KR20200095258A - 라이다 광학 장치 및 이를 구비하는 라이다 장치 - Google Patents

Abstract

라이다 광학 장치 및 이를 구비하는 라이다 장치가 개시된다. 라이다 광학 장치는, 레이저 송신모듈과 레이저 수신모듈을 구비한 레이저 모듈 어셈블리와 인접하게 배치되는 미러 블럭과, 상기 미러 블럭을 회전시키는 회전유닛을 포함하며, 상기 미러 블럭은 상기 레이저 송신모듈의 레이저빔을 제1 각도로 반사하는 제1 미러와, 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도로 반사하는 제2 미러와, 상기 제2 각도보다 큰 제3 각도로 반사하는 제3 미러와, 상기 제3 각도보다 큰 제4 각도로 반사하는 제4 미러와, 상기 제4 각도보다 큰 제5 각도로 반사하는 제5 미러와, 상기 제5 각도보다 큰 제6 각도로 반사하는 제6 미러와, 상기 제6 각도보다 큰 제7 각도로 반사하는 제7 미러와, 상기 제7 각도보다 큰 제8 각도로 반사하는 제8 미러를 구비하고, 상기 제1 내지 제8 미러들은 상기 미러 블럭의 8각형 기둥 형태의 8개의 외표면들 각각에 배치된다.

Description

라이다 광학 장치 및 이를 구비하는 라이다 장치{OPTICAL APPARATUS AND LIDAR APPARATUS HAVING SAME}

본 발명은 라이다 광학 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 미러들을 구비한 미러 블럭을 구비하는 라이다 광학 장치와 이를 이용하는 라이다 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저(laser) 레이더 장치인 라이다(LIDAR: LIght Detection And Ranging)가 많이 사용되고 있다.

이러한 라이다는, 펄스 레이저광을 대기 중에 발사하고 대기 중의 반사체 또는 산란체로부터의 반사광을 이용하여 거리, 물체 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서 반사광의 시간을 클럭 펄스로 계산하며 통상 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.

이와 같이 라이다는 주변 영역으로 레이저광을 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용함으로써, 측정 대상물의 거리와 속도, 형상을 측정하거나 주변의 물체나 지형을 정밀하게 스캔한다.

이러한 라이다는 로봇 및 무인자동차의 전방 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용되고 있다.

그런데, 기존의 라이다는 화각에 상응하게 빔 폭이 넓은 레이저를 방출하고 화각 내의 모든 방향으로부터 동시에 반사광을 획득하여 반사체와의 거리를 획득하기 때문에, 출력이 매우 높은 레이저 모듈을 필요로 하며, 따라서 매우 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 출력이 높은 레이저 모듈은 크기가 크고, 라이다 장치의 전체적인 크기를 키우는 요인으로 작용하게 된다.

특히, 전방향 스캔(Panoramic Scanning) 기능을 구비한 라이다 장치 대부분은 송신 광학계와 수신 광학계를 포함하여 장치 전체가 회전 동작하도록 구성된다. 그런데 장치 전체를 회전시키게 되는 경우 시스템 크기는 더욱 커지게 되는데, 이는 미관상으로도 좋지 않을 뿐만 아니라, 가격 및 소비전력 상승의 문제를 더욱 심화시키게 된다.

또한, 종래의 스캐닝 라이다의 경우, 레이저의 반사, 굴절각을 산란시키기 위해 반사 미러(Mirror)의 각도를 변경할 필요가 있다. 이러한 구조에 의해 종래의 스캐닝 라이다는 특정 관심영역에 대한 집중 스캔 성능이 좋지 않고, 다양한 레이저 패턴의 조사가 불가하며, 다수의 레이저 발광부 및 수광부의 사용으로 제조비용이 고가화되고, 구조가 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 미러들을 구비한 미러 블럭을 회전 구동시킴으로써 라이다 장치의 성능을 유지하거나 향상시키면서 그 구조와 구동을 단순화할 수 있는 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 모터와 하나의 미러 블럭과 하나의 레이저 모듈 어셈블리를 사용하여 전방향 스캔을 효과적으로 수행할 수 있는 라이다 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar) 광학 장치는, 레이저 광을 송신 및 수신하는 라이다 장치의 광학 장치로서, 레이저 송신모듈과 레이저 수신모듈을 구비한 레이저 모듈 어셈블리와 인접하게 배치되는 미러 블럭과, 상기 미러 블럭을 회전시키는 회전유닛을 포함하며, 상기 미러 블럭은 상기 레이저 송신모듈의 레이저빔을 제1 각도로 반사하는 제1 미러와, 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도로 반사하는 제2 미러와, 상기 제2 각도보다 큰 제3 각도로 반사하는 제3 미러와, 상기 제3 각도보다 큰 제4 각도로 반사하는 제4 미러와, 상기 제4 각도보다 큰 제5 각도로 반사하는 제5 미러와, 상기 제5 각도보다 큰 제6 각도로 반사하는 제6 미러와, 상기 제6 각도보다 큰 제7 각도로 반사하는 제7 미러와, 상기 제7 각도보다 큰 제8 각도로 반사하는 제8 미러를 구비하고, 상기 제1 내지 제8 미러들은 상기 미러 블럭의 8각형 기둥 형태의 8개의 외표면들 각각에 배치된다.

