WO2023167492A1 - 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치 - Google Patents

스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023167492A1
WO2023167492A1 PCT/KR2023/002816 KR2023002816W WO2023167492A1 WO 2023167492 A1 WO2023167492 A1 WO 2023167492A1 KR 2023002816 W KR2023002816 W KR 2023002816W WO 2023167492 A1 WO2023167492 A1 WO 2023167492A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mirror
scanner assembly
assembly module
laser
module
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/002816
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
문명일
Original Assignee
주식회사 라이드로
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020220121874A external-priority patent/KR20230130514A/ko
Application filed by 주식회사 라이드로 filed Critical 주식회사 라이드로
Publication of WO2023167492A1 publication Critical patent/WO2023167492A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/09—Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a scanner assembly module and a lidar device, and relates to a scanner assembly module and a lidar device capable of providing a wider FoV (Field Of View) while reducing the size of a lidar by simplifying the structure of a scanner. .
  • FoV Field Of View
  • LIDAR LIght Detection And Ranging
  • This LIDAR device emits pulsed laser light and calculates the time of the reflected light as a clock pulse as a device for grasping the distance to the object and the shape of the object using the reflected light from the reflector or scattering body.
  • the lidar device measures the distance, speed, and shape of a measurement object or measures the surrounding object or terrain by irradiating laser light to the surrounding area and using the time and intensity of the reflected light reflected from the surrounding object or terrain. scan precisely.
  • lidar devices are widely applied in various fields, such as sensors for detecting obstacles in front of robots and unmanned vehicles, radar guns for measuring speed, aerial geo-mapping devices, 3D ground surveys, and underwater scanning.
  • the lidar device senses the rotation of the mirror using a magnetized magnet with a large number of poles (for example, a 72-pole magnetized magnet), the magnetization (magnetization) cost is high and a magnet with low coercive force is used.
  • Magnetized patterns are easily erased by a magnetic field, and since the number of magnetized patterns is large, it is difficult to reduce the diameter of the sensor magnet to a specific size or less, and the structure is relatively complicated.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the scanner assembly module and lidar device according to the present invention secures a wide scan (SCAN) angle, can increase the resolution of a specific area at the same time, and has high resolution resolution.
  • SCAN wide scan
  • it is intended to enable a more simplified module configuration through an assembly structure of a mirror, a motor, and an encoder.
  • the scanner assembly module and lidar device use a dipole magnetized magnet with a small number of poles to make magnetization easy and low magnetization cost, and use a neodymium magnet with strong coercive force so that the magnetization pattern is not erased by an external magnetic field. is intended to improve the reliability problem and enable ultra-miniaturization.
  • the scanner assembly module and lidar device enable the sensor magnet to be attached to the mirror without a separate mechanism for fixing the sensor magnet, and to enable arbitrary setting of the absolute angle reference point, an accurate position by setting a physical reference point. It is intended to attach a sensor magnet to and enable accurate angle setting for the turn-on and turn-off time (mirror corner, etc.) of the LIDAR transmission (TX) laser.
  • TX LIDAR transmission
  • the scanner assembly module and lidar device provide a wider scan area, providing a wider vertical FoV even in the case of an optical system with a relatively narrow vertical FoV (Field Of View), and more specifically fixed It is intended to further improve the vertical resolution of the sensor and to scan the central area of the scan area more intensively.
  • a wider vertical FoV Field Of View
  • a scanner assembly module for solving the above problem relates to a scanner assembly module that measures rotation of a mirror that reflects a laser beam, and includes a mirror that reflects a laser beam; a motor for rotating the mirror; A motor driver PCB for controlling driving of the motor; A sensor magnet installed on the rotating mirror; An encoder board (Encoder PCB) fixed to the lidar device on which the scanner assembly module is installed; and an encoder sensor installed on the encoder substrate to detect rotation of the sensor magnet used to measure the rotation of the mirror.
  • Encoder PCB encoder board
  • the mirror may be composed of a polygon mirror, a quadrangular pillar mirror, or a plate mirror including a plurality of reflective surfaces that reflect the laser beam.
  • the mirror is composed of a polygon mirror including first, second, third, and fourth reflecting surfaces on the side, and the first, second, and fourth reflecting surfaces for reflecting the laser beam 3 and 4 reflection surfaces may be formed to be inclined toward the transmission/reception direction of the laser beam.
  • the mirror is such that the first reflective surface of the side and the third reflective surface opposite to the first reflective surface are inclined toward the upper side of the transmission/reception direction of the laser beam.
  • the mirror is formed such that the second reflective surface of the side and the fourth reflective surface opposite to the second reflective surface are inclined toward the lower side of the transmission/reception direction of the laser beam. It can be.
  • the sensor magnet is composed of a dipole magnetized neodymium magnet, and the encoder sensor can measure the angular position, rotational speed and direction of the sensor magnet.
  • the encoder substrate may detect and control the rotational speed of the mirror using a signal detected by the encoder sensor.
  • the encoder board uses a signal detected by the encoder sensor, and the first scan area of the first laser module disposed on one side of the scanner assembly module is the second laser module.
  • the range or angle is wider than that of the second scan area, and scanning can be performed with relatively low resolution.
  • the encoder board uses a signal detected by the encoder sensor, so that the second scan area of the second laser module has a range or angle greater than the first scan area of the first laser module. is narrow and can be scanned with relatively high resolution.
  • LiDAR device including a mirror for reflecting a laser beam, scanner assembly module for measuring the rotation of the mirror; and a first laser module disposed on one side of the scanner assembly module and scanning a first scan area by transmitting and receiving a laser beam toward the scanner assembly module.
  • a second laser module for scanning a second scan area by transmitting and receiving a laser beam toward the scanner assembly module.
  • the first scan area of the first laser module has a wider range or angle than the second scan area of the second laser module, and scanning with relatively low resolution.
  • the second scan area of the second laser module has a narrower range or angle than the first scan area of the first laser module, and scanning with relatively high resolution.
  • a third scan area in which the first and second laser modules scan by the first and third reflection surfaces, and the first and second laser modules are scanned by the second and fourth reflection surfaces.
