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KR102287071B1 - Lidar optical apparatus - Google Patents

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Publication number
KR102287071B1
KR102287071B1 KR1020180086246A KR20180086246A KR102287071B1 KR 102287071 B1 KR102287071 B1 KR 102287071B1 KR 1020180086246 A KR1020180086246 A KR 1020180086246A KR 20180086246 A KR20180086246 A KR 20180086246A KR 102287071 B1 KR102287071 B1 KR 102287071B1
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KR
South Korea
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module
shaft
laser
mirror
laser beam
Prior art date
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KR1020180086246A
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Korean (ko)
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KR20200011313A (en
Inventor
문명일
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주식회사 라이드로
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Publication date
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Abstract

본 발명은 라이다 광학 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본체 하우징 전면부에 구비되는 전면 윈도우, 상기 본체 하우징 내측에서 상기 전면 윈도우를 향해 관통하는 레이저빔의 입사 및 반사각을 조절하기 위하여 전자석 작동 축(Electromagnetic Shaft)으로 각도 조절이 가능한 반사미러를 포함하여 구성되는 미러모듈, 상기 반사미러의 전방 일측단 및 전방 타측단에서 레이저빔을 발신하고 수신하기 위한 기능을 수행하는 하나 이상의 레이저모듈 및 상기 미러모듈 및 하나 이상의 레이저모듈 간의 시간 동기와 위치 동기를 제어하는 기능을 수행하는 제어모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치를 제공함으로서, 모터 등을 사용하여 반사미러를 회전하고 제어하는 복잡한 구성을 사용하는 기존의 라이다 광학 장치보다 구조를 간단하게 하고 비용을 절감하는 효과가 있다.The present invention relates to a lidar optical device, and more particularly, to a front window provided on the front part of a main body housing, and an electromagnet actuating axis for controlling the incident and reflection angles of a laser beam passing from the inside of the main housing toward the front window. (Electromagnetic Shaft) a mirror module comprising a reflective mirror capable of angle adjustment, one or more laser modules performing a function for transmitting and receiving a laser beam from one front end and the other front end of the reflective mirror, and the mirror By providing a lidar optical device characterized in that it comprises a control module that performs a function of controlling time synchronization and position synchronization between the module and one or more laser modules, using a motor, etc. to rotate and control the reflection mirror It has the effect of simplifying the structure and reducing the cost compared to the conventional lidar optical device using a complex configuration.

Description

라이다 광학 장치{LIDAR OPTICAL APPARATUS}LIDAR OPTICAL APPARATUS

본 발명은 라이다 광학 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전 중심 축을 기준으로 각도 조절이 가능하도록 동작하는 반사미러를 제공하는 라이다 광학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lidar optical device, and more particularly, to a lidar optical device that provides a reflective mirror operable to adjust an angle with respect to a central axis of rotation.

최근 들어, 자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저 레이다 장치(라이다, LIDAR - Light Detection And Ranging)가 많이 사용되고 있다.Recently, a laser radar device (LIDAR - Light Detection And Ranging) has been widely used to detect surrounding terrain or objects in a car or a mobile robot.

이러한 라이다 장치는, 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서, 반사광의 시간측정은 클럭펄스로 계산하며, 그 진동수 30㎒로 5m, 150㎒로 1m의 분해능을 가진다.Such a lidar device emits pulsed laser light into the atmosphere and measures the distance or atmospheric phenomenon using the reflector or scatterer. , it has a resolution of 1 m at 150 MHz.

그러므로 주변 영역으로 레이저 광을 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용함으로써, 측정 대상물의 거리와 속도, 형상을 측정하거나 주변의 물체나 지형을 정밀하게 스캔할 수 있는 것이다.Therefore, by irradiating laser light into the surrounding area and using the time and intensity of the reflected light that is reflected off the surrounding object or terrain, it is possible to measure the distance, speed, and shape of the measurement object, or to precisely scan the surrounding object or terrain. there will be

또한, 이러한 라이다는 로봇 및 무인자동차의 전방 장애물 검출용 센서, 속도측정용 레이더 건, 항공 지오-맵핑장치, 3차원 지상조사, 수중 스캐닝 등 다양한 분야에서도 널리 적용되고 있다.In addition, such lidar is widely applied in various fields such as sensors for detecting obstacles in front of robots and unmanned vehicles, radar guns for speed measurement, aerial geo-mapping devices, three-dimensional ground surveys, and underwater scanning.

그런데, 종래의 지상 라이다는 화각에 상응하게 빔 폭이 넓은 레이저를 방출하고 화각 내의 모든 방향으로 부터 동시에 반사광을 획득하여 반사체와의 거리를 획득하기 때문에, 출력이 매우 높은 레이저 모듈을 필요로 하며 따라서 매우 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 출력이 높은 레이저 모듈은 크기가 크고, 라이다 장치의 전체적인 크기를 키우는 요인으로 작용하게 된다.However, the conventional terrestrial lidar emits a laser with a wide beam width corresponding to the angle of view and simultaneously acquires reflected light from all directions within the angle of view to obtain a distance from the reflector, so a laser module with very high output is required. Therefore, there is a problem that the price is very high. In addition, a laser module having a high output has a large size and acts as a factor to increase the overall size of the lidar device.

