KR20180058068A - Mirror rotational optical structure for 360˚ multichannel scanning and 3d lidar system comprising the same - Google Patents

Mirror rotational optical structure for 360˚ multichannel scanning and 3d lidar system comprising the same Download PDF

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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a three-dimensional laser scanning apparatus capable of scanning in all directions using a laser light source comprises: a laser emitting unit including a plurality of light sources which are arranged at positions separated by the same distance from a predetermined position and output laser light; a first mirror unit reflecting the laser light outputted from the laser emitting unit to direct the laser light to an object and reflecting the laser light reflected from the object; and a laser receiving unit receiving the laser light which is reflected by the first mirror unit after being reflected from the object.

Description

360도 다채널 스캐닝이 가능한 미러 회전 방식의 광학 구조 및 이를 포함하는 3D 라이다 시스템{MIRROR ROTATIONAL OPTICAL STRUCTURE FOR 360˚ MULTICHANNEL SCANNING AND 3D LIDAR SYSTEM COMPRISING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical structure of a mirror rotating system capable of 360-degree multi-channel scanning and a 3D lidar system including the same. 2. Description of the Related Art Multi-

본 발명은 3차원 레이저 스캐닝 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 광원을 이용하여 360˚ 전방향을 스캐닝할 수 있는 3차원 레이저 스캐닝 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a three-dimensional laser scanning apparatus, and more particularly, to a three-dimensional laser scanning apparatus capable of scanning an entire 360 [deg.] Direction using a laser light source.

LIDAR(Light Detection and Ranging)는 타겟 물체에 빛, 예를 들어 레이저를 조사한 후, 타겟 물체로부터 반사된 빛을 분석하여 타겟 물체의 물성, 예를 들어 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 측정할 수 있는 원격 탐지 장치 중 하나이다. LIDAR는 높은 에너지 밀도와 짧은 주기를 가지는 펄스 신호를 생성할 수 있는 레이저의 장점을 활영하여 보다 정밀하게 물체의 물성을 측정할 수 있다. Light Detection and Ranging (LIDAR) analyzes light reflected from a target object after irradiating a target object with light, for example, a laser beam, and analyzes the physical properties of the target object, such as distance, direction, speed, temperature, It is one of the remote detection devices that can measure characteristics. LIDAR can measure the physical properties of the object more precisely by utilizing the advantage of laser which can generate pulse signal with high energy density and short cycle.

LIDAR는 특정 파장의 레이저 광원 또는 파장 가변이 가능한 레이저 광원을 광원으로 사용하여 3차원 영상 획득, 기상 관측, 객체의 속도 또는 거리 측정, 자율 주행 등과 같은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, LIDAR는 항공기, 위성 등에 탑재되어 정밀한 대기 분석 및 지구 환경 관측에 활용되고 있으며, 우주선 및 탐사 로봇에 장착되어 물체까지의 거리 측정 등 카메라 기능을 보완하기 위한 수단으로 활용되고 있다. 또한, 지상에서는 원거리 측정, 자동차 속도 위반 단속 등을 위한 간단한 형태의 라이다 센서 기술들이 상용화되고 있다. 최근에는 레이저 스캐너 또는 3D 영상 카메라로 활용되어 3D 리버스 엔지니어링이나 무인 자동차 등에 사용되고 있다. LIDAR is used in various fields such as 3D image acquisition, meteorological observation, object velocity or distance measurement, autonomous driving, etc. by using a laser light source of a specific wavelength or a wavelength variable laser light source as a light source. For example, LIDAR is mounted on aircraft, satellite, etc., and is used for precise atmospheric analysis and observation of the global environment. It is used as a means to supplement camera functions such as distance measurement to an object mounted on a spacecraft and an exploration robot. Also, in the ground, a simple form of Ridasensor technology is being commercialized for remote measurement, speeding of car speed violation, and so on. Recently, it has been used as a laser scanner or 3D image camera and used in 3D reverse engineering or unmanned automobiles.

최근에 널리 사용되고 있는 레이저 스캐너 타입의 라이더는 복수의 레이저 발광부와 복수의 레이저 수신부를 포함하는 헤드를 포함하며, 모터를 이용하여 헤드를 기계적으로 회전시킨다. 이러한 레이저 스캐너 타입의 라이더는, 예를 들어 64개의 레이저 발광부 및 64개의 레이저 수신부를 포함하며, 5 내지 15Hz의 회전 속도로 회전한다. 이에 따라, 비용이 과도하게 높으며, 헤드의 회전 속도에 따라 가시 영역의 업데이트 주기가 의존하는 한계가 있으므로, 차세대 자동차 모델인 자율 주행 자동차 등에 적용되는데 어려움이 있다.Recently, a widely used laser scanner type rider includes a head including a plurality of laser emitting units and a plurality of laser receiving units, and mechanically rotates the head using a motor. Such a laser scanner type rider includes, for example, 64 laser emitting units and 64 laser receiving units, and rotates at a rotational speed of 5 to 15 Hz. As a result, there is a limit in that the cost is excessively high and the update period of the visible region depends on the rotational speed of the head, so that it is difficult to be applied to autonomous vehicles such as a next-generation automobile model.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레이저 광원을 이용하여 360˚ 전방향을 스캐닝할 수 있는 3차원 레이저 스캐닝 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a three-dimensional laser scanning device capable of scanning 360 ° omni-directional using a laser light source.

본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치는 레이저 광을 출력하는 복수의 광원을 포함하는 레이저 발광부, 상기 레이저 발광부로부터 출력된 레이저 광을 반사시켜 객체로 향하게 하며, 상기 객체로부터 반사된 레이저 광을 재반사시키는 제1 미러부, 그리고 상기 객체로부터 반사된 후 상기 제1 미러부에 의하여 재반사된 레이저 광을 수신하는 레이저 수신부를 포함하며, 상기 복수의 광원은 소정 지점으로부터 동일한 간격으로 이격된 지점에 배치된다.A three-dimensional laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser emitting unit including a plurality of light sources for outputting laser light, a laser light output unit for reflecting the laser light output from the laser emitting unit to direct the laser light to an object, And a laser receiving unit for receiving the laser beam reflected by the first mirror unit after being reflected from the object, wherein the plurality of light sources are disposed at the same interval As shown in FIG.

상기 복수의 광원은 하나의 원 상에 소정의 거리로 이격되어 배치될 수 있다.The plurality of light sources may be spaced apart from each other by a predetermined distance.

상기 제1 미러부는 회전 가능할 수 있다.The first mirror part may be rotatable.

상기 제1 미러부는 상기 복수의 광원이 출력하는 레이저 광의 경로와 수직하는 방향으로 360˚ 회전할 수 있다. The first mirror portion may be rotated 360 degrees in a direction perpendicular to the path of the laser light output by the plurality of light sources.

상기 복수의 광원 및 상기 제1 미러부 사이에 배치되는 제2 미러부를 더 포함하며, 상기 객체로부터 반사된 후 상기 제1 미러부에 의하여 재반사된 레이저 광은 상기 제2 미러부에 의하여 재반사된 후 상기 레이저 수신부에 수신될 수 있다.And a second mirror portion disposed between the plurality of light sources and the first mirror portion, wherein laser light reflected from the object and then re-reflected by the first mirror portion is reflected again by the second mirror portion And then received by the laser receiver.

상기 제2 미러부는 상기 복수의 광원이 출력하는 레이저 광의 경로 상에 형성되는 관통홀을 포함할 수 있다.The second mirror portion may include a through hole formed in the path of the laser light output by the plurality of light sources.

상기 제2 미러부 및 상기 레이저 수신부 사이에 배치되며, 상기 제2 미러부로부터 반사된 레이저 광을 집속하는 집속 렌즈를 더 포함할 수 있다.And a condenser lens disposed between the second mirror and the laser receiver for condensing laser light reflected from the second mirror.

상기 복수의 광원은 하나의 원 상에 동일한 거리로 이격되어 배치될 수 있다.The plurality of light sources may be disposed at the same distance on one circle.

상기 복수의 광원으로부터 출력되는 레이저 광 각각은 사이클로이드 곡선을 그리며 상기 제1 미러부로부터 반사되어 상기 객체로 향할 수 있다.Each of the laser beams output from the plurality of light sources may be reflected from the first mirror portion and directed to the object while drawing a cycloid curve.

상기 복수의 광원이 그리는 복수의 사이클로이드 곡선은 소정의 위상차를 가질 수 있다. The plurality of cycloid curves drawn by the plurality of light sources may have a predetermined retardation.

본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 시스템은 3차원 레이저 스캐닝 장치, 그리고 상기 3차원 레이저 스캐닝 장치로부터 수신한 신호를 이용하여 상기 3차원 레이저 스캐닝 장치와 객체 간의 거리를 연산하는 컴퓨팅 장치를 포함하며, 상기 3차원 레이저 스캐닝 장치는 레이저 광을 출력하는 복수의 광원을 포함하는 레이저 발광부, 상기 레이저 발광부로부터 출력된 레이저 광을 반사시켜 객체로 향하게 하며, 상기 객체로부터 반사된 레이저 광을 재반사시키는 제1 미러부, 그리고 상기 객체로부터 반사된 후 상기 제1 미러부에 의하여 재반사된 레이저 광을 수신하는 레이저 수신부를 포함하며, 상기 복수의 광원은 소정 지점으로부터 동일한 간격으로 이격된 지점에 배치된다.A 3D laser scanning system according to an embodiment of the present invention includes a 3D laser scanning device and a computing device that calculates a distance between the 3D laser scanning device and the object using signals received from the 3D laser scanning device The three-dimensional laser scanning apparatus includes a laser emitting unit including a plurality of light sources for outputting a laser beam, a laser beam output from the laser emitting unit to reflect the laser beam, And a laser receiving unit for receiving the laser beam reflected by the first mirror unit after being reflected from the object, wherein the plurality of light sources are arranged at an interval .

상기 컴퓨팅 장치는 TOF(Time Of Flight) 방식 또는 PS(Phase Shift) 방식에 따라 상기 거리를 연산할 수 있다.The computing device may calculate the distance according to a TOF (Time Of Flight) method or a PS (Phase Shift) method.

본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구조 및 저렴한 비용으로 360˚ 전방향을 스캔할 수 있는 3차원 레이저 스캐닝 장치를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치는 모터에 의한 헤드의 회전이 필요하지 않으며, 레이저 발광부와 레이저 수신부의 개수를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치는 360˚ 의 수평 시야각을 가질 수 있으며, 360˚ 전범위에서 우수한 수직 시야각을 가질 수 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a three-dimensional laser scanning device capable of scanning 360 ° omni-directional with a simple structure and low cost. In particular, the 3D laser scanning apparatus according to the embodiment of the present invention does not require rotation of the head by a motor, and the number of laser emitting units and laser receiving units can be minimized. In addition, the 3D laser scanning apparatus according to the embodiment of the present invention can have a horizontal viewing angle of 360 degrees and an excellent vertical viewing angle above 360 degrees.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치에 포함되는 레이저 발광부의 한 예이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 스캐닝 장치에 포함되는 레이저 수신부의 한 예이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치의 광 경로를 나타낸다.
도 6은 비교예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치의 광 경로를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 미러부를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치가 차량에 장착된 예를 나타낸다.1 is a view illustrating a three-dimensional laser scanning system according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a 3D laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an example of a laser emitting unit included in a three-dimensional laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an example of a laser receiving unit included in a three-dimensional scanning apparatus according to an embodiment of the present invention .
5 shows an optical path of a three-dimensional laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 shows an optical path of a three-dimensional laser scanning device according to a comparative example.
7 shows a second mirror portion according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows an example in which a three-dimensional laser scanning device according to an embodiment of the present invention is mounted on a vehicle.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.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 to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 시스템을 설명하는 도면이다. 1 is a view illustrating a three-dimensional laser scanning system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 3차원 레이저 스캐닝 시스템(10)은 3차원 레이저 스캐닝 장치(12) 및 컴퓨팅 장치(14)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a 3D laser scanning system 10 includes a 3D laser scanning device 12 and a computing device 14.

3차원 레이저 스캐닝 장치(12)는 레이저 발광부(122) 및 레이저 수신부(124)를 포함한다. The three-dimensional laser scanning device 12 includes a laser emitting unit 122 and a laser receiving unit 124.

레이저 발광부(122)는 3차원 레이저 스캐닝 장치(12)를 중심으로 360˚ 전방향으로 레이저 광을 출력하며, 레이저 수신부(124)는 주변에 위치한 물체(20)로부터 반사된 레이저 광을 수신한다.The laser emitting unit 122 outputs the laser beam in the 360 ° forward direction around the three-dimensional laser scanning device 12 and the laser receiving unit 124 receives the laser beam reflected from the surrounding object 20 .

3차원 레이저 스캐닝 장치(12)는 수신한 레이저 광에 대응하는 신호를 컴퓨팅 장치(14)에 전송한다. 이를 위하여, 3차원 레이저 스캐닝 장치(12)는 수신한 레이저 광을 신호 처리하는 신호 처리부(미도시) 및 신호 처리부에서 처리된 신호를 컴퓨팅 장치(14)로 송신하는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.The three-dimensional laser scanning device 12 transmits a signal corresponding to the received laser light to the computing device 14. To this end, the three-dimensional laser scanning device 12 further includes a signal processing unit (not shown) for processing the received laser light and a communication unit (not shown) for transmitting the signal processed by the signal processing unit to the computing device 14 can do.

컴퓨팅 장치(14)는 3차원 레이저 스캐닝 장치(12)로부터 수신한 신호를 이용하여 3차원 레이저 스캐닝 장치(12)와 물체(20) 간의 거리를 계산한다. 한 예로, 컴퓨팅 장치(14) TOF(Time Of Flight) 방식에 따라, 레이저 발광부(122)가 레이저 광을 출력한 후, 객체로부터 반사되어 레이저 수신부(124)로 돌아오기까지 걸리는 시간을 이용하여 3차원 레이저 스캐닝 장치(12)와 물체(20) 간의 거리를 계산할 수 있다. 또는, 컴퓨팅 장치(14)는 PS(Phase Shift) 방식에 따라, 레이저 발광부(122)가 특정 주파수를 가지고 연속적으로 변조되는 레이저 광을 방출한 후, 객체로부터 반사되어 레이저 수신부(124)로 돌아온 신호의 위상을 이용하여 3차원 레이저 스캐닝 장치(12)와 물체(20) 간의 거리를 계산할 수 있다.The computing device 14 calculates the distance between the 3D laser scanning device 12 and the object 20 using the signal received from the 3D laser scanning device 12. For example, according to the TOF (Time Of Flight) system of the computing device 14, after the laser emitting unit 122 outputs the laser beam, the time taken for the laser beam to be reflected from the object and returned to the laser receiving unit 124 is used The distance between the three-dimensional laser scanning device 12 and the object 20 can be calculated. Alternatively, the computing device 14 emits laser light that is continuously modulated with a specific frequency and then is reflected from the object and returned to the laser receiving unit 124 in accordance with a phase shift (PS) The distance between the 3D laser scanning device 12 and the object 20 can be calculated using the phase of the signal.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치에 포함되는 레이저 발광부의 한 예이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 스캐닝 장치에 포함되는 레이저 수신부의 한 예이다. 2 is a cross-sectional view of a 3D laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an example of a laser emitting unit included in a three-dimensional laser scanning apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an example of a laser receiving unit included in a three-dimensional scanning apparatus according to an embodiment of the present invention .

도 2를 참조하면, 3차원 레이저 스캐닝 장치(200)는 레이저 발광부(210), 제1 미러부(220) 및 레이저 수신부(230)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the 3D laser scanning apparatus 200 includes a laser emitting unit 210, a first mirror unit 220, and a laser receiving unit 230.

레이저 발광부(210)는 레이저 광을 출력하는 광원을 포함하며, 광원은 예를 들어 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)일 수 있다. The laser emitting unit 210 includes a light source that outputs laser light, and the light source may be a laser diode (LD), for example.

제1 미러부(220)는 레이저 발광부(210)로부터 출력된 레이저 광을 반사시켜 객체로 향하게 하며, 객체로부터 반사된 레이저 광을 재반사시켜 레이저 수신부(230)로 향하게 한다. 여기서, 제1 미러부(220)는 레이저 발광부(210)로부터 출력된 레이저 광의 경로와 소정 각도(θ)를 이루도록 기울어질 수 있으며, 이에 따라 레이저 발광부(210)로부터 출력되어 제1 미러부(220)에 의하여 반사된 레이저 광은 외부로 향하여 출사될 수 있다. The first mirror unit 220 reflects the laser light output from the laser light emitting unit 210 and directs the laser light toward the object. The first mirror unit 220 reflects the laser light reflected from the object to the laser receiving unit 230. The first mirror unit 220 may be inclined to form a predetermined angle with the path of the laser light output from the laser emitting unit 210 and may be output from the laser emitting unit 210, The laser light reflected by the light source 220 may be emitted toward the outside.

레이저 수신부(230)는 객체로부터 반사된 후 제1 미러부(220)에 의하여 재반사된 레이저 광을 수신한다. 레이저 수신부(230)가 수신한 레이저 광은 객체와의 거리, 객체의 움직임 등을 추정하는데 이용될 수 있다.The laser receiving unit 230 receives the laser beam reflected from the object and then re-reflected by the first mirror unit 220. The laser light received by the laser receiving unit 230 can be used to estimate the distance to the object, the motion of the object, and the like.

한편, 도 3을 참조하면, 레이저 발광부(210)는 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)을 포함한다. 이때, 레이저 발광부(210)가 4개의 광원을 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 도 4를 참조하면, 레이저 수신부(230)는 레이저 발광부(210)에 포함되는 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)에 대응하도록 복수의 수신 유닛(230-1, 230-2, ..., 230-N)을 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 3, the laser emitting unit 210 includes a plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., and 210-N. At this time, the laser emitting unit 210 is illustrated as including four light sources, but the present invention is not limited thereto. 4, the laser receiving unit 230 includes a plurality of receiving units 210-1, 210-2, ..., 210-N corresponding to the plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., 210-N included in the laser emitting unit 210, (230-1, 230-2, ..., 230-N).

레이저 발광부(210)에 포함되는 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)은 소정 지점(P1)으로부터 동일한 간격(d)으로 이격된 지점에 소정 지점(P1)을 둘러싸도록 배치된다. 예를 들어, 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)은 하나의 원 상에 소정의 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)은 하나의 원 상에 동일한 거리(d)로 이격되어 배치될 수 있다.The plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., and 210-N included in the laser emitting unit 210 are arranged at a predetermined distance P1 As shown in Fig. For example, the plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., and 210-N may be disposed at a predetermined distance on one circle. At this time, the plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., and 210-N may be disposed at the same distance d on one circle.

다시 도 2를 참조하면, 제1 미러부(220)는 회전 가능할 수 있다. 예를 들어, 제1 미러부(220)는 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)이 출력하는 레이저 광의 경로를 중심으로 360˚ 회전할 수 있다. 본 명세서에서, 제1 미러부(220)가 회전하는 방향을 X 방향 또는 수평 방향이라 지칭할 수 있다. 이에 따라, 레이저 발광부(210)로부터 출력되는 레이저 광은 360˚ 전 방향에 도달하는 것이 가능하며, 360˚ 전 방향에 대하여 수평 시야각을 획득하는 것이 가능하다. 이때, 제1 미러부(220)는 스테이지(S) 상에 배치되며, 스테이지 회전부(R)에 의하여 스테이지(S)가 회전하면, 스테이지(S)와 함께 제1 미러부(220)가 회전할 수 있다. 이를 위하여, 도시되지 않았으나, 제1 미러부(220)는 스테이지(S)에 고정될 수 있다. 또한, 스테이지(S)에는 레이저 발광부(210)로부터 출력된 레이저 광이 관통하기 위한 관통홀이 형성될 수 있다. 그러나, 이는 예시에 불과할 뿐이며, 제1 미러부(220)는 다양한 방법으로 회전할 수 있다. Referring again to FIG. 2, the first mirror part 220 may be rotatable. For example, the first mirror unit 220 can rotate 360 degrees about the path of the laser light output by the plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., and 210-N. In this specification, the direction in which the first mirror portion 220 rotates can be referred to as the X direction or the horizontal direction. Accordingly, the laser light output from the laser emitting unit 210 can reach 360 ° in all directions, and it is possible to obtain a horizontal viewing angle with respect to 360 ° all directions. When the stage S is rotated by the stage rotation unit R, the first mirror unit 220 rotates together with the stage S. In this case, . For this, although not shown, the first mirror part 220 may be fixed to the stage S. In addition, the stage S may be provided with a through-hole through which laser light output from the laser emitting unit 210 passes. However, this is merely an example, and the first mirror portion 220 can rotate in various ways.

제1 미러부(220)가 수평 방향으로 360˚ 회전하면, 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)으로부터 출력되는 레이저 광 각각은 도 5에 도시된 바와 같이 사이클로이드(cycloid) 곡선을 그리며 제1 미러부(220)로부터 반사되어 객체로 향할 수 있다. 사이클로이드 곡선은 평면 상의 한 직선을 따라 원이 미끄러지지 않고 회전할 때 원주 상의 정점이 그리는 궤적을 의미한다. 도 5에서 가로축은 본 발명의 실시예에 따른 제1 미러부(220)가 회전하는 방향, 즉 X 방향을 나타내고, 세로축은 제1 미러부(220)가 회전하는 방향(X)에 수직하는 방향, 즉 Y 방향을 나타낸다. 이와 같이, 하나의 원 상에 이격되어 배치된 각 광원이 출력하는 레이저 광은 제1 미러부가 회전함에 따라 각 사이클로이드 곡선을 그리며 객체에 도달할 수 있다. 특히, 본 발명의 한 실시예와 같이 복수의 광원(210-1, 210-2, ..., 210-N)이 하나의 원 상에 동일한 거리로 이격되어 배치된 경우, 복수의 광원이 그리는 복수의 사이클로이드 곡선은 소정의 위상차를 가지므로, 360˚ 전 방향에 대하여 고른 수평 시야각 및 수직 시야각을 가짐을 알 수 있다. 또한, 도 5의 Y축에서 30˚ 부근에서 사이클로이드 곡선이 밀집되어 있는 것으로 보아, 수직 방향으로 30˚ 부근에서 높은 해상도를 가짐을 알 수 있다. When the first mirror unit 220 rotates 360 degrees in the horizontal direction, the laser beams output from the plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., and 210-N, respectively, It can be reflected from the first mirror part 220 and directed toward the object while drawing a cycloid curve. A cycloid curve is a trajectory drawn by a vertex on a circumference when a circle does not slip along a straight line on a plane. 5, the abscissa indicates the direction in which the first mirror unit 220 rotates, that is, the X direction, and the ordinate axis indicates the direction perpendicular to the direction X in which the first mirror unit 220 rotates , That is, the Y direction. As described above, the laser light output by each of the light sources disposed on one circle can reach the object by drawing the respective cycloid curves as the first mirror unit rotates. In particular, when a plurality of light sources 210-1, 210-2, ..., 210-N are arranged at the same distance on one circle as in the embodiment of the present invention, Since the plurality of cycloid curves have a predetermined retardation, it can be seen that the horizontal and vertical viewing angles are uniform over 360 degrees. In addition, it can be seen that the cycloid curves are densely packed in the vicinity of 30 deg. In the Y-axis of Fig. 5, and have a high resolution in the vicinity of 30 deg. In the vertical direction.

