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KR102680548B1 - Lidar apparatus compensating for angular resolution deviation and operating method thereof - Google Patents

Lidar apparatus compensating for angular resolution deviation and operating method thereof Download PDF

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KR102680548B1
KR102680548B1 KR1020220021028A KR20220021028A KR102680548B1 KR 102680548 B1 KR102680548 B1 KR 102680548B1 KR 1020220021028 A KR1020220021028 A KR 1020220021028A KR 20220021028 A KR20220021028 A KR 20220021028A KR 102680548 B1 KR102680548 B1 KR 102680548B1
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light
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drive
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박현우
김덕래
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 적용함으로써, 성능 저하 없이 넓은 영역의 각도 범위를 스캔할 수 있고, 수 미터 이내의 근거리 범위도 측정할 수 있다. 또한, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 적용함으로써, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리부터 중심까지 균일한 각 분해능을 가질 수 있다.According to various embodiments of the present invention, by applying the LIDAR device and its operating method, it is possible to scan a wide angular range without deteriorating performance, and also measure a short-distance range within several meters. In addition, by applying the LIDAR device and its operating method, the angular resolution can be corrected to have uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range.

Description

각 분해능 편차를 보정하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법{LIDAR APPARATUS COMPENSATING FOR ANGULAR RESOLUTION DEVIATION AND OPERATING METHOD THEREOF}LIDAR device for compensating for angular resolution deviation and operating method thereof {LIDAR APPARATUS COMPENSATING FOR ANGULAR RESOLUTION DEVIATION AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 각 분해능 편차를 보정하는 라이다 장치 및 이의 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a LiDAR device and a method of operating the same. More specifically, it relates to a lidar device that corrects each resolution deviation 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 장치 및 이의 운용 방법를 제공하는데 있다.The purpose of the present invention is to provide a LiDAR device and a method of operating the same that can scan a wide angular range without deteriorating performance and can also measure a short-distance range within several meters.

본 발명이 이루고자 하는 목적은, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리부터 중심까지 균일한 각 분해능을 가질 수 있는 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 제공하는데 있다. The purpose of the present invention is to provide a LIDAR device and a method of operating the same that can have uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range by correcting the angular resolution.

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 실시예에 따른 라이다 장치는, 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 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 스캐닝부; 및 상기 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호처리부;를 포함한다.A LIDAR device according to an embodiment of the present invention for achieving the above-described object includes 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; a scanning unit that receives the emitted first light and reflects it toward the scan area, receives second light reflected from the object, and transmits the second light toward the light detector; and calculating at least one error value generated in the scanning unit, controlling the scanning unit to drive to correct each resolution deviation in response to the calculated error value, and using the detection result of the optical detector to detect the object. It includes a signal processing unit that obtains distance information about.

여기서, 상기 스캐닝부는, 수평 또는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 수평 또는 수직 방향의 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및 상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부;를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 반사부가 틸트 구동을 수행하는 구동범위와 구동주기를 기반으로 상기 오차값을 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the scanning unit includes: a reflection unit configured to adjust the scan area in the horizontal or vertical direction by performing a tilt drive in the horizontal or vertical direction; and a driving unit connected to the reflecting unit to drive the reflecting unit, wherein the signal processing unit calculates the error value based on a driving range and driving cycle in which the reflecting unit performs tilt driving.

여기서, 상기 반사부는, 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 및 수평 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하는 제2 미러부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the reflection unit includes: a first mirror unit that adjusts the vertical field of view (FOV) of the scan area by performing a tilt drive in the vertical direction; And a second mirror unit that performs a tilt drive in the horizontal direction to adjust the horizontal field of view (FOV) of the scan area and performs a tilt drive in the vertical direction in response to the calculated error value. It is characterized by

여기서, 상기 구동부는, 상기 제1 미러부의 구동축과 결합하여 상기 구동축이 상기 제1 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제1 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제1 구동부; 상기 제2 미러부의 수평구동축과 결합하여 상기 수평구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수평 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수평 구동부; 및 상기 제2 미러부의 수직구동축과 결합하여 상기 수직구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수직 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the driving unit includes: a first driving unit that tilts and drives the first mirror unit in a vertical direction by combining with a drive shaft of the first mirror unit and transmitting power so that the drive shaft rotates integrally with the first mirror unit; a second horizontal drive unit coupled to the horizontal drive shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the horizontal direction by transmitting power so that the horizontal drive shaft rotates integrally with the second mirror unit; And a second vertical drive unit coupled to the vertical drive shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the vertical direction by transmitting power so that the vertical drive shaft rotates integrally with the second mirror unit. It is characterized by

여기서, 상기 제1 미러부는, 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 틸트 구동하고, 상기 신호처리부는, 상기 미리 결정된 제1 구동범위와 상기 미리 결정된 제1 구동주기를 기반으로 상기 스캐닝부의 각 분해능 편차 보정의 기준이 되는 기준값을 산출하고, 상기 산출된 기준값과 상기 제1 미러부의 구동각도를 기반으로 오차값을 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the first mirror unit repeatedly tilt-drives a predetermined first driving range with a predetermined first driving cycle, and the signal processing unit performs tilt driving based on the predetermined first driving range and the predetermined first driving cycle. A reference value that serves as a standard for correction of each resolution deviation of the scanning unit is calculated, and an error value is calculated based on the calculated reference value and the driving angle of the first mirror unit.

여기서, 상기 신호처리부가 산출하는 기준값은, 상기 제1 미러부가 상기 미리 결정된 제1 구동주기로 상기 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도이고, 상기 신호처리부는, 상기 제1 미러부의 구동각도에서 상기 기준값을 빼는 방식으로 상기 오차값을 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the reference value calculated by the signal processing unit is a driving angle assuming that the first mirror unit repeatedly linearly drives the predetermined first driving range with the predetermined first driving cycle, and the signal processing unit, The error value is calculated by subtracting the reference value from the driving angle of the first mirror unit.

여기서, 상기 신호처리부는, 상기 산출된 오차값을 기반으로, 상기 미리 결정된 제1 구동주기와 상기 미리 결정된 제1 구동범위에 대응하여, 제2 미러부가 수직 방향으로 틸트 구동하기 위한 제2 구동주기와 제2 구동범위를 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, the signal processing unit provides a second drive cycle for tilt-driving the second mirror unit in the vertical direction in response to the predetermined first drive cycle and the predetermined first drive range, based on the calculated error value. and calculating the second driving range.

여기서, 상기 제2 수직 구동부는, 상기 산출된 제2 구동주기와 상기 산출된 제2 구동범위에 대응하여 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 것을 특징으로 한다.Here, the second vertical driving unit tilt-drives the second mirror unit in the vertical direction in response to the calculated second driving cycle and the calculated second driving range.

여기서, 상기 제1 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제1 각도센서; 및 상기 제2 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제2 각도센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, a first angle sensor that measures a driving angle of the first mirror unit and transmits the measured angle information to the signal processing unit; and a second angle sensor that measures the driving angle of the second mirror unit and transmits the measured angle information to the signal processing unit.

여기서, 상기 신호 처리부는, 상기 광원의 출력 및 펄스 반복률을 제어하고, 상기 송신된 제1 미러부의 각도정보를 기반으로 상기 오차값을 산출하고, 상기 송신된 제2 미러부의 각도정보 와 상기 산출된 오차값을 이용하여 상기 구동부를 통해 제2 미러부의 구동각도를 제어하는 것을 특징으로 한다.Here, the signal processor controls the output and pulse repetition rate of the light source, calculates the error value based on the transmitted angle information of the first mirror, and calculates the error value based on the transmitted angle information of the second mirror and the calculated The driving angle of the second mirror unit is controlled through the driving unit using an error value.