일실시예에서, 상기 미러 블럭은 내부 중공부를 구비하는 8각형 기둥 형태를 구비하고, 상기 회전유닛은 상기 내부 중공부에 삽입된다.

일실시예에서, 상기 제1 내지 제8 미러들은 사각판 형태를 구비하며, 상기 상기 제1 내지 제8 미러들은 반사판 형태로 상기 미러 블럭 몸체의 표면에 부착되거나, 상기 미러 블럭 몸체의 표면에 코팅된다.

일실시예에서, 상기 제1 내지 제8 미러들은 사각 평판 형태를 구비하고, 수평선과 직교하며 상기 제1 내지 제8 미러들 각각을 관통하는 수직 방향에 대하여 상기 제1 내지 제8 미러들 각각의 반사면은 서로 다른 경사각을 가지며, 상기 제1 미러에서 상기 제8 미러까지의 각 반사면의 경사각들은 상기 회전유닛에 의한 상기 미러 블럭의 회전축을 중심으로 하는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 단계적으로 작아지거나 커진다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 라이다 광학 장치는, 레이저 광을 송신 및 수신하는 라이다 장치의 광학 장치로서, 레이저 송신모듈과 레이저 수신모듈을 구비한 레이저 모듈 어셈블리와 인접하게 배치되는 미러 블럭, 및 상기 미러 블럭을 회전시키는 회전유닛을 포함하며, 상기 미러 블럭은 상기 레이저 송신모듈의 레이저빔을 서로 다른 각도들로 각각 반사하는 복수의 미러들을 구비하고, 상기 복수의 미러들은 다각형 기둥 형태의 미러 블럭의 복수의 측면들 상에 각각 배치된다.

일실시예에서, 상기 회전유닛은 상기 미러 블럭의 내부 중공부에 삽입 배치된다.

일실시예에서, 상기 미러 블럭은 원에 내접 또는 외접하도록 배치되는 5개 이상 내지 20개 이하의 미러들을 구비한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 라이다 장치는, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 라이다 광학 장치; 및 상기 라이다 광학 장치로 레이저빔을 전송하는 제1 및 제2 레이저 발신모듈들과 상기 라이다 광학 장치에서 반사되어 오는 레이저빔을 수신하는 제1 및 제2 레이저 수신모듈들을 구비한 레이저 모듈 어셈블리를 포함하며, 상기 제1 및 제2 레이저 발신모듈들은 상기 라이다 광학 장치의 미러 블럭에 탑재되는 복수의 미러들 중 어느 하나의 미러 상에서, 및 수평선과 직교하는 수직 라인을 포함하는 평면이 상기 어느 하나의 미러의 반사면과 교차하는 경우에 형성되는 직선 라인 상에서 상하 방향으로 일정 간격 서로 이격되는 레이저빔들을 조사한다.

