라이다 시스템

라이다 시스템{Ladar system}

본 발명의 실시예들은 라이다 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대상체의 위치를 조종하는 라이다 시스템에 관한 것이다.

라이다 시스템(LADAR system; Laser Detection And Ranging System)은 레이저를 목표물을 향하여 조사하고 목표물로부터 반사된 광을 수신함으로써, 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있는 시스템이다.

라이다 시스템은 기상 관측이나 거리 측정 등의 용도를 위해 활용되다가, 최근에는 위성을 이용한 기상 관측, 무인 로봇 센서, 무인 주행차, 및 3차원 영상 모델링을 위한 기술을 위하여 연구되고 있다.

본 발명의 실시예들은 대상체의 위치를 정밀하게 조종할 수 있는 라이다 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는,

대상체의 위치를 조종하는 라이다 시스템에 있어서,

제1 방향으로 연장된 중심축을 갖는 중심부와 상기 중심부 주변에 배치된 주변부를 포함하는 몸체(body);

상기 중심부에 배치되며 상기 중심축과 실질적으로 나란한 방향으로 광을 방출하는 중심 레이저;

상기 중심 레이저에 인접 배치되고, 외부로부터 유입된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 중심 검출기;

상기 주변부에 배치되며 상기 중심축에 대해서 제1 각도로 기울어진 방향으로 광을 방출하는 제1 주변 레이저;

상기 제1 주변 레이저에 인접 배치되고, 외부로부터 유입된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 제1 주변 검출기;

상기 제1 주변 레이저를 상기 중심축에 대해서 회전시키는 회전부;

상기 중심 검출기 및 상기 제1 주변 검출기 중 적어도 하나에 의해서 변환된 신호를 바탕으로 상기 대상체의 위치를 설정하는 제어부; 및

상기 제어부의 위치 설정값을 상기 대상체로 송신하는 통신부;를 포함하는 라이다 시스템을 개시한다.

상기 주변부에 배치되며 상기 중심축에 대해서 제2 각도로 기울어진 방향으로 광을 방출하는 제2 주변 레이저; 및 상기 제2 주변 레이저에 인접 배치되고, 외부로부터 유입된 광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 제2 주변 검출기;를 더 포함하며, 상기 제2 각도는 상기 제1 각도보다 작을 수 있다.

상기 제1 각도는 상기 라이다 시스템으로부터 상기 대상체까지의 거리, 및 상기 대상체의 크기와 연동되어 조절될 수 있다.

상기 몸체는 상기 중심 레이저를 지지하는 로드, 및 상기 로드 측면에 배치되며 상기 제1 주변 레이저를 지지하며 상기 제1 각도를 조절하는 각도 조절기를 포함할 수 있다.

상기 각도 조절기는, 상기 로드의 길이 방향으로 움직이는 관형의 실린더; 일측이 상기 실린더에 힌지로 연결되는 제1 지지바; 및 일측이 상기 로드에 힌지로 연결되며, 타측은 상기 제1 지지바와 힌지로 연결되는 제2 지지바;를 포함할 수 있다.

상기 각도 조절기는, 일측이 상기 로드의 상부에 연결되는 신축수단; 및 일측이 상기 로드의 하부에 힌지로 연결되며, 타측은 상기 신축수단과 힌지로 연결되는 지지바;를 포함할 수 있다.

상기 회전부는, 상기 제1 주변 레이저가 상기 중심축을 중심으로 회전한 회전각을 측정하는 엔코더; 및 상기 주변부를 상기 중심축을 중심으로 회전시키는 회전 모터;를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 중심 레이저에서 방출된 광과 상기 대상체로부터 반사되어 상기 중심 검출기로 입사된 광을 비교하여 상기 대상체까지의 거리를 측정할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 대상체까지의 거리를 측정하는 단계; 상기 제1 각도를 조절하는 단계; 상기 제1 주변 레이저를 회전시켜 상기 대상체의 위치를 판단하는 단계; 및 상기 대상체의 위치를 설정하는 단계; 를 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는,

