KR20230041973A - 라이다 mems 각도 조정 - Google Patents

Abstract

다양한 실시예들에 따르면, 라이다 시스템용 광학 배열(200)은 포커싱 배열(202)의 초점(214)에 광을 포커싱하는 방식으로 구성된 포커싱 배열(202); 포커싱 배열(202)의 초점(214)으로부터 제1 거리(216)에 포커싱 배열(202)의 다운스트림에 배열된 빔 편향 컴포넌트(204)-여기서, 빔 편향 컴포넌트(204)는 시야(220) 상으로 편향 각도로 광을 편향시키도록 구성됨-; 및 포커싱 배열(202)의 초점(214)으로부터 제2 거리(218)에서 빔 편향 컴포넌트(204)의 다운스트림에 배열된 시준 렌즈(206)를 갖고, 제2 거리(218)는 시준 렌즈(206)의 초점 거리에 대응하고, 시준 렌즈(206)는 초점(214)으로부터의 광을 평행화하도록 구성된다.

Description

라이다 MEMS 각도 조정

다양한 예시적인 실시예들은 라이다 시스템(즉, "광 검출 및 거리 측정" 시스템)을 위한 광학 배열에 관한 것이다.

빔 편향(beam deflection)을 갖는 라이다 시스템에서, 애플리케이션과 일치하는 컴포넌트들은 항상 사용할 수 있는 것은 아니다. 특히, MEMS 미러들은 검증하기 어렵고 몇 가지 다른 편향 각도(예를 들어 -15°에서 +15°까지)에서만 사용할 수 있다. 이러한 편향 각도들은 각 애플리케이션이 서로 다른 시야(예를 들어 10°에서 150°까지)를 갖기 때문에 필요한 시야와 종종 일치하지 않는다. 추가 광학 빔 편향 컴포넌트들(예를 들어 액정 편광 격자(LCPG))이 사용되는 경우, 시야는 또한 약 6°의 값을 가질 수 있다. 이 문제는 1D 및 2D 빔 편향 시스템들 모두에 존재한다. 예를 들어, 빔 편향 시스템은 MEMS, 갈보 스캐너(galvo scanner)들, 메타 물질들, 또는 유도 이동 렌즈들이나 미러들에 기초할 수 있다.

다양한 실시예들은 LIDAR 시스템의 시야의 유연하고 간단한 조정을 가능하게 하는 라이다 시스템용 광학 배열에 관한 것이다. 광학 배열은 라이다 시스템의 시야가 빔 편향 컴포넌트의 빔 편향 영역(방출 필드(emission field)라고도 함)으로부터 디커플링되는 방식으로 구성된다. 따라서 빔 편향 컴포넌트(빔 편향 요소라고도 함)의 동작은 라이다 시스템의 달성가능한 시야를 제한하지 않는다. 라이다 시스템의 시야에서 빔 편향 요소의 방출 필드의 디커플링은 빔 편향 컴포넌트와 포커싱 장치의 초점에 대한 시준 렌즈(collimating lens)의 상대적인 배열에 의해 달성된다.

다양한 실시예에 따르면, 라이다 시스템용 광학 배열은: 포커싱 배열의 초점에 광을 집중시키는 방식으로 구성된 포커싱 배열;

포커싱 배열의 초점으로부터 제1 거리에서 포커싱 배열의 다운스트림에 배열된 빔 편향 컴포넌트-여기서, 빔 편향 컴포넌트는 시야 상으로 편향 각도(편향하는 각도라고도 함)에서 광을 편향시키도록 구성됨-; 및 포커싱 배열의 초점으로부터 제2 거리에서 빔 편향 컴포넌트의 다운스트림에 배열된 시준 렌즈를 가질 수 있고, 제2 거리는 시준 렌즈의 초점 거리에 대응하고, 시준 렌즈는 포커싱 배열의 초점으로부터의 광을 평행화(즉, 시준)하는 방식으로 배열된다. 이 단락에 설명된 광학 배열은 제1 예를 제공한다.

시야로 방출되는 광(예를 들어, 방출된 광 빔들)의 평행화는 초점으로부터의 거리에 시준 렌즈의 배열에 의해 가능해지며, 이 거리는 시준 렌즈의 초점 거리에 대응한다. 초점 외부의 빔 편향 컴포넌트의 배열은 시준 렌즈에서 볼 때 초점의 (가상) 위치를 변경하고 이에 따라 시준 렌즈 다운스트림의 광의 출사 각도를 변경하는 것을 가능하게 한다. 이 설명의 맥락에서, "시준 렌즈"라는 용어는 포커싱 베열의 초점에서 나오는 광을 평행화하도록 설정된 하나 이상의 광학 컴포넌트(예를 들어, 하나 이상의 렌즈)를 갖는 배열로 이해될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 빔 편향 컴포넌트 다운스트림의 편향된 광의 편향 각도는 시준 렌즈에 대한 포커싱 배열의 초점의 가상 위치를 정의할 수 있다. 예를 들어, 편향 각도는 광학 배열의 광학 축에 대한 각도일 수 있다. 제1 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제2 예를 제공한다.

각 가상 위치는 시준 렌즈에서 다른 가상 위치와 동일한 거리에 있을 수 있다. 거리는 시준 렌즈의 초점 거리이거나 시준 렌즈의 초점 거리에 대응할 수 있다. 각각의 가상 위치는 시준 렌즈 다운스트림의 광의 출사 각도를 정의하거나 할당할 수 있다.

시준 렌즈는 각기 다른 편향 각도에 대한(예를 들어, 빔 편향 컴포넌트의 각 동작 상태에 대해) 포커싱 배열의 초점에 대해 다른 위치를 볼 수 있다. 확실히, 편향 각도를 변경하면 시준 렌즈가 수신된 광을 마치 광이 다양한 원점들(초점의 다양한 위치들)에서 나온 것처럼 보고 그에 따라 서로 다른 출사 각도들에서 빛을 평행화할 수 있다(예를 들어, 시야를 스캔하기 위해).

다양한 실시예에 따르면, 빔 편향 컴포넌트는 적어도 2개의 동작 상태를 가질 수 있고, 적어도 2개의 동작 상태의 각각의 동작 상태는 빔 편향 컴포넌트의 다운스트림에서 편향된 광의 각각의 편향 각도와 연관된다. 제1 또는 제2 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제3 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 빔 편향 컴포넌트는 적어도 2개의 동작 상태 중 제1 동적 상태에서 광학 배열의 광학 축에 대해 제1 편향 각도로 광을 편향시키고 적어도 2개의 동작 상태 중 제2 동작 상태에서 광학 배열의 광학 축에 대해 제2 편향 각도로 광을 편향시키는 방식으로 구성될 수 있다. 제1에서 제3 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제4 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 시준 렌즈는 포커싱 배욜의 초점에서 시준 렌즈로 들어오는 광을 출사 각도(예를 들어, 광학 배열의 광학 축에 대한 각도)에서 시준된(평행된) 광에 매핑하는 방식으로 구성될 수 있다. 제1에서 제4 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제5 예를 제공한다.

예로서, 시준 렌즈는 제1 편향 각도에서 편향되고 포커싱 배열의 제1 (예를 들어, 가상) 초점으로부터 시준 렌즈로 들어오는 광을 제1 출사 각도에서 시준된 광으로 맵핑하고 제2 편향 각도에서 편향되고 포커싱 배열의 제2 (예를 들어, 가상) 초점에서 나오는 광을 제2 출사 각도에서 시준된 광에 매핑하는 방식으로 구성될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 시준 렌즈 다운스트림의 시준된 광의 출사 각도는 제1 거리와 제2 거리 사이의 비율(예를 들어, 제1 거리와 제2 거리의 비율)에 의존할 수 있다(예를 들어, 비례할 수 있음). 제5 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제6 예를 제공한다.

예를 들어, 시준 렌즈 다운스트림의 시준된 광의 출사 각도는 빔 편향 컴포넌트 다운스트림의 편향된 광의 편향 각도에 따라 달라질 수 있다(예를 들어, 출사 각도는 편향 각도에 비례할 수 있음).

다양한 실시예에 따르면, 편향 각도는 광학 배열의 광학 축에 대해 대략 -60° 내지 대략 +60° 범위, 예를 들어 약 -30°에서 약 +30° 범위의 값을 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 범위(빔 편향 범위)는 단지 수치적인 예로서 제공된 것이며, 예를 들어 빔 편향 컴포넌트의 구성(예를 들어 유형)에 따라 다른 범위가 가능하다는 것이 이해된다. 제1 예에서 제6 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제7 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 편향 각도는 제1 방향의 제1 편향 각도 요소 및 제2 방향의 제2 편향 각도 요소를 가질 수 있다. 분명히, 제1 편향 각도 요소는 제1 방향으로 시야를 스캐닝하는 것과 관련될 수 있고, 제2 편향 각도 요소는 제2 방향으로 시야를 스캐닝하는 것과 관련될 수 있다. 제1 예부터 제7 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제8 예를 제공한다.

예를 들어, 제1 편향 각도 요소는 예를 들어 광학 배열의 광학 축에 대해 대략 -60° 내지 대략 +60° 범위, 대략 -30°에서 대략 +30°까지의 범위의 값을 가질 수 있다. 제2 편향 각도 요소는 광학 배열의 광학 축에 대해 대략 -60° 내지 대략 +60° 범위, 예를 들어 대략 -30° 내지 대략 +30° 범위의 값을 가질 수 있다.

제2 방향은 예를 들어 제1 방향에 수직일 수 있다. 비제한적 예로서, 제1 시야 방향은 수평 방향일 수 있고 제2 시야 방향은 수직 방향일 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 제1 편향 각도 요소 또는 제2 편향 각도 요소 중 적어도 하나는 빔 편향 컴포넌트의 동작 상태와 독립적으로 0°의 값을 가질 수 있다. 이는 광학 배열이 시야의 1차원 스캐닝이거나 이를 위해 구성되는 경우일 수 있다. 제1 예부터 제8 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제9 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 시준 렌즈 다운스트림의 시준된 광의 출사 각도는 광학 배열의 광학 축에 대해 대략 -20° 내지 대략 +20° 범위, 예를 들어 대략 -5° 내지 대략 +5°의 범위, 예를 들어 대략 -50° 내지 대략 +50°의 범위의 값을 가질 수 있다. 본 명세서에 기술된 범위는 수치적 예로서만 제공되며 예를 들어 시준 렌즈의 구성(예를 들어 유형) 또는 빔 편향 범위에 대한 시야의 원하는 조정에 따라 추가 범위가 가능하다는 것을 이해해야 한다. 제1 예에서 제9 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제10 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 출사 각도는 제1 방향(예를 들어 수평 방향)의 제1 출사 각도 요소 및 제2 방향의 제2 출사 각도 요소를 가질 수 있다(예를 들어 수직 방향으로)(편향 각도에 대해 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로). 제10 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제11 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 배열은 빔 편향 컴포넌트가 적어도 2개의 동작 상태 중 하나(예를 들어 복수의 동작 상태들 중 하나)의 동작 상태로 들어가는 방식으로 빔 편향 컴포넌트를 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 추가로 가질 수 있고, 각각의 동작 상태는 개별의 편향 각도와 연관된다. 제1 예부터 제11 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제12 예를 제공한다.

예를 들어, 하나 이상의 프로세서는 빔 편향 컴포넌트가 적어도 2개의 동작 상태의 각각의 동작 상태로(예를 들어, 복수의 동작 상태의 각각 또는 일부작작동 상태로) 연속적으로 들어가는 방식으로 빔 편향 컴포넌트를 제어하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 하나 이상의 프로세서는 또한 시준 렌즈에 대한 포커싱 배열의 초점의 미리 정의된 가상 위치를 정의하기 위해 동작 상태로 들어가는 방식으로 빔 편향 컴포넌트를 제어하도록 구성될 수 있다. 제12 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제13 예를 제공한다.

다시 말해, 하나 이상의 프로세서는 시준 렌즈가 미리 정의된(예를 들어, 원하는) 위치에서 포커싱 배열의 초점을 보는 편향 각도를 제공하도록 빔 편향 컴포넌트를 제어하도록 구성될 수 있다. 따라서 빔 편향 컴포넌트의 제어는 초점에 대한 시준 렌즈의 가능한 위치 오류를 보상하기 위해 시준 렌즈에 의해 보이는 초점의 (가상) 위치의 조정을 허용할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 시준 렌즈는 원통형 렌즈, 비구면 렌즈일 수 있거나 이를 가질 수 있다. 시준 렌즈의 구성(예를 들어, 렌즈 또는 광학 컴포넌트의 유형)은 시야의 스캐닝 유형(예를 들어, 1차원 또는 2차원)에 따라 선택될 수 있다. 제1 예에서 제13 예 중 하나와 함께 이 단락에서 설명된 피쳐는 제14 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 포커싱 배열의 초점이 포커싱 배열과 빔 편향 컴포넌트 사이에 놓이도록 또는 포커싱 배열의 초점이 빔 편향 컴포넌트와 시준 렌즈 사이에 놓이도록 포커싱 배열이 구성될 수 있다. 제1 예부터 제14 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제15 예를 제공한다.

따라서 포커싱 배열의 초점 위치(빔 편향 컴포넌트의 업스트림 또는 다운스트림)는 초점, 시준 렌즈 및 빔 편향 컴포넌트 사이의 상대적인 배열이 보장되는 한 광학 배열의 기능에 부정적인 영향을 미치지 않는다.

