력과 검출기 출력 사이의 선형 관계를 유지하는 검출기의 능력을 나타낸다. 선형성이 양호한 검출기는 큰 동적 입력 광학 신호 범위에 걸쳐 선형 관계를 유지할 수 있다.
원하는 검출기 특성을 달성하기 위해, 광 검출기의 구조 및/또는 검출기의 재료 시스템에 대해 구성 또는 맞춤화가 이루어질 수 있다. 다양한 검출기 구조가 광 검출기에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 검출기 구조는 p-형 반도체와 n-형 반도체 영역 사이에 도핑되지 않은 진성 반도체 영역(즉, "i" 영역)을 갖는 PIN 기반 구조일 수 있다. 다른 광 검출기 구조는, 예를 들어 APD(avalanche photodiode) 기반 구조, PMT(photomultiplier tube) 기반 구조, SiPM(Silicon photomultiplier) 기반 구조, SPAD(single-photon avalanche diode) 기반 구조, 및/또는 양자 와이어를 포함한다. 광 검출기에 사용되는 재료 시스템의 경우, Si, InGaAs, 및/또는 Si/Ge 기반 재료가 사용될 수 있다. 많은 다른 검출기 구조 및/또는 재료 시스템이 광학 수신기 및 광 검출기(330)에 사용될 수 있음이 이해된다.
광 검출기(예를 들어, APD 기반 검출기)는 출력 신호를 생성할 때 입력 신호가 증폭되도록 내부 이득을 가질 수 있다. 그러나, 광 검출기의 내부 이득으로 인해 잡음이 증폭될 수도 있다. 잡음의 일반적인 유형은 신호 샷 잡음, 암전류 샷 잡음, 열 잡음, 및 증폭기 잡음(TIA)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 광학 수신기 및 광 검출기(330)는 저잡음 증폭기(LNA)인 전치 증폭기를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전치 증폭기는 또한 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 TIA-트랜스임피던스 증폭기를 포함할 수 있다. 선형 검출기 시스템의 경우, 입력 등가 잡음 또는 잡음 등가 전력(noise equivalent power)(NEP)은 광 검출기가 약한 신호에 얼마나 민감한 지를 측정한다. 따라서, 이들은 전반적인 시스템 성능의 지표로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 검출기의 NEP는 검출될 수 있는 가장 약한 신호의 전력을 특정하므로 차례로 LiDAR 시스템의 최대 범위를 특정한다. LiDAR 시스템(300)의 요건을 만족시키기 위해 다양한 광 검출기 최적화 기술이 사용될 수 있음이 이해된다. 이러한 최적화 기술은 상이한 검출기 구조, 재료를 선택하고, 및/또는 신호 처리 기술(예를 들어, 여과, 잡음 감소, 증폭 등)을 구현하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, TOF를 사용함으로써) 복귀 신호의 직접 검출을 사용하는 것 이외에 또는 그 대신에, 가간섭성 검출(coherent detection)이 또한 광 검출기에 사용될 수 있다. 가간섭성 검출은 수신된 광을 국부 발진기로 간섭함으로써 수신된 광의 진폭 및 위상 정보를 검출할 수 있게 한다. 가간섭성 검출은 검출 감도와 잡음 내성을 개선시킬 수 있다.
도 3은 LiDAR 시스템(300)이 조향 메커니즘(340)을 포함하는 것을 추가로 예시한다. 전술한 바와 같이, 조향 메커니즘(340)은 송신기(320)로부터의 광 빔을 지향시켜 FOV를 다차원으로 스캐닝한다. 조향 메커니즘은 래스터 메커니즘 또는 스캐닝 메커니즘이라고 지칭된다. 여러 방향(예를 들어, 수평 및 수직 방향 모두)으로 광 빔을 스캐닝하면 LiDAR 시스템이 이미지 또는 3D 포인트 클라우드를 생성하여 환경을 맵핑하는 것을 용이하게 한다. 조향 메커니즘은 기계식 스캐닝 및/또는 솔리드 스테이트 스캐닝에 기초할 수 있다. 기계식 스캐닝은 회전 거울을 사용하여 레이저 빔을 조향하거나 LiDAR 송신기와 수신기(집합적으로 트랜시버라고 지칭됨)를 물리적으로 회전시켜 레이저 빔을 스캐닝한다. 솔리드 스테이트 스캐닝은 트랜시버와 같은 임의의 거시적 구성요소를 기계적으로 움직이지 않고 FOV를 통해 레이저 빔을 다양한 위치로 지향시킨다. 솔리드 스테이트 스캐닝 메커니즘은 MEMS 거울 기반 조향, 광학 위상 어레이 기반 조향, 및 플래시 LiDAR 기반 조향을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 솔리드 스테이트 스캐닝 메커니즘은 거시적 구성요소를 물리적으로 이동시키지 않기 때문에, 솔리드 스테이트 스캐닝 메커니즘에 의해 수행되는 조향은 효과적인 조향이라고 지칭될 수 있다. 솔리드 스테이트 스캐닝을 사용하는 LiDAR 시스템은 비기계식 스캐닝 또는 단순히 비-스캐닝 LiDAR 시스템이라고도 지칭될 수 있다(플래시 LiDAR 시스템은 예시적인 비-스캐닝 LiDAR 시스템임).
조향 메커니즘(340)은 이미지 또는 3D 포인트 클라우드를 생성하기 위해 FOV를 스캐닝하도록 트랜시버(예를 들어, 송신기(320) 및 광학 수신기 및 광 검출기(330))와 함께 사용될 수 있다. 예로서, 조향 메커니즘(340)을 구현하기 위해, 단일 포인트 또는 여러 개의 단일 포인트 트랜시버와 함께 2차원 기계식 스캐너를 사용할 수 있다. 단일 포인트 트랜시버는 단일 광 빔 또는 작은 수의 광 빔(예를 들어, 2 내지 8개의 광 빔)을 조향 메커니즘으로 송신한다. 2차원 기계식 조향 메커니즘은, 예를 들어 다각형 거울(들), 진동 거울(들), 회전 프리즘(들), 회전 틸트 거울 표면(들), 또는 그 조합을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 조향 메커니즘(340)은 솔리드 스테이트 조향 메커니즘(들)과 같은 비기계식 조향 메커니즘(들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조향 메커니즘(340)은 굴절 효과와 조합된 레이저 광의 조절 파장에 기초할 수 있고, 및/또는 재구성 가능한 격자/위상 어레이에 기초할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 조향 메커니즘(340)은 2차원 스캐닝을 달성하기 위해 단일 스캐닝 디바이스를 사용하거나 2차원 스캐닝을 실현하기 위해 조합된 2개의 디바이스를 사용할 수 있다.
다른 예로서, 조향 메커니즘(340)을 구현하기 위해, 어레이 또는 많은 수의 단일 포인트 트랜시버와 함께 1차원 기계식 스캐너가 사용될 수 있다. 특히, 트랜시버 어레이는 회전 플랫폼 상에 장착되어 360도 수평 시야를 달성할 수 있다. 대안적으로, 정적 트랜시버 어레이가 1차원 기계식 스캐너와 조합될 수 있다. 1차원 기계식 스캐너는 다각형 거울(들), 진동 거울(들), 회전 프리즘(들), 전방 수평 시야를 획득하기 위한 회전 틸트 거울 표면(들)을 포함한다. 기계식 스캐너를 사용하는 조향 메커니즘은 자동차 용례의 양산에서 강건성과 신뢰성을 제공할 수 있다.
다른 예로서, 조향 메커니즘(340)을 구현하기 위해, 스캔 이미지 또는 3D 포인트 클라우드를 직접 생성하기 위해 2차원 트랜시버가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스캔 이미지 또는 스캐닝되는 시야의 해상도를 개선하기 위해 스티칭 또는 마이크로 시프트 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 2차원 트랜시버를 사용하여, 한 방향(예를 들어, 수평 방향)에서 생성된 신호와 다른 방향(예를 들어, 수직 방향)에서 생성된 신호를 통합, 인터리빙, 및/또는 일치하여 스캐닝된 FOV를 나타내는 더 높은 또는 전체 해상도 이미지 또는 3D 포인트 클라우드를 생성할 수 있다.
조향 메커니즘(340)의 일부 구현은 복귀 광 신호를 광학 수신기 및 광 검출기(330)로 지향시키기 위해 수신 경로를 따라 (예를 들어, 회전, 진동 또는 지향시킴으로써) 복귀 광 신호를 조향하는 하나 이상의 광학 재지향 요소(예를 들어, 거울 또는 렌즈)를 포함한다. 송신 및 수신 경로를 따라 광 신호를 지향시키는 광학 재지향 요소는 동일한 구성요소(예를 들어, 공유), 별개의 구성요소(예를 들어, 전용), 및/또는 공유 구성요소 및 별개의 구성요소의 조합일 수 있다. 이는, 일부 경우에, 송신 및 수신 경로는 상이하지만, 부분적으로 중첩될 수 있다(또는 일부 경우에, 실질적으로 중첩될 수 있음)는 것을 의미한다.
