KR20230076646A - 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다 - Google Patents

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Abstract

라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다는 제1 방향 빔 조향이 가능한 라인 빔을 생성하는 광위상배열 장치, 및 상기 라인 빔이 출력되는 방향에 위치하여 상기 라인 빔의 제2 방향 빔 발산각을 제어하고 상기 라인 빔의 제1 방향 조향 범위를 증폭하는 렌즈 광학계를 포함하고, 상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 사이의 거리가 조절되어 상기 제2 방향 빔 발산각이 제어된다.

Description

라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다{OPTICAL PHASED ARRAY LIDAR BASED ON LINE-BEAM SCANNING}
본 발명은 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직방향 빔 발산각 제어 및 수평방향 빔 조향이 가능한 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다에 관한 것이다.
라이다(Light detection and ranging, LiDAR)는 물체에 빛을 쏘고 반사된 광신호로부터 측정 대상과의 거리와 속도, 형태 등을 측정하는 기술로써, 기상학, 지질학, 지리학을 포함한 여러 분야에 널리 이용되고 있다. 현재, 기계식(Mechanical) 라이다가 상용화되어 있으나, 기계식 라이다는 스캐닝 속도의 한계, 큰 부피, 복잡성, 그리고 장기간 사용에 대한 신뢰성에 대해 문제점을 갖고 있다.
이에 대한 대안기술로, 무게, 부피, 소모전력, 외부환경에 대한 내구성 등의 관점에서 장점을 갖는 포토닉스 기반의 광위상배열(Optical phased array, OPA)에 대한 연구가 이루어지고 있으며 이를 무인기기에 접목시켜 그 가치와 응용분야를 확대하고 있다. 광위상배열 안테나 구조는 출사 빔 형태에 따라 크게 스팟 빔(spot-beam) 기반의 광위상배열과 라인 빔(line-beam) 기반의 광위상배열로 구분될 수 있다.
스팟 빔 기반의 광위상배열은 높은 빔 강도로 인해 장거리 전파에 유리하다는 장점이 있으나, 연속적인 2차원 빔 스캐닝을 위해 주로 파장가변 레이저를 사용한다. 또한 스팟 빔 기반의 광위상배열은 격자구조 안테나의 회절(diffraction) 현상으로 인해 방사효율이 제한되고, 파장별 방사효율도 민감하며, 화면발생률(frame per second, FPS)에 제한이 있다.
라인 빔 기반의 광위상배열은 단일 파장으로도 수평방향 빔 조향을 통해 2차원 빔 스캐닝이 가능하고, 수직방향 스캔을 없앰으로써 화면발생률(FPS)을 획기적으로 개선할 수 있고, 수 ㎛ 정도의 작은 광도파로의 모드 크기로 인해 100도 이상의 넓은 수직방향 빔 발산각을 형성할 수도 있다. 하지만 라인 빔 기반의 광위상배열은 거리에 따른 빔 강도가 발산각에 비례하여 감소되어 장거리 응용분야에서는 한계가 있다.
포토닉스 기반의 광위상배열이 기존 기계식 라이다와 같이 상용화되기 위해서는 파장가변 없이 고속으로 장거리 검출에 활용 가능한 라인 빔 기반의 광위상배열 라이다 시스템 구조가 필요하다. 하지만, 기존 직선형(Straight) 광도파로 기반 안테나 배열의 경우, 광도파로의 작은 모드 사이즈로 인해 90도 이상의 수직 빔 발산각을 형성하는 것으로 보고되고 있으며, 이러한 넓은 빔 발산각은 전파 거리에 따라 빔 강도가 급격히 감소하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광위상배열의 수직 빔 발산각을 적절한 수준으로 제어할 수 있는 광학계를 구비하여 확장된 거리에 대해서도 수평방향 라인 빔 스캐닝이 가능한 광위상배열 라이다를 제공함에 있다. 나아가, 광학계를 통해 광위상배열 안테나 채널간격에 의해 제한되는 수평방향 빔 조향 범위도 확장시키고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다는 수평 방향 빔 조향이 가능한 라인 빔을 생성하는 광위상배열 장치, 및 상기 라인 빔이 출력되는 방향에 위치하여 상기 라인 빔의 수직 방향 빔 발산각을 제어하고 상기 라인 빔의 수평 방향 조향 범위를 증폭하는 렌즈 광학계를 포함하고, 상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 간의 거리 등이 조절되어 상기 수직 방향 빔 발산각이 제어된다.