특히, 전방향 스캔(Panoramic Scanning) 기능을 구비하는 라이다 장치의 경우, 송신광학계와 수신광학계를 포함하여 장치 전체가 회전하여 동작하게 된다. 그런데 이와 같은 장치 전체를 회전시키게 되는 경우 시스템 크기는 더욱 커지게 되는데, 이는 미관상으로도 좋지 않을 뿐만 아니라, 가격 및 소비전력 상승의 문제를 더욱 심화시키게 된다.In particular, in the case of a lidar device having a panoramic scanning function, the entire device including the transmitting optical system and the receiving optical system rotates and operates. However, when the entire device is rotated, the size of the system becomes larger, which is not only not good in terms of aesthetics, but also aggravates the problems of price and power consumption increase.

또한, 종래의 스캐닝 라이다의 경우, LASER의 반사, 굴절각을 산란시키기 위해서는 반사미러(Mirror)의 각도를 변경하기 위한 입사/반사각의 변경이 필요하고, 특정 관심영역에 대한 집중스캔이 어려우며, 다양한 레이저 패턴의 조사가 불가하고, 다수의 레이저 및 수광부 등의 사용으로 제조비용이 고가화 되고, 구현되는 구조가 복잡해지는 문제가 있다.In addition, in the case of the conventional scanning lidar, in order to scatter the reflection and refraction angles of the LASER, it is necessary to change the incident/reflection angle to change the angle of the reflection mirror, and it is difficult to intensively scan a specific region of interest, and various There are problems in that it is impossible to irradiate the laser pattern, the manufacturing cost increases due to the use of a plurality of lasers and light receiving units, and the implemented structure becomes complicated.

이러한 본 발명의 배경기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0078031(2017.07.07.)에 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에 관한 것이 공지되어 있다.As a background art of the present invention, it is known in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2017-0078031 (2017.07.07.) that relates to a scanning lidar in which the scanning vertical area is variable.

상기 배경기술은 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다에 관한 것으로서, 측정 타겟으로 진행하는 펄스 레이저를 반사하는 반사미러를 모터를 통해 360도 회전을 제어함과 동시에, 단일 혹은 소수의 레이저와 수신부 및 수직 방향으로 미러가 회전하는 구조를 통하여, 수직 영역이 확장된 넓은 영역에 대한 스캔을 수행하여 3차원 공간정보 획득에 기반을 둔 안전성을 확보할 수 있는 스캐닝 수직 영역이 가변되는 스캐닝 라이다를 제공하는 데 있다.The background art relates to a scanning lidar in which the scanning vertical area is variable, and at the same time controlling the 360-degree rotation of a reflective mirror that reflects a pulse laser traveling to a measurement target through a motor, a single or a small number of lasers, a receiver and Through a structure in which the mirror rotates in the vertical direction, it provides a scanning lidar with a variable scanning vertical area that can scan a wide area in which the vertical area is extended to secure safety based on 3D spatial information acquisition is to do

그러나 상기 종래 기술은 반사 미러를 360도 회전시키는 모터, 상기 반사 미러를 수직 방향으로 틸팅(tilting)되도록 제어하는 각도 조정부를 포함하는 구성을 개시하나, 상기 구성의 종래 기술은 360도 회전 모터를 사용하므로 기구구조의 설계에 있어 설계 자유도가 크게 제한되는 단점이 있다.However, the prior art discloses a configuration including a motor for rotating the reflection mirror 360 degrees, an angle adjusting unit for controlling the reflection mirror to be tilted in the vertical direction, but the prior art of the configuration uses a 360 degree rotation motor Therefore, there is a disadvantage that the degree of design freedom is greatly limited in the design of the mechanism structure.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 각도 조절이 가능하도록 동작하는 반사미러를 통해 레이저빔을 반사 및 산란시킴으로써 스캔 성능을 향상시킬 수 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a lidar optical device capable of improving scanning performance by reflecting and scattering a laser beam through a reflective mirror that operates to allow angle adjustment. There is a purpose.

본 발명의 다른 목적은 반사미러의 후면에서 회전 중심축을 기준으로 X축과 Y축 방향으로 각도 조절이 가능하게 동작하는 전자석 작동 축(Electromagnetic Shaft)을 장착하여 전류강도에 의해 축(Shaft)의 길이를 가변 제어함으로써 반사미러의 회전 효과를 통해 스캔 성능을 향상시킬 수 있는 라이다 광학 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to mount an Electromagnetic Shaft that operates to allow angle adjustment in the X-axis and Y-axis directions with respect to the central axis of rotation on the rear surface of the reflective mirror to determine the length of the shaft by the current strength. An object of the present invention is to provide a lidar optical device capable of improving scanning performance through the rotation effect of a reflection mirror by variably controlling the

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 라이다 광학 장치에 있어서, 본체 하우징, 상기 본체 하우징 전면부에 구비되는 전면 윈도우, 상기 본체 하우징 내측에서 상기 전면 윈도우를 향해 관통하는 레이저빔의 입사 및 반사각을 조절하기 위하여 전자석 작동 축(Electromagnetic Shaft)으로 각도 조절이 가능한 반사미러를 포함하여 구성되는 미러모듈, 상기 반사미러의 전방 일측단 및 전방 타측단에서 레이저빔을 발신하고 수신하기 위한 기능을 수행하는 하나 이상의 레이저모듈 및 상기 미러모듈 및 하나 이상의 레이저모듈 간의 시간 동기와 위치 동기를 제어하는 기능을 수행하는 제어모듈을 포함하여 구성될 수 있다.In the lidar optical device according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem, the main body housing, the front window provided on the front part of the main body housing, the laser beam passing through the front window from the inside of the main housing housing A function for transmitting and receiving a laser beam from the front one end and the other front end of the mirror module comprising a reflective mirror capable of angle adjustment with an electromagnetic shaft to control the incident and reflected angles. It may be configured to include one or more laser modules and a control module that performs a function of controlling time synchronization and position synchronization between the mirror module and the one or more laser modules.

본 발명의 상기 미러모듈은 상기 반사미러의 후면에서 중심을 기준으로 좌측 또는 우측중의 어느 일단에 연결되어 Y축 방향의 각도 조절이 가능하도록 작동하는 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)과 이에 대응되는 타측에서 상기 제1전자석 작동 축에 대응하여 Y축의 균형을 잡아주기 위한 제1 보조 축(1st Dummy-Shaft)이 구성되고, 상기 반사미러의 후면에서 중심을 기준으로 상측 또는 하측중의 어느 일단에 연결되어 X축 방향의 각도 조절이 가능하도록 작동하는 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)과 이에 대응되는 타측에서 상기 제2전자석 작동 축에 대응하여 X축의 균형을 잡아주기 위한 제2 보조 축(2nd Dummy-Shaft)이 구성되며, 상기 반사미러의 후면 중심에서 X축과 Y축의 각도 가변 작동 시 축 중심 고정 기능으로 작동하는 회전 중심 축(Rotating Axis)이 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The mirror module of the present invention is connected to either one end of the left or right side with respect to the center on the rear surface of the reflection mirror, and a first electromagnetic shaft operating to enable angle adjustment in the Y-axis direction; A first auxiliary shaft (1st Dummy-Shaft) for balancing the Y-axis corresponding to the first electromagnet operation shaft is configured on the other side corresponding to the other side, and either the upper side or the lower side based on the center on the rear surface of the reflection mirror A second electromagnetic shaft connected to one end and operated to adjust the angle in the X-axis direction, and a second auxiliary for balancing the X-axis corresponding to the second electromagnetic shaft from the other side corresponding thereto A 2nd Dummy-Shaft is configured, and a Rotating Axis that operates as an axis center fixing function when the angle of the X-axis and Y-axis is variable operated at the rear center of the reflection mirror may be configured. .

또한, 본 발명의 상기 미러모듈은 하나 이상의 레이저모듈에 의한 레이저빔의 발신 신호 및 수신 신호의 시간 및 위치 제어를 위하여 상기 제어모듈과 연동하는 기능을 수행하기 위한 미러모듈 제어기판을 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the mirror module of the present invention further comprises a mirror module control board for performing a function of interworking with the control module for time and position control of the transmission signal and reception signal of the laser beam by one or more laser modules. can be

또한, 본 발명의 상기 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)과 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)은 제어모듈에서 제어되는 전류강도에 의해 축(Shaft)의 길이가 가변 제어 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the first electromagnet actuating shaft (1st Electromagnetic Shaft) and the second electromagnet actuating shaft (2nd Electromagnetic Shaft) of the present invention are configured so that the length of the shaft can be variably controlled by the current intensity controlled by the control module. can be characterized as

또한, 본 발명의 상기 레이저모듈은 상기 반사미러의 좌측 전방에 위치하는 제1 레이저모듈 및 상기 반사미러의 우측 전방에 위치하는 제2 레이저모듈로 이루어진질 수 있다.In addition, the laser module of the present invention may be composed of a first laser module positioned in front of the left side of the reflective mirror and a second laser module positioned in front of the right side of the reflective mirror.

또한, 본 발명의 상기 제1 레이저모듈 및 제2 레이저모듈은 상기 반사미러를 향하여 레이저빔을 조사하기 위하여 특정 주파수대의 펄스 레이저빔을 발진하는 레이저다이오드, 상기 반사미러를 통하여 반사되어진 펄스 레이저빔을 수광하여 광전 변환하기 위한 포토다이오드, 수신/발신되는 레이저빔을 집중시키는 기능을 위한 광학 렌즈와 덮개 하우징, 후단에서 이를 고정하고 지지하기 위한 브라킷 및 레이저빔의 발신 신호 및 수신 신호의 시간 및 위치를 제어하기 위하여 제어모듈과 연동하는 기능을 수행하기 위한 레이저모듈 제어기판을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the first laser module and the second laser module of the present invention include a laser diode that oscillates a pulse laser beam of a specific frequency band to irradiate a laser beam toward the reflection mirror, and a pulse laser beam reflected through the reflection mirror. Photodiode for photoelectric conversion by receiving light, optical lens and cover housing for concentrating the received/outgoing laser beam, bracket for fixing and supporting it at the rear end, and time and location of laser beam outgoing and received signals It may be configured to include a laser module control board for performing a function interlocking with the control module in order to control.

또한, 본 발명의 상기 제1 레이저모듈 및 제2 레이저모듈 각각의 레이저다이오드는 레이저빔의 발신 위치를 상기 반사미러의 서로 다른 영역에서 조사(Scanning)되게 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, each laser diode of the first laser module and the second laser module of the present invention may be characterized in that the laser beam is set to be irradiated in different regions of the reflective mirror.