여전히 도 3을 참조하면, LiDAR 시스템(300)은 제어 회로(350)를 더 포함한다. 제어 회로(350)는 LiDAR 시스템(300)의 다양한 부분을 제어하도록 및/또는 신호 처리를 수행하도록 구성 및/또는 프로그래밍될 수 있다. 통상적인 시스템에서, 제어 회로(350)는, 예를 들어 원하는 레이저 펄스 타이밍, 반복률, 및 전력을 획득하기 위해 레이저 소스(310)를 제어하는 것; FOV를 스캐닝하고 픽셀 등록/정렬을 유지하기 위해 조향 메커니즘(340)을 제어하는 것(예를 들어, 속도, 방향, 및/또는 다른 파라미터를 제어하는 것); 최적의 상태가 되도록 광학 수신기 및 광 검출기(330)를 제어하는 것(예를 들어, 감도, 잡음 감소, 여과, 및/또는 다른 파라미터를 제어하는 것); 기능 안전을 위해 전체 시스템 건강/상태를 모니터링하는 것을 포함하는 하나 이상의 제어 작동을 수행하도록 구성 및/또는 프로그래밍될 수 있다
제어 회로(350)는 또한 광학 수신기 및 광 검출기(330)에 의해 생성된 원시 데이터에 대한 신호 처리를 수행하여 거리 및 반사율 정보를 도출하고, 데이터 패키징 및 차량 인지 및 계획 시스템(220)(도 2에 도시됨)에 대한 통신을 수행하도록 구성 및/또는 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(350)는 대응하는 복귀 광 펄스가 수신될 때까지 광 펄스를 송신하는 데 걸리는 시간을 결정하고; 송신된 광 펄스에 대해 복귀 광 펄스가 수신되지 않는 시기를 결정하며; 송신/복귀 광 펄스에 대한 방향(예를 들어, 수평 및/또는 수직 정보)을 결정하고; 특정 방향의 예상 범위를 결정하며; 및/또는 LiDAR 시스템(300)과 관련된 임의의 다른 유형의 데이터를 결정한다.
LiDAR 시스템(300)은 덥거나 추운 날씨, 강렬한 진동을 유발할 수 있는 거친 도로 조건, 높거나 낮은 습도, 먼지가 많은 지역 등을 포함하는 많은 다양한 환경에서 작동할 수 있는 차량에 배치될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, LiDAR 시스템(300)의 광학 및/또는 전자 구성요소(예를 들어, 송신기(320), 광학 수신기 및 광 검출기(330), 및 조향 메커니즘(340)의 광학계)는 장기간 기계적 및 광학 안정도를 유지하는 방식으로 배치 또는 구성된다. 예를 들어, LiDAR 시스템(300)의 구성요소는 차량이 직면할 수 있는 모든 조건 하에서 작동할 수 있도록 고정되고 밀봉될 수 있다. 예로서, 송신기(320), 광학 수신기 및 광 검출기(330), 및 조향 메커니즘(340)의 광학 구성요소(및 습기에 민감한 다른 구성요소)에 습기 방지 코팅 및/또는 기밀 밀봉이 적용될 수 있다. 다른 예로서, 하우징(들), 인클로저(들), 및/또는 윈도우는 경도, 방수 방진(ingress protection)(IP) 등급, 자정 능력, 내화학성 및 내충격성 등과 같은 원하는 특성을 제공하기 위해 LiDAR 시스템(300)에서 사용될 수 있다. 또한, LiDAR 시스템(300)을 조립하기 위한 효율적이고 경제적인 방법론을 사용하여 비용을 낮게 유지하면서 LiDAR 작동 요건을 만족시킬 수 있다.
도 3 및 위의 설명은 단지 예시 목적을 위한 것이며, LiDAR 시스템은 다른 기능 유닛, 블록 또는 세그먼트를 포함할 수 있고, 이러한 위의 기능 유닛, 블록, 또는 세그먼트의 변형 또는 조합을 포함할 수 있음을 본 기술 분야의 숙련자는 이해한다. 예를 들어, LiDAR 시스템(300)은 또한 파워 버스, 전력 공급원, LED 표시기, 스위치 등과 같이 도 3에 도시되지 않은 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 추가로, 광원(310)이 광 펄스를 송신한 시기로부터 광 검출기(330)가 복귀 광 펄스를 검출할 때까지의 시간을 광 검출기(330)가 정확하게 측정할 수 있도록 광원(310)과 광학 수신기 및 광 검출기(330) 사이의 직접 연결과 같이 구성요소 사이의 다른 연결이 존재할 수 있다.
도 3에 도시된 이들 구성요소는 통신 경로(312, 314, 322, 332, 342, 352, 362)를 사용하여 함께 결합된다. 이들 통신 경로는 다양한 LiDAR 시스템 구성요소 사이의 통신(양방향 또는 단방향)을 나타내지만 그 자체가 물리적 구성요소일 필요는 없다. 통신 경로는 하나 이상의 전선, 버스, 또는 광섬유에 의해 구현될 수 있지만, 통신 경로는 또한 물리적 통신 매체가 존재하지 않도록 무선 채널 또는 개방형 광학 경로일 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적인 LiDAR 시스템에서, 통신 경로(314)는 하나 이상의 광섬유를 포함하고; 통신 경로(352)는 광학 경로를 나타내며; 통신 경로(312, 322, 342, 362)는 모두 전기 신호를 전달하는 전선이다. 통신 경로는 또한 전술한 유형의 통신 매체 중 둘 이상을 포함할 수 있다(예를 들어, 이들은 광섬유 및 광학 경로, 또는 하나 이상의 광섬유 및 하나 이상의 전선을 포함할 수 있음).
전술한 바와 같이, 일부 LiDAR 시스템은 광 경로에 있는 객체까지의 거리를 결정하기 위해 광 신호(예를 들어, 광 펄스)의 비행 시간(TOF)을 사용한다. 예를 들어, 도 5a를 참조하면, 예시적인 LiDAR 시스템(500)은 레이저 광원(예를 들어, 섬유 레이저), 조향 시스템(예를 들어, 하나 이상의 이동 거울의 시스템), 및 광 검출기(예를 들어, 하나 이상의 광학계가 있는 광자 검출기)를 포함한다. LiDAR 시스템(500)은, 예를 들어 전술한 LiDAR 시스템(300)을 사용하여 구현될 수 있다. LiDAR 시스템(500)은 LiDAR 시스템(500)의 조향 시스템에 의해 결정되는 광 경로(504)를 따라 광 펄스(502)를 송신한다. 도시된 예에서, 레이저 광원에 의해 생성되는 광 펄스(502)는 레이저 광의 짧은 펄스이다. 또한, LiDAR 시스템(500)의 신호 조향 시스템은 펄스 신호 조향 시스템이다. 그러나, LiDAR 시스템은 펄스가 아닌 광 신호를 생성, 송신 및 검출함으로써 작동할 수 있으며 비행 시간 이외의 기술을 사용하여 주변 환경에 있는 객체에 대한 범위를 도출할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일부 LiDAR 시스템은 주파수 변조 연속파(frequency modulated continuous wave)(즉, "FMCW")를 사용한다. 펄스 신호를 사용하는 비행 시간 기반 시스템과 관련하여 본 명세서에 설명된 임의의 기술은 또한 이들 기술 중 하나 또는 둘 모두를 사용하지 않는 LiDAR 시스템에도 적용 가능할 수 있음을 추가로 이해하여야 한다.
(예를 들어, 광 펄스를 사용하는 비행 시간 LiDAR 시스템을 예시하는) 도 5a를 다시 참조하면, 광 펄스(502)가 객체(506)에 도달할 때, 광 펄스(502)는 산란 또는 반사되어 복귀 광 펄스(508)를 생성한다. 복귀 광 펄스(508)는 광 경로(510)를 따라 시스템(500)으로 복귀할 수 있다. 송신된 광 펄스(502)가 LiDAR 시스템(500)을 떠날 때부터 복귀 광 펄스(508)가 LiDAR 시스템(500)에 다시 도착할 때까지의 시간은 (예를 들어, 프로세서 또는 LiDAR 시스템 내의 제어 회로(350)와 같은 다른 전자 기기에 의해) 측정될 수 있다. 광의 속도에 대한 지식과 조합된 이 비행 시간은 LiDAR 시스템(500)으로부터 광 펄스(502)가 산란되거나 반사되는 객체(506) 부분까지의 범위/거리를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 많은 광 펄스를 지향시킴으로써, LiDAR 시스템(500)은 (예를 들어, 각각 광 경로(504, 524, 528, 532)를 따라 광 펄스(502, 522, 526, 530)를 지향시킴으로써) 외부 환경을 스캐닝한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, LiDAR 시스템(500)은 복귀 광 펄스(508, 542, 548)(각각 송신된 광 펄스(502, 522, 530)에 대응함)를 수신한다. 복귀 광 펄스(508, 542, 548)는 송신된 광 펄스를 객체(506, 514) 중 하나에 의해 산란 또는 반사함으로써 생성된다. 복귀 광 펄스(508, 542, 548)는 각각 광 경로(510, 544, 546)를 따라 LiDAR 시스템(500)으로 복귀할 수 있다. 송신된 광 펄스의 방향(LiDAR 시스템(500)에 의해 결정됨) 및 LiDAR 시스템(500)으로부터 광 펄스를 산란시키거나 반사하는 객체의 부분(예를 들어, 객체(506 및 514)의 부분)까지의 계산된 범위에 기초하여, 검출 가능한 범위 내의 외부 환경(예를 들어, 경로(504와 532) 사이의 시야)은 (예를 들어, 3D 포인트 클라우드 또는 이미지를 생성함으로써) 정확하게 맵핑되거나 플롯될 수 있다.
특정 송신된 광 펄스에 대해 대응하는 광 펄스가 수신되지 않으면, LiDAR 시스템(500)의 검출 가능한 범위 내에 객체가 없는 것으로 결정될 수 있다(예를 들어, 객체가 LiDAR 시스템(500)의 최대 스캐닝 거리를 벗어나 있음). 예를 들어, 도 5b에서, 광 펄스(526)는 대응하는 복귀 광 펄스(도 5c에 예시된 바와 같이)를 갖지 않을 수 있는 데, 이는 광 펄스(526)가 미리 결정된 검출 범위 내에서 송신 경로(528)를 따라 산란 이벤트를 생성하지 않을 수 있기 때문이다. LiDAR 시스템(500) 또는 LiDAR 시스템(500)과 통신하는 외부 시스템(예를 들어, 클라우드 시스템 또는 서비스)은 복귀 광 펄스의 결여를 LiDAR 시스템(500)의 검출 가능한 범위 내에서 광 경로(528)를 따라 배치된 객체가 없는 것으로 해석할 수 있다.
도 5b에서, 광 펄스(502, 522, 526, 530)는 임의의 순서로, 직렬로, 병렬로, 또는 서로에 대해 다른 타이밍에 기초하여 송신될 수 있다. 추가로, 도 5b는 송신된 광 펄스가 일차원 또는 하나의 평면(예를 들어, 페이지의 평면)으로 지향되는 것으로 도시하지만, LiDAR 시스템(500)은 또한 다른 차원(들) 또는 평면(들)을 따라 송신된 광 펄스를 지향시킬 수 있다. 예를 들어, LiDAR 시스템(500)은 또한 송신된 광 펄스를 도 5b에 도시된 차원 또는 평면에 직교하는 차원 또는 평면으로 지향시킴으로써, 광 펄스의 2차원 송신을 형성할 수 있다. 광 펄스의 이 2차원 송신은 하나 하나, 한 라인씩, 한꺼번에, 또는 일부 다른 방식으로 이루어질 수 있다. 광 펄스(예를 들어, 단일 수평 라인)의 1차원 송신으로부터의 포인트 클라우드 또는 이미지는 2차원 데이터(예를 들어, (1) 수평 송신 방향으로부터의 데이터 및 (2) 객체까지의 범위 또는 거리)를 생성할 수 있다. 유사하게, 광 펄스의 2차원 송신으로부터의 포인트 클라우드 또는 이미지는 3차원 데이터(예를 들어, (1) 수평 송신 방향으로부터의 데이터, (2) 수직 송신 방향으로부터의 데이터, 및 (3) 객체까지의 범위 또는 거리)를 생성할 수 있다. 일반적으로, 광 펄스의 n차원 송신을 수행하는 LiDAR 시스템은 (n+1)차원 데이터를 생성한다. 이는 LiDAR 시스템이 객체의 깊이 또는 객체까지의 범위/거리를 측정할 수 있어, 데이터의 여분의 차원을 제공하기 때문이다. 따라서, LiDAR 시스템에 의한 2D 스캐닝은 LiDAR 시스템의 외부 환경을 맵핑하기 위한 3D 포인트 클라우드를 생성할 수 있다.
포인트 클라우드의 밀도는 LiDAR 시스템에 의해 수행하는 영역당 측정값(데이터 포인트)의 수를 지칭한다. 포인트 클라우드 밀도는 LiDAR 스캐닝 해상도와 관련이 있다. 통상적으로, 적어도 관심 영역(region of interest)(ROI)에 대해 더 큰 포인트 클라우드 밀도 및 따라서 더 높은 해상도가 요망된다. LiDAR 시스템에 의해 생성된 포인트 클라우드 또는 이미지의 포인트 밀도는 펄스 수를 시야로 나눈 값과 동일하다. 몇몇 실시예에서, 시야는 고정될 수 있다. 따라서, 한 세트의 송신-수신 광학계(또는 트랜시버 광학계)에 의해 생성된 포인트 밀도를 증가시키기 위해, LiDAR 시스템은 펄스를 더 자주 생성해야 할 수 있다. 달리 말해서, 더 높은 펄스 반복률(PRR)을 갖는 광원이 필요하다. 다른 한편으로, 펄스를 더 자주 생성하고 송신함으로써, LiDAR 시스템이 검출할 수 있는 가장 먼 거리가 제한될 수 있다. 예를 들어, 시스템이 다음 펄스를 송신한 후 멀리 있는 객체로부터의 복귀 신호가 수신되면, 복귀 신호는 대응 신호가 송신된 순서와 상이한 순서로 검출될 수 있고, 이에 의해 시스템이 복귀 신호를 송신된 신호와 정확하게 상관시킬 수 없는 경우 모호성을 유발할 수 있다.
예를 들어, 500 kHz 내지 1 MHz의 반복률로 레이저 펄스를 송신할 수 있는 예시적인 LiDAR 시스템을 고려한다. 펄스가 LiDAR 시스템으로 복귀하는 데 걸리는 시간에 기초하고 종래의 LiDAR 설계에서 연속 펄스로부터의 복귀 펄스의 혼동을 피하기 위해, LiDAR 시스템이 검출할 수 있는 가장 먼 거리는 500 kHz 및 1 MHz 각각에 대해 300 미터 및 150 미터일 수 있다. 반복률이 500 kHz인 LiDAR 시스템의 포인트 밀도는 1 MHz인 경우의 절반이다. 따라서, 이 예는, 시스템이 순서 없이 도달하는 복귀 신호를 올바르게 상관시킬 수 없는 경우, 반복률을 500 kHz로부터 1 MHz로 증가(따라서 시스템 포인트 밀도를 개선)하면 시스템의 검출 범위가 감소될 수 있음을 입증한다. 더 높은 PRR과 제한된 검출 범위 사이의 절충안을 완화하기 위해 다양한 기술이 사용된다. 예를 들어, 다양한 범위의 객체를 검출하는 데 다수의 파장이 사용될 수 있다. 광학 및/또는 신호 처리 기술은 또한 송신된 광 신호와 복귀 광 신호 사이를 상관시키는 데 사용된다.
본 명세서에 설명된 다양한 시스템, 장치, 및 방법은 디지털 회로를 사용하거나 잘 알려진 컴퓨터 프로세서, 메모리 유닛, 저장 디바이스, 컴퓨터 소프트웨어, 및 기타 구성요소를 사용하는 하나 이상의 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있다. 통상적으로, 컴퓨터는 명령을 실행하기 위한 프로세서와 명령 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리를 포함한다. 컴퓨터는 또한 하나 이상의 자기 디스크, 내부 하드 디스크 및 이동식 디스크, 광자기 디스크, 광학 디스크 등과 같은 하나 이상의 대용량 저장 디바이스를 포함하거나 이에 결합될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 시스템, 장치 및 방법은 클라이언트-서버 관계에서 작동하는 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있다. 통상적으로, 이러한 시스템에서, 클라이언트 컴퓨터는 서버 컴퓨터로부터 멀리 위치되고 네트워크를 통해 상호 작용한다. 클라이언트-서버 관계는 각각의 클라이언트 및 서버 컴퓨터에서 실행되는 컴퓨터 프로그램에 의해 정의되고 제어될 수 있다. 클라이언트 컴퓨터의 예는 데스크탑 컴퓨터, 워크스테이션, 휴대용 컴퓨터, 셀룰러 스마트폰, 태블릿, 또는 다른 유형의 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 시스템, 장치, 및 방법은 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해 정보 캐리어, 예를 들어 비일시적 기계 판독 가능한 저장 디바이스에 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램 제품을 사용하여 구현될 수 있고; 본 명세서에 설명된 방법 프로세스 및 단계는 이러한 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 사용하여 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 특정 활동을 수행하거나 특정 결과를 가져오기 위해 컴퓨터에서 직간접적으로 사용될 수 있는 일련의 컴퓨터 프로그램 명령이다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 언어 또는 해석된 언어를 포함한 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기입될 수 있으며, 독립형 프로그램 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적절한 기타 유닛을 포함하여 임의의 형태로 배포될 수 있다.
