KR20230019587A - 광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치 - Google Patents

광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치 Download PDF

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Abstract

광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈은, 외부의 광을 수신하는 수신 렌즈; 상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광 중 일부를 선택적으로 반사하는 반사 미러; 및 상기 반사 미러에 의해 반사된 광을 감지하는 디텍터를 포함하고, 상기 반사 미러는, 상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광이 입사하는 측에 제 1 면을 구비하고, 반대 측에 제 2 면을 구비하는 미러 몸체와, 상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광 중 소정의 기준에 따라 선택된 설계 파장 영역의 광을 반사하고 상기 설계 파장 영역이 아닌 노이즈 파장 영역의 광은 통과시키도록 상기 제 1 면 상에 형성된 반사 레이어와, 상기 미러 몸체를 통과한 상기 노이즈 파장 영역의 광이 투과되도록 상기 제 2 면 상에 형성된 투과 레이어를 포함한다.

Description

광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치{LIGHT RECEIVING MODULE AND LIDAR APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외부에서 반사되어 진행하는 광을 수신하는 광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치에 관한 것이다.
근래에는 차량 또는 이동형 로봇 등에 주변의 지형 또는 물체를 감지하기 위한 레이저 레이더 장치인 라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging)가 많이 장착되고 있다. 라이다 장치는 주변 영역으로 레이저광을 조사하고 주변 물체에서 반사되어 되돌아오는 반사광의 시간과 강도 등을 이용하여, 측정 대상물까지의 거리, 측정 대상물의 형상, 속도 등을 감지한다.
라이다 장치는 반사광을 수신하여 검출하는 광수신 모듈을 포함하는데, 광수신 모듈의 디텍터는 설계 파장 영역의 광에 민감도를 보유한다. 디텍터의 검출 정확도를 높이기 위해서는 설계 파장 영역 외의 노이즈 파장 영역(예를 들면, 가시광 영역)의 광이 디텍턱로 유입되는 것을 차단할 필요가 있다.
종래에는 노이즈 파장 영역의 광노이즈 차단을 위해 설계 파장 영역의 광만을 투과시키는 밴드패스 필터(Bandpass Filter)를 수신 광학계에 배치하는 것이 일반적이다. 그러나 밴드패스 필터의 효율은 100%가 아니므로 광노이즈의 차단에 일정한 한계가 있을 뿐만 아니라 밴드패스 필터로 인하여 광수신 모듈의 구조가 복잡해지는 문제가 있다.
한편, 라이다 장치의 소형화를 위해, 라이다 장치의 광수신 모듈에 반사 미러를 배치하여 광축을 변경하는 광학계가 적용되기도 한다. 이와 관련하여 종래에는 반사 미러를 경통 내부에서 고정하는 구조가 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 구조에서는 반사 미러를 경통 내부에 위치시킨 상태에서 반사 미러와 경통의 결합 공정이 진행되어야 한다. 이에 따라 광수신 모듈의 제조 효율성이 저하되는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
한국 공개특허 제10-2019-0014314호 "라이다 센서 모듈", 2019.02.12 공개
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 밴드패스 필터의 적용없이 광노이즈의 차단 효율을 향상시킬 수 있는 광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 반사 미러를 통한 소형화가 가능할 뿐만 아니라 반사 미러를 경통 외부에서 고정할 수 있는 구조를 통해 높은 제조 효율성을 가지는 광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외부의 광을 수신하는 수신 렌즈; 상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광 중 일부를 선택적으로 반사하는 반사 미러; 및 상기 반사 미러에 의해 반사된 광을 감지하는 디텍터를 포함하고, 상기 반사 미러는, 상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광이 입사하는 측에 제 1 면을 구비하고, 반대 측에 제 2 면을 구비하는 미러 몸체와, 상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광 중 소정의 기준에 따라 선택된 설계 파장 영역의 광을 반사하고 상기 설계 파장 영역이 아닌 노이즈 파장 영역의 광은 통과시키도록 상기 제 1 면 상에 형성된 반사 레이어와, 상기 미러 몸체를 통과한 상기 노이즈 파장 영역의 광이 투과되도록 상기 제 2 면 상에 형성된 투과 레이어를 포함하는 광수신 모듈이 제공된다.
