KR102272659B1

KR102272659B1 - ＴｏＦ를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템

Info

Publication number: KR102272659B1
Application number: KR1020190051342A
Authority: KR
Inventors: 임종석; 윤영규; 이상민; 강태진; 김강국
Original assignee: 화진기업(주)
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2021-07-05
Also published as: KR20200127364A

Abstract

본 발명은 제1 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode, 이하 APD)로부터 물체를 향하여 방출된 레이저 펄스가 되돌아 온 시간을 계산하는 ToF(Time of Flight) 센서와, 상기 ToF 센서를 실시간으로 구동시키는 FPGA(Fiels Programmable Gate Array) 드라이버와, 상기 ToF 센서 및 상기 FPGA 드라이버가 어레이된 PCB 기판을 포함하는 제1 유닛; 상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되는 참조용(參照用)의 상기 제1 APD 및 레이저 다이오드가 장착되고 상기 레이저 펄스를 상기 물체로 보내는 송광부(送光部)의 역할을 하는 제2 유닛; 및 상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되는 수광용(受光用)의 제2 APD가 장착되고 상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되어 상기 제2 유닛과 인접하게 배치되며, 상기 물체로부터 반사되어 되돌아오는 상기 레이저 펄스를 받아들이는 수광부(受光部)의 역할을 하는 제3 유닛을 포함하는 구성으로부터, 비교적 간단한 구성으로 경량화 및 컴팩트화의 구현이 가능한 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템에 관한 것이다.

Description

ＴｏＦ를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템{UNIVERAL ROTARY TYPE LIDAR SENONSOR SUSTEM TO DETECT OBSTACLES USING ToF}

본 발명은 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자율주행차량이나 드론 또는 무인기기 등에 적용 가능한 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템에 관한 것이다.

최근 자율 주행 자동차에 대한 관심이 증대됨에 따라 핵심 부품인 라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging) 센서에 대한 수요가 커지고 있으며, 특히 자율주행자동차 또는 무인기기 시장에서는 그 수요의 증가폭이 커지고 있음에도 라이다 센서는 고가이기 때문에 대중화 및 보급화의 걸림돌이 되고 있다.

이와 같은 이유로 일반 산업 현장에서는 라이다 센서를 접목한 다양한 제품군의 수요가 있음에도 불구하고 가격 장벽으로 인해 대중화된 제품에 적용되기는 불가능한 상태이다.

상기와 같은 관점에서 발명된 것으로, 공개특허 제10-2018-0014974호의 "라이다 장치"(이하 선행기술)와 같은 것을 들 수 있다.

선행기술은 소정 파장 대역의 광을 방출하는 광원; 상기 소정 파장 대역의 광이 진행하는 광 경로상에 구비되는 송신용 미러; 상기 송신용 미러와 일체로 구비되며, 외부로부터의 광을 수신하기 위한 수신용 미러; 상기 소정 파장 대역의 광의 송수신 시간차 또는 위상차를 검출하여 거리 기반 3D 영상을 획득하는 광 검출부; 및 상기 광원과 상기 송신용 미러 사이에 구비되며, 상기 수신용 미러에 의해 수신된 광을 상기 광 검출부로 반사하는 제1미러;를 포함하는 구조이다.

그러나, 선행기술은 구조적으로 매우 복잡하며 송수신 미러와 광 검출부와 제1미러등 불필요한 부품들이 많아 설치 공간이 충분히 확보되어야 하므로, 장치 전체의 부피와 크기가 커지는 문제점이 있다.

무엇보다도 선행기술은 자율주행차량이나 드론비행체라든가 무인기기가 소형화 컴팩트화되는 추세와도 맞지 않는 문제점이 있는 것이다.

공개특허 제10-2018-0014974호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 비교적 간단한 구성으로 경량화 및 컴팩트화의 구현이 가능한 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템을 제공하기 위한 것이다.