이에 반해, 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 광원이 일직선 상에 배치된 경우, 소정 지점, 예를 들어 수평 시야각이 -90˚ 지점 및 +90˚ 지점에서는 현저히 낮은 수직 시야각을 가짐을 알 수 있다. On the other hand, when a plurality of light sources are arranged on a straight line as shown in FIG. 6, it can be seen that the vertical viewing angle at a predetermined point, for example, a horizontal viewing angle of -90 ° and a + 90 °, .

다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치(200)는 레이저 발광부(210) 및 제1 미러부(220) 사이에 배치되는 제2 미러부(240)를 더 포함할 수 있다. 제2 미러부(240)는 객체로부터 반사된 후 제1 미러부(220)에 의하여 재반사된 레이저 광을 재반사한 후, 레이저 수신부(230)에 도달하게 하는 역할을 할 수 있다. 이와 같이, 제2 미러부(240)를 더 포함하면, 레이저 수신부(230)의 위치의 자유도를 높일 수 있다. 2, a three-dimensional laser scanning device 200 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a laser emitting unit 210 and a second mirror unit 240 disposed between the first mirror unit 220 and the second mirror unit 240. [ As shown in FIG. The second mirror unit 240 may reflect the laser beam reflected by the first mirror unit 220 and then reflect the laser beam reflected by the object to reach the laser receiver 230. As such, if the second mirror part 240 is further included, the degree of freedom of the position of the laser receiving part 230 can be increased.

다만, 제2 미러부(240)는 레이저 발광부(210) 및 제1 미러부(220) 사이에 배치되므로, 레이저 발광부(210)로부터 출력되는 레이저 광의 경로가 제2 미러부(240)에 의하여 차단될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 제2 미러부(240)는 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 발광부(210)가 출력하는 레이저 광의 경로 상에 형성되는 관통홀(242)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 레이저 발광부(210)가 출력하는 레이저 광은 관통홀(242)를 관통하여 제1 미러부(220)에 도달한 후 반사될 수 있다.Since the second mirror part 240 is disposed between the laser emitting part 210 and the first mirror part 220 so that the path of the laser light output from the laser emitting part 210 passes through the second mirror part 240 . In order to prevent such a problem, the second mirror portion 240 may include a through hole 242 formed in the path of the laser light output by the laser emitting portion 210, as shown in FIG. Accordingly, the laser light output from the laser emitting unit 210 can be reflected after reaching the first mirror unit 220 through the through-hole 242. [

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 미러부(240) 및 레이저 수신부(230) 사이에 배치되며, 제2 미러부(240)로부터 반사된 레이저 광을 집속하는 집속 렌즈(250)를 더 포함한다. 이에 따라, 객체로부터 반사된 빛은 높은 효율로 레이저 수신부(230)에 도달할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the focusing lens 250, which is disposed between the second mirror part 240 and the laser receiving part 230 and which focuses the laser light reflected from the second mirror part 240, . Accordingly, the light reflected from the object can reach the laser receiving unit 230 with high efficiency.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치(200)는 구동부(260) 및 제어부(270)를 더 포함할 수 있다. 구동부(260)는 레이저 발광부(210), 스테이지 회전부(R) 및 레이저 수신부(230)를 각각 구동시킬 수 있으며, 이는 레이저 발광부(210)를 구동시키기 위한 구동 회로, 스테이지 회전부(R)를 구동시키기 위한 구동 회로 및 레이저 수신부(230)를 구동시키기 위한 구동 회로로 구현될 수 있다. 또한, 제어부(270)는 구동부(260)를 제어할 수 있으며, 이는 레이저 발광부(210)에 대한 구동 회로, 스테이지 회전부(R)에 대한 구동 회로 및 레이저 수신부(230)에 대한 구동 회로를 각각 또는 통합하여 제어하는 제어 회로로 구현될 수 있다. 도 2에서는 구동부(260) 및 제어부(270)가 3차원 레이저 스캐닝 장치(200)의 하단에 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 구동부(260) 및 제어부(270)의 위치는 제한되지 않는다. 또한, 도 1에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치는 레이저 수신부(230)가 수신한 신호를 처리하는 신호 처리부(미도시) 및 신호 처리부에 의하여 처리된 신호를 컴퓨팅 장치로 전송하는 통신부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. Meanwhile, the 3D laser scanning apparatus 200 according to the embodiment of the present invention may further include a driving unit 260 and a control unit 270. The driving unit 260 may drive the laser emitting unit 210, the stage rotating unit R and the laser receiving unit 230. The driving unit 260 may include a driving circuit for driving the laser emitting unit 210, And a driving circuit for driving the laser receiving unit 230. [0031] The control unit 270 may control the driving unit 260 to drive the driving circuit for the laser emitting unit 210 and the driving circuit for the stage rotating unit R and the driving circuit for the laser receiving unit 230, Or may be implemented as a control circuit that integrally controls. 2, the driving unit 260 and the control unit 270 are disposed at the lower end of the 3D laser scanning device 200. However, the positions of the driving unit 260 and the control unit 270 are not limited. 1, the 3D laser scanning apparatus according to the embodiment of the present invention includes a signal processing unit (not shown) for processing a signal received by the laser receiving unit 230 and a signal processing unit And a communication unit (not shown) for transmitting the data to the device.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치(200)는 케이스 내에 수용될 수도 있다. 이때, 레이저 발광부(210), 레이저 수신부(230), 제2 미러부(240) 및 집속 렌즈(250)를 수용하는 영역은 불투명 케이스이고, 제1 미러부(220)를 수용하는 영역은 투명 케이스일 수 있다.In addition, the 3D laser scanning apparatus 200 according to an embodiment of the present invention may be accommodated in a case. The area accommodating the laser emitting part 210, the laser receiving part 230, the second mirror part 240 and the focusing lens 250 is an opaque case and the area accommodating the first mirror part 220 is transparent Case.

도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치가 차량에 장착된 예를 나타낸다. FIG. 8 shows an example in which a three-dimensional laser scanning device according to an embodiment of the present invention is mounted on a vehicle.

도 8을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 3차원 레이저 스캐닝 장치(200)는 차체의 상단에 장착될 수 있으며, 차량(1)의 전방뿐만 아니라 360˚ 전방향을 스캐닝하는 것이 가능하다. Referring to FIG. 8, the 3D laser scanning apparatus 200 according to an embodiment of the present invention can be mounted on the upper end of the vehicle body, and it is possible to scan not only the front of the vehicle 1 but also all directions of 360 degrees .

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

200: 3차원 레이저 스캐닝 장치
210: 레이저 발광부
220: 제1 미러부
230: 레이저 수신부200: 3D laser scanning device
210:
220: first mirror part
230: laser receiver

Claims (12)

레이저 광을 출력하는 복수의 광원을 포함하는 레이저 발광부,
상기 레이저 발광부로부터 출력된 레이저 광을 반사시켜 객체로 향하게 하며, 상기 객체로부터 반사된 레이저 광을 재반사시키는 제1 미러부, 그리고
상기 객체로부터 반사된 후 상기 제1 미러부에 의하여 재반사된 레이저 광을 수신하는 레이저 수신부를 포함하며,
상기 복수의 광원은 소정 지점으로부터 동일한 간격으로 이격된 지점에 배치되는 3차원 레이저 스캐닝 장치.A laser emitting unit including a plurality of light sources for outputting laser light,
A first mirror unit that reflects the laser light output from the laser emitting unit to direct the laser light to the object and reflects the laser light reflected from the object again,
And a laser receiving unit for receiving the laser beam reflected by the first mirror unit after being reflected from the object,
Wherein the plurality of light sources are disposed at the same intervals apart from a predetermined point. 제1항에 있어서,
상기 복수의 광원은 하나의 원 상에 소정의 거리로 이격되어 배치되는 3차원 레이저 스캐닝 장치. The method according to claim 1,
Wherein the plurality of light sources are spaced apart from each other by a predetermined distance on one circle. 제2항에 있어서,
상기 제1 미러부는 회전 가능한 3차원 레이저 스캐닝 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the first mirror part is rotatable. 제3항에 있어서,
상기 제1 미러부는 상기 복수의 광원이 출력하는 레이저 광의 경로와 수직하는 방향으로 360˚ 회전하는 3차원 레이저 스캐닝 장치. The method of claim 3,
Wherein the first mirror unit is rotated 360 degrees in a direction perpendicular to the path of the laser light output by the plurality of light sources. 제3항에 있어서,
상기 복수의 광원 및 상기 제1 미러부 사이에 배치되는 제2 미러부를 더 포함하며,
상기 객체로부터 반사된 후 상기 제1 미러부에 의하여 재반사된 레이저 광은 상기 제2 미러부에 의하여 재반사된 후 상기 레이저 수신부에 수신되는 3차원 스캐닝 장치. The method of claim 3,
Further comprising a second mirror portion disposed between the plurality of light sources and the first mirror portion,
Wherein the laser beam reflected from the object and then re-reflected by the first mirror part is re-reflected by the second mirror part and then received by the laser receiving part. 제5항에 있어서,
상기 제2 미러부는 상기 복수의 광원이 출력하는 레이저 광의 경로 상에 형성되는 관통홀을 포함하는 3차원 스캐닝 장치. 6. The method of claim 5,
And the second mirror portion includes a through hole formed in the path of the laser light output by the plurality of light sources. 제6항에 있어서,
상기 제2 미러부 및 상기 레이저 수신부 사이에 배치되며, 상기 제2 미러부로부터 반사된 레이저 광을 집속하는 집속 렌즈를 더 포함하는 3차원 레이저 스캐닝 장치. The method according to claim 6,
And a condenser lens disposed between the second mirror and the laser receiver for condensing laser light reflected from the second mirror. 제3항에 있어서,
상기 복수의 광원은 하나의 원 상에 동일한 거리로 이격되어 배치되는 3차원 레이저 스캐닝 장치. The method of claim 3,
Wherein the plurality of light sources are disposed at the same distance on one circle. 제8항에 있어서,
상기 복수의 광원으로부터 출력되는 레이저 광 각각은 사이클로이드 곡선을 그리며 상기 제1 미러부로부터 반사되어 상기 객체로 향하는 3차원 레이저 스캐닝 장치. 9. The method of claim 8,
Wherein each of the laser beams output from the plurality of light sources is reflected by the first mirror unit and is directed to the object while drawing a cycloid curve. 제9항에 있어서,
상기 복수의 광원이 그리는 복수의 사이클로이드 곡선은 소정의 위상차를 가지는 3차원 레이저 스캐닝 장치. 10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of cycloid curves drawn by the plurality of light sources have a predetermined phase difference. 3차원 레이저 스캐닝 장치, 그리고 상기 3차원 레이저 스캐닝 장치로부터 수신한 신호를 이용하여 상기 3차원 레이저 스캐닝 장치와 객체 간의 거리를 연산하는 컴퓨팅 장치를 포함하며,
상기 3차원 레이저 스캐닝 장치는
레이저 광을 출력하는 복수의 광원을 포함하는 레이저 발광부,
상기 레이저 발광부로부터 출력된 레이저 광을 반사시켜 객체로 향하게 하며, 상기 객체로부터 반사된 레이저 광을 재반사시키는 제1 미러부, 그리고
상기 객체로부터 반사된 후 상기 제1 미러부에 의하여 재반사된 레이저 광을 수신하는 레이저 수신부를 포함하며,
상기 복수의 광원은 소정 지점으로부터 동일한 간격으로 이격된 지점에 배치되는 3차원 레이저 스캐닝 시스템.A 3D laser scanning device, and a computing device for computing a distance between the 3D laser scanning device and the object using signals received from the 3D laser scanning device,
The three-dimensional laser scanning device
A laser emitting unit including a plurality of light sources for outputting laser light,
A first mirror unit that reflects the laser light output from the laser emitting unit to direct the laser light to the object and reflects the laser light reflected from the object again,
And a laser receiving unit for receiving the laser beam reflected by the first mirror unit after being reflected from the object,
Wherein the plurality of light sources are disposed at the same intervals apart from a predetermined point. 제11항에 있어서,
상기 컴퓨팅 장치는 TOF(Time Of Flight) 방식 또는 PS(Phase Shift) 방식에 따라 상기 거리를 연산하는 3차원 레이저 스캐닝 시스템.12. The method of claim 11,
Wherein the computing device computes the distance according to a time of flight (TOF) method or a phase shift (PS) method.
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