KR102001109B1

KR102001109B1 - Apparatus for emitting laser for lidar and lens for emitting uniform energy density

Info

Publication number: KR102001109B1
Application number: KR1020180128690A
Authority: KR
Inventors: 손영빈; 송병호
Original assignee: 주식회사 하이보
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-07-17

Abstract

According to an embodiment of the present invention, a laser light emitting device for lidar comprises: a laser module for projecting laser beams traveling in parallel; a first diffusion lens for projecting a first diffused light refracting the laser beam in the direction within a first angle range from one point of an optical axis when the laser beam is incident parallel to the optical axis; and a second diffusion lens for projecting a second diffused light refracting the first diffused light in the direction within a second angle range from one point of the optical axis when the first diffused light is incident wherein the second angle range is wider than the first angle range. The present invention allows the detection of a wide range of spaces without mechanical movement.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a laser light emitting device and a uniform energy density projection lens. 2. Description of the Related Art [0002]

본 발명은 일 지점으로 나아가는 레이저 빔을 굴절시켜 넓은 범위를 감지하게 하는 라이다용 레이저 발광 장치 및 레이저를 넓은 범위로 굴절시키면서 균일한 에너지 밀도를 갖도록 투사하는 균일 에너지 밀도 투사 렌즈에 관한 것이다. The present invention relates to a laser light emitting device for Lada, which is capable of detecting a wide range by refracting a laser beam traveling to a point, and a uniform energy density projection lens for projecting the laser to have a uniform energy density while refracting the laser light over a wide range.

라이다는 레이저 빔을 이용해 거리를 측정하는 센서로서, 주변 환경의 인식과 장애물의 위치를 측정할 수 있게 한다. 이에 따라, 라이다는 지능형 이동 로봇, 드론, 무인자동차 등 다양한 분야에서 거리 감지 기능을 구현하기 위해 활발하게 사용되고 있다. Lida is a sensor that measures the distance using a laser beam, and it can measure the position of the obstacle and the recognition of the surrounding environment. Accordingly, Lada has been actively used to implement the distance sensing function in various fields such as intelligent mobile robots, drones, and unmanned vehicles.

한편, 라이다가 거리를 측정하는 방식 중에는 광원부에서 출력된 빛이목표지점에 도달 후 반사되어 검출부에 도달하는데 걸리는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 방식(TOF, Time Of Flight), 광원부와 검출부의 거리차이와 시차를 이용하여 삼각법으로 레이저의 도달 거리를 계산하는 방식(Triangulation)등이 있다.Meanwhile, a method of measuring the distance by Lada includes a method (TOF, Time Of Flight) for measuring the time taken for the light output from the light source to reach the target point and then reaching the detection unit, And a method of calculating the reach distance of the laser by using the difference of the distance and the time difference (triangulation).

이 원리를 이용해, 포인트 레이저를 이용하여 한 점의 거리를 센싱하는 1차원 라이다를 모터를 통해 회전시켜 2차원을 센싱할 수 있는 2차원 라이다를 만들거나, 2차원 라이다를 층으로 겹겹이 쌓아 전체 층을 모터로 회전시켜 3차원을 센싱할 수 있다. By using this principle, one-dimensional ladder that senses the distance of one point by using a point laser can be made by rotating it through a motor to make a two-dimensional ladder that can sense two-dimensional ladder, The entire layer can be stacked and rotated by the motor to sense three dimensions.

그러나 라이다의 회전을 위해 들어가는 기계적인 구성은 제조 단가를 증가시킬 뿐만 아니라, 라이다의 크기를 소형화하는 데에 방해가 되는 요소로서, 기존의 라이다와는 다른 방식으로 2차원 또는 3차원 공간을 센싱할 수 있는 방식이 요구되고 있다. However, the mechanical configuration for the rotation of the lidar not only increases the manufacturing cost but also hinders the miniaturization of the lidar. In a manner different from that of the conventional lidar, the two- And a method of sensing the same.

한국 공개특허공보 제10-2015-0047215호: 회전형 라이다 센서를 이용한 타겟 차량 감지 장치 및 회전형 라이다 센서Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2015-0047215: Target Vehicle Detection Device Using Rotating Lidar Sensor and Rotary Lidar Sensor

2차원 또는 3차원 공간을 센싱할 수 있는 실시예로, 포인트 레이저를 렌즈를 이용해 라인레이저로 굴절시켜 라인레이저를 이용하여 거리를 측정하는 방법이 있다. 이때 라이다가 투사하는 레이저의 세기가 강할수록 레이저가 도달하게 되는 거리가 길어지며 라이다가 장거리까지 인식할 수 있게 된다.As an embodiment capable of sensing a two-dimensional or three-dimensional space, there is a method in which a point laser is refracted by a line laser using a lens and a distance is measured using a line laser. At this time, the stronger the intensity of the laser projected by the laser, the longer the laser reaches, and the longer the laser can be recognized.

그러나 단순히 장거리를 인식하도록 하기 위해 레이저 세기를 강하게 한다면, 라이다의 레이저에 노출된 사람들의 안구가 손상될 위험이 존재한다. However, there is a risk of damage to the eye of people exposed to Lada's laser, if the laser intensity is increased to simply recognize long distances.

또한, 눈에 안전한 라이다를 만들기 위해 레이저의 세기를 약하게 하면 라이다의 탐지범위가 줄어든다.Also, if the intensity of the laser is made weaker to make the eye safer lidar, the detection range of the lidar is reduced.

이때, 라인레이저를 이용한 라이다의 라인레이저의 세기가 균일하지 않다면, 라인레이저상의 특정 부분은 안구에 위험할 수도 있으며, 또한 목표지점에 도달한 빛의 밝기가 너무 약해 거리를 계산할 수 없을 수 있다.At this time, if the intensity of the line laser of the line laser is not uniform, a certain portion of the line laser may be dangerous to the eye, and the brightness of the light reaching the target point is too weak to calculate the distance .

따라서, 라인레이저를 이용한 라이다가 모든 투사각에 대해 사람들의 안구에 안전하며 동시에 모든 투사각에서 최대의 거리를 측정할 수 있는 밝기를 보장할 수 있도록, 모든 투사각에 대해 균일한 세기로 레이저를 투사하도록 하는 기술을 제공하고자 하며, 이와 함께 최대한의 광범위를 센싱하기 위하여 초광각 라인레이저를 투사하기 위한 기술을 제공하고자 한다.Therefore, the laser using the line laser is designed to project the laser at uniform intensity to all the projectile angles, so that it is safe for people's eyes for all projectile angles and at the same time ensures the brightness to measure the maximum distance at all projectile angles And to provide a technique for projecting an ultra wide angle line laser in order to sense the widest possible range.

즉, 본 발명의 실시예에서 해결하고자 하는 과제는 라이다가 2차원 또는 3차원의 공간을 인식하는 경우에 라이다를 회전시키는 기계적인 구성 없이도 넓은 범위의 공간을 감지할 수 있는 기술을 제공하는 것이다. That is, a problem to be solved in the embodiment of the present invention is to provide a technique capable of detecting a wide range of space without mechanically configuring Lada when Lada recognizes a two- or three-dimensional space will be.

또한 라이다가 안구에 위해를 가하지 않는 세기이면서 모든 투사각에 대해 거리를 감지할 수 있도록, 라이다가 모든 투사각에 대해 균일한 세기로 레이저를 투사하도록 하는 기술을 제공하고자 한다.We also want to provide a technology that allows Lada to project the laser at uniform intensity to all projectile angles, so that Lada can detect distances for all projectile angles while not causing damage to the eye.

더하여 3차원 공간을 인식하기 위해 멀티 채널을 사용하는 경우, 보다 넓은 범위를 감지하면서 왜곡을 발생시키지 않는 기술을 제공하고자 한다.In addition, when a multi-channel is used to recognize a three-dimensional space, a technique of not generating distortion while sensing a wider range is provided.

이를 통해, 라이다의 소형화를 달성하면서 동시에 제조 비용을 절감시키는 방안을 제공하고자 한다. Through this, we aim to provide a way to reduce the manufacturing cost while achieving Lida's miniaturization.

다만, 본 발명의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 도출될 수 있다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치는 평행하게 나아가는 레이저 빔을 투사하는 레이저 모듈, 상기 레이저 빔이 광축과 평행하게 입사되면 상기 광축의 일 지점으로부터 제1 각도 범위 내의 방향으로 상기 레이저 빔을 굴절시킨 제1 확산광을 투사하는 제1 확산 렌즈 및 상기 제1 확산광이 입사되면 상기 광축의 일 지점으로부터 제2 각도 범위 내의 방향으로 상기 제1 확산광을 굴절시킨 제2 확산광을 투사하는 제2 확산 렌즈를 포함하고, 상기 제2 각도 범위는 상기 제1 각도 범위 보다 넓다. According to another aspect of the present invention, there is provided a laser light emitting device for a lidar, comprising: a laser module for projecting a parallel laser beam; a laser module for emitting a laser beam in a first angle range from a point on the optical axis, A first diffusion lens for projecting a first diffused light refracted by the laser beam and a second diffused light for refracting the first diffused light in a direction within a second angle range from a point of the optical axis when the first diffused light is incident, And the second angular range is larger than the first angular range.

또한, 상기 제2 확산 렌즈는 상기 제1 확산광이 상기 제2 확산 렌즈에 통과할 때 에너지 밀도가 변화하는 정도를 기초로, 상기 제2 확산광의 에너지 밀도가 일정하게 투사되도록 상기 광축에 대한 상기 제2 확산 렌즈의 입사면의 각도 및 상기 광축에 대한 상기 제2 확산 렌즈의 투사면의 각도가 형성될 수 있다. The second diffusing lens may further include a second diffusing lens for diffusing the first diffusing light and the second diffusing light so that the energy density of the second diffusing light is constantly projected on the basis of the degree of change of the energy density when the first diffusing light passes through the second diffusing lens. The angle of the incident surface of the second diffusion lens and the angle of the projection surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis can be formed.

또한, 상기 제2 확산 렌즈는 상기 제1 확산광이 상기 제2 확산 렌즈에 통과할 때 에너지 밀도가 변화하는 정도인 아래 수학식 1을 통해 상기 제2 확산광의 에너지 밀도(

)가 일정하도록 하는

,

의 관계가 구해지고, 상기

,

의 관계 및 상기 제2 확산 렌즈로의 입사각과 투사각과의 관계를 나타내는 아래 수학식 2를 기초로 결정된 상기 광축에 대한 상기 제2 확산 렌즈의 입사면의 법선의 각도(

) 및 상기 광축에 대한 상기 제2 확산 렌즈의 투사면의 법선의 각도(

)를 갖도록 형성될 수 있다. Also, the second diffusion lens may be arranged to have an energy density of the second diffused light (for example,

) To be constant

,

Is obtained, and the relationship

,

And the angle of the normal to the incident surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis determined on the basis of the following equation (2) representing the relationship between the incident angle to the second diffusion lens and the projection angle

And the angle of the normal to the projection surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis

). &Lt; / RTI >

[수학식 1][Equation 1]

(

는 광축의 일 지점에서

각도로 제2 확산 렌즈로 나아가는 제1 확산광(

)의 에너지 밀도,

는 제1 확산광(

)이 제2 확산 렌즈 내부를 지나며 굴절되어 광축의 일 지점에서

각도로 나아가는 내부광(

)의 에너지 밀도,

는 내부광(

)이 제2 확산 렌즈 내부에서 투사되며 광축의 일 지점에서

각도로 나아가는 제2 확산광(

)의 에너지 밀도,

는 상기

의 확산 각도,

는 상기

의 확산 각도,

은

의 확산 각도)(

Lt; RTI ID = 0.0 >

And the first diffused light ("

) &Lt; / RTI > energy density,

The first diffused light (

) Passes through the inside of the second diffusion lens and is refracted,

Inner light traveling at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Lt; / RTI >

) Is projected inside the second diffuser lens and at one point on the optical axis

The second diffused light advancing at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Quot;

The diffusion angle,

Quot;

The diffusion angle,

silver

Of the diffusion angle)

[수학식 2]&Quot; (2) "

(

은 제2 확산 렌즈 외부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈 내부의 굴절률)(

The refractive index of the outside of the second diffusion lens,

Is the refractive index inside the second diffusion lens)

또한, 상기 제2 확산 렌즈는 상기 제1 각도 범위로 투사되는 제1 확산광이 제2 확산 렌즈의 입사면에 입사되도록 배치될 수 있다. The second diffusion lens may be arranged such that the first diffusion light projected in the first angle range is incident on the incident surface of the second diffusion lens.

또한, 상기 제2 확산 렌즈는 상기 광축으로 빛이 입사하는 방향을 향해 오목하게 형성된 입사면, 상기 광축으로 빛이 투사되는 방향을 향해 볼록하게 형성된 투사면 및 상기 입사면과 상기 투사면을 연결하는 연결면을 포함하여, 상기 제1 확산광이 상기 입사면에 입사되면 상기 투사면에서 상기 광축의 일 지점으로부터 제2 각도 범위 내의 방향을 향하는 제2 확산광을 투사할 수 있다. The second diffusing lens may further include an incident surface formed concavely toward a direction in which light is incident on the optical axis, a projection surface formed to be convex toward a direction in which light is projected onto the optical axis, When the first diffused light is incident on the incident surface, the second diffused light, which is directed to a direction within the second angular range, from one point of the optical axis on the projection surface, can be projected.

또한, 상기 제1 각도 범위는 90도 이상 130 이하이고, 상기 제2 각도 범위는 160도 이상 190도 이하일 수 있다. The first angle range may be 90 degrees or more and 130 degrees or less, and the second angle range may be 160 degrees or more and 190 degrees or less.

또한, 상기 레이저 모듈은 상기 광축과 수직한 영역으로부터 상기 광축과 평행하게 나아가는 복수의 레이저 빔을 투사하고, 상기 제1 확산 렌즈는 상기 복수의 레이저 빔이 상기 광축과 평행하게 입사되는 경우 복수의 제1 확산광을 투사하고, 상기 제2 확산 렌즈는 상기 광축과 수직한 영역에 대응되는 높이를 갖고, 상기 복수의 제1 확산광이 입사되면 복수의 제2 확산광을 투사할 수 있다. The laser module may project a plurality of laser beams extending in parallel with the optical axis from an area perpendicular to the optical axis, and the first diffusing lens may include a plurality of laser beams, when the plurality of laser beams are incident parallel to the optical axis, And the second diffusing lens has a height corresponding to an area perpendicular to the optical axis and can project a plurality of second diffused lights when the plurality of first diffused lights are incident.

또한, 상기 제2 확산 렌즈는 스넬의 법칙을 기초로 상기 복수의 제2 확산광이 투사되는 방향이 서로 0.1도 이상 90도 미만의 각도로 벌어지도록 입사면의 각도와 투사면의 각도가 형성될 수 있다. The angle of the incident surface and the angle of the projection surface are formed so that the directions in which the plurality of second diffused lights are projected at an angle of not less than 0.1 degrees and less than 90 degrees are formed on the basis of Snell's law .

