KR102008256B1 - Lidar sensor and operating method thereof - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서는, 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 발광부; 상기 1 편광의 제 1 레이저 광을 투과 및 반사하는 반 투과 물질, 상기 투과된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 반사하는 제 1 고정 반사경, 상기 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 편광을 변경함으로써 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 리타더(retarder), 상기 제 1 고정 반사경으로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 상기 리타더의 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 반사하는 제 2 고정 반사경, 및 상기 제 2 고정 반사경으로부터 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 물체에 반사시키도록 회전하는 회전 반사경을 포함할 수 있다.Lidar sensor according to an embodiment of the present invention, the light emitting unit for generating a first laser light of the first polarization; A semi-transmissive material that transmits and reflects the first laser light of the first polarization, a first fixed reflector that reflects the first laser light of the transmitted first polarization, and changes the polarization of the first laser light of the reflected first polarization A retarder for generating a first laser light of a second polarization, thereby reflecting a first laser light of a first polarization reflected from the first fixed reflector and a first laser light of a second polarization of the retarder And a second fixed reflector, and a rotating reflector rotating from the second fixed reflector to reflect the first laser light of the first polarization and the first laser light of the second polarization to the object.

Description

라이다 센서 및 그것의 동작 방법{LIDAR SENSOR AND OPERATING METHOD THEREOF}Lidar sensor and its operation method {LIDAR SENSOR AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 라이다 센서 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar sensor and a method of operation thereof.

라이다(light detection and ranging: LiDAR)는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 기술이다. 이 라이다는 3차원 GIS(geographic information system) 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어, 건설, 국방 등의 분야에 응용되었고, 최근 들어 자율주행자동차 및 이동로롯 등에 적용되고 있다. 자율 주행 자동차는 라이다를 필수로 장착하여 주행 가능한 공간에 대한 맵을 생성하고 있다. 차량의 안전을 향상하기 위해 최근에 도입되는 기능들은 영상 획득용 카메라와 거리 측정용 라이다나 레이다를 중심으로 다른 센서들의 기능을 복합하여 주행 상황을 인지한다. 라이다 센서는 레이저를 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 기술이다. 라이다 센서는 일반적으로 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활용하여 보다 정밀한 대기 중의 물성 관측 및 거리 측정 등에 활용이 된다.Light detection and ranging (LIDAR) is a technique for measuring distance using a laser. This lidar has been developed in the form of constructing and visualizing topographical data for constructing 3D GIS (geographic information system) information, and has been applied to the fields of construction, defense, etc. Is being applied. Self-driving cars are equipped with lidars to create a map of the space that can be driven. Recently introduced functions to improve the safety of the vehicle to recognize the driving situation by combining the functions of other sensors, such as the image acquisition camera and the distance measuring radar or radar. Lidar sensor is a technology that can detect the distance to the object, direction, speed, temperature, material distribution and concentration characteristics by shining the laser on the target. Lidar sensors are generally used for more precise physical property observations and distance measurements by taking advantage of lasers that can generate pulse signals with high energy density and short periods.

등록특허 10-1678122, 등록일: 2016년 11월 15일, 제목: 전방향 라이다 장치Patent 10-1678122, registered date: November 15, 2016, title: omnidirectional lidar device 등록특허 10-1678124, 등록일: 2016년 11월 15일, 제목: 전방향 라이다 장치를 이용한 라이다 데이터 모델링 방법Korean Patent Registration No. 10-1678124, Registered Date: November 15, 2016, Title: Lidar data modeling method using omnidirectional lidar device 공개특허 10-2015-0027543, 공개일: 2015년 03월 12일, 제목: 라이다 센서 시스템Publication 10-2015-0027543, published date: March 12, 2015, title: Lidar sensor system

본 발명의 목적은 간단하면서 저렴하게 제작 가능한 라이다 센서 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a lidar sensor and a method of operation thereof that can be manufactured simply and inexpensively.

본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서는, 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 발광부; 상기 1 편광의 제 1 레이저 광을 투과 및 반사하는 반 투과 물질; 상기 투과된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 반사하는 제 1 고정 반사경; 상기 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 편광을 변경함으로써 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 리타더(retarder); 상기 제 1 고정 반사경으로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 상기 리타더의 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 반사하는 제 2 고정 반사경; 및 상기 제 2 고정 반사경으로부터 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 물체에 반사시키도록 회전하는 회전 반사경을 포함할 수 있다.Lidar sensor according to an embodiment of the present invention, the light emitting unit for generating a first laser light of the first polarization; A semi-transmissive material transmitting and reflecting the first polarized light of the first polarization; A first fixed reflector reflecting the transmitted first laser light of the first polarized light; A retarder for generating a first laser light of a second polarization by changing the polarization of the first laser light of the reflected first polarization; A second fixed reflector reflecting the first laser light of the first polarization reflected from the first fixed reflector and the first laser light of the second polarization of the retarder; And a rotating reflector rotating to reflect the first laser light of the first polarization and the first laser light of the second polarization to the object from the second fixed reflector.

실시 예에 있어서, 상기 반 투과 물질은 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 50%을 투과시키고, 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 50%을 반사시킬 수 있다.In example embodiments, the semi-transmissive material may transmit 50% of the first laser light of the first polarization and reflect 50% of the first laser light of the first polarization.

실시 예에 있어서, 상기 반 투과 물질은 비-편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다.In an embodiment, the semi-transmissive material may comprise a non-polarization beam splitter.

실시 예에 있어서, 상기 제 1 편광은 수평 편광이고, 상기 제 2 편광은 수직 편광일 수 있다.In example embodiments, the first polarized light may be horizontal polarized light, and the second polarized light may be vertical polarized light.

실시 예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 고정 반사경의 각각은 수신된 레이저 광을 90도 반사시킬 수 있다.In some embodiments, each of the first and second fixed reflectors may reflect the received laser light by 90 degrees.

실시 예에 있어서, 상기 회전 반사경은 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 상기 제 2 고정 반사경으로 반사시킬 수 있다.In example embodiments, the rotating reflector may reflect the first laser light having the first polarization and the first laser light having the second polarization reflected from the object to the second fixed reflector.

실시 예에 있어서, 상기 제 2 고정 반사경은 상기 회전 반사경으로부터 반사된 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 상기 리타더로 반사시키고, 상기 리타더는 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광의 편광을 변경함으로써 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 발생할 수 있다.In an embodiment, the second fixed reflector reflects the first laser light of the second polarized light reflected from the rotational reflector to the retarder, and the retarder changes the polarization of the first laser light of the second polarized light by A second laser light of first polarization can be generated.

