KR20210027004A

KR20210027004A - 거리 측정 장치

Info

Publication number: KR20210027004A
Application number: KR1020190169501A
Authority: KR
Inventors: 장준환; 임찬묵; 정훈일; 정창모
Original assignee: 주식회사 에스오에스랩
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-03-10
Also published as: KR20210027167A; KR20210027017A; KR20210027025A; KR20210027005A; KR20210027041A

Abstract

본 발명은 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 레이저 출력 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치 및 라이다 장치에 이용되는 레이저 출력 디바이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 라이다 장치는 레이저를 출력하는 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부로부터 출력된 레이저가 일 지점에서 반사된 경우 반사된 레이저를 수광하는 디텍터부를 포함하되, 상기 레이저 출력부는 제1 레이저 출력 소자 및 제2 레이저 출력 소자를 포함하고, 상기 제1 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제1 레이저와 상기 제2 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제2 레이저는 상기 라이다 장치로부터 제1 거리만큼 이격된 지점에서 각각 제1 광밀도(Light density) 및 제2 광밀도를 가지도록 출력되며, 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력소자사이의 거리에 따라서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 오버랩되는 거리가 결정 되되, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제2 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력 소자 사이의 거리는 상기 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되고, 상기 라이다 장치로부터 거리가 멀어질수록 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 커지며, 상기 라이다 장치로부터 100m 거리에서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 100m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역의 80%이상이 되도록 설정되며, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 멀 수 있다.

Description

거리 측정 장치{DISTANCE MEASURING DEVICE}

본 발명은 레이저 빔을 이용하여 대상체와의 거리를 획득하는 거리 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스캔영역을 향해 레이저를 조사하고 상기 스캔영역상에 존재하는 대상체로부터 반사되는 레이저를 감지하여, 거리 정보를 획득하는 거리 측정 장치 및 거리 측정 장치에 포함되는 레이저 출력부에 관한 것이다.

거리 측정 장치는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리를 측정하는 장치이다. 예를 들어, 거리 측정 장치는 라이다 장치(LiDAR: Light Detecting And Ranging) 및 TOF 카메라를 포함할 수 있다.

또한, 라이다 장치(LiDAR: Light Detecting And Ranging)는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리를 탐지하는 장치이다. 또한 라이다 장치는 레이저를 이용한 포인트 클라우드(Point cloud)를 생성하여 주변에 존재하는 사물에 대한 위치정보를 획득할 수 있는 장치이다. 또한, 라이다 장치를 이용한 기상관측, 3차원 맵핑(3D mapping), 자율주행차량, 자율주행드론 및 무인 로봇 센서 등에 대한 연구 역시 활발히 진행되고 있다.

또한, TOF 카메라는 2D 데이터뿐만 아니라 레이저를 이용하여 3D 정보까지 얻을 수 있는 거리 측정 장치이다. TOF 카메라를 이용하여 제스쳐 인식, 얼굴 인식, 차량 인식 등이 가능하다.

일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않으면서 측정거리를 향상시킬 수 있는 거리 측정 장치에 관한 것이다.

다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않으면서 측정거리를 향상시킬 수 있는 레이저 출력 디바이스에 관한 것이다.

또 다른 일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 출력되는 레이저가 조사되지 않는 영역을 최소화 하여 감지되지 않는 대상체를 최소화 하기 위한 거리 측정 장치에 관한 것이다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저를 출력하는 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부로부터 출력된 레이저가 일 지점에서 반사된 경우 반사된 레이저를 수광하는 디텍터부를 포함하되, 상기 레이저 출력부는 제1 레이저 출력 소자 및 제2 레이저 출력 소자를 포함하고, 상기 제1 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제1 레이저와 상기 제2 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제2 레이저는 상기 라이다 장치로부터 제1 거리만큼 이격된 지점에서 각각 제1 광밀도(Light density) 및 제2 광밀도를 가지도록 출력되며, 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력소자사이의 거리에 따라서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 오버랩되는 거리가 결정 되되, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제2 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력 소자 사이의 거리는 상기 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되고, 상기 라이다 장치로부터 거리가 멀어질수록 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 커지며, 상기 라이다 장치로부터 100m 거리에서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 100m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역의 80%이상이 되도록 설정되며, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 멀 수 있다.

일 실시예에 따른 레이저 출력 디바이스는 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키며, 상기 제1 및 제3 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛은 제1 거리 이상 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제4 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛은 제2 거리 이상 이격되어 배치되며, 상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 서로 인접하여 배치되도록 제3 거리 이하로 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 거리는 상기 제3 거리보다 클 수 있다.

다른 일 실시예에 따른 레이저 출력 디바이스는 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키며, 상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 제1 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함되며, 상기 제3 및 제4 빅셀 유닛은 제2 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함되고, 상기 제1 및 제3 레이저가 일정 거리 이상에서 오버랩되되, 상기 레이저 출력 디바이스로부터 거리가 멀어질수록 상기 제1 및 제3 레이저가 오버랩되는 영역이 증가 하고, 상기 제2 및 제4 레이저가 일정 거리 이상에서 오버랩되되, 상기 레이저 출력 디바이스로부터 거리가 멀어질수록 상기 제2 및 제4 레이저가 오버랩되는 영역이 증가하도록 상기 제1 및 제2 빅셀 어레이는 동일 평면 상에서 이격되어 배치될 수 있다.

다른 일 실시예에 따른 라이다 장치는 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛, 상기 제1 내지 제4 레이저 중 적어도 일부의 레이저가 대상체로부터 반사된 경우 반사된 레이저를 수광하는 디텍터부, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하되, 대상체로부터 반사된 레이저를 이용하여 대상체 대한 거리 정보를 획득하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 레이저를 출력하도록 상기 제1 빅셀 유닛을 동작시키며, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에 상기 제2 레이저를 출력하도록 상기 제2 빅셀 유닛을 동작 시키고, 상기 제1 시점에 제1 대상체에 대한 거리 정보를 획득하지 못한 경우 상기 제어부는 제3 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키며, 상기 제2 시점에 제2 대상체에 대한 거리 정보를 획득한 경우 상기 제어부는 제4 시점에 상기 제2 레이저를 출력하도록 상기 제2 빅셀 유닛을 동작시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 복수개의 빅셀 유닛(VCSEL Unit)으로부터 출력되는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치의 거리 정보 획득 방법은 제1 시점에 제1 빅셀 유닛을 동작시켜 제1 레이저를 출력하는 단계, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에 제2 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제1 레이저와 다른 각도로 제2 레이저를 출력하는 단계, 상기 제1 및 제2 시점과 상이한 제3 시점에 상기 제1 빅셀 유닛 및 제3 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제1 레이저와 동일한 각도로 조사되는 제3 레이저 및 상기 제1 레이저를 출력하는 단계, 상기 제3 시점에 조사된 상기 제1 및 제3 레이저가 제1 대상체에서 반사된 경우 상기 제1 대상체와 상기 라이다 장치 사이의 거리 정보를 획득하는 단계, 상기 제1 내지 제3 시점과 상이한 제4 시점에 상기 제2 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제2 레이저를 출력하는 단계 및 상기 제4 시점에 조사된 상기 제2 레이저가 제2 대상체에서 반사된 경우 상기 제2 대상체와 상기 라이다 장치 사이의 거리 정보를 획득하는 단계 를 포함하되, 상기 제3 시점에서 출력된 제1 및 제3 레이저에 기초하여 획득된 제1 대상체와의 거리 정보의 거리 값은 상기 제4 시점에서출력된 제2 레이저에 기초하여 획득된 제2 대상체와의 거리 정보의 거리 값 보다 클 수 있다.

일 실시예에 따른 자율 주행 차량은 차량 본체 및 대상체와의 거리를 측정하기 위한 라이다 장치를 포함하되, 상기 라이다 장치는 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않으면서 측정거리가 향상된 거리 측정 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않으면서 측정거리가 향상된 레이저 출력 디바이스가 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 감지되지 않는 대상체가 최소화되는 거리 측정 장치가 제공될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 VCSEL unit을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 VCSEL array 및 메탈 컨택을 나타낸 측면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 다른 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.
도 25 내지 27은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은 라이다 장치의 Eye-safety에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 29 및 도 30은 일 실시예에 따른 레이저의 다이버전스를 설명하기 위한 도면이다.
도 31은 일 실시예에 따른 레이저의 프로파일을 이용하여 다이버전스 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 32 및 도 33은 일 실시예에 따른 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.
도 34는 일 실시예에 따른 레이저의 다이버전스에 따른 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 35는 레이저 출력 소자 사이의 거리에 따른 레이저의 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 36은 레이저 출력 소자 사이의 거리와 오버랩 거리와의 상관 관계를 다이버전스 각도 별로 표현한 그래프이다.
도 37은 Eye-safety 기준을 설명하기 위한 도면이다.
도 38은 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 기준거리와 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 39는 레이저 출력 소자로부터 출력된 레이저의 광 밀도와 레이저 출력 소자로부터의 거리 사이의 상관 관계를 다이버전스 각도 별로 표현한 그래프이다.
도 40은 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 기준 거리와 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 41은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 향상된 측정 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 42는 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.
도 43은 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.
도 44는 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.
도 45는 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 46은 다른 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 47은 일 실시예에 따른 일정 이하의 다이버전스 각도를 가지는 레이저 및 이를 출력하는 레이저 출력부에 관한 도면이다.
도 48은 도 47에 따른 레이저 사이의 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 49는 일 실시예에 따른 일정 이상의 다이버전스 각도를 가지는 레이저 및 이를 출력하는 레이저 출력부에 관한 도면이다.
도 50은 도 49에 따른 레이저 사이의 거리를 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분양에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 판례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 레이저를 출력하는 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는 레이저 출력부, 상기 레이저 출력부로부터 출력된 레이저가 일 지점에서 반사된 경우 반사된 레이저를 수광하는 디텍터부를 포함하되, 상기 레이저 출력부는 제1 레이저 출력 소자 및 제2 레이저 출력 소자를 포함하고, 상기 제1 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제1 레이저와 상기 제2 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제2 레이저는 상기 라이다 장치로부터 제1 거리만큼 이격된 지점에서 각각 제1 광밀도(Light density) 및 제2 광밀도를 가지도록 출력되며, 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력소자사이의 거리에 따라서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 오버랩되는 거리가 결정 되되, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제2 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력 소자 사이의 거리는 상기 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되고, 상기 라이다 장치로부터 거리가 멀어질수록 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 커지며, 상기 라이다 장치로부터 100m 거리에서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 100m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역의 80%이상이 되도록 설정되며, 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 먼 라이다 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 기준 광밀도일 수 있다.

여기서, 상기 제1 거리는 안전등급 산출을 위한 기준 거리일 수 있다.

여기서, 상기 복수개의 레이저 출력 소자는 복수개의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter)를 포함하는 빅셀 유닛(VCSEL Unit)일 수 있다.

여기서, 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 상기 라이다 장치로부터 200m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 90%이상이 되도록 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자 사이의 거리가 설정될 수 있다.

여기서, 상기 라이다 장치는 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력 소자의 동작을 제어하며, 상기 일 지점과의 거리를 측정하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 제1 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어하고, 상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정하지 못한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에서 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 및 제2 레이저를 출력하도록 제어하고, 상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제3 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 레이저 출력부는 제3 레이저 출력 소자 및 제4 레이저 출력 소자를 더 포함하며, 상기 제3 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제3 레이저와 상기 제4 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제4 레이저는 상기 라이다 장치로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 지점에서 각각 제3 및 제4 광밀도를 가지도록 출력되며, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제3 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자 사이의 거리는 상기 제3 거리에서 상기 제1, 제2 및 제3 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되도록 설정되며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제4 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자 사이의 거리는 상기 제4 거리에서 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되도록 설정될 수 있다.

여기서, 상기 라이다 장치는 상기 제1, 제2 제3 및 제4 레이저 출력 소자의 동작을 제어하며, 상기 일 지점과의 거리를 측정하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 제1 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어하며, 상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정하지 못한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에서 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 및 제2 레이저를 출력하도록 제어하고, 상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제3 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어하며, 상기 제2 시점에서 출력된 상기 제1 및 제2 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정하지 못한 경우, 상기 제2 시점과 상이한 제4 시점에서 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1, 제2 및 제3 레이저를 출력하도록 제어하고, 상기 제2 시점에서 출력된 상기 제1 및 제2 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정한 경우, 상기 제2 시점과 상이한 제5 시점에서 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 및 제2 레이저를 출력하도록 제어할 수 있다.

다른 일 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치 등에 이용되는 레이저 출력 디바이스로서, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키며, 상기 제1 및 제3 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛은 제1 거리 이상 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제4 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛은 제2 거리 이상 이격되어 배치되며, 상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 서로 인접하여 배치되도록 제3 거리 이하로 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 거리는 상기 제3 거리보다 큰 레이저 출력 디바이스가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 서로 상이할 수 있다.

여기서, 상기 제1 내지 제4 빅셀 유닛은 상기 제1 및 제3 레이저와 상기 제2 및 제4 레이저가 각각 상기 레이저 출력 디바이스로부터 10cm 이상에서 오버랩 되도록 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 내지 제4 빅셀 유닛은 하나의 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제3 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 되도록 상기 제1 거리가 설정될 수 있다.

여기서, 상기 제2 및 제4 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제2 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 되도록 상기 제2 거리가 설정될 수 있다.

또 다른 일 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치 등에 이용되는 레이저 출력 디바이스로서, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키며, 상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 제1 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함되며, 상기 제3 및 제4 빅셀 유닛은 제2 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함되고, 상기 제1 및 제3 레이저가 일정 거리 이상에서 오버랩되되, 상기 레이저 출력 디바이스로부터 거리가 멀어질수록 상기 제1 및 제3 레이저가 오버랩되는 영역이 증가 하고, 상기 제2 및 제4 레이저가 일정 거리 이상에서 오버랩되되, 상기 레이저 출력 디바이스로부터 거리가 멀어질수록 상기 제2 및 제4 레이저가 오버랩되는 영역이 증가하도록 상기 제1 및 제2 빅셀 어레이는 동일 평면 상에서 이격되어 배치되는 레이저 출력 디바이스가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 빅셀 유닛의 상기 제1 빅셀 어레이에서의 위치는 상기 제3 빅셀 유닛의 상기 제2 빅셀 어레이에서의 위치와 대응될 수 있다.

여기서, 상기 제1 빅셀 유닛의 상기 제1 빅셀 어레이에서의 위치는 상기 제3 빅셀 유닛의 상기 제2 빅셀 어레이에서의 위치와 상이할 수 있다.

여기서, 상기 제1 빅셀 어레이 및 상기 제2 빅셀 어레이는 동일한 기판 상에 위치할 수 있다.

여기서, 상기 제1 빅셀 어레이 및 상기 제2 빅셀 어레이는 제1 및 제2 스티어링 컴포넌트를 포함하며, 상기 제1 스티어링 컴포넌트 및 상기 제2 스티어링 컴포넌트의 형상은 상호간에 동일할 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제3 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기는 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 될 수 있다.

여기서, 상기 제2 및 제4 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기는 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제2 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 될 수 있다.

또 다른 일 실시예에 따르면, 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛, 상기 제1 내지 제4 레이저 중 적어도 일부의 레이저가 대상체로부터 반사된 경우 반사된 레이저를 수광하는 디텍터부, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하되, 대상체로부터 반사된 레이저를 이용하여 대상체 대한 거리 정보를 획득하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 레이저를 출력하도록 상기 제1 빅셀 유닛을 동작시키며, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에 상기 제2 레이저를 출력하도록 상기 제2 빅셀 유닛을 동작 시키고, 상기 제1 시점에 제1 대상체에 대한 거리 정보를 획득하지 못한 경우 상기 제어부는 제3 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키며, 상기 제2 시점에 제2 대상체에 대한 거리 정보를 획득한 경우 상기 제어부는 제4 시점에 상기 제2 레이저를 출력하도록 상기 제2 빅셀 유닛을 동작시키는 라이다 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제3 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 제1 거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛은 제2 거리 이상 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제4 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 상기 제1 거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛은 제3 거리 이상 이격되어 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 거리는 상기 제1 거리는 안전등급 산출을 위한 기준 거리일 수 있다.

여기서, 상기 제1 레이저와 상기 제3 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 상기 라이다 장치로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 80% 이상이 되며, 상기 제1 레이저와 상기 제3 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 상기 라이다 장치로부터 200m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 90%이상이 될 수 있다.

또 다른 일 실시예에 따르면, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 복수개의 빅셀 유닛(VCSEL Unit)으로부터 출력되는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치의 거리 정보 획득 방법으로서, 제1 시점에 제1 빅셀 유닛을 동작시켜 제1 레이저를 출력하는 단계, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에 제2 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제1 레이저와 다른 각도로 제2 레이저를 출력하는 단계, 상기 제1 및 제2 시점과 상이한 제3 시점에 상기 제1 빅셀 유닛 및 제3 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제1 레이저와 동일한 각도로 조사되는 제3 레이저 및 상기 제1 레이저를 출력하는 단계, 상기 제3 시점에 조사된 상기 제1 및 제3 레이저가 제1 대상체에서 반사된 경우 상기 제1 대상체와 상기 라이다 장치 사이의 거리 정보를 획득하는 단계, 상기 제1 내지 제3 시점과 상이한 제4 시점에 상기 제2 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제2 레이저를 출력하는 단계 및 상기 제4 시점에 조사된 상기 제2 레이저가 제2 대상체에서 반사된 경우 상기 제2 대상체와 상기 라이다 장치 사이의 거리 정보를 획득하는 단계를 포함하되, 상기 제3 시점에서 출력된 제1 및 제3 레이저에 기초하여 획득된 제1 대상체와의 거리 정보의 거리 값은 상기 제4 시점에서출력된 제2 레이저에 기초하여 획득된 제2 대상체와의 거리 정보의 거리 값 보다 큰 거리 정보 획득 방법이 제공될 수 있다.

또 다른 일 실시예에 따르면, 차량 주변의 대상체를 감지하여 이를 이용하여 자율적으로 주행 가능한 자율 주행 차량으로서, 차량 본체 및 대상체와의 거리를 측정하기 위한 라이다 장치를 포함하되, 상기 라이다 장치는 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit), 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛, 적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키는 자율 주행 차량이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제3 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛은 제1 거리 이상 이격되어 배치되고, 상기 제2 및 제4 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛은 제2 거리 이상 이격되어 배치되며, 상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 서로 인접하여 배치되도록 제3 거리 이하로 이격되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 거리는 상기 제3 거리보다 클 수 있다.

1. 라이다 장치 및 용어 정리

라이다 장치는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리 및 대상체의 위치를 탐지하기 위한 장치이다. 예를 들어, 라이다 장치는 레이저를 출력할 수 있고, 출력된 레이저가 대상체에서 반사된 경우 반사된 레이저를 수신하여 대상체와 라이다 장치의 거리 및 대상체의 위치를 측정할 수 있다. 이때, 대상체의 거리 및 위치는 좌표계를 통해 표현될 수 있다. 예를 들어, 대상체의 거리 및 위치는 구좌표계(r, θ,φ)로 표현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 직교좌표계(X, Y, Z) 또는 원통 좌표계(r, θ, z) 등으로 표현될 수 있다.

또한, 라이다 장치는 대상체의 거리를 측정하기 위해 라이다 장치에서 출력되어 대상체에서 반사된 레이저를 이용할 수 있다.