이때, 상기 반사 레이어는 유전체(dielectric) 코팅 레이어로 형성될 수 있다.
또한, 상기 설계 파장 영역은 850~950nm 범위에서 선택될 수 있다.
또한, 상기 투과 레이어는 무반사(Anti-Reflection) 코팅 레이어로 형성될 수 있다.
또한, 상기 투과 레이어는 상기 노이즈 파장 영역 내의 서로 상이한 파장 영역을 투과시키는 2개 이상의 무반사 코팅 레이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 노이즈 파장 영역은 300~850nm 범위 및 950~1100nm 범위를 포함할 수 있다.
또한, 상기 미러 몸체는 가시광 파장 영역을 흡수하는 흑유리(black glass) 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 수신 렌즈와 상기 디텍터는 상기 수신 렌즈의 광축과 상기 디텍터의 중심축이 수직하게 만나도록 배치되며, 상기 반사 미러는 상기 광축에 대해 소정 각도 경사지게 배치될 수 있다.
또한, 상기 광수신 모듈은, 상기 수신 렌즈와 상기 반사 미러가 결합되고, 상기 수신 렌즈와 상기 반사 미러 사이 및 상기 반사 미러와 상기 디텍터 사이에 광 경로를 형성하는 경통을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사 미러는 제 2 면이 상기 경통의 외부에 배치되는 형태로 상기 경통에 결합될 수 있다.
또한, 상기 경통 중 상기 반사 미러가 결합되는 반사 미러 결합부는 상기 경통의 외부에서 상기 반사 미러를 안착 고정시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사 미러 결합부는 상기 반사 미러의 제 1 면 중 적어도 일부분은 상기 경통 내로 노출시키되, 상기 반사 미러의 테두리 중 적어도 일부분이 안착되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 레이저광을 외부로 송신하는 광송신 모듈; 및 상기 외부에서 반사되어 되돌아오는 레이저광을 포함하는 외부의 광을 수신하는 상기 광수신 모듈을 포함하는 라이다 장치가 제공된다.
이때, 상기 레이저광은 상기 설계 파장 영역의 광을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 디텍터가 높은 민감도를 보이는 설계 파장 영역의 광을 반사시키도록 반사 미러 상에 형성된 반사 레이어 및 설계 파장 영역이 아닌 노이즈 파장 영역의 광을 투과시키도록 반사 미러 상에 형성된 투과 레이어를 통해 밴드패스 필터의 적용없이도 광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치의 광노이즈의 차단 효율을 제고할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 경통의 외부에서 반사 미러를 안착 고정시킬 수 있는 구조를 통해 광수신 모듈 및 이를 포함하는 라이다 장치의 제조 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 사용되는 설계 파장 영역을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 설계 파장 영역의 광의 진행 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 노이즈 파장 영역의 광의 진행 경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 수신 렌즈, 반사 미러 및 디텍터의 배치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 반사 미러의 조립 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 A 부분을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 반사 미러 결합부의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 구성 및 작동을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광송신 및 광수신의 개념을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서, 도면에 도시된 구성 요소들과의 상관 관계를 설명하기 위해 공간적으로 상대적인 용어인 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부" 등이 사용될 수 있다. 이들은 도면 상 도시된 것을 기준으로 정하여진 상대적인 용어들로서 배향에 따라 위치 관계는 반대로 해석될 수도 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)은 외부에서 유입되는 광을 수신하여 검출한다. 광수신 모듈(1)은 라이다 장치에 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)은 라이다 장치 내에 배치되어 주변 영역으로 조사된 레이저광이 주변 물체에 반사되어 되돌아오는 반사광을 검출할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)은 수신 렌즈(10), 반사 미러(20), 디텍터(30) 및 경통(40)을 포함할 수 있다.
수신 렌즈(10)는 외부의 광을 수신한다. 수신 렌즈(10)는 외부에서 유입되는 광이 반사 미러(20)를 향해 진행하도록 광 경로를 형성하여 준다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)에서, 수신 렌즈(10)는 수신 광학계로서의 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서, 반사 미러(20)로의 효율적인 집광을 위해 경우에 따라서는 수신 렌즈(10) 외에 추가적인 광학 기구들이 배치될 수도 있다.
반사 미러(20)는 수신 렌즈(10)에 의해 수신된 광 중 일부를 선택적으로 반사한다. 더욱 상세하게, 반사 미러(20)는 수신 렌즈(10)에 의해 집광되는 광 가운데 소정의 기준에 따라 선택된 파장 영역의 광을 디텍터(30)를 향해 반사한다.
이하에서, 소정의 기준에 따라 선택된 파장 영역을 설계 파장 영역이라 한다. 이때, 소정 기준은 디텍터(30)의 민감도를 고려하여 결정될 수 있으며, 디텍터(30)의 특성에 따라 달라질 수 있다. 한편, 설계 파장 영역이 아닌 파장 영역을 노이즈 파장 영역이라고 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 설계 파장 영역은 850~950nm이 될 수 있다. 또한, 설계 파장 영역은 850~950nm에서 일부 범위로 선택될 수 있다. 예를 들면, 설계 파장 영역은 870nm~930nm가 될 수도 있다.
설계 파장 영역 외의 나머지 파장 영역은 노이즈 파장 영역으로 분류될 수 있다. 설계 파장 영역이 850~950nm인 경우, 노이즈 파장 영역은 300~850nm, 950~1100nm 범위가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)에서, 반사 미러(20)는 밴드패스 필터의 적용없이 광노이즈의 차단 효율을 높일 수 있게 해준다. 수신 렌즈(10)를 통해 유입되는 외부의 광에는 설계 파장 영역의 광과 노이즈 파장 영역의 광이 포함되어 있는데, 반사 미러(20)는 수신 렌즈(10)에 의해 수신된 광 중 디텍터(30)의 민감도를 고려해 선택된 설계 파장 영역의 광을 선택적으로 반사시키도록 구성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 반사 미러(20)는 미러 몸체(21), 반사 레이어(23) 및 투과 레이어(25)를 포함한다.
미러 몸체(21)는 수신 렌즈(10)에 의해 수신된 광이 입사하는 측에 제 1 면(211)을 구비하고, 제 1 면(211)의 반대 측에 제 2 면(213)을 구비한다. 본 발명의 일 실시예에서, 미러 몸체(21)의 제 1 면(211)은 경통(40)의 내측에 배치되고, 제 2 면(213)은 경통(40)의 외측에 배치될 수 있다.
미러 몸체(21)는 흑유리(black glass) 재질로 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 설계 파장 영역은 850~950nm 범위에서 선택될 수 있다. 따라서 가시광 영역(400~700nm의 파장 범위)은 노이즈 파장 영역에 속하므로 미러 몸체(21)를 투과하거나 미러 몸체(21)에 흡수되는 것이 바람직하다. 흑유리 재질은 가시광 파장 영역을 흡수하는 성질을 가지고 있으므로 미러 몸체(21)가 흑유리 재질로 이루어질 경우 노이즈 파장 영역에 속하는 가시광 파장 영역의 광이 미러 몸체(21) 내에서 반사되어 디텍터(30)로 진행하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
반사 레이어(23)는 수신 렌즈(10)에 의해 수신된 광 중 설계 파장 영역의 광을 반사하고 설계 파장 영역이 아닌 노이즈 파장 영역의 광은 통과시키도록 제 1 면(211) 상에 형성된다. 앞서 살펴본 바와 같이, 설계 파장 영역은 850~950nm 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 따라 반사 레이어(23)는 850~950nm 범위에서 선택된 설계 파장 영역의 광을 반사시키도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 반사 레이어(23)는 유전체(dielectric) 코팅 레이어로 형성될 수 있다. 더욱 상세하게, 반사 레이어(23)는 유전체 고반사(High Reflection) 코팅 레이어로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 설계 파장 영역의 광의 진행 경로를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 수신 렌즈(10)로 수신되는 외부의 광 가운데 설계 파장 영역의 광(L1)은 수신 렌즈(10)에 의해 반사 미러(20) 측으로 집광되며, 반사 미러(20)의 제 1 면(211)에 형성된 반사 레이어(23)에 의해 반사되어 디텍터(30)로 진행한다. 즉, 반사 레이어(23)는 설계 파장 영역의 광(L1)이 미러 몸체(21) 내로 진행하는 것을 방지하고, 설계 파장 영역의 광(L1)을 디텍터(30) 측으로 반사시킨다.
투과 레이어(25)는 미러 몸체(21)를 통과한 노이즈 파장 영역의 광이 투과되어 반사 미러(20)의 외부로 진행하도록 제 2 면(213) 상에 형성된다. 설계 파장 영역이 850~950nm일 때, 노이즈 파장 영역은 300~850nm 범위 및 950~1100nm 범위를 포함할 수 있다.
투과 레이어(25)는 무반사(Anti-Reflection) 코팅 레이어로 형성될 수 있다. 또한, 투과 레이어(25)는 노이즈 파장 영역 내의 서로 상이한 파장 영역을 투과시키는 2개 이상의 무반사 코팅 레이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 투과 레이어(25)는 미러 몸체(21)의 제 2 면(213)위에 형성된 제 1 무반사 코팅 레이어(251) 및 제 1 무반사 코팅 레이어(251) 위에 형성된 제 2 무반사 코팅 레이어(253)를 포함하고 있다. 예를 들면, 제 1 무반사 코팅 레이어(251)는 300~850nm 범위 및 950~1100nm 범위 중 어느 하나의 범위를 무반사 투과시키고, 제 2 무반사 코팅 레이어(253)는 나머지 다른 하나의 범위를 무반사 투과시키도록 형성될 수 있다.
물론, 투과 레이어(25)는 3개 이상의 무반사 코팅 레이어를 포함할 수 있다. 이에 따라, 각각의 무반사 코팅 레이어가 반사 없이 투과시키는 광의 파장 영역은 더욱 세분화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 노이즈 파장 영역의 광의 진행 경로를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 수신 렌즈(10)로 수신되는 외부의 광 가운데 노이즈 파장 영역의 광(L2)은 수신 렌즈(10)에 의해 반사 미러(20) 측으로 집광되며, 반사 미러(20)의 제 1 면(211)에 형성된 반사 레이어(23)를 투과하여 미러 몸체(21)를 통과한다. 미러 몸체(21)를 통과하여 제 2 면(213)에 도달한 노이즈 파장 영역의 광(L2)의 대부분은 투과 레이어(25)를 투과하여 광수신 모듈(1)의 외부로 진행한다.
또한, 미러 몸체(21)를 통과하여 제 2 면(213)에 도달한 노이즈 파장 영역의 광(L2) 중 일부는 제 2 면(213)에서 미러 몸체(21) 내부로 반사되어 노이즈 반사광(L3)이 될 수 있다. 이때, 미러 몸체(21)가 흑유리로 이루어진 경우 노이즈 반사광(L3) 중 가시광 영역의 광은 미러 몸체(21)에 흡수되어 디텍터(30) 측으로 진행하지 않게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 반사 미러(20)는 제 2 면(213)이 경통(40)의 외부에 배치되는 형태로 경통(40)에 결합되어 있다. 따라서 제 2 면(213)을 거쳐, 투과 레이어(25)를 투과한 광은 광수신 모듈(1)의 외부로 진행하게 된다. 이에 따라 투과 레이어(25)를 투과한 광이 다른 광수신 모듈(1)의 다른 구성들에 의해 반사되어 디텍터(30) 측으로 진행하는 것이 근복적으로 방지된다.
디텍터(30)는 반사 미러(20)에 의해 반사된 광을 감지한다. 디텍터(30)에 의해 감지된 광은 신호처리를 통해 외부 물체까지의 거리 정보로 변환될 수 있다.
디텍터(30)에 의한 정확한 검출이 이루어지기 위해서는 디텍터(30)에 설계 파장 영역의 광이 아닌 노이즈 파장 영역의 광이 유입되는 것을 최소화 해야 한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사 미러(20)가 설계 파장 영역의 광은 디텍터(30) 측으로 반사시키되, 노이즈 파장 영역의 광은 반사 미러(20) 측으로 투과시키기 때문에 디텍터(30)는 설계 파장 영역의 광을 효과적으로 감지할 수 있다.
디텍터(30)는 규소(Si) 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 디텍터(30)는 광학 검출 소자 외에 고정을 위한 마운트, 신호 처리를 위한 회로 기판 등을 포함할 수 있다.
경통(40)은 수신 렌즈(10)와 반사 미러(20)가 결합되고, 수신 렌즈(10)와 반사 미러(20) 사이 및 반사 미러(20)와 디텍터(30) 사이에 광 경로를 형성한다. 경통(40) 내에서 반사 미러(20)는 수신 렌즈(10)의 광축에 대해 소정 각도 경사진 상태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)은 반사 미러(20)를 통해 광수신 모듈(1)을 소형화하는 동시에 반사 미러(20)를 경통(40)의 외부에서 고정할 수 있는 구조를 통해 높은 제조 효율성을 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 수신 렌즈, 반사 미러 및 디텍터의 배치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 수신 렌즈(10)와 디텍터(30)는 수신 렌즈(10)의 광축(C1)과 디텍터(30)의 중심축(C2)이 제 1 각도(θ1)를 이루며 배치되어 있다. 이때, 제 1 각도(θ1)는 90도가 될 수 있다. 즉, 수신 렌즈(10)와 디텍터(30)는 수신 렌즈(10)의 광축(C1)과 디텍터(30)의 중심축(C2)이 수직하게 만나도록 배치될 수 있다. 또한, 반사 미러(20)는 광축(C1)에 대해 제 2 각도(θ2) 경사지게 배치되어 있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 반사 미러(20)를 통한 광축 변경을 통해 광수신 모듈(1)의 공간 효율성을 높이고, 크기를 줄일 수 있으며, 디텍터(30)를 효율적으로 배치할 수 있게 된다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈에서 반사 미러의 조립 과정을 나타낸 도면이다. 또한, 도 7은 도 6의 A 부분을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 경통(40) 중 반사 미러(20)가 결합되는 반사 미러 결합부(41)는 경통(40)의 외부에서 반사 미러(20)를 안착 고정시키도록 형성될 수 있다.
만약, 반사 미러(20)가 결합되는 반사 미러 결합부가 경통(40) 내부에 존재하는 경우 반사 미러(20)를 경통(40) 내부에 위치시킨 상태에서 결합 공정이 이루어지므로 제조 효율이 저하될 수밖에 없다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사 미러 결합부(41)가 반사 미러(20)를 경통(40)의 외부에서 안착 고정시키도록 형성되어 있어 반사 미러(20)를 경통(40)에 결합시키는 것이 용이하게 이루어질 수 있다.
예를 들면, 반사 미러 결합부(41)는 반사 미러(20)의 제 1 면(211) 중 적어도 일부분은 경통(40) 내로 노출시키되, 반사 미러(20)의 테두리 중 적어도 일부분이 안착되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 반사 미러 결합부(41)는 반사 미러(20)의 제 1 면(211)을 경통(40) 내로 노출시키도록 형성된 관통홀(41a)과 관통홀(41a) 주위에 형성된 안착턱(41b)을 포함할 수 있다. 이때, 관통홀(41a)은 반사 미러(20) 보다는 작게 형성되며, 안착턱(41b)은 경통(40)의 외측에서 진입하는 반사 미러(20)의 테두리가 걸리도록 형성될 수 있다.
도 8에는 도 7의 반사 미러 결합부의 변형예가 나타나 있다. 도 8을 참조하면, 반사 미러(20)는 원형으로 이루어질 수도 있다. 이 경우 반사 미러 결합부(41)의 관통홀(41a) 및 안착턱(41b)의 형상은 반사 미러(20)의 변형된 형상에 상응하여 원형으로 변형될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)에 관하여 살펴보았다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)은 라이다 장치에 적용될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광수신 모듈(1)이 포함된 라이다 장치에 관해 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 구성 및 작동을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치는 레이저 광을 송신하고 외부 물체(O)에 반사되어 되돌아오는 레이저광을 수신하여 외부 물체 까지의 거리, 외부 물체의 형상 등을 감지하는 장치이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치는 차량에 설치되어 차량의 운전자 보조 또는 자율 주행을 위해 필요한 정보를 수집하는 수단으로 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치는 광송신 모듈(3) 및 광수신 모듈(1)을 포함한다.
광송신 모듈(3)은 레이저광을 외부로 송신한다. 이때, 레이저광은 설계 파장 영역의 광을 포함할 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 설계 파장 영역은 850~950nm 범위에서 선택될 수 있다. 광송신 모듈(3)은 펄스 레이저 광을 생성하는 레이저 광원, 레이저 광의 송신 경로를 정렬하는 발신 광학계 등을 포함하여 구성될 수 있다.
광수신 모듈(1)은 외부에서 반사되어 되돌아오는 레이저광을 포함하는 외부의 광을 수신한다. 광수신 모듈(1)은 광송신 모듈(1)에 의해 송신되어 외부 물체(O)에 의해 반사되어 되돌아오는 레이저광을 감지하여 외부 물체(O)까지의 거리 등을 측정할 수 있게 해준다.
광수신 모듈(1)의 세부적인 구성들은 위에서 살펴본 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 장치의 광송신 및 광수신의 개념을 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 광송신 모듈(3)에서 송신된 설계 파장 영역의 레이저 광이 외부 물체(O)에 반사되어 광수신 모듈(1)로 되돌아온 시간 즉, 레이저광의 왕복 시간(Δt)은 라이다 장치에서 외부 물체(O)까지의 거리에 대응된다. 그러므로 레이저 광의 왕복 시간(Δt)에 근거하여 외부 물체(O)까지의 거리가 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1: 광수신 모듈
10: 수신 렌즈 20: 반사 미러
30: 디텍터 40: 경통
3: 광송신 모듈

Claims (14)

  1. 외부의 광을 수신하는 수신 렌즈;
    상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광 중 일부를 선택적으로 반사하는 반사 미러; 및
    상기 반사 미러에 의해 반사된 광을 감지하는 디텍터를 포함하고,
    상기 반사 미러는,
    상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광이 입사하는 측에 제 1 면을 구비하고, 반대 측에 제 2 면을 구비하는 미러 몸체와,
    상기 수신 렌즈에 의해 수신된 광 중 소정의 기준에 따라 선택된 설계 파장 영역의 광을 반사하고 상기 설계 파장 영역이 아닌 노이즈 파장 영역의 광은 통과시키도록 상기 제 1 면 상에 형성된 반사 레이어와,
    상기 미러 몸체를 통과한 상기 노이즈 파장 영역의 광이 투과되도록 상기 제 2 면 상에 형성된 투과 레이어를 포함하는 광수신 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 레이어는 유전체(dielectric) 코팅 레이어로 형성되는 광수신 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 설계 파장 영역은 850~950nm 범위에서 선택되는 광수신 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과 레이어는 무반사(Anti-Reflection) 코팅 레이어로 형성되는 광수신 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투과 레이어는 상기 노이즈 파장 영역 내의 서로 상이한 파장 영역을 투과시키는 2개 이상의 무반사 코팅 레이어를 포함하는 광수신 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 노이즈 파장 영역은 300~850nm 범위 및 950~1100nm 범위를 포함하는 광수신 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러 몸체는 가시광 파장 영역을 흡수하는 흑유리(black glass) 재질로 이루어지는 광수신 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 렌즈와 상기 디텍터는 상기 수신 렌즈의 광축과 상기 디텍터의 중심축이 수직하게 만나도록 배치되며,
    상기 반사 미러는 상기 광축에 대해 소정 각도 경사지게 배치되는 광수신 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 렌즈와 상기 반사 미러가 결합되고, 상기 수신 렌즈와 상기 반사 미러 사이 및 상기 반사 미러와 상기 디텍터 사이에 광 경로를 형성하는 경통을 더 포함하는 광수신 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반사 미러는 제 2 면이 상기 경통의 외부에 배치되는 형태로 상기 경통에 결합되는 광수신 모듈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 경통 중 상기 반사 미러가 결합되는 반사 미러 결합부는 상기 경통의 외부에서 상기 반사 미러를 안착 고정시키도록 형성되는 광수신 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 미러 결합부는 상기 반사 미러의 제 1 면 중 적어도 일부분은 상기 경통 내로 노출시키되, 상기 반사 미러의 테두리 중 적어도 일부분이 안착되도록 형성되는 광수신 모듈.
  13. 레이저광을 외부로 송신하는 광송신 모듈; 및
    상기 외부에서 반사되어 되돌아오는 레이저광을 포함하는 외부의 광을 수신하는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 광수신 모듈을 포함하는 라이다 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 레이저광은 상기 설계 파장 영역의 광을 포함하는 라이다 장치.
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