그리고, 본 발명은 저가이며 소형인 신뢰성이 있는 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 ToF 센서의 다양한 설정 지원이 가능함은 물론, 실시간 모니터링이 가능한 통신 기능을 구현할 수 있는 통합 시스템의 구축이 가능한 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode, 이하 APD)로부터 물체를 향하여 방출된 레이저 펄스가 되돌아 온 시간을 계산하는 ToF(Time of Flight) 센서와, 상기 ToF 센서를 실시간으로 구동시키는 FPGA(Fiels Programmable Gate Array) 드라이버와, 상기 ToF 센서 및 상기 FPGA 드라이버가 어레이된 PCB 기판을 포함하는 제1 유닛; 상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되는 참조용(參照用)의 제1 APD 및 레이저 다이오드가 장착되고 상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 양단 관통의 제1 플랜지와, 상기 제1 플랜지에 연결되며 상기 제1 플랜지보다 큰 외경을 가진 양단 관통의 어댑터와, 상기 어댑터의 단부 내주면에 출입 가능하게 나사 결합되는 제1 조절 렌즈 튜브와, 상기 제1 조절 렌즈 튜브에 안착 고정되는 제1 평철 렌즈(first plano-convex lens)를 포함하며, 상기 레이저 펄스를 상기 물체로 보내는 송광부(送光部)의 역할을 하는 제2 유닛; 및 상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되는 수광용(受光用)의 제2 APD가 장착되고 상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되어 상기 제2 유닛과 인접하게 배치되는 양단 관통의 제2 플랜지와, 상기 제2 플랜지의 단부 내주면에 출입 가능하게 나사 결합되는 제2 조절 렌즈 튜브와, 상기 제2 조절 렌즈 튜브에 안착 고정되는 제2 평철 렌즈를 포함하며, 상기 물체로부터 반사되어 되돌아오는 상기 레이저 펄스를 받아들이는 수광부(受光部)의 역할을 하는 제3 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 제1 플랜지는, 상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 링 원판 형상의 제1 고정편과, 상기 제1 고정편의 내측 가장자리를 따라 돌출되는 원통 형상의 제1 연결통을 포함하며, 상기 제2 플랜지는, 상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 링 원판 형상의 제2 고정편과, 상기 제2 고정편의 내측 가장자리를 따라 돌출되는 원통 형상의 제2 연결통을 포함하며, 상기 제1 APD 및 상기 레이저 다이오드는 상기 제1 고정편의 내측 가장자리 내측 영역에 배치되고, 상기 제2 APD는 상기 제2 고정편의 내측 가장자리 내측 영역에 배치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 어댑터는, 상기 제1 플랜지의 단부 내주면을 따라 걸림 고정되는 림(rim) 형상의 고정 림과, 상기 고정 림의 가장자리로부터 외측으로 연장되는 링 원판 형상의 받침편과, 상기 받침편의 가장자리를 따라 돌출되어 상기 제1 조절 렌즈 튜브가 결합되는 원통 형상의 조절통을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조절통의 내주면을 따라 형성되는 제1 조절 암나사산과, 상기 제1 조절 렌즈 튜브의 외주면에 형성되는 제1 조절 수나사산과, 상기 제1 조절 암나사산과 상기 제1 조절 수나사산이 맞물린 상태에서, 상기 제1 조절 수나사산에 맞물려 나사 결합되고 상기 조절통의 단부 면을 누름 고정하는 제1 조절 고정 링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제2 연결통의 내주면을 따라 형성되는 제2 조절 암나사산과, 상기 제2 조절 렌즈 튜브의 외주면에 형성되는 제2 조절 수나사산과, 상기 제2 조절 암나사산과 상기 제2 조절 수나사산이 맞물린 상태에서, 상기 제2 조절 수나사산에 맞물려 나사 결합되고 상기 제2 연결통의 단부 면을 누름 고정하는 제2 조절 고정 링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 제1 유닛에 제2 유닛 및 제3 유닛이 전기적으로 연결되는 비교적 간단한 구성으로 경량화 및 컴팩트화의 구현이 가능하게 된다.

특히, 본 발명은 저가이며 소형인 신뢰성이 있는 시스템의 구축 및 제공이 가능하게 된다.

무엇보다도, 본 발명은 ToF 센서의 다양한 설정 지원이 가능함은 물론, 실시간 모니터링이 가능한 통신 기능을 구현할 수 있는 통합 시스템의 구축이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

참고로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.

