KR102705242B1 - High efficiency receiving lens - Google Patents
High efficiency receiving lens Download PDFInfo
- Publication number
- KR102705242B1 KR102705242B1 KR1020160100209A KR20160100209A KR102705242B1 KR 102705242 B1 KR102705242 B1 KR 102705242B1 KR 1020160100209 A KR1020160100209 A KR 1020160100209A KR 20160100209 A KR20160100209 A KR 20160100209A KR 102705242 B1 KR102705242 B1 KR 102705242B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- lens
- axis
- lens surface
- receiving lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0087—Simple or compound lenses with index gradient
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
- G02B7/10—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens
- G02B7/105—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens with movable lens means specially adapted for focusing at close distances
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Prostheses (AREA)
- Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈 모듈은 외부로부터 빛을 받아들이는 제1렌즈면, 및 상기 제1렌즈면으로 받아들인 빛의 광경로를 변경시켜 외부로 내보내는 제2렌즈면을 구비하는 수광 렌즈를 포함하고, 상기 수광 렌즈의 광축(optic axis)을 포함하는 단면들과 상기 제2렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나 이상의 선분은 일정한 곡률을 갖고, 상기 수광 렌즈의 광축을 포함하는 단면들과 상기 제2렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나의 선분은 곡률이 변하는 선분일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a high-efficiency light-receiving lens module includes a light-receiving lens having a first lens surface for receiving light from the outside, and a second lens surface for changing an optical path of light received by the first lens surface and emitting the light to the outside, wherein at least one of the line segments formed by the intersection of cross sections including an optic axis of the light-receiving lens and the second lens surface has a constant curvature, and at least one of the line segments formed by the intersection of cross sections including an optic axis of the light-receiving lens and the second lens surface may be a line segment having a changing curvature.
Description
본 발명은 광각의 각도에서 입사되는 광의 효율을 증가시키는 고효율 수광 렌즈에 관한 것이다.
The present invention relates to a high-efficiency light-receiving lens that increases the efficiency of light incident at a wide angle.
최근, 지능형 자동차 및 스마트카 분야에서는 돌발상황에 대한 차량의 능동적 대처기능을 요구하고 있다. 즉, 보행자의 급작스런 출현을 인지하거나, 어두운 야간에 조명의 범위를 벗어난 곳에 대한 장애물을 사전에 감지하거나, 우천시 전조등 조명의 약화로 인한 장애물을 감지하거나, 또는 도로 파손을 사전에 감지하는 등, 운전자와 보행자의 안전을 위협하는 상황을 사전에 확인할 필요가 있다. Recently, the intelligent car and smart car fields require vehicles to proactively respond to unexpected situations. In other words, it is necessary to identify situations that threaten the safety of drivers and pedestrians in advance, such as recognizing the sudden appearance of a pedestrian, detecting obstacles in advance beyond the range of lighting at night, detecting obstacles due to weakened headlights in rainy weather, or detecting road damage in advance.
이러한 요구에 대해, 윈드실드 또는 차량의 전방에 설치되어, 자체 출사광을 기반으로 차량이 움직이는 경우 전방의 물체를 확인하여 사전에 운전자에게 경고함을 물론, 차량 스스로가 정지 또는 회피하는데 기초가 되는 영상을 차량의 전자제어유닛(electronic control unit; ECU)에 전달하고, ECU는 이 영상을 이용하여 각종 제어를 수행하게 되는데, 이러한 영상을 획득하는 것을 스캐너(scanner)라 한다.For these needs, a scanner is installed on the windshield or the front of the vehicle, and when the vehicle is moving, it detects an object in front based on its own light and warns the driver in advance, and transmits an image that serves as the basis for the vehicle to stop or avoid the accident to the electronic control unit (ECU) of the vehicle, and the ECU uses this image to perform various controls. The device that acquires this image is called a scanner.
종래 스캐너로서는, 레이더(radio detection and ranging; RADAR) 장비가 사용되었다. 레이더는 마이크로파(극초단파, 10cm 내지 100cm 파장) 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알아내는 무선감시장치로서, 차량용 스캐너에 이용되고 있으나, 가격이 고가이므로 다양한 차종에 보급이 용이하지 않은 문제점이 있다. As a conventional scanner, radar (radio detection and ranging; RADAR) equipment was used. Radar is a wireless surveillance device that fires electromagnetic waves of the order of microwaves (ultra-short waves, wavelength of 10 cm to 100 cm) at an object and receives the electromagnetic waves reflected from the object to determine the distance, direction, altitude, etc. to the object. It is used in vehicle scanners, but because it is expensive, there is a problem that it is not easy to distribute to various vehicle types.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 라이다(light detection and ranging; LiDAR)를 이용한 스캐너가 개발되고 있다. 라이다는, 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는 장치로서, 레이저 레이더라고도 한다. To solve this problem, scanners using light detection and ranging (LiDAR) are being developed. LiDAR is a device that fires pulsed laser light into the atmosphere and measures distances or atmospheric phenomena using its reflectors or scatterers. It is also called laser radar.
라이다의 경우, 구비된 센서가 다양한 방향, 즉 넓은 광각에서 입사되는 신호를 안정적으로 받아들여야 한다. 구체적으로, 차량용 라이다는 X축으로 약 +70도 내지 -70도의 범위 및 Y축으로 약 +3.4도 내지 -3.4도의 범위에 해당하는 넓은 광각으로 입사되는 광의 효율을 해당 범위에 포함되는 모든 각도에서 증가시켜야 하는 필요가 있다.In the case of lidar, the equipped sensor must reliably receive signals incident from various directions, that is, from a wide angle. Specifically, vehicle lidar needs to increase the efficiency of light incident at a wide angle corresponding to a range of about +70 degrees to -70 degrees in the X-axis and about +3.4 degrees to -3.4 degrees in the Y-axis at all angles included in the range.
기존에는 위와 같은 넓은 광각에서 입사되는 모든 광의 신호를 일정 수준 이상 받기 위해서, 모터를 통하여 발광부와 수광부를 함께 움직이는 동축(coaxial) 방식이 이용되었다.In the past, a coaxial method was used in which the light emitting part and the light receiving part were moved together by a motor to receive a certain level of all light signals incident at a wide angle as above.
하지만, 이러한 모터 방식은 발광부 및 수광부의 동기화, 모터의 추가 등에 따라 제조 비용(cost)의 상승을 가져오게 되고, 모듈의 전체 크기도 증가하게게 되는 문제가 있다. 또한, 발광부와 수광부가 동일한 커버(cover) 렌즈를 사용하는 경우, 난반사에 의해 수광부의 성능 확보가 어려운 문제가 있다.
However, this motor method has the problem that it increases the manufacturing cost due to synchronization of the light emitting part and the light receiving part, addition of the motor, etc., and also increases the overall size of the module. In addition, if the light emitting part and the light receiving part use the same cover lens, there is the problem that it is difficult to secure the performance of the light receiving part due to diffuse reflection.
본 발명의 목적은 광각의 각도에서 입사되는 광의 효율을 일정 수준 이상으로 증가시킬 수 있는 고효율 수광 렌즈를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a high-efficiency light-receiving lens capable of increasing the efficiency of light incident at a wide angle to a certain level or higher.