본 발명의 일 측면에 따른 반사미러의 각도 조절이 가능하도록 동작하는 전자석 작동 축(Electromagnetic Shaft)을 이용하는 라이다 광학 장치를 통하여 레이저빔을 반사 및 산란시켜 공간적인 데이터를 확보할 수 있는 공간 스캔 성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.Spatial scan performance capable of securing spatial data by reflecting and scattering a laser beam through a lidar optical device using an electromagnetic shaft that operates to adjust the angle of the reflective mirror according to an aspect of the present invention has the effect of maximizing

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 전자석 작동 축(Electromagnetic Shaft)을 이용하여 반사미러의 X축 Y축 방향으로 각도 조절을 함으로서, 모터 등을 사용하여 반사미러를 회전하고 제어하는 복잡한 구성을 사용하는 기존의 라이다 광학 장치보다 구조를 간단하게 하고 비용을 절감하는 효과가 있다.In addition, by adjusting the angle in the X-axis and Y-axis direction of the reflection mirror using an electromagnetic shaft according to an aspect of the present invention, a complex configuration of rotating and controlling the reflection mirror using a motor or the like is used. It has the effect of simplifying the structure and reducing the cost compared to the conventional lidar optical device.

도 1은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 본체 하우징의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 본체 하우징의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성을 예시하여 보여주는 내부사시도,
도 4는 본 발명에 따른 Y축 방향으로 반사미러의 각도 조절을 진행하는 미러모듈의 상태를 예시하는 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 X축 방향에서의 반사미러 각도 조절을 진행하는 미러모듈의 상태를 예시하는 상측 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성 및 동작 상태를 예시하여 보여주는 평면도이다.1 is a perspective view of a body housing of a lidar optical device according to the present invention;
2 is a side view of a body housing according to the present invention;
3 is an internal perspective view illustrating the internal configuration of the lidar optical device according to the present invention;
4 is a side view illustrating a state of a mirror module that adjusts the angle of the reflection mirror in the Y-axis direction according to the present invention;
5 is an upper plan view illustrating a state of a mirror module that adjusts the angle of the reflection mirror in the X-axis direction according to the present invention;
6 is a plan view illustrating an internal configuration and an operating state of the lidar optical device according to the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 본체 하우징(100)의 사시도이고, 도 2는 본체 하우징(100)의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성을 예시하여 보여주는 내부사시도이다. 1 is a perspective view of the main body housing 100 of the lidar optical device according to the present invention, FIG. 2 is a side view of the main body housing 100, and FIG. 3 is a diagram illustrating the internal configuration of the lidar optical device according to the present invention. This is an internal perspective view that shows.

도시에서와 같이 본 발명은 라이다 광학 장치에 있어서, 본체 하우징(100)과 상기 본체 하우징(100) 전면부에 구비되는 전면 윈도우(110), 반사미러(121)의 각도 조절이 가능하게 하는 미러모듈(120), 하나 이상의 레이저모듈 및 제어모듈(미도시)로 구성되는 것을 특징으로 한다.As shown in the figure, in the present invention, in the lidar optical device, the body housing 100, the front window 110 provided on the front part of the body housing 100, and the mirror enabling angle adjustment of the reflection mirror 121 It is characterized in that it is composed of a module 120, one or more laser modules and a control module (not shown).

이에 상기 미러모듈(120)은 상기 본체 하우징(100) 내측에서 상기 전면 윈도우(110)를 향해 관통하는 레이저빔을 산란시키기 위하여 입사각, 반사각 또는 굴절각을 조정하기 위한 각도 조절이 가능하도록 동작하는 반사미러(121)를 포함한다.Accordingly, the mirror module 120 is a reflective mirror operable to adjust the angle of incidence, reflection or refraction angle in order to scatter the laser beam passing through the inside of the main body housing 100 toward the front window 110 . (121).

본 발명의 특징에 있어서, 상기 미러모듈(120)은 상기 반사미러(121)의 후면에서 중심을 기준으로 좌측 또는 우측중의 어느 일단에 연결되어 Y축 방향의 각도 조절이 가능하도록 작동하는 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)(122)와 이에 대응되는 타측에서 상기 제1전자석 작동 축에 대응하여 Y축의 균형을 잡아주기 위한 제1 보조 축(1st Dummy-Shaft)(123)이 구성된다.In a feature of the present invention, the mirror module 120 is connected to either one end of the left or right side with respect to the center from the rear surface of the reflection mirror 121, and is operated to enable angle adjustment in the Y-axis direction. An electromagnet actuating shaft (1st Electromagnetic Shaft) 122 and a first auxiliary shaft (1st Dummy-Shaft) 123 for balancing the Y-axis corresponding to the first electromagnet actuating axis are configured from the other side corresponding thereto.

또한, 상기 Y축의 구성과 동일하게 상기 반사미러(121)의 후면에서 중심을 기준으로 상측 또는 하측중의 어느 일단에 연결되어 X축 방향의 각도 조절이 가능하도록 작동하는 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)(125)와 이에 대응되는 타측에서 상기 제2전자석 작동 축에 대응하여 X축의 균형을 잡아주기 위한 제2 보조 축(2nd Dummy-Shaft)(126)이 구성되어진다..In addition, as in the configuration of the Y-axis, the second electromagnet actuating shaft 2nd is connected to either end of the upper or lower side with respect to the center on the rear surface of the reflective mirror 121 and operates to adjust the angle in the X-axis direction. Electromagnetic Shaft) 125 and a second auxiliary shaft (2nd Dummy-Shaft) 126 for balancing the X-axis corresponding to the second electromagnet operation shaft are configured from the other side corresponding thereto.

이에 상기 반사미러(121)가 X축 방향과 Y축 방향으로의 각도 가변 작동 시에 상기 반사미러(121)의 후면 축 중심에서 고정 기능으로 역할을 담당하는 회전 중심 축(Rotating Axis)(124)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Accordingly, when the reflective mirror 121 is operated with a variable angle in the X-axis direction and the Y-axis direction, a rotational axis 124 that serves as a fixed function at the center of the rear axis of the reflective mirror 121 . It is characterized in that it comprises a.

이때 상기 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)(122)와 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)(125)는 본 발명의 제어모듈에서 제어되는 전류강도에 의해 마그네틱 축(Shaft)의 길이가 가변 제어될 수 있다.At this time, the length of the first electromagnet operating shaft (1st Electromagnetic Shaft) 122 and the second electromagnet operating shaft (2nd Electromagnetic Shaft) 125 is the length of the magnetic shaft by the current intensity controlled by the control module of the present invention. It can be variably controlled.

이는 전기나 유압, 압축 공기 등을 이용하는 원동 구동장치를 두루 일컫는 액추에이터와 같은 것으로서, 본 발명에서는 전자기식으로 작동되는 선형 액추에이터를 응용하여 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)(122)와 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)(125)를 구성함으로서, 반사미러(121)의 X축과 Y축이 가변 조절되어 상기 반사미러(121)가 회전하는 것과 같은 효과를 낼 수 있게 되는 것이다. This is the same as an actuator that refers to a driving device that uses electricity, hydraulic pressure, compressed air, etc., and in the present invention, a first electromagnetic shaft 122 and a second electromagnetic shaft are applied by applying an electromagnetically operated linear actuator. By configuring the 2nd Electromagnetic Shaft 125 , the X-axis and Y-axis of the reflection mirror 121 are variably adjusted to produce the same effect as the rotation of the reflection mirror 121 .

그리고 본 발명의 상기 미러모듈(120)은 하나 이상의 레이저모듈에 의한 레이저빔의 발신 신호 및 수신 신호의 시간 및 위치 제어를 위하여 제어모듈과 연동하는 기능을 수행하기 위한 미러모듈(120) 제어기판을 더 포함할 수 있다.In addition, the mirror module 120 of the present invention includes a mirror module 120 control board for performing a function of interworking with the control module for time and position control of the transmission signal and reception signal of the laser beam by one or more laser modules. may include more.

상기 레이저모듈은 상기 반사미러(121)의 전방 일측단 및 전방 타측단에서 레이저빔을 발신하고 수신하기 위한 기능을 수행하는 하나 이상의 레이저모듈로 구성된다.The laser module is composed of one or more laser modules performing a function for transmitting and receiving a laser beam from one front end and the other front end of the reflection mirror 121 .

도 3에서와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 상기 레이저모듈은 상기 반사미러(121)의 좌측 전방에 위치하는 제1 레이저모듈(130) 및 상기 반사미러(121)의 우측 전방에 위치하는 제2 레이저모듈(140)로 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 3 , the laser module according to an embodiment of the present invention includes a first laser module 130 positioned in front of the left side of the reflective mirror 121 and a first laser module 130 positioned in front of the right front of the reflective mirror 121 . It may consist of two laser modules 140 .

그리고 상기 제1 레이저모듈(130) 및 제2 레이저모듈(140)은 상기 반사미러(121)를 향하여 레이저빔을 조사하기 위하여 특정 주파수대의 펄스 레이저빔을 발진하는 레이저다이오드(132), 상기 반사미러(121)를 통하여 반사되어진 펄스 레이저빔을 수광하여 광전 변환하기 위한 포토다이오드(131), 수신/발신되는 레이저빔을 집중시키는 기능을 위한 광학 렌즈와 덮개 하우징, 후단에서 이를 고정하고 지지하기 위한 브라킷 및 레이저빔의 발신 신호 및 수신 신호의 시간 및 위치 제어를 위하여 제어모듈과 연동하는 기능을 수행하기 위한 레이저모듈 제어기판을 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the first laser module 130 and the second laser module 140 include a laser diode 132 that oscillates a pulsed laser beam of a specific frequency band in order to irradiate the laser beam toward the reflection mirror 121, and the reflection mirror. A photodiode 131 for receiving and photoelectric conversion of the pulsed laser beam reflected through 121, an optical lens and cover housing for concentrating the received/outgoing laser beam, and a bracket for fixing and supporting it at the rear end and a laser module control board for performing a function of interworking with a control module for time and position control of a laser beam's outgoing signal and a received signal.

또한, 상기 제1 레이저모듈(130) 및 제2 레이저모듈(140) 각각의 레이저다이오드(132)는 레이저빔의 발신 위치를 상기 반사미러(121)의 서로 다른 영역에서 조사(Scanning)되게 설정될 수 있다. 예를 들어 상기 제1 레이저모듈(130)은 상기 반사미러(121)의 상단부에서 먼저 스캐닝을 수행하고, 상기 제2 레이저모듈(140)은 상기 반사미러(121)의 하단부에서 먼저 스캐닝을 수행할 수도 있는 것이다. 이는 상기 제1 레이저모듈(130) 및 제2 레이저모듈(140)을 보다 더 효과적으로 사용하게 하는 장점이 있다.In addition, each laser diode 132 of the first laser module 130 and the second laser module 140 is set to be irradiated (Scanning) the laser beam transmission position in different areas of the reflection mirror 121. can For example, the first laser module 130 scans first from the upper end of the reflective mirror 121 , and the second laser module 140 scans from the lower end of the reflective mirror 121 first. it might be This has the advantage of using the first laser module 130 and the second laser module 140 more effectively.

본 발명의 상기 제어모듈은 상기 미러모듈(120) 및 하나 이상의 레이저모듈과 연동하여 시간 동기와 위치 동기를 제어하는 기능을 수행한다.The control module of the present invention performs a function of controlling time synchronization and position synchronization by interworking with the mirror module 120 and one or more laser modules.

이때 상기 미러모듈(120) 및 상기 레이저모듈은 상기 제어모듈과의 연동을 위한 미러모듈 제어기판 및 레이저모듈 제어기판을 각각 포함할 수 있다.In this case, the mirror module 120 and the laser module may include a mirror module control board and a laser module control board for interworking with the control module, respectively.

상술한 본 발명의 구성에 대하여 먼저 본 발명의 일실시예에 따른 X축 방향의 각도 조절을 위한 상기 반사미러(121)의 동작을 설명한다.With respect to the configuration of the present invention described above, first, an operation of the reflection mirror 121 for adjusting the angle in the X-axis direction according to an embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명에 따른 Y축 방향의 반사미러(121)의 각도 조절을 진행하는 미러모듈(120)의 상태를 예시하는 측면도로서, 여기서 도 4a는 본 발명에 따른 반사미러(121)의 초기 상태를 예시하여 보여주는 좌측 단면도이고 도 4b는 본 발명에 따른 반사미러(121)의 제1동작 상태를 예시하여 보여주는 좌측 단면도를 참조한다.4 is a side view illustrating the state of the mirror module 120 in which the angle adjustment of the reflective mirror 121 in the Y-axis direction according to the present invention is performed, wherein FIG. 4A is an initial view of the reflective mirror 121 according to the present invention. It is a left cross-sectional view illustrating the state and FIG. 4B is a left cross-sectional view illustrating the first operation state of the reflection mirror 121 according to the present invention.

도시에서와 같이 어느 하나의 레이저모듈에서 발진하는 레이저다이오드(132)를 통하여 레이저빔을 반사미러(121)로 향하여 발신하거나, 상기 반사미러(121)를 통하여 반사되어진 펄스 레이저빔을 수광하여 광전 변환하기 위한 포토다이오드(131)로 수신할 수 있다. As shown in the figure, the laser beam is transmitted toward the reflective mirror 121 through the laser diode 132 oscillating from one of the laser modules, or the pulsed laser beam reflected through the reflective mirror 121 is received and converted into photoelectricity. It can be received by the photodiode 131 for

이때 도 4a는 Y축 방향의 각도 조절이 가능하도록 회전 중심 축(Rotating Axis)(124)의 상단에서 작동하는 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)(122)와 이에 대응되는 하단의 제1 보조 축(1st Dummy-Shaft)(123)이 초기에 정지해 있는 것을 도시하고 있는 것이며, 이후 도 4b에서와 같이 상기 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)(122)가 제어모듈을 통한 가변 전류에 의하여 길이를 변경하게 되는 것을 보여주고 있다. 이때 제1 보조 축(1st Dummy-Shaft)(123)은 상기 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)(122)와 대응되게 수축 되거나 길이가 늘어나는 역활을 수행한다.At this time, FIG. 4A shows a first electromagnetic shaft 122 operating at the upper end of the Rotating Axis 124 to enable angle adjustment in the Y-axis direction, and a first auxiliary at the lower end corresponding thereto. It shows that the shaft (1st Dummy-Shaft) 123 is initially stopped, and then the first electromagnet operation shaft (1st Electromagnetic Shaft) 122 responds to the variable current through the control module as shown in FIG. 4B. It shows that the length is changed by At this time, the first auxiliary shaft (1st Dummy-Shaft) 123 performs a role of contracting or increasing the length to correspond to the first electromagnetic shaft (1st Electromagnetic Shaft) 122 .

도 4b를 통하여 본 발명의 반사미러(121)는 Y축 방향으로 각도가 가변되게 동작하게 됨을 알 수 있는 것이다.It can be seen from FIG. 4b that the reflection mirror 121 of the present invention operates to have a variable angle in the Y-axis direction.

도 5는 본 발명에 따른 X축 방향으로의 반사미러(121) 각도 조절을 진행하는 미러모듈(120)의 상태를 예시하는 상측 평면도로서, 도 5a는 본 발명에 따른 반사미러(121))의 초기 상태를 예시하여 보여주는 상측 평면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 반사미러(121)의 제2동작 상태를 예시하여 보여주는 상측 평면도이다.5 is an upper plan view illustrating the state of the mirror module 120 in which the angle adjustment of the reflection mirror 121 in the X-axis direction according to the present invention is performed, and FIG. 5A is a reflection mirror 121 according to the present invention). It is an upper plan view illustrating an initial state, and FIG. 5B is an upper plan view illustrating a second operation state of the reflection mirror 121 according to the present invention.

도시에서와 같이 제1 레이저모듈(130) 및 제2 레이저모듈(140)은 레이저빔을 반사미러(121)로 향하여 발신하거나, 상기 반사미러(121)에서 반사되어진 레이저빔을 수신할 수 있다.As shown, the first laser module 130 and the second laser module 140 may transmit a laser beam toward the reflection mirror 121 or receive a laser beam reflected from the reflection mirror 121 .

이때 도 5a는 X축 방향의 각도 조절이 가능하도록 회전 중심 축(Rotating Axis)(124)의 우측에서 작동하는 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)(125)와 이에 대응되는 좌측의 제2 보조 축(2nd Dummy-Shaft)(126)이 초기에 정지해 있는 것을 도시하고 있는 것이며, 이후 도 5b에서와 같이 상기 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)(125)가 제어모듈을 통한 가변 전류에 의하여 길이를 변경하게 되는 것을 보여주고 있다. 이때 제2 보조 축(2nd Dummy-Shaft)(126)은 상기 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)(125)와 대응되게 수축 되거나 길이가 늘어나는 역활을 수행한다.At this time, FIG. 5A shows a second electromagnetic shaft 125 operating on the right side of the Rotating Axis 124 to enable angle adjustment in the X-axis direction, and a second auxiliary on the left side corresponding thereto. It shows that the shaft (2nd Dummy-Shaft) 126 is initially stopped, and then the second electromagnet operation shaft (2nd Electromagnetic Shaft) 125 responds to the variable current through the control module as shown in FIG. 5B. It shows that the length is changed by At this time, the second auxiliary shaft (2nd Dummy-Shaft) 126 performs a role of contracting or increasing the length corresponding to the second electromagnetic shaft (2nd Electromagnetic Shaft) (125).

도 6은 본 발명에 따른 라이다 광학 장치의 내부 구성 및 동작 상태를 예시하여 보여주는 평면도로서, 본 발명의 도 4 내지 도 5에서 작동되는 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)(122)와 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)(125)가 서로 유기적으로 가변 길이를 변경되도록 제어됨으로서, 상기 반사미러(121)는 X축과 Y축 방향으로 각도 조절이 가능하도록 회전하는 듯이 각도가 변환되어 움직이게 되며, 이때 상기 제1 레이저모듈(130) 및 제2 레이저모듈(140)의 레이저빔은 입사각 및 반사각이 적절히 변경되면서 발신 또는 수신되어 라이다 기능으로서의 스캔닝(Scanning)을 수행할 수 있는 것이다.6 is a plan view illustrating the internal configuration and operation state of the lidar optical device according to the present invention, and the first electromagnetic shaft 122 and the first electromagnetic shaft operated in FIGS. 4 to 5 of the present invention As the 2nd Electromagnetic Shaft 125 is controlled to change the organically variable length with each other, the angle of the reflection mirror 121 is converted as if it rotates so that the angle can be adjusted in the X-axis and Y-axis directions. At this time, the laser beams of the first laser module 130 and the second laser module 140 are transmitted or received while the incident angle and the reflection angle are appropriately changed to perform scanning as a lidar function. .

이에 상술한 내용은 본 발명의 일실시예를 설명하였으나, 그 외에도 다양한 변용이 가능함은 당연하다.Accordingly, although the above description has been made in an embodiment of the present invention, it is natural that various modifications are possible in addition to that.

또한, 본 발명의 라이다 광학 장치는 일반적으로 차량에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 라이다 광학 장치는 차량뿐만 아니라 로봇, 선박, 헬기, 드론 등 이동이 가능한 이동체에 적용이 가능하고, 아울러 건물, 기둥, 탑 등의 이동이 제한된 고정체에도 제한 없이 적용될 수 있다.In addition, the lidar optical device of the present invention may be generally applied to a vehicle, but the present invention is not limited thereto. That is, the lidar optical device according to the present invention can be applied not only to vehicles, but also to movable objects such as robots, ships, helicopters, and drones, and can also be applied without limitation to fixed objects such as buildings, columns, and towers where movement is restricted. there is.

전술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예들에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.As described above, in the detailed description of the present invention, preferred embodiments have been described, but a person of ordinary skill in the art can do so without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It will be understood that various modifications and variations of the present invention may be made.

100: 본체 하우징
110: 전면 윈도우
120: 미러모듈
121: 반사미러
122: 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)
123: 제1 보조 축(1st Dummy-Shaft)
124: 회전 중심 축(Rotating Axis)
125: 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)
126: 제2 보조 축(2nd Dummy-Shaft)
130: 제1 레이저모듈
131: 포토다이오드
132: 레이저다이오드
140: 제2 레이저모듈100: body housing
110: front window
120: mirror module
121: reflection mirror
122: 1st Electromagnetic Shaft
123: first auxiliary shaft (1st Dummy-Shaft)
124: Rotating Axis
125: 2nd Electromagnetic Shaft
126: second auxiliary shaft (2nd Dummy-Shaft)
130: first laser module
131: photodiode
132: laser diode
140: second laser module

Claims (7)

라이다 광학 장치에 있어서,
본체 하우징,
상기 본체 하우징 전면부에 구비되는 전면 윈도우,
상기 본체 하우징 내측에서 상기 전면 윈도우를 향해 관통하는 레이저빔의 입사 및 반사각을 조절하기 위하여 전자석 작동 축(Electromagnetic Shaft)으로 각도 조절이 가능한 반사미러를 포함하여 구성되는 미러모듈,
상기 반사미러의 전방 일측단 및 전방 타측단에서 레이저빔을 발신하고 수신하기 위한 기능을 수행하는 하나 이상의 레이저모듈 및
상기 미러모듈 및 하나 이상의 레이저모듈 간의 시간 동기와 위치 동기를 제어하는 기능을 수행하는 제어모듈을 포함하고,
상기 미러모듈은,
상기 반사미러의 후면에서 중심을 기준으로 좌측 또는 우측중의 어느 일단에 연결되어 Y축 방향의 각도 조절이 가능하도록 작동하는 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)과 이에 대응되는 타측에서 상기 제1전자석 작동 축에 대응하여 Y축의 균형을 잡아주기 위한 제1 보조 축(1st Dummy-Shaft)이 구성되고,
상기 반사미러의 후면에서 중심을 기준으로 상측 또는 하측중의 어느 일단에 연결되어 X축 방향의 각도 조절이 가능하도록 작동하는 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)과 이에 대응되는 타측에서 상기 제2전자석 작동 축에 대응하여 X축의 균형을 잡아주기 위한 제2 보조 축(2nd Dummy-Shaft)이 구성되며,
상기 반사미러가 X축 방향과 Y축 방향으로의 각도 가변 작동 시에 상기 반사미러의 후면 축 중심에서 고정 기능 역할을 담당하는 회전 중심 축(Rotating Axis)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
In the lidar optical device,
body housing,
a front window provided on the front part of the main body housing;
A mirror module configured to include a reflective mirror capable of angle adjustment with an electromagnetic shaft in order to adjust the angle of incidence and reflection of the laser beam passing from the inside of the main housing toward the front window;
One or more laser modules performing a function for transmitting and receiving a laser beam from one front end and the other front end of the reflective mirror, and
A control module that performs a function of controlling time synchronization and position synchronization between the mirror module and one or more laser modules,
The mirror module,
A first electromagnetic shaft connected to either one end of the left or right side with respect to the center on the rear surface of the reflective mirror and operated to adjust the angle in the Y-axis direction, and the first electromagnetic shaft from the other side corresponding thereto A first auxiliary shaft (1st Dummy-Shaft) for balancing the Y-axis is configured in response to the electromagnet operation shaft,
On the rear surface of the reflective mirror, a second electromagnetic shaft is connected to either end of the upper or lower side with respect to the center and operates to enable angle adjustment in the X-axis direction, and the second electromagnetic shaft at the other side corresponding thereto A second auxiliary shaft (2nd Dummy-Shaft) is configured to balance the X-axis in response to the electromagnet actuation axis,
Lidar characterized in that the reflection mirror is configured to include a rotating axis (Rotating Axis) that serves as a fixed function in the center of the rear axis of the reflection mirror when the angle variable operation in the X-axis direction and the Y-axis direction optical device.
 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 미러모듈은
하나 이상의 레이저모듈에 의한 레이저빔의 발신 신호 및 수신 신호의 시간 및 위치 제어를 위하여 상기 제어모듈과 연동하는 기능을 수행하기 위한 미러모듈 제어기판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
According to claim 1,
The mirror module
Lidar optical device, characterized in that it further comprises a mirror module control board for performing a function of interlocking with the control module for time and position control of the laser beam transmission signal and reception signal by one or more laser modules .
 제1 항에 있어서,
상기 제1전자석 작동 축(1st Electromagnetic Shaft)과 제2전자석 작동 축(2nd Electromagnetic Shaft)은 제어모듈에서 제어되는 전류강도에 의해 축(Shaft)의 길이가 가변 제어 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
According to claim 1,
The first electromagnet actuating shaft (1st Electromagnetic Shaft) and the second electromagnet actuating shaft (2nd Electromagnetic Shaft) are characterized in that the length of the shaft is variably controlled by the current strength controlled by the control module. is an optical device.
 제1 항에 있어서,
상기 레이저모듈은
상기 반사미러의 좌측 전방에 위치하는 제1 레이저모듈 및 상기 반사미러의 우측 전방에 위치하는 제2 레이저모듈로 이루어진 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
According to claim 1,
The laser module
A lidar optical device comprising a first laser module positioned in front of the left side of the reflective mirror and a second laser module positioned in front of the right side of the reflective mirror.
 제5 항에 있어서,
상기 제1 레이저모듈 및 제2 레이저모듈은,
상기 반사미러를 향하여 레이저빔을 조사하기 위하여 특정 주파수대의 펄스 레이저빔을 발진하는 레이저다이오드, 상기 반사미러를 통하여 반사되어진 펄스 레이저빔을 수광하여 광전 변환하기 위한 포토다이오드, 수신/발신되는 레이저빔을 집중시키는 기능을 위한 광학 렌즈와 덮개 하우징, 후단에서 이를 고정하고 지지하기 위한 브라킷 및 레이저빔의 발신 신호 및 수신 신호의 시간 및 위치를 제어하기 위하여 제어모듈과 연동하는 기능을 수행하기 위한 레이저모듈 제어기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.
6. The method of claim 5,
The first laser module and the second laser module,
A laser diode that oscillates a pulsed laser beam of a specific frequency band to irradiate the laser beam toward the reflection mirror, a photodiode that receives and converts the pulsed laser beam reflected through the reflection mirror into photoelectricity, and a received/transmitted laser beam Optical lens and cover housing for focusing function, bracket for fixing and supporting it at the rear end, and laser module control for performing a function of interworking with the control module to control the time and location of the laser beam's outgoing and received signals LiDAR optical device comprising a substrate.
 제5 항에 있어서,
상기 제1 레이저모듈 및 제2 레이저모듈 각각의 레이저다이오드는 레이저빔의 발신 위치를 상기 반사미러의 서로 다른 영역에서 조사(Scanning)되게 설정되는 것을 특징으로 하는 라이다 광학 장치.6. The method of claim 5,
The laser diode of each of the first laser module and the second laser module is a lidar optical device, characterized in that the laser beam is set to be irradiated in different areas of the reflective mirror.
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