다양한 실시예에 따르면, 포커싱 배열은 하나 이상의 광학 컴포넌트(예를 들어, 하나 이상의 렌즈)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 렌즈는 제1 시준기 렌즈(제1 시준 렌즈라고도 함)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 시준기 렌즈는 원통형 렌즈, 예를 들어 "빠른 축" 시준기 렌즈일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 렌즈는 (선택적으로) 제2 시준기 렌즈(제2 시준 렌즈라고도 함)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 시준기 렌즈는 원통형 렌즈, 예를 들어 "느린 축" 시준기 렌즈일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 제1 예부터 제15 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제16 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 빔 편향 컴포넌트는 마이크로전자기계 시스템일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로전자기계 시스템은 광학 "위상 어레이", 메타물질 표면 또는 미러일 수 있다. 제1 예부터 제16 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제17 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 빔 편향 컴포넌트는 마이크로전기기계 미러의 작동 축 주위(예를 들어, 광학 배열의 광학 축에 수직으로 및/또는 스캐닝 방향에 수직으로) 회전하는 방식으로 구성된 마이크로전기기계 미러일 수 있다. 제17 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제18 예를 제공한다.

작동 축에 대한 마이크로전자기계 미러의 경사 각도는 마이크로전자기계 미러의 다운스트림으로 향하는 광의 편향 각도를 정의할 수 있다. 마이크로전자기계 미러는 마이크로전자기계 미러가 작동 축에 대해 제1 경사 각도에 있는 경우 제1 편향 각도로 광을 편향시키고 마이크로전자기계 미러가 작동 축에 대해 제2 경사각에 있는 경우 제2 편향 각도에서 광을 편향시키도록 구성된다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 배열의 하나 이상의 프로세서는 작동 축 주위의 마이크로전자기계 미러의 진동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서는 각각의 경사 각도가 (예를 들어, 시준 렌즈의 위치설정 오류를 보상하기 위해) 시준 렌즈와 관련하여 포커싱 배열의 초점의 미리 정의된 가상 위치를 정의하도록 오프셋 각도를 마이크로전자기계 미러의 각각의 경사 각도와 연관시키도록 추가로 구성될 수 있다. 제18 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제19 예를 제공한다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 배열은 포커싱 배열의 방향으로 광을 방출하는 방식으로 구성된 광원을 더 포함할 수 있다. 제1예부터 제19 예 중 하나와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제20 예를 제공한다.

예로서, 광원은 레이저 광원(예를 들어, 레이저 다이오드 또는 레이저 바)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 광학 배열의 하나 이상의 프로세서는 빔 편향 컴포넌트의 동작 상태에 따라(예를 들어 동기화하여) 빛을 방출하는 방식으로 광원을 제어하도록 구성될 수 있다. 제20 예와 함께 이 단락에 설명된 피쳐는 제 21 예를 제공한다.

하나 이상의 프로세서는 광원이 빔 편향 컴포넌트의 동작 상태와 동기화하여 광을 방출하는 방식으로 광원(예를 들어, 광 방출의 타이밍)을 제어하도록 구성될 수 있고, 동작 상태는 시준 렌즈에 대한 포커싱 배열의 초점의 미리 정의된 위치를 정의하거나 초점의 미리 정의된 위치와 연관된다.

다시 말해, 하나 이상의 프로세서는 빔 편향 컴포넌트가 시준 렌즈에서 볼 때 포커싱 배열의 초점의 미리 정의된(예를 들어, 원하는) 위치를 정의하는 편향 각도를 제공할 때 광을 방출하는 방식으로 광원을 제어할 수 있다. 분명한 것은 발광 제어를 통해 시준 렌즈의 가능한 위치 오류를 보상할 수 있다는 것이다.

예를 들어, 하나 이상의 프로세서는 예를 들어 광학 배열의 검출 시스템(또는 광학 배열을 포함하는 라이다 시스템)에 의해 시준 렌즈의 오정렬이 검출(예를 들어, 측정)되는 경우 발광 타이밍을 제어하도록 구성될 수 있다(전술한 바와 같음).

본 발명의 예시적인 실시예들은 도면들에 예시되어 있고 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
여기서
도 1a 및 1b는 각각 다양한 실시예들에 따른 라이다 시스템용 광학 배열의 개략도를 도시한다.
도 2a 및 2b 각각은 다양한 실시예들에 따른 라이다 시스템용 광학 배열의 개략도를 도시한다.

다음의 상세한 설명에서, 본 설명의 일부를 형성하고 본 발명이 구현될 수 있는 특정 실시예들이 예시를 위해 도시된 첨부 도면들을 참조한다. 실시예들의 컴포넌트들은 수많은 상이한 배향들로 배치될 수 있기 때문에, 방향 용어는 예시의 목적들로 사용되며 결코 제한적이지 않다. 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들이 활용될 수 있고 구조적 또는 논리적 변경들이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예들의 특징들은 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 서로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다. 도면들에서, 동일하거나 유사한 요소들은 적절한 한, 동일한 참조 번호들로 제공된다.

도 1a 및 도 1b 각각은 라이다 시스템용 광학 배열(100)의 평면도를 개략적으로 도시한다.

광학 배열(100)은 시야(104)(예를 들어, 광학 배열(100)의 시야 또는 LIDAR 시스템의 시야) 방향으로 광을 편향시키기 위한 빔 편향 컴포넌트(102)를 포함할 수 있다. 빔 편향 컴포넌트(102)는 상이한 편향 각도들에서 광을 편향시키도록 제어될 수 있다. 분명히, 빔 편향 컴포넌트(102)는 시야(104)를 하나의 스캐닝 방향(또는 2개의 스캐닝 방향들)으로 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 편향 컴포넌트(102)는 제1 편향 각도(예를 들어, 0°)에서 제1 동작 상태의 입력 광 빔(명확성을 위해 도면에 도시되지 않음)을 제1 광 빔(106)으로 편향시키도록 및 제2 편향 각도(110)(예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이 30° 또는 도 1b에 도시된 바와 같이 20°)에서 제2 동작 상태의 제2 광 빔(108)으로 편향시키도록 제어될 수 있다. 평행 빔들은 빔 편향 컴포넌트(102)에서 발생할 수 있다.

시야(104)가 빔 편향 컴포넌트(102)의 편향 각도와 동일하지 않은 경우, 시야(104)는 빔 편향 컴포넌트(102) 뒤의(즉, 다운스트림) 교정 렌즈들을 사용하여 조정될 수 있다. 분명히, 시야(104)의 각도 범위(시야 범위라고도 함)는 시야(104)의 원하는 각도 범위가 빔 편향 범위에 대응하지 않는 경우 하나 이상의 교정 렌즈들에 의해 조정될 수 있다.

예를 들어, (예를 들어, 제1 및/또는 제2) 광 빔을 확장시키는, 발산 렌즈(diverging lens)(112) 및 광 빔을 다시 평행화하는, 수렴 렌즈(converging lens)(114)에 의해 조정이 수행될 수 있다(예를 들어, 도 1a에서 도시된 바와 같이). 따라서 광 빔은 넓어지고 각도 범위는 감소된다(예를 들어, 수렴 렌즈(114)의 다운스트림 광의 출사 각도(116)는 편향 각도(110)보다 작을 수 있으며, 예를 들어 출사 각도(116)는 20°의 값을 가질 수 있음). 조정 광학은 광 빔의 각도를 +/-20°에서 +/-30°까지 명확하게 조정할 수 있다. 이는 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 동등하게 기능하는데, 여기서 광 빔은 좁아지고 각도 범위는 증가한다(예를 들어 출사각(116)은 30°의 값을 가질 수 있음). 조정 광학은 광 빔의 각도를 +/-30°에서 +/-20°까지 명확하게 조정할 수 있다.

편향 각도 및 출사 각도는 광학 배열(100)의 광학 축에 대해 측정될 수 있다. 도 1a 및 도 1b의 구성에서, 광학 축은 제1 방향(152)을 따를 수 있다. 편향 각도 및 출사 각도는 스캐닝 방향에서 광학 배열(100)의 광학 축과 함께 광 빔들에 의해 형성되는 각도들로 이해될 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 방향은 도면들에 도시된 바와 같이 수평 방향(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 제2 방향(154))일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 스캐닝 방향은 수직 방향(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 제3 방향(156))일 수 있다.

광학 배열(100)의 구성은 시야 범위 또는 빔 편향 컴포넌트(102)가 큰 각도들을 통해 스윕하기 때문에 일반적으로 큰 렌즈들을 필요로 한다. 특히 각도 감소들은 큰 광학을 필요로 한다. 예를 들어, MEMS 미러가 빔 편향 컴포넌트로 사용될 때, 이는 일반적으로 +/-15°의 기계적 편향 각도들을 가지며, 이로 인해 60°의 시야 각도를 초래한다. 따라서 MEMS 뒤의 교정 렌즈들은 간단한 광학으로 이미징 오류들이 발생하기 때문에, 큰 각도들에 맞게 설계되거나, 복잡한 렌즈 시스템들이 설계되어야 한다.

대안적으로, 보다 작은 시야 범위만이 요구되는 경우, 빔 편향 컴포넌트(102)의 편향 범위의 일부만이 또한 사용될 수 있으며, 그에 따라 광 방출(예를 들어, 레이저 펄스들의) 타이밍이 조정될 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 더 작은 시간 슬롯만 측정에 사용할 수 있다. 그 결과, 더 적은 측정들이 수행될 수 있다(예를 들어, 주어진 레이저의 최대 펄스 속도에서).

시야의 보다 유연하고 간단한 조정은 (예를 들어 도 2a 및 도 2b를 참조하여) 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 광학 배열을 구현함으로써 달성될 수 있다.

도 2a 및 도 2b 각각은 다양한 실시예들에 따른, 라이다 시스템용 광학 배열(200)을 개략적으로 도시한다. 광학 배열(200)은 라이다 시스템에 있거나 배열(예를 들어, 통합 또는 임베딩)될 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 광학 배열(200)의 구성은 단지 예로서 도시되어 있고 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이, 다른 구성들이 가능할 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 다른 유형들의 컴포넌트들 또는 상이한 구성을 갖는 컴포넌트들). 예를 들어, 렌즈로 예시된 각각의 광학 컴포넌트는 하나 이상의 광학 컴포넌트들을 갖는 광학으로 이해될 수 있다.

광학 배열(200)은 포커싱 배열(202), 빔 편향 컴포넌트(204)(빔 편향 요소라고도 함), 및 시준 렌즈(206)(시준기 렌즈(collimator lens) 또는 시준 렌즈(collimation lens)라고도 함)를 포함할 수 있으며, 이들은 아래에서 더 상세히 설명된다.

도 2a 및 도 2b는 개별적으로, 1D 스캐닝 시스템의 평면도(예를 들어, MEMS 축을 따른 평면도) 및 2D 스캐닝 시스템의 표현으로 이해될 수 있다. 예시를 위해, 빔 편향 컴포넌트(204)(예를 들어, MEMS)의 광원 측(예를 들어, 레이저 측)에 있는 부분은 도 2b에서 빔 편향 컴포넌트(204)에 미러링된 것으로 도시되어 있다. 예를 들어, 이 부분은 MEMS 축에 대해 MEMS 각도의 두 배로 회전한다. 배열은 빔의 반대 방향에서 광원(208)을 들여다볼 때(예를 들어, 레이저) 시준 렌즈(206)로부터 나타나는 것과 같다.

도 2a 및 도 2b에서, 빔 편향 컴포넌트(204)는 미러(예를 들어, "마이크로전자기계 시스템" 미러, MEMS 미러)로 묘사되어 있다. 묘사는 단지 예시를 위한 역할을 하고 빔 편향 컴포넌트(204)의 하나의 예시적인 구현예를 도시한다는 것을 이해해야 한다. 다른 가능한 구현예들은 아래에서 더 상세히 설명된다.

도 2a 및 도 2b에서, 포커싱 배열(202)은 2개의 광학 컴포넌트들(예를 들어, 2개의 렌즈들)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 묘사는 단지 예시를 위한 역할을 하며 포커싱 배열(202)의 하나의 예시적인 구현예만을 도시하는 것을 이해해야 한다. 다양한 실시예들에 따르면, 포커싱 배열(202)은 2개 미만의 렌즈들(예를 들어, 단 하나의 포커싱 렌즈) 또는 2개보다 많은 렌즈들을 포함할 수 있다(및/또는 추가 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있음).

다양한 실시예들에 따르면, 광학 배열(200)은 광을 방출하도록 구성된 광원(208)을 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 배열(200)이 통합되도록 의도된 라이다 시스템이 이미 광원을 포함하는 경우 광학 배열(200)은 광원(208)을 포함하지 않을 수 있다.

용어 "광"은 (예를 들어, 광학 배열(200)을 통해) 함께 전파되는 광 빔들의 다발(bundle)을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 용어 "광"은 본 명세서에서 광원(208)에 의해 방출되는 복수의 광 빔들(예를 들어 복수의 레이저 펄스들), 포커싱 배열(202)에 의해 포커싱된 복수의 광 빔들, 빔 편향 컴포넌트(204)에 의해 편향된 복수의 광 빔들, 시준 렌즈(206)에 의해 시준된(예를 들어, 평행화된) 복수의 광 빔들 등을 설명하는 데 사용될 수 있다.

광원(208)은 광원(208)이 포커싱 배열(202)의 방향으로(예시로서, 포커싱 배열(202)을 통해 빔 편향 컴포넌트(204)의 방향으로) 광(예를 들어, 광 빔들)을 방출하는 방식으로 구성될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 광원(208)은 가시 파장 범위(visible wavelength range) 및/또는 적외선 파장 범위(infrared wavelength range)의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원(208)은 대략 700nm에서 대략 2000nm까지의 파장 범위의 광, 예를 들어 대략 905nm 또는 대략 1550nm의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다.

광원(208)은 광을 방출하기 위한 빠른 축 및 느린 축을 갖는 반도체 광원(예를 들어, 에지방출 레이저원)을 포함할 수 있다. 광원(208)에 의해 방출된 광은 제1 방향에 수직일 수 있는, 제2 방향(예를 들어 느린 축의 방향)보다 제1 방향(예를 들어 빠른 축의 방향)에서 더 강한 발산을 가질 수 있다. 예로서, 빠른 축은 수평 방향으로 배향될 수 있고(도 2a의 화살표(210)로 표시됨), 느린 축은 수직 방향으로 배향될 수 있다(도 2a에서 화살표(212)로 표시되고, 도면에서 벗어나 있음). 그러나, 임의의 다른 구성이 가능한 것으로 추정되며, 예를 들어, 빠른 축은 수직 방향으로 배향될 수 있고 느린 축은 수평 방향으로 배향될 수 있다(예를 들어, 광원(208)이 90° 회전되었을 때).

예로서, 광원(208)은 레이저 광원일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(208)은 적어도 하나의 레이저 다이오드(예를 들어, 에지방출 레이저 다이오드 또는 컴포넌트측 발광 레이저 다이오드)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(208)은 적어도 하나의 레이저 바를 포함할 수 있다(이 경우, 빠른 축은 레이저 바의 활성 영역의 높이 방향으로 배향될 수 있고 느린 축은 레이저 바의 활성 영역 너비의 방향으로 배향될 수 있음).

다양한 실시예들에 따르면, 포커싱 배열(202)은 포커싱 배열(202)이 포커싱 배열(202)의 초점(214)(초점 또는 중간 초점이라고도 함)에 광을 포커싱하는 방식으로 구성될 수 있다. 포커싱 배열(202)은 초점(214)이 빔 편향 컴포넌트(204) 상에 놓이지 않는 방식으로 구성될 수 있다.

빔 편향 컴포넌트(204)는 포커싱 배열(202)의 초점(214)으로부터 제1 거리(분명히, 0m가 아님)에서 포커싱 배열(202)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 제1 거리는 도 2b에서 참조 번호(216)로 식별된다. 제1 거리(216)는 초점(214)과 빔 편향 컴포넌트(204)의 중심 사이의 기하학적 거리일 수 있다.

시준 렌즈(206)는 포커싱 배열(202)의 초점(214)으로부터 제2 거리에서 빔 편향 컴포넌트(204)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 제2 거리는 도 2b에서 참조 번호(218)로 식별된다. 제2 거리(218)는 시준 렌즈(206)의 초점 길이(포커스 길이라고도 함)이거나 시준 렌즈(206)의 초점 거리에 대응할 수 있다. 분명히, 중간 초점(214)은 시준 렌즈(206)의 초점에 있을 수 있으므로, 중간 초점에서 나오는 빔들은 시준 렌즈(206) 이후에 평행하게 연장된다. 제2 거리(218)는 초점(214) 및 시준 렌즈(206)의 중심 사이의 기하학적 거리일 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 포커싱 배열(202)은 포커싱 배열(202)의 초점(214)이 포커싱 배열(202) 및 빔 편향 컴포넌트(204) 사이에 있도록 구성될 수 있다(도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 빔 편향 컴포넌트(204)의 업스트림 예시로서). 대안적으로, 포커싱 배열(202)은 포커싱 배열(202)의 초점(214)이 빔 편향 컴포넌트(204)와 시준 렌즈(206)(분명히, 빔 편향 컴포넌트(204)의 다운스트림) 사이에 놓이도록 구성될 수 있다.

중간 초점(214)이 포커싱 배열(202) 및 빔 편향 컴포넌트(204) 사이(예를 들어, "빠른 축" 시준기 렌즈와 MEMS 사이)에 있는 경우, 빔의 편향 컴포넌트(204)의 편향 각도를 통한 초점의 위치 및 시준 렌즈(206)의 상면 곡률은 유사하여, 시준 렌즈(206)의 수차(aberration)는 중간 초점(214)이 빔 편향 컴포넌트(204)와 시준 렌즈(206) 사이에 있다는 사실에 비해 감소한다.

다양한 실시예들에 따르면, 포커싱 배열(202)은 하나 이상의 렌즈들을 가질 수 있다. 포커싱 배열(202)의 구성은 라이다 시스템의 유형(예를 들어 스캔 유형)에 따라 조정될 수 있다. 광(예를 들어, 레이저)이 시야(220)(예를 들어, 광학 배열(200)의 시야(220) 또는 라이다 시스템의 시야)에 걸쳐 단지 1차원으로 스캐닝되는 라이다 시스템에서, 광(예를 들어, 펄스된 레이저 빔)은 적어도 빠른 축에 대해 렌즈를 사용하여 평행화되고 따라서 빔 편향 컴포넌트(204) 상에 방사된다. 그 결과, 시야(220)는 스캐닝된다. 2차원이 광을 사용하여(예를 들어, 레이저를 사용하여) 스캐닝되는 라이다 시스템에서, 빔들은 빔 편향 컴포넌트(204)에 방사되기 전에 두 축들에서 평행화된다.

하나 이상의 렌즈들은 제1 시준기 렌즈(222-1)(예를 들어, 제1 원통형 렌즈(cylindrical lens))를 포함할 수 있다. 제1 시준기 렌즈(222-1)는 광원(208)의 빠른 축 방향으로 광을 시준하도록 구성될 수 있다. 분명히, 제1 시준기 렌즈(222-1)는 "빠른 축" 시준기(FAC) 렌즈일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 예를 들어 라이다 시스템이 1D 스캐닝 시스템인 경우에, 포커싱 배열(202)은 "빠른 축" 시준기 렌즈만을 가질 수 있다.

하나 이상의 렌즈들은 제2 시준기 렌즈(222-2)(예를 들어, 제1 원통형 렌즈)를 가질 수 있다. 제2 시준기 렌즈(222-2)는 광원(208)의 느린 축 방향으로 광을 시준하도록 구성될 수 있다. 분명히, 제2 시준기 렌즈(222-2)는 "느린 축" 시준기(SAC) 렌즈일 수 있다. 제2 시준기 렌즈(222-2)는 제1 시준기 렌즈(222-1)의 다운스트림에 위치될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 포커싱 배열(202)(예를 들어, 하나 이상의 렌즈들)은 초점의 위치를 변경하도록 제어될 수 있다. 광학 배열(200)은 포커싱 배열의 초점(214)의 위치를 변경하기 위해 적어도 하나의 렌즈의 위치를 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 렌즈는 이동가능한 마운트(예를 들어, 조정가능한 마운트)에 장착될 수 있으며, 하나 이상의 프로세서들은 마운트의 움직임(예를 들어, 예를 들어, 원형 마운트의 회전 및/또는 선형 움직임)을 제어하도록 구성될 수 있다.

하나 이상의 프로세서들은 포커싱 배열(202)의 초점(214)의 위치에 따라(예를 들어 포커싱 배열(202)의 제어에 따라) 시준 렌즈(206)를 제어하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 프로세서들은 제2 거리가 시준 렌즈(206)의 초점 거리에 (항상) 대응하는 방식으로 시준 렌즈(206)의 위치(예를 들어, 시준 렌즈(206)의 마운트의 위치)를 제어하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 중간 초점(214)의 위치는 빔 편향 컴포넌트(204)의 상태(예를 들어, MEMS 위치)에 대한 렌즈의 조정 및 광 방출의 타이밍(예를 들어, 레이저 펄스들)에 의존할 수 있다. 따라서, 광원(208) 뒤의 제1 렌즈의 능동적 조정이 생략될 수 있고 이 렌즈의 위치의 부정확성은 빔 편향 컴포넌트(204)의 소프트웨어 보정(예를 들어, MEMS 위치의 오프셋 각도의 보정)을 사용하여 교정될 수 있으며, 이하에서 더 상세히 설명된다.

다양한 실시예들에 따르면, 빔 편향 컴포넌트(204)는 시야(220)에 대한 편향 각도에서 빔 편향 컴포넌트(204)가 광(예를 들어, 초점(214)이 빔 편향 컴포넌트(204)의 업스트림에 있는 경우 포커싱된 광, 또는 초점(214)이 빔 편향 컴포넌트(204)의 다운스트림에 있는 경우 (아직) 포커싱되지않은 광)을 편향시키는 방식으로 구성될 수 있다.

빔 편향 컴포넌트(204)는 편향된 광을 사용하여 시야(220)를 샘플링(즉, 스캔)하도록 구성될 수 있다. 즉, 빔 편향 컴포넌트(204)는 시야(220)의 상이한 영역들 상에 광을 순차적으로 향하도록(예를 들어, 편향시키도록) 구성(예를 들어, 제어)될 수 있다. 분명히, 빔 편향 컴포넌트(204)는 시야(220)의 상이한 영역들을 조명하기 위해 상이한 편향 각도들에서 광을 편향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 편향 컴포넌트(204)는 광(예를 들어, 제1 광 빔들(224-1))을 제1 방향으로 향하도록 하기위해 제1 편향 각도에서 광을 편향시킬 수 있고, 광(예를 들어, 제2 광 빔들(224-2))을 제2 방향으로 향하도록 하기위해 광을 제2 편향 각도(제2 편향 각도는 도 2b의 참조 번호(228)로 식별됨)에서 편향시킬 수 있다. 단지 예로서, 제1 편향 각도는 0°의 값을 가질 수 있고 제2 편향 각도(218)는 20°의 값을 가질 수 있다.

빔 편향 컴포넌트(204)는 한 방향(예를 들어, 1D 스캐닝 라이다 시스템)의 또는 두 방향(예를 들어, 2D 스캐닝 라이다 시스템)의 편향된 광을 사용하여 시야(220)를 스캔하도록 구성(예를 들어, 제어)될 수 있다. 스캐닝 방향은 예를 들어, 수평 방향 또는 수직 방향일 수 있다. 편향 각도는 광이 빔 편향 컴포넌트(204)의 표면에 수직으로 형성하는 각도(예를 들어, 수평 또는 수직 방향으로 광학 배열(200)의 광학 축에 대한 각도)일 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 빔 편향 컴포넌트(204)의 스캐닝 방향은 광원(208)의 축들 중 하나에 평행할 수 있다. 예를 들어, 빔 편향 컴포넌트(204)는 광원(208)의 빠른 축 방향으로 스캔하도록 구성될 수 있다. 이 구성에서, 편향 각도는 빠른 축의 방향으로 광학 배열(200)의 광학 축에 대한 각도일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 빔 편향 컴포넌트(204)는 광원(208)의 느린 축 방향으로 스캔하도록 구성될 수 있다. 이 구성에서, 편향 각도는 느린 축 방향으로 광학 배열(200)의 광학 축에 대한 각도일 수 있다.

예로서, 편향 각도(예를 들어, 제1 및/또는 제2 편향 각도 요소)는 광학 배열(200)의 광학 축에 대해 대략 -60° 에서 대략 +60° 까지 범위의, 예를 들어 대략 -30°에서 대략 +30°까지의 범위의 값을 가질 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 빔 편향 컴포넌트(204)는 복수(예를 들어, 적어도 2개)의 동작 상태들(작동 상태들이라고도 함)을 가질 수 있다. 각각의 동작 상태는 개별의 편향 각도와 연관될 수 있다. 예를 들어, 빔 편향 컴포넌트(204)는 제1 동작 상태에서 제1 편향 각도로 광을 편향시키고 제2 동작 상태에서 제2 편향 각도로 광을 편향시키도록 구성될 수 있다.

광학 배열(200)의 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, 전술한 프로세서들 또는 추가 프로세서들)은 빔 편향 컴포넌트(204)를 제어하도록(예를 들어, 편향 각도를 정의하기 위해) 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들은 빔 편향 컴포넌트(204)가 복수의 동작 상태들 중 하나의 동작 상태에 들어가는 방식으로 빔 편향 컴포넌트(204)를 제어하도록 구성될 수 있다. 분명히, 하나 이상의 프로세서들은 빔 편향 컴포넌트(204)가 복수의 동작 상태들의 각각의 동작 상태에 순차적으로 들어가는 방식으로 빔 편향 컴포넌트(204)를 제어하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 하나 이상의 프로세서들은 빔 편향 컴포넌트(204)의 동작 상태에 따라(예를 들어, 동기화(synchronization)하여) 광을 방출하는 방식으로 광원(208)을 제어하도록 구성될 수 있다. 분명히, 광원(208)은 동작 상태들의 순차적 스캐닝과 동기화되어 펄스된 광을 방출하는 방식으로 제어될 수 있다.

예로서, 빔 편향 컴포넌트(204)는 미세전기기계 미러(MEMS 축이라고도 함)의 (예를 들어, 수직 방향으로 배향된) 작동 축 주위에서 진동하도록 구성된 미세전기기계 미러일 수 있다. 미세전기기계 미러는 미세전기기계 미러가 작동 축에 대해 제1 경사 각도에 있는 경우 제1 편향 각도에서 광(예를 들어, 제1 광 빔들(224-1))을 편향시킬 수 있고, 미세전기기계 미러가 작동 축에 대해 제2 경사 각도에 있는 경우 광(예를 들어, 제2 광 빔들(224-2))은 제2 편향 각도에 있도록 편향시킬 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 빔 편향 컴포넌트(204)(예를 들어 MEMS)는 시준 렌즈(206)에서 볼 때 초점(214)이 스캐닝 방향의 방향(예를 들어 개별적으로, 빠른 축 또는 느린 축 방향), 및 따라서 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 시준 렌즈(206) 뒤의 평행 빔들의 방향으로 시프트되도록 할 수 있다. 초점(214)의 각각의 위치는 시준 렌즈(206) 다운스트림의 출사 각도와 연관될 수 있다(즉, 평행화된 광의 출사 각도는 초점(214)의 위치에 의존할 수 있음). 제1 초점(214-1)의 (가상) 위치와 제2 초점(214-2)의 (가상) 위치 사이의 변위(displacement)는 도 2b에서 참조 번호(226)로 식별된다.

빔 편향 컴포넌트(204)의 편향된 광 다운스트림의 편향 각도는 시준 렌즈(206)에 대한 포커싱 배열(202)의 초점(214)의 가상 위치를 정의할 수 있다. 각각의 가상 위치는 시준 렌즈(206)로부터 모든 다른 가상 위치와 동일한 거리(예를 들어, 시준 렌즈(206)의 초점 거리에 대응함)에 있을 수 있다. 분명히, 모든 중간 초점(각각 편향 각도와 연관됨)의 위치(215)는 정의될 수 있다(시준 렌즈(206)로부터 관찰된 바와 같이 도 2b에 도시됨).

예를 들어, 제1 편향 각도는 시준 렌즈(206)에 대한 초점(214)의 제1 가상 위치를 정의하거나 이와 연관될 수 있다(제1 편향 각도는 제1 가상 초점(214-1), 따라서 시준 렌즈(206)의 제1 출사 각도 다운스트림을 정의할 수 있다). 시준 렌즈(206)는 따라서 제1 "가상" 포커싱 배열(202-1)(제1 렌즈(222-3) 및 제2 렌즈(222-4)를 포함함) 및 제1 "가상" 광원(208-1)을 관찰할 수 있다.

예를 들어, 제1 편향 각도는 시준 렌즈(206)에 대한 초점(214)의 제2 가상 위치를 정의하거나 이와 연관될 수 있다(즉, 제2 편향 각도는 제2 가상 초점(214-2) 및 따라서 시준 렌즈(206)의 제2 출사 각도 다운스트림을 정의할 수 있다). 시준 렌즈(206)는 따라서 제2 "가상" 포커싱 배열(202-2)(제1 렌즈(222-5) 및 제2 렌즈(222-6)를 포함함) 및 제2 "가상" 광원(208-2)을 관찰할 수 있다.

빔 편향 컴포넌트(204)가 MEMS 미러인 경우, 초점(214)의 변위는 MEMS 축(MEMS 회전축이라고도 함)에 대한 초점(214)의 거리에 MEMS 편향 각도의 두 배의 탄젠트를 곱한 값에, 거의 비례할 수 있다. 이 구성에서, 시준 렌즈(206) 이후의 빔 방향의 변화는 스캐닝 방향에 수직인 방향(예를 들어, 느린 축의 방향)으로의 초점(214)의 편향과 시준 렌즈(206)의 초점 길이 사이에 몫의 아크탄젠트에 대략적으로 비례할 수 있다. 제1 근사치로, 이러한 관계들은 임의의 MEMS 편향 각도들에서 빔 방향들을 생성되도록 허용한다.

다양한 실시예들에 따르면, 하나 이상의 프로세서들은 시준 렌즈(206)에 대한 포커싱 배열(204)의 초점(214)의 미리정의된 가상 위치를 정의하기 위해 동작 상태에 들어가는 방식으로 빔 편향 컴포넌트(204)를 제어하도록 구성될 수 있다. 분명히, 하나 이상의 프로세서들은 포커싱 배열(202)의 부정확성들을 보상하는 방식으로 편향 각도들을 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 배열(200)의 하나 이상의 프로세서들은 오프셋 각도를 미세전자기계 미러의 각각의 경사 각도에 할당하도록 구성될 수 있어서, 각각의 경사 각도가 시준 렌즈(206)와 관련하여 포커싱 배열(202)의 초점(214)의 미리정의된 가상 위치를 정의한다.

하나 이상의 프로세서들은 또한 광원(208)이 시준 렌즈(206)에 대한 초점(214)의 미리정의된 위치를 정의하는 빔 편향 컴포넌트(204)의 동작 상태와 동기화하여 광을 방출하는 방식으로 광원(208)으로부터의 광 방출의 타이밍을 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 하나 이상의 프로세서들은 빔 편향 컴포넌트(204)가 초점(214)의 미리정의된(예를 들어, 원하는) 위치를 정의하는 동작 상태에 있을 때만 광을 방출하도록 광원(208)을 제어하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 시준 렌즈(206)는 시야(220)에서 광의 출사 각도를 조정하도록 구성될 수 있다. 분명히, 시준 렌즈(206)는 빔 편향 컴포넌트(204)의 편향 각도 범위를 임의의(예를 들어, 미리정의된) 출사 각도 범위에 맞추도록 사용될 수 있다.

예로서, 시준 렌즈(206)는 원통형 또는 원통형 렌즈(예를 들어, 1D 스캐닝 라이다 시스템용) 또는 비구면 렌즈(aspherical lens)(예를 들어, 2D 스캐닝 라이다 시스템용)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시준 렌즈(206)는 스캐닝 방향의 방향(예를 들어, 빠른 축의 방향)으로 굴절력(refractive power)을 갖는 원통형 렌즈일 수 있다.

시준 렌즈(206)는 초점(214)으로부터 오는 편향된 광을 출사 각도에서 시준된 광으로 이미징하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 시준 렌즈(206)는 제1 편향 각도에서 편향되고 제1 초점(214-1)으로부터 시준 렌즈(206)로 들어오는(및 제1 입사 각도로 들어가는) 광(예를 들어, 제1 광 빔들(224-1))을 제1 출사 각도에서 시준된 광을 매핑하고, 제2 편향 각도에서 편향되고 제2 초점(214-2)으로부터 시준 렌즈(206)로 들어오는(및 제2 입사 각도로 들어가는) 광(예를 들어, 제2 광 빔들(224-2))을 제2 출사 각도에서 시준된 광(제2 출사 각도는 도 2b에서 참조 번호(230)로 식별됨)을 매핑하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 출사 각도는 제1 거리(216) 대 제2 거리(218)의 비율에 의해 곱해진 편향 각도의 두 배의 탄젠트의 아크탄젠트로서 계산될 수 있다.

예로서, 시준 렌즈(206)는 출사 각도가 광학 배열(200)의 광학 축에 대해 대략 -20°에서 대략 +20°까지의 범위의, 예를 들어 대략 -5°에서 대략 +5°까지의 범위, 예를 들어 대략 -50°에서 대략 +50°까지의 범위의 값을 갖는 방식으로 구성될 수 있다. 광학 배열(200)의 경우에, 따라서 각도 조정은 특히 작은 시야각도들에 대해, 간단한 렌즈들을 사용하여 구현될 수 있다.