본 발명의 다른 목적은 디포커싱(defocusing) 방식의 렌즈를 통하여 렌즈를 통과한 광이 센서면에 일정한 면적을 가지게 되어, 입사각이 증가되더라도 광 효율이 일정 수준 이상으로 유지되는 고효율 수광 렌즈를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a high-efficiency light-receiving lens in which light passing through a defocusing type lens has a constant area on the sensor surface, so that light efficiency is maintained at a certain level or higher even when the incident angle increases.
본 발명의 또 다른 목적은 광의 입사각이 변화하더라도 통과하는 광량의 변화율이 크지 않은 디포커싱 렌즈를 구비하여, 일정 수준 이상의 광량에 반응하는 센서에 적합한 고효율 수광 렌즈를 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a high-efficiency light-receiving lens suitable for a sensor that reacts to a light amount above a certain level by having a defocusing lens in which the rate of change in the amount of light passing through is not large even when the angle of incidence of the light changes.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수광 렌즈 모듈은 외부로부터 빛을 받아들이는 제1렌즈면, 및 상기 제1렌즈면으로 받아들인 빛의 광경로를 변경시켜 외부로 내보내는 제2렌즈면을 구비하는 수광 렌즈를 포함하고, 상기 수광 렌즈의 광축(optic axis)을 포함하는 단면들과 상기 제2렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나 이상의 선분은 일정한 곡률을 갖고, 상기 수광 렌즈의 광축을 포함하는 단면들과 상기 제2렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나의 선분은 곡률이 변하는 선분일 수 있다.In order to solve the technical problem as described above, a light receiving lens module according to an embodiment of the present invention includes a light receiving lens having a first lens surface for receiving light from the outside, and a second lens surface for changing an optical path of light received by the first lens surface and emitting the light to the outside, and at least one of the line segments formed by the intersection of cross sections including the optic axis of the light receiving lens and the second lens surface has a constant curvature, and at least one of the line segments formed by the intersection of cross sections including the optic axis of the light receiving lens and the second lens surface may be a line segment having a changing curvature.
실시 예에 있어서, 상기 수광 렌즈의 광축을 포함하는 단면들과 상기 제1렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나 이상의 선분은 일정한 곡률을 가질 수 있다.In an embodiment, at least one of the line segments formed by the intersection of the cross-sections including the optical axis of the light-receiving lens and the first lens surface may have a constant curvature.
실시 예에 있어서, 외부로부터 상기 수광 렌즈로 입사되어 상기 제1렌즈면 및 상기 제2렌즈면을 순차적으로 통과한 광을 감지하는 센서를 더 포함하고, 상기 수광 렌즈에 도달한 광을 디포커싱하여, 상기 센서의 센싱 영역에 일정한 면적을 가지는 형태로 도달하도록 할 수 있다.In an embodiment, the present invention further includes a sensor that detects light that is incident from the outside onto the light-receiving lens and sequentially passes through the first lens surface and the second lens surface, and defocuses the light that reaches the light-receiving lens so that it reaches the sensing area of the sensor in a form having a constant area.
실시 예에 있어서, 상기 일정한 면적은 상기 제1렌즈면에 대한 상기 X축의 입사각 및 상기 제1렌즈면에 대한 상기 Y축의 입사각 중 적어도 하나 이상의 입사각에 따라, 가변될 수 있다.In an embodiment, the constant area may be variable depending on at least one of an incident angle of the X-axis with respect to the first lens surface and an incident angle of the Y-axis with respect to the first lens surface.
실시 예에 있어서, 상기 X축의 입사각은 최대 +70도 내지 -70도의 범위를 포함할 수 있다.In an embodiment, the incident angle along the X-axis may range from +70 degrees to -70 degrees.
실시 예에 있어서, 상기 Y축의 입사각은 최대 +4도 내지 -4도의 범위를 포함할 수 있다.In an embodiment, the incident angle along the Y-axis may range from +4 degrees to -4 degrees.
실시 예에 있어서, 상기 제1렌즈면 및 상기 제2렌즈면을 순차적으로 통과한 광은 상기 디포커싱을 통하여, 상기 제1렌즈면에 대한 상기 X축의 입사각 및 상기 제1렌즈면에 대한 상기 Y축의 입사각 중 적어도 하나 이상의 입사각이 증가할수록, 상기 센서의 중심에서 멀어지는 위치에 도달할 수 있다.In an embodiment, light that sequentially passes through the first lens surface and the second lens surface can reach a location further from the center of the sensor as at least one of an incident angle along the X axis with respect to the first lens surface and an incident angle along the Y axis with respect to the first lens surface increases through the defocusing.
실시 예에 있어서, 상기 센서는 상기 광축 상에 배치될 수 있다.In an embodiment, the sensor may be disposed on the optical axis.
실시 예에 있어서, 상기 수광 렌즈는 양(+)의 굴절률을 가질 수 있다.In an embodiment, the light-receiving lens may have a positive (+) refractive index.
실시 예에 있어서, 상기 센서와 상기 제2렌즈면 사이에 위치하며, 상기 센서로 입사되는 광의 효율을 증가시키는 별도의 렌즈 또는 구조물을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, a separate lens or structure positioned between the sensor and the second lens surface may be further included to increase the efficiency of light incident on the sensor.
실시 예에 있어서, 상기 제1렌즈면과 상기 제2렌즈면을 연결하는 면에 형성되어, 상기 수광 렌즈와 수광부를 물리적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the device may further include at least one connecting portion formed on a surface connecting the first lens surface and the second lens surface to physically connect the light-receiving lens and the light-receiving unit.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 연결부 각각은 적어도 하나 이상의 돌출부를 포함할 수 있다.In an embodiment, each of the at least one connecting portion may include at least one protrusion.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 외부로부터 입사된 광을 센서에 도달하게 하는 제1렌즈면과 제2렌즈면을 포함하는 수광 렌즈는 상기 수광 렌즈의 높이방향으로 연장되는 광축을 Z축, 상기 Z축에 수직하고 상기 Z축상의 한 점을 관통하며 교점을 형성하고 상기 렌즈의 길이방향으로 연장된 축을 X축, 상기 X축과 Z축에 수직하고 상기 X축과 Z축의 교점을 관통하며 상기 렌즈의 폭 방향으로 연장된 축을 Y축, 상기 X축과 Z축을 포함하는 가상의 평면을 제1가상평면, 상기 Y축과 Z축을 포함하는 가상의 평면을 제2가상평면이라고 정의했을 때, 상기 제1가상평면이 상기 제1렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정하고, 상기 제2가상평면이 상기 제1렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정하고, 상기 제1가상평면이 상기 제2렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정하고, 상기 제2가상평면이 상기 제2렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정하지 않을 수 있다.
In order to solve the technical problem described above, according to another embodiment of the present invention, a light receiving lens including a first lens surface and a second lens surface for allowing light incident from the outside to reach a sensor is provided, wherein an optical axis extending in the height direction of the light receiving lens is defined as a Z-axis, an axis perpendicular to the Z-axis, penetrating a point on the Z-axis to form an intersection, and an axis extending in the longitudinal direction of the lens is defined as an X-axis, an axis perpendicular to the X-axis and the Z-axis, penetrating the intersection of the X-axis and the Z-axis, and extending in the width direction of the lens is defined as a Y-axis, and a virtual plane including the X-axis and the Z-axis is defined as a first virtual plane, and a virtual plane including the Y-axis and the Z-axis is defined as a second virtual plane, wherein the curvature of a line segment formed when the first virtual plane meets the first lens surface is constant, the curvature of a line segment formed when the second virtual plane meets the first lens surface is constant, the curvature of a line segment formed when the first virtual plane meets the second lens surface is constant, and the second virtual plane is defined as a The curvature of the line segment formed when meeting the second lens surface may not be constant.