무인 비행체를 조종하는 라이다 시스템에 있어서, 상기 라이다 시스템으로부터 상기 무인 비행체까지의 거리를 측정하기 위한 중심 레이저 및 상기 중심 레이저에 인접 배치된 중심 검출기;

상기 중심 레이저의 광축에 대해서 기울어진 광축을 가지며, 상기 중심 레이저 주변을 회전하는 적어도 하나의 주변 레이저 및 상기 적어도 하나의 주변 레이저에 인접 배치된 적어도 하나의 주변 검출기; 및

상기 중심 검출기 및 상기 주변 검출기 중 적어도 하나의 검출 신호에 의해서 상기 무인 비행체의 현재 위치를 판단하고, 상기 무인 비행체의 다음 위치를 설정하는 제어부;를 포함하는 라이다 시스템을 개시한다.

상기 무인 비행체의 다음 위치는 상기 적어도 하나의 주변 레이저의 회전에 의해서 형성된 회전 스캔 라인의 내부 영역으로 설정될 수 있다.

상기 무인 비행체의 다음 위치를 상기 무인 비행체로 송신하는 통신부;를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 주변 레이저의 광축이 상기 중심 레이저의 광축에 대해서 기울어진 정도를 조정하는 각도 조절기;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 중심 레이저에서 방출된 광과 상기 대상체로부터 반사되어 상기 중심 검출기로 입사된 광을 비교하여 상기 무인 비행체까지의 거리를 측정할 수 있다.

상기 적어도 하나의 주변 레이저를 회전시키는 회전부;를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면,특징,및 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 특허청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 라이다 시스템은 중심 레이저 광 및 주변 레이저 광을 통해서 대상체의 위치를 판단 및 설정하고, 설정값을 대상체에 송신하는 과정을 통해서 대상체를 정밀하고 쉽게 조종할 수 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 의한 라이다 시스템에 의해서 대상체가 조종되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3d는 라이다 시스템에 의해서 대상체의 위치를 판단하는 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 제어부의 대상체에 대한 제어 명령 신호를 생성하는 단계를 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각도 조절기를 포함하는 몸체의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각도 조절기를 포함하는 몸체의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각도 조절기에 포함되는 신축수단이 전기실린더인 것을 예시하고 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 시스템를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바,특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하,첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서 층,막,영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 의한 라이다 시스템(100)에 의해서 대상체(200)가 조종되는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 라이다 시스템(100)에 의해서 대상체(200)에 레이저를 조사한 후, 조사 영역을 이동시키면 대상체(200)가 그 조사 영역을 따라서 움직이게 된다. 이는 라이다 시스템(100)에 의해서 대상체(200)의 위치를 실시간으로 파악한 후, 라이다 시스템(100)이 대상체(200)에게 레이저 조사 영역으로 이동시키는 제어 명령을 송신함으로써 수행될 수 있다. 상기 제어 명령을 수신 받은 대상체(200)는 상기 제어 명령에 따라 위치를 변화시킨다.

대상체(200)는 이동 가능한 물체로 무인 자동차, 무인 비행체(unmanned aerial vehicle) 등이 될 수 있다. 대상체(200)는 상기 라이다 시스템(100)의 제어 명령을 수신받는 수신부 및 상기 제어 명령에 따라 구동을 하는 구동부를 포함할 수 있다. 대상체(200)에는 용도에 따라 다양한 장비가 탑재될 수 있다.