상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 간의 거리를 조절함으로써 상기 라인 빔의 수직 방향 빔 발산각을 조절할 수 있다.
상기 라인 빔의 수직 시야각이 작아질수록 상기 라인 빔의 검출 거리는 증가할 수 있다.
상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 간의 거리를 조절하기 위한 구동부에 의해 상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 중 어느 하나가 상기 라인 빔이 출력되는 방향으로 이동될 수 있다.
상기 렌즈 광학부는, 제1 방향 축을 중심으로 하는 볼록면이 형성되어 있는 제1 렌즈, 상기 광위상배열 장치로부터 방사되는 가우시안 형태의 각도별 강도분포도가 목표물 상에서 제2 방향으로 균일하게 분포할 수 있도록 탑햇(top hat) 빔을 형성하는 제2 렌즈, 및 제2 방향 축을 중심으로 하는 오목면이 형성되어 있는 제3 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈에 의해 상기 라인 빔의 상기 수직 방향 빔 발산각이 제어될 수 있다.
상기 제3 렌즈에 의해 상기 라인 빔의 상기 수평 방향 조향 범위가 증폭될 수 있다.
상기 광위상배열 장치는, 펄스 레이저 광이 입력되는 광결합기, 상기 펄스 레이저 광을 복수의 광도파로로 분배하는 광분배기, 상기 복수의 광도파로로 분배된 광의 위상을 채널별로 독립적으로 제어하는 위상변조기, 및 상기 위상변조기를 통과한 광을 레이저 빔 형태로 출력하는 광안테나를 포함할 수 있다.
상기 광안테나는 도파 모드가 전파 방향을 따라 방사되는 단면 방사 방식일 수 있다.
상기 광안테나는 각 채널의 광도파로의 너비보다 방사 끝부분의 너비가 작은 테이퍼드 광도파로 배열 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다는 펄스 레이저 광을 복수의 광도파로로 분배한 후 분배된 광의 위상을 채널별로 독립적으로 제어하여 수평 방향 빔 조향이 가능한 라인 빔을 생성하는 광위상배열 장치, 및 상기 광위상배열 장치와의 거리에 따라 상기 라인 빔의 수직 방향 빔 발산각 및 검출 거리를 제어하는 렌즈 광학계를 포함한다.
상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 간의 거리를 조절함으로써 상기 라인 빔의 수직 발산각을 제어할 수 있다.
상기 라인 빔의 수직 발산각이 작아질수록 상기 라인 빔의 검출 거리가 증가할 수 있다.
상기 렌즈 광학계는 상기 라인 빔의 수평 방향 조향 범위를 증폭할 수 있다.
상기 렌즈 광학부는, 제1 방향 축을 중심으로 하는 볼록면이 형성되어 있는 제1 렌즈, 상기 광위상배열 장치로부터 방사되는 가우시안 형태의 각도별 강도분포도가 목표물 상에서 제2 방향으로 균일하게 분포할 수 있도록 탑햇 빔을 형성하는 제2 렌즈, 및 제2 방향 축을 중심으로 하는 오목면이 형성되어 있는 제3 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다는 수직방향 빔 발산각 제어 및 수평방향 빔 조향을 수행할 수 있으며, 이에 따라 라인 빔을 장거리 전파시켜 장거리 검출을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 테이퍼드 광도파로의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계에 의한 수직 발산각 변화를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계에 의한 스캐닝 범위의 확대를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계에 의한 탑햇(top hat) 빔 형성을 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다(10)는 라인 빔을 방사하는 광송신부(100) 및 물체에 의해 반사되어 돌아온 라인 빔(반사광 또는 산란광)을 검출하는 광수신부(200)를 포함한다.
광송신부(100)는 라인 빔을 생성하는 광위상배열 장치(110) 및 라인 빔의 범위를 조절하는 렌즈 광학계(120)를 포함한다. 광송신부(100)는 라인 빔을 방사하는 일종의 광송신 장치로서 적용될 수 있다.
광수신부(200)는 단일 광자 애벌런치 다이오드(Single-Photon avalanche diode, SPAD) 배열(210) 및 검출기(220)를 포함할 수 있다. 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다(10)는 물체에 의해 반사되어 돌아온 라인 빔을 검출함으로써 물체 감지 및 거리 측정을 수행할 수 있다.
광위상배열 장치(110)는 펄스 레이저(1550 nm) 광을 결합하여 라인 빔을 형성하는 하나의 칩(chip) 형태로 제작될 수 있다. 광위상배열 장치(110)는 펄스 레이저 광을 복수의 광도파로로 분배한 후 분배된 빛의 위상을 채널별로 독립적으로 제어하여 수평방향 빔 조향이 가능한 라인 빔을 생성할 수 있다. 여기서는 펄스 레이저의 파장이 1550 nm인 것으로 예시하였으나, 필요에 따라 펄스 레이저의 파장은 변경될 수 있다.
렌즈 광학계(120)는 광위상배열 장치(110)에서 라인 빔이 출력되는 방향(Z축 방향)에 위치하여 라인 빔의 수직방향(Y축 방향) 빔 발산각을 제어하고 라인 빔의 수평방향(X축 방향) 조향 범위를 증폭할 수 있다. 라인 빔의 수평방향 조향 범위를 라인 빔의 제1 방향 조향 범위라 지칭하고, 수직방향 빔 발산각을 제2 방향 빔 발산각이라 지칭할 수 있다.
렌즈 광학계(120)는 광위상배열 장치(110)와의 거리에 따라 라인 빔의 수직방향 빔 발산각이 조절되도록 하나 이상의 렌즈로 구성될 수 있다. 광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 사이의 거리가 증가할수록 라인 빔의 수직방향 빔 발산각은 감소할 수 있다. 예를 들어, 광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 사이의 거리가 최소일 때 최대의 제1 수직 시야각(vertical FOV1(field of view))으로 라인 빔이 발산되고, 광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 사이의 거리가 증가하면 감소된 크기의 제2 수직 시야각(vertical FOV2)으로 라인 빔이 발산되며, 광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 사이의 거리가 최대일 때 최소의 제3 수직 시야각(vertical FOV3)으로 라인 빔이 발산될 수 있다. 제1 수직 시야각(vertical FOV1)의 라인 빔의 제1 검출 거리(d1)는 제2 수직 시야각(vertical FOV2)의 라인 빔의 제2 검출 거리(d2)보다 작고, 제2 수직 시야각(vertical FOV2)의 라인 빔의 제2 검출 거리(d2)는 제3 수직 시야각(vertical FOV3)의 라인 빔의 제3 검출 거리(d3)보다 작을 수 있다. 즉, 라인 빔의 수직 시야각이 작아질수록(라인 빔의 수직방향 빔 발산각이 작아질수록) 라인 빔의 검출 거리가 증가할 수 있다. 이를 위해, 광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 사이의 거리를 조절하기 위한 구동부(미도시)가 마련될 수 있고, 구동부에 의해 광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 중 어느 하나가 Z축 방향으로 이동되어 광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
이하, 도 2 및 3을 참조하여 광송신부(100)의 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 광송신부를 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 테이퍼드 광도파로의 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 광송신부(100)는 광결합기(A), 광분배기(B), 위상변조기(C), 광안테나(D) 및 복수의 광학 렌즈(E)를 포함할 수 있다. 광결합기(A), 광분배기(B), 위상변조기(C) 및 광안테나(D)가 광위상배열 장치(110)를 이루고, 복수의 광학 렌즈(E)가 렌즈 광학계(120)를 이룰 수 있다.
펄스 레이저(1550 nm) 광이 광결합기(A)로 입력되고, 광분배기(B)는 광결합기(A)로 입력되는 펄스 레이저 광을 복수의 광도파로(optical waveguide)로 분배한다. 광분배기(B)에 의해 복수의 광도파로로 분배된 광은 위상변조기(C)를 통해 다수 채널의 광안테나(D)로 입력된다. 위상변조기(C)는 복수의 광도파로에 대응하는 복수의 경로로 입사되는 광의 위상을 개별 경로별(채널별)로 독립적으로 제어할 수 있다. 위상변조기(C)에 의해 채널 간 위상차가 제어되어 수평방향 빔 스캐닝이 수행될 수 있다. 위상변조기(C)를 통과한 후 광안테나(D)로 입력된 광은 광안테나(D)의 구조에 의해 레이저 빔 형태로 출력될 수 있다. 광안테나(D)는 도파 모드가 진행 방향을 따라 방사되는 단면 방사(end-fire radiation) 방식이다. 즉, 격자구조 기반의 광안테나를 통해 점(spot) 형태의 빔을 방사하는 광위상배열(spot-beam OPA) 구조가 아니라, 광안테나(D)는 단면 방사 방식으로 라인 빔 형태의 빔을 방사하는 광위상배열(line-beam OPA) 구조이다. 라인 빔 광위상배열 구조에 의해 수직방향으로 더욱 넓은 시야각을 제공할 수 있어, 입력 파장 제어를 통한 수직방향 빔 스캐닝을 수행하지 않고 단일 파장에 대하여 채널간 위상 제어를 통해 수평방향 빔 스캐닝만으로 3차원 정보가 획득될 수 있다.
한편, 광안테나(D)는 도 3에 예시한 바와 같이 기존 직선형 광도파로 배열 구조가 아니라 테이퍼드 광도파로 배열 구조로 형성될 수 있다. 기존 직선형 광도파로 배열 구조는 광안테나(D)의 각 채널의 광도파로의 너비(Wwg)가 방사 끝부분(firing tip)까지 일정한 구조이다. 테이퍼드 광도파로 배열 구조는 광안테나(D)의 각 채널의 광도파로의 너비(Wwg)보다 방사 끝부분의 너비(Wtip)가 작은 구조이다.
도 3은 광도파로 너비 변환에 따른 빔 발산각 차이를 확인하기 위한 예시로써, 질화규소 광도파로의 경우에 대한 시뮬레이션된 결과이다. 이때, 광도파로의 너비(Wwg)는 1 ㎛이고 방사 끝부분의 너비(Wtip)가 0.2 ㎛, 광도파로의 높이는 0.5 ㎛이다. 테이퍼드 광도파로 배열 구조에서 수직 모드 크기가 대략 2.0 ㎛로 기존 일자형 광도파로 배열 구조보다 커지고, 수직방향 빔 발산각(
Figure pat00001
)이 대략 22도로 기존 일자형 광도파로 배열 구조보다 작아짐을 확인할 수 있다.
광안테나(D)에서 방사된 라인 빔은 렌즈 광학계(120)를 통해 수직방향 빔 발산각 제어 및 수평방향 조향 범위가 조정된 상태로 방사된다.
이하, 도 4 내지 7을 참조하여 복수의 광학 렌즈(E)를 포함하는 렌즈 광학계(120)의 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계에 의한 수직 시야각 변화를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계에 의한 스캐닝 범위의 확대를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다의 렌즈 광학계에 의한 탑햇(top hat) 빔 형성을 나타낸다.
도 4 내지 7을 참조하면, 렌즈 광학계(120)는 광위상배열 장치(110)에서 라인 빔이 출력되는 방향(Z축 방향)으로 순서대로 배치되는 제1 렌즈(121), 제2 렌즈(122) 및 제3 렌즈(124)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈(121) 및 제2 렌즈(122)는 라인 빔의 수직방향 빔 발산각(θout)을 제어하는 역할을 할 수 있으며, 제3 렌즈(124)는 라인 빔의 수평방향 빔 조향각(ΔΨout)을 확장시키는 역할을 할 수 있다.
제1 렌즈(121)는 수평방향의 X축을 중심으로 하는 볼록면이 형성되어 있는 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(121)는 라인 빔의 수직방향 빔 발산각(θout)을 적절한 수준으로 줄일 수 있다.
제2 렌즈(122)는 광위상배열 장치(110)로부터 방사되는 가우시안(Gaussian) 형태의 각도별 광 강도 분포도(angular intensity distribution)가 목표물 상에서 수직방향으로 균일하게 분포할 수 있도록 하는 탑햇(top hat) 빔을 형성하는 렌즈일 수 있다. 탑햇 빔을 형성하는 제2 렌즈(122)에 의해 단일 광자 애벌런치 다이오드(SPAD) 배열(210) 기반 광수신부(200)의 검출기 수(n)에 해당하는 각도 분해능(FOV/n)이 유지될 수 있다.
제3 렌즈(124)는 수직방향의 Y축을 중심으로 하는 오목면이 형성되어 있는 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(124)는 입사되는 라인 빔의 수평방향 빔 조향각(Ψin)보다 출력되는 라인 빔의 수평방향 빔 조향각(ΔΨout)이 더욱 커지도록 할 수 있다. 예를 들어, 입사되는 라인 빔의 수평방향 빔 조향각(Ψin)이 25도일 때 출력되는 라인 빔의 수평방향 빔 조향각(ΔΨout)은 대략 50도일 수 있다. 제3 렌즈(124)에 의해 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다(10)의 수평방향 스캐닝 범위가 확대될 수 있다.
광위상배열 장치(110)와 렌즈 광학계(120) 사이의 거리 D[mm], 즉 광위상배열 장치(110)와 제1 렌즈(121) 사이의 거리 D[mm]에 따라 수직 시야각(FOV)이 조절될 수 있다. 도 5에 예시한 바와 같이, 광위상배열 장치(110)와 제1 렌즈(121) 사이의 거리 D[mm]가 0 mm일 때 라인 빔의 수직 시야각(FOV)은 5.8도이고, 광위상배열 장치(110)와 제1 렌즈(121) 사이의 거리 D[mm]가 2.6 mm일 때 라인 빔의 수직 시야각(FOV)은 2.8도로 감소할 수 있다. 라인 빔의 수직 시야각(FOV)을 조절함으로써, 도 1에서 상술한 바와 같이 라인 빔의 검출 거리를 조절할 수 있고, 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다(10)는 검출 거리를 증가시켜 원거리의 물체를 탐지할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다
100: 광송신부
110: 광위상배열 장치
120: 렌즈 광학계
121: 제1 렌즈
122: 제2 렌즈
124: 제3 렌즈
200: 광수신부
210: 단일 광자 애벌런치 다이오드 배열
220: 검출기

Claims (12)

  1. 제1 방향 빔 조향이 가능한 라인 빔을 생성하는 광위상배열 장치; 및
    상기 라인 빔이 출력되는 방향에 위치하여 상기 라인 빔의 제2 방향 빔 발산각을 제어하고 상기 라인 빔의 제1 방향 조향 범위를 증폭하는 렌즈 광학계를 포함하고,
    상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 사이의 거리가 조절되어 상기 제2 방향 빔 발산각이 제어되는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 사이의 거리를 조절하여 상기 라인 빔의 제2 방향 빔 발산각이 제어되는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 사이의 거리를 조절하기 위한 구동부에 의해 상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 중 어느 하나가 상기 라인 빔의 전파 방향으로 이동되는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈 광학부는,
    제1 방향 축을 중심으로 하는 볼록면이 형성되어 있는 제1 렌즈;
    상기 광위상배열 장치로부터 방사되는 가우시안 형태의 각도별 광 강도 분포도가 목표물 상에서 제2 방향으로 균일하게 분포할 수 있도록 탑햇 빔을 형성하는 제2 렌즈; 및
    제2 방향 축을 중심으로 하는 오목면이 형성되어 있어서 제1 방향 조향 범위를 증폭하기 위한 제3 렌즈를 포함하는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광위상배열 장치는,
    펄스 레이저 광이 입력되는 광결합기;
    상기 펄스 레이저를 복수의 광도파로로 분배하는 광분배기;
    상기 복수의 광도파로로 분배된 빛의 위상을 채널별로 독립적으로 제어하는 위상변조기; 및
    상기 위상변조기를 통과한 빛을 레이저 빔 형태로 출력하는 광안테나를 포함하는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광안테나는 도파 모드가 진행 방향을 따라 방사되는 단면 방사 방식인 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광안테나는 각 채널의 광도파로의 너비보다 방사 끝부분의 너비가 작은 테이퍼드 광도파로 배열 구조로 형성되는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  8. 펄스 레이저를 복수의 광도파로로 분배한 후 분배된 빛의 위상을 채널별로 독립적으로 제어하여 제1 방향 빔 조향이 가능한 라인 빔을 생성하는 광위상배열 장치; 및
    상기 광위상배열 장치와의 거리에 따라 상기 라인 빔의 제2 방향 빔 발산각 및 검출 거리를 제어하는 렌즈 광학계를 포함하는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 광위상배열 장치와 상기 렌즈 광학계 사이의 거리를 조절하여 상기 라인 빔의 수직 시야각이 제어되는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 라인 빔의 수직 시야각이 작아질수록 상기 라인 빔의 검출 거리가 증가하는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 렌즈 광학계는 상기 라인 빔의 제1 방향 조향 범위를 증폭하는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 렌즈 광학부는,
    제1 방향 축을 중심으로 하는 볼록면이 형성되어 있는 제1 렌즈;
    상기 광위상배열 장치로부터 방사되는 가우시안 형태의 각도별 광 강도 분포도가 목표물 상에서 제2 방향으로 균일하게 분포할 수 있도록 탑햇 빔을 형성하는 제2 렌즈; 및
    제2 방향 축을 중심으로 하는 오목면이 형성되어 있는 제3 렌즈를 포함하는 라인 빔 스캐닝 기반의 광위상배열 라이다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120122614A (ko) * 2011-04-29 2012-11-07 주식회사 제이디솔루션 안전거리 조절이 가능한 가시광 레이저 조명
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KR20210059472A (ko) * 2019-11-15 2021-05-25 국방과학연구소 라이다 장치

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