본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention are described as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 광각의 각도에서 입사되는 광의 효율을 일정 수준 이상으로 증가시킬 수 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, the efficiency of light incident at a wide angle can be increased to a certain level or more.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 디포커싱(defocusing) 방식의 렌즈를 통하여 렌즈를 통과한 광이 센서면에 일정한 면적을 가지게 되어, 입사각이 증가되더라도 광 효율이 일정 수준 이상으로 유지될 수 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, light passing through a lens of a defocusing type has a constant area on the sensor surface, so that light efficiency can be maintained at a constant level or higher even if the incident angle increases.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 광의 입사각이 변화하더라도 통과하는 광량의 변화율이 크지 않은 디포커싱 렌즈를 구비하여, 일정 수준 이상의 광량에 반응하는 센서에 적합할 수 있다.
In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, a defocusing lens is provided in which the rate of change in the amount of light passing through is not large even when the angle of incidence of the light changes, so that it can be suitable for a sensor that reacts to a certain level or more of light.
도 1 은 차량용 라이다에서 X축으로 약 +70도 내지 -70도의 범위 및 Y축으로 약 +3.4도 내지 -3.4도의 범위에 해당하는 넓은 광각으로 입사되는 광을 수광하는 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈의 제1단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈의 제2단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈에 입사되는 광의 입사각이 증가할수록 센서면의 중심에서 멀어지는 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈에 입사되는 광이 디포커싱되어 센서면에 위치하는 면적이 입사각에 따라 센서면의 중심에서 멀어지는 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 센서로 입사되는 광 효율 상승을 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈와 센서 사이에 다른 렌즈 또는 기구물을 추가한 예를 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈를 실제적으로 구현한 예를 나타내는 도면이다.Figure 1 is a drawing showing an example of receiving light incident at a wide angle corresponding to a range of about +70 degrees to -70 degrees in the X-axis and a range of about +3.4 degrees to -3.4 degrees in the Y-axis in a vehicle lidar.
FIG. 2 is a drawing showing a first cross-section of a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a drawing showing a second cross-section of a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a drawing showing an example in which the incident angle of light incident on a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention increases and moves away from the center of the sensor surface.
FIG. 5 is a drawing showing an example in which light incident on a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention is defocused so that an area located on the sensor surface moves away from the center of the sensor surface depending on the incident angle.
FIG. 6 is a drawing showing an example of adding another lens or mechanism between a high-efficiency light-receiving lens and a sensor according to an embodiment of the present invention to increase the efficiency of light incident on the sensor.
FIGS. 7 to 10 are drawings showing examples of actually implementing a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the attached drawings. Regardless of the drawing symbols, identical or similar components will be given the same reference numerals and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" used for components in the following description are assigned or used interchangeably only for the convenience of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. In addition, when describing embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a specific description of a related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical ideas disclosed in this specification are not limited by the attached drawings, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms that include ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When it is said that a component is "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but that there may be other components in between. On the other hand, when it is said that a component is "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, it should be understood that terms such as “comprises” or “has” are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
도 1 은 차량용 라이다에서 X축으로 약 +70도 내지 -70도의 범위 및 Y축으로 약 +3.4도 내지 -3.4도의 범위에 해당하는 넓은 광각으로 입사되는 광을 수광하는 예를 나타내는 도면이다.Figure 1 is a drawing showing an example of receiving light incident at a wide angle corresponding to a range of about +70 degrees to -70 degrees in the X-axis and a range of about +3.4 degrees to -3.4 degrees in the Y-axis in a vehicle lidar.
앞서 설명한 바와 같이, 지능형 자동차 및 스마트카 분야에서는 돌발상황에 대한 차량의 능동적 대처를 위해서, 거리 인식 센서 또는 모션 인식 센서 등은 다양한 방향, 즉 광각에서 오는 신호를 받아들여야 한다.As explained above, in the field of intelligent cars and smart cars, distance recognition sensors or motion recognition sensors must receive signals from various directions, that is, from a wide angle, in order for the vehicle to actively respond to unexpected situations.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량용에 탑재되는 라이다에 구비되는 수광부(110)는 X축으로 약 +70도 내지 -70도의 범위(120) 및 Y축으로 약 +3.4도 내지 -3.4도의 범위(130)에 해당하는 넓은 광각으로 입사되는 광을 해당 범위에 포함되는 모든 각도에서 비교적 일정하게 받아들여야 한다.As illustrated in FIG. 1, the light receiving unit (110) equipped on a lidar mounted on a vehicle must receive light incident at a wide angle corresponding to a range (120) of about +70 degrees to -70 degrees in the X-axis and a range (130) of about +3.4 degrees to -3.4 degrees in the Y-axis, relatively consistently at all angles included in the range.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention.
다만, 이하의 도 2 내지 도 6을 통하여 설명되는 고효율 수광 렌즈는, 본 발명에 따른 특징적인 기능을 소개함에 있어서, 필요한 구성요소만이 도시된 것으로서, 그 외 다양한 구성요소가 고효율 수광 렌즈에 포함될 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다.However, the high-efficiency light-receiving lens described through the following FIGS. 2 to 6 only shows the necessary components for introducing the characteristic functions according to the present invention, and it is obvious to a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains that various other components may be included in the high-efficiency light-receiving lens.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈의 제1단면 을 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a drawing showing a first cross-section of a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 고효율 수광 렌즈(200)는 제1렌즈면(201) 및 제2렌즈면(202)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a high-efficiency light-receiving lens (200) may include a first lens surface (201) and a second lens surface (202).
도 2에 도시된 바와 같이, 제1단면(일 실시예로, X축과 Z축이 형성하는 면과 평행한 절단면이 형성하는 단면)에서, 제1렌즈면(201)은 광원(또는 피사체) 방향으로 볼록한 형상을 구비하고, 제2렌즈면(202)는 센서(240) 방향으로 오목한 형상 또는 광원(또는 피사체) 방향으로 볼록한 형상을 구비할 수 있다.As illustrated in FIG. 2, in the first cross-section (in one embodiment, a cross-section formed by a cross-section parallel to a plane formed by the X-axis and the Z-axis), the first lens surface (201) may have a convex shape in the direction of the light source (or subject), and the second lens surface (202) may have a concave shape in the direction of the sensor (240) or a convex shape in the direction of the light source (or subject).
여기서, 상기 제1단면에서의 제1렌즈면(201)은 반구 형상을 가질 수 있다. 제1렌즈면(202)의 형상인 반구 형상을 보다 구체적으로 설명하면, 고효율 수광 렌즈(200)의 광축(optic axis)을 포함하는 단면들과 제1렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나 이상의 선분은 일정한 곡률을 가질 수 있다.Here, the first lens surface (201) in the first cross-section may have a hemispherical shape. More specifically, the hemispherical shape of the first lens surface (202) may be described. Among the line segments formed when the cross-sections including the optic axis of the high-efficiency light-receiving lens (200) and the first lens surface meet, at least one line segment may have a constant curvature.