대상체(200)의 이동 방식으로 대상체(200)에 GPS(global positioning system) 수신기를 탑재시켜, GPS 수신값에 의해 위치를 파악하고 이동시키는 방안이 있을 수 있다. 그러나, GPS를 이용하는 방식은 위치의 오차값이 크고 실내에서는 측정하기가 어려워 정확한 위치 파악이 어려울 수 있다. 대상체(200)의 다른 이동 방식으로는 기존의 무선 조종 장치를 이용하여 사용자가 직접적으로 조종하는 방식이 있다. 그러나, 이러한 조종 방식은 숙련된 기술이 요구되어 대상체(200)의 조종에 숙련되지 않은 사용자의 경우, 정확한 위치 조정이 어려울 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의한 라이다 시스템(100)은 상기 대상체(200)에 레이저 광을 조사하고, 레이저 광의 조사 영역을 따라 상기 대상체(200)를 이동시켜 대상체(200)의 위치를 정확하고 쉽게 조종할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 7을 통해서, 보다 자세한 구성을 살펴보도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 시스템(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 의한 라이다 시스템(100)은 이동 가능한 대상체(200)를 조종하는 것으로, 몸체(110), 중심 레이저(120), 중심 검출기(122), 제1 주변 레이저(130), 제1 주변 검출기(132), 회전부(150), 제어부(160), 및 통신부(170)를 포함한다.

몸체(110)는 제1 방향(+z 방향)으로 연장된 중심축(CA)를 갖는 중심부와 상기 중심부 주변에 배치된 주변부를 포함한다. 상기 중심부에는 중심 레이저(120) 및 중심 검출기(122)가 배치되며, 상기 주변부에는 제1 주변 레이저(130) 및 제1 주변 검출기(132)가 배치된다. 상기 주변부에는 제2 내지 제n 주변 레이저 및 제2 내지 제n 주변 검출기가 더 포함될 수 있다. (n > 2인 정수) 상기 중심부와 주변부는 일체(一體)로 형성되지 않을 수 있다. 즉, 상기 주변부는 상기 중심부와는 별도의 부재로 형성되어 상기 제1 주변 레이저(130) 및 제1 주변 검출기(132)를 지지할 수 있다. 물론, 중심부와 주변부는 일체(一體)로 형성될 수도 있다.

몸체(110)는 중심 레이저(120)를 지지하는 로드(111), 및 제1 주변 레이저(130)의 광축(LA1)과 상기 중심축(CA)의 각도를 조절하는 각도 조절기(113)를 포함할 수 있다. 상기 각도 조절기(113)의 구조에 대해서는 후술하기로 한다.

중심 레이저(120)는 상기 몸체(110)의 중심부에 배치되어 상기 중심축(CA)과 실질적으로 나란한 방향으로 광을 방출할 수 있다. 여기서, '실질적으로 나란한 방향'이란 상기 중심축(CA)의 방향과 상기 중심 레이저(120)의 광축이 이루는 각도가 약 5도 이내일 수 있음을 의미한다. 중심 레이저(120)를 중심부에 배치시킴에 있어서 가공 오차가 발생할 수 있는 바, 상기 중심축(CA)과 중심 레이저(120)의 광축이 이루는 각도는 정확하게 0도가 아닐 수 있다.

상기 중심축(CA)과 상기 중심 레이저(120)의 광축(LA)은 일치할 수도 있고, 일치하지 않을 수도 있다. 즉, 도 2에서처럼, 중심 레이저(120)의 광축(LA)은 상기 중심축(CA)과 소정의 간격을 가지고 형성될 수도 있으나, 이에 한정되지 않고, 중심 레이저(120)의 광축(LA)은 중심축(CA)과 일치하여 배치될 수도 있다.

중심 검출기(122)는 상기 중심 레이저(120)에 인접 배치되고, 외부로부터 유입된 광을 수신하여 전기 신호로 변환한다. 중심 검출기(122)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 중심 검출기(122)는 상기 포토다이오드 앞단에 광을 집속시키는 집속 렌즈(focusing lens)를 더 포함할 수 있다.

중심 레이저(120) 및 상기 중심 검출기(122)는 상기 라이다 시스템(100)으로부터 대상체(200)까지의 거리(d)를 측정하기 위한 것일 수 있다. 중심 레이저(120)에서 방출된 광은 대상체(200)에 조사될 수 있으며, 대상체(200)에 조사된 후 대상체(200)로부터 반사된 광은 중심 검출기(122)에 수광될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 중심 레이저(120)는 강도가 변조된 펄스광(intensity-modulated pulsed light)을 조사하는 레이저일 수 있다. 변조된 펄스광을 이용하여 레이저광이 조사된 시점과 대상체(200)에 의해 반사되어 중심 검출기(122)에 수광된 시점까지의 시간 차이로부터 대상체(200)까지의 거리를 정밀하게 측정할 수 있다. 상기 시간 차이는 조사된 광된 수광된 광의 위상 편이(phase shift) 및 레이저광의 변조된 주파수(modulated frequency)로부터 계산될 수 있다.

