KR102458341B1 - 수광렌즈 모듈 및 라이다 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수광렌즈 모듈 및 라이다에 관한 것이다. 일 측면에 따른 수광렌즈 모듈은, 피조사 영역에서 반사된 광이 입사되며, 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함하는 광수신 렌즈; 및 상기 광수신 렌즈를 커버하도록 상기 광수신 렌즈의 상측에 배치되는 커버를 포함하며, 상기 커버 중 상기 광수신 렌즈와 마주하는 영역에는, 투명 재질로 형성되어 상기 피조사 영역에서 반사된 광이 통과하도록 광수신 글래스가 배치되고, 상기 광수신 글래스의 단면은 입사된 광의 경로가 변경되도록 곡면을 포함한다.

Description

수광렌즈 모듈 및 라이다{Receiving lens module LiDAR}
본 실시예는 수광렌즈 모듈 및 라이다에 관한 것이다.
라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)는 광을 목표물을 향하여 조사하고 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있다.
라이다는 기상 관측이나 거리 측정 등의 용도를 위해 활용되다가, 최근에는 자율 주행 및 무인 발렛 파킹을 위하여 연구되고 있다.
라이다는, 광을 물체에 조사하는 광출력 모듈, 물체로부터 반사되어 입사되는 광을 감지하는 광수신 모듈을 포함한다. 상기 광수신 모듈에는, 입사되는 광을 수신하기 위한 수광렌즈 모듈이 포함될 수 있다. 그런데, 종래의 광수신 모듈에서는 렌즈의 형상에 따라 화각이 고정되는 문제가 있다. 또한, 제품의 제한된 사이즈로 인해 수광렌즈 모듈에 구비되는 광학면의 수가 한정되므로, 수광 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 외부 환경으로부터 렌즈면을 보호하고, 광각의 각도에서 수광 효율을 증가시킬 수 있는 수광렌즈 모듈 및 라이다를 제공하는 것에 있다.
본 실시예에 따른 수광렌즈 모듈은, 피조사 영역에서 반사된 광이 입사되며, 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함하는 광수신 렌즈; 및 상기 광수신 렌즈를 커버하도록 상기 광수신 렌즈의 상측에 배치되는 커버를 포함하며, 상기 커버 중 상기 광수신 렌즈와 마주하는 영역에는, 투명 재질로 형성되어 상기 피조사 영역에서 반사된 광이 통과하도록 광수신 글래스가 배치되고, 상기 광수신 글래스의 단면은 입사된 광의 경로가 변경되도록 곡면을 포함한다.
본 실시예에 따른 라이다는, 케이스; 상기 케이스에 배치되며, 피조사 영역으로 조사되는 광을 통과시키는 광출력 렌즈; 상기 광출력 모듈과 이격되도록 상기 케이스에 배치되며, 상기 피조사 영역에서 반사되는 광을 집광하는 광수신 렌즈; 상기 광수신 렌즈의 하측에 배치되는 수광센서; 및 상기 케이스의 상측에 배치되어, 상기 광출력 렌즈 및 상기 광수신 렌즈를 커버하는 커버를 포함하며, 상기 커버 중 상기 광수신 렌즈와 마주하는 영역에는, 투명 재질로 형성되어 광을 통과시키는 광수신 글래스가 배치되고, 상기 광수신 글래스의 단면은 입사된 광 경로가 변경되도록 곡면을 포함한다.
본 실시예를 통해 광원의 스캐닝(Scanning)이 구현될 수 있는 장점이 있다.
또한, 렌즈 크기 축소에 따라 렌즈 구동 장치의 전장이 축소될 수 있으며, 넓은 화각이 구현 가능하며, X축/Y축의 화각 조절이 가능한 장점이 있다.
또한, 제1홀더부와 제2홀더부는 별도의 구동 유닛을 통해 개별적으로 이동할 수 있으므로, 안정성 측면에서 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다의 사시도.
도 2는 도 1에서 글래스를 제외하고 도시한 라이다의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다의 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다의 단면도.
도 5는 도 1의 A-A'를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 사시도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 단면도.
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 사시도.
도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 단면도.
도 10은 광수신 모듈의 다양한 형태에 따라 집광되는 거리와 각도의 관계를 보인 그래프.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하에서는 본 실시예에 따른 라이다의 구성을 설명한다.
본 실시예에 따른 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging)는, 광을 목표물을 향하여 조사하고 사물까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성 등을 감지할 수 있다.
라이다는 기상 관측이나 거리 측정 등의 용도를 위해 활용될 수 있다. 또한, 라이다는 자율 주행 및 무인 발렛 파킹을 위해 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 라이다는, 광출력 모듈과 광수신 모듈을 포함할 수 있다. 라이다는, 피조사 영역에 광을 조사하는 광출력 모듈을 포함할 수 있다. 라이다는, 광출력 모듈로부터 조사되어 피조사 영역에서 반사되는 광을 감지하는 광수신 모듈을 포함할 수 있다.
광수신 모듈은, 광출력 모듈로부터 조사되어 피조사 영역에서 반사되는 광을 감지할 수 있다. 광수신 모듈은, 기판, 수광 센서, 방열부재, 및 렌즈 구동 장치를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 광수신 모듈에는 피조사 영역에서 반사되는 광을 상기 수광 센서로 전달하기 위한 수광렌즈 모듈을 포함할 수 있다.
광수신 모듈은, 광출력 모듈에서 광원을 수광 센서로 대체하여 제조될 수 있다. 또한, 광수신 모듈에서, 방열부재는 생략될 수 있다. 수광 센서는, 광출력 모듈로부터 조사되어 피조사 영역에서 반사되는 광을 감지할 수 있다. 수광 센서는, 일례로서 적외선 광을 감지할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
광출력 모듈은, 피조사 영역에 광을 조사할 수 있다. 광출력 모듈은, 레이저 다이오드(Laser Diode)를 포함할 수 있다. 광출력 모듈은, 일례로서 적외선 광을 조사할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 수광렌즈 모듈이 포함된 라이다의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다의 사시도 이고, 도 2는 도 1에서 글래스를 제외하고 도시한 라이다의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 라이다의 분해 사시도 이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다(100)는 케이스(10)에 의해 외형이 형성된다. 상기 케이스(10)는 대략 직육면체 형상으로 형성되어, 내부에 상기 라이다(100)의 구동을 전자부품들을 수용하는 공간이 형성된다. 상기 케이스(10)의 상, 하면에는 커버(50) 및 베이스(10a)가 결합될 수 있다. 상기 커버(50) 및 베이스(10a)의 결합에 의해, 상기 케이스(10)의 내부 공간이 외부로부터 차폐될 수 있다. 이와 달리, 상기 커버(50) 및 베이스(10a)는 상기 케이스(10)와 일체로 형성되어, 상기 라이다(100)의 외형이 한몸으로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 케이스(10)의 내부 공간에는 피조사 영역에 광을 조사하는 광출력 모듈(30)과, 상기 피조사 영역에서 반사되는 광을 감지하는 광수신 모듈(20)이 배치된다. 상기 광출력 모듈(30)과 상기 광수신 모듈(20)은 상기 커버(50)에 형성되는 글래스(51, 59)를 통해 광을 상기 케이스(10)의 내, 외부로 조사 또는 수신할 수 있다.
상세히, 상기 광출력 모듈(30)과 상기 광수신 모듈(20)은 상기 케이스(10)의 내부에서 상호 인접하게 배치된다. 상기 광출력 모듈(30)과 상기 광수신 모듈(20) 사이에는 상호 간에 빛이 간섭되는 것을 방지하기 위한 별도의 구획부(11)가 배치될 수 있다. 상기 광출력 모듈(30)과 상기 광수신 모듈(20)은 상기 커버(50)의 글래스(51, 59)에 의해 커버될 수 있다. 상기 글래스(51, 59)는 투명 재질로 형성되어 광이 통과할 수 있다. 보다 상세히, 상기 글래스(21, 31)는, 상기 광출력 모듈(30)의 광 출사방향에 배치되어 상기 광출력 모듈(30)로부터 조사되는 광이 외부로 통과하기 위한 광출력 글래스(59)와, 상기 광수신 모듈(20)의 광 수신 영역과 마주하게 배치되어 상기 피조사 영역에서 반사되는 광이 내부로 통과하기 위한 광수신 글래스(51)를 포함할 수 있다. 상기 광수신 글래스(51)로부터 입사된 광은 후술할 광수신 렌즈(70)로 입사될 수 있다.
상기 광수신 글래스(51)는 상기 광수신 렌즈(70)의 광축을 이루는 방향으로 배치된다. 상기 광수신 글래스(51)는 상기 광수신 렌즈(70)와 함께 본 실시 예의 수광렌즈 모듈을 이루는 구성으로서, 상기 광수신 글래스(51)의 구체적인 형상 및 기능에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 글래스(51, 59)의 재질은 가시광선을 차단하기 위한 투명 플라스틱(Plastic)일 수 있다.
한편, 상기 커버(50)는 곡면 형상을 가질 수 있다. 상기 라이다(100)를 어느 하나의 측면에서 바라보았을 때, 상기 커버(50)는 중앙부가 상방으로 돌출되는 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 커버(50)에 결합되는 상기 글래스(51, 59)도 곡면 형상으로 형성되어, 상기 커버(50)의 타 영역과 일체감을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다의 단면도 이다.
도 2 내지 4을 참조하면, 상기 라이다(100)는 상기 광출력 모듈(30)과 상기 광수신 모듈(20)을 포함한다.
상기 광출력 모듈(30)은, 기판(90), 광원(91) 및 광출력 렌즈(31)를 포함할 수 있다. 다만 본 실시예에 따른 광출력 모듈(30)에서는, 기판(90), 광원(91) 및 광출력 렌즈(31) 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 수 있다.
상기 기판(90)은 상기 광원(91)과 결합될 수 있다. 상기 기판(90)은 상기 광원(92)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 기판(90)은, 상기 광원(91)의 구동을 위해 필요한 전류를 공급할 수 있다. 상기 기판(90)의 상면에는 상기 광원(91) 이 결합될 수 있다. 상기 기판(90)의 상, 하면에는 방열핀(미도시)이 결합수 있다. 상기 기판(90)은, 일례로서 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
상기 광원(91)은, 광출력 렌즈(31)의 하측에 위치할 수 있다. 상기 광원(91)은, 상기 기판(90)에 결합될 수 있다. 상기 광원(91)은, 상기 기판(90)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 광원(91)은, 상기 기판(90)으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 상기 광원(91)은, 레이저 다이오드(Laser Diode)일 수 있다. 상기 광원(91)은, 일례로서 적외선 광을 조사할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않는다.
상기 광출력 렌즈(31)는 상기 기판(90)에 실장된 상기 광원(91)과 오버랩(overlab)되도록 배치될 수 있다. 이와 같은 구조를 통해, 상기 광원(91)에서 출사된 광은 상기 광출력 렌즈(31)을 통과해 외부로 출사될 수 있다. 상기 광출력 렌즈(31)은, 상기 광원(91)으로부터 출사되는 광의 적어도 일부의 경로를 변경시킬 수 있다. 상기 광출력 렌즈(31)는, 복수의 렌즈 및 복수의 렌즈를 고정하는 배럴(32)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 광출력 렌즈(31)는 총 6매의 렌즈로 구성될 수 있다.
복수의 렌즈로 구성되는 상기 광출력 렌즈(31)는 적어도 하나의 렌즈가 액츄에이터(미도시)와 결합될 수 있다. 상기 액츄에이터는 상기 광출력 렌즈(31)를 이동시켜, 상기 광출력 렌즈(31)의 화각(FOV, field of view)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 광출력 렌즈(31)의 화각은, 상기 액츄에이터가 상기 광출력 렌즈(31)의 적어도 일부를 이동시킴에 따라 확보될 수 있다. 일 예로, 상기 광출력 렌즈(31)의 화각은 135도 내지 145도 일 수 있다.
상기 액츄에이터는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)일 수 있다. 상기 액츄에이터는 전자기적 상호 작용을 통해 상기 액츄에이터에 결합된 상기 광출력 렌즈(31)를 이동시킬 수 있다.
상기 광출력 렌즈(31)는 광수신 렌즈(70) 보다 상대적으로 상측에 배치될 수 있다. 보다 상세히, 상기 광출력 렌즈(31)의 상면의 높이는 상기 광수신 렌즈(70)의 상면의 높이 보다 상대적으로 높을 수 있다. 상기 라이다(100)에서 상기 커버(70)를 분리 시, 외부에 노출되는 상기 광출력 렌즈(31)의 상면은, 외부에 노출되는 상기 광수신 렌즈(70)의 상면 보다 높게 위치할 수 있다. 이로 인해, 상기 광출력 렌즈(31)과 상기 광수신 렌즈(70)의 발광 또는 수광에 있어 광이 상호 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 케이스(10)의 상면에는 상기 광출력 렌즈(31) 및 배럴(32)이 안착되는 안착부(15)가 구비될 수 있다. 상기 안착부(15)는 측벽에 의해 타 영역과 구획되는 홈 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 안착부(15)에는 홀(16)이 형성되어, 상기 광원(91)으로부터 조사되는 광이 통과할 수 있다.