여기서, 광축은 굴절을 일으키지 않는 빛의 경로일 수 있고, 다른 표현으로는 고효율 수광 렌즈(200)를 회전시켜도 광학적으로 차이가 나지 않는 축을 의미할 수 있다.Here, the optical axis may be a path of light that does not cause refraction, or in other words, may mean an axis that does not cause optical difference even when a high-efficiency light-receiving lens (200) is rotated.
한편, 상기 제1단면에서의 제1렌즈면(201)은 해당 반구 형상으로 인해서 X축 방향으로 최대 +70 도 내지 -70도의 범위에 포함되는 모든 각도에서 입사되는 광의 광량을 실질적으로 균일하게 받아들일 수 있다.Meanwhile, the first lens surface (201) in the first cross-section can substantially uniformly receive the amount of light incident at all angles within a range of up to +70 degrees to -70 degrees in the X-axis direction due to its hemispherical shape.
그리고, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈(200)는 양(+)의 굴절률을 가질 수 있다.Additionally, the high-efficiency light-receiving lens (200) according to the present invention may have a positive (+) refractive index.
한편, 센서(240)는 제2렌즈면(202) 하단에 위치할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1단면에서 제1렌즈면(201) 또는 제2렌즈면(202)의 형상인 반구 또는 반원 형상의 중심에 위치하는 것이 바람직하다. 반구 또는 반원 형상의 중심은 주어진 반구 또는 반원을 연장하여 완전한 구 또는 원을 형성하였을 때의 그 구 또는 원의 중심일 수 있다. 그리고, 반구 또는 반원 형상의 중심에 센서(240)의 중심이 배치될 수 있다. 또한, 센서(240)는 반구 또는 반원 형상의 중심으로부터 하측(도2상에서 -Z축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다.Meanwhile, the sensor (240) may be positioned at the bottom of the second lens surface (202). Specifically, it is preferable to be positioned at the center of a hemisphere or semicircle shape, which is the shape of the first lens surface (201) or the second lens surface (202) in the first cross section. The center of the hemisphere or semicircle shape may be the center of the sphere or circle formed when a given hemisphere or semicircle is extended to form a complete sphere or circle. Then, the center of the sensor (240) may be placed at the center of the hemisphere or semicircle shape. In addition, the sensor (240) may be placed spaced apart from the center of the hemisphere or semicircle shape downward (in the -Z-axis direction on FIG. 2).
그리고, 구체적인 실시 예로, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈(200)의 X축 방향 길이(210)는 43.8mm가 될 수 있고, 반구 형상의 중심에서 제1렌즈면(201)까지의 거리인 해당 반구 형상의 반지름 길이(220)는 43.8mm의 절반인 21.9mm가 될 수 있다. 또한, 센서(240)는 반구 형상의 중심으로부터 하측(도 2에서 -Z축 방향)으로 약 2 내지 5mm 이격되어 배치될 수 있다.And, as a specific example, the length (210) in the X-axis direction of the high-efficiency light-receiving lens (200) according to the present invention can be 43.8 mm, and the radius length (220) of the hemispherical shape, which is the distance from the center of the hemispherical shape to the first lens surface (201), can be 21.9 mm, which is half of 43.8 mm. In addition, the sensor (240) can be arranged to be spaced apart from the center of the hemispherical shape by about 2 to 5 mm downward (in the -Z-axis direction in FIG. 2).
한편, 상기 제1단면을 통한 고효율 수광 렌즈(200)의 절단된 길이의 비, 구체적으로 반구 형상의 반지름 길이(220)와 수광 렌즈(200)의 X축 방향 길이(210)의 비는 1:21.9를 만족하는 범위에서 다양하게 변경될 수 있다. 구체적으로, 해당 절단된 길이비는 1:25 내지 1:35에 포함되는 것이 바람직하다. Meanwhile, the ratio of the cut length of the high-efficiency light-receiving lens (200) through the first cross-section, specifically, the ratio of the radius length (220) of the hemispherical shape and the length (210) in the X-axis direction of the light-receiving lens (200), can be variously changed within a range satisfying 1:21.9. Specifically, it is preferable that the cut length ratio be included in the range of 1:25 to 1:35.
그리고, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈(200)의 두께(도 3의 230), 제1 렌즈면의 반지름 길이(220) 또는 직경(210)이 증가하거나 또는 렌즈의 총 표면적이 증가하면 렌즈로 받아들이는 전체 광량은 증가할 것이고, 그에 따라 입사되는 광을 감지하는 센서의 직경(D)도 증가되는 것이 바람직하다.And, if the thickness (230 of FIG. 3), the radius length (220) or diameter (210) of the first lens surface of the high-efficiency light-receiving lens (200) according to the present invention increases, or the total surface area of the lens increases, the total amount of light received by the lens will increase, and accordingly, it is desirable for the diameter (D) of the sensor that detects the incident light to also increase.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈의 제2단면을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a drawing showing a second cross-section of a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 제2단면(일 실시예로 Y축과 Z축이 형성하는 면과 평행한 절단면이 형성하는 단면)에서 제1렌즈면(201)은 구면 형상을 가질 수 있고, 제2렌즈면(202)은 비구면 형상을 가질 수 있다.Referring to FIG. 3, in the second cross-section (in one embodiment, a cross-section formed by a cross-section parallel to a plane formed by the Y-axis and the Z-axis), the first lens surface (201) may have a spherical shape, and the second lens surface (202) may have an aspherical shape.
제2렌즈면(202)의 형상인 비구면 형상을 보다 구체적으로 설명하면, 수광 렌즈(200)의 광축을 포함하는 단면들과 제2렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나의 선분은 일정한 곡률을 가질 수 있다. 이와 함께, 수광 렌즈(200)의 광축을 포함하는 단면들과 제2렌즈면이 만나 형성되는 선분들 중 적어도 하나의 선분은 일정하지 않은 곡률을 가질 수 있다.To explain more specifically the aspherical shape of the second lens surface (202), at least one of the line segments formed by the intersection of the cross sections including the optical axis of the light-receiving lens (200) and the second lens surface may have a constant curvature. In addition, at least one of the line segments formed by the intersection of the cross sections including the optical axis of the light-receiving lens (200) and the second lens surface may have a non-constant curvature.
한편, 제2단면에서의 제2렌즈면(202)은 해당 비구면 형상으로 인해서, Y축 방향으로 +4도 내지 -4도의 각도에서 입사되는 광의 효율을 증가시킬 수 있다.Meanwhile, the second lens surface (202) in the second cross-section can increase the efficiency of light incident at an angle of +4 degrees to -4 degrees in the Y-axis direction due to its aspherical shape.
여기서, 제2렌즈면(202)은 해당 비구면 형상을 통하여, 제1렌즈면(201)을 통과하여 도달한 광을 디포커싱(defocusing)하여 센서(240)가 위치한 방향으로 출력할 수 있다.Here, the second lens surface (202) can defocus the light that has passed through the first lens surface (201) through the aspherical shape and output it in the direction where the sensor (240) is located.