실시 예에 있어서, 상기 물체에서 반사된 제 1 편광의 제 2 레이저 광 및 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 수신하는 수광부를 더 포함하고, 상기 제 1 고정 반사경은 상기 제 2 고정 반사경으로부터 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 리타더로부터 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 상기 수광부로 반사시킬 수 있다.The light emitting unit may further include a light receiving unit configured to receive the second laser light of the first polarized light and the second laser light of the first polarized light reflected from the object, wherein the first fixed reflector is configured to receive the second fixed light from the second fixed reflector. The first laser light of the first polarization and the second laser light of the first polarization may be reflected from the retarder to the light receiving unit.

실시 예에 있어서, 상기 물체에서 반사된 제 1 편광의 제 2 레이저 광 및 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광은 서로 다른 시간에 수광부에 수신될 수 있다.In example embodiments, the second laser light having the first polarization reflected from the object and the second laser light having the first polarization may be received at the light receiving unit at different times.

실시 예에 있어서, 상기 리타더는 1/4 파장 리타더일 수 있다.In one embodiment, the retarder may be a quarter-wave retarder.

본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서의 동작 방법은: 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 단계; 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 분할하는 단계; 상기 분할된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 제 2 편광의 제 1 레이저 광으로 변환시키는 단계; 상기 분할된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 물체에 조사하는 단계; 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 수신하는 단계; 상기 물체로부터 반사된 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 제 1 편광의 제 2 레이저 광으로 변환시키는 단계; 및 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 광 검출기에서 수신하는 단계를 포함할 수 있다.A method of operating a lidar sensor according to an embodiment of the present invention includes: generating a first laser light of first polarization; Dividing the first laser light of the first polarization; Converting the split first laser light of the first polarization into first laser light of a second polarization; Irradiating an object with the divided first laser light of the first polarization and the first laser light of the second polarization; Receiving a first laser light of a first polarization and a first laser light of the second polarization reflected from the object; Converting the first laser light of the second polarization reflected from the object into the second laser light of the first polarization; And receiving at the photo detector a first laser light of the first polarization and the second laser light of the first polarization reflected from the object.

실시 예에 있어서, 상기 제 1 편광은 P-pol 이고 제 2 편광은 S-pol 일 수 있다.In some embodiments, the first polarization may be P-pol and the second polarization may be S-pol.

실시 예에 있어서, 상기 분할하는 단계는 빔 스플리터를 이용하여 상기 제 1 편광의 레이저 광을 분할하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the dividing may include dividing the laser light of the first polarization using a beam splitter.

실시 예에 있어서, 상기 변환하는 단계는 위상 지연자를 이용하여 상기 제 1 편광을 상기 제 2 편광으로 혹은 상기 제 2 편광을 상기 제 1 편광으로 변환시킬 수 있다.The converting may include converting the first polarized light into the second polarized light or the second polarized light into the first polarized light using a phase retarder.

실시 예에 있어서, 상기 조사하는 단계는, 회전 반사경을 회전함으로써 상기 물체에 상기 분할된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.In example embodiments, the irradiating may include irradiating the first laser light of the divided first polarization and the first laser light of the second polarization to the object by rotating the rotating reflector.

실시 예에 있어서, 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광의 각각은 상기 물체에 대한 반사 계수를 포함할 수 있다.In an embodiment, each of the first laser light of the first polarization and the first laser light of the second polarization reflected from the object may include a reflection coefficient for the object.

실시 예에 있어서, 상기 수신하는 단계는, 상기 광 검출기에서 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 먼저 수신한 뒤에 상기 제 1 편광의 제 2 레이저를 광 검출기에서 수신하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the receiving may include first receiving a first laser light of a first polarization reflected from the object in the photo detector and then receiving a second laser of the first polarization at a light detector. can do.

실시 예에 있어서, 상기 수신하는 단계는, 상기 광 검출기에서 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 수신한 뒤에 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.The receiving may include receiving the first laser light of the first polarized light reflected from the object after receiving the second laser light of the first polarized light at the photo detector. .

실시 예에 있어서, 상기 광 검출기에서 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 상기 제 1 편광의 제 2 레이저를 수신되는 순서를 결정하기 위하여 반 투과 물질 혹은 리타더의 두께를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the thickness of the semi-transmissive material or the retarder is adjusted to determine the order in which the first detector receives the first laser light of the first polarization and the second laser of the first polarization reflected from the object. It may further comprise a step.

실시 예에 있어서, 상기 리타더의 두께는 d = λ/4(4n+1) 의 수식을 만족하고, d는 두께이고, λ은 파장이고, n은 음이 아닌 정수이다.In an embodiment, the thickness of the retarder satisfies a formula of d = λ / 4 (4n + 1), d is thickness, λ is a wavelength, and n is a nonnegative integer.

본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서 및 그것의 동작 방법은, 하나의 발광부, 하나의 수광부, 반 투과 물질, 및 리타더를 이용하여, 2 개의 편광을 발생 및 수신함으로써 간단하면서도 저렴하게 2개의 편광의 레이저 광들을 발생 및 수신할 수 있다.Lidar sensor and its operation method according to an embodiment of the present invention, by using a single light emitting unit, one light receiving unit, a semi-transmissive material, and a retarder, by generating and receiving two polarizations 2 And receive two polarized laser lights.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서 및 그것의 동작 방법은 복잡한 배선을 필요치 않으면서 고정 반사경과 회전 반사경을 활용할 수 있으므로, 전 반향의 물체를 용이하게 감지할 수 있다.In addition, the lidar sensor and its operation method according to the embodiment of the present invention can utilize a fixed reflector and a rotating reflector without the need for complicated wiring, it is possible to easily detect the object of the front reflection.

이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다(LiDAR) 센서(100)를 구비한 차량(10)을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서(100)를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반 투과 물질(130)에 대한 파장과 전송률 사이의 관계를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리타더(145)의 편광 변경 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서(100)의 송수신되는 편광의 레이저 광의 흐름을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 반 투과 물질(130)에 따른 시간 지연을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 리타더(145)에 따른 시간 지연을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 수광부(120)에서 물체(200)에 의해 반사된 반사 계수 정보를 갖는 편광의 레이저 광을 수신하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 수광부(120)에서 두 종류의 P 편광의 레이저 광을 구분하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings are provided to facilitate understanding of the present embodiment, and provide embodiments with a detailed description. However, the technical features of the present embodiment are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
1 is a diagram illustrating a vehicle 10 having a LiDAR sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a lidar sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a relationship between a wavelength and a transmission rate for the semi-transmissive material 130 according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a polarization change process of the retarder 145 according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a flow of laser light of polarized light transmitted and received by the lidar sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a time delay according to the semi-transmissive material 130 according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a time delay according to the retarder 145 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a process of receiving laser light of polarized light having reflection coefficient information reflected by the object 200 in the light receiving unit 120 of the present invention.
9 is a diagram illustrating a method of distinguishing two types of P-polarized laser light in the light receiving unit 120 according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of operating a lidar sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the contents of the present invention will be described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily implement the drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 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.The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that another component may be present in the middle. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly neighboring", should be interpreted as well. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is implemented, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. .

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다(LiDAR) 센서(100)를 구비한 차량(10)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 차량(10)은 차량(10)의 지붕에 부착된 라이다(LiDAR, light detection and ranging) 센서(100)를 포함할 수 있다. 라이다 센서(100)는 레이저 빔을 목표물에 비춤으로써, 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포, 및 농도 특성 혹은 3D 영상 정보를 수집하도록 구현될 수 있다.1 is a diagram illustrating a vehicle 10 having a LiDAR sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the vehicle 10 may include a light detection and ranging (LiDAR) sensor 100 attached to a roof of the vehicle 10. The lidar sensor 100 may be implemented to collect distance, direction, speed, temperature, material distribution, and concentration characteristics or 3D image information to an object by shining a laser beam on a target.

본 발명의 라이다 센서(100)는 물체의 정확한 검출을 위하여 하나의 편광의 레이저 광을 발생하고, 서로 수직한 2개의 편광을 물체에 조사하고, 반사된 두 편광에 대응하는 레이저 광들을 수신하도록 구현될 수 있다.The lidar sensor 100 of the present invention generates laser light of one polarization for accurate detection of an object, irradiates two polarizations perpendicular to each other, and receives laser light corresponding to the two reflected polarizations. Can be implemented.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서(100)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 라이다 센서(100)는 발광부(110), 수광부(120), 반 투과 물질(130), 제 1 고정 반사경(140), 리타더(retarder, 145), 제 2 고정 반사경(150), 및 회전 반사경(160)를 포함할 수 있다.2 is a diagram illustrating a lidar sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the lidar sensor 100 includes a light emitting unit 110, a light receiving unit 120, a semi-transmissive material 130, a first fixed reflector 140, a retarder 145, and a second fixed unit. It may include a reflector 150, and a rotating reflector 160.

발광부(110)는 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제 1 편광은 P편광(수평 편광) 일 수 있다. 한편, 제 1 편광이 P편광에 제한될 필요는 없다고 이해되어야 할 것이다. 실시 예에 있어서, 발광부(110)는 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 평행성을 증가시키기 위하여 콜리메이션 렌즈(collimation lens)를 더 포함할 수 있다.The light emitting unit 110 may be implemented to generate the first laser light of the first polarization. In an embodiment, the first polarized light may be P polarized light (horizontal polarized light). On the other hand, it should be understood that the first polarization need not be limited to the P polarization. In an embodiment, the light emitter 110 may further include a collimation lens to increase the parallelism of the first laser light of the first polarization.

수광부(120)는 물체(200)로부터 반사된 레이저 광을 수신하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 수광부(120)는 제 1 편광의 레이저 광을 수신하도록 구현될 수 있다. 수광부(120)는 같은 편광이지만 두 종류의 레이저 광들을 수신할 수 있다. 아래에서는 설명의 편의를 위하여 수광부(120)에 수시된 두 종류의 레이저 광들 중 하나는 제 1 편광의 제 1 레이저 광이고, 다른 하나는 제 2 편광의 레이저 광이 변환된 제 1 편광의 제 2 레이저 광이라고 하겠다. 여기서 제 2 편광은 제 1 편광에 수직할 수 있다. 예를 들어, 제 2 편광은 S 편광(수직 편광)일 수 있다.The light receiver 120 may be implemented to receive the laser light reflected from the object 200. In an embodiment, the light receiver 120 may be implemented to receive laser light of the first polarization. The light receiver 120 may receive two kinds of laser lights with the same polarization. Hereinafter, for convenience of description, one of the two types of laser light received by the light receiving unit 120 is the first laser light of the first polarized light, and the other is the second of the first polarized light in which the laser light of the second polarized light is converted. It's called laser light. Here, the second polarization may be perpendicular to the first polarization. For example, the second polarization can be S polarization (vertical polarization).

한편, 수광부(120)에 수신된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 구별하기 위하여 TOF(time of flight) 방식이 이용될 수 있다. 이를 위해 반 투과 물질(130) 및 리타더(145)의 두께 조절을 통해 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 제 1 편광의 제 2 레이저 광 중 어느 것이 먼저 수신되는 지에 대한 구조 정보가 설정될 수 있다. 이후, 수신된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 제 1 편광의 제 2 레이저 광에 대한 정보를 이용하여 물체(200)에 대한 정보가 획득될 수 있다. Meanwhile, a time of flight (TOF) method may be used to distinguish the first laser light of the first polarization and the second laser light of the first polarization received by the light receiver 120. To this end, structural information on which of the first laser light of the first polarization and the second laser light of the first polarization is first received by adjusting the thickness of the semi-transparent material 130 and the retarder 145 may be set. have. Thereafter, information about the object 200 may be obtained by using the received information about the first laser light of the first polarization and the second laser light of the first polarization.

실시 예에 있어서, 수광부(120)는 광 검출기에서 발산하는 광을 평행광으로 변환시키기 위한 렌즈를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the light receiver 120 may further include a lens for converting light emitted from the photo detector into parallel light.

반 투과 물질(130)은 발광부(120)로부터 제 1 편광의 레이저 광을 수신하고, 수신된 제 1 편광의 레이저 광의 일부는 투과시키고, 나머지는 반사시키도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 투과된 일부의 레이저 광은 50% 제 1 편광의 제 1 레이저 광이고, 반사된 나머지의 레이저 광은 50% 제 1 편광의 제 1 레이저 광일 수 있다.The semi-transparent material 130 may be implemented to receive the laser light of the first polarization from the light emitter 120, transmit a portion of the received laser light of the first polarization, and reflect the rest of the laser light. In some embodiments, some of the transmitted laser light may be the first laser light of 50% first polarization, and the remaining reflected laser light may be the first laser light of 50% first polarization.

실시 예에 있어서, 반 투과 물질(130)은 빔 스필리터(beam splitter)를 포함할 수 있다. In an embodiment, the semi-transmissive material 130 may include a beam splitter.

제 1 고정 반사경(140)는, 라이다 센서(100)의 본체에 고정되고, 반 투과 물질(130)로부터 투과된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 사전에 결정된 각도로 반사하도록 구현될 수 있다.The first fixed reflector 140 is fixed to the main body of the lidar sensor 100 and may be implemented to reflect the first laser light of the first polarization transmitted from the semi-transparent material 130 at a predetermined angle. .

리타더(retarder, 145, '위상 지연자'라고 함)는 반 투과 물질(130)로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 투과시키면서 제 1 편광을 제 2 편광으로 변경하도록 구현될 수 있다. 전자기파가 리타더(145)의 파장판을 통과하면, 편광 방향(전기장　벡터　방향)이　광축에 평행하거나, 수직한 두 성분(정상광선과 이상광선)의 합이 되고, 파장판의　복굴절과 두께에 따라 두 성분의 벡터합이 변하게 되므로 통과한 후의 편광 방향이 달라진다. 예를 들어, 리타더(145)는 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 편광을 90 도 변경함으로써, 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 발생할 수 있다.The retarder 145 (referred to as the 'phase retarder') may be implemented to change the first polarization to the second polarization while transmitting the first laser light of the first polarization reflected from the semi-transparent material 130. . When the electromagnetic wave passes through the wavelength plate of the retarder 145, the polarization direction (electric field? Vector? Direction) is the sum of two components (normal light and abnormal light) parallel or perpendicular to the optical axis, and the birefringence and thickness of the wavelength plate. Accordingly, since the vector sum of the two components changes, the direction of polarization after passing is different. For example, the retarder 145 may generate the first laser light of the second polarization by changing the polarization of the first laser light of the reflected first polarization by 90 degrees.

실시 예에 있어서, 리타더(145)는 발광부(110)에서 발생된 제 1 편광의 제 1 레이저 광에 수직한 편광을 갖는 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 발생하기 위하여, 1/4 wave(파장) 리타더를 포함할 수 있다.In an embodiment, the retarder 145 is a quarter wave to generate a first laser light of a second polarization having a polarization perpendicular to the first laser light of the first polarization generated by the light emitting unit 110. (Wavelength) may include a retarder.

실시 예에 있어서, 리타더(145)는 두께를 조절함으로써 광경로를 증가시킬 수 있다. In an embodiment, the retarder 145 may increase the optical path by adjusting the thickness.

실시 예에 있어서, 물체(200)에 반사된 제 2 편광의 제 1 레이저 광이 다시 리타더(145)에 수신되면, 제 2 편광의 제 1 레이저 광은 제 1 편광의 제 2 레이저 광이 될 수 있다. 한편, 물체(200)에서 제 2 편광의 제 1 레이저 광이 반사되면서 물체(200)에 대한 정보(예, 반사 계수)를 갖고 있기 때문에, 제 2 편광의 제 1 레이저 광이 편광 방향이 바뀌더라도 물체(200)에 대한 정보는 유지될 수 있다. In an embodiment, when the first laser light of the second polarized light reflected by the object 200 is received by the retarder 145 again, the first laser light of the second polarized light becomes the second laser light of the first polarized light. Can be. On the other hand, since the first laser light of the second polarization is reflected from the object 200 and has information (for example, a reflection coefficient) for the object 200, even if the polarization direction of the first laser light of the second polarization is changed. Information about the object 200 may be maintained.

제 2 고정 반사경(150)는, 라이다 센서(100)에 본체에 고정되고, 제 1 고정 반사경(140)로부터 제 1 편광의 레이저 광을 사전에 결정된 각도로 반사하거나, 리타더(145)로부터 제 2 편광의 레이저 광을 사전에 결정된 각도로 반사하도록 구현될 수 있다.The second fixed reflector 150 is fixed to the main body by the lidar sensor 100, and reflects the laser light of the first polarization from the first fixed reflector 140 at a predetermined angle, or from the retarder 145. It can be implemented to reflect the laser light of the second polarization at a predetermined angle.

실시 예에 있어서, 제 2 고정 반사경(150)은 제 1 고정 반사경(140)과 하나의 몸체로 구현될 수 있다.In an embodiment, the second fixed reflector 150 may be implemented as one body with the first fixed reflector 140.

회전 반사경(160)는 제 2 고정 반사경(150)로부터 반사된 제 1 및 제 2 편광의 레이저 광들을 적절하게 회전시켜 타겟팅하기 위한 물체(200)에 조사되도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 회전 반사경(160)은 모터의 구동에 의해 회전할 수 있다.The rotation reflector 160 may be implemented to be irradiated to the object 200 for appropriately rotating and targeting the first and second polarized laser lights reflected from the second fixed reflector 150. In an embodiment, the rotary reflector 160 may be rotated by the driving of the motor.

일반적인 라이다 센서는 수직한 2개의 편광을 발생하고, 2개 편광을 물체에 조사한 뒤 반사된 2개 편광을 이용하여 물체를 검출하였다. 이를 위하여 일반적인 라이다 센서는 2 개의 편광을 발생하기 위한 2 개의 발광부 및 2 개의 수광부를 포함하였다. 종래의 라이다 센서는 두 가지 편광(P-pol, S-pol)을 이용하여 위해 각각의 발광부와 수광부가 최소 4개 필요하고, 이를 회전시키기 위한 복잡한 배선 구조가 필요하다.A typical Lidar sensor generates two perpendicular polarizations, irradiates the two polarizations onto the object and detects the object using the reflected two polarizations. To this end, a typical Lidar sensor includes two light emitting parts and two light receiving parts for generating two polarizations. Conventional lidar sensors require at least four light emitting units and four light receiving units to utilize two polarizations (P-pol and S-pol), and require a complicated wiring structure to rotate them.

반면에 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서(100)는 하나의 발광부(110), 하나의 수광부(120), 반 투과 물질(130), 및 리타더(145)를 이용하여, 종래의 그것과 동일하게 2 개의 편광을 발생 및 수신할 수 있다. 따라서 본 발명의 라이다 센서(100)는 종래의 그것과 비교하여 간단하면서도 저렴하게 2개의 편광의 레이저 광들을 발생 및 수신할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서(100)는 복잡한 배선을 필요치 않으면서 고정 반사경과 회전 반사경을 활용할 수 있으므로, 전 반향의 물체를 용이하게 감지할 수 있다.On the other hand, the lidar sensor 100 according to the embodiment of the present invention uses one light emitting unit 110, one light receiving unit 120, a semi-transmissive material 130, and a retarder 145. Similarly, two polarizations can be generated and received. Thus, the lidar sensor 100 of the present invention can generate and receive two polarized laser lights simply and inexpensively as compared to the conventional one. In addition, since the lidar sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may utilize a fixed reflector and a rotating reflector without requiring complicated wiring, the lidar sensor 100 may easily detect an object having a total reflection.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반 투과 물질(130)에 대한 파장과 전송률 사이의 관계를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3에서는 반 투과 물질(130)이 NIR(700 - 1100 nm)　비편광(non-polarizing) 빔 스플리터(beam splitter)라고 하겠다. 이때, 파장이 700 nm 부근에서는 P 편광의 전송률이 S 편광의 전송률보다 고, 파장이 900 nm에서는 P 편광의 전송률과 S 편광의 전송률이 비슷하고, 파장이 1100 nm 부근에서는 S 편광의 전송률이 P 편광의 전송률보다 높다. 전체적으로 평균 전송률은 50% 근처이다.3 is a diagram illustrating a relationship between a wavelength and a transmission rate for the semi-transmissive material 130 according to an exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 3, the semi-transmissive material 130 is referred to as NIR (700-1100 nm) non-polarizing beam splitter. In this case, the transmittance of P-polarized light is higher than the transmittance of S-polarized light at a wavelength of 700 nm, the transmittance of P-polarized light and the transmittance of S-polarized light are similar at a wavelength of 900 nm. Higher than the transmittance of polarized light. Overall, the average rate is around 50%.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리타더(145)의 편광 변경 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 선형의 제 1 편광의 레이저 광이 리타더(145)을 통과하면 제 2 편광의 레이저 광이 된다. 여기서 제 2 편광의 레이저 광과 제 1 편광의 레이저 광의 서로 직교하는 편광을 갖는다. XY 좌표축에서 90도의 각도를 유지함으로써 편광의 레이저 광 사이의 간섭 현상이 회피될 수 있다.4 is a view illustrating a polarization change process of the retarder 145 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, when the linear laser light of the first polarized light passes through the retarder 145, the laser light of the second polarized light becomes. Here, it has the polarization orthogonal to each other of the laser light of a 2nd polarization and the laser light of a 1st polarization. By maintaining an angle of 90 degrees in the XY coordinate axis, the phenomenon of interference between polarized laser light can be avoided.

실시 에에 있어서, 본 발명의 리타더(145, '위상 지연자')는 편광 방향을 90도 변환시키는 1/2 Wave(반 파장) 리타더일 수 있다. In an embodiment, the retarder 145 ('phase retarder') of the present invention may be a 1/2 wave retarder that converts the polarization direction by 90 degrees.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서(100)의 송수신되는 편광의 레이저 광의 흐름을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 편광의 레이저 광은 다음과 같이 움직일 수 있다.5 is a diagram illustrating a flow of laser light of polarized light transmitted and received by the lidar sensor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the polarized laser light may move as follows.

발광부(110)에서 발생된 제 1 편광의 레이저 광은 반 투과 물질(130)에서 50% 전송되거나, 50% 반사될 수 있다.The laser light of the first polarization generated by the light emitter 110 may be transmitted by 50% or reflected by 50% by the semi-transparent material 130.

우선, 50% 전송된(혹은 투과된) 제 1 편광의 레이저 광은 제 1 및 제 2 고정 반사경들(140, 150)을 거쳐, 회전 반사경(160)에서 반사될 수 있다. 회전 반사경(160)에서 모터의 제어 의해 적절하게 반사된 제 1 편광의 레이저 광은 물체(200)에 조사될 수 있다. 물체(200)에 조사된 제 1 편광의 레이저 광은 반사되어, 다시 회전 반사경(160)으로 수신될 수 있다. 회전 반사경(160)은 물체(200)로부터 반사된 제 1 편광의 레이저 광을 반사시켜 제 1 및 제 2 고정 반사경(140, 150)로 조사할 수 있다. 제 1 및 제 2 고정 반사경(140, 150)에 의해 반사된 제 1 편광의 레이저 광은 반 투과 물질(130)을 경유하여 수광부(120)의 광 검출기에 수신될 수 있다. First, the 50% transmitted (or transmitted) polarized laser light may be reflected at the rotating reflector 160 via the first and second fixed reflectors 140, 150. The laser light of the first polarized light properly reflected by the control of the motor in the rotation reflector 160 may be irradiated to the object 200. The laser light of the first polarized light irradiated onto the object 200 may be reflected and received by the rotating reflector 160 again. The rotation reflector 160 may reflect the laser light of the first polarized light reflected from the object 200 and irradiate the first and second fixed reflectors 140 and 150. The laser light of the first polarization reflected by the first and second fixed reflectors 140 and 150 may be received by the light detector of the light receiving unit 120 via the semi-transparent material 130.

다음으로, 50% 반사된 제 1 편광의 레이저 광은 리타더(145)를 통해 제 2 편광의 레이저 광이 될 수 있다. 제 2 편광의 레이저 광은 제 2 고정 반사경(150)을 거쳐, 회전 반사경(160)에서 반사될 수 있다. 회전 반사경(160)에서 모터의 제어 의해 적절하게 반사된 제 2 편광의 레이저 광은 물체(200)에 조사될 수 있다. 물체(200)에 조사된 제 2 편광의 레이저 광은 반사되어, 다시 회전 반사경(160)으로 수신될 수 있다. 회전 반사경(160)은 물체(200)로부터 반사된 제 2 편광의 레이저 광을 반사시켜 제 2 고정 반사경(150)로 조사할 수 있다. 제 2 고정 반사경(150)에 의해 반사된 제 2 편광의 레이저 광은 리타더(145)를 통해 제 1 편광의 레이저 광이 될 수 있다. 제 1 편광의 레이저 광은 전송 물질(130)을 경유하여 수광부(120)의 광 검출기에 수신될 수 있다. Next, the 50% reflected laser light of the first polarization may be the laser light of the second polarization through the retarder 145. The laser light of the second polarization may be reflected by the rotation reflector 160 via the second fixed reflector 150. The laser light of the second polarized light properly reflected by the control of the motor in the rotation reflector 160 may be irradiated to the object 200. The laser light of the second polarized light irradiated onto the object 200 may be reflected and received by the rotating reflector 160 again. The rotary reflector 160 may reflect the laser light of the second polarized light reflected from the object 200 and irradiate the second fixed reflector 150. The laser light of the second polarization reflected by the second fixed reflector 150 may be the laser light of the first polarization through the retarder 145. The laser light of the first polarization may be received by the light detector of the light receiving unit 120 via the transmission material 130.

한편, 50% 전송된 편광의 레이저 광 및 50 % 반사된 편광의 레이저 광이 모두 물체(100)로부터 반사되어 광 검출기에서 수신될 때는 동일한 편광을 갖는다. 광 검출기는 동일한 편광들이지만, 지연 정도에 따라 수신된 편광의 레이저 광이 전송된 편광의 레이저 광에 대한 것인지, 아니면 반사된 편광의 레이저 광에 대한 것인지 구별할 수 있다.On the other hand, both laser light of 50% transmitted polarization and laser light of 50% reflected polarization have the same polarization when they are reflected from the object 100 and received at the photo detector. The photo detector may distinguish between the same polarizations, but depending on the degree of delay, whether the laser light of the received polarization is for the laser light of the transmitted polarization or for the laser light of the reflected polarization.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 반 투과 물질(130)에 따른 시간 지연을 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 반 투과 물질(130)을 통과할 때, 야기되는 시간 지연을 뺀다면, 물체(200)까지의 정확한 거리가 측정될 수 있다. 투과되는 반 투과 물질(130)의 두께를 d라고 가정하고, 굴절률(n_H)은 다음의 수학식을 만족할 것이다.6 is a diagram illustrating a time delay according to the semi-transmissive material 130 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the exact distance to the object 200 can be measured by subtracting the time delay caused when passing through the semi-transparent material 130. Assume that the thickness of the semi-transmissive material 130 that is transmitted is d, and the refractive index n _H will satisfy the following equation.