또한, 상기 제2 확산 렌즈는 상기 제2 확산 렌즈 내부를 통과하는 광과 상기 제2 확산 렌즈에서 투사되는 제2 확산광 간의 각도 관계를 나타내는 아래 아래 수학식 3을 기초로 상기 광축에 대한 상기 제2 확산 렌즈의 투사면의 법선의 각도가

를 갖도록 형성될 수 있다. The second diffusing lens may further include a second diffusing lens for diffusing the light flux passing through the second diffusing lens into the second diffusing lens, 2 The angle of the normal of the projection surface of the diffusion lens is

As shown in FIG.

[수학식 3] &Quot; (3) "

,

=

,

=

,

=

,

=

(

은 상기 제2 확산 렌즈 내부의 굴절률,

는 상기 제2 확산 렌즈 외부의 굴절률,

는 상기 제2 확산 렌즈의 투사면의 법선이 상기 광축에 대해 갖는 각도, x는 상기 제2 확산광이 광축에 대해 굴절된 각도로서 0.1도 이상 90도 미만의 값)(

The refractive index of the inside of the second diffusion lens,

Is a refractive index outside the second diffusion lens,

Is an angle formed by the normal of the projection surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis and x is an angle of refraction of the second diffused light with respect to the optical axis,

또한, 상기 제2 확산 렌즈는 상기 제2 확산 렌즈 내부를 통과하는 광과 상기 제2 확산 렌즈에서 투사되는 제2 확산광 간의 각도 관계를 나타내는 아래 아래 수학식 4을 기초로 상기 광축에 대한 상기 제2 확산 렌즈의 입사면의 법선의 각도가

를 갖도록 형성될 수 있다. The second diffusing lens may further include a second diffusing lens for diffusing the light emitted from the second diffusing lens into the second diffusing lens, based on Equation (4) below expressing an angle relationship between light passing through the inside of the second diffusing lens and second diffusing light projected from the second diffusing lens. 2 The angle of the normal of the incident surface of the diffusing lens is

As shown in FIG.

[수학식 4] &Quot; (4) "

,

=

,

=

,

=

,

=

(

은 상기 제2 확산 렌즈 내부의 굴절률,

는 제2 상기 확산 렌즈 외부의 굴절률,

는 상기 제2 확산 렌즈의 입사면의 법선이 광축에 대해 갖는 각도, x는 상기 제2 확산광이 광축에 대해 굴절된 각도로서 0.1도 이상 90도 미만의 값)(

The refractive index of the inside of the second diffusion lens,

Is a refractive index outside the second diffusion lens,

Is an angle formed by the normal of the incident surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis, and x is an angle of refraction of the second diffused light with respect to the optical axis,

본 발명의 일 실시예에 따른 균일 에너지 밀도 투사 렌즈는 광축 상에서 레이저가 진행하는 방향을 향해 오목하게 형성된 입사면, 상기 광축 상에서 레이저가 진행하는 방향을 향해 볼록하게 형성된 투사면 및 상기 입사면과 상기 투사면을 연결하는 연결면을 포함하고, 레이저가 상기 입사면 및 상기 투사면을 통과할 때 굴절됨에 따라 에너지 밀도가 변화하는 정도를 기초로, 상기 투사면을 통해 투사되는 레이저의 에너지 밀도가 일정하게 투사되도록 상기 광축에 대한 상기 입사면의 각도 및 상기 광축에 대한 상기 투사면의 각도가 형성될 수 있다. The uniform energy density projection lens according to an embodiment of the present invention includes an incident surface formed concavely toward a direction in which a laser advances on an optical axis, a projection surface formed to be convex toward a direction in which the laser advances on the optical axis, Wherein the energy density of the laser projected through the projection surface is constant based on the degree of change of the energy density as the laser is refracted when the laser passes through the incident surface and the projection surface, An angle of the incident surface with respect to the optical axis and an angle of the projection surface with respect to the optical axis may be formed.

또한, 상기 렌즈는 상기 레이저가 상기 입사면 및 상기 투사면을 통과할 때 에너지 밀도가 변화하는 정도인 아래 수학식 1을 통해 상기 투사면을 통해 투사되는 레이저의 에너지 밀도(

)가 일정하도록 하는

,

의 관계가 구해지고, 상기

,

의 관계 및 상기 렌즈로의 입사각과 투사각과의 관계를 나타내는 아래 수학식 2를 기초로 결정된 상기 입사면의 법선의 각도(

) 및 상기 투사면의 법선의 각도(

)를 갖도록 형성될 수 있다. In addition, the lens may be configured such that the energy density of the laser beam projected through the projection surface is expressed by the following equation (1), i.e., the energy density of the laser beam when the laser beam passes through the incident surface and the projection surface,

) To be constant

,

Is obtained, and the relationship

,

And the angle of the normal of the incident surface determined based on the following expression (2) representing the relationship between the incident angle to the lens and the projection angle

) And the angle of the normal of the projection surface (

). &Lt; / RTI >

[수학식 1] [Equation 1]

(

는 광축의 일 지점에서

각도로 렌즈를 향해 나아가는 레이저(

)의 에너지 밀도,

는 레이저(

)가 렌즈 내부를 지나며 굴절되어 광축의 일 지점에서

각도로 나아가는 레이저(

)의 에너지 밀도,

는 레이저(

)가 렌즈 내부에서 투사되며 광축의 일 지점에서

각도로 나아가는 레이저(

)의 에너지 밀도,

는 레이저(

)의 확산 각도,

는 레이저(

)의 확산 각도,

은 레이저(

)의 확산 각도)(

Lt; RTI ID = 0.0 >

A laser that moves toward the lens at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

) Passes through the inside of the lens and is refracted, so that at one point of the optical axis

Angle-moving laser (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

) Is projected from the inside of the lens and at one point on the optical axis

Angle-moving laser (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

),

Is a laser

),

Is a laser

) Diffusion angle)

[수학식 2]&Quot; (2) "

(

은 공기의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈의 굴절률)(

The refractive index of air,

Is the refractive index of the second diffusion lens)

본 발명의 실시예에 따르면, 라이다가 2차원 또는 3차원의 공간을 인식하는 경우, 일 지점을 향해 나아가는 레이저 빔을 광각으로 굴절시켜 기계적인 움직임 없이도 넓은 범위의 공간을 감지할 수 있게 한다. According to an embodiment of the present invention, When recognizing the space, the laser beam which is directed toward one point is refracted at a wide angle, so that a wide range of space can be detected without mechanical movement.

또한 라이다가 모든 투사각에 대해 균일한 세기로 레이저를 투사하도록 하여, 인식 거리 내의 모든 투사각에 대한 거리를 명확하게 측정할 수 있도록 한다.Also, the laser is projected with uniform intensity for all the projected angles, so that the distance to all the projected angles within the recognized distance can be clearly measured.

더하여 라이다가 멀티 체널을 사용하여 3차원 공간을 인식하게 하는 경우, 레이저 빔이 제2 확산 렌즈로부터 투사되는 지점부터 서로 소정의 각도를 가진 채 투사되도록 하여, 라이다가 보다 넓은 공간을 인식하면서도 공간을 왜곡하여 인식하지 않도록 한다.In addition, when Lada recognizes a three-dimensional space using a multi-channel, the laser beam is projected at a predetermined angle from the point where it is projected from the second diffusion lens, so that Lada recognizes a wider space Do not distort space to recognize it.

이에 따라, 본 발명의 실시예는 라이다를 회전시키는 기계적인 구성을 제외시킴으로써 라이다의 소형화를 이루고, 동시에 적은 수의 레이저 모듈로도 넓은 범위를 인식할 수 있게 하여 제조 비용을 대폭 절감시킬 수 있다. Thus, embodiments of the present invention can reduce the size of the ladder by eliminating the mechanical configuration that rotates the ladder, and at the same time, The wide range of laser modules can be recognized, which can significantly reduce manufacturing costs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 확산 렌즈에 대한 입사광과 투사광의 경로를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 확산 렌즈에서 레이저 빔이 입사하고 투사됨에 따라 레이저 빔의 에너지 밀도가 변화하는 모습을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 확산 렌즈에서 광축에 대한 입사면의 각도와 광축에 대한 투사면의 각도를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 3차원 공간 인식을 위해 멀티 채널을 이용하는 경우, 복수의 레이저 빔이 일정 간격의 각도를 가진 채 투사되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 3차원 공간 인식을 위해 멀티 채널을 이용하여 복수의 레이저 빔을 발생시키는 경우, 왜곡을 발생시키지 않으면서 넓은 공간을 인식하게 하는 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치의 구성 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치의 사용 예시도이다. 1 is a configuration diagram of a laser emitting device for lidar according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating paths of incident light and projection light for a second diffusion lens according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 is an exemplary view for explaining how the energy density of a laser beam varies as a laser beam is incident and projected in a second diffusion lens according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view illustrating an angle of an incident surface with respect to an optical axis and an angle of a projection surface with respect to an optical axis in the second diffusion lens according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram for explaining how a plurality of laser beams are projected with an angle of a predetermined interval when multi-channels are used for three-dimensional spatial recognition.
FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining an embodiment in which when a plurality of laser beams are generated using multi-channels for three-dimensional spatial recognition, a wide space is recognized without causing distortion.
7 is a diagram illustrating a configuration of a laser light emitting device for lidar according to an embodiment of the present invention.
8 is a view illustrating an example of using a laser emitting device for lidar according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징,　그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.　　그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며,　단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고,　본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며,　본 발명의 범주는 청구항에　의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, To fully disclose the scope of the invention to a person skilled in the art, and the scope of the invention is only defined by the claims.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다.　　그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.　　그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing embodiments of the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions will be omitted unless otherwise described in order to describe embodiments of the present invention. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.The functional blocks shown in the drawings and described below are merely examples of possible implementations. In other implementations, other functional blocks may be used without departing from the spirit and scope of the following detailed description. Also, while one or more functional blocks of the present invention are represented as discrete blocks, one or more of the functional blocks of the present invention may be a combination of various hardware and software configurations that perform the same function.

또한 어떤 구성 요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성 요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성 요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.Also, to the extent that the inclusion of certain elements is merely an indication of the presence of that element as an open-ended expression, it should not be understood as excluding any additional elements.

나아가 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. Further, when a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that there may be other components in between.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다. Also, the expressions such as 'first, second', etc. are used only to distinguish a plurality of configurations, and do not limit the order or other features between configurations.

이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a laser emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)는 레이저 모듈(110), 제1 확산 렌즈(120) 및 제2 확산 렌즈(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a laser emitting apparatus 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention may include a laser module 110, a first diffusing lens 120, and a second diffusing lens 130 .

한편, 레이저 모듈(110), 제1 확산 렌즈(120) 및 제2 확산 렌즈(130)는 하우징에 의해 고정되거나 결합될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 레이저 모듈(110), 제1 확산 렌즈(120) 및 제2 확산 렌즈(130)는 동일한 광축을 갖도록 차례대로 배열될 수 있다. 여기서, 광축이란 렌즈의 굴절률과는 무관하게 빛이 같은 방향으로 진행할 수 있도록 하는 축을 의미한다. The laser module 110, the first diffusing lens 120, and the second diffusing lens 130 may be fixed or coupled by a housing, but the present invention is not limited thereto. The laser module 110, the first diffusion lens 120, and the second diffusion lens 130 may be arranged in order to have the same optical axis. Here, the optical axis means an axis that allows light to travel in the same direction regardless of the refractive index of the lens.

레이저 모듈(110)은 평행하게 나아가는 레이저 빔(10)을 투사한다. 레이저 모듈(110)은 레이저 빔(10)을 발생시키는 레이저 다이오드(111)와 레이저 빔(10)이 평행하게 나아가도록 집광시키는 볼록 렌즈(112)를 포함할 수 있으나, 이러한 구성은 예시일 뿐 레이저 모듈(110)의 구성이 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다. The laser module 110 projects the laser beam 10 going parallel. The laser module 110 may include a laser diode 111 for generating a laser beam 10 and a convex lens 112 for condensing the laser beam 10 to be parallel to the laser beam 10. However, The configuration of the module 110 is not limited to this example.

제1 확산 렌즈(120)는 레이저 모듈(110)이 투사한 레이저 빔(10)이 광축과 평행하게 입사되면 광축의 일 지점으로부터 제1 각도 범위 내의 방향으로 레이저 빔(10)을 굴절시킨 제1 확산광(21)을 투사할 수 있다. The first diffusing lens 120 diffracts the laser beam 10 in a first angle range from a point on the optical axis when the laser beam 10 projected by the laser module 110 is incident parallel to the optical axis, The diffused light 21 can be projected.

이를 위해, 제1 확산 렌즈(120)는 line lens, powell lens, cine lens, 및 cylindrical lens 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 평행하게 입사하는 빛을 확산시킬 수 있는 다양한 렌즈를 사용할 수 있다. For this, the first diffusion lens 120 may include any one of a line lens, a power lens, a cine lens, and a cylindrical lens. However, the present invention is not limited thereto and various lenses capable of diffusing parallel incident light Can be used.

제2 확산 렌즈(130)는 제1 확산광(21)이 입사되면 광축의 일 지점으로부터 제2 각도 범위 내의 방향으로 제1 확산광(21)을 굴절시킨 제2 확산광(22)을 투사한다. 이때 제2 확산 렌즈(130)는 제1 각도 범위로 투사되는 제1 확산광(21)이 제2 확산 렌즈(130)의 입사면에 입사되도록 배치될 수 있으며, 제2 각도 범위는 제1 각도 범위 보다 넓다. When the first diffused light 21 is incident, the second diffused lens 130 projects the second diffused light 22 refracting the first diffused light 21 in a direction within the second angular range from one point of the optical axis . In this case, the second diffusion lens 130 may be arranged such that the first diffusion light 21 projected in the first angle range is incident on the incident surface of the second diffusion lens 130, Wider than the range.

이때 제2 확산 렌즈(130)는 line lens, powell lens, cine lens, 및 cylindrical lens 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 평행하게 입사하는 빛을 확산시킬 수 있는 다양한 렌즈를 사용할 수 있다.Here, the second diffusion lens 130 may include any one of a line lens, a power lens, a cine lens, and a cylindrical lens. However, the present invention is not limited thereto and various lenses capable of diffusing parallel incident light can be used have.

이때 제2 확산 렌즈(130)는 제1 확산광(21)이 제2 확산 렌즈(130)를 통과할 때 에너지 밀도가 변화하는 정도를 기초로, 제2 확산광(22)이 균일한 에너지 밀도를 갖도록 광축에 대한 제2 확산 렌즈(130)의 입사면의 각도 및 광축에 대한 제2 확산 렌즈(130)의 투사면의 각도가 형성될 수 있다. 이에 대한 내용을 도 2 내지 도 4와 함께 자세히 설명한다. The second diffusing lens 130 may be configured such that the second diffusing light 22 has a uniform energy density based on the degree of change of the energy density when the first diffusing light 21 passes through the second diffusing lens 130. [ The angle of the incident surface of the second diffusion lens 130 with respect to the optical axis and the angle of the projection surface of the second diffusion lens 130 with respect to the optical axis can be formed. This will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 확산 렌즈(130)에 대한 입사광과 투사광의 경로를 도시한 예시도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating paths of incident light and projection light to the second diffusion lens 130 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제2 확산 렌즈(130)에서 투사되는 빛이 광축 상의 일 지점(도 2 그래프의 원점)으로부터 시작되는 것으로 가정하면, 일 지점으로부터 제2 각도 범위 내의 특정 방향

으로 투사되는 레이저 빔(10)의 벡터

를 아래 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. 2, assuming that the light projected from the second diffusion lens 130 starts from one point on the optical axis (the origin of the graph of FIG. 2)

Of the laser beam 10,

Can be expressed as Equation (1) below.

또한, 일 지점으로부터 특정 방향

으로 투사되는 레이저 빔(10)이 제2 확산 렌즈(130)에 입사하는 경우 광축에 대해

의 각도로 진행하는 제1 확산광(21)의 벡터

와, 제2 확산 렌즈(130)로부터 투사되면서 광축에 대해

의 각도로 진행하는 제2 확산광(22)의 벡터

를 아래 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. In addition,

When the laser beam 10 projected onto the first diffusing lens 130 is incident on the second diffusing lens 130,

Of the first diffused light 21 proceeding at an angle < RTI ID = 0.0 >

And the second diffusing lens 130,

Of the second diffused light 22 proceeding at an angle < RTI ID = 0.0 >

Can be expressed by the following equation (2).

아울러, d가 충분히 크면

이므로,

으로 표현할 수 있다 Moreover, if d is sufficiently large

Because of,

Can be expressed as

이때

,

은 에너지가 부가되거나 감소하지 않으므로

,

가 보유한 에너지의 총량은 같으나, 제2 확산 렌즈(130)에 입사되거나 투사되면서 에너지 밀도가 달라질 수 있다. At this time

,

Since energy is not added or decreased

,

The energy of the energy can be changed by being incident on or projected from the second diffusion lens 130.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 확산 렌즈(130)에서 레이저 빔(10)이 입사하고 투사됨에 따라 에너지 밀도(

)가 변화하는 모습을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 3 is a graph showing the relationship between the energy density (in FIG. 3) as the laser beam 10 is incident and projected in the second diffusion lens 130 according to an embodiment of the present invention

) In the second embodiment.

도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(10)과 제2 확산 렌즈(130)를 매우 고배율로 확대한다면, 같은 방향을 향하는 레이저 빔(10) 내에서도 제2 확산 렌즈와 맞닿는 각도에 따라 굴절되는 정도의 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 레이저 빔(10)이 가지는 에너지의 총량은 같을지라도 레이저 빔(10), 제1 확산광(21) 및 제2 확산광(22)의 에너지 밀도

,

가 달라질 수 있다. As shown in FIG. 3, if the laser beam 10 and the second diffusion lens 130 are magnified at a very high magnification, even if the laser beam 10 is deflected according to the angle with which the second diffusion lens is in contact with the laser beam 10, May occur. The energy density of the laser beam 10, the first diffused light 21, and the second diffused light 22 is the same as the energy density of the laser beam 10,

,

.

이에 따라, 레이저 빔의 에너지 총량은 같다는 원리를 기초로, 도 3의 a 부분에서

가 성립하고, 도 3의 b 부분에서

가 성립함을 확인할 수 있다. Thus, based on the principle that the total amount of energy of the laser beam is the same,

, And in part b of Fig. 3

Is established.

따라서, 다시 도 2를 참조하면, 레이저 빔이 공간 상에 투사되는 거리 d에서 균일한 에너지 밀도를 갖기 위해서는 제2 확산 렌즈(130)에서 투사되는 제2 확산광(22)의 에너지 밀도

가 일정해야 한다. 2, in order to have a uniform energy density at a distance d at which the laser beam is projected onto the space, the energy density of the second diffused light 22 projected from the second diffusion lens 130

Should be constant.

즉, 아래 수학식 3이 성립될 경우 제2 확산 렌즈(130)에서 투사되는 제2 확산광(22)의 에너지 밀도가 균일하다. That is, when the following Equation 3 is established, the energy density of the second diffused light 22 projected from the second diffusion lens 130 is uniform.

한편, 균일한 에너지 밀도

의 크기, 즉, 상수(constant)는 라이다의 설계자가 원하는 크기로 지정할 수 있고,

는 제1 확산 렌즈(120)로부터 투사되는 제1 확산광(21)의 에너지 밀도를 측정하여 구할 수 있으므로

를 구할 수 있다. Meanwhile, a uniform energy density

The size, i.e., the constant, can be specified by the designer of the RDA,

Can be obtained by measuring the energy density of the first diffusion light 21 projected from the first diffusion lens 120

Can be obtained.

또한,

제2 확산 렌즈(130)의 설계자가

,

의 관계를 정의(가령,

) 하면,

를

에 의한 함수의 식으로 표현할 수 있다. 즉,

이 특정한 값일 때,

및

가 어떠한 값을 가져야 제2 확산 렌즈(130)를 통해 투사되는 에너지 밀도가 균일한 지 계산될 수 있다. Also,

The designer of the second diffusion lens 130

,

(For example,

) if,

To

Can be expressed by an expression of a function by In other words,

When this is a specific value,

And

It is necessary to determine which value the energy density projected through the second diffusion lens 130 is uniform.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 확산 렌즈(130)에서 광축에 대한 입사면의 각도와 광축에 대한 투사면의 각도가 어떻게 설계되어 하는 지를 설명하기 위한 예시도이다.4 is an exemplary view for explaining how the angle of the incident surface with respect to the optical axis and the angle of the projection surface with respect to the optical axis in the second diffusion lens 130 according to the embodiment of the present invention are designed.

도 4를 참조하면, 수학식 3을 통해 정해진

,

의 관계에 스넬의 법칙을 적용한 수학식 4를 기초로, 제2 확산 렌즈(130)의 광축에 대한 입사면 법선의 각도(

) 및 광축에 대한 투사면 법선의 각도(

)를 계산하여, 균일한 에너지 밀도를 갖는 제2 확산광(22)을 투사시킬 수 있다. Referring to FIG. 4,

,

The angle of the incident surface normal to the optical axis of the second diffusion lens 130 (that is,

) And the angle of the normal of the projection surface with respect to the optical axis (

) Can be calculated, and the second diffused light 22 having a uniform energy density can be projected.

(

은 제2 확산 렌즈(130) 외부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈(130) 내부의 굴절률)(

The refractive index of the outside of the second diffusion lens 130,

The refractive index of the inside of the second diffusion lens 130)

수학식 4와 같이 제2 확산 렌즈(130)를 설계한 경우,

의 범위(제1 각도 범위)가 90도 이상 130 이하일 때,

범위(제2 각도 범위)가 160도 이상 190도 이하가 되도록 설계할 수 있어 라이다가 매우 넓은 범위를 감지할 수 있게 한다. When the second diffusion lens 130 is designed as shown in Equation (4)

(The first angle range) is 90 degrees or more and 130 or less,

The range (second angular range) can be designed to be between 160 and 190 degrees Celsius, allowing LIDA to detect a very wide range.

이 경우, 제2 확산 렌즈(130)는 광축으로 빛이 입사하는 방향을 향해 오목하게 형성된 입사면, 광축으로 빛이 투사되는 방향을 향해 볼록하게 형성된 투사면 및 입사면과 투사면을 연결하는 연결면을 포함하여, 제1 확산광(21)이 입사면에 입사되면 투사면에서 광축의 일 지점으로부터 제2 각도 범위 내의 방향을 향하는 제2 확산광(22)을 투사할 수 있다. In this case, the second diffusion lens 130 has an incident surface formed concave toward the direction in which the light is incident on the optical axis, a projection surface formed to be convex toward the direction in which the light is projected onto the optical axis, When the first diffused light 21 is incident on the incident surface, the second diffused light 22 can be projected from one point of the optical axis on the projection surface to a direction within the second angular range.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)는 제1 확산 렌즈(120) 없이, 레이저 모듈(110) 및 제2 확산 렌즈(130)를 포함하는 실시예를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 확산 렌즈(130)만으로 레이저 모듈(110)이 투사하는 포인트 레이저를 굴절 및 확산시켜 라인 레이저로 만들면서, 동시에 수학식 3 및 수학식 4를 기초로 투사되는 라인 레이저의 세기를 균일하도록 제2 확산 렌즈(130)의 입사면 또는 투사면을 형성할 수 있다. The laser light emitting device 100 according to an embodiment of the present invention may include an embodiment including the laser module 110 and the second diffusion lens 130 without the first diffusion lens 120 . Accordingly, the point laser projected by the laser module 110 is refracted and diffused by the second diffusing lens 130 into a line laser, and at the same time, the intensity of the projected line laser is calculated based on Equations 3 and 4 The incident surface or the projection surface of the second diffusion lens 130 can be formed so as to be uniform.

한편, 상술한 실시예를 도 5 및 도 6과 같이 광축과 수직한 영역에 대해서 멀티 채널로 구성하면 3차원 공간을 인식할 수 있다. On the other hand, when the above-described embodiment is configured as a multi-channel for an area perpendicular to the optical axis as shown in Figs. 5 and 6, a three-dimensional space can be recognized.

도 5는 3차원 공간 인식을 위해 멀티 채널을 이용하는 경우, 복수의 레이저 빔(10)이 일정 간격의 각도를 가진 채 투사되는 것을 설명하기 위한 예시도이다. FIG. 5 is an exemplary view for explaining how a plurality of laser beams 10 are projected with an angle of a predetermined interval when multi-channels are used for three-dimensional spatial recognition.

도 5를 참조하면, 레이저 모듈(110)은 서로 일정 간격의 각도를 가진 복수의 레이저 빔(10)을 투사할 수 있다. 가령, 도 5와 같이 가상의 일 점에서 서로 5도씩 차이나도록 레이저 빔(10)을 투사할 수 있다. 한편, 도면에는 레이저 모듈(110)이 복수의 레이저 다이오드(111) 및 복수의 볼록 렌즈(112)를 가진 것으로 도시되어 있지만 이는 예시일 뿐 이에 한정되지 않으며, 레이저 모듈(110)은 다양한 방식으로 복수의 레이저 빔(10)을 투사할 수 있다.Referring to FIG. 5, the laser module 110 can project a plurality of laser beams 10 having an angle of a predetermined distance from each other. For example, as shown in FIG. 5, the laser beam 10 can be projected so as to be shifted by 5 degrees from each other at an imaginary point. Although the laser module 110 is shown as having a plurality of laser diodes 111 and a plurality of convex lenses 112 in the figure, the laser module 110 is not limited to this example, The laser beam 10 can be projected.

이때 가상의 일 점에서 서로 5 도씩 차이나도록 레이저 빔(10)을 투사하는 경우, 평행하게 레이저 빔(10)을 투사하는 경우보다 넓은 범위의 3차원 공간을 인식할 수 있으나, 도 5의 a 및 도 5의 b 부분과 같이, 복수의 레이저 빔(10)이 겹치는 지점이 발생한다. 이러한 경우, 라이다가 레이저 빔(10)을 인식할 때 공간을 왜곡하여 인식할 수 있다. In this case, when the laser beam 10 is projected so as to be shifted by 5 degrees from each other at an imaginary point, a wide range of three-dimensional space can be recognized as compared with the case where the laser beam 10 is projected in parallel. As shown in part (b) of FIG. 5, a point where a plurality of laser beams 10 overlap occurs. In this case, when Lada recognizes the laser beam 10, the space can be recognized as distorted.

도 6은 3차원 공간 인식을 위해 멀티 채널을 이용하여 복수의 레이저 빔(10)을 발생시키는 경우, 공간을 왜곡하여 인식하지 않게 하면서 넓은 공간을 인식하게 하는 일 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 6 is an exemplary diagram for explaining an embodiment in which when a plurality of laser beams 10 are generated using multi-channels for three-dimensional spatial recognition, a space is recognized while distorting a space .

도 6을 참조하면, 레이저 모듈(110)은 광축과 수직한 영역에서 광축과 평행하게 나아가는 복수의 레이저 빔(10)을 투사할 수 있다. 한편, 도면에는 레이저 모듈(110)이 복수의 레이저 다이오드(111) 및 복수의 볼록 렌즈(112)를 가진 것으로 도시되어 있지만 이는 예시일 뿐 이에 한정되지 않으며, 레이저 모듈(110)은 다양한 방식으로 복수의 레이저 빔(10)을 투사할 수 있다. Referring to FIG. 6, the laser module 110 can project a plurality of laser beams 10 extending in parallel with the optical axis in a region perpendicular to the optical axis. Although the laser module 110 is shown as having a plurality of laser diodes 111 and a plurality of convex lenses 112 in the figure, the laser module 110 is not limited to this example, The laser beam 10 can be projected.

제1 확산 렌즈(120)는 복수의 레이저 빔(10)이 광축과 평행하게 입사되는 경우 복수의 제1 확산광(21)을 투사한다. 이때 제1 확산 렌즈(120)는 복수 개로 구성되거나 크기가 큰 하나의 렌즈로 구성될 수 있으나 어느 하나에 한정되는 것은 아니다. The first diffusion lens 120 projects a plurality of first diffused light 21 when a plurality of laser beams 10 are incident parallel to the optical axis. At this time, the first diffusion lens 120 may be composed of a plurality of lenses or a single lens having a large size, but is not limited thereto.

제2 확산 렌즈(130)는 광축과 수직한 영역(복수의 레이저 빔이 투사되는 영역)과 대응되는 높이를 갖고, 복수의 제1 확산광(21)이 입사되면 복수의 제2 확산광(22)을 투사할 수 있다. 이를 통해, 광각의 2차원 공간을 인식하면서, 멀티 채널 구성을 통해 3차원 공간을 인식할 수 있게 한다. The second diffusion lens 130 has a height corresponding to an area perpendicular to the optical axis (a region where a plurality of laser beams are projected), and when a plurality of first diffused lights 21 are incident, the plurality of second diffused lights 22 Can be projected. This enables recognition of a three-dimensional space through a multi-channel configuration, while recognizing a wide-angle two-dimensional space.

이때, 제2 확산 렌즈(130)는 광축에 평행하게 입사하는 복수의 제2 확산광(22)이 광축으로부터 소정의 각도가 굴절되어 투사되도록 입사면의 각도와 투사면의 각도가 형성될 수 있다. At this time, the angle of the incident surface and the angle of the projection surface of the second diffusion lens 130 can be formed such that a plurality of second diffused light beams 22 incident parallel to the optical axis are refracted at a predetermined angle from the optical axis and projected .

도 6의 확대 부분을 참조하면, 평행하게 입사하는 복수의 레이저 빔(10)끼리 소정의 각도(가령, 1도 이상 90도 미만의 각도)가 벌어져 투사되도록 하기 위해, 제2 확산 렌즈(130)의 입사면을 광축에 수직하게 형성시키면서 제2 확산 렌즈(130)의 투사면의 각도를 아래 수학식 5를 통해 조절하여 형성할 수 있다. 6, in order to project a plurality of parallelly incident laser beams 10 at a predetermined angle (for example, an angle of 1 degree or more and less than 90 degrees) to be projected, the second diffusion lens 130, The angle of the projection surface of the second diffusion lens 130 may be adjusted by the following equation (5) while the incident surface of the second diffusion lens 130 is formed perpendicular to the optical axis.

(

은 제2 확산 렌즈(130) 내부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈(130) 외부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈(130)의 투사면의 법선이 광축에 대해 갖는 각도, 제2 확산 렌즈(130)에 입사되는 레이저가 x는 굴절되는 각도)(

The refractive index of the inside of the second diffusion lens 130,

The refractive index of the outside of the second diffusion lens 130,

The angle at which the normal of the projection surface of the second diffusion lens 130 is with respect to the optical axis, and the angle at which the laser incident to the second diffusion lens 130 is refracted)

또는, 제2 확산 렌즈(130)의 투사면을 광축에 수직하게 형성시키면서 제2 확산 렌즈(130)의 입사면의 각도를 아래 수학식 6을 통해 조절하여 형성할 수 있다.Alternatively, the angle of the incident surface of the second diffusion lens 130 may be adjusted by the following Equation (6) while the projection surface of the second diffusion lens 130 is formed perpendicular to the optical axis.

(

은 제2 확산 렌즈(130) 내부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈(130) 외부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈(130)의 입사면의 법선이 광축에 대해 갖는 각도, x는 제2 확산 렌즈(130)에 입사되는 레이저가 굴절되는 각도)(

The refractive index of the inside of the second diffusion lens 130,

The refractive index of the outside of the second diffusion lens 130,

X is an angle at which the laser incident on the second diffusing lens 130 is refracted) is an angle formed by the normal of the incident surface of the second diffusion lens 130 with respect to the optical axis,

이에 따라, 본 발명의 실시예는 평행하게 투사되는 레이저 빔(10)이 제2 확산 렌즈(130)를 투사하면서 서로 간에 소정의 각도가 생성된 채로 투사되므로, 라이다가 보다 넓은 범위의 3차원 공간을 인식할 수 있도록 한다. 또한, 레이저 빔(10) 또는 제2 확산광(22)이 겹치는 영역이 발생하지 않도록 하여, 라이다가 공간을 왜곡하여 인식시키지 않도록 한다. Accordingly, in the embodiment of the present invention, since the laser beams 10 projected in parallel are projected while generating a predetermined angle with each other while projecting the second diffusion lens 130, Allow space to be recognized. In addition, a region where the laser beam 10 or the second diffused light 22 does not overlap does not occur, so that the space is not distorted and recognized.

한편, 도 1 내지 도 4에서 언급된 제2 확산 렌즈(130)의 입사면 및 투사면은 2차원의 공간(x, y 축 평면)을 기준으로 설명한 제2 확산 렌즈(130)의 입사면과 투사면을 의미하며, 도 6에서 언급한 제2 확산 렌즈(130)의 입사면 및 투사면은 도 1 내지 도 4에서 언급한 2차원의 공간(x, y 축 평면)을 3차원의 공간으로 만들게 하는 z축을 기준(도 6의 확대 사진 참조)으로 본 입사면의 각도와 투사면의 각도를 의미한다. 따라서, 도 6의 실시예에서 언급한 광축과 수직한 영역(복수의 레이저 빔이 투사되는 영역)은 z축과 평행한 영역을 의미한다.On the other hand, the incident surface and the projection surface of the second diffusion lens 130 referred to in Figs. 1 to 4 are the incident surface of the second diffusion lens 130 described with reference to the two-dimensional space (x, y axis plane) The incident surface and the projection surface of the second diffusion lens 130 mentioned in FIG. 6 refer to the two-dimensional space (x, y axis plane) referred to in FIGS. 1 to 4 as a three-dimensional space Refers to the angle of the incident surface and the angle of the projection surface with reference to the z axis to be created (see the enlarged view of FIG. 6). Therefore, the region perpendicular to the optical axis (the region where a plurality of laser beams are projected) referred to in the embodiment of Fig. 6 means a region parallel to the z-axis.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)는 제1 확산 렌즈(120) 없이, 레이저 모듈(110) 및 도 6의 실시예에 따른 제2 확산 렌즈(130)를 포함하는 실시예를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 확산 렌즈(130)만으로 레이저 모듈(110)이 평행하게 투사하는 복수의 포인트 레이저를 굴절 및 확산시켜 복수의 라인 레이저로 만들면서, 동시에 수학식 5 또는 수학식 6을 기초로 투사되는 라인 레이저가 광축에 대해 소정의 각도를 갖도록 굴절시켜 투사되도록 제2 확산 렌즈(130)의 입사면 또는 투사면을 형성할 수 있다. The laser light emitting device 100 according to an embodiment of the present invention may include a laser module 110 and a second diffusion lens 130 according to the embodiment of FIG. 6 without the first diffusion lens 120 May include embodiments including. Accordingly, a plurality of point lasers projected in parallel by the laser module 110 can be refracted and diffused into a plurality of line lasers by only the second diffusion lens 130, and at the same time, It is possible to form the incident surface or the projection surface of the second diffusion lens 130 so that the line laser is refracted and projected so as to have a predetermined angle with respect to the optical axis.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)의 구성 예시도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)의 레이저 모듈(110), 제1 확산 렌즈(120) 및 제2 확산 렌즈(130)의 배치를 확인할 수 있다. 7 is a diagram illustrating a configuration of a laser light emitting device 100 for lidar according to an embodiment of the present invention. 7, the arrangement of the laser module 110, the first diffusing lens 120, and the second diffusing lens 130 of the laser light emitting device 100 for lidar according to an embodiment of the present invention can be confirmed have.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)의 사용 예시도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치(100)는 레이저 빔(10)을 객체에 투사하고, 객체에 레이저 빔(10) 또는 제2 확산광(22)이 투영되면, 라이다의 카메라가 투영된 패턴을 촬영하여, 패턴 분석을 통해 거리 및 공간을 판별할 수 있다. FIG. 8 is a view illustrating an example of using the laser light emitting device 100 for lidar according to an embodiment of the present invention. 8, a laser light emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention projects a laser beam 10 to an object, and a laser beam 10 or a second diffused light 22 is incident on the object. The distance and the space can be discriminated through the pattern analysis by photographing the projected pattern of the camera of the camera.

이처럼, 본 발명의 실시예에 따르면, 라이다가 2차원 또는 3차원의 공간을 인식하는 경우, 일 지점을 향해 나아가는 레이저 빔(10)을 광각으로 굴절시켜 기계적인 움직임 없이도 넓은 범위의 공간을 감지할 수 있게 한다. As described above, according to the embodiment of the present invention, when Lada recognizes a two-dimensional or three-dimensional space, it can refract the laser beam 10 traveling toward one point at a wide angle to sense a wide range of space I can do it.

또한 라이다의 제2 확산 렌즈(130)를 통해 투사되는 제2 확산광(22)이 모든 투사각에 대해 균일한 에너지 밀도를 갖도록 하여, 라이다가 인식 거리 내의 모든 투사각에 대한 거리를 명확하게 측정할 수 있게 한다.Also, the second diffused light 22 projected through the second diffuser lens 130 of Lada has a uniform energy density with respect to all the projecting angles, and the distance to all the projected angles within the recognition distance is clearly measured I can do it.

더하여 라이다가 멀티 체널을 사용하여 3차원 공간을 인식하게 하는 경우, 레이저 빔(10) 또는 제1 확산광(21)이 제2 확산 렌즈(130)로부터 투사되는 지점부터 서로 소정의 각도를 가진 채 투사되도록 하여, 라이다가 보다 넓은 공간을 인식하면서도 공간을 왜곡하여 인식하지 않도록 한다. In addition, when the laser beam 10 or the first diffused light 21 is projected from the second diffusion lens 130 at a predetermined angle So that Lada recognizes a wider space but does not perceive the space as distorted.

이에 따라, 본 발명의 실시예는 라이다를 회전시키는 기계적인 구성을 제외시킴으로써 라이다의 소형화를 이루고, 동시에 적은 수의 레이저 모듈(110)로도 넓은 범위를 인식할 수 있게 하여 제조 비용을 대폭 절감시킬 수 있다.Accordingly, the embodiment of the present invention can reduce the size of the ladder by eliminating the mechanical structure that rotates the ladder, and at the same time, it can recognize a wide range even with a small number of the laser modules 110, .

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. It is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. .

10: 레이저 빔
21: 제1 확산광
22: 제2 확산광
100: 라이다용 레이저 발광 장치
110: 레이저 모듈
111: 레이저 다이오드
112: 볼록 렌즈
120: 제1 확산 렌즈
130: 제2 확산 렌즈 10: laser beam
21: first diffusion light
22: second diffused light
100: laser light emitting device for Lada
110: laser module
111: laser diode
112: convex lens
120: first diffusion lens
130: second diffusion lens

Claims

A laser module for projecting a parallel laser beam;
A first diffusion lens for projecting a first diffused light obtained by refracting the laser beam in a direction within a first angle range from one point of the optical axis when the laser beam is incident parallel to the optical axis; And
And a second diffusion lens for projecting a second diffused light refracting the first diffused light in a direction within a second angular range from one point of the optical axis when the first diffused light is incident,
Wherein the second angle range is wider than the first angle range,
[Equation 1]

(

Lt; RTI ID = 0.0 >

And the first diffused light ("

) &Lt; / RTI > energy density,

The first diffused light (

) Passes through the inside of the second diffusion lens and is refracted,

Inner light traveling at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Lt; / RTI >

The second diffused light advancing at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Quot;

The diffusion angle,

Quot;

The diffusion angle,

silver

Of the diffusion angle)
Based on the formula (1), which is the degree to which the energy density changes due to the refractive index of the second diffusion lens until the first diffusion light is incident on and transmitted through the second diffusion lens,

So that the energy density of the second diffused light is constant,

Measured at an angle

An angle of an incident surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis and an angle of a projection surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis are formed,
Laser light emitting device.

delete

The method according to claim 1,
The second diffusing lens may include:
The energy density of the second diffused light is calculated by the following equation (2), which is the degree of change of the energy density when the first diffused light passes through the second diffused lens

) To be constant

,

Is obtained,
remind

,

And the angle of the normal of the incident surface of the second diffusing lens with respect to the optical axis is calculated based on the following equation (3) showing the relationship between the incident angle to the second diffusion lens and the projection angle

And the angle of the normal to the projection surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis is

Formed so as to have a
&Quot; (2) "

(

Lt; RTI ID = 0.0 >

And the first diffused light ("

) &Lt; / RTI > energy density,

The first diffused light (

) Passes through the inside of the second diffusion lens and is refracted,

Inner light traveling at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Lt; / RTI >

The second diffused light advancing at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Quot;

The diffusion angle,

Quot;

The diffusion angle,

silver

Of the diffusion angle)
&Quot; (3) "

(

The refractive index of the outside of the second diffusion lens,

Is the refractive index inside the second diffusion lens)
Laser light emitting device.

The method of claim 3,
The second diffusing lens may include:
And the first diffused light projected in the first angular range is arranged to be incident on the incident surface of the second diffuser lens
Laser light emitting device.

The method according to claim 1,
The second diffusing lens may include:
A projection surface formed concavely toward a direction in which light is incident on the optical axis, a projection surface formed to be convex toward a direction in which light is projected onto the optical axis, and a connection surface connecting the projection surface and the projection surface, When one diffused light is incident on the incident surface, projecting second diffused light from the projection surface toward one direction within the second angular range from one point of the optical axis
Laser light emitting device.

6. The method of claim 5,
Wherein the first angle range is a range
90 degrees or more and 130 or less,
Wherein the second angle range
Between 160 and 190 degrees
Laser light emitting device.

A laser module for projecting a parallel laser beam;
A first diffusion lens for projecting a first diffused light obtained by refracting the laser beam in a direction within a first angle range from one point of the optical axis when the laser beam is incident parallel to the optical axis; And
And a second diffusion lens for projecting a second diffused light refracting the first diffused light in a direction within a second angular range from one point of the optical axis when the first diffused light is incident,
Wherein the second angle range is wider than the first angle range,
Wherein the laser module projects a plurality of laser beams extending in parallel to the optical axis from an area of an axis perpendicular to the optical axis, and the first diffusing lens has a plurality of laser beams, when the plurality of laser beams are incident parallel to the optical axis, And the second diffusion lens has a height corresponding to the area of the vertical axis and projects a plurality of second diffused lights when the plurality of first diffused lights are incident,
The second diffusing lens is a diffusing lens of the second diffusing lens with respect to the optical axis, based on the following equation (1) representing the angle relationship between the light inside the second diffusing lens and the second diffusing light projected from the second diffusing lens: The angle of the normal of the projection surface is

Formed so as to have a
[Equation 1]

,

=

,

=

(

The refractive index of the inside of the second diffusion lens,

Is a refractive index outside the second diffusion lens,

Is an angle formed by the normal of the projection surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis and x is an angle of refraction of the second diffused light with respect to the optical axis,
Laser light emitting device.

delete

An incident surface formed concave toward a direction in which the laser advances on the optical axis;
A projection surface formed to be convex toward a direction in which the laser advances on the optical axis; And
And a connection surface connecting the incident surface and the projection surface,
[Equation 1]

(

Lt; RTI ID = 0.0 >

A laser that moves toward the lens at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

Angle-moving laser (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

) Is projected from the inside of the lens and at one point on the optical axis

Angle-moving laser (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

),

Is a laser

),

Is a laser

) Diffusion angle)
Based on the equation (1) indicating the degree of change of the energy density due to refraction until the laser enters the incident surface and transmits through the projection surface,

Has a constant value,

To be constant,

Measured at an angle

The angle of the incident surface with respect to the optical axis and the angle of the projection surface with respect to the optical axis are formed in accordance with the energy density of the optical axis,
Uniform energy density projection lens.

11. The method of claim 10,
The lens,
The energy density of the laser beam projected through the projection surface is calculated by the following equation (2), which is the degree to which the energy density changes when the laser beam passes through the incident surface and the projection surface,

) To be constant

,

Is obtained,
remind

,

On the basis of the following equation (3) representing the relationship between the angle of incidence of the lens and the angle of incidence to the lens,

, And the angle of the projection surface is

Formed so as to have a
&Quot; (2) "

(

Lt; RTI ID = 0.0 >

A laser that moves toward the lens at an angle (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

Angle-moving laser (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

) Is projected from the inside of the lens and at one point on the optical axis

Angle-moving laser (

) &Lt; / RTI > energy density,

Is a laser

),

Is a laser

),

Is a laser

) Diffusion angle)
&Quot; (3) "

(

The refractive index of air,

Is the refractive index of the second diffusion lens)
Uniform energy density projection lens.