KR20200068732A - 2차원들로 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 방법들 및 장치들 - Google Patents

2차원들로 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 방법들 및 장치들 Download PDF

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Abstract

스캐닝 라이다 시스템은 고정된 프레임, 제1 플랫폼 및 제1 전기-광학 조립체를 포함한다. 제1 전기-광학 조립체는 제1 플랫폼 상에 장착된 제1 레이저 소스 및 제1 광검출기를 포함한다. 스캐닝 라이다 시스템은 제1 플랫폼을 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제1 플렉서 조립체, 및 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2차원들로 고정된 프레임에 대하여 제1 플랫폼을 스캐닝하도록 구성된 드라이브 메커니즘을 더 포함한다. 스캐닝 라이다 시스템은 드라이브 메커니즘에 커플링된 제어기를 더 포함한다. 제어기는 드라이브 메커니즘으로 하여금 제1 방향에서 제1 주파수로 그리고 제2 방향에서 제2 주파수로 제1 플랫폼을 스캐닝하게 하도록 구성된다. 제2 주파수는 제1 주파수와 유사하지만 동일하진 않다.

Description

2차원들로 라이다 시스템들을 스캔하기 위한 방법들 및 장치들
[0001] 본 출원은 2018년 5월 4일에 출원되고 발명의 명칭이 "Methods And Apparatuses For Scanning A Lidar System In Two Dimensions"인 미국 정식 특허 출원 번호 제15/971,548호, 및 2017년 10월 19일에 출원되고 발명의 명칭이 "Methods For Scanning And Operating Three-Dimensional Systems"인 미국 가특허 출원 번호 제62/574,549호의 이익을 주장하며, 이 문헌들의 내용들은 그 전문이 인용에 의해 포함된다.
[0002] 3-차원 센서들은 자율 주행 차량들, 드론들, 로봇 공학, 보안 애플리케이션들 등에 적용될 수 있다. 스캐닝 라이다 센서들은 알맞은 비용으로 이러한 애플리케이션들에 대해 적절한 높은 각도 분해능을 달성할 수 있다. 그러나, 개선된 스캐닝 장치들 및 방법들이 필요하다.
[0003] 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 스캐닝 라이다 시스템은 고정된 프레임, 제1 플랫폼 및 제1 전기-광학 조립체를 포함할 수 있다. 제1 전기-광학 조립체는 제1 플랫폼 상에 장착된 제1 레이저 소스 및 제1 광검출기를 포함할 수 있다. 스캐닝 라이다 시스템은 제1 플랫폼을 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제1 플렉서(flexure) 조립체, 및 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2차원들로 고정된 프레임에 대하여 제1 플랫폼을 스캐닝하도록 구성된 드라이브 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 스캐닝 라이다 시스템은 드라이브 메커니즘에 커플링된 제어기를 더 포함할 수 있다. 제어기는 드라이브 메커니즘으로 하여금 제1 방향에서 제1 주파수로 그리고 제2 방향에서 제2 주파수로 제1 플랫폼을 스캐닝하게 하도록 구성될 수 있다. 제2 주파수는 제1 주파수와 유사하지만 동일하진 않다. 일부 실시예들에서, 제1 주파수와 제2 주파수의 비(ratio)는 유리수(rational)이다. 일부 다른 실시예들에서, 제1 주파수와 제2 주파수의 비는 무리수이다.
[0004] 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따라, 2차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조는 고정된 프레임, 및 스캐닝 라이다 시스템의 제1 전기-광학 조립체를 보유하기 위한 제1 플랫폼을 포함할 수 있다. 제1 전기-광학 조립체는 제1 레이저 소스 및 제1 광검출기를 포함할 수 있다. 공진기 구조는 제1 플랫폼을 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제1 세트의 스프링들을 더 포함할 수 있다. 제1 세트의 스프링들은 스캐닝 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2개의 직교 방향들로 제1 플랫폼을 스캐닝하도록 2개의 직교 방향들로 구부러지게 구성될 수 있다. 제1 세트의 스프링들은 2개의 직교 방향들 중 제1 방향에서 제1 공진 주파수를 그리고 2개의 직교 방향들 중 제2 방향에서 제2 공진 주파수를 가질 수 있다. 제2 공진 주파수는 제1 공진 주파수와 유사하지만 상이하다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 스프링들은 4개의 로드 스프링들을 포함하고, 4개의 로드 스프링들 각각은 제1 플랫폼의 개개의 코너를 고정된 프레임에 연결한다. 일부 실시예들에서, 4개의 로드 스프링들 각각은 플렉시블한 부재를 통해 제1 플랫폼에 연결될 수 있다. 플렉시블한 부재는 제1 방향에서보다 제2 방향에서 더 강성일 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 제1 세트의 스프링들 각각은 판 스프링(leaf spring)을 포함할 수 있다. 판 스프링은 콘볼루팅될(convoluted) 수 있다. 일부 실시예들에서, 공진기 구조는 제2 플랫폼, 및 제2 플랫폼을 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제2 세트의 스프링들을 더 포함할 수 있다. 제2 세트의 스프링들은 2개의 직교 방향들로 제2 플랫폼을 스캐닝하도록 2개의 직교 방향들로 구부러지게 구성될 수 있다. 제2 플랫폼의 모션의 방향은 제1 플랫폼의 모션의 방향에 상반될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 플랫폼은 스캐닝 라이다 시스템의 제2 전기-광학 조립체를 보유할 수 있다. 제2 전기-광학 조립체는 제2 레이저 소스 및 제2 광검출기를 포함할 수 있다.
[0005] 본 발명의 일부 추가의 실시예들에 따라, 스캐닝 라이다 시스템을 이용한 3-차원 이미징의 방법은, 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2차원들로 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 전기-광학 조립체는 제1 레이저 및 제1 광검출기를 포함할 수 있다. 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계는 제1 방향에서 제1 주파수로 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계, 및 제1 방향과 실질적으로 직교하는 제2 방향에서 제2 주파수로 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 주파수는 제1 주파수와 유사하지만 동일하진 않다. 방법은 전기-광학 조립체가 2차원들로 스캐닝됨에 따라, 제1 레이저 소스를 사용하여, 복수의 포지션들에서 복수의 레이저 펄스들을 방출하는 단계, 제1 광검출기를 사용하여, 하나 이상의 객체들로부터 반사된 복수의 레이저 펄스들의 각각의 개개의 레이저 펄스의 일부를 검출하는 단계, 프로세서를 사용하여, 각각의 개개의 레이저 펄스를 방출하는 것과 개개의 레이저 펄스의 일부를 검출하는 것 사이의 비행 시간을 결정하는 단계, 및 결정된 비행 시간에 기초하여 하나 이상의 객체들의 3-차원 이미지를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[0006] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 3-차원 이미징을 위한 라이다 센서를 개략적으로 예시한다.
[0007] 도 2a 및 도 2b는 각각, 부분적으로 완전한 리사주 패턴 및 완성된 리사주 패턴을 도시한다.
[0008] 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 플렉서 메커니즘을 개략적으로 예시한다.
[0009] 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 플렉서 메커니즘을 개략적으로 예시한다.
[0010] 도 5는 본 발명의 일부 추가의 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 플렉서 메커니즘을 개략적으로 예시한다.
[0011] 도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 예시한다.
[0012] 도 7은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 예시한다.
[0013] 도 8은 본 발명의 일부 추가의 실시예들에 따른 2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 예시한다.
[0014] 도 9 및 도 10은 각각, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2-차원 스캐닝 라이다 시스템(900)의 사시도 및 평면도를 도시한다.
[0015] 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 도 9 및 도 10에 예시된 라이다 시스템에 사용될 수 있는 플렉서 구조의 평면도를 도시한다.
[0016] 도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 스캐닝 라이다 시스템을 이용한 3-차원 이미징의 방법(1200)을 예시하는 간략화된 흐름도를 도시한다.
[0017] 본 발명은 일반적으로 3-차원 이미징을 위한 라이다 시스템들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 2차원으로 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 단지 예로서, 본 발명의 실시예들은, 수평 및 수직 둘 모두의 방향들로의 스캐닝이 고속이며, 두 방향들에서의 스캐닝 주파수들이 유사하지만 동일하진 않은 스캐닝 장치들 및 방법들을 제공한다.
[0018] 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 3-차원 이미징을 위한 라이다 센서(100)를 개략적으로 예시한다. 라이다 센서(100)는 방출 렌즈(130) 및 수용 렌즈(140)를 포함하며, 둘 모두는 고정된다. 라이다 센서(100)는 실질적으로 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면에 배치된 레이저 소스(110a)를 포함한다. 레이저 소스(110a)는 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면의 개개의 방출 위치로부터 레이저 펄스(120)를 방출하도록 동작한다. 방출 렌즈(130)는 라이다 센서(100)의 전방에 로케이팅된 객체(150)를 향해 레이저 펄스(120)를 시준 및 지향시키도록 구성된다. 레이저 소스(110a)의 주어진 방출 위치에 대해, 시준된 레이저 펄스(120')는 객체(150)를 향해 대응하는 각도로 지향된다.
[0019] 레이저 펄스(120)의 일부(122)는 객체(150)로부터 수용 렌즈(140)를 향해 반사된다. 수용 렌즈(140)는 객체(150)로부터 반사된 레이저 펄스(120)의 부분(122)을 수용 렌즈(140)의 초점 평면의 대응하는 검출 위치에 포커싱하도록 구성된다. 라이다 센서(100)는 실질적으로 수용 렌즈(140)의 초점 평면에 배치된 광검출기(160a)를 더 포함한다. 광검출기(160a)는 대응하는 검출 위치에서 객체로부터 반사된 레이저 펄스(120)의 부분(122)을 수신 및 검출하도록 구성된다. 광검출기(160a)의 대응하는 검출 위치는 레이저 소스(110a)의 개개의 방출 위치와 결합(conjugate)된다.
[0020] 레이저 펄스(120)는 짧은 지속기간, 예컨대 100ns 펄스 폭일 수 있다. 라이다 센서(100)는 레이저 소스(110a) 및 광검출기(160a)에 커플링된 프로세서(190)를 더 포함한다. 프로세서(190)는 방출로부터 검출까지 레이저 펄스(120)의 TOF(time of flight)를 결정하도록 구성된다. 레이저 펄스(120)는 광속으로 이동하기 때문에, 라이다 센서(100)와 객체(150) 사이의 거리는 결정된 비행 시간에 기초하여 결정될 수 있다.
[0021] 일부 실시예들에 따라, 레이저 소스(110a)는 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면의 복수의 방출 위치들로 래스터 스캐닝될 수 있고, 복수의 방출 위치들에서 복수의 레이저 펄스들을 방출하도록 구성된다. 개개의 방출 위치에서 방출된 각각의 레이저 펄스는 방출 렌즈(130)에 의해 시준되고 객체(150)를 향하여 개개의 각도로 지향되고, 객체(150)의 표면 상의 대응하는 지점에 입사한다. 따라서, 레이저 소스(110a)가 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면의 특정 영역 내에서 래스터 스캐닝될 때, 객체(150) 상의 대응하는 객체 영역이 스캐닝된다. 광검출기(160a)는 수용 렌즈(140)의 초점 평면의 복수의 대응하는 검출 위치로 래스터 스캐닝된다. 광검출기(160a)의 스캐닝은 레이저 소스(110a)의 스캐닝과 동기식으로 수행되어서, 광검출기(160a) 및 레이저 소스(110a)는 임의의 주어진 시간에 항상 서로 결합된다.
[0022] 개개의 방출 위치에서 방출된 각각의 레이저 펄스에 대한 비행 시간을 결정함으로써, 라이다 센서(100)로부터 객체(150)의 표면 상의 각각의 대응하는 지점까지의 거리가 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(190)는 각각의 방출 위치에서 레이저 소스(110a)의 위치를 검출하는 포지션 인코더에 커플링된다. 방출 위치에 기초하여, 시준된 레이저 펄스(120')의 각도가 결정될 수 있다. 객체(150)의 표면 상의 대응하는 지점의 X-Y 좌표는 라이다 센서(100)에 대한 각도 및 거리에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 객체(150)의 3-차원 이미지는 라이다 센서(100)로부터 객체(150)의 표면 상의 다양한 지점들까지의 측정된 거리들에 기초하여 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3-차원 이미지는 지점 클라우드, 즉 객체(150)의 표면 상의 지점들의 X, Y 및 Z 좌표들의 세트로서 표현될 수 있다.
[0023] 일부 실시예들에서, 검출기의 포화를 방지하거나, 눈-안전성을 개선하거나, 전체 전력 소비를 감소시키기 위해, 리턴 레이저 펄스의 강도가 측정되고 동일한 방출 지점으로부터 후속 레이저 펄스들의 파워를 조정하는 데 사용된다. 레이저 펄스의 파워는 레이저 펄스의 지속기간, 레이저에 인가된 전압 또는 전류, 또는 레이저에 전력을 공급하는 데 사용되는 커패시터에 저장된 전하를 변동시킴으로써 변동될 수 있다. 후자의 경우, 커패시터에 저장된 전하는 커패시터에 대한 충전 시간, 충전 전압 또는 충전 전류를 변동시킴으로써 변동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 강도는 또한 이미지에 다른 차원을 추가하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 이미지는 반사도(또는 밝기)뿐만 아니라 X, Y 및 Z 좌표들을 포함할 수 있다.
[0024] 라이다 센서(100)의 AFOV(angular field of view)는 레이저 소스(110a)의 스캐닝 범위 및 방출 렌즈(130)의 초점 거리에 기초하여 다음과 같이 추정될 수 있고:
Figure pct00001
,
여기서 h는 특정 방향을 따른 레이저 소스(110a)의 스캔 범위이고, f는 방출 렌즈(130)의 초점 거리이다. 주어진 스캔 범위(h)에 대해, 초점 거리가 짧을수록 더 넓은 AFOV들을 생성한다. 주어진 초점 거리(f)에 대해, 스캔 범위들이 클수록 더 넓은 AFOV들을 생성한다. 일부 실시예들에서, 라이다 센서(100)는 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면에 어레이로서 배치된 다수의 레이저 소스들을 포함할 수 있어서, 각각의 개별 레이저 소스의 스캔 범위를 비교적 작게 유지하면서 더 큰 총 AFOV가 달성될 수 있다. 따라서, 라이다 센서(100)는 수용 렌즈(140)의 초점 평면에 어레이로서 배치된 다수의 광검출기들을 포함할 수 있으며, 각각의 광검출기는 개개의 레이저 소스와 결합된다. 예컨대, 라이다 센서(100)는 도 1에 예시된 바와 같이 제2 레이저 소스(110b) 및 제2 광검출기(160b)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 라이다 센서(100)는 4개의 레이저 소스들 및 4개의 광검출기들, 또는 8개의 레이저 소스들 및 8개의 광검출기들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 라이다 센서(100)는 4 × 2 어레이로서 배열된 8개의 레이저 소스들 및 4 × 2 어레이로서 배열된 8개의 광검출기들을 포함할 수 있어서, 라이다 센서(100)는 수직 방향에서 그의 AFOV보다 수평 방향에서 더 넓은 AFOV를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 라이다 센서(100)의 총 AFOV는 방출 렌즈의 초점 거리, 각각의 레이저 소스의 스캔 범위 및 레이저 소스들의 수에 의존하여 약 5도 내지 약 15도, 또는 약 15도 내지 약 45도, 또는 약 45도 내지 약 90 도의 범위에 있을 수 있다.
[0025] 레이저 소스(110a)는 자외선, 가시 또는 근적외선 파장 범위들의 레이저 펄스들을 방출하도록 구성될 수 있다. 각각의 레이저 펄스의 에너지는 대략 마이크로줄(microjoule) 정도일 수 있으며, 이는 일반적으로 KHz 범위의 반복 레이트들에 대해 눈에 안전한 것으로 간주된다. 약 1500nm보다 큰 파장들에서 동작하는 레이저 소스들에 대해, 에너지 레벨들은, 눈이 그러한 파장에 초점을 맞추지 않기 때문에 더 높아질 수 있다. 광검출기(160a)는 실리콘 애벌랜치 광다이오드(silicon avalanche photodiode), 광전자 증배기, PIN 다이오드, 또는 다른 반도체 센서들을 포함할 수 있다.
[0026] 라이다 센서(100)의 각도 분해능은 효과적으로 회절 제한될 수 있으며, 이는 다음과 같이 추정될 수 있으며:
Figure pct00002
,
여기서 λ는 레이저 펄스의 파장이고 D는 렌즈 어퍼처의 직경이다. 각도 분해능은 또한 레이저 소스(110a)의 방출 영역의 크기 및 렌즈들(130 및 140)의 수차들에 의존할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 라이다 센서(100)의 각도 분해능은 렌즈들의 유형에 의존하여 약 1 mrad 내지 약 20 mrad(약 0.05-1.0도)의 범위에 있을 수 있다.
[0027] 위에서 설명된 바와 같이, 라이다 시스템의 레이저 소스 및 광검출기는 특정 시계 내에서 객체들의 3-차원 이미지들을 형성하기 위해 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2차원들로 래스터 스캐닝될 수 있다. 통상적으로, 2-차원 스캐닝은 일 방향으로의 비교적 고속 스캔(예컨대, 라인 스캔)과 직교 방향으로의 훨씬 더 저속 스캔(예컨대, 스위프(sweep) 또는 프레임 스캔)의 결합을 사용함으로써 달성될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 고속 스캔은 수평 스캔으로서 본원에서 지칭될 수 있고, 저속 스캔은 수직 스캔으로서 본원에서 지칭될 수 있다. 이러한 스캐닝 방법들은 자율 주행 차량들에 적용될 때 특정 단점들을 가질 수 있다. 예컨대, 저속 방향에서의 스캐닝 주파수는 라이다 시스템에 의한 3-차원 이미징의 포지션 정확도에 영향을 줄 수 있는 로드 범프(road bump)들에 직면하는 주파수에 대응할 수 있다.
[0028] 본 발명의 실시예들은, 수평 및 수직 둘 모두의 방향들로의 스캔이 고속이며, 두 방향들에서의 스캐닝 주파수들이 유사하지만 동일하진 않은 스캐닝 장치들 및 방법들을 제공한다. 레이저 소스 또는 광검출기의 결과적인 궤적은 리사주 패턴(리사주 곡선 또는 리사주 도형으로서 또한 알려짐)을 특징으로 할 수 있다. 수학적으로, 리사주 곡선은 매개 방정식의 그래프이며:
Figure pct00003
,
여기서 a 및 b는 각각 x 방향(예컨대, 수평 방향) 및 y 방향(예컨대, 수직 방향)의 주파수들이고; t는 시간이며; δ는 위상차이다.
[0029] 도 2a는 부분적으로 완전한 리사주 패턴을 도시한다. 도 2b는 완성된 리사주 패턴을 도시한다. 패턴의 외형은 비 a/b 및 위상차 δ에 민감할 수 있다. 2개의 직교 방향들에서의 주파수들(a 및 b)을, 서로 유사하지만 명백히 상이하게 되도록 선택함으로써, 리사주 패턴은 양 방향들에서 다수의 "로브(lobe)들"을 나타낼 수 있다. 리사주 패턴은 비 a/b가 유리수인 경우에만 폐쇄될 수 있다. 레이저 소스 또는 광검출기의 궤적이 시계를 균일하게 커버할 수 있도록 비 a/b 및 위상차(δ) 둘 모두를 선택하는 것이 유리할 수 있다.
[0030] 프레임 레이트는 두 주파수들(a와 b) 간의 차이와 관련될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스캐닝 주파수들(a 및 b)은 원하는 프레임 레이트에 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 초당 10 프레임들의 프레임 레이트가 요구되는 경우, 수평 방향에서 200Hz 및 수직 방향에서 210Hz의 주파수가 선택될 수 있다. 이 예에서, 리사주 패턴은 프레임마다 정확하게 반복될 수 있다. 2개의 주파수들(a 및 b)을 프레임 레이트보다 상당히 크게 되도록 선택하고 위상차(δ)를 적절히 선택함으로써, 시계의 비교적 균일하고 조밀한 커버리지가 달성될 수 있다.
[0031] 일부 다른 실시예들에서, 리사주 패턴이 반복되지 않는 것이 바람직한 경우, 상이한 주파수 비 또는 무리수인 주파수 비가 선택될 수 있다. 예컨대, 두 방향들에서의 스캐닝 주파수들(a 및 b)은 각각 200Hz 및 210.1Hz가 되도록 선택될 수 있다. 이 예에서, 프레임 레이트가 초당 10 프레임들인 경우, 리사주 패턴은 프레임마다 반복되지 않을 수 있다. 다른 예로서, 스캐닝 주파수들(a 및 b)은 각각 201 Hz 및 211 Hz가 되도록 선택될 수 있어서, 비 a/b는 무리수이다. 이 예에서, 리사주 패턴은 또한 프레임마다 시프트될 수 있다. 일부 경우들에서, 후속 프레임으로부터의 광검출기 또는 레이저 소스의 궤적이 더 앞선 프레임으로부터의 궤적의 갭들을 채울 수 있고, 그리하여 시계의 조밀한 커버리지를 효과적으로 가질 수 있기 때문에, 리사주 패턴이 프레임 마다 반복되지 않게 하는 것이 바람직할 수 있다.
[0032] 일부 실시예들에서, 원하는 프레임 레이트의 배수들인 주파수 분리가 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 두 방향들에서의 스캐닝 주파수(a 및 b)는 각각 200Hz 및 220Hz가 되도록 선택될 수 있다. 이 경우에, 예컨대 10Hz 또는 20Hz의 프레임이 사용될 수 있다.
[0033] 위에서 설명된 바와 같은 라이다 시스템의 2-차원 스캐닝은 2개의 직교 방향들에서 구부러질 수 있는 플렉서들을 사용하여 구현될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 플렉서 메커니즘을 개략적으로 예시한다. 외부 프레임(310)은 제1 세트의 4개의 판 스프링들(312a-312d)을 통해 2개의 고정 장착 지점들(302a 및 302b)에 부착될 수 있다. 장착 지점들(302a 및 302b)은 고정된 프레임에 부착되고 공간적으로 고정될 수 있다. 외부 프레임(310)은 도 1과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 하나 이상의 레이저 소스들 및 하나 이상의 광검출기들을 포함할 수 있는 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 보유할 수 있다.
[0034] 제1 세트의 판 스프링들(312a-312d) 각각은 고정된 장착 지점들(302a 및 302b)에 대해 외부 프레임(310)(및, 이에 따라 외부 프레임(310)에 의해 보유되는 전기-광학 조립체)을 수평으로 그리고 수직으로 병진이동(translate)시키기 위해 좌측 또는 우측 및 위 또는 아래로 구부러질 수 있다. 예컨대, 도 3a는 외부 프레임(310)이 (화살표에 의해 표시된 바와 같이) 고정된 장착 지점들(302a 및 302b)에 대해 좌측으로 병진이동되는 것을 도시하는 반면, 도 3b는 외부 프레임(310)이 (화살표에 의해 표시된 바와 같이) 고정된 장착 지점들(302a 및 302b)에 대해 하향으로 병진이동되는 것을 도시한다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 4개의 판 스프링(312a-312d)들 각각은 콤팩트한 구성을 위해 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이 콘볼루팅될 수 있다.
[0035] 일부 실시예들에서, 내부 프레임(320)은 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이 제2 세트의 4개의 판 스프링들(322a-322d)을 통해 2개의 고정 장착 지점들(302a 및 302b)에 부착될 수 있다. 제1 세트의 4개의 판 스프링들(312a-312d)과 유사하게, 제2 세트의 판 스프링들(322a-322d) 각각은 고정된 장착 지점들(302a 및 302b)에 대해 내부 프레임(320)을 수평으로 그리고 수직으로 병진이동시키기 위해 좌측 또는 우측 및 위 또는 아래로 구부러질 수 있다.
[0036] 실제로, 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 수평으로 그리고 수직으로 래스터 스캐닝하기 위해, 외부 프레임(310) 및 내부 프레임(320)은 그들의 공진 주파수들에서 또는 그 근처에서 진동될 수 있다. 판 스프링들(312a-312d 및 322a-322d)의 형상을 적절히 선택함으로써, 약간 상이한 공진 주파수들이 수평 및 수직 방향들에서 달성될 수 있다. 외부 프레임(310) 및 내부 프레임(320)은 튜닝 포크의 2개의 갈래들(prong)이 행하는 것과 유사하게 상반되는 방향들로, 즉 180도 이위상으로 이동할 수 있다. 외부 프레임(310)의 무게 및 내부 프레임(320)의 무게가 적절히 밸런싱되는 경우, 그들의 상반되는 모션들은, 그렇지 않았다면 외부 마운트들로 전달되었을 수 있는 진동들을 소거할 수 있다. 진동을 최소화하는 것 외에도, 이는 시스템의 공진 품질 팩터 Q를 증가시키고, 이에 따라 전력 요건들을 감소시킬 수 있다.
[0037] 일부 실시예들에서, 내부 프레임(320)은 카운터웨이트(counterweight)를 보유할 수 있다. 대안적으로, 내부 프레임(320)은 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 보유할 수 있고, 외부 프레임(310)은 카운터웨이트를 보유할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 내부 프레임(320)은 하나 이상의 레이저 소스들 및 하나 이상의 광검출기들을 포함하는 라이다 시스템의 제2 전기-광학 조립체를 보유할 수 있다. 일부 추가의 실시예들에서, 내부 프레임(320)은 스프링들(312a-312d 및 322a-322d)을 구부리기 위한 기계적 드라이브를 제공하는 VCM(voice coil motor)의 자석들 또는 코일들을 보유할 수 있다.
[0038] 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 공진기 구조를 개략적으로 예시한다. 프레임(410)은 그의 양 측 상에서 한 쌍의 플렉서들(420a 및 420b)에 부착될 수 있다. 프레임(410)은 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 보유할 수 있다. 명확성을 위해, 카운터-밸런스 프레임 및 일 세트의 연관된 플렉서는 도 4a 및 도 4b에 도시되지 않는다.
[0039] 한 쌍의 플렉서들(420a 및 420b) 각각은 스프링 재료의 플레이트를 절단함으로써 제조될 수 있다. 스프링 부재의 유효 길이를 증가시키기 위해, 도 4a 및 도 4b에 예시된 바와 같은 콘볼루션 구성이 사용될 수 있다. 한 쌍의 플렉서들(420a 및 420b) 각각의 일 단부는 고정된 장착 지점들(430a-430d)에 부착될 수 있다. 한 쌍의 플렉서들(420a 및 420b)은 도 4a 및 도 4b의 화살표들에 의해 각각 표시된 바와 같이 프레임(410)을 수평으로 그리고 수직으로 병진이동시키도록 수평 방향 및 수직 방향 둘 모두에서 구부러질 수 있다. 실제로, 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 수평으로 그리고 수직으로 래스터 스캐닝하기 위해, 프레임(410)은 수평 및 수직 방향 둘 모두에서 그의 공진 주파수로 또는 그 부근으로 진동할 수 있다.
[0040] 도 5는 본 발명의 일부 추가의 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 스캐닝하기 위한 공진기 구조를 개략적으로 예시한다. 프레임(510)은 일 세트의 4개의 로드 스프링들(530a-530d)에 의해 고정된 베이스(520)에 부착될 수 있다. 프레임(510)은 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 보유할 수 있다. 명확성을 위해, 카운터-밸런스 프레임 및 일 세트의 연관된 로드 스프링들은 도 5에 도시되지 않는다.
[0041] 로드 스프링들(530a-530d)은 피아노 선들과 같은 스프링 강으로 만들어질 수 있다. 로드 스프링들(530a-530d)은 수평 및 수직 방향들에서 약간 상이한 공진 주파수들을 갖도록 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 이는, 로드 스프링들(530a-530d)을 수직 방향에서보다 수평 방향에서 더 강성이 되게 함으로써 달성될 수 있거나, 그 반대의 경우도 마찬가지다. 일부 다른 실시예들에서, 이는 로드 스프링들(530a-530d)이 그의 길이 일부 또는 전체에 걸쳐 직사각형 또는 타원형 단면을 갖게 함으로써 달성될 수 있다. 타원형 단면을 갖는 스프링들을 사용하는 것은 직사각형 단면을 갖는 스프링들과 비교하여 코너들에서의 응력을 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 각각의 로드 스프링(530a-530d)은 응력을 감소시키도록 둥근 코너들을 갖는 직사각형 단면을 가질 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 프레임(510)은 그루브들(540A 및 540B)과 같은 피처들을 포함하여서, 장착이 다른 방향에서보다 일 방향에서 더 강성이 되게 하고, 이에 따라 로드들의 단면이 대칭적인 경우조차도 공진 주파수들에서의 차이를 유도할 수 있다. 이러한 장착 피처들은 대안적으로 고정된 베이스(520)에 또한 포함될 수 있다.
[0042] 라이다 시스템에서 도 4a 내지 도 4b 또는 도 5에 예시된 공진기 구조들을 구현하는 다수의 변동들이 가능하다. 예컨대, 라이다 시스템은 각각이 하나 이상의 레이저 소스들 및 하나 이상의 광검출기들을 갖는 2개의 전기-광학 조립체들을 가질 수 있다. 2개의 전기-광학 조립체들은 2개의 별개의 프레임들 상에 장착될 수 있다. 2개의 프레임들에 커플링된 공진기 구조들은 2개의 프레임들을 상반되는 방향들로 이동시키도록 구성될 수 있다.