  • a fourth scan area scanned by the module may be formed, and the third scan area and the fourth scan area may form a regular scan area overlapping each other.
  • the scanner assembly module and lidar device secures a wide scan (SCAN) angle, can increase the resolution of a specific area at the same time, and detects and controls the rotational speed of the mirror to implement high-resolution resolution, A more simplified module configuration is possible through the assembly structure of the mirror, motor, and encoder.
  • SCAN wide scan
  • the scanner assembly module and lidar device use a dipole magnet with a small number of poles to easily magnetize, low magnetization cost, and a neodymium magnet with strong coercive force, so that the magnetization pattern is erased by an external magnetic field. Miniaturization is possible by improving the reliability problem.
  • the scanner assembly module and lidar device attaches the sensor magnet to the mirror without a separate mechanism for fixing the sensor magnet, and in order to enable the arbitrary setting of the absolute angle reference point, the sensor magnet is placed in an accurate position by setting the physical reference point. is attached, and it is possible to set the exact angle for the on-time and off-time (mirror corner, etc.) of the LIDAR transmission (TX) laser.
  • TX LIDAR transmission
  • the scanner assembly module and lidar device provide a wider scan area, providing a wider vertical FoV even in the case of an optical system with a relatively narrow vertical FoV (Field Of View), and more specifically fixed
  • the vertical resolution of the sensor can be further improved and the central area of the scan area can be scanned more intensively.
  • FIG. 1 is a diagram showing a lidar apparatus according to the prior art.
  • FIG. 2 is an external view of a lidar device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an internal perspective view of the lidar apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a side view of a lidar device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a scanner assembly module of a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a side cross-sectional view of the scanner assembly module of the LiDAR device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a scanner assembly module of a lidar device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a view for explaining in more detail the operating principle of the scanner assembly module of the lidar device according to an embodiment of the present invention.
  • 9 to 13 are views for explaining a scanner assembly module of a lidar device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 2 is an external view of a lidar apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is an internal perspective view of the lidar apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a lidar apparatus according to an embodiment of the present invention is a side view of the device.
  • the lidar apparatus 100 may be configured to include a housing (100a) and a window (100b).
  • the housing 100a constitutes the exterior of the lidar device 100, and the window 100b is made of a light-transmitting material so that the laser beam is irradiated to the outside and the laser beam reflected on the target is easily penetrated.
  • the lidar device 100 is composed of a scanner assembly module 110 and a first laser module 120, or a scanner assembly module 110, a first laser module 120 and a second laser module 130 ).
  • the scanner assembly module 110 is configured to include a mirror that reflects a laser beam and measures rotation of the mirror.
  • the mirror may be composed of a polygon mirror, a quadrangular pillar mirror, or a plate mirror including a plurality of reflective surfaces.
  • the first laser module 120 is disposed on one side of the scanner assembly module 110 and transmits and receives a laser beam to and from the scanner assembly module 110 to scan the first scan area A.
  • the second laser module 130 is disposed on the other side of the scanner assembly module 110 and transmits and receives a laser beam toward the scanner assembly module 110. to scan the second scan area (B).
  • the first scan area (A) of the first laser module 120 has a wider range or angle than the second scan area (B) of the second laser module 130, and has a relatively low resolution. can be scanned.
  • the second scan area (B) of the second laser module 130 has a narrower range or angle than the first scan area (A) of the first laser module 120, and has a relatively high resolution. can be scanned.
  • the scanner assembly module 110 is composed of a rotating mirror with a built-in drive motor, and the first and second laser modules 120 and 130 are disposed on both sides. is provided
  • the first laser module 120 has a large FoV (Field of View: first scan area) angle and low resolution
  • the second laser module 130 has FoV (Field of View: The angle of the second scan area) is small and has high resolution.
  • the lidar device 100 secures a wide scan (SCAN) angle, and at the same time can increase the resolution of a specific area.
  • SCAN wide scan
  • the first and second laser modules 120 and 130 receive at least one laser diode (LD) that transmits a pulsed laser beam of a specific frequency band toward the mirror of the scanner assembly module 110 and the laser beam. It may be referred to as a laser transmission/reception unit (Unit) formed by combining at least one or more photodiodes (PD).
  • the laser diode LD corresponds to the laser transmitter Send
  • the photodiode PD corresponds to the laser receiver.
  • the laser receiving unit is a high-sensitivity avalanche photodiode (APD), a photocell, or a charge-coupled device that converts the photoelectric effect into current by receiving laser light that is finally irradiated to a target and then reflected back. (CCD) and a photodetector including a similar photodiode device.
  • APD avalanche photodiode
  • CCD charge-coupled device
  • the laser transmitter may be configured at upper ends of the laser modules 120 and 130
  • the laser receiver units may be configured at lower ends of the laser modules 120 and 130. That is, a structure in which laser beams emitted from the upper ends of the laser modules 120 and 130 are reflected and received at the lower ends may be configured.
  • the lidar device when the lidar device is composed of two laser modules, by controlling the divergence angle, irradiation period, or timing of the laser beam differently, the area reflected on the target can be scanned in three dimensions, and the specific optical channel It is possible to expand the scanning area or further improve the scanning performance of the specific area by adjusting divergence angles to be different from each other or overlap each other at angles directed to a specific area.
  • the lidar device may be configured to include two or more laser modules.
  • a wider area can be scanned in three dimensions, and the scanning performance of a specific area can be maximized by further expanding the scanning area by making the divergence angle of a specific optical channel wider or overlapping.
  • FIG. 5 is a view showing a scanner assembly module of a lidar device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a side cross-sectional view of a scanner assembly module of a lidar device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is an exploded perspective view of the lidar device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram for explaining the principle of the lidar device according to an embodiment of the present invention in more detail.
  • the scanner assembly module 110 of the lidar device is a configuration capable of measuring the rotation of a mirror that reflects a laser beam, and includes a mirror: 111, a motor 112, and a bearing 113 , Motor Driver PCB: 114, Sensor Magnet: 115, Encoder PCB: 116, and Encoder Sensor: 117.
  • the mirror 111 is configured to reflect the laser beam, and more specifically, may be configured to include a plurality of reflective surfaces formed on the surface of the frame. At this time, the mirror 111 may be composed of a polygon mirror, a quadrangular pillar mirror, or a plate mirror including the plurality of reflective surfaces that reflect the laser beam.
  • the mirror 111 may have a rectangular column structure or a hexahedral structure, and a plurality of reflective surfaces may be formed on the surface of the mirror.
  • the reflective surface may be attached to a surface or formed as a surface coating.
  • the motor 112 rotates the mirror 111. More specifically, the motor 112 includes a motor stator (Motor Stator: 112-1), a motor shaft (Motor Shaft: 112-2), and It may be configured to include a motor rotor (Motor Rotor: 112-3) operating as a rotor, and the motor driving substrate 114 may control driving of the motor 112.
  • a motor stator Motor Stator: 112-1
  • a motor shaft Motor Shaft: 112-2
  • It may be configured to include a motor rotor (Motor Rotor: 112-3) operating as a rotor, and the motor driving substrate 114 may control driving of the motor 112.
  • the motor 112 may be an outer rotor type brushless direct current (BLDC) motor having a rotating outer circumferential surface. That is, by applying an outer rotor type structure to the rotating motor rotating part, it is possible to implement a rotating driving body rotating on the outer circumferential surface of the motor.
  • BLDC brushless direct current
  • the sensor magnet 115 is installed on the rotating mirror 111 and rotates along with the rotation of the scanner assembly module 110 .
  • the encoder substrate 116 is fixed to the inside of the lidar device 100 in which the scanner assembly module 110 is installed, and more specifically, to the top or bottom of the housing of the lidar device 100. It can be.
  • the encoder sensor 117 may be installed on the encoder substrate 116 to sense rotation of the sensor magnet 115 used to measure the rotation of the mirror 111 .
  • the sensor magnet 115 may be composed of a dipole magnetized neodymium magnet, and the encoder sensor 117 measures the angular position, rotational speed and direction of the sensor magnet 115. Thus, rotation of the mirror 111 can be sensed.
  • the encoder board 116 can detect and control the rotational speed of the mirror 111 using the signal detected by the encoder sensor 117 .
  • the first laser module 120 disposed on one side of the scanner assembly module 110 by using the signal detected by the encoder sensor 117 in the encoder substrate 116.
  • the scan area A has a wider range or angle than the second scan area B of the second laser module 130, and can be scanned with relatively low resolution.
  • the encoder board 116 uses a signal detected by the encoder sensor 117, so that the second scan area B of the second laser module 130 is the first laser module 120.
  • the range or angle is narrower than that of 1 scan area B, and scanning can be performed with relatively high resolution.
  • the lidar device 100 and the scanner assembly module 110 are mirror 111
  • a motor 112 for driving the rotation of the mirror 111 is provided on the upper or lower side of the inside of the mirror 111, and the sensor magnet 115 rotates at the front end of the motor shaft 112-2 on the upper or lower side of the mirror 111. It is configured to do so, and the encoder board (Encoder PCB: 116) and the encoder sensor (Encoder Sensor: 117) are arranged so as to be fixed so as to correspond to the sensor magnet 115, so that the configuration can be very simplified.
  • the scanner assembly module and the lidar device use a neodymium magnet that is easy to magnetize, has low magnetization cost, and has a strong coercive force by using a two-pole magnetized magnet with a small number of poles, so that the magnetization pattern is changed by an external magnetic field. Miniaturization is possible by improving the problem of erased reliability.
  • the scanner assembly module and lidar device attaches the sensor magnet to the mirror without a separate mechanism for fixing the sensor magnet, and in order to enable the arbitrary setting of the absolute angle reference point, the sensor magnet is placed in an accurate position by setting the physical reference point. is attached, and it is possible to set the exact angle for the on-time and off-time (mirror corner, etc.) of the LIDAR transmission (TX) laser.
  • TX LIDAR transmission
  • 9 to 13 are views for explaining a scanner assembly module of a lidar device according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9 to 13 a scanner assembly module of a lidar device according to another embodiment of the present invention will be described in FIGS. 9 to 13 .
  • the mirror 111 of the scanner assembly module is composed of a polygon mirror including first, second, third, and fourth reflective surfaces 111a, 111b, 111c, and 111d on the side. It can be.
  • the first, second, third, and fourth reflective surfaces 111a, 111b, 111c, and 111d reflect laser beams transmitted and received from the laser modules 120 and 130, and more specifically, the first, second, third, and fourth reflective surfaces 111a, 111b, 111c, and 111d.
  • the slopes 111a, 111b, 111c, and 111d may be formed to incline toward an upper side in a transmission/reception direction of the laser beam, respectively.
  • the mirror 111 is the third half opposite to the first reflective surface 111a on the side of the polygon mirror and the first reflective surface 111a.
  • the slope 111c may be formed to be inclined toward an upper side in the transmission/reception direction of the laser beam.
  • the mirror 111 is the second reflective surface 111b on the side of the polygon mirror and the fourth reflective surface that is opposite to the second reflective surface 111b. (111d) may be formed to be inclined toward the lower side of the transmission and reception direction of the laser beam.
  • the laser modules 120 and 130 can scan the upper side of the transmission and reception direction of the laser beam, and the mirror 110 of FIG. ), the laser modules 120 and 130 may scan the upper side of the transmission/reception direction of the laser beam.
  • the third scan area C scanned by the first and second laser modules 120 and 130 by the first and third reflection surfaces 111a and 111c, the second and fourth reflection surfaces 111b, 111d) forms a fourth scan area D scanned by the first and second laser modules 120 and 130, and since the mirror 110 rotates at high speed, as shown in FIG. 13, the third scan area D is formed.
  • the scan area C and the fourth scan area D form a regular scan area O overlapping each other.
