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KR102678771B1 - Lidar apparatus for uniform incidence angle of light incident on photodetector using receiving optical system and method for operating the same - Google Patents

Lidar apparatus for uniform incidence angle of light incident on photodetector using receiving optical system and method for operating the same Download PDF

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KR102678771B1
KR102678771B1 KR1020220013223A KR20220013223A KR102678771B1 KR 102678771 B1 KR102678771 B1 KR 102678771B1 KR 1020220013223 A KR1020220013223 A KR 1020220013223A KR 20220013223 A KR20220013223 A KR 20220013223A KR 102678771 B1 KR102678771 B1 KR 102678771B1
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light
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mirror
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mirror unit
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김덕래
박현우
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 제1 광을 방출하는 광원; 상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 광 검출기; 상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 스캐닝부; 및 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호처리부;를 포함하는 라이다 장치가 개시된다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 광축 조정 광학계를 이용하는 라이다 장치를 적용함으로써 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있고, 수 미터 이내의 근거리 범위도 측정할 수 있다.
According to various embodiments of the present invention, a light source emitting first light; a light detector that detects a second light, which is light reflected by an object located on the scan area, among the first lights; Receive the emitted first light and reflect it toward the scan area, receive the second light reflected from the object, control the angle at which the second light is incident on the photo detector to be constant, and control the second light to be constant. a scanning unit that transmits light toward the optical detector; and a signal processing unit that obtains distance information about the object using a detection result of the light detector.
According to various embodiments of the present invention, by applying a lidar device using an optical axis adjustment optical system, it is possible to scan a wide angular range without deteriorating performance, and can also measure a short-distance range within several meters.

Figure R1020220013223
Figure R1020220013223

Description

수신광학계를 이용하여 광 검출기에 입사되는 광의 입사각을 일정하게 하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법{LIDAR APPARATUS FOR UNIFORM INCIDENCE ANGLE OF LIGHT INCIDENT ON PHOTODETECTOR USING RECEIVING OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}LIDAR device and method of operating the same for maintaining the angle of incidence of light incident on the light detector using a receiving optical system

본 발명은 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a LiDAR device and a method of operating the same.

LIDAR(Light Detection and Ranging)는 피사체에 빛, 예를 들어 레이저를 조사한 후, 피사체로부터 반사된 빛을 분석하여 피사체의 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 활용하여 보다 정밀하게 피사체의 물성을 측정할 수 있다.LIDAR (Light Detection and Ranging) irradiates light, such as a laser, to an object and then analyzes the light reflected from the object to determine the physical properties of the object, such as distance, direction, speed, temperature, material distribution, and concentration characteristics. It is one of the remote sensing devices that can measure LIDAR can measure the physical properties of an object more precisely by utilizing the advantages of a laser that can generate pulse signals with high energy density and short period.

LIDAR는 특정 파장의 레이저 광원 또는 파장 가변이 가능한 레이저 광원을 광원으로 사용하여 3차원 영상 획득, 기상 관측, 피사체의 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 피사체까지의 거리 측정 등 카메라 기능을 보완하기 위한 수단으로 활용되고 있다.LIDAR uses a laser light source of a specific wavelength or a tunable laser light source as a light source and is used in various fields such as 3D image acquisition, weather observation, measuring the speed or distance of a subject, and autonomous driving. For example, LIDAR is mounted on aircraft and satellites and used for precise atmospheric analysis and observation of the global environment, and is mounted on spacecraft and exploration robots and is used as a means to supplement camera functions such as measuring the distance to a subject.

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.In addition, simple LiDAR sensor technologies are being commercialized on the ground for long-distance measurement and vehicle speed violation enforcement. Recently, it has been used as a laser scanner or 3D video camera and is being used in 3D reverse engineering and driverless cars.

대한민국 등록특허공보 제10-2299264호(2021.09.01.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2299264 (2021.09.01.) 대한민국 등록특허공보 제10-2263182호(2021.06.03.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2263182 (2021.06.03.)

본 발명이 이루고자 하는 목적은, 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있고, 수 미터 이내의 근거리 범위도 측정할 수 있는 라이다 장치를 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to provide a LiDAR device that can scan a wide angular range without deteriorating performance and can measure short-distance ranges of several meters.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other unspecified objects of the present invention can be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치에 있어서, 제1 광을 방출하는 광원; 상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 광 검출기; 상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 스캐닝부; 및 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호처리부;를 포함한다.In the LiDAR device according to an embodiment of the present invention for achieving the above-described object, there is provided a light source that emits first light; a light detector that detects a second light, which is light reflected by an object located on the scan area, among the first lights; Receive the emitted first light and reflect it toward the scan area, receive the second light reflected from the object, control the angle at which the second light is incident on the photo detector to be constant, and control the second light to be constant. a scanning unit that transmits light toward the optical detector; and a signal processing unit that obtains distance information about the object using the detection result of the light detector.

여기서, 상기 스캐닝부는, 상기 방출된 제1 광을 상기 대상체를 향해 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 반사하고, 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및 상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the scanning unit includes a reflection unit configured to reflect the emitted first light toward the object, reflect the second light reflected from the object toward the light detector, and adjust a scan area; and a driving unit connected to the reflector to drive the reflector.

여기서, 상기 반사부는, 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제2 미러부; 및 상기 제1 미러부의 기울임 각도를 이용하여 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 제3 미러부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the reflection unit includes: a first mirror unit that adjusts a vertical field of view (FOV) of the scan area; a second mirror unit that adjusts a horizontal field of view (FOV) of the scan area; and a third mirror unit that controls the angle at which the second light is incident on the photo detector to be constant using the tilt angle of the first mirror unit.

여기서, 상기 제1 미러부와 상기 제3 미러부는, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 거울이고, 상기 제2 미러부는, 폴리곤 거울인 것을 특징으로 한다.Here, the first mirror unit and the third mirror unit are MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors, and the second mirror unit is a polygon mirror.

여기서, 상기 신호처리부는, 상기 구동부를 이용하여 상기 MEMS 거울을 수직 방향으로 기울임 구동하고, 상기 폴리곤 거울을 수평 방향으로 회전 구동하는 방식으로 상기 스캔영역을 조절하는 것을 특징으로 한다.Here, the signal processing unit is characterized in that it adjusts the scan area by tilting and driving the MEMS mirror in the vertical direction and rotating the polygon mirror in the horizontal direction using the driving unit.

여기서, 상기 스캐닝부에서 획득되어 상기 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광 및 상기 대상체에서 반사되어 상기 스캐닝부에서 획득되는 제2 광을 투과시키기 위한 광학창(Optical window)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, it further comprises an optical window for transmitting the first light obtained from the scanning unit and reflected toward the scan area and the second light reflected from the object and obtained from the scanning unit. do.

여기서, 상기 광학창은, 상기 스캐닝부에서 획득되어 상기 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광 및 상기 대상체에서 반사되어 상기 스캐닝부에서 획득되는 제2 광을 투과시키는 윈도우부; 상기 윈도우부가 고정되기 위한 구조를 제공하는 프레임부; 및 상기 제1 광을 반사하도록 상기 프레임부에 고정되는 적어도 두 개의 광 반사거울;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the optical window includes a window unit that transmits first light obtained from the scanning unit and reflected toward the scan area and second light reflected from the object and obtained by the scanning unit; a frame portion providing a structure for fixing the window portion; and at least two light reflection mirrors fixed to the frame unit to reflect the first light.

여기서, 상기 제2 미러부는, 상기 제1 미러부로부터 반사된 제1 광을 상기 대상체를 향해 반사하고, 상기 대상체에 의해 반사된 제2 광을 상기 제3 미러부를 향해 반사하기 위한 적어도 세 개의 면을 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the second mirror unit has at least three surfaces for reflecting the first light reflected from the first mirror unit toward the object and reflecting the second light reflected by the object towards the third mirror unit. It is characterized by including.

여기서, 상기 적어도 두 개의 광 반사거울은, 상기 제2 미러부의 일면으로부터 반사된 제1 광을 반사하는 제1 반사면; 및 상기 제1 반사면으로부터 반사된 제1 광을 상기 제2 미러부의 타면으로 반사하는 제2 반사면;을 포함하고, 상기 제2 미러부의 타면은, 상기 제2 반사면으로부터 반사된 제1 광을 상기 제3 미러부를 향해 반사하는 것을 특징으로 한다.Here, the at least two light reflecting mirrors include: a first reflecting surface that reflects the first light reflected from one surface of the second mirror unit; and a second reflective surface that reflects the first light reflected from the first reflective surface to the other surface of the second mirror unit, wherein the other surface of the second mirror unit is configured to reflect the first light reflected from the second reflective surface. characterized in that it is reflected toward the third mirror unit.

여기서, 상기 적어도 두 개의 광 반사거울은, 상기 프레임부 좌측 가장자리에 위치하는 제1 반사거울; 및 상기 프레임부 우측 가장자리에 위치하는 제2 반사거울을 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 제2 미러부가 미리 결정된 제1 구동범위로 회전한 경우, 상기 제1 반사거울을 이용하여 상기 제3 미러부의 구동각도를 제어하고, 상기 제2 미러부가 미리 결정된 제2 구동범위로 회전한 경우, 상기 제2 반사거울을 이용하여 상기 제3 미러부의 구동각도를 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, the at least two light reflection mirrors include: a first reflection mirror located at the left edge of the frame unit; and a second reflection mirror located at a right edge of the frame, wherein the signal processing unit uses the first reflection mirror to change the third mirror when the second mirror rotates to a predetermined first driving range. The driving angle of the mirror is controlled, and when the second mirror rotates to a predetermined second driving range, the driving angle of the third mirror is controlled using the second reflection mirror.