[0043] 일부 실시예들에서, VCM(voice coil motor)들은 단일 프레임 또는 양자의 프레임들을 구동하도록 배열될 수 있다. 두 공진기들 사이의 자연 커플링은, 하나의 프레임만이 구동되는 경우에도, 둘 모두가 거의 동일한 진폭들로 진동할 수 있다는 것을 보장할 수 있다. 보이스 코일 모터들은 이동 코일 설계 또는 이동 자석 설계를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일은 하나의 프레임 상에 장착될 수 있고 자석은 다른 프레임에 장착될 수 있다. VCM 또는 카운터웨이트에 대한 공진기의 강성은 진폭 면에서의 대응하는 감소와 함께 증가될 수 있어서, 일 프레임의 모멘텀은 다른 프레임의 모멘텀을 실질적으로 소거한다.
[0044] 다양한 실시예들에 따라, 별개의 VCM들은 2개의 직교 축들을 따른 모션들을 위해 사용될 수 있거나, 또는 양 축들을 따른 모션들을 위해 드라이브들을 결합하는 단일 VCM이 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 단일 VCM이 두 개의 축들에 대해 양자의 주파수들에서 구동되더라도, 프레임은 주로 그의 개개의 공진 주파수에서 각각의 개개의 방향으로 이동하도록 보장하기 위해 높은 Q 공진 구조가 사용될 수 있다. 구동 메커니즘으로서 VCM 대신에 압전 트랜스듀서들 또는 다른 선형 액추에이터들이 또한 사용될 수 있다.
[0045] 도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따라 리사주 스캔 메커니즘을 갖는 2-차원 스캐닝 라이다 시스템(600)을 개략적으로 예시한다. 라이다 시스템(600)은 고정된 프레임(610), 제1 세트의 플렉서들(670a 및 670b)을 통해 고정된 프레임(610)에 이동 가능하게 부착된 제1 플랫폼(620), 및 제2 세트의 플렉서들(680a 및 680b)을 통해 고정된 프레임(610)에 이동 가능하게 부착된 제2 플랫폼(630)을 포함할 수 있다. 방출 렌즈(612) 및 수용 렌즈(614)가 고정된 프레임(610) 상에 장착된다. 라이다 시스템(600)은 하나 이상의 레이저 소스들(640) 및 하나 이상의 광검출기들(650)을 포함할 수 있는 전기-광학 조립체를 포함한다. 하나 이상의 레이저 소스들(640) 및 하나 이상의 광검출기들(650)은, 하나 이상의 레이저 소스들(640)의 방출 표면들이 실질적으로 방출 렌즈(612)의 초점 평면에 놓이고, 하나 이상의 광검출기들(650)의 검출 표면들이 실질적으로 수용 렌즈(614)의 초점 평면에 놓이도록 제1 플랫폼 상에 장착된다.
[0046] 제1 세트의 플렉서들(670a 및 670b)은 제1 플랫폼(630)을, 고정된 프레임(610)에 대해 페이지의 좌측 또는 우측으로 그리고 페이지 안으로 또는 밖으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 한 쌍의 코일들(660a 및 660b) 및 자석(662)을 포함하는 VCM(voice coil motor)이 제1 플랫폼(620)과 제2 플랫폼(630) 사이에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 6에 예시된 바와 같이, 자석(662)은 제1 플랫폼(620)에 장착될 수 있고, 한 쌍의 코일들(660a 및 660b)은 제2 플랫폼(630) 상에 장착될 수 있다. VCM은 제1 플랫폼(620)을 좌측 또는 우측으로 이동시키고, 제2 플랫폼(630)을 상반되는 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 제2 플랫폼(630)은 제1 플랫폼(620)에 대한 카운터웨이트로서 역할을 할 수 있어서, 제2 플랫폼(630)의 모멘텀은 제1 플랫폼(620)의 모멘텀을 실질적으로 상쇄시킬 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 한 쌍의 코일들(660a 및 660b) 및 자석(662)의 포지셔닝은 반전될 수 있는데; 즉, 한 쌍의 코일들(660a 및 660b)이 제1 플랫폼(620) 상에 장착될 수 있고, 자석(662)은 제2 플랫폼(630) 상에 장착될 수 있다. 제2 VCM(도시되지 않음)은 제1 플랫폼(620) 및 제2 플랫폼(630)을 페이지 안으로 또는 밖으로 이동시키는 데 사용될 수 있다.
[0047] 도 7은 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따라 리사주 스캔 메커니즘을 갖는 2-차원 스캐닝 라이다 시스템(700)을 개략적으로 예시한다. 라이다 시스템(700)은 도 6에 예시된 라이다 시스템(600)과 유사하다. 그러나, 여기서 VCM은 고정된 프레임(610)과 제2 플랫폼(630) 사이에 장착되며, 여기서 한 쌍의 코일들(660a 및 660b)은 고정된 프레임 상에 장착되고, 자석(662)은 제2 플랫폼(630) 상에 장착된다. VCM은 카운터웨이트를 좌측 또는 우측으로 보유할 수 있는 제2 플랫폼(630)을 이동시키도록 구성된다. 전기-광학 조립체를 보유하는 제1 플랫폼(620)은, 제1 플랫폼의 공진 주파수가 제2 플랫폼(630)의 공진 주파수와 매칭하는 경우 제2 플랫폼(630)의 상반되는 방향으로 공명하게(sympathetically) 진동할 수 있다. 제2 세트의 코일들 및 제2 자석(도시되지 않음)은 제2 플랫폼(630)을 페이지 안으로 또는 밖으로 이동시키는 데 사용될 수 있다.
[0048] 도 8은 본 발명의 일부 추가의 실시예들에 따라 리사주 스캔 메커니즘을 갖는 2-차원 스캐닝 라이다 시스템(800)을 개략적으로 예시한다. 라이다 시스템(800)은 도 7에 예시된 라이다 시스템(700)과 유사하다. 그러나, 여기서 한 쌍의 코일들(660a, 660b) 및 자석(662)의 포지셔닝은 반전된다. 즉, 한 쌍의 코일들(660a 및 660b)은 제2 플랫폼(630) 상에 장착되고, 자석(662)은 고정된 프레임(610) 상에 장착된다.
[0049] 도 9 및 도 10은 각각, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2-차원 스캐닝 라이다 시스템(900)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 라이다 시스템(900)은 고정된 베이스(910)에 부착된 방출 렌즈(912) 및 수용 렌즈(914), 라이다 시스템(900)의 전기-광학 조립체를 보유할 수 있는 제1 프레임(920), 및 카운터웨이트를 보유할 수 있는 제2 프레임(930)을 포함한다. 제1 세트의 플렉서들(970)은 제1 세트의 플렉시블한 힌지들(972)을 통해 고정된 베이스(910)에 제1 프레임(920)을 플렉시블하게 커플링할 수 있다. 제2 세트의 플렉서들(980)은 제2 세트의 플렉시블한 힌지들(982)을 통해 고정된 베이스(910)에 제2 프레임(930)을 플렉시블하게 커플링할 수 있다. 제1 세트의 플렉시블한 힌지들(972) 및 제2 세트의 플렉시블한 힌지들(982) 각각은 그것이 X 방향(예컨대, 수평 방향)보다 Y 방향(예컨대, 수직 방향)에서 더 강성이 될 수 있도록, 리본(ribbon)의 형태일 수 있다.
[0050] 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 도 9 및 도 10에 예시된 라이다 시스템(900)에 사용될 수 있는 플렉서 구조의 평면도를 도시한다. 예시된 바와 같이, 플렉서 구조는 고정된 베이스(910)를 포함한다. 고정된 베이스(910)는 고정된 외부 프레임(도 9 및 도 10에 도시되지 않음)에 연결하기 위한 하나 이상의 장착 구멍들(912)을 포함할 수 있다. 플렉서 구조는 일 세트의 제1 플렉서들(970)을 더 포함할 수 있다. 도 9 및 도 10에 예시된 바와 같이, 각각의 제1 플렉서(970)의 일 단부는 고정된 베이스(910)에 연결될 수 있는 반면, 각각의 제1 플렉서(970)의 다른 단부는 라이다 시스템(900)의 전기-광학 조립체를 보유하는 제1 프레임(920)에 연결하기 위한 장착 구멍(972)을 가질 수 있다. 플렉서 구조는 일 세트의 제2 플렉서들(980)을 더 포함한다. 각각의 제2 플렉서(980)의 일 단부는 고정된 베이스(910)에 연결될 수 있는 반면, 각각의 제2 플렉서(980)의 다른 단부는 카운터웨이트를 보유하는 제2 프레임(930)에 연결하기 위한 장착 구멍(982)을 가질 수 있다.
[0051] 도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 스캐닝 라이다 시스템을 이용한 3-차원 이미징의 방법(1200)을 예시하는 간략화된 흐름도를 도시한다. 방법(1200)은 1202에서, 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2차원으로 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 전기-광학 조립체는 제1 레이저 및 제1 광검출기를 포함할 수 있다. 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계는 제1 방향에서 제1 주파수로 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계, 및 제1 방향과 실질적으로 직교하는 제2 방향에서 제2 주파수로 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 주파수는 제1 주파수와 유사하지만 동일하진 않다.
[0052] 방법(1200)은, 1204에서, 전기-광학 조립체가 2차원으로 스캐닝됨에 따라, 제1 레이저 소스를 사용하여, 복수의 포지션들에서 복수의 레이저 펄스들을 방출하는 단계; 및 1206에서, 제1 광검출기를 사용하여, 하나 이상의 객체들로부터 반사된 복수의 레이저 펄스들의 각각의 개개의 레이저 펄스의 일부를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법(1200)은, 1208에서, 프로세서를 사용하여, 각각의 개개의 레이저 펄스를 방출하는 것과 개개의 레이저 펄스의 일부를 검출하는 것 사이의 비행 시간을 결정하는 단계; 및 1210에서, 결정된 비행 시간에 기초하여 하나 이상의 객체들의 3-차원 이미지를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[0053] 도 12에 예시된 특정 단계들은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 스캐닝 라이다 시스템을 사용하여 3차원 이미징을 하는 특정한 방법을 제공한다는 것이 인지되어야 한다. 또한, 단계들의 다른 시퀀스들이 대안적 실시예들에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 대안적인 실시예들은, 위에서 약술된 단계들을 상이한 순서로 수행할 수 있다. 더욱이, 도 12에 예시된 개별 단계들은, 개별 단계에 적절한 바와 같은 다양한 시퀀스들로 수행될 수 있는 다수의 서브-단계들을 포함할 수 있다. 또한, 부가적인 단계들이 특정한 애플리케이션들에 의존하여 부가되거나 또는 제거될 수 있다. 당업자는, 다수의 변동들, 수정들, 및 대안들을 인식할 것이다.
[0054] 또한, 본원에서 설명된 예들 및 실시예들은 단지 예시 목적들을 위한 것이고, 이를 고려한 다양한 수정들 또는 변화들이 당업자에게 연상될 것이며 본 출원의 사상 및 범위 및 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함될 것임이 이해된다.

Claims (20)

  1. 스캐닝 라이다 시스템으로서,
    고정된 프레임;
    제1 플랫폼;
    상기 제1 플랫폼 상에 장착된 제1 레이저 소스 및 제1 광검출기를 포함하는 제1 전기-광학 조립체(electro-optic assembly);
    상기 제1 플랫폼을 상기 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제1 플렉서(flexure) 조립체;
    상기 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2차원들로 상기 고정된 프레임에 대하여 상기 제1 플랫폼을 스캐닝하도록 구성된 드라이브 메커니즘; 및
    상기 드라이브 메커니즘에 커플링된 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 드라이브 메커니즘으로 하여금, 제1 방향에서 제1 주파수로 그리고 제2 방향에서 제2 주파수로 상기 제1 플랫폼을 스캐닝하게 하도록 구성되고, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수와 유사하지만 동일하진 않은,
    스캐닝 라이다 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 상기 전기-광학 조립체의 궤적이 리사주 도형(Lissajous figure)을 따르도록 상기 제1 주파수와 상이한,
    스캐닝 라이다 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수와 제2 주파수의 비는 약 0.5 내지 약 2.0의 범위에 있는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플렉서 조립체는 4개의 스프링들을 포함하고, 상기 4개의 스프링들 각각은 상기 제1 플랫폼의 개개의 코너를 상기 고정된 프레임에 연결하는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 4개의 스프링들 각각은 상기 제1 방향에서 제1 공진 주파수를 그리고 상기 제2 방향에서 제2 공진 주파수를 갖는 플렉시블한 로드를 포함하고, 상기 제1 주파수는 상기 제1 공진 주파수와 실질적으로 동일하고, 상기 제2 주파수는 상기 제2 공진 주파수와 실질적으로 동일한,
    스캐닝 라이다 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 플렉서 조립체는 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하고, 상기 제1 스프링은 상기 제1 플랫폼의 제1 측면(lateral side)을 상기 고정된 프레임에 연결하고, 상기 제2 스프링은 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면을 상기 고정된 프레임에 연결하는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 드라이브 메커니즘은 상기 제1 플랫폼을 스캐닝하기 위해 상기 제1 플랫폼에 기계적으로 커플링되는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 드라이브 메커니즘은 상기 제1 플랫폼 상에 장착되는 보이스 코일 모터(voice coil motor)를 포함하는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    제2 플랫폼; 및
    상기 제2 플랫폼을 상기 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제2 플렉서 조립체를 더 포함하고,
    상기 드라이브 메커니즘은, 상기 제1 플랫폼이 스캐닝됨에 따라, 상기 제2 플랫폼이 상기 제1 플랫폼의 모션의 방향과 상반되는 방향으로 이동하도록 상기 제2 플랫폼에 기계적으로 커플링되는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 플랫폼 상에 장착된 제2 레이저 소스 및 제2 광검출기를 포함하는 제2 전기-광학 조립체를 더 포함하는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 드라이브 메커니즘은 상기 제2 플랫폼 상에 장착되는 보이스 코일 모터를 포함하는,
    스캐닝 라이다 시스템.
  12. 2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조로서,
    고정된 프레임;
    상기 스캐닝 라이다 시스템의 제1 전기-광학 조립체를 보유(carry)하기 위한 제1 플랫폼 ― 상기 제1 전기-광학 조립체는 제1 레이저 소스 및 제1 광검출기를 포함함 ― ; 및
    상기 제1 플랫폼을 상기 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제1 세트의 스프링들을 포함하고,
    상기 제1 세트의 스프링들은 상기 스캐닝 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2개의 직교 방향들로 상기 제1 플랫폼을 스캐닝하도록 상기 2개의 직교 방향들로 구부러지게 구성되고,
    상기 제1 세트의 스프링들은 상기 2개의 직교 방향들 중 제1 방향에서 제1 공진 주파수를 그리고 상기 2개의 직교 방향들 중 제2 방향에서 제2 공진 주파수를 가지며, 상기 제2 공진 주파수는 상기 제1 공진 주파수와 유사하지만 상이한,
    2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 스프링들은 4개의 로드 스프링들을 포함하고, 상기 4개의 로드 스프링들 각각은 상기 제1 플랫폼의 개개의 코너를 상기 고정된 프레임에 연결하는,
    2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 4개의 로드 스프링들 각각은 타원형 단면, 또는 직사각형 단면, 또는 둥근 코너들을 갖는 직사각형 단면을 갖는 로드를 포함하는,
    2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 4개의 로드 스프링들 각각은 플렉시블한 부재를 통해 상기 제1 플랫폼에 연결되는,
    2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 스프링들 각각은 판 스프링(leaf spring)을 포함하는,
    2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조.
  17. 제12 항에 있어서,
    제2 플랫폼; 및
    상기 제2 플랫폼을 상기 고정된 프레임에 플렉시블하게 커플링하는 제2 세트의 스프링들을 더 포함하고,
    상기 제2 세트의 스프링들은 상기 2개의 직교 방향들로 상기 제2 플랫폼을 스캐닝하도록 상기 2개의 직교 방향들로 구부러지게 구성되고, 상기 제2 플랫폼의 모션의 방향은 상기 제1 플랫폼의 모션의 방향에 상반되는,
    2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 플랫폼은 상기 제2 플랫폼의 모멘텀이 상기 제1 플랫폼의 모멘텀을 실질적으로 소거하도록 카운터 웨이트(counter weight)를 보유하는,
    2-차원 스캐닝 라이다 시스템을 동작시키기 위한 공진기 구조.
  19. 스캐닝 라이다 시스템을 이용한 3-차원 이미징의 방법으로서,
    상기 라이다 시스템의 광학 축에 실질적으로 수직인 평면에서 2차원들로 상기 라이다 시스템의 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계 ― 상기 전기-광학 조립체는 제1 레이저 소스 및 제1 광검출기를 포함하며, 상기 스캐닝하는 단계는,
    제1 방향에서 제1 주파수로 상기 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계; 및
    상기 제1 방향과 실질적으로 직교하는 제2 방향에서 제2 주파수로 상기 전기-광학 조립체를 스캐닝하는 단계를 포함고, 상기 제2 주파수는 상기 제1 주파수와 유사하지만 동일하진 않음 ― ;
    상기 전기-광학 조립체가 2차원들로 스캐닝됨에 따라, 상기 제1 레이저 소스를 사용하여, 복수의 포지션들에서 복수의 레이저 펄스들을 방출하는 단계;
    상기 제1 광검출기를 사용하여, 하나 이상의 객체들로부터 반사된 복수의 레이저 펄스들의 각각의 개개의 레이저 펄스의 일부를 검출하는 단계;
    프로세서를 사용하여, 각각의 개개의 레이저 펄스를 방출하는 것과 상기 개개의 레이저 펄스의 일부를 검출하는 것 사이의 비행 시간(time of flight)을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 비행 시간에 기초하여 상기 하나 이상의 객체들의 3-차원 이미지를 구성하는 단계를 포함하는,
    스캐닝 라이다 시스템을 이용한 3-차원 이미징의 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 상기 전기-광학 조립체의 궤적이 리사주 도형(Lissajous figure)을 따르도록 상기 제1 주파수와 상이한,
    스캐닝 라이다 시스템을 이용한 3-차원 이미징의 방법.
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