본 발명에 따른 라이다 광학 장치 및 이를 구비하는 라이다 장치를 사용하면, 복수의 미러들을 구비하는 미러 블럭을 회전시켜 라이다 장치의 주변을 효과적으로 스캔하고, 사람이나 사물을 감지하거나 사람이나 사물과의 거리를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 단일 회전유닛을 사용하여 장치를 단순화하여 상대적으로 복잡도가 낮은 구동 제어 알고리즘을 사용할 수 있고 그에 의해 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 스캔하고자 하는 영역으로 방출하는 레이저를 스캔 영역의 서로 다른 구역 내 레이저 주사 라인별로 구분하면서 상하 방향에서 서로 다른 스캔 구역을 담당하도록 복수의 레이저 모듈들을 설치함으로써 단순한 구조로 넓은 영역에 대한 스캔과 빠른 스캔을 가능케 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다 장치에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 라이다 장치에서 상부 케이스를 제거한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 라이다 장치를 다른 측면에서 본 사시도이다.
도 4는 도 2의 라이다 장치에 대한 좌측면도이다.
도 5는 도 2의 라이다 장치에서 하부 케이스의 일부를 제거한 상태를 나타낸 우측면도이다.
도 6은 도 2의 라이다 장치의 평면도로서 그 작동 상태의 일례를 예시한 도면이다.
도 7은 도 6의 라이다 장치에 채용할 수 있는 라이다 광학 장치를 A-A선에 의해 절단한 횡단면도이다.
도 8은 도 2의 라이다 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2의 라이다 장치의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8 및 도 9의 라이다 장치에 의한 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 도 8 및 도 9의 라이다 장치에 의한 다른 해상도의 스캔 영역을 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 스캔 영역에 대한 예시도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 명세서에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이 상부케이스(110)와 하부케이스(130)를 구비하고, 상부케이스(110)의 적어도 일면부에 배치되어 내부의 레이저빔을 외부로 전달하고 외부에서 반사되는 레이저빔을 내부에 전달하는 윈도우(120)를 구비한다.

하부케이스(130)는 바닥 플레이트와 바닥 플레이트에 수직으로 세워져 하부가 개방된 상자 형태의 상부케이스(110)의 내측에 삽입되도록 설치되는 벽 프레임(131)을 구비한다. 벽 프레임(131)은 사각 판 형상의 바닥 플레이트의 네 측면 가장자리에 세워지고, 그 중에 윈도우(120) 측에 세워지는 벽 프레임(131)은 대부분 제거되어 장치 내부가 윈도우(120)를 통해 외부에 개방되도록 설치된다.

또한, 라이다 장치(100)는, 하부케이스(130) 상에 설치되는 레이저 모듈 어셈블리(10), 미러 블럭(20) 및 회전유닛(30)을 구비한다.

레이저 모듈 어셈블리(10)는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 구비한다. 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈은 다각형 미러 블럭(20)의 상부에 배치되는 제1 미러들(21)의 서로 다른 영역에 레이저를 조사하도록 설치된다. 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈은, 발광점을 일치시킬 때, 서로 평행하거나 서로 예각을 이루며 미러 블럭(20)의 표면상의 적어도 어느 하나의 미러를 향해 레이저 광을 방출하도록 설치된다.

제1 또는 제2 레이저 모듈은 펄스 레이저빔을 방출하는 적어도 하나 이상의 레이저 다이오드와 적어도 하나 이상의 복수의 포토 다이오드를 구비한다. 여기서, 레이저 다이오드는 레이서 송신모듈에 대응하고, 포토 다이오드는 레이저 수신모듈에 대응한다.

미러 블럭(20)은 미러 블럭 몸체의 외측면 표면에 방사 방향으로 배치되는 복수의 미러들(21a 내지 21h)을 구비한다. 복수의 미러들(21a 내지 21h)은 제1 레이저 모듈 및 제2 레이저 모듈의 전면 상에서 제1 레이저 모듈의 제1 레이저빔과 제2 레이저 모듈의 제2 레이저빔을 반사하여 신호 송출과 신호 수신을 위한 레이저빔의 반사를 담당한다. 복수의 미러들(21a 내지 21h) 각각은 다각형 기둥 형태의 미러 블럭(20)의 측면들의 각 표면상에 부착되거나 코팅된 구조로 배치될 수 있다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이 복수의 미러들(21)이 어느 하나의 미러 예컨대 제1 미러(21a)에서 반시계 방향으로 기재된 순서대로 순차적으로 배치되는 제2 내지 제8 미러(21b 내지 21h)를 구비한다고 할 때, 제1 내지 제8 미러들 각각은 사각 평판 형태를 구비하고, 수평선과 직교하며 제1 내지 제8 미러들 각각을 관통하는 수직 방향에 대하여 상기 제1 내지 제8 미러들 각각의 반사면이 서로 다른 경사각을 가지며, 상기 제1 미러에서 제8 미러까지의 각 반사면의 경사각들이 회전유닛에 의한 미러 블럭의 회전축을 중심으로 하는 반시계 방향으로 단계적으로 작아지거나 커지도록 배치된다. 이러한 구성에서 제1 내지 제8 미러들의 배치는 반시계 방향으로 한정되지 않고, 시계 방향으로 배치될 수 있음은 물론이다.

또한, 미러 블럭(20)은 사각 평판 형태의 8개 미러들을 구비하는 것으로 한정되지 않고, 5각 기둥 형태나 20각 기둥 형태 등과 같은 다각형 기둥 형태의 각 외부 측면의 평평한 표면에 부착되는 복수의 미러들을 구비할 수 있다.

위의 설명에서, 복수의 미러들(21a 내지 21h)이 설치되는 미러 블럭(20)은 다각 기둥 형태로 다각형 미러 블럭으로 지칭될 수 있다. 이러한 미러 블럭(20)은 그 내부 중공부를 구비하고, 내부 중공부에 삽입되어 나사, 너트, 볼트 등의 체결수단에 의해 결합되는 회전유닛(40)에 의해 회전하도록 설치된다. 전술한 구성에 의하면, 단일 모터 등의 회전유닛(40)을 통해 미러 블럭(20)을 회전하는 것만으로 간단하게 라이다 광학 장치를 구성할 수 있으므로 장치의 부품을 줄이고 구조를 단순화할 수 있다.

미러 블럭(20)의 복수의 미러들(21a 내지 21h)은 미러 블럭 몸체의 외주면의 종단면에 대응하는 원에 내접하거나 외접하도록 배치되는 5개 이상 내지 20개 이하의 미러들을 구비할 수 있으며, 8개 내지 12개의 미러들을 구비하는 것이 바람직하다.

제1 미러들(21)이나 제2 미러들(22) 중 적어도 하나는 평면, 곡면 또는 비구면 형태를 가질 수 있다. 제1 미러들(21) 및 제2 미러들(22)의 반사면의 형태에 따라 레이저 모듈들의 배치나 레이저 광의 발광 각도가 조절될 수 있다.

전술한 미러 블럭(20)의 복수의 미러들(21a 내지 21h)의 수직 경사각을 예시하면 다음의 표 1과 같다.

제1미러No	21a	21b	21c	21d	21e	21f	21g	21h
경사각(")	1.2	1.525	1.85	2.175	2.5	2.825	3.15	3.475

회전유닛(40)은 도 5 내지 7에 도시한 바와 같이 하부케이스(130)의 바닥 플레이트 상에 중첩되는 지지판과 지지판상에서 수직 상부로 연장하는 모터지지부(31)를 구비한다. 모터지지부(31)는 미러 블럭(20)의 내부 중공부에서 모터 등의 회동유닛 혹은 회전유닛(40)을 안착시켜 지지하도록 구성된다.

회전유닛(40)의 상부에 돌출되는 회전축(42)은 미러 블럭(20)의 상부 중심부를 관통하도록 배치된다. 이때, 모터지지부(31)의 일부는 회전유닛(40)을 포위하여 지지하며 미러 블럭(20) 상부 내측까지 연장되고, 체결 수단(50)에 의해 미러 유닛(20)과 밀착 고정된다. 이러한 구성에 의하면, 미러 블럭(20)은 회전유닛(40)의 회전축(42)에 결합하여 실질적인 요동없이 안정적으로 회전 운동할 수 있게 된다.

한편, 도 7에 도시한 바와 같이 미러 블럭(20)에서 복수의 미러들 중 어느 하나의 미러(제1 미러; 21a)의 제1 경사각(B°)은 복수의 미러들 중 다른 하나의 미러(제 5 미러; 21e)의 제5 경사각(C°)보다 작고, 상기 두 미러들(21a, 21e) 사이의 미러들(21b, 21c, 21d)의 제2 내지 제4 경사각들은 제1 경사각과 제5 경사각 사이에서 점진적으로 혹은 단계적으로 커질 수 있다.

또한, 전술한 미러 블럭(20)의 구성에 더하여, 본 발명의 라이다 장치(100)는 레이저 모듈 어셈블리(10)가 미러 블럭(20)을 포함하는 라이다 광학 장치로 레이저빔을 전송하는 제1 및 제2 레이저 발신모듈들과 라이다 광학 장치에서 반사되어 오는 레이저빔을 수신하는 제1 및 제2 레이저 수신모듈들을 구비하도록 구성함으로써, 스캔 범위를 확장하거나 스캔 속도를 향상시킬 수 있다.

여기서, 제1 및 제2 레이저 발신모듈들은 미러 블럭에 탑재되는 복수의 미러들 중 어느 하나의 미러 상에서, 및 수평선과 직교하는 수직 라인을 포함하는 평면이 상기 어느 하나의 미러의 반사면과 교차하는 경우에 형성되는 직선 라인 상에서 상하 방향으로 일정 간격 서로 이격되는 레이저빔들을 조사하도록 설치될 수 있다.

본 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 도 8에 도시한 바와 같이 레이저 모듈 어셈블리(10)와 미러 블록(20)을 사용하여 간단하게 레이저의 발신 및 수신을 수행하여 장치 주변의 물체를 인식하거나 물체와의 거리를 측정할 수 있다. 이때, 미러 블럭(20)만 회전하게 되므로 장치 내에서 회전 구동하는 부품을 최소화할 수 있고, 특히 미러 블럭(20)을 플라스틱 미러 블럭 몸체의 다각형 기둥 블럭 몸체의 측면측 외표면에 미러들을 그것들의 경사각이 조금씩 변경되도록 형성하는 설계만으로 간단히 제조할 수 있으므로, 장치 전체적으로 구조를 단순화하여 장치의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

더욱이 본 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 도 9 및 10에 도시한 바와 같이 레이저 모듈 어셈블리(10) 내 제1 레이저 모듈(10a)과 제2 레이저 모듈(10b)의 레이저빔 방출 각도를 동일하게 하거나 적어도 어느 하나의 레이저 모듈을 약간 회전시켜 예각 범위에서 레이저빔 방출 각도를 갖도록 설치될 수 있다. 이때, 각 레이저 모듈(10a; 10b)은 액추에이터(14)의 길이가 길어지거나 짧아지는 직선 운동에 대하여 회전중심지지부(13)를 중심으로 약간 회동하도록 설치될 수 있다. 액추에이터(14)는 소정의 바(bar)를 직선 운동시킬 수 있는 압전소자, 유압유닛, 공압유닛, 기어구조 등이 사용될 수 있다. 물론, 레이저 모듈은 전술한 회동 구조 외에 회전중심부에 모터를 직접 설치하는 것이 가능하나, 그 경우 모터의 개수가 증가하여 구조가 복잡해지고 비용이 증가할 수 있다.

한편, 전술한 라이다 장치는 도 10에 도시한 바와 같이 미러 블럭(20)의 각 미러에 수직 방향 또는 상하 방향에서 서로 다른 영역들(Sa, Sb, Sc, Sd)에 동시에 레이저빔을 조사하는 복수의 레이저 수신 모듈들을 구비할 수 있다.

또한, 본 발명의 라이다 장치는 제1 레이저 모듈(10a)와 제2 레이저 모듈(10b) 및 복수의 미러들(21a 내지 21h)에 의해 도 11에 도시한 바와 같은 스캔 영역을 구비할 수 있다. 그 경우, 제1 레이저 모듈(10a)은 미러들을 통해 제1 스캔 영역(Sa)을 스캔하고, 제1 레이저 모듈(10a)이 일정 각도 회동된 후에 다시 미러들을 통해 제3 스캔 영역(Sc)을 스캔하도록 동작할 수 있다.

이와 유사하게, 제2 레이저 모듈(10b)은 도 11에 도시한 바와 같이 미러들을 통해 제2 스캔 영역(Sb)을 스캔하고, 제2 레이저 모듈(10b)이 일정 각도 회동된 후에 다시 미러들을 통해 제4 스캔 영역(Sd)을 스캔하도록 동작할 수 있다. 그 경우, 제1 레이저 모듈(10a)와 제2 레이저 모듈(10b)의 회동 방향은 서로 반대 방향(예컨대, 시계 방향과 시계 반대 방향)일 수 있다.