본 명세서에 설명된 시스템, 장치 및 방법을 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 장치의 상위 레벨 블록도가 도 6에 예시되어 있다. 장치(600)는 영구 저장 디바이스(620) 및 메인 메모리 디바이스(630)에 작동식으로 결합된 프로세서(610)를 포함한다. 프로세서(610)는 이러한 작동을 정의하는 컴퓨터 프로그램 명령을 실행함으로써 장치(600)의 전반적인 작동을 제어한다. 컴퓨터 프로그램 명령은 영구 저장 디바이스(620) 또는 다른 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램 명령의 실행이 요망될 때 메인 메모리 디바이스(630)에 로딩될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(610)는 제어 회로(350)(도 3에 도시됨), 차량 인지 및 계획 시스템(220)(도 2에 도시됨), 및 차량 제어 시스템(280)(도 2에 도시됨)과 같이 본 명세서에 설명된 하나 이상의 구성요소 및 시스템을 구현하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 방법은 메인 메모리 디바이스(630) 및/또는 영구 저장 디바이스(620)에 저장된 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 정의되고 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하는 프로세서(610)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램 명령은 본 명세서에 설명된 방법에 의해 정의된 알고리즘을 수행하기 위해 본 기술 분야의 숙련자에 의해 프로그래밍된 컴퓨터 실행 가능한 코드로서 구현될 수 있다. 따라서, 컴퓨터 프로그램 명령어를 실행함으로써, 프로세서(610)는 본 명세서에 설명된 방법에 의해 정의된 알고리즘을 실행한다. 장치(600)는 또한 네트워크를 통해 다른 디바이스와 통신하기 위한 하나 이상의 네트워크 인터페이스(680)를 포함한다. 장치(600)는 또한 장치(600)(예를 들어, 디스플레이, 키보드, 마우스, 스피커, 버튼 등)와의 사용자 상호 작용을 가능하게 하는 하나 이상의 입력/출력 디바이스(690)를 포함할 수 있다.
프로세서(610)는 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서 모두를 포함할 수 있고 장치(600)의 단독 프로세서 또는 다중 프로세서 중 하나일 수 있다. 프로세서(610)는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(CPU), 및 하나 이상의 그래픽 처리 유닛(GPU)을 포함할 수 있으며, 유닛은, 예를 들어 본 명세서에 설명된 다양한 이미지 처리 용례에 대해 처리를 가속하기 위해 하나 이상의 CPU와 별도로 및/또는 다중 작업을 수행할 수 있다. 프로세서(610), 영구 저장 디바이스(620), 및/또는 메인 메모리 디바이스(630)는 하나 이상의 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)(ASIC) 및/또는 하나 이상의 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field programmable gate array)(FPGA)를 포함하거나, 이에 의해 보충되거나, 이에 통합될 수 있다.
영구 저장 디바이스(620) 및 메인 메모리 디바이스(630) 각각은 유형의 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함한다. 영구 저장 디바이스(620), 및 메인 메모리 디바이스(630)는 각각 동적 랜덤 액세스 메모리(dynamic random access memory)(DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(static random access memory)(SRAM), 2배속 동기식 동적 랜덤 액세스 메모리(double data rate synchronous dynamic random access memory)(DDR RAM), 또는 다른 랜덤 액세스 솔리드 스테이트 메모리 디바이스와 같은 고속 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있고, 비휘발성 메모리, 예컨대 내부 하드 디스크 및 이동식 디스크와 같은 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스, 광자기 디스크 저장 디바이스, 광학 디스크 저장 디바이스, 플래시 메모리 디바이스, 반도체 메모리 디바이스, 예컨대 소거 가능한 프로그래머블 읽기 전용 메모리(erasable programmable read-only memory)(EPROM), 전기적 소거 가능한 프로그래머블 읽기 전용 메모리(electrically erasable programmable read-only memory)(EEPROM), 콤팩트 디스크 읽기 전용 메모리(compact disc read-only memory)(CD-ROM), 디지털 다용도 디스크 읽기 전용 메모리(digital versatile disc read-only memory)(DVD-ROM) 디스크, 또는 다른 비휘발성 솔리드 스테이트 저장 디바이스를 포함할 수 있다.
입력/출력 디바이스(690)는 프린터, 스캐너, 디스플레이 스크린 등과 같은 주변 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력/출력 디바이스(690)는 음극선관(cathode ray tube)(CRT), 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 플라즈마 또는 액정 디스플레이(liquid crystal display)(LCD) 모니터와 같은 디스플레이 디바이스, 키보드, 및 사용자가 장치(600)에 입력을 제공할 수 있는 마우스 또는 트랙볼과 같은 포인팅 디바이스를 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 시스템 및 장치의 임의의 기능 또는 모든 기능은 프로세서(610)에 의해 수행될 수 있고, 및/또는 LiDAR 시스템(300)과 같은 장치 또는 시스템에 통합될 수 있다. 또한, LiDAR 시스템(300) 및/또는 장치(600)는 하나 이상의 신경망 또는 프로세서(610) 또는 본 명세서에서 설명되는 다른 시스템 또는 장치에 의해 수행되는 다른 딥러닝 기술을 이용할 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자는 실제 컴퓨터 또는 컴퓨터 시스템의 구현이 다른 구조를 가질 수 있고 다른 구성요소도 포함할 수 있으며, 도 6이 예시 목적을 위한 이러한 컴퓨터의 일부 구성요소의 고레벨 표현이라는 것을 인지할 것이다.
도 7은 예시적인 회전 가능한 광학 반사체 디바이스(700)의 평면도를 예시한다. 도 8은 예시적인 회전 가능한 광학 반사체 디바이스(700)의 저면도를 예시한다. 도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 단면 위치 A-A'를 따른 회전 가능한 광학 반사체 디바이스(700)의 단면도를 예시한다. 도 10은 회전 가능한 광학 반사체 디바이스(700)의 사시도를 예시한다. 도 11은 회전 가능한 광학 반사체 디바이스(700)의 분해도를 예시한다. 도 7 내지 도 11은 함께 설명되고, 도 7 내지 도 11에서 동일한 번호를 사용하여 동일한 요소가 지칭된다. 회전 가능한 광학 반사체 디바이스(700)는, 예를 들어 도 3에 도시된 조향 메커니즘(340)의 일부일 수 있다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 회전 가능한 광학 반사체 디바이스(700)는 유리 기반 광학 반사체(702)를 포함한다. 광학 반사체(702)는, 예를 들어 다각형 거울일 수 있다. 일 실시예에서, 유리 기반 광학 반사체(702)는 다각형 형상의 상단 표면(705), 다각형 형상의 하단 표면(802), 및 복수의 반사 표면(704A-E)(집합적으로 704)을 포함한다. 반사 표면(704)은 광학 반사체(702)의 외측면 표면을 형성한다. 반사 표면(704)은 광을 반사하고 광학 반사체(702)의 패싯이라고도 지칭된다. 상단 표면(705) 및 하단 표면(802)은 반사적일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 도 7의 광학 반사체(702)의 평면도는 오각형 형상의 상단 표면(705)을 도시한다. 일 실시예에서, 상단 표면(705)은 평탄하거나 5개의 에지를 포함하는 실질적으로 평탄한 표면일 수 있다. 상단 표면(705)은 또한 코너(708)와 같은 챔퍼링된 또는 경사진 코너를 갖는 만곡 표면일 수 있다. 상단 표면(705)의 5개의 에지는 오각형 형상을 형성한다. 상단 표면(705)의 에지는 직선 에지 또는 만곡 에지일 수 있다. 유리 기반 광학 반사체(702)는 임의의 수의 에지(예를 들어, 3, 4, 5, 6, 7, 8개 등)를 포함하는 다각형 형상의 상단 표면을 가질 수 있는 것으로 이해된다. 대응하게, 광학 반사체(702)는 삼각형, 정사각형, 오각형, 육각형, 칠각형 또는 팔각형 형상의 상단 표면(705); 및 3, 4, 5, 6, 7, 8개의 측면 표면을 각각 가질 수 있다.
도 8의 광학 반사체(702)의 저면도는 오각형 형상의 하단 표면(802)을 예시한다. 도 8에서, 하단 표면(802)은 평탄하거나 5개의 에지를 포함하는 실질적으로 평탄한 표면이다. 하단 표면(802)은 또한 만곡 표면일 수 있다. 하단 표면(802)의 5개의 에지는 오각형 형상을 형성한다. 하단 표면(802)의 에지는 직선 에지 또는 만곡 에지일 수 있다. 유리 기반 광학 반사체(702)는 임의의 수의 에지(예를 들어, 3, 4, 5, 6, 7, 8개 등)를 포함하는 다각형 형상의 하단 표면을 가질 수 있는 것으로 이해된다. 대응하게, 유리 기반 광학 반사체(702)는 삼각형, 정사각형, 오각형, 육각형, 칠각형 또는 팔각형 형상의 하단 표면을 가질 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 다각형 형상의 하단 표면(802)은 모터 조립체(910)를 설치하기 위한 개구(804)를 포함한다. 개구(804)는 둥근 형상의 개구 또는 임의의 다른 형상의 개구(예를 들어, 직사각형, 정사각형, 다각형, 타원형 등)일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 모터 조립체(910)는 모터 샤프트(906)에 장착된 모터 베이스(806)를 포함한다. 모터 베이스(806)의 일부 또는 전체는 도 9 및 도 11에 예시된 바와 같이 광학 반사체(702) 아래에 배치되고 및/또는 둘러쌈으로써, 광학 반사체(702)에 대한 지지를 제공할 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 광학 반사체(702)는 그 외측면 표면을 형성하는 복수의 반사 표면(예를 들어, 표면(704A-E))을 포함한다. 측면 표면은 상단 표면(705)과 상단 에지를 공유하고 하단 표면(802)과 하단 에지를 공유한다. 몇몇 실시예에서, 측면 표면은 사다리꼴의 형상을 갖는다. 예로서 반사 표면(704B)을 사용하면, 반사 표면(704B)의 상단 에지는 그 하단 에지보다 길고, 그에 의해 사다리꼴의 형상을 형성한다. 유사하게, 몇몇 실시예에서, 다른 반사 표면도 더 긴 상단 에지와 더 짧은 하단 에지를 가질 수 있다. 그 결과, 반사 표면(704A-E)(집합적으로 704) 중 적어도 하나는 광학 반사체(702)의 회전축에 대해 틸트 각도를 형성한다. 틸트 각도는 0 내지 90도(예를 들어, 27도)일 수 있다. 틸트 각도는 패싯 각도라고도 지칭된다. 달리 말해서, 반사 표면(704) 중 하나 이상은 광학 반사체(702)의 회전축과 평행하지 않다. 이러한 회전축은 도 9에서 축(907)으로서 도시되어 있다. 광학 반사체(702)의 회전축(907)은 모터 샤프트(906)에 평행하거나 실질적으로 평행하다. 도 9에 예시된 바와 같이, 반사 표면(704B) 및 회전축(907)은 틸트 각도를 형성한다. 유사하게, 다른 반사 표면(704)도 회전축(907)과 각각의 틸트 각도를 형성할 수 있다. 상이한 반사 표면(704A-E)의 틸트 각도는 동일하거나 동일하지 않을 수 있다.
반사 표면(704) 중 하나 이상과 광학 반사체(702)의 회전축(907) 사이에 틸트 각도를 형성하는 것은 보다 콤팩트한 LiDAR 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들어, 틸트 각도를 형성함으로써, 광학 반사체(702)로부터(또는 광학 반사체로) 광 빔을 재지향시키는 검류계 거울 또는 임의의 다른 광학 구성요소는 광학 반사체(702)와 나란히 배치되는 대신에 더 낮은(또는 더 높은) 수직 위치에 배치될 수 있다. 이 구성은 공간을 절약하고 LiDAR 시스템을 더 콤팩트하게 만든다. 결과적으로, LiDAR 시스템은 차량의 작은 공간에 더 쉽게 끼워질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상이한 반사 표면(704A-E)의 틸트 각도는 도 7 내지 도 10에 예시된 바와 같이 동일할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이들은 상이할 수 있고, 이에 의해 가변 각도 광학 반사체를 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 반사 표면(704)은 광을 반사 또는 재지향시키기 위한 거울을 포함한다. 거울은 유리 기반 광학 반사체(702)의 외측면 표면에 배치된다. 몇몇 실시예에서, 광학 반사체(702)는 유리 재료로 제조되고 광학 반사체(702)의 측면 표면은 반사성 재료로 코팅되어 반사성을 갖게 한다. 몇몇 실시예에서, 반사 표면(704)은 또한 거울을 광학 반사체(702)의 측면 표면에 기계적으로 또는 접착식으로 부착함으로써 반사성으로 될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광학 반사체(702)의 외측면 표면은 광학 반사체(702)의 일체형 부분이다. 예를 들어, 전체 광학 반사체(702)는 광학 반사체(702)의 각각의 외측면 표면(예를 들어, 반사 표면(704))이 반사성이 되도록 반사성 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광학 반사체(702)의 외측면 표면만이 반사성으로 되고, 광학 반사체(702)의 다른 부분은 반사성으로 되지 않는다.
도 9의 단면도 및 도 11의 분해도에 도시된 바와 같이, 광학 반사체(702)는 모터 조립체(910)의 적어도 일부가 내부에 배치되는 내부 개구(920)를 갖는다. 모터 조립체(910)는 모터 로터 본체(904)를 포함한다. 모터 로터 본체(904)는 알루미늄, 철, 구리, 강철, 합금, 및/또는 임의의 다른 원하는 금속 기반 재료를 사용하여 형성된 금속 기반 피스일 수 있다. 일 실시예에서, 모터 로터 본체(904)는 약 22Х10-6/°K의 CTE를 갖는 알루미늄으로 제조된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 모터 로터 본체(904)는 광학 반사체(702)의 내부 개구(920) 내에 적어도 부분적으로 배치되고 광학 반사체(702)에 장착된다. 도 9는 모터 로터 본체(904)가 광학 반사체(702)의 플랜지(902)를 사용하여 광학 반사체(702)에 기계적으로 장착되는 일 실시예를 예시한다. 플랜지(902)는 광학 반사체(702)의 일체형 부분일 수 있다. 플랜지(902)는 또한 광학 반사체(702)에 기계적으로 장착되거나 부착되는 분리 가능한 부분일 수 있다. 일 실시예에서, 플랜지(902)는 광학 반사체(702)의 내부 측벽(912)으로부터 모터 로터 본체(904)를 향해 연장된다. 몇몇 실시예에서, 플랜지(902)는 모터 로터 본체(904)의 기준 표면(924)과 접촉하는 제1 장착 표면(922)을 포함한다. 기준 표면(924)은 모터 샤프트(906)의 길이방향을 따라 축에 실질적으로 직교하는(예를 들어, 약 90도) 표면일 수 있다. 도 9에 예시된 바와 같이, 기준 표면(924)은 축(907)에 직교하며, 이 축을 중심으로 모터 로터 본체(904) 및 광학 반사체(702)가 회전한다. 플랜지(902)는 엘라스토머 피스(928)와 접촉하는 제2 장착 표면(926)을 더 포함한다. 엘라스토머 피스(928)는 도 11에 도시된 바와 같이 링 형상을 가질 수 있다. 플랜지(902)는 또한 제1 장착 표면(922)과 제2 장착 표면(926) 사이에 형성되는 링 형상 부분을 갖는다. 따라서, 링 형상 엘라스토머 피스(928)는 플랜지(902)의 링 형상 부분의 형상과 일치한다. 이와 같이, 전체 엘라스토머 피스(928) 또는 그 상당한 부분이 플랜지(902) 상에 배치되고 플랜지와 접촉할 수 있다.
도 9는 엘라스토머 피스(928)가 제1 표면(932) 및 제2 표면(934)을 갖는 것을 예시한다. 제1 표면(932)은 링 형상 엘라스토머 피스(928)의 하단 표면일 수 있다. 제2 표면(934)은 링 형상 엘라스토머 피스(928)의 상단 표면일 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 엘라스토머 피스(928)의 제1 표면(932)은 플랜지(902)의 제2 장착 표면(926)과 접촉한다. 도 9 및 도 11은 클램프 메커니즘(942)이 엘라스토머 피스(928)의 제2 표면(934)과 접촉하고 엘라스토머 피스(928)를 압축하도록 구성됨을 추가로 예시한다. 따라서, 엘라스토머 피스(928)는 클램핑 메커니즘(942)과 플랜지(902) 사이에 배치된다. 클램핑 메커니즘(942)은, 예를 들어 클램핑 링일 수 있다.
전술한 바와 같이, 작동 중에, 광학 반사체 디바이스(700)를 포함하는 LiDAR 시스템은 온도 변동, 진동, 충격, 및/또는 다른 환경 조건에 노출될 수 있다. 이들 환경 조건은 광학 반사체 디바이스(700)에 내부 응력을 유발할 수 있다. 예를 들어, 유리 기반 광학 반사체(702)와 금속 기반 모터 로터 본체(904)(및 광학 반사체 디바이스(700)의 다른 금속 부분) 사이의 CTE 불일치는 이들 구성요소 사이에 응력을 유발할 수 있다. 이러한 응력은 불균일하게 분포될 수 있고 광학 반사체(702)의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, CTE 불일치는 광학 반사체(702)가 회전하는 동안 흔들리게 할 수 있으며, 이는 차례로 광학 반사체(702)에 의해 스캐닝된 광 빔이 의도한 방향 또는 코스에서 벗어나게 한다. 엘라스토머 피스(928)는 다양한 환경 조건, 예를 들어 유리와 금속 사이의 CTE 불일치, 진동 및 충격에 의해 유발되는 응력을 흡수하도록 배치되고 구성된다. 몇몇 실시예에서, 엘라스토머 피스(928)는 폴리머 기반 재료 및/또는 고무 기반 재료로 제조된다. 예를 들어, 엘라스토머 피스(928)는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(ethylene propylene diene monomer)(EPDM) 기반 고무로 제조될 수 있다.
엘라스토머 피스(928)의 재료 및/또는 치수는 다양한 환경 조건에 의해 유발되는 응력을 흡수하는 능력을 최적화하기 위해 적절한 경도 또는 연성을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 엘라스토머 피스(928)는 약 40A 내지 75A 듀로미터 범위의 경도를 갖는 재료로 제조될 수 있다. 엘라스토머 피스(928)의 치수는 약 32 mm의 내경, 약 44 mm의 외경, 및 약 1.3-3 mm의 두께를 갖도록 구성될 수 있다. 엘라스토머 피스(928)의 치수는 다양한 환경 조건에 의해 유발되는 응력을 흡수하는 능력을 최적화하기 위해 임의의 원하는 값 또는 범위를 갖도록 구성될 수 있음이 이해된다. 일 실시예에서, 엘라스토머 피스(928)의 직경은 플랜지(902)의 치수 및/또는 광학 반사체(702)의 전체 치수에 따라 변경될 수 있다. 엘라스토머 피스(928)의 두께는 요구되는 레벨의 응력 흡수 또는 감소에 기초하여 변경될 수 있다. 예를 들어, LiDAR 시스템의 작동 온도 범위가 증가하면 및/또는 LiDAR 시스템이 심각한 충격 및 진동 조건 하에서 작동할 것으로 예상되면 두께가 증가할 수 있다(예를 들어, 엘라스토머 피스는 포장도로 주행만을 위해 의도된 차량에 장착된 LiDAR 시스템보다 오프로드 주행이 가능한 차량에 장착된 LiDAR 시스템에서 더 두꺼울 수 있음).