여기서, 상기 신호처리부는, 상기 스캔영역 중에서 상기 제1 광이 상기 광학창의 중심부를 기준으로 일측에 해당하는 제1 스캔영역을 좌측으로 벗어나도록 조사된 경우, 상기 제1 반사거울을 이용하여 상기 제1 광이 상기 광 검출기에 입사되도록 하는 제3 미러부의 기울임 각도인 제1 각도를 획득하고, 상기 스캔영역 중에서 상기 제1 광이 상기 광학창의 중심부를 기준으로 상기 일측의 반대인 타측에 해당하는 제2 스캔영역을 우측으로 벗어나도록 조사된 경우, 상기 제2 반사거울을 이용하여 상기 제1 광이 상기 광 검출기에 입사되도록 하는 제3 미러부의 기울임 각도인 제2 각도를 획득하고, 상기 제3 미러부가 상기 제1 각도와 상기 제2 각도 사이 범위 내에서 기울임 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, when the first light in the scan area deviates from the first scan area corresponding to one side to the left based on the center of the optical window, the signal processing unit uses the first reflection mirror to 1 A first angle, which is a tilt angle of the third mirror unit that causes light to be incident on the optical detector, is obtained, and the first light is transmitted to the second side corresponding to the other side opposite to the one side based on the center of the optical window in the scan area. 2 When the irradiation deviates from the scan area to the right, a second angle, which is a tilt angle of the third mirror unit, is obtained using the second reflection mirror to allow the first light to be incident on the photo detector, and the third mirror It is characterized in that the control unit is tilted and driven within a range between the first angle and the second angle.

여기서, 상기 스캐닝부는, 상기 광원으로부터 입사된 상기 제1 광이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재; 및 상기 제2 광을 집광시켜 상기 광 검출기로 입사시키는 수신 부재;를 포함하고, 상기 광 검출기는, InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the scanning unit includes a transmitting member that adjusts the first light incident from the light source to become parallel light; and a receiving member that condenses the second light and makes it incident on the photodetector, wherein the photodetector is comprised of an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 광원, 광 검출기, 스캐닝부 및 신호처리부를 포함하는 라이다 장치에서 수행되는 라이다 장치 운용 방법에 있어서, 광원, 광 검출기, 스캐닝부 및 신호처리부를 포함하는 라이다 장치에서 수행되는 라이다 장치 운용 방법은, 상기 광원이, 제1 광을 방출하는 단계; 상기 스캐닝부가, 상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 단계; 상기 광 검출기가, 상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 단계; 및 상기 신호처리부가, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함한다.In a method of operating a LiDAR device performed in a LiDAR device including a light source, a light detector, a scanning unit, and a signal processing unit according to an embodiment of the present invention to achieve the above-described object, the light source, a light detector, a scanning unit, and A LiDAR device operating method performed in a LiDAR device including a signal processing unit includes the steps of the light source emitting first light; The scanning unit receives the emitted first light and reflects it toward the scan area, receives the second light reflected from the object, and controls the angle at which the second light is incident on the photo detector to be constant. , transmitting the second light toward the light detector; detecting, by the light detector, a second light that is light reflected by an object located on a scan area among the first lights; and obtaining, by the signal processing unit, distance information about the object using the detection result of the light detector.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광축 조정 광학계를 이용하는 라이다 장치를 적용함으로써 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있고, 수 미터 이내의 근거리 범위도 측정할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, by applying a lidar device using an optical axis adjustment optical system, a wide angular range can be scanned without performance degradation, and a short-distance range within several meters can also be measured. .

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned here, the effects described in the following specification and their potential effects expected by the technical features of the present invention are treated as if described in the specification of the present invention.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치를 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치의 광학창을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치의 제2 미러부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학창의 반사거울을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치가 제2 미러부의 구동각도에 대응하여 제1 반사거울을 이용하거나 제2 반사거울을 이용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치가 대상체의 정보를 획득하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
1 to 2 are diagrams for explaining a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.
3 to 4 are diagrams for explaining in detail a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining an optical window of a lidar device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the second mirror unit of the lidar device according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram for explaining a reflection mirror of an optical window according to an embodiment of the present invention.
Figures 8 and 9 are diagrams for explaining that the lidar device according to an embodiment of the present invention uses the first or second reflection mirror in response to the driving angle of the second mirror unit.
Figure 10 is a diagram for explaining how a LiDAR device acquires information on an object according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a diagram for explaining the operation process of a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 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 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely intended to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

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. 본 출원에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 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. 제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. The singular terms include plural expressions, unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “have,” “may have,” “includes,” or “may include” refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is intended to specify the existence, but should be understood as not excluding in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Terms containing ordinal numbers, such as second, first, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms.

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 above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In this specification, identification codes (e.g., a, b, c, etc.) for each step are used for convenience of explanation. The identification codes do not describe the order of each step, and each step is clearly understood in the context. Unless a specific order is specified, it may occur differently from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the opposite order.

또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있으며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.Additionally, the term '~unit' used in this specification may mean software or hardware components such as FPGA (field-programmable gate array) or ASIC, and the '~unit' performs certain roles. However, '~part' is not limited to software or hardware. The '~ part' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Therefore, as an example, '~ part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data structures, and variables. The functions provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 라이다 장치의 다양한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the LiDAR device according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 명세서에 기재된 실시 예들은 로봇 및 무인자동차의 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑 장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용될 수 있다.The embodiments described in this specification can be widely applied in various fields such as sensors for detecting obstacles in robots and unmanned vehicles, radar guns for speed measurement, aerial geo-mapping devices, 3D ground surveys, and underwater scanning.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 to 2 are diagrams for explaining a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 라이다 장치(10)는 광원(100), 스캐닝부(200), 광 검출기(300) 및 신호처리부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the LIDAR device 10 may include a light source 100, a scanning unit 200, a light detector 300, and a signal processing unit 400.

광원(100)은 광을 방출하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 광원(100)은 적외선 영역의 광을 방출할 수 있다. 적외선 영역의 광을 사용하면 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 반드시 적외선 영역에 한정되는 것은 아니며 광원(100)은 다양한 파장 영역의 광을 방출 할 수 있다. 이러한 경우 혼합된 자연광의 정보를 제거하기 위한 보정이 요구될 수도 있다.The light source 100 may be a device that emits light. For example, the light source 100 may emit light in the infrared region. Using light in the infrared range can prevent it from mixing with natural light in the visible range, including sunlight. However, it is not necessarily limited to the infrared region, and the light source 100 can emit light in various wavelength regions. In these cases, correction to remove information from mixed natural light may be required.

광원(100)은 제1 광(L1)을 방출할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광원(100)은 광섬유 레이저일 수 있다. 광섬유 레이저는 1.5 내지 1.7um 대역의 레이저 파장, kW급의 첨두 파워(peak power), MHz급의 레이저 펄스 반복률의 성능을 갖도록 구현될 수 있다.The light source 100 may emit first light L1. According to one embodiment of the present invention, the light source 100 may be a fiber laser. A fiber laser can be implemented to have a laser wavelength in the 1.5 to 1.7 um band, kW peak power, and MHz laser pulse repetition rate.

스캐닝부(200)는 방출된 제1 광(L1)을 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 대상체(20)에서 반사된 제2 광(L2)을 수신하고, 제2 광(L2)이 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 제2 광(L2)을 광 검출기(300)를 향해 송신할 수 있다.The scanning unit 200 receives the emitted first light (L1) and reflects it toward the scan area, receives the second light (L2) reflected from the object 20, and the second light (L2) is transmitted to the light detector. The incident angle can be controlled to be constant, and the second light L2 can be transmitted toward the light detector 300.

제2 광(L2)이 광 검출기(300)에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 것은 제2 광(L2)이 광 검출기(300)에 입사되는 광경로가 일정하도록 제어하는 것일 수 있다.Controlling the angle at which the second light L2 is incident on the photo detector 300 to be constant may mean controlling the optical path through which the second light L2 is incident on the photo detector 300 to be constant.

스캐닝부(200)에 대해서는 도 3 내지 도 4에서 보다 상세하게 설명한다.The scanning unit 200 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4 .

광 검출기(300)는 제1 광(L1) 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)에 의해 반사(또는 산란)된 광인 제2 광(L2)을 검출할 수 있다.The light detector 300 may detect the second light L2, which is light reflected (or scattered) by the object 20 located on the scan area, among the first light L1.

광 검출기(300)는 제1 광(L1) 중 대상체(20)에서 반사 또는 산란된 제2 광(L2)을 전기 신호, 예를 들어 전류로 변환할 수 있다. 광원(100)에서 방출된 제1 광(L1)은 대상체(20)에 조사되고, 대상체(20)에 의해 반사 또는 산란될 수 있다. 제1 광(L1) 중 대상체(20)에 의해 반사 또는 산란된 광을 제2 광(L2)이라고 한다. 제1 광(L1)과 제2 광(L2)은 파장이 실질적으로 동일하고 세기가 다를 수 있다.The light detector 300 may convert the second light L2 reflected or scattered from the object 20 among the first light L1 into an electrical signal, for example, a current. The first light L1 emitted from the light source 100 is irradiated to the object 20 and may be reflected or scattered by the object 20 . Among the first light L1, the light reflected or scattered by the object 20 is called the second light L2. The first light L1 and the second light L2 may have substantially the same wavelength and different intensities.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광 검출기(300)는 단소자 광 검출기일 수 있다. 단소자 광 검출기는 광섬유로 연결되어 있다. 후술될 수신부재(230)에서 집속된 레이저 스팟은 광섬유에 집속되고, 광섬유는 레이저 빔을 단소자 광 검출기에 전달할 수 있다. 여기서, 단소자 광 검출기는 InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the photodetector 300 may be a single-element photodetector. Single-element photodetectors are connected by optical fibers. The laser spot focused on the receiving member 230, which will be described later, is focused on an optical fiber, and the optical fiber can transmit the laser beam to a single-element photo detector. Here, the single-element photo detector may be an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.

광 검출기(300)는 출력된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로 및 전압의 진폭을 증폭시키는 증폭기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이외에도 광 검출기(300)는 특정 주파수의 전기 신호를 필터링하는 필터, 예를 들어, 하이패스 필터를 더 포함할 수 있다.The photo detector 300 may further include a current-voltage conversion circuit that converts the output current into voltage and an amplifier (not shown) that amplifies the amplitude of the voltage. In addition, the photo detector 300 may further include a filter that filters an electrical signal of a specific frequency, for example, a high-pass filter.

광섬유 연결 단소자 광 검출기는 일반적인 라이다에 사용되는 어레이형 광 검출기보다 감응도와 응답속도가 높아 고속으로 레이저 신호를 수신할 수 있기 때문에 일반적인 라이다보다 3차원 영상정보의 해상도를 향상 시킬 수 있다.The optical fiber-connected single-element photodetector has higher sensitivity and response speed than the array-type photodetector used in general LiDAR, and can receive laser signals at high speed, thereby improving the resolution of 3D image information compared to general LiDAR.