  • the lidar device and scanner assembly module can provide a wider vertical FoV even in the case of an optical system with a relatively narrow vertical FoV (Field Of View), and more specifically, a fixed The vertical resolution of the sensor can be further improved and the central area of the scan area can be scanned more intensively.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 레이저 빔을 반사하는 미러의 회전을 측정하는 스캐너 어셈블리 모듈은, 레이저 빔을 반사하는 미러(Mirror); 상기 미러를 회전시키는 모터(Motor); 상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 기판(Motor Driver PCB); 회전하는 상기 미러에 설치되는 센서 마그넷(Sensor Magnet); 상기 스캐너 어셈블리 모듈이 설치되는 라이다 장치에 고정되는 인코더 기판(Encoder PCB); 및 상기 인코더 기판에 설치되어, 상기 미러의 회전의 측정에 사용되는 상기 센서 마그넷의 회전을 감지하는 인코더 센서(Encoder Senser);를 포함하여 구성된다.

Description

스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치
본 발명은 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치에 관한 것으로, 스캐너의 구조를 간소화하여 라이다의 크기를 줄이면서도 보다 넓은 FoV(Field Of View)를 제공할 수 있는 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 라이다(LIDAR: LIght Detection And Ranging) 장치가 많이 사용되고 있다.
이러한 라이다 장치는, 펄스 레이저광을 발사하고 반사체 또는 산란체로부터의 바사되는 반사광을 이용하여 물체까지의 거리와 물체의 형상 등을 파악하는 장치로서 반사광의 시간을 클럭 펄스로 계산한다.
이와 같이 라이다 장치는 주변 영역으로 레이저광을 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용함으로써, 측정 대상물의 거리와 속도, 형상을 측정하거나 주변의 물체나 지형을 정밀하게 스캔한다.
이러한 라이다 장치는 로봇 및 무인자동차의 전방 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용되고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 라이다 장치는 극수가 많은 착자 마그넷(예를 들어 72극 착자 마그넷)을 사용하여 미러의 회전을 감지하므로, 착자(자화) 비용이 비싸며, 보자력이 약한 자석을 사용하므로 외부 자장에 의해 착자 패턴이 쉽게 지워지고, 착자 패턴의 개수가 많으므로 센서 마그넷의 직경을 특정 사이즈 이하로 줄이기 어렵고, 상대적으로 구조가 복잡한 단점이 있었다.
또한, 이와 같은 구조가 복잡한 라이다 장치의 구조를 개선하면서도, 보다 넓은 스캔 각도의 확보와 특정 영역의 분해능을 증가시킬 수 기술이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 넓은 스캔(SCAN) 각도를 확보하고, 동시에 특정 영역의 분해능을 증가시킬 수 있으며, 고해상도의 분해능을 구현하기 위한 미러의 회전속도 검출 및 제어를 위하여, 미러, 모터 및 인코더의 어셈블리 구조를 통해 보다 간소화된 모듈의 구성이 가능하도록 하고자 한다.
본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 극수가 적은 2극 착자 마그넷을 사용하여 착자가 용이하고 착자 비용이 저렴하도록 하고, 보자력이 강한 네오디움 자석을 사용함으로써 외부 자장에 의해 착자 패턴이 지워지는 신뢰성의 문제를 개선하여 초소형화가 가능하도록 하고자 한다.
또한, 본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 센서 마그넷을 고정하는 별고 기구물 없이 센서 마그넷을 미러에 부착할 수 있도록 하고, 절대각 기준점 임의 설정이 가능하도록 하기 위하여, 물리적 기준점 설정으로 정확한 위치에 센서 마그넷을 부착하고, 라이다의 송신(TX) 레이저의 점등 시점 및 소등 시점(거울 모서리부 등)에 대한 정확한 각도 설정이 가능하도록 하고자 한다.
또한, 본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 보다 넓은 스캔 영역을 제공하여, 상대적으로 좁은 수직 FoV(Field Of View)인 광학 시스템의 경우에도 보다 넓은 수직 FoV를 제공하고, 보다 구체적으로 고정된 센서의 수직 해상도(resolution)를 보다 향상시키며 스캔 영역의 중심 영역을 보다 집중하여 스캔할 수 있도록 하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 스캐너 어셈블리 모듈은 레이저 빔을 반사하는 미러의 회전을 측정하는 스캐너 어셈블리 모듈에 관한 것으로, 레이저 빔을 반사하는 미러(Mirror); 상기 미러를 회전시키는 모터(Motor); 상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 기판(Motor Driver PCB); 회전하는 상기 미러에 설치되는 센서 마그넷(Sensor Magnet); 상기 스캐너 어셈블리 모듈이 설치되는 라이다 장치에 고정되는 인코더 기판(Encoder PCB); 및 상기 인코더 기판에 설치되어, 상기 미러의 회전의 측정에 사용되는 상기 센서 마그넷의 회전을 감지하는 인코더 센서(Encoder Senser);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 미러는 상기 레이저 빔을 반사하는 다수의 반사면을 포함하는, 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 사각 기둥형 미러 또는 판형 미러로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 미러는 측부에 제1, 2, 3, 4 반사면을 포함하는 폴리곤 미러(Polygon Mirror)로 구성되며, 상기 레이저 빔을 반사하는 상기 제1, 2, 3, 4 반사면이 상기 레이저 빔의 송수신 방향을 향하여 각각 기울어지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 미러는 상기 측부의 상기 제1 반사면과 상기 제1 반사면의 반대면인 상기 제3 반사면이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 상부측을 향하여 기울어지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 미러는 상기 측부의 상기 제2 반사면과 상기 제2 반사면의 반대면인 제4 반사면이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 하부측을 향하여 기울어지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 센서 마그넷은 2극 착자 마그넷의 네오디움 자석으로 구성되고, 상기 인코더 센서는 상기 센서 마그넷의 각도 위치, 회전 속도 및 방향을 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 인코더 기판은 상기 인코더 센서에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 미러의 회전 속도의 검출 및 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 인코더 기판은 상기 인코더 센서에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 스캐너 어셈블리 모듈의 일측에 배치되는 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역은 상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 넓고, 상대적으로 저해상도(Low Resolution)로 스캐닝(scanning)되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 인코더 기판은 상기 인코더 센서에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역은 상기 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 좁고, 상대적으로 고해상도(High Resolution)로 스캐닝(scanning)되도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치는, 레이저 빔을 반사하는 미러를 포함하고, 상기 미러의 회전을 측정하는 스캐너 어셈블리 모듈; 및 상기 스캐너 어셈블리 모듈의 일측에 배치되고, 상기 스캐너 어셈블리 모듈 측으로 레이저 빔을 송수신하여 제1 스캔 영역을 스캐닝 하는 제1 레이저 모듈;을 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 스캐너 어셈블리 모듈 측으로 레이저 빔을 송수신하여 제2 스캔 영역을 스캐닝 하는 제2 레이저 모듈;을 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역은, 상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 넓고, 상대적으로 저해상도(Low Resolution)로 스캐닝(scanning)될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역은, 상기 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 좁고, 상대적으로 고해상도(High Resolution)로 스캐닝(scanning)될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1, 3 반사면에 의해 상기 제1, 2 레이저 모듈이 스캔하는 제3 스캔 영역과, 상기 제2, 4 반사면에 의해 상기 제1, 2 레이저 모듈이 스캔하는 제4 스캔 영역이 형성되고, 상기 제3 스캔 영역과 상기 제4 스캔 영역은 상호 중첩되는 상시 스캔 영역을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 넓은 스캔(SCAN) 각도를 확보하고, 동시에 특정 영역의 분해능을 증가시킬 수 있으며, 고해상도의 분해능을 구현하기 위한 미러의 회전속도 검출 및 제어를 위하여, 미러, 모터 및 인코더의 어셈블리 구조를 통해 보다 간소화된 모듈의 구성이 가능하다.
본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 극수가 적은 2극 착자 마그넷을 사용하여 착자가 용이하고 착자 비용이 저렴하고, 보자력이 강한 네오디움 자석을 사용함으로써 외부 자장에 의해 착자 패턴이 지워지는 신뢰성의 문제를 개선하여 초소형화가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 센서 마그넷을 고정하는 별고 기구물 없이 센서 마그넷을 미러에 부착하며, 절대각 기준점 임의 설정이 가능하도록 하기 위하여, 물리적 기준점 설정으로 정확한 위치에 센서 마그넷을 부착하고, 라이다의 송신(TX) 레이저의 점등 시점 및 소등 시점(거울 모서리부 등)에 대한 정확한 각도 설정이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 보다 넓은 스캔 영역을 제공하여, 상대적으로 좁은 수직 FoV(Field Of View)인 광학 시스템의 경우에도 보다 넓은 수직 FoV를 제공하고, 보다 구체적으로 고정된 센서의 수직 해상도(resolution)를 보다 향상시키며 스캔 영역의 중심 영역을 보다 집중하여 스캔할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 라이다 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 외관도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 내부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈의 작동 원리를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 외관도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 내부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 측면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치(100)는 하우징(100a)과 윈도우(100b)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하우징(100a)은 상기 라이다 장치(100)의 외관을 구성하고, 상기 윈도우(100b)는 레이저 빔이 외부로 조사되도록 하고 목표물에 반사된 레이저 빔이 관통이 용이하도록 광투과성 재료로 구성될 수 있다.
또한, 상기 라이다 장치(100)는 스캐너 어셈블리 모듈(110) 및 제1 레이저 모듈(120)로 구성되거나, 또는 스캐너 어셈블리 모듈(110), 제1 레이저 모듈(120) 및 제2 레이저 모듈(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스캐너 어셈블리 모듈(110)은 레이저 빔을 반사하는 미러(Mirror)를 포함하도록 구성되며 상기 미러의 회전을 측정한다. 이때, 상기 미러는 다수의 반사면을 포함하는, 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 사각 기둥형 미러 또는 판형 미러로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 레이저 모듈(120)은 상기 스캐너 어셈블리 모듈(110)의 일측에 배치되고, 상기 스캐너 어셈블리 모듈(110) 측으로 레이저 빔을 송수신하여 제1 스캔 영역(A)을 스캐닝한다.
마찬가지로, 제2 레이저 모듈(130)을 더 포함하는 구조에서는, 상기 제2 레이저 모듈(130)은 상기 스캐너 어셈블리 모듈(110)의 타측에 배치되고, 상기 스캐너 어셈블리 모듈(110) 측으로 레이저 빔을 송수신하여 제2 스캔 영역(B)을 스캐닝한다.
이때, 상기 제1 레이저 모듈(120)의 제1 스캔 영역(A)은 상기 제2 레이저 모듈(130)의 제2 스캔 영역(B) 보다 범위 또는 각도가 넓고, 상대적으로 저해상도(Low Resolution)로 스캐닝(scanning) 될 수 있다.
또한, 상기 제2 레이저 모듈(130)의 제2 스캔 영역(B)은 상기 제1 레이저 모듈(120)의 제1 스캔 영역(A) 보다 범위 또는 각도가 좁고, 상대적으로 고해상도(High Resolution)로 스캐닝(scanning) 될 수 있다.
즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스캐너 어셈블리 모듈(110)은 구동 모터가 내장되어 회전하는 미러(Mirror)로 구성되며, 양측에 상기 제1, 2 레이저 모듈(120, 130)이 구비된다.
이때, 상기 제1 레이저 모듈(120)은 FoV(Field of View: 제1 스캔 영역)의 각도가 크며, 저해상도(Low Resolution)를 가지며, 상기 제2 레이저 모듈(130)은 FoV(Field of View: 제2 스캔 영역)의 각도가 작으며, 고해상도(High Resolution)를 가진다.
따라서, 본 발명에 따른 라이다 장치(100)는 넓은 스캔(SCAN) 각도를 확보하며, 동시에 특정 영역의 분해능을 증가시킬 수 있다.
한편, 상기 제1, 2 레이저 모듈(120, 130)은 스캐너 어셈블리 모듈(110)의 미러(Mirror)를 향하여 특정 주파수대의 펄스 레이저빔을 발신하는 적어도 하나 이상의 레이저 다이오드(LD)와 레이저빔을 수신하는 적어도 하나 이상의 포토 다이오드(PD)가 결합되어 이루어진 레이저 송수신 유닛(Unit)이라고 할 수 있다. 여기서, 레이저 다이오드(LD)는 레이저 송신부(Send)에 대응하고, 포토 다이오드(PD)는 레이저 수신부(Receiver)에 대응한다.