여기서, 상기 스캐닝부는, 상기 광원으로부터 입사된 상기 제1 광이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재; 적어도 하나의 홀(hole)과 상기 홀을 둘러싸는 반사면을 포함하고, 상기 홀을 이용하여 상기 제1 광을 통과시키는 방식으로 상기 제1 광과 상기 제2 광의 광축이 동일하도록 조정하고, 상기 반사면을 이용하여 상기 제2 광을 반사하는 광축 조정부; 및 상기 반사면으로부터 반사된 상기 제2 광을 집광시켜 상기 광 검출기로 입사시키는 수신 부재;를 포함하는 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; It includes at least one hole and a reflective surface surrounding the hole, and adjusts the optical axes of the first light and the second light to be the same by passing the first light through the hole, and an optical axis adjustment unit that reflects the second light using a reflective surface; and a receiving member that condenses the second light reflected from the reflective surface and makes it incident on the light detector.

여기서, 상기 광 검출기는, InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the photo detector is characterized by being composed of an InGaAs-based PIN type, APD type, or SPAD type.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광원, 광 검출기, 스캐닝부, 신호처리부 및 구동부를 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 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 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함한다.A method of operating a LiDAR device performed in a LiDAR device including a light source, a light detector, a scanning unit, a signal processing unit, and a driving unit according to an embodiment of the present invention to achieve the above-described object includes the light source, the first light releasing; the scanning unit receiving the emitted first light and reflecting it toward the scan area, receiving second light reflected from the object, and 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 the signal processing unit calculates at least one error value generated in the scanning unit, controls the scanning unit to drive to correct each resolution deviation in response to the calculated error value, and detects a result of the photo detector. It includes; obtaining distance information about the object using .

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 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 the LIDAR device and its operating method, it is possible to scan a wide angular range without deteriorating performance, and can also measure a short-distance range within several meters. .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 라이다 장치 및 이의 운용 방법을 적용함으로써, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리부터 중심까지 균일한 각 분해능을 가질 수 있다.Additionally, according to an embodiment of the present invention, by applying the LIDAR device and its operating method, the angular resolution can be corrected to have uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range.

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 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 자세히 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광축조정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부와 제2 미러부의 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 오차값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 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 the optical axis adjustment unit of the LiDAR device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram to explain problems caused by vertical scan driving of a conventional LiDAR device.
Figure 7 is a diagram to explain problems caused by vertical scan driving and horizontal scan driving of a conventional LiDAR device.
Figure 8 is a diagram for explaining the operation process of the first mirror unit and the second mirror unit of the lidar device according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram for explaining a method of calculating an error value of a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram for explaining vertical scan driving of a LIDAR device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9.
FIG. 11 is a diagram for explaining vertical scan driving and horizontal scan driving of a LIDAR device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9.
Figure 12 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 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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 that the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and is provided by those skilled in the art 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 실시예를 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 terminology used in this application is for the purpose of describing particular embodiments only and is 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, events 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 실시예에 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 실시예들은 로봇 및 무인자동차의 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑 장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용될 수 있다.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 실시예에 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 실시예에 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 펄스반복률의 성능을 갖도록 구현되는 것이 바람직하다.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. The optical fiber laser is preferably 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, 제1 광(L1)의 광축과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하여, 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 connects the optical axis and the optical axis of the first light L1. By adjusting the optical axis of the second light L2 to be the same, the second light L2 can be transmitted toward the light detector 300.

제1 광(L1)의 광축과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하는 것은 도 4를 참조하면, 광축조정부(220)와 대상체(20) 사이의 광 경로를 동일하도록 조정하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 4, adjusting the optical axis of the first light (L1) and the optical axis of the second light (L2) to be the same may mean adjusting the optical path between the optical axis adjusting unit 220 and the object 20 to be the same. there is.

본 발명에서 광축은 광학계에서 빛이 투과하는 광로를 가리키는 가상의 선을 의미할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the optical axis may refer to an imaginary line indicating an optical path through which light transmits in an optical system, but is not necessarily limited thereto.

스캐닝부(200)에 대해서는 도 3 내지 도 5에서 보다 상세하게 설명한다.The scanning unit 200 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 5 .

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 실시예에 따르면, 광 검출기(300)는 단소자 광 검출기일 수 있다. 단소자 광 검출기는 광섬유로 연결되어 있다. 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 타입인 것일 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 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 photodetector 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 거리가 산출될 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.

신호처리부(400)는 스캐닝부(200)의 각 분해능 편차를 보정하기 위한 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 스캐닝부(200)가 구동하도록 제어할 수 있다.The signal processing unit 400 may calculate at least one error value for correcting each resolution deviation of the scanning unit 200 and control the scanning unit 200 to drive in response to the calculated error value.

여기서, 오차값은 스캐닝부(200)가 스캔영역을 향해 제1 광(L1)을 반사하기 위하여 구동하는 과정에서 발생하는 각 분해능 편차에 대한 값일 수 있다.Here, the error value may be a value for each resolution deviation that occurs while the scanning unit 200 is driven to reflect the first light L1 toward the scan area.

신호처리부(400)가 각 분해능 편차를 보정하기 위한 오차값을 산출하는 과정에 대해서는 도 9에서 보다 상세하게 설명한다.The process by which the signal processing unit 400 calculates an error value for correcting each resolution deviation will be described in more detail with reference to FIG. 9.

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 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 틸트 구동 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 control the tilt driving angles of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242, which will be described later. You can. 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 실시예에 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 수신한 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 photo detector 300 is lower than the first threshold, the signal processing unit 400 determines the signal intensity of the transmitted first light L1 and 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 the first 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 광각의 송신 레이저빔(제1 광(L1)) 광축과 수신 레이저빔(제2 광(L2)) 광축이 동일한 광각 동축 스캔 광학계를 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 wide-angle coaxial scanning optical system in which the optical axis of the wide-angle transmitted laser beam (first light (L1)) and the optical axis of the received laser beam (second light (L2)) are the same.

도 1 내지 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 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 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치를 자세히 설명하기 위한 도면이다.Figures 3 and 4 are diagrams for explaining in detail the LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 라이다 장치(10)는 구동부(250), 제1 각도센서(810), 제2 각도센서(820), 광학창(500) 및 디스플레이부(700)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, the LIDAR device 10 further includes a driving unit 250, a first angle sensor 810, a second angle sensor 820, an optical window 500, and a display unit 700. It can be included.

또한, 스캐닝부(200)는 송신부재(210), 광축조정부(220), 수신부재(230) 및 반사부(240)를 포함할 수 있다.Additionally, the scanning unit 200 may include a transmitting member 210, an optical axis adjusting unit 220, a receiving member 230, and a reflecting unit 240.

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 광축조정부(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 적어도 하나의 홀(hole)과 홀을 둘러싸는 반사면을 포함하고, 홀을 이용하여 제1 광(L1)을 통과시키는 방식으로 제1 광(L1)과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하고, 반사면을 이용하여 제2 광(L2)을 반사하는 광축 조정부(220)를 포함할 수 있다.The scanning unit 200 includes at least one hole and a reflective surface surrounding the hole, and transmits the first light L1 using the hole to generate the first light L1 and the second light (L1). It may include an optical axis adjustment unit 220 that adjusts the optical axis of L2 to be the same and reflects the second light L2 using a reflective surface.

