KR20140091342A - 전방향 스캔 레이다 및 전방향 레이저 스캐닝 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전방향 스캔 레이다에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다는, 고정 베이스와, 상기 고정 베이스에 회전 가능하게 결합되는 회전 베이스와, 상기 회전 베이스에 배치되어 회전 베이스와 함께 회전되며, 곡면으로 형성된 반사면을 구비하는 반사부와, 상기 회전 베이스에 배치되어 회전 베이스와 함께 회전되며, 상기 반사부의 반사면 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사할 수 있는 레이저 송출부와, 상기 반사부에서 반사되어 주변으로 방출된 레이저가 사물에 반사되어 되돌아 것을 감지하는 레이저 수신부를 구비한다.

Description

전방향 스캔 레이다 및 전방향 레이저 스캐닝 방법 {Panoramic scan ladar and panoramic laser scanning method}
본 발명은 레이저를 이용한 전방향 스캔 레이다에 관련된 것이다.
자동차 또는 이동형 로봇 등에서 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위하여 레이저 레이다(ladar)가 사용되고 있다. 이러한 레이저 레이다는 주변 영역으로 레이저를 조사하고 주변 물체 또는 지형에 반사되어 되돌아 오는 반사광을 이용함으로써, 주변의 물체나 지형을 스캔할 수 있다.
레이저 레이다 중에는 360 도로 선회하면서 전방향을 스캐닝하는 전방향 스캔 레이다(panoramic scan ladar)가 있다. 이러한 전방향 스캔 레이다는 360도 회전을 하면서 동시에 상하 방향으로도 스캐닝을 수행한다. 상하 방향의 레이저 스캐닝을 위해서는 레이저의 상하 방향의 조사 각도를 변동시켜 주어야 하는데, 이를 구현하기 위한 방법으로는 레이저 송출부의 조사 방향을 주기적으로 틸팅(tilting)시키는 방법, 또는 레이저의 거울에 반사시켜 외부로 방출하되 그 거울의 각도를 주기적으로 틸팅시키는 방법이 알려져 있다.
그런데 이와 같이 선회 회전하면서 동시에 상하 방향으로 레이저의 조사 각도를 틸팅시키는 경우에, 전방향 스캔 레이다의 구조가 복잡해지고, 차량의 진동에 취약하게 된다. 또한 레이저 송출부가 회전하는 상황에서도 레이저 송출부의 틸팅 구동 또는 거울의 틸팅 구동시키기 위하여 많은 수의 회전 단자를 구비하는 고가의 슬립 링을 채용해야 되는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 기구적 장치가 단순하고, 차량의 진동 등에도 안정적으로 동작이 가능하며, 슬립 링의 단자수를 최소화할 수 있는 전방향 스캔 레이다 및 이를 이용한 전방향 레이저 스캐닝 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다는, 고정 베이스와, 상기 고정 베이스에 회전 가능하게 결합되는 회전 베이스와, 상기 회전 베이스에 배치되어 회전 베이스와 함께 회전되며, 곡면으로 형성된 반사면을 구비하는 반사부와, 상기 회전 베이스에 배치되어 회전 베이스와 함께 회전되며, 상기 반사부의 반사면 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사할 수 있는 레이저 송출부와, 상기 반사부에서 반사되어 주변으로 방출된 레이저가 사물에 반사되어 되돌아 것을 감지하는 레이저 수신부를 구비한다.
또한 상기 반사부의 반사면은 곡면으로 형성된 전방향 스캔 레이다.
또한 상기 레이저 송출부는 상기 반사부의 회전 중심선에 교차하는 방향으로 직선 왕복 이동이 가능하게 배치되며, 상기 레이저 송출부를 강제적으로 직선 왕복 이동시키는 레이저 송출부 구동부를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 레이저 수신부는 상기 고정 베이스에 배치되며, 상기 고정 베이스에 배치되며, 상기 고정 베이스에 대하여 회전 가능하게 배치되는 회전 단자를 구비하는 슬립 링을 구비하며, 상기 레이저 송출부 구동부는 상기 슬립 링의 회전 단자에 전기적으로 접속될 수 있다.
또한 상기 레이저 수신부는 상기 레이저 송출부와 함께 상기 반사부의 회전 중심선에 교차하는 방향으로 직선 왕복 이동이 가능하게 배치될 수 있다.
또한 상기 레이저 송출부는 상기 반사부의 반사면 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사할 수 있도록, 레이저의 조사 각도를 변경할 수 있도록 배치될 수 있다.
또한 상기 고정 베이스와 상기 회전 베이스 사이에는, 비접촉적으로 전력을 전송할 수 있도록 로터리 트랜스포머가 배치될 수 있다.
또한 상기 회전 베이스에 배치되어 함께 회전되는 제1무선 통신부와, 상기 고정 베이스에 배치되며, 상기 제1무선 통신부와 무선으로 신호를 송수신하는 제2무선 통신부를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 전방향 스캔 레이다는 상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 어느 하나에 배치되는 광 송신부와, 상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 다른 하나에 배치되며 상기 광 송신부에서 송출한 광 신호를 수신하여 이를 전기적 신호로 변환하는 광 수신부를 구비할 수 있다.