또한, 상기 레이저 수신부는 최종적으로 목표물에 조사된 후 다시 반사되는 레이저 광을 수광하여 광전 효과를 전류로 변환하는 고감도 애벌런치 포토다이오드(APD, Avalanche photodiode)이거나, 포토 셀(photocell), 전하 결합 소자(CCD)와 같은 이미징 센서 및 유사한 포토다이오드 디바이스를 포함하는 광 검출부로 구성될 수 있다.
이때, 상기 레이저 송신부는 레이저 모듈(120, 130)의 상단부에 구성될 수 있으며, 상기 레이저 수신부는 레이저 모듈(120, 130)의 하단부로 구성될 수 있다. 즉, 레이저 모듈(120, 130)의 상단부에서 발광되는 레이저빔이 반사되어 하단부로 수신되는 구조로 구성될 수 있다.
이와 같이, 라이다 장치가 2개의 레이저 모듈을 포함하여 구성되는 경우에는, 레이저빔의 발산 각도, 조사 주기 또는 타이밍을 서로 다르게 제어하면 목표물에 반사되는 영역을 입체적으로 스캐닝 할 수 있으며, 특정 광채널의 발산 각도를 서로 상이하게 조절하거나 또는 특정 영역을 지향하는 각도에서 서로 겹치게 하여, 스캐닝 영역의 확장하거나 특정 영역의 스캐닝 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
그 뿐만 아니라, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면 라이다 장치가 2개 이상의 레이저 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우 보다 넓은 영역을 입체적으로 스캐닝 할 수 있으며, 특정 광채널의 발산 각도를 보다 넓게 또는 겹치게 하여 스캐닝 영역을 더욱 확장함으로써 특정 영역의 스캐닝 성능을 극대화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈의 측단면도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 분해사시도이다.
또한, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 원리를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
이후부터는 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈의 구성을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈(110)은 레이저 빔을 반사하는 미러의 회전을 측정이 가능한 구성으로서, 미러(Mirror: 111), 모터(112), 베어링(113), 모터 구동 기판(Motor Driver PCB: 114), 센서 마그넷(Sensor Magnet: 115), 인코더 기판(Encoder PCB: 116) 및 인코더 센서(Encoder Senser: 117)을 포함하여 구성된다.
상기 미러(111)는 레이저 빔을 반사하도록 구성되며, 보다 구체적으로 프레임의 표면에 형성되는 다수의 반사면을 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 미러(111)는 상기 레이저 빔을 반사하는 상기 다수의 반사면을 포함하는, 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 사각 기둥형 미러 또는 판형 미러로 구성될 수 있다.
즉, 상기 미러(111)는 사각형의 기둥 구조 또는 육면체의 구조로 구성될 수 있으며, 상기 미러의 표면에는 다수의 반사면이 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사면은 표면에 부착되거나 표면 코팅으로 형성될 수 있다.
상기 모터(112)는 상기 미러(111)를 회전시키는데, 보다 구체적으로 상기 모터(112)는 고정자로 동작하는 모터 고정자(Motor Stator: 112-1), 모터 샤프트(Motor Shaft: 112-2) 및 회전자로 동작하는 모터 로터(Motor Rotor: 112-3)를 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 모터 구동 기판(114)은 상기 모터(112)의 구동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 모터(112)는 외주면이 회전하는 아우터로터(Outer Rotor)형 브러쉬리스 디시(Brushless Direct Current, BLDC) 모터일 수 있다. 즉 회전하는 모터회전부로 아우터 로터(Outer Rotor)형 구조를 적용함으로써 모터의 외주면에서 회전하는 회전 구동체를 구현할 수 있다.
한편, 상기 센서 마그넷(115)은 회전하는 상기 미러(111)에 설치되어, 스캐너 어셈블리 모듈(110)의 회전에 따라 함께 회전한다.
또한, 상기 인코더 기판(116)은 상기 스캐너 어셈블리 모듈(110)이 설치되는 라이다 장치(100)의 내측에 고정되며, 보다 구체적으로 상기 라이다 장치(100)의 하우징 내측의 상부 또는 하부에 고정될 수 있다.
그에 따라, 상기 인코더 센서(117)는 상기 인코더 기판(116)에 설치되어, 상기 미러(111)의 회전의 측정에 사용되는 상기 센서 마그넷(115)의 회전을 감지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 센서 마그넷(115)은 2극 착자 마그넷의 네오디움 자석으로 구성될 수 있으며, 상기 인코더 센서(117)는 상기 센서 마그넷(115)의 각도 위치, 회전 속도 및 방향을 측정하여 상기 미러(111)의 회전을 감지할 수 있다.
이와 같이, 상기 인코더 기판(116)은 상기 인코더 센서(117)에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 미러(111)의 회전 속도의 검출 및 제어가 이루어지도록 할 수 있다.
그에 따라, 보다 구체적으로는 상기 인코더 기판(116)이 상기 인코더 센서(117)에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 스캐너 어셈블리 모듈(110)의 일측에 배치되는 제1 레이저 모듈(120)의 제1 스캔 영역(A)은 상기 제2 레이저 모듈(130)의 제2 스캔 영역(B) 보다 범위 또는 각도가 넓고, 상대적으로 저해상도(Low Resolution)로 스캐닝(scanning)되도록 할 수 있다.
또한, 상기 인코더 기판(116)은 상기 인코더 센서(117)에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 제2 레이저 모듈(130)의 제2 스캔 영역(B)은 상기 제1 레이저 모듈(120)의 제1 스캔 영역(B) 보다 범위 또는 각도가 좁고, 상대적으로 고해상도(High Resolution)로 스캐닝(scanning)되도록 할 수 있다.