도 5는 도 1의 A-A'를 도시한 단면도 이다.
도 1 내지 5를 참조하면, 상기 광수신 모듈(20)은 광수신 렌즈(70)를 포함할 수 있다. 상기 광수신 렌즈(70)는 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 상세히, 상기 광수신 렌즈(70)는 제1렌즈(71)와, 상기 제1렌즈(71)의 하측에 위치하는 제2렌즈(75)를 포함할 수 있다.
상기 광수신 렌즈(70)는, 상기 광수신 글래스(51)의 하측에 배치된다. 상기 케이스(10)의 상면에는 상기 광수신 렌즈(70)가 수용되기 위한 렌즈 수용홈(13)이 형성된다. 상기 렌즈 수용홈(13)은 상기 케이스(10)의 상면으로부터 하방으로 함몰 형성되어 상기 광수신 렌즈(70)를 수용한다. 상기 렌즈 수용홈(13)의 단면적은 상기 광수신 렌즈(70)의 단면적에 대응되도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 렌즈 수용홈(13)에는 홀(14)이 형성되어, 상기 광수신 렌즈(70)를 통과한 광이 상기 케이스(10)의 내부로 전달될 수 있다.
상기 광수신 렌즈(70)는 광수신 기판(92)의 상측에 배치될 수 있다. 상기 광수신 렌즈(70) 중 상대적으로 하측에 배치되는 제2렌즈(75)는 상기 광수신 기판(95)과 전기적으로 연결되어, 상기 광수신 렌즈(70)로부터 입사된 광을 통한 신호가 상기 광수신 기판(95)에 입력될 수 있다. 상기 광수신 기판(95)에는 수광센서(미도시)가 배치되어, 상기 광수신 렌즈(70)로부터 전달되는 광 신호를 전기적인 신호로 변환할 수 있다.
상기 광수신 렌즈(70) 중 상대적으로 상측에 배치되는 제1렌즈(71)는 중심부가 상방으로 돌출되는 곡면 형상일 수 있다. 따라서, 피조사 영역에서 반사된 광이 상기 제1렌즈(71)로 용이하게 입사될 수 있다. 그리고, 상기 제2렌즈(75)는 집광 렌즈일 수 있다. 또한, 상기 광수신 렌즈(70)의 상면은 광출력 렌즈(31)의 상면에 비하여 상대적으로 하측에 배치될 수 있다. 즉, 외부로 노출되는 상기 광수신 렌즈(70) 영역은 상하 방향길이가 상기 광출력 렌즈(31) 보다 낮게 형성된다. 이로 인해, 상기 피조사 영역에서부터 반사된 광은 상기 광출력 모듈(30)이 아닌 상기 광수신 모듈(20)로 용이하게 입사될 수 있다.
상기 광수신 기판(95) 및 상기 광출력 모듈(30)의 하측에는 별도의 기판(미도시)이 추가적으로 배치될 수 있다. 상기 별도의 기판(16, 18)은, 상기 광출력 모듈(30)과 상기 광수신 모듈(20)의 제어 명령을 입력하기 위한 제어기판과, 상기 제어기판의 상측에 배치되어 상기 광출력 모듈(30)과 상기 광수신 모듈(20)로 전원을 제공하기 위한 전원기판을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 별도의 기판들은 상기 라이다(100)의 구동에 필요한 제어명령을 전달하거나, 상기 각 모듈(20, 30)로 전원을 제공할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 수광렌즈 모듈에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 사시도 이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 단면도 이다.
도 6 및 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 라이다(100)에는, 피조사 영역에서 반사되는 광을 상기 수광센서로 전달하기 위한 수광렌즈 모듈을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 수광렌즈 모듈은, 광수신 렌즈(70)와, 상기 광수신 렌즈(70)의 상측에 배치되는 광수신 글래스(51)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 광수신 글래스(51)는 상기 광수신 렌즈(70)의 상측에 배치되는 상기 커버(50)에 구비될 수 있다. 즉, 상기 광수신 글래스(51)는 상기 광수신 렌즈(70)의 상면을 커버하여, 외부로부터 상기 광수신 렌즈(70)를 보호할 수 있다.
상기 광수신 렌즈(70) 중 상기 제1렌즈(71)는 제1렌즈면(72)과 제2렌즈면(73)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1렌즈면(72)은 광원(또는 피사체) 방향으로 볼록한 형상을 구비하고, 상기 제2렌즈면(73)은 상기 수광센서가 배치된 광수신 기판(95) 방향으로 오목한 형상 또는 광원(또는 피사체) 방향으로 볼록한 형상을 구비할 수 있다.
상기 제1렌즈면(72)은 피조사체로부터 반사되는 빛을 받아들인다. 그리고, 상기 제2렌즈면(73)은 상기 제1렌즈면(72)으로부터 받아들인 빛의 광 경로를 변경시켜 외부로 내보낼 수 있다.
여기서, 상기 제1렌즈면(72)은 반구 형상을 가질 수 있다. 상기 제1렌즈면(72)의 형상인 반구 형상을 보다 구체적으로 설명하면, 상기 광수신 렌즈(70)의 광축(optic axis)을 포함하는 단면들과 제1렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나 이상의 선분은 일정한 곡률을 가질 수 있다.
여기서, 광축은 굴절을 일으키지 않는 빛의 경로일 수 있고, 다른 표현으로는 광수신 모듈(20)을 회전시켜도 광학적으로 차이가 나지 않는 축을 의미할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 상기 광수신 렌즈(70)는 양(+)의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제2렌즈(75)는 상기 제1렌즈(71)의 하측에 배치된다. 보다 구체적으로, 상기 제2렌즈(75)는 상기 제2렌즈면(73)과 마주하도록 배치될 수 있다. 이 때, 상기 제1렌즈(71)의 제2렌즈면(73)과 상기 제2렌즈(75)의 제3렌즈면(76) 사이는 상호 이격될 수 있다. 이로 인해, 상기 제2렌즈면(73)과 상기 제3렌즈면(76) 사이에는 공간부(G)가 형성될 수 있다. 상기 공간부(G)에는 상기 제1렌즈(71)와 상기 제2렌즈(75)가 반경 방향으로 상호 마주하는 전 영역에서 균일한 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 공간부(G)에는 별도의 물질이 수용될 수 있다. 일 예로, 상기 별도의 물질로는 파장대의 투과율이 60% 이상인 유리 또는 플라스틱이 포함될 수 있다.
상기 제1렌즈(71) 중 상기 제2렌즈면(73)의 오목한 형상에 의해 상기 제1렌즈(71)의 하측에는 홈이 형성될 수 있고, 상기 홈에 상기 제2렌즈(75)가 수용된다. 이 때, 상기 제1렌즈(71)의 외면 중 상기 제1렌즈면(72)과 상기 제2렌즈면(73)을 연결하는 제1연결면(74)과, 제4렌즈면(77)은 동일 평면을 형성할 수 있다.
상기 제2렌즈(230)는 제3렌즈면(76)과 제4렌즈면(77)을 포함할 수 있다. 상기 제3렌즈면(76)은 광원(또는 피사체) 방향으로 볼록한 형상을 구비하고, 상기 제4렌즈면(77)은 평면으로 형성될 수 있다.
상기 제3렌즈면(76)은 상기 제렌즈면(73)과 마주하여 빛을 받아들인다. 그리고, 상기 제4렌즈면(77)은 상기 제3렌즈면(76)으로부터 받아들인 빛의 광경로를 변경시켜 외부로 내보낼 수 있다.
상기 제3렌즈면(76)은 반구 형상을 가질 수 있다. 상기 제3렌즈면(76)의 형상인 반구 형상을 보다 구체적으로 설명하면, 상기 수광렌즈 모듈의 광축(optic axis)을 포함하는 단면들과 제1렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나 이상의 선분은 일정한 곡률을 가질 수 있다.
상기 광수신 글래스(51)는 상기 수광렌즈 모듈의 집광 성능을 향상시키기 위한 것으로, 상기 수광렌즈 모듈의 최외곽 면으로서 이해된다. 상기 광수신 글래스(51)는 빛의 굴절을 일으켜, 입사된 광의 경로가 변하는 영역을 가질 수 있다. 상세히, 상기 광수신 글래스(51)는 상기 제1렌즈(71) 또는 상기 제2렌즈(72)로 빛을 균일하게 집광시킬 수 있다. 일 예로, 상기 광수신 글래스(51)는 상기 제1렌즈(71)의 상기 제1렌즈면(72)으로 빛을 균일하게 집광시킨다.
상기 광수신 글래스(51)는 제5렌즈면(52)과, 상기 제5렌즈면(52)의 하측에 배치되며 상기 제1렌즈면(72)과 마주하는 제6렌즈면(53)을 포함할 수 있다. 상기 제5렌즈면(52)과 상기 제6렌즈면(53)은 제2연결면(54)을 통해 단부측 영역이 연결될 수 있다. 상기 제2연결면(54)은 상기 제1연결면(74) 및 제4렌즈면(77)과 동일 평면을 형성할 수 있다.
상기 광수신 글래스(51)는 빛을 상기 제1렌즈면(72)에 균일하게 집광시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 광수신 글래스(51)는 전 영역에서 빛을 서로 상이한 각도로 굴절시키는 굴절 영역을 가질 수 있다. 보다 상세히, 상기 광수신 글래스(51)를 측면에서 바라볼 때, 상기 광수신 글래스(51)는 상기 제5렌즈면(52)과 상기 제6렌즈면(53)의 상, 하 방향 또는 반경방향으로 마주하는 직선 거리가 서로 다른 구간을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 광수신 글래스(51)는 중심에 가까울수록 상기 제5렌즈면(52)의 하면과 상기 제6렌즈면(53)의 상면 사이 상하 방향 또는 반경 방향 길이가 가까울 수 있다. 다르게 말하면, 상기 광수신 글래스(51)는 중심에서부터 멀어질수록 상기 제5렌즈면(52)의 하면과 상기 제6렌즈면(53)의 상면 사이 상하 방향 또는 반경 방향 길이가 멀어질 수 있다.
다르게 설명하면, 상기 광수신 글래스(51)의 두께는 균일하지 않을 수 있다. 상기 제5렌즈면(52)과 상기 제6렌즈면(53)의 반경 방향거리를 상기 광수신 글래스(51)의 두께라 할 때, 상기 광수신 글래스(51)의 두께는 중심에 가까울수록 상대적으로 얇게 형성되고, 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 두께가 두껍게 형성될 수 있다.
한편, 상기 광출력 글래스(59)도 마찬가지로 상기 광원(91)으로부터 조사되는 광이 상대적으로 상기 광출력 글래스(59)의 중심에 집중하여 피사체에 조사되도록 형상을 변경하는 것이 고려될 수 있다.
이로 인해, 피사체에서 반사되는 광이 상기 광수신 글래스(51)를 통해 내부로 입사되면, 상기 제1렌즈(71)의 제1렌즈면(72)에 균일하게 집광될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 사시도 이고, 도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 수광렌즈 모듈의 단면도 이다.
본 실시예는 다른 부분에 있어서는 제1실시 예와 동일하고, 다만 광수신 글래스의 형상에 있어서 차이가 있다. 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하고, 나머지 부분에 있어서는 제1실시 예를 원용하기로 한다.
도 7 및 8을 참조하면, 제1렌즈(71)의 상측에 배치되는 광수신 글래스(151)는 제5렌즈면(152)과, 상기 제5렌즈면(152)의 하측에 배치되는 제6렌즈면(153)을 포함할 수 있다. 상기 제5렌즈면(152)과 상기 제6렌즈면(153)은 제2연결면(154)을 통해 단부측 영역이 상호 연결될 수 있다. 상기 제2연결면(154)은 제1연결면(74) 및 제4렌즈면(77)과 동일 평면을 형성할 수 있다.
상기 광수신 글래스(151)는 피조사 영역으로부터 반사되는 빛을 상기 제1렌즈면(72) 중 광축과 교차하는 면인 중심에 가깝게 가깝게 집광시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 광수신 글래스(151)는 전 영역에서 빛을 서로 상이한 각도로 굴절시키는 굴절 영역을 가질 수 있다. 보다 상세히, 상기 광수신 글래스(151)를 측면에서 바라볼 때, 상기 광수신 글래스(151)는 제5렌즈면(152)과 제6렌즈면(153)의 상, 하 방향으로 마주하는 직선 거리가 전 영역에서 균일하게 형성된다. 이는 상기 제5렌즈면(152)과 상기 제6렌즈면(153)의 반경 방향으로 마주하는 거리가 균일하게 형성되는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 설명하면, 상기 광수신 글래스(151)의 두께는 균일하게 형성될 수 있다. 상기 제5렌즈면(152)과 상기 제6렌즈면(153)의 반경 방향 거리를 상기 광수신 글래스(151)의 두께라 할 때, 상기 광수신 글래스(151)의 두께는 전 영역에서 균일하게 형성될 수 있다.
이로 인해, 피사체에서 반사되는 광이 상기 광수신 글래스(151)를 통해 내부로 입사되면, 상기 제1렌즈(71)의 제1렌즈면(72) 중 상대적으로 중심에 집중되도록 광이 집광될 수 있다.
이를 제1실시 예의 광수신 글래스(51)와 비교하여 설명하면, 상대적으로 피사체가 라이다(100)의 직선 방향에 위치하는 빈도가 높을 경우, 제2실시 예에 따른 광수신 글래스(151)를 통해 피사체로부터 반사되는 광을 수광하게 된다. 이로 인해, 집광되는 광이 상대적으로 상기 광수신 렌즈(70)의 중심에 집중되도록 하여, 보다 높은 광량을 획득할 수 있다.
이와 달리, 상대적으로 피사체가 라이다(100)에 보다 다양한 각도로 위치하는 빈도가 높을 경우 제1실시 예에 따른 광수신 글래스(51)를 통해 피사체로부터 반사되는 광을 수광하게 된다. 이로 인해, 집광되는 광이 상기 광수신 렌즈(70)에 균일하게 집광되도록 하여 광수신 효율을 높일 수 있다.
도 10은 광수신 모듈의 다양한 형태에 따라 집광되는 거리와 각도의 관계를 보인 그래프이다.
먼저, 기준 그래프(Ref)인 청색 그래프는 광수신 렌즈(70)만을 구비한 경우로서, 광수신 글래스(51, 151)가 배치되지 않은 때의 그래프이다.
제1실시 예에 따른 광수신 글래스(51)를 광수신 렌즈(70)의 상측에 배치한 때의 그래프는 4번 그래프(하늘색 그래프)이다. 4번 그래프를 검토하면, 기준 그래프에 비해 상대적으로 넓은 각도에서 먼 거리의 광을 집광할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
제2실시 예에 따른 광수신 글래스(151)를 광수신 렌즈(70)의 상측에 배치한 때의 그래프는 1번(적색), 2번(녹색), 3번(보라색) 그래프이다. 상기 1 내지 3그래프를 검토하면, 기준 그래프에 비해 상대적으로 먼 거리의 광을 집광할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 그리고 상기 1 내지 3그래프를 상기 4번 그래프와 비교하면, 상기 제1실시 예에 따른 광수신 글래스(51)를 사용할 때 보다 상대적으로 좁은 각도에서 먼 거리의 광을 집광할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 수광렌즈 모듈 및 라이다는, 광수신 렌즈를 커버하는 광수신 글래스를 배치함으로써, 외부의 다양한 환경으로부터 광수신 렌즈를 보호할 수 있는 장점이 있다.
또한, 광수신 글래스는 광각의 각도에서 입사되는 광의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 이는, 광수신 글래스가 빛을 굴절시켜 광수신 렌즈로 집광시킴으로써 입사 효율을 증가시키는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 별도의 렌즈를 사용하지 않고, 광수신 렌즈를 커버하는 광수신 글래스를 통해 빛을 집광하므로, 부품수가 줄어들어 제조 단가가 저렴해지는 장점이 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 피조사 영역에서 반사된 광이 입사되며, 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함하는 광수신 렌즈; 및
    상기 광수신 렌즈를 커버하도록 상기 광수신 렌즈의 상측에 배치되는 커버를 포함하며,
    상기 커버 중 상기 광수신 렌즈와 마주하는 영역에는, 투명 재질로 형성되어 상기 피조사 영역에서 반사된 광이 통과하도록 광수신 글래스가 배치되고,
    상기 광수신 글래스의 단면은 입사된 광의 경로가 변경되도록 곡면을 포함하고,
    상기 광수신 렌즈는,
    외부로부터 빛을 받아들이는 제1렌즈면과, 상기 제1렌즈면으로부터 받아들인 빛의 광 경로를 변경시켜 외부로 내보내는 제2렌즈면을 포함하는 제1렌즈; 및
    상기 제1렌즈의 하측에 배치되며, 상기 제2렌즈면과 마주하여 빛을 받아들이는 제3렌즈면과, 상기 제3렌즈면으로부터 받아들인 빛의 광경로를 변경시켜 외부로 내보내는 제4렌즈면을 포함하는 제2렌즈를 포함하고,
    상기 제1렌즈는 상기 제1렌즈면과 상기 제2렌즈면을 연결하는 제1연결면을 포함하고,
    상기 광수신 글래스는 외부로부터 빛을 받아들이는 제5렌즈면과, 상기 제5렌즈면의 하측에 배치되며 상기 제1렌즈면과 마주하는 제6렌즈면과, 상기 제5렌즈면과 상기 제6렌즈면을 연결하는 제2연결면을 포함하고,
    상기 제2연결면은 상기 제1연결면 및 상기 제4렌즈면과 동일 평면을 형성하는 수광렌즈 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광수신 렌즈는 양의 굴절력을 가지는 수광렌즈 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈면과 상기 제3렌즈면 사이에는 공간부가 형성되고,
    상기 공간부에는 유리 또는 플라스틱이 배치되는 수광렌즈 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광수신 글래스는, 상기 제5렌즈면과 상기 제6렌즈면이 반경 방향으로 마주하는 직선 거리가 서로 상이한 영역을 가지는 수광렌즈 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제5렌즈면과 상기 제6렌즈면은, 상기 광수신 글래스의 중심에 가까울수록 반경 방향으로 직선거리가 서로 가깝게 형성되는 수광렌즈 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광수신 글래스는, 상기 제5렌즈면과 상기 제6렌즈면이 반경 방향으로 마주하는 직선 거리가 균일하게 형성되는 수광렌즈 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광수신 글래스의 두께는 균일하게 형성되는 수광렌즈 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광수신 글래스의 두께는 중심에 가까울수록 상대적으로 얇게 형성되는 수광렌즈 모듈.
  9. 케이스;
    상기 케이스에 배치되며, 피조사 영역으로 조사되는 광을 통과시키는 광출력 렌즈;
    상기 광출력 렌즈과 이격되도록 상기 케이스에 배치되며, 상기 피조사 영역에서 반사되는 광을 집광하는 광수신 렌즈;
    상기 광수신 렌즈의 하측에 배치되는 수광센서; 및
    상기 케이스의 상측에 배치되어, 상기 광출력 렌즈 및 상기 광수신 렌즈를 커버하는 커버를 포함하며,
    상기 커버 중 상기 광수신 렌즈와 마주하는 영역에는, 투명 재질로 형성되어 광을 통과시키는 광수신 글래스가 배치되고,
    상기 광수신 글래스의 단면은 입사된 광의 경로가 변경되도록 곡면을 포함하고,
    상기 광수신 렌즈는,
    외부로부터 빛을 받아들이는 제1렌즈면과, 상기 제1렌즈면으로부터 받아들인 빛의 광 경로를 변경시켜 외부로 내보내는 제2렌즈면을 포함하는 제1렌즈; 및
    상기 제1렌즈의 하측에 배치되며, 상기 제2렌즈면과 마주하여 빛을 받아들이는 제3렌즈면과, 상기 제3렌즈면으로부터 받아들인 빛의 광경로를 변경시켜 외부로 내보내는 제4렌즈면을 포함하는 제2렌즈를 포함하고,
    상기 제1렌즈는 상기 제1렌즈면과 상기 제2렌즈면을 연결하는 제1연결면을 포함하고,
    상기 광수신 글래스는 외부로부터 빛을 받아들이는 제5렌즈면과, 상기 제5렌즈면의 하측에 배치되며 상기 제1렌즈면과 마주하는 제6렌즈면과, 상기 제5렌즈면과 상기 제6렌즈면을 연결하는 제2연결면을 포함하고,
    상기 제2연결면은 상기 제1연결면 및 상기 제4렌즈면과 동일 평면을 형성하는 라이다(LiDAR, Light Detection And Ranging).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광출력 렌즈의 상면은 상대적으로 상기 광수신 렌즈의 상면 보다 높게 배치되는 라이다.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 광출력 렌즈와 상기 광수신 렌즈의 사이에는, 빛이 간섭되는 것을 방지하기 위한 구획부가 배치되는 라이다.


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