작은 범위의 각도들만이 빔 편향 컴포넌트(204)(예를 들어 MEMS)에 의해 사용될 경우, 빔 편향 컴포넌트(204)는 시간의 대부분을 사용할 수 없을 것인데, 그렇지 않으면 시야에 없는 각도들이 조사되기 때문이다. 대조적으로, 광학 배열(200)을 사용할 때, 더 많은 시간은 측정들에 이용할 수 있으며, 그 결과 더 높은 프레임 속도 또는 더 큰 범위는 더 많은 평균화를 통해 달성될 수 있다. 예로서, 60°(MEMS)에서 6°(필수 시야각)로 시야 조정을 하면, 5 내지 10배 만큼 많은 시간이 측정에 이용되어, 이 요소만큼 프레임 속도가 증가하거나, 또는, 시간이 더 많은 평균화를 위해 사용되는 경우, 범위는 1.2 내지 1.8배의 요인에 의해 증가될 수 있다. 시야가 감소될 때, 빔 편향 컴포넌트(204)(예를 들어, MEMS)는 더 좁은 광 빔을 사용하여 조사될 수 있다. 그 결과, 더 큰 연장된 광원들, 또는 광원의 더 큰 방출 각도들, 또는 더 작은 MEMS 미러들은 사용될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 광학 배열(200)은 시준 렌즈(206)의 광 다운스트림을 조정하기 위한 하나 이상의 추가 광학 요소들(도시되지 않음)을 선택적으로 포함할 수 있다.

예로서, 광학 배열(200)은 시야(220)로의 광의 전파 방향을 제어하기 위한 콜스 각도(coarse angle) 제어 컴포넌트(예를 들어, 액정 편광 격자)를 포함할 수 있다. 콜스 각도 제어 요소는 출사 각도의 콜스 조정(예를 들어, 시준 렌즈로부터의 광 출력을 불연속 편향 각도에서 편향시키기 위해)을 제공하도록 구성될 수 있다.

추가 예로서, 광학 배열(200)은 시준 렌즈(206)로부터 수신된 광을 교정된 출사 각도(분명히, 교정 렌즈는 시준 렌즈(206)의 출사 각도 다운스트림을 가변적으로 조정할 수 있음)에서 출력하는 방식으로 구성되는 교정 렌즈를 가질 수 있다. 광학 배열(200)의 하나 이상의 프로세서들은 교정 렌즈의 교정된 출사 각도 다운스트림을 변경하기 위해 교정 렌즈를 제어하도록 구성될 수 있다.

광학 배열 100
빔 편광 컴포넌트 102
시야 104
제1 광 빔 106
제2 광 빔 108
편광 각도 110
산란 렌즈 112
수렴 렌즈 114
출사 각도 116
제1 방향 152
제2 방향 154
제3 방향 156
광학 배열 200
포커싱 배열 202
제1 포커싱 배열 02-1
제2 포커싱 배열 02-2
빔 편광 컴포넌트 04
시준 렌즈 206
광원 08
제1 광원 208-1
제2 광원 208-2
화살표/빠른 축 210
화살표/느린 축 212
초점 214
제1 초점 214-1
제2 초점 214-2
중간 초점의 위치 15
제1 거리 216
제2 거리 218
시야 220
제1 시준기 렌즈 222-1
제2 시준기 렌즈 222-2
제1 시준기 렌즈 222-3
제2 시준기 렌즈 222-4
제1 시준기 렌즈 222-5
제2 시준기 렌즈 222-6
제1 광 빔들 224-1
제2 광 빔들 224-2
변위 226
편향 각도 228
출사 각도 230

Claims (10)

1. 라이다 시스템(LIDAR system)용 광학 배열(optical arrangement)(200)에 있어서, 상기 광학 배열(200)은:
   포커싱 배열(focusing arrangement)(202)의 초점(214)에 광을 집중시키는 방식으로 구성된 상기 포커싱 배열(202),
   상기 포커싱 배열(202)의 상기 초점(214)으로부터 제1 거리(216)에서 상기 포커싱 배열(202)의 다운스트림에 배열된 빔 편향 컴포넌트(beam deflection component)(204)-여기서, 상기 빔 편향 컴포넌트(204)는 편향 각도에서 상기 광을 시야(220)에 향하도록 구성됨-, 및
   상기 포커싱 배열(202)의 상기 초점(214)으로부터 제2 거리(218)에서 상기 빔 편향 컴포넌트(204)의 다운스트림에 배열된 시준 렌즈(collimating lens)(206)를 갖고,
   상기 제2 거리(218)는 상기 시준 렌즈(206)의 초점 길이에 대응하고, 및
   상기 시준 렌즈(206)는 상기 포커싱 배열(202)의 상기 초점(214)으로부터의 상기 광을 평행화하도록 구성되는, 광학 배열.
2. 제1항에 있어서,
   상기 빔 편향 컴포넌트(204)의 상기 편향된 광 다운스트림의 상기 편향 각도는 상기 시준 렌즈(206)에 대한 상기 포커싱 배열(202)의 상기 초점(214)의 가상 위치(virtual position)를 정의하는, 광학 배열(200).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 빔 편향 컴포넌트(204)는 적어도 2개의 동작 상태들을 갖고,
   상기 빔 편향 컴포넌트(204)는 상기 적어도 2개의 동작 상태들 중 제1 동작 상태에서 상기 광학 배열(200)의 상기 광학 축에 대해 제1 편향 각도로 상기 광을 편향시키는 방식으로 구성되고, 및
   상기 빔 편향 컴포넌트(204)는 상기 적어도 2개의 동작 상태들 중 제2 동작 상태에서 상기 광학 배열(200)의 상기 광학 축에 대해 제2 편향 각도로 상기 광을 편향시키는 방식으로 구성되는, 광학 배열(200).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시준 렌즈(206)는 상기 포커싱 배열(202)의 상기 초점(214)으로부터 상기 시준 렌즈(206)로 들어오는 상기 광을 출사 각도(exit angle)에서 시준된 광으로 매핑하는 방식으로 구성되는, 광학 배열(200).
5. 제4항에 있어서,
   상기 시준 렌즈(206)의 상기 시준된 광 다운스트림의 상기 출사 각도는 상기 제1 거리(216)와 상기 제2 거리(218) 사이의 비율에 의존하는, 광학 배열(200).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 편향 각도는 상기 광학 배열(200)의 상기 광학 축에 대해 대략 -60° 에서 대략 +60° 까지의 범위의 값을 갖고, 및/또는
   상기 시준 렌즈(206)의 상기 시준된 광 다운스트림의 출사 각도는 상기 광학 배열(200)의 상기 광학 축에 대해 대략 -20° 에서 대략 +20° 까지의 범위의 값을 갖는, 광학 배열(200).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시준 렌즈(206)는 원통형 렌즈(cylindrical lens), 또는 비구면 렌즈(aspheric lens)인, 광학 배열(200).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 포커싱 배열(202)은 상기 포커싱 배열(202)의 상기 초점(214)이 상기 포커싱 배열(202)과 상기 빔 편향 컴포넌트(204) 사이에 놓이는 방식으로 구성되거나, 또는
   상기 포커싱 배열(202)은 상기 포커싱 배열(202)의 상기 초점(214)이 상기 빔 편향 컴포넌트(204)와 상기 시준 렌즈(206) 사이에 놓이는 방식으로 구성되는, 광학 배열(200).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 빔 편향 컴포넌트(204)는 마이크로전자기계 시스템(microelectromechanical system)이거나 이를 갖는, 광학 배열(200).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커싱 배열(202)의 상기 방향으로 광을 방출하도록 구성된 광원(208)을 더 갖는, 광학 배열(200).

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