WO2026014683A1 - 수신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치 - Google Patents

수신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치

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WO2026014683A1
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lenses
optical axis
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김세영
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LG Innotek Co Ltd
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Definitions

  • the embodiment relates to a receiving optical system and a sensor system having the same.
  • the embodiment relates to a receiving optical system for LIDAR (Light detection and ranging) and a device having the same.
  • LIDAR Light detection and ranging
  • An embodiment of the invention relates to a mobile body having a receiving optical system and system for lidar.
  • ADAS Advanced Driving Assistance System
  • ADAS Advanced Driving Assistance System
  • ADAS sensor devices detect a vehicle ahead and recognize lanes. After the target lane, target speed, and forward target are determined, the vehicle's ESC (Electrical Stability Control), EMS (Engine Management System), and MDPS (Motor Driven Power Steering) are controlled.
  • ESC Electronic Stability Control
  • EMS Engine Management System
  • MDPS Microtor Driven Power Steering
  • Representative examples of ADAS can be implemented as automatic parking systems, low-speed city driving assistance systems, and blind spot warning systems.
  • LiDAR Light Detection And Ranging
  • Ultra-small and ultra-light lidar technology can be used not only as a sensor for unmanned mobile devices, but also in satellites and aerospace for observing the Earth's topography and environment, unmanned vehicles, transporters, cranes, and robots used in factories and shipyards, and it is expected to appear in the form of complex or cooperative operation between mobile devices through an integrated approach in the land, aviation, and marine industries. Therefore, the development of an optical system for ultra-small and ultra-light lidar to implement ultra-small and ultra-light lidar is urgent.
  • the present invention provides a receiving optical system having improved optical characteristics and a sensor system and a lidar device having the same.
  • the embodiment seeks to provide a receiving optical system and a sensor system having the same.
  • the present invention seeks to provide a receiving optical system, a sensor system, and a lidar device having improved thermal compensation characteristics.
  • the receiving optical system includes first to sixth lenses sequentially arranged from the object side to the sensor side along the optical axis, the first lens has negative (-) refractive power, at least one of the second to sixth lenses has positive (+) refractive power, and among the distances between adjacent lenses on the optical axis, the distance between the centers of the second lens and the second lens is the largest.
  • the first lens may have a concave shape on both sides
  • the second lens may have a convex shape on both sides
  • the fourth lens may have a meniscus shape with an object side convex
  • the fifth lens may have a meniscus shape with an object side convex
  • the second to sixth lenses have positive (+) refractive power, and a filter may be placed between the third lens and the fourth lens.
  • the effective diameter of the fourth lens may be the largest, and among the first to sixth lenses, the effective diameter of the sixth lens may be the smallest.
  • the center spacing between the second lens and the third lens on the optical axis may be greater than the center thickness of the fourth lens.
  • the effective diameter size of the first to sixth lenses may be larger than the maximum diagonal length of the image sensor.
  • It may include a filter placed adjacent to the lens having the largest effective diameter among the first to sixth lenses.
  • CA_L1 is the size of the effective diameter of the first lens
  • CA_L2 is the size of the effective diameter of the second lens.
  • the lidar device includes a receiving optical system including an image sensor and first to sixth lenses sequentially arranged from an object side to a sensor side along a first axis; and a transmitting optical system including a light source and seventh to twelfth lenses sequentially arranged from an object side to a light source side along a second optical axis, and includes a first filter arranged adjacent to a lens having a largest effective diameter among the first to sixth lenses, and a second filter arranged adjacent to a lens having a largest effective diameter among the seventh to twelfth lenses, and a distance between the second lens and the third lens on the optical axis is greater than a distance between the fifth lens and the sixth lens.
  • the first lens may have negative (-) refractive power
  • the seventh lens may have negative (-) refractive power
  • the first to sixth lenses are made of glass, and at least one of the object-side surface and the sensor-side surface of the sixth lens may have an aspherical surface.
  • the second lens and the third lens may have a convex shape on both sides, and the fourth to sixth lenses in the optical axis may have a meniscus shape convex toward the object side.
  • improved optical characteristics can be achieved.
  • the position of the bandpass filter can be positioned near the stop to minimize the incident angle of light entering the filter.
  • the transmittance range of the bandpass filter can be broadly utilized depending on the incident angle of light of the bandpass filter.
  • the lidar receiving optical system of the invention can maximize the extraction efficiency of light emitted from the receiving optical system.
  • the lidar receiving optical system of the invention can have good optical properties in a low to high temperature range.
  • a plurality of lenses included in the receiving optical system can have set materials, refractive powers, and refractive indices. Accordingly, when the refractive index of each lens changes due to temperature changes and the focal length of each lens changes as a result, mutual compensation can be made by the glass mold lens and the glass lens.
  • the receiving optical system can effectively distribute refractive power in a low to high temperature range, and can prevent or minimize changes in optical properties in a low to high temperature range. Therefore, the optical system and sensor system according to the embodiment can maintain improved optical properties in various temperature ranges.
  • the lidar receiving optical system of the invention may have lenses with set thicknesses, refractive powers, and spacings from adjacent lenses. Accordingly, the optical system and sensor system according to the embodiment may have improved MTF characteristics, aberration control characteristics, resolution characteristics, etc. within a set field of view range, and may have good optical performance in the periphery of the field of view.
  • the receiving optical system and sensor system according to the embodiment can achieve excellent optical characteristics while satisfying a set field of view through a combination of a glass molded lens and a glass lens. This allows the optical system to provide a slimmer vehicle sensor system. Accordingly, the optical system and sensor system can be used in various applications and devices, and can maintain excellent optical characteristics even in harsh temperature environments, such as when exposed to the exterior of a vehicle or in the high temperatures of a vehicle interior during the summer.
  • Fig. 1 is a side cross-sectional view of a receiving optical system of a lidar according to the present embodiment.
  • Fig. 2 is a table showing the lens characteristics of the receiving optical system of Fig. 1.
  • Fig. 3 is a table showing the lens characteristics of the receiving optical system of Fig. 1.
  • Fig. 4 is a table showing the aspherical coefficients of lenses in the receiving optical system of Fig. 1.
  • Figure 5 is a table showing the lens characteristics of the receiving optical system of Figure 1 in mathematical form.
  • Fig. 6 is a graph showing data of diffraction MTF (Modulation Transfer Function) in the receiving optical system of Fig. 1.
  • Fig. 7 is a block diagram showing a sensor system having a receiving optical system of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional side view showing a transmission optical system according to one embodiment of the sensor system of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a drawing showing an example of measuring an object in a vehicle having a sensor system of the invention.
  • Fig. 10 is a drawing showing an example of surrounding surveillance in a vehicle having a sensor system of the invention.
  • a component when it is described that a component is “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, it may include not only cases where the component is directly connected, coupled, or connected to the other component, but also cases where the component is “connected,” “coupled,” or “connected” by another component between the component and the other component.
  • “above” or “below” when it is described as being formed or arranged “above or below” each component, “above” or “below” includes not only cases where the two components are in direct contact with each other, but also cases where one or more other components are formed or arranged between the two components.
  • it when it is expressed as “above” or “below”, it can include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one component.
  • the “object-side surface” may mean a surface of a lens facing the object side with respect to the optical axis (OA)
  • the “sensor-side surface” may mean a surface of a lens facing the imaging surface (image sensor) with respect to the optical axis
  • the “light source-side surface” may mean a surface of a lens facing the light source with respect to the optical axis.
  • a convex surface of a lens may mean a convex shape in the optical axis or the paraxial region
  • a concave surface of a lens may mean a concave shape in the optical axis or the paraxial region.
  • the radius of curvature, center thickness, and optical axis spacing between lenses described in a table for lens data may mean values (unit: mm) in the optical axis.
  • the vertical direction may mean a direction perpendicular to the optical axis, and the end of a lens or lens surface may mean the end of an effective area of a lens through which incident light passes.
  • the size of the effective diameter of the lens surface may have a measurement error of up to ⁇ 0.4 mm depending on the measurement method, etc.
  • the term "paraxial region” refers to a very narrow region near the optical axis, where the distance from the optical axis (OA) to which light rays fall is almost zero.
  • the term "optical axis" may include the center of each lens or a very narrow region near the optical axis.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of a receiving optical system of a lidar according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a table showing lens characteristics of the receiving optical system of FIG. 1
  • FIG. 3 is a table showing lens characteristics of the receiving optical system of FIG. 1
  • FIG. 4 is a table showing aspherical coefficients of lenses in the receiving optical system of FIG. 1
  • FIG. 5 is a table showing lens characteristics of the receiving optical system of FIG. 1 in mathematical formulas
  • FIG. 6 is a graph showing data of diffraction MTF (Modulation Transfer Function) in the receiving optical system of FIG. 1.
  • MTF Modulation Transfer Function
  • a receiving optical system (100) and a sensor system having the same can be mounted inside or outside a vehicle to monitor the driver or sense external objects or lanes.
  • the lens material can be selected from glass or plastic, and the coefficient of linear expansion of glass is lower than that of plastic. Glass lenses are used to suppress changes in the focal point position due to temperature changes.
  • an optical system with spherical glass lenses there is a limit to reducing the number of lenses, and there are also limitations to reducing size and weight.
  • the receiving optical system (100) of the present embodiment may include a spherical lens and an aspherical lens.
  • a spherical lens is a lens in which at least one of the object-side surface and the sensor-side surface of the lens is spherical.
  • An aspherical lens is a lens in which at least one of the object-side surface and the sensor-side surface of the lens is aspherical.
  • the receiving optical system (100) may include a spherical glass lens and an aspherical glass lens.
  • the optical system (100) may have a reduced overall length (TTL), and the aspherical lens may enable good correction for various aberrations such as spherical aberration and chromatic aberration.
  • the aspherical lenses may minimize distortion in the peripheral area.
  • the optical system (100) may include n lenses, where the nth lens may be the last lens adjacent to the image sensor (300), and the (n-1)th lens may be the lens closest to the last lens.
  • n is an integer greater than or equal to 2, and may be, for example, in the range of 6 to 8.
  • the ratio of spherical lenses to aspherical lenses in the n lenses may be 5:1 or 6:1.
  • the receiving optical system (100) may include a first lens made of glass. Glass exhibits minimal expansion and contraction changes due to external temperature changes, and its surface is less susceptible to scratches, preventing surface damage. Accordingly, the object-side lenses in the optical system (100) may be spherical lenses, and the sensor-side lenses may be aspherical lenses.
  • At least one lens closest to the image sensor (300) within the optical system (100) may be an aspherical lens. At least one lens closest to the image sensor (300) may be an aspherical lens. Since the nth or n-1th lenses in the optical system (100) are arranged as aspherical lenses, various paths can be formed for light incident on the image sensor (300).
  • the aspherical lens may be a glass mold made of injection-molded glass material.
  • At least two lenses closest to the object may be made of glass. More than two lenses, for example, two to five lenses, closest to the object may be made of glass. Since glass lenses exhibit a smaller rate of contraction and expansion due to temperature changes than plastic lenses, the glass lenses may be positioned in an area adjacent to the outside within the lens barrel.
  • Each lens may have an object-side surface and a sensor-side surface.
  • the lenses may include lenses having an object-side spherical surface and a sensor-side spherical surface, and lenses having an object-side aspherical surface and a sensor-side aspherical surface.
  • the optical system may have a smaller number of aspherical lenses than spherical lenses.
  • the optical system (100) may correct various aberrations by arranging the aspherical lenses adjacent to the image sensor (300).
  • the spherical lenses may be made of glass, and the aspherical lenses may be made of glass molded material.
  • the lens with the highest refractive index may be a spherical lens, and the lens with the highest Abbe number may be a spherical lens. Accordingly, since the lens with the highest refractive index is placed on the object side, it is easy to change the radius of curvature of the second and subsequent lenses, and the central thickness can be increased.
  • the lens with the largest effective diameter within the optical system (100) is located in the central region of the optical system (100), is made of glass, and may be a spherical lens.
  • the lens with the smallest effective diameter within the optical system (100) is located between the lenses closest to the sensor side, and may be a glass mold lens.
  • the average effective diameter of the aspherical lenses may be smaller than the average effective diameter of the spherical lenses.
  • the effective diameter of the lens is the average value of the effective diameter of the object-side surface of each lens and the effective diameter of the light source-side surface.
  • Each of the lenses (101 to 106) may include an effective area and an ineffective area.
  • the effective area may be an area through which light incident on each of the lenses passes. In other words, the effective area may be defined as an effective area or effective diameter through which the incident light is refracted to implement optical characteristics.
  • the ineffective area may be arranged around the periphery of the effective area.
  • the ineffective area may be an area through which effective light is not incident from a plurality of lenses. In other words, the ineffective area may be an area unrelated to the optical characteristics.
  • an end of the ineffective area may be an area fixed to a lens barrel (not shown) that accommodates the lens.
  • the lens having the greatest central thickness may be a spherical lens
  • the lens having the greatest edge thickness may be a spherical lens. Accordingly, various aberrations can be corrected, and optical performance can be improved even to the periphery.
  • the TTL Total top length
  • the TTL Total track length
  • the ImgH is twice the distance from the center of the image sensor (300) to the diagonal end or the maximum diagonal length of the image sensor (300).
  • the effective diameter of each lens within the optical system (100) may be greater than the diagonal length of the image sensor (300).
  • the effective focal length (EFL) can satisfy a range of 8 mm or more and 12 mm or less.
  • the field of view (FOV) of the optical system (100) can satisfy a range of 10 degrees or more and 30 degrees or less.
  • the receiving optical system and sensor system according to the embodiment can be applied to a sensing device for an Advanced Driving Assistance System (ADAS) installed inside or outside a vehicle.
  • ADAS Advanced Driving Assistance System
  • the optical system (100) may have a TTL/ImgH condition of greater than 4, for example, greater than 4 and less than 10. Accordingly, the central thickness of each lens along the optical axis (OA) can be increased and the size of the image sensor (300) can be reduced, thereby providing a vehicle lens optical system.
  • temperature compensation must be applied within the temperature range that serves as the temperature reliability evaluation standard for automotive electrical components for use in vehicle cameras, i.e., from -40°C to +120°C.
  • the lens must be configured so that the focus of the lens remains within a set range even when the lens expands or contracts due to changes in temperature.
  • the lens can be configured with a total effective focal length (EFL) of 15 mm or less, for example, in the range of 5 mm to 15 mm or 8 mm to 12 mm, and made of a glass material capable of the aforementioned temperature compensation.
  • ETL effective focal length
  • the number of lenses with positive (+) refractive power may be greater than the number of lenses with negative (-) refractive power.
  • the number of lenses with positive (+) refractive power may be 60% or more of the total number of lenses.
  • the average refractive index of the lenses with negative (-) refractive power may be greater than the average of the lenses with positive (+) refractive power.
  • the dispersion value of the lenses with positive (+) refractive power may be greater than the dispersion value of the lenses with negative (-) refractive power. Since the optical system (100) is a mixture of a spherical lens and an aspherical lens made of glass, various aberrations can be corrected, thereby preventing deterioration of optical performance.
  • the effective diameter of the lens closest to the object side within the optical system (100) may be larger than the effective diameter of the lens closest to the image sensor (300). Accordingly, the brightness of the optical system can be controlled.
  • the optical system (100) can control the incident light to compensate for the deterioration of resolution and optical characteristics due to temperature changes, improve chromatic aberration control characteristics, and improve the vignetting characteristics of the optical system (100).
  • the optical system (100) may include a first lens (101), a second lens (102), a third lens (103), a fourth lens (104), a fifth lens (105), and a sixth lens (106) aligned from the object side toward the sensor side along the optical axis (OA).
  • the first to sixth lenses (101, 102, 103, 104, 105, 106) may be defined as a lens unit.
  • the lens surface having the minimum radius of curvature with respect to the optical axis (OA) within the optical system (100) may be the object-side surface of the sixth lens (106) among the spherical surfaces.
  • the lens surface having the maximum radius of curvature within the optical system (100) may be the object-side and sensor-side surfaces of the third lens (103) among the spherical surfaces.
  • the optical system (100) or sensor system may include an image sensor (300).
  • the image sensor (300) can detect light and convert it into an electrical signal.
  • the image sensor (300) can detect light that has sequentially passed through lenses.
  • the image sensor (300) may include a device capable of detecting incident light, such as a charge-coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS).
  • CCD charge-coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the length of the image sensor (300) is the maximum length in the diagonal direction orthogonal to the optical axis (OA), and here, the number of lenses having an effective diameter larger than the length of the image sensor (300) is 4 to 6, and there may be no number of lenses having an effective diameter smaller than the length of the image sensor (300).
  • the optical system (100) may include a filter (111), and the filter (111) may be arranged within the lens unit.
  • the filter (111) may transmit a laser beam incident on the receiving optical system and block beams of other wavelengths.
  • the transmitted laser beam may be in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • At least three lenses may be arranged between the filter (111) and the image sensor (300).
  • the fourth, fifth, and sixth lenses (104, 105, and 106) may be arranged between the filter (111) and the image sensor (300).
  • An aspherical lens may be arranged between the filter (111) and the image sensor (300).
  • the filter (111) may be a band pass filter that passes a laser beam in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the filter (111) may pass light having a wavelength corresponding to the laser beam transmitted from the transmission optical system of the lidar device and block light corresponding to the remaining ambient light.
  • the filter (111) may be placed between two different lenses among the lenses.
  • the filter (111) may be placed between the third lens (103) and the fourth lens (104).
  • the gap (CG3-1) between the filter (111) and the third lens (103) and the gap (CG3-2) between the filter (111) and the fourth lens (104) may be the smallest among the gaps between adjacent lenses.
  • the center gap (CG3) between the third lens (103) and the fourth lens (104) may be larger than the thickness of the filter (111).
  • the center gap between the third lens (103) and the fourth lens (104) is equal to the sum of the gap between the third lens (103) and the filter (111), the center thickness of the filter (111), and the gap between the filter (111) and the fourth lens (104).
  • the cover glass (112) is placed between the sixth lens (106) and the image sensor (300), and protects the upper portion of the image sensor (300) and can prevent the reliability of the image sensor (300) from being deteriorated.
  • the cover glass (112) can be removed.
  • the cover glass (112) may be a protective glass.
  • the optical system (100) may include an aperture (ST: Stop).
  • the aperture (ST) may control the amount of light incident on the optical system (100).
  • the aperture (ST) may be arranged between the first lens (101) and the second lens (102).
  • the aperture (ST) may be arranged between the spherical first lens (101) and the spherical second lens (102).
  • the aperture (ST) may be arranged between the sensor-side spherical surface of the first lens (101) and the object-side spherical surface of the second lens (102).
  • the aperture (ST) may be arranged between the first lens (101) and the filter (111).
  • the lens surface on which the aperture (ST) is arranged is intended to more efficiently control and guide the amount of light of the optical system (100).
  • the aperture (ST) may be arranged on the sensor-side surface of the first lens (101).
  • the aperture (ST) may be arranged on the object-side surface of the second lens (102).
  • at least one lens selected from among a plurality of lenses, for example, the object-side surface or the sensor-side surface of the first lens (101), may function as an aperture.
  • the sum of the refractive indices of the lenses may be 8.0 or more, for example, in the range of 8.0 to 12.0, and the average of the refractive indices may be in the range of 1.70 to 1.80.
  • the sum of the Abbe numbers of each of the lenses may be 220 or less, for example, in the range of 150 to 220, and the average of the Abbe numbers may be 50 or less, for example, in the range of 25 to 50.
  • the sum of the central thicknesses of the entire lens may be 20 mm or more, for example, in the range of 25 mm to 35 mm, and the average of the central thicknesses may be 5.5 mm or less, for example, in the range of 4.8 mm to 5.3 mm.
  • the sum of the central spacings between the lenses on the optical axis (OA) may be 15 mm or more, for example, in the range of 15 mm to 20 mm, and may be greater than the sum of the central thicknesses of the lenses.
  • the sum of the center spacings between the lenses may mean the sum of the center spacing (CG1) between the first lens (101) and the second lens (102), the center spacing (CG2) between the second lens (102) and the third lens (103), the center spacing (CG3-1) between the third lens (103) and the filter (111), the center spacing (CG3-2) between the filter (111) and the fourth lens (104), the center spacing (CG4) between the fourth lens (104) and the fifth lens (105), and the center spacing (CG5) between the fifth lens (105) and the sixth lens (106).
  • the average value of the effective diameter of each lens surface of the optical system (100) can be provided within a range of 20 mm or less, for example, 10 mm to 20 mm. By adjusting the thickness of each lens within the optical system (100), it is possible to prevent degradation of optical performance for temperature changes from -45 to 120 degrees and to optimize thermal compensation.
  • the angle of view may be in the range of more than 10 degrees, for example, 15 degrees or more, for example, 15 ⁇ 10 degrees.
  • the F number of the optical system or camera module may be 1 or less, for example, in the range of 0.7 to 1 or 0.7 to 0.9.
  • the diagonal length of the image sensor (300) may be 6.041 mm ⁇ 0.5 mm.
  • glass lenses may be laminated to suppress changes in the focus imaging position due to temperature changes, and an aspherical lens may be provided to provide a vehicle lidar device that corrects various aberrations.
  • the first lens (101) can be provided with a glass material. This is because glass has the advantage of being scratch-resistant and insensitive to external temperatures compared to plastic materials. To more effectively prevent scratches caused by foreign substances or when placed inside a vehicle, a glass lens is used as the first lens (101).
  • the lidar device can detect the distance to an object, direction, speed, temperature, material distribution, and concentration characteristics while the vehicle is running. Such a lidar device can be used for an advanced driver assistance system (ADAS).
  • ADAS advanced driver assistance system
  • the optical system (100) according to the present embodiment may further include a reflective member (not shown) for changing the path of light.
  • the reflective member may be implemented as a prism that reflects incident light toward the lenses.
  • the optical system (100) may include a first lens (101) to a sixth lens (106).
  • the first to sixth lenses (101 to 106) may be sequentially arranged along the optical axis (OA) of the optical system (100).
  • Light corresponding to information about an object may pass through the first lens (101) to the third lens (103), the filter (155), the fourth lens (104) to the sixth lens (106), and the cover glass (112) and be incident on the image sensor (300).
  • An aperture (ST) may be arranged around the sensor-side surface of the first lens (101).
  • the first lens (101) can have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the first lens (101) can have negative (-) refractive power.
  • the first lens (101) can include a plastic material or a glass material, and can be, for example, a glass material.
  • the first lens (101) made of a glass material can reduce changes in the center position and radius of curvature due to temperature changes according to the surrounding environment, and can protect the incident side surface of the optical system (100).
  • the first lens (101) is made of a glass material that is not injection molded.
  • the first surface (S1) on the object side of the first lens (101) with respect to the optical axis may be concave, and the second surface (S2) on the sensor side may be concave.
  • the first lens (101) may have a concave shape on both sides.
  • the first surface (S1) and the second surface (S2) may have spherical surfaces.
  • the first surface (S1) and the second surface (S2) of the first lens (101) may be provided without a critical point from the optical axis (OA) to the end of the effective area, i.e., the edge.
  • the refractive index of the first lens (101) is n1
  • the condition of 1.8 ⁇ n1 or 1.75 ⁇ n1 ⁇ 2.1 can be satisfied. Since the refractive index (n1) of the first lens (101) is higher than that of other lenses, the radius of curvature of the first surface (S1) of the first lens (101) can be increased, and lens manufacturing can be easy.
  • the refractive index (n1) of the first lens (101) is smaller than the condition, the lens surface must be formed to be sharply concave or convex in order to increase the refractive power of the first and second lenses (101, 102). In this case, lens manufacturing is not easy, the lens defect rate increases, and this may cause a decrease in yield.
  • the aperture (STOP) may be arranged around the sensor-side second surface (S2) of the first lens (101).
  • the aperture (STOP) can control the amount of light emitted from the optical system (100).
  • the aperture (STOP) can reduce the TTL within the field of view range, enabling miniaturization of the optical system. Accordingly, a decrease in the yield by weight of the optical system can be prevented, and production efficiency can be improved.
  • the optical system can be miniaturized by reducing the TTL within the field of view range of 10 to 30 degrees.
  • the second lens (102) may be positioned between the first lens (101) and the third lens (103).
  • the second lens (102) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the second lens (102) may have positive (+) refractive power.
  • the second lens (102) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the second lens (102) is a glass material that is not injection molded.
  • the third surface (S3) and the fourth surface (S4) of the second lens (102) may be spherical.
  • the object-side third surface (S3) of the second lens (102) may be convex with respect to the optical axis (OA), and the sensor-side fourth surface (S4) may be convex.
  • the second lens (102) may have a convex shape on both sides.
  • the third surface (S3) and the fourth surface (S4) may be provided without a critical point from the optical axis (OA) to the end of the effective area.
  • the refractive index of the second lens (102) is n2
  • the condition of 1.7 ⁇ n2 or 1.75 ⁇ n2 ⁇ 2.1 may be satisfied.
  • the third lens (103) may be positioned between the second lens (102) and the fourth lens (104).
  • the third lens (103) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the third lens (103) may have positive (+) refractive power.
  • the third lens (103) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the third lens (103) is a glass material that is not injection molded.
  • the fifth surface (S5) and the sixth surface (S6) of the third lens (103) may be spherical.
  • the object-side fifth surface (S5) of the third lens (103) with respect to the optical axis (OA) may be convex, and the sensor-side sixth surface (S6) may be convex.
  • the third lens (103) may have a convex shape on both sides.
  • the fifth surface (S5) and the sixth surface (S6) may be provided without a critical point from the optical axis (OA) to the end of the effective area.
  • a filter (111) may be placed between the third lens (103) and the fourth lens (104).
  • the filter (111) may be a band pass filter that passes a laser beam in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the optical filter may pass light having a wavelength corresponding to the laser beam transmitted from the receiving optical system of the lidar device and block light corresponding to the remaining ambient light.
  • the fourth lens (104) may be arranged between the third lens (103) and the fifth lens (105).
  • the fourth lens (104) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the fourth lens (104) may have positive (+) refractive power.
  • the fourth lens (104) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the fourth lens (104) is a glass material that is not injection molded.
  • the seventh surface (S7) and the eighth surface (S8) of the fourth lens (104) may be spherical.
  • the seventh surface (S7) on the object side of the fourth lens (104) may be convex with respect to the optical axis (OA), and the eighth surface (S8) on the sensor side may be concave.
  • the seventh surface (S7) on the object side of the fourth lens (104) may be convex with respect to the optical axis, and the eighth surface (S8) on the sensor side may be concave.
  • the fourth lens (104) may have a meniscus shape with a concave sensor side.
  • the fourth lens (104) may have a meniscus shape with a convex object side.
  • the seventh surface (S7) and the eighth surface (S8) may be provided without critical points from the optical axis (OA) to the ends of the effective areas.
  • the fifth lens (105) may be arranged between the fourth lens (104) and the sixth lens (106).
  • the fifth lens (105) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the fifth lens (105) may have positive (+) refractive power.
  • the fifth lens (105) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the fifth lens (105) is a glass material that is not injection molded.
  • the ninth surface (S9) and the tenth surface (S10) of the fifth lens (105) may be spherical.
  • the ninth surface (S9) on the object side of the fifth lens (105) may be convex with respect to the optical axis (OA), and the tenth surface (S10) on the sensor side may be concave.
  • the ninth surface (S9) on the object side of the fifth lens (105) may be convex with respect to the optical axis, and the tenth surface (S10) on the sensor side may be concave.
  • the fifth lens (105) may have a meniscus shape with a concave sensor side.
  • the fifth lens (105) may have a meniscus shape with a convex object side.
  • the ninth surface (S9) and the tenth surface (S10) may be provided without a critical point from the optical axis (OA) to the end of the effective area.
  • the sixth lens (106) may be arranged furthest from the object side.
  • the sixth lens (106) may be arranged closest to the sensor side.
  • the sixth lens (106) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the sixth lens (106) may have positive (+) refractive power.
  • the third lens (103) may include a plastic or glass material, and may be, for example, a glass material.
  • the third lens (103) may be a glass mold lens having an aspherical surface and made of a glass material.
  • the glass mold lens may be manufactured by placing an optical glass ingot inside a mold having an aspherical shape and through a heating and compression process.
  • the eleventh surface (S11) and the twelfth surface (S12) of the sixth lens (106) may be aspherical surfaces.
  • the object-side eleventh surface (S11) of the sixth lens (106) may be convex with respect to the optical axis (OA), and the sensor-side twelfth surface (S12) may be concave.
  • the object-side eleventh surface (S11) of the sixth lens (106) may be convex with respect to the optical axis, and the sensor-side twelfth surface (S12) may be concave.
  • the sixth lens (106) may have a meniscus shape with a concave sensor side.
  • the sixth lens (106) may have a meniscus shape with a convex object side.
  • the eleventh surface (S11) and the twelfth surface (S12) may be provided without critical points from the optical axis (OA) to the ends of the effective areas.
  • a cover glass (112) may be placed between the sixth lens (106) positioned closest to the image sensor (300) and the image sensor (300).
  • the cover glass (112) protects the upper portion of the image sensor (300) and may prevent a decrease in the reliability of the image sensor (300).
  • the cover glass (112) may be a protective glass.
  • the image sensor (300) can detect light that has sequentially passed through the lenses.
  • the image sensor (300) can include a device capable of detecting incident light, such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • Fig. 2 is an example of lens data of the exemplary optical system of Fig. 1.
  • the radius of curvature on the optical axis (OA) of the first to sixth lenses (101-106) can be set.
  • the center thicknesses of the first to sixth lenses (101-106) are represented by CT1 to CT6, the edge thicknesses at the ends of the effective areas of each lens are represented by ET1 to ET6, and the center gap between two adjacent lenses is represented by CG1 to CG5. Since the filter (111) is placed between the third lens (103) and the fourth lens (104), the center gap between the third lens (103) and the filter (111) is defined as CG3-1, and the center gap between the filter (111) and the fourth lens (104) is defined as CG3-2.
  • the first to sixth lenses (101-106) can satisfy the following conditions.
  • the central thickness (CT5) of the fifth lens (105) is the largest among the lenses, and the central thickness (CT1) of the first lens (101) is the smallest among the lenses.
  • the maximum central thickness may be at least twice, for example at least 2.5 times, the minimum central thickness, and the difference between the maximum central thickness and the minimum central thickness may be at least 4 mm.
  • the center spacing (CG2) between the second lens (102) and the third lens (103) may be maximum, and the center spacing (CG3-1) between the third lens (103) and the filter (111), the center spacing (CG3-2) between the filter (111) and the fourth lens (104), and the center spacing (CG4) between the fourth lens (104) and the fifth lens (105) may be minimum.
  • the difference between the maximum center spacing and the minimum center spacing may be 6 mm or more, for example, in the range of 8 mm to 10 mm.
  • the lens having the maximum effective diameter may be the fourth lens (104).
  • the lens having the maximum effective diameter may be a spherical lens made of glass.
  • the lens surface having the maximum effective diameter may be the seventh surface (S7) of the fourth lens (104).
  • the lens having the minimum effective diameter may be the sixth lens (106) arranged closest to the sensor side.
  • the lens surface having the minimum effective diameter may be the twelfth surface (S12) of the sixth lens (106).
  • the effective diameter of the first lens (101) may be smaller than the effective diameter of the second lens (102).
  • the effective diameter of the second lens (102) may be smaller than the effective diameter of the third lens (103).
  • the effective diameter of the third lens (103) may be smaller than the effective diameter of the fourth lens (104).
  • the effective diameter of the fourth lens (104) may be larger than the effective diameter of the fifth lens (105).
  • the effective diameter of the fifth lens (105) may be larger than the effective diameter of the sixth lens (106).
  • the absolute value of the curvature radius of the object-side surface of the first lens (101) and the absolute value of the curvature radius of the sensor-side surface may be the same.
  • the curvature radius of the object-side surface of the second lens (102) and the curvature radius of the sensor-side surface may be the same.
  • the curvature radius of the object-side surface of the third lens (103) and the curvature radius of the sensor-side surface may be the same.
  • the second lens (102) to the sixth lens (106) may all have positive (+) refractive power.
  • the absolute values of the focal lengths of the first to sixth lenses (101 to 106) may increase from the object side to the sensor side.
  • the absolute value of the focal length of the first lens (101) may be the smallest, and the absolute value of the focal length of the sixth lens (106) may be the largest. Accordingly, the optical system may have improved MTF characteristics, aberration control characteristics, etc. in the set angle of view range, and may have good optical performance.
  • FIG. 3 shows the effective focal length (F), TTL (Total track length) (mm), BFL (Back focal length), entrance pupil (EPD), ImgH, effective diameter (CA), sum of center thicknesses of each lens ( ⁇ CT), sum of center spacings between adjacent lenses ( ⁇ CG), edge thickness of each lens, sum of edge thicknesses of each lens ( ⁇ ET), TTL (mm), sum of Abbe numbers ( ⁇ Abbe), sum of refractive indices ( ⁇ Index), TD (mm), which is the optical axis distance from the first surface (S1) to the twelfth surface (S12), SD (mm), which is the optical axis distance from the stop (STOP) to the twelfth surface (S12), angle of view (FOV), edge thickness (ET), F number, etc. of the optical system (100) of the present embodiment.
  • F effective focal length
  • mm Total track length
  • BFL Back focal length
  • EPD entrance pupil
  • ImgH effective diameter
  • CA effective diameter
  • CA sum of center thicknesse
  • the lens surface of the sixth lens (106) may include an aspherical surface having a 30th-order aspherical surface coefficient.
  • the object-side surface and the light source-side surface of the sixth lens (106) may be lens surfaces having a 30th-order aspherical surface coefficient.
  • an aspherical surface having a 30th-order aspherical surface coefficient (a value other than “0”) can significantly change the aspherical shape of the periphery, and thus can effectively correct the optical performance of the periphery of the field of view (FOV).
  • Fig. 6 is a graph showing the diffraction MTF (Modulation Transfer Function) at room temperature in the optical system of Fig. 1, and is a graph showing the modulation ratio according to the spatial frequency.
  • the x-axis represents the distance from the center to the edge of the lens, and the y-axis represents the resolution of the lens as a value between 0 and 1.
  • the curve of the MTF graph in the first embodiment of the present invention is close to 1 in the center region of the lens, indicating good optical performance.
  • the optical system (100) according to the present embodiment can satisfy at least one or two or more of the mathematical equations described below. Accordingly, the optical system (100) according to the present embodiment can have improved optical characteristics. For example, when the optical system (100) satisfies at least one mathematical equation, the optical system (100) can effectively control aberration characteristics such as chromatic aberration and distortion aberration, and can have good optical performance even in the center and periphery of the field of view (FOV). In addition, the optical system (100) can have improved resolution. In addition, the thickness of the lens on the optical axis (OA) described in the mathematical equations and the spacing between adjacent lenses on the optical axis (OA) may refer to the above-described embodiment.
  • Mathematical expression 1 can set the overall focal length (F) and overall optical axis length (TTL) of the optical system (100). Accordingly, an optical system for a driver assistance system can be provided. Mathematical expression 1 can preferably satisfy 0.1 ⁇ F / TTL ⁇ 0.3 in the present embodiment. When Mathematical expression 1 is satisfied, the optical system (100) can have an appropriate focal length in the set TTL range, and provides an optical system that can form an image while maintaining an appropriate focal length even when the temperature changes from low to high temperatures.
  • Mathematical expression 2 can set the total optical axis length (TTL) of the optical system and the maximum diagonal length (ImgH) of the image sensor (300).
  • TTL total optical axis length
  • ImgH maximum diagonal length
  • the optical system (100) can have TTL for application to the vehicle image sensor (300), thereby providing more improved image quality.
  • the refractive power of the lenses needs to be increased, making it difficult to correct spherical aberration or distortion aberration, and when it exceeds the upper limit of Mathematical expression 2, the effective diameter or TTL of the lenses becomes long, which may cause a problem of the imaging lens system becoming larger.
  • Mathematical expression 2 can preferably satisfy 7 ⁇ TTL / ImgH ⁇ 9 in the present embodiment.
  • F1 is the focal length of the first lens (101), and F is the effective focal length of the optical system.
  • the optical system (100) can have a set angle of view and an appropriate focal length, and an optical system for a vehicle can be provided.
  • the effective diameter or TTL of the lenses may become long, which may cause a problem in that the imaging lens system becomes large.
  • the influence of the first lens (101) becomes small in the entire optical system, and the refractive power of the lenses needs to be increased, which causes a problem in that correction of spherical aberration or distortion aberration becomes difficult.
  • mathematical expression 3 may preferably satisfy 1 ⁇ ⁇ F1 ⁇ / F ⁇ 1.5.
  • F2 is the focal length of the second lens (102), and F is the effective focal length of the optical system.
  • the optical system (100) can have a set angle of view and an appropriate focal length, and a vehicle optical system can be provided.
  • the effective diameter or TTL of the lenses may become long, which may cause a problem in that the imaging lens system becomes large.
  • the influence of the second lens (102) arranged adjacent to the aperture (STOP) becomes small in the entire optical system, and the refractive power of the lenses needs to be increased, which causes a problem in that correction of spherical aberration or distortion aberration becomes difficult.
  • mathematical expression 4 can preferably satisfy 3 ⁇ F2 / F ⁇ 4.
  • F6 is the focal length of the sixth lens (106), and F is the effective focal length of the optical system.
  • the optical system (100) can have a set angle of view and an appropriate focal length, and an optical system for a vehicle can be provided.
  • the effective diameter or TTL of the lenses may become long, which may cause a problem in that the imaging lens system becomes large.
  • the influence of the sixth lens (106) arranged closest to the image sensor (300) becomes small in the entire optical system, and the refractive power of the lenses needs to be increased, which causes a problem in that correction of spherical aberration or distortion aberration becomes difficult.
  • mathematical expression 5 may preferably satisfy 5 ⁇ F6 / F ⁇ 6.
  • Mathematical expression 6 can set the overall focal length (F) of the optical system (100) and the size of the entrance pupil diameter (effective aperture, EPD). When mathematical expression 6 is satisfied, an image with a brightness suitable for shooting can be provided, and a large amount of light can be received by the image sensor. In the present embodiment, mathematical expression 6 can preferably satisfy 0.7 ⁇ F / EPD ⁇ 0.9.
  • F3 is the focal length of the third lens (103), and F is the effective focal length of the optical system.
  • the optical system (100) can have a set angle of view and an appropriate focal length, and an optical system for a vehicle can be provided.
  • the effective diameter or TTL of the lenses may become long, which may cause a problem in that the imaging lens system becomes large.
  • the influence of the third lens (103) in the entire optical system becomes small, and the refractive power of the lenses needs to be increased, which causes a problem in that correction of spherical aberration or distortion aberration becomes difficult.
  • mathematical expression 7 can preferably satisfy 3 ⁇ F3 / F ⁇ 4.5.
  • F5 is the focal length of the fifth lens (105), and F is the effective focal length of the optical system.
  • the optical system (100) can have a set angle of view and an appropriate focal length, and an optical system for a vehicle can be provided.
  • the effective diameter or TTL of the lenses may become longer, which may cause a problem in that the imaging lens system becomes larger.
  • mathematical expression 8 can preferably satisfy 4 ⁇ F5 / F ⁇ 5.
  • CG1 denotes the center spacing between the first lens (101) and the second lens (102)
  • CG2 denotes the center spacing between the second lens (102) and the third lens (103).
  • the center spacing between the second lens (102) and the third lens (103) which is the maximum center spacing between the lenses, can be appropriately designed within the optical system (100) to suppress an increase in the size of the second lens (102).
  • mathematical expression 9 can preferably satisfy 0.1 ⁇ CG1 / CG2 ⁇ 0.3.
  • Mathematical expression 10 can set the relationship between the size of the effective diameter (CA_L1) of the first lens (101) and the size of the effective diameter (CA_L2) of the second lens (102).
  • the effective diameters of the first lens (101) and the second lens (102) arranged adjacent to the aperture (STOP) can be appropriately designed to appropriately set the angle of view of the light passing through the aperture (STOP).
  • the effective diameter of the lens arranged in the optical system (100) becomes large, which causes a problem in that the TTL becomes long.
  • Mathematical expression 10 can preferably satisfy 0.7 ⁇ CA_L1 / CA_L2 ⁇ 0.9.
  • Mathematical expression 11 can set the relationship between the size of the effective diameter (CA_L3) of the third lens (103) and the size of the effective diameter (CA_L4) of the fourth lens (104).
  • the effective diameters of the third lens (103) and the fourth lens (104) arranged adjacent to the filter (111) can be appropriately designed to appropriately set the angle of view of the light passing through the filter (111).
  • the effective diameter of the lens arranged in the optical system (100) becomes large, which causes a problem in that the TTL becomes long.
  • Mathematical expression 11 can preferably satisfy 0.8 ⁇ CA_L3 / CA_L4 ⁇ 1.1.
  • n1 is the refractive index of the first lens (101) at the d-line.
  • the radius of curvature of each lens may be increased in order to increase the refractive power of the lenses in the optical system (100).
  • mathematical expression 12 preferably satisfies 1.8 ⁇ n1 ⁇ 1.85.
  • n1 is the refractive index of the first lens (101) at the d-line
  • n2 is the refractive index of the second lens (102) at the d-line.
  • mathematical expression 13 by reducing the difference in the refractive index of the first lens (101) and the second lens (102), the reduction in color dispersion caused by lenses made of glass can be prevented.
  • mathematical expression 13 can satisfy 1 ⁇ n1 / n2 ⁇ 1.2.
  • n3 is the refractive index of the third lens (103) at the d-line
  • n4 is the refractive index of the fourth lens (104) at the d-line.
  • mathematical expression 14 the difference in the refractive index of the third lens (103) and the fourth lens (104) placed adjacent to the filter (111) is reduced, thereby preventing a decrease in the color dispersion of light passing through the filter (111).
  • mathematical expression 14 can satisfy 1 ⁇ n3 / n4 ⁇ 1.2.
  • mathematical expression 15 the maximum central thickness (CT_Max) among the lenses and the maximum gap (CG_Max) between adjacent lenses can be set.
  • CT_Max the maximum central thickness
  • CG_Max the maximum gap
  • the optical system can have good optical performance at the focal length of the set angle of view and can reduce the TTL.
  • mathematical expression 15 can preferably satisfy 0.6 ⁇ CT_Max / CG_Max ⁇ 0.9.
  • Equation 16 ⁇ CT is the sum of the central thicknesses of the lenses, and ⁇ CG is the sum of the spacings between adjacent lenses.
  • the optical system can have good optical performance at the focal length at the set angle of view, and can reduce the TTL. Equation 16 can preferably satisfy 1.5 ⁇ ⁇ CT / ⁇ CG ⁇ 2.5 in the present embodiment.
  • ⁇ Index means the sum of the refractive indices at the d-line of each of the plurality of lenses.
  • TTL can be controlled in an optical system (100) in which aspherical lenses and spherical material lenses are mixed.
  • the sum of TTL and refractive indices can be set.
  • mathematical expression 17 can preferably satisfy 9 ⁇ ⁇ Index ⁇ 11.
  • ⁇ Abbe means the sum of the Abbe's numbers of each of the plurality of lenses
  • ⁇ Index means the sum of the refractive indices at the d-line of each of the plurality of lenses.
  • ⁇ CT is the sum of the central thicknesses of the lenses
  • ⁇ ET is the sum of the edge thicknesses, i.e., the ends of the effective areas of the lenses.
  • the optical system can have good optical performance at the focal length at the set angle of view, and can reduce the TTL.
  • mathematical expression 19 preferably satisfies 1.2 ⁇ ⁇ CT / ⁇ ET ⁇ 1.5.
  • CA_Max represents the maximum effective diameter among the object-side and sensor-side faces of the lenses
  • CA_Aver represents the average of the effective diameters of the object-side and sensor-side faces of the lenses.
  • the optical system can be configured as a slim and compact optical system while maintaining optical performance.
  • mathematical expression 20 can preferably satisfy 1.2 ⁇ CA_Max / CA_Aver ⁇ 1.5.
  • CA_Min represents the minimum effective diameter among the object-side and sensor-side surfaces of the lenses
  • CA_Aver represents the average of the effective diameters of the object-side and sensor-side surfaces of the lenses.
  • the optical system can be configured as a slim and compact optical system while maintaining optical performance.
  • mathematical expression 21 can preferably satisfy 0.4 ⁇ CA_Min / CA_Aver ⁇ 0.7.
  • Mathematical expression 22 can be set by the maximum effective diameter (CA_Max) and the maximum diagonal length (ImgH) of the image sensor (300). When mathematical expression 22 is satisfied, the optical system can maintain good optical performance and can be configured as a slim and compact optical system. In the present embodiment, mathematical expression 22 preferably satisfies 3.5 ⁇ CA_Max / ImgH ⁇ 4.5.
  • TTL Total track length means the distance (mm) on the optical axis (OA) from the center of the first surface (S1) of the first lens (101) to the upper surface of the image sensor (300).
  • a suitable vehicle optical system can be provided.
  • mathematical expression 23 can preferably satisfy 50 ⁇ TTL ⁇ 55.
  • Mathematical expression 24 can set the maximum diagonal size (ImgH) of the image sensor (300) and provide an optical system having a vehicle sensor size. Mathematical expression 24 can preferably satisfy 6.1 ⁇ ImgH ⁇ 6.5 in the present embodiment.
  • BFL is the optical axis distance from the image sensor (300) to the center of the sensor side of the last lens.
  • the installation space of the filter (400) and the cover glass can be secured, the assembling of the components can be improved through the gap between the image sensor (300) and the last lens, and the joining reliability can be improved.
  • the BFL is less than the range of mathematical expression 25, some of the light going to the image sensor may not be transmitted to the image sensor, which may cause a decrease in resolution.
  • the BFL exceeds the range of mathematical expression 25, stray light may be introduced, which may deteriorate the aberration characteristics of the optical system.
  • mathematical expression 25 may preferably satisfy 1.5 ⁇ BFL ⁇ 2.5.
  • Mathematical expression 26 can set the overall focal length (F) to suit the vehicle optical system. Mathematical expression 26 can preferably satisfy 9 ⁇ F ⁇ 11 in the present embodiment.
  • FOV Field of view
  • Degree the angle of view of the optical system (100)
  • F0V the narrow-angle optical system for a vehicle having an angle of view
  • FOV can preferably satisfy 15 ⁇ FOV ⁇ 18.
  • CA_max means the largest effective diameter (mm) among the object-side and light-source-side surfaces of a plurality of lenses
  • TTL Total track length
  • Mathematical expression 28 sets the relationship between the total optical axis length of the optical system and the maximum effective diameter, thereby providing an improved vehicle optical system.
  • Mathematical expression 28 can preferably satisfy 1.8 ⁇ TTL / CA_Max ⁇ 2.2 in the present embodiment.
  • Mathematical expression 29 can set the optical axis distance (BFL) between the image sensor (300) and the last lens and the maximum diagonal length (ImgH) of the image sensor (300).
  • the optical system (100) can secure the BFL (Back focal length) for applying the size of the vehicle image sensor (300), can set the distance between the last lens and the image sensor (300), and can have good optical characteristics in the field of view (FOV).
  • Mathematical expression 29 can preferably satisfy 0.2 ⁇ BFL / ImgH ⁇ 0.4 in the present embodiment.
  • Mathematical expression 30 can set the total optical axis length (TTL) of the optical system and the optical axis spacing (BFL) between the image sensor (300) and the last lens.
  • TTL total optical axis length
  • BFL optical axis spacing
  • the optical system (100) can secure BFL.
  • mathematical expression 30 can preferably satisfy 24 ⁇ TTL / BFL ⁇ 26.
  • Mathematical expression 31 can set the overall focal length (F) of the optical system (100) and the optical axis distance (BFL) between the image sensor (300) and the last lens.
  • the optical system (100) can have a set angle of view and an appropriate focal length, and an optical system for a vehicle can be provided.
  • the optical system (100) can minimize the distance between the last lens and the image sensor (300), and thus can have good optical characteristics in the angle of view (FOV).
  • Mathematical expression 31 can preferably satisfy 5 ⁇ F / BFL ⁇ 5.5 in the present embodiment.
  • Mathematical expression 32 can set the total focal length (F, mm) of the optical system (100) and the maximum diagonal length (ImgH) of the image sensor (300). When mathematical expression 32 is satisfied, the vehicle image sensor (300) can have improved aberration characteristics in terms of size. In the present embodiment, mathematical expression 32 can preferably satisfy 1.5 ⁇ F / ImgH ⁇ 1.8.
  • Mathematical expression 33 can establish the relationship between the angle of view and Fno (F number) of the optical system (100). Mathematical expression 33 can preferably satisfy 0.7 ⁇ Fno ⁇ 0.9 in the present embodiment. Here, Fno is provided to be 1 or less, so as to provide a bright image.
  • Z can represent Sag, which is the distance from any position on the aspherical surface to the vertex of the aspherical surface in the direction of the optical axis.
  • Y can represent the distance from any position on the aspherical surface to the optical axis in the direction perpendicular to the optical axis.
  • c can represent the curvature of the lens, and K can represent the conic constant.
  • A, B, C, D, E, and F can represent aspheric constants.
  • the optical system (100) can satisfy at least one or two or more mathematical equations from mathematical equations 1 to 34.
  • the optical system (100) can have improved optical characteristics.
  • the optical system (100) can have improved resolution and improve aberration and distortion characteristics.
  • the optical system (100) can compensate for the deterioration of optical characteristics due to temperature change, and can minimize the gap between the last lens and the light source (300), thereby having good optical performance within the field of view (FOV).
  • FIG. 5 shows the result values for the mathematical expressions 1 to 33 described above in the optical system (100) according to the present embodiment.
  • the optical system (100) satisfies at least one, two or more, or three or more of the mathematical expressions 1 to 33.
  • the optical system (100) according to the present embodiment satisfies all of the mathematical expressions 1 to 33. Accordingly, the optical system (100) can have good optical performance within the field of view (FOV) and can have excellent optical characteristics.
  • FOV field of view
  • Fig. 7 is a block diagram of a sensor system having a receiving optical system according to the present embodiment.
  • the sensor device includes a control unit (10), a light source driving unit (20), a receiving optical system (30), the receiving optical system (50) disclosed above, and a signal processing unit (60).
  • the control unit (10) controls the transmission and reception of signals, and can be linked to devices related to communication services such as autonomous driving modules, artificial intelligence modules, drones, robots, augmented reality devices, virtual phenomenon devices, and 5G and 6G based on the transmitted/received signals.
  • devices related to communication services such as autonomous driving modules, artificial intelligence modules, drones, robots, augmented reality devices, virtual phenomenon devices, and 5G and 6G based on the transmitted/received signals.
  • the light source driving unit (20) supplies power to and drives the light source included in the receiving optical system (30).
  • the light source generates laser light in the form of a line light source or a point light source.
  • the light source driving unit (20) can adjust or vary the driving current supplied to the light source according to driving environment information.
  • the driving environment information may include terrain information of the driving section, traffic congestion information, weather, etc.
  • the wavelength of the laser light generated from the light source may be in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the laser light source may be implemented as an InGaAs/GaAs-based semiconductor diode laser and may emit high-power laser light.
  • the light source may include a single emitter and/or multiple emitters.
  • the receiving optical system (30) transmits laser light generated from a light source to an object (40), and the light reflected from the object (40) is received by the receiving optical system (50).
  • the receiving optical system (50) may be composed of a plurality of light sensors, and the light sensors convert the received light into an electrical signal using a photodiode. That is, the image sensors are arranged in a matrix type to convert the light received from an object scanned in each of the horizontal and vertical directions into an electric current.
  • the signal processing unit (60) converts the output of the receiving optical system (50) into a voltage, amplifies it, and then converts the amplified signal into a digital signal using an analog-to-digital converter.
  • the signal processing unit (60) analyzes the digital data using a TOF (Time of Flight) algorithm or a phase-shift algorithm to detect the distance to the object (40) and the shape of the object.
  • TOF Time of Flight
  • the control unit (10) can receive vehicle speed information and road condition information through a control unit (ECU) or a network.
  • the control unit (10) can receive driving environment information through a network.
  • the driving environment information can include terrain information of the driving section, traffic congestion information, weather, etc.
  • the control unit (10) can adjust the gain based on one or more of the vehicle speed, the road surface condition of the road on which the vehicle is driving, and the driving environment information, and can provide sensor data including the distance to an object and shape information of the object to the free driving device.
  • FIG. 8 is a side cross-sectional view showing a transmission optical system according to one embodiment of the sensor system of FIG. 9, and it can be confirmed that it has a shape symmetrical to the transmission optical system according to the present embodiment of FIG. 1.
  • the optical system (200) may include a seventh lens (201) to a twelfth lens (206).
  • the seventh to twelfth lenses (201 to 206) may be sequentially arranged along the optical axis (OA) of the optical system (200).
  • Light corresponding to object information may pass through the seventh lens (201) to the ninth lens (203), the filter (211), the tenth lens (204) to the twelfth lens (206), and the cover glass (212) and be incident on the light source (400).
  • An aperture (ST) may be arranged around the periphery of the light source-side surface of the seventh lens (201).
  • the seventh lens (201) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the seventh lens (201) may have negative (-) refractive power.
  • the seventh lens (201) may include a plastic material or a glass material, and may be, for example, a glass material.
  • the seventh lens (201) made of a glass material can reduce changes in the center position and radius of curvature due to temperature changes in the surrounding environment, and can protect the incident surface of the optical system (200).
  • the seventh lens (201) is made of a glass material that is not injection molded.
  • the 13th surface (S21) on the object side of the seventh lens (201) with respect to the optical axis may be concave, and the 14th surface (S22) on the light source side may be concave.
  • the seventh lens (201) may have a shape in which both sides are concave.
  • the 13th surface (S21) and the 14th surface (S22) may have spherical surfaces.
  • the 13th surface (S21) and the 14th surface (S22) of the seventh lens (201) may be provided without a critical point from the optical axis (OA) to the end of the effective area, i.e., the edge.
  • the refractive index of the seventh lens (201) is n7, the conditions of 1.8 ⁇ n7 or 1.75 ⁇ n7 ⁇ 2.1 can be satisfied. Since the refractive index (n7) of the seventh lens (201) is higher than that of other lenses, the radius of curvature of the 13th surface (S21) of the seventh lens (201) can be increased, and lens manufacturing can be facilitated. When the refractive index (n7) of the seventh lens (201) is smaller than the condition, the lens surface must be formed to be sharply concave or convex in order to increase the refractive power of the first and second lenses (101, 102). In this case, lens manufacturing is not easy, the lens defect rate increases, and this may cause a decrease in yield.
  • the stop (STOP) may be arranged around the 14th surface (S22) on the light source side of the seventh lens (201).
  • the stop (STOP) can control the amount of light emitted from the optical system (200).
  • the stop (STOP) can reduce the TTL within the field of view range, and the optical system can be miniaturized. Accordingly, a decrease in the yield by weight of the optical system can be prevented, and production efficiency can be improved.
  • the optical system can be miniaturized by reducing the TTL within the field of view range of 10 to 30 degrees.
  • the eighth lens (202) may be positioned between the seventh lens (201) and the ninth lens (203).
  • the eighth lens (202) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the eighth lens (202) may have positive (+) refractive power.
  • the eighth lens (202) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the eighth lens (202) is a glass material that is not injection molded.
  • the fifteenth surface (S23) and the sixteenth surface (S24) of the eighth lens (202) may be spherical.
  • the object-side 15th surface (S23) of the eighth lens (202) with respect to the optical axis (OA) may be convex, and the light source-side 16th surface (S24) may be convex.
  • the eighth lens (202) may have a convex shape on both sides.
  • the 15th surface (S23) and the 16th surface (S24) may be provided without a critical point from the optical axis (OA) to the end of the effective area.
  • the refractive index of the eighth lens (202) is n8, the condition of 1.7 ⁇ n8 or 1.75 ⁇ n8 ⁇ 2.1 may be satisfied.
  • the ninth lens (203) may be arranged between the eighth lens (202) and the tenth lens (204).
  • the ninth lens (203) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the ninth lens (203) may have positive (+) refractive power.
  • the ninth lens (203) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the ninth lens (203) is a glass material that is not injection molded.
  • the seventeenth surface (S25) and the eighteenth surface (S26) of the ninth lens (203) may be spherical.
  • the object-side 17th surface (S25) of the ninth lens (203) with respect to the optical axis (OA) may be convex, and the light source-side 18th surface (S26) may be convex.
  • the ninth lens (203) may have a convex shape on both sides.
  • the 17th surface (S25) and the 18th surface (S26) may be provided without a critical point from the optical axis (OA) to the end of the effective area.
  • the refractive index of the ninth lens (203) is n9, the condition of 1.6 ⁇ n9 or 1.7 ⁇ n9 ⁇ 2.1 may be satisfied.
  • a filter (211) may be placed between the ninth lens (203) and the tenth lens (204).
  • the filter (211) may be a band pass filter that passes a laser beam in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the optical filter may pass light having a wavelength corresponding to the laser beam transmitted from the transmission optical system of the lidar device and block light corresponding to the remaining ambient light.
  • the tenth lens (204) may be arranged between the ninth lens (203) and the eleventh lens (205).
  • the tenth lens (204) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the tenth lens (204) may have positive (+) refractive power.
  • the tenth lens (204) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the tenth lens (204) is a glass material that is not injection molded.
  • the nineteenth surface (S27) and the twentieth surface (S28) of the tenth lens (204) may be spherical.
  • the object-side 19th surface (S27) of the 10th lens (204) with respect to the optical axis (OA) may be convex, and the light-source-side 20th surface (S28) may be concave.
  • the object-side 19th surface (S27) of the 10th lens (204) with respect to the optical axis may be convex, and the light-source-side 20th surface (S28) may be concave.
  • the 10th lens (204) may have a meniscus shape with a concave light-source side.
  • the 10th lens (204) may have a meniscus shape with a convex object side.
  • the 19th surface (S27) and the 20th surface (S28) may be provided without critical points from the optical axis (OA) to the ends of the effective areas.
  • the refractive index of the 10th lens (204) is n10, the conditions of 1.4 ⁇ n10 or 1.5 ⁇ n10 ⁇ 1.8 may be satisfied.
  • the eleventh lens (205) may be arranged between the tenth lens (204) and the twelfth lens (206).
  • the eleventh lens (205) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the eleventh lens (205) may have positive (+) refractive power.
  • the eleventh lens (205) may include a plastic or glass material, and may be provided as a glass material, for example.
  • the eleventh lens (205) is a glass material that is not injection molded.
  • the twenty-first surface (S29) and the twenty-second surface (S30) of the eleventh lens (205) may be spherical.
  • the object-side 21st surface (S29) of the 11th lens (205) may be convex with respect to the optical axis (OA), and the light-source-side 22nd surface (S30) may be concave.
  • the object-side 21st surface (S29) of the 11th lens (205) may be convex with respect to the optical axis, and the light-source-side 22nd surface (S30) may be concave.
  • the 11th lens (205) may have a concave meniscus shape on the light-source side.
  • the 11th lens (205) may have a convex meniscus shape on the object side.
  • the 21st surface (S29) and the 22nd surface (S30) may be provided without critical points from the optical axis (OA) to the ends of the effective areas.
  • the refractive index of the 11th lens (205) is n11
  • the conditions of 1.7 ⁇ n11 or 1.8 ⁇ n11 ⁇ 2.1 may be satisfied.
  • the twelfth lens (206) may be arranged furthest from the object side.
  • the twelfth lens (206) may be arranged closest to the light source side.
  • the twelfth lens (206) may have positive (+) or negative (-) refractive power on the optical axis (OA).
  • the twelfth lens (206) may have positive (+) refractive power.
  • the ninth lens (203) may include a plastic or glass material, and may be, for example, a glass material.
  • the ninth lens (203) may be a glass mold lens having an aspherical surface and made of a glass material.
  • the glass mold lens may be manufactured by placing an optical glass ingot inside a mold having an aspherical shape and through a heating and compression process.
  • the twenty-third surface (S31) and the twenty-fourth surface (S32) of the twelfth lens (206) may be aspherical surfaces.
  • the object-side 23rd surface (S31) of the 12th lens (206) may be convex with respect to the optical axis (OA), and the light-source-side 24th surface (S32) may be concave.
  • the object-side 23rd surface (S31) of the 12th lens (206) may be convex with respect to the optical axis, and the light-source-side 24th surface (S32) may be concave.
  • the 12th lens (206) may have a meniscus shape in which the light-source side is concave.
  • the 12th lens (206) may have a meniscus shape in which the object side is convex.
  • the 23rd surface (S31) and the 24th surface (S32) may be provided without critical points from the optical axis (OA) to the ends of the effective areas.
  • the refractive index of the 12th lens (206) is n12
  • the conditions of 1.6 ⁇ n12 or 1.7 ⁇ n12 ⁇ 2.1 may be satisfied.
  • a cover glass (212) may be placed between the light source (400) and the sixth lens (106) that is positioned closest to the light source (400).
  • the cover glass (212) protects the upper portion of the light source (400) and may prevent a decrease in the reliability of the light source (400).
  • the cover glass (212) may be a protective glass.
  • the optical system (200) or sensor system may include a light source (400).
  • the light source (400) generates laser light with a wavelength ranging from 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the light source (400) may be implemented with an InGaAs/GaAs-based semiconductor diode laser and may emit high-power laser light.
  • the light source (400) may include a single emitter and/or multiple emitters.
  • the light source (400) generates laser light in the form of a line light source or a point light source.
  • the length (LsH) of the light source (400) is a maximum diagonal length, and the effective diameters of the seventh to twelfth lenses (201 to 206) may be greater than the length (LsH) of the light source (400).
  • each lens surface of the first to sixth lenses (101 to 106) may be symmetrical to the shape of each lens surface of the seventh to twelfth lenses (201 to 206). Accordingly, the reception efficiency of the laser light emitted from the transmitting optical system (200) after being reflected by an object may be increased by the receiving optical system (100).
  • FIG. 9 is a drawing showing an example of measuring an object in a vehicle having a sensor system of the invention
  • FIG. 10 is a drawing showing an example of surrounding surveillance in a vehicle having a sensor system of the invention.
  • a vehicle (502) having a sensor system includes a receiving optical system that projects laser light (501) generated by a light source toward a target scene, and a receiving optical system that receives light (503) reflected from the target or subject (510).
  • the sensor system also includes a lidar system, which typically includes a controller that calculates distance information to the subject (506) from the reflected light, and an element that can scan or provide a specific pattern of light, which may be a static pattern, within a desired range and field of view (FOV).
  • the transceiver optical system is used to convert the received signal light into measurements representing a point-by-point three-dimensional map of the surrounding environment within the range and FOV of the lidar system.
  • the receiving optics and signal processing for the LIDAR calculate range information based on measurements of the time of flight of the light pulses emitted from the light source. Furthermore, the scene is illuminated at a target plane associated with a specific range, and known information about the light beam profile based on the specific design of the source and projector system is used to determine positional information about the reflecting surfaces, thereby generating a complete x, y, z, or 3D picture of the scene.
  • the point-by-point 3D map of the surrounding environment represents a collection of measurement data representing positional information from all surfaces reflecting the light from the source to the receiver within the LIDAR system's field of view. In this way, a 3D representation of the object in the LIDAR system's field of view is obtained.
  • FIG. 500 Also shown is a schematic diagram illustrating the two-dimensional field of view and range requirements of a typical surround view LIDAR system (500) for a vehicle (502).
  • adaptive cruise control may require a field of view and range (504) with a narrower field of view compared to the side view "surround view” field of view and range (506), but with a long range requirement.
  • the sensor functions of a vehicle may be enabled by a combination of LIDAR, radar, cameras, and ultrasonic sensors. The combination of these sensor data to generate information about the surrounding environment is often referred to as "sensor fusion.”
  • LIDAR LIDAR
  • vehicle While the present invention describes a LIDAR system in the context of an automobile, where LIDAR is widely used for autonomous, self-driving, or driver-assisted vehicles, it should be understood that the embodiments can be applied to any vehicle.
  • Other types of vehicles include robots, tractors, trucks, airplanes, drones, boats, and ships.

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Abstract

본 실시예에 따른 수신 광학계는 광축을 따라 물체측에서 센서측으로 순차적으로 배치되는 제1 내지 제6렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제2 내지 제6렌즈 중 적어도 하나는 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 광축에서 인접한 렌즈 사이의 간격 중 상기 제2렌즈와 상기 제2렌즈의 중심 간격이 가장 크다.

Description

수신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치
실시예는 수신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템에 대한 것이다.
실시예는 라이다(LIDAR: Light detection and ranging)용 수신 광학계 및 이를 갖는 장치에 대한 것이다.
발명의 실시예는 라이다용 수신 광학계 및 시스템을 갖는 이동체에 관한 것이다.
ADAS(Advanced Driving Assistance System)란 운전자를 운전을 보조하기 위한 첨단 운전자 보조 시스템으로서, 전방의 상황을 센싱하고, 센싱된 결과에 기초하여 상황을 판단하고, 상황 판단에 기초하여 차량의 거동을 제어하는 것으로 구성된다. 예를 들어, ADAS 센서 장치는 전방의 차량을 감지하고, 차선을 인식한다. 이후 목표 차 선이나 목표 속도 및 전방의 타겟이 판단되면, 차량의 ESC(Electrical Stability Control), EMS(Engine Management System), MDPS(Motor Driven Power Steering) 등이 제어된다. 대표적으로, ADAS는 자동 주차 시스템, 저속 시내 주행 보조 시스템, 사각 지대 경고 시스템 등으로 구현될 수 있다.
최근 자율 주행 자동차에 대한 관심이 증대됨에 따라 그 핵심 부품인 라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging) 센서에 대한 수요가 커지고 있다. 현재 라이다는 고사양의 고가 차량용으로만 사용되고 있지만 제조비용의 절감으로 일반 차량용으로도 적용될 것으로 예상된다.
초소형 및 초경량 라이다 기술은 무인 이동기기의 센서로서 사용될 뿐만 아니라 지구지형 및 환경관측 등을 위한 위성 및 우주항공 분야, 무인자동차, 공장 및 조선소 등에서 활용되는 트랜스포터, 크레인, 로봇 등에 활용이 가능하고, 육상과 항공 및 해양 산업 분야의 통합적 접근을 통해 이동기기간 복합 또는 협력 운용 형태로도 등장할 전망이므로, 초소형 및 초경량 라이다를 구현하기 위한 초소형 및 초경량 라이다용 광학계의 개발이 시급한 상황이다.
실시예는 광학 특성이 향상된 수신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템 및 라이다 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 수신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템을 제공하고자 한다.
실시예는 열 보상 특성이 향상된 수신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 실시예에 따른 수신 광학계는 광축을 따라 물체측에서 센서측으로 순차적으로 배치되는 제1 내지 제6렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제2 내지 제6렌즈 중 적어도 하나는 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 광축에서 인접한 렌즈 사이의 간격 중 상기 제2렌즈와 상기 제2렌즈의 중심 간격이 가장 크다.
상기 광축에서 상기 제1렌즈는 양면이 오목한 형상을 갖고, 상기 광축에서 상기 제2렌즈는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 광축에서 상기 제4렌즈는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 갖고, 상기 광축에서 상기 제5렌즈는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 제2 내지 제6렌즈는 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이에 필터가 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제6렌즈 중 상기 제4렌즈의 유효경은 가장 크고, 상기 제1 내지 제6렌즈 중 상기 제6렌즈의 유효경이 가장 작을 수 있다.
상기 광축에서 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈의 중심 간격은 상기 제4렌즈의 중심 두께보다 클 수 있다.
상기 제1 내지 제6렌즈의 유효경의 크기는 이미지 센서의 최대 대각 길이보다 클 수 있다.
상기 제1 내지 제6렌즈 중 유효경이 가장 큰 렌즈에 인접하게 배치되는 필터를 포함할 수 있다.
아래의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 0.1 < F / TTL < 0.5 (상기 조건식에서 F는 상기 수신 광학계의 전체 초점 거리이고, TTL은 상기 수신 광학계의 전체 광축 길이이다.)
아래의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 1 < ┃F1┃ / F < 3 (상기 조건식에서 F1은 상기 제1렌즈의 초점 거리이고, F는 상기 수신 광학계의 전체 초점 거리이다.)
아래의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 0.5 < CA_L1 / CA_L2 < 1 (상기 조건식에서 CA_L1은 상기 제1렌즈의 유효경의 크기이고, CA_L2는 상기 제2렌즈의 유효경의 크기이다.)
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 실시예에 따른 라이다 장치는 이미지 센서와, 제1축을 따라 물체측에서 센서측으로 순차적으로 배치되는 제1 내지 제6렌즈를 포함하는 수신 광학계; 및 광원과, 제2광축을 따라 물체측에서 광원측으로 순차적으로 배치되는 제7 내지 제12렌즈를 포함하는 송신 광학계를 포함하고, 상기 제1 내지 제6렌즈 중 유효경이 가장 큰 렌즈에 인접하게 배치되는 제1필터를 포함하고, 상기 제7 내지 제12렌즈 중 유효경이 가장 큰 렌즈에 인접하게 배치되는 제2필터를 포함하고, 상기 광축에서 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈의 거리는 상기 제5렌즈와 상기 제6렌즈의 거리보다 크다.
상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제7렌즈는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제6렌즈는 유리 재질이고, 상기 제6렌즈의 물체측면 및 센서측면 중 적어도 하나는 비구면을 가질 수 있다.
상기 광축에서 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈는 양면이 볼록한 형상을 갖고, 상기 광축에서 제4 내지 제6렌즈는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
실시예에 의하면, 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 수신 광학계에서 밴드패스 필터의 위치를 조리개(stop) 근처에 위치시켜 필터로 입사되는 빛의 입사각을 최소화할 수 있다. 이에 따라 밴드패스 필터의 광 입사각에 따라 밴드패스 필터의 투과율 영역을 넓게 활용할 수 있다.
실시예에 의하면, 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 발명의 라이다 수신 광학계는 수신 광학계로부터 방출된 광의 추출 효율을 극대화할 수 있다.
발명의 라이다 수신 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 양호한 광학 성을 가질 수 있다. 자세하게, 수신 광학계에 포함된 복수의 렌즈들은 설정된 재질, 굴절력, 및 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따른 각 렌즈의 굴절률이 변화되고, 이로 인해 각 렌즈의 초점 거리가 변화할 경우, 글라스 몰드 렌즈와 글라스 렌즈에 의해 상호 보상할 수 있다. 즉, 수신 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 굴절력에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 저온 내지 고온의 온도 범위에서 광학 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 광학계 및 센서 시스템은 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 유지할 수 있다.
발명의 라이다 수신 광학계는 렌즈들은 설정된 두께, 굴절력 및 인접한 렌즈와의 간격을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계 및 센서 시스템은 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상도 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
실시예에 따른 수신 광학계 및 센서 시스템은 글라스 몰드 렌즈와 유리 렌즈의 혼합을 통해 설정된 화각을 만족하며 우수한 광학 특성을 구현할 수 있다. 이로 인해 광학계는 보다 슬림한 차량용 센서 시스템을 제공할 있다. 따라서, 광학계 및 센서 시스템은 다양한 어플리케이션 및 장치 등에 제공될 수 있고, 가혹한 온도 환경, 예를 들어 차량의 외부에 노출되거나 또는 여름철 고온의 차량 내부에서도 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 라이다의 수신 광학계의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 수신 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이다.
도 3은 도 1의 수신 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이다.
도 4은 도 1의 수신 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이다.
도 5는 도 1의 수신 광학계의 렌즈 특성을 수학식으로 나타낸 표이다.
도 6은 도 1의 수신 광학계에서 회절 MTF(Modulation Transfer Function)의 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 수신 광학계를 갖는 센서 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 8은 도 7의 센서 시스템의 일 실시예에 따른 송신 광학계를 나타낸 측 단면도이다.
도 9는 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서 물체를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 10는 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서의 주변 감시 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
발명의 설명에 있어서, “물체측 면”은 광축(OA)을 기준으로 물체측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, “센서측 면”은 광축을 기준으로 촬상 면(이미지 센서)을 향하는 렌즈의 면이며, “광원측 면”은 광축을 기준으로 광원을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. 렌즈의 일면이 볼록하다는 것은 광축 또는 근축 영역(Paraxial region)에서 볼록한 형상을 의미할 수 있고, 렌즈의 일면이 오목하다는 것은 광축 또는 근축 영역에서의 오목한 형상을 의미할 수 있다. 렌즈 데이터에 대한 표에 기재된 곡률 반경, 중심 두께, 렌즈 사이의 광축 간격은 광축에서의 값(단위, mm)을 의미할 수 있다. 수직 방향은 광축과 수직인 방향을 의미할 수 있고, 렌즈 또는 렌즈면의 끝단은 입사된 광이 통과하는 렌즈의 유효 영역의 끝단을 의미할 수 있다. 렌즈면의 유효경의 크기는 측정 방법 등에 따라 최대 ±0.4 mm 정도의 측정 오차를 가질 수 있다. 근축 영역이라 함은 광축 근처의 매우 좁은 영역을 의미하며, 광축(OA)으로부터 광선이 떨어지는 거리가 거의 0인 영역이다. 이하, 광축이라는 의미는 각 렌즈의 중심이거나 광축 근처의 매우 좁은 영역을 포함할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 라이다의 수신 광학계의 측 단면도이고, 도 2는 도 1의 수신 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이고, 도 3은 도 1의 수신 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이고, 도 4은 도 1의 수신 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이고, 도 5는 도 1의 수신 광학계의 렌즈 특성을 수학식으로 나타낸 표이고, 도 6은 도 1의 수신 광학계에서 회절 MTF(Modulation Transfer Function)의 데이터를 나타낸 그래프이다.
수신 광학계(100) 및 이를 갖는 센서 시스템은 차량 내부 또는 외부에 장착되어, 운전자 감시 또는 외부 물체나 차선을 센싱할 수 있다. 렌즈들의 재질은 유리 또는 플라스틱이 선택될 수 있으며, 선팽창 계수는 유리 재질이 플라스틱 재질보다 작다. 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화되는 것을 억제하기 위해 유리 재질의 렌즈를 채용하고 있다. 그러나, 구면의 유리 렌즈들로 광학계를 구성할 경우, 렌즈 매수를 줄이는 데 한계가 있고, 사이즈 감소 및 중량 경감에 한계가 있다.
본 실시예의 수신 광학계(100)는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 여기서, 구면 렌즈는 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나가 구면인 렌즈이다. 비구면 렌즈는 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나가 비구면인 렌즈이다. 수신 광학계(100)는 구면의 유리 렌즈와 비구면의 유리 렌즈를 포함할 수 있다. 또한 비구면 렌즈를 채용하므로, 광학계(100)는 전체 길이(TTL)이 줄어들 수 있고, 비구면 렌즈로 인해 구면 수차, 색 수차와 같은 다양한 수차에 대해 양호한 보정이 가능할 수 있다. 또한 비구면 렌즈들은 주변부의 왜곡 부분을 최소화시켜 줄 수 있다.
광학계(100)는 n개의 렌즈를 포함할 수 있으며, n 번째 렌즈는 이미지 센서(300)에 인접한 마지막 렌즈이며, n-1번째 렌즈는 마지막 렌즈에 가장 인접한 렌즈일 수 있다. n은 2 이상의 정수이며, 예컨대 6 내지 8 범위일 수 있다. n개의 렌즈에서 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 비율은 5:1 또는 6:1 일 수 있다.
수신 광학계(100)는 첫번째 렌즈가 유리 재질의 렌즈들로 이루어질 수 있다. 유리 재질은 외부 온도 변화에 따른 팽창과 수축 변화량이 적고, 표면이 잘 긁히지 않아 표면 손상을 방지할 수 있다. 이에 따라 광학계(100)에서 물체측 렌즈들은 구면 렌즈이고, 센서측 렌즈(들)은 비구면 렌즈로 배치할 수 있다.
광학계(100) 내에서 이미지 센서(300)에 가장 가까운 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 이미지 센서(300)에 가장 가까운 적어도 한 매의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 광학계(100)에서 n번째 또는 n-1 번째 렌즈들은 비구면 렌즈로 배치되므로, 이미지 센서(300)에 입사하는 광들에 대해 다양한 경로를 형성할 수 있다. 비구면 렌즈는 유리 재질이 사출 성형된 글라스 몰드일 수 있다.
광학계(100) 내에서 물체에 가장 가까운 적어도 두 매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 물체에 가장 가까운 2매 이상의 렌즈 예컨대, 2매 내지 5매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 유리 재질의 렌즈들이 온도 변화에 따른 수축과 팽창의 변화율이 플라스틱 재질보다 작으므로, 렌즈 배럴 내에서 외부에 인접한 영역에 유리 재질의 렌즈들을 배치할 수 있다.
각 렌즈는 물체측 면과 센서측 면을 가질 수 있다. 렌즈들은 물체측 구면과 센서측 구면의 렌즈와, 물체측 비구면과 센서측 비구면의 렌즈를 포함할 수 있다. 광학계는 비구면의 렌즈 매수는 구면 렌즈 매수보다 작을 수 있다. 광학계(100)는 비구면의 렌즈들을 이미지 센서(300)에 인접하게 배치하므로, 다양한 수차를 보정할 수 있다. 구면 렌즈들은 유리 재질이며, 비구면 렌즈들은 글라스 몰드 재질일 수 있다.
광학계(100)의 렌즈들 중에서 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있으며, 최대 아베수를 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있다. 이에 따라 최대 굴절률을 갖는 렌즈가 물체 측에 배치되므로, 두 번째 이후의 렌즈의 곡률 반경의 변경이 용이하고 중심 두께를 증가시켜 줄 수 있다.
광학계(100) 내에서 최대 유효경을 갖는 렌즈는 광학계(100)의 중심 영역에 위치하며, 유리 재질이며 구면 렌즈일 수 있다. 광학계(100) 내에서 최소 유효경을 갖는 렌즈는 센서측에 가장 가까운 렌즈 사이에 위치하며, 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈일 수 있다. 또한 비구면 렌즈들의 유효경 평균은 구면 렌즈들의 유효경 평균보다 작을 수 있다. 여기서, 렌즈의 유효경은 각 렌즈의 물체측 면의 유효경과 광원측 면의 유효경의 평균 값이다.
렌즈들(101~106) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 유효 영역은 렌즈들 각각에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 유효한 영역 또는 유효경으로 정의될 수 있다. 비유효 영역은 유효 영역의 둘레에 배치될 수 있다. 비유효 영역은 복수의 렌즈들에서 유효한 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 비유효 영역은 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 비유효 영역의 단부는 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다.
광학계(100)의 렌즈들 중에서 최대 중심 두께를 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있고, 최대 에지 두께를 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있다. 이에 따라 다양한 수차를 보정할 수 있고, 주변부까지 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
광학계(100) 내에서 TTL(Total top length)는 ImgH 보다 8배 초과 예컨대, 8배 초과 및 12배 이하일 수 있다. TTL(Total track length )은 첫 번째 렌즈의 물체측 면의 중심으로부터 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리이다. ImgH는 이미지 센서(300)의 중심에서 대각선 끝단까지의 거리의 2배이거나 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이이다. 또한 광학계(100) 내에서 각각의 렌즈의 유효경은 이미지 센서(300)의 대각선 길이보다 클 수 있다.
광학계(100) 내에서 유효 초점 거리(EFL)는 8mm 이상 및 12mm 이하를 만족할 수 있다. 광학계(100)의 화각(FOV)은 10도 이상 및 30도 이하를 만족할 수 있다. 이를 통해, 차량용 센서 시스템에서 표준 수신 광학계로 제공할 수 있다. 예컨대, 실시예에 따른 수신 광학계 및 센서 시스템은 차량 실내 또는 실외에 구비되는 ADAS(Advanced Driving Assistance System)용 센싱 장치에 적용될 수 있다.
광학계(100)는 TTL/ImgH의 조건이 4 초과 예컨대, 4초과 10미만 범위일 수 있다. 이에 따라 광축(OA)을 따라 각 렌즈의 중심 두께는 증가시키고 이미지 센서(300)의 사이즈는 줄여줄 수 있어, 차량용 렌즈 광학계를 제공할 수 있다. 또한 차량용 카메라에 사용되기 위해 자동차용 전장부품의 온도 신뢰성 평가기준이 되는 온도 범위 즉, -40℃ 내지 +120℃에서 온도 보정이 적용되어야 한다.
즉, 온도의 변화에 따라 렌즈가 팽창하거나 수축할 때에도 렌즈의 초점이 설정 범위 이내를 유지하도록 렌즈를 구성하여야 한다. 전체 유효 초점거리(EFL)가 15 mm 이하 예컨대, 5 mm 내지 15 mm 범위 또는 8 mm 내지 12 mm 범위가 되고 전술한 온도 보정이 가능한 유리 재질의 렌즈들로 구성할 수 있다.
광학계(100) 내에서 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수 보다 많을 수 있다. 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 전체 렌즈 매수에 비해 60% 이상일 수 있다. 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈들의 굴절률 평균은 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈들의 평균 보다 클 수 있다. 이에 따라 양(+)의 굴절력를 갖는 렌즈들의 분산 값은 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈들의 분산 값보다 클 수 있다. 이러한 광학계(100)는 유리재질의 구면 렌즈와 비구면 렌즈가 혼합되므로, 각종 수차를 보정할 수 있어, 광학 성능 저하를 방지할 수 있다.
광학계(100) 내에서 물체측에 가장 가까운 렌즈의 유효경은 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈의 유효경 보다 클 수 있다. 이에 따라 광학계의 밝기를 제어할 수 있다. 각 렌즈들의 유효경 크기를 제어함으로써, 광학계(100)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 광학계(100)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
광학계(100)는 광축(OA)을 따라 물체측에서 센서측을 향해 정렬된, 제1렌즈(101), 제2렌즈(102), 제3렌즈(103), 제4렌즈(104), 제5렌즈(105) 및 제6렌즈(106) 를 포함할 수 있다. 제1 내지 제6렌즈(101,102,103,104,105,106)는 렌즈부로 정의할 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 광학계(100) 내에서 광축(OA)을 기준으로 최소 곡률 반경을 갖는 렌즈면은 구면들 중 제6렌즈(106)의 물체측 면일 수 있다. 광학계(100) 내에서 최대 곡률 반경을 갖는 렌즈 면은 구면들 중 제3렌즈(103)의 물체측 및 센서측 면일 수 있다. 렌즈들의 곡률 반경을 조절할 경우, 인접한 렌즈 면과 렌즈 면 사이의 난반사를 방지하여 렌즈 고스트를 저감시켜 줄 수 있고, 또한 렌즈 고스트에 의한 (MPI: Multi-path interference)를 방지할 수 있다.
광학계(100) 또는 센서 시스템은 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(300)는 광을 감지하고 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이미지 센서(300)는 렌즈들을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 이미지 센서(300)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등 입사되는 광을 감지할 수 있는 소자를 포함할 수 있다.
여기서, 이미지 센서(300)의 길이는 광축(OA)에 직교하는 대각선 방향의 최대 길이이며, 여기서, 이미지 센서(300)의 길이보다 큰 유효경을 갖는 렌즈 매수는 4매 내지 6매이며, 이미지 센서(300)의 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈 매수는 없을 수 있다.
광학계(100)는 필터(111)을 포함할 수 있으며, 필터(111)은 렌즈부 내에 배치될 수 있다. 필터(111)는 수신 광학계에 입사하는 레이저 빔을 투과시키고 다른 파장의 빔은 차단할 수 있다. 투과되는 레이저 빔은 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm일 수 있다.
필터(111)와 이미지 센서(300) 사이에는 적어도 3매의 렌즈가 배치될 수 있다. 예컨대, 제4,5,6 렌즈(104,105,106)는 필터(111)와 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 필터(111)와 이미지 센서(300) 사이에는 비구면 렌즈가 배치될 수 있다. 필터(111)는 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm의 레이저 빔을 통과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다. 필터(111)는 라이다 장치의 송신 광학계에서 송신한 레이저 빔에 대응하는 파장의 빛은 통과시키고, 나머지 주변광에 해당하는 빛은 차단시킬 수 있다.
필터(111)는 렌즈들 중 서로 다른 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 필터(111)는 제3렌즈(103)와 제4렌즈(104) 사이에 배치될 수 있다. 필터(111)와 제3렌즈(103) 사이의 간격(CG3-1)와 필터(111)와 제4렌즈(104) 사이의 간격(CG3-2)는 인접한 렌즈 사이의 간격들 중 가장 작을 수 있다. 제3렌즈(103)과 제4렌즈(104) 사이의 중심 간격(CG3)은 필터(111)의 두께보다 클 수 있다. 제3렌즈(103)과 제4렌즈(104) 사이의 중심 간격은 제3렌즈(103)와 필터(111) 사이의 간격, 필터(111)의 중심 두께 및 필터(111)와 제4렌즈(104) 사이의 간격의 합과 같다.
커버 글라스(112)는 제6렌즈(106)와 이미지 센서(300) 사이에 배치되며, 이미지 센서(300)의 상부를 보호하며 이미지 센서(300)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 커버 글라스(112)는 제거될 수 있다. 커버 글라스(112)는 보호 글라스일 수 있다.
광학계(100)는 조리개(ST: Stop)를 포함할 수 있다. 조리개(ST)는 광학계(100)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 조리개(ST)는 제1렌즈(101)와 제2렌즈(102) 사이에 배치될 수 있다. 조리개(ST)는 구면의 제1렌즈(101)와 구면의 제2렌즈(102) 사이에 배치될 수 있다. 조리개(ST)는 제1렌즈(101)의 센서측 구면과 제2렌즈(102)의 물체측 구면 사이에 배치될 수 있다. 조리개(ST)는 제1렌즈(101)와 필터(111) 사이에 배치될 수 있다.
조리개(ST)가 배치된 렌즈 면은 광학계(100)의 광량을 보다 효율적으로 조절하고 가이드하기 위함이다. 조리개(ST)가 제1렌즈(101)의 센서측 면에 배치될 수 있다. 조리개(ST)는 제2렌즈(102)의 물체측 면에 배치될 수 있다. 또는, 복수의 렌즈들 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈 예컨대, 제1렌즈(101)의 물체측 면 또는 센서측 면이 조리개 역할을 수행할 수 있다.
광학계(100)에서 렌즈들의 굴절률 합은 8.0 이상 예컨대, 8.0 내지 12.0 범위이며, 굴절률 평균은 1.70 내지 1.80 범위일 수 있다. 렌즈들 각각의 아베수 합은 220 이하 예컨대, 150 내지 220 범위이며, 아베수의 평균은 50 이하 예컨대, 25 내지 50 범위일 수 있다. 광학계(100) 내에서 렌즈들의 굴절률을 조절하여, -45 내지 120도까지의 온도 변화에 대한 광학 성능의 저하를 방지하며 열 보상을 최적화할 수 있다. 또한 아베수를 조절하여, 입사 광의 스팟(spot) 사이즈의 편차를 최소화 즉, 스팟 다이아그램 사이즈를 최소화할 수 있다.
전체 렌즈의 중심 두께 합은 20mm 이상 예컨대, 25mm 내지 35mm 범위이며 중심 두께들의 평균은 5.5mm 이하 예컨대, 4.8mm 내지 5.3mm 범위일 수 있다. 광축(OA)에서의 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합은 15 mm 이상 예컨대, 15 mm 내지 20 mm 범위이고 렌즈의 중심 두께 합보다 클 수 있다. 여기서, 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합은 제1렌즈(101)와 제2렌즈(102)의 중심 간격(CG1), 제2렌즈(102)와 제3렌즈(103)의 중심 간격(CG2), 제3렌즈(103)와 필터(111)의 중심 간격(CG3-1), 필터(111)와 제4렌즈(104)의 중심 간격(CG3-2), 제4렌즈(104)와 제5렌즈(105)의 중심 간격(CG4) 및 제5렌즈(105)와 제6렌즈(106)의 중심 간격(CG5)의 합을 의미할 수 있다.
광학계(100)의 각 렌즈 면들의 유효 경의 평균 값은 20mm 이하 예컨대, 10mm 내지 20mm 범위로 제공할 수 있다. 광학계(100) 내에서 각 렌즈들의 두께를 조절하여, -45 내지 120도까지의 온도 변화에 대한 광학 성능의 저하를 방지하며 열 보상을 최적화할 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계에서 화각은 10도 초과 예컨대, 15도 이상 예컨대, 15±10도의 범위일 수 있다. 광학계 또는 카메라 모듈의 F 넘버는 1이하, 예컨대, 0.7 내지 1 범위 또는 0.7 내지 0.9 범위일 수 있다. 이미지 센서(300)의 대각선 길이는 6.041mm±0.5mm일 수 있다. 본 실시예에 따른 광학계에서 유리 렌즈들을 적층하여 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화하는 것을 억제할 수 있고, 비구면 렌즈를 제공하여 다양한 수차를 보정하는 차량용 라이다 장치로 제공할 수 있다.
본 실시예는 라이다 장치에 적용되는 광학계이므로, 제1렌즈(101)가 유리 재질로 제공할 수 있다. 이는 유리 재질이 플라스틱 재질 대비 스크래치에 강하고 외부 온도에 민감하지 않은 장점을 갖고 있다. 차량 내부에 배치되거나 이물질에 의한 스크래치를 보다 효과적으로 방지하기 위해 유리 렌즈를 제1렌즈(101)로 사용하고, 라이다 장치는 차량운행 시 물체까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성을 감지할 수 있다. 이러한 라이다 장치는 첨단운전자 지원시스템(ADAS)용으로 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계(100)는 광의 경로를 변경하기 위한 반사 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 반사부재는 입사 광을 렌즈들 방향으로 반사하는 프리즘으로 구현될 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 광학계를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 본 실시예에 따른 광학계에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 광학계(100)는 제1렌즈(101) 내지 제6렌즈(106)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제6렌즈들(101~106)은 광학계(100)의 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 물체의 정보에 해당하는 광은 제1렌즈(101) 내지 제3렌즈(103), 필터(155), 제4렌즈(104) 내지 제6렌즈(106) 및 커버 글라스(112)를 통과하여 이미지 센서(300)에 입사될 수 있다. 조리개(ST)는 제1렌즈(101)의 센서측 면의 둘레에 배치될 수 있다.
제1렌즈(101)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1렌즈(101)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 제1렌즈(101)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 유리 재질일 수 있다. 유리 재질의 제1렌즈(101)는 주변 환경에 따른 온도 변화에 따른 중심 위치와 곡률반경 등의 변화를 줄여줄 수 있으며, 광학계(100)의 입사측 면을 보호할 수 있다. 제1렌즈(101)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다.
광축을 기준으로 제1렌즈(101)의 물체측 제1면(S1)은 오목하며, 센서측 제2면(S2)은 오목할 수 있다. 제1렌즈(101)는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 제1면(S1) 및 제2면(S2)는 구면을 가질 수 있다. 제1렌즈(101)의 제1면(S1) 및 제2면(S2)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단 즉, 에지까지 임계점(Critical point) 없이 제공될 수 있다.
제1렌즈(101)의 굴절률이 n1인 경우, 1.8 < n1 또는 1.75 < n1 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다. 제1렌즈(101)의 굴절률(n1)이 다른 렌즈들에 비해 높으므로, 제1렌즈(101)의 제1면(S1)의 곡률 반경의 커질 수 있으며, 렌즈 제작이 용이할 수 있다. 제1렌즈(101)의 굴절률(n1)이 조건보다 작은 경우, 제1,2 렌즈(101,102)의 굴절력을 증가시켜 주기 위해 렌즈 면을 급격하게 오목하거나 볼록하게 형성해야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 용이하지 않고 렌즈 불량률도 높아지고 수율 저하의 원인이 될 수 있다.
조리개(STOP)는 제1렌즈(101)의 센서측 제2면(S2)의 둘레에 배치될 수 있다. 조리개(STOP)는 광학계(100)에서 출사되는 광량을 조절할 수 있다. 조리개(STOP)는 화각 범위 내에서 TTL을 줄여줄 수 있고, 광학계의 소형화가 가능하다. 이에 따라, 광학계의 중량별 수율(yield by weight)의 저하를 방지하고, 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 화각을 10도 내지 30도에서 TTL을 줄여 광학계를 소형화할 수 있다.
제2렌즈(102)는 제1렌즈(101)와 제3렌즈(103) 사이에 배치될 수 있다. 제2렌즈(102)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제2렌즈(102)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제2렌즈(102)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공 될 수 있다. 제2렌즈(102)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제2렌즈(102)의 제3면(S3) 및 제4면(S4)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제2렌즈(102)의 물체 측 제3면(S3)은 볼록하며, 센서 측 제4면(S4)은 볼록할 수 있다. 제2렌즈(102)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 제3면(S3) 및 제4면(S4)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제2렌즈(102)의 굴절률이 n2인 경우, 1.7 < n2 또는 1.75 < n2 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
제3렌즈(103)는 제2렌즈(102)와 제4렌즈(104) 사이에 배치될 수 있다. 제3렌즈(103)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3렌즈(103)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3렌즈(103)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 제3렌즈(103)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제3렌즈(103)의 제5면(S5) 및 제6면(S6)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제3렌즈(103)의 물체 측 제5면(S5)은 볼록하며, 센서 측 제6면(S6)은 볼록할 수 있다. 제3렌즈(103)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 제5면(S5) 및 제6면(S6)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제3렌즈(103)의 굴절률이 n3인 경우, 1.6 < n3 또는 1.7 < n3 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
제3렌즈(103)와 제4렌즈(104) 사이에 필터(111)가 배치될 수 있다. 필터(111)는 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm의 레이저 빔을 통과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다. 광학 필터는 라이다 장치의 수신 광학계에서 송신한 레이저 빔에 대응하는 파장의 빛은 통과시키고, 나머지 주변광에 해당하는 빛은 차단시킬 수 있다.
제4렌즈(104)는 제3렌즈(103)와 제5렌즈(105) 사이에 배치될 수 있다. 제4렌즈(104)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제4렌즈(104)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있 다. 제4렌즈(104)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 제4렌즈(104)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제4렌즈(104)의 제7면(S7) 및 제8면(S8)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제4렌즈(104)의 물체 측 제7면(S7)은 볼록하며, 센서 측 제8면(S8)은 오목할 수 있다. 광축을 기준으로 제4렌즈(104)의 물체측 제7면(S7)은 볼록하며, 센서측 제8면(S8)은 오목할 수 있다. 제4렌즈(104)는 센서측이 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제4렌즈(104)는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제7면(S7) 및 제8면(S8)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제4렌즈(104)의 굴절률이 n4인 경우, 1.4 < n4 또는 1.5 < n4 < 1.8의 조건을 만족할 수 있다.
제5렌즈(105)는 제4렌즈(104)와 제6렌즈(106) 사이에 배치될 수 있다. 제5렌즈(105)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제5렌즈(105)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있 다. 제5렌즈(105)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 제5렌즈(105)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제5렌즈(105)의 제9면(S9) 및 제10면(S10)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제5렌즈(105)의 물체 측 제9면(S9)은 볼록하며, 센서 측 제10면(S10)은 오목할 수 있다. 광축을 기준으로 제5렌즈(105)의 물체측 제9면(S9)은 볼록하며, 센서측 제10면(S10)은 오목할 수 있다. 제5렌즈(105)는 센서측이 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제5렌즈(105)는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제9면(S9) 및 제10면(S10)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제5렌즈(105)의 굴절률이 n5인 경우, 1.7 < n5 또는 1.8 < n5 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
제6렌즈(106)는 물체측에서 가장 멀리 배치될 수 있다. 제6렌즈(106)는 센서측에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 제6렌즈(106)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제6렌즈(106)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3렌즈(103)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질일 수 있다. 제3렌즈(103)는 비구면을 갖고 유리 재질로 이루어지는 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈일 수 있다. 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈는 비구면 모양이 될 금형 내부에 광학 유리 잉곳을 넣고 가열 및 압축 과정을 통해 제작될 수 있다. 제6렌즈(106)의 제11면(S11) 및 제12면(S12)은 비구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제6렌즈(106)의 물체 측 제11면(S11)은 볼록하며, 센서 측 제12면(S12)은 오목할 수 있다. 광축을 기준으로 제6렌즈(106)의 물체측 제11면(S11)은 볼록하며, 센서측 제12면(S12)은 오목할 수 있다. 제6렌즈(106)는 센서측이 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제6렌즈(106)는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제11면(S11) 및 제12면(S12)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제6렌즈(106)의 굴절률이 n6인 경우, 1.6 < n6 또는 1.7 < n6 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
이미지 센서(300)와 가장 인접하게 배치되는 제6렌즈(106)과 이미지 센서(300) 사이에 커버 글라스(112)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(112)는 이미지 센서(300)의 상부를 보호하며 이미지 센서(300)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 커버 글라스(112)는 보호 글라스일 수 있다.
이미지 센서(300)는 렌즈들을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 이미지 센서(300)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등 입사되는 광을 감지할 수 있는 소자를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 실시예 광학계의 렌즈 데이터의 예이다. 도 2와 같이, 제1 내지 제6렌즈(101-106)의 광축(OA)에서의 곡률 반경(Radius of Curvature), 렌즈의 중심 두께(Thickness), 렌즈들 사이의 중심 간격(distance), d-line에서의 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe's Number) 및 유효반경(Semi-Aperture)의 크기를 설정할 수 있다.
제1 내지 제6렌즈(101-106)의 중심 두께는 CT1~CT6으로 나타내며, 각 렌즈의 유효 영역의 끝단인 에지 두께는 ET1~ET6으로 나타내며, 인접한 두 렌즈 사이의 중심 간격(Center gap)은 CG1~CG5으로 나타낸다. 제3렌즈(103)와 제4렌즈(104) 사이에 필터(111)가 배치되므로, 제3렌즈(103)와 필터(111)의 중심 간격을 CG3-1로 정의하고, 필터(111)와 제4렌즈(104) 사이의 중심 간격을 CG3-2로 정의한다.
제1 내지 제6렌즈(101-106)는 하기 조건을 만족할 수 있다.
조건1: CT1 < CT6 < CT2 < CT3 < CT4 < CT5
조건2: ET3 < ET6 < ET4 < ET2 < ET5 < ET1
조건3: CG3-1 = CG3-2 = CG4 < CG1 < CG5 < CG2
제5렌즈(105)의 중심 두께(CT5)는 렌즈들 중에서 최대이며, 제1렌즈(101)의 중심 두께(CT1)는 렌즈들 중에서 최소이다. 최대 중심 두께는 최소 중심 두께의 2배 이상 예컨대, 2.5배 이상일 수 있으며, 최대 중심 두께와 최소 중심 두께의 차이는 4 mm 이상일 수 있다.
인접한 렌즈들 사이의 중심 간격(CG)를 설명하면, 제2렌즈(102) 및 제3렌즈(103) 사이의 중심 간격(CG2)은 최대이며, 제3렌즈(103)와 필터(111) 사이의 중심 간격(CG3-1), 필터(111)와 제4렌즈(104) 사이의 중심 간격(CG3-2) 및 제4렌즈(104)와 제5렌즈(105) 사이의 중심 간격(CG4)은 최소일 수 있다. 여기서, 최대 중심 간격과 최소 중심 간격의 차이는 6mm 이상 예컨대, 8mm 내지 10mm 범위일 수 있다.
유효경에 대해 설명하면, 최대 유효경을 갖는 렌즈는 제4렌즈(104)일 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈는 유리 재질의 구면 렌즈일 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 제4렌즈(104)의 제7면(S7)일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈는 센서측에 가장 인접하게 배치되는 제6렌즈(106)일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈 면은 제6렌즈(106)의 제12면(S12)일 수 있다.
제1렌즈(101)의 유효경은 제2렌즈(102)의 유효경보다 작을 수 있다. 제2렌즈(102)의 유효경은 제3렌즈(103)의 유효경보다 작을 수 있다. 제3렌즈(103)의 유효경은 제4렌즈(104)의 유효경보다 작을 수 있다. 제4렌즈(104)의 유효경은 제5렌즈(105)의 유효경보다 클 수 있다. 제5렌즈(105)의 유효경은 제6렌즈(106)의 유효경보다 클 수 있다.
제1렌즈(101)의 물체측면의 곡률반경의 절대값과 센서측면의 곡률반경의 절대값은 동일할 수 있다. 제2렌즈(102)의 물체측면의 곡률반경과 센서측면의 곡률반경은 동일할 수 있다. 제3렌즈(103)의 물체측면의 곡률반경과 센서측면의 곡률반경은 동일할 수 있다. 이를 통해, 렌즈의 물체측면과 센서측면의 형상 및 곡률반경이 동일하므로 렌즈 조립이 용이하고, 수율을 증가시킬 수 있다.
제2렌즈(102) 내지 제6렌즈(106)는 모두 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1 내지 제6렌즈(101~106)의 초점 거리의 절대값은 물체측에서 센서측으로 갈수록 커질 수 있다. 제1렌즈(101)의 초점 거리의 절대값이 가장 작고, 제6렌즈(106)의 초점 거리의 절대값이 가장 클 수 있다. 이에 따라 광학계에서 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성 등을 가질 수 있고, 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
도 3는 본 실시예의 광학계(100)의 유효초점 거리(F), TTL(Total track length)(mm), BFL(Back focal length), 입사동(EPD), ImgH, 유효경(CA), 각 렌즈들의 중심 두께들의 합(ΣCT), 인접한 렌즈들 간의 중심 간격들의 합(ΣCG), 각 렌즈들의 에지 두께, 각 렌즈들의 에지 두께들의 합(ΣET), TTL(mm), 아베수의 합(ΣAbbe), 굴절률의 합(ΣIndex), 제1면(S1)에서 제12면(S12)까지의 광축 거리인 TD(mm) 조리개(STOP)에서 제12면(S12)까지의 광축 거리인 SD(mm), 화각(FOV), 에지 두께(ET), F 넘버 등에 대한 것이다.
도 4와 같이, 본 실시예의 렌즈들 중 제6렌즈(106)의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제6렌즈(106)의 물체측 면과 광원측 면은 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면일 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
도 6은 도 1의 광학계에서 상온에서의 회절(Diffraction) MTF(Modulation transfer function)를 나타낸 그래프로서, 공간 주파수(spatial frequency)에 따른 휘도 비(modulation)를 나타낸 그래프이다. x축은 렌즈의 중앙에서 가장자리까지의 거리를 의미하고, y축은 렌즈의 해상도를 0에서 1 사이의 값으로 표현한 것이다. 도 4와 같이, 본 발명의 제1실시예에서 MTF 그래프의 곡선이 렌즈의 중심 영역에서 1에 근접한 것으로 보아, 양호한 광학 성능을 가짐을 알 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계(100)는 이하에서 설명되는 수학식들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 광학계(100)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 광학계(100)가 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 광학계(100)는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 광학계(100)는 향상된 해상력을 가질 수 있다. 또한, 수학식들에 기재된 렌즈의 광축(OA)에서의 두께, 인접한 렌즈들의 광축(OA)에서의 간격이 의미하는 것은 상기에 개시된 실시예를 참조할 수 있다.
[수학식 1]
0.1 < F / TTL < 0.5
수학식 1는 광학계(100)의 전체 초점 거리(F)와 전체 광축 길이(TTL)를 설정할 수 있다. 이에 따라 운전자 지원시스템용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 1는 본 실시예에서 바람직하게, 0.1 < F / TTL < 0.3를 만족할 수 있다. 수학식 1을 만족할 경우, 광학계(100)는 설정된 TTL 범위에서 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 저온에서 고온으로 온도가 변화함에도 적절한 초점 거리를 유지하며 결상이 될 수 있는 광학계를 제공한다. 수학식 1의 하한치 미만인 경우, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지며, 수학식 1의 상한치 초과인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다.
[수학식 2]
5 < TTL / ImgH < 10
수학식 2는 광학계의 전체 광축 길이(TTL)와 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이(ImgH)를 설정할 수 있다. 수학식 2를 만족할 경우, 광학계(100)는 차량용 이미지 센서(300)의 적용을 위한 TTL을 가질 수 있어, 보다 개선된 화질을 제공할 수 있다. 수학식 2의 하한치 미만인 경우, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지며, 수학식 2의 상한치 초과인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다. 수학식 2는 본 실시예에서 바람직하게, 7 < TTL / ImgH < 9를 만족할 수 있다.
[수학식 3]
1 < ┃F1┃ / F < 3
수학식 3에서 F1는 제1렌즈(101)의 초점 거리이고, F는 광학계의 유효 초점 거리이다. 수학식 3을 만족할 경우, 광학계(100)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 수학식 3의 하한치 미만인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다. 수학식 3의 상한치 초과인 경우, 제1렌즈(101)의 영향력이 전체 광학계에서 작아지고, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지는 문제가 있다. 본 실시예에서 수학식 3은 바람직하게, 1 < ┃F1┃ / F < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
1 < F2 / F < 5
수학식 4에서 F2는 제2렌즈(102)의 초점 거리이고, F는 광학계의 유효 초점 거리이다. 수학식 4을 만족할 경우, 광학계(100)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 수학식 4의 하한치 미만인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다. 수학식 4의 상한치 초과인 경우, 조리개(STOP)와 인접하게 배치되는 제2렌즈(102)의 영향력이 전체 광학계에서 작아지고, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지는 문제가 있다. 본 실시예에서 수학식 4은 바람직하게, 3 < F2 / F < 4를 만족할 수 있다.
[수학식 5]
3 < F6 / F < 7
수학식 5에서 F6는 제6렌즈(106)의 초점 거리이고, F는 광학계의 유효 초점 거리이다. 수학식 5을 만족할 경우, 광학계(100)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 수학식 5의 하한치 미만인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다. 수학식 5의 상한치 초과인 경우, 이미지 센서(300)에 가장 인접하게 배치되는 제6렌즈(106)의 영향력이 전체 광학계에서 작아지고, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지는 문제가 있다. 본 실시예에서 수학식 5은 바람직하게, 5 < F6 / F < 6를 만족할 수 있다.
[수학식 6]
0.1 < F / EPD < 1
수학식 6은 광학계(100)의 전체 초점 거리(F)와 입사동의 직경(유효개구, EPD) 크기를 설정할 수 있다. 수학식 6을 만족할 경우, 촬영에 적합한 밝기의 영상을 제공할 수 있고, 이미지 센서에 많은 빛을 수광할 수 있다. 수학식 6은 본 실시예에서 바람직하게, 0.7 < F / EPD < 0.9를 만족할 수 있다.
[수학식 7]
2 < F3 / F < 5
수학식 7에서 F3는 제3렌즈(103)의 초점 거리이고, F는 광학계의 유효 초점 거리이다. 수학식 7을 만족할 경우, 광학계(100)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 수학식 7의 하한치 미만인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다. 수학식 7의 상한치 초과인 경우, 제3렌즈(103)의 영향력이 전체 광학계에서 작아지고, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지는 문제가 있다. 본 실시예에서 수학식 7은 바람직하게, 3 < F3 / F < 4.5를 만족할 수 있다.
[수학식 8]
3 < F5 / F < 6
수학식 8에서 F5는 제5렌즈(105)의 초점 거리이고, F는 광학계의 유효 초점 거리이다. 수학식 8을 만족할 경우, 광학계(100)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 수학식 8의 하한치 미만인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다. 수학식 8의 상한치 초과인 경우, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지는 문제가 있다. 본 실시예에서 수학식 8은 바람직하게, 4 < F5 / F < 5를 만족할 수 있다.
[수학식 9]
0.1 < CG1 / CG2 < 0.5
수학식 9에서 CG1은 제1렌즈(101)와 제2렌즈(102) 사이의 중심 간격을 의미하고, CG2는 제2렌즈(102)와 제3렌즈(103) 사이의 중심 간격을 의미한다. 수학식 9를 만족할 경우, 렌즈들 사이의 최대 중심 간격인 제2렌즈(102)와 제3렌즈(103) 사이의 중심 간격을 광학계(100) 내에 적절하게 설계하여 제2렌즈(102)의 크기가 증가되는 것을 억제할 수 있다. 수학식 9는 본 실시예에서 바람직하게, 0.1 < CG1 / CG2 < 0.3를 만족할 수 있다.
[수학식 10]
0.5 < CA_L1 / CA_L2 < 1
수학식 10는 제1렌즈(101)의 유효경의 크기(CA_L1)와 제2렌즈(102)의 유효경의 크기(CA_L2)의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 10를 만족할 경우, 조리개(STOP)에 인접하게 배치되는 제1렌즈(101)와 제2렌즈(102)의 유효경을 적절하게 설계하여 조리개(STOP)를 통과하는 광의 화각을 적절히 설정할 수 있다. 수학식 10의 하한치 미만인 경우, 광학계(100)에 배치되는 렌즈의 유효경이 커지게 되고, 이로 인해 TTL 이 길어지게 되는 문제가 있다. 수학식 10의 상한치 초과하는 경우, 광학계(100)에서 만족하는 화각보다 지나치게 커지게 되는 문제가 있다. 본 실시예에서 수학식 10는 바람직하게, 0.7 < CA_L1 / CA_L2 < 0.9을 만족할 수 있다.
[수학식 11]
0.5 < CA_L3 / CA_L4 < 1.5
수학식 11는 제3렌즈(103)의 유효경의 크기(CA_L3)와 제4렌즈(104)의 유효경의 크기(CA_L4)와 의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 11를 만족할 경우, 수학식 11를 만족할 경우, 필터(111)에 인접하게 배치되는 제3렌즈(103)와 제4렌즈(104)의 유효경을 적절하게 설계하여 필터(111)를 통과하는 광의 화각을 적절히 설정할 수 있다. 수학식 11의 하한치 미만인 경우, 광학계(100)에 배치되는 렌즈의 유효경이 커지게 되고, 이로 인해 TTL 이 길어지게 되는 문제가 있다. 수학식 11의 상한치 초과하는 경우, 광학계(100)에서 만족하는 화각보다 지나치게 커지게 되는 문제가 있다. 본 실시예에서 수학식 11는 바람직하게, 0.8 < CA_L3 / CA_L4 < 1.1을 만족할 수 있다.
[수학식 12]
1.8 < n1 < 1.9
수학식 12에서 n1은 제1렌즈(101)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 12에서 제1렌즈(101)의 굴절률을 높게 설정해 주어, 광학계의 3차 수차(자이델 수차) 감소에 영향을 주는 요소를 조절할 수 있으며, TTL이 다소 길어지면서 발생할 수 있는 수차를 감소할 수 있다. 수학식 12의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 수차를 감소시켜 시키는 성능을 얻을 수 있고, 제1렌즈(101)의 굴절력이 약해져서 빛을 효율적으로 모으지 못하여 광학계의 성능이 떨어질 수 있다. 수학식 12의 상한치보다 높게 설계될 경우, 재료를 구하기 힘들어지는 단점이 있다. 또한 제1렌즈(101)의 굴절률이 수학식 12의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 광학계(100) 내의 렌즈들의 굴절력을 증가시키기 위해, 각 렌즈들의 곡률 반경을 증가될 수 있다. 본 실시예에서 수학식 12은 바람직하게, 1.8 < n1 < 1.85 를 만족할 수 있다.
[수학식 13]
1 < n1 / n2 < 1.5
수학식 13에서 n1은 제1렌즈(101)의 d-line에서의 굴절률이고, n2는 제2렌즈(102)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 13에서 제1렌즈(101)의 굴절률과 제2렌즈(102)의 굴절률 차이를 줄여주어, 유리 재질의 렌즈들에 의한 색 분산의 저하를 방지할 수 있다. 본 실시예에서 바람직하게, 수학식 13은 1 < n1 / n2 < 1.2를 만족할 수 있다.
[수학식 14]
1 < n3 / n4 < 1.5
수학식 14에서 n3은 제3렌즈(103)의 d-line에서의 굴절률이고, n4는 제4렌즈(104)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 14에서 필터(111)에 인접하게 배치되는 제3렌즈(103)의 굴절률과 제4렌즈(104)의 굴절률 차이를 줄여주어, 필터(111)를 통과하는 광의 색 분산의 저하를 방지할 수 있다. 본 실시예에서 바람직하게, 수학식 14은 1 < n3 / n4 < 1.2를 만족할 수 있다.
[수학식 15]
0.5 < CT_Max / CG_Max < 1
수학식 15에서 렌즈들 중 최대 중심 두께(CT_Max)와 인접한 렌즈들 사이의 최대 간격(CG_Max)을 설정해 줄 수 있다. 수학식 15를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각의 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 수학식 15은 본 실시예에서 바람직하게, 0.6 < CT_Max / CG_Max < 0.9를 만족할 수 있다.
[수학식 16]
1 < ∑CT / ∑CG < 3
수학식 16에서 ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣCG는 인접한 렌즈들 사이의 간격들의 합이다. 수학식 16을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 수학식 16은 본 실시예에서 바람직하게, 1.5 < ∑CT / ∑CG < 2.5을 만족할 수 있다.
[수학식 17]
8 < ∑Index < 12
수학식 17에서 ΣIndex는 복수의 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 수학식 17를 만족할 경우, 비구면 렌즈와 구면 재질의 렌즈가 혼합된 광학계(100)에서 TTL을 제어할 수 있다. 또한 구면 재질의 렌즈 매수가 비구면 재질의 렌즈 매수보다 많은 경우, TTL과 굴절률의 합을 설정할 수 있다. 수학식 17는 본 실시예에서 바람직하게, 9 < ∑Index < 11를 만족할 수 있다.
[수학식 18]
15 < ∑Abbe / ∑Index < 25
수학식 18에서 ΣAbbe는 복수의 렌즈 각각의 아베수(Abbe’s number)의 합을 의미하고, ΣIndex는 복수의 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 수학식 18을 만족할 경우, 광학계(100)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다. 수학식 18를 렌즈들의 아베수 합과 굴절률의 합을 설정해 주어, 광학 특성을 제어할 수 있다. 수학식 18은 본 실시예에서 바람직하게 17 < ∑Abbe / ∑Index < 20를 만족할 수 있다.
[수학식 19]
1 < ΣCT / ΣET < 2
수학식 19에서 ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣET는 렌즈들의 유효 영역의 끝단 즉, 에지 두께들의 합이다. 수학식 19을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 수학식 19은 본 실시예에서 바람직하게, 1.2 < ΣCT / ΣET < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 20]
1 < CA_Max / CA_Aver < 2
수학식 20에서 CA_Max는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최대 유효경을 나타내고, CA_Aver는 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 20을 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 광학계를 설정할 수 있다. 수학식 20은 본 실시예에서 바람직하게, 1.2 < CA_Max / CA_Aver < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 21]
0.1 < CA_Min / CA_Aver < 1
수학식 21에서 CA_Min은 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최소 유효경을 나타내고, CA_Aver는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 21를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 광학계를 설정할 수 있다. 수학식 21은 본 실시예에서 바람직하게, 0.4 < CA_Min / CA_Aver < 0.7를 만족할 수 있다.
[수학식 22]
3 < CA_Max / ImgH < 5
수학식 22는 최대 유효경(CA_Max)과 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이(ImgH)로 설정할 수 있다. 수학식 22을 만족할 경우, 광학계는 양호한 광학 성능을 유지할 수 있으며 슬림하고 컴팩트한 광학계를 설정할 수 있다. 수학식 22는 본 실시예에서 바람직하게, 3.5 < CA_Max / ImgH < 4.5를 만족할 수 있다.
[수학식 23]
50 < TTL < 60
수학식 23에서 TTL(Total track length)은 제1렌즈(101)의 제1면(S1)의 중심에서 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 23을 만족할 경우, 적합한 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 23는 본 실시예에서 바람직하게, 50 < TTL < 55를 만족할 수 있다.
[수학식 24]
6 < ImgH < 7
수학식 24는 이미지 센서(300)의 최대 대각 크기(ImgH)를 설정할 수 있으며, 차량용 센서 사이즈를 갖는 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 24은 본 실시예에서 바람직하게, 6.1 < ImgH < 6.5 를 만족할 수 있다.
[수학식 25]
1 < BFL < 3
수학식 25에서 BFL은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리이다. 수학식 25을 만족할 경우, 필터(400) 및 커버 글라스의 설치 공간을 확보할 수 있고 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 간격을 통해 구성 요소들의 조립성을 개선하며 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. BFL이 수학식 25의 범위 미만인 경우 이미지 센서로 진행되는 일부 광이 이미지 센서로 전달되지 못하여 해상도 저하의 원인이 될 수 있다. BFL이 수학식 25의 범위를 초과하는 경우 잡광이 유입되어 광학계의 수차 특성이 저하될 수 있다. 수학식 25는 본 실시예에서 바람직하게, 1.5 < BFL < 2.5 를 만족할 수 있다.
[수학식 26]
8 < F < 12
수학식 26는 전체 초점 거리(F)를 차량용 광학계에 맞게 설정할 수 있다. 수학식 26는 본 실시예에서 바람직하게, 9 < F < 11를 만족할 수 있다.
[수학식 27]
10 < FOV < 20
수학식 27에서 FOV(Field of view)는 광학계(100)의 화각(Degree)을 의미하며, 20도 미만의 화각(F0V)을 갖는 차량용 협각 광학계를 제공할 수 있다. FOV는 본 실시예에서 바람직하게, 15 < FOV < 18를 만족할 수 있다.
[수학식 28]
1.5 < TTL / CA_Max < 2.5
수학식 28에서 CA_max는 복수의 렌즈들의 물체측 면 및 광원측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하며, TTL(Total track length)은 제1렌즈(101)의 제1면(S1)의 정점으로부터 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 28는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효경의 관계를 설정하여, 개선된 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 28는 본 실시예에서 바람직하게, 1.8 < TTL / CA_Max < 2.2를 만족할 수 있다.
[수학식 29]
0.1 < BFL / ImgH < 0.5
수학식 29은 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 간의 광축 간격(BFL)과 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이(ImgH)를 설정할 수 있다. 수학식 29을 만족할 경우, 광학계(100)는 차량용 이미지 센서(300)의 크기를 적용하기 위한 BFL(Back focal length)을 확보할 수 있고, 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 설정할 수 있고, 화각(FOV)에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 29은 본 실시예에서 바람직하게, 0.2 < BFL / ImgH < 0.4를 만족할 수 있다.
[수학식 30]
22 < TTL / BFL < 27
수학식 30는 광학계의 전체 광축 길이(TTL) 및 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 수학식 30을 만족할 경우, 광학계(100)는 BFL을 확보할 수 있다. 수학식 30는 본 실시예에서 바람직하게, 24 < TTL / BFL < 26를 만족할 수 있다.
[수학식 31]
4 < F / BFL < 6
수학식 31은 광학계(100)의 전체 초점 거리(F) 및 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 수학식 31을 만족할 경우, 광학계(100)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 또한, 광학계(100)는 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 31은 본 실시예에서 바람직하게, 5 < F / BFL < 5.5를 만족할 수 있다.
[수학식 32]
1 < F / ImgH < 2
수학식 32은 광학계(100)의 전체 초점 거리(F,mm)와 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이(ImgH)를 설정할 수 있다. 수학식 32을 만족하는 경우, 차량용 이미지 센서(300)의 크기에서 향상된 수차 특성을 가질 수 있다. 수학식 32은 본 실시예에서 바람직하게, 1.5 < F / ImgH < 1.8를 만족할 수 있다.
[수학식 33]
0.5 < Fno < 1
수학식 33은 광학계(100)의 화각과 Fno(F넘버)의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 33은 본 실시예에서 바람직하게, 0.7 < Fno < 0.9를 만족할 수 있다. 여기서, Fno 는 1 이하로 제공하여, 밝은 화상을 제공할 수 있다.
[수학식 34]
수학식 34에서 Z는 Sag로 비구면 상의 임의의 위치로부터 비구면의 정점까지의 광축 방향의 거리를 의미할 수 있다. Y는 비구면 상의 임의의 위치로부터 광축까지의 광축에 수직인 방향으로의 거리를 의미할 수 있다. c는 렌즈의 곡률을 의미할 수 있고, K는 코닉 상수를 의미할 수 있다. 또한, A, B, C, D, E,F는 비구면 계수(Aspheric constant)를 의미할 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계(100)는 수학식 1 내지 수학식 34 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 이 경우, 광학계(100)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 광학계(100)가 수학식 1 내지 수학식 34 중 적어도 하나를 만족할 경우, 광학계(100)는 향상된 해상력을 가지며, 수차 및 왜곡 특성을 개선할 수 있다. 또한, 광학계(100)는 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 마지막 렌즈와 광원(300) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV) 내에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 광학계(100)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 33에 대한 결과 값에 대한 것이다. 도 5를 참조하면, 광학계(100)는 수학식 1 내지 수학식 33 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 본 실시예에 따른 광학계(100)는 수학식 1 내지 수학식 33를 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(100)는 화각(FOV) 내에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 수신 광학계를 갖는 센서 시스템의 블록 구성도이다. 도 7를 참조하면, 센서 장치는 제어부(10), 광원 구동부(20), 수신 광학계(30), 상기에 개시된 수신 광학계(50) 및 신호 처리부(60)를 포함한다.
제어부(10)는 신호의 송신 및 수신 신호를 제어하며, 송/수신된 신호를 기초로 자율 주행 모듈, 인공 지능 모듈, 드론, 로봇, 증강 현실 장치, 가상 현상 장치, 5G와 6G 등의 통신 서비스와 관련된 장치와 연계할 수 있다.
광원 구동부(20)는 수신 광학계(30) 내에 포함된 광원에 전원을 공급하여 구동시켜 준다. 광원은 선광원 또는 점광원 형태로 레이저 광을 발생하게 된다. 광원 구동부(20)는 주행 환경 정보에 따라 광원에 공급되는 구동 전류를 조절하거나 가변시켜 줄 수 있다. 주행 환경 정보는 주행 구간의 지형 정보, 교통 혼잡 정보, 날씨 등을 포함할 수 있다.
광원으로부터 발생되는 레이저 광의 파장은 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm 범위일 수 있다. 레이저 광원은 InGaAs/GaAs 기반의 반도체 다이오드 레이저(Semiconductor diode laser)로 구현될 수 있고, 고출력(high power)의 레이저 광을 방출할 수 있다. 광원은 단일 이미터 및/또는 다중 이미터를 포함할 수 있다.
수신 광학계(30)은 광원으로부터 발생된 레이저 광을 오브젝트(40)로 송신하게 되며, 오브젝트(40)에서 반사된 광은 수신 광학계(50)로 수신된다. 수신 광학계(50)는 다수의 광 센서들로 구성될 수 있으며, 광 센서는 포토다이오드를 이용하여 수신된 광을 전기적인 신호로 변환하게 된다. 즉, 이미지 센서는 매트릭스 타입으로 배열되어 수평 방향과 수직 방향 각각에서 스캐닝된 오브젝트로부터 수신된 광을 전류로 변환하게 된다.
신호 처리부(60)는 수신 광학계(50)의 출력을 전압으로 변환하여 증폭한 다음, 증폭된 신호를 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 디지털 신호로 변환하게 된다. 신호 처리부(60)는 디지털 데이터를 TOF(Time of flight) 알고리즘 또는 위상 시프트(phase-shift) 알고리즘으로 분석하여 오브젝트(40)과의 거리, 오브젝트 형상을 감지하게 된다.
제어부(10)는 제어유닛(ECU) 또는 네트워크를 통해 차량의 속도 정보와 노면 상태 정보를 수신할 수 있다. 제어부(10)는 네트워크를 통해 주행 환경 정보를 수신할 수 있다. 주행 환경 정보는 주행 구간의지형 정보, 교통 혼잡 정보, 날씨 등을 포함할 수 있다. 제어부(10)는 차량의 속도, 차량이 주행하는 도로의 노면 상태, 및 주행 환경 정보 중 하나 이상에 기초하여 게인을 조정할 수 있고, 오브젝트와의 거리, 오브젝트의 형상 정보를 포함하는 센서 데이터를 자유 주행 장치에 제공할 수 있다.
도 8은 도 9의 센서 시스템의 일 실시예에 따른 송신 광학계를 나타낸 측 단면도이고, 도 1의 본 실시예에 따른 송신 광학계와 대칭되는 형상을 가진 것을 확인할 수 있다.
도 8을 참조하면, 광학계(200)는 제7렌즈(201) 내지 제12렌즈(206)를 포함할 수 있다. 제7 내지 제12렌즈들(201~206)은 광학계(200)의 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 물체의 정보에 해당하는 광은 제7렌즈(201) 내지 제9렌즈(203), 필터(211), 제10렌즈(204) 내지 제12렌즈(206) 및 커버 글라스(212)를 통과하여 광원(400)에 입사될 수 있다. 조리개(ST)는 제7렌즈(201)의 광원측 면의 둘레에 배치될 수 있다.
제7렌즈(201)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제7렌즈(201)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 제7렌즈(201)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 유리 재질일 수 있다. 유리 재질의 제7렌즈(201)는 주변 환경에 따른 온도 변화에 따른 중심 위치와 곡률반경 등의 변화를 줄여줄 수 있으며, 광학계(200)의 입사측 면을 보호할 수 있다. 제7렌즈(201)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다.
광축을 기준으로 제7렌즈(201)의 물체측 제13면(S21)은 오목하며, 광원측 제14면(S22)은 오목할 수 있다. 제7렌즈(201)는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 제13면(S21) 및 제14면(S22)는 구면을 가질 수 있다. 제7렌즈(201)의 제13면(S21) 및 제14면(S22)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단 즉, 에지까지 임계점(Critical point) 없이 제공될 수 있다.
제7렌즈(201)의 굴절률이 n7인 경우, 1.8 < n7 또는 1.75 < n7 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다. 제7렌즈(201)의 굴절률(n7)이 다른 렌즈들에 비해 높으므로, 제7렌즈(201)의 제13면(S21)의 곡률 반경의 커질 수 있으며, 렌즈 제작이 용이할 수 있다. 제7렌즈(201)의 굴절률(n7)이 조건보다 작은 경우, 제1,2 렌즈(101,102)의 굴절력을 증가시켜 주기 위해 렌즈 면을 급격하게 오목하거나 볼록하게 형성해야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 용이하지 않고 렌즈 불량률도 높아지고 수율 저하의 원인이 될 수 있다.
조리개(STOP)는 제7렌즈(201)의 광원측 제14면(S22)의 둘레에 배치될 수 있다. 조리개(STOP)는 광학계(200)에서 출사되는 광량을 조절할 수 있다. 조리개(STOP)는 화각 범위 내에서 TTL을 줄여줄 수 있고, 광학계의 소형화가 가능하다. 이에 따라, 광학계의 중량별 수율(yield by weight)의 저하를 방지하고, 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 화각을 10도 내지 30도에서 TTL을 줄여 광학계를 소형화할 수 있다.
제8렌즈(202)는 제7렌즈(201)와 제9렌즈(203) 사이에 배치될 수 있다. 제8렌즈(202)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제8렌즈(202)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제8렌즈(202)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공 될 수 있다. 제8렌즈(202)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제8렌즈(202)의 제15면(S23) 및 제16면(S24)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제8렌즈(202)의 물체 측 제15면(S23)은 볼록하며, 광원 측 제16면(S24)은 볼록할 수 있다. 제8렌즈(202)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 제15면(S23) 및 제16면(S24)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제8렌즈(202)의 굴절률이 n8인 경우, 1.7 < n8 또는 1.75 < n8 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
제9렌즈(203)는 제8렌즈(202)와 제10렌즈(204) 사이에 배치될 수 있다. 제9렌즈(203)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제9렌즈(203)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제9렌즈(203)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 제9렌즈(203)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제9렌즈(203)의 제17면(S25) 및 제18면(S26)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제9렌즈(203)의 물체 측 제17면(S25)은 볼록하며, 광원 측 제18면(S26)은 볼록할 수 있다. 제9렌즈(203)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 제17면(S25) 및 제18면(S26)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제9렌즈(203)의 굴절률이 n9인 경우, 1.6 < n9 또는 1.7 < n9 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
제9렌즈(203)와 제10렌즈(204) 사이에 필터(211)가 배치될 수 있다. 필터(211)는 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm의 레이저 빔을 통과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다. 광학 필터는 라이다 장치의 송신 광학계에서 송신한 레이저 빔에 대응하는 파장의 빛은 통과시키고, 나머지 주변광에 해당하는 빛은 차단시킬 수 있다.
제10렌즈(204)는 제9렌즈(203)와 제11렌즈(205) 사이에 배치될 수 있다. 제10렌즈(204)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제10렌즈(204)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있 다. 제10렌즈(204)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 제10렌즈(204)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제10렌즈(204)의 제19면(S27) 및 제20면(S28)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제10렌즈(204)의 물체 측 제19면(S27)은 볼록하며, 광원 측 제20면(S28)은 오목할 수 있다. 광축을 기준으로 제10렌즈(204)의 물체측 제19면(S27)은 볼록하며, 광원측 제20면(S28)은 오목할 수 있다. 제10렌즈(204)는 광원측이 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제10렌즈(204)는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제19면(S27) 및 제20면(S28)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제10렌즈(204)의 굴절률이 n10인 경우, 1.4 < n10 또는 1.5 < n10 < 1.8의 조건을 만족할 수 있다.
제11렌즈(205)는 제10렌즈(204)와 제12렌즈(206) 사이에 배치될 수 있다. 제11렌즈(205)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제11렌즈(205)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있 다. 제11렌즈(205)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 제11렌즈(205)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 제11렌즈(205)의 제21면(S29) 및 제22면(S30)은 구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제11렌즈(205)의 물체 측 제21면(S29)은 볼록하며, 광원 측 제22면(S30)은 오목할 수 있다. 광축을 기준으로 제11렌즈(205)의 물체측 제21면(S29)은 볼록하며, 광원측 제22면(S30)은 오목할 수 있다. 제11렌즈(205)는 광원측이 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제11렌즈(205)는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제21면(S29) 및 제22면(S30)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제11렌즈(205)의 굴절률이 n11인 경우, 1.7 < n11 또는 1.8 < n11 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
제12렌즈(206)는 물체측에서 가장 멀리 배치될 수 있다. 제12렌즈(206)는 광원측에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 제12렌즈(206)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제12렌즈(206)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제9렌즈(203)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질일 수 있다. 제9렌즈(203)는 비구면을 갖고 유리 재질로 이루어지는 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈일 수 있다. 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈는 비구면 모양이 될 금형 내부에 광학 유리 잉곳을 넣고 가열 및 압축 과정을 통해 제작될 수 있다. 제12렌즈(206)의 제23면(S31) 및 제24면(S32)은 비구면일 수 있다.
광축(OA)을 기준으로 제12렌즈(206)의 물체 측 제23면(S31)은 볼록하며, 광원 측 제24면(S32)은 오목할 수 있다. 광축을 기준으로 제12렌즈(206)의 물체측 제23면(S31)은 볼록하며, 광원측 제24면(S32)은 오목할 수 있다. 제12렌즈(206)는 광원측이 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제12렌즈(206)는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제23면(S31) 및 제24면(S32)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제12렌즈(206)의 굴절률이 n12인 경우, 1.6 < n12 또는 1.7 < n12 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다.
광원(400)과 가장 인접하게 배치되는 제6렌즈(106)과 광원(400) 사이에 커버 글라스(212)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(212)는 광원(400)의 상부를 보호하며 광원(400)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 커버 글라스(212)는 보호 글라스일 수 있다.
광학계(200) 또는 센서 시스템은 광원(400)을 포함할 수 있다. 광원(400)은 레이저 광의 파장을 발생하며, 레이저 광은 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm 범위일 수 있다. 광원(400)은 InGaAs/GaAs 기반의 반도체 다이오드 레이저(Semiconductor diode laser)로 구현될 수 있고, 고출력(high power)의 레이저 광을 방출할 수 있다. 광원(400)은 단일 이미터 및/또는 다중 이미터를 포함할 수 있다. 광원(400)은 선광원 또는 점광원 형태로 레이저 광을 발생하게 된다. 여기서, 광원(400)의 길이(LsH)는 최대 대각 길이이고, 제7 내지 제12렌즈(201~206)의 유효경은 광원(400)의 길이(LsH)보다 클 수 있다.
제1 내지 제6렌즈(101~106)의 각 렌즈 면의 형상은 제7 내지 제12렌즈(201~206)의 각 렌즈 면의 형상과 대칭될 수 있다. 이에 따라 송신 광학계(200)로부터 방출된 레이저 광은 물체에 반사된 후 수신 광학계(100)의 수신되는 수신 효율이 높아질 수 있다.
도 9은 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서 물체를 측정하는 예를 나타낸 도면이며, 도 10는 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서의 주변 감시 예를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10를 참조하면, 센서 시스템을 갖는 차량(502)은 광원에 의해 생성된 레이저 광(501)을 타겟 장면을 향하여 투영하는 수신 광학계, 및 그 타겟 또는 대상(510)으로부터 반사된 광(503)을 수신하는 수신 광학계를 포함한다. 또한, 센서 시스템은 라이다 시스템을 포함하며, 라이다 시스템은 전형적으로, 반사광으로부터 대상(506)에 대한 거리 정보를 연산하는 제어기, 및 원하는 범위와 시야(FOV) 내의 정적 패턴일 수 있는 광의 특정 패턴을 스캐닝하거나 제공할 수 있는 소자도 포함한다. 송수신 광학계는 수신된 신호 광을 라이다 시스템 범위와 FOV 내에 있는 주변 환경의 지점별 3차원 지도를 나타내는 측정값으로 변환하는 데 사용된다.
LIDAR용 수신 광학계 및 신호 처리부는 광원으로부터 방출되는 광 펄스의 비행시간 측정값에 기초하여 범위 정보를 계산한다. 또한, 특정 범위에 연관된 타겟 면에 장면을 조명하고 소스와 및 프로젝터 시스템의 특정 설계에 기초하는 광 빔 프로파일에 관하여 알려져 있는 정보가 반사면에 관한 위치 정보를 결정하는 데 사용되어 완전한 x,y,z, 또는 장면의 3차원 픽처를 생성하게 된다. 다시 말하면, 주변 환경의 지점별 3D 맵은 LIDAR 시스템의 시야 내에서 소스에서 수신기까지의 조명을 반사하는 모든 표면으로부터의 위치 정보를 나타내는 측정 데이터의 모음을 나타낸다. 이러한 방식으로, LIDAR 시스템의 시야에서 물체의 3D 표현을 취득한다.
또한 자동차(502)에 대한 전형적인 주변 감지 LIDAR 시스템(500)의 2차원 시야와 범위 요건을 나타내는 개략도를 도시한다. 예를 들어, 적응형 순항 제어 기능은 "서라운드 뷰" 시야와 범위(506)를 보는 측면에 비해 좁은 시야를 갖지만, 긴 거리 범위 요건을 갖는 시야와 범위(504)를 요구할 수 있다. 일반적으로, 자동차의 센서 기능들은 LIDAR, 레이더, 카메라, 및 초음파 센서의 조합에 의해 가능해질 수 있다. 주변 환경에 대한 정보를 생성하는 이들 센서 데이터의 조합을 종종 "센서 융합"이라고 한다.
본 발명은 자율 주행 또는 자가 운전, 또는 운전자 보조형 차량에 대해 LIDAR이 널리 사용되는 자동차의 맥락에서 LIDAR 시스템을 설명하고 있지만, 실시예들이 임의의 차량에 적용될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 다른 유형의 차량에는, 로봇, 트랙터, 트럭, 비행기, 무인 항공기, 보트, 선박 등이 포함될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 광축을 따라 물체측에서 센서측으로 순차적으로 배치되는 제1 내지 제6렌즈를 포함하고,
    상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고,
    상기 제2 내지 제6렌즈 중 적어도 하나는 양(+)의 굴절력을 갖고,
    상기 광축에서 인접한 렌즈 사이의 간격 중 상기 제2렌즈와 상기 제2렌즈의 중심 간격이 가장 큰 수신 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광축에서 상기 제1렌즈는 양면이 오목한 형상을 갖고,
    상기 광축에서 상기 제2렌즈는 양면이 볼록한 형상을 갖는 수신 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광축에서 상기 제4렌즈는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 갖고,
    상기 광축에서 상기 제5렌즈는 물체측이 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 수신 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 내지 제6렌즈는 양(+)의 굴절력을 갖고,
    상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이에 필터가 배치되는 수신 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6렌즈 중 상기 제4렌즈의 유효경은 가장 크고,
    상기 제1 내지 제6렌즈 중 상기 제6렌즈의 유효경이 가장 작은 수신 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광축에서 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈의 중심 간격은 상기 제4렌즈의 중심 두께보다 큰 수신 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6렌즈의 유효경의 크기는 이미지 센서의 최대 대각 길이보다 큰 수신 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6렌즈 중 유효경이 가장 큰 렌즈에 인접하게 배치되는 필터를 포함하는 수신 광학계.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    아래의 조건식을 만족하는 수신 광학계.
    <조건식>
    0.1 < F / TTL < 0.5
    (상기 조건식에서 F는 상기 수신 광학계의 전체 초점 거리이고, TTL은 상기 수신 광학계의 전체 광축 길이이다.)
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    아래의 조건식을 만족하는 수신 광학계.
    <조건식>
    1 < ┃F1┃ / F < 3
    (상기 조건식에서 F1은 상기 제1렌즈의 초점 거리이고, F는 상기 수신 광학계의 전체 초점 거리이다.)
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001083411A (ja) * 1999-09-09 2001-03-30 Fuji Photo Optical Co Ltd 広角レンズ
KR20090016052A (ko) * 2007-08-10 2009-02-13 엘지이노텍 주식회사 렌즈 모듈
JP2020122909A (ja) * 2019-01-31 2020-08-13 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ レンズ系、撮像装置、及び移動体
JP2022173832A (ja) * 2021-05-10 2022-11-22 マクセル株式会社 撮像レンズ系及び撮像装置
KR20240023969A (ko) * 2022-08-16 2024-02-23 엘지이노텍 주식회사 광학계 및 카메라 모듈

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001083411A (ja) * 1999-09-09 2001-03-30 Fuji Photo Optical Co Ltd 広角レンズ
KR20090016052A (ko) * 2007-08-10 2009-02-13 엘지이노텍 주식회사 렌즈 모듈
JP2020122909A (ja) * 2019-01-31 2020-08-13 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ レンズ系、撮像装置、及び移動体
JP2022173832A (ja) * 2021-05-10 2022-11-22 マクセル株式会社 撮像レンズ系及び撮像装置
KR20240023969A (ko) * 2022-08-16 2024-02-23 엘지이노텍 주식회사 광학계 및 카메라 모듈

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