각 스캔 영역에서 8개의 라인들 각각(이하 간략히 주사선이라 함)은 미러 블럭의 수평 방향에서 미러 블럭의 외표면에 구비되는 8개의 미러들에 의해 형성된다. 물론, 미러 블럭에 서로 다른 경사각을 가지는 미러들의 개수를 증가시키면, 수직 방향의 주사선 개수를 증가시킬 수 있다(도 10 및 도 11 참조). 또한, 레이저 발신모듈의 발신 주기를 증가시키면 주사선 자체의 밀도 혹은 해상도를 높일 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 라이다 광학 장치(100)는 점진적으로 커지거나 작아지는 경사각을 가진 복수의 미러들을 구비한 미러 블록(20)을 회전시켜 레이저의 반사 각도를 변경하여 하나의 수평 라인에 해당하는 주사선 상에서 레이저빔의 발신 및 수신을 수행하면서 서로 다른 레이저빔 방출 위치나 레이저빔 방출 각도를 가진 다수의 레이저 발신모듈을 이용함으로써 스캐닝의 각도 및 분해능을 변화시킬 수 있고 원하는 해상도를 얻을 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 제1 내지 제4 스캔 영역들이 동일한 해상도를 가지는 것으로 설명하였지만, 본 발명을 그러한 구성으로 한정되지 않고, 적어도 어느 하나 이상의 스캔 영역의 해상도가 다른 스캔 영역의 해상도와 다르게 구현될 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시한 바와 같이, 제3 스캔 영역(Sc)의 해상도(S2)는 제1 스캔 영역(Sa)의 해상도(S1)와 상이하다. 이러한 구성은 제3 스캔 영역(Sc)의 스캐닝 동작시에 해당 레이저 발신모듈의 레이저빔 발신 주기를 제1 스캔 영역(Sa)의 스캐닝 동작시의 레이저빔 발신 주기와 다르게 구성하고 동작제어함으로써 구현될 수 있다.

또 한편으로, 전술한 실시예에서는 제어유닛에 대하여 특별히 언급하지 않았지만, 본 실시예에 따른 라이다 광학 장치 또는 이를 구비하는 라이다 장치(100)는 제어유닛을 더 구비할 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 모터 등의 회전유닛(40)의 온오프 동작이나 회전 속도를 제어하거나, 레이저 모듈 어셈블리(10)의 발신 및 수신 동작을 제어하고, 수신된 신호를 외부의 장치에 전달하도록 구현될 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 레이저 발신모듈의 레이저빔 발신 타이밍과 미러 블록(20)의 회전 위치를 미리 설정된 위치와 타이밍으로 동기화하여 제어 동작을 수행하도록 이루어진다.

전술한 제어유닛은 논리회로, 프로그래밍 로직 컨트롤러, 마이컴, 마이크로프로세서 등에서 선택되는 적어도 어느 하나의 장치로 구현될 수 있고, 통신모듈을 구비하거나 통신모듈에 결합할 수 있다. 통신모듈은 인트라넷, 인터넷, 차량 네트워크 등으로 통해 외부 장치와 통신하며, 레이저 스캐닝을 통해 감지한 타겟이나 타켓과의 거리 등과 관련된 신호 혹은 데이터를 외부 장치에 전송할 수 있다. 이러한 제어유닛은 레이저 모듈 어셈블리(10)의 케이스 내에 탑재될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 라이다 장치(100)는 전원 공급을 위한 배선이나 어댑터 또는 전원공급수단을 구비할 수 있다. 전원공급수단은 내부전원 또는 재충전 가능한 전원장치를 구비할 수 있고, 그 경우 라이다 장치는 착탈식 장치로 사용하도록 구현될 수 있다.

전술한 본 발명의 라이다 장치를 사용하면, 레이저 모듈에서 발신되는 레이저빔을 원하는 타겟 범위로 효과적으로 반사하여 방출할 수 있고, 외부에서 반사되어 오는 레이저빔을 효과적으로 수신하여 레이저빔에 의한 타겟 감지나 타겟 측정을 효과적으로 수행할 수 있다. 즉, 회전하는 미러 블럭은 미러 블럭 표면의 미러들을 통해 외부케이스 내측에서 윈도우를 통해 방출되는 레이저빔의 입사각과 반사각을 효과적으로 조정할 수 있도록 하며, 일정 각도 회동 운동하는 레이저 모듈들은 미러 블럭의 미러들의 서로 다른 영역을 이용하여 효과적으로 레이저 스캐닝 동작을 수행할 수 있게 된다.

전술한 구성에 의하면, 라이다 장치에서 레이저 모듈들과 미러 블럭과 회전유닛의 결합 구조에 의해 레이저빔의 반사 및 산란 각도를 효과적으로 제어하면서 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 전술한 실시예 외에 다양한 변형이 가능함은 당연하다. 본 발명의 라이다 장치는 일반적으로 차량에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 라이다 광학 장치와 이를 구비하는 라이다 장치는 차량뿐만 아니라 로봇, 선박, 헬기, 드론 등 이동이 가능한 이동체에 적용이 가능하고, 아울러 건물, 기둥, 탑 등의 이동이 제한된 고정체에도 제한 없이 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 레이저 광을 송신 및 수신하는 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar)의 광학 장치로서,
   레이저 송신모듈과 레이저 수신모듈을 구비한 레이저 모듈 어셈블리와 인접하게 배치되는 미러 블럭과, 상기 미러 블럭을 회전시키는 회전유닛을 포함하며,
   상기 미러 블럭은 상기 레이저 송신모듈의 레이저빔을 제1 각도로 반사하는 제1 미러와, 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도로 반사하는 제2 미러와, 상기 제2 각도보다 큰 제3 각도로 반사하는 제3 미러와, 상기 제3 각도보다 큰 제4 각도로 반사하는 제4 미러와, 상기 제4 각도보다 큰 제5 각도로 반사하는 제5 미러와, 상기 제5 각도보다 큰 제6 각도로 반사하는 제6 미러와, 상기 제6 각도보다 큰 제7 각도로 반사하는 제7 미러와, 상기 제7 각도보다 큰 제8 각도로 반사하는 제8 미러를 구비하고, 상기 제1 내지 제8 미러들은 상기 미러 블럭의 8각형 기둥 형태의 8개의 외표면들 각각에 배치되는 라이다 광학 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 미러 블럭은 내부 중공부를 구비하는 8각형 기둥 형태를 구비하고, 상기 회전유닛은 상기 내부 중공부에 삽입되는, 라이다 광학 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 내지 제8 미러들은 사각판 형태를 구비하며, 상기 상기 제1 내지 제8 미러들은 반사판 형태로 상기 미러 블럭 몸체의 표면에 부착되거나, 상기 미러 블럭 몸체의 표면에 코팅되는, 라이다 광학 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 내지 제8 미러들은 사각 평판 형태를 구비하고, 수평선과 직교하며 상기 제1 내지 제8 미러들 각각을 관통하는 수직 방향에 대하여 상기 제1 내지 제8 미러들 각각의 반사면은 서로 다른 경사각을 가지며, 상기 제1 미러에서 상기 제8 미러까지의 각 반사면의 경사각들은 상기 회전유닛에 의한 상기 미러 블럭의 회전축을 중심으로 하는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 단계적으로 작아지거나 커지는, 라이다 광학 장치.
5. 레이저 광을 송신 및 수신하는 라이다(LIDAR: light detection and ranging radar)의 광학 장치로서,
   레이저 송신모듈과 레이저 수신모듈을 구비한 레이저 모듈 어셈블리와 인접하게 배치되는 미러 블럭; 및
   상기 미러 블럭을 회전시키는 회전유닛을 포함하며,
   상기 미러 블럭은 상기 레이저 송신모듈의 레이저빔을 서로 다른 각도들로 각각 반사하는 복수의 미러들을 구비하고, 상기 복수의 미러들은 다각형 기둥 형태의 미러 블럭의 복수의 측면들 상에 각각 배치되는 라이다 광학 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 회전유닛은 상기 미러 블럭의 내부 중공부에 삽입 배치되는 라이다 광학 장치.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 미러 블럭은 원에 내접 또는 외접하도록 배치되는 5개 이상 내지 20개 이하의 미러들을 구비하는 라이다 광학 장치.
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 라이다 광학 장치; 및
   상기 라이다 광학 장치로 레이저빔을 전송하는 제1 및 제2 레이저 발신모듈들과, 상기 라이다 광학 장치에서 반사되어 오는 레이저빔을 수신하는 제1 및 제2 레이저 수신모듈들을 구비한 레이저 모듈 어셈블리를 포함하며,
   상기 제1 및 제2 레이저 발신모듈들은 상기 라이다 광학 장치의 미러 블럭에 탑재되는 복수의 미러들 중 어느 하나의 미러 상에서, 및 수평선과 직교하는 수직 라인을 포함하는 평면이 상기 어느 하나의 미러의 반사면과 교차하는 경우에 형성되는 직선 라인 상에서 상하 방향으로 일정 간격 서로 이격되는 레이저빔들을 조사하는, 라이다 장치.

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