제1 주변 레이저(130)는 상기 중심축(CA)에 대해서 제1 각도(θ1)로 기울어진 방향으로 광을 방출하며, 중심축(CA)을 기준으로 360도 회전할 수 있다. 이에 따라, 제1 주변 레이저(130)는 상기 대상체(200)가 존재하는 위치 근방에서 제1 회전 스캔 라인(SL1)을 형성할 수 있다. 상기 제1 회전 스캔 라인(SL1)은 대략 원형일 수 있다. 상기 제1 회전 스캔 라인(SL1)을 따라 대상체(200)의 유무를 판단하는 것으로, 상기 대상체(200)의 위치를 판단할 수 있다.

제1 각도(θ1)는 상기 대상체(200)의 대략적인 크기(A)를 고려하여 정해질 수 있다. 상기 크기(A)는 대상체(200)의 폭 또는 높이, 또는 대각선 방향에서 보는 각도에 따라 정해지는 것일 수 있다. 상기 크기(A)는 중심축(CA)이 지면과 이루는 각도를 고려하여 설정될 수 있다.

제1 각도(θ1)는 상기 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 중심에 배치될 때 제1 회전 스캔 라인에 내접할 수 있을 정도의 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 각도(θ1)는 약 arctan(A/2d)으로 설정될 수 있다.

제1 주변 검출기(132)는 상기 제1 주변 레이저(130)에 인접 배치되고, 외부로부터 유입된 광을 수신하여 전기 신호로 변환한다. 제1 주변 검출기(132)는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 제1 주변 검출기(132)는 포토다이오드 앞단에 광을 집속시키는 집속 렌즈(focusing lens)를 더 포함할 수 있다.

제1 주변 레이저(130) 및 상기 제1 주변 검출기(132)는 상기 제1 회전 스캔 라인의 각 지점에 대상체(200)가 위치하고 있는 지를 측정하기 위한 것일 수 있다. 제1 주변 레이저(130)에서 방출된 광은 대상체(200)의 일부 영역에 조사될 수 있으며, 대상체(200)에 조사된 후 대상체(200)로부터 반사된 광은 제1 주변 검출기(132)에 수광될 수 있다. 중심 레이저(120)를 이용하여 대상체(200)까지의 거리(d)를 확보하고 있는 바, 중심 레이저(120)에서 방출한 광이 반사되어 일정한 시간 안에 상기 제1 주변 검출기(132)로 수광되는 지의 여부에 따라 제1 회전 스캔 라인의 각 지점에 대상체(200)가 위치하고 있는지를 판단할 수 있다.

상기 제1 주변 레이저(130)는 상기 제1 회전 스캔 라인(SL1)에서 대상체(200)의 유무만을 판단하기 위한 것으로, 제1 주변 레이저(130)가 방출한 광 및 제1 주변 검출기(132)에 수광된 광을 이용하여 상기 대상체(200)의 거리를 측정하기 위한 별도의 과정은 필요하지 않을 수 있다.

상기 제1 주변 레이저(130)와 같이, 상기 중심축(CA)에 대해서 기울어진 광축을 갖고, 중심축(CA)을 중심으로 회전하는 복수의 주변 레이저가 더 포함될 수 있다.

회전부(150)는 상기 제1 주변 레이저(130)를 중심축(CA)을 중심으로 회전시키기 위한 것일 수 있다. 회전부(150)는 몸체(110)의 주변부와 연결되어 상기 주변부를 회전시킴으로써 상기 제1 주변 레이저(130)를 회전시킬 수 있다. 몸체(110)의 중심부와 주변부가 분리되어 있는 경우, 회전부(150)에 의해서 몸체(110)의 주변부만이 회전되고, 중심부는 고정되어 있을 수 있다. 또는, 회전부(150)는 몸체(110)의 중심부와 주변부를 동시에 회전시킬수도 있다.

