KR102133917B1 - A one-body type ridar - Google Patents

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KR102133917B1
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주식회사 카네비컴
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Abstract

본 발명은 라이다가 차량 내부에 설치되어 유지 관리가 용이함과 아울러 블랙박스와 일체형으로 구성되어 설치 및 관리가 용이한 블랙박스 일체형 라이다에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 블랙박스 일체형 라이다는, 자동차의 윈드쉴드글라스의 상부 중앙을 관통하여 형성되는 설치홀에 상기 윈드쉴드글라스의 외면과 일치하는 외면을 가지도록 설치되며, 내면이 연직면에 대하여 0 ~ 40°의 경사각을 가지는 광학 소재; 상기 광학 소재의 내면에 밀착되어 탈착가능하도록 설치되는 하우징; 상기 하우징의 중앙에 배치되어 상기 자동차의 전방 상황을 촬영하고 저장하는 블랙박스부; 상기 하우징의 우측에 설치되어 상기 광학 소재 방향으로 빔을 조사하는 라이다용 빔 발산부; 상기 하우징의 좌측에 설치되어 상기 라이다용 빔 발산부에 의하여 조사된 빔 중 전방에 존재하는 물체에 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 라이다용 수광부;를 포함한다. The present invention relates to a black box-integrated rider, which is installed in a vehicle and is easy to maintain and is configured with a black box and is easy to install and manage, and the black box-integrated rider according to the present invention, An optical material installed in an installation hole formed through the upper center of the windshield glass of the vehicle to have an outer surface coinciding with the outer surface of the windshield glass, the inner surface having an inclination angle of 0 to 40° with respect to the vertical surface; A housing installed in close contact with the inner surface of the optical material to be detachable; A black box unit disposed in the center of the housing to photograph and store the front situation of the vehicle; A beam diverter for a rider installed on the right side of the housing to irradiate a beam in the direction of the optical material; It is installed on the left side of the housing to receive a beam reflected by an object existing in front of the beam irradiated by the beam diverter for the rider, a light receiving unit for a lidar that detects a distance from the object.

Description

블랙박스 일체형 라이다{A ONE-BODY TYPE RIDAR}Black box integrated rider {A ONE-BODY TYPE RIDAR}

본 발명은 블랙박스 일체형 라이다에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라이다가 차량 내부에 설치되어 유지 관리가 용이함과 아울러 블랙박스와 일체형으로 구성되어 설치 및 관리가 용이한 블랙박스 일체형 라이다에 관한 것이다. The present invention relates to a black box-integrated lidar, and more specifically, to a black box-integrated lidar that is installed inside the vehicle for easy maintenance and is configured with a black box to facilitate installation and management. will be.

일반적으로 빔을 멀리 전송하기 위해서는 발산 빔을 평행광원으로 변환해야 하는 바, 라이다를 구성하는 기존 평행광원 구현 광학계는 굴절 광학계(렌즈 이용 방식)가 대부분이다. 이 굴절 광학계는 렌즈의 곡률이 작을수록 구면 수차가 커져 전송거리가 멀어질수록 빔의 확산이 급격히 커져서 원거리 감지용 광원으로 부적합하다. In general, in order to transmit a beam far away, the divergent beam needs to be converted into a parallel light source. As a result, the existing optical system that implements a lidar is mostly a refractive optical system (using a lens). This refractive optical system is not suitable as a light source for remote sensing because the smaller the curvature of the lens, the larger the spherical aberration and the larger the transmission distance, the greater the diffusion of the beam.

또한 입사 광량을 늘리고자 렌즈 구경을 크게 할 경우에는 렌즈 가장자리에서 구면 수차가 발생하여 다량의 수광 빔이 렌즈에 도달하더라도 수광 센서에 초점 형성이 이루어지지 않거나 다초점이 형성되거나 또는 초점 심도가 커져 수광 효율이 낮은 문제점이 있다. In addition, when the lens aperture is enlarged to increase the amount of incident light, spherical aberration occurs at the edge of the lens, so even if a large amount of light-receiving beam reaches the lens, focusing is not formed on the light-receiving sensor, multifocals are formed, or the depth of focus is increased. There is a problem of low efficiency.

한편 근거리와 원거리를 모두 감지하기 위해서는 종래에 2가지 이상의 라이다 센서를 별도로 구비하여야 하므로 부피가 커지고 제작이 복잡하고 단가가 높아지는 문제점도 있다. On the other hand, in order to detect both the short-distance and the long-distance, since two or more lidar sensors must be separately provided in the related art, there is a problem in that the volume is large, the production is complicated, and the cost is high.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 라이다가 차량 내부에 설치되어 유지 관리가 용이함과 아울러 블랙박스와 일체형으로 구성되어 설치 및 관리가 용이한 블랙박스 일체형 라이다를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a black box-integrated lidar that is easily installed and managed by being installed in a vehicle, which is easy to maintain and is integrated with the black box.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 블랙박스 일체형 라이다는, 자동차의 윈드쉴드글라스의 상부 중앙을 관통하여 형성되는 설치홀에 상기 윈드쉴드글라스의 외면과 일치하는 외면을 가지도록 설치되며, 내면이 연직면에 대하여 0 ~ 40°의 경사각을 가지는 광학 소재; 상기 광학 소재의 내면에 밀착되어 탈착가능하도록 설치되는 하우징; 상기 하우징의 중앙에 배치되어 상기 자동차의 전방 상황을 촬영하고 저장하는 블랙박스부; 상기 하우징의 우측에 설치되어 상기 광학 소재 방향으로 빔을 조사하는 라이다용 빔 발산부; 상기 하우징의 좌측에 설치되어 상기 라이다용 빔 발산부에 의하여 조사된 빔 중 전방에 존재하는 물체에 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 라이다용 수광부;를 포함한다. The black box-integrated rider according to the present invention for solving the above technical problem is installed to have an outer surface that matches the outer surface of the windshield glass in an installation hole formed through the upper center of the windshield glass of the vehicle. , An optical material whose inner surface has an inclination angle of 0 to 40° with respect to the vertical surface; A housing installed in close contact with the inner surface of the optical material to be detachable; A black box unit disposed in the center of the housing to photograph and store the front situation of the vehicle; A beam diverter for a rider installed on the right side of the housing to irradiate a beam in the direction of the optical material; It is installed on the left side of the housing to receive a beam reflected by an object existing in front of the beam irradiated by the beam diverter for the rider, a light receiving unit for a lidar that detects a distance from the object.

그리고 본 발명에서 상기 라이다용 빔 발산부는, 하측으로 방추형 빔을 발산하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드의 하측에 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 상기 광학 소재 방향으로 조사하는 포물 반사경;를 포함하는 것이 바람직하다. And in the present invention, the beam diverter for riders comprises: a laser diode that radiates a spindle beam downward; It is preferably installed on the lower side of the laser diode, a parabolic reflector that converts the beam emitted by the laser diode into parallel light and irradiates it in the direction of the optical material.

또한 본 발명에서 상기 라이다용 수광부는, 상기 블랙박스부 좌측에 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 평행광과 평행한 반사광의 광경로에 수직한 방향으로 설치되며, 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 반사광을 집광하는 수광 렌즈; 상기 수광 렌즈의 전방 초점 거리에 설치되며, 상기 수광 렌즈에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 수광센서;를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the light-receiving unit for the lidar is installed in a direction perpendicular to an optical path of parallel light and parallel light irradiated by the parabolic reflector on the left side of the black box part, and a laser beam irradiated by the parabolic reflector A light receiving lens for condensing the reflected light reflected by the object in front; It is preferably installed at a front focal length of the light-receiving lens, and a light-receiving sensor for sensing the laser beam condensed by the light-receiving lens.

또한 본 발명에 따른 블랙박스 일체형 라이다에는, 상기 레이저 다이오드를 하우징에 고정시키되, 상기 레이저 다이오드에서 발산되는 레이저빔의 발산 각도를 조정하는 빔 발산 각도 조정부;가 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, the black box-integrated lidar according to the present invention, it is preferable that the laser diode is fixed to the housing, the beam divergence angle adjustment unit for adjusting the divergence angle of the laser beam emitted from the laser diode.

본 발명에 따른 라이다는, 차량 내부에 설치되므로, 외부환경에 의한 오염, 마모, 망실을 방지할 수 있다.Since the rider according to the present invention is installed inside the vehicle, it is possible to prevent contamination, abrasion and loss due to the external environment.

또, 광학소자에 의해, 라이다의 출사광이 낮은 입사각으로 입사되는 특징을 가지므로 반사광에 의한 투과손실을 줄일 수 있다. 나아가 이러한 광학소자를 포함하고, 어셈블리 형태로 차량에 조립되는 라이다를 제공한다.In addition, since the light emitted from the lidar has a characteristic of being incident at a low incident angle by the optical element, transmission loss due to reflected light can be reduced. Furthermore, a rider including such an optical element and assembled to a vehicle in an assembly form is provided.

도 1은, 유리에 입사하는 광의 입사각도에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 광학유리가 자동차의 윈드실드글라스로 사용된 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 광학소자를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 광학유리에 입사되는 출사광을 나타낸 개념도이다.
도 5는, 본 발명의 라이다가 자동차에 어셈블리 형태로 장착되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 라이다를 나타낸 분해사시도이다.1 is a graph showing reflectance according to an incident angle of light incident on glass.
2 is a perspective view schematically showing that the optical glass of the present invention is used as a windshield glass of a vehicle.
3 is a perspective view schematically showing the optical element of the present invention.
4 is a conceptual diagram showing emitted light incident on the optical glass of the present invention.
5 is a perspective view schematically showing that the lidar of the present invention is mounted in an assembly form on a vehicle.
6 is an exploded perspective view showing the lidar of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described through exemplary drawings. In describing reference numerals in the components of each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are displayed in different drawings. In addition, in describing embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with understanding of the embodiments of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing components of the embodiments of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected, coupled or connected to the other component, but the component and the other components It will be understood that another component may be "connected", "coupled" or "connected" between the elements.

본 발명을 설명하기에 앞서, 입사란, 어떤 평면에 파동이 들어오는 것으로 정의되고, 입사각이란, 입사할 때 파동이 들어오는 평면의 법선과 입사하는 파동이 이루는 각도로 정의된다. Prior to explaining the present invention, the incident is defined as a wave entering a plane, and the incident angle is defined as an angle formed by the normal of the plane entering the wave and the incident wave.

일반적으로, 라이다를 차량의 내부에 설치하는 경우, 넓은 스캔범위를 갖기 위해 차량의 내부에서, 수평(지면과 평행) 또는 이에 가깝게 광을 출사한다. 또, 차량의 윈드실드글라스 앵글(윈드실드글라스와 수평면이 이루는 각도)은, 일반적인 승용차를 기준으로 30-45도(degree) 정도의 값을 가진다. 따라서 라이다에서 출사되는 광이 윈드실드글라스에 입사하는 각도는, 45-60도 정도이다. Generally, when a lidar is installed inside a vehicle, light is emitted horizontally (parallel to the ground) or close to the interior of the vehicle to have a wide scanning range. In addition, the windshield angle of the vehicle (angle formed by the windshield glass and the horizontal plane) has a value of about 30-45 degrees (degree) with respect to a typical passenger car. Therefore, the angle at which light emitted from the lidar enters the windshield glass is about 45-60 degrees.

한편, 도 2는, 유리(Soda-Lime-Silica glass)에 입사하는 광의 입사각도에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다. 도 2에 따르면, 반사율은 입사각이 0-40도(degree) 내에서 최소값을 갖고, 비교적 일정하다. 그러나 40도를 넘게 되면 급격하게 증가하게 된다. 따라서 차량 내장형 라이다는, 윈드실드글라스의 투과시 반사광에 의한 손실이 많아, 출력량이 기준치에 미치지 못하는 문제점이 발생한다.Meanwhile, FIG. 2 is a graph showing reflectance according to the incident angle of light incident on glass (Soda-Lime-Silica glass). According to FIG. 2, the reflectance has a minimum value within 0-40 degrees of incidence and is relatively constant. However, when it exceeds 40 degrees, it increases rapidly. Therefore, the in-vehicle built-in rider has a large loss due to reflected light when transmitted through the windshield glass, which causes a problem that the output amount does not reach the reference value.

이하, 본 발명에 따른 광학유리에 대하여 설명한다. 도 2는, 본 발명의 광학유리가 자동차의 윈드실드글라스로 사용된 것을 나타낸 사시도이고, 도 3은, 본 발명의 광학소자를 나타낸 사시도이고, 도 4는, 본 발명의 광학유리에 입사되는 출사광을 나타낸 개념도이다.Hereinafter, the optical glass according to the present invention will be described. 2 is a perspective view showing that the optical glass of the present invention is used as a windshield of a vehicle, FIG. 3 is a perspective view showing the optical element of the present invention, and FIG. 4 is an exit incident on the optical glass of the present invention It is a conceptual diagram showing light.

광학유리(20)는, 자동차(1)의 윈드실드글라스로 사용되는 유리로서, 광학소자(30)를 포함할 수 있다.The optical glass 20 is a glass used as a windshield glass of the automobile 1, and may include an optical element 30.

광학유리(20)는, 통상적인 자동차(1)의 윈드실드글라스로, 어셈블리 형태로 제작되어 자동차의 전면 프레임에 결합되어 조립된다. 광학유리(20)는, 자동차(1)의 주행시 저항을 감소시키기 위해, 좌우측 또는 상부가 만곡 플레이트 형태일 수 있다.The optical glass 20 is a windshield glass of a conventional automobile 1, is manufactured in an assembly form, and assembled to the front frame of a vehicle. Optical glass 20, in order to reduce the resistance of the vehicle 1 when running, the left and right or upper portion may be in the form of a curved plate.

광학유리(20)가 윈드실드글라스로 자동차(1)에 장착되는 경우, 자동차(1)의 설계조건에 따라 수평면(도 3의 B 참조, 지면과 평행)과 일정한 각도를 이루게 된다. 이를 윈드실드글라스 앵글(도 3의 각도a 참조)이라고 한다. 윈드실드글라스 앵글의 값은, 자동차(1)의 설계조건과 각도측정위치(상술한 바와 같이, 윈드실드글라스는, 좌우측 또는 상부가 만곡된 형태이기 때문이다.)에 따라 차이를 보이나 일반적으로, 30-40도 정도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학유리(20)는, 광학유리(20)의 중심축을 기준으로, 윈드실드글라스 앵글값이 30도인 경우를 산정하였다. 또, 차량 내장형 라이다(10)의 출사광(화살표 A)이 수평면과 평행하게 진행한다고 가정하였다.When the optical glass 20 is mounted on the vehicle 1 with windshield glass, it forms a constant angle with the horizontal plane (see B in FIG. 3, parallel to the ground) according to the design conditions of the vehicle 1. This is called windshield angle (see angle a in FIG. 3). Although the value of the windshield angle varies depending on the design conditions of the vehicle 1 and the angle measurement position (as described above, the windshield glass is because the left and right sides or the upper part is curved), but in general, It is about 30-40 degrees. The optical glass 20 according to the preferred embodiment of the present invention, based on the central axis of the optical glass 20, calculated the case where the windshield angle is 30 degrees. In addition, it was assumed that the exit light (arrow A) of the vehicle-mounted lidar 10 runs parallel to the horizontal plane.

광학소자(30)는, 광학유리(20)의 상단 중앙부분에 위치하고, 입사면(33)를 가질 수 있다. 광학소자(30)의 재질은 광학유리(20)와 동일한 재질일 수 있고, 광학유리(20)에 일체로 형성되어 있다. 따라서 광학소자(30)를 투과한 광이 광학유리(20)에 재입사되지 않는다.The optical element 30 may be located at the upper center portion of the optical glass 20 and may have an incident surface 33. The material of the optical element 30 may be the same material as the optical glass 20, and is integrally formed with the optical glass 20. Therefore, light transmitted through the optical element 30 is not re-incident to the optical glass 20.

도 3은, 본 발명의 광학소자(30)를 나타낸 사시도이다. 광학소자(30)는 전면(33)이 자동차(1)의 윈드실드글라의 곡면과 일치하는 것 외에는 일반적인 프리즘의 형상처럼, 엎어진 삼각기둥 형태이다. 따라서 광학소자의 밑면은 수평면(35)일 수 있다. 3 is a perspective view showing the optical element 30 of the present invention. The optical element 30 has a triangular prism shape, like the shape of a general prism, except that the front 33 coincides with the curved surface of the windshield glass of the vehicle 1. Therefore, the bottom surface of the optical element may be a horizontal surface 35.

입사면(33)은, 광학소자(30)의 후면에 위치하는 수직면이다. 입사면(33)은, 라이다(10)에서 출사되는 광의 광경로(화살표 A) 상에 위치할 수 있다. 출사광은, 수평면에 평행하게 진행하므로, 입사면(33)에 0도의 입사각으로 입사한다. 이 경우, 반사율이 가장 낮으므로 출력량 측면에서 바람직하나 라이다의 스캔범위의 설계조건상 굴절이 필요한 경우가 있을 수 있다.The incident surface 33 is a vertical surface located on the rear surface of the optical element 30. The incident surface 33 may be located on the optical path (arrow A) of the light emitted from the lidar 10. Since the emitted light runs parallel to the horizontal plane, it enters the incident surface 33 at an incident angle of 0 degrees. In this case, since the reflectance is the lowest, it is preferable in terms of the output amount, but in some cases, refraction may be necessary due to the design conditions of the scan range of the lidar.

그 결과, 입사면(33)은, 전방으로 40도(도 4의 각도c) 기울어진 면(도 4의 C참조)일 수 있다. 입사면(33)의 경사도는, 0-40도 내에서 다양하게 분포할 수 있고, 그 결과 다양한 입사각과 굴절각을 가질 수 있다. 입사면(33)의 경사도는, 출사광의 입사각과 동일하다. 따라서 입사면(33)이 40도 이상 기울어진 경우, 입사각이 40도가 넘어 반사율이 높아지기 때문에 바람직하지 않다. 이 경우, 도 4에는 도시하지 않았지만 수평면(35)이 입사면(33)의 경사가 끝나는 지점까지만 형성될 수 있음은 자명하다.As a result, the incidence surface 33 may be a surface inclined forward 40 degrees (angle c in FIG. 4) (see C in FIG. 4). The inclination of the incidence surface 33 may be variously distributed within 0-40 degrees, and as a result, it may have various incidence and refraction angles. The inclination of the incident surface 33 is the same as the incident angle of the exit light. Therefore, when the incidence surface 33 is inclined by 40 degrees or more, it is not preferable because the incident angle exceeds 40 degrees and the reflectance increases. In this case, although not shown in FIG. 4, it is obvious that the horizontal surface 35 can be formed only up to the point where the inclination of the incident surface 33 ends.

또, 입사면(33)은, 후방으로 40도(도 4의 각도d) 기울어진 면(도 4의 D참조)일 수 있다. 이 경우, 도 4에는 도시하지 않았지만 수평면(35)이, 입사면(33)의 경사가 끝나는 지점까지 연장될 수 있음은 자명하다.In addition, the incidence surface 33 may be a surface inclined 40 degrees (angle d in FIG. 4) rearward (see D in FIG. 4). In this case, although not shown in FIG. 4, it is obvious that the horizontal surface 35 can be extended to a point where the inclination of the incident surface 33 ends.

본 발명의 변형례의 광학유리(미도시)는, 설계조건에 맞는 굴절률 또는 스캔 범위를 갖기 위해, 굴절 또는 회절소자를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 굴절소자 또는 회절소자는 광학소자 내부 즉, 경사면의 전방에 위치하고, 광학소자와 일체로 형성될 수 있다. 또, 설계조건 또는 스캔범위에 따라 입사면를 투과한 광을 굴절시키거나 회절시킬 수 있다.The optical glass (not shown) of the modified example of the present invention may further include a refractive or diffractive element in order to have a refractive index or a scan range suitable for design conditions. In this case, the refractive element or the diffraction element is located inside the optical element, that is, in front of the inclined surface, and may be integrally formed with the optical element. Also, light transmitted through the incident surface may be refracted or diffracted according to design conditions or scan ranges.

이하, 본 발명에 따른 라이다(10)에 대해서 설명한다. 도 5는, 본 발명의 라이다가 자동차에 어셈블리 형태로 장착되는 것을 나타낸 사시도이고 도 6은, 본 발명의 라이다를 나타낸 분해사시도이다.Hereinafter, the lidar 10 according to the present invention will be described. 5 is a perspective view showing that the lidar of the present invention is mounted in an assembly form on a vehicle, and FIG. 6 is an exploded perspective view showing the lidar of the present invention.

라이다(10)는, 하우징(16)과 발광부(11)와 라이다용 수광부(13)와 광학소자(30)와 열선부(15)를 포함할 수 있다.The lidar 10 may include a housing 16, a light emitting unit 11, a light receiving unit 13 for a lidar, an optical element 30, and a heating unit 15.

하우징(16)은, 외장부재로, 후면과 후면에서 전방으로 연장된 측벽에 의해 내부공간과 개구가 형성된 형태이다. 전방 개구의 외측 상부에는 자동차(1)의 제1브라켓(3)과 대응되는 제2브라켓이 형성될 수 있다. 제1브라켓(3)과 제2브라켓은, 접착제 또는 나사결합 등에 의해 결합될 수 있다. The housing 16 is an exterior member, and has an internal space and an opening formed by side walls extending forward and backward from the rear. A second bracket corresponding to the first bracket 3 of the vehicle 1 may be formed at an outer upper portion of the front opening. The first bracket 3 and the second bracket may be combined by an adhesive or screw connection.

본 발명의 라이다(10)가 장착되는 자동차(1)의 윈드실드글라스의 상측 중앙부에는, 광학소자(30)의 전면(33)과 대응되는, 홀(2)이 형성되어 있다. 상술한 바와 같이 자동차(1)의 전면 프레임에는, 홀(2)을 따라 제1브라켓(3)이 형성되어 있다.A hole 2 corresponding to the front face 33 of the optical element 30 is formed in the upper central portion of the windshield glass of the vehicle 1 on which the lidar 10 of the present invention is mounted. As described above, the first bracket 3 is formed along the hole 2 in the front frame of the vehicle 1.

하우징(16)은, 자동차(1)의 내부에 수용되고, 광학소자(30)는 홀(2)을 메꾼 상태에서 제1브라켓(3)과 제2브라켓이 결합될 수 있다. 즉, 라이다(10)는 어셈블리 형태로 제작되어 자동차(1)에 조립될 수 있다. 그 결과, 광학소자(30)는, 윈드실드글라스의 상단 중앙부분의 유리로 사용될 수 있다. 즉, 라이다(10)의 광학소자(30)는, 윈드실드글라스의 상단 중앙부분을 구성할 수 있다.The housing 16 is accommodated in the interior of the vehicle 1, and the optical element 30 may be coupled to the first bracket 3 and the second bracket while filling the hole 2. That is, the lidar 10 may be manufactured in an assembly form and assembled to the vehicle 1. As a result, the optical element 30 can be used as the glass in the upper center portion of the windshield glass. That is, the optical element 30 of the lidar 10 may constitute the upper center portion of the windshield glass.

하우징(16)의 전방 개구는, 후술하는 광학소자(30)에 의해 커버된다. 그 결과, 광학소자(30)는 투과창의 역할을 할 수 있다. 하우징(16)의 전방 개구의 내측 가장자리를 따라 열선부(15)가 위치할 수 있다. 열선부(15)는, 전기에너지에 의해 열을 발산하는 전열선일 수 있다. 광학소자(30)에 습기가 차면, 난반사나 예상치 못한 굴절이 일어나 탐지능이 떨어질 수 있다. 이 경우, 열선부를 가동하면, 이슬점 이상으로 온도가 올라가 습기를 제거할 수 있다.The front opening of the housing 16 is covered by an optical element 30 to be described later. As a result, the optical element 30 can serve as a transmission window. The heating element 15 may be located along the inner edge of the front opening of the housing 16. The hot wire portion 15 may be a heating wire that dissipates heat by electric energy. When moisture is filled in the optical element 30, diffuse reflection or unexpected refraction may occur, thereby deteriorating detection capability. In this case, when the hot wire is operated, the temperature rises above the dew point to remove moisture.

발광부(11)는, 레이저 펄스를 출사하는 곳으로, 하우징(16)의 내부에 위치한다. 발광부(11)의 광원으로는, 예를 들어, 레이저 다이오드가 사용될 수 있다. 발광부(11)는, 약 905nm의 파장들을 갖는 광을 출사할 수 있다. 발광부(11)에서 출사된 광은, 광학소자(30)를 투과하여, 자동차(1)의 외부 물체에 조사된 후 반사된다. 이의 원활한 기능을 위해, 라이다(10)는 발광렌즈모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 발광렌즈모듈과 광학유리를 투과한 광은, 외부 물체에 정확히 조사될 수 있다. 여기서 물체는, 사물 외에 인간 등을 포함한다. 후술하는, 라이다용 수광부(13)에서는, 물체에 반사된 광을 수광한다. 라이다용 수광부(13)에서 수광된 광은 센서에 도달한다. 센서는 반사된 광의 도달시간과 경로를 분석하여 외부 물체의 위치, 거리 등을 감지할 수 있다. 라이다(10)의 스캔범위를 넓히기 위해, 발광부(11)에서 출사된 광은, 수평면에 평행하거나 이에 가깝게 진행한다.The light emitting part 11 is a place where laser pulses are emitted, and is located inside the housing 16. As a light source of the light emitting unit 11, for example, a laser diode may be used. The light emitting unit 11 may emit light having wavelengths of about 905 nm. The light emitted from the light emitting unit 11 passes through the optical element 30 and is reflected after being irradiated to an external object of the vehicle 1. For its smooth function, the lidar 10 may include a light emitting lens module (not shown). Light transmitted through the light emitting lens module and the optical glass can be accurately irradiated to an external object. Here, the object includes humans and the like in addition to the object. In the light receiving unit 13 for a rider, which will be described later, the light reflected by the object is received. The light received by the light receiving unit for lidar 13 reaches the sensor. The sensor can detect the location and distance of an external object by analyzing the arrival time and path of the reflected light. In order to widen the scan range of the lidar 10, the light emitted from the light emitting unit 11 is parallel to or parallel to the horizontal plane.

라이다용 수광부(13)는, 발광부(11)에서 출사된 후 외부 물체에 반사된 광이 다시 광학소자(30)를 투과하여 도달하는 곳이다. 본 발명의 변형례(미도시)에서는, 라이다용 수광부가 발광부와 일체로 형성될 수 도 있고, 하우징 외부에 위치할 수도 있다. 라이다용 수광부가 하우징의 외부에 위치하는 경우, 외부 물체에 반사된 광은, 광학소자(30)를 투과하지 않고 직접 라이다용 수광부로 조사되게 된다. The light receiving unit 13 for the lidar is a place where light emitted from the light emitting unit 11 and reflected by an external object passes through the optical element 30 again. In a modified example (not shown) of the present invention, the light-receiving portion for the lidar may be integrally formed with the light-emitting portion, or may be located outside the housing. When the light receiving portion for the lidar is located outside the housing, the light reflected by the external object is irradiated directly to the light receiving portion for the lidar without passing through the optical element 30.

라이다용 수광부(13)의 원활한 기능을 위해, 라이다(10)는 수광렌즈모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 광학소자(30)와 수광렌즈모듈을 차례로 투과한 광은, 라이다용 수광부(13)에 정확히 시준될 수 있다. 라이다용 수광부(13)에서 반사된 광은 센서에 도달할 수 있다. 센서로는, 예를 들어, 질소와 같은 불활성 기체로 채워진 밀봉된 환경에 있는 애벌랜지 포토다이오드(avalanche photodiode)가 사용될 수 있다. 센서는 상술한 바와 같이, 반사된 광의 도달시간과 경로를 분석하여 외부 물체의 위치, 거리 등을 감지할 수 있다. 나아가 외부 물체의 위치나 거리를 영상으로 출력할 수 있다.For the smooth functioning of the light receiving unit 13 for the lidar, the lidar 10 may include a light receiving lens module (not shown). The light passing through the optical element 30 and the light receiving lens module in turn can be accurately collimated to the light receiving unit 13 for the lidar. The light reflected from the light-receiving unit 13 for the lidar may reach the sensor. As the sensor, for example, an avalanche photodiode in a sealed environment filled with an inert gas such as nitrogen can be used. As described above, the sensor may detect the location and distance of an external object by analyzing the arrival time and path of the reflected light. Furthermore, the position or distance of an external object can be output as an image.

광학소자(30)는, 하우징(16)의 개구부 인근에서 하우징(16)과 결합하여, 개구부를 커버한다. 광학소자(30)의 외주면이 하우징의 개구부 인근 내측면과 결합할 수 있다. 이 경우, 결합은, 접착제 등에 의한 접착이나 나사에 의한 결합일 수 있다. 또, 하우징(16)의 개구부와 광학소자(30) 사이에 실링부재(미도시)가 개재되어 하우징(16)의 내부공간을 밀봉할 수 있다. 하우징(16)의 내부공간에 이물질이 들어가면, 부품이 부식되거나 광학소자(30)에 습기가 찰 수 있기 때문이다. 광학소자(30)는, 상술한 바와 같이 자동차의 윈드실드글라스의 상단 중앙부분의 유리로 사용될 수 있다. 이 외에는, 앞서 설명한 본 발명의 광학소자에 대한 내용이 유추적용될 수 있다.The optical element 30 is coupled to the housing 16 near the opening of the housing 16 to cover the opening. The outer peripheral surface of the optical element 30 may be combined with the inner surface near the opening of the housing. In this case, the bonding may be bonding with an adhesive or the like, or bonding with a screw. In addition, a sealing member (not shown) is interposed between the opening of the housing 16 and the optical element 30 to seal the inner space of the housing 16. This is because when foreign matter enters the interior space of the housing 16, parts may corrode or moisture may condense on the optical element 30. As described above, the optical element 30 may be used as the glass in the upper center portion of the windshield glass of the vehicle. Other than this, the contents of the optical element of the present invention described above can be analogically applied.

한편 이하에서는 본 실시예에 따른 블랙박스 일체형 라이다(100)를 도 7 내지 10을 참조하여 설명한다. Meanwhile, hereinafter, the black box-integrated lidar 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 10.

본 실시예에 따른 블랙박스 일체형 라이다(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 광학 소재(110), 하우징(120), 블랙박스부(130), 라이다용 빔 발산부(140) 및 라이다용 수광부(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 광학 소재(110)는 전술한 광학 소재(30)와 실질적으로 동일하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 자동차의 윈드쉴드글라스의 상부 중앙을 관통하여 형성되는 설치홀에 상기 윈드쉴드글라스의 외면과 일치하는 외면을 가지도록 설치된다. 그리고 상기 광학 소재(110)는 그 내면이 연직면에 대하여 0 ~ 40°의 경사각을 가지는 상태이므로, 상기 라이다용 빔 발산부(140)에서 입사되는 빔이 광손실 없이 전방으로 조사될 수 있다. The black box integrated lidar 100 according to the present embodiment, as shown in Figure 7, the optical material 110, the housing 120, the black box unit 130, the beam diverging unit 140 for the lidar and It may be configured to include a light receiving unit 150 for the lidar. First, the optical material 110 is substantially the same as the optical material 30 described above, and as shown in FIG. 7, the windshield glass is installed in an installation hole formed through the upper center of the windshield glass of the vehicle. It is installed to have an outer surface that matches the outer surface. In addition, since the inner surface of the optical material 110 has an inclination angle of 0 to 40° with respect to the vertical surface, the beam incident from the beam diverter 140 for the rider can be irradiated forward without light loss.

다음으로 상기 하우징(120)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 광학 소재(110)의 내면에 밀착되어 탈착가능하도록 설치되는 구성요소로서, 다른 구성요소들이 설치될 수 있는 공간을 제공한다. 또한 상기 하우징(120)은 상기 광학 소재(110)에 용이하게 결합 및 분리될 수 있는 체결구조를 가진다. Next, the housing 120 is a component that is installed so as to be detachably attached to the inner surface of the optical material 110, as shown in Figure 7, provides a space in which other components can be installed. In addition, the housing 120 has a fastening structure that can be easily coupled and separated from the optical material 110.

그리고 상기 하우징(120)의 전면은 도 7에 도시된 바와 같이, 개방된 상태를 가지며, 이 전면에는 상기 블랙박스부(130), 라이다용 빔 발산부(140) 및 라이다용 수광부(150)가 설치된다. And the front surface of the housing 120, as shown in Figure 7, has an open state, the front of the black box 130, the beam diverging part 140 for the lidar and the light receiving part 150 for the lidar. ) Is installed.

상기 블랙박스부(130)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(120)의 전면 중앙에 배치되어 상기 자동차의 전방 상황을 촬영하고 저장하는 구성요소이다. 물론 상기 블랙박스부(130)의 후면은 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(120)의 후면을 관통하여 자동차 내부를 촬영할 수 있는 구조를 가질 수도 있다. 이때 상기 블랙박스부(130)는 일반적인 블랙박스를 채용할 수 있다. The black box 130 is a component that is disposed in the center of the front of the housing 120, and photographs and stores the front situation of the vehicle, as shown in FIG. Of course, as shown in FIG. 8, the rear surface of the black box 130 may have a structure capable of penetrating the rear surface of the housing 120 and photographing the inside of the vehicle. In this case, the black box unit 130 may employ a general black box.

다음으로 상기 라이다용 빔 발산부(140)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(120)의 전면 우측에 설치되어 상기 광학 소재(110) 방향으로 빔을 조사하는 구성요소이다. 즉, 본 실시예에서는 상기 라이다용 빔 발산부(140)와 라이다용 수광부(150)가 조합되어 라이다를 이루는 것이며, 상기 라디아용 빔 발산부(140)는 빔 손실 없이 전방으로 직진성이 우수한 빔을 발산한다. Next, the beam diverter 140 for riders is a component that is installed on the front right side of the housing 120 and irradiates a beam in the direction of the optical material 110, as shown in FIG. 7. That is, in the present embodiment, the beam diverter 140 for riders and the light receiver 150 for riders are combined to form a lidar, and the beam diverter 140 for radia is straight forward without beam loss. It radiates a good beam.

이를 위하여 상기 라이다용 빔 발산부(140)는 도 7, 9에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(141)와 포물 반사경(142)을 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 레이저 다이오드(141)는 도 7, 9에 도시된 바와 같이, 하측으로 방추형 빔을 펄스 형태로 발산하는 구성요소이다. 상기 레이저 다이오드(141)는 직진성이 우수한 레이저를 발진할 수 있는 다른 구성요소로 대체될 수도 있을 것이다. 본 실시예에서 상기 레이저 다이오드(141)는 비가시광 영역인 905nm 파장을 가지는 레이저빔을 조사하는 레이저 다이오드를 사용할 수 있다. To this end, the beam diverter 140 for riders may include a laser diode 141 and a parabolic reflector 142, as illustrated in FIGS. 7 and 9. First, as illustrated in FIGS. 7 and 9, the laser diode 141 is a component that radiates a spindle beam downward in the form of a pulse. The laser diode 141 may be replaced with other components capable of oscillating a laser having excellent linearity. In this embodiment, the laser diode 141 may use a laser diode that irradiates a laser beam having a wavelength of 905 nm, which is an invisible light region.

한편 상기 레이저 다이오드(141)는 상기 하우징(120)에 다양한 방식에 의하여 결합되어 설치되며, 빔 발산 각도를 조정할 수 있는 구조로 설치될 수도 있다. On the other hand, the laser diode 141 is coupled to the housing 120 in various ways, and may be installed in a structure capable of adjusting the beam divergence angle.

따라서 본 실시예에서 상기 레이저 다이오드(141)는 빔발산 각도 고정부(도면에 미도시)에 의하여 상기 하우징(120)에 설치될 수도 있다. 상기 빔발산 각도 조정부는 상기 레이저 다이오드(141)를 하우징(120)에 고정시키되, 상기 레이저 다이오드(141)에서 발산되는 레이저빔의 발산 각도 즉, 상기 포물 반사경(142)에 입사하는 각도를 조정할 수 있도록, 상기 하우징(120)에 결합된 상태에서 회동 가능한 구조로 설치된다. 이는 포물 반사경(142)에 입사하는 빛의 입사각이 수직보다 큰 둔각이 되는 경우 변환되는 평행광의 성능이 개선되므로, 상기 레이저 다이오드(141)의 설치 방향으로 조정할 수 있도록 하는 것이다. Therefore, in this embodiment, the laser diode 141 may be installed in the housing 120 by a beam divergence angle fixing part (not shown in the figure). The beam divergence angle adjusting unit fixes the laser diode 141 to the housing 120, but can adjust the divergence angle of the laser beam emitted from the laser diode 141, that is, the angle incident on the parabolic reflector 142. So, it is installed in a rotatable structure in a state coupled to the housing 120. This is because the performance of the converted parallel light is improved when the incident angle of the light incident on the parabolic reflector 142 becomes an obtuse angle greater than vertical, so that it can be adjusted in the installation direction of the laser diode 141.

다음으로 상기 포물 반사경(142)은 도 7, 9에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 다이오드(141)의 하측에 설치되며, 상기 레이저 다이오드(141)에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 상기 광학 소재(110) 방향으로 조사하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 포물 반사경(142)도 상기 하우징(120)에 결합되어 설치되며, 상기 레이저 다이오드(141)에서 확산광 형태로 발산되는 레이저빔을 집광하여 평행광 형태로 변형함과 동시에 조사 방향을 전방으로 전환한다. 따라서 상기 포물 반사경(142)의 반사면은 이에 적합한 포물 반사면을 가지며, 반사율이 100%로 가까운 소재 또는 경면 처리 또는 박막 코팅으로 이루어지는 것이 바람직하다. Next, the parabolic reflector 142 is installed on the lower side of the laser diode 141, as shown in FIGS. 7 and 9, and converts the beam emitted by the laser diode 141 into parallel light to the optical It is a component that irradiates in the direction of the material 110. In this embodiment, the parabolic reflector 142 is also installed and coupled to the housing 120. The laser diode 141 condenses the laser beam emitted in the form of diffuse light, transforms it into a parallel light, and simultaneously irradiates it. Switch forward. Therefore, the reflecting surface of the parabolic reflector 142 has a parabolic reflecting surface suitable for this, and is preferably made of a material having a reflectivity close to 100% or a mirror surface treatment or a thin film coating.

다음으로 상기 라이다용 수광부(150)는 도 7, 10에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(120)의 좌측에 설치되어 상기 라이다용 빔 발산부(140)에 의하여 조사된 빔 중 전방에 존재하는 물체에 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 구성요소이다. 이를 위하여 상기 라이다용 수광부(150)는 구체적으로 수광 렌즈(151)와 수광 센서(152)로 구성될 수 있다. Next, the light-receiving unit 150 for the rider is installed on the left side of the housing 120, as shown in FIGS. 7 and 10, and is present in front of the beams irradiated by the beam diverter 140 for the rider. It is a component that detects the distance from the object by receiving the beam reflected by the object. To this end, the light receiving unit 150 for the rider may be specifically composed of a light receiving lens 151 and a light receiving sensor 152.

여기에서 상기 수광 렌즈(152)는 상기 하우징(120)의 전면에 사각 집광 렌즈 형태로 설치되며, 상기 포물 반사경(142)에 의하여 조사되는 평행광과 평행한 반사광의 광경로에 수직한 방향으로 설치된다. 이 상태에서 상기 수광 렌즈(151)는 상기 포물 반사경(142)에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 반사광을 집광하는 것이다. Here, the light receiving lens 152 is installed in the form of a square condensing lens on the front surface of the housing 120, and is installed in a direction perpendicular to the optical path of parallel light and parallel light irradiated by the parabolic reflector 142. do. In this state, the light receiving lens 151 collects reflected light reflected by an object in front of the laser beam irradiated by the parabolic reflector 142.

그리고 상기 수광 센서(152)는 상기 수광 렌즈(151)의 전방 초점 거리에 설치되며, 상기 수광 렌즈(151)에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 구성요소이다. 상기 수광 센서(152)는 일반적인 수광 센서를 채용할 수 있으며, 상기 하우징(120)에 고정된 상태로 설치된다. In addition, the light receiving sensor 152 is installed at a front focal length of the light receiving lens 151, and is a component that senses a laser beam focused by the light receiving lens 151. The light receiving sensor 152 may employ a general light receiving sensor, and is fixed to the housing 120.

1: 자동차 2: 홀
3: 제1브라켓 10: 라이다
11: 발광부 13: 수광부
15: 열선부 16: 하우징
20: 광학유리 30: 광학소자
31: 입사면 33: 전면
35: 수평면
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 블랙박스 일체형 라이다
110 : 광학 소재 120 : 하우징
130 : 블랙박스부 140 : 라이다용 빔 발산부
150 : 라이다용 수광부1: Car 2: Hall
3: First bracket 10: Lida
11: light emitting unit 13: light receiving unit
15: heating element 16: housing
20: optical glass 30: optical element
31: incident surface 33: front
35: horizontal plane
100: black box integrated lidar according to an embodiment of the present invention
110: optical material 120: housing
130: black box 140: beam diverter for lidar
150: light receiving unit for lidar

Claims (4)

자동차의 윈드쉴드글라스의 상부 중앙을 관통하여 형성되는 설치홀에 상기 윈드쉴드글라스의 외면과 일치하는 외면을 가지도록 설치되며, 내면이 연직면에 대하여 0 ~ 40°의 경사각을 가지는 광학 소재;
상기 광학 소재의 내면에 밀착되어 탈착가능하도록 설치되는 하우징;
상기 하우징의 중앙에 배치되어 상기 자동차의 전방 상황을 촬영하고 저장하는 블랙박스부;
상기 하우징의 우측에 설치되어 상기 광학 소재 방향으로 빔을 조사하는 라이다용 빔 발산부;
상기 하우징의 좌측에 설치되어 상기 라이다용 빔 발산부에 의하여 조사된 빔 중 전방에 존재하는 물체에 반사되는 빔을 수광하여 상기 물체와의 거리를 감지하는 라이다용 수광부;를 포함하며,
상기 라이다용 빔 발산부는,
하측으로 방추형 빔을 발산하는 레이저 다이오드;
상기 레이저 다이오드의 하측에 설치되며, 상기 레이저 다이오드에 의하여 발산되는 빔을 평행광으로 변환하여 상기 광학 소재 방향으로 조사하는 포물 반사경;
상기 레이저 다이오드를 하우징에 회동가능한 구조로 설치하여, 상기 레이저 다이오드에서 발산되는 레이저빔의 상기 포물 반사경에 입사하는 각도를 조정하는 빔발산 각도 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙박스 일체형 라이다. An optical material installed in an installation hole formed through the upper center of the windshield glass of the vehicle to have an outer surface coinciding with the outer surface of the windshield glass, the inner surface having an inclination angle of 0 to 40° with respect to the vertical surface;
A housing installed in close contact with the inner surface of the optical material to be detachable;
A black box unit disposed in the center of the housing to photograph and store the front situation of the vehicle;
A beam diverter for a rider installed on the right side of the housing to irradiate a beam in the direction of the optical material;
Included in the light receiving unit for detecting the distance to the object by receiving a beam reflected on an object existing in front of the beam irradiated by the beam diverter for the rider installed on the left side of the housing;
The beam diverter for the rider,
A laser diode emitting a spindle-shaped beam downward;
A parabolic reflector installed below the laser diode and converting a beam emitted by the laser diode into parallel light to irradiate in the direction of the optical material;
A black box-integrated liner comprising: a beam divergence angle fixing unit that installs the laser diode in a rotatable structure in a housing and adjusts an angle incident on the parabolic reflector of the laser beam emitted from the laser diode. . 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 라이다용 수광부는,
상기 블랙박스부 좌측에 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 평행광과 평행한 반사광의 광경로에 수직한 방향으로 설치되며, 상기 포물 반사경에 의하여 조사되는 레이저빔 중 전방의 물체에 의하여 반사되는 반사광을 집광하는 수광 렌즈;
상기 수광 렌즈의 전방 초점 거리에 설치되며, 상기 수광 렌즈에 의하여 집광된 레이저빔을 센싱하는 수광센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙박스 일체형 라이다. According to claim 1, The light receiving portion for the lidar,
It is installed in the direction perpendicular to the optical path of the parallel light and the parallel light irradiated by the parabolic reflector on the left side of the black box, and condensing the reflected light reflected by an object in front of the laser beam irradiated by the parabolic reflector. Light receiving lens;
It is installed at the front focal length of the light-receiving lens, the black box integrated line, characterized in that it comprises; a light-receiving sensor for sensing the laser beam collected by the light-receiving lens. 삭제delete
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