= n_H

= n _H

이때, 실제 거리 측정시 시간을 고려하면, 실제 거리 측정 시간은 아래의 수학식을 만족할 것이다.At this time, considering the time at the actual distance measurement, the actual distance measurement time will satisfy the following equation.

실제 거리 측정 시간 = 측정된 시간 -

Actual distance measurement time = measured time-

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 리타더(145)에 따른 시간 지연을 설명하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 리타더(145)을 통과할 때, 야기되는 시간 지연을 뺀다면, 물체(200)까지의 정확한 거리가 측정될 수 있다. 리타더(145)의 두께를 d라고, 레이저 광의 파장을 λ, 굴절률(n_R)이라고 가정하면, 실제 거리 측정 시간은 아래의 수학식을 만족할 것이다.7 is a diagram illustrating a time delay according to the retarder 145 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the exact distance to the object 200 can be measured by subtracting the time delay caused when passing through the retarder 145. Assuming that the thickness of the retarder 145 is d, the wavelength of the laser light is λ, and the refractive index n _R , the actual distance measurement time will satisfy the following equation.

실제 거리 측정 시간 = 측정된 시간 -

(n_R -1)

Actual distance measurement time = measured time-

(n _R -1)

여기서 c는 빛의 속도이다.Where c is the speed of light.

도 8은 본 발명의 수광부(120)에서 물체(200)에 의해 반사된 반사 계수 정보를 갖는 편광의 레이저 광을 수신하는 과정을 예시적으로 보여주는 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating a process of receiving laser light of polarized light having reflection coefficient information reflected by the object 200 in the light receiving unit 120 of the present invention.

P 편광의 레이저 광의 경우에는 편광 상태가 변하지 않고 진행될 수 있다. 물체(200)에 P 편광의 레이저 광이 반사될 때, P-pol에 의한 반사 계수가 얻을 수 있다.In the case of P-polarized laser light, the polarization state may proceed unchanged. When P-polarized laser light is reflected on the object 200, the reflection coefficient by P-pol can be obtained.

또한, S 편광의 레이저 광의 경우에는, 진행 과정에서 편광 상태가 두 번 바뀐다. 물체(200)에 반사될 때, S-pol에 의한 반사 계수가 얻을 수 있다. 이 후에, 반사된 S 편광의 레이저 광은 리타더(145)에 의해 다시 P-pol로 바뀌나, 진폭 등의 정보는 그대로 유지한다. 이 때문에 수광부(120)은 P-pol의 레이저 광을 감지하지만, 수신된 정보는 물체(200)의 S-pol 반사 계수 정보를 포함한다.In the case of laser light of S-polarized light, the polarization state is changed twice in the course of progress. When reflected on the object 200, the reflection coefficient by S-pol can be obtained. Thereafter, the reflected S-polarized laser light is changed back to P-pol by the retarder 145, but information such as amplitude is maintained as it is. For this reason, the light receiver 120 senses the laser light of the P-pol, but the received information includes the S-pol reflection coefficient information of the object 200.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 수광부(120)에서 두 종류의 P 편광의 레이저 광을 구분하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 두 종류의 P 편광의 레이저 광들의 구분은 반 투과 물질(130) 및 리타더(145)의 두께 조절을 통해 시간차를 이용할 수 있다.9 is a diagram illustrating a method of distinguishing two types of P-polarized laser light in the light receiving unit 120 according to an embodiment of the present invention. Separation of the two types of P-polarized laser light may use the time difference by adjusting the thickness of the semi-transparent material 130 and the retarder 145.

도 9의 (a)는 P 편광의 레이저 광을 S 편광의 레이저 광보다 느리게 함으로써 수광부(120)에서 수신된 펄스들을 구분하는 방법을 도시한다. 실시 예에 있어서, 반 투과 물질(130)의 두께를 조절함으로써, 수광부(120)에서 P 편광의 레이저 광이 S 편광의 레이저 광보다 느리게 수신될 수 있다. 여기서 반 투과 물질(130)의 두께 조절 조건은 없다.FIG. 9A illustrates a method of distinguishing pulses received by the light receiver 120 by making P-polarized laser light slower than S-polarized laser light. In an embodiment, by adjusting the thickness of the semi-transparent material 130, the P-polarized laser light may be received slower than the S-polarized laser light in the light receiving unit 120. In this case, there is no thickness control condition of the semi-transparent material 130.

도 9의 (b)는 S 편광의 레이저 광을 P 편광의 레이저 광보다 느리게 함으로써 수광부(120)에서 수신된 펄스들을 구분하는 방법을 도시한다. 실시 예에 있어서, 리타더(145)의 두께를 조절함으로써, 수광부(120)에서 S 편광의 레이저 광이 P 편광의 레이저 광보다 느리게 수신될 수 있다. 여기서 리타더(145)의 두께 조절 조건은 다음의 수학식을 만족할 것이다.FIG. 9B illustrates a method of distinguishing pulses received by the light receiving unit 120 by making the laser light of S-polarized light slower than the laser light of P-polarized light. In an embodiment, by adjusting the thickness of the retarder 145, the laser light of S polarized light may be received slower than the laser light of P polarized light in the light receiving unit 120. Here, the thickness adjusting condition of the retarder 145 will satisfy the following equation.

d = λ/4(4n+1)d = λ / 4 (4n + 1)

여기서 n은 음이 아닌 정수이다.Where n is a nonnegative integer.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 10을 참조하면, 라이다 센서(100)는 다음과 같이 동작할 수 있다.10 is a flowchart illustrating a method of operating a lidar sensor according to an exemplary embodiment of the present invention. 1 to 10, the lidar sensor 100 may operate as follows.

발광부(110)는 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생할 수 있다(S110). 제 1 편광의 제 1 레이저 광은 반 투과 물질(130)에 의해 빔 분할 될 수 있다(S120). 예를 들어, 일부는 투과되고 일부는 반사될 수 있다.The light emitting unit 110 may generate the first laser light having the first polarization (S110). The first laser light of the first polarization may be beam split by the semi-transmissive material 130 (S120). For example, some may be transmitted and some may be reflected.

분할된 제 1 편광의 제 1 레이저 광은 리타더(145)에 의해 제 2 편광의 제 1 레이저 광으로 변환될 수 있다(S130). 여기서 제 2 편광의 제 1 레이저 광은 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 직교의 편광을 가질 수 있다. 이후, 제 1 및 제 2 편광의 제 1 레이저 광들은 타겟 물체(200)에 조사될 수 있다(S140). 이후 물체로부터 반사된 제 1 및 제 2 편광의 제 1 레이저 광이 수신될 수 있다(S150). 반사된 제 2 편광의 제 1 레이저 광은 리타더(145)에 의해 제 1 편광의 제 2 레이저 광으로 변환될 수 있다. 수광부(120)는 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 수신할 수 있다. 이때 수신된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 제 2 편광의 제 2 레이저 광은 각각 서로 다른 물체 반사 계수 정보를 포함할 수 있다.The divided first laser light of the first polarized light may be converted into the first laser light of the second polarized light by the retarder 145 (S130). Here, the first laser light of the second polarization may have polarization orthogonal to the first laser light of the first polarization. Thereafter, the first laser lights of the first and second polarizations may be irradiated onto the target object 200 (S140). Thereafter, the first laser light of the first and second polarized light reflected from the object may be received (S150). The reflected first laser light of the second polarization may be converted into the second laser light of the first polarization by the retarder 145. The light receiver 120 may receive the first laser light of the first polarization and the second laser light of the first polarization. In this case, the received first laser light of the first polarization and the second laser light of the second polarization may respectively include different object reflection coefficient information.

본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.The steps and / or actions according to the invention may occur simultaneously in different embodiments in different order, in parallel, or for other epochs, etc., as would be understood by one of ordinary skill in the art. Can be.

실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.In some embodiments, some or all of the steps and / or actions may be directed to instructions, programs, interactive data structures, clients, and / or servers stored on one or more non-transitory computer-readable media. At least some may be implemented or performed using one or more processors. One or more non-transitory computer-readable media may be illustratively software, firmware, hardware, and / or any combination thereof. In addition, the functionality of the "module" discussed herein may be implemented in software, firmware, hardware, and / or any combination thereof.

본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다. One or more non-transitory computer-readable media and / or means for implementing / performing one or more operations / steps / modules of embodiments of the present invention may be used in application-specific integrated circuits (ASICs), standard integrated circuits, A controller that performs appropriate instructions, including a microcontroller, and / or an embedded controller, field-programmable gate arrays (FPGAs), complex programmable logic devices (CPLDs), and the like. Does not.

본 발명은 두 가지 편광을 사용하는 라이다 장치에 관한 것으로, 라이다 장치 구조물 및 편광 측정 방법이다. Half transmission material(반 투과 물질)과 Retarder(위상 지연자)를 이용하여 두 가지 편광의 빛을 만들어내고, 이를 이용하여 물체에 대한 정보를 얻어낸다. 2개의 고정 반사경, 1개의 회전 반사경, Half transmission material, Retarder, 발광부, 수광부로 이루어진 구조로 이루어질 수 있다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a Lidar device using two polarizations, a Lidar device structure and a polarization measurement method. Half polarized light and a retarder are used to generate two polarized lights, which are used to obtain information about the object. It may have a structure consisting of two fixed reflectors, one rotating reflector, a half transmission material, a retarder, a light emitting unit, and a light receiving unit.

본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서 및 그것의 동작 방법은, 하나의 발광부, 하나의 수광부, 반 투과 물질, 및 리타더를 이용하여, 2 개의 편광을 발생 및 수신함으로써 간단하면서도 저렴하게 2개의 편광의 레이저 광들을 발생 및 수신할 수 있다.Lidar sensor and its operation method according to an embodiment of the present invention, by using a single light emitting unit, one light receiving unit, a semi-transmissive material, and a retarder, by generating and receiving two polarizations 2 And receive two polarized laser lights.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다 센서 및 그것의 동작 방법은 복잡한 배선을 필요치 않으면서 고정 반사경과 회전 반사경을 활용할 수 있으므로, 전 반향의 물체를 용이하게 감지할 수 있다.In addition, the lidar sensor and its operation method according to the embodiment of the present invention can utilize a fixed reflector and a rotating reflector without the need for complicated wiring, it is possible to easily detect the object of the front reflection.

한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.On the other hand, the content of the present invention described above is only specific embodiments for carrying out the invention. The invention will include not only specific and practically available means per se, but also technical ideas as abstract and conceptual ideas that may be utilized in future technology.

10: 차량
100: 라이다 센서
110: 발광부
120: 수광부
130: 반 투과 물질
140: 제 1 고정 반사경
145: 리타더
150: 제 2 고정 반사경
160: 회전 반사경
200: 물체10: vehicle
100: lidar sensor
110: light emitting unit
120: light receiver
130: semi-permeable material
140: first fixed reflector
145: retarder
150: second fixed reflector
160: rotating reflector
200: object

Claims (20)