회전부(150)는 회전 모터(151)를 포함할 수 있다. 회전부(150)는 제1 주변 레이저(130)가 중심축(CA)를 중심으로 회전한 회전각(α)을 측정하는 엔코더(153)을 더 포함할 수 있다. 엔코더(153)은 상기 회전 모터(151)과 연계되어 회전 모터(151)의 회전 각도 및 회전 방향을 측정하기 위한 신호를 생성할 수 있다.

제어부(160)는 상기 대상체(200)의 위치를 파단하고 상기 대상체(200)의 위치를 조종하기 위한 제어 명령을 생성할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 상기 대상체(200)의 거리에 따라서 상기 제1 주변 레이저(130)의 제1 각도(θ1)를 조절하는 제어 명령을 생성할 수 있다. 이와 같은 제어부(160)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 제어부(160)는 라이다 시스템(100)에 포함될 수 있으며, 예를 들어 반도체칩과 회로를 포함하는 회로기판으로 제작되거나, 반도체칩에 내장되는 회로 또는 소프트웨어나, 또는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 소프트웨어와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다.

통신부(170)는 상기 제어부(160)에서 생성한 제어 명령을 대상체(200)로 송신하는 역할을 할 수 있다. 또한, 통신부(170)는 상기 대상체(200)가 상기 라이다 시스템(100)에 의해서 제어되는 특정 대상체(200)임을 인식하기 위한 신호를 수신받는 역할을 할 수도 있다.

라이다 시스템(100)은 상기 구성들을 수용할 하우징(180)을 더 포함할 수 있다. 하우징(180)은 상기 구성들을 보호하는 역할을 할 수 있다. 하우징(180)에서 광이 방출되는 영역에는 홀(hole)이 형성되거나, 투명부재로 이루어질 수 있다.

도 3a 내지 3d는 라이다 시스템(100)에 의해서 대상체(200)의 위치를 판단하는 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3a를 참조하면, 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1) 내부 영역에 배치되는 경우에는 중심 레이저(120)에 의한 광만을 조사 받게 된다. 즉, 대상체(200)가 중심 레이저(120)에 의해 감지되고, 제1 주변 레이저(130)에 의해서는 감지되지 않는 경우, 제어부(160)는 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1) 내부 영역에 배치되고 있다고 판단할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 상부 영역에 배치되는 경우를 나타내고 있다. 대상체(200)가 제1 주변 레이저(130)에 의한 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 상부 영역에 의해서만 감지되는 경우, 제어부(160)는 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 상부 영역에 배치되고 있다고 판단할 수 있다. 또한, 제1 회전 스캔 라인(SL1)에서 감지되는 정도에 따라서 상부쪽으로 얼마큼 치우쳐있는지 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(600)는 대상체(200)를 하부쪽으로 이동시키는 제어 명령을 생성할 수 있다.

도 3c를 참조하면, 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 좌측 영역에 배치되는 경우를 나타내고 있다. 대상체(200)가 제1 주변 레이저(130)에 의한 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 좌측 영역에 의해서만 감지되는 경우, 제어부(160)는 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 좌측 영역에 배치되고 있다고 판단할 수 있다. 또한, 제1 회전 스캔 라인(SL1)에서 감지되는 정도에 따라서 좌측으로 얼마큼 치우쳐있는지 판단할 수 있다. 이 경우, 제어부(160)는 대상체(200)를 우측으로 이동시키는 제어 명령을 생성할 수 있다.

도 3d를 참조하면, 대상체(200)가 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 내부 영역 및 외부 영역에 배치되는 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 제어부(160)는 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 반경을 크게 조종할 수 있다. 즉, 제1 주변 레이저(130)의 제1 각도(θ1)을 증가시켜 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 반경을 키울 수 있다.