구체적으로, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈(200)에서, 제1렌즈면(201) 및 제2렌즈면(202)을 순차적으로 통과한 광은 도 3에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 제2렌즈면(202)의 비구면 형상으로 발생되는 디포커싱을 통해, 센서(240)의 센싱 영역에 일정한 면적을 가지는 형태로 도달하게 된다.Specifically, in the high-efficiency light-receiving lens (200) according to the present invention, light that sequentially passes through the first lens surface (201) and the second lens surface (202) reaches the sensing area of the sensor (240) in a form having a certain area through defocusing caused by the aspherical shape of the second lens surface (202) described above, as illustrated in FIG. 3.
그리고, 구체적인 실시 예로, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈(200)의 제2단면에서의 제1렌즈면(201)의 형상인 구면 형상에서, 제1렌즈면(201)의 두께(230)는 26.5mm가 될 수 있다.And, as a specific example, in the shape of the first lens surface (201) in the second cross-section of the high-efficiency light-receiving lens (200) according to the present invention, which is a spherical shape, the thickness (230) of the first lens surface (201) can be 26.5 mm.
한편, 디포커싱으로 센서(240)의 센싱 영역에 도달하는 일정한 면적은 제1렌즈면(201)에 대한 X축의 입사각 및 제1렌즈면에 대한 Y축의 입사각 중 적어도 하나 이상의 입사각에 따라, 가변될 수 있다.Meanwhile, a constant area reaching the sensing area of the sensor (240) by defocusing can be varied depending on at least one of the incident angle of the X-axis to the first lens surface (201) and the incident angle of the Y-axis to the first lens surface.
여기서, X축의 입사각은 +70도 내지 -70도의 범위에 포함되는 것이 바람직하고, Y축의 입사각은 +4도 내지 -4도의 범위에 포함되는 것이 바람직하다. 이에 관한 구체적인 설명은 이하의 도 4 및 도 5를 통하여 계속한다.Here, the incident angle of the X-axis is preferably within a range of +70 degrees to -70 degrees, and the incident angle of the Y-axis is preferably within a range of +4 degrees to -4 degrees. A detailed description thereof will continue with reference to FIGS. 4 and 5 below.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈에 입사되는 광의 입사각이 증가할수록 센서면의 중심에서 멀어지는 예를 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a drawing showing an example in which the incident angle of light incident on a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention increases and moves away from the center of the sensor surface.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈(200)에 입사되는 광의 입사각 중 제1렌즈면(201)에 대한 Y축의 입사각이 순차적으로 0도, 1.7도 및 3.4도로 증가하는 경우를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be confirmed that among the incident angles of light incident on the high-efficiency light-receiving lens (200) according to the present invention, the incident angle of the Y axis with respect to the first lens surface (201) sequentially increases to 0 degrees, 1.7 degrees, and 3.4 degrees.
앞서 설명한 제2렌즈면(202)의 비구면 형상으로 발생되는 디포커싱을 통해, 제2렌즈면(202)을 통과한 광이 센서(410)의 중심에서 순차적으로 멀어지는 위치에 도달하는 예(A)를 확인할 수 있다.Through defocusing caused by the aspherical shape of the second lens surface (202) described above, an example (A) can be confirmed in which light passing through the second lens surface (202) reaches a location that is sequentially farther away from the center of the sensor (410).
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈에 입사되는 광이 디포커싱되어 센서면에 위치하는 면적이 입사각에 따라 센서면의 중심에서 멀어지는 예를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a drawing showing an example in which light incident on a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention is defocused so that an area located on the sensor surface moves away from the center of the sensor surface depending on the incident angle.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈에서, 제1렌즈면에 대한 Y축의 입사각이 0도와 비교하여 3.4도로 증가한 경우에 제2렌즈면의 비구면 형상으로 발생되는 디포커싱을 통해, 제2렌즈면을 통과한 광이 센서면(410)의 중심(B)에서 멀어지는 위치에 도달하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, in a high-efficiency light-receiving lens according to the present invention, when the incident angle of the Y axis for the first lens surface increases from 0 degrees to 3.4 degrees, it can be confirmed that light passing through the second lens surface reaches a location further from the center (B) of the sensor surface (410) through defocusing caused by the aspherical shape of the second lens surface.
그 결과, 제2렌즈면을 통과한 광이 센서(240)의 센싱 영역에 도달하는 일정한 면적은 제1렌즈면에 대한 X축의 입사각 및 제1렌즈면에 대한 Y축의 입사각 중 적어도 하나 이상의 입사각에 따라, 가변되는 것을 확인할 수 있다.As a result, it can be confirmed that a certain area where light passing through the second lens surface reaches the sensing area of the sensor (240) varies depending on at least one of the incident angles of the X-axis to the first lens surface and the incident angles of the Y-axis to the first lens surface.
예를 들어, 렌즈가 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)로 형성되고, 광원이 센서와 30m 이격된 거리에서 X축으로 +70도 내지 -70도의 범위 및 Y축으로 +4도 내지 -4도의 범위로 움직이면서, 1W의 파워에 해당하는 광을 출력할 수 있고, 센서의 센싱면(410)의 직경이 2mm인 경우, 센서에 입사되는 광량은 3nW이상이 될 수 있다.For example, if a lens is formed of polymethylmethacrylate (PMMA), and a light source can move in a range of +70 degrees to -70 degrees in the X-axis and in a range of +4 degrees to -4 degrees in the Y-axis at a distance of 30 m from the sensor, and can output light corresponding to a power of 1 W, and the diameter of the sensing surface (410) of the sensor is 2 mm, the amount of light incident on the sensor can be 3 nW or more.
이때, 입사각이 0도인 경우, 센서면(410)에 위치하는 제2렌즈면을 통과한 광의 일정한 면적의 직경은 약 2.2 mm가 될 수 있고, 입사각이 3.4도인 경우, 센서면(410)에 위치하는 제2렌즈면을 통과한 광의 일정한 면적의 직경은 약 2.1 mm이 될 수 있다.At this time, when the incident angle is 0 degrees, the diameter of a constant area of light passing through the second lens surface located at the sensor surface (410) can be approximately 2.2 mm, and when the incident angle is 3.4 degrees, the diameter of a constant area of light passing through the second lens surface located at the sensor surface (410) can be approximately 2.1 mm.
즉, 센서의 센서면(410)의 직경이 약 2mm이라면, 입사각이 0도인 경우 제2렌즈면을 통과한 광은 약 90%의 면적 비로 센서면(410)에 도달하고, 입사각이 3.4도인 경우 제2렌즈면을 통과한 광은 약 60%의 면적 비로 센서면(410)에 도달하게 된다.That is, if the diameter of the sensor surface (410) of the sensor is about 2 mm, when the incident angle is 0 degrees, the light passing through the second lens surface reaches the sensor surface (410) with an area ratio of about 90%, and when the incident angle is 3.4 degrees, the light passing through the second lens surface reaches the sensor surface (410) with an area ratio of about 60%.
이와 관련되는 제1렌즈면에 대한 X축의 입사각 및 제1렌즈면에 대한 Y축의 입사각의 다양한 실시 예는 아래의 표 1과 같다. Various examples of the incident angle along the X-axis to the first lens surface and the incident angle along the Y-axis to the first lens surface related thereto are as shown in Table 1 below.
한편, 위와 같은 구체적인 예에서 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈를 이용한 경우와 렌즈가 없는 경우에 대한 다양한 실시 예는 아래의 표 2와 같다.Meanwhile, various embodiments of the present invention using a high-efficiency light-receiving lens and a case without a lens in the specific examples above are as shown in Table 2 below.