또한 상기 전방향 스캔 레이다는 상기 고정 베이스와 상기 회전 베이스 사이에 배치되며 비접촉적으로 전력을 전송할 수 있도록 로터리 트랜스포머와, 상기 회전 베이스에 배치되어 함께 회전되는 제1무선 통신부와, 상기 고정 베이스에 배치되며, 상기 제1무선 통신부와 무선으로 신호를 송수신하는 제2무선 통신부를 구비할 수 있다.
또한 상기 전방향 스캔 레이다는 상기 고정 베이스와 상기 회전 베이스 사이에 배치되며, 비접촉적으로 전력을 전송할 수 있도록 로터리 트랜스포머와, 상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 어느 하나에 배치되는 광 송신부와, 상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 다른 하나에 배치되며, 상기 광 송신부에서 송출한 광 신호를 수신하여 이를 전기적 신호로 변환하는 광 수신부를 구비할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전방향 레이저 스캐닝 방법은, 곡면으로 형성된 반사면 및 레이저 송출부가 일체로 회전되는 단계와, 상기 레이저 송출부에서 상기 반사면 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사되는 단계와, 상기 레이저가 반사면에서 반사되어 주변으로 방출되는 단계와, 외부로 방출된 상기 레이저가 사물에 반사되어 되돌아 오는 단계와, 상기 되돌아 오는 레이저를 감지하는 단계를 구비할 수 있다.
또한 상기 반사면은 곡면으로 이루어질 수 있다.
또한 상기 레이저가 조사되는 단계는 레이저 송출부가 직선 왕복 이동하면서 레이저를 송출하여, 상기 반사면 상의 여러 지점에 레이저가 조사되는 단계일 수 있다.
또한 상기 되돌아 오는 레이저를 감지하는 단계는 상기 레이저 송출부와 일체로 직선 왕복이동하는 레이저 수신부에 의해서 수행될 수 있다.
또한 상기 상기 레이저가 조사되는 단계는 레이저 송출부의 조사 각도를 변경하면서 레이저를 송출하여, 상기 반사면 상의 여러 지점에 레이저가 조사되는 단계일 수 있다.
또한 상기 전방향 레이저 스캐닝 방법은 로터리 트랜스포머를 이용하여 비접촉적으로 상기 레이저 송출부에 전력을 공급하는 단계를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 전방향 레이저 스캐닝 방법은 무선 통신을 이용하여 상기 레이저 송출부의 제어 신호를 전송하는 단계를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 전방향 레이저 스캐닝 방법은 광 통신을 이용하여 상기 레이저 송출부의 제어 신호를 비접촉적으로 전송하는 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전방향 스캔 레이다 및 전방향 레이저 스캐닝 방법에 따르면, 기구적 장치가 단순하고, 차량의 진동 등에 안정적으로 동작이 가능하며, 슬립 링의 단자수를 최소할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 전방향 스캔 레이다를 구비한 차량을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 전방향 스캔 레이다를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 전방향 스캔 레이다의 케이스 내부의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 구성을 IV-IV선을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 2의 전방향 스캔 레이다에서 레이저가 발진되는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 전방향 스캔 레이다가 반사광을 수신하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 7의 VIII-VIII선을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일부 구성의 다른 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈의 개략적인 단면도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 전방향 스캔 레이다를 구비한 차량을 개략적으로 도시한 사시도로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다(10)는 차량(20)에 장착되어 차량 주변의 지형 또는 물체 등에 관한 정보를 수집할 수 있다. 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)는 차량뿐만 아니라, 선박, 헬기, 이동형 로봇 등에도 채용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다(10)는 케이스(100)와, 케이스(100) 내부에 배치되는 레이저 송수신 모듈(200)을 구비한다.
케이스(100)는 레이저 송수신 모듈(200)을 덮어주어 레이저 송수신 모듈(200)을 외부의 충격, 이물 등으로부터 보호한다. 케이스(100)는 레이저 송수신 모듈에서 송출되는 레이저가 외부로 방출, 및 외부에서 반사되어 되돌아오는 레이저가 다시 레이저 송수신 모듈(200)로 들어올 수 있도록, 투광창(110)을 구비한다. 투광창(110)은 케이스(100)의 둘레 방향으로 연속된 형태로 이루어질 수 있다.
레이저 송수신 모듈(200)은 케이스(100)의 내부에 배치되며, 레이저를 방출 및 수신하면서 주변의 사물과의 거리를 지속적으로 측정하는 역할을 한다.
도 3은 레이저 송수신 모듈(200)을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 레이저 송수신 모듈(200)의 IV-IV선을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면 레이저 송수신 모듈(200)은 고정 베이스(210), 회전 베이스(220), 반사부(230), 레이저 송출부(240), 레이저 송출부 구동부(260), 레이저 수신부(250), 슬립 링(270), 회전 구동부(280) 및 제어부(290)를 구비한다.
고정 베이스(210)는 전방향 스캔 레이다(10)가 설치되는 차량(20) 등에 고정적으로 배치된다.