도 4는 제어부(160)의 대상체(200)에 대한 제어 명령 신호를 생성하는 단계를 나타내는 블록 다이어그램이다.

제어부(160)가 제어 명령 신호를 생성하기 전에 라이다 시스템(100)과 상기 대상체(200)가 서로 연동되는 과정이 더 포함될 수 있다. 즉, 대상체(200)가 라이다 시스템(100)에 의해서 조종이 되는 특정 대상체(200)임이 인식되면, 상기 라이다 시스템(100)에 의한 조종이 가능해질 수 있다.

우선, 상기 대상체(200)에 중심 레이저(120)에서 방출되는 광을 조사하여, 라이다 시스템(100)으로부터 대상체(200)까지의 거리(d)를 측정한다. (S1)

제어부(160)는 상기 중심 레이저(120)에서 방출된 광과 상기 대상체(200)로부터 반사되어 상기 중심 검출기(122)로 입사된 광을 비교하여 대상체(200)까지의 거리(d)를 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 상기 중심 레이저(120)는 강도가 변조된 펄스광(intensity-modulated pulsed light)을 조사하는 레이저일 수 있다. 변조된 펄스광을 이용하여 레이저광이 조사된 시점과 대상체(200)에 의해 반사되어 중심 검출기(122)에 수광된 시점까지의 시간 차이로부터 대상체(200)까지의 거리를 정밀하게 측정할 수 있다. 상기 시간 차이는 조사된 광된 수광된 광의 위상 편이(phase shift) 및 레이저광의 변조된 주파수(modulated frequency)로부터 계산될 수 있다.

그 다음, 제어부(160)는 상기 대상체(200)의 크기 및 상기 대상체(200)까지의 거리를 고려하여 제1 주변 레이저(130)의 제1 각도(θ1)을 조절한다.(S2)

일부 실시예에서, 상기 제1 각도(θ1)는 상기 제1 주변 레이저(130)에 의해서 형성될 제1 회전 스캔 라인(SL1)에 대상체(200)가 내접할 수 있도록 조절될 수 있다.

그 다음, 제어부(160)는 제1 주변 레이저(130)를 회전 스캔시키면서(S3) 대상체(200)의 위치를 판단한다.(S4)

제어부(160)는 회전 모터(151)를 회전시킴으로써 상기 제1 주변 레이저(130)를 회전시킬 수 있다. 회전 모터(151)는 상기 제어부(160)의 회전 명령 이전부터 회전을 하고 있을 수도 있다.

제1 주변 레이저(130)의 회전 위치는 엔코더(153)에 의해서 확보될 수 있으며, 각각의 위치마다 대상체(200)의 존재 유무를 판단하며 대상체(200)의 위치를 판단할 수 있다.

그 다음, 제어부(160)는 상기 대상체(200)의 위치가 허용 오차 범위에 있는 지 여부를 판단한다.(S5) 대상체(200)의 위치가 허용 오차 범위 내에 있는 경우, 예를 들어, 상기 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 내부 영역에 위치하는 경우는 대상체(200)에 위치 제어 명령을 송신하지 않을 수 있다.

대상체(200)의 위치가 허용 오차 범위를 벗어난 경우, 제어부(160)는 대상체(200)의 위치를 설정, 예를 들어, 상기 제1 회전 스캔 라인(SL1) 내부 영역의 위치로 설정하고 제어 명령을 생성한다. (S6)

그 다음 제어부(160)는 생성된 제어 명령을 통신부(170)을 통해서 대상체(200)로 송신한다. (S7)

대상체(200)는 상기 제어 명령을 수신받아 위치를 변경할 수 있다. 대상체(200)의 위치가 변경되면, 제어부(160)는 대상체(200)까지의 거리를 측정하는 단계(S1)부터 반복할 수 있다.