몇몇 실시예에서, 엘라스토머 피스(928)의 유형 및/또는 치수는 유리 기반 플랜지(902)와 금속 기반 모터 로터 본체(904) 사이의 CTE 불일치에 의해 유발되는 광학 반사체(702)의 손상 가능성(예를 들어, 유리 파손)을 감소시키도록 선택된다. 예를 들어, 유리 기반 광학 반사체(702)(및 따라서 그 플랜지(902))의 CTE는 약 7.1Х10-6/°K이다. 금속 기반 모터 로터 본체(904)의 CTE는 약 22Х10-6/°K이다. 달리 말해서, 모터 로터 본체(904)의 CTE는 유리 기반 광학 반사체(702)의 CTE의 약 3배이다. 그 결과, 온도 변동은 CTE 불일치에 의해 유발된 응력이 완화되지 않으면 유리 기반 광학 반사체(702)가 파손되거나 심지어 파괴되게 할 수 있다. 예를 들어, 모터 로터 본체(904)와 광학 반사체(702)가 열 팽창을 위한 많은 공간을 남기지 않고 함께 접착되는 경우, 광학 반사체(702)는 특정 횟수의 온도 변동 사이클에 노출된 후에 파손될 수 있다. 엘라스토머 피스(928)를 광학 반사체 디바이스(700)에 추가하면 CTE 불일치에 의해 유발되는 유리 기반 광학 반사체(702)가 손상될 가능성을 효과적으로 방지하거나 크게 감소시킬 수 있다. 엘라스토머 피스(928)를 추가함으로써, 온도 변동에 의해 유발되는 CTE 불일치가 보상된다.
더욱이, 엘라스토머 피스(928)를 추가하면 클램핑 메커니즘(942)에 의해 제공되는 클램핑력의 변화가 없거나 아주 적게 된다. 따라서, 엘라스토머 피스(928)를 추가하면 광학 반사체(702)의 기계적 강건성, 안정성, 신뢰성, 및 성능에 영향을 미치지 않거나 최소로 미친다. 일 실시예에서, 엘라스토머 피스(928)는 충격 및/또는 진동을 흡수하는 댐핑 피스로서 작동함으로써, 광학 반사체(702)에 추가적인 보호를 제공할 수 있다. 광학 반사체(702)는 흔히 주변 환경을 검출하기 위해 광 빔을 FOV로 스캐닝하는 데 사용되는 LiDAR 시스템의 핵심 구성요소이다. 따라서, 광학 반사체(702)에 대한 손상 가능성을 방지하거나 감소시키는 것이 중요하다.
도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 클램핑 메커니즘(942)은 엘라스토머 피스(928)를 플랜지(902)로 압축하고, 이는 차례로 모터 로터 본체(904)에 힘을 인가한다. 이러한 방식으로, 광학 반사체(702)는, 플랜지(902)를 통해, 압축력에 의해 생성된 마찰에 의해 모터 로터 본체(904)에 고정된다. 압축량은 예측 가능한 모든 작동 조건(예를 들어, 고속 회전, 온도 변동, 습도 변동, 도로 조건 등) 하에서 충분하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 클램핑 메커니즘(942)은 클램핑 링이다. 몇몇 실시예에서, 클램핑 메커니즘(942)은 하나 이상의 체결 메커니즘(944)(예를 들어, 로킹 와셔가 있거나 없는 나사)를 포함한다. 체결 메커니즘(944)은 엘라스토머 피스(928)에 압축력을 인가하는 데 사용된다. LiDAR 시스템의 작동에서, 금속 기반 모터 로터 본체(904)의 움직임은 유리 기반 광학 반사체(702)가 약 2000 내지 9000 분당 회전수(revolutions per minute)(rpm) 범위의 매우 높은 속도로 회전하게 한다. 따라서, 클램핑 메커니즘(942)은 모든 작동 조건 하에서 광학 반사체(702)를 모터 로터 본체(904)에 고정하기 위해 적절한 압축력을 인가하도록 구성될 필요가 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 압축력은 클램핑 메커니즘(942)(예를 들어, 클램핑 링) 둘레에 배치된 다수의 체결 메커니즘(944)을 사용함으로써 인가될 수 있다. 예를 들어, 도 10에서, 체결 메커니즘(944)은 로킹 와셔가 있는 6개의 나사를 포함한다. 6개의 나사가 클램핑 링 둘레에 고르게 분포되어 있다. 몇몇 실시예에서, 6개의 나사는 동일하거나 실질적으로 동일한 양의 압축력이 엘라스토머 피스(928)에 인가되도록 조여진다. 몇몇 실시예에서, 6개의 나사는 광학 반사체(702)가 고정되고 흔들림 없이(또는 허용 가능한 흔들림 범위 내에서) 회전할 수 있도록 개별적으로 또는 그룹으로서 조절 가능하다. 예를 들어, 일부 나사는 엘라스토머 피스(928)의 임의의 주어진 포인트에 인가되는 압축력의 양을 미세 조절하기 위해 다른 나사보다 더 조여질 수 있다. 체결 메커니즘(944)을 사용하여 압축력의 그러한 미세 조절에 의해 흔들림이 제거되거나 실질적으로 감소될 수 있다. 클램핑 메커니즘(942)은 광학 반사체(702)의 성능 요건을 충족시키기 위해 임의의 방식으로 분포된 임의의 수의 체결 메커니즘(944)을 포함할 수 있음이 이해된다.
더욱이, 체결 메커니즘(944)은 엘라스토머 피스(928)가 환경 조건의 변동(예를 들어, 온도 변화)에 의해 유발되는 적절한 양의 내부 응력을 흡수하도록 엘라스토머 피스(928)에 임의의 양의 원하는 압축력을 인가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 체결 메커니즘(944)을 사용하여, 엘라스토머 피스(928)에 인가되는 압축력은 엘라스토머 피스(928)가 특정 범위의 온도 변동 내에서 유리-금속 CTE 불일치에 의해 유발되는 내부 응력을 흡수할 수 있도록 미리 결정된 범위 내에서 구성되거나 조절된다. 과도한 양의 압축력은 엘라스토머 피스(928)가 내부 응력을 흡수하는 능력을 감소시킨다. 다른 한편으로, 불충분한 압축력은 광학 반사체(702)를 모터 로터 본체(904)에 고정시키기 위한 충분한 마찰을 발생시키지 않을 수 있다. 체결 메커니즘(944)을 (개별적으로 또는 그룹으로서) 조절함으로써, 적절한 양의 압축력이 엘라스토머 피스(928)에 제공될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 엘라스토머 피스(928)는 제1 표면(932) 및 제2 표면(934)을 포함한다. 제1 표면(932)은 평탄하거나 실질적으로 평탄한 표면일 수 있다. 제2 표면(934)은 울퉁불퉁한 표면일 수 있다. 엘라스토머 피스(928)의 울퉁불퉁한 표면은 여분의 접촉 표면적을 생성하고 따라서 클램핑 메커니즘(942)과 엘라스토머 피스(928) 사이의 마찰을 증가시킨다. 따라서, 울퉁불퉁한 표면은 광학 반사체(702)의 고정을 개선시키고 환경 조건의 변동에 의해 유발되는 내부 응력의 흡수를 개선시킨다. 몇몇 실시예에서, 엘라스토머 피스(928)의 울퉁불퉁한 표면은 또한 큰 온도 변동으로 인한 유리-금속 CTE 불일치에 의해 유발되는 내부 응력을 흡수하기 위한 여분의 공간을 생성한다.
