KR20230123800A - Lidar apparatus compensating for angular resolution deviation and operating method thereof - Google Patents

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KR20230123800A
KR20230123800A KR1020220021028A KR20220021028A KR20230123800A KR 20230123800 A KR20230123800 A KR 20230123800A KR 1020220021028 A KR1020220021028 A KR 1020220021028A KR 20220021028 A KR20220021028 A KR 20220021028A KR 20230123800 A KR20230123800 A KR 20230123800A
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박현우
김덕래
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 적용함으로써, 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있고, 수 미터 이내의 근거리 범위도 측정할 수 있다. 또한, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 적용함으로써, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리부터 중심까지 균일한 각 분해능을 가질 수 있다.According to various embodiments of the present invention, by applying the LIDAR device and its operating method, it is possible to scan a wide area of an angular range without performance degradation, and to measure a short range within several meters. In addition, by applying the lidar device and its operating method, it is possible to have a uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range by correcting the angular resolution.

Description

각 분해능 편차를 보정하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법{LIDAR APPARATUS COMPENSATING FOR ANGULAR RESOLUTION DEVIATION AND OPERATING METHOD THEREOF}LIDAR device for correcting angular resolution deviation and its operating method

본 발명은 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 각 분해능 편차를 보정하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar device and a method of operating the same. More specifically, it relates to a lidar device and its operating method for correcting each resolution deviation.

LIDAR(Light Detection and Ranging)는 피사체에 빛, 예를 들어 레이저를 조사한 후, 피사체로부터 반사된 빛을 분석하여 피사체의 물성, 예를 들어 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 측정할 수 있는 원격 탐지 장치 중 하나이다. LIDAR는 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용하여 보다 정밀하게 피사체의 물성을 측정할 수 있다.LIDAR (Light Detection and Ranging) irradiates light, for example, laser, on an object and analyzes the light reflected from the object to determine the physical properties of the object, such as distance, direction, speed, temperature, material distribution and concentration characteristics, etc. It is one of the remote detection devices that can be measured. LIDAR can measure the physical properties of an object more precisely by taking advantage of lasers that can generate pulse signals with high energy density and short cycles.

LIDAR는 특정 파장의 레이저 광원 또는 파장 가변이 가능한 레이저 광원을 광원으로 사용하여 3차원 영상 획득, 기상 관측, 피사체의 속도 또는 거리 측정, 자율 주행 등과 같은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, LIDAR는 항공기, 위성 등에 탑재되어 정밀한 대기 분석 및 지구 환경 관측에 활용되고 있으며, 우주선 및 탐사 로봇에 장착되어 피사체까지의 거리 측정 등 카메라 기능을 보완하기 위한 수단으로 활용되고 있다.LIDAR uses a laser light source of a specific wavelength or a laser light source capable of tunable wavelength as a light source and is used in various fields such as 3D image acquisition, weather observation, speed or distance measurement of a subject, and autonomous driving. For example, LIDAR is mounted on airplanes and satellites and used for precise atmospheric analysis and global environment observation.

또한, 지상에서는 원거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 센서 기술들이 상용화되고 있다. 최근에는 레이저 스캐너 또는 3D 영상 카메라로 활용되어 3D 리버스 엔지니어링이나 무인 자동차 등에 사용되고 있다.In addition, on the ground, lidar sensor technologies in a simple form for long-distance measurement, vehicle speed violation enforcement, etc. are being commercialized. Recently, it is used as a laser scanner or 3D image camera and is used for 3D reverse engineering or unmanned vehicles.

대한민국 등록특허공보 제10-2299264호(2021.09.01.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-2299264 (2021.09.01.) 대한민국 등록특허공보 제10-2263182호(2021.06.03.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-2263182 (2021.06.03.)

본 발명이 이루고자 하는 목적은, 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있고, 수 미터 이내의 근거리 범위도 측정할 수 있는 라이다 장치 및 이의 운용 방법를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a lidar device and its operating method capable of scanning a wide area of angular range without performance degradation and measuring a short range within several meters.

본 발명이 이루고자 하는 목적은, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리부터 중심까지 균일한 각 분해능을 가질 수 있는 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a lidar device and a method of operating the same that can have a uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range by correcting the angular resolution.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other non-specified objects of the present invention may be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치는, 제1 광을 방출하는 광원; 상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 광 검출기; 상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 스캐닝부; 및 상기 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호처리부;를 포함한다.LiDAR device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a light source for emitting a first light; a photodetector for detecting second light, which is light reflected by an object positioned on a scan area, among the first light; a scanning unit configured to receive and reflect the emitted first light toward the scan area, receive second light reflected from the object, and transmit the second light toward the photodetector; and calculating at least one error value generated by the scanning unit, controlling the scanning unit to operate in order to correct each resolution deviation corresponding to the calculated error value, and using a detection result of the photodetector to control the target object. It includes; a signal processing unit for acquiring distance information about.

여기서, 상기 스캐닝부는, 수평 또는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 수평 또는 수직 방향의 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및 상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부;를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 반사부가 틸트 구동을 수행하는 구동범위와 구동주기를 기반으로 상기 오차값을 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the scanning unit may include: a reflector configured to adjust a scan area in the horizontal or vertical direction by performing a tilt drive in a horizontal or vertical direction; and a drive unit connected to the reflector to drive the reflector, wherein the signal processing unit calculates the error value based on a driving range and a driving period in which the reflector performs a tilt drive.

여기서, 상기 반사부는, 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 및 수평 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하는 제2 미러부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the reflector may include: a first mirror unit adjusting a vertical field of view (FOV) of the scan area by performing a tilt drive in a vertical direction; and a second mirror unit performing a tilt drive in a horizontal direction to adjust a horizontal field of view (FOV) of the scan area and performing a tilt drive in a vertical direction in response to the calculated error value. characterized by

여기서, 상기 구동부는, 상기 제1 미러부의 구동축과 결합하여 상기 구동축이 상기 제1 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제1 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제1 구동부; 상기 제2 미러부의 수평구동축과 결합하여 상기 수평구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수평 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수평 구동부; 및 상기 제2 미러부의 수직구동축과 결합하여 상기 수직구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수직 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the driving unit includes a first driving unit that tilts and drives the first mirror unit in a vertical direction by combining with the driving shaft of the first mirror unit to transmit power so that the driving shaft rotates integrally with the first mirror unit; a second horizontal driving unit coupled to a horizontal driving shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in a horizontal direction by transmitting power so that the horizontal driving shaft rotates integrally with the second mirror unit; And a second vertical driving unit coupled to the vertical driving shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the vertical direction by transmitting power so that the vertical driving shaft rotates integrally with the second mirror unit. characterized by

여기서, 상기 제1 미러부는, 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 틸트 구동하고, 상기 신호처리부는, 상기 미리 결정된 제1 구동범위와 상기 미리 결정된 제1 구동주기를 기반으로 상기 스캐닝부의 각 분해능 편차 보정의 기준이 되는 기준값을 산출하고, 상기 산출된 기준값과 상기 제1 미러부의 구동각도를 기반으로 오차값을 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the first mirror unit repeatedly tilts and drives a predetermined first driving range with a predetermined first driving cycle, and the signal processing unit performs a tilt drive based on the predetermined first driving range and the predetermined first driving cycle. A reference value serving as a criterion for correcting the deviation of each resolution of the scanning unit is calculated, and an error value is calculated based on the calculated reference value and a driving angle of the first mirror unit.

여기서, 상기 신호처리부가 산출하는 기준값은, 상기 제1 미러부가 상기 미리 결정된 제1 구동주기로 상기 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도이고, 상기 신호처리부는, 상기 제1 미러부의 구동각도에서 상기 기준값을 빼는 방식으로 상기 오차값을 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the reference value calculated by the signal processing unit is a driving angle when it is assumed that the first mirror unit repeatedly linearly drives the first predetermined driving range with the first predetermined driving cycle, and the signal processing unit, The error value may be calculated by subtracting the reference value from the driving angle of the first mirror unit.

여기서, 상기 신호처리부는, 상기 산출된 오차값을 기반으로, 상기 미리 결정된 제1 구동주기와 상기 미리 결정된 제1 구동범위에 대응하여, 제2 미러부가 수직 방향으로 틸트 구동하기 위한 제2 구동주기와 제2 구동범위를 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the signal processing unit, based on the calculated error value, corresponds to the first predetermined driving period and the predetermined first driving range, a second driving period for tilting and driving the second mirror unit in the vertical direction. And it is characterized in that for calculating the second driving range.

여기서, 상기 제2 수직 구동부는, 상기 산출된 제2 구동주기와 상기 산출된 제2 구동범위에 대응하여 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 것을 특징으로 한다.Here, the second vertical driving unit may tilt and drive the second mirror unit in a vertical direction corresponding to the calculated second driving period and the calculated second driving range.

여기서, 상기 제1 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제1 각도센서; 및 상기 제2 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제2 각도센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, a first angle sensor for measuring the driving angle of the first mirror unit and transmitting the measured angle information to the signal processing unit; and a second angle sensor for measuring the driving angle of the second mirror unit and transmitting the measured angle information to the signal processing unit.

여기서, 상기 신호 처리부는, 상기 광원의 출력 및 펄스 반복률을 제어하고, 상기 송신된 제1 미러부의 각도정보를 기반으로 상기 오차값을 산출하고, 상기 송신된 제2 미러부의 각도정보 와 상기 산출된 오차값을 이용하여 상기 구동부를 통해 제2 미러부의 구동각도를 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, the signal processing unit controls the output of the light source and the pulse repetition rate, calculates the error value based on the transmitted angle information of the first mirror unit, and calculates the error value based on the transmitted angle information of the second mirror unit and the calculated angle information of the second mirror unit. It is characterized in that the driving angle of the second mirror unit is controlled through the driving unit using the error value.

여기서, 상기 스캐닝부는, 상기 광원으로부터 입사된 상기 제1 광이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재; 적어도 하나의 홀(hole)과 상기 홀을 둘러싸는 반사면을 포함하고, 상기 홀을 이용하여 상기 제1 광을 통과시키는 방식으로 상기 제1 광과 상기 제2 광의 광축이 동일하도록 조정하고, 상기 반사면을 이용하여 상기 제2 광을 반사하는 광축 조정부; 및 상기 반사면으로부터 반사된 상기 제2 광을 집광시켜 상기 광 검출기로 입사시키는 수신 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the scanning unit may include: a transmitting member that adjusts the first light incident from the light source to become parallel light; It includes at least one hole and a reflective surface surrounding the hole, and adjusts optical axes of the first light and the second light to be the same by passing the first light through the hole, an optical axis adjusting unit that reflects the second light using a reflective surface; and a receiving member for condensing the second light reflected from the reflective surface and incident it to the photodetector.

여기서, 상기 광 검출기는, InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the photodetector is characterized in that it is composed of an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광원, 광 검출기, 스캐닝부, 신호처리부 및 구동부를 포함하는 라이다 장치에서 수행되는 라이다 장치 운용 방법은, 상기 광원이, 제1 광을 방출하는 단계; 상기 스캐닝부가, 상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 단계; 상기 광 검출기가, 상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 단계; 및 상기 신호처리부가, 상기 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함한다.A lidar device operation method performed in a lidar device including a light source, a photodetector, a scanning unit, a signal processing unit, and a driving unit according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is, the light source, the first light releasing; receiving, by the scanning unit, the emitted first light and reflecting it toward the scan area, receiving a second light reflected from the object, and transmitting the second light toward the photodetector; detecting, by the photodetector, second light, which is light reflected by an object positioned on a scan area, from among the first light; and controlling the signal processing unit to calculate at least one error value generated by the scanning unit, to drive the scanning unit to compensate for each resolution deviation corresponding to the calculated error value, and to control the detection result of the photodetector. and acquiring distance information about the target object using .

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 적용함으로써, 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있고, 수 미터 이내의 근거리 범위도 측정할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, by applying the LIDAR device and its operating method, it is possible to scan a wide range of angles without performance degradation, and to measure a short range within several meters. .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 적용함으로써, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리부터 중심까지 균일한 각 분해능을 가질 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, by applying the lidar device and its operating method, it is possible to have a uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range by correcting the angular resolution.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned here, the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their provisional effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광축조정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부와 제2 미러부의 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 오차값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
1 and 2 are diagrams for explaining a lidar device according to an embodiment of the present invention.
3 to 4 are diagrams for explaining in detail a lidar device according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining an optical axis adjusting unit of a lidar device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining problems according to vertical scan driving of a conventional lidar device.
7 is a diagram for explaining problems caused by vertical scan driving and horizontal scan driving of a conventional lidar device.
8 is a diagram for explaining an operation process of a first mirror unit and a second mirror unit of a lidar device according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining a method of calculating an error value of a lidar device according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram for explaining vertical scan driving of a lidar device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9 .
11 is a diagram for explaining vertical scan driving and horizontal scan driving of a lidar device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9 .
12 is a diagram for explaining an operating process of a lidar device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention, and singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “has,” “can have,” “includes,” or “can include” refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It should be understood that it is intended to designate the existence, but does not preclude the possibility of existence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Terms including ordinal numbers such as second and first may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a second element may be termed a first element, and similarly, a first element may be termed a second element, without departing from the scope of the present invention. The terms and/or include any combination of a plurality of related recited items or any of a plurality of related recited items.

본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In this specification, identification codes (eg, a, b, c, etc.) for each step are used for convenience of explanation, and identification codes do not describe the order of each step, and each step is clearly Unless a specific order is specified, it may occur in a different order from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있으며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.In addition, the term '~unit' described in this specification may mean software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and '~unit' performs certain roles. However, '~ part' is not limited to software or hardware. '~bu' may be configured to be in an addressable storage medium and may be configured to reproduce one or more processors. Therefore, as an example, '~unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data structures and variables. Functions provided within components and '~units' may be combined into smaller numbers of components and '~units' or further separated into additional components and '~units'.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 라이다 장치의 다양한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, various embodiments of a lidar apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에 기재된 실시예들은 로봇 및 무인자동차의 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑 장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용될 수 있다.The embodiments described in this specification can be widely applied in various fields, such as sensors for detecting obstacles in robots and unmanned vehicles, radar guns for measuring speed, aerial geo-mapping devices, 3D ground surveys, and underwater scanning.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams for explaining a lidar device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 라이다 장치(10)는 광원(100), 스캐닝부(200), 광 검출기(300) 및 신호처리부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the LiDAR device 10 may include a light source 100 , a scanning unit 200 , an optical detector 300 and a signal processing unit 400 .

광원(100)은 광을 방출하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 광원(100)은 적외선 영역의 광을 방출할 수 있다. 적외선 영역의 광을 사용하면 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 반드시 적외선 영역에 한정되는 것은 아니며 광원(100)은 다양한 파장 영역의 광을 방출 할 수 있다. 이러한 경우 혼합된 자연광의 정보를 제거하기 위한 보정이 요구될 수도 있다.The light source 100 may be a device that emits light. For example, the light source 100 may emit light in the infrared region. When light in the infrared region is used, mixing with natural light in the visible region including sunlight can be prevented. However, it is not necessarily limited to the infrared region, and the light source 100 may emit light in various wavelength regions. In this case, correction may be required to remove mixed natural light information.

광원(100)은 제1 광(L1)을 방출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원(100)은 광섬유 레이저일 수 있다. 광섬유 레이저는 1.5 내지 1.7um 대역의 레이저 파장, kW급의 첨두 파워(peak power), MHz급의 레이저 펄스반복률의 성능을 갖도록 구현되는 것이 바람직하다.The light source 100 may emit first light L1. According to one embodiment of the present invention, the light source 100 may be a fiber laser. The optical fiber laser is preferably implemented to have the performance of a laser wavelength of 1.5 to 1.7um band, peak power of kW class, and laser pulse repetition rate of MHz class.

스캐닝부(200)는 방출된 제1 광(L1)을 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 대상체(20)에서 반사된 제2 광(L2)을 수신하고, 제1 광(L1)의 광축과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하여, 제2 광(L2)을 광 검출기(300)를 향해 송신할 수 있다.The scanning unit 200 receives the emitted first light L1 and reflects it toward the scan area, receives the second light L2 reflected from the object 20, and connects the first light L1 to the optical axis and The second light L2 may be transmitted toward the photodetector 300 by adjusting the optical axes of the second light L2 to be the same.

제1 광(L1)의 광축과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하는 것은 도 4를 참조하면, 광축조정부(220)와 대상체(20) 사이의 광 경로를 동일하도록 조정하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 4, adjusting the optical axis of the first light L1 and the optical axis of the second light L2 to be the same may be adjusting the optical path between the optical axis adjusting unit 220 and the object 20 to be the same. there is.

본 발명에서 광축은 광학계에서 빛이 투과하는 광로를 가리키는 가상의 선을 의미할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, an optical axis may mean a virtual line indicating an optical path through which light passes in an optical system, but is not necessarily limited thereto.

스캐닝부(200)에 대해서는 도 3 내지 도 5에서 보다 상세하게 설명한다.The scanning unit 200 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5 .

광 검출기(300)는 제1 광(L1) 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)에 의해 반사(또는 산란)된 광인 제2 광(L2)을 검출할 수 있다.The photodetector 300 may detect second light L2, which is light reflected (or scattered) by the object 20 located on the scan area, among the first light L1.

광 검출기(300)는 제1 광(L1) 중 대상체(20)에서 반사 또는 산란된 제2 광(L2)을 전기 신호, 예를 들어 전류로 변환할 수 있다. 광원(100)에서 방출된 제1 광(L1)은 대상체(20)에 조사되고, 대상체(20)에 의해 반사 또는 산란될 수 있다. 제1 광(L1) 중 대상체(20)에 의해 반사 또는 산란된 광을 제2 광(L2)이라고 한다. 제1 광(L1)과 제2 광(L2)은 파장이 실질적으로 동일하고 세기가 다를 수 있다.The photodetector 300 may convert the second light L2 reflected or scattered by the object 20 from among the first light L1 into an electrical signal, for example, a current. The first light L1 emitted from the light source 100 may be irradiated onto the object 20 and reflected or scattered by the object 20 . Of the first light L1, the light reflected or scattered by the object 20 is referred to as the second light L2. The first light L1 and the second light L2 may have substantially the same wavelength and different intensities.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 검출기(300)는 단소자 광 검출기일 수 있다. 단소자 광 검출기는 광섬유로 연결되어 있다. 수신부재(230)에서 집속된 레이저 스팟은 광섬유에 집속되고, 광섬유는 레이저 빔을 단소자 광 검출기에 전달할 수 있다. 여기서, 단소자 광 검출기는 InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the photodetector 300 may be a single element photodetector. Single-element photodetectors are connected by optical fibers. The laser spot focused by the receiving member 230 is focused on an optical fiber, and the optical fiber may transfer the laser beam to a single element photodetector. Here, the single-element photodetector may be an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.

광 검출기(300)는 출력된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로 및 전압의 진폭을 증폭시키는 증폭기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이외에도 광 검출기(300)는 특정 주파수의 전기 신호를 필터링하는 필터, 예를 들어, 하이패스 필터를 더 포함할 수 있다.The photodetector 300 may further include a current-to-voltage conversion circuit that converts the output current into a voltage and an amplifier (not shown) that amplifies the amplitude of the voltage. In addition, the photodetector 300 may further include a filter for filtering an electric signal of a specific frequency, for example, a high pass filter.

광섬유 연결 단소자 광 검출기는 일반적인 라이다에 사용되는 어레이형 광 검출기보다 감응도와 응답속도가 높아 고속으로 레이저 신호를 수신할 수 있기 때문에 일반적인 라이다보다 3차원 영상정보의 해상도를 향상 시킬 수 있다.Optical fiber-connected single-element photodetectors can receive laser signals at high speed with higher sensitivity and response speed than array-type photodetectors used in general lidars, so they can improve the resolution of 3D image information compared to general lidars.

신호처리부(400)는 광 검출기(300)의 검출 결과를 이용하여 대상체(20)에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다. 신호처리부(400)는 검출한 제2 광(L2)에 기초하여 라이다 장치(10)로부터 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)까지의 거리를 판단할 수 있다. 신호처리부(400)는 광원(100)의 광 방출 시간과 광 검출기(300)의 광 검출 시간을 기초로 대상체(20)의 거리가 산출될 수 있다.The signal processing unit 400 may obtain distance information with respect to the object 20 by using a detection result of the photodetector 300 . The signal processing unit 400 may determine the distance from the lidar device 10 to the object 20 located on the scan area based on the detected second light L2. The signal processor 400 may calculate the distance to the object 20 based on the light emission time of the light source 100 and the light detection time of the photodetector 300 .

신호처리부(400)는 스캐닝부(200)의 각 분해능 편차를 보정하기 위한 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 스캐닝부(200)가 구동하도록 제어할 수 있다.The signal processing unit 400 may calculate at least one error value for correcting each resolution deviation of the scanning unit 200 and control the scanning unit 200 to operate in response to the calculated error value.

여기서, 오차값은 스캐닝부(200)가 스캔영역을 향해 제1 광(L1)을 반사하기 위하여 구동하는 과정에서 발생하는 각 분해능 편차에 대한 값일 수 있다.Here, the error value may be a value for each resolution deviation that occurs while the scanning unit 200 is driven to reflect the first light L1 toward the scan area.

신호처리부(400)가 각 분해능 편차를 보정하기 위한 오차값을 산출하는 과정에 대해서는 도 9에서 보다 상세하게 설명한다.A process in which the signal processing unit 400 calculates an error value for correcting each resolution deviation will be described in detail with reference to FIG. 9 .

또한, 신호처리부(400)는 광원(100), 스캐닝부(200), 광 검출기(300) 등 라이다 장치(10)의 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다.In addition, the signal processing unit 400 may control the operation of each component of the lidar device 10, such as the light source 100, the scanning unit 200, and the photodetector 300.

보다 상세하게는, 신호처리부(400)는 광원(100)의 출력 및 펄스반복률을 제어할 수 있고, 후술될 제1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 틸트 구동 각도를 제어할 수 있다. 신호처리부(400)는 제2 광(L2)을 수신하여 3차원 좌표에 대한 대상체(20)의 거리 정보를 계산할 수 있다.More specifically, the signal processing unit 400 can control the output and pulse repetition rate of the light source 100, and control the tilt driving angles of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242, which will be described later. can The signal processor 400 may receive the second light L2 and calculate distance information of the object 20 with respect to 3D coordinates.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)는 임계치와 가중치에 기초하여 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 may adjust the signal strength of the first light L1 based on the threshold and the weight.

보다 상세하게는, 신호처리부(400)는 수신한 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제1 임계치보다 낮은 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제1 가중치(예를 들어, 1.3)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.More specifically, when the signal intensity of the second light L2 received by the photodetector 300 is lower than the first threshold value, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light L1 and The signal strength of the first light L1 emitted by the light source 100 may be adjusted to have a signal strength equal to a value multiplied by the first weight (eg, 1.3).

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제1 임계치 보다 크고, 제2 임계치보다는 작은 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제2 가중치(예를 들어, 1.1)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light L2 received by the photodetector 300 is greater than the first threshold and less than the second threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light L1 and the second threshold. The signal strength of the first light L1 emitted by the light source 100 may be adjusted to have a signal strength obtained by multiplying 2 weights (eg, 1.1).

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제2 임계치보다 큰 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제3 가중치(예를 들어, 0.8)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light L2 received by the photodetector 300 is greater than the second threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light L1 and a third weight (for example, .

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제1 임계치와 같은 값을 가지게 되는 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제1 가중치(예를 들어, 1.3)와 제2 가중치(예를 들어, 1.1)의 평균값(상기 예시의 경우, 1.2)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light L2 received by the photodetector 300 has the same value as the first threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light L1 and the first weight. The first light emitted by the light source 100 to have a signal strength obtained by multiplying (eg, 1.3) and the average value (eg, 1.1) of the second weight (eg, 1.2 in the case of the above example) You can adjust the signal strength of L1).

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제2 임계치와 같은 값을 가지게 되는 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제2 가중치(예를 들어, 1.1)와 제3 가중치(예를 들어, 0.8)와 의 평균값(상기 예시의 경우, 0.95)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light L2 received by the photodetector 300 has the same value as the second threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light L1 and the second weight. The first light emitted by the light source 100 has a signal strength equal to the product of (eg, 1.1), the third weight (eg, 0.8), and the average value (0.95 in the case of the above example). The signal strength of (L1) can be adjusted.

라이다 시스템은 넓은 스캔 각도와 높은 분해능을 목표로 개발되고 있으나, 스캔 각도가 광각으로 넓어짐에 따라 수신부의 광학계 구성 및 레이저 검출기 성능에 의해 3차원 영상정보 측정거리 및 공간 분해능과 같은 라이다 시스템 성능이 저하된다.The lidar system is being developed with the goal of wide scan angle and high resolution. However, as the scan angle widens to a wide angle, lidar system performance such as 3D image information measurement distance and spatial resolution is affected by the optical system configuration of the receiver and the performance of the laser detector. this is lowered

기존 라이다 시스템은 넓은 스캔 각도를 수광하기 위하여 어레이 검출기를 사용하거나, 회전을 통하여 표적의 반사광을 수광한다. 그러나, 어레이 검출기는 단소자 검출기보다 응답시간이 길어서 측정거리가 짧아지고, 각도 분해능이 저하되는 단점을 가지고 있다.Existing lidar systems use an array detector to receive light at a wide scan angle or receive reflected light from a target through rotation. However, the array detector has disadvantages in that the response time is longer than that of the single element detector, so that the measurement distance is shortened and the angular resolution is lowered.

또한, 송신부와 수신부가 분리되어 있을 경우 송신 레이저 빔과 수신광학계의 FOV(field of view)가 겹쳐지지 않는 영역은 표적 거리를 측정할 수 없고, 1 미터 이내의 근거리는 측정이 불가능하다는 문제점이 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 광각의 송신 레이저빔(제1 광(L1)) 광축과 수신 레이저빔(제2 광(L2)) 광축이 동일한 광각 동축 스캔 광학계를 제안한다.In addition, when the transmitting unit and the receiving unit are separated, the target distance cannot be measured in an area where the field of view (FOV) of the transmitting laser beam and the receiving optical system does not overlap, and there is a problem that it is impossible to measure a short distance within 1 meter. . In order to compensate for this disadvantage, a wide-angle coaxial scanning optical system in which the optical axis of the wide-angle transmission laser beam (first light L1) and the receiving laser beam (second light L2) are the same is proposed.

도 1 내지 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 라이다 장치(10)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.All blocks shown in FIGS. 1 to 2 are not essential components, and some blocks connected to the lidar device 10 in another embodiment may be added, changed, or deleted.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 자세히 설명하기 위한 도면이다.3 to 4 are diagrams for explaining in detail a lidar device according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 라이다 장치(10)는 구동부(250), 제1 각도센서(810), 제2 각도센서(820), 광학창(500) 및 디스플레이부(700)를 더 포함할 수 있다.3 to 4, the lidar device 10 further includes a driving unit 250, a first angle sensor 810, a second angle sensor 820, an optical window 500 and a display unit 700. can include

또한, 스캐닝부(200)는 송신부재(210), 광축조정부(220), 수신부재(230) 및 반사부(240)를 포함할 수 있다.In addition, the scanning unit 200 may include a transmitting member 210, an optical axis adjusting unit 220, a receiving member 230, and a reflecting unit 240.

스캐닝부(200)는 광원(100)으로부터 입사된 제1 광(L1)이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재(210)를 포함할 수 있다. 송신부재(210)는 광원(100)의 빔전송 광섬유에서 출력되는 제1 광(L1)이 평행광이 되도록 광학렌즈로 형성될 수 있다.The scanning unit 200 may include a transmitting member 210 that adjusts the first light L1 incident from the light source 100 to become parallel light. The transmission member 210 may be formed of an optical lens so that the first light L1 output from the beam transmission optical fiber of the light source 100 becomes parallel light.

스캐닝부(200)는 광축조정부(220)의 반사면으로부터 반사된 제2 광(L2)을 집광시켜 광 검출기(300)로 입사시키는 수신 부재(230)을 포함할 수 있다. 수신 부재(230)는 대상체(20)에서 반사되는 제2 광(L2)을 집속하여 광 검출기(300)에 전달되도록 광학렌즈로 형성될 수 있다.The scanning unit 200 may include a receiving member 230 that collects the second light L2 reflected from the reflective surface of the optical axis adjustment unit 220 and enters it into the photodetector 300 . The receiving member 230 may be formed of an optical lens to focus the second light L2 reflected from the object 20 and transmit it to the photodetector 300 .

스캐닝부(200)는 적어도 하나의 홀(hole)과 홀을 둘러싸는 반사면을 포함하고, 홀을 이용하여 제1 광(L1)을 통과시키는 방식으로 제1 광(L1)과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하고, 반사면을 이용하여 제2 광(L2)을 반사하는 광축 조정부(220)를 포함할 수 있다.The scanning unit 200 includes at least one hole and a reflective surface surrounding the hole, and transmits the first light L1 and the second light L1 by using the hole. It may include an optical axis adjustment unit 220 that adjusts the optical axes of L2 to be the same and reflects the second light L2 using a reflective surface.

광축 조정부(220)에 대해서는 도 5에서 보다 상세하게 설명한다.The optical axis adjustment unit 220 will be described in detail with reference to FIG. 5 .

스캐닝부(200)는 방출된 제1 광(L1)을 대상체(20)를 향해 반사하고, 대상체(20)로부터 반사된 제2 광(L2)을 광 검출기(300)를 향해 반사하고, 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부(240)를 포함할 수 있다.The scanning unit 200 reflects the emitted first light L1 toward the object 20, reflects the second light L2 reflected from the object 20 toward the photodetector 300, and scan area. It may include a reflector 240 configured to adjust the.

반사부(240)는 수평 또는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 수평 또는 수직 방향의 스캔영역을 조절하도록 구성될 수 있고, 여기서, 신호처리부(400)는 반사부(240)가 틸트 구동을 수행하는 구동범위와 구동주기를 기반으로 오차값을 산출할 수 있다.The reflector 240 may be configured to adjust a scan area in a horizontal or vertical direction by performing a tilt drive in a horizontal or vertical direction. An error value can be calculated based on the driving range and driving cycle.

신호처리부(400)에 의하여 산출되는 오차값은 라이다 장치(10)의 동작 중에 실시간으로 산출되는 것일 수 있지만, 라이다 장치(10) 동작 이전에 미리 산출되어 신호처리부(400)에 저장된 것일 수 있다.The error value calculated by the signal processing unit 400 may be calculated in real time during the operation of the lidar device 10, but may be calculated in advance and stored in the signal processing unit 400 prior to the operation of the lidar device 10. there is.

구동부(250)는 반사부(240)와 연결되어 산출된 오차값에 대응하여 반사부(240)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 산출된 오차값이 +25인 경우, 구동부(250)는 반사부(240)를 +25도만큼 틸트 구동시킬 수 있다.The driver 250 may be connected to the reflector 240 to drive the reflector 240 in response to the calculated error value. For example, when the calculated error value is +25, the driver 250 may tilt and drive the reflector 240 by +25 degrees.

반사부(240)는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부(241) 및 수평 방향으로 틸트 구동을 수행하여 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하고, 산출된 오차값에 대응하여 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하는 제2 미러부(242)를 포함할 수 있다.The reflector 240 tilts in the vertical direction to adjust the vertical field of view (FOV) of the scan area, and tilts in the horizontal direction to adjust the horizontal field of view of the scan area. The second mirror unit 242 may include a second mirror unit 242 that adjusts a field of view (FOV) and performs tilt driving in a vertical direction in response to the calculated error value.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(250)는 제1 구동부(미도시) 및 제2 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the driving unit 250 may include a first driving unit (not shown) and a second driving unit (not shown).

제1 구동부는 제1 미러부(241)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 구동부에 포함된 제1 틸팅부는 제1 미러부(241)의 구동축(미도시)과 결합하여 구동축이 제1 미러부(241)와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 제1 미러부(241)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다.The first driver may tilt and drive the first mirror unit 241 in the vertical direction. More specifically, the first tilting unit included in the first driving unit is combined with a driving shaft (not shown) of the first mirror unit 241 to transfer power so that the driving shaft rotates integrally with the first mirror unit 241. Thus, the first mirror unit 241 may be tilted and driven in the vertical direction.

제2 구동부는 제2 수직 구동부와 제2 수평 구동부를 포함할 수 있다.The second driving unit may include a second vertical driving unit and a second horizontal driving unit.

제2 수평 구동부는 제2 미러부(242)를 수평 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 수평 구동부에 포함된 제2 수평 틸팅부는 제2 미러부(242)의 수평구동축(미도시)과 결합하여 수평구동축이 제2 미러부(242)와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 제2 미러부(242)를 수평 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다.The second horizontal driver may tilt and drive the second mirror unit 242 in the horizontal direction. More specifically, the second horizontal tilting unit included in the second horizontal driving unit is coupled with a horizontal driving shaft (not shown) of the second mirror unit 242 to rotate the horizontal driving shaft integrally with the second mirror unit 242. It is possible to tilt and drive the second mirror unit 242 in the horizontal direction in a manner of transmitting the .

제2 수직 구동부는 제2 미러부(242)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 수직 구동부에 포함된 제2 수직 틸팅부는 제2 미러부(242)의 수직구동축(미도시)과 결합하여 신호처리부(400)가 산출한 오차값 또는 미리 산출되어 신호처리부(400)에 저장된 오차값에 대응하여 수직구동축이 제2 미러부(242)와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 제2 미러부(242)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다.The second vertical driver may tilt and drive the second mirror unit 242 in the vertical direction. More specifically, the second vertical tilting unit included in the second vertical driving unit is combined with the vertical driving shaft (not shown) of the second mirror unit 242 to generate an error value calculated by the signal processing unit 400 or pre-calculated by the signal processing unit. In response to the error value stored in 400 , the second mirror unit 242 may be tilted and driven in the vertical direction by transmitting power so that the vertical driving shaft rotates integrally with the second mirror unit 242 .

제2 수평 구동부와 제2 수직 구동부는 동작 중에 상호간에 영향을 미치지 않으므로 제2 수평 구동부와 제2 수직 구동부는 동시에 동작하여 제2 미러부(242)를 각각 수평 방향 구동시키고, 수직 방향 구동시킬 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 순차적으로 동작할 수도 있다.Since the second horizontal driving unit and the second vertical driving unit do not affect each other during operation, the second horizontal driving unit and the second vertical driving unit operate simultaneously to drive the second mirror unit 242 in the horizontal and vertical directions, respectively. However, it is not necessarily limited thereto and may operate sequentially.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)거울일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 may be MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors.

종래의 라이다 광학계는 기계적인 회전을 통하여 레이저를 송수신하여 넓은 영역을 스캔할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 기계적인 내구성에 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 MEMS 거울을 이용하여 기계적인 회전부를 해결할 수 있다.Conventional lidar optical systems have the advantage of scanning a wide area by transmitting and receiving lasers through mechanical rotation, but have a problem in mechanical durability. In order to solve this problem, a mechanical rotating part can be solved by using a MEMS mirror.

MEMS 거울은 수평 또는 수직 방향으로 기울임(tilt) 구동을 하여 수평 또는 수직 FOV (Field of View)를 스캔하며, MEMS 거울의 구동 각도에 따라 라이다 장치(10)의 스캔 각도 범위가 결정될 수 있다.The MEMS mirror is tilted in a horizontal or vertical direction to scan a horizontal or vertical field of view (FOV), and the scanning angle range of the lidar device 10 may be determined according to the driving angle of the MEMS mirror.

제1 미러부(241)는 미리 결정된 제1 구동주기(예를 들어, 10ms)로 미리 결정된 제1 구동범위(예를 들어, -45도 ~ 45도)를 반복적으로 틸트 구동할 수 있다.The first mirror unit 241 may tilt and drive repeatedly in a first predetermined driving range (eg, -45 degrees to 45 degrees) with a first predetermined driving period (eg, 10 ms).

신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 미리 결정된 제1 구동범위와 미리 결정된 제1 구동주기를 기반으로 스캐닝부(200)의 각 분해능 편차 보정의 기준이 되는 기준값을 산출하고, 산출된 기준값과 제1 미러부(241)의 구동각도를 기반으로 오차값을 산출할 수 있다.The signal processing unit 400 calculates a reference value that is a reference value for correcting each resolution deviation of the scanning unit 200 based on a first predetermined driving range and a predetermined first driving cycle of the first mirror unit 241, and calculates the reference value. An error value may be calculated based on the reference value and the driving angle of the first mirror unit 241 .

여기서, 기준값은 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도일 수 있다.Here, the reference value may be a driving angle when it is assumed that the first mirror unit 241 is repeatedly linearly driven in a predetermined first driving range with a predetermined first driving period.

신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 구동각도에서 기준값을 빼는 방식으로 오차값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 미러부(241)의 구동각도가 35도 이고, 기준값이 22.5도인 경우, 오차값은 12.5도 일 수 있다.The signal processing unit 400 may calculate an error value by subtracting a reference value from the driving angle of the first mirror unit 241 . For example, when the driving angle of the first mirror unit 241 is 35 degrees and the reference value is 22.5 degrees, the error value may be 12.5 degrees.

제1 각도센서(810)는 제1 미러부(241)의 구동각도를 측정하여 신호처리부(400)로 측정된 각도정보를 송신할 수 있다.The first angle sensor 810 may measure the driving angle of the first mirror unit 241 and transmit the measured angle information to the signal processing unit 400 .

제2 각도센서(820)는 제2 미러부(242)의 구동각도를 측정하여 신호처리부(400)로 측정된 각도정보를 송신할 수 있다.The second angle sensor 820 may measure the driving angle of the second mirror unit 242 and transmit the measured angle information to the signal processing unit 400 .

신호처리부(400)는 제1 각도센서(810) 및 제2 각도센서(820)를 이용하여 제1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 구동각도를 수신할 수 있다.The signal processor 400 may receive driving angles of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 using the first angle sensor 810 and the second angle sensor 820 .

신호처리부(400)는 광원(100)의 출력 및 펄스 반복률을 제어하고, 송신된 제1 미러부(241)의 각도정보를 기반으로 오차값을 산출하고, 송신된 제2 미러부(242)의 각도정보와 산출된 오차값을 이용하여 구동부(250)를 통해 제2 미러부(242)의 구동각도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1 미러부(241)의 구동각도가 35도이고, 기준값이 22.5도여서, 오차값이 12.5도인 경우, 신호처리부(400)는 구동부(250)를 통해 제2 미러부(242)를 12.5도만큼 틸트 구동시킬 수 있다.The signal processing unit 400 controls the output and pulse repetition rate of the light source 100, calculates an error value based on the transmitted angle information of the first mirror unit 241, and calculates the error value of the transmitted second mirror unit 242. The driving angle of the second mirror unit 242 may be adjusted through the driving unit 250 using the angle information and the calculated error value. For example, when the driving angle of the first mirror unit 241 is 35 degrees and the reference value is 22.5 degrees, so the error value is 12.5 degrees, the signal processing unit 400 uses the driving unit 250 to perform the second mirror unit 242 ) can be tilt driven by 12.5 degrees.

제1 미러부(241)는 기 설정된 수직 방향 회전(틸트 구동)을 수행하고, 제2 미러부(242)는 송신 광을 기 설정된 수평 방향 회전을 수행하여 송신 광(제1 광)을 대상체(20)로 송신한다. 송신 광은 소정의 스캔 영역 내에서 물결 모양 파형(예를 들어, 사인 파형)의 스캔 경로에 따라 송신될 수 있다.The first mirror unit 241 rotates the transmitted light in a preset vertical direction (tilt driving), and the second mirror unit 242 rotates the transmitted light in a preset horizontal direction to transmit the transmitted light (first light) to the object ( 20) is sent. The transmission light may be transmitted according to a scan path of a wavy waveform (eg, a sine wave) within a predetermined scan area.

여기서, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 스캔 경로를 형성하기 위하여 서로 동기화될 수 있다. 다시 말해, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 동기화를 통해 수평 방향 회전 및 수직 방향 회전에 대한 각도 및 속도를 맞추어 송신 빔의 스캔 경로를 형성할 수 있다. 여기서, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)의 수평 방향 회전 및 수직 방향 회전 각각에 대한 각도 및 속도의 설정에 따라 송신 빔의 스캔 경로는 진폭, 파장, 주기 등에 대한 크기가 변경될 수 있다.Here, the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 may be synchronized with each other to form a scan path. In other words, the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 may form a scan path of the transmission beam by adjusting angles and speeds for horizontal rotation and vertical rotation through synchronization. Here, according to the setting of the angle and speed for each of the horizontal and vertical rotations of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242, the scan path of the transmission beam has a size with respect to amplitude, wavelength, period, etc. can be changed.

라이다 장치(10)는 스캐닝부(200)에서 획득되어 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광(L1) 및 대상체(20)에서 반사되어 스캐닝부(200)에서 획득되는 제2 광(L2)을 투과시키기 위한 광학창(Optical window)(500)을 더 포함할 수 있다.The LiDAR device 10 generates a first light L1 obtained from the scanning unit 200 and reflected toward the scan area and a second light L2 obtained from the scanning unit 200 after being reflected from the object 20. An optical window 500 for transmission may be further included.

디스플레이부(700)는 라이다 시스템(10)에서 출력되는 3차원 대상체 영상정보를 전시할 수 있다.The display unit 700 may display 3D object image information output from the LIDAR system 10 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 라이다 장치(10)는 수신 광량 확인부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lidar device 10 may further include a received light amount check unit (not shown).

수신 광량 확인부는 수신측의 수신 광량을 측정한다. 수신 광량 확인부는 광학창(500), 반사부(240) 등과 연동하여 대상체(20)로부터 반사되는 수신 광량을 측정하는 모듈로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광 검출기(300)에 연동되거나 광 검출기(300) 내에 포함된 하드웨어 또는 광 검출기(300) 내에 설치된 프로그램 형태로 구현될 수도 있다.The received light quantity check unit measures the received light quantity at the receiving side. The received light amount confirmation unit may be implemented as a module that measures the amount of received light reflected from the object 20 in conjunction with the optical window 500 and the reflector 240, but is not limited thereto, and is interlocked with the photodetector 300. Alternatively, it may be implemented in the form of hardware included in the photodetector 300 or a program installed in the photodetector 300 .

신호 처리부(400)는 측정된 수신 광량을 기 설정된 기준 광량과 비교하여 송신 광량, 반사부(240)의 회전각도, 반사부(240)의 회전속도 등을 조정할 수 있다.The signal processing unit 400 compares the measured amount of received light with a predetermined reference amount of light to adjust the amount of transmitted light, the rotation angle of the reflector 240, the rotation speed of the reflector 240, and the like.

구체적으로, 신호 처리부(400)는 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 송신 광량, 반사부(240)의 회전각도, 반사부(240)의 회전속도(예를 들어, 제1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 구동각도와 구동속도) 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.Specifically, the signal processor 400 determines the transmitted light amount, the rotation angle of the reflector 240, and the rotation speed of the reflector 240 (for example, the first mirror unit 241) when the measured received light amount is less than the reference light amount. and the driving angle and driving speed of the second mirror unit 242) may be adjusted.

신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나를 이용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.The signal processing unit 400 may adjust the received light amount to be greater than or equal to the reference light amount by using one of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value.

신호 처리부(400)는 기존 송신 광량에 제1 조정값을 적용하여 송신 광량을 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 송신 광량을 조정된 송신 광량으로 갱신할 수 있다. 또한, 신호 처리부(400)는 기존 반사부(240)의 회전각도에 제2 조정값을 적용하여 반사부(240)의 회전각도를 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 반사부(240)의 회전각도를 조정된 회전 각도로 갱신할 수 있다. 또한, 신호 처리부(400)는 기존 반사부(240)의 회전속도에 제3 조정값을 적용하여 반사부(240)의 회전속도를 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 반사부(240)의 회전속도를 조정된 회전 속도로 갱신할 수 있다.The signal processing unit 400 adjusts the transmitted light quantity by applying the first adjustment value to the existing transmitted light quantity, and then updates the transmitted light quantity to the adjusted transmitted light quantity when the measured received light quantity is equal to or greater than the reference light quantity. In addition, the signal processor 400 adjusts the rotation angle of the reflector 240 by applying a second adjustment value to the rotation angle of the existing reflector 240, and when the received light amount measured is equal to or greater than the reference light amount, the reflector 240 ) can be updated to the adjusted rotation angle. In addition, the signal processing unit 400 adjusts the rotational speed of the reflecting unit 240 by applying a third adjustment value to the rotational speed of the existing reflecting unit 240, and when the measured received light amount is equal to or greater than the reference light amount, the reflector 240 ) can be updated with the adjusted rotation speed.

한편, 신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나를 이용한 경우에도 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 각각을 순차적으로 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Meanwhile, the signal processing unit 400 determines the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value when the measured received light quantity is less than the reference light quantity even when one of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value is used. The amount of received light may be adjusted to be greater than or equal to the amount of light received by sequentially applying each of the adjustment values.

예를 들어, 신호 처리부(400)는 우선적으로 제1 조정값을 적용하여 송신 광량을 조정하고, 제2 조정값 및 제3 조정값을 각각 순차적으로 적용하여 반사부(240)의 회전각도 및 반사부(240)의 회전속도를 조정할 수 있다. 여기서, 조정값을 적용하는 순서는 설정에 따라 변경될 수 있다.For example, the signal processing unit 400 first adjusts the transmitted light amount by applying a first adjustment value, and sequentially applies the second adjustment value and the third adjustment value to adjust the rotation angle and reflection of the reflector 240 . The rotation speed of the part 240 can be adjusted. Here, the order of applying the adjustment values may be changed according to settings.

한편, 신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나 또는 순차적으로 모두 적용한 경우에도 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 일부 조정값의 조합으로 조건을 조정하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.On the other hand, the signal processing unit 400 adjusts the condition with a combination of some adjustment values when the measured received light amount is less than the reference light amount even when one or all of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value are sequentially applied Thus, the amount of received light can be adjusted to be greater than or equal to the standard amount of light.

구체적으로, 신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 적어도 하나의 조정값들을 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Specifically, the signal processing unit 400 may adjust the received light amount to be equal to or greater than the reference light amount by applying at least one of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value.

예를 들어, 신호 처리부(400)는 제1 조정값 및 제2 조정값을 조합하여 송신 광량 및 반사부(240)의 회전각도 각각을 조정할 수 있다. 여기서, 신호 처리부(400)는 제1 조정값 및 제2 조정값 각각의 비율을 서로 다르게 반영하여 조합할 수 있다. 즉, 신호 처리부(400)는 제1 조정값 및 제2 조정값에 서로 다른 가중치를 부여한 조합으로 송신 광량 및 반사부(240)의 회전각도 각각을 조정할 수 있다.For example, the signal processor 400 may adjust the transmission light amount and the rotation angle of the reflector 240 by combining the first adjustment value and the second adjustment value. Here, the signal processing unit 400 may reflect and combine ratios of the first adjustment value and the second adjustment value differently. That is, the signal processing unit 400 may adjust the amount of transmitted light and the rotation angle of the reflector 240 in a combination in which different weights are assigned to the first adjustment value and the second adjustment value.

신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값을 통해 조합 가능한 다양한 조건으로 변형하여 조합한 후 이를 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.The signal processing unit 400 may modify and combine the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value into various conditions that can be combined, and then adjust the received light quantity to be equal to or greater than the reference light quantity by applying the modified conditions.

도 3 내지 도 4에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 라이다 장치(10)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.All blocks shown in FIGS. 3 to 4 are not essential components, and in other embodiments, some blocks connected to the lidar device 10 may be added, changed, or deleted.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광축조정부를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining an optical axis adjusting unit of a lidar device according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)를 참조하면, 광축 조정부(220)는 적어도 하나의 홀(hole)(221)과 홀(221)을 둘러싸는 반사면(222)을 포함하도록 형성될 수 있다. 광축 조정부(220)는 홀(221)을 이용하여 제1 광(L1)을 통과시키는 방식으로 제1 광(L1)과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하고, 반사면(222)을 이용하여 상기 제2 광(L2)을 반사시킬 수 있다.Referring to (a) of FIG. 5 , the optical axis adjuster 220 may be formed to include at least one hole 221 and a reflective surface 222 surrounding the hole 221 . The optical axis adjuster 220 adjusts the optical axes of the first light L1 and the second light L2 to be the same by passing the first light L1 through the hole 221, and the reflecting surface 222 The second light L2 may be reflected by using.

홀(hole)(221)은 제1 광(L1)을 통과시킬 수 있고, 광축 조정부(220)의 중심에 위치할 수 있다.The hole 221 may pass the first light L1 and may be located at the center of the optical axis adjuster 220 .

반사면(222) 1.5 내지 1.7um 파장대역에 대하여 반사율이 높은 재료로 코팅되어 구현되는 것이 바람직하다.The reflective surface 222 is preferably implemented by being coated with a material having high reflectivity for a wavelength range of 1.5 to 1.7 μm.

사용 가능한 재료로는 고반사율의 백색 수지, 금속과 반사성 도료 등이 있다. 백색 수지는, 백색 발포 PET 재료나, 백색 POLYCARBONATE 재료등이 있을 수 있다. 이러한 재료의 반사율은 97%정도이며, 빛의 반사 로스가 적기 때문에 효율 저하가 적다. 금속으로는 고반사율 금속 예컨대 Ag, Al, Au, Cu, Pd, Pt, Rd 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있다. 반사면(222)은 증착에 의해 형성될 수 있다. 또는 반사성 도료로는 80 내지 90%의 반사율을 갖는 산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO), 탄산칼슘(CaCO3) 등의 반사 재료가 단독 또는 혼합되어 함유된 것들을 사용할 수 있다. 이와 같은 반사 도료는 접착제와 함께 용매에 희석하여 플라스틱과 같은 물질에 도포하여 형성될 수 있다. 도포 방법으로는 스프레이 및 롤러 등을 이용하여 도포할 수 있다.Available materials include white resin with high reflectivity, metal and reflective paint. The white resin may include a white foamed PET material or a white POLYCARBONATE material. The reflectance of these materials is about 97%, and the loss of efficiency is small because the reflection loss of light is small. As the metal, at least one selected from the group consisting of high reflectivity metals such as Ag, Al, Au, Cu, Pd, Pt, Rd, and alloys thereof may be used. The reflective surface 222 may be formed by deposition. Alternatively, as the reflective paint, reflective materials such as titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and calcium carbonate (CaCO 3 ) having a reflectance of 80 to 90% may be used alone or in combination. Such a reflective paint may be formed by diluting it in a solvent together with an adhesive and applying it to a material such as plastic. As an application method, it may be applied using a spray or roller.

도 5의 (b)를 참조하면, 반사면(222)을 향해 입사하는 제2 광(L2)과 홀(221)을 통과하는 제1 광(L1)의 광축이 실질적으로 일치하는 것을 확인할 수 있다.Referring to (b) of FIG. 5 , it can be seen that the optical axes of the second light L2 incident toward the reflective surface 222 and the first light L1 passing through the hole 221 substantially coincide. .

라이다 장치(10)는 제1 광(L1)이 반사부(240)(예를 들어, MEMS 거울)에 따라 스캔 각도가 변화하더라도 수신부재(230)에 입사되는 제2 광(L2)의 각도가 항상 일정하여 광섬유가 연결된 광 검출기(300)(예를 들어, 광섬유가 연결된 단소자 광 검출기)를 사용할 수 있다.LiDAR device 10 is the angle of the second light (L2) incident on the receiving member 230 even if the scan angle of the first light (L1) changes according to the reflector 240 (eg, MEMS mirror) Since is always constant, the photodetector 300 connected to an optical fiber (eg, a single element photodetector connected to an optical fiber) can be used.

도 6은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining problems according to vertical scan driving of a conventional lidar device.

도 6을 참조하면, 제1 미러부(241)는 선형 구동이 아닌 수직 방향의 틸트 구동을 수행하므로 제1 미러부(241)의 틸트 구동에 따른 스캐닝 포인트 간의 수직 간격이 일정하지 못하고 불균등함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , since the first mirror unit 241 performs a tilt drive in the vertical direction rather than a linear drive, the vertical interval between scanning points according to the tilt drive of the first mirror unit 241 is not constant and uneven. You can check.

보다 상세하게는, 스캔 영역의 수직 방향에 있어서, 가장자리와 중심부 간의 각 분해능 편차가 발생하는데, 스캐닝 포인트 간의 수직 간격은 상부 가장자리로부터 중심부를 향할수록 길어지고, 다시 중심부에서 하부 가장자리로 향할수록 짧아진다. 중심부가 가장자리보다 촘촘하게 스캔됨에 따라, 각 분해능 편차가 발생한다.More specifically, in the vertical direction of the scan area, an angular resolution deviation occurs between the edge and the center, and the vertical interval between scanning points becomes longer from the upper edge toward the center and shorter from the center to the lower edge. . As the center is scanned more densely than the edges, angular resolution deviations occur.

도 7은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining problems caused by vertical scan driving and horizontal scan driving of a conventional lidar device.

도 7을 참조하면, 제1 미러부(241)는 선형 구동이 아닌 수직 방향의 틸트 구동을 수행하므로 제1 미러부(241)의 틸트 구동에 따른 스캐닝 포인트 간의 수직 간격이 일정하지 못하고 불균등함을 확인할 수 있다. 이에 더하여, 제2 미러부(242)가 수평 방향으로 틸트 구동을 수행함에 따라, 스캐닝 포인트 간의 수직 간격은 스캔영역 전반에 걸쳐서 일정하지 못하고 불균등함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , since the first mirror unit 241 performs tilt driving in the vertical direction rather than linear driving, vertical intervals between scanning points according to the tilt driving of the first mirror unit 241 are not constant and uneven. You can check. In addition, as the second mirror unit 242 tilts in the horizontal direction, it can be confirmed that vertical intervals between scanning points are not constant and uneven throughout the scan area.

종래의 라이다 장치는 도 6 내지 도 7과 같이, 레이저 빔이 MEMS 거울에 반사되어 수직 방향을 스캔하는데, 시간에 따른 MEMS 거울의 구동 각도가 비선형성을 갖기 때문에 MEMS 거울의 구동 시 가장자리와 중심의 수직 방향에 있어서 각 분해능 편차가 발생하므로, 각 분해능이 저하된다는 문제점이 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, in the conventional lidar device, a laser beam is reflected on a MEMS mirror to scan in a vertical direction. Since the driving angle of the MEMS mirror over time has a non-linearity, the edges and the center when the MEMS mirror is driven Since angular resolution deviation occurs in the vertical direction of , there is a problem that angular resolution is lowered.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부와 제2 미러부의 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining an operation process of a first mirror unit and a second mirror unit of a lidar device according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 제1 미러부(241)는 미리 결정된 제1 구동범위를 미리 결정된 제1 구동주기 동안에 반복적으로 틸트 구동할 수 있다. 제1 미러부(241)가 틸트 구동을 수행함에 따라, 도 6 내지 도 7에서 확인한 바와 같은 각 분해능 편차가 발생하게 되는데, 제2 미러부(242)가 제1 미러부(241)로부터 발생하는 수직 각도 편차 보정을 위한 수직 보상 틸트 구동을 수행함에 따라 라이다 장치(10)의 각 분해능을 균일하도록 보정할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the first mirror unit 241 may repeatedly tilt and drive a first predetermined driving range during a first predetermined driving period. As the first mirror unit 241 performs a tilt drive, each resolution deviation as confirmed in FIGS. 6 to 7 occurs, and the second mirror unit 242 generates As the vertical compensation tilt drive for correcting the vertical angle deviation is performed, the angular resolution of the lidar device 10 may be corrected to be uniform.

도 8의 ①은 제1 미러부(241)가 +30도 만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ②는 제1 미러부(241)가 0도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ③은 제1 미러부(241)가 -30도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다.① in FIG. 8 indicates that the first mirror unit 241 is tilted by +30 degrees. ② indicates that the first mirror unit 241 is tilt-driven by 0 degree. ③ indicates that the first mirror unit 241 is tilted by -30 degrees.

ⓑ는 제2 미러부(242)가 +5도 만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ⓐ는 제2 미러부(242)가 0도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ⓒ는 제2 미러부(242)가 -5도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다.ⓑ indicates that the second mirror unit 242 is in a tilt-driven state by +5 degrees. ⓐ indicates that the second mirror unit 242 is tilted by 0 degrees. ⓒ indicates that the second mirror unit 242 is tilted by -5 degrees.

도 8을 참조하면, 제1 미러부(241)가 ①->②->③ 상태로 순차적으로 틸트 구동함에 따라 발생하는 편차는 제2 미러부(242)가 ⓐ->ⓑ->ⓐ->ⓒ->ⓐ 상태로 순차적으로 틸트 구동함으로써 보정할 수 있다. Referring to FIG. 8, the deviation generated as the first mirror unit 241 is sequentially tilted in the state of ①->②->③ is the second mirror unit 242 ⓐ->ⓑ->ⓐ-> It can be corrected by sequentially driving the tilt in the state of ⓒ->ⓐ.

또한, 제1 미러부(241)가 ③->②->① 상태로 순차적으로 틸트 구동함에 따라 발생하는 편차는 제2 미러부(242)가 ⓐ->ⓒ->ⓐ->ⓑ->ⓐ 상태로 순차적으로 틸트 구동함으로써 보정할 수 있다.In addition, the deviation caused by sequentially tilting the first mirror unit 241 in the state of ③->②->① is the second mirror unit 242 ⓐ->ⓒ->ⓐ->ⓑ->ⓐ It can be corrected by sequentially driving the tilt in this state.

신호처리부(400)는 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 틸트 구동하는 것에 대응하여, 제2 미러부(242)가 수직방향으로 구동하기 위한 제2 구동주기와 제2 구동범위를 산출할 수 있다.The signal processing unit 400 is configured to drive the second mirror unit 242 in the vertical direction in response to the tilt-driving of the first mirror unit 241 repeatedly in the first driving range determined in advance with the first driving cycle. A second driving cycle and a second driving range may be calculated.

이에 대응하여, 제2 수직 구동부는 제2 미러부(242)를 제2 구동주기로 제2 구동범위를 반복적으로 수직방향으로 틸트 구동시킬 수있다.Correspondingly, the second vertical driving unit may tilt and drive the second mirror unit 242 in the vertical direction repeatedly in the second driving range with the second driving cycle.

이와 별개로, 제2 수평 구동부는 제2 미러부가 미리 결정된 제3 구동주기(예를 들어, 30ms)로 미리 결정된 제3 구동범위(예를 들어, -55도 ~ 55도)를 반복적으로 틸트 구동시킬 수 있다.Separately from this, the second horizontal driving unit repeatedly tilts the second mirror unit in a predetermined third driving range (eg, -55 degrees to 55 degrees) with a predetermined third driving period (eg, 30 ms). can make it

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)는 제2 구동범위를 산출하기 위하여 제1 미러부(241)에서 발생하는 적어도 하나의 오차값 중에서 가장 큰 값인 최대오차값을 산출할 수 있다. 또한, 신호처리부(400)가 산출하는 제2 구동주기는 제1 구동주기의 절반에 해당하는 값일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 may calculate a maximum error value, which is the largest value among at least one error value generated in the first mirror unit 241 in order to calculate the second driving range. . Also, the second driving period calculated by the signal processing unit 400 may be half of the first driving period.

예를 들어, 산출된 최대오차값이 5도이고, 제1 구동주기가 10ms인 경우, 신호처리부(400)는 제2 구동범위를 -5도 ~ 5도로 결정할 수 있고, 제2 구동 주기를 5ms로 결정할 수 있다.For example, when the calculated maximum error value is 5 degrees and the first drive period is 10 ms, the signal processing unit 400 may determine the second drive range from -5 degrees to 5 degrees, and set the second drive period to 5 ms. can be determined by

도 8을 통하여 설명한 제1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 구동각도와 구동과정은 본 발명의 일 실시예에 해당하고 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The driving angles and driving processes of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 described with reference to FIG. 8 correspond to one embodiment of the present invention and are not necessarily limited thereto.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 오차값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining a method of calculating an error value of a lidar device according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동범위(-45도 ~45도)를 미리 결정된 제1 구동주기(10ms)에 따라 반복적으로 "틸트 구동(비선형 구동)"함에 따라 제1 각도센서(810)가 측정한 제1 미러부(241)의 구동각을 나타내는 그래프이다.9(a) shows that the first mirror unit 241 of the lidar device according to an embodiment of the present invention has a first driving range (-45 degrees to 45 degrees) at a predetermined first driving period (10 ms). ) is a graph showing the driving angle of the first mirror unit 241 measured by the first angle sensor 810 according to repeated "tilt driving (nonlinear driving)".

도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동범위(-45도 ~45도)를 미리 결정된 제1 구동주기(10ms)에 따라 반복적으로 "선형 구동"함에 따라 신호처리부(400)에 의하여 산출되는 제1 미러부(241)의 구동각을 연속적으로 나타내는 그래프이다.9(b) shows that the first mirror unit 241 of the lidar device according to an embodiment of the present invention has a first driving range (-45 degrees to 45 degrees) in a predetermined first driving period (10 ms). ), it is a graph continuously showing the driving angle of the first mirror unit 241 calculated by the signal processing unit 400 according to "linear driving".

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)가 산출하는 기준값은 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도일 수 있다. 예를 들어, 도 9의 (b)를 참조하면, 1.25ms에서의 기준값은 22.5도 일 수 있다, 또한, 10ms에서의 기준값은 45도 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the reference value calculated by the signal processing unit 400 is the case where it is assumed that the first mirror unit 241 repeatedly linearly drives a predetermined first driving range with a predetermined first driving period. It may be a driving angle. For example, referring to (b) of FIG. 9 , the reference value at 1.25 ms may be 22.5 degrees, and the reference value at 10 ms may be 45 degrees.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)가 산출하는 오차값은 제1 미러부(241)의 구동각도에서 기준값을 뺀 값일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the error value calculated by the signal processing unit 400 may be a value obtained by subtracting the reference value from the driving angle of the first mirror unit 241 .

도 9의 (c)는 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 실시예에서 미리 결정된 단위시간(예를 들어, 0.35ms) 간격마다 산출된 오차값을 나타내는 도면이다.9(c) is a diagram showing error values calculated for each predetermined unit time interval (eg, 0.35ms) in the embodiments of FIGS. 9(a) and 9(b).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)는 오차값을 미리 결정된 단위시간 간격으로 산출하고, 제2 미러부(242)가 산출된 오차값에 대응하여 구동하도록 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 may calculate an error value at a predetermined unit time interval, and control the second mirror unit 242 to be driven in response to the calculated error value.

신호처리부(400)가 실시간으로 오차값을 산출하여 제2 미러부(242)가 산출된 오차값에 대응하여 구동하도록 제어하게 되면, 연산처리량이 늘어나 오히려 라이다 장치(10)의 더 큰 오차를 야기시킬 수도 있기 때문이다.When the signal processing unit 400 calculates the error value in real time and controls the second mirror unit 242 to be driven in response to the calculated error value, the amount of processing is increased and rather the larger error of the lidar device 10 is caused. because it may cause

도 9의 (d)는 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 실시예에서 산출된 오차값에 따른 제2 미러부(242)의 구동방향을 설명하기 위한 도면이다.9(d) is a diagram for explaining the driving direction of the second mirror unit 242 according to the error value calculated in the embodiments of FIGS. 9(a) and 9(b).

도 9의 (d)를 참조하면, 0ms, 2.5ms, 5ms, 7.5ms 및 10ms에서는 오차값이 0이므로, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)가 0도가 되도록 제어한다.Referring to (d) of FIG. 9 , since the error value is 0 at 0 ms, 2.5 ms, 5 ms, 7.5 ms, and 10 ms, the signal processing unit 400 controls the second mirror unit 242 to be at 0 degree.

0ms부터 2.5ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동각이 양의 값을 가지도록 제어한다.In the interval between 0 ms and 2.5 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt driving angle of the second mirror unit 242 to have a positive value.

2.5ms부터 5ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 수직 틸트 구동각이 음의 값을 가지도록 제어한다.In the interval between 2.5 ms and 5 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt driving angle of the first mirror unit 241 to have a negative value.

5ms부터 7.5ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동각이 음의 값을 가지도록 제어한다.In the interval between 5 ms and 7.5 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt drive angle of the second mirror unit 242 to have a negative value.

7.5ms부터 10ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동각이 양의 값을 가지도록 제어한다.In the period between 7.5 ms and 10 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt driving angle of the second mirror unit 242 to have a positive value.

즉, 오차값이 양의 값을 가지는 구간에서 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동범위는 양의 범위(예를 들어, 0도 ~ 45도)에서 구동하게 되고, 오차값이 음의 값을 가지는 구간에서 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동범위는 음의 범위(예를 들어, 0도 ~ -45도)에서 구동하게 된다.That is, in a section where the error value is positive, the vertical tilt driving range of the second mirror unit 242 is driven in a positive range (eg, 0 degrees to 45 degrees), and the error value is a negative value. The vertical tilt driving range of the second mirror unit 242 is driven in a negative range (eg, 0 degrees to -45 degrees) in a section having .

도 10은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.10 is a diagram for explaining vertical scan driving of a lidar device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9 .

도 10을 참조하면, 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따라 제2 미러부(242)를 수직방향으로 틸트 구동함으로써, 스캔 영역의 수직 범위에 있어서, 가장자리부터 중심부까지 균일한 스캐닝 포인트 간의 간격이 나타남을 확일 할 수 있다. 즉, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리에서 중심까지 균일한 각 분해 능을 갖도록 할 수 있다.Referring to FIG. 10, by tilting and driving the second mirror unit 242 in the vertical direction according to the error value calculation method described with reference to FIG. You can confirm that this appears. That is, by correcting the angular resolution, it is possible to have a uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range.

도 11은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.11 is a diagram for explaining vertical scan driving and horizontal scan driving of a lidar device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9 .

도 11을 참조하면, 제2 미러부(242)가 수직 방향으로 틸트 구동을 수행함과 더불어 수평 방향으로 틸트 구동을 수행함에 따라, 스캐닝 포인트 간의 수직 간격은 스캔영역 전반에 걸쳐서 일정하게 나타날 수 있다.Referring to FIG. 11 , since the second mirror unit 242 performs tilt driving in the vertical direction and tilt driving in the horizontal direction, vertical intervals between scanning points may appear constant throughout the scan area.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram for explaining an operating process of a lidar device according to an embodiment of the present invention.

S101 단계에서, 광원(100)은 제1 광(L1)을 방출할 수 있다.In step S101, the light source 100 may emit first light L1.

S102 단계에서, 스캐닝부(200)가 방출된 제1 광(L1)을 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 대상체(20)에서 반사된 제2 광(L2)을 수신하고, 제2 광(L2)을 상기 광 검출기를 향해 송신할 수 있다.In step S102, the scanning unit 200 receives the emitted first light L1 and reflects it toward the scan area, receives the second light L2 reflected from the object 20, and receives the second light L2. ) may be transmitted toward the photodetector.

S103 단계에서, 광 검출기(300)가 제1 광(L1) 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)에 의해 반사된 광인 제2 광(L2)을 검출할 수 있다.In operation S103 , the photodetector 300 may detect second light L2 , which is light reflected by the object 20 located on the scan area, from among the first light L1 .

S104 단계에서, 신호처리부(400)가 스캐닝부(200)의 각 분해능 편차를 보정하기 위한 오차값을 산출하고, 광 검출기(300)의 검출 결과를 이용하여 대상체(20)에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다.In step S104, the signal processing unit 400 calculates an error value for correcting each resolution deviation of the scanning unit 200, and obtains distance information with respect to the object 20 using the detection result of the photodetector 300. can do.

S104 단계에서, 구동부(250)가 스캐닝부(200)와 연결되어 산출된 오차값에 대응하여 스캐닝부(200)를 구동시킬 수 있다.In step S104, the driving unit 250 may be connected to the scanning unit 200 to drive the scanning unit 200 in response to the calculated error value.

도 12에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 12에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In FIG. 12, it is described that each process is sequentially executed, but this is merely an example, and a person skilled in the art changes and executes the sequence described in FIG. 12 without departing from the essential characteristics of the embodiment of the present invention. Alternatively, it will be possible to apply various modifications and variations by executing one or more processes in parallel or adding another process.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 라이다 장치(10)는 구동각 카운팅부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 디스플레이부(20)는 제1 램프(미도시) 및 제2 램프(미도시) 를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the lidar device 10 may further include a driving angle counting unit (not shown), and the display unit 20 includes a first lamp (not shown) and a second lamp. (not shown) may be included.

구동각 카운팅부(미도시)는 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)의 구동각의 총합을 각각 계산할 수 있다. 예를 들어, 제1 미러부(241)가 1회차 구동시 15도의 각도만큼 구동하고, 2회차 구동시 12도의 각도만큼 구동하고, 3회차 구동시 22도의 각도만큼 구동한 경우, 구동각 카운팅부(미도시)는 제1 미러부(241)가 총 49도만큼 구동했다고 계산할 수 있다.The driving angle counting unit (not shown) may calculate the sum of the driving angles of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 , respectively. For example, when the first mirror unit 241 is driven by an angle of 15 degrees when driven the first time, driven by an angle of 12 degrees when driven the second time, and driven by an angle of 22 degrees when driven the third time, the driving angle counting unit (not shown) may calculate that the first mirror unit 241 is driven by a total of 49 degrees.

제1 램프는 구동각 카운팅부가 산출한 제1 미러부(241)의 구동각의 총합이 미리 결정된 제1 임계값(예를 들어, 50,000) 이상인 경우, 점등하는 방식으로 사용자에게 제1 미러부(241)를 구동시키기 위해 구동부(250)와 연결된 구동부재의 교체주기가 경과했음을 알릴 수 있다.When the sum of the drive angles of the first mirror unit 241 calculated by the drive angle counting unit is equal to or greater than a predetermined first threshold value (eg, 50,000), the first lamp is turned on to provide the user with the first mirror unit ( 241), it may be notified that the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit 250 has elapsed.

제2 램프는 구동각 카운팅부가 산출한 제2 미러부(242)의 구동각의 총합이 미리 결정된 제2 임계값(예를 들어, 70,000) 이상인 경우, 점등하는 방식으로 사용자에게 제2 미러부(242)를 구동시키기 위해 구동부(250)와 연결된 구동부재의 교체주기가 경과했음을 알릴 수 있다.The second lamp turns on when the sum of the driving angles of the second mirror unit 242 calculated by the driving angle counting unit is greater than or equal to a predetermined second threshold value (eg, 70,000), and the second mirror unit 242 is turned on to inform the user of the second mirror unit ( 242), it may be notified that the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit 250 has elapsed.

제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 라이다 장치(10) 운용 과정에서 필연적으로 자주 회전 구동 또는 기울임 구동을 수행하므로, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242) 를 라이다 장치(10)에 고정시키는 부재 및 구동부(250)와 연결된 구동부재에 필연적으로 손상 및 마모가 발생하는데, 이는 라이다 장치(10)가 출력하는 대상체(20)의 거리 데이터의 오차를 야기시킬 수 있다.Since the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 inevitably frequently rotate or tilt drive in the process of operating the lidar device 10, the first mirror unit 241 and the second mirror unit ( 242) to the lidar device 10 and the drive member connected to the driving unit 250 inevitably suffer from damage and wear, which is related to the distance data of the object 20 output from the lidar device 10. may cause errors.

라이다 장치(10)는 사용자에게 구동각 카운팅부, 제1 램프 및 제2 램프를 통하여 구동부(250)와 연결된 구동부재의 교체주기를 알림으로써, 구동부(250)와 연결된 구동부재를 사용자가 교체하도록 함으로써, 이러한 라이다 장치(10)가 출력하는 대상체(20)에 대한 거리 데이터의 오차를 방지할 수 있다.The lidar device 10 informs the user of the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit 250 through the driving angle counting unit, the first lamp and the second lamp, so that the user replaces the driving member connected to the driving unit 250. By doing so, it is possible to prevent an error in distance data for the target object 20 output from the LIDAR device 10 .

또 한편으로, 전술한 실시예에서는 제어유닛(미도시)에 대하여 특별히 언급하지 않았지만, 본 실시예에 따른 라이다 장치(10)는 제어유닛을 더 구비할 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 수신된 신호 또는 수신하여 처리된 신호를 외부의 장치에 전달하도록 구현될 수 있다.On the other hand, although not specifically mentioned for the control unit (not shown) in the above-described embodiment, the lidar apparatus 10 according to this embodiment may further include a control unit. In that case, the control unit may be implemented to forward the received signal or the received and processed signal to an external device.

전술한 제어유닛은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있고, 통신모듈을 구비하거나 통신모듈에 결합할 수 있다. 통신모듈은 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등으로 통해 외부 장치와 통신하며, 레이저 스캐닝을 통해 감지한 대상체(20)나 대상체(20)와의 거리 등과 관련된 신호 혹은 데이터를 외부 장치에 전송할 수 있다. 이러한 제어유닛은 라이다 장치(100)의 케이스 내에 간단히 탑재될 수 있다.The above-described control unit may be implemented as at least one device selected from a logic circuit, a programming logic controller, a microcomputer, a microprocessor, and the like, and may include a communication module or be coupled to the communication module. The communication module communicates with an external device through an intranet, the Internet, a vehicle network, or the like, and may transmit signals or data related to the target object 20 or the distance to the target object 20 detected through laser scanning to the external device. This control unit can be simply mounted in the case of the lidar device (100).

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 라이다 장치(10)는 전원 공급을 위한 배선이나 어댑터 또는 전원공급 수단을 구비할 수 있다. 전원공급수단은 내부전원 또는 재충전 가능한 전원장치를 구비할 수 있고, 그에 의해 라이다 장치(10)를 착탈식으로 사용할 수 있도록 기능하는 구성을 포함할 수 있다.On the other hand, although not shown in the drawing, the lidar device 10 may be provided with a wire or adapter or power supply means for supplying power. The power supply means may include an internal power source or a rechargeable power supply device, thereby including a configuration that functions to detachably use the lidar device 10.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.Even though all components constituting the embodiments of the present invention described above are described as being combined or operated as one, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the components may be selectively combined with one or more to operate. In addition, although all of the components may be implemented as a single independent piece of hardware, some or all of the components are selectively combined to perform some or all of the combined functions in one or a plurality of pieces of hardware. It may be implemented as a computer program having. In addition, such a computer program may implement an embodiment of the present invention by being stored in a computer readable medium such as a USB memory, a CD disk, or a flash memory and read and executed by a computer. A recording medium of a computer program may include a magnetic recording medium, an optical recording medium, and the like.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art can make various modifications, changes, and substitutions without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 라이다 장치
20: 대상체
100: 광원
200: 스캐닝부
210: 송신부재
220: 광축조정부
230: 수신부재
240: 반사부
241: 제1 미러부
242: 제2 미러부
250: 구동부
300: 광 검출기
400: 신호처리부
500: 광학창
700: 디스플레이부
810: 제1 각도센서
820: 제2 각도센서
10: lidar device
20: object
100: light source
200: scanning unit
210: transmission member
220: optical axis adjustment unit
230: receiving member
240: reflector
241: first mirror unit
242: second mirror unit
250: driving unit
300: photodetector
400: signal processing unit
500: optical window
700: display unit
810: first angle sensor
820: second angle sensor

Claims (13)

제1 광을 방출하는 광원;
상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 광 검출기;
상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 스캐닝부; 및
상기 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호처리부;를 포함하는 라이다 장치.
a light source emitting a first light;
a photodetector for detecting second light, which is light reflected by an object positioned on a scan area, among the first light;
a scanning unit configured to receive and reflect the emitted first light toward the scan area, receive second light reflected from the object, and transmit the second light toward the photodetector; and
Calculate at least one error value generated by the scanning unit, control the scanning unit to operate in order to correct each resolution deviation corresponding to the calculated error value, and use the detection result of the photodetector to detect the target object. A lidar device comprising a; signal processing unit for obtaining distance information.
제1항에 있어서,
상기 스캐닝부는,
수평 또는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 수평 또는 수직 방향의 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및
상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부;를 포함하고,
상기 신호처리부는, 상기 반사부가 틸트 구동을 수행하는 구동범위와 구동주기를 기반으로 상기 오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 1,
The scanning unit,
a reflector configured to adjust a scan area in the horizontal or vertical direction by performing a tilt drive in a horizontal or vertical direction; and
A drive unit connected to the reflector to drive the reflector; includes;
The signal processing unit, LiDAR device, characterized in that for calculating the error value based on the drive range and drive period in which the reflector performs the tilt drive.
제2항에 있어서,
상기 반사부는,
수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 및
수평 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하는 제2 미러부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 2,
the reflector,
a first mirror unit for adjusting a vertical field of view (FOV) of the scan area by performing a tilt drive in a vertical direction; and
A second mirror unit performing tilt driving in the horizontal direction to adjust the horizontal field of view (FOV) of the scan area and performing tilt driving in the vertical direction in response to the calculated error value; Lidar device characterized.
제3항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 제1 미러부의 구동축과 결합하여 상기 구동축이 상기 제1 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제1 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제1 구동부;
상기 제2 미러부의 수평구동축과 결합하여 상기 수평구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수평 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수평 구동부; 및
상기 제2 미러부의 수직구동축과 결합하여 상기 수직구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수직 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 3,
the driving unit,
a first driving unit coupled to a driving shaft of the first mirror unit to tilt and drive the first mirror unit in a vertical direction by transmitting power so that the driving shaft rotates integrally with the first mirror unit;
a second horizontal driving unit coupled to a horizontal driving shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in a horizontal direction by transmitting power so that the horizontal driving shaft rotates integrally with the second mirror unit; and
A second vertical driving unit coupled to the vertical driving shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the vertical direction by transmitting power so that the vertical driving shaft rotates integrally with the second mirror unit. Lidar device characterized.
제4항에 있어서,
상기 제1 미러부는,
미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 틸트 구동하고,
상기 신호처리부는,
상기 미리 결정된 제1 구동범위와 상기 미리 결정된 제1 구동주기를 기반으로 상기 스캐닝부의 각 분해능 편차 보정의 기준이 되는 기준값을 산출하고, 상기 산출된 기준값과 상기 제1 미러부의 구동각도를 기반으로 오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 4,
The first mirror unit,
Tilt driving a predetermined first driving range repeatedly with a predetermined first driving cycle;
The signal processing unit,
Based on the first predetermined driving range and the first predetermined driving cycle, a reference value serving as a basis for correcting the deviation of each resolution of the scanning unit is calculated, and an error based on the calculated reference value and the driving angle of the first mirror unit is calculated. Lidar device, characterized in that for calculating the value.
제5항에 있어서,
상기 신호처리부가 산출하는 기준값은,
상기 제1 미러부가 상기 미리 결정된 제1 구동주기로 상기 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도이고,
상기 신호처리부는, 상기 제1 미러부의 구동각도에서 상기 기준값을 빼는 방식으로 상기 오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 5,
The reference value calculated by the signal processing unit is,
A driving angle when it is assumed that the first mirror unit repeatedly linearly drives the first predetermined driving range at the first predetermined driving cycle;
The signal processing unit, LiDAR device, characterized in that for calculating the error value by subtracting the reference value from the driving angle of the first mirror unit.
제6항에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 산출된 오차값을 기반으로, 상기 미리 결정된 제1 구동주기와 상기 미리 결정된 제1 구동범위에 대응하여, 제2 미러부가 수직 방향으로 틸트 구동하기 위한 제2 구동주기와 제2 구동범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 6,
The signal processing unit,
Based on the calculated error value, a second driving period and a second driving range for tilt-driving the second mirror unit in the vertical direction are calculated corresponding to the first driving period and the first driving range. Lidar device, characterized in that for doing.
제7항에 있어서,
상기 제2 수직 구동부는,
상기 산출된 제2 구동주기와 상기 산출된 제2 구동범위에 대응하여 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 7,
The second vertical driving unit,
LiDAR device, characterized in that for tilting and driving the second mirror unit in the vertical direction corresponding to the calculated second driving period and the calculated second driving range.
제3항에 있어서,
상기 제1 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제1 각도센서; 및
상기 제2 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제2 각도센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 3,
a first angle sensor for measuring a driving angle of the first mirror unit and transmitting the measured angle information to the signal processing unit; and
A lidar device comprising a; second angle sensor for measuring the driving angle of the second mirror unit and transmitting the measured angle information to the signal processing unit.
제9항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 광원의 출력 및 펄스 반복률을 제어하고, 상기 송신된 제1 미러부의 각도정보를 기반으로 상기 오차값을 산출하고, 상기 송신된 제2 미러부의 각도정보 와 상기 산출된 오차값을 이용하여 상기 구동부를 통해 제2 미러부의 구동각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 9,
The signal processing unit,
The driving unit controls the output of the light source and the pulse repetition rate, calculates the error value based on the transmitted angle information of the first mirror unit, and uses the transmitted angle information of the second mirror unit and the calculated error value. LIDAR device, characterized in that for controlling the driving angle of the second mirror unit through.
제1항에 있어서,
상기 스캐닝부는,
상기 광원으로부터 입사된 상기 제1 광이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재;
적어도 하나의 홀(hole)과 상기 홀을 둘러싸는 반사면을 포함하고, 상기 홀을 이용하여 상기 제1 광을 통과시키는 방식으로 상기 제1 광과 상기 제2 광의 광축이 동일하도록 조정하고, 상기 반사면을 이용하여 상기 제2 광을 반사하는 광축 조정부; 및
상기 반사면으로부터 반사된 상기 제2 광을 집광시켜 상기 광 검출기로 입사시키는 수신 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 1,
The scanning unit,
a transmitting member that adjusts the first light incident from the light source to become parallel light;
It includes at least one hole and a reflective surface surrounding the hole, and adjusts optical axes of the first light and the second light to be the same by passing the first light through the hole, an optical axis adjusting unit that reflects the second light using a reflective surface; and
LiDAR device characterized in that it comprises a; receiving member for condensing the second light reflected from the reflective surface and incident to the photodetector.
제11항에 있어서,
상기 광 검출기는,
InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to claim 11,
The photodetector,
LiDAR device, characterized in that composed of an InGaAs-based PIN type, APD type or SPAD type.
광원, 광 검출기, 스캐닝부, 신호처리부 및 구동부를 포함하는 라이다 장치에서 수행되는 라이다 장치 운용 방법에 있어서,
상기 광원이, 제1 광을 방출하는 단계;
상기 스캐닝부가, 상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 단계;
상기 광 검출기가, 상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 단계; 및
상기 신호처리부가, 상기 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 라이다 장치 운용 방법.
In the lidar device operating method performed in a lidar device including a light source, a photodetector, a scanning unit, a signal processing unit and a driving unit,
the light source emitting a first light;
receiving, by the scanning unit, the emitted first light and reflecting it toward the scan area, receiving a second light reflected from the object, and transmitting the second light toward the photodetector;
detecting, by the photodetector, second light, which is light reflected by an object positioned on a scan area, from among the first light; and
The signal processing unit calculates at least one error value generated in the scanning unit, controls the scanning unit to operate in order to correct each resolution deviation corresponding to the calculated error value, and outputs a detection result of the photodetector. A method of operating a lidar device comprising the steps of obtaining distance information on the object by using a method.
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