광축 조정부(220)에 대해서는 도 5에서 보다 상세하게 설명한다.The optical axis adjustment unit 220 will be described in more detail with reference to FIG. 5 .

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 .

반사부(240)는 수평 또는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 수평 또는 수직 방향의 스캔영역을 조절하도록 구성될 수 있고, 여기서, 신호처리부(400)는 반사부(240)가 틸트 구동을 수행하는 구동범위와 구동주기를 기반으로 오차값을 산출할 수 있다.The reflector 240 may be configured to adjust the scan area in the horizontal or vertical direction by performing a tilt drive in the horizontal or vertical direction. Here, the signal processing unit 400 performs a tilt drive in the reflector 240. The error value can be calculated based on the driving range and driving cycle.

신호처리부(400)에 의하여 산출되는 오차값은 라이다 장치(10)의 동작 중에 실시간으로 산출되는 것일 수 있지만, 라이다 장치(10) 동작 이전에 미리 산출되어 신호처리부(400)에 저장된 것일 수 있다.The error value calculated by the signal processing unit 400 may be calculated in real time during the operation of the LiDAR device 10, but may be calculated in advance and stored in the signal processing unit 400 before the operation of the LiDAR device 10. there is.

구동부(250)는 반사부(240)와 연결되어 산출된 오차값에 대응하여 반사부(240)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 산출된 오차값이 +25인 경우, 구동부(250)는 반사부(240)를 +25도만큼 틸트 구동시킬 수 있다.The driver 250 is connected to the reflector 240 and can drive the reflector 240 in response to the calculated error value. For example, if the calculated error value is +25, the driver 250 may drive the reflector 240 to tilt by +25 degrees.

반사부(240)는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부(241) 및 수평 방향으로 틸트 구동을 수행하여 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하고, 산출된 오차값에 대응하여 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하는 제2 미러부(242)를 포함할 수 있다.The reflector 240 performs a tilt drive in the vertical direction to adjust the vertical field of view (FOV) of the scan area, and the first mirror unit 241 performs a tilt drive in the horizontal direction to adjust the horizontal field of view (FOV) of the scan area. It may include a second mirror unit 242 that adjusts the field of view (FOV) and performs a tilt drive in the vertical direction in response to the calculated error value.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부(250)는 제1 구동부(미도시) 및 제2 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the driving unit 250 may include a first driving unit (not shown) and a second driving unit (not shown).

제1 구동부는 제1 미러부(241)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 구동부에 포함된 제1 틸팅부는 제1 미러부(241)의 구동축(미도시)과 결합하여 구동축이 제1 미러부(241)와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 제1 미러부(241)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다.The first driving unit may tilt-drive the first mirror unit 241 in the vertical direction. More specifically, the first tilting unit included in the first driving unit is combined with the driving shaft (not shown) of the first mirror unit 241 to transmit power so that the driving shaft rotates integrally with the first mirror unit 241. The first mirror unit 241 can be driven to tilt in the vertical direction.

제2 구동부는 제2 수직 구동부와 제2 수평 구동부를 포함할 수 있다.The second driving unit may include a second vertical driving unit and a second horizontal driving unit.

제2 수평 구동부는 제2 미러부(242)를 수평 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 수평 구동부에 포함된 제2 수평 틸팅부는 제2 미러부(242)의 수평구동축(미도시)과 결합하여 수평구동축이 제2 미러부(242)와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 제2 미러부(242)를 수평 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다.The second horizontal driving unit may tilt-drive the second mirror unit 242 in the horizontal direction. More specifically, the second horizontal tilting unit included in the second horizontal driving unit is coupled to the horizontal driving shaft (not shown) of the second mirror unit 242 and provides power so that the horizontal driving shaft rotates integrally with the second mirror unit 242. The second mirror unit 242 can be driven to tilt in the horizontal direction by transmitting .

제2 수직 구동부는 제2 미러부(242)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 수직 구동부에 포함된 제2 수직 틸팅부는 제2 미러부(242)의 수직구동축(미도시)과 결합하여 신호처리부(400)가 산출한 오차값 또는 미리 산출되어 신호처리부(400)에 저장된 오차값에 대응하여 수직구동축이 제2 미러부(242)와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 제2 미러부(242)를 수직 방향으로 틸트 구동시킬 수 있다.The second vertical driving unit may tilt-drive the second mirror unit 242 in the vertical direction. More specifically, the second vertical tilting unit included in the second vertical driving unit is combined with the vertical driving axis (not shown) of the second mirror unit 242 to obtain an error value calculated by the signal processing unit 400 or a pre-calculated signal processing unit. The second mirror unit 242 can be tilt driven in the vertical direction by transmitting power so that the vertical drive shaft rotates integrally with the second mirror unit 242 in response to the error value stored in 400.

제2 수평 구동부와 제2 수직 구동부는 동작 중에 상호간에 영향을 미치지 않으므로 제2 수평 구동부와 제2 수직 구동부는 동시에 동작하여 제2 미러부(242)를 각각 수평 방향 구동시키고, 수직 방향 구동시킬 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 순차적으로 동작할 수도 있다.Since the second horizontal driver and the second vertical driver do not affect each other during operation, the second horizontal driver and the second vertical driver can operate simultaneously to drive the second mirror unit 242 in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. However, it is not necessarily limited to this and may operate sequentially.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)거울일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 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 수평 또는 수직 방향으로 기울임(tilt) 구동을 하여 수평 또는 수직 FOV (Field of View)를 스캔하며, MEMS 거울의 구동 각도에 따라 라이다 장치(10)의 스캔 각도 범위가 결정될 수 있다.The MEMS mirror scans a horizontal or vertical FOV (Field of View) by tilting in the horizontal or vertical direction, and the scan angle range of the LiDAR device 10 can be determined depending on the driving angle of the MEMS mirror.

제1 미러부(241)는 미리 결정된 제1 구동주기(예를 들어, 10ms)로 미리 결정된 제1 구동범위(예를 들어, -45도 ~ 45도)를 반복적으로 틸트 구동할 수 있다.The first mirror unit 241 may be repeatedly tilt driven in a predetermined first driving range (eg, -45 degrees to 45 degrees) with a predetermined first driving cycle (eg, 10 ms).

신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 미리 결정된 제1 구동범위와 미리 결정된 제1 구동주기를 기반으로 스캐닝부(200)의 각 분해능 편차 보정의 기준이 되는 기준값을 산출하고, 산출된 기준값과 제1 미러부(241)의 구동각도를 기반으로 오차값을 산출할 수 있다.The signal processing unit 400 calculates a reference value that serves as a standard for correction of each resolution deviation of the scanning unit 200 based on the predetermined first driving range and the predetermined first driving cycle of the first mirror unit 241. An error value can be calculated based on the reference value and the driving angle of the first mirror unit 241.

여기서, 기준값은 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도일 수 있다.Here, the reference value may be a driving angle assuming that the first mirror unit 241 is repeatedly linearly driven in a predetermined first driving range with a predetermined first driving cycle.

신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 구동각도에서 기준값을 빼는 방식으로 오차값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제1 미러부(241)의 구동각도가 35도 이고, 기준값이 22.5도인 경우, 오차값은 12.5도 일 수 있다.The signal processing unit 400 can calculate the error value by subtracting a reference value from the driving angle of the first mirror unit 241. For example, if the driving angle of the first mirror unit 241 is 35 degrees and the reference value is 22.5 degrees, the error value may be 12.5 degrees.

제1 각도센서(810)는 제1 미러부(241)의 구동각도를 측정하여 신호처리부(400)로 측정된 각도정보를 송신할 수 있다.The first angle sensor 810 may measure the driving angle of the first mirror unit 241 and transmit the measured angle information to the signal processing unit 400.

제2 각도센서(820)는 제2 미러부(242)의 구동각도를 측정하여 신호처리부(400)로 측정된 각도정보를 송신할 수 있다.The second angle sensor 820 may measure the driving angle of the second mirror unit 242 and transmit the measured angle information to the signal processing unit 400.

신호처리부(400)는 제1 각도센서(810) 및 제2 각도센서(820)를 이용하여 제1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 구동각도를 수신할 수 있다.The signal processing unit 400 may receive the driving angles of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 using the first angle sensor 810 and the second angle sensor 820.

신호처리부(400)는 광원(100)의 출력 및 펄스 반복률을 제어하고, 송신된 제1 미러부(241)의 각도정보를 기반으로 오차값을 산출하고, 송신된 제2 미러부(242)의 각도정보와 산출된 오차값을 이용하여 구동부(250)를 통해 제2 미러부(242)의 구동각도를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1 미러부(241)의 구동각도가 35도이고, 기준값이 22.5도여서, 오차값이 12.5도인 경우, 신호처리부(400)는 구동부(250)를 통해 제2 미러부(242)를 12.5도만큼 틸트 구동시킬 수 있다.The signal processing unit 400 controls the output and pulse repetition rate of the light source 100, calculates an error value based on the angle information of the transmitted first mirror unit 241, and calculates the error value of the transmitted second mirror unit 242. The driving angle of the second mirror unit 242 can be adjusted through the driving unit 250 using the angle information and the calculated error value. For example, when the driving angle of the first mirror unit 241 is 35 degrees, the reference value is 22.5 degrees, and the error value is 12.5 degrees, the signal processing unit 400 operates the second mirror unit 242 through the driving unit 250. ) can be tilt driven by 12.5 degrees.

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). Transmission 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.

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 실시예에 따르면, 라이다 장치(10)는 수신 광량 확인부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.According to one 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)와 제2 미러부(242)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). and the driving angle and driving speed of the second mirror unit 242) 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 실시예에서 라이다 장치(10)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.Not all blocks shown in FIGS. 3 and 4 are 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 실시예에 따른 라이다 장치의 광축조정부를 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the optical axis adjustment unit of the LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)를 참조하면, 광축 조정부(220)는 적어도 하나의 홀(hole)(221)과 홀(221)을 둘러싸는 반사면(222)을 포함하도록 형성될 수 있다. 광축 조정부(220)는 홀(221)을 이용하여 제1 광(L1)을 통과시키는 방식으로 제1 광(L1)과 제2 광(L2)의 광축이 동일하도록 조정하고, 반사면(222)을 이용하여 상기 제2 광(L2)을 반사시킬 수 있다.Referring to (a) of FIG. 5, the optical axis adjustment unit 220 may be formed to include at least one hole 221 and a reflective surface 222 surrounding the hole 221. The optical axis adjusting unit 220 adjusts the optical axes of the first light L1 and the second light L2 to be the same by passing the first light L1 through the hole 221, and adjusts the optical axis of the first light L1 and the second light L2 to be the same. The second light L2 can be reflected using .

홀(hole)(221)은 제1 광(L1)을 통과시킬 수 있고, 광축 조정부(220)의 중심에 위치할 수 있다.The hole 221 may pass the first light L1 and may be located at the center of the optical axis adjustment unit 220.

반사면(222) 1.5 내지 1.7um 파장대역에 대하여 반사율이 높은 재료로 코팅되어 구현되는 것이 바람직하다.It is preferable that the reflective surface 222 is coated with a material having a high reflectivity in the 1.5 to 1.7 um wavelength range.

사용 가능한 재료로는 고반사율의 백색 수지, 금속과 반사성 도료 등이 있다. 백색 수지는, 백색 발포 PET 재료나, 백색 POLYCARBONATE 재료등이 있을 수 있다. 이러한 재료의 반사율은 97%정도이며, 빛의 반사 로스가 적기 때문에 효율 저하가 적다. 금속으로는 고반사율 금속 예컨대 Ag, Al, Au, Cu, Pd, Pt, Rd 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있다. 반사면(222)은 증착에 의해 형성될 수 있다. 또는 반사성 도료로는 80 내지 90%의 반사율을 갖는 산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO), 탄산칼슘(CaCO3) 등의 반사 재료가 단독 또는 혼합되어 함유된 것들을 사용할 수 있다. 이와 같은 반사 도료는 접착제와 함께 용매에 희석하여 플라스틱과 같은 물질에 도포하여 형성될 수 있다. 도포 방법으로는 스프레이 및 롤러 등을 이용하여 도포할 수 있다.Available materials include highly reflective white resins, metals, and reflective paints. White resin may include white foamed PET material or white POLYCARBONATE material. The reflectivity of these materials is about 97%, and because the reflection loss of light is small, there is little decrease in efficiency. As the metal, at least one selected from the group consisting of high reflectivity metals such as Ag, Al, Au, Cu, Pd, Pt, Rd, and alloys thereof can be used. The reflective surface 222 may be formed by deposition. Alternatively, reflective paints containing reflective materials such as titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and calcium carbonate (CaCO 3 ), which have a reflectance of 80 to 90%, alone or in combination, can be used. Such a reflective paint can be formed by diluting it with an adhesive in a solvent and applying it to a material such as plastic. Application methods include spray and roller.

도 5의 (b)를 참조하면, 반사면(222)을 향해 입사하는 제2 광(L2)과 홀(221)을 통과하는 제1 광(L1)의 광축이 실질적으로 일치하는 것을 확인할 수 있다.Referring to (b) of FIG. 5, it can be seen that the optical axes of the second light L2 incident on the reflective surface 222 and the first light L1 passing through the hole 221 substantially coincide. .

라이다 장치(10)는 제1 광(L1)이 반사부(240)(예를 들어, MEMS 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 has an angle of the second light L2 incident on the receiving member 230 even if the scan angle of the first light L1 changes depending on the reflector 240 (e.g., MEMS mirror). Since 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.

도 6은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram to explain problems caused by vertical scan driving of a conventional LiDAR device.

도 6을 참조하면, 제1 미러부(241)는 선형 구동이 아닌 수직 방향의 틸트 구동을 수행하므로 제1 미러부(241)의 틸트 구동에 따른 스캐닝 포인트 간의 수직 간격이 일정하지 못하고 불균등함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, the first mirror unit 241 performs a vertical tilt drive rather than a linear drive, so the vertical spacing between scanning points due to the tilt drive of the first mirror unit 241 is not constant and uneven. You can check it.

보다 상세하게는, 스캔 영역의 수직 방향에 있어서, 가장자리와 중심부 간의 각 분해능 편차가 발생하는데, 스캐닝 포인트 간의 수직 간격은 상부 가장자리로부터 중심부를 향할수록 길어지고, 다시 중심부에서 하부 가장자리로 향할수록 짧아진다. 중심부가 가장자리보다 촘촘하게 스캔됨에 따라, 각 분해능 편차가 발생한다.More specifically, in the vertical direction of the scan area, angular resolution deviation occurs between the edge and the center. The vertical interval between scanning points becomes longer from the upper edge to the center, and becomes shorter as it moves from the center to the lower edge. . As the center is scanned more closely than the edges, angular resolution deviation occurs.

도 7은 종래의 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다.Figure 7 is a diagram to explain problems caused by vertical scan driving and horizontal scan driving of a conventional LiDAR device.

도 7을 참조하면, 제1 미러부(241)는 선형 구동이 아닌 수직 방향의 틸트 구동을 수행하므로 제1 미러부(241)의 틸트 구동에 따른 스캐닝 포인트 간의 수직 간격이 일정하지 못하고 불균등함을 확인할 수 있다. 이에 더하여, 제2 미러부(242)가 수평 방향으로 틸트 구동을 수행함에 따라, 스캐닝 포인트 간의 수직 간격은 스캔영역 전반에 걸쳐서 일정하지 못하고 불균등함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, the first mirror unit 241 performs a vertical tilt drive rather than a linear drive, so the vertical spacing between scanning points due to the tilt drive of the first mirror unit 241 is not constant and uneven. You can check it. In addition, as the second mirror unit 242 performs tilt driving in the horizontal direction, it can be confirmed that the vertical spacing between scanning points is not constant and uneven throughout the scan area.

종래의 라이다 장치는 도 6 내지 도 7과 같이, 레이저 빔이 MEMS 거울에 반사되어 수직 방향을 스캔하는데, 시간에 따른 MEMS 거울의 구동 각도가 비선형성을 갖기 때문에 MEMS 거울의 구동 시 가장자리와 중심의 수직 방향에 있어서 각 분해능 편차가 발생하므로, 각 분해능이 저하된다는 문제점이 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, the conventional LiDAR device scans the vertical direction by reflecting the laser beam on the MEMS mirror. However, since the driving angle of the MEMS mirror over time has non-linearity, the edge and center when the MEMS mirror is driven. Since angular resolution deviation occurs in the vertical direction, there is a problem that angular resolution is lowered.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부와 제2 미러부의 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 8 is a diagram for explaining the operation process of the first mirror unit and the second mirror unit of the lidar device according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 제1 미러부(241)는 미리 결정된 제1 구동범위를 미리 결정된 제1 구동주기 동안에 반복적으로 틸트 구동할 수 있다. 제1 미러부(241)가 틸트 구동을 수행함에 따라, 도 6 내지 도 7에서 확인한 바와 같은 각 분해능 편차가 발생하게 되는데, 제2 미러부(242)가 제1 미러부(241)로부터 발생하는 수직 각도 편차 보정을 위한 수직 보상 틸트 구동을 수행함에 따라 라이다 장치(10)의 각 분해능을 균일하도록 보정할 수 있다.Referring to FIG. 8, the first mirror unit 241 may be repeatedly tilt-driven in a predetermined first driving range during a first predetermined driving cycle. As the first mirror unit 241 performs the tilt drive, the angular resolution deviation as confirmed in FIGS. 6 and 7 occurs, and the second mirror unit 242 generates the tilt drive from the first mirror unit 241. By performing a vertical compensation tilt drive to correct the vertical angle deviation, the angular resolution of the LiDAR device 10 can be corrected to be uniform.

도 8의 ①은 제1 미러부(241)가 +30도 만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ②는 제1 미러부(241)가 0도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ③은 제1 미러부(241)가 -30도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다.① in FIG. 8 indicates that the first mirror unit 241 is tilted by +30 degrees. ② indicates that the first mirror unit 241 is tilted by 0 degrees. ③ indicates that the first mirror unit 241 is tilted by -30 degrees.

ⓑ는 제2 미러부(242)가 +5도 만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ⓐ는 제2 미러부(242)가 0도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다. ⓒ는 제2 미러부(242)가 -5도만큼 틸트 구동한 상태에 있는 것을 나타낸다.ⓑ indicates that the second mirror unit 242 is tilted by +5 degrees. ⓐ indicates that the second mirror unit 242 is tilted by 0 degrees. ⓒ indicates that the second mirror unit 242 is tilted by -5 degrees.

도 8을 참조하면, 제1 미러부(241)가 ①->②->③ 상태로 순차적으로 틸트 구동함에 따라 발생하는 편차는 제2 미러부(242)가 ⓐ->ⓑ->ⓐ->ⓒ->ⓐ 상태로 순차적으로 틸트 구동함으로써 보정할 수 있다. Referring to FIG. 8, the deviation that occurs as the first mirror unit 241 is sequentially tilt driven in the ①->②->③ state is the second mirror unit 242 in the ⓐ->ⓑ->ⓐ-> state. It can be corrected by sequentially tilting in the ⓒ->ⓐ state.

또한, 제1 미러부(241)가 ③->②->① 상태로 순차적으로 틸트 구동함에 따라 발생하는 편차는 제2 미러부(242)가 ⓐ->ⓒ->ⓐ->ⓑ->ⓐ 상태로 순차적으로 틸트 구동함으로써 보정할 수 있다.In addition, the deviation that occurs as the first mirror unit 241 is sequentially tilt driven in the ③->②->① state is the second mirror unit 242 in the ⓐ->ⓒ->ⓐ->ⓑ->ⓐ state. It can be corrected by sequentially performing tilt operation.

신호처리부(400)는 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 틸트 구동하는 것에 대응하여, 제2 미러부(242)가 수직방향으로 구동하기 위한 제2 구동주기와 제2 구동범위를 산출할 수 있다.The signal processing unit 400 is configured to drive the second mirror unit 242 in the vertical direction in response to the first mirror unit 241 repeatedly tilt-driving a predetermined first driving range with a predetermined first driving cycle. The second drive cycle and second drive range can be calculated.

이에 대응하여, 제2 수직 구동부는 제2 미러부(242)를 제2 구동주기로 제2 구동범위를 반복적으로 수직방향으로 틸트 구동시킬 수있다.In response to this, the second vertical driving unit may tilt-drive the second mirror unit 242 in the vertical direction repeatedly in the second driving range in the second driving cycle.

이와 별개로, 제2 수평 구동부는 제2 미러부가 미리 결정된 제3 구동주기(예를 들어, 30ms)로 미리 결정된 제3 구동범위(예를 들어, -55도 ~ 55도)를 반복적으로 틸트 구동시킬 수 있다.Separately, the second horizontal driving unit tilt-drives the second mirror unit repeatedly in a predetermined third driving range (eg, -55 degrees to 55 degrees) with a predetermined third driving cycle (eg, 30 ms). You can do it.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)는 제2 구동범위를 산출하기 위하여 제1 미러부(241)에서 발생하는 적어도 하나의 오차값 중에서 가장 큰 값인 최대오차값을 산출할 수 있다. 또한, 신호처리부(400)가 산출하는 제2 구동주기는 제1 구동주기의 절반에 해당하는 값일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 may calculate a maximum error value, which is the largest value among at least one error value generated in the first mirror unit 241, in order to calculate the second driving range. . Additionally, the second driving cycle calculated by the signal processing unit 400 may be a value corresponding to half of the first driving cycle.

예를 들어, 산출된 최대오차값이 5도이고, 제1 구동주기가 10ms인 경우, 신호처리부(400)는 제2 구동범위를 -5도 ~ 5도로 결정할 수 있고, 제2 구동 주기를 5ms로 결정할 수 있다.For example, if the calculated maximum error value is 5 degrees and the first drive cycle is 10 ms, the signal processor 400 may determine the second drive range to be -5 degrees to 5 degrees, and the second drive cycle is 5 ms. can be decided.