몇몇 실시예에서, 광학 반사체 디바이스(700)는 플랜지(902)의 내부 수직 표면과 모터 로터 본체(904) 사이에 배치된 간극(도시되지 않음)을 포함한다. 예를 들어, 간극은 플랜지(902)의 수직 표면(952)을 따라 배치되도록 구성될 수 있다. 간극은 플랜지(902)의 내경보다 약간 작도록 모터 로터 본체(904)의 상부 부분의 외경을 구성함으로써 형성될 수 있다. 간극의 크기는 유리 기반 플랜지(902)와 금속 기반 모터 로터 본체(904) 사이의 CTE 불일치를 추가로 보상하도록 미리 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 간극은 약 25 내지 45 ㎛ 범위이다. 간극은 다양한 환경 조건의 변동에 의해 유발되는 내부 응력을 추가로 감소시킨다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 모터 조립체(910)는 하나 이상의 베어링(954, 956)에 배치된 모터 샤프트(906)를 더 포함한다. 베어링(954, 956)은 모터 로터 본체(904) 내부에 배치된다. 모터 조립체(910)는 모터 스테이터(958) 및 자기 링(960)을 더 포함한다. 모터 스테이터(958)는 전기 권선을 갖는다. 모터 스테이터(958)는 자기 링(960) 내부에 배치되도록 구성되며, 자기 링은 차례로 모터 로터 본체(904)의 하부 부분 내부에 배치된다. 모터 조립체(910)에 전기가 제공될 때, 모터 스테이터(958)에 장착된 전기 권선을 통해 자기력이 생성된다. 자기력은 자기 링(960)이 회전하게 하고, 이는 차례로 모터 로터 본체(904)를 회전시킨다. 모터 로터 본체(904)의 회전은 광학 반사체(702)가 회전하게 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 일 실시예에서, 유리 기반 광학 반사체(702) 및 금속 기반 모터 로터 본체(904)는 모터 샤프트(906)의 길이방향을 따라 회전축(예를 들어, 축(907))에 대해 실질적으로 동심이다. 예를 들어, 동심성의 오차는 미리 구성된 임계값(예를 들어, 약 20 내지 25 ㎛)보다 작도록 제어될 수 있다. 동심성의 오차가 임계값보다 크면, 광학 반사체(702)의 무게 중심이 모터 로터 본체(904)의 무게 중심에 대해 이동되기 때문에 광학 반사체(702)의 회전이 불균형될(예를 들어, 중심에서 벗어날) 수 있다. 이러한 이동은 LiDAR 스캐닝 성능에 영향을 미치거나 영향을 미치지 않을 수 있지만, 광학 반사체 디바이스(700)의 전체 강건성 및 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광학 반사체(702) 및 모터 로터 본체(904)는 광학 반사체(702)의 회전 동안 흔들림을 최소화하는 방식으로 조립된다. 예를 들어, 흔들림을 방지하기 위해, 광학 반사체(702)의 회전축과 모터 로터 본체(904)의 회전축(동심성이 임계값 내로 제어되는 경우 동일한 축이거나 실질적으로 동일할 수 있음)은 각각 장착 표면(922) 및 기준 표면(924)에 직교하도록 구성되어야 한다. 장착 표면(922) 및 기준 표면(924)은 서로 평행하거나 실질적으로 평행하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 패싯 각도의 변동이 약 ±0.01도 이하이면 흔들림이 최소화되거나 임계값 내에 있게 제어되는 것으로 고려된다. 예를 들어, 광학 반사체(702)의 5개의 상이한 반사 표면(패싯이라고도 지칭됨)에 대한 패싯 각도가 27°, 27.002°, 26.994°, 27.005° 및 26.998°인 경우, 흔들림은 최소화되거나 허용 가능한 것으로 고려될 수 있다. 흔들림이 크면, 광학 반사체(702)가 광 빔을 FOV로 스캐닝하는 데 오류가 있게 함으로써, 광학 반사체(702) 및 전체 LiDAR 시스템의 성능에 부정적인 영향을 미친다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 광학 반사체 디바이스(700)는 클램핑 메커니즘(942)에 부착된 인덱스 인코더(1002)를 더 포함한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 인덱스 인코더(1002)는 인코더 수신기 및 처리 회로(1114)와 통신한다. 인덱스 인코더(1002)는 위치 인코더라고도 지칭된다. 클램핑 메커니즘(942)에 부착함으로써, 광학 반사체(702)가 회전할 때 인덱스 인코더(1002)가 회전하여, 광학 반사체(702)의 회전 상태 및/또는 파라미터를 나타내는 출력을 제공한다. 도 10 및 도 11에 도시된 실시예에서, 인덱스 인코더(1002)는 노치를 갖는 링 형상의 벽을 포함한다. 노치는 광학 반사체(702)의 회전 상태 및/또는 파라미터를 도출하기 위해 광학 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 광학 반사체(702)가 노치의 위치까지 한 바퀴를 회전하는 경우, 링 형상의 벽에 의해 차단된 광학 신호가 노치를 통과할 수 있다. 따라서, 노치를 통과하는 2개의 연속 신호 사이의 시간 간격을 추적함으로써, 광학 반사체(702)의 회전 속도가 계산될 수 있다. 인덱스 인코더(1002)의 광학 신호 출력은 인코더 수신기 및 처리 회로(1114)에 제공되어, 광학 반사체(702)의 전압 펄스, 회전 속도, 및/또는 절대 각도 위치를 생성한다. 일 실시예에서, 인덱스 인코더(1002)는 회전 인코더일 수 있다. 인코더 수신기 및 처리 회로(1114)는 광학 반사체(702)의 각도 위치 또는 동작을 전기 신호로 변환한다. 광학 반사체(702)의 위치는, 예를 들어 광학 반사체 디바이스(700)의 스캐닝 위치/각도(예를 들어, 수평 또는 수직 스캐닝 위치/각도)에 대응한다. 따라서, 인덱스 인코더(1002) 및 인코더 수신기 및 처리 회로(1114)는 광학 반사체(702)의 각도 위치, 회전 속도, 위상, 방향 등을 결정하는 데 사용될 수 있는 데이터를 생성한다.
몇몇 실시예에서, 도 11을 참조하면, 광학 반사체 디바이스(700)는 홀 효과 센서 및 처리 회로(1112)를 더 포함한다. 홀 효과 센서 및 처리 회로(1112)는 홀 효과를 사용하여 자기장의 존재 및 크기를 검출한다. 홀 효과 센서의 출력 전압은 자기장의 강도에 정비례한다. 따라서, 홀 효과 센서 및 처리 회로(1112)는 광학 반사체(702)의 각도 위치, 회전 속도, 및 위상, 회전 방향 등을 검출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 자석(도시되지 않음)이 광학 반사체(702)와 함께 회전하도록 광학 반사체 디바이스(700)에 설치될 수 있다. 자석이 홀 효과 센서 및 처리 회로(112)를 통과할 때, 전기 신호가 생성되고 처리되어 광학 반사체(702)의 다양한 파라미터를 계산한다. 몇몇 실시예에서, 홀 효과 센서는 인덱스 인코더보다 더 민감하고 정확하다. 따라서, 광학 반사체 디바이스(700)는 작동 중에 홀 효과 센서만을 사용할 수 있다. 예를 들어, LiDAR 시스템을 보정하는 동안, 인덱스 인코더가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광학 반사체 디바이스(700)는 위치 인코딩을 위해 인덱스 인코더와 홀 효과 센서를 모두 사용할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 모터 조립체(910)는 모터 로터 본체(904)를 회전시키도록 자기력을 생성하기 위한 모터 권선을 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 모터 권선은 도 11에 도시된 바와 같이 모터 스테이터(958)에 부착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인덱스 인코더 처리 회로, 홀 효과 센서 처리 회로, 및/또는 모터 권선은 모터 스테이터(958)에 부착되거나 이와 통신하는 인쇄 회로 보드(printed circuit board)(PCB)에 일체화된다. 몇몇 실시예에서, 인덱스 인코더 처리 회로, 홀 효과 센서 처리 회로, 및 모터 권선은 별개의 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 인덱스 인코더 처리 회로 및 홀 효과 센서 처리 회로는 상이한 PCB를 사용할 수 있다.
도 11을 참조하면, 몇몇 실시예에서, 광학 반사체 디바이스(700)는 페어링(1102)을 더 포함한다. 페어링(1102)은 광학 반사체(702) 및 모터 조립체(910)의 다른 구성요소(예를 들어, 클램핑 메커니즘(1002))를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 광학 반사체(702) 둘레에 배치된다. 일 실시예에서, 페어링(1102)은 광학 반사체(702) 및 모터 조립체(910)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징, 벽, 커버, 및/또는 다른 구조를 포함한다. 페어링(1102)은 도 11에 도시된 바와 같이 일 측면에 개구(1104)를 갖는다. 일 실시예에서, 페어링(1102)은 실린더 또는 원추의 적어도 일부를 포함한다. 페어링(1102)의 축방향은 광학 반사체(702)의 축방향에 실질적으로 평행하다. 페어링(1102)은 광학 반사체(702)에 대해 동심 또는 편심일 수 있다. 페어링(1102)은, 단독으로 또는 모터 베이스(806)와 조합하여, 광학 반사체(702)를 둘러싸서 개구(1104)의 측면을 제외하고 하우징을 형성한다. 개구(1104)는 광 빔이 페어링(1102) 안팎으로 지향되게 하여 광학 반사체(702)와의 광학 통신을 가능하게 한다. 페어링(1102) 및 모터 베이스(806) 중 하나 또는 모두를 사용하여 광학 반사체(702)를 둘러싸는 것은 광학 반사체(702)의 고속 회전에 의해 유발되는 공기 마찰을 감소시킴으로써, 광학 반사체(702)를 둘러싸는 국부 진공을 효과적으로 생성한다. 따라서, 페어링(1120) 및/또는 모터 베이스(806)에 의해 형성된 하우징은 광학 반사체(702)의 더 부드러운 회전을 용이하게 한다(예를 들어, 공기 마찰 또는 난류에 의해 유발되는 회전 사이의 속도 변동을 감소시킴). 차례로, 더 부드러운 회전은 광학 반사체(702)의 전반적인 광 스캐닝 성능 및 에너지 효율을 개선시킨다.
다양한 예시적인 실시예가 본 명세서에서 설명된다. 비제한적인 의미로 이들 예를 참조한다. 이들 예는 개시된 기술의 보다 광범위하게 적용 가능한 양태를 예시하기 위해 제공된다. 다양한 변경이 이루어질 수 있고, 다양한 실시예의 진정한 사상 및 범위를 벗어나지 않고 등가물이 대체될 수 있다. 또한, 특정 상황, 재료, 물질의 조성, 프로세스, 프로세스 동작(들) 또는 단계(들)를 다양한 실시예의 목적(들), 사상 또는 범위에 적응시키기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 또한, 본 기술 분야의 숙련자라면 이해하는 바와 같이, 본 명세서에 설명되고 예시된 각각의 개별적인 변형은 다양한 실시예의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고 임의의 다른 여러 실시예의 피처로부터 쉽게 분리되거나 그 피처와 조합될 수 있는 별개의 구성요소 및 피처를 갖는다.

Claims (27)

  1. 자동차에 사용되는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 스캐닝 시스템의 회전 가능한 광학 반사체 디바이스이며,
    복수의 반사 표면과 플랜지를 포함하는 유리 기반 광학 반사체;
    유리 기반 광학 반사체의 내부 개구에 적어도 부분적으로 배치된 금속 기반 모터 로터 본체로서,
    플랜지는 유리 기반 광학 반사체의 내부 측벽으로부터 금속 기반 모터 로터 본체를 향해 연장되고,
    플랜지는 금속 기반 모터 로터 본체의 기준 표면과 접촉하는 제1 장착 표면을 포함하는, 금속 기반 모터 로터 본체;
    제1 표면 및 제2 표면을 갖는 엘라스토머 피스로서, 엘라스토머 피스의 제1 표면은 플랜지의 제2 장착 표면과 접촉하는, 엘라스토머 피스; 및
    엘라스토머 피스의 제2 표면에서 엘라스토머 피스를 압축하는 클램핑 메커니즘을 포함하고, 금속 기반 모터 로터 본체의 움직임은 유리 기반 광학 반사체가 LiDAR 스캐닝 시스템의 시야에서 광을 광학적으로 스캐닝하게 하는, 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 유리 기반 광학 반사체는 다각형 형상의 하단 표면을 포함하고, 다각형 형상의 하단 표면은 개구를 포함하는, 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 다각형 형상의 하단 표면은 5개 이상의 에지를 포함하는, 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 반사 표면은 유리 기반 광학 반사체의 외측면 표면에 배치되거나 그 일체형 부분으로서 형성된 복수의 거울을 포함하는, 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 기반 모터 로터 본체의 움직임은 유리 기반 광학 반사체가 약 2000 내지 9000 분당 회전수(rpm) 범위의 속도로 회전하게 하는, 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 플랜지는 유리 기반 광학 반사체의 일체형 부분인, 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 플랜지의 내경과 금속 기반 모터 로터 본체 사이에 배치된 간극을 더 포함하고, 간극은 유리 기반 광학 반사체와 금속 기반 모터 로터 본체 사이의 열 팽창 계수(CTE)의 불일치를 적어도 부분적으로 수용하도록 미리 구성된 치수를 갖는, 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 간극은 약 25 내지 45 ㎛ 범위인, 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 베어링에 배치된 모터 샤프트를 더 포함하고, 하나 이상의 베어링은 금속 기반 모터 로터 본체에 배치되는, 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 모터 샤프트의 길이방향을 따른 축은 금속 기반 모터 로터 본체의 기준 표면에 실질적으로 직교하는, 디바이스.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 유리 기반 광학 반사체와 금속 기반 모터 로터 본체는 모터 샤프트의 길이방향을 따른 축에 대해 실질적으로 동심인, 디바이스.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 기반 모터 로터 본체는 알루미늄, 철, 구리, 강철, 또는 금속 합금 중 적어도 하나를 포함하는, 디바이스.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머 피스는 클램핑 메커니즘과 플랜지 사이에 배치된 엘라스토머 링을 포함하는, 디바이스.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머 피스는 약 40A 내지 75A 듀로미터 범위의 경도를 갖고; 엘라스토머 피스는 약 32 mm의 내경, 약 44 mm의 외경, 및 약 1.3-3 mm의 두께를 갖는, 디바이스.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머 피스의 유형 또는 치수 중 적어도 하나는 유리 기반 광학 반사체와 금속 기반 모터 로터 본체 사이의 열 팽창 계수(CTE)의 불일치에 의해 유발되는 유리 파손의 가능성을 감소시키도록 선택되는, 디바이스.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머 피스의 제1 표면은 실질적으로 평탄한 표면을 포함하는, 디바이스.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머 피스의 제2 표면은 울퉁불퉁한 표면을 포함하는, 디바이스.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 엘라스토머 피스는 폴리머 기반 피스 또는 고무 기반 피스 중 적어도 하나를 포함하는, 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 엘라스토머 피스는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 기반 고무를 포함하는, 디바이스.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 메커니즘은 복수의 나사 및 복수의 로킹 와셔를 포함하는, 디바이스.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 가능한 광학 반사체 디바이스는 약 -40℃ 내지 85℃의 온도 범위에서 작동 가능한, 디바이스.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리 기반 광학 반사체 둘레에 배치된 페어링을 더 포함하고, 페어링은 개구 및 실린더 또는 원추의 적어도 일부를 포함하며; 페어링의 축방향은 유리 기반 광학 반사체의 축방향에 실질적으로 평행한, 디바이스.
  23. 제22항에 있어서, 페어링은 유리 기반 광학 반사체와 동심인, 디바이스.
  24. 제22항에 있어서, 페어링은 유리 기반 광학 반사체와 편심인, 디바이스.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    클램핑 메커니즘에 부착된 인덱스 인코더; 및
    홀 효과 센서 및 모터 권선 중 적어도 하나를 더 포함하고, 인덱스 인코더, 홀 효과 센서, 및 모터 권선의 일부는 금속 기반 모터의 스테이터에 부착된 인쇄 회로 보드에 일체화되는, 디바이스.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항의 회전 가능한 광학 반사체 디바이스를 포함하는 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템.
  27. 광 검출 및 거리 측정(LiDAR) 시스템을 포함하는 자동차이며, LiDAR 시스템은 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항의 회전 가능한 광학 반사체 디바이스를 포함하는, 자동차.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102380216B1 (ko) 2016-11-29 2022-03-28 블랙모어 센서스 앤드 애널리틱스, 엘엘씨 포인트 클라우드 데이터 세트에서 객체의 분류를 위한 방법 및 시스템
CN117310731A (zh) 2016-11-30 2023-12-29 布莱克莫尔传感器和分析有限责任公司 利用光学测距系统进行自动实时自适应扫描的方法和系统
WO2023086681A1 (en) * 2021-11-15 2023-05-19 Innovusion, Inc. Wobble adjustment capability for polygon mirrors
US20230243977A1 (en) * 2022-02-03 2023-08-03 Blackmore Sensors & Analytics, LLC. Lidar system

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3729960B2 (ja) * 1997-01-28 2005-12-21 株式会社リコー 回転体構造およびこれを用いるポリゴンスキャナ
US5942824A (en) * 1997-01-28 1999-08-24 Fuji Xerox Co., Ltd. Motor and method of manufacturing same
JP3642928B2 (ja) * 1997-07-16 2005-04-27 株式会社リコー 動圧空気軸受型ポリゴンスキャナ
JP3607482B2 (ja) * 1997-12-26 2005-01-05 株式会社三協精機製作所 回転多面鏡駆動装置
JP4519301B2 (ja) * 2000-10-02 2010-08-04 日本電産コパル電子株式会社 光偏向器
JP2005114801A (ja) * 2003-10-03 2005-04-28 Konica Minolta Business Technologies Inc 光偏向装置
JP5223199B2 (ja) * 2007-01-25 2013-06-26 株式会社リコー 光走査装置及び画像形成装置
JP2009222815A (ja) * 2008-03-13 2009-10-01 Ricoh Co Ltd 光偏向装置、光走査装置及び画像形成装置
JP5332669B2 (ja) * 2008-09-03 2013-11-06 株式会社リコー 光走査装置、および画像形成装置
US9618742B1 (en) * 2013-03-08 2017-04-11 Google Inc. Rotatable mirror assemblies
JP6288995B2 (ja) * 2013-09-06 2018-03-07 キヤノン株式会社 光走査装置及び画像形成装置
JP2016012988A (ja) * 2014-06-30 2016-01-21 シナノケンシ株式会社 回転体駆動装置
US10942257B2 (en) * 2016-12-31 2021-03-09 Innovusion Ireland Limited 2D scanning high precision LiDAR using combination of rotating concave mirror and beam steering devices
US10451716B2 (en) * 2017-11-22 2019-10-22 Luminar Technologies, Inc. Monitoring rotation of a mirror in a lidar system
US10324170B1 (en) * 2018-04-05 2019-06-18 Luminar Technologies, Inc. Multi-beam lidar system with polygon mirror
US10754012B2 (en) * 2019-01-04 2020-08-25 Blackmore Sensors & Analytics, Llc Lidar system including multifaceted deflector

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