즉, 디포커싱을 발생시키는 렌즈는 광의 입사각이 변화하더라도 표 1 및 표 2과 같이 광량의 변화율이 크지 않아 일정 수준 이상의 광량에서 반응하게 되는 센서에 적합하게 된다.That is, a lens that causes defocusing is suitable for a sensor that responds to a certain level of light since the rate of change in the amount of light is not large even when the angle of incidence of light changes, as shown in Tables 1 and 2.
도 6은 센서로 입사되는 광 효율 상승을 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈와 센서 사이에 다른 렌즈 또는 기구물을 추가한 예를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a drawing showing an example of adding another lens or mechanism between a high-efficiency light-receiving lens and a sensor according to an embodiment of the present invention to increase the efficiency of light incident on the sensor.
도 6을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 센서(640)는 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈(600)의 하단 중심부에 위치할 수 있다. 여기서, 렌즈(600)와 센서(640) 사이에는 광효율 증가를 위하여 별도의 다른 렌즈 또는 광학적 기구물(650)이 추가로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 6, as described above, the sensor (640) may be located at the lower center of the high-efficiency light-receiving lens (600) according to the present invention. Here, a separate lens or optical device (650) may be additionally placed between the lens (600) and the sensor (640) to increase light efficiency.
구체적으로, 도 6은 반구 형태의 렌즈(650)가 렌즈(600)와 센서(640) 사이에 배치된 예를 나타낸다.Specifically, FIG. 6 shows an example in which a hemispherical lens (650) is placed between a lens (600) and a sensor (640).
앞서 표 1 및 표 2에 따른 구체적인 예에서 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈만을 이용한 경우와 반구 형태의 렌즈를 추가로 이용한 경우에 대한 다양한 실시 예는 아래의 표 3과 같다.Various examples of the specific examples according to Tables 1 and 2 above, in which only the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention is used and in which a hemispherical lens is additionally used, are as shown in Table 3 below.
즉, 센서(640) 상부에 PMMA 재질의 반구 렌즈(650)가 위치하면, 표 3과 같이 센서(640)에 입사되는 광량은 증가한다. 구체적으로, 반구 렌즈(650)의 반지름이 약 2.2mm 인 경우 광 효율은 반구 렌즈(650)가 없을 때(Ref.)의 광 효율보다 약 2배 증가하는 것을 확인할 수 있다.That is, when a hemispherical lens (650) made of PMMA is positioned on top of the sensor (640), the amount of light incident on the sensor (640) increases as shown in Table 3. Specifically, when the radius of the hemispherical lens (650) is about 2.2 mm, it can be confirmed that the light efficiency increases by about twice as much as the light efficiency when there is no hemispherical lens (650) (Ref.).
한편, 도 6에 도시된 센서(640) 역시 앞서 설명한 바와 같이 반구 형상의 중심으로부터 하측(도 2에서 -Z축 방향)으로 약 2 내지 5mm 이격되어 배치될 수 있다.Meanwhile, the sensor (640) illustrated in FIG. 6 may also be positioned approximately 2 to 5 mm downward (in the -Z-axis direction in FIG. 2) from the center of the hemispherical shape as described above.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 수광 렌즈를 실제적으로 구현한 예를 나타내는 도면이다.FIGS. 7 to 10 are drawings showing examples of actually implementing a high-efficiency light-receiving lens according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 7을 참조하면, 앞서 설명한 도 2의 제1단면을 보다 구체적으로 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 7에 도시된 고효율 수광 렌즈는 제1렌즈면(701)과 제2렌즈면(702)을 연결하는 면(703)에 복수의 돌출부(710)를 포함할 수 있다.First, referring to FIG. 7, the first cross-section of FIG. 2 described above can be confirmed more specifically. Specifically, the high-efficiency light-receiving lens illustrated in FIG. 7 may include a plurality of protrusions (710) on the surface (703) connecting the first lens surface (701) and the second lens surface (702).
여기서, 해당 복수의 돌출부(710)는 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈가 센서가 구비된 수광부에 물리적으로 연결될 수 있도록 하는 구성으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1렌즈면(701)의 끝단에서 제1단면상 약 5.8mm이격된 위치에 배치될 수 있다. Here, the plurality of protrusions (710) are configured to enable the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention to be physically connected to a light-receiving unit equipped with a sensor, and as illustrated in FIG. 7, can be positioned at a position spaced apart from the end of the first lens surface (701) by about 5.8 mm on the first cross-section.
다음으로, 도 8을 참조하면, 앞서 설명한 도 3의 제2단면을 보다 구체적으로 확인할 수 있다.Next, referring to Fig. 8, the second cross-section of Fig. 3 described above can be confirmed more specifically.
도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 돌출부(710)는 제1렌즈면(701)의 끝단에서 제2단면상 약 5.2mm 이격된 위치에 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 돌출부(710)의 두께는 약 4-Ø3mm가 될 수 있고, 복수의 돌출부(710)가 제1렌즈면(701)과 제2렌즈면(702)을 연결하는 면(703)에서 돌출되는 길이는 약 3.5mm 가 될 수 있다.As illustrated in FIG. 8, a plurality of protrusions (710) may be arranged at a position spaced apart from the end of the first lens surface (701) by about 5.2 mm in the second cross-section. In addition, the thickness of the plurality of protrusions (710) may be about 4-Ø3 mm, and the length by which the plurality of protrusions (710) protrude from the surface (703) connecting the first lens surface (701) and the second lens surface (702) may be about 3.5 mm.
한편, 광축상 제1렌즈면(701)과 제2렌즈면(702)이 이격된 거리는 약 14mm가 될 수 있으며, 반구 형상의 중심에서 제1렌즈면(701)까지의 거리인 해당 반구 형상의 반지름 길이는 앞서 설명한 바와 같이 약 21.9mm가 될 수 있다.Meanwhile, the distance between the first lens surface (701) and the second lens surface (702) on the optical axis can be about 14 mm, and the radius length of the hemispherical shape, which is the distance from the center of the hemispherical shape to the first lens surface (701), can be about 21.9 mm as described above.
다음으로, 도 9를 참조하면, 본 발명에 다른 고효율 수광 렌즈를 이루는 복수의 면 중 앞서 도 7 및 도 8을 통해 언급된 제1렌즈면(701)과 제2렌즈면(702)을 연결하는 면(703)을 보다 구체적으로 확인할 수 있다.Next, referring to FIG. 9, one can more specifically identify a surface (703) connecting the first lens surface (701) and the second lens surface (702) mentioned above through FIGS. 7 and 8, among the multiple surfaces forming the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 고효율 수광 렌즈는 제1렌즈면(701)과 제2렌즈면(702)을 연결하는 면(703)에 좌측 및 우측에 각각 2개, 모두 4개의 돌출부(710)를 포함할 수 있으며, 고효율 수광 렌즈는 해당 4개의 돌출부(710)를 통하여 수광부에 물리적으로 연결될 수 있다.As illustrated in FIG. 9, a high-efficiency light-receiving lens according to the present invention may include four protrusions (710), two on each of the left and right sides, on a surface (703) connecting the first lens surface (701) and the second lens surface (702), and the high-efficiency light-receiving lens may be physically connected to a light-receiving unit through the four protrusions (710).