신호처리부(400)는 광 검출기(300)의 검출 결과를 이용하여 대상체(20)에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다. 신호처리부(400)는 검출한 제2 광(L2)에 기초하여 라이다 장치(10)로부터 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)까지의 거리를 판단할 수 있다. 신호처리부(400)는 광원(100)의 광 방출 시간과 광 검출기(300)의 광 검출 시간을 기초로 대상체(20)의 거리를 산출할 수 있다.The signal processing unit 400 may obtain distance information about the object 20 using the detection result of the light detector 300. The signal processing unit 400 may determine the distance from the LIDAR device 10 to the object 20 located on the scan area based on the detected second light L2. The signal processing unit 400 may calculate the distance to the object 20 based on the light emission time of the light source 100 and the light detection time of the light detector 300.

또한, 신호처리부(400)는 광원(100), 스캐닝부(200), 광 검출기(300) 등 라이다 장치(10)의 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다.Additionally, the signal processing unit 400 can control the operation of each component of the LiDAR device 10, such as the light source 100, the scanning unit 200, and the light detector 300.

보다 상세하게는, 신호처리부(400)는 광원(100)의 출력 및 펄스반복률을 제어할 수 있고, 후술될 제1 반사부(241)와 제2 반사부(242)의 회전 각도를 제어할 수 있다. 신호처리부(400)는 제2 광(L2)을 수신하여 3차원 좌표에 대한 대상체(20)의 거리 정보를 계산할 수 있다.More specifically, the signal processing unit 400 can control the output and pulse repetition rate of the light source 100 and the rotation angle of the first reflector 241 and the second reflector 242, which will be described later. there is. The signal processing unit 400 may receive the second light L2 and calculate distance information of the object 20 with respect to three-dimensional coordinates.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신호처리부(400)는 임계치와 가중치에 기초하여 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 may adjust the signal intensity of the first light L1 based on a threshold and a weight.

보다 상세하게는, 신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제1 임계치보다 낮은 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제1 가중치(예를 들어, 1.3)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.More specifically, when the signal intensity of the second light (L2) received by the photodetector 300 is lower than the first threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light (L1) and the first The signal intensity of the first light L1 emitted by the light source 100 may be adjusted to have a signal intensity equal to a value multiplied by a weight (eg, 1.3).

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제1 임계치 보다 크고, 제2 임계치보다는 작은 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제2 가중치(예를 들어, 1.1)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light L2 received by the photo detector 300 is greater than the first threshold and less than the second threshold, the signal processing unit 400 combines the signal intensity of the transmitted first light L1 with the second threshold. The signal intensity of the first light L1 emitted by the light source 100 may be adjusted to have a signal intensity equal to a value multiplied by 2 weights (for example, 1.1).

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제2 임계치보다 큰 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제3 가중치(예를 들어, 0.8)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light L2 received by the photo detector 300 is greater than the second threshold, the signal processing unit 400 controls the signal intensity of the transmitted first light L1 and a third weight (for example, , 0.8), the signal intensity of the first light L1 emitted by the light source 100 can be adjusted to have a signal intensity equal to the value multiplied by , 0.8).

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제1 임계치와 같은 값을 가지게 되는 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제1 가중치(예를 들어, 1.3)와 제2 가중치(예를 들어, 1.1)의 평균값(상기 예시의 경우, 1.2)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light (L2) received by the light detector 300 has the same value as the first threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light (L1) and the first weight. The first light (e.g., 1.3) emitted by the light source 100 to have a signal intensity equal to the product of the average value (in the above example, 1.2) of the second weight (e.g., 1.1) The signal strength of L1) can be adjusted.

신호처리부(400)는 광 검출기(300)가 수신한 제2 광(L2)의 신호 세기가 제2 임계치와 같은 값을 가지게 되는 경우, 송신한 제1 광(L1)의 신호 세기와 제2 가중치(예를 들어, 1.1)와 제3 가중치(예를 들어, 0.8)와 의 평균값(상기 예시의 경우, 0.95)를 곱한 값만큼의 신호세기를 가지도록 광원(100)에 의하여 방출되는 제1 광(L1)의 신호 세기를 조정할 수 있다.When the signal intensity of the second light (L2) received by the light detector 300 has the same value as the second threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light (L1) and the second weight. The first light emitted by the light source 100 to have a signal intensity equal to the product of (e.g., 1.1), the third weight (e.g., 0.8), and the average value (in the above example, 0.95) You can adjust the signal strength of (L1).

라이다 시스템은 넓은 스캔 각도와 높은 분해능을 목표로 개발되고 있으나, 스캔 각도가 광각으로 넓어짐에 따라 수신부의 광학계 구성 및 레이저 검출기 성능에 의해 3차원 영상정보 측정거리 및 공간 분해능과 같은 라이다 시스템 성능이 저하된다.LiDAR systems are being developed with the goal of wide scanning angles and high resolution. However, as the scanning angle widens, the optical system configuration of the receiver and the performance of the laser detector improve the performance of the LiDAR system, such as 3D image information measurement distance and spatial resolution. This is degraded.

기존 라이다 시스템은 넓은 스캔 각도를 수광하기 위하여 어레이 검출기를 사용하거나, 회전을 통하여 표적의 반사광을 수광한다. 그러나, 어레이 검출기는 단소자 검출기보다 응답시간이 길어서 측정거리가 짧아지고, 각도 분해능이 저하되는 단점을 가지고 있다.Existing LIDAR systems use an array detector to receive light at a wide scan angle, or receive reflected light from a target through rotation. However, array detectors have the disadvantage of having a longer response time than single element detectors, which shortens the measurement distance and reduces angular resolution.

또한, 송신부와 수신부가 분리되어 있을 경우 송신 레이저 빔과 수신광학계의 FOV(field of view)가 겹쳐지지 않는 영역은 표적 거리를 측정할 수 없고, 1 미터 이내의 근거리는 측정이 불가능하다는 문제점이 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 수신광학계를 이용하여 광 검출기(300)에 입사되는 광의 입사각을 일정하게 하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 제안한다.In addition, when the transmitter and receiver are separated, there is a problem in that the target distance cannot be measured in an area where the FOV (field of view) of the transmit laser beam and the receiving optical system do not overlap, and short distances of less than 1 meter cannot be measured. . In order to compensate for these shortcomings, we propose a LIDAR device and a method of operating the same that maintains a constant angle of incidence of light incident on the light detector 300 using a receiving optical system.

도 1 내지 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시 예에서 라이다 장치(10)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.Not all blocks shown in FIGS. 1 and 2 are essential components, and in other embodiments, some blocks connected to the LIDAR device 10 may be added, changed, or deleted.

도 2에서는 스캐닝부(200)와 대상체(20) 사이에 제1 광(L1)의 경로와 제2 광(L2)의 경로가 일치하는 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In FIG. 2 , the path of the first light L1 and the path of the second light L2 are shown to coincide between the scanning unit 200 and the object 20, but this is not necessarily limited.

도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치를 자세히 설명하기 위한 도면이다.3 to 4 are diagrams for explaining in detail a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 라이다 장치(10)는 광학창(500) 및 디스플레이부(700)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4 , the LIDAR device 10 may further include an optical window 500 and a display unit 700.

또한, 스캐닝부(200)는 송신부재(210), 수신부재(230), 반사부(240) 및 구동부(250)를 포함할 수 있다.Additionally, the scanning unit 200 may include a transmitting member 210, a receiving member 230, a reflecting unit 240, and a driving unit 250.

스캐닝부(200)는 광원(100)으로부터 입사된 제1 광(L1)이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재(210)를 포함할 수 있다. 송신부재(210)는 광원(100)의 빔전송 광섬유에서 출력되는 제1 광(L1)이 평행광이 되도록 광학렌즈로 형성될 수 있다.The scanning unit 200 may include a transmission member 210 that adjusts the first light L1 incident from the light source 100 to become parallel light. The transmission member 210 may be formed as an optical lens so that the first light L1 output from the beam transmission optical fiber of the light source 100 becomes parallel light.

스캐닝부(200)는 광축 조정부(220)의 반사면으로부터 반사된 제2 광(L2)을 집광시켜 광 검출기(300)로 입사시키는 수신 부재(230)을 포함할 수 있다. 수신 부재(230)는 대상체(20)에서 반사되는 제2 광(L2)을 집속하여 광 검출기(300)에 전달되도록 광학렌즈로 형성될 수 있다.The scanning unit 200 may include a receiving member 230 that condenses the second light L2 reflected from the reflective surface of the optical axis adjusting unit 220 and makes it incident on the light detector 300 . The receiving member 230 may be formed as an optical lens to focus the second light L2 reflected from the object 20 and transmit it to the light detector 300.

스캐닝부(200)는 방출된 제1 광(L1)을 대상체(20)를 향해 반사하고, 대상체(20)로부터 반사된 제2 광(L2)을 광 검출기(300)를 향해 반사하고, 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부(240)를 포함할 수 있다.The scanning unit 200 reflects the emitted first light L1 toward the object 20, reflects the second light L2 reflected from the object 20 toward the light detector 300, and scans the scan area. It may include a reflector 240 configured to adjust .

스캐닝부(200)는 반사부(240)와 연결되어 반사부(240)를 구동시키는 구동부(250)를 포함할 수 있다.The scanning unit 200 may include a driving unit 250 that is connected to the reflecting unit 240 and drives the reflecting unit 240.

반사부(240)는 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부(241), 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제2 미러부(242) 및 제1 미러부(241)의 기울임 각도를 이용하여 제2 광(L2)이 광 검출기(300)에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 제3 미러부(243)를 포함할 수 있다.The reflection unit 240 includes a first mirror unit 241 that adjusts the vertical field of view (FOV) of the scan area, and a second mirror unit 242 that adjusts the horizontal field of view (FOV) of the scan area. ) and a third mirror unit 243 that controls the angle at which the second light L2 is incident on the light detector 300 to be constant using the tilt angle of the first mirror unit 241.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신호처리부(400)는 제3 미러부(243)의 기울임 각도가 제1 미러부(241)의 기울임 각도와 동일하도록 구동부(250)를 제어하여 제3 미러부(243)의 기울임 각도를 조정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 controls the driving unit 250 so that the tilt angle of the third mirror unit 243 is the same as the tilt angle of the first mirror unit 241, thereby The tilt angle of (243) can be adjusted.