제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 발광부;
상기 1 편광의 제 1 레이저 광을 투과 및 반사하는 반 투과 물질;
상기 투과된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 반사하는 제 1 고정 반사경;
상기 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 편광을 변경함으로써 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 리타더(retarder);
상기 제 1 고정 반사경으로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 상기 리타더의 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 반사하는 제 2 고정 반사경; 및
상기 제 2 고정 반사경으로부터 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 물체에 반사시키도록 회전하는 회전 반사경을 포함하는 라이다(LIDAR, light detection and ranging) 센서.A light emitting unit for generating a first laser light of first polarization;
A semi-transmissive material transmitting and reflecting the first polarized light of the first polarization;
A first fixed reflector reflecting the transmitted first laser light of the first polarized light;
A retarder for generating a first laser light of a second polarization by changing the polarization of the first laser light of the reflected first polarization;
A second fixed reflector reflecting the first laser light of the first polarization reflected from the first fixed reflector and the first laser light of the second polarization of the retarder; And
And a rotary reflector (LIDAR, light detection and ranging) sensor that rotates to reflect the first laser light of the first polarization and the first laser light of the second polarization from the second fixed reflector to an object. 제 1 항에 있어서,
상기 반 투과 물질은 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 50%을 투과시키고, 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광의 50%을 반사시키는 라이다 센서.The method of claim 1,
And the semi-transmissive material transmits 50% of the first laser light of the first polarization and reflects 50% of the first laser light of the first polarization. 제 2 항에 있어서,
상기 반 투과 물질은 비-편광 빔 스플리터를 포함하는 라이다 센서.The method of claim 2,
Wherein said semi-transmissive material comprises a non-polarization beam splitter. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 편광은 수평 편광이고, 상기 제 2 편광은 수직 편광인 라이다 센서.The method of claim 1,
Wherein said first polarized light is horizontal polarized light and said second polarized light is vertical polarized light. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 고정 반사경의 각각은 수신된 레이저 광을 90도 반사시키는 라이다 센서.The method of claim 1,
Each of the first and second fixed reflectors reflects a received laser light 90 degrees. 제 1 항에 있어서,
상기 회전 반사경은 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 상기 제 2 고정 반사경으로 반사시키는 라이다 센서.The method of claim 1,
And the rotating reflector reflects the first laser light of the first polarized light and the first laser light of the second polarized light reflected from the object to the second fixed reflector. 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 고정 반사경은 상기 회전 반사경으로부터 반사된 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 상기 리타더로 반사시키고,
상기 리타더는 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광의 편광을 변경함으로써 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 발생하는 라이다 센서.The method of claim 5,
The second fixed reflector reflects the first laser light of the second polarized light reflected from the rotating reflector to the retarder,
And the retarder generates a second laser light of the first polarization by changing the polarization of the first laser light of the second polarization. 제 7 항에 있어서,
상기 물체에서 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 수신하는 수광부를 더 포함하고,
상기 제 1 고정 반사경은 상기 제 2 고정 반사경으로부터 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 리타더로부터 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 상기 수광부로 반사시키는 라이다 센서.The method of claim 7, wherein
And a light receiving unit configured to receive the first laser light of the first polarized light and the second laser light of the first polarized light reflected from the object,
And the first fixed reflector reflects the first laser light of the first polarization from the second fixed reflector and the second laser light of the first polarization from the retarder to the light receiving unit. 제 7 항에 있어서,
상기 물체에서 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광은 서로 다른 시간에 수광부에 수신되는 라이다 센서.The method of claim 7, wherein
The first laser light of the first polarized light and the second laser light of the first polarized light reflected from the object are received at the light receiving unit at different times. 제 1 항에 있어서,
상기 리타더는 1/4 파장 리타더인 라이다 센서.The method of claim 1,
Said retarder being a quarter-wave retarder. 라이다 센서의 동작 방법에 있어서:
발광부가 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 단계;
반 투과 물질이 상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 분할하여 일부는 투과하고 일부는 반사하는 단계;
리타더가 상기 분할된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 중에서 상기 반 투과 물질에 의해 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 제 2 편광의 제 1 레이저 광으로 변환시키는 단계;
제 1 고정 반사경, 제 2 고정 반사경, 또는 회전 반사경이 상기 분할된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 물체에 조사하는 단계;
상기 제 1 고정 반사경, 상기 제 2 고정 반사경, 또는 상기 회전 반사경이 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 수신하는 단계;
상기 리타더가 상기 물체로부터 반사된 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 제 1 편광의 제 2 레이저 광으로 변환시키는 단계; 및
상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 광 검출기에서 수신하는 단계를 포함하는 방법.In the operation method of the lidar sensor:
Generating a first laser light of first polarization by the light emitting unit;
A semi-transmissive material dividing the first laser light of the first polarized light to partially transmit and partially reflect;
A retarder converting the first laser light of the first polarized light reflected by the semi-transparent material among the divided first laser light of the divided first polarized light into the first laser light of the second polarized light;
Irradiating an object with a first fixed reflector, a second fixed reflector, or a rotating reflector to an object with the divided first laser light of the first polarization and the first laser light of the second polarization;
Receiving a first laser light of a first polarization and a first laser light of the second polarization in which the first fixed reflector, the second fixed reflector, or the rotating reflector is reflected from the object;
The retarder converting the first laser light of the second polarization reflected from the object into the second laser light of the first polarization; And
Receiving at the light detector a first laser light of a first polarization and a second laser light of the first polarization reflected from the object. 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 편광은 P-pol 이고 제 2 편광은 S-pol 인 방법.The method of claim 11,
Wherein the first polarization is P-pol and the second polarization is S-pol. 제 11 항에 있어서,
상기 반 투과 물질은 빔 스플리터인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 11,
And said semi-transmissive material is a beam splitter. 제 11 항에 있어서,
상기 변환하는 단계는 위상 지연자를 이용하여 상기 제 1 편광을 상기 제 2 편광으로 혹은 상기 제 2 편광을 상기 제 1 편광으로 변환시키는 방법.The method of claim 11,
The converting may include converting the first polarized light into the second polarized light or the second polarized light into the first polarized light using a phase retarder. 제 11 항에 있어서,
상기 조사하는 단계는, 회전 반사경을 회전함으로써 상기 물체에 상기 분할된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광을 조사하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 11,
And the irradiating comprises irradiating the object with the first laser light of the divided first polarization and the first laser light of the second polarization by rotating a rotating reflector. 제 11 항에 있어서,
상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광 및 상기 제 2 편광의 제 1 레이저 광의 각각은 상기 물체에 대한 반사 계수를 포함하는 방법.The method of claim 11,
Wherein each of the first laser light of the first polarization and the first laser light of the second polarization reflected from the object includes a reflection coefficient for the object. 제 11 항에 있어서,
상기 수신하는 단계는, 상기 광 검출기에서 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 먼저 수신한 뒤에 상기 제 1 편광의 제 2 레이저를 광 검출기에서 수신하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 11,
And the receiving comprises first receiving a first laser light of a first polarization reflected from the object at the photo detector and then receiving a second laser of the first polarization at a photo detector. 제 11 항에 있어서,
상기 수신하는 단계는, 상기 광 검출기에서 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광을 수신한 뒤에 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 수신하는 단계를 포함하는 방법.The method of claim 11,
And the receiving comprises receiving a first laser light of a first polarization reflected from the object after receiving the second laser light of the first polarization at the photo detector. 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 편광의 제 1 레이저 광을 발생하는 단계 이전에, 상기 광 검출기에서 상기 물체로부터 반사된 제 1 편광의 제 1 레이저 광과 상기 제 1 편광의 제 2 레이저 광의 수신되는 순서를 결정하기 위하여 반 투과 물질 혹은 리타더의 두께를 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 11,
Prior to generating the first laser light of the first polarization, the light detector determines a received order of the first laser light of the first polarization and the second laser light of the first polarization reflected from the object. Adjusting the thickness of the semi-permeable material or retarder. 제 19 항에 있어서,
상기 리타더의 두께는 d = λ/4(4n+1) 의 수식을 만족하고,
d는 두께이고, λ은 파장이고, n은 음이 아닌 정수인 방법.The method of claim 19,
The thickness of the retarder satisfies the formula of d = λ / 4 (4n + 1),
d is thickness, λ is wavelength, and n is a nonnegative integer.

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