KR102206236B1

KR102206236B1 - Apparatus for emitting laser for lidar and lens for emitting uniform energy density

Info

Publication number: KR102206236B1
Application number: KR1020190075570A
Authority: KR
Inventors: 손영빈; 송병호
Original assignee: 주식회사 하이보
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2021-01-22
Also published as: KR20200047290A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 라이다용 레이저 발광 장치는 평행하게 나아가는 레이저 빔을 투사하는 레이저 모듈, 레이저 빔이 광축과 평행하게 입사되면 광축의 일 지점으로부터 제1 각도 범위 내의 방향으로 레이저 빔을 굴절시킨 제1 확산광을 투사하는 제1 확산 렌즈 및 제1 확산광이 입사되면 광축의 일 지점으로부터 제2 각도 범위 내의 방향으로 제1 확산광을 굴절시킨 제2 확산광을 투사하는 제2 확산 렌즈를 포함하고, 제2 각도 범위는 제1 각도 범위 보다 넓다. The laser light emitting device for a lidar according to an embodiment of the present invention is a laser module for projecting a laser beam traveling in parallel, and when the laser beam is incident parallel to the optical axis, the laser beam is emitted in a direction within a first angular range from a point of the optical axis. A first diffused lens that projects the refracted first diffused light and a second diffused that projects a second diffused light that refracts the first diffused light in a direction within a second angular range from a point on the optical axis when the first diffused light is incident A lens, and the second angular range is wider than the first angular range.

Description

Laser light emitting device and uniform energy density projection lens for lidar {APPARATUS FOR EMITTING LASER FOR LIDAR AND LENS FOR EMITTING UNIFORM ENERGY DENSITY}

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 a lidar for detecting a wide range by refracting a laser beam advancing to a point, and a uniform energy density projection lens for projecting to have a uniform energy density while refracting the laser in 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, allowing it to recognize the surrounding environment and measure the location of obstacles. Accordingly, Lida is actively used to implement distance sensing functions in various fields such as intelligent mobile robots, drones, and driverless 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.On the other hand, among the methods of measuring the distance of the lidar, the distance is calculated by measuring the time it takes for the light output from the light source to reach the target point and then reflect and reach the detector (TOF, Time Of Flight). There is a method of calculating the reach of the laser using a triangulation method using the distance difference and parallax (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. Using this principle, a one-dimensional lidar that senses the distance of a point using a point laser is rotated through a motor to create a two-dimensional lidar that can sense two dimensions, or layer a two-dimensional lidar. Stacked, the entire layer can be rotated with a motor to sense 3D.

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 that goes into the rotation of the lidar not only increases the manufacturing cost, but also is an obstacle to downsizing the size of the lidar.It is a two-dimensional or three-dimensional space in a way that is different from the existing lidar. There is a need for a way to sense

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 and rotary lidar sensor using a 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 of refracting a point laser with a line laser using a lens and measuring a distance using a line laser. At this time, the stronger the intensity of the laser projected by the lidar, the longer the laser reaches, and the lidar can recognize long distances.

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

또한, 눈에 안전한 라이다를 만들기 위해 레이저의 세기를 약하게 하면 라이다의 탐지범위가 줄어든다.Also, if the intensity of the laser is weakened to make the lidar safe for the eyes, 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 lidar using the line laser is not uniform, a certain part on the line laser may be dangerous to the eyeball, and the brightness of the light reaching the target point may be 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, in order to ensure that the lidar using a line laser is safe for people's eyes for all projection angles and at the same time ensures the brightness that can measure the maximum distance from all projection angles, it is necessary to project the laser with uniform intensity for all projection angles. In order to sense the widest possible range with this technology, we want to provide a technology for projecting an ultra-wide angle line laser.

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, the problem to be solved in the embodiment of the present invention is to provide a technology capable of detecting a wide range of spaces without a mechanical configuration that rotates the lidar when the lidar recognizes a two-dimensional 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.In addition, it is intended to provide a technology that allows the lidar to project a laser with a uniform intensity for all projection angles so that the lidar can sense the distance for all projection angles while the intensity does not harm the eyeball.

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 3D space, it is intended to provide a technology that detects a wider range and does not generate distortion.

이를 통해, 라이다의 소형화를 달성하면서 동시에 제조 비용을 절감시키는 방안을 제공하고자 한다. Through this, it is intended to provide a way to reduce the manufacturing cost while achieving the miniaturization of the lidar.

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.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and various technical problems may be derived from the contents to be described below within a range that is obvious to a person skilled in the art.

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. The laser light emitting device for a lidar according to an embodiment of the present invention is a laser module for projecting a laser beam traveling in parallel, and when the laser beam is incident parallel to an optical axis, the laser beam is incident in a direction within a first angular range from a point of the optical axis. A first diffusion lens that projects a first diffused light that refracts a laser beam, and a second diffused light that refracts the first diffused light in a direction within a second angular range from a point of the optical axis when the first diffused light is incident And a second diffusion lens for projecting, and the second angular range is wider 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. In addition, the second diffusion lens is based on the degree to which the energy density changes when the first diffused light passes through the second diffuser lens, the energy density of the second diffused light is uniformly projected with respect to the optical axis. An angle of an incident surface of the second diffusion lens and an angle of a projection surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis may 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. In addition, the second diffusion lens is the energy density of the second diffusion light through Equation 1 below, which is the degree to which the energy density changes when the first diffusion light passes through the second diffusion lens.

) To be constant

,

The relationship is obtained, and the

,

The angle of the normal of the incident surface of the second diffusion lens with respect to the optical axis determined based on Equation 2 below, which represents the relationship of and the relationship between the incident angle of the second diffusion lens and the projection angle (

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

) Can be formed to have.

[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)(

Is at one point on the optical axis

The first diffused light that goes to the second diffuser lens at an angle (

) Of energy density,

Is the first diffused light (

) Passes through the inside of the second diffusion lens and is refracted at a point on the optical axis.

Internal light going at an angle (

) Of energy density,

Is the internal light (

) Is projected inside the second diffuser lens and at a point in the optical axis

The second diffused light going at an angle (

) Of energy density,

Is reminded

Diffusion angle of,

Is reminded

Diffusion angle of,

silver

Diffusion angle)

[수학식 2][Equation 2]

(

은 제2 확산 렌즈 외부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈 내부의 굴절률)(

Is 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. In addition, the second diffusion lens may be disposed so that the first diffusion light projected in the first angular 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. In addition, the second diffusion lens includes an incident surface concave toward the direction in which light is incident on the optical axis, a projection surface convexly formed toward a direction in which light is projected to the optical axis, and connecting the incident surface to the projection surface. When the first diffused light, including a connection surface, is incident on the incident surface, a second diffused light may be projected from the projection surface to a direction within a second angular range from a point of the optical axis.

또한, 상기 제1 각도 범위는 90도 이상 130 이하이고, 상기 제2 각도 범위는 160도 이상 190도 이하일 수 있다. Further, the first angle range may be 90 degrees or more and 130 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. In addition, the laser module projects a plurality of laser beams traveling in parallel with the optical axis from a region perpendicular to the optical axis, and the first diffusion lens includes a plurality of laser beams when the plurality of laser beams are incident parallel to the optical axis. The first diffused light is projected, and the second diffused lens has a height corresponding to a region perpendicular to the optical axis, and when the plurality of first diffused lights are incident, a plurality of second diffused lights may be projected.

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. In addition, in the second diffusion lens, the angle of the incident surface and the angle of the projection surface may be formed so that the directions in which the plurality of second diffusion lights are projected are at an angle of 0.1 degrees or more and less than 90 degrees, based on Snell's law. I can.

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. In addition, the second diffusion lens is based on Equation 3 below, which represents an angular relationship between light passing through the inside of the second diffusion lens and the second diffusion light projected from the second diffusion lens. 2 The angle of the normal to the projection surface of the diffusion lens

It can be formed to have.

[수학식 3] [Equation 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)(

Is the refractive index inside the second diffusion lens,

Is a refractive index outside the second diffusion lens,

Is the angle at which the normal of the projection surface of the second diffusion lens has with respect to the optical axis, x is the angle at which the second diffused light is refracted with respect to the optical axis, and is a value of 0.1 degrees or more and less than 90 degrees)

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. In addition, the second diffusion lens is based on Equation 4 below, which represents an angular relationship between the light passing through the second diffusion lens and the second diffusion light projected from the second diffusion lens. 2 The angle of the normal to the incident surface of the diffusing lens is

It can be formed to have.

[수학식 4] [Equation 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)*(

Is the refractive index inside the second diffusion lens,

Is a refractive index outside the second diffusion lens,

Is the angle at which the normal line of the incident surface of the second diffusion lens has with respect to the optical axis, x is the angle at which the second diffused light is refracted with respect to the optical axis, which is 0.1 degrees or more and less than 90 degrees)

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 concave on an optical axis toward a direction in which a laser advances, a projection surface formed convexly toward a direction in which the laser travels on the optical axis, and the incident surface and the The energy density of the laser projected through the projection surface is constant based on the degree to which the energy density changes as the laser is refracted when passing through the incident surface and the projection surface, including a connection surface connecting 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 so as to be projected so as to be projected.

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 has the energy density of the laser projected through the projection surface through Equation 1 below, which is the degree to which the energy density changes when the laser passes through the incident surface and the projection surface (

) To be constant

,

The relationship is obtained, and the

,

The angle of the normal of the incident surface determined based on Equation 2 below, which shows the relationship between the relationship between the angle of incidence to the lens and the angle of projection (

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

) Can be formed to have.

[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)(

Is at one point on the optical axis

Laser heading towards the lens at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Passes through the lens and is refracted at a point on the optical axis.

Laser heading at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Is projected from inside the lens and at a point on the optical axis.

Laser heading at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Of the diffusion angle,

The laser(

) Of the diffusion angle,

Silver laser(

) Of the diffusion angle)

[수학식 2][Equation 2]

(

은 공기의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈의 굴절률)(

Is 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, the lidar is a two-dimensional or three-dimensional In the case of recognizing a space, a laser beam traveling toward a 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.In addition, it allows the lidar to project a laser with a uniform intensity for all projection angles, so that the distance for all projection angles within the recognition 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 the lidar uses a multi-channel to recognize a three-dimensional space, the laser beam is projected at a predetermined angle from the point where the laser beam is projected from the second diffusion lens, while the lidar recognizes a wider space. It distorts the space so that it is not recognized

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. Accordingly, the embodiment of the present invention achieves the miniaturization of the lidar by excluding the mechanical configuration that rotates the lidar, and at the same time, a small number of A wide range can be recognized even with a laser module, 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 light emitting device for a lidar according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view showing a path of incident light and projection light to a second diffusion lens according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view for explaining a state in which the energy density of the laser beam changes as the laser beam is incident and projected from the second diffusion lens according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view for explaining 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 a second diffusing lens according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram for explaining that a plurality of laser beams are projected with an angle at a predetermined interval when a multi-channel is used for 3D space recognition.
FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining an embodiment of recognizing a large space without generating distortion when generating a plurality of laser beams using multi-channels for 3D space recognition.
7 is an exemplary configuration diagram of a laser light emitting device for a lidar according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view of using a laser light emitting device for a 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.Advantages and features of the present invention, 　, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, 　 only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and 　 those having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, 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 the embodiments of the present invention, detailed descriptions of known functions or configurations will be omitted except when actually necessary in describing the embodiments of the present invention. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made 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 only examples of possible implementations. In other implementations, other functional blocks may be used without departing from the spirit and scope of the detailed description. Also, although one or more functional blocks of the present invention are represented as individual 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.In addition, the expression of including certain constituent elements is an open expression and simply refers to the existence of the constituent elements, and should not be understood as excluding additional constituent 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 connected to or is referred to as being connected to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle.

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

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 light 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 light emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention may include a laser module 110, a first diffusion lens 120, and a second diffusion 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. Meanwhile, the laser module 110, the first diffusion lens 120, and the second diffusion lens 130 may be fixed or coupled by a housing, but are not limited thereto. In addition, the laser module 110, the first diffusion lens 120, and the second diffusion lens 130 may be sequentially arranged to have the same optical axis. Here, the optical axis means an axis through which light can 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 a laser beam 10 traveling in parallel. The laser module 110 may include a laser diode 111 for generating the laser beam 10 and a convex lens 112 for condensing the laser beam 10 to advance in parallel, but this configuration is only an example. 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. When the laser beam 10 projected by the laser module 110 is incident parallel to the optical axis, the first diffusion lens 120 refracts the laser beam 10 in a direction within a first angular range from a point on 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. To this end, the first diffusion lens 120 may include any one of a line lens, a powell lens, a cine lens, and a cylindrical lens, but is not limited thereto, and various lenses capable of diffusing light incident in parallel are used. 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 by refracting the first diffused light 21 in a direction within a second angular range from a point on the optical axis. . At this time, the second diffusing lens 130 may be disposed so that the first diffused light 21 projected in the first angular range is incident on the incident surface of the second diffusing lens 130, and the second angular range is a first angle 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.In this case, the second diffusion lens 130 may include any one of a line lens, a powell lens, a cine lens, and a cylindrical lens, but is not limited thereto, and various lenses capable of diffusing light incident in parallel may 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. At this time, the second diffused lens 130 has a uniform energy density of the second diffused light 22 based on the degree to which the energy density changes when the first diffused light 21 passes through the second diffused 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 may be formed to have a. This will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 확산 렌즈(130)에 대한 입사광과 투사광의 경로를 도시한 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary diagram showing 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. Referring to FIG. 2, assuming that light projected from the second diffusing lens 130 starts from a point on the optical axis (the origin of the graph in FIG. 2), a specific direction within the second angular range from a point

Of the laser beam 10 projected by the

Can be expressed as in 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. Also, a specific direction from a point

When the laser beam 10 projected to the second diffusion lens 130 is incident on the optical axis

The vector of the first diffused light 21 traveling at an angle of

Wow, while being projected from the second diffusion lens 130 with respect to the optical axis

The vector of the second diffused light 22 traveling at an angle of

Can be expressed as in Equation 2 below.

아울러, d가 충분히 크면

이므로,

으로 표현할 수 있다 In addition, if d is large enough

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

,

Does not add or decrease energy

,

The total amount of energy held by is the same, but the energy density may be changed as it is incident or projected onto 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.3 is an energy density as the laser beam 10 is incident and projected from the second diffusion lens 130 according to an embodiment of the present invention.

) Is an example diagram to explain the changing state.

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 enlarged at a very high magnification, the degree of refraction according to the angle of contact with the second diffusion lens even within the laser beam 10 facing the same direction Differences can occur. Therefore, although the total amount of energy of the laser beam 10 is the same, the energy density of the laser beam 10, the first diffused light 21, and the second diffused light 22

,

May be different.

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

가 성립하고, 도 3의 b 부분에서

가 성립함을 확인할 수 있다. Accordingly, based on the principle that the total amount of energy of the laser beam is the same, in part a of FIG. 3

Is established, and in part b of FIG. 3

It can be confirmed that 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. Accordingly, referring again to FIG. 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 diffused 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 Equation 3 below is satisfied, the energy density of the second diffused light 22 projected from the second diffused 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, uniform energy density

The size of, that is, the constant, can be specified by the designer of LiDAR to the desired size,

Is obtained by measuring the energy density of the first diffused light 21 projected from the first diffused 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

,

Definition of the relationship (for example,

) if,

To

It can be expressed as an expression of a function by In other words,

When this is a specific value,

And

It can be calculated whether the energy density projected through the second diffusion lens 130 is uniform after having a value.

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 are designed in the second diffusion lens 130 according to an embodiment of the present invention.

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. 4, determined through Equation 3

,

Based on Equation 4 applying Snell's law to the relationship of, the angle of the incident surface normal to the optical axis of the second diffusion lens 130 (

) And the angle of the projection plane normal to the optical axis (

) Can be calculated to project the second diffused light 22 having a uniform energy density.

(

은 제2 확산 렌즈(130) 외부의 굴절률,

는 제2 확산 렌즈(130) 내부의 굴절률)(

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

Is the refractive index inside 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 in Equation 4,

When the range of (first angle range) is 90 degrees or more and 130 or less,

The range (the second angular range) can be designed to be between 160 degrees and less than 190 degrees, allowing the lidar 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 diffusing lens 130 has an incident surface concave toward the direction in which light is incident on the optical axis, a projection surface convexly formed toward the direction in which light is projected through the optical axis, and a connection connecting the incident surface and the projection surface. When the first diffused light 21 including a surface is incident on the incident surface, the second diffused light 22 may be projected from a point of the optical axis on the projection surface to a direction within a 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. In addition, the laser light emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention includes an embodiment including the laser module 110 and the second diffusion lens 130 without the first diffusion lens 120. I can. Accordingly, by refracting and diffusing the point laser projected by the laser module 110 only with the second diffusion lens 130 to make a line laser, at the same time, the intensity of the line laser projected based on Equations 3 and 4 An incident surface or a projection surface of the second diffusion lens 130 may be formed 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 with multi-channels for a region 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 diagram for explaining that a plurality of laser beams 10 are projected with an angle at a predetermined interval when a multi-channel is used for 3D space 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 may 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 may be projected so as to differ by 5 degrees from each other at a virtual point. Meanwhile, in the drawings, the laser module 110 is shown as having a plurality of laser diodes 111 and a plurality of convex lenses 112, but this is only an example and is not limited thereto, and the laser module 110 is 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. At this time, when the laser beam 10 is projected so as to be 5 degrees apart from each other at a virtual point, a wider range of 3D space can be recognized than when the laser beam 10 is projected in parallel. As shown in part b of FIG. 5, a point where the plurality of laser beams 10 overlap occurs. In this case, when the lidar recognizes the laser beam 10, the space may be distorted and recognized.

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. FIG. 6 is an exemplary diagram for explaining an exemplary embodiment in which a large space is recognized while distorting the space so that a plurality of laser beams 10 are generated using multi-channels for 3D space recognition .

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 may project a plurality of laser beams 10 extending parallel to the optical axis in a region perpendicular to the optical axis. Meanwhile, in the drawings, the laser module 110 is shown as having a plurality of laser diodes 111 and a plurality of convex lenses 112, but this is only an example and is not limited thereto, and the laser module 110 is 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 lights 21 when the plurality of laser beams 10 are incident parallel to the optical axis. At this time, the first diffusion lens 120 may be configured as a plurality of lenses or a single lens having a large size, but is not limited to any one.

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 the plurality of first diffusion lights 21 are incident, the plurality of second diffusion lights 22 ) Can be projected. Through this, while recognizing a wide-angle 2D space, it is possible to recognize a 3D space through a multi-channel configuration.

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. In this case, the angle of the incident surface and the angle of the projection surface of the second diffusion lens 130 may be formed so that the plurality of second diffusion lights 22 incident parallel to the optical axis are refracted and projected at a predetermined angle from the optical axis. .

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. Referring to the enlarged portion of FIG. 6, in order to project a plurality of parallelly incident laser beams 10 at a predetermined angle (eg, 1 degree or more and less than 90 degrees) to be projected, the second diffusion lens 130 It can be formed by adjusting the angle of the projection surface of the second diffusing lens 130 through Equation 5 below while forming the incident surface of the second diffusion lens 130 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)(

Is a refractive index inside the second diffusion lens 130,

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

Is the angle at which the normal of the projection surface of the second diffusion lens 130 has with respect to the optical axis, and x is the angle at which the laser incident on 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 projection surface of the second diffusion lens 130 may be formed perpendicular to the optical axis, and the angle of the incident surface of the second diffusion lens 130 may be adjusted through Equation 6 below.

(

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)(

Is a refractive index inside the second diffusion lens 130,

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

Is the angle at which the normal of the incident surface of the second diffusion lens 130 has with respect to the optical axis, x is the angle at which the laser incident on the second diffusion lens 130 is refracted)

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 that are projected in parallel are projected while projecting the second diffusion lens 130 while generating a predetermined angle between them, the lidar is Make the space aware. In addition, a region where the laser beam 10 or the second diffused light 22 overlap does not occur, so that the lidar distorts the space and does not recognize it.

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.Meanwhile, the incident surface and the projection surface of the second diffusion lens 130 mentioned in FIGS. 1 to 4 are the incident surface of the second diffusion lens 130 described based on a two-dimensional space (x, y axis plane). It refers to a projection surface, and the incident surface and the projection surface of the second diffusion lens 130 mentioned in FIG. 6 are the two-dimensional spaces (x, y-axis planes) mentioned in FIGS. 1 to 4 into a three-dimensional space. It refers to the angle of the incident surface and the angle of the projection surface as viewed from the z-axis to be created (refer to the enlarged photo of FIG. 6). Accordingly, an area perpendicular to the optical axis (area to which a plurality of laser beams are projected) mentioned in the embodiment of FIG. 6 refers to an area 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. In addition, the laser light emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention includes a laser module 110 and a second diffusion lens 130 according to the embodiment of FIG. 6 without the first diffusion lens 120. It may include an embodiment including. Accordingly, only the second diffusion lens 130 refracts and diffuses a plurality of point lasers projected in parallel by the laser module 110 to form a plurality of line lasers, while simultaneously projecting based on Equation 5 or Equation 6 The incident surface or projection surface of the second diffusion lens 130 may be formed so that the line laser is refracted to have a predetermined angle with respect to the optical axis and is projected.

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 an exemplary configuration diagram of a laser light emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, it is possible to confirm the arrangement of the laser module 110, the first diffusion lens 120 and the second diffusion lens 130 of the laser light emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention. 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. 8 is an exemplary view of using the laser light emitting device 100 for a lidar according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the 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 applied to the object. When this is projected, the LIDAR camera captures the projected pattern, and the distance and space can be determined through pattern analysis.

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 an embodiment of the present invention, when the lidar recognizes a two-dimensional or three-dimensional space, the laser beam 10 moving toward a point is refracted at a wide angle to detect a wide range of space without mechanical movement. Make it possible.

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.In addition, the second diffused light 22 projected through the second diffuser lens 130 of the lidar has a uniform energy density for all projection angles, so that the distance to all projection angles within the lidar recognition distance is clearly measured. Make it possible.

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 lidar uses a multi-channel to recognize a three-dimensional space, the laser beam 10 or the first diffused light 21 is projected from the second diffused lens 130 at a predetermined angle to each other. By making it projected, the lidar does not distort the space while recognizing a larger space.

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 achieves the miniaturization of the lidar by excluding the mechanical configuration that rotates the lidar, and at the same time allows a wide range to be recognized even with a small number of laser modules 110, thereby significantly reducing manufacturing cost. I can make it.

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.As such, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. .

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 diffused light
22: second diffused light
100: laser light emitting device for lidar
110: laser module
111: laser diode
112: convex lens
120: first diffusion lens
130: second diffusion lens

Claims

In the diffusion lens,
An incidence surface that is parallel to and diffuses with a two-dimensional plane including an optical axis, a plurality of lasers are incident, and is concavely formed on the optical axis toward a direction in which the laser advances;
A projection surface formed convexly toward the direction in which the plurality of lasers are projected and the lasers travel on the optical axis;
And a connection surface connecting the incident surface and the projection surface,
The incident surface, the projection surface, and the connection surface have a height extending in a direction of a z axis perpendicular to a two-dimensional plane including the optical axis,
The incident surface extending in the direction of the z-axis perpendicular to the two-dimensional plane including the optical axis is formed perpendicular to the optical axis,
The angle of the projection surface at a point where each of the plurality of lasers passes the projection surface is, the angle of each of the plurality of lasers with respect to the two-dimensional plane is x degrees (x is an angle of 0.1 degrees or more and less than 90 degrees) Based on Equation 1 below so as to be projected openly, the angle formed by the normal of the projection surface of the one point with respect to the optical axis is

Is formed to have
The projection surface extending in the direction of the vertical axis is calculated based on Equation 1 below with respect to the optical axis by a normal line of each point of the projection surface through which the plurality of lasers pass.

Each point has a shape connected to each other while forming an angle,
[Equation 1]

,

=

,

=

(

Is the refractive index inside the diffusion lens,

Is the refractive index outside the diffusion lens,

Is the angle that the normal of the projection surface of the one point has with respect to the optical axis,

Is an angle at which the normal of the projection surface of the one point has with respect to the optical axis, x is an angle at which the diffused light is refracted with respect to the optical axis, and is a value of 0.1 degrees or more and less than 90 degrees,

Is the angle that the normal of the projection surface at the one point has with respect to the diffused light)
Diffuse lens.

delete

The method of claim 1,
[Equation 2]

(

Is at one point on the optical axis

A laser heading toward the incident surface at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Passes through the lens and is refracted at a point on the optical axis.

Laser heading at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Is projected from inside the lens and at a point on the optical axis.

Laser heading at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Of the diffusion angle,

The laser(

) Of the diffusion angle,

Silver laser(

) Of the diffusion angle)
When a laser is incident on the incident surface, based on Equation 2, the energy density is changed by refraction until the laser enters the incident surface and transmits the projection surface.

Remind to bring a constant value

So that it is constant, the

Measured in 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 according to the energy density of,
Diffuse lens.

The method of claim 3,
The energy density of the laser projected through the projection surface through Equation 3 below, which is the degree to which the energy density changes when the laser passes through the incident surface and the projection surface (

) To be constant

,

The relationship of the
remind

,

The angle of the incident surface with respect to the optical axis is based on Equation 4 below, which represents the relationship of and the relationship between the incident angle to the lens and the projection angle.

And the angle of the projection surface with respect to the optical axis is

Formed to have,
[Equation 3]

(

Is at one point on the optical axis

A laser heading toward the incident surface at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Passes through the lens and is refracted at a point on the optical axis.

Laser heading at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Is projected from the projection plane and at a point in the optical axis

Laser heading at an angle (

) Of energy density,

The laser(

) Of the diffusion angle,

The laser(

) Of the diffusion angle,

Silver laser(

) Of the diffusion angle)
[Equation 4]

(

Is the refractive index outside the diffusion lens,

Is the refractive index of the diffusion lens)
Diffuse lens.

A laser module for projecting a laser beam; And
Including the diffusion lens of claim 1 for projecting the laser beam by incident,
Laser light emitting device for lidar.