이와 같이, 고해상도의 분해능을 구현하기 위해서는 미러(111)의 회전속도 검출 및 제어가 중요하므로, 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치(100) 및 스캐너 어셈블리 모듈(110)은 미러(111)의 내부의 상측 또는 하측에 미러(111)의 회전 구동을 위한 모터(112)를 구비하고, 미러(111)의 상측 또는 하측의 모터 샤프트(112-2)의 선단에 센서 마그넷(115)이 회전하도록 구성되며, 상기 센서 마그넷(115)에 대응되도록 인코더 기판(Encoder PCB: 116) 및 인코더 센서(Encoder Senser: 117)가 고정되도록 배치함으로써 매우 간소화하여 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 극수가 적은 2극 착자 마그넷을 사용하여 착자가 용이하고 착자 비용이 저렴하고, 보자력이 강한 네오디움 자석을 사용함으로써 외부 자장에 의해 착자 패턴이 지워지는 신뢰성의 문제를 개선하여 초소형화가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치는 센서 마그넷을 고정하는 별고 기구물 없이 센서 마그넷을 미러에 부착하며, 절대각 기준점 임의 설정이 가능하도록 하기 위하여, 물리적 기준점 설정으로 정확한 위치에 센서 마그넷을 부착하고, 라이다의 송신(TX) 레이저의 점등 시점 및 소등 시점(거울 모서리부 등)에 대한 정확한 각도 설정이 가능하다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
이후부터는 도 9 내지 도 13을 참조하여 도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 라이다 장치의 스캐너 어셈블리 모듈을 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 스캐너 어셈블리 모듈의 미러(111)는 측부에 제1, 2, 3, 4 반사면(111a, 111b, 111c, 111d)을 포함하는 폴리곤 미러(Polygon Mirror)로 구성될 수 있다.
상기 제1, 2, 3, 4 반사면(111a, 111b, 111c, 111d)은 레이저 모듈(120, 130)로부터 송수신되는 레이저 빔을 반사하며, 보다 구체적으로 상기 제1, 2, 3, 4 반사면(111a, 111b, 111c, 111d)이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 상부측을 향하여 각각 기울어지도록 형성될 수 있다.
즉, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 미러(111)는 상기 폴리곤 미러의 측부의 상기 제1 반사면(111a)과 상기 제1 반사면(111a)의 반대면인 상기 제3 반사면(111c)이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 상부측을 향하여 기울어지도록 형성될 수 있다.
또한, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 미러(111)는 상기 폴리곤 미러의 측부의 상기 제2 반사면(111b)과 상기 제2 반사면(111b)의 반대면인 제4 반사면(111d)이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 하부측을 향하여 기울어지도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 레이점 빔의 송수신 시에, 도 9의 미러(110)의 방향에서는 레이저 모듈(120, 130)이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 상부측을 스캔할 수 있으며, 도 11의 미러(110)의 방향에서는 레이저 모듈(120, 130)이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 상부측을 스캔할 수 있다.
즉, 상기 제1, 3 반사면(111a, 111c)에 의해 상기 제1, 2 레이저 모듈(120, 130)이 스캔하는 제3 스캔 영역(C)과, 상기 제2, 4 반사면(111b, 111d)에 의해 상기 제1, 2 레이저 모듈(120, 130)이 스캔하는 제4 스캔 영역(D)이 형성되며, 상기 미러(110)는 고속으로 회전하므로 도 13에 도시된 바와 같이 상기 제3 스캔 영역(C)과 상기 제4 스캔 영역(D)은 상호 중첩되는 상시 스캔 영역(O)을 형성한다.
따라서, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 라이다 장치 및 스캐너 어셈블리 모듈은 상대적으로 좁은 수직 FoV(Field Of View)인 광학 시스템의 경우에도 보다 넓은 수직 FoV를 제공할 수 있으며, 보다 구체적으로 고정된 센서의 수직 해상도(resolution)를 보다 향상시키고 스캔 영역의 중심 영역을 보다 집중하여 스캔할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (14)

  1. 레이저 빔을 반사하는 미러의 회전을 측정하는 스캐너 어셈블리 모듈에 있어서,
    레이저 빔을 반사하는 미러(Mirror);
    상기 미러를 회전시키는 모터(Motor);
    상기 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 기판(Motor Driver PCB);
    회전하는 상기 미러에 설치되는 센서 마그넷(Sensor Magnet);
    상기 스캐너 어셈블리 모듈이 설치되는 라이다 장치에 고정되는 인코더 기판(Encoder PCB); 및
    상기 인코더 기판에 설치되어, 상기 미러의 회전의 측정에 사용되는 상기 센서 마그넷의 회전을 감지하는 인코더 센서(Encoder Senser);
    를 포함하는 스캐너 어셈블리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미러는,
    상기 레이저 빔을 반사하는 다수의 반사면을 포함하는, 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 사각 기둥형 미러 또는 판형 미러로 구성되는 스캐너 어셈블리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 미러는,
    측부에 제1, 2, 3, 4 반사면을 포함하는 폴리곤 미러(Polygon Mirror)로 구성되며, 상기 레이저 빔을 반사하는 상기 제1, 2, 3, 4 반사면이 상기 레이저 빔의 송수신 방향을 향하여 각각 기울어지도록 형성되는 스캐너 어셈블리 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 미러는,
    상기 측부의 상기 제1 반사면과 상기 제1 반사면의 반대면인 상기 제3 반사면이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 상부측을 향하여 기울어지도록 형성되는 스캐너 어셈블리 모듈.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 미러는,
    상기 측부의 상기 제2 반사면과 상기 제2 반사면의 반대면인 제4 반사면이 상기 레이저 빔의 송수신 방향의 하부측을 향하여 기울어지도록 형성되는 스캐너 어셈블리 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 마그넷은,
    2극 착자 마그넷의 네오디움 자석으로 구성되고,
    상기 인코더 센서는,
    상기 센서 마그넷의 각도 위치, 회전 속도 및 방향을 측정하는 스캐너 어셈블리 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 인코더 기판은,
    상기 인코더 센서에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 미러의 회전 속도의 검출 및 제어가 이루어지도록 하는 스캐너 어셈블리 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 인코더 기판은,
    상기 인코더 센서에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 스캐너 어셈블리 모듈의 일측에 배치되는 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역은 상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 넓고, 상대적으로 저해상도(Low Resolution)로 스캐닝(scanning)되도록 하는 스캐너 어셈블리 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 인코더 기판은,
    상기 인코더 센서에서 감지되는 신호를 이용하여, 상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역은 상기 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 좁고, 상대적으로 고해상도(High Resolution)로 스캐닝(scanning)되도록 하는 스캐너 어셈블리 모듈.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9의 스캐너 어셈블리 모듈을 포함하는 라이다 장치에 있어서,
    레이저 빔을 반사하는 미러를 포함하고, 상기 미러의 회전을 측정하는 스캐너 어셈블리 모듈; 및
    상기 스캐너 어셈블리 모듈의 일측에 배치되고, 상기 스캐너 어셈블리 모듈 측으로 레이저 빔을 송수신하여 제1 스캔 영역을 스캐닝 하는 제1 레이저 모듈;
    을 포함하는 라이다 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 스캐너 어셈블리 모듈의 타측에 배치되고, 상기 스캐너 어셈블리 모듈 측으로 레이저 빔을 송수신하여 제2 스캔 영역을 스캐닝 하는 제2 레이저 모듈;
    을 더 포함하는 라이다 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역은,
    상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 넓고, 상대적으로 저해상도(Low Resolution)로 스캐닝(scanning)되는 라이다 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 레이저 모듈의 제2 스캔 영역은,
    상기 제1 레이저 모듈의 제1 스캔 영역 보다 범위 또는 각도가 좁고, 상대적으로 고해상도(High Resolution)로 스캐닝(scanning)되는 라이다 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1, 3 반사면에 의해 상기 제1, 2 레이저 모듈이 스캔하는 제3 스캔 영역과,
    상기 제2, 4 반사면에 의해 상기 제1, 2 레이저 모듈이 스캔하는 제4 스캔 영역이 형성되고,
    상기 제3 스캔 영역과 상기 제4 스캔 영역은 상호 중첩되는 상시 스캔 영역을 형성하는 라이다 장치.
PCT/KR2023/002816 2022-03-03 2023-02-28 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치 WO2023167492A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220027547 2022-03-03
KR10-2022-0027547 2022-03-03
KR10-2022-0121874 2022-09-26
KR1020220121874A KR20230130514A (ko) 2022-03-03 2022-09-26 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023167492A1 true WO2023167492A1 (ko) 2023-09-07

Family

ID=87883928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/002816 WO2023167492A1 (ko) 2022-03-03 2023-02-28 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023167492A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190044995A (ko) * 2017-10-23 2019-05-02 주식회사 유진로봇 이동성 거울을 이용한 광 송수신기, 3차원 거리 측정 장치, 및 이동체
US20190154816A1 (en) * 2017-11-22 2019-05-23 Luminar Technologies, Inc. Monitoring rotation of a mirror in a lidar system
KR20200000284A (ko) * 2018-06-22 2020-01-02 무리기술 주식회사 다중 스캐너
KR20210025777A (ko) * 2019-08-28 2021-03-10 (주)카네비컴 라이다 장치 및 이의 동작 방법
KR20210026083A (ko) * 2019-08-29 2021-03-10 (주)그린광학 초소형 및 초경량 라이다용 광학계

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190044995A (ko) * 2017-10-23 2019-05-02 주식회사 유진로봇 이동성 거울을 이용한 광 송수신기, 3차원 거리 측정 장치, 및 이동체
US20190154816A1 (en) * 2017-11-22 2019-05-23 Luminar Technologies, Inc. Monitoring rotation of a mirror in a lidar system
KR20200000284A (ko) * 2018-06-22 2020-01-02 무리기술 주식회사 다중 스캐너
KR20210025777A (ko) * 2019-08-28 2021-03-10 (주)카네비컴 라이다 장치 및 이의 동작 방법
KR20210026083A (ko) * 2019-08-29 2021-03-10 (주)그린광학 초소형 및 초경량 라이다용 광학계

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016175395A2 (ko) 미러 회전 방식의 다채널 라이더 스캐너 광학계
WO2018124413A1 (ko) 송수광 일체형 광학계 모듈 및 이를 구비하는 스캐닝 라이다
WO2013176362A1 (ko) 3차원 스캐닝 시스템 및 이를 이용한 3차원 영상획득방법
JP7159224B2 (ja) マルチラインレーダー
WO2018056516A1 (ko) 광학계 모듈 및 그를 갖는 스캐닝 라이다
WO2016153233A1 (ko) 라이다 장치
CN108351508A (zh) 紧凑楔形棱镜光束控制
WO2017099297A1 (ko) 송수광 렌즈를 공유하는 광학계 구조를 가지는 스캐닝 라이다
US11480707B2 (en) Optoelectronic sensor and method of detecting objects in a monitoring zone
WO2017171140A1 (ko) 오목 반사 미러를 가지는 스캐닝 라이다
WO2020040390A1 (ko) 3차원 영상 생성 장치 및 방법
WO2019112164A1 (ko) 3차원 라이다 장치 및 거리측정 방법
US4740681A (en) Star sensor for attitude detection of a spinning satellite
WO2017073982A1 (ko) 3차원 스캐닝 시스템
CA1200879A (en) Programmable scanner/tracker
WO2019235859A1 (ko) 카메라 모듈 및 그의 깊이 정보 추출 방법
WO2021261809A1 (ko) 라이다 장치
WO2021096328A2 (ko) 타겟의 초기 위치 감지 기능을 구비한 레이저 추적 장치 및 추적 방법
WO2021060919A1 (ko) 라이다 광학 장치 및 이의 스캐닝 방법
WO2013058422A1 (ko) 거리 측정 장치
WO2023167492A1 (ko) 스캐너 어셈블리 모듈 및 라이다 장치
WO2019022548A1 (ko) 비회전형 전방향 라이다 장치
KR20210036243A (ko) 라이다 광학 장치 및 이의 스캐닝 방법
KR102527887B1 (ko) 라이다 센서용 광학계
WO2013094791A1 (ko) 거리 측정 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23763691

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1