KR102668469B1 - 라이다용 렌즈 시스템 - Google Patents

라이다용 렌즈 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102668469B1
KR102668469B1 KR1020210083074A KR20210083074A KR102668469B1 KR 102668469 B1 KR102668469 B1 KR 102668469B1 KR 1020210083074 A KR1020210083074 A KR 1020210083074A KR 20210083074 A KR20210083074 A KR 20210083074A KR 102668469 B1 KR102668469 B1 KR 102668469B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens
light
lidar
filter unit
unit
Prior art date
Application number
KR1020210083074A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230000670A (ko
Inventor
홍승기
김동근
김인회
김진호
Original Assignee
주식회사 세코닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 세코닉스 filed Critical 주식회사 세코닉스
Priority to KR1020210083074A priority Critical patent/KR102668469B1/ko
Priority to EP21191925.3A priority patent/EP4109128A1/en
Priority to US17/458,857 priority patent/US20220413095A1/en
Priority to CN202111013224.2A priority patent/CN115524681A/zh
Priority to JP2021146138A priority patent/JP7405805B2/ja
Publication of KR20230000670A publication Critical patent/KR20230000670A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102668469B1 publication Critical patent/KR102668469B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/8943D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0087Simple or compound lenses with index gradient
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 라이다용 렌즈 시스템에 관한 것으로, 광원과 이미지 센서 사이에 복수개의 렌즈를 가지는 라이다용 렌즈 시스템에 있어서, 복수개의 렌즈를 포함하여, 광원으로부터 제공된 광을 수렴하는 렌즈부; 및 렌즈부에 조리개와 함께 포함되며, 특정 파장의 광 또는 파장이 특정 대역에 속하는 광을 투과시키는 필터부;를 포함하며, 필터부는, 필터부로 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도 사이가 되도록 렌즈부에서 렌즈보다 조리개에 더 가까이 인접하여 조리개 전에 배치되는 것을 특징으로 하는 라이다용 렌즈 시스템을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 복수개의 렌즈로 구성된 렌즈부 내부에 입사되는 광의 각도가 최소가 되는 위치에 필터부를 배치하여, 고효율, 고해상도, 고성능의 라이다용 렌즈 시스템을 제공하게 된다.

Description

라이다용 렌즈 시스템{Lens systen for Lidar}
본 발명은 라이다용 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 입사되는 광의 각도를 최소화할 수 있는 위치에 필터부를 위치시켜 고효율, 고성능화를 도모하는 라이다용 렌즈 시스템에 관한 것이다.
라이다(Lidar)의 기능은 레이저를 방출하여 빛이 돌아오기까지 걸리는 시간이나 빛의 강도를 측정해 피사체에 대한 정보, 예컨대 피사체까지의 거리, 피사체의 위치, 방향, 깊이, 속도, 온도, 물질 분포, 농도 등을 획득에 사용되는 것이다.
이러한 라이다는 카메라 센서, 배달용 로봇, 드론, 스크린 도어, 도로교통 시스템 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 특히 자율 주행을 구현하는데 핵심 기술로 평가받고 있다.
자율 주행 차량에 있어서 '눈' 역할을 하는 핵심 부붐은 레이더, 카메라 그리고 라이더이다.
일반적으로 카메라는 렌즈를 통해 주변 물체를 식별하고, 레이더는 전파를 발사해 거리나 속도를 측정하며, 라이다는 레이저를 발사해 주변 환경을 3차원 모형으로 구현하는 것이다. 자율 주행의 정확도만 놓고 보면 라이다가 가장 앞선 기술로, 단순히 장애물 유무뿐 아니라, 원근감과 형태까지 인식할 수 있기 때문이다.
특히 플래쉬 라이다(Flash Lidar)는 레이저 광을 전방에 비추고, 레이저 가까이 위치한 수신기에서 반사된 산란광을 빠른 속도로 포착, 단 하나의 이미지로 전체 장면을 포착하는 방식으로, 최근 많은 연구가 진행되고 있다.
이러한 라이다 시스템은 일반적으로 레이저 광원을 출력하는 레이저 광원부, 입사되는 레이저 광을 수렴시키는 렌즈부, 특정한 파장의 광만 투과시키는 필터부, 이들의 동작을 제어하는 제어부, 피사체로부터 입사되는 광을 검출하여 피사체에 대한 정보를 획득하는 검출부를 포함하고 있다.
상기 렌즈부는 출력된 광을 수차 없이 수렴하도록 적어도 하나 이상의 복수개의 렌즈 시스템으로 이루어지고, 상기 필터부는 이러한 렌즈 시스템에 포함되어 특정한 파장의 광만 투과시키도록 하고 있다.
도 1은 종래의 이러한 렌즈 시스템에 있어서, 필터부에 입사되는 광을 도시한 것으로, 필터부에 입사되는 광의 각도를 θ로 나타내었다.
도 1에 도시한 바와 같이 기존의 필터부는 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이에 위치하여 필터부에 입사되는 광의 각도가 커 투과율 저하로 렌즈 시스템의 효율을 전체적으로 저하시키고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입사되는 광의 각도를 최소화할 수 있는 위치에 필터부를 위치시켜 고효율, 고성능화를 도모하는 라이다용 렌즈 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광원과 이미지 센서 사이에 복수개의 렌즈를 가지는 라이다용 렌즈 시스템에 있어서, 상기 복수개의 렌즈를 포함하여, 상기 광원으로부터 제공된 광을 수렴하는 렌즈부; 및 상기 렌즈부에 조리개와 함께 포함되며, 특정 파장의 광 또는 파장이 특정 대역에 속하는 광을 투과시키는 필터부;를 포함하며, 상기 필터부는, 상기 필터부로 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도 사이가 되도록 상기 렌즈부에서 렌즈보다 상기 조리개에 더 가까이 인접하여 상기 조리개 전에 배치되고, 상기 복수개의 렌즈에서 상기 조리개와 함께 렌즈와 렌즈 사이에 위치되고, 상기 필터부의 전방 또는 후방에 위치되는 렌즈는, 정의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 하는 라이다용 렌즈 시스템을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 필터부는, 상기 렌즈부에 포함된 조리개의 전방 또는 후방에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터부는, 상기 렌즈부에 포함된 렌즈의 전방 또는 후방에 배치되며, 상기 렌즈를 통과한 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도 사이인 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터부의 전방 또는 후방에 위치한 렌즈는, 정의 굴절능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터부의 전방 또는 후방에 위치한 렌즈의 굴절능은, 10 < P < 30을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈부는, 총 4 ~ 6매의 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈부는, 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터부에서 투과하는 광의 파장은, 905 ~ 940nm 또는 1540 ~ 1560nm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 라이다용 렌즈 시스템은, 광각 타입 또는 협각 타입으로 구현되는 것이 바람직하다.
본 발명은 복수개의 렌즈로 구성된 렌즈부 내부에 입사되는 광의 각도가 최소가 되는 위치에 필터부를 배치하여, 고효율, 고해상도, 고성능의 라이다용 렌즈 시스템을 제공하게 된다.
특히 본 발명은 고분해능 렌즈 시스템을 제공하여 저속 주행시 차량 근거리에 있는 피사체 및 고속 주행시 원거리의 피사체를 신속하게 감지할 수 있는 플래쉬 라이다에 유용하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1 - 종래의 라이다용 렌즈 시스템에서 필터부에 입사되는 광의 각도(θ)를 나타낸 모식도.
도 2 - 본 발명의 일실시예에 따른 라이다용 렌즈 시스템에서 필터부에 입사되는 광의 각도(θ')를 나타낸 모식도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 라이다용 렌즈 시스템(협각 타입)에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다용 렌즈 시스템(광각 타입)에 대한 모식도.
도 5 - 본 발명에 따른 필터부에 입사하는 광의 각도에 따른 투과율 변화를 나타낸 도.
본 발명은 라이다용 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 입사되는 광의 각도를 최소화할 수 있는 위치에 필터부를 위치시켜 효율을 개선시키고자 하는 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다용 렌즈 시스템에서 필터부에 입사되는 광의 각도(θ')를 나타낸 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 라이다용 렌즈 시스템(협각 타입)에 대한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라이다용 렌즈 시스템(광각 타입)에 대한 모식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 필터부에 입사하는 광의 각도에 따른 투과율 변화를 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 라이다용 렌즈 시스템은, 광원과 이미지 센서(130) 사이에 복수개의 렌즈를 가지는 라이다용 렌즈 시스템에 있어서, 복수개의 렌즈를 포함하여, 광원으로부터 제공된 광을 수렴하는 렌즈부(100)와, 상기 렌즈부(100)에 조리개(110)와 함께 포함되며, 특정 파장의 광을 투과시키는 필터부(120);를 포함하며, 상기 필터부(120)는, 필터부(120)로 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도 사이가 되도록 상기 렌즈부(100)에서 렌즈보다 조리개(110)에 더 가까이 인접하여 조리개(110) 전후에 배치되고, 상기 복수개의 렌즈에서 조리개(110)와 함께 렌즈와 렌즈 사이에 위치되고, 상기 필터부(120)의 전방 또는 후방에 위치되는 렌즈는, 정의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 라이다 시스템은 레이저 광을 출력하여 피사체에 조사하는 송신부(Transmitter), 피사체에 조사된 상기 레이저 광에 대한 반사광을 획득하는 수신부(Receiver), 이들의 동작을 제어하고 송수신 신호를 처리하는 제어부를 포함하며, 이에 의해 이미지의 세기(Intensity image) 및 이미지의 깊이(Depth image)를 분석하여 피사체에 대한 정보를 검출하게 된다.
본 발명은 상기 수신부에 포함된 렌즈 시스템에 대한 것으로서, 본 발명에서는 피사체에 대한 정보를 담은 반사광을 입사광으로 하여 서술하고자 하며, 이하에서는 편의상 이를 광원으로부터 제공된 광으로 하여 서술하고자 한다.
즉, 본 발명에서 광원은 송신부에 포함된 레이저 광 방출부 또는 피사체에 조사된 레이저 광이 반사되는 반사광이 발생하는 지점(피사체)이 될 수 있다.
상기 송신부에서 방출된 레이저 광의 파장은 제어부에 의해 조절될 수 있으며, 본 발명에서 송신부에서 제공되는 레이저 광의 중심 파장은 대략적으로 930nm, 1550nm가 될 수 있다. 이에 의해 피사체(광원)에서 반사된 반사광의 중심 파장도 대략적으로 930nm, 1550nm가 될 수 있다.
본 발명에 따른 렌즈부(100)는 복수개의 렌즈를 포함하여, 광원으로부터 제공된 광을 수렴하여 이미지 센서로 제공하여 이미지 신호를 상기 제어부에 제공한다.
상기 렌즈부(100)는 복수개의 렌즈로 구성되고, 각 렌즈의 굴절능, 형태, 분산 상수 등을 적절히 설계하여, 소형 경량이면서 색수차가 보정되도록 하여 고해상도의 이미지를 획득할 수 있도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 렌즈부(100)는 복수개의 렌즈 어레이를 포함하며, 바람직하게는 4 ~ 6매의 렌즈군으로 이루어질 수 있다. 렌즈 매수가 많을수록 보다 고해상도, 고화소의 이미지를 획득할 수 있다. 본 발명의 일실시예로는 총 6매의 렌즈군을 포함하는 렌즈부(100)를 설계하였다.
이러한 복수개의 렌즈부(100)에 있어서 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈를 포함하며, 수차 발생의 최소화를 위해 구면 렌즈와 비구면 렌즈가 적절히 혼용되어 설계된다. 본 발명의 일실시예로는 5개의 렌즈가 구면 렌즈이고, 1개의 렌즈가 비구면 렌즈로 구현된 것을 설계하였으며, 이는 제품 사양에 따라 변경될 수 있다.
그리고 상기 필터부(120)는 상기 렌즈부(100)에 포함되며, 특정 파장의 광 또는 파장이 특정 대역에 속하는 광만을 투과시키는 것으로, 나머지 광은 차단시키게 된다. 상기 필터부(120)는 상기 제어부에 의해 중심 파장이 특정 파장인 광만 투과시키고, 다른 파장의 광은 차단시키도록 조절될 수도 있다.
본 발명에 따른 필터부(120)는 입사되는 광의 각도(θ')가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도 사이가 되도록 상기 렌즈부(100)의 특정 위치에 배치되게 되며, 렌즈군의 설계에 따라 더욱 바람직하게는 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 20도 사이가 되도록 상기 필터부(120)를 상기 렌즈부(100)의 특정 위치에 배치되도록 한다.
상기 필터부(120)에 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0도(광축과 평행한 각도)인 경우에는 상기 필터부(120)의 광원측 면(물체측 면)에 대해 90도로 입사되는 것으로, 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도 사이로 필터부(120)에 입사되도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따라 상기 필터부(120)는 밴드패스필터(Band Pass Filter, BPF))로 구현되며, 상기 밴드패스필터에 수직으로 입사되는 광의 투과율보다 일정한 각도를 가지고 입사되는 광의 투과율이 저하된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라이다용 렌즈 시스템에서 필터부(120)에 입사되는 광의 각도(θ')를 나타낸 모식도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 필터부(120)에 입사되는 광은 기존의 라이다용 렌즈 시스템에 비해 광축 방향에 대해 현저히 작은 각도로 입사되고 있다(θ > θ'). 즉, 상기 필터부에 대해 수직에 가깝게 입사되고 있다.
이와 같이 필터부(120)에 입사되는 광의 각도를 최소화하도록 렌즈 시스템 내부의 특정 위치에 필터부(120)를 배치함으로써, 특정 파장의 광 또는 특정 파장 대역의 광만 투과되도록 하면서, 투과 효율은 극대화시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 일실시예로 상기 필터부(120)에 입사되는 광의 각도를 최소화하기 위한 렌즈 시스템 내부 필터부(120)의 위치는 상기 렌즈부(100)에 포함된 조리개(110)의 전방 또는 후방에 배치되도록 하여, 상기 필터부(120)에 입사되는 광의 각도를 최소화할 수 있도록 하였다. 여기에서 전방이라 함은 조래개(110)의 광원 측 방향에 필터부가 위치된 것이고, 후방이라 함은, 조리개(110)의 이미지 센서(130) 측 방향에 필터부(120)가 위치되도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로 상기 필터부(120)는 렌즈군의 설계에 따라 상기 렌즈부(100)에 포함된 렌즈의 전방 또는 후방에 배치되며, 상기 렌즈를 통과한 광의 각도가 광축 방향에 대해 대략 0 ~ 25도가 되는 렌즈의 전방 또는 후방에 배치함으로써, 필터부(120)로 입사되는 광의 각도는 광축 방향에 대해 0 ~ 25도가 될 수 있다. 여기에서 전방이라 함은 렌즈의 광원 측 방향을 의미하고, 후방이라 함은, 렌즈의 이미지 센서(130) 측 방향을 의미한다.
즉, 상기 필터부(120)는 렌즈부(100)에 있어서, 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도가 되는 위치에 적절하게 배치될 수 있으며, 제품 사양에 따라 해당되는 렌즈와 렌즈 사이, 렌즈와 조리개(110) 사이, 조리개(110)와 렌즈 사이 또는 렌즈와 이미지 센서(130) 사이 등에 배치될 수도 있다.
본 발명에 따른 필터부의 전방 또는 후방에 위치한 렌즈는 정의 굴절능을 갖도록 하여, 필터부로 입사되는 광의 각도가 줄어들도록 하였다.
또한 상기 필터부의 전방 또는 후방에 위치한 렌즈의 굴절능은 10 < P < 30의 범위를 갖도록 하여, 필터부로 입사되는 광의 각도를 줄여, 필터부를 통과하는 광의 투과율을 더욱 높이도록 하였다.
본 발명의 필터부(120)에서 투과하는 광의 파장 또는 파장 대역은 제품의 사용, 용도 및 필요에 따라 코팅막의 두께, 다층 코팅막의 개수 등을 조절하여 905 ~ 940nm 또는 1540 ~ 1560nm가 될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 라이다용 렌즈 시스템은, 광각 타입 또는 협각 타입으로 구현될 수 있다.
협각 타입은 고속 주행 시 원거리의 피사체를 감지할 수 있는 렌즈부(100)로 이루어진 것으로, 도 3은 협각 타입의 라이다용 렌즈 시스템에 대한 일실시예를 도시한 것이다.
그리고 광각 타입은 저속 주행 시 차량 근거리에 있는 대항차 및 지형지물 등의 피사체를 감지할 수 있는 렌즈부(100)로 이루어진 것으로, 도 4는 광각 타입의 라이다용 렌즈 시스템에 대한 일실시예를 도시한 것이다.
도 3의 실시예에 따르면, 총 6매의 렌즈를 포함하는 렌즈부(100)로 구성되며, 조리개(110) 전방에 인접하여 필터부(120)가 위치하고 있다. 다음 표 1은 도 3의 실시예에 따른 렌즈부에 대한 초점 거리를 나타낸 것이다.
초점 거리(㎜)
렌즈 1 -28.666661
렌즈 2 45.185409
렌즈 3 66.221234
필터부(BPF) Infinity
조리개(Stop) -
렌즈 4 38.999903
렌즈 5 -29.397258
렌즈 6 17.000000
상기 렌즈 3의 굴절능(1/m)은 15.1이고, 상기 렌즈 4의 굴절능은 25.6이다.
도 4의 실시예에 따르면, 총 6매의 렌즈를 포함하는 렌즈부(100)로 구성되며, 조리개(110) 후방에 인접하여 필터부(120)가 위치하고 있다. 다음 표 2는 도 4의 실시예에 따른 렌즈부에 대한 초점 거리를 나타낸 것이다.
초점 거리(㎜)
렌즈 1 -10.270702
렌즈 2 145.839772
렌즈 3 25.257571
렌즈 4 50.529888
조리개(Stop) -
필터부(BPF) Infinity
렌즈 5 40.768963
렌즈 6 21.962265
상기 렌즈 4의 굴절능(1/m)은 19.8이고, 렌즈 5의 굴절능은 24.5이다.
상기 도 3 및 도 4의 실시예에 따른 필터부(120)에 입사되는 광의 입사각도는 각각 다음 표 3 및 표 4와 같으며, 0 ~ 25도 사이의 범위로 필터부(120)에 입사하고 있다.
필터부 입사각도(degree)
필드(이미지높이) 주광선 주변광선(상) 주변광선(하) 주변광선(좌) 주변광선(우)
0 0 9.0705 9.0705 9.0705 9.0705
0.431 1.2161 8.3497 9.7068 8.6952 9.4679
0.8619 2.4297 7.6661 10.3653 8.4311 9.9484
1.2929 3.6394 7.0362 11.0373 8.291 10.4966
1.7238 4.8452 6.4786 11.716 8.2819 11.0985
2.1548 6.0489 6.015 12.3969 8.4047 11.7427
2.5858 7.2534 5.6696 13.0764 8.655 12.4203
3.0167 8.4623 5.466 13.7511 9.024 13.1238
3.4477 9.6792 5.4226 14.4175 9.5012 13.8469
3.8786 10.9078 5.5467 15.0709 10.0749 14.5836
4.3096 12.1523 5.8316 15.7055 10.7347 15.3278
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 협각 타입의 일실시예의 경우 필터부를 통과하는 광선(광)의 각도는 0도부터 16도 이하의 범위 내에 존재하도록 설계하였으며, 이는 상기 렌즈군의 설계에 따라 다소 변동될 수 있다.
필터부 입사각도(degree)
필드(이미지높이) 주광선 주변광선(상) 주변광선(하) 주변광선(좌) 주변광선(우)
0 0 8.2271 8.2271 8.2271 8.2271
0.415 2.0571 6.7259 9.6948 8.4345 8.4345
0.83 4.1171 5.2494 11.1859 8.9996 8.9996
1.245 6.1829 3.8027 12.7017 9.8654 9.8654
1.66 8.2577 2.3921 14.2491 10.9665 10.9665
2.075 10.3448 1.0226 15.8411 12.2457 12.2457
2.49 12.4481 0.3052 17.4957 13.66 13.66
2.905 14.5721 1.5995 19.2293 15.1794 15.1794
3.32 16.7217 2.8806 21.0475 16.7856 16.7856
3.735 18.9031 4.1913 22.9353 18.4698 18.4698
4.15 21.1236 5.6547 24.8729 20.2314 20.2314
상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 광각 타입의 일실시예의 경우 필터부를 통과하는 광선(광)의 각도는 0도부터 25도 이하의 범위 내에 존재하도록 설계하였으며, 이는 상기 렌즈군의 설계에 따라 다소 변동될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 필터부에 입사하는 광의 각도에 따른 투과율 변화를 나타낸 것으로, 광의 파장이 1550 ± 7.5nm로, 0 ~ 25도의 각도로 광이 필터부에 입사될 때, 상기 파장 대역의 광만을 투과시키는 것을 확인할 수 있었다.
이에 의해 필터부에 입사되는 광의 각도가 작을수록 투과율은 높아지면서 특정 파장 대역의 광만을 투과하게 되며, 도시된 바와 같이, 필터부에 입사되는 광의 각도가 0 ~ 25도 정도가 되었을 때 특정 파장을 투과시키면서 투과율 90% 이상으로 의미있는 수치가 확인되었으며, 이에 의해 고효율의 렌즈 시스템을 제공하게 된다.
이와 같이 본 발명은 복수개의 렌즈로 구성된 렌즈부 내부에 입사되는 광의 각도가 최소가 되는 위치에 필터부를 배치하여, 고효율, 고해상도 라이다용 렌즈 시스템을 제공하게 된다.
특히 본 발명은 고분해능 렌즈 시스템을 제공하여 저속 주행시 차량 근거리에 있는 피사체 및 고속 주행시 원거리의 피사체를 신속하게 감지할 수 있는 플래쉬 라이다에 유용하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
100 : 렌즈부 110 : 조리개
120 : 필터부 130 : 이미지 센서

Claims (9)

  1. 광원과 이미지 센서 사이에 복수개의 렌즈를 가지면서 레이저 광을 수신하는 라이다용 렌즈 시스템에 있어서,
    상기 복수개의 렌즈를 포함하여, 상기 광원으로부터 제공된 광을 수렴하는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부에 조리개와 함께 포함되며, 특정 파장의 광 또는 파장이 특정 대역에 속하는 광을 투과시키는 필터부;를 포함하며,
    상기 필터부는,
    상기 필터부로 입사되는 광의 각도가 광축 방향에 대해 0 ~ 25도 사이가 되도록 상기 렌즈부에서 렌즈보다 상기 조리개에 더 가까이 인접하여 상기 조리개 전에 배치되고,
    상기 복수개의 렌즈에서 상기 조리개와 함께 렌즈와 렌즈 사이에 위치되고,
    상기 필터부의 전방 또는 후방에 위치되는 렌즈는,
    10<P<30을 만족하는 정의 굴절능을 가지고,
    상기 필터부에서 투과하는 레이저 광의 파장은,
    905 ~ 940nm 또는 1540 ~ 1560nm인 것을 특징으로 하는 라이다용 렌즈 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈부는,
    총 4 ~ 6매의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다용 렌즈 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 렌즈부는,
    적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다용 렌즈 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 라이다용 렌즈 시스템은,
    광각 타입 또는 협각 타입으로 구현되는 것을 특징으로 하는 라이다용 렌즈 시스템.
KR1020210083074A 2021-06-25 2021-06-25 라이다용 렌즈 시스템 KR102668469B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210083074A KR102668469B1 (ko) 2021-06-25 2021-06-25 라이다용 렌즈 시스템
EP21191925.3A EP4109128A1 (en) 2021-06-25 2021-08-18 Lens system for lidar
US17/458,857 US20220413095A1 (en) 2021-06-25 2021-08-27 Lens system for lidar
CN202111013224.2A CN115524681A (zh) 2021-06-25 2021-08-31 激光雷达用透镜系统
JP2021146138A JP7405805B2 (ja) 2021-06-25 2021-09-08 ライダー用レンズシステム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210083074A KR102668469B1 (ko) 2021-06-25 2021-06-25 라이다용 렌즈 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230000670A KR20230000670A (ko) 2023-01-03
KR102668469B1 true KR102668469B1 (ko) 2024-05-23

Family

ID=77398479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210083074A KR102668469B1 (ko) 2021-06-25 2021-06-25 라이다용 렌즈 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220413095A1 (ko)
EP (1) EP4109128A1 (ko)
JP (1) JP7405805B2 (ko)
KR (1) KR102668469B1 (ko)
CN (1) CN115524681A (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020034547A (ja) * 2018-08-01 2020-03-05 ジック アーゲー 光電センサ及び物体検出方法
US20200200998A1 (en) * 2018-05-09 2020-06-25 Jiangxi Lianchuang Electronic Co., Ltd. Optical imaging lens group, vehicle camera and driving assistance system

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100627051B1 (ko) * 2004-08-20 2006-09-25 삼성테크윈 주식회사 렌즈 시스템 및 이를 구비한 휴대용 모바일 기기
KR100957397B1 (ko) * 2008-01-14 2010-05-11 엘지이노텍 주식회사 촬상 렌즈
US10634770B2 (en) * 2016-06-29 2020-04-28 Apple Inc. Optical systems for remote sensing receivers
CA3035094A1 (en) 2016-08-24 2018-03-01 Ouster, Inc. Optical system for collecting distance information within a field
JP6810454B2 (ja) 2017-03-21 2021-01-06 ナルックス株式会社 受光光学系
US10121813B2 (en) * 2017-03-28 2018-11-06 Luminar Technologies, Inc. Optical detector having a bandpass filter in a lidar system
KR102429880B1 (ko) 2017-09-12 2022-08-05 삼성전자주식회사 라이다 시스템 및 그 동작방법
WO2019163368A1 (ja) 2018-02-21 2019-08-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距システム、及び、受光モジュール
US20200081190A1 (en) * 2018-09-11 2020-03-12 Rockwell Automation Technologies, Inc. Narrow bandpass imaging lens
US11333748B2 (en) * 2018-09-17 2022-05-17 Waymo Llc Array of light detectors with corresponding array of optical elements
US11762151B2 (en) * 2018-11-07 2023-09-19 Sharp Kabushiki Kaisha Optical radar device
EP3699640B1 (de) 2019-02-19 2022-01-26 Sick Ag Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung eines objekts

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200200998A1 (en) * 2018-05-09 2020-06-25 Jiangxi Lianchuang Electronic Co., Ltd. Optical imaging lens group, vehicle camera and driving assistance system
JP2020034547A (ja) * 2018-08-01 2020-03-05 ジック アーゲー 光電センサ及び物体検出方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023004798A (ja) 2023-01-17
US20220413095A1 (en) 2022-12-29
JP7405805B2 (ja) 2023-12-26
EP4109128A1 (en) 2022-12-28
CN115524681A (zh) 2022-12-27
KR20230000670A (ko) 2023-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11579254B2 (en) Multi-channel lidar sensor module
CN211956010U (zh) 深度相机
US11835652B2 (en) LiDAR system with cylindrical lenses
EP3480648B1 (en) Adaptive three-dimensional imaging system
US10725216B2 (en) Onboard camera
US11378248B2 (en) IR illuminator with secondary function
CN106371101A (zh) 一种智能测距及避障的装置
CN108279421B (zh) 带有高分辨率彩色图像的飞行时间相机
US11762151B2 (en) Optical radar device
WO2017029790A1 (ja) 照明装置、撮像装置及びレンズ
CN111413687A (zh) 激光雷达光学系统与激光雷达
KR102668469B1 (ko) 라이다용 렌즈 시스템
CN108761739A (zh) 一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置
US20230047931A1 (en) Coaxial lidar system using a diffractive waveguide
KR102435908B1 (ko) 2차원 및 3차원 광 조사 광학계
CN212379567U (zh) 激光雷达光学系统与激光雷达
CN114185243A (zh) 一种无盲区多目全景立体成像装置
CN208921064U (zh) 一种激光相机及其光学成像系统
JP7314659B2 (ja) 測距装置および撮影装置
KR20220009663A (ko) 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR102178860B1 (ko) 레이저 레이더 장치 및 그것의 동작 방법
RU139683U1 (ru) Оптико-электронная система боевого беспилотного летательного аппарата
CN112839150B (zh) 一种基于Philips棱镜结构的日夜兼用摄像系统及摄像机
KR102680498B1 (ko) 카메라 모듈
CN214704257U (zh) 一种光发射模组及tof成像装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant