WO2016175395A2 - 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계 - Google Patents

미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계 Download PDF

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WO2016175395A2
WO2016175395A2 PCT/KR2015/009324 KR2015009324W WO2016175395A2 WO 2016175395 A2 WO2016175395 A2 WO 2016175395A2 KR 2015009324 W KR2015009324 W KR 2015009324W WO 2016175395 A2 WO2016175395 A2 WO 2016175395A2
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mirror
optical system
light
angle
pulse laser
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최현용
최철준
오승훈
조현창
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전자부품연구원
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    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a multi-channel rider scanner optical system of the mirror rotation method.
  • the vehicle In response to such a demand, it is installed in front of a windshield or a vehicle, and when the vehicle moves based on its own emission light, it checks an object in front of it and warns the driver in advance, as well as the basis for stopping or avoiding the vehicle itself.
  • the image is transmitted to an electronic control unit (ECU) of the vehicle, and the ECU performs various controls using the image. Acquiring such an image is called a scanner.
  • ECU electronice control unit
  • Radar radio detection and ranging
  • a scanner using light detection and ranging has been developed.
  • a rider is a device that emits pulsed laser light in the air and measures distance or atmospheric phenomenon using the reflector or scattering body.
  • the rider is also called a laser radar.
  • the time measurement of the reflected light is calculated with a clock pulse, and has a resolution of 5 m at a frequency of 30 MHz and 1 m at 150 MHz.
  • the conventional 360-degree rider scanner necessarily includes a physical contact structure for transmitting power to the rotating body, problems may occur in the durability of the optical system itself and the reliability of the scanned data.
  • the price of the electrical joint is relatively high, there was a limit in the price drop of the 360-degree rider scanner that includes it.
  • Another object of the present invention is to provide a rider scanner optical system of a mirror rotation type that performs 360 degree scanning by rotating only the mirror without an electrical joint.
  • Still another object of the present invention is to provide a rider scanner optical system of a mirror rotation type that can be miniaturized to be easily mounted on a small moving object.
  • the rider scanner optical system is disposed to form a predetermined first angle with a horizontal plane, the first mirror having a first hollow, the lower portion of the first mirror A light source for outputting a pulsed laser, a second mirror disposed to form a predetermined second angle with the first mirror so that the pulsed laser passes through the first hollow and proceeds to the measurement target, half of the second mirror At least two path control mirrors reflecting the pulsed laser so that a path of the pulsed laser is configured on a slope, a light receiving lens receiving light reflected through the first mirror, under the first mirror, the light receiving lens A photodetector for converting an optical signal received from the optical signal into an electrical signal, and a motor disposed between the light receiving lens and the first mirror and rotating the first mirror.
  • the motor may drive the first mirror to rotate 360 degrees.
  • the at least two control mirrors may include a third mirror and a fourth mirror positioned above the first mirror, wherein the third mirror includes the pulses traveling upward of the first mirror.
  • the laser beam may be horizontally reflected, and the fourth mirror may reflect light reflected through the third mirror to the reflective surface of the second mirror.
  • the light source outputs the pulse laser in a direction parallel to the horizontal plane
  • the at least two or more control mirrors are located below the first mirror and travel in a direction parallel to the horizontal plane.
  • the method may further include a fifth mirror reflecting a pulsed laser beam perpendicular to the horizontal plane and traveling toward the reflective surface of the third mirror.
  • the apparatus may further include a collimation lens for increasing the directivity of the pulse laser output from the light source.
  • the motor may include a second hollow to allow the light reflected through the first mirror to travel to the light receiving lens.
  • the second predetermined angle formed by the second mirror with the first mirror may be at right angles.
  • the method may further include a controller configured to determine a scan period or a scan angle of the measurement target.
  • the second mirror penetrates through the first hollow of the first mirror, and a reflecting surface of the second mirror reflects the pulsed laser beam last among the at least two path control mirrors. And it may be implemented in the form of looking at the measurement target.
  • the first mirror may include the first hollow, and may be implemented as an ellipse, a quadrangle, or a circle having a closed outer surface, or an ellipse, quadrangle, or circle having a portion of the outer surface opened.
  • the light source is a multi-channel light source for outputting at least two or more pulse lasers corresponding to different channels
  • the control mirror reflects the at least two or more pulse lasers to synthesize the optical paths of the at least two or more pulse lasers. It may further include.
  • control mirror may include a plurality of reflection mirrors that individually reflect each of the at least two pulse lasers.
  • angles formed by the plurality of reflective mirrors with the horizontal plane may be divided into different angles.
  • the predetermined first angle is 45 degrees
  • the predetermined second angle is 90 degrees
  • an angle formed by the plurality of reflection mirrors with the horizontal plane is the pulse laser output from the multi-channel light source.
  • the channel may be expanded or contracted according to the expansion of the channel or the output angle of the at least two pulse lasers.
  • the rider scanner optical system outputs a pulsed laser from the first mirror, the lower portion of the first mirror disposed to form a first angle with a horizontal plane
  • a second mirror disposed at an upper end of the first mirror to form a predetermined second angle with the first mirror so that the pulse laser proceeds to the measurement target, and the reflective surface of the second mirror
  • the overall size can be reduced.
  • the light transmitting unit and the light receiving unit may be integrally manufactured, thereby simplifying and miniaturizing the entire structure.
  • the present invention can be miniaturized to be easily mounted on a small moving object.
  • FIG. 1 is a view showing a rider scanner optical system of the mirror rotation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a process of outputting a pulse laser to a measurement target in a rider scanner optical system of a mirror rotation method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2B and 2C are views illustrating a modified example of the first mirror included in the rider scanner optical system of a mirror rotation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view illustrating an example of scanning a measurement target through a rider scanner optical system of a mirror rotation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an example of 360-degree scanning through the mirror rotation rider scanner optical system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a synthesis mirror for synthesizing a multi-channel light source and a multi-channel light included in a multi-channel rider scanner optical system of a mirror rotation method according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a mirror rotating multi-channel rider scanner optical system according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of 360-degree scanning through a mirror rotating multi-channel rider scanner optical system according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a view showing a rider scanner optical system of the mirror rotation method according to an embodiment of the present invention.
  • the rider scanner optical system 100 includes a light source 210, a first mirror 222, a second mirror 221, at least two path control mirrors 212, 213, and 214 and a light receiving lens 240. ), The photodetector 250 and the motor 230 may be included. The collimation lens 211, the cover window 270, and the upper cover 280 may be additionally included.
  • the rider scanner optical system 100 described with reference to FIG. 1 shows only components necessary for introducing a rough function, and various other components may be included in the technical field to which the present invention pertains. It is self-evident for those of ordinary knowledge.
  • the light source 210 may output a pulse laser.
  • the light source 210 may be disposed on a printed circuit board (not shown), and the rider scanner optical system of the mirror rotation method of the present invention may further include a collimation lens 211.
  • the collimation lens 211 may increase the directivity of the pulse laser output from the light source 210. In this way, the pulse laser output from the light source 210 is not scattered or dispersed, so that the target point can be reached.
  • the light source 210 may be disposed below the first mirror 222. Accordingly, even if the first mirror 222 is rotated, the pulse laser can be output exactly without being affected by vibration generated by the rotation.
  • the first mirror 222 may be positioned above the light source 210 and disposed to form a first angle 224 with the horizontal plane 223.
  • the first mirror 222 included in the present invention may include a first hollow, and the pulse laser output from the light source 210 may pass through the first hollow to reach the measurement target 200.
  • the first mirror 222 may be implemented in a circular or quadrangular shape having a first hollow.
  • the first mirror 222 allows the light reflected from the measurement target 200 and incident on the first mirror 222 to be directed to the light receiving lens 240 based on the first angle formed with the horizontal plane.
  • the predetermined first angle 224 may be, for example, 45 degrees, but the present invention is not limited thereto.
  • the second mirror 221 may be arranged to form a predetermined second angle with the first mirror 222.
  • the second mirror 221 passes through the first hollow provided in the first mirror 222 to the measurement target 200 by the pulse laser reached through at least two path control mirrors 212, 213, and 214.
  • the pulse laser can be reflected to proceed.
  • the second mirror 221 may be configured to be perpendicular to the first mirror 24.
  • the second mirror 221 is output from the light source 210, passes through the collimation lens 211, and the pulsed laser beam traveling from the top to the bottom through the path control mirrors 212, 213, and 214 is the first mirror.
  • the first mirror 2222 may be disposed above the first mirror 2222 to pass through the first hole provided at 222 to the measurement target 200.
  • the second mirror 221 may be disposed adjacent to the first hollow of the first mirror 222.
  • the present invention is arranged so that light incident to the second mirror 221 can be reflected to the second mirror 221 and output to the measurement target 200 through the first hollow of the first mirror 222. It is limited to the same arrangement.
  • the rider scanner optical system may include at least two path control mirrors 212, 213, and 214, wherein the at least two path control mirrors 212, 213, and 214 may include a first mirror 222.
  • the optical path of the pulse laser output from the light source 210 positioned below the second mirror 221 so that the pulse laser travels from the top to the bottom and reaches the reflective surface of the second mirror 221. Can play a role.
  • the optical path of the pulse laser traveling to the measurement target 200 is reflected by the measurement target 200 and received by the light detector 250 positioned below the first mirror 222 and the second mirror 221. It can be separated to distinguish from the optical path to be.
  • FIG. 1 illustrates an example in which three path control mirrors 212, 213, and 214 are arranged.
  • the light source 210 and the light detector 250 are both located under the first mirror 222, the measurement target ( As long as it is possible to distinguish the path of the light traveling to 200 and the light reflected from the measurement target 220, it is obvious to those skilled in the art.
  • the rider scanner optical system according to the present invention can be implemented.
  • the motor 230 may be driven to rotate the first mirror 222 in one direction.
  • the first mirror 222 and the second mirror 221 included in the rider scanner optical system according to the present invention may be rotated 360 degrees by the motor 230.
  • the rider scanner optics according to the invention can scan the entire plane including all around the optics.
  • the motor 230 shown in FIG. 1 may have a second hollow formed therein.
  • the second hollow allows the light reflected from the measurement target 200 to be diffused through the first mirror 222 and then completely transmitted to the light receiving lens 240 and the photodetector 250.
  • the shape of the second hollow provided in the motor 230 may be circular, but the shape of the second hollow is not limited thereto, and a hollow is formed in the motor 230, and the reflected light may be transmitted to the light receiving lens 240. If so, the shape is not limited to a circle.
  • the pulse laser output from the light source 210 by the rotation of the first mirror 222 is reflected through the second mirror 221 through the path control mirror (212, 213, 214), the first mirror 222 It may be output to the measurement target 200 through the first hollow of the).
  • the pulse laser output from the rider scanner optical system according to the present invention may be radiated to the entire plane including all around the optical system.
  • the pulse laser output through the first hollow of the first mirror 222 may be reflected from the measurement target 200 to be incident on the reflective surface of the first mirror 222.
  • the reflected light incident on the reflecting surface provided on the lower surface of the first mirror is reflected by the first mirror 222 and is concentrated by the light receiving lens 240 through the second hollow provided in the motor 230. And may be transmitted to the photodetector 250.
  • the photodetector 250 may be disposed under the first mirror 222, and may convert light incident through the light receiving lens 240 into an electrical signal.
  • the electrical signal converted in this way may be output to the outside.
  • the electrical signal detected by the photodetector 250 may be output as an image through an image processor (not shown) as an image signal, and visually read by a user through a display device (not shown), such as a vehicle navigation system. It may be provided to do so.
  • the reflective surface of the first mirror 222 may be formed toward the measurement target 200
  • the reflective surface of the second mirror 221 may also be formed toward the measurement target 200.
  • the present invention is not limited thereto, and reflecting surfaces may be formed on both surfaces of each mirror as necessary.
  • the first mirror 222 and the second mirror 221 are disposed on the upper portion of the motor 230, and the first mirror 222 and the second mirror 221 are surrounded by the cover window 270 in the housing.
  • the cover window 270 is preferably formed of a material and a structure that can easily pass the light reflected from the pulse laser and the measurement target 200.
  • At least two path control mirrors 213 and 214 of the at least two path control mirrors 212, 213 and 214 may be disposed on the first mirror 222, and specifically, the upper cover 280. May be housed in and disposed on an upper portion of the first mirror 222.
  • cover window 270 and the upper cover 280 as described above are exemplary, the rider scanner optical system according to the present invention is not limited to this shape, it may be configured in various ways.
  • the light transmitting parts 210 and 211 and the light receiving parts 240 and 250 of the rider scanner optical system according to the present invention are disposed in the same block 260 positioned below the first mirror 222, the first mirror 222 There is no need for an electrical and mechanical coupling structure connecting the top and bottom of the back panel. As a result, mechanical and electrical reliability can be sufficiently secured, and the size of the entire optical system can be reduced.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a process of outputting a pulse laser to a measurement target in a rider scanner optical system of a mirror rotation method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the optical paths of the first mirror 322, the second mirror 321, and the pulse laser will be described in detail.
  • three path control mirrors 312, 313, and 314 are implemented.
  • the first path control mirror 312, the second path control mirror 313, and the third path control mirror 314 will be described. do.
  • the pulse laser output from the light source reaches the first path control mirror 312, and the first path control mirror 312 reflects the reached pulse laser to the second path control mirror 313 located above.
  • the second path control mirror 313 reflects the pulsed laser beam reflected from the first path control mirror 312 to the third path control mirror 314.
  • the third path control mirror 314 reflects the arrived pulse laser to the second mirror 321 located below the third path control mirror 314.
  • the second mirror 321 reflects the pulse laser traveling from the top to the bottom to the measurement target 300.
  • the second mirror 321 may be implemented to pass through the first hollow provided near the center of the first mirror 322, specifically, the reflective surface of the second mirror 321 is the first mirror It may be formed through the first hole of 322, and may be implemented to face the third path control mirror 314 and the measurement target. Through this form, an optical path through the first hole provided in the first mirror 322 is secured.
  • the second mirror 321 may be disposed to form an angle perpendicular to the first mirror 322.
  • the first mirror 322 performs a function of receiving light reflected from the measurement target 300, and the shape of the first mirror 322 may be an ellipse, a rectangle, or a circle.
  • FIGS. 2B and 2C are views illustrating a modified example of the first mirror included in the rider scanner optical system of a mirror rotation method according to an embodiment of the present invention.
  • the first mirror 323 included in the rider scanner optical system of the mirror rotating method includes a first hollow, but the part of the outer surface of which is not an ellipse, a square, or a circular shape of which the outer surface is closed is opened. ) Can be elliptical, square or circular in shape.
  • the first mirror 324 included in the rider scanner optical system of the mirror rotation method does not include the first hollow, and the first mirror 324 may have an ellipse, a quadrangle, or a closed outer surface thereof. It is circular and does not have a hole like the first hollow. In this case, the lower end of the second mirror 321 may be directly connected to the upper end of the first mirror 324.
  • FIG 3 is a view illustrating an example of scanning a measurement target through a rider scanner optical system of a mirror rotation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an example of 360-degree scanning through the mirror rotation rider scanner optical system according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a pulse laser output from the transmitting part of the rider scanner optical system according to the present invention is reflected by the three path control mirrors to reach the reflective surface of the second mirror, and passes through the first hollow of the first mirror to measure the measurement target It is possible to confirm at a glance a series of processes that reach, the light reflected from the measurement target is reflected at the reflective surface of the first mirror, and passes through the second hollow of the motor to reach the photodetector.
  • the rider scanner optical system according to the present invention can scan the entire plane including all around the optical system (360 degrees).
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a control mirror for controlling an optical path of a multi-channel light source and a multi-channel light included in a multi-channel rider scanner optical system of a mirror rotation method according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the multi-channel rider scanner optical system of the mirror rotation method may include a multi-channel light source 510 for outputting a plurality of channel (multi-channel) light.
  • the multichannel light output from the multichannel light source 510 may reach the control mirror 520 for controlling their optical path.
  • the control mirror 520 may include a plurality of reflection mirrors 521, 522, 523, and 524 that individually reflect each light output from the multichannel light source 510.
  • the plurality of reflection mirrors 521, 522, 523, 524 are formed on the inclined surface of the control mirror 520, but angles of the reflection mirrors 521, 522, 523, and 524 may be different from the horizontal plane. .
  • the first reflection mirror 521 positioned at the top should reflect the pulse laser reached to the user below the horizontal plane
  • the first reflection mirror 521 may be formed to have an angle of about 46 degrees with the horizontal plane.
  • the angle formed by the second reflection mirror 522 to the fourth reflection mirror 524 with the horizontal plane may be sequentially reduced by one degree with respect to the first reflection mirror 521. That is, when the first reflection mirror 521 forms an angle of 46 degrees with the horizontal plane, the angle formed by the second reflection mirror 522 with the horizontal plane is 45 degrees, and the angle formed by the third reflection mirror 523 with the horizontal plane is 44 degrees.
  • the angle formed by the fourth reflection mirror 524 with the horizontal plane may be 43 degrees.
  • the above-described specific angles are merely examples of synthesizing multi-channel light, and the present invention is not limited to the corresponding angles.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a mirror rotating multi-channel rider scanner optical system according to another exemplary embodiment.
  • the multi-channel light output from the multi-channel light source may control the optical path through the control mirror to reach the first path control mirror, and the path of the multi-channel light thereafter is similar to that described with reference to FIGS. 1 and 2. Therefore, detailed description will be omitted.
  • the multichannel rider scanner of FIG. 6 includes a multichannel light source, and the multichannel light output from the multichannel light source is sequentially controlled through a control mirror and at least two path control mirrors. The light beam is reflected to the second mirror, and the optical paths are merged in the second mirror, and then output through the first hollow to the measurement target.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of 360-degree scanning through a mirror rotating multi-channel rider scanner optical system according to another exemplary embodiment.
  • the optical paths 711, 712, 713, and 714 after scanning the measurement target are shown in FIG. 7 as shown in FIG. And a light source for outputting light).
  • the optical paths 711, 712, 713, and 714 after scanning the measurement target may be reversed up and down based on 90 degrees and 270 degrees. That is, before displaying the scanned result as an image, a data processing process of vertically inverting the received data starting at 90 degrees and 270 degrees may be necessary.
  • the rider scanner optical system according to the present invention performs 360-degree scanning by rotating only the mirror without an electrical joint, and the light transmitting unit and the light receiving unit are integrally manufactured in the same block, so that the manufacturing cost is lower than that of the conventional 360-degree rider scanner.
  • the overall size can be miniaturized, and as a result, it can be easily mounted on a small moving object.

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 라이더 스캐너 광학계는, 수평면과 소정의 제1 각도를 이루도록 배치되고, 제1중공을 가지는 제1미러, 상기 제1미러의 하부에서, 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 펄스 레이저가 상기 제1중공을 통과하여 측정 타겟으로 진행하도록, 상기 제1미러와 소정의 제2 각도를 이루도록 배치되는 제2미러, 상기 제2미러의 반사면으로 상기 펄스 레이저의 경로가 구성되도록, 상기 펄스 레이저를 반사시키는 적어도 2 이상의 경로 제어 미러, 상기 제1미러의 하부에서, 상기 제1미러를 통해 반사된 광을 수광하는 수광렌즈, 상기 수광렌즈로부터 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 광검출부, 및 상기 수광렌즈와 상기 제1미러의 사이에 배치되며, 상기 제1미러를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.

Description

미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계
본 발명은 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계에 관한 것이다.
최근, 지능형 자동차 및 스마트카 분야에서는 돌발상황에 대한 차량의 능동적 대처기능을 요구하고 있다. 즉, 보행자의 급작스런 출현을 인지하거나, 어두운 야간에 조명의 범위를 벗어난 곳에 대한 장애물을 사전에 감지하거나, 우천시 전조등 조명의 약화로 인한 장애물을 감지하거나, 또는 도로 파손을 사전에 감지하는 등, 운전자와 보행자의 안전을 위협하는 상황을 사전에 확인할 필요가 있다.
이러한 요구에 대해, 윈드실드 또는 차량의 전방에 설치되어, 자체 출사광을 기반으로 차량이 움직이는 경우 전방의 물체를 확인하여 사전에 운전자에게 경고함을 물론, 차량 스스로가 정지 또는 회피하는데 기초가 되는 영상을 차량의 전자제어유닛(electronic control unit; ECU)에 전달하고, ECU는 이 영상을 이용하여 각종 제어를 수행하게 되는데, 이러한 영상을 획득하는 것을 스캐너(scanner)라 한다.
종래 스캐너로서는, 레이더(radio detection and ranging; RADAR) 장비가 사용되었다. 레이더는 마이크로파(극초단파, 10cm 내지 100cm 파장) 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선감시장치로서, 차량용 스캐너에 이용되고 있으나, 가격이 고가이므로 다양한 차종에 보급이 용이하지 않은 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 라이더(light detection and ranging; LiDAR)를 이용한 스캐너가 개발되고 있다. 라이더는, 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서, 레이저 레이더라고도 한다. 반사광의 시간측정은 클럭펄스로 계산하며, 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.
현재, 차량에 탑재되는 라이더(LiDAR) 스캐너로서, 360도 라이더(LiDAR) 스캐너가 개발되고 있으나, 이는 구조상 라이더의 몸체가 360도 회전하면서 주변을 스캔한다. 그 결과, 회전체에 전력을 공급하는 구성이 필수적으로 구비되어야 하고, 전력을 전송하기 위해서는 전기적 조인트(electrical rotary joint)가 반드시 필요하다.
이와 같이, 종래의 360도 라이더 스캐너는 회전체에 전력을 전송하기 위한 물리적인 접촉 구조를 반드시 포함하기 때문에, 광학계 자체의 내구성 및 스캔닝된 데이터의 신뢰성에 문제가 발생될 수 있었다. 그리고, 전기적 조인트의 가격이 비교적 높기 때문에, 이를 반드시 포함하는 360도 라이더 스캐너의 가격 하락에는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 기존의 360도 라이더 스캐너에 비해 저가의 제조비용으로, 전체 크기를 소형화할 수 있는 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전기적 조인트 없이 미러만을 회전하여, 360도 스캐닝을 수행하는 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 송광부 및 수광부를 일체형으로 제작하여, 전체구조의 간소화 및 소형화가 가능한 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 소형 이동 물체에 용이하게 탑재되도록 소형화가 가능한 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이더 스캐너 광학계는, 수평면과 소정의 제1 각도를 이루도록 배치되고, 제1중공을 가지는 제1미러, 상기 제1미러의 하부에서, 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 펄스 레이저가 상기 제1중공을 통과하여 측정 타겟으로 진행하도록, 상기 제1미러와 소정의 제2 각도를 이루도록 배치되는 제2미러, 상기 제2미러의 반사면으로 상기 펄스 레이저의 경로가 구성되도록, 상기 펄스 레이저를 반사시키는 적어도 2 이상의 경로 제어 미러, 상기 제1미러의 하부에서, 상기 제1미러를 통해 반사된 광을 수광하는 수광렌즈, 상기 수광렌즈로부터 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 광검출부, 및 상기 수광렌즈와 상기 제1미러의 사이에 배치되며, 상기 제1미러를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 모터는 상기 제1미러를 360도 회전하게 구동할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 2 이상의 제어 미러는, 상기 제1미러의 상부에 위치하는 제3미러 및 제4미러를 포함하고, 상기 제3미러는, 상기 제1미러의 상부로 진행하는 상기 펄스 레이저를 수평으로 반사시키고, 상기 제4미러는, 상기 제3미러를 통해 반사된 광을 상기 제2미러의 반사면으로 반사시킬 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 광원은, 상기 펄스 레이저를 상기 수평면과 평행한 방향으로 출력하고, 상기 적어도 2 이상의 제어 미러는, 상기 제1미러의 하부에 위치하며, 상기 수평면과 평행한 방향으로 진행하는 펄스 레이저를 상기 수평면과 수직하게 반사시켜 상기 제3미러의 반사면으로 진행하도록 하는 제5미러를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 광원에서 출력된 펄스 레이저의 지향성을 증가시키는 콜리메이션 렌즈(collimation lens)를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 모터는, 상기 제1미러를 통해 반사된 광이 상기 수광렌즈로 진행하도록 하는 제2 중공을 구비할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제2미러가 상기 제1미러와 이루는 상기 소정의 제2 각도는 직각일 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 측정 타겟의 스캔주기 또는 스캔각도를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제2미러는 상기 제1미러의 상기 제1중공을 관통하고, 상기 제2 미러의 반사면은 상기 적어도 2 이상의 경로 제어 미러 중 마지막으로 상기 펄스 레이저를 반사시키는 경로 제어 미러 및 상기 측정 타겟을 바라보는 형태로 구현될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제1미러는 상기 제1중공을 포함하되, 외면이 닫힌 형상의 타원, 사각형 또는 원형이거나 또는 상기 외면의 일부분이 열린 형상의 타원, 사각형 또는 원형으로 구현될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 광원은 서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원이고, 상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 반사시켜 상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저의 광 경로를 합성하는 제어 미러를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제어 미러는 상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저 각각을 개별적으로 반사시키는 복수의 반사 미러를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 반사 미러가 상기 수평면과 이루는 각도는 서로 다른 각도로 구분될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 소정의 제1 각도는 45도 이고, 상기 소정의 제2 각도는 90도 이고, 상기 복수의 반사 미러가 상기 수평면과 이루는 각도는 상기 다채널 광원에서 출력되는 상기 펄스 레이저의 채널의 확장 또는 상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저의 출력 각도에 따라 확장 또는 축소될 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 라이더 스캐너 광학계는 수평면과 소정의 제1 각도를 이루도록 배치되는 제1미러, 상기 제1미러의 하부에서, 펄스 레이저를 출력하는 광원, 상기 펄스 레이저가 측정 타겟으로 진행하도록, 상기 제1미러와 소정의 제2 각도를 이루도록 상기 제1미러의 상단부에 배치되는 제2미러, 상기 제2미러의 반사면으로 상기 펄스 레이저의 광 경로가 구성되도록, 상기 펄스 레이저를 반사시키는 적어도 2 이상의 경로 제어 미러, 상기 제1미러의 하부에서, 상기 제1미러를 통해 반사된 광을 수광하는 수광렌즈, 상기 수광렌즈로부터 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 광검출부, 및 상기 수광렌즈와 상기 제1미러의 사이에 배치되며, 상기 제1미러를 회전시키는 모터를 포함하고, 상기 제2미러의 하단부와 상기 제1미러의 상단부가 직접 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 기존의 360도 라이더 스캐너에 비해 저가의 제조비용으로, 전체 크기를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 전기적 조인트 없이 미러만을 회전하여, 360도 스캐닝을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 송광부 및 수광부를 일체형으로 제작하여, 전체구조의 간소화 및 소형화가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 소형 이동 물체에 용이하게 탑재되도록 소형화가 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계에서 펄스 레이저가 측정 타겟으로 출력되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계에 포함되는 제1미러의 변형 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 통하여 측정 타겟을 스캔하는 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 통하여 360도 스캔하는 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계에 포함되는 다채널 광원 및 다채널 광을 합성하는 합성미러를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계를 통하여 360도 스캐닝하는 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 라이더 스캐너 광학계(100)는 광원(210), 제1미러(222), 제2미러(221), 적어도 2 이상의 경로 제어 미러(212, 213, 214), 수광렌즈(240), 광검출부(250) 및 모터(230)를 포함할 수 있다. 그리고, 콜리메이션 렌즈(211), 커버윈도우(270) 및 상부커버(280)를 추가적으로 포함할 수 있다.
다만, 도 1을 통하여 설명되는 라이더 스캐너 광학계(100)는, 개략적인 기능을 소개하기 위하여 필요한 구성요소만이 도시된 것으로서, 그 외 다양한 구성요소가 포함될 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다.
먼저, 광원(210)은 펄스 레이저를 출력할 수 있다. 그리고, 필요에 따라 광원(210)은 인쇄회로기판(미도시) 상에 배치될 수 있으며, 본 발명의 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계는 콜리메이션 렌즈(211)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 콜리메이션 렌즈(211)는 광원(210)에서 출력되는 펄스 레이저의 지향성을 증가시킬 수 있다. 이를 통하여, 광원(210)으로부터 출력되는 펄스 레이저가 산란되거나 또는 분산되지 않고, 목표지점에 도달할 수 있도록 한다. 또한, 광원(210)은 제1미러(222)보다 아래쪽에 배치될 수 있다. 그에 따라, 제1미러(222)가 회전하더라도 회전으로 발생되는 진동 등에 영향을 받지 않고, 정확한 펄스 레이저를 출력할 수 있다.
제1미러(222)는 광원(210)의 상부에 위치하며, 수평면(223)과 소정의 제1각도(224)를 이루도록 배치될 수 있다. 또한, 본 발명에 포함되는 제1미러(222)는 제1중공을 포함할 수 있고, 광원(210)에서 출력된 펄스 레이저는 제1중공을 통과하여 측정 타겟(200)에 도달할 수 있다
제1미러(222)는 제1중공을 구비하는 원형 또는 사각형의 형상으로 구현될 수 있다. 제1미러(222)는 수평면과 이루는 소정의 제1각도에 기반하여 측정 타겟(200)으로부터 반사되어 제1미러(222)로 입사되는 광이 수광렌즈(240)로 향할 수 있게 한다. 이때, 소정의 제1각도(224)는, 예를 들어 45도일 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
제2미러(221)는 제1미러(222)와 소정의 제2각도를 이루도록 배치될 수 있다. 그리고, 제2미러(221)는 적어도 2이상의 경로 제어 미러(212, 213, 214)를 통하여 도달된 펄스 레이저가 제1미러(222)에 구비된 제1중공을 통과하여 측정 타겟(200)으로 진행하도록 펄스 레이저를 반사시킬 수 있다. 필요에 따라 제2미러(221)는 제1미러(24)와 직각을 이루도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제2미러(221)는 광원(210)으로부터 출력되어 콜리메이션 렌즈(211)를 통과하고, 경로 제어 미러(212, 213, 214)를 통해서 위에서 아래쪽으로 진행하는 펄스 레이저가 제1미러(222)에 구비된 제1중공을 통과하여 측정 타겟(200)으로 진행하도록 제1미러(2222)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 제2미러(221)는 제1미러(222)의 제1중공에 인접하여 배치될 수 있다. 본 발명은 제2미러(221)를 향하여 입사되는 광이 제2미러(221)에 반사되어 제1미러(222)의 제1중공을 통해 측정 타겟(200)으로 출력될 수 있도록 배치된다면, 위와 같은 배치에 한정되는 것이다.
그리고, 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계는 적어도 2 이상의 경로 제어 미러(212, 213, 214)를 포함할 수 있는데, 여기서, 적어도 2 이상의 경로 제어 미러(212, 213, 214)는 제1 미러(222) 및 제2미러(221)보다 아래쪽에 위치하는 광원(210)에서 출력되는 펄스 레이저의 광 경로를 변경하여 펄스 레이저가 위쪽에서 아래쪽으로 진행하며 제2미러(221)의 반사면에 도달하도록 하는 역할을 할 수 있다. 그 결과, 측정 타겟(200)으로 진행하는 펄스 레이저의 광 경로가 측정 타겟(200)에서 반사되어 제1 미러(222) 및 제2미러(221)보다 아래쪽에 위치하는 광검출부(250)로 수광되는 광 경로와 구분되도록 분리될 수 있다.
도 1은 경로 제어 미러(212, 213, 214)가 3 개 배치되는 예를 나타내고 있으나, 광원(210)과 광검출부(250)가 모두 제1 미러(222)의 하부에 위치하면서도, 측정 타겟(200)으로 진행하는 광과 측정 타겟(220)에서 반사되는 광의 경로를 구분할 수 있다면 3개의 개수에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다
구체적으로, 광원(210)이 경로 제어 미러(212)의 위치에 배치되고, 위쪽으로 수직하게 펄스 레이저를 출력하도록 구성되면, 2개의 경로 제어 미러(213, 214)만으로 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계를 구현할 수 있다.
모터(230)는 제1미러(222)가 일방향으로 회전하도록 구동될 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계에 포함되는 제1미러(222) 및 제2미러(221)는 모터(230)에 의해 360도 회전할 수 있다. 그로 인해서, 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계는 광학계 주변 모두를 포함하는 평면 전체를 스캔할 수 있다.
도 1에 도시된 모터(230)는 그 내부에 제2중공이 형성될 수 있다. 여기서, 제2중공은 측정 타겟(200)에서 반사된 광이 제1미러(222)를 통하여 반산된 후, 수광렌즈(240) 및 광검출부(250)에 온전히 전달될 수 있도록 한다. 모터(230)에 구비되는 제2중공의 형상은 원형일 수 있지만, 그 형상에 한정되는 것은 아니며, 모터(230) 내부에 중공이 형성되고, 반사된 광이 수광렌즈(240)에 전달될 수 있다면, 그 형상은 원형에 한정되지 않는다.
결국, 제1미러(222)의 회전에 의해 광원(210)으로부터 출력된 펄스 레이저는 경로 제어 미러(212, 213, 214)를 통하여 제2미러(221)를 통해 반사되어, 제1미러(222)의 제1중공을 통과하여 측정 타겟(200)으로 출력될 수 있다. 그리고, 제1미러(222)는 중공모터(230)에 의해 360도 회전할 수 있으므로, 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계에서 출력되는 펄스 레이저는 광학계 주변 모두를 포함하는 평면 전체로 방사될 수 있다.
한편. 제1미러(222)의 제1중공을 통과하여 출력된 펄스 레이저는 측정 타겟(200)으로부터 반사되어 제1미러(222)의 반사면에 입사될 수 있다. 제1미러의 하부면에 구비되는 반사면에 입사되는 반사된 광은 제1미러(222)에 의해 반사되고, 모터(230)에 구비되는 제2중공을 통과하여 수광렌즈(240)에 의해 집중되어 광검출부(250)에 전달될 수 있다.
광검출부(250)는 제1미러(222)의 하부에 배치될 수 있으며, 수광렌즈(240)를 통과하여 입사된 광을 전기 신호로 변환할 수 있다. 이와 같이 변환된 전기신호는 외부로 출력될 수 있다. 광검출부(250)에 의해 검출된 전기신호는, 이미지 신호로서 이미지 처리부(도시되지 않음)를 통해 영상으로 출력될 수 있으며, 차량의 네비게이션 등 디스플레이 장치(도시되지 않음)를 통해 사용자가 시각적으로 열람할 수 있도록 제공될 수 있을 것이다.
한편, 제1미러(222)의 반사면은 측정 타겟(200)이 위치하는 쪽으로 형성될 수 있고, 제2미러(221)의 반사면 역시 측정 타겟(200)이 위치하는 쪽으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 반사면이 각각의 미러의 양면에 모두에 형성될 수도 있다.
도 1 에서는, 제1미러(222) 및 제2 미러(221)는 모터(230)의 상부에 배치되고, 제1미러(222) 및 제2 미러(221)는 커버윈도우(270)로 둘러싸여 하우징이될 수 있다. 여기서, 커버윈도우(270)는 펄스 레이저 및 측정 타겟(200)에서 반사된 광이 용이하게 통과할 수 있는 재질과 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 적어도 2 이상의 경로 제어 미러(212, 213, 214) 중 최소 2개의경로 제어 미러(213, 214)는 제1 미러(222)의 상부에 배치될 수 있으며, 구체적으로, 상부커버(280)에 하우징되어 제1미러(222)의 상부에 배치될 수 있다.
다만, 위와 같은 커버윈도우(270) 및 상부커버(280) 등은 예시적인 것으로서, 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계는 이러한 형상에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 구성될 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계의 송광부(210, 211) 및 수광부(240, 250)가 제1미러(222)의 하부에 위치하는 동일 블록(260)에 배치되므로, 제1미러(222)의 상부 및 하부를 연결하는 전기적, 기구적 결합 구조가 필요하지 않게 된다. 그 결과, 기구적, 전기적 신뢰성이 충분히 확보될 수 있으며, 광학계 전체의 크기를 소형화할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계에서 펄스 레이저가 측정 타겟으로 출력되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2a를 통하여, 제1미러(322) 및 제2미러(321)와 펄스 레이저의 광 경로를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 3개의 경로 제어 미러(312, 313, 314)가 구현되어 있고, 편의상 제1경로 제어 미러(312), 제2경로 제어 미러(313) 및 제3경로 제어 미러(314)로 구분하여 설명한다.
먼저, 광원으로부터 출력되는 펄스 레이저는 제1경로 제어 미러(312)에 도달하고, 제1경로 제어 미러(312)는 도달한 펄스 레이저를 상부에 위치하는 제2경로 제어 미러(313)로 반사시킨다. 그리고, 제2 경로 제어 미러(313)는 제1경로 제어 미러(312)로부터 반사되어 도달한 펄스 레이저를 제3경로 제어 미러(314)로 반사시킨다. 그리고, 제3경로 제어 미러(314)는 도달한 펄스 레이저를 제3경로 제어 미러(314)보다 하부에 위치하는 제2미러(321)로 반사시킨다.
제2미러(321)는 상부로부터 하부로 진행되는 펄스 레이저를 측정 타겟(300)으로 반사시킨다. 여기서, 제2미러(321)는 제1미러(322)의 중심부 인근에 구비되는 제1중공을 관통하는 형태로 구현될 수 있고, 구체적으로, 제2미러(321)의 반사면은 제1미러(322)의 제1중공을 관통하여 형성되고, 제3경로 제어 미러(314) 및 측정 타겟을 바라보는 형태로 구현될 수 있다. 이러한 형태를 통하여 제1미러(322)에 구비되는 제1중공을 통한 광 경로가 확보된다. 앞서 설명한 바와 같이 제2미러(321)는 제1미러(322)와 직각의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 여기서, 제1미러(322)는 측정 타겟(300)에서 반사된 광을 수광하는 기능을 수행하는데, 그 형상은 타원, 사각형 또는 원형이 될 수 있다.
도 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계에 포함되는 제1미러의 변형 예를 나타내는 도면이다.
도 2b를 참조하면, 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계에 포함되는 제1미러(323)는 제1중공을 포함하되, 외면이 닫힌 형상의 타원, 사각형 또는 원형이 아닌, 외면의 일부분이 열린(open) 형상의 타원, 사각형 또는 원형이 될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계에 포함되는 제1미러(324)는 제1중공을 포함하지 않는 경우를 나타내는데, 제1미러(324)는 외면이 닫힌 형상의 타원, 사각형 또는 원형이면서, 제1중공과 같은 홀(hole)을 구비하지 않는다. 이러한 경우, 제2미러(321)의 하단부가 제1미러(324)의 상단부에 직접 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 통하여 측정 타겟을 스캔하는 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 라이더 스캐너 광학계를 통하여 360도 스캔하는 예를 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계의 송광부에서 출력되는 펄스레이저가 3개의 경로 제어 미러에서 반사되어, 제2 미러의 반사면에 도달하고, 제1미러의 제1중공을 통과하여 측정 타겟에 도달하고, 측정 타겟에서 반사된 광이 제1미러의 반사면에서 반사되고, 모터의 제2중공을 통과하여 광검출부에 도달하는 일련의 과정을 한눈에 확인할 수 있다.
그리고, 도 4는 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계를 중심으로 제1미러가 360도 회전하며, 일정한 시간 간격에 따라 측정 타겟을 스캔하는 과정을 나타낸다. 여기서, 측정 타겟을 스캔하는 일정한 시간 간격을 매우 작게 설정하면, 그에 따라 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계는 광학계 주변 모두(360도)를 포함하는 평면 전체를 스캔할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계에 포함되는 다채널 광원 및 다채널 광의 광 경로를 제어하는 제어 미러를 나타내는 도면이다.
미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계는 복수의 채널(다채널) 광을 출력하는 다채널 광원(510)을 포함할 수 있다. 다채널 광원(510)에서 출력되는 다채널 광은 이들의 광 경로를 제어하기 위한 제어 미러(520)에 도달할 수 있다.
제어 미러(520)는 다채널 광원(510)에서 출력된 각각의 광을 개별적으로 반사시키는 복수의 반사 미러(521, 522, 523, 524)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 반사 미러(521, 522, 523, 524)는 제어 미러(520)의 경사면에 형성되지만, 각각의 반사 미러(521, 522, 523, 524)가 수평면과 이루는 각도는 서로 다를 수 있다.
구체적인 일 예를 들어 설명하면, 가장 위쪽에 위치하는 제1반사 미러(521)는 자신에게 도달된 펄스 레이저를 수평면보다 아래로 반사시켜야 하므로, 수평면과 약 46도의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 그리고, 제2반사 미러(522) 내지 제4반사 미러(524)가 수평면과 이루는 각도는 제1반사 미러(521)을 기준으로 순차적으로 1도씩 감소하도록 구현될 수 있다. 즉, 제1반사 미러(521)가 수평면과 46도의 각도를 이룬다면, 제2반사 미러(522)가 수평면과 이루는 각도는 45도가 되고, 제3반사 미러(523)가 수평면과 이루는 각도는 44도가 되고, 제4반사 미러(524)가 수평면과 이루는 각도는 43도가 될 수 있다. 다만, 위와 같은 구체적인 각도들은 다채널 광을 합성하는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명이 해당 각도들에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계를 나타내는 도면이다. 다채널 광원에서 출력되는 다채널 광은 제어 미러를 통해서 광 경로가 제어되어 제1경로 제어 미러에 도달할 수 있고, 그 이후의 다채널 광의 진행 경로는 앞서 도 1 및 도2를 통해서 설명한 바와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
다만, 도 1 및 도 2의 라이더 스캐너 광학계와 달리 도 6의 다채널 라이더 스캐너는 다채널 광원을 포함하고, 다채널 광원에서 출력되는 다채널 광은 제어 미러, 적어도 2이상의 경로 제어 미러를 통하여 순차적으로 반사되어 제2미러에 도달하게 되고, 제2미러에서 광 경로가 합쳐지고, 이후 제1중공을 통과하여 측정 타겟으로 출력하게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계를 통하여 360도 스캐닝하는 예를 나타내는 도면이다.
다채널 광원을 포함하는 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계의 경우, 측정 타겟을 스캔한 후의 광경로(711, 712, 713, 714)는 도 7과 같이 채널의 수(도 7은 4개의 채널 광을 출력하는 광원을 나타낸다)에 따라 구분될 수 있다. 그리고, 다채널 광원 및 미러 회전 방식으로 인해서, 측정 타겟을 스캔한 후의 광경로(711, 712, 713, 714)는 90도 및 270도를 기점으로 상하가 반전될 수 있다. 즉, 스캔한 결과를 영상으로 표시하기 전에, 90도 및 270도를 기점으로 수신되는 데이터를 상하 반전 처리하는 데이터 처리 과정이 필요할 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 라이더 스캐너 광학계는 전기적 조인트 없이 미러만을 회전하여 360도 스캐닝을 수행하고, 송광부 및 수광부가 일체형으로 동일 블록에 제작되므로, 기존의 360도 라이더 스캐너에 비해 저가의 제조비용으로 전체 크기를 소형화할 수 있고, 그 결과 소형 이동 물체에 용이하게 탑재될 수 있다.
따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 수평면과 소정의 제1 각도를 이루도록 배치되고, 제1중공을 가지는 제1미러;
    상기 제1미러의 하부에서, 펄스 레이저를 출력하는 광원;
    상기 펄스 레이저가 상기 제1중공을 통과하여 측정 타겟으로 진행하도록, 상기 제1미러와 소정의 제2 각도를 이루도록 배치되는 제2미러;
    상기 제2미러의 반사면으로 상기 펄스 레이저의 광 경로가 구성되도록, 상기 펄스 레이저를 반사시키는 적어도 2 이상의 경로 제어 미러;
    상기 제1미러의 하부에서, 상기 제1미러를 통해 반사된 광을 수광하는 수광렌즈;
    상기 수광렌즈로부터 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 광검출부; 및
    상기 수광렌즈와 상기 제1미러의 사이에 배치되며, 상기 제1미러를 회전시키는 모터를 포함하는 라이더 스캐너 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 제1미러를 360도 회전하게 구동하는 라이더 스캐너 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2 이상의 경로 제어 미러는,
    상기 제1미러의 상부에 위치하는 제3미러 및 제4미러를 포함하고,
    상기 제3미러는,
    상기 제1미러의 상부로 진행하는 상기 펄스 레이저를 수평으로 반사시키고,
    상기 제4미러는,
    상기 제3미러를 통해 반사된 광을 상기 제2미러의 반사면으로 반사시키는 라이더 스캐너 광학계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원은,
    상기 펄스 레이저를 상기 수평면과 평행한 방향으로 출력하고,
    상기 적어도 2 이상의 경로 제어 미러는,
    상기 제1미러의 하부에 위치하며, 상기 수평면과 평행한 방향으로 진행하는 펄스 레이저를 상기 수평면과 수직하게 반사시켜 상기 제3미러의 반사면으로 진행하도록 하는 제5미러를 더 포함하는 라이더 스캐너 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원에서 출력된 펄스 레이저의 지향성을 증가시키는 콜리메이션 렌즈(collimation lens)를 더 포함하는 라이더 스캐너 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 제1미러를 통해 반사된 광이 상기 수광렌즈로 진행하도록 하는 제2 중공을 구비하는 라이더 스캐너 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2미러가 상기 제1미러와 이루는 상기 소정의 제2 각도는,
    직각인 라이더 스캐너 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측정 타겟의 스캔주기 또는 스캔각도를 결정하는 제어부를 더 포함하는 라이더 스캐너 광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2미러는,
    상기 제1미러의 상기 제1중공을 관통하고,
    상기 제2 미러의 반사면은,
    상기 적어도 2 이상의 경로 제어 미러 중 마지막으로 상기 펄스 레이저를 반사시키는 경로 제어 미러 및 상기 측정 타겟을 바라보는 형태로 구현되는 라이더 스캐너 광학계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1미러는,
    상기 제1중공을 포함하되, 외면이 닫힌 형상의 타원, 사각형 또는 원형이거나 또는 상기 외면의 일부분이 열린 형상의 타원, 사각형 또는 원형으로 구현되는 라이더 스캐너 광학계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광원은,
    서로 다른 채널에 해당하는 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 출력하는 다채널 광원이고,
    상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저를 반사시켜 상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저의 광 경로를 제어하는 제어 미러를 더 포함하는 라이더 스캐너 광학계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 미러는,
    상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저 각각을 개별적으로 반사시키는 복수의 반사 미러를 포함하는 라이더 스캐너 광학계.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 반사 미러가 상기 수평면과 이루는 각도는,
    서로 다른 각도로 구분되는 라이더 스캐너 광학계.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소정의 제1 각도는 45도 이고,
    상기 소정의 제2 각도는 90도 이고,
    상기 복수의 반사 미러가 상기 수평면과 이루는 각도는,
    상기 다채널 광원에서 출력되는 상기 펄스 레이저의 채널의 확장 또는 상기 적어도 2 이상의 펄스 레이저의 출력 각도에 따라, 확장 또는 축소되는 라이더 스캐너 광학계.
  15. 수평면과 소정의 제1 각도를 이루도록 배치되는 제1미러;
    상기 제1미러의 하부에서, 펄스 레이저를 출력하는 광원;
    상기 펄스 레이저가 측정 타겟으로 진행하도록, 상기 제1미러와 소정의 제2 각도를 이루도록 상기 제1미러의 상단부에 배치되는 제2미러;
    상기 제2미러의 반사면으로 상기 펄스 레이저의 광 경로가 구성되도록, 상기 펄스 레이저를 반사시키는 적어도 2 이상의 경로 제어 미러;
    상기 제1미러의 하부에서, 상기 제1미러를 통해 반사된 광을 수광하는 수광렌즈;
    상기 수광렌즈로부터 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 광검출부; 및
    상기 수광렌즈와 상기 제1미러의 사이에 배치되며, 상기 제1미러를 회전시키는 모터를 포함하고,
    상기 제2미러의 하단부와 상기 제1미러의 상단부가 직접 연결되는 라이더 스캐너 광학계.
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