또한, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템의 전체적인 결합 관계를 도시한 분해 사시 개념도이다.

아울러, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 개념도이다.

본 발명은 도시된 바와 같이 크게 제1 유닛(100)과 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

우선, 제1 유닛(100)은 제1 애벌런치 광 다이오드(110, Avalanche Photo Diode, 이하 APD)로부터 물체를 향하여 방출된 레이저 펄스가 되돌아 온 시간을 계산하는 ToF(Time of Flight) 센서(120)와, ToF 센서(120)를 실시간으로 구동시키는 FPGA(Fiels Programmable Gate Array) 드라이버(130)와, ToF 센서(120) 및 FPGA 드라이버(130)가 어레이된 PCB 기판(140)을 포함하는 것이다.

그리고, 제2 유닛(200)은 제1 유닛(100)의 일측에 연결되어 레이저 펄스를 물체로 보내는 송광부(送光部)의 역할을 하는 것으로, 제1 플랜지(210)와 어댑터(240)와 제1 조절 렌즈 튜브(220)와 제1 평철 렌즈(230, first plano-convex lens)를 포함한다.

제1 플랜지(210)는 PCB 기판(140)과 전기적으로 연결되는 참조용(參照用)의 제1 APD(110) 및 레이저 다이오드(150)가 장착되고 제1 유닛(100)의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 양단 관통의 부재이다.

어댑터(240)는 제1 플랜지(210)에 연결되며 제1 플랜지(210)보다 큰 외경을 가진 양단 관통의 부재이다.

제1 조절 렌즈 튜브(220)는 어댑터(240)의 단부 내주면에 출입 가능하게 나사 결합되는 부재이다.

제1 평철 렌즈(230)는 제1 조절 렌즈 튜브(220)에 안착 고정되는 것으로, 원호 형상의 단면을 가진 것이다.

제3 유닛(100)은 제1 유닛(100)의 일측에 연결되어 물체로부터 반사되어 되돌아오는 레이저 펄스를 받아들이는 수광부(受光部)의 역할을 하는 것으로, 크게 제2 플랜지(310)와 제2 조절 렌즈 튜브(320)와 제2 평철 렌즈(330)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

우선, 제2 플랜지(310)는 PCB 기판(140)과 전기적으로 연결되는 수광용(受光用)의 제2 APD(160)가 장착되고 제1 유닛(100)의 일측에 탈착 가능하게 연결되어 제2 유닛(200)과 인접하게 배치되는 양단 관통의 부재이다.

제2 조절 렌즈 튜브(320)는 제2 플랜지(310)의 단부 내주면에 출입 가능하게 나사 결합되는 부재이다.

제2 평철 렌즈(330)는 제2 조절 렌즈 튜브(320)에 안착 고정되는 것으로, 원호 형상의 단면을 가진 것이다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

우선, 제1 플랜지(210)는, 도 1을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 제1 유닛(100)의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 링 원판 형상의 제1 고정편(211)과, 제1 고정편(211)의 내측 가장자리를 따라 돌출되는 원통 형상의 제1 연결통(212)을 포함하는 것을 파악할 수 있다.

여기서, 제1 APD(110) 및 레이저 다이오드(150)는 제1 고정편(211)의 내측 가장자리 내측 영역에 배치됨을 알 수 있다.

한편, 제2 플랜지(310)는, 제1 유닛(100)의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 링 원판 형상의 제2 고정편(311)과, 제2 고정편(311)의 내측 가장자리를 따라 돌출되는 원통 형상의 제2 연결통(312)을 포함하는 것을 파악할 수 있다.

이때, 제2 APD(160)는 제2 고정편(311)의 내측 가장자리 내측 영역에 배치되는 것을 알 수 있다.

한편, 어댑터(240)는, 제1 플랜지(210)의 단부 내주면을 따라 걸림 고정되는 림(rim) 형상의 고정 림(241)과, 고정 림(241)의 가장자리로부터 외측으로 연장되는 링 원판 형상의 받침편(242)과, 받침편(242)의 가장자리를 따라 돌출되어 제1 조절 렌즈 튜브(220)가 결합되는 원통 형상의 조절통(243)을 포함하는 것을 파악할 수 있다.