한편, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈의 X축(도 2의 X축) 방향 길이는 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이 약 43.8mm가 될 수 있고, 고효율 수광 렌즈에 구비되는 제1렌즈면(701)의 두께는 앞서 도 3에서 설명한 바와 같이 약 26.5mm가 될 수 있다.Meanwhile, the length in the X-axis (X-axis in FIG. 2) direction of the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention can be about 43.8 mm as described above in FIG. 2, and the thickness of the first lens surface (701) provided in the high-efficiency light-receiving lens can be about 26.5 mm as described above in FIG. 3.
마지막으로, 도 10을 참조하면, 도 7 내지 도 9를 통하여 2차원으로 설명된 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈의 3차원 형상을 확인할 수 있다.Finally, referring to FIG. 10, the three-dimensional shape of the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention, which has been described in two dimensions through FIGS. 7 to 9, can be confirmed.
구체적으로, 도 7 내지 도 10을 통해서 설명된 고효율 수광 렌즈의 실제 구현 예는 아래의 표 4 및 표 5에 기재된 수치와 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, S1 및 S2는 구면인 제1렌즈면(701) 및 비구면인 제2렌즈면(702)를 나타낸다.Specifically, it is preferable that the actual implementation examples of the high-efficiency light-receiving lens described through FIGS. 7 to 10 satisfy the numerical values described in Tables 4 and 5 below and the
여기서, 제2렌즈면(702)의 coating은 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈가 미리 설정된 파장만을 감지하기 위한 대역필터(band pass filter) 기능을 수행할 수 있도록 한다.Here, the coating of the second lens surface (702) enables the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention to perform a band pass filter function to detect only a preset wavelength.
수학식 1은 비구면 수식을 나타낸다. 여기서, R은 -19.1922037933이 될 수 있고, K는 0이 될 수 있으며, B4 는 0.0001549820이 될 수 있고, B6는 3.6450096648e-8가 될 수 있고, B10, B12 및 B14는 0이 될 수 있다.
도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈를 보다 구체적으로 설명하면, 다음과 같이 설명될 수 있다.Referring to FIGS. 7 to 10, the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention can be described more specifically as follows.
먼저, 고효율 수광 렌즈의 높이방향으로 연장되는 광축을 Z축(예를 들어, 도 2의 Z축)이라 하고, Z축에 수직하고 Z축상의 한 점을 관통하며 교점을 형성하고 고효율 수광 렌즈의 길이방향으로 연장된 축을 X축(예를 들어, 도 2의 X축)이라 하며, X축과 Z축에 수직하고 X축과 Z축의 교점을 관통하며 고효율 수광 렌즈의 폭 방향으로 연장된 축을 Y축(예를 들어, 도 2의 Y축)이라 하고, 해당 X축과 Z축을 포함하는 가상의 평면을 제1가상평면(예를 들어, 도 2의 제1단면)이라 하며, 해당 Y축과 Z축을 포함하는 가상의 평면을 제2가상평면(예를 들어, 도 3의 제2단면)이라 정의한다.First, an optical axis extending in the height direction of the high-efficiency light-receiving lens is referred to as the Z-axis (for example, the Z-axis in FIG. 2), an axis that is perpendicular to the Z-axis, passes through a point on the Z-axis, forms an intersection, and is extended in the length direction of the high-efficiency light-receiving lens is referred to as the X-axis (for example, the X-axis in FIG. 2), an axis that is perpendicular to the X-axis and the Z-axis, passes through the intersection of the X-axis and the Z-axis, and is extended in the width direction of the high-efficiency light-receiving lens is referred to as the Y-axis (for example, the Y-axis in FIG. 2), and an imaginary plane that includes the X-axis and the Z-axis is referred to as a first virtual plane (for example, the first cross-section in FIG. 2), and an imaginary plane that includes the Y-axis and the Z-axis is referred to as a second virtual plane (for example, the second cross-section in FIG. 3).
이때, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제1가상평면이 고효율 수광 렌즈의 제1렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정할 수 있고, 제2가상평면이 고효율 수광 렌즈의 제1렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정할 수 있다.At this time, as illustrated in FIGS. 7 to 10, the curvature of the line segment formed when the first virtual plane meets the first lens surface of the high-efficiency light-receiving lens may be constant, and the curvature of the line segment formed when the second virtual plane meets the first lens surface of the high-efficiency light-receiving lens may be constant.
그리고, 제1가상평면이 고효율 수광 렌즈의 제2렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정할 수 있고, 제2가상평면이 고효율 수광 렌즈의 제2렌즈면과 만나 형성되는 선분의 곡률은 일정하지 않을 수 있다And, the curvature of the line segment formed when the first virtual plane meets the second lens surface of the high-efficiency light-receiving lens may be constant, and the curvature of the line segment formed when the second virtual plane meets the second lens surface of the high-efficiency light-receiving lens may not be constant.
한편, 도 7 내지 도 10에 도시된 복수의 돌출부(710)의 형상 또는 개수 등은 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈와 수광부를 연결하는 구체적인 일 실시 예이며, 다른 형상 또는 다른 개수의 돌출부가 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈에 포함될 수 있음을 배제하는 것은 아니다.Meanwhile, the shapes or numbers of the plurality of protrusions (710) illustrated in FIGS. 7 to 10 are specific examples of connecting the high-efficiency light-receiving lens and the light-receiving unit according to the present invention, and it is not excluded that protrusions of different shapes or different numbers may be included in the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention.
결국, 본 발명에 따른 고효율 수광 렌즈는 모터와 같은 기계적인 구성 없이, 렌즈만을 이용하여 광각의 모든 각도에서 입사되는 광의 효율을 일정 수준 이상으로 증가시킬 수 있고, 디포커싱(defocusing) 방식의 렌즈를 통하여 렌즈를 통과한 광이 센서면에 일정한 면적을 가지게 되어, 입사각이 증가되더라도 광 효율이 일정 수준 이상으로 유지될 수 있기 때문에, 일정 수준 이상의 광량에 반응하는 센서에 적합할 수 있다.Ultimately, the high-efficiency light-receiving lens according to the present invention can increase the efficiency of light incident at all angles of a wide angle to a certain level or higher by using only a lens without a mechanical configuration such as a motor, and since the light passing through the lens through the defocusing type lens has a certain area on the sensor surface, the light efficiency can be maintained to a certain level or higher even if the incident angle increases, and therefore, it can be suitable for a sensor that responds to a certain level or higher of light.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all changes coming within the equivalent scope of the invention are intended to be embraced therein.
Claims (13)
외부로부터 상기 수광 렌즈로 입사되어 상기 제1렌즈면 및 상기 제2렌즈면을 순차적으로 통과한 광을 감지하는 센서를 포함하고,
상기 제1렌즈면은 구면이고, 상기 제2렌즈면은 비구면이고,
상기 수광 렌즈에 도달한 광을 디포커싱(defocusing)하여 상기 센서의 센싱 영역에 일정한 면적을 가지는 형태로 도달하도록 하고,
상기 제2렌즈면은 광축과 수직인 제1방향으로 비구면 형상을 가지고, 상기 광축 및 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 구면 형상을 가지는 수광 렌즈 모듈.