도 8을 통하여 설명한 제1 미러부(241)와 제2 미러부(242)의 구동각도와 구동과정은 본 발명의 일 실시예에 해당하고 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The driving angle and driving process of the first mirror unit 241 and the second mirror unit 242 described with reference to FIG. 8 correspond to an embodiment of the present invention and are not necessarily limited thereto.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 오차값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 9 is a diagram for explaining a method of calculating an error value of a LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동범위(-45도 ~45도)를 미리 결정된 제1 구동주기(10ms)에 따라 반복적으로 "틸트 구동(비선형 구동)"함에 따라 제1 각도센서(810)가 측정한 제1 미러부(241)의 구동각을 나타내는 그래프이다.Figure 9 (a) shows that the first mirror unit 241 of the lidar device according to an embodiment of the present invention has a predetermined first driving range (-45 degrees to 45 degrees) and a predetermined first driving cycle (10 ms). ) is a graph showing the driving angle of the first mirror unit 241 measured by the first angle sensor 810 as it is repeatedly “tilted driven (nonlinear driven)”.

도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동범위(-45도 ~45도)를 미리 결정된 제1 구동주기(10ms)에 따라 반복적으로 "선형 구동"함에 따라 신호처리부(400)에 의하여 산출되는 제1 미러부(241)의 구동각을 연속적으로 나타내는 그래프이다.Figure 9 (b) shows that the first mirror unit 241 of the lidar device according to an embodiment of the present invention has a predetermined first driving range (-45 degrees to 45 degrees) and a predetermined first driving cycle (10 ms). ) is a graph continuously showing the driving angle of the first mirror unit 241 calculated by the signal processing unit 400 as it is repeatedly “linearly driven” according to ).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)가 산출하는 기준값은 제1 미러부(241)가 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도일 수 있다. 예를 들어, 도 9의 (b)를 참조하면, 1.25ms에서의 기준값은 22.5도 일 수 있다, 또한, 10ms에서의 기준값은 45도 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the reference value calculated by the signal processing unit 400 is the value when assuming that the first mirror unit 241 repeatedly linearly drives a predetermined first driving range with a predetermined first driving cycle. It may be the driving angle. For example, referring to (b) of FIG. 9, the reference value at 1.25 ms may be 22.5 degrees, and the reference value at 10 ms may be 45 degrees.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)가 산출하는 오차값은 제1 미러부(241)의 구동각도에서 기준값을 뺀 값일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the error value calculated by the signal processing unit 400 may be a value obtained by subtracting the reference value from the driving angle of the first mirror unit 241.

도 9의 (c)는 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 실시예에서 미리 결정된 단위시간(예를 들어, 0.35ms) 간격마다 산출된 오차값을 나타내는 도면이다.FIG. 9(c) is a diagram showing error values calculated at predetermined unit time intervals (for example, 0.35 ms) in the embodiments of FIG. 9(a) and FIG. 9(b).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호처리부(400)는 오차값을 미리 결정된 단위시간 간격으로 산출하고, 제2 미러부(242)가 산출된 오차값에 대응하여 구동하도록 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the signal processing unit 400 may calculate an error value at predetermined unit time intervals and control the second mirror unit 242 to drive in response to the calculated error value.

신호처리부(400)가 실시간으로 오차값을 산출하여 제2 미러부(242)가 산출된 오차값에 대응하여 구동하도록 제어하게 되면, 연산처리량이 늘어나 오히려 라이다 장치(10)의 더 큰 오차를 야기시킬 수도 있기 때문이다.If the signal processing unit 400 calculates the error value in real time and controls the second mirror unit 242 to drive in response to the calculated error value, the computational processing amount increases, which can actually lead to a larger error of the lidar device 10. Because it can cause it.

도 9의 (d)는 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 실시예에서 산출된 오차값에 따른 제2 미러부(242)의 구동방향을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9(d) is a diagram for explaining the driving direction of the second mirror unit 242 according to the error value calculated in the embodiment of FIG. 9(a) and FIG. 9(b).

도 9의 (d)를 참조하면, 0ms, 2.5ms, 5ms, 7.5ms 및 10ms에서는 오차값이 0이므로, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)가 0도가 되도록 제어한다.Referring to (d) of FIG. 9, since the error value is 0 at 0 ms, 2.5 ms, 5 ms, 7.5 ms, and 10 ms, the signal processing unit 400 controls the second mirror unit 242 to be at 0 degrees.

0ms부터 2.5ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동각이 양의 값을 가지도록 제어한다.In the period between 0 ms and 2.5 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt driving angle of the second mirror unit 242 to have a positive value.

2.5ms부터 5ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제1 미러부(241)의 수직 틸트 구동각이 음의 값을 가지도록 제어한다.In the period between 2.5 ms and 5 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt driving angle of the first mirror unit 241 to have a negative value.

5ms부터 7.5ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동각이 음의 값을 가지도록 제어한다.In the period between 5 ms and 7.5 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt driving angle of the second mirror unit 242 to have a negative value.

7.5ms부터 10ms 사이 구간에서, 신호처리부(400)는 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동각이 양의 값을 가지도록 제어한다.In the period between 7.5 ms and 10 ms, the signal processing unit 400 controls the vertical tilt driving angle of the second mirror unit 242 to have a positive value.

즉, 오차값이 양의 값을 가지는 구간에서 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동범위는 양의 범위(예를 들어, 0도 ~ 45도)에서 구동하게 되고, 오차값이 음의 값을 가지는 구간에서 제2 미러부(242)의 수직 틸트 구동범위는 음의 범위(예를 들어, 0도 ~ -45도)에서 구동하게 된다.That is, in the section where the error value has a positive value, the vertical tilt driving range of the second mirror unit 242 is driven in a positive range (for example, 0 degrees to 45 degrees), and when the error value is a negative value In the section having , the vertical tilt driving range of the second mirror unit 242 is driven in a negative range (for example, 0 degrees to -45 degrees).

도 10은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a diagram for explaining vertical scan driving of a LIDAR device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9.

도 10을 참조하면, 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따라 제2 미러부(242)를 수직방향으로 틸트 구동함으로써, 스캔 영역의 수직 범위에 있어서, 가장자리부터 중심부까지 균일한 스캐닝 포인트 간의 간격이 나타남을 확일 할 수 있다. 즉, 각 분해능을 보정하여 스캔범위의 가장자리에서 중심까지 균일한 각 분해 능을 갖도록 할 수 있다.Referring to FIG. 10, by tilting and driving the second mirror unit 242 in the vertical direction according to the error value calculation method described in FIG. 9, the spacing between scanning points is uniform from the edge to the center in the vertical range of the scan area. This appearance can be confirmed. In other words, the angular resolution can be corrected to have uniform angular resolution from the edge to the center of the scan range.

도 11은 도 9를 통하여 설명한 오차값 산출 방법에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 수직 스캔 구동과 수평 스캔 구동을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is a diagram for explaining vertical scan driving and horizontal scan driving of a LIDAR device according to an embodiment of the present invention according to the error value calculation method described with reference to FIG. 9.

도 11을 참조하면, 제2 미러부(242)가 수직 방향으로 틸트 구동을 수행함과 더불어 수평 방향으로 틸트 구동을 수행함에 따라, 스캐닝 포인트 간의 수직 간격은 스캔영역 전반에 걸쳐서 일정하게 나타날 수 있다.Referring to FIG. 11, as the second mirror unit 242 performs tilt driving in the vertical direction as well as tilt driving in the horizontal direction, the vertical spacing between scanning points may appear constant throughout the scan area.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.Figure 12 is a diagram for explaining the operation process of the LiDAR device according to an embodiment of the present invention.

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

S102 단계에서, 스캐닝부(200)가 방출된 제1 광(L1)을 수신하여 스캔영역을 향해 반사하고, 대상체(20)에서 반사된 제2 광(L2)을 수신하고, 제2 광(L2)을 상기 광 검출기를 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 receives the second light L2 ) can be transmitted toward the photo detector.

S103 단계에서, 광 검출기(300)가 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 스캐닝부(200)의 각 분해능 편차를 보정하기 위한 오차값을 산출하고, 광 검출기(300)의 검출 결과를 이용하여 대상체(20)에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다.In step S104, the signal processing unit 400 calculates an error value to correct each resolution deviation of the scanning unit 200 and obtains distance information about the object 20 using the detection result of the light detector 300. can do.

S104 단계에서, 구동부(250)가 스캐닝부(200)와 연결되어 산출된 오차값에 대응하여 스캐닝부(200)를 구동시킬 수 있다.In step S104, the driving unit 250 is connected to the scanning unit 200 and can drive the scanning unit 200 in response to the calculated error value.

도 12에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 12에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.In FIG. 12, 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. 12 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 실시예에 따르면, 라이다 장치(10)는 구동각 카운팅부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 디스플레이부(20)는 제1 램프(미도시) 및 제2 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) may be included.

구동각 카운팅부(미도시)는 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)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 and the second mirror unit 242, 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.

제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242)는 라이다 장치(10) 운용 과정에서 필연적으로 자주 회전 구동 또는 기울임 구동을 수행하므로, 제1 미러부(241) 및 제2 미러부(242) 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 and the second mirror unit 242 inevitably perform rotational or tilting operation frequently during the operation of the lidar device 10, the first mirror unit 241 and the second mirror unit ( Damage and wear inevitably occur in the member that secures the 242) to the LiDAR device 10 and the driving member connected to the driving unit 250, which is due to the distance data of the object 20 output by the LiDAR device 10. It may cause errors.

라이다 장치(10)는 사용자에게 구동각 카운팅부, 제1 램프 및 제2 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, and the second lamp, thereby allowing the user to replace the driving member connected to the driving unit 250. By doing so, errors in the distance data for the object 20 output by the LIDAR device 10 can be prevented.

또 한편으로, 전술한 실시예에서는 제어유닛(미도시)에 대하여 특별히 언급하지 않았지만, 본 실시예에 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 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 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 실시예를 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 and optical recording media.

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 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 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 attached 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
220: 광축조정부
230: 수신부재
240: 반사부
241: 제1 미러부
242: 제2 미러부
250: 구동부
300: 광 검출기
400: 신호처리부
500: 광학창
700: 디스플레이부
810: 제1 각도센서
820: 제2 각도센서
10: LIDAR device
20: object
100: light source
200: scanning unit
210: Transmission member
220: Optical axis adjustment unit
230: Absence of reception
240: reflection part
241: first mirror unit
242: Second mirror unit
250: driving unit
300: light detector
400: signal processing unit
500: optical window
700: Display unit
810: First angle sensor
820: Second angle sensor

Claims (13)

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 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 스캐닝부; 및
상기 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 신호처리부;를 포함하고,
상기 스캐닝부는, 수평 또는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 수평 또는 수직 방향의 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및 상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부;를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 반사부가 틸트 구동을 수행하는 구동범위와 구동주기를 기반으로 상기 오차값을 산출하고,
상기 반사부는, 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 및 수평 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하는 제2 미러부;를 포함하고,
상기 구동부는, 상기 제1 미러부의 구동축과 결합하여 상기 구동축이 상기 제1 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제1 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제1 구동부; 상기 제2 미러부의 수평구동축과 결합하여 상기 수평구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수평 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수평 구동부; 및 상기 제2 미러부의 수직구동축과 결합하여 상기 수직구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수직 구동부;를 포함하고,
상기 제1 미러부는, 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 틸트 구동하고,
상기 신호처리부는, 상기 미리 결정된 제1 구동범위와 상기 미리 결정된 제1 구동주기를 기반으로 상기 스캐닝부의 각 분해능 편차 보정의 기준이 되는 기준값을 산출하고, 상기 산출된 기준값과 상기 제1 미러부의 구동각도를 기반으로 오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
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;
a scanning unit that receives the emitted first light and reflects it toward the scan area, receives second light reflected from the object, and transmits the second light toward the light detector; and
Calculate at least one error value generated in the scanning unit, control the scanning unit to drive to correct each resolution deviation in response to the calculated error value, and use the detection result of the optical detector to detect the object. It includes a signal processing unit that obtains distance information about the
The scanning unit includes a reflection unit configured to adjust a scan area in the horizontal or vertical direction by performing a tilt drive in the horizontal or vertical direction; and a driving unit connected to the reflecting unit to drive the reflecting unit, wherein the signal processing unit calculates the error value based on a driving range and driving cycle in which the reflecting unit performs tilt driving,
The reflection unit includes: a first mirror unit that adjusts a vertical field of view (FOV) of the scan area by performing a tilt drive in the vertical direction; And a second mirror unit that performs a tilt drive in the horizontal direction to adjust the horizontal field of view (FOV) of the scan area and performs a tilt drive in the vertical direction in response to the calculated error value. ,
The driving unit includes a first driving unit that tilts and drives the first mirror unit in a vertical direction by combining with a drive shaft of the first mirror unit and transmitting power so that the drive shaft rotates integrally with the first mirror unit; a second horizontal drive unit coupled to the horizontal drive shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the horizontal direction by transmitting power so that the horizontal drive shaft rotates integrally with the second mirror unit; and a second vertical drive unit coupled to the vertical drive shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the vertical direction by transmitting power so that the vertical drive shaft rotates integrally with the second mirror unit. ,
The first mirror unit repeatedly tilt-drives a predetermined first driving range at a predetermined first driving cycle,
The signal processing unit calculates a reference value that serves as a standard for correcting each resolution deviation of the scanning unit based on the predetermined first driving range and the first predetermined driving cycle, and drives the first mirror unit based on the calculated reference value. A LIDAR device characterized by calculating error values based on angles.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 신호처리부가 산출하는 기준값은,
상기 제1 미러부가 상기 미리 결정된 제1 구동주기로 상기 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 선형 구동하는 것을 가정한 경우의 구동각도이고,
상기 신호처리부는, 상기 제1 미러부의 구동각도에서 상기 기준값을 빼는 방식으로 상기 오차값을 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
The reference value calculated by the signal processing unit is,
It is a driving angle assuming that the first mirror unit repeatedly linearly drives the predetermined first driving range with the predetermined first driving cycle,
The signal processing unit is a lidar device characterized in that the error value is calculated by subtracting the reference value from the driving angle of the first mirror unit.
제6항에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 산출된 오차값을 기반으로, 상기 미리 결정된 제1 구동주기와 상기 미리 결정된 제1 구동범위에 대응하여, 제2 미러부가 수직 방향으로 틸트 구동하기 위한 제2 구동주기와 제2 구동범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to clause 6,
The signal processing unit,
Based on the calculated error value, a second drive cycle and a second drive range for tilt-driving the second mirror unit in the vertical direction are calculated in response to the predetermined first drive cycle and the predetermined first drive range. A lidar device characterized in that.
제7항에 있어서,
상기 제2 수직 구동부는,
상기 산출된 제2 구동주기와 상기 산출된 제2 구동범위에 대응하여 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
In clause 7,
The second vertical driving unit,
A lidar device characterized in that the second mirror unit is tilt-driven in the vertical direction in response to the calculated second drive cycle and the calculated second drive range.
제1항에 있어서,
상기 제1 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제1 각도센서; 및
상기 제2 미러부의 구동각도를 측정하여 상기 신호처리부로 측정된 각도정보를 송신하는 제2 각도센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to paragraph 1,
a first angle sensor that measures a driving angle of the first mirror unit and transmits the measured angle information to the signal processing unit; and
A LIDAR device comprising a second angle sensor that measures the driving angle of the second mirror unit and transmits the measured angle information to the signal processing unit.
제9항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 광원의 출력 및 펄스 반복률을 제어하고, 상기 송신된 제1 미러부의 각도정보를 기반으로 상기 오차값을 산출하고, 상기 송신된 제2 미러부의 각도정보 와 상기 산출된 오차값을 이용하여 상기 구동부를 통해 제2 미러부의 구동각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to clause 9,
The signal processing unit,
Controls the output and pulse repetition rate of the light source, calculates the error value based on the transmitted angle information of the first mirror unit, and uses the transmitted angle information of the second mirror unit and the calculated error value to control the driver unit. A lidar device characterized in that it controls the driving angle of the second mirror unit through.
제1항에 있어서,
상기 스캐닝부는,
상기 광원으로부터 입사된 상기 제1 광이 평행광이 되도록 조정하는 송신부재;
적어도 하나의 홀(hole)과 상기 홀을 둘러싸는 반사면을 포함하고, 상기 홀을 이용하여 상기 제1 광을 통과시키는 방식으로 상기 제1 광과 상기 제2 광의 광축이 동일하도록 조정하고, 상기 반사면을 이용하여 상기 제2 광을 반사하는 광축 조정부; 및
상기 반사면으로부터 반사된 상기 제2 광을 집광시켜 상기 광 검출기로 입사시키는 수신 부재;를 포함하는 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;
It includes at least one hole and a reflective surface surrounding the hole, and adjusts the optical axes of the first light and the second light to be the same by passing the first light through the hole, and an optical axis adjustment unit that reflects the second light using a reflective surface; and
A LiDAR device comprising a receiving member that condenses the second light reflected from the reflective surface and makes it incident on the light detector.
제11항에 있어서,
상기 광 검출기는,
InGaAs 계열의 PIN 타입, APD 타입 또는 SPAD 타입으로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 장치.
According to clause 11,
The photo detector is,
A LiDAR device characterized in that it consists of an InGaAs series PIN type, APD type, or SPAD type.
광원, 광 검출기, 스캐닝부, 신호처리부 및 구동부를 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, 대상체에서 반사된 제2 광을 수신하고, 상기 제2 광을 상기 광 검출기를 향해 송신하는 단계;
상기 광 검출기가, 상기 제1 광 중 상기 스캔영역 상에 위치하는 상기 대상체에 의해 반사된 광인 제2 광을 검출하는 단계; 및
상기 신호처리부가, 상기 스캐닝부에서 발생하는 적어도 하나의 오차값을 산출하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 각 분해능 편차를 보정하기 위하여 상기 스캐닝부가 구동하도록 제어하고, 상기 광 검출기의 검출 결과를 이용하여 상기 대상체에 대한 거리 정보를 획득하는 단계;를 포함하고,
상기 스캐닝부는, 수평 또는 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 수평 또는 수직 방향의 스캔영역을 조절하도록 구성된 반사부; 및 상기 반사부와 연결되어 상기 반사부를 구동시키는 구동부;를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 반사부가 틸트 구동을 수행하는 구동범위와 구동주기를 기반으로 상기 오차값을 산출하고,
상기 반사부는, 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수직 시야(field of view: FOV)를 조절하는 제1 미러부; 및 수평 방향으로 틸트 구동을 수행하여 상기 스캔영역의 수평 시야(field of view: FOV)를 조절하고, 상기 산출된 오차값에 대응하여 수직 방향으로 틸트 구동을 수행하는 제2 미러부;를 포함하고,
상기 구동부는, 상기 제1 미러부의 구동축과 결합하여 상기 구동축이 상기 제1 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제1 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제1 구동부; 상기 제2 미러부의 수평구동축과 결합하여 상기 수평구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수평 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수평 구동부; 및 상기 제2 미러부의 수직구동축과 결합하여 상기 수직구동축이 상기 제2 미러부와 일체로 회전되도록 동력을 전달하는 방식으로 상기 제2 미러부를 수직 방향으로 틸트 구동시키는 제2 수직 구동부;를 포함하고,
상기 제1 미러부는, 미리 결정된 제1 구동주기로 미리 결정된 제1 구동범위를 반복적으로 틸트 구동하고,
상기 신호처리부는, 상기 미리 결정된 제1 구동범위와 상기 미리 결정된 제1 구동주기를 기반으로 상기 스캐닝부의 각 분해능 편차 보정의 기준이 되는 기준값을 산출하고, 상기 산출된 기준값과 상기 제1 미러부의 구동각도를 기반으로 오차값을 산출하는 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, a signal processing unit, and a driving unit,
the light source emitting first light;
The scanning unit receiving the emitted first light and reflecting it toward the scan area, receiving the second light reflected from the object, and transmitting the second light toward the light detector;
detecting, by the light detector, a second light, which is light reflected by the object located on the scan area, among the first light; and
The signal processing unit calculates at least one error value generated in the scanning unit, controls the scanning unit to drive to correct each resolution deviation in response to the calculated error value, and outputs a detection result of the photo detector. It includes; obtaining distance information about the object using,
The scanning unit includes a reflection unit configured to adjust a scan area in the horizontal or vertical direction by performing a tilt drive in the horizontal or vertical direction; and a driving unit connected to the reflecting unit to drive the reflecting unit, wherein the signal processing unit calculates the error value based on a driving range and driving cycle in which the reflecting unit performs tilt driving,
The reflection unit may include: a first mirror unit that adjusts a vertical field of view (FOV) of the scan area by performing a tilt drive in the vertical direction; And a second mirror unit that performs a tilt drive in the horizontal direction to adjust the horizontal field of view (FOV) of the scan area and performs a tilt drive in the vertical direction in response to the calculated error value. ,
The driving unit includes a first driving unit that tilts and drives the first mirror unit in a vertical direction by combining with a drive shaft of the first mirror unit and transmitting power so that the drive shaft rotates integrally with the first mirror unit; a second horizontal drive unit coupled to the horizontal drive shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the horizontal direction by transmitting power so that the horizontal drive shaft rotates integrally with the second mirror unit; and a second vertical drive unit coupled to the vertical drive shaft of the second mirror unit to tilt and drive the second mirror unit in the vertical direction by transmitting power so that the vertical drive shaft rotates integrally with the second mirror unit. ,
The first mirror unit repeatedly tilt-drives a predetermined first driving range at a predetermined first driving cycle,
The signal processing unit calculates a reference value that serves as a standard for correcting each resolution deviation of the scanning unit based on the predetermined first driving range and the predetermined first driving cycle, and drives the first mirror unit based on the calculated reference value. A method of operating a LIDAR device characterized by calculating an error value based on the angle.
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