여기서, 조절통(243)과 제1 조절 렌즈 튜브(220)의 맞물림을 위하여 제1 조절 암나사산(244)과 제1 조절 수나나산(224) 및 제1 조절 고정 링(250)을 더 구비할 수도 있다.

이때, 제1 조절 암나사산(244)은 조절통(243)의 내주면을 따라 형성되는 것이며, 제1 조절 수나사산(224)은 제1 조절 렌즈 튜브(220)의 외주면에 형성되는 것이다.

따라서, 제1 조절 고정 링(250)은 제1 조절 암나사산(244)과 제1 조절 수나사산(224)이 맞물린 상태에서, 제1 조절 수나사산(224)에 맞물려 나사 결합되고 조절통(243)의 단부 면을 누름 고정하게 된다.

한편, 제2 연결통(312)과 제2 조절 렌즈 튜브(320)의 맞물림을 위하여 제2 조절 암나사산(313)과 제2 조절 수나사산(324) 및 제2 조절 고정 링(340)을 더 구비할 수도 있음은 물론이다.

우선, 제2 조절 암나사산(313)은 제2 연결통(312)의 내주면을 따라 형성되는 것이며, 제2 조절 수나사산(324)은 제2 조절 렌즈 튜브(320)의 외주면에 형성되는 것이다.

따라서, 제2 조절 고정 링(340)은 제2 조절 암나사산(313)과 제2 조절 수나사산(324)이 맞물린 상태에서, 제2 조절 수나사산(324)에 맞물려 나사 결합되고 제2 연결통(312)의 단부 면을 누름 고정하게 된다.

한편, 제1 조절 렌즈 튜브(220)는, 제1 어댑터(240)의 내주면에 나사 결합되는 외주면을 가지는 제1 조절통(221)과, 제1 조절통(221)의 말단부 가장자리로부터 단차지게 연장 형성되어 제1 조절통(221)보다 큰 내경을 가지는 제1 렌즈 수용통(222)을 포함한다.

또한, 제1 조절 렌즈 튜브(220)는, 제1 렌즈 수용통(222)의 단차진 면에 안착 고정된 제1 평철 렌즈(230)의 이탈을 규제하도록, 제1 렌즈 수용통(222)의 내주면으로부터 돌출되어 제1 평철 렌즈(230)의 볼록한 곡면에 단부 가장자리가 맞닿는 제1 이탈방지 링(223)을 포함한다.

아울러, 제2 조절 렌즈 튜브(320)는, 제2 플랜지(310)의 내주면에 나사 결합되는 외주면을 가지는 제2 조절통(321)과, 제2 조절통(321)의 말단부 가장자리로부터 단차지게 연장 형성되어 제2 조절통(321)보다 큰 내경을 가지는 제2 렌즈 수용통(322)을 포함한다.

또한, 제2 조절 렌즈 튜브(320)는, 제2 렌즈 수용통(322)의 단차진 면에 안착 고정된 제2 평철 렌즈(330)의 이탈을 규제하도록, 제2 렌즈 수용통(322)의 내주면으로부터 돌출되어 제2 평철 렌즈(330)의 볼록한 곡면에 단부 가장자리가 맞닿는 제2 이탈방지 링(323)을 포함한다.

이렇듯 레이저 다이오드(150)의 단부로부터 제1 평철 렌즈(230)의 촛점까지의 거리와, 제2 APD(160)의 단부로부터 제2 평철 렌즈(330)의 촛점까지의 거리는 같은 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 도 2와 같이 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)이 장착되고, 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)을 정, 역회전시키는 라이다 모듈(500)을 더 구비할 수 있다.

이러한 라이다 모듈(500)은, 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)을 고정시키고 제1 유닛(100)과 전기적으로 연결시키는 연결포트(511)를 구비한 본체블록(510)을 포함할 수 있다.

그리고, 라이다 모듈(500)은, 본체블록(510)과 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)을 받침 지지하는 하부 케이싱(520)을 포함할 수 있다.

그리고, 라이다 모듈(500)은, 본체블록(510)과 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)을 커버하며 하부 케이싱(520)과 맞물려 본체블록(510)과 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)을 수용하는 상부 케이싱(530)을 포함할 수 있다.

그리고, 라이다 모듈(500)은, 하부 케이싱(520)의 전방측에 하부측으로 함몰 형성되는 제1 결합홈(521)과, 상부 케이싱(530)의 전방측에 상부측으로 함몰 형성되는 제2 결합홈(531)에 맞물리고 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)의 단부가 고정되도록 두 개의 설치홀(513)이 관통 형성된 전방 커버편(512)을 포함할 수 있다.

그리고, 라이다 모듈(500)은, 하부 케이싱(520)의 하부측에 배치되어 하부 케이싱(520)에 수용된 본체블록(510)과 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)의 정, 역회전을 위한 구동력을 발생시키는 서보모터(540)를 포함할 수 있다.

그리고, 라이다 모듈(500)은, 서보모터(540)의 하부측에 배치되어 서보모터(540)와 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)과 전기적으로 연결되는 PCB 기판과의 사이에 전기적 절연을 실시하는 절연판(550)을 포함할 수 있다.

그리고, 라이다 모듈(500)은, PCB 기판과 연결포트(511)를 상호 전기적으로 연결하며, 단부에 연결포트(511)와 맞물리는 커넥터(561)를 구비한 케이블(560)을 포함할 수 있다.

또한, 라이다 모듈(500)은, 케이블(560)의 일측 외면을 감싸며 서보모터(540)의 상,하면을 관통하는 통공(541)에 삽입되는 슬립 링(570)을 포함할 수 있다.

아울러, 라이다 모듈(500)은, 하부 케이싱(520)의 하면에 맞물려 고정되고, 서보모터(540)와 절연판(550)과 케이블(560)과 슬립 링(570)을 수용하는 베이스(580)를 포함할 수 있다.

따라서, 본체블록(510)에 고정된 제2, 3 유닛(200, 300)은 본체블록(510)을 수용한 상, 하부 케이싱(530, 520)이 베이스(580)에 수용된 서보모터(540)의 정, 역회전에 연동하면서 넓은 시야각에 걸친 물체의 탐색을 통한 장애물 회피 기동이 가능하게 될 것이다.

한편, 본 발명은 도 2와 같은 제2, 3 유닛(200, 300)이 장착된 본체블록(510)의 정, 역회전에 의한 모니터링이 가능함은 물론, 도 3과 같이 제1 유닛(100)의 일측에 대하여 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)이 전방향으로 회전 가능하게 장착되는 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

이를 위하여, 제1 유닛(100)의 일측과 제2 유닛(200) 사이, 그리고 제1 유닛(100)의 일측과 제3 유닛(300) 사이에 각각 구비되며, 제1 유닛(100)의 일측에 대하여 전방향으로 제2 유닛(200) 및 제3 유닛(300)을 동시에 또는 개별적으로 회동시키는 제4 유닛(400)을 더 구비할 수도 있다.

이러한 제4 유닛(400)은, 제1 플랜지(210)의 단부로부터 제1 유닛(100)측을 향하여 연장되는 제1 볼 조인트(411)를 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제1 볼 조인트(411)의 외면 일측에 구비되는 제1 관절 수구(421)를 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제1 관절 수구(421)에 끼움 결합되어 전방향으로 회동 가능한 제1 관절 삽구(422)를 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제1 관절 삽구(422)로부터 연장되는 제1 링크 봉(431)을 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제1 링크 봉(431)의 단부가 경사지게 결합되는 원판 형상의 제1 회전판(441)을 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제1 회전판(441)의 중심부에 결합되는 제1 구동축(451s)을 가지는 제1 구동모터(451)를 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제2 플랜지(310)의 단부로부터 제1 유닛(100)측을 향하여 연장되는 제2 볼 조인트(412)를 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제2 볼 조인트(412)의 외면 일측에 구비되는 제2 관절 수구(423)를 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제2 관절 수구(423)에 끼움 결합되어 전방향으로 회동 가능한 제2 관절 삽구(424)를 포함할 수 있다.

그리고, 제4 유닛(400)은, 제2 관절 삽구(424)로부터 연장되는 제2 링크 봉(432)을 포함할 수 있다.

또한, 제4 유닛(400)은, 제2 링크 봉(432)의 단부가 경사지게 결합되는 원판 형상의 제2 회전판(442)을 포함할 수 있다.

아울러, 제4 유닛(400)은, 제2 회전판(442)의 중심부에 결합되는 제2 구동축(452s)을 가지는 제2 구동모터(452)를 포함할 수 있다.

따라서, 제1 구동모터(451) 및 제2 구동모터(452)가 동시 또는 개별적으로 같은 방향 또는 반대방향으로 제1 구동축(451s) 및 제2 구동축(452s)을 정, 역회전시킴에 따라서 제2, 3 유닛(300)의 세밀한 전방향 회전에 따른 넓고 높은 시야 범위 내의 물체를 실시간으로 감지하여 회피 기동을 할 수 있게 될 것이다.

이상과 같이 본 발명은 비교적 간단한 구성으로 경량화 및 컴팩트화의 구현이 가능한 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...제1 유닛
110...제1 애벌런치 광 다이오드, 제1 APD
120...ToF 센서
130...FPGA 드라이버
140...PCB 기판
150...레이저 다이오드
160...제2 APD
200...제2 유닛
210...제1 플랜지
211...제1 고정편
212...제1 연결통
220...제1 조절 렌즈 튜브
221...제1 조절통
222...제1 렌즈 수용통
223...제1 이탈방지 링
224...제1 조절 수나사산
230...제1 평철 렌즈
240...어댑터
241...고정 림
242...받침편
243...조절통
244...제1 조절 암나사산
250...제1 조절 고정 링
300...제3 유닛
310...제2 플랜지
311...제2 고정편
312...제2 연결통
313...제2 조절 암나사산
320...제2 조절 렌즈 튜브
321...제2 조절통
322...제2 렌즈 수용통
323...제2 이탈방지 링
324...제2 조절 수나사산
330...제2 평철 렌즈
340...제2 조절 고정 링
400...제4 유닛
411...제1 볼 조인트
412...제2 볼 조인트
421...제1 관절 수구
422...제1 관절 삽구
423...제2 관절 수구
424...제2 관절 삽구
431...제1 링크 봉
432...제2 링크 봉
441...제1 회전판
442...제2 회전판
451...제1 구동모터
451s...제1 구동축
452...제2 구동모터
452s...제2 구동축
500...라이다 모듈
510...본체블록
511...연결포트
512...전방 커버편
513...설치홀
520...하부 케이싱
521...제1 결합홈
530...상부 케이싱
531...제2 결합홈
540...서보모터
541...통공
550...절연판
560...케이블
561...커넥터
570...슬립 링
580...베이스
h...레이저 다이오드(150)의 단부로부터 제1 평철 렌즈(230)의 촛점까지의 거리, 제2 APD(160)의 단부로부터 제2 평철 렌즈(330)의 촛점까지의 거리

Claims

제1 애벌런치 광 다이오드(Avalanche Photo Diode, 이하 APD)로부터 물체를 향하여 방출된 레이저 펄스가 되돌아 온 시간을 계산하는 ToF(Time of Flight) 센서와, 상기 ToF 센서를 실시간으로 구동시키는 FPGA(Fiels Programmable Gate Array) 드라이버와, 상기 ToF 센서 및 상기 FPGA 드라이버가 어레이된 PCB 기판을 포함하는 제1 유닛;
상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되는 참조용(參照用)의 제1 APD 및 레이저 다이오드가 장착되고 상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 양단 관통의 제1 플랜지와, 상기 제1 플랜지에 연결되며 상기 제1 플랜지보다 큰 외경을 가진 양단 관통의 어댑터와, 상기 어댑터의 단부 내주면에 출입 가능하게 나사 결합되는 제1 조절 렌즈 튜브와, 상기 제1 조절 렌즈 튜브에 안착 고정되는 제1 평철 렌즈(first plano-convex lens)를 포함하며, 상기 레이저 펄스를 상기 물체로 보내는 송광부(送光部)의 역할을 하는 제2 유닛;
상기 PCB 기판과 전기적으로 연결되는 수광용(受光用)의 제2 APD가 장착되고 상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되어 상기 제2 유닛과 인접하게 배치되는 양단 관통의 제2 플랜지와, 상기 제2 플랜지의 단부 내주면에 출입 가능하게 나사 결합되는 제2 조절 렌즈 튜브와, 상기 제2 조절 렌즈 튜브에 안착 고정되는 제2 평철 렌즈를 포함하며, 상기 물체로부터 반사되어 되돌아오는 상기 레이저 펄스를 받아들이는 수광부(受光部)의 역할을 하는 제3 유닛; 및
상기 제1 유닛의 일측과 상기 제2 유닛 사이, 그리고 상기 제1 유닛의 일측과 상기 제3 유닛 사이에 각각 구비되며, 상기 제1 유닛의 일측에 대하여 전방향으로 상기 제2 유닛 및 상기 제3 유닛을 동시에 또는 개별적으로 회동시키는 제4 유닛을 포함하며,
상기 제4 유닛은,
상기 제1 플랜지의 단부로부터 상기 제1 유닛측을 향하여 연장되는 제1 볼 조인트와,
상기 제1 볼 조인트의 외면 일측에 구비되는 제1 관절 수구와,
상기 제1 관절 수구에 끼움 결합되어 전방향으로 회동 가능한 제1 관절 삽구와,
상기 제1 관절 삽구로부터 연장되는 제1 링크 봉과,
상기 제1 링크 봉의 단부가 경사지게 결합되는 원판 형상의 제1 회전판과,
상기 제1 회전판의 중심부에 결합되는 제1 구동축을 가지는 제1 구동모터와,
상기 제2 플랜지의 단부로부터 상기 제1 유닛측을 향하여 연장되는 제2 볼 조인트와,
상기 제2 볼 조인트의 외면 일측에 구비되는 제2 관절 수구와,
상기 제2 관절 수구에 끼움 결합되어 전방향으로 회동 가능한 제2 관절 삽구와,
상기 제2 관절 삽구로부터 연장되는 제2 링크 봉과,
상기 제2 링크 봉의 단부가 경사지게 결합되는 원판 형상의 제2 회전판과,
상기 제2 회전판의 중심부에 결합되는 제2 구동축을 가지는 제2 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 플랜지는,
상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 링 원판 형상의 제1 고정편과,
상기 제1 고정편의 내측 가장자리를 따라 돌출되는 원통 형상의 제1 연결통을 포함하며,
상기 제2 플랜지는,
상기 제1 유닛의 일측에 탈착 가능하게 연결되는 링 원판 형상의 제2 고정편과,
상기 제2 고정편의 내측 가장자리를 따라 돌출되는 원통 형상의 제2 연결통을 포함하며,
상기 제1 APD 및 상기 레이저 다이오드는 상기 제1 고정편의 내측 가장자리 내측 영역에 배치되고,
상기 제2 APD는 상기 제2 고정편의 내측 가장자리 내측 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 어댑터는,
상기 제1 플랜지의 단부 내주면을 따라 걸림 고정되는 림(rim) 형상의 고정 림과,
상기 고정 림의 가장자리로부터 외측으로 연장되는 링 원판 형상의 받침편과,
상기 받침편의 가장자리를 따라 돌출되어 상기 제1 조절 렌즈 튜브가 결합되는 원통 형상의 조절통을 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 조절통의 내주면을 따라 형성되는 제1 조절 암나사산과,
상기 제1 조절 렌즈 튜브의 외주면에 형성되는 제1 조절 수나사산과,
상기 제1 조절 암나사산과 상기 제1 조절 수나사산이 맞물린 상태에서, 상기 제1 조절 수나사산에 맞물려 나사 결합되고 상기 조절통의 단부 면을 누름 고정하는 제1 조절 고정 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 연결통의 내주면을 따라 형성되는 제2 조절 암나사산과,
상기 제2 조절 렌즈 튜브의 외주면에 형성되는 제2 조절 수나사산과,
상기 제2 조절 암나사산과 상기 제2 조절 수나사산이 맞물린 상태에서, 상기 제2 조절 수나사산에 맞물려 나사 결합되고 상기 제2 연결통의 단부 면을 누름 고정하는 제2 조절 고정 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ToF를 적용한 장애물 검출 범용 회전형 라이다 센서 시스템.