A light receiving lens having a first lens surface that receives light from the outside and a second lens surface that changes the optical path of the light received by the first lens surface and emits it to the outside;
It includes a sensor that detects light that is incident from the outside onto the light-receiving lens and sequentially passes through the first lens surface and the second lens surface,
The above first lens surface is a spherical surface, and the above second lens surface is an aspherical surface.
Defocusing the light reaching the above light receiving lens so that it reaches the sensing area of the sensor in a form having a certain area,
A light-receiving lens module in which the second lens surface has an aspherical shape in a first direction perpendicular to the optical axis and a spherical shape in a second direction perpendicular to the optical axis and the first direction.
상기 일정한 면적은,
상기 제1렌즈면에 대한 X축의 입사각 및 상기 제1렌즈면에 대한 Y축의 입사각 중 적어도 하나 이상의 입사각에 따라, 가변되고,
상기 X축은 상기 수광 렌즈의 길이 방향으로 연장되는 축이고, 상기 Y축은 상기 수광 렌즈의 폭 방향으로 연장되는 축인 수광 렌즈 모듈.
In the first paragraph,
The above constant area is,
It is variable depending on at least one of the incident angles of the X-axis to the first lens surface and the incident angle of the Y-axis to the first lens surface.
A light receiving lens module in which the X-axis is an axis extending in the longitudinal direction of the light receiving lens, and the Y-axis is an axis extending in the width direction of the light receiving lens.
상기 제1렌즈면 및 상기 제2렌즈면을 순차적으로 통과한 광은,
상기 디포커싱을 통하여, 상기 제1렌즈면에 대한 X축의 입사각 및 상기 제1렌즈면에 대한 Y축의 입사각 중 적어도 하나 이상의 입사각이 증가할수록, 상기 센서의 중심에서 멀어지는 위치에 도달하고,
상기 X축은 상기 수광 렌즈의 길이 방향으로 연장되는 축이고, 상기 Y축은 상기 수광 렌즈의 폭 방향으로 연장되는 축인 수광 렌즈 모듈.
In the first paragraph,
The light that sequentially passes through the first lens surface and the second lens surface is
Through the above defocusing, as at least one of the incident angles of the X-axis to the first lens surface and the incident angles of the Y-axis to the first lens surface increases, a position further from the center of the sensor is reached,
A light receiving lens module in which the X-axis is an axis extending in the longitudinal direction of the light receiving lens, and the Y-axis is an axis extending in the width direction of the light receiving lens.
상기 센서와 상기 제2렌즈면 사이에 위치하며, 상기 센서로 입사되는 광의 효율을 증가시키는 별도의 렌즈 또는 구조물을 포함하는 수광 렌즈 모듈.
In the first paragraph,
A light receiving lens module positioned between the sensor and the second lens surface and including a separate lens or structure that increases the efficiency of light incident on the sensor.
상기 제1렌즈면과 상기 제2렌즈면을 연결하는 면에 형성되어, 상기 수광 렌즈와 수광부를 물리적으로 연결하는 적어도 하나 이상의 연결부를 더 포함하는 수광 렌즈 모듈.
In the first paragraph,
A light-receiving lens module further comprising at least one connecting portion formed on a surface connecting the first lens surface and the second lens surface, and physically connecting the light-receiving lens and the light-receiving unit.
상기 적어도 하나 이상의 연결부 각각은,
적어도 하나 이상의 돌출부를 포함하는 수광 렌즈 모듈.
In Article 6,
Each of the above at least one connecting portion,
A photodetector lens module comprising at least one protrusion.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160100209A KR102705242B1 (en) | 2016-08-05 | 2016-08-05 | High efficiency receiving lens |
| PCT/KR2017/008002 WO2018021800A1 (en) | 2016-07-25 | 2017-07-25 | Light-receiving device and lidar |
| US16/320,402 US11262439B2 (en) | 2016-07-25 | 2017-07-25 | Light-receiving device and lidar |
| CN201780046505.3A CN109477912B (en) | 2016-07-25 | 2017-07-25 | Light receiving device and laser radar |
| US17/582,586 US11965986B2 (en) | 2016-07-25 | 2022-01-24 | Light-receiving device and lidar |
| US18/617,209 US12372626B2 (en) | 2016-07-25 | 2024-03-26 | Light-receiving device and LiDAR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160100209A KR102705242B1 (en) | 2016-08-05 | 2016-08-05 | High efficiency receiving lens |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180016149A KR20180016149A (en) | 2018-02-14 |
| KR102705242B1 true KR102705242B1 (en) | 2024-09-11 |
Family
ID=61229901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160100209A Active KR102705242B1 (en) | 2016-07-25 | 2016-08-05 | High efficiency receiving lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102705242B1 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100345648B1 (en) * | 2000-07-24 | 2002-07-24 | 주식회사 라이다텍 | Integrated Transmitting&Receiving Micro-pulse LIDAR Optical System using Conic Lens |
| EP2891918A1 (en) * | 2008-02-29 | 2015-07-08 | Global Bionic Optics Pty Ltd. | Single-lens extended depth-of-field imaging systems |
| KR101309423B1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-09-23 | 삼성전기주식회사 | Hyper-field fish eye lens |
-
2016
- 2016-08-05 KR KR1020160100209A patent/KR102705242B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180016149A (en) | 2018-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102235710B1 (en) | Scanning lidar having optical structures with transmission receiving single lens | |
| KR102714940B1 (en) | Lidar systems and methods | |
| CN102338660B (en) | For the sensor device of sense environmental conditions | |
| US8408765B2 (en) | Light distribution pattern control using object detection and electrowetting lenses | |
| US11378248B2 (en) | IR illuminator with secondary function | |
| GB2528841A (en) | Ground level illumination system | |
| CN204187477U (en) | Light fixture | |
| KR101885954B1 (en) | Scanning lidar having concave reflective mirror | |
| US10873687B2 (en) | IR illuminator to avoid camera field-of-view | |
| JP2016075564A (en) | Projection optical system, object detection device | |
| KR102864514B1 (en) | Distance measuring device | |
| EP2808708A1 (en) | Optical element, projection optical system, and object detector | |
| CN204301735U (en) | A kind of novel obstacle recognition system | |
| JP4973692B2 (en) | Optical sensor device for moving body | |
| KR102206236B1 (en) | Apparatus for emitting laser for lidar and lens for emitting uniform energy density | |
| KR102705242B1 (en) | High efficiency receiving lens | |
| KR102502283B1 (en) | Receiving lens module and Receiving lens | |
| US20240230857A1 (en) | Light-receiving device and lidar | |
| KR102743213B1 (en) | Light emitting device using de-center | |
| KR102593403B1 (en) | Drive type light emitting device | |
| KR102435908B1 (en) | Optical system for exposing 2d light sheet and 3d light diffusion | |
| KR102743216B1 (en) | Light emitting device using de-center | |
| KR102001109B1 (en) | Apparatus for emitting laser for lidar and lens for emitting uniform energy density | |
| KR102673137B1 (en) | Lamp of vehicle | |
| CN209167540U (en) | Laser rangefinder and intelligent cleaning equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000 |
|
| PG1501 | Laying open of application |
St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000 |
|
| R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000 |
|
| PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301 St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301 |
|
| E13-X000 | Pre-grant limitation requested |
St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000 |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| E13-X000 | Pre-grant limitation requested |
St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
| PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 Fee payment year number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |