KR20100136163A - Laser radar - Google Patents

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오명숙
민봉기
심재식
권용환
남은수
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한국전자통신연구원
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Abstract

PURPOSE: A laser radar having a micro lens array integrated therein is provided to allow an optical signal to be projected on only a light receiving area of a optical detector through the front face of a micro lens array. CONSTITUTION: A light source unit(110) generates an optical signal. A light transmitting optical lens(120) transmits the optical signal from the light source unit to a target. A light receiving optical lens(140) receives the optical signal reflected from the target object. A converting lens(155) converts the received optical signal to a beam shape optical signal. A microlens array(160) condenses the beam shape optical signal.

Description

레이저 레이더{Laser Radar}Laser Radar

본 발명은 레이저 레이더에 관한 것으로, 더 구체적으로 마이크로 렌즈 어레이가 집적된 레이저 레이더에 관한 것이다.The present invention relates to a laser radar, and more particularly to a laser radar in which a micro lens array is integrated.

일반적으로 레이저 레이더(laser radar)는 광(또는 전파) 신호가 물체에 부딪쳐서 반사되는 것을 이용하여, 그 반사된 광 신호를 포착하여 임의의 물체의 존재를 알아내는 것이다. 레이저 레이더는 주로 아이-세이프(eye-safe) 파장 대역의 광 신호를 발생시켜, 먼 거리의 임의의 물체에서 반사(또는 산란)된 광 신호를 구형 렌즈에서 집광하여 검출한다. 이에 따라, 일반적으로 레이저 레이더의 수광 광학계는 먼 거리에서 오는 광 신호를 집광하기 위해 망원경(telescope)과 유사하게 설계된다.In general, a laser radar uses an optical (or radio wave) signal that strikes and reflects an object, and captures the reflected optical signal to detect the existence of an arbitrary object. The laser radar mainly generates an optical signal of an eye-safe wavelength band, and collects and detects an optical signal reflected (or scattered) from an arbitrary object over a long distance in a spherical lens. Accordingly, the light receiving optical system of the laser radar is generally designed similarly to a telescope to collect light signals coming from a long distance.

일반적으로 영상 측정을 위한 레이저 레이더에 포함된 광 검출기의 전체 영역은 실제적으로 광 신호가 입사되어 전기 신호로 전환되는 수광 영역과 광 신호가 입사되어도 전기 신호로 전환되지 못하는 주변 회로 영역의 두 부분으로 나누어진다.In general, the entire area of the photo detector included in the laser radar for measuring an image is divided into two parts, a light receiving area where an optical signal is incident and converted into an electrical signal, and a peripheral circuit area that cannot be converted into an electrical signal when an optical signal is incident. Divided.

이러한 주변 회로 영역은 입사된 광 신호의 검출에 필요한 검출 회로, 접지 등과 같은 다른 구성 요소가 배치되는 영역이다. 입사된 광 신호를 전기 신호로 전환시키지 못하는 주변 회로 영역은 광 검출기로 입사된 광 신호의 손실을 초래한다. 일반적으로 레이저 레이더의 광 검출기의 전체 영역에서 수광 영역이 차지하는 비율은 50%를 넘지 않기 때문에, 수광 영역 이외의 주변 회로 영역으로 입사되는 광 신호가 손실되는 문제점이 있다. 이에 따라, 레이저 레이더의 광 검출기의 수광 영역으로만 광 신호를 입사시킨다면, 광 신호의 손실이 줄어들어 레이저 레이더의 광 신호에 대한 검출 효율이 높아질 수 있다.This peripheral circuit area is an area where other components such as a detection circuit, ground, and the like necessary for detecting the incident optical signal are disposed. Areas of the peripheral circuit that fail to convert the incident optical signal into an electrical signal result in the loss of the optical signal incident on the photo detector. In general, since the ratio of the light receiving area to the entire area of the optical detector of the laser radar does not exceed 50%, there is a problem in that an optical signal incident to the peripheral circuit area other than the light receiving area is lost. Accordingly, when the optical signal is incident only to the light receiving region of the optical detector of the laser radar, the loss of the optical signal is reduced, so that the detection efficiency of the optical signal of the laser radar can be increased.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 먼 거리에서 오는 광 신호가 마이크로 렌즈 어레이의 전면을 통과해 광 검출기의 수광 영역 내로만 입사되도록 하여 광 신호의 손실을 최소화할 수 있는 레이저 레이더를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser radar capable of minimizing loss of an optical signal by allowing an optical signal from a long distance to pass through the front surface of the micro lens array and into the light receiving region of the photo detector.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 마이크로 렌즈 어레이가 집적된 레이저 레이더를 제공한다. 이 레이저 레이더는 송신 광 신호를 발생시키는 광원부, 광원부로부터 발생된 송신 광 신호를 목표 물체로 보내는 송광 광학 렌즈, 송 광 광학 렌즈에 의해 보내진 송신 광 신호가 목표 물체에 의해 반사된 수신 광 신호를 받는 수광 광학 렌즈, 수광 광학 렌즈에 의해 받아진 수신 광 신호를 평행 빔 형태의 광 신호로 만드는 변환 렌즈, 및 변환 렌즈에 의해 만들어진 평행 빔 형태의 광 신호를 집광하는 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a laser radar integrated with a micro lens array. The laser radar includes a light source unit for generating a transmission light signal, a transmission optical lens for transmitting a transmission light signal generated from the light source unit to a target object, and a transmission light signal sent by the transmission optical lens to receive a reception light signal reflected by the target object. And a conversion lens for converting the received light signal received by the light reception optical lens into an optical signal in the form of a parallel beam, and a micro lens array for condensing the optical signal in the form of a parallel beam made by the conversion lens.