이와 같은 동작에 의해서, 대상체(200)는 라이다 시스템(100)에 의해서 광이 조사되는 영역 안으로 이동될 수 있으며, 라이다 시스템(100)이 광 조사 영역을 이동시키면, 상기 광 조사 영역을 따라서 대상체(200)가 이동할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 각도 조절기(113)를 포함하는 몸체(110)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

몸체(110)는 원기둥 형상의 로드(111) 및 상기 로드(111)를 따라 상하로 움직이는 관형의 실린더(113a), 일측이 상기 실린더(113a)에 힌지로 연결되는 제1 지지바(113b), 및 일측이 상기 로드(111)에 힌지로 연결되며 타측은 상기 제1 지지바(113b)와 힌지로 연결되는 제2 지지바(113c)를 포함한다. 여기서, 실린더(113a), 제1 지지바(113b),및 제2 지지바(113c)가 각도 조절기(113)으로 동작할 수 있다. 각도 조절기(113)는 로드(111) 내부에 상기 실린더(113a)를 전기적으로 구동하는 구동 모듈(113d)를 더 포함할 수 있다. 로드(111)의 상면에는 중심 레이저(120) 및 중심 검출기(122)가 배치될 수 있다.

제1 지지바(113b), 및 제2 지지바(113c)는 막대, 봉 또는 바(bar) 형태로서, 일정한 길이를 가지고 구비된다. 실린더(113a), 제1 지지바(113b), 및 제2 지지바(113c)는 서로 힌지로 연결되어 있어 연결점에서 회전이 가능할 수 있다.

실린더(113a)는 내부가 빈 관형으로, 실린더(113a)의 내부에는 로드(111)가 배치된다. 실린더(113a)는 로드(111)의 길이 방향을 따라 상하로 움직일 수 있다. 실린더(113a)가 상기 로드(111)를 따라 상하로 움직이게 됨에 따라, 실린더(113a)와 로드(111)에 연결된 제1 지지바(113b) 및 제2 지지바(113c)의 각도가 변경될 수 있다. 이에 따라, 중심축(CA)과 상기 제2 지지바(113c)가 이루는 각도를 조절할 수 있다. 제2 지지바(113c)에는 상기 제1 주변 레이저(130) 및 제1 주변 검출기(132)가 장착되어 제2 지지바(113c)의 길이 방향과 제1 주변 레이저(130)의 광축(LA1)이 나란하게 배치될 수 있다. 따라서, 실린더(113a)를 상기 로드(111)의 길이 방향으로 이동하는 것은 제1 각도(θ1)를 조절하는 것을 의미할 수 있다.

도 6a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 각도 조절기(113)를 포함하는 몸체(110)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

몸체(110)는 원기둥 형상의 로드(111), 일측이 로드(111)의 상부에 연결되는 신축수단(113e), 및 일측이 상기 로드(111)의 하부에 힌지로 연결되며 타측은 상기 신축수단(113e)과 힌지로 연결되는 제2 지지바(113c)를 포함한다. 여기서, 신축수단(113e), 및 제2 지지바(113c)가 각도 조절기(113)으로 동작할 수 있다. 여기서, 신축수단(113e)의 일측은 상기 로드(111)와 힌지 연결이 아닌 고정 수단에 의해서 고정될 수 있다.

신축수단(113e)의 길이가 변경되면, 중심축(CA)와 상기 제2 지지바(113c)의 각도가 변경되며, 이에 따라, 제1 각도(θ1)를 조절할 수 있다. 신축수단(113e)는 다양한 형태의 구조가 적용될 수 있다.

도 6b는 신축수단(113e)이 전기실린더인 것을 예시하고 있다.

도 6b를 참조하면, 상기 전기실린더는, 일정 길이를 가진 관형의 제1실린더(311)와, 상기 제1실린더(311)의 일측에 내장되어 전기적으로 구동하는 구동모터(312)와, 상기 구동모터(312)의 회전축에 설치되어 회전축을 통한 회전력이 축방향의 회전력으로 전달되도록 하는 기어부(313)와, 상기 제1실린더(311)의 중공부에 내입되고 상기 기어부(313)와 연결됨으로써 상기 기어부(313)의 회전력에 의해서 제1실린더(311)의 축방향으로 선형 이동되는 실린더로드(314)를 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우 구동모터(312)가 정회전 또는 역회전하면, 구동모터(312)와 연결된 기어부(313)를 통해 회전력이 실린더로드(314)로 전이되어 실린더로드(314)가 제1실린더(311)의 축방향으로 슬라이드 이동(화살표 참조)할 수 있고, 그에 따라 전체적인 길이 조절이 가능하다.

본 발명에 있어서, 각도 조절기(113)은 도 5 내지 도 6b의 예시 구조로 제한되는 것은 아니며, 제1 주변 레이저(130)의 광축(LA1)의 방향을 변경할 수 있는 구조라면 다른 구조로의 변형이 가능하다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다 시스템(100')를 개략적으로 나타낸 도면이다.

라이다 시스템(100')은 복수의 주변 레이저(130, 140)를 포함할 수 있다. 제1 주변 레이저(130)는 중심축(CA)에 대해서 제1 각도(θ1)를 가지고 기울어진 제1 광축(LA1)을 가질 수 있다. 제2 주변 레이저(140)는 중심축(CA)에 대해서 제2 각도(θ2)를 가지고 기울어진 제2 광축(LA2)을 가질 수 있다.

제2 주변 레이저(140)는 상기 중심축(CA)에 대해서 제2 각도(θ2)로 기울어진 방향으로 광을 방출하며, 상기 제2 주변 레이저(140)는 상기 중심축(CA)을 기준으로 360도 회전할 수 있다. 이에 따라, 제2 주변 레이저(140)는 상기 대상체(200)가 존재하는 위치 근방에서 제2 회전 스캔 라인(S2)을 형성할 수 있다. 상기 제2 회전 스캔 라인(S2)은 대략 원형일 수 있다. 상기 제2 회전 스캔 라인(S2)을 따라 스캔함에 따라, 상기 대상체(200)의 위치를 판단할 수 있다.

제2 각도(θ2)는 상기 제1 각도(θ1)보다 작게 설정될 수 있다. 제2 각도(θ2)가 제1 각도(θ1)보다 작다는 것은 제2 주변 레이저(140)에 의해 형성된 제2 회전 스캔 라인(S2)은 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 내부 영역에 포함됨을 의미할 수 있다. 제2 회전 스캔 라인(S2)에 의해서 상기 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 내부 영역에 존재하는 대상체(200)의 위치를 더욱 정밀하게 파악할 수 있다.

라이다 시스템(100, 100')은 중심축(CA)에 대해서 제3 각도(θ3)를 가지고 기울어진 제3 광축(LA3)을 갖는 제3 주변 레이저를 더 포함할 수 있다. 제3 각도(θ3)는 상기 제1 각도(θ1)에 비해서 클 수 있다. 제3 각도(θ3)가 제1 각도(θ1)보다 크다는 것은 제1 회전 스캔 라인(SL1)의 외부 영역에 존재하는 대상체(200)의 위치를 더욱 세밀하게 파악할 수 있음을 의미할 수 있다.

대상체(200)의 위치를 보다 정밀하게 파악함으로써, 대상체(200)의 위치 조종을 보다 정밀하게 할 수 있다. 대상체(200)의 위치조정은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다.

이와 같은 위치 조종에 의해서, 대상체(200)는 라이다 시스템(100)에 의해서 광이 조사되는 영역 안으로 이동될 수 있으며, 라이다 시스템(100)이 광 조사 영역을 이동시키면, 상기 광 조사 영역을 따라서 대상체(200)가 이동할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 라이다 시스템(100, 100')은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100, 100': 라이다 시스템
110: 몸체
111: 로드
113: 각도 조절기
113a: 실린더
113d: 구동 모듈
113b: 제1 지지바
113c: 제2 지지바
120: 중심 레이저
122: 검출기
130: 제1 주변 레이저
132: 제1 주변 검출기
140: 제2 주변 레이저
142: 제2 주변 검출기
150: 회전부
151: 회전 모터
153: 엔코더
160: 제어부
170: 통신부
180: 하우징
200: 대상체