예를 들어, 신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 기울임 각도가 25도 인 경우, 제3 미러부(243)의 기울임 각도도 25도가 되도록 구동부(250)를 제어하여 제3 미러부(243)의 기울임 각도를 조정할 수 있다. 이 경우, 제1 미러부(241)와 제3 미러부(243)가 기울임 구동하는 방향은 기울임 각도의 크기와 별개로, 도 4에 도시된 바와 같이 서로 마주보는 방향일 수 있다.For example, when the tilt angle of the first mirror unit 241 is 25 degrees, the signal processing unit 400 controls the drive unit 250 so that the tilt angle of the third mirror unit 243 is also 25 degrees to turn the third mirror unit 241 on to 25 degrees. The tilt angle of the unit 243 can be adjusted. In this case, the direction in which the first mirror unit 241 and the third mirror unit 243 are tilted may be opposite to each other as shown in FIG. 4, regardless of the size of the tilt angle.

이러한 방식을 통하여 광 검출기(300)에 입사되는 제2 광(L2)의 각도가 일정하게 유지되어 단소자 광 검출기를 광 검출기(300)로 사용할 수 있다.Through this method, the angle of the second light L2 incident on the photodetector 300 is maintained constant, so that a single-element photodetector can be used as the photodetector 300.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 미러부(241) 및 제3 미러부(243)는 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)거울일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first mirror unit 241 and the third mirror unit 243 may be MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors.

종래의 라이다 광학계는 기계적인 회전을 통하여 레이저를 송수신하여 넓은 영역을 스캔할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 기계적인 내구성에 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 MEMS 거울을 이용하여 기계적인 회전부를 해결할 수 있다.The conventional LiDAR optical system has the advantage of being able to scan a wide area by transmitting and receiving lasers through mechanical rotation, but has problems with mechanical durability. To solve this problem, a mechanical rotating part can be solved using a MEMS mirror.

MEMS 거울은 수직 방향으로 기울임 (tilt) 구동을 하여 수직 FOV (Field of View)를 스캔하며, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 거울의 구동 각도에 따라 라이다 장치(10)의 스캔 각도 범위가 결정될 수 있다.The MEMS mirror scans the vertical FOV (Field of View) by tilting in the vertical direction, and the scan angle range of the LiDAR device 10 can be determined depending on the driving angle of the MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror. there is.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 미러부(242)는 폴리곤 거울일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second mirror unit 242 may be a polygon mirror.

폴리곤 거울은 수평 방향으로 회전 구동하여 수평 FOV (Field of View)를 스캔하며, 폴리곤 거울의 형태는 도 4에 도시한 형태로 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 폴리곤 거울의 거울 면 개수에 따라 라이다 장치(10)의 스캔 각도 범위가 결정될 수 있다.The polygon mirror rotates in the horizontal direction to scan a horizontal FOV (Field of View). The shape of the polygon mirror is not limited to the shape shown in Figure 4 and can be implemented in various forms, depending on the number of mirror surfaces of the polygon mirror. Accordingly, the scan angle range of the LiDAR device 10 may be determined.

신호처리부(400)는 구동부(250)를 이용하여 MEMS 거울을 수직 방향으로 기울임 구동하고 폴리곤 거울을 수평 방향으로 회전 구동하는 방식으로 스캔영역을 조절할 수 있다.The signal processing unit 400 can adjust the scan area by using the driving unit 250 to tilt the MEMS mirror in the vertical direction and rotate the polygon mirror in the horizontal direction.

제1 미러부(241)는 기 설정된 수직 방향 회전(틸트 구동)을 수행하고, 제2 미러부(242)는 송신 광을 기 설정된 수평 방향 회전을 수행하여 송신 광(제1 광)을 대상체(20)로 송신한다. 송신 광은 소정의 스캔 영역 내에서 물결 모양 파형(예를 들어, 사인 파형)의 스캔 경로에 따라 송신될 수 있다.The first mirror unit 241 performs a preset vertical rotation (tilt drive), and the second mirror unit 242 performs a preset horizontal rotation of the transmission light to direct the transmission light (first light) to the object ( Send to 20). The transmitted light may be transmitted along a scan path of a wavy waveform (eg, a sinusoidal waveform) within a predetermined scan area.

여기서, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 스캔 경로를 형성하기 위하여 서로 동기화될 수 있다. 다시 말해, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 동기화를 통해 수평 방향 회전 및 수직 방향 회전에 대한 각도 및 속도를 맞추어 송신 빔의 스캔 경로를 형성할 수 있다. 여기서, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)의 수평 방향 회전 및 수직 방향 회전 각각에 대한 각도 및 속도의 설정에 따라 송신 빔의 스캔 경로는 진폭, 파장, 주기 등에 대한 크기가 변경될 수 있다.Here, the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 may be synchronized with each other to form a scan path. In other words, the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 can form a scan path of the transmission beam by matching the angles and speeds for horizontal rotation and vertical rotation through synchronization. Here, depending on the angle and speed settings for each of the horizontal and vertical rotations of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242, the scan path of the transmission beam has sizes in terms of amplitude, wavelength, period, etc. can be changed.

라이다 장치(10)는 스캐닝부(200)에서 획득되어 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광(L1) 및 대상체(20)에서 반사되어 스캐닝부(200)에서 획득되는 제2 광(L2)을 투과시키기 위한 광학창(Optical window)(500)을 더 포함할 수 있다.The LIDAR device 10 uses a first light L1 obtained from the scanning unit 200 and reflected toward the scan area and a second light L2 reflected from the object 20 and obtained from the scanning unit 200. It may further include an optical window 500 for transmission.

광학창(500)은 스캐닝부(200)에서 획득되어 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광(L1) 및 대상체(20)에서 반사되어 스캐닝부(200)에서 획득되는 제2 광(L2)을 투과시키는 윈도우부(510), 윈도우부(510)가 고정되기 위한 구조를 제공하는 프레임부(520) 및 제1 광(L1)을 반사하도록 프레임부(520)에 고정되는 적어도 두 개의 광 반사거울(531, 532)를 포함할 수 있다.The optical window 500 transmits the first light (L1) obtained from the scanning unit 200 and reflected toward the scan area and the second light (L2) reflected from the object 20 and obtained from the scanning unit 200. A window unit 510, a frame unit 520 providing a structure for fixing the window unit 510, and at least two light reflection mirrors fixed to the frame unit 520 to reflect the first light L1 ( 531, 532).

적어도 두 개의 광 반사거울은 프레임부(520)의 좌측 가장자리에 위치하는 제1 반사거울(531) 및 프레임부(520)의 우측 가장자리에 위치하는 제2 반사거울(532)을 포함할 수 있다.At least two light reflection mirrors may include a first reflection mirror 531 located at the left edge of the frame portion 520 and a second reflection mirror 532 located at the right edge of the frame portion 520.

디스플레이부(700)는 라이다 시스템(10)에서 출력되는 3차원 대상체 영상정보를 전시할 수 있다.The display unit 700 can display 3D object image information output from the LIDAR system 10.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 라이다 장치(10)는 수신 광량 확인부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the LIDAR device 10 may additionally include a received light quantity confirmation unit (not shown).

수신 광량 확인부는 수신측의 수신 광량을 측정한다. 수신 광량 확인부는 광학창(500), 반사부(240) 등과 연동하여 대상체(20)로부터 반사되는 수신 광량을 측정하는 모듈로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광 검출기(300)에 연동되거나 광 검출기(300) 내에 포함된 하드웨어 또는 광 검출기(300) 내에 설치된 프로그램 형태로 구현될 수도 있다.The received light quantity confirmation unit measures the received light quantity on the receiving side. The received light amount confirmation unit may be implemented as a module that measures the amount of received light reflected from the object 20 in conjunction with the optical window 500, the reflector 240, etc., but is not necessarily limited to this, and is linked to the light detector 300. Alternatively, it may be implemented in the form of hardware included in the light detector 300 or a program installed in the light detector 300.

신호 처리부(400)는 측정된 수신 광량을 기 설정된 기준 광량과 비교하여 송신 광량, 반사부(240)의 회전각도, 반사부(240)의 회전속도 등을 조정할 수 있다.The signal processor 400 may compare the measured received light amount with a preset reference light amount to adjust the transmitted light amount, the rotation angle of the reflector 240, the rotation speed of the reflector 240, etc.

구체적으로, 신호 처리부(400)는 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 송신 광량, 반사부(240)의 회전각도, 반사부(240)의 회전속도(예를 들어, 제1 미러부(241), 제2 미러부(242) 및 제3 미러부(243)의 구동각도와 구동속도) 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.Specifically, when the measured amount of received light is less than the reference light amount, the signal processor 400 determines the amount of transmitted light, the rotation angle of the reflector 240, and the rotation speed of the reflector 240 (for example, the first mirror unit 241). , the driving angle and driving speed of the second mirror unit 242 and the third mirror unit 243) can be adjusted.

신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나를 이용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.The signal processor 400 may adjust the received light amount to be equal to or higher than the reference light amount using one of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value.

신호 처리부(400)는 기존 송신 광량에 제1 조정값을 적용하여 송신 광량을 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 송신 광량을 조정된 송신 광량으로 갱신할 수 있다. 또한, 신호 처리부(400)는 기존 반사부(240)의 회전각도에 제2 조정값을 적용하여 반사부(240)의 회전각도를 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 반사부(240)의 회전각도를 조정된 회전 각도로 갱신할 수 있다. 또한, 신호 처리부(400)는 기존 반사부(240)의 회전속도에 제3 조정값을 적용하여 반사부(240)의 회전속도를 조정한 후 측정된 수신 광량이 기준 광량 이상인 경우 반사부(240)의 회전속도를 조정된 회전 속도로 갱신할 수 있다.The signal processing unit 400 may adjust the transmission light amount by applying the first adjustment value to the existing transmission light amount, and then, if the measured received light amount is greater than or equal to the reference light amount, update the transmission light amount to the adjusted transmission light amount. In addition, the signal processor 400 adjusts the rotation angle of the reflector 240 by applying a second adjustment value to the rotation angle of the existing reflector 240, and when the measured amount of received light is greater than or equal to the reference light amount, the reflector 240 ) can be updated to the adjusted rotation angle. In addition, the signal processor 400 adjusts the rotation speed of the reflector 240 by applying a third adjustment value to the rotation speed of the existing reflector 240, and when the measured amount of received light is greater than or equal to the reference light amount, the reflector 240 ) can be updated to the adjusted rotation speed.

한편, 신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나를 이용한 경우에도 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 각각을 순차적으로 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Meanwhile, even when one of the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value is used, the signal processing unit 400 uses the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value when the measured received light amount is less than the reference light amount. By applying each adjustment value sequentially, the received light amount can be adjusted to exceed the standard light amount.

예를 들어, 신호 처리부(400)는 우선적으로 제1 조정값을 적용하여 송신 광량을 조정하고, 제2 조정값 및 제3 조정값을 각각 순차적으로 적용하여 반사부(240)의 회전각도 및 반사부(240)의 회전속도를 조정할 수 있다. 여기서, 조정값을 적용하는 순서는 설정에 따라 변경될 수 있다.For example, the signal processor 400 adjusts the amount of transmitted light by first applying the first adjustment value, and sequentially applies the second adjustment value and the third adjustment value, respectively, to adjust the rotation angle and reflection of the reflector 240. The rotation speed of unit 240 can be adjusted. Here, the order of applying the adjustment values may change depending on the settings.

한편, 신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 하나 또는 순차적으로 모두 적용한 경우에도 측정된 수신 광량이 기준 광량 미만인 경우 일부 조정값의 조합으로 조건을 조정하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Meanwhile, the signal processor 400 adjusts the condition using a combination of some adjustment values if the measured received light amount is less than the standard light amount even when one or all of the first adjustment values, second adjustment values, and third adjustment values are applied sequentially. Thus, the received light amount can be adjusted to exceed the standard light amount.

구체적으로, 신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값 등 중 적어도 하나의 조정값들을 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.Specifically, the signal processing unit 400 may adjust the received light amount to more than the reference light amount by applying at least one adjustment value among the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value.

예를 들어, 신호 처리부(400)는 제1 조정값 및 제2 조정값을 조합하여 송신 광량 및 반사부(240)의 회전각도 각각을 조정할 수 있다. 여기서, 신호 처리부(400)는 제1 조정값 및 제2 조정값 각각의 비율을 서로 다르게 반영하여 조합할 수 있다. 즉, 신호 처리부(400)는 제1 조정값 및 제2 조정값에 서로 다른 가중치를 부여한 조합으로 송신 광량 및 반사부(240)의 회전각도 각각을 조정할 수 있다.For example, the signal processor 400 may adjust the amount of transmitted light and the rotation angle of the reflector 240 by combining the first adjustment value and the second adjustment value. Here, the signal processing unit 400 may reflect and combine the respective ratios of the first adjustment value and the second adjustment value differently. That is, the signal processing unit 400 can adjust the amount of transmitted light and the rotation angle of the reflection unit 240 by combining the first adjustment value and the second adjustment value with different weights.

신호 처리부(400)는 제1 조정값, 제2 조정값 및 제3 조정값을 통해 조합 가능한 다양한 조건으로 변형하여 조합한 후 이를 적용하여 수신 광량을 기준 광량 이상으로 조정할 수 있다.The signal processing unit 400 can transform and combine the first adjustment value, the second adjustment value, and the third adjustment value into various conditions that can be combined, and then apply them to adjust the received light amount to a reference light amount or more.

도 3 내지 도 4에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시 예에서 라이다 장치(10)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.All blocks shown in FIGS. 3 and 4 are not essential components, and in other embodiments, some blocks connected to the LIDAR device 10 may be added, changed, or deleted.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치의 광학창을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining an optical window of a lidar device according to an embodiment of the present invention.

광학창(Optical window)(500)은 스캐닝부(200)에서 획득되어 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광(L1) 및 대상체(20)에서 반사되어 스캐닝부(200)에서 획득되는 제2 광(L2)을 투과시킬 수 있다.The optical window 500 includes a first light L1 obtained from the scanning unit 200 and reflected toward the scan area, and a second light reflected from the object 20 and obtained from the scanning unit 200 (L1). L2) can be transmitted.

광학창(500)은 스캐닝부(200)에서 획득되어 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광(L1) 및 대상체(20)에서 반사되어 스캐닝부(200)에서 획득되는 제2 광(L2)을 투과시키는 윈도우부(510), 윈도우부(510)가 고정되기 위한 구조를 제공하는 프레임부(520) 및 제1 광(L1)을 반사하도록 프레임부(520)에 고정되는 적어도 두 개의 광 반사거울(531, 532)를 포함할 수 있다.The optical window 500 transmits the first light (L1) obtained from the scanning unit 200 and reflected toward the scan area and the second light (L2) reflected from the object 20 and obtained from the scanning unit 200. A window unit 510, a frame unit 520 providing a structure for fixing the window unit 510, and at least two light reflection mirrors fixed to the frame unit 520 to reflect the first light L1 ( 531, 532).

프레임부(520)는 라이다 장치(10)가 스캔 동작하여 제1 광(L1) 또는 제2 광(L2)이 프레임부(520)에 반사되어 되돌아 올 경우 발생할 수 있는 오류를 방지하기 위하여 레이저 흡수제로 형성되거나, 레이저를 흡수할 수 있는 물질이 도포될 수 있다.The frame unit 520 uses a laser beam to prevent errors that may occur when the LIDAR device 10 performs a scanning operation and the first light L1 or the second light L2 is reflected by the frame unit 520 and returns. It may be formed of an absorber, or a material capable of absorbing the laser may be applied.

적어도 두 개의 광 반사거울(531, 532)은 프레임부(520)의 좌측 가장자리에 위치하는 제1 반사거울(531) 및 프레임부(520)의 우측 가장자리에 위치하는 제2 반사거울(532)을 포함할 수 있다.At least two light reflection mirrors 531 and 532 include a first reflection mirror 531 located at the left edge of the frame portion 520 and a second reflection mirror 532 located at the right edge of the frame portion 520. It can be included.

신호처리부(400)는 프레임부(520)에 위치한 제1 반사거울(531)과 제2 반사거울(532)을 이용하여 제3 미러부(243)를 제1 미러부(241)에 동기화시킬 수 있다.The signal processing unit 400 can synchronize the third mirror unit 243 to the first mirror unit 241 using the first reflection mirror 531 and the second reflection mirror 532 located in the frame unit 520. there is.

여기서, 동기화는 제 1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 구동 각도에 대응하여 제2 광(L2)이 광 검출기(300)에 입사되는 각도가 일정하도록 제3 미러부(243)의 수직 구동 각도를 조정하는 것을 의미할 수 있다.Here, synchronization is performed by the third mirror unit 243 such that the angle at which the second light L2 is incident on the photo detector 300 is constant in response to the driving angle of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242. ) may mean adjusting the vertical driving angle.

제1 반사거울(531) 또는 제2 반사거울(532)에 대해서는 도 7에서 보다 상세하게 설명한다.The first reflection mirror 531 or the second reflection mirror 532 will be described in more detail with reference to FIG. 7 .

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치의 제2 미러부를 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining the second mirror unit of the lidar device according to an embodiment of the present invention.

제2 미러부(242)는 제1 미러부(241)로부터 반사된 제1 광(L1)을 대상체(20)를 향해 반사하고, 대상체(20)에 의해 반사된 제2 광(L2)을 제3 미러부(243)를 향해 반사하기 위한 적어도 세 개의 면(245,246, 247)을 포함할 수 있다.The second mirror unit 242 reflects the first light L1 reflected from the first mirror unit 241 toward the object 20, and reflects the second light L2 reflected by the object 20. 3 It may include at least three surfaces 245, 246, and 247 for reflection toward the mirror unit 243.

도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 광원(100)으로부터 방출된 제1 광(L1)은 제1 미러부(241)에 의하여 반사되어 제2 미러부(242)의 제 1면(245)에 도달할 수 있다. 이어서, 제1 면(245)에 도달한 제1 광(L1)은 제2 미러부(242)의 제1 면(245)에 의하여 대상체(20)를 향해 반사된다.To be described in more detail with reference to FIG. 6, the first light L1 emitted from the light source 100 is reflected by the first mirror unit 241 and is reflected by the first surface 245 of the second mirror unit 242. can be reached. Subsequently, the first light L1 that reaches the first surface 245 is reflected toward the object 20 by the first surface 245 of the second mirror unit 242.

이어서, 대상체(20)로부터 반사된 제2 광(L2)은 제2 미러부(242)의 제2 면(246)에 도달할 수 있다. 이어서, 제2 면(246)에 도달한 제2 광(L2)은 제2 면(246)에 의하여 제3 미러부(243) 또는 광 검출기(300)를 향해 반사될 수 있다.Subsequently, the second light L2 reflected from the object 20 may reach the second surface 246 of the second mirror unit 242. Subsequently, the second light L2 that reaches the second surface 246 may be reflected by the second surface 246 toward the third mirror unit 243 or the light detector 300.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학창의 반사거울을 설명하기 위한 도면이다.Figure 7 is a diagram for explaining a reflection mirror of an optical window according to an embodiment of the present invention.

적어도 두 개의 광 반사거울(531, 532)은 제2 미러부(242)의 일면으로부터 반사된 제1 광(L1)을 반사하는 제1 반사면(535) 및 제1 반사면(535)으로부터 반사된 제1 광(L1)을 제2 미러부(242)의 타면으로 반사하는 제2 반사면(536)을 포함할 수 있다.At least two light reflection mirrors 531 and 532 reflect the first light L1 reflected from one surface of the second mirror unit 242 and a first reflection surface 535 that reflects the first light L1 reflected from one surface of the second mirror unit 242. It may include a second reflection surface 536 that reflects the first light L1 to the other surface of the second mirror unit 242.

여기서, 제2 미러부(242)의 타면은, 제2 반사면(536)으로부터 반사된 제1 광(L1)을 제3 미러부(243)를 향해 반사할 수 있다.Here, the other surface of the second mirror unit 242 may reflect the first light L1 reflected from the second reflection surface 536 toward the third mirror unit 243.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광 반사거울(531, 532)은 도 7에 도시된 바와 같이, 직육면체 형태에서 하나의 면이 직육면체의 안쪽으로 오목하고 두 개의 면을 형성하도록 깎인 형태(Corner Cube 형태)로 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the light reflection mirrors 531 and 532 are in the form of a rectangular parallelepiped with one face concave inside the rectangular parallelepiped and shaved to form two faces (Corner Cube). form) can be formed.

이 경우 광 반사거울(531, 532)는 총 7개의 면을 가지게 된다.In this case, the light reflection mirrors 531 and 532 have a total of seven sides.

제2 반사거울(532)는 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 반사거울(531)와 그 크기와 형상이 일치하고, 광학창(500)의 중심축를 기준으로 좌우 대칭되도록 배치될 수 있다.As shown in FIGS. 8 and 9, the second reflecting mirror 532 has the same size and shape as the first reflecting mirror 531, and is arranged to be left and right symmetrical with respect to the central axis of the optical window 500. You can.

적어도 두 개의 광 반사거울(531, 532)을 이용하면, 제1 미러부(241)에 의한 제1 광(L1)의 스캔 각도를 보상할 수 있고, 제1 광(L1)의 광축과 제2 광(L2)의 광축을 동일하게 조정할 수도 있다.By using at least two light reflection mirrors 531 and 532, the scan angle of the first light L1 by the first mirror unit 241 can be compensated, and the optical axis of the first light L1 and the second light L1 The optical axis of the light L2 may be adjusted to be the same.

도 8 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치가 제2 미러부의 구동각도에 대응하여 제1 반사거울을 이용하거나 제2 반사거울을 이용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.Figures 8 and 9 are diagrams for explaining that the lidar device according to an embodiment of the present invention uses the first or second reflection mirror in response to the driving angle of the second mirror unit.

신호처리부(400)는 제2 미러부(242)가 미리 결정된 제1 구동범위로 회전한 경우, 제1 반사거울(531)을 이용하여 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어하고, 제2 미러부(242)가 미리 결정된 제2 구동범위로 회전한 경우, 제2 반사거울(532)을 이용하여 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어할 수 있다.When the second mirror unit 242 rotates to the first predetermined driving range, the signal processing unit 400 controls the driving angle of the third mirror unit 243 using the first reflection mirror 531, and When the second mirror unit 242 rotates within the predetermined second driving range, the driving angle of the third mirror unit 243 can be controlled using the second reflection mirror 532.

도 8 내지 도 9를 참조하여, 보다 상세하게 설명하면, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)가 도 8과 같이 미리 결정된 제1 구동범위(예를 들어, 0도 ~ 45도)로 회전한 경우, 제1 반사거울(531)을 이용하여 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어할 수 있다.Referring to FIGS. 8 and 9, if described in more detail, the signal processing unit 400 operates the second mirror unit 242 within a predetermined first driving range (for example, 0 degrees to 45 degrees) as shown in FIG. 8. When rotated, the driving angle of the third mirror unit 243 can be controlled using the first reflection mirror 531.

신호처리부(400)는 제2 미러부(242)가 도 9와 같이 미리 결정된 제2 구동범위(예를 들어, 0도 ~ -45도)로 회전한 경우, 제2 반사거울(532)을 이용하여 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어할 수 있다.The signal processing unit 400 uses the second reflection mirror 532 when the second mirror unit 242 rotates to a predetermined second driving range (for example, 0 degrees to -45 degrees) as shown in FIG. 9. Thus, the driving angle of the third mirror unit 243 can be controlled.

상술한 두 경우에서, 신호처리부(400)가 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어하는 것은, 도 8 내지 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이 제2 미러부(242)의 일면(도 8의 경우 참조부호 245, 도 9의 경우 참조부호 247), 광 반사거울(531, 532)의 제1 반사면(535), 제2 반사면(536) 및 제2 미러부(242)의 타면(도 8의 경우 참조부호 246, 도 9의 경우 참조부호 245)을 차례로 거쳐 반사되는 제1 광(L1)이 광 검출기(300)를 향하여 일정한 각도로 입사되도록 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어하는 것을 의미할 수 있다.In the two cases described above, the signal processing unit 400 controls the driving angle of the third mirror unit 243 by controlling one surface of the second mirror unit 242 (FIG. 8) as shown in FIGS. 8 and 9. In the case of reference numeral 245, in the case of FIG. 9, reference numeral 247), the first reflective surface 535 of the light reflection mirrors 531 and 532, the second reflective surface 536, and the other surface of the second mirror unit 242 ( A driving angle of the third mirror unit 243 such that the first light L1 reflected sequentially through reference numeral 246 in the case of FIG. 8 and 245 in the case of FIG. 9 is incident at a constant angle toward the photo detector 300. It may mean controlling.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 신호처리부(400)는, 스캔영역 중에서 제1 광(L1)이 광학창(500)의 중심부를 기준으로 일측에 해당하는 제1 스캔영역을 좌측으로 벗어나도록 조사된 경우, 제1 반사거울(531)을 이용하여 제1 광(L1)이 광 검출기(300)에 입사되도록 하는 제3 미러부(243)의 기울임 각도인 제1 각도를 획득하고, 스캔영역 중에서 제1 광(L1)이 광학창(500)의 중심부를 기준으로 일측의 반대인 타측에 해당하는 제2 스캔영역을 우측으로 벗어나도록 조사된 경우, 제2 반사거울(532)을 이용하여 제1 광(L1)이 광 검출기(300)에 입사되도록 하는 제3 미러부(243)의 기울임 각도인 제2 각도를 획득하고, 제3 미러부(243)가 획득된 제1 각도와 획득된 제2 각도 사이 범위 내에서 기울임 구동하도록 제어할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 determines that the first light L1 in the scan area deviates from the first scan area corresponding to one side to the left based on the center of the optical window 500. When the light is irradiated to In the case where the first light L1 in the area is irradiated so as to deviate to the right of the second scan area corresponding to the other side opposite to one side based on the center of the optical window 500, using the second reflection mirror 532 A second angle, which is a tilt angle of the third mirror unit 243 that causes the first light L1 to be incident on the photo detector 300, is obtained, and the third mirror unit 243 obtains the obtained first angle and the obtained It can be controlled to be tilted within a range between the second angles.

제1 광(L1)이 광학창(500)의 범위를 벗어나는 경우, 대상체(20)를 향하여 조사될 수 없으나, 이러한 경우에는 제1 반사거울(531)과 제2 반사거울(532)을 통하여 반사된 제1 광(L1)이 광 검출기(300)를 향하여 입사되는 각도가 일정하도록 하는 제3 미러부(243)의 기울임 각도인 제1 각도와 제2 각도를 획득할 수 있다.If the first light L1 is outside the range of the optical window 500, it cannot be irradiated toward the object 20, but in this case, it is reflected through the first reflection mirror 531 and the second reflection mirror 532. The first angle and the second angle, which are tilt angles of the third mirror unit 243, can be obtained so that the angle at which the first light L1 is incident toward the photo detector 300 is constant.

따라서, 신호처리부(400)는 구동부(250)를 이용하여 제3 미러부(243)가 제1 각도와 제2 각도 사이 범위 내에서 기울임 구동 하도록 제어함으로써, 제1 광(L1)이 다시 광학창(500)의 범위 안으로 조사될 경우에 대비하여 준비동작을 수행할 수 있고, 보다 신속하게 기울임 구동하여, 신속하게 제2 광(L2)을 광 검출기(300)로 입사되도록 할 수 있다는 효과가 있다.Accordingly, the signal processing unit 400 uses the driving unit 250 to control the third mirror unit 243 to tilt within a range between the first angle and the second angle, thereby allowing the first light L1 to return to the optical window. There is an effect that a preparation operation can be performed in preparation for irradiation within the range of (500), a tilt operation can be performed more quickly, and the second light L2 can be quickly incident on the light detector 300. .

한편, 제1 각도와 제2 각도는 제1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 구동각도에 따라 달라질 수 있다.Meanwhile, the first angle and the second angle may vary depending on the driving angles of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242.

신호처리부(400)는 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어하는 것을 라이다 장치(10)가 동작할 때마다 수행할 수 있고, 라이다 장치(10)가 초기 동작을 수행하기 이전에 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어할 수 있음은 당연하다.The signal processing unit 400 may control the driving angle of the third mirror unit 243 whenever the LiDAR device 10 operates, and before the LiDAR device 10 performs the initial operation. It is natural that the driving angle of the third mirror unit 243 can be controlled.

신호처리부(400)는 제3 미러부(243)의 구동각도를 제어하는 것을 미리 결정된 단위 시간(예를 들어, 1초)마다 수행할 수도 있다.The signal processing unit 400 may control the driving angle of the third mirror unit 243 every predetermined unit time (eg, 1 second).

라이다 장치(10)는 제1 광(L1)이 반사부(240)(예를 들어, MEMS 거울과 폴리곤 거울)에 따라 스캔 각도가 변화하더라도 수신부재(230)에 입사되는 제2 광(L2)의 각도가 항상 일정하여 광섬유가 연결된 광 검출기(300)(예를 들어, 광섬유가 연결된 단소자 광 검출기)를 사용할 수 있다.The LiDAR device 10 transmits the second light (L2) incident to the receiving member 230 even if the scan angle of the first light (L1) changes depending on the reflector 240 (e.g., MEMS mirror and polygon mirror). Since the angle of ) is always constant, the photodetector 300 connected to an optical fiber (for example, a single-element photodetector connected to an optical fiber) can be used.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 라이다 장치(10)는 구동각 카운팅부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 디스플레이부(20)는 제1 램프(미도시), 제2 램프(미도시) 및 제3 램프(미도시)를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the LIDAR device 10 may further include a driving angle counting unit (not shown), and the display unit 20 may include a first lamp (not shown) and a second lamp. (not shown) and a third lamp (not shown).

구동각 카운팅부(미도시)는 제1 미러부(241), 제2 미러부(242) 및 제3 미러부(243)의 구동각의 총합을 각각 계산할 수 있다. 예를 들어, 제1 미러부(241)가 1회차 구동시 15도의 각도만큼 구동하고, 2회차 구동시 12도의 각도만큼 구동하고, 3회차 구동시 22도의 각도만큼 구동한 경우, 구동각 카운팅부(미도시)는 제1 미러부(241)가 총 49도만큼 구동했다고 계산할 수 있다.The driving angle counting unit (not shown) may calculate the total of the driving angles of the first mirror unit 241, the second mirror unit 242, and the third mirror unit 243, respectively. For example, if the first mirror unit 241 is driven by an angle of 15 degrees during the first driving operation, driven by an angle of 12 degrees during the second driving operation, and driven by an angle of 22 degrees during the third driving operation, the driving angle counting unit (not shown) can be calculated that the first mirror unit 241 has been driven a total of 49 degrees.

제1 램프는 구동각 카운팅부가 산출한 제1 미러부(241)의 구동각의 총합이 미리 결정된 제1 임계값(예를 들어, 50,000) 이상인 경우, 점등하는 방식으로 사용자에게 제1 미러부(241)를 구동시키기 위해 구동부(250)와 연결된 구동부재의 교체주기가 경과했음을 알릴 수 있다.The first lamp turns on when the total driving angle of the first mirror unit 241 calculated by the driving angle counting unit is greater than or equal to a predetermined first threshold value (for example, 50,000) to inform the user of the first mirror unit ( It may be notified that the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit 250 in order to drive 241) has elapsed.

제2 램프는 구동각 카운팅부가 산출한 제2 미러부(242)의 구동각의 총합이 미리 결정된 제2 임계값(예를 들어, 70,000) 이상인 경우, 점등하는 방식으로 사용자에게 제2 미러부(242)를 구동시키기 위해 구동부(250)와 연결된 구동부재의 교체주기가 경과했음을 알릴 수 있다.The second lamp turns on when the total driving angle of the second mirror unit 242 calculated by the driving angle counting unit is greater than or equal to a predetermined second threshold (for example, 70,000) to inform the user of the second mirror unit ( It may be notified that the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit 250 in order to drive 242) has elapsed.

제3 램프는 구동각 카운팅부가 산출한 제3 미러부(243)의 구동각의 총합이 미리 결정된 제3 임계값(예를 들어, 50,000) 이상인 경우, 점등하는 방식으로 사용자에게 제3 미러부(243)를 구동시키기 위해 구동부(250)와 연결된 구동부재의 교체주기가 경과했음을 알릴 수 있다.The third lamp lights up when the total driving angle of the third mirror unit 243 calculated by the driving angle counting unit is greater than or equal to a predetermined third threshold (for example, 50,000) to inform the user of the third mirror unit ( It may be notified that the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit 250 in order to drive 243) has elapsed.

제1 미러부(241), 제2 미러부(242) 및 제3 미러부(243)는 라이다 장치(10) 운용 과정에서 필연적으로 자주 회전 구동 또는 기울임 구동을 수행하므로, 제1 미러부(241), 제2 미러부(242) 및 제3 미러부(243)를 라이다 장치(10)에 고정시키는 부재 및 구동부(250)와 연결된 구동부재에 필연적으로 손상 및 마모가 발생하는데, 이는 라이다 장치(10)가 출력하는 대상체(20)의 거리 데이터의 오차를 야기시킬 수 있다.Since the first mirror unit 241, the second mirror unit 242, and the third mirror unit 243 inevitably perform rotational or tilting operation frequently during the operation of the LiDAR device 10, the first mirror unit ( 241), damage and wear inevitably occur in the member that secures the second mirror unit 242 and the third mirror unit 243 to the lidar device 10 and the drive member connected to the drive unit 250, which is This may cause errors in the distance data of the object 20 output by the device 10.

라이다 장치(10)는 사용자에게 구동각 카운팅부, 제1 램프, 제2 램프 및 제3 램프를 통하여 구동부(250)와 연결된 구동부재의 교체주기를 알림으로써, 구동부(250)와 연결된 구동부재를 사용자가 교체하도록 함으로써, 이러한 라이다 장치(10)가 출력하는 대상체(20)에 대한 거리 데이터의 오차를 방지할 수 있다. The LiDAR device 10 notifies the user of the replacement cycle of the driving member connected to the driving unit 250 through the driving angle counting unit, the first lamp, the second lamp, and the third lamp, thereby By allowing the user to replace , errors in the distance data for the object 20 output by the LIDAR device 10 can be prevented.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치가 대상체의 정보를 획득하는 것을 설명하기 위한 도면이다.Figure 10 is a diagram for explaining how a LiDAR device acquires information on an object according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 참조부호 540은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치(10)의 스캔 경로(540)를 나타낸다. 스캔 경로(540)를 보면, 윈도우부(510)의 좌측 상단 모서리에서 스캔이 시작되며, 윈도우부(510)의 우측 하단 모서리에서 스캔이 종료될 수 있다.Referring to FIG. 10, reference numeral 540 indicates a scan path 540 of the LiDAR device 10 according to an embodiment of the present invention. Looking at the scan path 540, scanning may begin at the upper left corner of the window unit 510 and may end at the lower right corner of the window unit 510.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라이다 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 11 is a diagram for explaining the operation process of a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

S101 단계에서, 광원(100)이, 제1 광(L1)을 방출할 수 있다.In step S101, the light source 100 may emit first light L1.

S102 단계에서, 스캐닝부(200)가, 상기 방출된 제1 광(L1)을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체(20)에서 반사된 제2 광(L2)을 수신하고, 상기 제2 광이 상기 광 검출기(300)에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 제2 광(L2)을 상기 광 검출기(300)를 향해 송신할 수 있다.In step S102, the scanning unit 200 receives the emitted first light L1 and reflects it toward the scan area, receives the second light L2 reflected from the object 20, and The angle at which the second light is incident on the light detector 300 is controlled to be constant, and the second light L2 can be transmitted toward the light detector 300.

S103 단계에서, 광 검출기(300)가, 상기 제1 광(L1) 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체(20)에 의해 반사된 광인 제2 광(L2)을 검출할 수 있다.In step S103, the light detector 300 may detect the second light L2, which is light reflected by the object 20 located on the scan area, among the first light L1.

S104 단계에서, 신호처리부(400)가, 상기 광 검출기(300)의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체(20)에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다.In step S104, the signal processing unit 400 may obtain distance information about the object 20 using the detection result of the light detector 300.

도 11에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시 예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 11에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In FIG. 11, it is described that each process is executed sequentially, but this is only an illustrative explanation, and those skilled in the art can change the order shown in FIG. 11 and execute it without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Alternatively, it may be applied through various modifications and modifications, such as executing one or more processes in parallel or adding other processes.

본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 라이다 장치의 동작 과정은 이하와 같을 수 있다.The operation process of the LiDAR device according to another embodiment of the present invention may be as follows.

라이다 장치(10)는 구동부(250)를 이용하여 반사부(240)를 구동하는 방식으로, 광원(100)과 스캐닝부(200)를 점검할 수 있다.The LIDAR device 10 can inspect the light source 100 and the scanning unit 200 by driving the reflecting unit 240 using the driving unit 250.

신호처리부(400)는 초기 설정된 구동각에 기초하여 제2 미러부(242)를 구동하고, 제2 미러부(242)의 구동각이 미리 결정된 제1 구동범위와 제2 구동범위 중 어느 것에 해당하는지에 따라 광 반사거울(531, 532) 중 어느 하나를 이용하여 제3 미러부(243)를 구동할 수 있다.The signal processing unit 400 drives the second mirror unit 242 based on an initially set driving angle, and the driving angle of the second mirror unit 242 corresponds to either a predetermined first driving range or a second driving range. Depending on whether the light reflection mirror 531 or 532 is used, the third mirror unit 243 can be driven.

또한, 제1 미러부(241)의 구동각도에 따라서, 제1 광(L1)의 광 검출기(300)를 향한 입사각이 달라질 수 있으므로, 신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 구동각도가 변경될 때마다, 제2 미러부(242)의 구동각이 미리 결정된 제1 구동범위와 제2 구동범위 중 어느 것에 해당하는지에 따라 광 반사거울(531, 532) 중 어느 하나를 이용하여 제3 미러부(243)를 구동할 수 있다.In addition, since the incident angle of the first light L1 toward the light detector 300 may vary depending on the driving angle of the first mirror unit 241, the signal processing unit 400 operates the first mirror unit 241. Each time the angle changes, one of the light reflection mirrors 531 and 532 is used depending on whether the driving angle of the second mirror unit 242 corresponds to a predetermined first driving range or a second driving range. The third mirror unit 243 can be driven.

또 한편으로, 전술한 실시 예에서는 제어유닛(미도시)에 대하여 특별히 언급하지 않았지만, 본 실시 예에 따른 라이다 장치(10)는 제어유닛을 더 구비할 수 있다. 그 경우, 제어유닛은 수신된 신호 또는 수신하여 처리된 신호를 외부의 장치에 전달하도록 구현될 수 있다.On the other hand, although no special mention was made regarding the control unit (not shown) in the above-described embodiment, the LIDAR device 10 according to this embodiment may further include a control unit. In that case, the control unit may be implemented to transmit the received signal or the received and processed signal to an external device.

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 대상체(20)나 대상체(20)와의 거리 등과 관련된 신호 혹은 데이터를 외부 장치에 전송할 수 있다. 이러한 제어유닛은 라이다 장치(100)의 케이스 내에 간단히 탑재될 수 있다.The above-mentioned control unit may be implemented with at least one device selected from a logic circuit, programming logic controller, microcomputer, microprocessor, etc., and may include a communication module or be coupled to a communication module. The communication module communicates with external devices through an intranet, Internet, vehicle network, etc., and can transmit signals or data related to the object 20 detected through laser scanning or the distance to the object 20 to the external device. This control unit can be simply mounted within the case of the LiDAR device 100.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 라이다 장치(10)는 전원 공급을 위한 배선이나 어댑터 또는 전원공급 수단을 구비할 수 있다. 전원공급수단은 내부전원 또는 재충전 가능한 전원장치를 구비할 수 있고, 그에 의해 라이다 장치(10)를 착탈식으로 사용할 수 있도록 기능하는 구성을 포함할 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawing, the LiDAR device 10 may be provided with wiring, an adapter, or a power supply means for supplying power. The power supply means may be provided with an internal power source or a rechargeable power supply, and may include a configuration that allows the LiDAR device 10 to be used in a detachable manner.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.Even though all the components constituting the embodiments of the present invention described above are described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, as long as it is within the scope of the purpose of the present invention, all of the components may be operated by selectively combining one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as a single independent hardware, a program module in which some or all of the components are selectively combined to perform some or all of the combined functions in one or more pieces of hardware. It may also be implemented as a computer program with . In addition, such a computer program can be stored in a computer readable media such as USB memory, CD disk, flash memory, etc. and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention. Recording media for computer programs may include magnetic recording media, optical recording media, etc.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the attached drawings. . The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights of the present invention.

10: 라이다 장치
20: 대상체
100: 광원
200: 스캐닝부
210: 송신부재
230: 수신부재
240: 반사부
250: 구동부
300: 광 검출기
400: 신호처리부
500: 광학창
700: 디스플레이부
10: LIDAR device
20: object
100: light source
200: scanning unit
210: Transmission member
230: Absence of reception
240: reflection part
250: driving unit
300: light detector
400: signal processing unit
500: optical window
700: Display unit

Claims (13)

라이다 장치에 있어서,
제1 광을 방출하는 광원;
상기 제1 광 중 스캔영역 상에 위치하는 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 광 검출기;
상기 방출된 제1 광을 수신하여 상기 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 스캐닝부; 및
상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호처리부;를 포함하고,
상기 스캐닝부는, 상기 방출된 제1 광을 상기 대상체를 향해 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 반사하고, 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및 상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부;를 포함하고,
상기 반사부는, 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제2 미러부; 및 상기 제1 미러부의 기울임 각도를 이용하여 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 제3 미러부;를 포함하고,
상기 스캐닝부에서 획득되어 상기 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광 및 상기 대상체에서 반사되어 상기 스캐닝부에서 획득되는 제2 광을 투과시키기 위한 광학창(Optical window);을 더 포함하고,
상기 광학창은, 상기 스캐닝부에서 획득되어 상기 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광 및 상기 대상체에서 반사되어 상기 스캐닝부에서 획득되는 제2 광을 투과시키는 윈도우부; 상기 윈도우부가 고정되기 위한 구조를 제공하는 프레임부; 및 상기 제1 광을 반사하도록 상기 프레임부에 고정되는 적어도 두 개의 광 반사거울;을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
In the lidar device,
a light source emitting first light;
a light detector that detects a second light, which is light reflected by an object located on the scan area, among the first lights;
Receive the emitted first light and reflect it toward the scan area, receive the second light reflected from the object, control the angle at which the second light is incident on the photo detector to be constant, and control the second light to be constant. a scanning unit that transmits light toward the optical detector; and
It includes a signal processing unit that obtains distance information about the object using the detection result of the light detector,
The scanning unit may include a reflection unit configured to reflect the emitted first light toward the object, reflect the second light reflected from the object toward the light detector, and adjust a scan area; And a driving unit connected to the reflector to drive the reflector,
The reflection unit may include a first mirror unit that adjusts a vertical field of view (FOV) of the scan area; a second mirror unit that adjusts a horizontal field of view (FOV) of the scan area; And a third mirror unit that controls the angle at which the second light is incident on the photo detector to be constant using the tilt angle of the first mirror unit,
It further includes an optical window for transmitting the first light obtained from the scanning unit and reflected toward the scan area and the second light reflected from the object and obtained from the scanning unit,
The optical window may include a window unit transmitting first light obtained from the scanning unit and reflected toward the scan area and second light reflected from the object and obtained from the scanning unit; a frame portion providing a structure for fixing the window portion; and at least two light reflecting mirrors fixed to the frame to reflect the first light.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 미러부와 상기 제3 미러부는, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 거울이고,
상기 제2 미러부는, 폴리곤 거울인 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The first mirror unit and the third mirror unit are MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors,
The second mirror unit is a LiDAR device, characterized in that the polygon mirror.
제4항에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 구동부를 이용하여 상기 MEMS 거울을 수직 방향으로 기울임 구동하고, 상기 폴리곤 거울을 수평 방향으로 회전 구동하는 방식으로 상기 스캔영역을 조절하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 4,
The signal processing unit,
A LiDAR device, characterized in that the scan area is adjusted by tilting and driving the MEMS mirror in the vertical direction using the driving unit and rotating the polygon mirror in the horizontal direction.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 미러부는,
상기 제1 미러부로부터 반사된 제1 광을 상기 대상체를 향해 반사하고, 상기 대상체에 의해 반사된 제2 광을 상기 제3 미러부를 향해 반사하기 위한 적어도 세 개의 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The second mirror unit,
Characterized in that it includes at least three surfaces for reflecting the first light reflected from the first mirror unit toward the object and reflecting the second light reflected by the object towards the third mirror unit. This is a device.
제8항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 광 반사거울은,
상기 제2 미러부의 일면으로부터 반사된 제1 광을 반사하는 제1 반사면; 및
상기 제1 반사면으로부터 반사된 제1 광을 상기 제2 미러부의 타면으로 반사하는 제2 반사면;을 포함하고,
상기 제2 미러부의 타면은, 상기 제2 반사면으로부터 반사된 제1 광을 상기 제3 미러부를 향해 반사하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to clause 8,
The at least two light reflecting mirrors,
a first reflective surface that reflects the first light reflected from one surface of the second mirror unit; and
A second reflective surface that reflects the first light reflected from the first reflective surface to the other surface of the second mirror unit,
The other surface of the second mirror unit reflects the first light reflected from the second reflection surface toward the third mirror unit.
제1항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 광 반사거울은,
상기 프레임부 좌측 가장자리에 위치하는 제1 반사거울; 및
상기 프레임부 우측 가장자리에 위치하는 제2 반사거울을 포함하고,
상기 신호처리부는,
상기 제2 미러부가 미리 결정된 제1 구동범위로 회전한 경우, 상기 제1 반사거울을 이용하여 상기 제3 미러부의 구동각도를 제어하고,
상기 제2 미러부가 미리 결정된 제2 구동범위로 회전한 경우, 상기 제2 반사거울을 이용하여 상기 제3 미러부의 구동각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The at least two light reflecting mirrors,
a first reflection mirror located at the left edge of the frame unit; and
It includes a second reflection mirror located at the right edge of the frame portion,
The signal processing unit,
When the second mirror unit rotates within a predetermined first driving range, the driving angle of the third mirror unit is controlled using the first reflection mirror,
A lidar device characterized in that when the second mirror unit rotates to a predetermined second driving range, the driving angle of the third mirror unit is controlled using the second reflection mirror.
제10항에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 스캔영역 중에서 상기 제1 광이 상기 광학창의 중심부를 기준으로 일측에 해당하는 제1 스캔영역을 좌측으로 벗어나도록 조사된 경우, 상기 제1 반사거울을 이용하여 상기 제1 광이 상기 광 검출기에 입사되도록 하는 제3 미러부의 기울임 각도인 제1 각도를 획득하고,
상기 스캔영역 중에서 상기 제1 광이 상기 광학창의 중심부를 기준으로 상기 일측의 반대인 타측에 해당하는 제2 스캔영역을 우측으로 벗어나도록 조사된 경우, 상기 제2 반사거울을 이용하여 상기 제1 광이 상기 광 검출기에 입사되도록 하는 제3 미러부의 기울임 각도인 제2 각도를 획득하고,
상기 제3 미러부가 상기 제1 각도와 상기 제2 각도 사이 범위 내에서 기울임 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to clause 10,
The signal processing unit,
When the first light in the scan area is irradiated to the left of the first scan area corresponding to one side based on the center of the optical window, the first light is transmitted to the photo detector using the first reflection mirror. Obtaining a first angle, which is the tilt angle of the third mirror unit to cause incident light,
When the first light in the scan area is irradiated to the right beyond the second scan area corresponding to the other side opposite to the one side based on the center of the optical window, the first light is emitted using the second reflection mirror. Obtaining a second angle, which is a tilt angle of the third mirror unit to make it incident on the photo detector,
A lidar device characterized in that the third mirror unit is controlled to be tilted within a range between the first angle and the second angle.
제1항에 있어서,
상기 스캐닝부는,
상기 광원으로부터 입사된 상기 제1 광이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재; 및
상기 제2 광을 집광시켜 상기 광 검출기로 입사시키는 수신 부재;를 포함하고,
상기 광 검출기는, InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The scanning unit,
a transmitting member that adjusts the first light incident from the light source to become parallel light; and
It includes a receiving member that condenses the second light and makes it incident on the light detector,
The photo detector is a lidar device characterized in that it is composed of an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.
광원, 광 검출기, 스캐닝부 및 신호처리부를 포함하는 라이다 장치에서 수행되는 라이다 장치 운용 방법에 있어서,
상기 광원이, 제1 광을 방출하는 단계;
상기 스캐닝부가, 상기 방출된 제1 광을 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 상기 스캔영역상에 위치하는 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 단계;
상기 광 검출기가, 상기 제1 광 중 상기 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 단계; 및
상기 신호처리부가, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함하고,
상기 스캐닝부는, 상기 방출된 제1 광을 상기 대상체를 향해 반사하고, 상기 대상체로부터 반사된 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 반사하고, 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및 상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부;를 포함하고,
상기 반사부는, 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제2 미러부; 및 상기 제1 미러부의 기울임 각도를 이용하여 상기 제2 광이 상기 광 검출기에 입사되는 각도가 일정하도록 제어하는 제3 미러부;를 포함하고,
상기 스캐닝부에서 획득되어 상기 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광 및 상기 대상체에서 반사되어 상기 스캐닝부에서 획득되는 제2 광을 투과시키기 위한 광학창(Optical window);을 더 포함하고,
상기 광학창은, 상기 스캐닝부에서 획득되어 상기 스캔영역을 향해 반사되는 제1 광 및 상기 대상체에서 반사되어 상기 스캐닝부에서 획득되는 제2 광을 투과시키는 윈도우부; 상기 윈도우부가 고정되기 위한 구조를 제공하는 프레임부; 및 상기 제1 광을 반사하도록 상기 프레임부에 고정되는 적어도 두 개의 광 반사거울;을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치 운용 방법.
In a method of operating a LiDAR device performed in a LiDAR device including a light source, a light detector, a scanning unit, and a signal processing unit,
the light source emitting first light;
The scanning unit receives the emitted first light and reflects it toward the scan area, receives the second light reflected from the object located on the scan area, and the angle at which the second light is incident on the photo detector. controlling to be constant and transmitting the second light toward the photo detector;
detecting, by the light detector, a second light that is light reflected by the object among the first light; and
A step of the signal processing unit acquiring distance information about the object using a detection result of the light detector,
The scanning unit may include a reflection unit configured to reflect the emitted first light toward the object, reflect the second light reflected from the object toward the light detector, and adjust a scan area; And a driving unit connected to the reflector to drive the reflector,
The reflection unit may include a first mirror unit that adjusts a vertical field of view (FOV) of the scan area; a second mirror unit that adjusts a horizontal field of view (FOV) of the scan area; And a third mirror unit that controls the angle at which the second light is incident on the photo detector to be constant using the tilt angle of the first mirror unit,
It further includes an optical window for transmitting the first light obtained from the scanning unit and reflected toward the scan area and the second light reflected from the object and obtained from the scanning unit,
The optical window may include a window unit transmitting first light obtained from the scanning unit and reflected toward the scan area and second light reflected from the object and obtained from the scanning unit; a frame portion providing a structure for fixing the window portion; and at least two light reflection mirrors fixed to the frame to reflect the first light.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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