변환 렌즈는 오목 렌즈, 볼록 렌즈 또는 원통형 렌즈일 수 있다.The conversion lens can be a concave lens, a convex lens or a cylindrical lens.

송신 광 신호는 근 적외선 파장 대역일 수 있다.The transmission optical signal may be in the near infrared wavelength band.

송광 광학 렌즈는 광원부로부터 발생된 송신 광 신호를 평행 빔으로 만들거나 또는 발산시킬 수 있다.The transmission optical lens can make or divert the transmission light signal generated from the light source unit into a parallel beam.

수광 광학 렌즈는 망원경 구조의 렌즈일 수 있다. 수광 광학 렌즈는 수신 광 신호를 일정 각도 이하로 수렴시킬 수 있다.The light receiving optical lens may be a lens of a telescopic structure. The light receiving optical lens may converge the received light signal to a predetermined angle or less.

수광 광학 렌즈와 변환 렌즈 사이 또는 변환 렌즈와 마이크로 렌즈 어레이 사이에 배치되는 광 대역 필터를 더 포함할 수 있다. 광 대역 필터는 송신 광 신호 이외의 다른 파장 대역의 광 잡음을 제거할 수 있다.It may further include a band pass filter disposed between the light receiving optical lens and the conversion lens or between the conversion lens and the micro lens array. The broadband filter can remove optical noise in a wavelength band other than the transmission optical signal.

마이크로 렌즈 어레이는 복수의 마이크로 렌즈들이 배열된 형태일 수 있다.The micro lens array may have a form in which a plurality of micro lenses are arranged.

마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 광 신호를 검출하는 광 검출부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a light detector configured to detect an optical signal collected by the micro lens array.

마이크로 렌즈 어레이는 평행 빔 형태의 광 신호의 초점을 광 검출부에 포함된 광 검출기의 수광 영역에 맺히게 할 수 있다.The micro lens array may focus the light signal in the form of a parallel beam on the light receiving area of the light detector included in the light detector.

광 검출기는 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 광 신호를 전기 신호로 전환할 수 있다.The photo detector may convert the optical signal collected by the micro lens array into an electrical signal.

광 검출부는 전기 신호를 증폭하는 증폭기 및 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 더 포함할 수 있다. 전기 신호를 처리하는 것은 광원부로부터 광 검출기까지의 시간 및 광 세기 변화를 계산하는 것일 수 있다.The light detector may further include an amplifier for amplifying the electrical signal and a signal processing circuit for processing the electrical signal amplified by the amplifier. Processing the electrical signal may be to calculate a time and light intensity change from the light source to the light detector.

광원부는 레이저 구동 펄스를 반복 출력하는 펄스 발생기, 펄스 발생기로부터 출력된 레이저 구동 펄스를 이용하여 레이저를 구동하는 구동 회로 및 구동 회로에 의해 송신 광 신호를 발생시키는 레이저를 포함할 수 있다.The light source unit may include a pulse generator for repeatedly outputting the laser driving pulse, a driving circuit for driving the laser using the laser driving pulse output from the pulse generator, and a laser for generating a transmission optical signal by the driving circuit.

레이저는 고체 레이저 또는 반도체 레이저일 수 있다.The laser can be a solid state laser or a semiconductor laser.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면 먼 거리에서 오는 광 신호가 변환 렌즈에 의해 평행 빔 형태로 만들어짐으로써, 평행 빔 형태의 광 신호가 마이크로 렌즈 어레이의 전면을 통과해 광 검출기의 수광 영역 내로만 입사될 수 있다. 이에 따라, 먼 거리에서 오는 광 신호를 받기 위해 구경이 큰 수광 광학 렌즈를 사용하는 레이저 레이더에 있어서, 광 신호의 손실이 최소화되어 레이저 레이더의 광 신호에 대한 검출 효율이 향상될 수 있다.As described above, according to the problem solving means of the present invention, the optical signal from a long distance is made in the form of a parallel beam by the conversion lens, so that the optical signal in the form of a parallel beam passes through the front surface of the microlens array to It can be incident only into the light receiving area. Accordingly, in a laser radar that uses a large-sized light receiving optical lens to receive an optical signal coming from a long distance, the loss of the optical signal may be minimized to improve the detection efficiency of the optical signal of the laser radar.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving the same will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, 'comprises' and / or 'comprising' refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or devices. Or does not exclude additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 구성 요소들의 크기 및/또는 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 구성 요소들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 구성 요소들의 모양은 장치의 구성 요소의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and / or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, the size and / or thickness of the components are exaggerated for the effective description of the technical content. Accordingly, shapes of the exemplary views may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. Accordingly, the components illustrated in the figures have schematic attributes, and the appearance of the components illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of component of the apparatus and is not intended to limit the scope of the invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이가 집적된 레이저 레이더를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a laser radar integrated with a micro lens array according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 레이저 레이더(100)는 광원부(110), 송광 광학 렌즈(transmitting optical lens, 120), 수광 광학 렌즈(receiving optical lens, 140), 변환 렌즈(155), 마이크로 렌즈 어레이(160) 및 광 검출부(170)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the laser radar 100 includes a light source unit 110, a transmitting optical lens 120, a receiving optical lens 140, a conversion lens 155, and a micro lens array 160. ) And the light detector 170.

광원부(110)는 송신 광 신호를 발생시킬 수 있다. 광원부(110)는 아이-세이프 파장 대역인 근 적외선(near infrared ray) 파장 대역의 송신 광 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 광원부(110)는 1.3~1.7㎛ 파장 대역의 송신 광 신호를 발생시킬 수 있다. 광원부(110)는 펄스 발생기(pulse generator, 도 2의 111 참조), 구동 회로(도 2의 112 참조) 및 레이저(도 2의 113 참조)를 포함할 수 있다. 펄스 발생기에서 반복 출력되는 레이저 구동 펄스가 구동 회로에 입력될 때마다, 레이저가 구동됨으로써, 광원부(110)가 송신 광 신호를 발생시킬 수 있다. 레이저는 고체 레이저 또는 반도체 레이저일 수 있다.The light source unit 110 may generate a transmission optical signal. The light source unit 110 may generate a transmission optical signal of a near infrared ray wavelength band which is an eye-safe wavelength band. For example, the light source unit 110 may generate a transmission optical signal having a wavelength band of 1.3 to 1.7 μm. The light source unit 110 may include a pulse generator (see 111 of FIG. 2), a driving circuit (see 112 of FIG. 2), and a laser (see 113 of FIG. 2). Whenever a laser driving pulse repeatedly output from the pulse generator is input to the driving circuit, the laser is driven, so that the light source unit 110 may generate a transmission optical signal. The laser can be a solid state laser or a semiconductor laser.

송광 광학 렌즈(120)는 광원부(110)로부터 발생된 송신 광 신호를 측정하고자 하는 목표 물체(130)로 보낼 수 있다. 송광 광학 렌즈(120)는 광원부(110)로부터 발생된 송신 광 신호를 평행 빔 형태로 만들거나 일정 각도로 발산시킬 수 있다. 송광 광학 렌즈(120)는 광원부(110)로부터 발생된 송신 광 신호를 0~수° 정도의 각도로 발산시킬 수 있다. 송광 광학 렌즈(120)에 의해 보내진 송신 광 신호는 측정하고자 하는 목표 물체(130)에 의해 반사된다.The transmission optical lens 120 may transmit the transmission optical signal generated from the light source unit 110 to the target object 130 to be measured. The transmission optical lens 120 may make the transmission light signal generated from the light source unit 110 in the form of a parallel beam or diverge at a predetermined angle. The transmission optical lens 120 may emit the transmission optical signal generated from the light source unit 110 at an angle of about 0 ° to several degrees. The transmission light signal sent by the light transmission optical lens 120 is reflected by the target object 130 to be measured.

수광 광학 렌즈(140)는 목표 물체(130)에 의해 반사된 수신 광 신호를 받는 다. 수광 광학 렌즈(140)는 망원경 구조의 렌즈일 수 있다. 수광 광학 렌즈(140)는 목표 물체(130)에 의해 반사된 수신 광 신호를 일정 각도 이하로 수렴시킬 수 있다. 수광 광학 렌즈(140)는 측정하고자 하는 목표 물체(130)의 거리에 따라, 다른 수렴 각을 가질 수 있다.The light receiving optical lens 140 receives the received light signal reflected by the target object 130. The light receiving optical lens 140 may be a lens having a telescope structure. The light receiving optical lens 140 may converge the received light signal reflected by the target object 130 to a predetermined angle or less. The light receiving optical lens 140 may have different convergence angles according to the distance of the target object 130 to be measured.

변환 렌즈(155)는 수광 광학 렌즈(140)에 의해 받아진 수신 광 신호를 평행 빔(parallel beam) 형태의 광 신호로 만들 수 있다. 변환 렌즈(155)는 오목 렌즈, 볼록 렌즈 또는 원통형 렌즈일 수 있다. 바람직하게는, 변환 렌즈(155)는 오목 렌즈일 수 있다.The conversion lens 155 may make the received light signal received by the light receiving optical lens 140 into an optical signal in the form of a parallel beam. The conversion lens 155 may be a concave lens, a convex lens or a cylindrical lens. Preferably, the conversion lens 155 may be a concave lens.

마이크로 렌즈 어레이(160)는 오목 렌즈(155)에 의해 만들어진 평행 빔 형태의 광 신호를 집광할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(160)는 복수의 마이크로 렌즈들이 배열된 형태일 수 있다. 마이크로 렌즈들은 0.1~수㎜ 정도의 미소한 렌즈들일 수 있다.The micro lens array 160 may collect an optical signal in the form of a parallel beam made by the concave lens 155. The micro lens array 160 may have a form in which a plurality of micro lenses are arranged. Micro lenses may be minute lenses of about 0.1 to several millimeters.

광 검출부(170)는 마이크로 렌즈 어레이(160)에 의해 집광된 광 신호를 검출할 수 있다. 광 검출부(170)는 광 검출기(도 2의 171 참조), 증폭 회로(도 2의 172 참조) 및 신호 처리 회로(도 2의 173 참조)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(160)에 의해 집광된 광 신호는 광 검출기에서 전기 신호로 전환되고, 전기 신호는 증폭 회로에서 증폭되고, 그리고 증폭된 전기 신호는 신호 처리 회로에서 처리됨으로써, 광 검출부(170)가 광원부(110)로부터 광 검출기까지의 시간 및 광 세기 변화에 따른 측정하고자 하는 목표 물체의 존재를 알아낼 수 있다. 도 1에는 명확하게 개시되어 있지 않지만, 광 검출부(170)는 복수의 광 검출기들이 배열된 형태 인 광 검출 어레이일 수 있다.The light detector 170 may detect an optical signal condensed by the micro lens array 160. The photo detector 170 may include a photo detector (see 171 of FIG. 2), an amplifying circuit (see 172 of FIG. 2), and a signal processing circuit (see 173 of FIG. 2). The optical signal collected by the micro lens array 160 is converted into an electrical signal in the photo detector, the electrical signal is amplified in the amplifying circuit, and the amplified electrical signal is processed in the signal processing circuit, whereby the optical detector 170 The presence of the target object to be measured according to the time and light intensity change from the light source unit 110 to the light detector may be determined. Although not clearly disclosed in FIG. 1, the light detector 170 may be a light detection array in which a plurality of light detectors are arranged.

마이크로 렌즈 어레이(160)는 변환 렌즈(155)에 의해 만들어진 평행 빔 형태의 광 신호의 초점을 광 검출부(170)에 포함된 광 검출기의 수광 영역에 맺히게 할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(160)의 크기 및 F/#(렌즈의 초점거리/렌즈의 직경; 렌즈에서 받아들일 수 있는 수렴 각)은 수광 광학 렌즈(140)에 의한 수신 광 신호의 수렴 각과 광 검출부(170)에 포함된 광 검출기의 수광 영역 및 기판 두께에 의해 결정될 수 있다. 수광 광학 렌즈(140)에 의해 수렴된 수신 광 신호가 오목 렌즈(155)에 의해 평행 빔 형태의 광 신호로 만들어짐으로써, 광 검출부(170)에 포함된 광 검출기의 수광 영역으로만 입사될 수 있다.The micro lens array 160 may cause the focus of the optical signal in the form of a parallel beam formed by the conversion lens 155 to be focused on the light receiving area of the photo detector included in the light detector 170. The size of the micro lens array 160 and the F / # (focal length of the lens / diameter of the lens; the convergence angle acceptable by the lens) are the convergence angle of the received optical signal by the light receiving optical lens 140 and the light detection unit 170. May be determined by the light-receiving area and the substrate thickness of the photodetector included in. The received light signal converged by the light receiving optical lens 140 is made into an optical signal in the form of a parallel beam by the concave lens 155, so that it can be incident only to the light receiving region of the light detector included in the light detector 170. have.

수광 광학 렌즈(140)와 변환 렌즈(155) 사이 또는 변환 렌즈(155)와 마이크로 렌즈 어레이(160) 사이에 배치되는 광 대역 필터(150)를 더 포함할 수 있다. 광 대역 필터(150)는 광원부(110)로부터 발생된 송신 광 신호 이외의 다른 파장 대역의 광 잡음을 제거할 수 있다.The optical band filter 150 may be further disposed between the light receiving optical lens 140 and the conversion lens 155 or between the conversion lens 155 and the micro lens array 160. The optical band filter 150 may remove optical noise of a wavelength band other than the transmission optical signal generated from the light source unit 110.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이가 집적된 레이저 레이더의 동작 원리를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an operating principle of a laser radar integrated with a micro lens array according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 레이더(100)에 포함된 광원부(110)의 펄스 발생기(111)에서 출력된 레이저 구동 펄스가 구동 회로(112)에 입력될 때마다 레이저(113)를 구동하여, 레이저(113)로부터 송신 광 신호가 발생될 수 있다.1 and 2, whenever a laser driving pulse output from the pulse generator 111 of the light source unit 110 included in the laser radar 100 is input to the driving circuit 112, the laser 113 is driven. Thus, a transmission optical signal can be generated from the laser 113.

레이저(113)에서 발생된 송신 광 신호는 송광 광학 렌즈(120)를 통해 측정하고자 하는 목표 물체(130)로 보내질 수 있다. 이때, 송광 광학 렌즈(120)는 광원 부(110)에서 발생된 송신 광 신호를 평행 빔으로 만들거나, 또는 일정 각도로 발산시켜 측정하고자 하는 목표 물체(130)로 보낼 수 있다.The transmission optical signal generated by the laser 113 may be sent to the target object 130 to be measured through the transmission optical lens 120. In this case, the transmitting optical lens 120 may transmit the transmitted optical signal generated by the light source unit 110 to a parallel beam or diverge at a predetermined angle to the target object 130 to be measured.

송광 광학 렌즈(120)를 통해 보내진 송신 광 신호는 측정하고자 하는 목표 물체(130)의 표면에 의해 난반사, 전반사 또는 부분반사된다.The transmitted optical signal transmitted through the optical transmission lens 120 is diffusely reflected, totally reflected or partially reflected by the surface of the target object 130 to be measured.

측정하고자 하는 목표 물체(130)에 의해 반사된 수신 광 신호는 수광 광학 렌즈(140)에 의해 수렴될 수 있다.The received light signal reflected by the target object 130 to be measured may be converged by the light receiving optical lens 140.

변환 렌즈(155)에 의해 평행 빔 형태로 만들어진 광 신호는 마이크로 렌즈 어레이(160)의 전면을 통해 광 검출부(170)의 광 검출기(171)의 수광 영역으로만 입사될 수 있다. 이에 따라, 먼 거리에서 오는 광 신호를 받기 위해 구경이 큰 수광 광학 렌즈(140)를 사용하는 레이저 레이더(100)에 있어서, 광 검출기(171)에서의 필 팩터(fill factor)가 증가될 수 있다.The optical signal formed in the form of a parallel beam by the conversion lens 155 may be incident only to the light receiving region of the photo detector 171 of the light detector 170 through the front surface of the micro lens array 160. Accordingly, in the laser radar 100 using the large-light receiving optical lens 140 to receive the optical signal coming from a long distance, the fill factor in the light detector 171 may be increased. .

수광 광학 렌즈(140) 또는/및 변환 렌즈(155)를 통과한 광 신호는 광 대역 필터(150)를 통과할 수 있다. 광 신호가 광 대역 필터(150)를 통과함에 따라, 광원부(110)로부터 발생된 송신 광 신호 이외의 다른 파장 대역의 광 잡음이 제거될 수 있다.The optical signal passing through the light receiving optical lens 140 or / and the conversion lens 155 may pass through the optical band pass filter 150. As the optical signal passes through the optical band filter 150, optical noise of a wavelength band other than the transmission optical signal generated from the light source unit 110 may be removed.

광 검출기(171)의 수광 영역으로만 입사된 광 신호는 광 검출기(171)에서 전기 신호로 전환되어 증폭 회로(172)로 제공될 수 있다. 전기 신호는 증폭 회로(172)에 의해 증폭되어 신호 처리 회로(173)로 제공될 수 있다. 신호 처리 회로(173)는 광원부(110)로부터 광 검출기(171)까지의 시간과 광 세기 변화를 동시에, 또는 개별적으로 계산할 수 있다.An optical signal incident only to the light receiving region of the photo detector 171 may be converted into an electrical signal by the photo detector 171 and provided to the amplifying circuit 172. The electrical signal may be amplified by the amplifying circuit 172 and provided to the signal processing circuit 173. The signal processing circuit 173 may calculate the time and the light intensity change from the light source unit 110 to the photo detector 171 simultaneously or separately.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 레이더는 수광 광학 렌즈에 의해 수렴된 먼 거리에서 오는 수신 광 신호를 평행 빔 형태로 만드는 변환 렌즈를 가짐으로써, 평행 빔 형태의 광 신호가 마이크로 렌즈 어레이의 전면을 통과해 광 검출기의 수광 영역 내로만 입사될 수 있다. 이에 따라, 광 신호의 손실이 최소화되어 광 신호에 대한 향상된 검출 효율을 갖는 우수한 레이저 레이더가 제공될 수 있다.The laser radar according to the embodiment of the present invention has a conversion lens for converting the received light signal coming from the long distance converged by the light-receiving optical lens into a parallel beam shape, whereby the optical signal in parallel beam shape is front of the micro lens array. Can pass through and only enter the light receiving region of the photodetector. Accordingly, the loss of the optical signal can be minimized to provide an excellent laser radar with improved detection efficiency for the optical signal.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이가 집적된 레이저 레이더를 설명하기 위한 개략적인 구성도;1 is a schematic block diagram for explaining a laser radar integrated with a micro lens array according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이가 집적된 레이저 레이더의 동작 원리를 설명하기 위한 블록도.2 is a block diagram illustrating an operating principle of a laser radar integrated with a micro lens array according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 레이저 레이더 110 : 광원부100: laser radar 110: light source

111 : 펄스 발생기 112 : 구동 회로111: pulse generator 112: drive circuit

113 : 반도체 레이저 120 : 송광 광학 렌즈113: semiconductor laser 120: optical transmission lens

130 : 목표 물체 140 : 수광 광학 렌즈130: target object 140: light receiving optical lens

150 : 광 대역 필터 155 : 변환 렌즈150: wide band filter 155: conversion lens

160 : 마이크로 렌즈 어레이 170 : 광 검출부160: microlens array 170: light detector

171 : 광 검출기 172 : 증폭 회로171: photo detector 172: amplification circuit

173 : 신호 처리 회로173: signal processing circuit

Claims (16)

송신 광 신호를 발생시키는 광원부;A light source unit generating a transmission light signal; 상기 광원부로부터 발생된 상기 송신 광 신호를 목표 물체로 보내는 송광 광학 렌즈;A transmission optical lens for transmitting the transmission light signal generated from the light source unit to a target object; 상기 송광 광학 렌즈에 의해 보내진 상기 송신 광 신호가 상기 목표 물체에 의해 반사된 수신 광 신호를 받는 수광 광학 렌즈;A light receiving optical lens for receiving the received light signal reflected by the target object from the transmission light signal sent by the light transmitting optical lens; 상기 수광 광학 렌즈에 의해 받아진 상기 수신 광 신호를 평행 빔 형태의 광 신호로 만드는 변환 렌즈; 및A conversion lens for converting the received light signal received by the light receiving optical lens into an optical signal in the form of a parallel beam; And 상기 변환 렌즈에 의해 만들어진 상기 평행 빔 형태의 광 신호를 집광하는 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 레이저 레이더.And a microlens array for condensing optical signals in the form of parallel beams produced by the conversion lens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 변환 렌즈는 오목 렌즈, 볼록 렌즈 또는 원통형 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And said conversion lens is a concave lens, a convex lens or a cylindrical lens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 송신 광 신호는 근 적외선 파장 대역인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And said transmission optical signal is a near infrared wavelength band. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 송광 광학 렌즈는 상기 광원부로부터 발생된 상기 송신 광 신호를 평행 빔으로 만들거나 또는 발산시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And said transmitting optical lens makes or transmits said transmission optical signal generated from said light source unit into a parallel beam. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수광 광학 렌즈는 망원경 구조의 렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.The light receiving optical lens is a laser radar, characterized in that the lens of the telescope structure. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 수광 광학 렌즈는 상기 수신 광 신호를 일정 각도 이하로 수렴시키는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And the light receiving optical lens converges the received light signal to a predetermined angle or less. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수광 광학 렌즈와 상기 변환 렌즈 사이 또는 상기 변환 렌즈와 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이에 배치되는 광 대역 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And an optical band pass filter disposed between the light receiving optical lens and the conversion lens or between the conversion lens and the micro lens array. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 광 대역 필터는 상기 송신 광 신호 이외의 다른 파장 대역의 광 잡음을 제거하는 것을 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And the optical band filter removes optical noise in a wavelength band other than the transmission optical signal. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 복수의 마이크로 렌즈들이 배열된 형태인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.The micro-lens array is a laser radar, characterized in that the form of a plurality of micro lenses arranged. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 상기 광 신호를 검출하는 광 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And a light detector for detecting the light signal collected by the micro lens array. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 평행 빔 형태의 광 신호의 초점을 상기 광 검출부에 포함된 광 검출기의 수광 영역에 맺히게 하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.The microlens array laser radar, characterized in that the focus of the optical signal of the parallel beam form the light receiving area of the photo detector included in the light detector. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 광 검출기는 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 집광된 상기 광 신호를 전기 신호로 전환하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And the photo detector converts the optical signal collected by the micro lens array into an electrical signal. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 광 검출부는 상기 전기 신호를 증폭하는 증폭기; 및The optical detector includes an amplifier for amplifying the electrical signal; And 상기 증폭기에 의해 증폭된 상기 전기 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And a signal processing circuit for processing the electrical signal amplified by the amplifier. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 전기 신호를 처리하는 것은 상기 광원부로부터 상기 광 검출기까지의 시간 및 광 세기 변화를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.Processing the electrical signal calculates a time and light intensity change from the light source to the light detector. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원부는:The light source unit: 레이저 구동 펄스를 반복 출력하는 펄스 발생기;A pulse generator for repeatedly outputting a laser driving pulse; 상기 펄스 발생기로부터 출력된 상기 레이저 구동 펄스를 이용하여 레이저를 구동하는 구동 회로; 및A driving circuit for driving a laser using the laser driving pulse output from the pulse generator; And 상기 구동 회로에 의해 상기 송신 광 신호를 발생시키는 상기 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And the laser for generating the transmission optical signal by the driving circuit. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 레이저는 고체 레이저 또는 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 레이저 레이더.And the laser is a solid state laser or a semiconductor laser.
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