회전 베이스(220)는 고정 베이스(210)에 선회 방향으로 회전이 가능하게 배치된다. 즉 회전 베이스(220)는 수직 방향의 회전 중심축(A)을 중심으로 회전이 가능하도록 고정 베이스(210)에 결합된다. 회전 베이스(220)와 고정 베이스(210) 사이에는 베어링이 배치되어 회전 베이스(220)가 고정 베이스(210)에 대하여 원활하게 회전할 수 있도록 한다.
반사부(230)는 회전 베이스(220)에 고정적으로 결합된 반사부 지지대(222)에 결합되어, 회전 베이스(220)와 함께 선회 이동하게 된다. 반사부(230)의 일면에는 레이저 송출부(240)에서 방출되는 레이저 광을 반사할 수 있도록 반사면(232)이 배치된다. 반사부(230)의 반사면(232)은 일 방향으로 구부러진 곡면의 형상으로 이루어져 오목 거울의 기능을 할 수 있다.
레이저 송출부(240)는 회전 베이스(220)에 결합된 레이저 송출부 구동부(260)에 결합되어, 회전 베이스(220)의 회전에 따라서 함께 선회 이동한다. 레이저 송출부(240)는 반사부(230)의 반사면(232)으로 레이저를 방출한다. 방출된 레이저는 반사면(232)에서 반사되어 케이스(100)의 투광창(110)을 통해서 외부로 방출된다. 레이저 송출부(240)는 레이저를 직접적으로 생성하는 것일 수도 있고, 별도의 레이저 생성 모듈(미도시)와 광섬유로 연결되어 레이저를 전송받아 송출하는 것일 수도 있다. 별도의 레이저 생성 모듈이 배치되는 경우, 레이저 생성 모듈은 회전 베이스(220)에 설치되어 레이저 송출부(240)와 함께 일체로 선회하는 것일 수도 있다.
레이저 송출부 구동부(260)는 회전 베이스(220)에 결합되며, 그 일측에 레이저 송출부(240)가 배치된다. 레이저 송출부 구동부(260)는 레이저 송출부(240)의 위치를 변동시킬 수 있도록 리니어 모터, 예컨대 보이스 코일 모터로 이루어질 수 있다. 레이저 송출부 구동부(260)가 작동하면 레이저 송출부(240)는 회전 베이스(220)의 회전 중심축(A)에 수직한 방향으로 왕복 이동하면서 반사부(230)의 반사면(232) 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사하게 된다.
레이저 수신부(250)는 고정 베이스(210)에 배치되어 그 위치가 고정되며, 회전하는 반사부(230)의 하측에 배치된다. 레이저 수신부(250)는 레이저 송출부(240)에서 외부로 송출된 레이저가 지형 또는 지물에서 반사되어 되돌아 오는 것을 감지한다. 레이저 수신부(250)는 반사광이 미약한 경우에도 이를 포착할 수 있도록 집광이 가능한 광학 렌즈(252) 및 감도가 우수한 감광 센서(254)를 구비한다.
슬립 링(270)은 회전체와 고정체 사이에서의 전력 및 전기적 신호 전달을 위한 것으로, 고정 베이스(210)에 결합되는 고정부(274)와 고정부(274)에 대하여 선회 방향으로 상대 회전이 가능한 회전부(272)를 구비한다. 슬립 링(270)의 회전부(272)의 단자, 즉 회전 단자에는 케이블(262)이 연결되어 있고, 그 케이블(262)은 레이저 송출부 구동부(260) 및 레이저 송출부(240)(혹은, 레이저를 생성하여 레이저 송출부로 레이저를 전송하는 레이저 생성부)와 연결되어 있다. 즉 슬립 링(270)의 회전부(272)는 회전 베이스(220)의 회전에 따라 함께 회전하면서 레이저 송출부 구동부(260) 및 레이저 송출부(240)(혹은, 레이저를 생성하여 레이저 송출부로 레이저를 전송하는 레이저 생성부)에 전력을 공급하는 역할을 한다.
회전 구동부(280)는 회전 베이스(220)를 강제 회전시키기 위한 것으로 고정 베이스(210)에 배치되며 회전 베이스(220)의 내측에 기어 결합된 기어(282)를 강제적으로 회전시킨다. 따라서 회전 구동부(280)의 작동에 따라서 회전 베이스(220) 및 그에 배치된 반사부(230), 레이저 송출부(240) 및 레이저 송출부 구동부(260)가 함께 회전하게 된다.
제어부(290)는 레이저 송출부(240), 레이저 송출부 구동부(260), 레이저 수신부(250), 회전 구동부(280)에 전기적으로 연결되어 이들의 동작을 제어한다. 제어부(290)는 마이크로프로세서를 구비할 수 있으며, 레이저 수신부(250)에서 취득한 신호를 이용하여 주변의 지형 또는 지물에 대한 정보를 추출하는 작업을 수행할 수 있다. 또한 제어부(290)는 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)의 외부, 예컨대 차량의 제어부 혹은 원격지에 위치한 통제실과 통신을 수행할 수도 있다.
다음으로 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)의 작동 형태에 대해서 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)의 레이저 송수신 모듈(200)의 일부를 개략적으로 도시한 단면도로, 각각 레이저가 송출되는 형태 및 레이저를 수신하는 형태를 설명하기 위한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 레이저 송출부(240)는 레이저 송출부 구동부(260)에 의해서 회전 베이스(220)의 회전 중심축(A)에 수직되는 방향으로 왕복 이동하면서 레이저(L1,L2)를 반사부로 조사한다. 레이저 송출부(240)에서 방출된 레이저(L1,L2)는 반사부에서 반사되어 케이스(100)의 투광창(110)을 통하여 전방향 스캔 레이다(10)의 외부로 방출된다.
이때, 반사부(230)의 반사면(232)은 일방향으로 오목 거울의 형태로 굽어져 있으므로, 레이저 송출부(240)가 레이저 송출부 구동부(260)에 가깝게 위치될 때의 레이저의 상하 조사 방향과 레이저 송출부(240)가 레이저 송출부 구동부(260)에서 멀게 위치될 때 레이저의 상하 조사 방향은 평행을 이루지 않고, 소정의 각도(θ)로 교차하게 된다. 즉 레이저 송출부(240)의 위치 이동에 따라서 외부로 방출되는 레이저의 상하 조사 각도가 주기적으로 변동되는 것이다.
도 6을 참조하면 송출된 레이저는 외부의 지형 또는 지물에 반사되어 다시 전방향 스캔 레이다(10)로 되돌아 온다. 되돌아온 반사광(L4)은 반사부(230)에서 반사되어 그 하측에 배치된 레이저 수신부(250)로 유입된다. 레이저 수신부(250)는 반사광(L4)을 감지하여 그 신호를 제어부(290)로 전달한다. 제어부(290)는 레이저 송출부(240)에서 송출된 레이저(L1,L2)와 레이저 수신부(250)에 감지한 반사광(L4)과의 시간차, 위상차 또는 간섭 등을 이용하여 레이저의 반사를 유발한 외부의 물체와의 거리를 계산한다.
레이저 송출부(240)가 왕복 이동하면서 레이저를 조사하는 과정 및 및 반사광의 감지 과정은 회전 베이스(220)의 회전 중에 수행된다. 따라서 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)는 선회 방향 및 상하 방향으로 동시에 레이저 스캐닝을 수행하여, 주변의 지형 또는 지물에 대한 정보를 입체적으로 획득할 수 있다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)는 레이저 송출부(240), 레이저 송출부 구동부(260)만이 회전 베이스(220)에 결합되어 함께 회전된다. 따라서 슬립 링(270)은 레이저 송출부(240) 및 레이저 송출부 구동부(260)에 연결되는 회전 단자만을 구비하면 된다. 따라서 필요한 슬립 링(270)의 회전 단자 수가 최소한으로 될 수 있다. 특히 슬립 링은 회전 단자 수가 많아질수록 제조가 어렵기 때문에 가격이 매우 높아지는데, 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)에 따르면 슬립 링(270)의 회전 단자 수를 최소화할 수 있으므로 제조 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.
한편, 일반 슬립링은 100만~1억회 정도의 회전에 따라서 수명이 다하기 때문에, 이를 극복하기 위하여 반영구적인 수명을 가지는 수은 슬립링을 사용하기도 한다. 그런데 이러한 수은 슬립링은 단자수가 8개 전후로 제한되는 단점이 있다. 이에 대해 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)는 회전 단자수를 8개 이하로 최소화하기에 매우 유리하므로, 용이하게 수은 슬립링을 채용할 수 있고 이를 통해서 반영구적으로 사용이 가능하다.
또한 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)의 경우는 반사부(230)가 회전 베이스(220)에 대해서 대해서 고정 설치되므로, 외부의 충격 또는 차량의 진동 등에 의해서 반사부(230)가 영향을 받는 것을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 특히 반사부(230)의 각도가 틀어질 경우 레이저의 조사 방향이 심각하게 변동될 수 있는데, 본 실시예의 전방향 스캔 레이다(10)의 경우는 반사부(230)가 안정적으로 회전 베이스(220)에 고정 결합될 수 있으므로 이러한 문제의 발생을 효과적으로 차단할 수 있다.
다음으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다도 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 마찬가지로 케이스(미도시)와 케이스 내부에 배치되는 레이저 송수신 모듈을 구비한다. 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 케이스의 형태는 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략하고, 케이스 내부의 레이저 송수신 모듈의 차이점을 위주로 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈의 개략적인 사시도이며, 도 8은 도 7의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈을 VIII-VIII을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(300)은 고정 베이스(310), 회전 베이스(320), 반사부(330), 레이저 송출부(340), 레이저 송출부 구동부(360), 레이저 수신부(250), 슬립 링(370), 회전 구동부(미도시) 및 제어부(미도시)를 구비한다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(300)의 고정 베이스(310), 회전 베이스(320), 반사부(330), 레이저 송출부(340), 레이저 송출부 구동부(360), 회전 구동부(미도시) 및 제어부(미도시)는 도 3의 레이저 송수신 모듈(200)의 그것과 실질적으로 유사하다. 즉 회전 베이스(320)가 회전 구동부로부터 회전력을 전달받아 고정 베이스(310)에 대해서 선회하며, 반사부(330)는 반사부 지지부(322)에 의해서 회전 베이스(320)에 고정되어 함께 회전된다. 레이저 송출부 구동부(360)도 회전 베이스(320)에 배치되어 함께 회전되며, 그 일측에는 레이저 송출부(340)가 배치된다. 따라서 레이저 송출부 구동부(360)의 작동에 따라서 레이저 송출부(340)가 왕복 이동하면서 반사부(330)의 반사면(332)에 레이저를 조사한다.
레이저 수신부(350)는 회전 베이스(320)에 결합된 지지 플레이트(324)에 배치되어, 회전 베이스(320)의 회전에 따라서 함께 회전한다. 레이저 수신부(350)는 주변 사물에서 반사되어 되돌아오는 레이저를 수신하며, 광학계 및 감광 센서(354)를 구비한다. 레이저 수신부(350)의 감광 센서(354)는 슬립 링의 회전 단자(372)에 전기적으로 연결된다.
슬립 링(370)은 레이저 수신부(350)의 하측에 배치되며, 슬립 링 지지대(375)에 의해서 고정 베이스(310)에 고정적으로 결합된다. 슬립 링(370)은 회전이 가능하면서도 전력 및 신호를 전달할 수 있는 회전 단자(372)를 구비하는데 이 회전 단자(372)에는 레이저 수신부(350), 레이저 송출부 구동부(360), 레이저 송출부(340)와 연결되는 케이블(362)가 연결되어 있다. 따라서 레이저 수신부(350), 레이저 송출부 구동부(360), 레이저 송출부(340)는 회전 베이스(320)와 함께 회전하면서도 슬립 링(370)을 통하여 전력을 공급받거나, 제어 신호를 송수신할 수 있다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(300)도 회전 베이스(320)가 회전함과 동시에, 레이저 송출부(340)가 레이저 송출부 구동부(360)에 의해서 왕복 이동하므로, 레이저가 주변을 선회하면서 스캔함과 동시에 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
또한, 반사부(330)가 베이스에 고정 결합되어 있으므로, 외부의 충격이나 차량의 진동에도 안정적으로 위치를 유지할 수 있다.
다음으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다도 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 마찬가지로 케이스(미도시)와 케이스 내부에 배치되는 레이저 송수신 모듈을 구비한다. 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 케이스의 형태는 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략하고, 케이스 내부의 레이저 송수신 모듈의 차이점을 위주로 설명한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(400)는 고정 베이스(410), 회전 베이스(420), 반사부(430), 레이저 송출부(440), 레이저 송출부 구동부(460), 레이저 수신부(450), 슬립 링(470), 회전 구동부(480) 및 제어부(미도시)를 구비한다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(400)의 고정 베이스(410), 회전 베이스(420), 반사부(430), 레이저 송출부(440), 레이저 송출부 구동부(460), 회전 구동부(480) 및 제어부(미도시)는 도 3의 레이저 송수신 모듈(200)의 그것과 실질적으로 유사하다. 즉 회전 베이스(420)가 고정 베이스(410)에 회전 가능하게 결합되고, 반사부(430)는 반사부 지지대(422)에 의해서 회전 베이스(420)에 고정되어 함께 회전된다. 레이저 송출부 구동부(360)도 회전 베이스(320)에 배치되어 함께 회전되며, 그 일측에는 레이저 송출부(440)가 배치된다. 따라서 레이저 송출부 구동부(460)의 작동에 따라서 레이저 송출부(440)가 왕복 이동하면서 반사부(430)의 반사면(432)에 레이저를 조사한다. 또한 회전 구동부(480)는 회전 베이스(420)에 기어(482)로 결합되어 회전 베이스(420)를 회전시킨다.
레이저 수신부(450)는 광학계(452)와 감광 센서(454)를 구비하며, 레이저 송출부 구동부(460)에 결합되어 레이저 송출부(440)와 함께 직선 왕복 이동하도록 배치된다. 따라서 레이저 송출부(440)에서 조사된 레이저는 반사부(430)의 반사면(432)에서 반사되어 외부로 방출되고, 방출된 레이저는 사물에 부딪혀 반사된 후 다시 반사부(430)로 돌아와 레이저 수신부(450)를 향하여 반사되어 레이저 수신부(450)에 의해서 감지된다.
슬립 링(470)은 회전 단자(472)를 구비하며, 그 회전 단자(472)는 레이저 송출부(440), 레이저 수신부(450), 레이저 송출부 구동부(460)에 각각 연결되는 케이블(462)가 연결된다. 따라서 회전 베이스(42)와 함께 회전하는 레이저 송출부(440), 레이저 수신부(450), 레이저 송출부 구동부(460)에 전력 및 제어신호를 전달할 수 있다.
본 실시예의 반사부(430)도 회전 베이스(420)에 고정된 지지대(422)에 고정됨으로써 외부의 충격이나 차량의 진동에 대하여 안정적으로 위치가 유지될 수 있다.
다음으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다에 대해서 설명한다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다도 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 마찬가지로 케이스(미도시)와 케이스 내부에 배치되는 레이저 송수신 모듈을 구비한다. 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 케이스의 형태는 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략하고, 케이스 내부의 레이저 송수신 모듈의 차이점을 위주로 설명한다.
도 11은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(500)의 개략적인 단면도이다.
도 11을 참조하면 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(500)은 고정 베이스(510), 회전 베이스(520), 반사부(530), 레이저 송출부(540), 레이저 송출부 구동부(560), 레이저 수신부(550), 로터리 트랜스포머(rotary transformer)(570), 회전 구동부(580), 제어부(590), 제1무선 통신부(592) 및 제2무선 통신부(594)를 구비한다.
본 실시예의 레이저 송수신 모듈(500)의 고정 베이스(510), 회전 베이스(520), 반사부(530), 레이저 송출부(540), 레이저 송출부 구동부(560), 레이저 수신부(550), 회전 구동부(580) 및 제어부(590)는 도 4의 실시예의 레이저 송수신 모듈(500)과 실질적으로 유사하므로 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
본 실시예의 레이저 송수신 모듈(500)은 슬립 링 대신에 로터리 트랜스포머(570)를 구비한다. 로터리 트랜스포머(570)는 서로 상대적으로 회전이 가능한 1차측(574) 및 2차측(572)를 구비하며, 로터리 트랜스포머(570)의 1차측(574)는 고정 베이스(510)에 결합되고, 2차측(572)은 회전 베이스(520)와 함께 회전되도록 회전 베이스(520)에 결합된다. 로터리 트랜스포머(570)의 1차측(574) 및 2차측(572)은 각각 코어와 그 코어의 둘레에 감겨져 배치되는 코일을 구비하며, 1차측(574)의 코일에 교류가 인가되어 자기장이 형성되면 그 자기장에 의해서 2차측(572)의 코일에 전류가 유도된다. 따라서 로터리 트랜스포머(750)는 외부에서 전력을 받아 이를 비접촉적으로 회전 베이스(520)로 전달할 수 있다.
한편, 로터리 트랜스포머(570)는 전력을 전송하기에는 적절하나 제어 신호와 같은 전기적 신호를 전송하기에 부적절하므로, 본 실시예의 레이저 송수신 모듈(500)은 제어 신호와 같은 전기적 신호를 비접촉적으로 전송하기 위하여 제1무선 통신부(592) 및 제2무선 통신부(594)를 구비한다. 제1무선 통신부(592)는 회전 베이스(520)에 결합되어 함께 회전하며, 제2무선 통신부(594)는 고정 베이스(510)에 결합되며 제1무선 통신부(592)와 무선으로 신호를 주고 받는다. 즉 제어부(590)는 제2무선 통신부(594)를 통하여 제1무선 통신부(592)와 무선으로 통신하면서 회전 베이스(520)에 배치된 레이저 송출부(540) 및 레이저 송출부 구동부(560)와 제어 신호 등을 주고 받는다.
따라서 본 실시예의 레이저 송수신 모듈(500)은 로터리 트랜스포머(570), 제1무선 통신부(592) 및 제2무선 통신부(594)를 이용하여 전력 및 신호를 비접촉적으로 송수신할 수 있다. 그러므로 회전 베이스(520) 상에 배치되는 레이저 송출부(540), 레이저 송출부 구동부(560) 등에 전력 및 신호를 전달하기 위하여 별도의 고가의 슬립 링을 구비할 필요가 없으며 단순한 구조로 구성이 가능하다.
다음으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다에 대해서 설명한다.
본 실시예의 전방향 스캔 레이다도 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 마찬가지로 케이스(미도시)와 케이스 내부에 배치되는 레이저 송수신 모듈을 구비한다. 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 케이스의 형태는 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략하고, 케이스 내부의 레이저 송수신 모듈의 차이점을 위주로 설명한다.
도 12는 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(600)의 개략적인 단면도이다.
도 12을 참조하면 본 실시예의 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(600)은 고정 베이스(610), 회전 베이스(620), 반사부(630), 레이저 송출부(640), 레이저 송출부 구동부(660), 레이저 수신부(650), 로터리 트랜스포머(rotary transformer)(670), 회전 구동부(680), 제어부(690), 광신호 송수신부(693)을 구비한다.
본 실시예의 고정 베이스(610), 회전 베이스(620), 반사부(630), 레이저 송출부(640), 레이저 송출부 구동부(660) 및 레이저 수신부(650)는 도 7의 실시예에 따른 전방향 스캔 레이다의 레이저 송수신 모듈(300)과 실질적으로 유사하다. 즉, 본 실시예의 레이저 수신부(650)는 회전 베이스(620) 상에 배치되는 지지 플레이트(624)에 배치되어 회전 베이스(620)와 함께 회전된다.
회전 구동부(680)는 제어부(690)의 제어 명령에 따라서 작동되어, 회전 베이스(620)의 회전을 제어한다.
제어부(690)는 레이저 송수신 모듈(600)의 고정 베이스(610), 회전 베이스(620), 반사부(630), 레이저 송출부(640), 레이저 송출부 구동부(660), 레이저 수신부(650), 로터리 트랜스포머(rotary transformer)(670), 회전 구동부(680), 광신호 송수신부(693)를 각각 제어하는 역할을 한다. 제어부(690)는 마이크로프로세서를 구비할 수 있다.
로터리 트랜스포머(670)는 1차측(672)은 고정 베이스(610)에 결합되고, 2차측은 회전 베이스(620)에 결합되어, 비접촉적으로 전력을 고정 베이스(610)에서 회전 베이스(620)로 전송할 수 있다.
광신호 송수신부(693)는 빛의 형태로 신호를 송수신하기 위한 것으로, 회전 베이스(520)에 결합된 송신부(692)와 고정 베이스(610)에 결합된 수신부(694)를 구비한다. 송신부(692)는 전기적 신호를 빛의 신호로 변환하여 전송하며, 수신부(694)는 그 빛의 신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 역할을 한다. 따라서 광신호 송수신부(693)는 비접촉적으로 신호를 전송할 수 있는 것이다. 수신부(694)는 수신된 광신호를 전기적 신호로 변환하여 이를 제어부(690)로 전달한다.
한편, 광신호 송수신부(693)의 송신부(692)의 위치와 수신부(694)의 위치는 반대로 이루어질 수도 있다. 즉 송신부가 고정 베이스(610)에 배치되고 수신부가 회전 베이스에 배치될 수도 있다. 뿐만 아니라 광신호 송수신부(693)는 고정 베이스(610) 및 회전 베이스(620) 각각에 광 송신 모듈이 배치되어 쌍방향의 광통신이 가능하도록 구성될 수도 있다.
이처럼 본 실시예의 레이저 송수신 모듈(600)을 구비한 전방향 스캔 레이다의 경우에도 비접촉적으로 전력 및 신호를 전송하므로, 회전 베이스(520)가 회전하는 상황에서도 문제없이 전력 및 신호의 전송이 가능하다. 따라서 별도의 슬립 링을 구비할 필요가 없다.
이상 본 발명의 일부 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이와는 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
예를 들어 상기의 실시예에서는 레이저 송출부(240,340,440)가 레이저 송출부 구동부(260,360,460)에 의해서 직선으로 위치 이동하는 것으로 설명하였으나, 레이저 송출부(240,340,440)는 그 위치가 고정된 채 레이저 조사 방향만 주기적으로 기울여지는 것일 수도 있다. 도 10은 도 2의 전방향 스캔 레이다(10)의 레이저 송출부(240)의 변형례를 개략적으로 도시한 것이다. 도 10을 참조하면, 레이저 송출부(240)는 힌지 지지부(562)에 힌지 결합되어 좌우로 기울어질 수 있도록 배치된다. 힌지 지지부(562)는 지지 프레임(564)에 의해서 반사부 지지대(222)에 고정되며, 반사부 지지대(222)는 앞서 설명한 바와 같이 회전 베이스(220)에 고정된다. 레이저 송출부 구동부(560)는 레이저 송출부(240)의 주기적으로 기울어질 수 있도록 레이저 송출부(240)의 일측을 밀었다 당겼다를 반복할 수 있도록 배치된다. 따라서 레이저 송출부(240)의 레이저 조사 방향은 주기적으로 변동되며, 레이저는 곡면의 반사면(232)에서 반사되어 주변을 상하 방향으로 스캔하게 된다.
또한 상기의 실시예에서는 반사부(230,340,440)의 반사면(232,332,342)이 오목 거울 형태인 것으로 설명하였으나, 반사부(230,340,440)의 반사면은 볼록 거울 형태일 수도 있다. 반사부(230,340,440)의 반사면이 볼록 거울의 형태로 이루어지는 경우에도 레이저 송출부가 직선 이동하면서 반사면 상에 레이저를 조사하면 반사면에서 반사된 레이저는 상하 방향의 각도가 변동될 수 있다.
또한, 반사부(230,340,440)의 반사면은 평면 거울의 형태로 이루어질 수도 있다. 다만, 반사부(230,340,440)의 반사면이 평면인 경우에는 레이저 송출부(240,340,440)가 직선 왕복 이동하더라도 레이저는 상하 방향의 각도가 변동되지 않는다. 따라서 반사부(230,340,440)가 평면으로 이루어지는 경우에는 도 10에 도시된 바와 유사하게 레이저 송출부(240)의 레이저 조사 각도를 변동시켜 줌으로써 반사부(230,340,440)에서 반사되어 외부로 방출되는 레이저가 상하 방향으로 각도가 변동되도록 할 수 있다.
또한 상술한 실시예에서는 회전 베이스(220,320,420)를 회전시키기 위한 회전 구동부(280,480)가 회전 베이스(220,320,420)의 내측에 기어 결합되는 것으로 설명하였으나, 회전 구동부는 벨트 결합, 체인 결합에 의해서 회전 베이스(220,320,420)에 회전력을 전달하는 것일 수도 있고, 회전 베이스(220,320,420)의 내측이 아니라 외측에 결합되는 것일 수도 있다.
이상 본 발명의 일부 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 바와는 달리 다양한 형태로 구체화될 수 있음은 물론이다.
10 ... 전방향 스캔 레이다
200,300,400,500,600 ... 레이저 송수신 모듈
210,310,410,510,610 ... 고정 베이스
220,320,420,520,620 ... 회전 베이스
230,330,430,530,630 ... 반사부
240,340,440,540,640 ... 레이저 송출부
250,350,450,550,650 ... 레이저 수신부
260,360,460,560,660 ... 레이저 송출부 구동부
270,370,470 ... 슬립 링
570, 670 ... 로터리 트랜스포머

Claims (19)

  1. 고정 베이스와,
    상기 고정 베이스에 회전 가능하게 결합되는 회전 베이스와,
    상기 회전 베이스에 배치되어 회전 베이스와 함께 회전되며, 곡면으로 형성된 반사면을 구비하는 반사부와,
    상기 회전 베이스에 배치되어 회전 베이스와 함께 회전되며, 상기 반사부의 반사면 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사할 수 있는 레이저 송출부와,
    상기 반사부에서 반사되어 주변으로 방출된 레이저가 사물에 반사되어 되돌아 것을 감지하는 레이저 수신부를 구비하는 전방향 스캔 레이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부의 반사면은 곡면으로 형성된 전방향 스캔 레이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 송출부는,
    상기 반사부의 회전 중심선에 교차하는 방향으로 직선 왕복 이동이 가능하게 배치되며,
    상기 레이저 송출부를 강제적으로 직선 왕복 이동시키는 레이저 송출부 구동부를 구비하는 전방향 스캔 레이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 레이저 수신부는 상기 고정 베이스에 배치되며,
    상기 고정 베이스에 배치되며, 상기 고정 베이스에 대하여 회전 가능하게 배치되는 회전 단자를 구비하는 슬립 링을 구비하며,
    상기 레이저 송출부 구동부는,
    상기 슬립 링의 회전 단자에 전기적으로 접속되는 전방향 스캔 레이다.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 레이저 수신부는,
    상기 레이저 송출부와 함께 상기 반사부의 회전 중심선에 교차하는 방향으로 직선 왕복 이동이 가능하게 배치되는 전방향 스캔 레이다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 송출부는,
    상기 반사부의 반사면 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사할 수 있도록, 레이저의 조사 각도를 주기적으로 변경할 수 있도록 배치되는 전방향 스캔 레이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정 베이스와 상기 회전 베이스 사이에는, 비접촉적으로 전력을 전송할 수 있도록 로터리 트랜스포머가 배치되는 전방향 스캔 레이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전 베이스에 배치되어 함께 회전되는 제1무선 통신부와,
    상기 고정 베이스에 배치되며, 상기 제1무선 통신부와 무선으로 신호를 송수신하는 제2무선 통신부를 더 구비하는 전방향 스캔 레이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 어느 하나에 배치되는 광 송신부와,
    상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 다른 하나에 배치되며, 상기 광 송신부에서 송출한 광 신호를 수신하여 이를 전기적 신호로 변환하는 광 수신부를 구비하는 전방향 스캔 레이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고정 베이스와 상기 회전 베이스 사이에 배치되며, 비접촉적으로 전력을 전송할 수 있도록 로터리 트랜스포머와,
    상기 회전 베이스에 배치되어 함께 회전되는 제1무선 통신부와,
    상기 고정 베이스에 배치되며, 상기 제1무선 통신부와 무선으로 신호를 송수신하는 제2무선 통신부를 구비하는 전방향 스캔 레이다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고정 베이스와 상기 회전 베이스 사이에 배치되며, 비접촉적으로 전력을 전송할 수 있도록 로터리 트랜스포머와,
    상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 어느 하나에 배치되는 광 송신부와,
    상기 회전 베이스 또는 상기 고정 베이스 중 다른 하나에 배치되며, 상기 광 송신부에서 송출한 광 신호를 수신하여 이를 전기적 신호로 변환하는 광 수신부를 구비하는 전방향 스캔 레이다.
  12. 곡면으로 형성된 반사면 및 레이저 송출부가 일체로 회전되는 단계;
    상기 레이저 송출부에서 상기 반사면 상의 복수의 지점에 선택적으로 레이저를 조사되는 단계;
    상기 레이저가 반사면에서 반사되어 주변으로 방출되는 단계;
    외부로 방출된 상기 레이저가 사물에 반사되어 되돌아 오는 단계; 및
    상기 되돌아 오는 레이저를 감지하는 단계;를 구비하는 전방향 레이저 스캐닝 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반사면은 곡면으로 이루어지는 전방향 레이저 스캐닝 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이저가 조사되는 단계는,
    레이저 송출부가 직선 왕복 이동하면서 레이저를 송출하여, 상기 반사면 상의 여러 지점에 레이저가 조사되는 단계인 전방향 레이저 스캐닝 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 되돌아 오는 레이저를 감지하는 단계는,
    상기 레이저 송출부와 일체로 직선 왕복이동하는 레이저 수신부에 의해서 수행되는 전방향 레이저 스캐닝 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 레이저가 조사되는 단계는,
    레이저 송출부의 조사 각도를 변경하면서 레이저를 송출하여, 상기 반사면 상의 여러 지점에 레이저가 조사되는 단계인 전방향 레이저 스캐닝 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    로터리 트랜스포머를 이용하여 비접촉적으로 상기 레이저 송출부에 전력을 공급하는 단계를 더 구비하는 레이저 스캐닝 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    무선 통신을 이용하여 상기 레이저 송출부의 제어 신호를 전송하는 단계를 더 구비하는 레이저 스캐닝 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    광 통신을 이용하여 상기 레이저 송출부의 제어 신호를 비접촉적으로 전송하는 단계를 더 구비하는 레이저 스캐닝 방법.
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