일 실시예에 따른 라이다 장치는 대상체의 거리를 측정하기 위해 레이저가 출력된 후 감지되기 까지 레이저의 비행 시간 (TOF : Time Of Flight)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 출력된 레이저의 출력 시간에 기초한 시간 값과 대상체에서 반사되어 감지된 레이저의 감지된 시간에 기초한 시간 값의 차이를 이용하여, 대상체의 거리를 측정할 수 있다.

또한, 라이다 장치는 출력된 레이저가 대상체를 거치지 않고 바로 감지된 시간 값과 대상체에서 반사되어 감지된 레이저의 감지된 시간에 기초한 시간 값의 차이를 이용하여 대상체의 거리를 측정할 수 있다.

라이다 장치가 제어부에 의해 레이저 빔을 출광하기 위한 트리거 신호를 보내는 시점과 실제 레이저 출력 소자에서 레이저 빔이 출력되는 시간인 실제 출광 시점은 차이가 있을 수 있다. 상기 트리거 신호의 시점과 실제 출광 시점 사이에서는 실제로 레이저 빔이 출력되지 않았으므로, 레이저의 비행 시간에 포함되면 정밀도가 감소할 수 있다.

레이저 빔의 비행 시간 측정에 정밀도를 향상시키기 위해서는, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 이용할 수 있다. 그러나, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 파악하는 것은 어려울 수 있다. 그러므로, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 출력 되자마자, 또는 출력된 후 대상체를 거치지 않고 곧바로 센서부로 전달되어야 한다.

예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 옵틱이 배치되어, 상기 옵틱에 의해 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 수광부에 감지될 수 있다. 상기 옵틱은 미러, 렌즈, 프리즘, 메타표면 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 옵틱은 하나일 수 있으나, 복수 개일 수 있다.

또한, 예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 센서부가 배치되어, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 센서부에 감지될 수 있다. 상기 센서부는 레이저 출력 소자와 1mm, 1um, 1nm 등의 거리를 두고 이격될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는, 상기 센서부는 레이저 출력 소자와 이격되지 않고 인접하게 배치될 수도 있다. 상기 센서부와 상기 레이저 출력 소자 사이에는 옵틱이 존재할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 대상체의 거리를 측정하기 위해 비행 시간 외에도 삼각 측량법(Triangulation method), 간섭계 방법(Interferometry method), 위상 변화 측정법(Phase shift measurement) 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

2. 라이다 장치 어플리케이션

2.1 차량에 설치되는 라이다 장치

일 실시예에 따른 라이다 장치는 차량에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 차량의 루프, 후드, 헤드램프 또는 범퍼 등에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 차량에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 차량의 루프에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 차량의 루프에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치가 차량에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치가 차량 내부에 설치되는 경우, 주행 중 운전자의 제스쳐를 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, 라이다 장치가 차량 내부 또는 차량 외부에 설치되는 경우, 운전자의 얼굴을 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

2.2 무인 비행체에 설치되는 라이다 장치

일 실시예에 따른 라이다 장치는 무인 비행체에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 무인항공기 시스템(UAV System), 드론(Drone), RPV(Remote Piloted Vehicle), UAVs(Unmanned Aerial Vehicle System), UAS(Unmanned Aircraft System), RPAV(Remote Piloted Air/Aerial Vehicle) 또는 RPAS(Remote Piloted Aircraft System) 등에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 무인 비행체에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 무인 비행체에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 무인 비행체에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

2.3 로봇에 설치되는 라이다 장치

일 실시예에 따른 라이다 장치는 로봇에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 개인용 로봇, 전문 로봇, 공공 서비스 로봇, 기타 산업용 로봇 또는 제조업용 로봇 등에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 로봇에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 로봇에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 로봇에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치가 로봇에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치가 로봇에 설치되는 경우, 사람의 얼굴을 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

2.4 산업 보안용 라이다 장치

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 산업 보안을 위해 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치는 산업 보안을 위해 스마트 공장에 설치될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 라이다 장치가 산업 보안을 위해 스마트 공장에 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치 2개가 스마트 공장에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 전방을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 후방을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 라이다 장치 2개가 스마트 공장에 설치되는 경우, 하나의 라이다 장치는 좌측을 관측하기 위한 것이고, 나머지 하나는 우측을 관측하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치가 산업 보안을 위해 설치될 수 있다. 예를 들어, 라이다 장치가 산업 보안을 위해 설치되는 경우, 사람의 얼굴을 인식하기 위한 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

3. 라이다 장치의 구성

이하에서는 라이다 장치의 구성요소들의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.

3.1. 레이저 출력부

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 레이저 출력부(100)를 포함할 수 있다.

이때, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 레이저를 출사할 수 있다.

또한, 레이저 출력부(100)는 하나 이상의 레이저 출력 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 단일 레이저 출력 소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함할 수도 있고, 또한 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우 복수 개의 레이저 출력 소자가 하나의 어레이를 구성할 수 있다.

또한, 레이저 출력부(100)는 레이저 다이오드(Laser Diode:LD), Solid-state laser, High power laser, Light entitling diode(LED), Vertical Cavity Surface Emitting Laser(VCSEL), External cavity diode laser(ECDL) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 레이저 출력부(100)는 일정 파장의 레이저를 출력할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 905nm대역의 레이저 또는 1550nm 대역의 레이저를 출력할 수 있다. 또한, 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 940nm 대역의 레이저를 출력할 수 있다. 또한, 예를 들어, 레이저 출력부(100)는 800nm 내지 1000nm 사이의 복수 개의 파장을 포함하는 레이저를 출력할 수 있다. 또한, 레이저 출력부(100)가 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우, 복수 개의 레이저 출력 소자의 일부는 905nm 대역의 레이저를 출력할 수 있으며, 다른 일부는 1500nm 대역의 레이저를 출력할 수 있다.

3.2. 옵틱부

다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 옵틱부(200)를 포함할 수 있다.

상기 옵틱부는 본 발명에 대한 설명에 있어서, 스티어링부, 스캔부 등으로 다양하게 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 반사함으로써 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저를 반사하여, 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 반사하기 위하여 다양한 광학 수단들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 미러(mirror), 공진 스캐너(Resonance scanner), 멤스 미러(MEMS mirror), VCM(Voice Coil Motor), 다면 미러(Polygonal mirror), 회전 미러(Rotating mirror) 또는 갈바노 미러(Galvano mirror) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 굴절시킴으로써 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저를 굴절시켜, 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저를 굴절시키기 위하여 다양한 광학 수단들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 렌즈(lens), 프리즘(prism), 마이크로렌즈(Micro lens) 또는 액체 렌즈(Microfluidie lens) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저의 위상을 변화시킴으로써 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 레이저 출력부(100)에서 출사된 레이저의 위상을 변화시켜, 레이저가 스캔 영역을 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다. 또한, 예를 들어, 스캔 영역 내에 위치하는 대상체로부터 반사된 레이저가 센서부를 향하도록 레이저의 비행 경로를 변경할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 레이저의 위상을 변화시키기 위하여 다양한 광학 수단들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 옵틱부(200)는 OPA(Optical Phased Array), 메타 렌즈(Meta lens) 또는 메타 표면(Metasurface) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 옵틱부(200)는 하나 이상의 광학 수단을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 옵틱부(200)는 복수 개의 광학 수단을 포함할 수 있다.

3.3 센서부

다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(100)는 센서부(300)를 포함할 수 있다.

상기 센서부는 본 발명에 대한 설명에 있어서 수광부, 수신부 등으로 다양하게 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 레이저를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서부는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 레이저를 수신할 수 있으며, 수신된 레이저를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 수신할 수 있으며, 이를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 하나 이상의 광학수단을 통해 수신할 수 있으며, 이를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 레이저를 광학 필터를 거쳐 수신할 수 있으며, 이를 기초로 전기 신호를 생성할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 생성된 전기 신호를 기초로 레이저를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 미리 정해진 문턱 값과 생성된 전기 신호의 크기를 비교하여 레이저를 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 미리 정해진 문턱 값과 생성된 전기 신호의 rising edge, falling edge 또는 rising edge와 falling edge의 중앙값을 비교하여 레이저를 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 예를 들어, 센서부(300)는 미리 정해진 문턱 값과 생성된 전기 신호의 피크 값을 비교하여 레이저를 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 다양한 센서 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 PN 포토 다이오드, 포토트랜지스터, PIN 포토다이오드, APD(Avalanche Photodiode), SPAD(Single-photon avalanche diode), SiPM(Silicon PhotoMultipliers), TDC(Time to Digital Converter), Comparator, CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 또는 CCD(charge coupled device) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 센서부(300)는 2D SPAD array일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, SPAD array는 복수 개의 SPAD unit을 포함하고, SPAD unit은 복수 개의 SPAD(pixel)을 포함할 수 있다.

이때, 센서부(300)는 2D SPAD array를 이용하여 N번의 히스토그램(histogram)을 쌓을 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 히스토그램을 이용하여, 대상체로부터 반사되어 수광되는 레이저 빔의 수광 시점을 감지할 수 있다.

예를 들어, 센서부(300)는 히스토그램을 이용하여, 히스토그램의 피크(peak) 지점을 대상체로부터 반사되어 수광되는 레이저 빔의 수광 시점으로 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, 센서부(300)는 히스토그램을 이용하여, 히스토그램이 미리 정해진 값 이상인 지점을 대상체로부터 반사되어 수광되는 레이저 빔의 수광시점으로 감지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 하나 이상의 센서 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 단일 센서 소자를 포함할 수 있으며, 복수 개의 센서 소자를 포함할 수도 있다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 하나 이상의 광학 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 Aperture, 마이크로 렌즈(Micro lens), 수렴 렌즈(converging lens) 또는 Diffuser 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 센서부(300)는 하나 이상의 광학 필터(Optical Filter)를 포함할 수 있다. 센서부(300)는 대상체에서 반사된 레이저를 광학 필터를 거쳐 수신할 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 Band pass filter, Dichroic filter, Guided-mode resonance filter, Polarizer, Wedge filter 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

3.4 제어부

다시 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1000)는 제어부(400)를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 본 발명을 위한 설명에 있어너 컨트롤러 등으로 다양하게 표현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이때, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 레이저 출력부(100), 옵틱부(200) 또는 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 레이저 출력부(100)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 출력 시점을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 파워를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 펄스 폭(Pulse Width)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저의 주기를 제어할 수 있다. 또한, 레이저 출력부(100)가 복수 개의 레이저 출력 소자를 포함하는 경우, 제어부(400)는 복수 개의 레이저 출력 소자 중 일부가 동작되도록 레이저 출력부(100)를 제어할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 옵틱부(200)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 옵틱부(200) 동작 속도를 제어할 수 있다. 구체적으로 옵틱부(200)가 회전 미러를 포함하는 경우 회전 미러의 회전 속도를 제어할 수 있으며, 옵틱부(200)가 멤스 미러(MEMS mirror)를 포함하는 경우 사이 멤스 미러의 반복 주기를 제어할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 예를 들어, 제어부(400)는 옵틱부(200)의 동작 정도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 옵틱부(200)가 멤스 미러를 포함하는 경우 멤스 미러의 동작 각도를 제어할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 센서부(300)의 민감도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 미리 정해진 문턱 값을 조절하여 센서부(300)의 민감도를 제어할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 예를 들어, 제어부(400)는 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 센서부(300)의 On/Off를 제어할 수 있으며, 제어부(300)가 복수 개의 센서 소자를 포함하는 경우 복수 개의 센서 소자 중 일부의 센서 소자가 동작되도록 센서부(300)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제어부(400)는 센서부(300)에서 감지된 레이저에 기초하여 라이다 장치(1000)로부터 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

예를 들어, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 레이저가 출력된 시점과 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 레이저가 출력되어 대상체를 거치지 않고 바로 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점 및 대상체에서 반사된 레이저가 센서부(300)에서 감지된 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

라이다 장치(1000)가 제어부(400)에 의해 레이저 빔을 출광하기 위한 트리거 신호를 보내는 시점과 실제 레이저 출력 소자에서 레이저 빔이 출력되는 시간인 실제 출광 시점은 차이가 있을 수 있다. 상기 트리거 신호의 시점과 실제 출광 시점 사이에서는 실제로 레이저 빔이 출력되지 않았으므로, 레이저의 비행 시간에 포함되면 정밀도가 감소할 수 있다.

레이저 빔의 비행 시간 측정에 정밀도를 향상시키기 위해서는, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 이용할 수 있다. 그러나, 레이저 빔의 실제 출광 시점을 파악하는 것은 어려울 수 있다. 그러므로, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 출력 되자마자, 또는 출력된 후 대상체를 거치지 않고 곧바로 센서부(300)로 전달되어야 한다.

예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 옵틱이 배치되어, 상기 옵틱에 의해 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 센서부(300)에 감지될 수 있다. 상기 옵틱은 미러, 렌즈, 프리즘, 메타표면 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 옵틱은 하나일 수 있으나, 복수 개일 수 있다.

또한, 예를 들어, 레이저 출력 소자의 상부에 센서부(300)가 배치되어, 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저 빔은 대상체를 거치지 않고 바로 센서부(300)에 감지될 수 있다. 상기 센서부(300)는 레이저 출력 소자와 1mm, 1um, 1nm 등의 거리를 두고 이격될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는, 상기 센서부(300)는 레이저 출력 소자와 이격되지 않고 인접하게 배치될 수도 있다. 상기 센서부(300)와 상기 레이저 출력 소자 사이에는 옵틱이 존재할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

구체적으로, 레이저 출력부(100)는 레이저를 출력할 수 있고, 제어부(400)는 레이저 출력부(100)에서 레이저가 출력된 시점을 획득할 수 있으며, 레이저 출력부(100)에서 출력된 레이저가 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 경우 센서부(300)는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있고, 제어부(400)는 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점을 획득할 수 있으며, 제어부(400)는 레이저의 출력 시점 및 감지 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

또한, 구체적으로, 레이저 출력부(100)에서 레이저를 출력할 수 있고, 레이저 출력부(100)에서 출력된 레이저가 스캔 영역 내에 위치하는 대상체를 거지치 않고 바로 센서부(300)에 의해 감지될 수 있고, 제어부(400)는 대상체를 거치지 않은 레이저가 감지된 시점을 획득할 수 있다. 레이저 출력부(100)에서 출력된 레이저가 스캔 영역 내에 위치하는 대상체에서 반사된 경우 센서부(300)는 대상체에서 반사된 레이저를 감지할 수 있고, 제어부(400)는 센서부(300)에서 레이저가 감지된 시점을 획득할 수 있으며, 제어부(400)는 대상체를 거치지 않은 레이저의 감지 시점 및 대상체에서 반사된 레이저의 감지 시점에 기초하여 스캔 영역 내에 위치하는 대상체까지의 거리를 판단할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 라이다 장치를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1100)는 레이저 출력부(100), 옵틱부(200) 및 센서부(300)를 포함할 수 있다.

레이저 출력부(100), 옵틱부(200) 및 센서부(300)는 도 1에서 설명되었으므로, 이하에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

4. VCSEL을 포함하는 레이저 출력부

이하에서는 VCSEL을 포함하는 레이저 출력부의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

4.1 VCSEL의 다양한 실시예들

도 3은 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL emitter(110)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 상부 메탈 컨택(10), 상부 DBR 레이어(20, upper Distributed Bragg reflector), active 레이어(40, quantum well), 하부 DBR 레이어(30, lower Distributed Bragg reflector), 기판(50, substrate) 및 하부 메탈 컨택(60)을 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 상단 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 예를 들어, VCSEL emitter(110)는 상부 메탈 컨택(10)의 표면에서 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다. 또한, 예를 들어, VCSEL emitter(110)는 acvite 레이어(40)에 수직으로 레이저 빔을 방출할 수 있다.

4.1.1 상부DBR 및 하부 DBR을 포함하는 VCSEL

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)는 복수 개의 반사층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 반사층은 반사율이 높은 반사층과 반사율이 낮은 반사층이 교대로 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 반사층의 두께는 VCSEL emitter(110)에서 방출되는 레이저 파장의 4분의 1일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)는 p형 및 n형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)는 p형으로 도핑되고, 하부 DBR 레이어(30)는 n형으로 도핑될 수 있다. 또는, 예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)는 n형으로 도핑되고, 하부 DBR 레이어(30)는 p형으로 도핑될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따르면 하부 DBR 레이어(30)와 하부 메탈 컨택(60) 사이에는 substrate(50)가 배치될 수 있다. 하부 DBR 레이어(30)가 p형으로 도핑되는 경우 Substrate(50)도 p형 substrate가 될 수 있고, 하부 DBR 레이어(30)가 n형으로 도핑되는 경우 Substrate(50)도 n형 substrate가 될 수 있다.

4.1.2 active 레이어를 포함하는 VCSEL

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 active 레이어(40)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 active 레이어(40)는 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30) 사이에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따른 active 레이어(40)는 레이저 빔을 생성하는 복수 개의 퀀텀 웰(Quantum well)을 포함할 수 있다. Active 레이어(40)는 레이저 빔을 방출시킬 수 있다.

4.1.3 metal contact을 포함하는 VCSEL

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 전원 등과의 전기적 연결을 위해 메탈 컨택을 포함할 수 있다. 예를 들어 VCSEL emitter(110)는 상부 메탈 컨택(10) 및 하부 메탈 컨택(60)을 포함할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 메탈 컨택을 통해 상부 DBR 레이어(20) 및 하부 DBR 레이어(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)가 p형으로 도핑되고 하부 DBR 레이어(30)가 n형으로 도핑되는 경우, 상부 메탈 컨택(10)에는 p형 전원이 공급되어 상부 DBR 레이어(20)와 전기적으로 연결되고, 하부 메탈 컨택(60)에는 n형 전원이 공급되어 하부 DBR 레이어(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한 예를 들어, 예를 들어, 상부 DBR 레이어(20)가 n형으로 도핑되고 하부 DBR 레이어(30)가 p형으로 도핑되는 경우, 상부 메탈 컨택(10)에는 n형 전원이 공급되어 상부 DBR 레이어(20)와 전기적으로 연결되고, 하부 메탈 컨택(60)에는 p형 전원이 공급되어 하부 DBR 레이어(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.

4.1.4 oxidation area를 포함하는 VCSEL

일 실시예에 따른 VCSEL emitter(110)는 oxidation area를 포함할 수 있다. Oxidation area는 active layer의 상부에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따른 oxidation area는 절연성을 띌 수 있다. 예를 들어, oxidation area에는 전기적 흐름이 제한될 수 있다. 예를 들어, oxidation area에는 전기적 연결이 제한될 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 oxidation area는 aperture의 역할을 할 수 있다. 구체적으로, oxidation area는 절연성을 가지므로, oxidation area가 아닌 부분에서만 active layer(40)로부터 생성된 빔이 방출될 수 있다.

4.2 VCSEL emitter를 포함하는 레이저 출력부

일 실시예에 따른 레이저 출력부는 복수 개의 VCSEL emitter(110)를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 레이저 출력부는 복수 개의 VCSEL emitter(110)들을 한번에 on시킬 수 있거나, 개별적으로 on시킬 수 있다.

일 실시예에 따른 레이저 출력부는 다양한 파장의 레이저 빔을 출사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부는 파장이 905nm인 레이저 빔을 출사할 수 있다. 또한 예를 들어, 레이저 출력부는 1550nm의 파장을 갖는 레이저 빔을 출사할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 레이저 출력부는 출력되는 파장이 주변 환경에 의해 변화될 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부는 주변 환경의 온도가 증가할수록, 출력되는 파장도 증가할 수 있다. 또는 예를 들어, 레이저 출력부는 주변 환경의 온도가 감소할수록, 출력되는 파장도 감소할 수 있다. 상기 주변 환경이란, 온도, 습도, 압력, 먼지의 농도, 주변 광량, 고도, 중력, 가속도 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

레이저 출력부는 지지면과 수직한 방향으로 레이저 빔을 출사할 수 있다. 또는, 레이저 출력부는 상기 출사면과 수직한 방향으로 레이저 빔을 출사할 수 있다.

4.3 VCSEL unit을 포함하는 레이저 출력부

도 4는 일 실시예에 따른 VCSEL unit을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL emitter(110)들은 허니콤(honeycomb)구조로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 1개의 허니콤 구조에는 VCSEL emitter(110) 7개가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한 일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)에 포함된 VCSEL emitter(110)들은 모두 동일한 방향으로 조사될 수 있다. 예를 들어, VCSEL unit(130)에 포함된 400개의 VCSEL emitter(110)들은 모두 동일한 방향으로 조사될 수 있다.

또한, VCSEL unit(130)은 출력된 레이저 빔의 조사 방향에 의해 구별될 수 있다. 예를 들어, N개의 VCSEL emitter(110)들이 모두 제1 방향으로 레이저 빔을 출력하고, M개의 VCSEL emitter(110)들이 모두 제2 방향으로 레이저 빔을 출력하는 경우, 상기 N개의 VCSEL emitter(110)들은 제1 VCSEL unit으로 구별되고, 상기 M개의 VCSEL emitter(110)들은 제2 VCSEL unit으로 구별될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)은 메탈 컨택을 포함할 수 있다. 예를 들어, VCSEL unit(130)은 p형 메탈 및 n형 메탈을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, VCSEL unit(130)에 포함된 복수 개의 VCSEL emitter(110)는 메탈 컨택을 공유할 수 있다.

4.4 VCSEL array를 포함하는 레이저 출력부

도 5는 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL array(150)를 포함할 수 있다. 도 5는 8X8 VCSEL array를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 VCSEL array(150)는 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 매트릭스 구조로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 상기 복수 개의 VCSEL unit(130)은 N X N 매트릭스일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 예를 들어, 상기 복수 개의 VCSEL unit(130)은 N X M 매트릭스일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL array(150)는 메탈 컨택을 포함할 수 있다. 예를 들어, VCSEL array(150)는 p형 메탈 및 n형 메탈을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 메탈 컨택을 공유할 수도 있으나, 메탈 컨택을 공유하지 않고 각각 독립된 메탈 컨택을 가질 수도 있다.

4.5 Addressable VCSEL array를 포함하는 레이저 출력부

도 6은 일 실시예에 따른 VCSEL array 및 메탈 컨택을 나타낸 측면도이다.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL array(151)를 포함할 수 있다. 도 7은 4X4 VCSEL array를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. VCSEL array(151)는 제1 메탈 컨택(11), 와이어(12), 제2 메탈 컨택(13) 및 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 VCSEL array(151)는 매트릭스 구조로 배치된 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 각각 메탈 컨택에 독립적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 제1 메탈 컨택(11)을 공유하여 제1 메탈 컨택에는 함께 연결되고, 제2 메탈 컨택(13)은 공유하지 않아 제2 메탈 컨택에는 독립적으로 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 제1 메탈 컨택(11)에는 직접적으로 연결되고, 제2 메탈 컨택에는 와이어(12)를 통해 연결될 수 있다. 이때, 필요한 와이어(12)의 개수는 복수 개의 VCSEL unit(130)의 개수와 같을 수 있다. 예를 들어, VCSEL array(151)가 N X M 매트릭스 구조로 배치된 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 경우, 와이어(12)의 개수는 N * M 개가 될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제1 메탈 컨택(11)과 제2 메탈 컨택(13)은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 메탈 컨택(11)은 n형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(13)은 p형 메탈일 수 있다. 반대로, 제1 메탈 컨택(11)은 p형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(13)은 n형 메탈일 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 VCSEL array를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(100)는 VCSEL array(153)를 포함할 수 있다. 도 7은 4X4 VCSEL array를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 VCSEL array(153)는 매트릭스 구조로 배치된 복수 개의 VCSEL unit(130)을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 메탈 컨택을 공유할 수도 있으나, 메탈 컨택을 공유하지 않고 독립된 메탈 컨택을 가질 수도 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 행(row) 단위로 제1 메탈 컨택(15)을 공유할 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수 개의 VCSEL unit(130)은 열(column) 단위로 제2 메탈 컨택(17)을 공유할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 제1 메탈 컨택(15)과 제2 메탈 컨택(17)은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 메탈 컨택(15)은 n형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(17)은 p형 메탈일 수 있다. 반대로, 제1 메탈 컨택(15)은 p형 메탈이고, 제2 메탈 컨택(17)은 n형 메탈일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 VCSEL unit(130)은 제1 메탈 컨택(15) 및 제2 메탈 컨택(17)과 와이어(12)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

5. BCSC를 포함하는 옵틱부

레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 대상체로 향하게 하는 방법은 여러가지가 있을 수 있다. 그 중 플래시 방식은 레이저 빔의 발산에 의해 레이저 빔이 대상체로 퍼져나가는 것을 이용한 방식이다. 플래시 방식에서 원거리에 존재하는 대상체에 레이저 빔을 향하게 하기 위해서는 높은 파워의 레이저 빔이 필요하다. 높은 파워의 레이저 빔은 높은 전압을 인가해야 하므로 전력이 커진다. 또한, 사람의 눈에도 데미지를 줄 수 있어 플래시 방식을 사용하는 라이다가 측정할 수 있는 거리에는 한계가 있다.

스캐닝 방식은 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 특정 방향으로 향하게 하는 방식이다. 스캐닝 방식 레이저 빔을 특정 방향으로 향하게 함으로써 레이저 파워 손실을 줄일 수 있다. 레이저 파워 손실을 줄일 수 있으므로, 플래시 방식과 비교했을 때 동일한 레이저 파워를 사용하더라도 라이다가 측정할 수 있는 거리는 스캐닝 방식이 더 길다. 또한, 플래시 방식과 비교했을 때 동일 거리 측정을 위한 레이저 파워는 스캐닝 방식이 더 낮으므로, 사람의 눈에 대한 안정성이 향상될 수 있다.

레이저 빔 스캐닝은 콜리메이션과 스티어링으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔 스캐닝은 레이저 빔을 콜리메이션 한 후 스티어링을 하는 방식으로 이루어질 수 있다. 또한, 예를 들어, 레이저 빔 스캐닝은 스티어링을 한 후 콜리메이션을 하는 방식으로 이루어질 수 있다.

이하에서는 BCSC(Beam Collimation and Steering component)를 포함하는 옵틱부의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.

도 8은 일 실시예에 따른 라이다 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1200)는 레이저 출력부(100), 옵틱부를 포함할 수 있다. 이때, 옵틱부는 BCSC(250)을 포함할 수 있다. 또한, BCSC(250)는 콜리메이션 컴포넌트(210, Collimation component) 및 스티어링 컴포넌트(230, Steering component)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 BCSC(250)는 다음과 같이 구성될 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트(210)가 먼저 레이저 빔을 콜리메이션 시키고, 콜리메이션 된 레이저 빔은 스티어링 컴포넌트(230)를 거쳐 스티어링될 수 있다. 또는, 스티어링 컴포넌트(230)가 먼저 레이저 빔을 스티어링 시키고, 스티어링 된 레이저 빔은 콜리메이션 컴포넌트(210)를 거쳐 콜리메이션될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치(1200)의 광 경로는 다음과 같다. 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔은 BCSC(250)로 향할 수 있다. BCSC(250)로 입사된 레이저 빔은 콜리메이션 컴포넌트(210)에 의해서 콜리메이션되어 스티어링 컴포넌트(230)로 향할 수 있다. 스티어링 컴포넌트(230)로 입사된 레이저 빔은 스티어링되어 대상체로 향할 수 있다. 대상체(500)로 입사된 레이저 빔은 대상체(500)에 의해 반사되어 센서부로 향할 수 있다.

5.1 콜리메이션 컴포넌트

레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔은 직진성(Directivity)을 갖는다고 하더라도, 레이저 빔이 직진함에 따라 어느 정도의 발산(divergence)이 있을 수 있다. 이러한 발산에 의해, 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔이 대상체에 입사되지 않거나, 입사되더라도 그 양이 매우 적을 수 있다.

레이저 빔의 발산 정도가 큰 경우, 대상체에 입사되는 레이저 빔의 양이 적어지고, 대상체에서 반사되어 센서부로 향하는 레이저 빔도 그 발산에 의해 양이 매우 적어져, 원하는 측정 결과를 얻지 못할 수 있다. 또는, 레이저 빔의 발산 정도가 큰 경우, 라이다 장치가 측정할 수 있는 거리가 줄어들어, 원거리의 대상체는 측정을 못할 수 있다.

따라서, 대상체로 레이저 빔을 입사시키기 전에, 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔의 발산 정도를 줄일수록 라이다 장치의 효율이 향상될 수 있다. 본원 발명의 콜리메이션 컴포넌트는 레이저 빔의 발산 정도를 줄일 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트를 거친 레이저 빔은 평행광이 될 수 있다. 또는 콜리메이션 컴포넌트를 거친 레이저 빔은 발산 정도가 0.4도 내지 1도일 수 있다.

레이저 빔의 발산 정도를 줄일 경우, 대상체로 입사되는 광량은 증가될 수 있다. 대상체로 입사되는 광량이 증가될 경우, 대상체에서 반사되는 광량도 증가되어 레이저 빔의 수신이 효율적으로 이루어질 수 있다. 또한, 대상체로 입사되는 광량이 증가될 경우, 레이저 빔을 콜리메이션 하기 전과 비교했을 때, 같은 레이저 빔 파워로 더 먼 거리에 있는 대상체도 측정이 가능할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔이 향하는 방향에 배치될 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 빔의 발산 정도를 조절할 수 있다. 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 빔의 발산 정도를 줄일 수 있다.

예를 들어, 레이저 출력부(100)에서 방출되는 레이저 빔의 발산 각도는 16도 내지 30도일 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔이 콜리메이션 컴포넌트(210)를 거친 후에는, 레이저 빔의 발산 각도가 0.4도 내지 1도일 수 있다.

5.1.1 마이크로 렌즈

도 10은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트(210)는 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 및 기판(213)을 포함할 수 있다.

상기 마이크로 렌즈는 지름이 밀리미터(mm), 마이크로미터(um), 나노미터(nm), 피코미터(pm) 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 기판(213) 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 및 기판(213)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 중 하나는 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에 대응되도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 복수 개의 VCSEL emitter(110)에서 방출된 레이저 빔을 콜리메이션 시킬 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에서 방출된 레이저 빔은 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 중 하나에 의해 콜리메이션 될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에서 방출된 레이저 빔의 발산 각도는 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 중 하나를 거친 후 감소될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈는 굴절률 분포형 렌즈, 미소곡면 렌즈, 어레이 렌즈 및 프레넬 렌즈 등이 될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈는 몰딩, 이온 교환, 확산 중합, 스퍼터링 및 에칭 등의 방법으로 제작될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈는 그 직경이 130um 내지 150um 일 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 렌즈의 직경은 140um일 수 있다. 또한, 복수 개의 마이크로 렌즈는 그 두께가 400um 내지 600um 일 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 렌즈의 두께는 500um 일 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트(210)는 복수 개의 마이크로 렌즈(211) 및 기판(213)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 기판(213) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 렌즈(211)는 기판(213)의 표면 및 배면 상에 배치될 수 있다. 이때, 기판(213)의 표면에 배치된 마이크로 렌즈(211)와 기판(213)의 배면에 배치된 마이크로 렌즈(211)의 광축(optical axis)은 일치될 수 있다.

5.1.2 메타표면

도 12는 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 콜리메이션 컴포넌트는 메타표면(220, metasurface)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 메타표면(220)은 복수의 나노기둥(221)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노기둥(221)은 메타표면(220)의 일측면에 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수의 나노기둥(221)은 메타표면(220)의 양면에 배치될 수 있다.

복수의 나노기둥(221)은 서브-파장(sub-wavelength)치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 나노기둥(221)사이의 간격은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 파장보다 작을 수 있다. 또는, 나노기둥(221)의 폭, 직경 및 높이는 레이저 빔의 파장의 길이보다 작을 수 있다.

메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 위상을 조절함으로써 상기 레이저 빔을 굴절시킬 수 있다. 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 다양한 방향으로 출력되는 레이저 빔을 굴절시킬 수 있다.

메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시킬 수 있다. 또한, 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 발산각도를 줄일 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 발산각도는 15도 내지 30도이고, 메타표면(220)을 거친 후의 레이저 빔의 발산각도는 0.4도 내지 1.8도일 수 있다.

메타표면(220)은 레이저 출력부(100)상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)의 상기 출사면측에 배치될 수 있다.

또는, 메타표면(220)은 레이저 출력부(100)상에 증착될 수 있다. 복수의 나노기둥(221)은 레이저 출력부(100)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 복수의 나노기둥(221)은 레이저 출력부(100)상에서 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다.

나노기둥(221)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 나노기둥(221)은 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔 등의 형상을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 나노기둥(221)은 불규칙적인 형상을 가질 수 있다.

5.2 스티어링 컴포넌트를 포함하는 옵틱부

도 13은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 출력부(100)에서 방출된 레이저 빔이 향하는 방향에 배치될 수 있다. 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 빔이 향하는 방향을 조절할 수 있다. 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도를 조절할 수 있다.

예를 들어, 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 0도 내지 30도가 되도록 레이저 빔을 스티어링 할 수 있다. 또는, 예를 들어, 스티어링 컴포넌트(230)는 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 -30도 내지 0도가 되도록 레이저 빔을 스티어링 할 수 있다.

5.2.1 마이크로 렌즈

도 14 및 도 15는 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트(231)는 복수 개의 마이크로 렌즈(231) 및 기판(233)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(232)는 기판(233) 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(232) 및 기판(233)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 마이크로 렌즈(232) 중 하나는 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에 대응되도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 렌즈(232)는 복수 개의 VCSEL emitter(110)에서 방출된 레이저 빔을 스티어링 시킬 수 있다. 이때, 복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에서 방출된 레이저 빔은 복수 개의 마이크로 렌즈(232) 중 하나에 의해 스티어링 될 수 있다.

이때, 마이크로 렌즈(232)의 광축과 VCSEL emitter(110)의 광축은 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 14를 참조하면, VCSEL emitter(110)의 광축이 마이크로 렌즈(232)의 광축보다 오른쪽에 있는 경우, VCSEL emitter(110)에서 방출되어 마이크로 렌즈(232)를 거친 레이저 빔은 왼쪽으로 향할 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 15를 참조하면, VCSEL emitter(110)의 광축이 마이크로 렌즈(232)의 광축보다 왼쪽에 있는 경우, VCSEL emitter(110)에서 방출되어 마이크로 렌즈(232)를 거친 레이저 빔은 오른쪽으로 향할 수 있다.

또한, 마이크로 렌즈(232)의 광축과 VCSEL emitter(110)의 광축 사이의 거리가 멀어질수록, 레이저 빔의 스티어링 정도가 커질 수 있다. 예를 들어, 마이크로 렌즈(232)의 광축과 VCSEL emitter(110)의 광축 사이의 거리가 1um인 경우보다 10um인 경우에 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 더 커질 수 있다.

5.2.2 마이크로 프리즘

도 16은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트(234)는 복수 개의 마이크로 프리즘(235) 및 기판(236)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 기판(236) 상에 배치될 수 있다. 복수 개의 마이크로 프리즘(235) 및 기판(236)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)의 상부에 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은복수 개의 VCSEL emitter(110) 중 하나에 대응되도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 복수 개의 VCSEL emitter(110)에서 방출된 레이저 빔을 스티어링 시킬 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도를 변화시킬 수 있다.

이때, 마이크로 프리즘(235)의 각도가 작을수록, 레이저 광원의 광축과 레이저 빔이 이루는 각도가 증가한다. 예를 들어, 마이크로 프리즘(235)의 각도가 0.05도인 경우 레이저 빔이 35도 스티어링 되고, 마이크로 프리즘(235)의 각도가 0.25도인 경우, 레이저 빔이 15도 스티어링 된다.

또한, 일 실시예에 따른 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 Porro prism, Amici roof prism, Pentaprism, Dove prism, Retroreflector prism 등이 될 수 있다. 또한, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 유리, 플라스틱 또는 형석 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 복수 개의 마이크로 프리즘(235)은 몰딩, 에칭 등의 방법으로 제작될 수 있다.

5.2.3 메타표면

도 17은 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 17을 참조하면, 일 실시예에 따른 스티어링 컴포넌트는 메타표면(240)을 포함할 수 있다.

메타표면(240)은 복수의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 나노기둥(241)은 메타표면(240)의 일측면에 배치될 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수의 나노기둥(241)은 메타표면(240)의 양면에 배치될 수 있다.

메타표면(240)은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔의 위상을 조절함으로써 상기 레이저 빔을 굴절시킬 수 있다.

메타표면(240)은 레이저 출력부(100)상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 메타표면(240)은 레이저 출력부(100)의 상기 출사면측에 배치될 수 있다.

또는, 메타표면(240)은 레이저 출력부(100)상에 증착될 수 있다. 복수의 나노기둥(241)은 레이저 출력부(100)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 복수의 나노기둥(241)은 레이저 출력부(100)상에서 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다.

나노기둥(241)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 나노기둥(241)은 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔 등의 형상을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 나노기둥(241)은 불규칙적인 형상을 가질 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다. 메타표면(240)은 상기 나노패턴에 기초하여 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 스티어링할 수 있다.

나노기둥(241)은 다양한 특성에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다. 상기 특성은 나노기둥(241)의 폭(Width, 이하 W), 간격(Pitch, 이하 P), 높이(Height, 이하 H) 및 단위 길이 당 개수를 포함할 수 있다.

이하에서는, 다양한 특성에 기초하여 형성되는 나노패턴 및 그에 따른 레이저 빔의 스티어링에 대하여 설명한다.

도 18은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.

도 18을 참조하면, 일 실시예에 따른 메타표면(240)은 폭(W)이 상이한 복수 개의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 그 폭(W)에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수의 나노기둥(241)은 일 방향으로 갈수록 그 폭(W1, W2, W3)이 증가하도록 배치될 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 나노기둥(241)의 폭(W)이 증가하는 방향으로 스티어링될 수 있다.

예를 들어, 메타표면(240)은 제1 폭(W1)을 갖는 제1 나노기둥(243), 제2 폭(W2)을 갖는 제2 나노기둥(245), 제3 폭(W3)을 갖는 제3 나노기둥(247)을 포함할 수 있다. 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2) 및 제3 폭(W3)보다 클 수 있다. 제2 폭(W2)은 제3 폭(W3)보다 클 수 있다. 즉, 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247) 측으로 갈수록 나노기둥(241)의 폭(W)이 감소할 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사된 레이저 빔이 메타표면(240)을 거칠 경우, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 제3 나노기둥(247)으로부터 제1 나노기둥(243)으로의 방향인 제2 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

한편, 상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률에 따라 달라질 수 있다. 여기서 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률이란 인접한 복수의 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감 정도를 평균적으로 나타낸 수치를 의미할 수 있다.

제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)의 차이 및 제2 폭(W2)과 제3 폭(W3)의 차이에 기초하여 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률이 산출될 수 있다.

제1 폭(W1)과 제2 폭(W2)의 차이는 제2 폭(W2)과 제3 폭(W3)의 차이와 다를 수 있다.

레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 폭(W)에 따라 달리질 수 있다.

구체적으로, 상기 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 폭(W)의 증감률이 증가할수록 커질 수 있다.

예를 들어, 나노기둥(241)은 그 폭(W)에 기초하여 제1 증감률을 가지는 제1 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 나노기둥(241)은 그 폭(W)에 기초하여 상기 제1 증감률보다 작은 제2 증감률을 가지는 제2 패턴을 형성할 수 있다.

이때, 상기 제1 패턴에 의한 제1 스티어링 각도는, 상기 제2 패턴에 의한 제2 스티어링 각도보다 클 수 있다.

한편, 상기 스티어링 각도(θ)의 범위는 -90도에서 90도일 수 있다.

도 19는 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.

도 19를 참조하면, 일 실시예에 따른 메타표면(240)은 인접한 나노기둥(241) 사이의 간격(P)이 상이한 복수 개의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 인접한 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 변화에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다. 메타표면(240)은 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 변화에 기초하여 형성되는 나노패턴에 기초하여 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔을 스티어링할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 나노기둥(241) 사이의 간격(P)은 일 방향으로 갈수록 작아질 수 있다. 여기서, 상기 간격(P)이란 인접한 두 나노기둥(241)의 중심간의 거리를 의미할 수 있다. 예컨대, 제1 간격(P1)은 제1 나노기둥(243)의 중심과 제2 나노기둥(245)의 중심간의 거리로 정의될 수 있다. 또는, 제1 간격(P1)은 제1 나노기둥(243)과 제2 나노기둥(245)의 최단거리로 정의될 수 있다.

레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 상기 나노기둥(241) 사이의 간격(P)이 작아지는 방향으로 스티어링될 수 있다.

메타표면(240)은 제1 나노기둥(243), 제2 나노기둥(245) 및 제3 나노기둥(247)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 나노기둥(243) 및 제2 나노기둥(245) 사이의 거리에 기초하여 제1 간격(P1)이 획득될 수 있다. 마찬가지로, 제2 나노기둥(245) 및 제3 나노기둥(247) 사이의 거리에 기초하여 제2 간격(P2)이 획득될 수 있다. 이때, 제1 간격(P1)은 제2 간격(P2)보다 작을 수 있다. 즉, 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247) 측으로 갈수록 상기 간격(P)이 커질 수 있다.

이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 메타표면(240)을 거지는 경우, 상기 레이저 빔은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 제3 나노기둥(247)으로부터 제1 나노기둥(243)으로의 방향인 제1 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241) 사이의 간격(P)에 따라 달라질 수 있다.

구체적으로, 상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 증감률에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 증감률이란 인접한 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 변화 정도를 평균적으로 나타낸 수치를 의미할 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241) 사이의 간격(P)의 증감률이 증가할수록 커질 수 있다.

예를 들어, 나노기둥(241)은 그 간격(P)에 기초하여 제1 증감률을 가지는 제1 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 나노기둥(241)은 그 간격(P)에 기초하여 제2 증감률을 가지는 제2 패턴을 형성할 수 있다.

이때, 상기 제1 패턴에 의한 제1 스티어링각도는, 상기 제2 패턴에 의한 제2 스티어링각도보다 클 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 나노기둥(241)의 간격(P)의 변화에 따른 레이저 빔의 스티어링 원리는 단위 길이 당 나노기둥(241)의 개수가 변하는 경우에도 유사하게 적용될 수 있다.

예를 들어, 단위 길이 당 나노기둥(241)의 개수가 변하는 경우, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 단위 길이 당 나노기둥(241)의 개수가 증가하는 제2 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

도 20은 일 실시예에 따른 메타표면을 설명하기 위한 도면이다.

도 20을 참조하면, 일 실시예에 따른 메타표면(240)은 나노기둥(241)의 높이(H)가 상이한 복수 개의 나노기둥(241)을 포함할 수 있다.

복수의 나노기둥(241)은 나노기둥(241)의 높이(H)의 변화에 기초하여 나노패턴을 형성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 복수의 나노기둥(241)의 높이(H1, H2, H3)는 일 방향으로 갈수록 증가할 수 있다. 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔은 상기 나노기둥(241)의 높이(H)가 증가하는 방향으로 스티어링될 수 있다.

예를 들어, 메타표면(240)은 제1 높이(H1)를 갖는 제1 나노기둥(243), 제2 높이(H2)를 갖는 제2 나노기둥(245) 및 제3 높이(H3)를 갖는 제3 나노기둥(247)을 포함할 수 있다. 제3 높이(H3)은 제1 높이(H1) 및 제2 높이(H2)보다 클 수 있다. 제2 높이(H2)는 제1 높이(H1)보다 클 수 있다. 즉, 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247) 측으로 갈수록 나노기둥(241)의 높이(H)가 증가할 수 있다. 이때, 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 레이저 빔이 메타표면(240)을 거치는 경우, 상기 레이저 빔은 레이저 출력부(100)로부터 출사되는 제1 방향과 제1 나노기둥(243)으로부터 제3 나노기둥(247)으로의 방향인 제2 방향의 사이 방향으로 스티어링될 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 높이(H)에 따라 달라질 수 있다.

구체적으로, 상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률에 따라 달라질 수 있다. 여기서, 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률이란 인접한 나노기둥(241)의 높이(H) 변화 정도를 평균적으로 나타낸 수치를 의미할 수 있다.

제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)의 차이 및 제2 높이(H2)와 제3 높이(H3)의 차이에 기초하여 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률이 산출될 수 있다. 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)의 차이는 제2 높이(H3)와 제3 높이(H3)의 차이와 다를 수 있다.

상기 레이저 빔의 스티어링 각도(θ)는 나노기둥(241)의 높이(H)의 증감률이 증가할수록 커질 수 있다.

예를 들어, 나노기둥(241)은 그 높이(H)에 기초하여 제1 증감률을 가지는 제1 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 나노기둥(241)은 그 높이(H)에 기초하여 제2 증감률을 가지는 제2 패턴을 형성할 수 있다.

5.3 콜리메이션 및 스티어링 컴포넌트를 포함하는 옵틱부

일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 대상체로 향하게 하는 옵틱부를 포함할 수 있다.

상기 옵틱부는 레이저 출력부에서 방출되는 레이저 빔을 콜리메이션 시키고 스티어링 시키는 BCSC(Beam Collimation and Steering Component)를 포함할 수 있다. 상기 BCSC는 하나의 컴포넌트로 구성될 수도 있고, 복수개의 컴포넌트로 구성될 수도 있다.

5.3.1 복수의 컴포넌트로 구성된 BCSC(마이크로 렌즈 + 마이크로 프리즘 / 콜리메이션 컴포넌트와 스티어링 컴포넌트의 다양한 조합이 가능함.)

도 21은 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.

도 21을 참조하면, 일 실시예에 따른 옵틱부는 복수 개의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어,콜리메이션 컴포넌트(210) 및 스티어링 컴포넌트(230)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 콜리메이션 컴포넌트(210)는 레이저 출력부(100)에서 방출된 빔을 콜리메이션 시키는 역할을 수행할 수 있고, 스티어링 컴포넌트(230)는 콜리메이션 컴포넌트(210)에서 방출된 콜리메이션된 빔을 스티어링 시키는 역할을 수행할 수 있다. 결과적으로, 옵틱부에서 방출되는 레이저 빔은 미리 정해진 방향으로 향하게 될 수 있다.

콜리메이션 컴포넌트(210)는 마이크로 렌즈가 될 수도 있고, 메타표면이 될 수도 있다.

콜리메이션 컴포넌트(210)가 마이크로 렌즈인 경우, 기판의 한쪽 면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있고, 기판의 양면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있다.

콜리메이션 컴포넌트(210)가 메타표면인 경우, 메타표면에 포함된 복수의 나노기둥에 의해 형성된 나노패턴에 의해 레이저 빔이 콜리메이션될 수 있다.

스티어링 컴포넌트(230)는 마이크로 렌즈가 될 수도 있고, 마이크로 프리즘이 될 수도 있고, 메타표면이 될 수도 있다.

스티어링 컴포넌트(230)가 마이크로 렌즈인 경우, 기판의 한쪽 면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있고, 기판의 양면에 마이크로 렌즈 어레이가 배치될 수도 있다.

스티어링 컴포넌트(230)가 마이크로 프리즘인 경우, 마이크로 프리즘의 각도에 의해 스티어링 시킬 수 있다.

스티어링 컴포넌트(230)가 메타표면인 경우, 메타표면에 포함된 복수의 나노기둥에 의해 형성된 나노패턴에 의해 레이저 빔이 스티어링될 수 있다.

5.3.2 하나의 컴포넌트로 구성된 BCSC(메타표면)

도 22는 일 실시예에 따른 옵틱부를 설명하기 위한 도면이다.

도 22를 참조하면, 일 실시예에 따른 옵틱부는 하나의 단일 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메타 컴포넌트(270)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 메타 컴포넌트(270)는 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시킬 수도 있고, 스티어링 시킬 수도 있다.

예를 들어, 메타 컴포넌트(270)는 복수 개의 메타표면을 포함하여, 하나의 메타표면에서는 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시키고, 다른 하나의 메타표면에서는 콜리메이션된 레이저 빔을 스티어링시킬 수 있다. 이하의 도 23에서 구체적으로 설명한다.

또는 예를 들어, 메타 컴포넌트(270)는 하나의 메타표면을 포함하여 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시키고, 스티어링시킬 수 있다. 이하의 도 24에서 구체적으로 설명한다.

도 23은 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 23을 참조하면, 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트(270)는 복수 개의 메타표면(271, 273)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 메타표면(271) 및 제2 메타표면(273)을 포함할 수 있다.

제1 메타표면(271)은 레이저 출력부(100)에서 레이저 빔이 출사되는 방향에 배치될 수 있다. 제1 메타표면(271)은 복수 개의 나노기둥을 포함할 수 있다. 제1 메타표면은 복수 개의 나노기둥에 의해 나노패턴을 형성할 수 있다. 제1 메타표면(271)은 상기 형성된 나노패턴에 의해 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션시킬 수 있다.

제2 메타표면(273)은 제1 메타표면(271)에서 레이저 빔이 출력되는 방향에 배치될 수 있다. 제2 메타표면(273)은 복수 개의 나노기둥을 포함할 수 있다. 제2 메타표면(273)은 복수 개의 나노기둥에 의해 나노패턴을 형성할 수 있다. 제2 메타표면(273)은 상기 형성된 나노패턴에 의해 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 스티어링시킬 수 있다. 예를 들어, 도 23에 도시된 바와 같이, 복수 개의 나노기둥의 폭(W)의 증감률에 의해 레이저 빔을 특정 방향으로 스티어링시킬 수 있다. 또한, 복수 개의 나노기둥들의 간격(P), 높이(H) 및 단위 길이 당 개수 등에 의해 레이저 빔을 특정 방향으로 스티어링시킬 수 있다.

도 24는 다른 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트를 설명하기 위한 도면이다.

도 24를 참조하면, 일 실시예에 따른 메타 컴포넌트(270)는 하나의 메타표면(274)을 포함할 수 있다.

메타표면(275)은 양면에 복수의 나노기둥을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메타표면(275)은 제1 면에 제1 나노기둥세트(276)를 포함하고, 제2 면에 제2 나노기둥세트(278)를 포함할 수 있다.

메타표면(275)은 양면에 각각의 나노패턴을 형성하는 복수의 나노기둥에 의해, 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션 시킨 후 스티어링시킬 수 있다.

예를 들어, 메타표면(275)의 일측에 배치된 제1 나노기둥세트(276)는 나노패턴을 형성할 수 있다. 제1 나노기둥세트(276)에 의해 형성된 상기 나노패턴에 의해 레이저 출력부(100)에서 출사되는 레이저 빔을 콜리메이션시킬 수 있다. 메타표면(275)의 타측에 배치된 제2 나노기둥세트(278)는 나노패턴을 형성할 수 있다. 제2 나노기둥세트(278)에 의해 형성된 상기 나노패턴에 의해 제1 나노기둥(276)을 거친 레이저 빔이 특정 방향으로 스티어링될 수 있다.

6. Eye-safety 환경에서 측정거리가 향상된 라이다 장치.

이하에서는 Eye-safety 환경에서 측정거리가 향상된 라이다 장치에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 설명의 편의를 위하여, 레이저 출력부 또는 레이저 출력 소자는 상술한 레이저 출력 소자, 레이저 출력부, 콜리메이션 컴포넌트, 스티어링 컴포넌트를 포함하는 개념으로 서술 될 수 있다. 예를 들어, 레이저 출력 소자는 레이저 출력 소자 및 레이저 출력 소자로부터 출력되는 레이저를 콜리메이션 시키기위한 콜리메이션 컴포넌트 및 상기 레이저를 스티어링 시키기 위한 스티어링 컴포넌트를 포함하는 개념으로 서술될 수 있다.

6.1 주변 환경에 따른 라이다 장치의 거리 측정

도 25 내지 27은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 측정 거리를 설명하기 위한 도면이다.

도 25를 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 제1 대상체(5010), 제2 대상체(5020) 및 제3 대상체(5030)를 향해 레이저를 조사할 수 있다. 이 때, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제1, 제2 및 제3 대상체(5010,5020,5030) 각각을 향해 제1 레이저(5011), 제2 레이저(5021) 및 제3 레이저(5031)을 조사할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5011,5021,5031) 각각을 동시에 조사할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 레이저를 독립적으로 조사할 수 있다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제1 대상체(5010)를 향해 조사된 상기 제1 레이저(5011)가 상기 제1 대상체(5010)로부터 반사된 경우 반사된 제1 레이저(5012)를 획득할 수 있다. 이 때, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 반사된 제1 레이저(5012)의 수광 시간에 기초하여 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제1 대상체(5010)까지의 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제1 레이저(5011)가 출력된 시간 및 상기 반사된 제1 레이저(5012)가 획득된 시간에 기초하여 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제1 대상체(5010)까지의 거리를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제2 대상체(5020)를 향해 조사된 상기 제2 레이저(5021)가 상기 제2 대상체(5020)로부터 반사된 경우 반사된 제2 레이저(5022)를 획득할 수 있다. 이 때, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 반사된 제2 레이저(5022)의 수광 시간에 기초하여 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제2 대상체(5020)까지의 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제2 레이저(5021)가 출력된 시간 및 상기 반사된 제2 레이저(5022)가 획득된 시간에 기초하여 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제2 대상체(5020)까지의 거리를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제3 대상체(5030)를 향해 조사된 상기 제3 레이저(5031)가 상기 제3 대상체(5030)로부터 반사된 경우 반사된 제3 레이저(5032)를 획득할 수 있다. 이 때, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 반사된 제3 레이저(5032)의 수광 시간에 기초하여 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제3 대상체(5030)까지의 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제3 레이저(5031)가 출력된 시간 및 상기 반사된 제3 레이저(5032)가 획득된 시간에 기초하여 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제3 대상체(5030)까지의 거리를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제2 대상체(5020)까지의 거리는 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제1 대상체(5010)까지의 거리보다 멀 수 있다. 이 때, 상기 제1 레이저(5011) 및 상기 제2 레이저(5021)의 세기가 동일한 경우 상기 제1 대상체(5010)로부터 반사된 제1 레이저(5012)의 세기는 상기 제2 대상체(5020)로부터 반사된 제2 레이저(5022)보다 클 수 있다. 따라서, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제1 대상체(5010)와 관련된 신호의 크기는 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제2 대상체(5020)와 관련된 신호의 크기보다 클 수 있다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)로붙터 상기 제3 대상체(5030)까지의 거리는 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제2 대상체(5020)까지의 거리보다 멀 수 있다. 이 때, 상기 제2 레이저(5021) 및 상기 제3 레이저(5031)의 세기가 동일한 경우 상기 제2 대상체(5020)로부터 반사된 제2 레이저(5022)의 세기는 상기 제3 대상체(5030)로부터 반사된 제3 레이저(5032)보다 클 수 있다. 따라서, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제2 대상체(5020)와 관련된 신호의 크기는 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제3 대상체(5030)와 관련된 신호의 크기보다 클 수 있다.

따라서, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 신호의 세기는 레이저를 반사하는 대상체까지의 거리와 관련성이 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)로부터 대상체까지의 거리가 멀어짐에 따라 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 신호의 크기가 작아질 수 있으며, 대상체까지의 거리가 가까워짐에 따라 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 신호의 크기가 커질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제3 대상체(5030)와 관련된 신호의 크기는 상기 제3 대상체(5030)와의 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작을 수 있다. 이 때, 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작은 것의 의미는 절대적인 신호 크기의 작음을 의미할 수도 있으며, 거리 측정을 위한 기준 신호의 크기보다 작음을 의미할 수도 있고, 노이즈 대비 신호의 크기가 구분되지 않을만큼 작음을 의미할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

결국, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제3 대상체(5030)와 관련된 신호의 크기가 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작은 경우 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제3 대상체까지의 거리를 측정하지 못할 수 있다.

도 26을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 제4 대상체(5040) 및 제5 대상체(5050)를 향해 레이저를 조사할 수 있다. 이 때, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제4 및 제5 대상체(5040,5050)각각을 향해 제4 레이저(5041) 및 제5 레이저(5051)를 조사할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제4 및 제5 레이저(5041,5051) 각각을 동시에 조사할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 레이저를 독립적으로 조사할 수 있다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)가 상기 제4 및 제5 레이저(5041,5051)를 이용해 상기 제4 및 제5 대상체(5040,5050)까지의 거리를 측정할 수 있음은 전술한 바와 같으므로 상세한 내용은 생략하기로 한다.

또한, 상기 제4 대상체(5040) 및 제5 대상체(5050)는 상기 라이다 장치(5000)로부터 동일한 거리에 위치하나 서로 반사율이 다른 물체일 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 대상체(5040)의 반사율은 상기 제5 대상체(5050)의 반사율 보다 높을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 제4 및 제5 대상체(5040, 5050)의 반사율은 각각의 색상, 재질 입사각 등에 기초하여 결정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 제4 대상체(5040)의 반사율이 상기 제5 대상체(5050)의 반사율 보다 높은 경우, 상기 제4 레이저(5041)가 상기 제4 대상체(5040)로부터 반사된 제4 레이저(5042)의 크기는 상기 제5 레이저(5051)가 상기 제5 대상체(5050)로부터 반사된 제5 레이저(5052)의 크기 보다 클 수 있다. 따라서, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제4 대상체(5040)와 관련된 신호의 크기는 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제5 대상체(5050)와 관련된 신호의 크기보다 클 수 있다.

따라서, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 신호의 세기는 레이저를 반사하는 대상체의 반사율과 관련성이 있을 수 있다. 예를 들어, 대상체의 반사율이 작아짐에 따라 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 신호의 크기가 작아질 수 있으며, 대상체의 반사율이 커짐에 따라 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 신호의 크기가 커질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제5 대상체(5050)와 관련된 신호의 크기는 상기 제5 대상체(5050)와의 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작을 수 있다. 이 때, 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작은 것의 의미는 절대적인 신호 크기의 작음을 의미할 수도 있으며, 거리 측정을 위한 기준 신호의 크기보다 작음을 의미할 수도 있고, 노이즈 대비 신호의 크기가 구분되지 않을 만큼 작음을 의미할 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.

결국, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제3 대상체(5050)와 관련된 신호의 크기가 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작은 경우 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제5 대상체까지의 거리를 측정하지 못할 수 있다.

도 27을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 제6 대상체(5060) 및 제7 대상체(5070)를 향해 레이저를 조사할 수 있다. 이 때, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제6 및 제7 대상체(5060,5070)각각을 향해 제6 레이저(5061) 및 제7 레이저(5071)를 조사할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제6 및 제7 레이저(5061,5071) 각각을 동시에 조사할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 레이저를 독립적으로 조사할 수 있다.

또한, 상기 제6 및 제7 레이저(5061,5071)는 서로 다른 세기로 조사될 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 레이저(5071)의 세기는 상기 제6 레이저(5061)의 세기 보다 클 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제6 및 제7 레이저(5061,5071)는 하나의 프레임 안에서 조사될 수 있으며, 서로 다른 프레임에서 조사될 수도 있다. 예를 들어, 제1 프레임에서 상기 제6 레이저(5061)가 조사되며, 제1 프레임과 다른 제2 프레임에서 상기 제7 레이저(5071)가 조사될 수 있으며, 또는 제1 프레임의 제1 시점에서 상기 제6 레이저(5061)가 조사되며, 제1 프레임의 제2 시점에서 상기 제7 레이저(5071)가 조사될 수도 있다.

또한, 도 27에 도시된 바와 같이 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제6 대상체(5060)와 관련된 신호의 크기는 상기 제6 대상체(5060)와의 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작을 수 있다. 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제6 대상체(5060)와 관련된 신호의 크기가 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작은 원인은 상술한 바들과 같이 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제6 대상체(5060)까지의 거리가 멀기 때문일 수 있으며, 상기 제6 대상체(5060)의 반사율이 낮기 때문일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제7 대상체(5070)의 거리, 반사율 등의 조건은 상기 제6 대상체(5060)와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 대상체(5070)는 상기 라이다 장치(5000)로부터 상기 제6 대상체(5060)까지의 거리와 동일한 거리 이격되어 있을 수 있으며, 상기 제7 대상체(5070)의 반사율은 상기 제6 대상체(5060)의 반사율과 실질적으로 동일할 수 있다.

다만, 상기 제7 대상체(5070)를 향해 조사되는 상기 제7 레이저(5071)는 상기 제6 대상체(5060)를 향해 조사되는 상기 제6 레이저(5061)의 세기 보다 클 수 있다. 이 경우, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제7 대상체(5070)와 관련된 신호의 크기는 상기 제7 대상체(5070)와의 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 클 수 있다.

그러므로, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 신호의 세기는 출력되는 레이저의 세기와 관련성이 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)로부터 출력되는 레이저의 세기가 강해질수록 동일한 조건(반사율 등)에서 획득된 신호의 세기가 강해질 수 있으며, 이는 측정 거리를 향상시키는 조건을 만족시킬 수 있다.

결국, 상기 라이다 장치(5000)에서 획득된 상기 제6 대상체(5060)와 관련된 신호의 크기는 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 작으나, 상기 제7 대상체(5070)와 관련된 신호의 크기는 거리 측정을 위해 필요한 신호의 크기보다 클 수 있다.

따라서, 상기 라이다 장치(5000)는 상기 제6 대상체(5060)까지의 거리를 측정하지 못할 수 있으나, 상기 제7 대상체(5070)까지의 거리를 측정할 수 있다.

결국, 상기 라이다 장치(5000)의 다양한 주변 상황에서 측정거리를 향상시키고 정확도를 향상시키기 위해 상기 라이다 장치(5000)로부터 출력되는 레이저의 세기를 증가시켜야 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

6.2 Eye-safety

도 28은 라이다 장치의 Eye-safety에 대하여 설명하기 위한 도면이다.

도 28을 참조하면, 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저를 이용하여 주변 환경을 스캔할 수 있다.

구체적으로, 일 실시예에 따른 라이다 장치(5000)는 주변 환경을 향해 레이저(5081)를 조사할 수 있다. 이 때, 상기 레이저(5081)의 조사 방향은 지속적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 상기 라이다 장치(5000)는 제1 지점을 향해 제1 레이저를 조사할 수 있으며, 제2 지점을 향해 제2 레이저는 조사할 수 있다. 이 때, 상기 제1 및 제2 레이저는 동시에 조사될 수 있으며, 서로 상이한 시간에 독립적으로 조사 될 수도 있다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치(5000)는 조사된 레이저를 이용하여 스캔 포인트를 생성할 수 있다. 이 때, 스캔 포인트는 레이저가 조사된 위치 및 레이저가 반사된 지점까지의 거리를 포함하여 생성될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 라이다 장치(5000)는 조사되는 레이저를 이용하여 시야각(FOV : Field of View)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 수평 방향으로 -60도 내지 +60도 범위로 레이저를 조사하고, 수직 방향으로 -30도 내지 +30도 범위로 레이저를 조사하는 경우 수직 시야각(FOV(V)) 60도 및 수평 시야각(FOV(H)) 120도를 형성할 수 있다. 따라서, 이 경우 상기 라이다 장치(5000)는 상기 라이다 장치(5000)로부터 수평방향으로 120도 범위 수직 방향으로 60도 범위에 존재하는 대상체를 감지하거나, 대상체와의 거리를 측정할 수 있다.

이 때, 상기 라이다 장치(5000)가 설치되는 환경에서 상기 라이다 장치(5000)의 시야각 내에 사람(5082)가 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 라이다 장치(5000)에서 출력되는 레이저의 적어도 일부는 상기 사람(5082)의 눈으로 조사될 수 있으며, 상기 레이저(5081)의 세기가 상기 사람(5082)의 눈에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 상기 라이다 장치(5000)에서 출력되는 레이저(5081)은 상기 사람(5082)의 눈 건강에 영향을 미치지 않기 위한 Eye-safety 조건을 만족해야 할 수 있다.

결국 상기 라이다 장치(5000)는 측정거리 및 정확도를 향상시키기 위해 출력되는 레이저(5081)의 세기를 증가시켜야 할 수 있으나, 상기 사람(5082)의 눈 건강에 영향을 미치지 않기 위해 일정 세기 이하로 레이저(5082)를 조사해야 할 수 있다.

따라서, Eye-safety 조건을 만족하되 측정거리를 향상시키기 위한 레이저 출력부의 설계가 필요할 수 있으며, 이하에서는 Eye-safety 조건을 만족하되 측정거리를 향상시키기 위한 레이저 출력부에 대해 설명하기로 한다.

6.3 Eye-safety 조건을 만족하되 측정거리를 향상시키기 위한 레이저 출력부

6.3.1 레이저의 다이버전스

도 29 및 도 30은 일 실시예에 따른 레이저의 다이버전스를 설명하기 위한 도면이다.

도 29 및 도 30을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(5100)는 레이저(5110)를 출력할 수 있다. 이 때, 상기 레이저 출력부(5100)에서 출력된 상기 레이저(5110)는 일정 각도 이상으로 확산되어 조사될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저(5110)는 최초 출력된 레이저와 평행한 크기(5111)보다 커지는 방향으로 출력될 수 있다. 구체적으로 상기 레이저(5110)가 일정 각도 이상으로 확산되어 조사됨에 따라, 상기 레이저(5110)의 스팟 사이즈는 일정 거리에서 최초 출력된 레이저와 평행한 크기(5111)보다 확산된 크기(5112)만큼 커질 수 있다.

또한, 상기 레이저 출력부(5100)으로부터 출력된 레이저(5110)는 거리에 따라 스팟 사이즈가 변할 수 있다. 예를 들어, 제1 거리에서 상기 레이저(5110)는 제1 스팟(5120) 사이즈를 가질 수 있으며, 상기 제1 거리 보다 먼 제2 거리에서 상기 레이저(5110)는 제2 스팟(5130) 사이즈을 가질 수 있다. 이 때, 도 31에 도시된 바와 같이 상기 레이저(5110)의 다이버전스각도에 의하여 상기 제2 스팟(5130) 사이즈 는 상기 제1 스팟(5120) 사이즈 보다 클 수 있다.

또한, 상기 레이저 출력부(5100)으로부터 출력된 레이저(5110)는 거리에 따라 광밀도가 변할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 거리에서 상기 레이저(5110)는 제1 스팟(5120)에 따른 제1 광밀도를 가질 수 있으며, 상기 제2 거리에서 상기 레이저는 제2 스팟(5130)에 따른 제2 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 광밀도는 상기 제2 광밀도 보다 클 수 있으며, 이는 상기 레이저(5110)의 다이버전스 각도에 의해 제2 거리에서 제2 스팟(5130)의 사이즈가 제1 거리에서 제1 스팟(5120) 사이즈 보다 크나 동일한 에너지를 포함하고 있어야 하기 때문일 수 있다.

따라서, 상기 레이저 출력부(5100)에서 출력된 상기 레이저(5110)가 다이버전스 각도를 가지고 확산되는 경우 거리가 멀어짐에 따라 상기 레이저(5110)의 스팟 사이즈는 커지고 광 밀도는 감소할 수 있다.

도 31은 일 실시예에 따른 레이저의 프로파일을 이용하여 다이버전스 각도를 설명하기 위한 도면이다.

도 31을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저의 프로파일은 가우시안 형태로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않으며, 상기 레이저의 프로파일은 논 가우시안, 탑햇 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 레이저의 다이버전스 각도는 상기 레이저의 프로파일 및 세기에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저의 프로파일이 가우시안 형태로 형성되는 경우, 상기 레이저의 다이버전스 각도는 상기 레이저의 중심 세기로부터 기준 세기가 되는 지점일 수 있다.

이 때, 상기 기준세기는 상기 레이저의 중심 세기의 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80&, 90% 또는 100% 가 되는 세기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 기준 세기는 상기 레이저 중심 세기의 1/e2가 되는 세기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

따라서, 이하에서는 설명의 편의를 위해 다이버전스 각도 내의 레이저를 레이저로 지칭할 수 있다. 예를 들어, 도 31을 참조하면, 다이버전스 각도 내에서 레이저의 중심세기로부터 기준 세기 이상이 되는 레이저를 레이저로 지칭할 수 있다.

6.3.2 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는 레이저 출력부

도 32 및 도 33은 일 실시예에 따른 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.

도 32를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(5200)는 제1 레이저 출력소자(5210) 및 제2 레이저 출력 소자(5220)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5210,5220)는 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)를 포함할 수 있으며, 복수개의 VCSEL을 포함하는 VCSEL Unit을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5210,5220)는 복수개의 VCSEL을 포함하는 VCSEL Unit을 포함하는 VCSEL Array를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 레이저 출력 소자들이 VCSEL Unit 또는 VCSEL Array를 포함하는 경우 상기 레이저 출력 소자들로부터 출력되는 레이저의 세기, 밀도 등의 파라미터들은 상기 VCSEL Unit 또는 VCSEL Array에 포함되는 VCSEL emitter로부터 출력되는 레이저들의 평균 값을 의미할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 상기 제1 레이저 출력 소자(5210)는 제1 레이저(5211)를 출력할 수 있으며, 상기 제2 레이저 출력 소자(5220)는 제2 레이저(5221)를 출력할 수 있다. 이 때, 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)는 각각 다이버전스 각도를 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 레이저(5211) 및 상기 제2 레이저(5221)는 상기 레이저 출력부로부터 거리가 멀어짐에 따라 스팟 사이즈가 확장될 수 있다.

또한, 상기 제1 레이저(5211) 및 상기 제2 레이저(5221)는 상기 레이저 출력부로부터 일정 거리 이후에 오버랩 될 수 있다. 이 때, 오버랩은 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)의 일부가 공간상으로 동일한 영역에 조사되는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 33을 참조하면, 제1 거리에서 상기 제1 레이저(5211)의 스팟(5212)은 상기 제1 거리에서 상기 제2 레이저(5221)의 스팟(5222)과 오버랩되지 않을 수 있으나, 상기 제1 거리보다 먼 제2 거리에서 상기 제1 레이저(5211)의 스팟(5213)은 상기 제2 거리에서 상기 제2 레이저(5221)의 스팟(5223)과 오버랩 될 수 있다.

또한, 상기 제1 레이저(5211) 및 상기 제2 레이저(5221)는 상기 레이저 출력부로부터 거리가 멀어짐에 따라 광 밀도가 감소할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 거리에서 상기 제1 레이저(5211)의 스팟(5212)의 광 밀도는 상기 제2 거리에서 상기 제1 레이저(5211)의 스팟(5213)의 광 밀도보다 클 수 있다.

또한, 상기 제1 레이저(5211) 및 상기 제2 레이저(5221)는 동시에 출력될 수 있다. 이 때, 상기 제1 레이저(5211) 및 상기 제2 레이저(5221)가 동시에 출력되는 경우 상기 레이저 출력부로부터 일정 거리 이후에 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩 될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 동시에 출력되어 오버랩되는 경우 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩되는 영역의 광 밀도가 증가될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 거리에서 상기 제1 레이저(5211)의 스팟(5213)과 상기 제2 레이저(5221)의 스팟(5223)이 오버랩 되는 영역(5230)에서의 광밀도는 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)의 오버랩에 의해 증가될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 스팟 내에서 동일한 광밀도를 갖는 경우 상기 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩 되는 영역(5230)의 광밀도는 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩 되지 않는 영역에 비해 2배의 광밀도를 가질 수 있다.

따라서, 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩 되는 영역에서의 레이저의 세기는 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩되지 않는 영역에서의 레이저 세기보다 클 수 있으며, 상기 레이저 출력부(5200)가 라이다 장치에 부착되는 경우 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩 되는 영역에서의 측정거리는 상기 제1 및 제2 레이저(5211,5221)가 오버랩되지 않는 영역에서의 측정거리보다 클 수 있다.

도 34는 일 실시예에 따른 레이저의 다이버전스에 따른 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.

도 34를 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 레이저 출력부(5300)는 제1 레이저 출력 소자(5310) 및 제2 레이저 출력 소자(5320)를 포함할 수 있으며, 제2 레이저 출력부(5400)는 제3 레이저 출력 소자(5410) 및 제4 레이저 출력 소자(5420)를 포함할 수 있다. 이 때, 각각의 레이저 출력 소자는 VCSEL 등 다양한 레이저 출력 소자가 될 수 있음은 상술한 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 제1 레이저 출력부(5300)에 포함되는 상기 제1 레이저 출력 소자(5310) 및 상기 제2 레이저 출력 소자(5320)는 제1 레이저(5311) 및 제2 레이저(5321)가 제1 다이버전스 각도를 가지도록 각각 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5310,5320)는 각각 제1 및 제2 레이저(5311,5321)가 1.2도의 다이버전스 각도를 가지도록 출력할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제2 레이저 출력부(5400)에 포함되는 상기 제3 레이저 출력 소자(5410) 및 상기 제4 레이저 출력 소자(5420)는 제3 레이저(5411) 및 제4 레이저(5421)가 제2 다이버전스 각도를 가지도록 각각 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5410,5420)는 각각 제1 및 제2 레이저(5411,5421)가 1.8도의 다이버전스 각도를 가지도록 출력할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제3 및 제4 레이저(5411,5421)의 제2 다이버전스 각도는 상기 제1 및 제2 레이저(5311,5321)의 제1 다이버전스 각도보다 크도록 설정될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5310,5320)는 제1 거리만큼 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5410,5420)는 제2 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리는 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상이할 수 있다.

또한, 레이저 출력부에 포함되는 레이저 출력 소자들 간의 이격 거리가 동일한 경우 레이저 출력 소자에서 출력되는 레이저의 다이버전스 각도에 따라 레이저 간에 오버랩되는 거리가 변경될 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저 출력소자에서 출력되는 레이저의 다이버전스 각도가 커짐에 따라 레이저 간에 오버랩되는 거리가 감소할 수 있다.

예를 들어, 도 34에 도시된 바와 같이, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리가 동일하며, 상기 제1 다이버전스 각도가 상기 제2 다이버전스 각도보다 작은 경우, 상기 제1 및 제2 레이저(5311,5321)가 오버랩 되는 거리(5330)는 상기 제3 및 제4 레이저(5411,5421)가 오버랩 되는 거리(5430)보다 멀 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자 (5310,5320)가 상호간에 1cm 이격되어 있으며, 상기 제1 및 제2 레이저(5311,5321) 의 제1 다이버전스 각도가 1.2도인 경우, 상기 제1 및 제2 레이저(5311,5321)가 오버랩 되는 거리(5330)는 약 47cm 가 될 수 있다.

또한, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5410,5420)가 상호간에 1cm 이격되어 있으며, 상기 제3 및 제4 레이저(5411,5421)의 제2 다이버전스 각도가 1.8도인 경우, 상기 제3 및 제4 레이저(5411,5421)가 오버랩되는 거리(5430)는 약 31cm가 될 수 있다.

도 35는 레이저 출력 소자 사이의 거리에 따른 레이저의 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.

도 34를 참조하면, 일 실시예에 따른 제1 레이저 출력부(5500)는 제1 레이저 출력 소자(5510) 및 제2 레이저 출력 소자(5520)를 포함할 수 있으며, 제2 레이저 출력부(5600)는 제3 레이저 출력 소자(5610) 및 제4 레이저 출력 소자(5620)를 포함할 수 있다. 이 때, 각각의 레이저 출력 소자는 VCSEL 등 다양한 레이저 출력 소자가 될 수 있음은 상술한 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 제1 레이저 출력부(5500)에 포함되는 상기 제1 레이저 출력 소자(5510) 및 상기 제2 레이저 출력 소자(5520)는 제1 레이저(5511) 및 제2 레이저(5521)가 제1 다이버전스 각도를 가지도록 각각 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5510,5520)는 각각 제1 및 제2 레이저(5511,5521)가 1.2도의 다이버전스 각도를 가지도록 출력할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제2 레이저 출력부(5600)에 포함되는 상기 제3 레이저 출력 소자(5610) 및 상기 제4 레이저 출력 소자(5620)는 제3 레이저(5611) 및 제4 레이저(5621)가 제2 다이버전스 각도를 가지도록 각각 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5610,5620)는 각각 제1 및 제2 레이저(5611,5621)가 1.2도의 다이버전스 각도를 가지도록 출력할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 다이버전스 각도와 상기 제2 다이버전스 각도는 동일하도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5510,5520)는 제1 거리만큼 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5610,5620)는 제2 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리는 상이할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 동일할 수 있다.

또한, 레이저 출력부에 포함되는 레이저 출력 소자에서 출력되는 레이저의 다이버전스 각도가 동일한 경우 레이저 출력 소자들 간의 이격 거리에 따라 레이저 간에 오버랩되는 거리가 변경될 수 있다. 보다 구체적으로 레이저 출력 소자들간의 이격 거리가 커짐에 따라 레이저 간에 오버랩되는 거리가 커질 수 있다.

예를 들어, 도 35에 도시된 바와 같이, 상기 제1 다이버전스 각도와 상기 제2 다이버전스 각도가 동일하며, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5610,5620) 사이의 거리(5640)가 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5510,5520) 사이의 거리(5540)보다 큰 경우, 상기 제3 및 제4 레이저(5611,5621)가 오버랩 되는 거리(5430)는 상기 제1 및 제2 레이저 (5511,5521)가 오버랩 되는 거리(5530)보다 멀 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5510,5520)가 상호간에 1cm 이격되어 있으며, 상기 제1 및 제2 레이저(5511,5521)의 제1 다이버전스 각도가 1.2도인 경우 상기 제1 및 제2 레이저(5511,5521)가 오버랩 되는 거리(5530)는 약 47cm가 될 수 있다.

또한, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5610,5620)가 상호간에 2cm 이격되어 있으며, 상기 제3 및 제4 레이저(5610,5620)의 제2 다이버전스 각도가 1.2도인 경우, 상기 제3 및 제4 레이저(5611,5621)가 오버랩되는 거리(5630)는 약 94cm가 될 수 있다.

따라서, 도 34 및 도 35를 통해 상술한 바를 종합해 보았을 때, 복수개의 레이저 출력 소자들에서 출력된 레이저들이 오버랩되는 거리는 복수개의 레이저 출력 소자들 간의 이격 거리 및 복수개의 레이저 출력 소자들에서 출력되는 레이저의 다이버전스 각도와 관련있음을 알 수 있다.

즉, 두 개의 레이저 출력 소자 사이의 거리를 d, 두 개의 레이저 출력 소자에서 출력되는 각각의 레이저의 다이버전스 각도를

두 개의 레이저 출력부에서 출력되는 레이저들이 오버랩 되는 거리를 D로 하였을 때, 하기와 같은 수학식을 만족할 수 있다.

결국 하나의 다이버전스 각도에 대한 레이저 출력 소자 사이의 거리(d) 와 레이저들이 오버랩되는 거리(D)는 선형적인 관계를 가질 수 있으며, 이는 도 36의 그래프를 통해 표현될 수 있다.

도 36은 레이저 출력 소자 사이의 거리와 오버랩 거리와의 상관 관계를 다이버전스 각도 별로 표현한 그래프이다.

따라서, 도 36 및 상술한 수학식을 참고하는 경우 다이버전스 각도 및 레이저 출력 소자 사이의 거리를 조절함으로써 원하는 오버랩 거리를 설계할 수 있다.

6.3.3 Eye-safety 조건을 만족하되 측정거리를 향상시키기 위한 레이저 출력부

도 37은 Eye-safety 기준을 설명하기 위한 도면이다.

도 28을 통해 상술한 바와 같이 라이다 장치에서 조사되는 레이저로 인해 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 기준이 마련될 수 있다.

라이다 장치에서 조사되는 레이저로인해 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않도록 하기 위해서는 라이다 장치의 사용 상황에서 사람이 접근할 수 있는 최소 거리에 사람의 눈이 위치하는 경우에도 영향을 미치지 않도록 설계할 필요성이 있다.

또한, 사람의 눈으로 수광되는 광 에너지가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않도록 설계할 필요성이 있다.

따라서, 기준 거리에서 기준 면적을 통과하는 광 에너지가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 경우, 라이다 장치의 사용 상황에서 레이저가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있다.

예를 들어, 레이저 출력부(5100)로부터 기준 거리(5150)만큼 떨어진 지점에서 사람의 눈 크기에 대응될 수 있는 기준 면적(5160)내에 수광되는 광 에너지가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 정도인 경우 라이다 장치의 사용 상황에서 레이저가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있다.

보다 구체적으로, 레이저 출력부(5100)로부터 10cm만큼 떨어진 지점에서 7mm의 지름을 갖는 원형 면적 내에 수광되는 레이저의 에너지가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 경우 라이다 장치의 사용 상황에서 레이저가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있다. 다만, 기준 거리(5150) 및 기준 면적(5160)은 라이다 장치의 설치 위치, 환경 등에 따라 가변될 수 있다.

도 38은 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 기준거리와 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.

도 38을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(5700)는 제1 레이저 출력 소자(5710) 및 제2 레이저 출력 소자(5720)를 포함할 수 있으며, 이 때, 각각의 레이저 출력 소자는 VCSEL 등 다양한 레이저 출력 소자가 될 수 있음은 상술한 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 제1 레이저 출력 소자(5710)는 제1 레이저(5711)를 출력할 수 있으며, 상기 제1 레이저(5711)는 제1 다이버전스 각도를 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 레이저 출력 소자(5720)는 제2 레이저(5721)를 출력할 수 있으며, 상기 제2 레이저(5721)는 제2 다이버전스 각도를 가질 수 있다.

이 때, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도는 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상이할 수도 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)는 제1 거리(5730)에서 제1 및 제2 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 거리(5730)는 Eye-safety를 위한 기준 거리일 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5710,5720)는 각각 서로 독립적으로 레이저를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이저 출력 소자(5710)가 상기 제1 레이저(5711)를 출력한 후 일정시간이 지난 후에 상기 제2 레이저 출력 소자(5720)가 상기 제2 레이저(5721)를 출력할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)의 상기 제1 거리(5730)에서의 제1 및 제2 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 광밀도일 수 있다.

따라서, 상기 제1 레이저(5711)가 상기 제1 거리(5730)에서 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 제1 광밀도를 가지는 경우, 상기 제1 레이저(5711)의 상기 제1 거리(5730)보다 먼 거리에서의 광밀도는 상기 제1 광밀도 이하가 되므로 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있다.

또한, 상기 제2 레이저(5721)가 상기 제1 거리(5730)에서 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 제2 광밀도를 가지는 경우, 상기 제2 레이저(5721)의 상기 제1 거리(5730)보다 먼 거리에서의 광밀도는 상기 제2 광밀도 이하가 되므로 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5710,5720)는 동일한 시간에 레이저를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5710,5720)는 동시에 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)를 출력할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)의 일 부분이 오버랩 됨에 따라 오버랩 되는 영역에서의 광밀도가 증가되어 레이저를 이용한 측정 거리가 향상될 수 있다.

다만, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)각각은 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있으나, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)이 오버랩됨에 따라 오버랩 되는 영역에서의 광밀도가 증가되어 사람의 눈 건강에 영향을 미치게 될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)각각은 상기 제1 거리(5730)에서 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 정도의 광밀도를 가지나, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)이 오버랩 되는 거리가 도38에 도시된 바와 다르게 상기 제1 거리(5730) 이하인 경우 오버랩 되는 영역에서 광밀도가 증가되어 사람의 눈 건강에 영향을 미치게 될 수 있다.

따라서, 도 38에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721) 가 오버랩되는 거리(5740)는 상기 제1 거리(5730) 이상이어야 할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)가 오버랩 되는 거리(5740)는 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5710,5720)사이의 이격거리 및 상기 제1 및 제2 레이저(5711,5721)의 다이버전스 각도를 이용하여 설계될 수 있음은 도 32 내지 도 35를 통하여 상세히 설명한 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 39는 레이저 출력 소자로부터 출력된 레이저의 광 밀도와 레이저 출력 소자로부터의 거리 사이의 상관 관계를 다이버전스 각도 별로 표현한 그래프이다.

도 39를 참조하면, 그래프의 X축은 레이저 출력 소자로부터의 거리를 의미할 수 있으며, Y축은 광밀도를 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 그래프의 Y축은 기준 거리에서의 광밀도를 100%로하여 광 밀도를 퍼센트로 나타낸 것일 수 있다.

또한, 상기 그래프를 참조하면, 다이버전스 각도 별로 레이저의 광밀도와 레이저 출력 소자로부터의 거리 사이의 상관 관계를 알 수 있다.

보다 구체적으로, 다이버전스 각도가 클수록 레이저 출력 소자로부터 거리가 멀어짐에 따라 광 밀도가 감소하는 정도가 클 수 있다. 예를 들어, 0.7도의 다이버전스 각도를 가지는 레이저의 경우 기준 거리에서 100%의 광밀도를 가지기 위해서 400% 이상의 광 밀도를 가지는 레이저를 출력해야 할 수 있으나, 0.2도의 다이버전스 각도를 가지는 레이저의 경우 기준 거리에서 100%의 광밀도를 가지기 위해서 200% 이하의 광밀도를 가지는 레이저를 출력해야 할 수 있다.

또한, 레이저의 다이버전스 각도에 따라서 50%의 광밀도를 가지는 거리가 상이할 수 있다. 예를 들어, 0.7도의 다이버전스 각도를 가지는 레이저의 광밀도가 50%가 되는 거리는 0.2도의 다이버전스 각도를 가지는 레이저의 광밀도가 50%가 되는 거리보다 가까울 수 있다.

따라서, 다이버전스 각도에 따라 기준 거리의 광밀도의 50%가 되는 거리를 결정할 수 있다.

또한, 복수개의 레이저 출력 소자를 이용하는 경우 기준 거리에서의 광밀도에 비해 광밀도가 50%가 되는 거리가 중요할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 레이저 출력 소자에서 출력된 각각의 레이저가 오버랩되는 경우 오버랩되는 영역의 광밀도가 증가하게 되지만, 상기 각각의 레이저가 오버랩되는 거리가 각각의 레이저의 광밀도가 기준거리에서의 광밀도에 비해 광밀도가 50% 이하가 되는 거리인 경우 오버랩되는 영역의 증가된 광밀도가 기준 거리에서의 광밀도를 초과하지 않을 수 있다. 따라서, 이 경우 오버랩되는 영역의 증가된 광밀도 역시 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있다.

따라서, 이를 이용하여, 사람의 눈건강에 영향을 미치지 않되 측정 거리를 향상시키는 레이저 출력부의 설계가 가능하며, 상세한 내용은 후술하기로 한다.

도 40은 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 기준 거리와 오버랩 거리를 설명하기 위한 도면이다.

도 40을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(5700)는 제1 레이저 출력 소자(5750) 및 제2 레이저 출력 소자(5760)를 포함할 수 있으며, 이 때, 각각의 레이저 출력 소자는 VCSEL 등 다양한 레이저 출력 소자가 될 수 있음은 상술한 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 제1 레이저 출력 소자(5750)는 제1 레이저(5751)를 출력할 수 있으며, 상기 제1 레이저(5751)는 제1 다이버전스 각도를 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 레이저 출력 소자(5760)는 제2 레이저(5761)를 출력할 수 있으며, 상기 제2 레이저(5761)는 제2 다이버전스 각도를 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)는 제1 거리(5770)에서 제1 및 제2 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 거리(5770)는 Eye-safety를 위한 기준 거리일 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)의 상기 제1 거리(5770)에서의 제1 및 제2 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 광밀도일 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)는 제2 거리(5780)에서 제3 및 제4 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제3 및 제4 광밀도는 상기 제1 및 제2 광밀도 각각의 50%의 광밀도일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)는 상기 제2 거리(5780) 이하에서는 상기 제3 및 제4 광밀도 보다 큰 광밀도를 가지며, 상기 제2 거리(5780) 이상에서는 상기 제3 및 제4 광밀도 보다 작은 광밀도를 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)는 제3 거리(5790)에서 적어도 일 부분이 오버랩 될 수 있다.

따라서, 상기 제1 거리(5770)에서의 광밀도가 사람의 눈에 영향을 주지 않는 최대 광밀도인 경우, 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)가 오버랩 되는 상기 제3 거리(5790)가 도 40에 도시된 바와 다르게 상기 제2 거리(5780) 이하인 경우 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 사람의 눈에 영향을 주지 않는 최대 광밀도를 초과할 수 있다.

그러나 도 40에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)가 오버랩 되는 상기 제3 거리(5790)가 상기 제2 거리(5780) 이상인 경우 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)가 오버랩 되는 영역의 광밀도는 사람의 눈에 영향을 주지 않는 최대 광밀도 이하일 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)가 오버랩 되는 거리(5790)를 상기 제2 거리(5780)이상이 되도록 상기 제1 및 제2 레이저 출력부(5750,5760) 사이의 이격 거리 및 상기 제1 및 제2 레이저(5751,5761)의 다이버전스 각도를 설계하는 경우, Eye-safety기준을 만족하면서 오버랩되는 영역에서 측정 가능한 거리를 확장시킬 수 있다.

도 41은 일 실시예에 따른 라이다 장치의 향상된 측정 거리를 설명하기 위한 도면이다.

일 실시에에 따른 라이다 장치는 레이저 출력부를 포함할 수 있으며, 상기 레이저 출력부는 제1 레이저 출력 소자 및 제2 레이저 출력 소자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자는 각각 제1 및 제2 레이저를 출력할 수 있다.

이 때, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저는 거리에 따른 레이저 스팟을 형성할 수 있으며, 상기 레이저 스팟은 상기 라이다 장치의 조사 영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이저가 출력되는 경우 상기 라이다 장치는 상기 제1 레이저의 거리에 따른 스팟 영역에 대응되는 조사 영역을 형성할 수 있다.

또한, 상기 라이다 장치의 측정 가능 거리는 상기 레이저들의 광밀도에 비례할 수 있음은 상술한 바 이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 도 41을 참조하면, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저는 각각 제1 거리에서 제1 조사영역(5752) 및 제2 조사영역(5762)을 형성할 수 있으며, 제2 거리에서 제3 조사영역(5753) 및 제4 조사영역(5763)을 형성할 수 있다. 이 때, 설명의 편의를 위해 상기 조사영역들(5752,5762)를 사각 형상으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 원형, 타원형 등 조사되는 레이저의 스팟 형상에 대응되는 형상으로 상기 조사영역들(5752,5762)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 거리는 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩되지 않는 거리일 수 있으며, 상기 제2 거리는 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩되는 거리일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 거리는 상기 레이저 출력부로부터 10cm가 되는 거리일 수 잇으며, 상기 제2 거리는 상기 레이저 출력부로부터 200m가 되는 거리일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저는 사람의 눈 건강에 영향을 주지 않도록 출력될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 거리가 Eye-safety를 판단하기 위한 기준 거리인 경우, 상기 제1 및 제2 레이저의 상기 제1 거리에서의 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 주지 않는 광밀도일 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저는 상기 제2 거리에서 각각 제1 광밀도 및 제2 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 및 제2 광밀도는 상기 제1 및 제2 레이저의 출력 세기, 다이버전스 및 상기 제2 거리 값에 따라 변할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저가 동시에 조사되는 경우 상기 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩되는 영역은 제3 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제3 광밀도는 상기 제1 및 제2 광밀도 보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 광밀도가 동일한 경우 상기 제3 광밀도는 상기 제1 및 제2 광밀도의 2배가 될 수 있다.

따라서, 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩되는 영역에서 상기 라이다 장치의 측정 거리가 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 거리에서 상기 제1 레이저의 상기 제1 광밀도가 상기 라이다 장치에서 거리를 측정하기 위한 기준 신호를 발생시키지 못하는 광밀도인 경우 상기 라이다 장치에서 상기 제1 레이저만 조사 하였을 때 상기 제2 거리에 위치하는 대상체에 대한 거리 정보를 획득하지 못할 수 있다. 그러나, 상기 제2 거리에서 상기 제3 광밀도가 상기 라이다 장치에서 거리를 측정하기 위한 기준 신호를 발생시킬 수 있는 광밀도인 경우 상기 라이다 장치에서 상기 제1 및 제2 레이저를 동시에 조사 하였을 때 상기 라이다 장치는 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩되는 영역에서 상기 제2 거리에 위치하는 대상체에 대한 거리 정보를 획득할 수 있다.

또한, 상기 제2 거리에서 상기 제3 광밀도를 가지기 위해 제3 레이저 출력 소자로부터 제3 레이저를 출력하는 경우, 상기 제3 레이저의 출력 세기는 상기 제1 및 제2 레이저의 출력 세기보다 클 수 있다. 따라서, 상기 제3 레이저는 상기 제1 거리에서 사람의 눈 건강에 영향을 미치는 광밀도를 가질 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 상기 제2 거리에서 상기 제3 광밀도를 가지는 오버랩 영역을 형성하기 위해 상기 제1 및 제2 레이저 출력소자로부터 상기 제1 및 제2 레이저를 동시에 출력하는 경우, 상기 제1 및 제2 레이저 각각은 상기 제1 거리에서 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 광밀도를 가지며, 상기 제2 거리에서는 오버랩 되는 영역에서 상기 제3 광밀도를 가지기 때문에 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자를 포함하는 상기 라이다 장치는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않으면서 적어도 일부 영역에서 측정 거리를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩 되는 영역은 상기 레이저 출력부로부터 거리가 멀어짐에 따라 커질 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저의 중심 사이의 간격이 1cm 이며, 상기 제1 및 제2 레이저의 다이버전스 각도가 1.2도인 경우, 상기 제1 및 제2 레이저의 200m에서 조사 영역의 크기는 각각 4m*4m가 되며, 오버랩 되는 영역은 제1 및 제2 레이저의 전체 조사 영역의 99.5% 가 될 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 오버랩 되는 영역의 비율이 증가됨에 따라 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저는 하나의 레이저로 볼 수 있으며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 측정 거리가 향상될 수 있다.

또한, 레이저의 조사 영역을 사각 형상으로 가정하는 경우, 거리에 따라 전체 조사 영역 대비 오버랩 되는 영역의 비율은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

레이저 출력부로부터의 거리를 D, 레이저 출력 소자들 간의 거리를 d, 레이저의 다이버전스 각도를

라 하는 경우

의 식을 만족할 수 있다.

다만, 이에 한정되지 않으며, 레이저의 조사 영역은 다양한 형상을 가질 수 있으나, 레이저 출력부로부터의 거리가 멀어짐에 따라 오버랩 되는 영역의 비율이 커질 수 있음은 상술한 바이며, 이에 따라 상기 라이다 장치의 측정 거리가 향상될 수 있다.

6.3.4 레이저 출력부의 다양한 실시예 들

도 42는 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.

도 42를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(5800)는 제1 레이저 출력 소자(5810), 제2 레이저 출력 소자(5820), 제3 레이저 출력 소자(5830) 및 제4 레이저 출력 소자(5840)를 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5810,5820,5830,5840)는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저(5811,5821,5831,5841)를 출력할 수 있다. 또한, 상기 레이저 출력 소자들은 각각 콜리메이션 컴포넌트 및 스티어링 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 출력부는 상기 레이저 출력 소자들이 포함된 제1 레이어, 상기 콜리메이션 컴포넌트가 포함된 제2 레이어 및 상기 스티어링 컴포넌트가 포함된 제3 레이어를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저는 각각 제1 내지 제4 다이버전스 각도를 가질 수 있으며, 상기 제1 내지 제4 다이버전스 각도는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 서로 상이할 수도 있고, 적어도 일부의 다이버전스 각도가 서로 동일할 수도 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저는 각각 제1 내지 제4 스티어링 각도를 가질 수 있으며, 상기 제1 내지 제4 스티어링 각도는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 서로 상이할 수도 있고, 적어도 일부의 스티어링 각도가 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 42에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 스티어링 각도는 서로 동일하고, 상기 제3 및 제4 스티어링 각도는 서로 동일하나 상기 제1 스티어링 각도와 상기 제3 스티어링 각도는 서로 상이할 수 있다.

또한, 상기 레이저 출력부(5800)를 포함하는 라이다 장치는 복수개의 스티어링 각도를 이용하여 시야각(FOV:Field of View)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제3 레이저 출력 소자(5810,5830)를 포함하는 상기 레이저 출력부(5800)에서 25개의 레이저 출력 소자가 각각 서로 다른 스티어링 각도를 가지고 출력되며, 각각의 레이저들 사이의 스티어링 각도가 수직 방향으로 1.2도 차이나는 경우 상기 라이다 장치는 수직 방향으로 30도의 시야각(FOV(V))를 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 레이저 출력부(5800)는 상기 레이저 출력부(5800)가 포함되는 라이다 장치의 측정거리를 향상시키기 위하여 상기 제1 레이저 출력 소자(5810)와 동일한 스티어링 각도를 가지는 상기 제2 레이저 출력 소자(5820) 를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 스티어링 각도와 상기 제2 스티어링 각도가 동일한 경우 상기 제1 레이저(5811) 및 상기 제2 레이저(5821)는 동일한 방향으로 조사될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821)가 동일한 방향으로 조사되는 경우, 도 32 내지 도 41을 통해 상술한 바와 같이 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도에 따른 확산에 의해 서로 오버랩 될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820)를 포함하는 상기 라이다 장치는 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820)를 동시에 동작 시킬 수 있으며, 이 경우 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821)가 오버랩 되는 영역에서의 측정 거리가 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820)를 동시에 동작시키는 경우, 상기 라이다 장치는 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821) 각각으로부터는 측정되지 않는 거리에 위치한 대상체까지의 거리를 측정할 수 있다.

또한, 도 42에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820)는 상기 레이저 출력부(5800) 내에 인접하도록 배치될 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820)사이의 거리는 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821)가 오버랩 되는 거리가 Eye-safety를 위한 기준 거리보다 멀도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820) 사이의 거리는 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821)가 오버랩 되는 거리에서의 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 기준 거리에서의 상기 제1 및 제2 레이저의 각각의 광밀도를 초과하지 않도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 레이저 출력부(5800)는 상기 레이저 출력부(5800)가 포함되는 라이다 장치의 측정거리를 향상시키기 위하여 상기 제3 레이저 출력 소자(5830)와 동일한 스티어링 각도를 가지는 상기 제4 레이저 출력 소자(5840) 를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제3 스티어링 각도와 상기 제4 스티어링 각도가 동일한 경우 상기 제3 레이저(5831) 및 상기 제4 레이저(5841)는 동일한 방향으로 조사될 수 있다.

또한, 상기 제3 및 제4 레이저(5831,5841)가 동일한 방향으로 조사되는 경우, 도 32 내지 도 41을 통해 상술한 바와 같이 상기 제3 및 제4 다이버전스 각도에 따른 확산에 의해 서로 오버랩 될 수 있다.

또한, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5830,5840)를 포함하는 상기 라이다 장치는 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5830,5840)를 동시에 동작 시킬 수 있으며, 이 경우 상기 제1 및 제2 레이저(5831,5841)가 오버랩 되는 영역에서의 측정 거리가 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5830,5840)를 동시에 동작시키는 경우, 상기 라이다 장치는 상기 제3 및 제4 레이저(5831,5841) 각각으로부터는 측정되지 않는 거리에 위치한 대상체까지의 거리를 측정할 수 있다.

또한, 도 42에 도시된 바와 같이 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5830,5840)는 상기 레이저 출력부(5800) 내에 인접하도록 배치될 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5830,5840)사이의 거리는 상기 제3 및 제4 레이저(5831,5841)가 오버랩 되는 거리가 Eye-safety를 위한 기준 거리보다 멀도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5830,5840) 사이의 거리는 상기 제3 및 제4 레이저(5831,5841)가 오버랩 되는 거리에서의 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 기준 거리에서의 상기 제3 및 제4 레이저(5831,5841)의 각각의 광밀도를 초과하지 않도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820)와 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5830,5840)는 동시에 레이저를 출력할 수 있으나, 서로 상이한 시간에 레이저를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5810,5820,5830,5840)에서 상기 제1 내지 제4 레이저(5811,5821,5831,5841) 를 동시에 출력할 수도 있으며, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5810,5820)에서 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821)를 출력한 후 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5830,5840)에서 상기 제3 및 제4 레이저(5831,5841)를 출력할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 레이저(5811)와 상기 제3 레이저(5831)가 서로 오버랩 되도록 상기 제1 및 제3 스티어링 각도의 차이는 상기 제1 및 제3 다이버전스 각도 보다 작을 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제3 레이저(5811,5831)가 동시에 출력되었을 때 상기 제1 및 제3 레이저(5811,5831)가 서로 오버랩 되는 영역에서 광밀도가 증가할 수 있다.

또한, 이 경우, 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821)가 오버랩 되는 영역의 크기는 상기 제1 및 제3 레이저(5811,5831)가 오버랩 되는 영역의 크기보다 클 수 있다.

또한, 상기 제1 레이저(5811)와 상기 제3 레이저(5831)가 서로 오버랩 되지 않도록 상기 제1 및 제3 스티어링 각도의 차이는 상기 제1 및 제3 다이버전스 각도 보다 클 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제3 레이저(5811,5831)가 동시에 출력되었을 때도 상기 제1 및 제3 레이저(5811,5831)가 서로 오버랩 되는 영역이 형성되지 않을 수 있다.

또한, 도 42에 도시되지는 않았으나, 상기 제1 레이저 출력 소자(5810)와 상기 제3 레이저 출력 소자(5830)사이의 거리는 상기 제1 레이저 출력 소자(5810)와 상기 제2 레이저 출력 소자(5820)사이의 거리보다 가까울 수 있으며, 이 경우에도, 상기 제1 및 제2 레이저(5811,5821)가 오버랩 되는 영역은 상기 제1 및 제3 레이저(5811,5831)가 오버랩 되는 영역보다 클 수 있다.

도 43은 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.

도 43을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(5850)는 제1 레이저 출력 소자(5860), 제2 레이저 출력 소자(5870), 제3 레이저 출력 소자(5880) 및 제4 레이저 출력 소자(5890)를 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5860,5870,5880,5890)는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저(5861,5827,5881,5891)를 출력할 수 있다. 또한, 상기 레이저 출력 소자들은 각각 콜리메이션 컴포넌트 및 스티어링 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 출력부는 상기 레이저 출력 소자들이 포함된 제1 레이어, 상기 콜리메이션 컴포넌트가 포함된 제2 레이어 및 상기 스티어링 컴포넌트가 포함된 제3 레이어를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5860,5870,5880,5890) 들에 대하여는 앞서 서술한 내용이 적용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 내용은 생략하기로 한다.

도 43에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870)는 상기 레이저 출력부(5850) 내에 인접하지 않도록 배치될 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870)사이의 거리는 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 거리가 Eye-safety를 위한 기준 거리보다 멀도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870) 사이의 거리는 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 거리에서의 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 기준 거리에서의 상기 제1 및 제2 레이저의 각각의 광밀도를 초과하지 않도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 도 42에 도시된 바와 같이 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890)는 상기 레이저 출력부(5850) 내에 인접하지 않도록 배치될 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5880,5890)사이의 거리는 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)가 오버랩 되는 거리가 Eye-safety를 위한 기준 거리보다 멀도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890) 사이의 거리는 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)가 오버랩 되는 거리에서의 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 기준 거리에서의 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)의 각각의 광밀도를 초과하지 않도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 도 42에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870) 사이의 거리는 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890) 사이의 거리와 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870) 사이의 거리는 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890) 사이의 거리보다 작을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870) 사이의 거리와 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890) 사이의 거리가 상이함에 따라, 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 거리는 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)가 오버랩 되는 거리와 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870) 사이의 거리가 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890)사이의 거리 보다 작은 경우, 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 거리는 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)가 오버랩 되는 거리 보다 작을 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870) 사이의 거리와 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890) 사이의 거리가 상이함에 따라, 동일한 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 영역은 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)가 오버랩 되는 영역과 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870) 사이의 거리가 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890)사이의 거리 보다 작은 경우, 동일한 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 영역은 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)가 오버랩 되는 영역 보다 클 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870)와 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890)는 동시에 레이저를 출력할 수 있으나, 서로 상이한 시간에 레이저를 출력할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5860,5870,5880,5890)에서 상기 제1 내지 제4 레이저(5861,5871,5881,5891) 를 동시에 출력할 수도 있으며, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5860,5870)에서 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)를 출력한 후 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5880,5890)에서 상기 제3 및 제4 레이저(5881,5891)를 출력할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 레이저(5861)와 상기 제3 레이저(5881)가 서로 오버랩 되도록 제1 및 제3 스티어링 각도의 차이는 제1 및 제3 다이버전스 각도 보다 작을 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제3 레이저(5861,5881)가 동시에 출력되었을 때 상기 제1 및 제3 레이저(5861,5881)가 서로 오버랩 되는 영역에서 광밀도가 증가할 수 있다.

또한, 이 경우, 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 영역의 크기는 상기 제1 및 제3 레이저(5861,5881)가 오버랩 되는 영역의 크기보다 클 수 있다.

또한, 상기 제1 레이저(5861)와 상기 제3 레이저(5881)가 서로 오버랩 되지 않도록 상기 제1 및 제3 스티어링 각도의 차이는 상기 제1 및 제3 다이버전스 각도 보다 클 수 있다. 이 경우 상기 제1 및 제3 레이저(5861,5881)가 동시에 출력되었을 때도 상기 제1 및 제3 레이저(5861,5881)가 서로 오버랩 되는 영역이 형성되지 않을 수 있다.

또한, 도 43에 도시되지는 않았으나, 상기 제1 레이저 출력 소자(5860)와 상기 제3 레이저 출력 소자(5880)사이의 거리는 상기 제1 레이저 출력 소자(5860)와 상기 제2 레이저 출력 소자(58670)사이의 거리보다 가까울 수 있으며, 이 경우에도, 상기 제1 및 제2 레이저(5861,5871)가 오버랩 되는 영역은 상기 제1 및 제3 레이저(5861,5881)가 오버랩 되는 영역보다 클 수 있다.

도 44는 일 실시예에 따른 레이저 출력부를 설명하기 위한 도면이다.

도 44를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부(5900)는 제1 레이저 출력 소자(5901), 제2 레이저 출력 소자(5902), 제3 레이저 출력 소자(5903) 및 제4 레이저 출력 소자(5904)를 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904)는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저(5911,5912,5913,5914)를 출력할 수 있다. 또한, 상기 레이저 출력 소자들은 각각 콜리메이션 컴포넌트 및 스티어링 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 출력부는 상기 레이저 출력 소자들이 포함된 제1 레이어, 상기 콜리메이션 컴포넌트가 포함된 제2 레이어 및 상기 스티어링 컴포넌트가 포함된 제3 레이어를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저는 각각 제1 내지 제4 스티어링 각도를 가질 수 있으며, 상기 제1 내지 제4 스티어링 각도는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 서로 상이할 수도 있고, 적어도 일부의 스티어링 각도가 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 44에 도시된 바와 같이 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스티어링 각도가 서로 동일할 수 있다.

또한, 상기 레이저 출력부(5900)는 상기 레이저 출력부(5900)가 포함되는 라이다 장치의 측정 거리를 향상시키기 위하여 상기 제1 레이저 출력 소자(5901)와 동일한 스티어링 각도를 가지는 상기 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5902,5903,5904)를 포함할 수 있다. 즉 상기 제1 스티어링 각도와 동일한 제2, 제3 및 제4 스티어링 각도를 가지는 상기 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5902,5903,5904)를 이용하여 상기 제1 레이저(5911)와 상기 제2, 제3 및 제4 레이저(5912,5913,5914)를 오버랩되게 할 수 있으며, 오버랩 되는 영역을 이용하여 상기 라이다 장치의 측정 거리를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904)는 동시에 레이저를 출력할 수도 있으며, 서로 상이한 시간에 레이저를 출력할 수도 있고, 적어도 둘 이상의 레이저 출력 소자가 동시에 레이저를 출력할 수도 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903.5904) 중 두개의 레이저 출력 소자에서 동시에 레이저를 출력하도록 동작시키는 경우에 동시에 동작하는 두개의 레이저 출력 소자에서 출력된 레이저가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않으면서 라이다 장치의 측정거리를 향상시키기 위한 두 개의 레이저 출력 소자 간의 관계에 대하여는 상술한 바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904) 중 세 개의 레이저 출력 소자에서 동시에 레이저를 출력하도록 동작시키는 경우를 서술하기 위해 편의상 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자(5901,5902,5903)를 이용하여 서술하기로 하나, 이에 한정되지 않으며, 다른 레이저 출력 소자들 간에도 적용될 수 있음은 충분히 이해될 수 있다.

상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자(5901,5902,5903)로부터 출력되는 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)는 제1 거리(5920)에서 제1, 제2 및 제3 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 거리(5920)는 Eye-safety를 위한 기준거리일 수 있으며, 상기 제1, 제2 및 제3 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 광밀도 일 수 있다.

따라서, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)는 각각 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않을 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자(5901,5902,5903)로부터 출력되는 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)는 제2 거리(5930)에서 제5, 제6 및 제7 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제2 거리(5930)는 상기 제1 및 제2 레이저(5911,5912)가 서로 오버랩 되며, 상기 제2 및 제3 레이저(5912,5913)가 서로 오버랩 되는 거리일 수 있다. 다만, 상기 제2 거리는 상기 제1 및 제2 레이저(5911,5912)가 서로 오버랩 되는 제2-1거리 및 상기 제2 및 제3 레이저(5912,5913)가 서로 오버랩 되는 제2-2거리를 포함할 수 있으나, 설명의 편의를 위해서 제2 거리(5930)로 서술할 수 있다.

따라서, 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않기 위해 상기 제5 및 제6 광밀도의 합은 상기 제1 또는 제2 광밀도 이하일 수 있으며, 상기 제6 및 제7 광밀도의 합은 상기 제2 또는 제3 광밀도 이하일 수 있다. 이 때, 광밀도의 합은 선형적인 합 연산일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 오버랩 되는 영역의 광밀도를 의미할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 및 제3 광밀도가 서로 동일하며, 사람의 눈에 영향을 미치지 않는 최대 광밀도인 경우, 상기 제5, 제6, 제7 광밀도는 상기 제1 광밀도의 50%이하가 될 수 있으며, 이 경우 상기 제5 및 제6 광밀도의 합은 상기 제1 광밀도 이하일 수 있고, 상기 제6 및 제7 광밀도의 합은 상기 제1 광밀도와 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자(5901,5902,5903)로부터 출력되는 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)는 제3 거리(미도시)에서 제9, 제10 및 제11 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제3 거리(미도시)는 상기 제1 및 제3 레이저(5911,5913)가 서로 오버랩 되는 거리일 수 있다. 즉, 상기 제3 거리(미도시)는 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)가 모두 오버랩 되는 거리를 의미할 수 있다.

따라서, 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않기 위해 상기 제9, 제10 및 제11 광밀도의 합은 상기 제1, 제2 또는 제3 광밀도 이하일 수 있다. 이 때, 광밀도의 합은 선형적인 합 연산일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 오버랩 되는 영역의 광밀도를 의미할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2 및 제3 광밀도가 서로 동일하며, 사람의 눈에 영향을 미치지 않는 최대 광밀도인 경우, 상기 제9, 제10 및 제11 광밀도는 상기 제1 광밀도의 1/3 이하가 될 수 있으며, 이 경우 상기 제9, 제10 및 제11 광밀도의 합은 상기 제1 광밀도 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상술한 광밀도 조건을 만족하는 레이저를 출력하기 위해, 레이저의 다이버전스 각도, 레이저 출력 소자들 간의 간격이 조절될 수 있음은 상술한 내용들에 의해 충분히 이해될 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904) 모두를 동작시키되 동시에 동작하는 복수개의 레이저 출력소자에서 출력된 레이저가 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않으면서 라이다 장치의 측정거리를 향상시키기 위한 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904)들 간의 관계를 서술하기로 한다.

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904) 로부터 출력되는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저(5911,5912,5913,5914)는 제1 거리(5920)에서 제1, 제2, 제3 및 제4 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 거리(5920)는 Eye-safety를 위한 기준거리일 수 있으며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 광밀도 일 수 있다.

또한, 상기 제2 거리(5930)및 제3 거리(미도시) 까지의 관계는 상술한 바 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 제3 거리는 상기 제1 및 제3 레이저(5911,5913)가 오버랩 되는 거리로서 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)가 모두 오버랩 되는 제3-1 거리 및 상기 제2 및 제4 레이저(5912,5914)가 오버랩 되는 거리로서 상기 제2, 제3 및 제4 레이저(5912,5913,5914)가 모두 오버랩 되는 제3-2 거리를 포함할 수 있으며, 상기 제3-1거리 및 제3-2거리는 서로 상이할 수 있다. 또한, 상기 제2 거리는 상기 제1 및 제2 레이저(5911,5912)가 서로 오버랩 되는 제2-1거리, 상기 제2 및 제3 레이저(5912,5913)가 서로 오버랩 되는 제2-2거리 및 상기 제3 및 제4 레이저(5913,5914)가 서로 오버랩 되는 제2-3거리를 포함할 수 있으며, 상기 제2-1거리, 제2-2거리 및 제2-3거리는 서로 상이할 수 있다.

상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904) 로부터 출력되는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저(5911,5912,5913,5914)는 제4 거리(미도시)에서 제13, 제14, 제15 및 제16 광밀도를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제4 거리(미도시)는 상기 제1 및 제4 레이저(55911,5914)가 서로 오버랩 되는 거리로서, 상기 제1 내지 제4 레이저(5911,5912,5913,5914)가 모두 오버랩 되는 거리를 의미할 수 있다.

따라서, 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않기 위해 상기 제13, 제14, 제15 및 제16 광밀도의 합은 상기 제1, 제2, 제3 또는 제4 광밀도 이하일 수 있다. 이 때, 광밀도의 합은 선형적인 합 연산일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 오버랩 되는 영역의 광밀도를 의미할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 광밀도가 서로 동일하며, 사람의 눈에 영향을 미치지 않는 최대 광밀도인 경우, 상기 제13, 제14, 제15 및 제16 광밀도는 상기 제1 광밀도의 1/4 이하가 될 수 있으며, 이 경우 상기 제13, 제14, 제15 및 제16 광밀도의 합은 상기 제1 광밀도 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904)가 동시에 레이저를 출력할 수 있도록 설계한 경우 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904)가 동시에 레이저를 출력 하도록 동작시킬 수 있으나, 적어도 하나의 레이저 출력 소자가 레이저를 출력하도록 동작시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 내지 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904) 중 하나의 레이저 출력 소자가 레이저를 출력하는 것 보다 두 개의 레이저 출력 소자가 레이저를 출력하는 것이 라이다 장치의 측정거리를 향상시킬 수 있으며, 두 개의 레이저 출력 소자가 레이저를 출력하는 것 보다 세 개의 레이저 출력 소자가 레이저를 출력하는 것이 라이다 장치의 측정 거리를 향상시킬 수 있고, 세 개의 레이저 출력 소자가 레이저를 출력하는 것 보다 네 개의 레이저 출력 소자가 레이저를 출력하는 것이 라이다 장치의 측정 거리를 향상시킬 수 있다.

따라서, 상기 라이다 장치에서 측정되는 지점에 대한 거리에 따라 상기 복수개의 레이저 출력 소자 중 적어도 일부를 동작시킬 수 있다.

예를 들어, 라이다 장치는 상기 제1 레이저 출력 소자(5901)가 제1 레이저를 출력한 후에 상기 제1 레이저를 이용하여 대상체와의 거리를 획득하지 못한 경우 동일한 지역에 대해 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5901,5902)가 제1 및 제2 레이저(5911,5912)를 출력하도록 레이저 출력 소자들을 동작시킬 수 있으며, 상기 제1 및 제2 레이저(5911,5912)를 이용하여 대상체와의 거리를 획득하지 못한 경우 동일한 지역에 대해 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자 (5901,5902,5903)가 동시에 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)를 출력하도록 레이저 출력 소자들을 동작시킬 수 있고, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저(5911,5912,5913)를 이용하여 대상체와의 거리를 획득하지 못한 경우 동일한 지역에 대해 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5901,5902,5903,5904)가 동시에 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 (5911,5912,5913,5914)를 출력하도록 레이저 출력 소자들을 동작시킬 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자 (5901,5902,5903,5904)는 각각 서로 동일한 이격거리를 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 45는 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 45에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5901,5902) 사이의 거리와 상기 제2 및 제3 레이저 출력 소자(5902,5903) 사이의 거리 및 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5903,5904) 사이의 거리가 서로 동일 할 수 있다.

또한, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자 (5901,5902,5903,5904)는 각각 서로 상이한 이격거리를 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 46은 다른 일 실시예에 따른 레이저 출력부의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 46에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5901,5902) 사이의 거리와 상기 제2 및 제3 레이저 출력 소자(5902,5903) 사이의 거리 및 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5903,5904) 사이의 거리가 서로 상이할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제3 및 제4 레이저 출력 소자(5903,5904) 사이의 거리는 상기 제2 및 제3 레이저 출력 소자(5902,5903) 사이의 거리 보다 작으며, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5901,5902) 사이의 거리 보다 클 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

7. 일정 이상의 다이버전스 각도를 가지는 레이저를 출력하는 레이저 출력부 및 이를 포함하는 라이다 장치.

도 47은 일 실시예에 따른 일정 이하의 다이버전스 각도를 가지는 레이저 및 이를 출력하는 레이저 출력부에 관한 도면이며, 도 48은 도 47에 따른 레이저 사이의 거리를 설명하기 위한 도면이다.

도 47 및 도 48을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부는 제1 레이저 출력 소자(5950) 및 제2 레이저 출력 소자(5955)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5950,5955)는 각각 제1 및 제2 레이저(5951,5956)를 출력할 수 있다. 또한, 상기 레이저 출력 소자들은 각각 콜리메이션 컴포넌트 및 스티어링 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 출력부는 상기 레이저 출력 소자들이 포함된 제1 레이어, 상기 콜리메이션 컴포넌트가 포함된 제2 레이어 및 상기 스티어링 컴포넌트가 포함된 제3 레이어를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956)는 각각 제1 및 제2 다이버전스 각도를 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 서로 상이할 수도 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956)는 각각 제1 및 제2 스티어링 각도를 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 스티어링 각도는 서로 상이할 수 있다.

이 때, 도 47에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도는 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이보다 작을 수 있다.

따라서, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도가 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이보다 작은 경우 상기 제1 레이저(5951)와 상기 제2 레이저(5956) 사이의 거리(5960)는 상기 레이저 출력부로부터 거리가 멀어짐에 따라 커질 수 있다.

보다 구체적으로, 도 48을 참조하면, 상기 레이저 출력부로부터 제1 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956) 사이의 거리(5961)는 상기 제1 거리보다 먼 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956) 사이의 거리(5962)보다 가까울 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도가 0도이며, 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이가 1.2도 인 경우 상기 레이저 출력부로부터 약 10m 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956) 사이의 거리는 약 21cm 정도가 될 수 있으며, 상기 레이저 출력부로부터 약 100m 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956)사이의 거리는 약 2.1m 정도가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상술한 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956) 사이의 거리(5960)가 상기 레이저 출력부로부터의 거리가 멀어짐에 따라 커지는 경우 거리에 따라 레이저가 조사되지 않는 영역이 증가할 수 있으며, 이에 따라 상기 레이저 출력부를 포함하는 라이다 장치에서 대상체를 감지하지 못하는 영역이 증가할 수 있다.

따라서, 라이다 장치에 포함되는 레이저 출력부로부터 출력되는 레이저는 일정 이상의 다이버전스 각도를 가지도록 설게되는 것이 필요할 수 있다.

도 49는 일 실시예에 따른 일정 이상의 다이버전스 각도를 가지는 레이저 및 이를 출력하는 레이저 출력부에 관한 도면이며, 도 50은 도 49에 따른 레이저 사이의 거리를 설명하기 위한 도면이다.

도 49 및 도 50을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 출력부는 제1 레이저 출력 소자(5970) 및 제2 레이저 출력 소자(5975)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5970,5975)는 각각 제1 및 제2 레이저(5971,5976)를 출력할 수 있다. 또한, 상기 레이저 출력 소자들은 각각 콜리메이션 컴포넌트 및 스티어링 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 출력부는 상기 레이저 출력 소자들이 포함된 제1 레이어, 상기 콜리메이션 컴포넌트가 포함된 제2 레이어 및 상기 스티어링 컴포넌트가 포함된 제3 레이어를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5971,5976)는 각각 제1 및 제2 다이버전스 각도를 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 서로 상이할 수도 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 레이저(5971,5976)는 각각 제1 및 제2 스티어링 각도를 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 스티어링 각도는 서로 상이할 수 있다.

이 때, 도 49에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도는 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이와 같거나 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이보다 클 수 있다.

따라서, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도가 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이와 같은 경우 상기 제1 레이저(5971)와 상기 제2 레이저(5976) 사이의 거리(5980)는 상기 레이저 출력부로부터 거리가 멀어짐에 따라 일정할 수 있다.

보다 구체적으로, 도시 되지는 않았으나, 상기 레이저 출력부로부터 제1 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5971,5976) 사이의 거리(5981)는 상기 제1 거리보다 먼 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5971,5976) 사이의 거리(5972)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도가 1.2도이며, 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이가 1.2도 이며, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5970,5975)사이의 거리가 1mm인 경우, 상기 레이저 출력부로부터 약 10m 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956) 사이의 거리는 약 1mm 정도가 될 수 있으며, 상기 레이저 출력부로부터 약 100m 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956)사이의 거리도 약 1mm 정도가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도가 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이 보다 큰 경우 상기 제1 레이저(5971)와 상기 제2 레이저(5976) 사이의 거리(5980)는 상기 레이저 출력부로부터 거리가 멀어짐에 따라 감소할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 50을 참조하면, 상기 레이저 출력부로부터 제1 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5971,5976) 사이의 거리(5981)는 상기 제1 거리보다 먼 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5971,5976) 사이의 거리(5972)보다 멀 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 다이버전스 각도가 1.3도이며, 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이가 1.2도 이며, 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자(5970,5975)사이의 거리가 1cm인 경우, 상기 레이저 출력부로부터 약 10m 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956) 사이의 거리는 약 0.2cm 정도가 될 수 있으며, 상기 레이저 출력부로부터 약 100m 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저(5951,5956)는 오버랩 될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 상기 제1 및 제2 레이저(5971,5976) 사이의 거리(5980)가 상기 레이저 출력부로부터의 거리가 멀어짐에 따라 같거나 감소하는 경우 거리에 따라 레이저가 조사되지 않는 영역이 감소할 수 있으며, 이에 따라 상기 레이저 출력부를 포함하는 라이다 장치에서 대상체를 감지하지 못하는 영역이 감소할 수 있다.

따라서, 상기 레이저 출력부를 포함하는 라이다 장치에서 감지되지 않는 대상체를 감소시키기 위하여 상기 레이저 출력부로부터 출력되는 레이저는 일정 이상의 다이버전스 각도를 가지도록 설계될 수 있으며, 보다 구체적으로 제1 및 제2 다이버전스 각도는 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이와 같거나 크도록 설계 될 수 있으며, 또는 상기 제1 다이버전스 각도의 1/2과 상기 제2 다이버전스 각도의 1/2의 합이 상기 제1 및 제2 스티어링 각도의 차이와 같거나 크도록 설계될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서,
레이저를 출력하는 복수개의 레이저 출력 소자를 포함하는 레이저 출력부; 및
상기 레이저 출력부로부터 출력된 레이저가 일 지점에서 반사된 경우 반사된 레이저를 수광하는 디텍터부를 포함하되,
상기 레이저 출력부는 제1 레이저 출력 소자 및 제2 레이저 출력 소자를 포함하고,
상기 제1 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제1 레이저와 상기 제2 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제2 레이저는 상기 라이다 장치로부터 제1 거리만큼 이격된 지점에서 각각 제1 광밀도(Light density) 및 제2 광밀도를 가지도록 출력되며,
상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력소자사이의 거리에 따라서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 오버랩되는 거리가 결정 되되,
상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제2 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력 소자 사이의 거리는
상기 제2 거리에서 상기 제1 및 제2 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되고, 상기 라이다 장치로부터 거리가 멀어질수록 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 커지며, 상기 라이다 장치로부터 100m 거리에서 상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 100m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역의 80%이상이 되도록 설정되며,
상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 먼
라이다 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 기준 광밀도인
라이다 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 거리는 안전등급 산출을 위한 기준 거리인
라이다 장치.
제1 항에 있어서,
상기 복수개의 레이저 출력 소자는 복수개의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter)를 포함하는 빅셀 유닛(VCSEL Unit)인
라이다 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 레이저와 상기 제2 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 상기 라이다 장치로부터 200m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 90%이상이 되도록
상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자 사이의 거리가 설정되는
라이다 장치.
제1 항에 있어서,
상기 라이다 장치는 상기 제1 레이저 출력 소자 및 상기 제2 레이저 출력 소자의 동작을 제어하며, 상기 일 지점과의 거리를 측정하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 제1 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어하고,
상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정하지 못한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에서 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 및 제2 레이저를 출력하도록 제어하고,
상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제3 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어하는
라이다 장치.
제1 항에 있어서,
상기 레이저 출력부는 제3 레이저 출력 소자 및 제4 레이저 출력 소자를 더 포함하며,
상기 제3 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제3 레이저와 상기 제4 레이저 출력 소자로부터 출력되는 제4 레이저는 상기 라이다 장치로부터 상기 제1 거리만큼 이격된 지점에서 각각 제3 및 제4 광밀도를 가지도록 출력되며,
상기 제1, 제2 및 제3 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제3 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자 사이의 거리는 상기 제3 거리에서 상기 제1, 제2 및 제3 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되도록 설정되며,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저가 상기 라이다 장치로부터 제4 거리만큼 이격된 지점에서 오버랩 되는 경우, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저 출력 소자 사이의 거리는 상기 제4 거리에서 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 레이저가 오버랩 되는 영역의 광밀도가 상기 제1 광밀도 이하가 되도록 설정되는
라이다 장치.
제7 항에 있어서,
상기 제1 광밀도는 사람의 눈 건강에 영향을 미치지 않는 기준 광밀도인
라이다 장치.
제7 항에 있어서,
상기 라이다 장치는 상기 제1, 제2 제3 및 제4 레이저 출력 소자의 동작을 제어하며, 상기 일 지점과의 거리를 측정하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 제1 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어하며,
상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정하지 못한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에서 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 및 제2 레이저를 출력하도록 제어하고,
상기 제1 시점에서 출력된 상기 제1 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정한 경우, 상기 제1 시점과 상이한 제3 시점에서 상기 제1 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 레이저를 출력하도록 제어하며,
상기 제2 시점에서 출력된 상기 제1 및 제2 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정하지 못한 경우, 상기 제2 시점과 상이한 제4 시점에서 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1, 제2 및 제3 레이저를 출력하도록 제어하고,
상기 제2 시점에서 출력된 상기 제1 및 제2 레이저를 이용하여 상기 일 지점에 대한 거리를 측정한 경우, 상기 제2 시점과 상이한 제5 시점에서 상기 제1 및 제2 레이저 출력 소자를 동작시켜 상기 일 지점을 향해 상기 제1 및 제2 레이저를 출력하도록 제어하는
라이다 장치.
레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치 등에 이용되는 레이저 출력 디바이스로서,
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit);
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛; 및
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키며,
상기 제1 및 제3 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛은 제1 거리 이상 이격되어 배치되고,
상기 제2 및 제4 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛은 제2 거리 이상 이격되어 배치되며,
상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 서로 인접하여 배치되도록 제3 거리 이하로 이격되어 배치되고,
상기 제1 및 제2 거리는 상기 제3 거리보다 큰
레이저 출력 디바이스.
제10 항에 있어서,
상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 서로 상이한
레이저 출력 디바이스.
제10 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 빅셀 유닛은 상기 제1 및 제3 레이저와 상기 제2 및 제4 레이저가 각각 상기 레이저 출력 디바이스로부터 10cm 이상에서 오버랩 되도록 배치되는
레이저 출력 디바이스.
제10 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 빅셀 유닛은 하나의 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함되는
레이저 출력 디바이스.
제10 항에 있어서,
상기 제1 및 제3 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 되도록 상기 제1 거리가 설정되는
레이저 출력 디바이스.
제14 항에 있어서,
상기 제2 및 제4 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제2 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 되도록 상기 제2 거리가 설정되는
레이저 출력 디바이스.
레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치 등에 이용되는 레이저 출력 디바이스로서,
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit);
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛; 및
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키며,
상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 제1 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함되며, 상기 제3 및 제4 빅셀 유닛은 제2 빅셀 어레이(VCSEL Array)에 포함되고,
상기 제1 및 제3 레이저가 일정 거리 이상에서 오버랩되되, 상기 레이저 출력 디바이스로부터 거리가 멀어질수록 상기 제1 및 제3 레이저가 오버랩되는 영역이 증가 하고, 상기 제2 및 제4 레이저가 일정 거리 이상에서 오버랩되되, 상기 레이저 출력 디바이스로부터 거리가 멀어질수록 상기 제2 및 제4 레이저가 오버랩되는 영역이 증가하도록 상기 제1 및 제2 빅셀 어레이는 동일 평면 상에서 이격되어 배치되는
레이저 출력 디바이스.
제16 항에 있어서,
상기 제1 빅셀 유닛의 상기 제1 빅셀 어레이에서의 위치는 상기 제3 빅셀 유닛의 상기 제2 빅셀 어레이에서의 위치와 대응되는
레이저 출력 디바이스.
제16 항에 있어서,
상기 제1 빅셀 유닛의 상기 제1 빅셀 어레이에서의 위치는 상기 제3 빅셀 유닛의 상기 제2 빅셀 어레이에서의 위치와 상이한
레이저 출력 디바이스.
제16 항에 있어서,
상기 제1 빅셀 어레이 및 상기 제2 빅셀 어레이는 동일한 기판 상에 위치하는
레이저 출력 디바이스.
제16 항에 있어서,
상기 제1 빅셀 어레이 및 상기 제2 빅셀 어레이는 제1 및 제2 스티어링 컴포넌트를 포함하며,
상기 제1 스티어링 컴포넌트 및 상기 제2 스티어링 컴포넌트의 형상은 상호간에 동일한
레이저 출력 디바이스.
제16 항에 있어서,
상기 제1 및 제3 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기는 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 되는
레이저 출력 디바이스.
제21 항에 있어서,
상기 제2 및 제4 레이저가 오버랩 되는 영역의 크기는 상기 레이저 출력 디바이스로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제2 레이저의 조사 영역 크기의 80%이상이 되는
레이저 출력 디바이스.
레이저를 이용하여 거리를 측정하는 라이다 장치로서,
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit);
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛;
상기 제1 내지 제4 레이저 중 적어도 일부의 레이저가 대상체로부터 반사된 경우 반사된 레이저를 수광하는 디텍터부;
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하되, 대상체로부터 반사된 레이저를 이용하여 대상체 대한 거리 정보를 획득하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 레이저를 출력하도록 상기 제1 빅셀 유닛을 동작시키며, 상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에 상기 제2 레이저를 출력하도록 상기 제2 빅셀 유닛을 동작 시키고,
상기 제1 시점에 제1 대상체에 대한 거리 정보를 획득하지 못한 경우 상기 제어부는 제3 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키며,
상기 제2 시점에 제2 대상체에 대한 거리 정보를 획득한 경우 상기 제어부는 제4 시점에 상기 제2 레이저를 출력하도록 상기 제2 빅셀 유닛을 동작시키는
라이다 장치.
제23 항에 있어서,
상기 제1 및 제3 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 제1 거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛은 제2 거리 이상 이격되어 배치되고,
상기 제2 및 제4 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 상기 제1 거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛은 제3 거리 이상 이격되어 배치되는
라이다 장치.
제24 항에 있어서,
상기 제1 거리는 상기 제1 거리는 안전등급 산출을 위한 기준 거리인
라이다 장치.
제23 항에 있어서,
상기 제1 레이저와 상기 제3 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 상기 라이다 장치로부터 100m 떨어진 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 80% 이상이 되며,
상기 제1 레이저와 상기 제3 레이저가 오버랩되는 영역의 크기가 상기 라이다 장치로부터 200m 거리에서 상기 제1 레이저의 조사 영역 크기의 90%이상이 되는
라이다 장치.
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 복수개의 빅셀 유닛(VCSEL Unit)으로부터 출력되는 레이저를 이용하여 대상체와의 거리 정보를 획득하는 라이다 장치의 거리 정보 획득 방법으로서,
제1 시점에 제1 빅셀 유닛을 동작시켜 제1 레이저를 출력하는 단계;
상기 제1 시점과 상이한 제2 시점에 제2 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제1 레이저와 다른 각도로 제2 레이저를 출력하는 단계;
상기 제1 및 제2 시점과 상이한 제3 시점에 상기 제1 빅셀 유닛 및 제3 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제1 레이저와 동일한 각도로 조사되는 제3 레이저 및 상기 제1 레이저를 출력하는 단계;
상기 제3 시점에 조사된 상기 제1 및 제3 레이저가 제1 대상체에서 반사된 경우 상기 제1 대상체와 상기 라이다 장치 사이의 거리 정보를 획득하는 단계;
상기 제1 내지 제3 시점과 상이한 제4 시점에 상기 제2 빅셀 유닛을 동작시켜 상기 제2 레이저를 출력하는 단계; 및
상기 제4 시점에 조사된 상기 제2 레이저가 제2 대상체에서 반사된 경우 상기 제2 대상체와 상기 라이다 장치 사이의 거리 정보를 획득하는 단계; 를 포함하되,
상기 제3 시점에서 출력된 제1 및 제3 레이저에 기초하여 획득된 제1 대상체와의 거리 정보의 거리 값은 상기 제4 시점에서출력된 제2 레이저에 기초하여 획득된 제2 대상체와의 거리 정보의 거리 값 보다 큰
거리 정보 획득 방법.
차량 주변의 대상체를 감지하여 이를 이용하여 자율적으로 주행 가능한 자율 주행 차량으로서,
차량 본체; 및
대상체와의 거리를 측정하기 위한 라이다 장치; 를 포함하되,
상기 라이다 장치는
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터(VCSEL Emitter : Vertical Cavity surface Emitting Laser Emitter)를 포함하는 제1 빅셀 유닛(VCSEL Unit);
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 빅셀 유닛으로부터 출력되는 제1 레이저의 스티어링 각도(Steering angle)와 상이한 스티어링 각도로 제2 레이저를 조사하는 제2 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제1 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제3 레이저를 조사하는 제3 빅셀 유닛;
적어도 하나 이상의 빅셀 에미터를 포함하되, 상기 제1 및 제3 레이저의 스티어링 각도와 상이하며, 상기 제2 레이저의 스티어링 각도와 동일한 스티어링 각도로 제4 레이저를 조사하는 제4 빅셀 유닛; 및
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 빅셀 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 제1 시점에 상기 제1 및 제3 레이저를 출력하도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 오프시키고, 상기 제1 시점와 상이한 제2 시점에 상기 제2 및 제4 레이저를 출력하도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛을 동작시키되, 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛을 오프시키는
자율 주행 차량.
제28 항에 있어서,
상기 제1 및 제3 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제1 및 제3 빅셀 유닛은 제1 거리 이상 이격되어 배치되고,
상기 제2 및 제4 레이저가 상기 레이저 출력 디바이스로부터 일정거리 이상에서 오버랩되도록 상기 제2 및 제4 빅셀 유닛은 제2 거리 이상 이격되어 배치되며,
상기 제1 및 제2 빅셀 유닛은 서로 인접하여 배치되도록 제3 거리 이하로 이격되어 배치되고,
상기 제1 및 제2 거리는 상기 제3 거리보다 큰
자율 주행 차량.