特許 7405805 ライダー用レンズシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】ライダー用レンズシステム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20231219BHJP

   G01S 17/931 20200101ALI20231219BHJP

   G01S 17/89 20200101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G01S7/481 A

G01S17/931

G01S17/89

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021146138

(22)【出願日】2021-09-08

(65)【公開番号】P2023004798

(43)【公開日】2023-01-17

【審査請求日】2021-09-08

(31)【優先権主張番号】10-2021-0083074

(32)【優先日】2021-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】521397371

【氏名又は名称】セコニックス カンパニー， リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】ホン スン キ

(72)【発明者】

【氏名】キム トン グン

(72)【発明者】

【氏名】キム イン フェ

(72)【発明者】

【氏名】キム ジン ホ

【審査官】▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０３４５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２５２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１４２０７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１５６００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００７９１７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２６４２８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１６３７６１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／４８ － Ｇ０１Ｓ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ － Ｇ０１Ｓ １７／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前方の光源から後方のイメージセンサまでの間に複数のレンズが配置されたライダー用レンズシステムであって、
第１レンズ及び前記第１レンズの隣のレンズである第２レンズとを含む合計４～６枚のレンズとフィルター部と絞りとを含み、前記光源からの入射光を収束させて前記イメージセンサへ提供するレンズ部を備え、
前記光源は、制御部により中心波長が特定波長となるように調節されたレーザー光を照射された被写体であり、
前記入射光には、前記特定波長に調節されたレーザー光が前記被写体に反射された光が含まれ、
前記４～６枚のレンズは光軸が同一で、前記４～６枚のレンズの少なくとも一つのレンズが非球面レンズであり、
前記第１レンズは、前記フィルター部の前方に位置し、光軸方向に対して０～２５度の間の入射角度で前記入射光を前記フィルター部へ入射させ、
前記第２レンズは、前記第１レンズの後方に配置され、
第１レンズと第２レンズの屈折力は、０．０１ｍｍ ^－１ ＜Ｐ＜０．０３ｍｍ ^－１ を満足し、
前記フィルター部は、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置され、
前記フィルター部は、前記絞りの前方に前記絞りに隣接して配置され、前記制御部によって中心波長が前記特定波長の光を透過させるように調節されることを特徴とするライダー用レンズシステム。

【請求項2】

前記フィルター部で透過する光の波長は９０５～９４０ｎｍまたは１５４０～１５６０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載のライダー用レンズシステム。

【請求項3】

前記ライダー用レンズシステムは、広角タイプまたは狭角タイプで実現されることを特徴とする、請求項１に記載のライダー用レンズシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ライダー用レンズシステムに係り、より詳細には、入射される光の角度を最小化することが可能な位置にフィルター部を位置させて高効率、高性能化を図るライダー用レンズシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ライダー（Ｌｉｄａｒ）の機能は、レーザーを放出して光が戻ってくるまでにかかる時間や、光の強度を測定して被写体に対する情報、例えば、被写体までの距離、被写体の位置、方向、深さ、速度、温度、物質分布、濃度などの取得に使用される。

【0003】

このようなライダーは、カメラセンサー、配達用ロボット、無人偵察機、スクリーンドア、道路交通システムなどの様々な分野に活用されている。特に自律走行を実現するための核心技術として評価されている。

【0004】

自律走行車において「目」の役割をする核心部品は、レーダー、カメラ及びライダーである。

【0005】

一般的に、カメラは、レンズを介して周辺の物体を識別し、レーダーは、電波を発射して距離又は速度を測定し、ライダーは、レーザーを発射して周辺の環境を３次元モデルとして実現するものである。自律走行の精度だけを見れば、ライダーが最も先進的な技術であり、これは、単に障害物の有無だけでなく、遠近感や形態まで認識することができるためである。

【0006】

特に、フラッシュライダー（Ｆｌａｓｈ Ｌｉｄａｒ）は、レーザー光を前方に照らし、レーザー近くに位置した受信機から反射された散乱光を高速で捕捉し、唯一つのイメージで全体場面を捕捉する方式であって、最近多くの研究が行われている。

【0007】

このようなライダーシステムは、一般的に、レーザー光源を出力するレーザー光源部、入射されるレーザー光を収束させるレンズ部、特定の波長の光のみ透過させるフィルター部、これらの動作を制御する制御部、及び被写体から入射される光を検出して被写体に対する情報を取得する検出部を含んでいる。

【0008】

前記レンズ部は、出力された光を収差なく収束するように少なくとも一つの複数のレンズシステムからなり、前記フィルター部は、このようなレンズシステムに含まれて特定の波長の光のみ透過させるようにしている。

【0009】

図１は従来のこのようなレンズシステムにおいて、フィルター部に入射される光を示すもので、フィルター部に入射される光の角度をθと示した。

【0010】

図１に示すように、従来のフィルター部は、イメージセンサーと最後のレンズとの間に位置し、フィルター部に入射される光の角度が大きくて透過率の低下によりレンズシステムの効率を全体的に低下させている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、入射される光の角度を最小化することが可能な位置にフィルター部を位置させて高効率、高性能化を図るライダー用レンズシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の目的を達成するための本発明は、光源からイメージセンサーまで複数のレンズで配置されたライダー用レンズシステムであって、複数のレンズを含んで光源からの光を収束するレンズ部と、前記レンズ部に含まれ、特定の波長の光または波長が特定の帯域に属する光を透過させるフィルター部と、を含み、前記フィルター部に入射される光の角度が光軸方向に対して０～２５度の間となるように前記レンズ部の特定の位置に前記フィルター部が配置されることを特徴とする、ライダー用レンズシステムを技術的要旨とする。

【0013】

また、前記フィルター部は、前記レンズ部に含まれている絞りの前方または後方に配置されることが好ましい。

【0014】

また、前記フィルター部は、前記レンズ部に含まれているレンズの前方または後方に配置され、前記レンズを通過した光の角度が光軸方向に対して０～２５度の間であることが好ましい。

【0015】

また、前記フィルター部の前方または後方に位置したレンズは、正の屈折能を有することが好ましい。

【0016】

また、前記フィルター部の前方または後方に位置したレンズの屈折能は、０．０１＜Ｐ＜０．０３を満足することが好ましい。

【0017】

また、前記レンズ部は合計４～６枚のレンズを含むことが好ましい。

【0018】

また、前記レンズ部は、少なくとも一つのレンズが非球面レンズを含むことが好ましい。

【0019】

また、前記フィルター部で透過する光の波長は、９０５～９４０ｎｍまたは１５４０～１５６０ｎｍであることが好ましい。

【0020】

また、前記ライダー用レンズシステムは広角タイプまたは狭角タイプで実現されることが好ましい。

【発明の効果】

【0021】

本発明は、複数のレンズからなるレンズ部の内部に入射される光の角度が最小となる位置にフィルター部に配置して、高効率、高解像度、高性能のライダー用レンズシステムを提供する。

【0022】

特に、本発明は、高分解能レンズシステムを提供して、低速走行の際に車両の近距離にある被写体、及び高速走行の際に遠距離の被写体を迅速に検知することができるフラッシュライダーに有用に適用できるものと期待される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】従来のライダー用レンズシステムにおいてフィルター部に入射される光の角度（θ）を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態によるライダー用レンズシステムにおいてフィルター部に入射される光の角度（θ´）を示す模式図である。

【図3】本発明の一実施形態によるライダー用レンズシステム（狭角タイプ）を示す模式図である。

【図4】本発明の他の実施形態によるライダー用レンズシステム（広角タイプ）を示す模式図である。

【図5】本発明によるフィルター部に入射する光の角度による透過率の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明は、ライダー用レンズシステムに係り、入射される光の角度を最小化ことができる位置にフィルター部を位置させて効率を改善させようとする。

【0025】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0026】

図２は本発明の一実施形態によるライダー用レンズシステムにおいてフィルター部に入射される光の角度（θ´）を示す模式図、図３は本発明の一実施形態によるライダー用レンズシステム（狭角タイプ）を示す模式図、図４は本発明の他の実施形態によるライダー用レンズシステム（広角タイプ）を示す模式図であり、図５は本発明によるフィルター部に入射する光の角度による透過率の変化を示す図である。

【0027】

図示の如く、本発明によるライダー用レンズシステムは、光源からイメージセンサー１３０まで複数のレンズで配置されたライダー用レンズシステムにおいて、複数のレンズを含んで光源からの光を収束させるレンズ部１００と、前記レンズ部１００に含まれ、特定の波長を透過させるフィルター部１２０と、を含み、入射される光の角度が０～２５度の間となるように前記レンズ部１００の特定の位置に前記フィルター部１２０が配置されることを特徴とする。

【0028】

一般的に、ライダーシステムは、レーザー光を出力して被写体に照射する送信部（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）、被写体に照射された前記レーザー光に対する反射光を取得する受信部（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）、及びこれらの動作を制御し送受信信号を処理する制御部を含み、これにより、イメージの強さ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｉｍａｇｅ）及びイメージの深さ（Ｄｅｐｔｈ ｉｍａｇｅ）を分析して被写体に対する情報を検出する。

【0029】

本発明は、前記受信部に含まれているレンズシステムに関する。本発明では、被写体に対する情報を込めた反射光を入射光として述べようとする。以下では、便宜上、これを光源から提供された光として述べようとする。

【0030】

つまり、本発明において、光源は、送信部に含まれているレーザー光放出部、または被写体に照射されたレーザー光が反射される反射光が発生する箇所（被写体）になることができる。

【0031】

前記送信部から放出されたレーザー光の波長は、制御部によって調節でき、本発明の送信部から提供されるレーザー光の中心波長は、およそ９３０ｎｍ、１５５０ｎｍになることができる。これにより、被写体（光源）から反射された反射光の中心波長も、およそ９３０ｎｍ、１５５０ｎｍになることができる。

【0032】

本発明によるレンズ部１００は、複数のレンズを含むことにより、光源から提供された光を収束してイメージセンサーへ提供してイメージ信号を前記制御部に提供する。

【0033】

前記レンズ部１００は、複数のレンズで構成され、各レンズの屈折能、形態、分散定数などを適切に設計して、小型軽量でありながら色収差が補正されるようにして高解像度のイメージを取得することができるようにする。

【0034】

本発明の好適な実施形態として、前記レンズ部１００は、複数のレンズアレイを含み、好ましくは４～６枚のレンズ群からなることができる。レンズの枚数が多ければ多いほど高解像度、高画素のイメージを取得することができる。本発明の一実施形態としては、合計６枚のレンズ群を含むレンズ部１００を設計した。

【0035】

これらの複数のレンズを有するレンズ部１００における少なくとも一つのレンズは、非球面レンズを含み、収差発生の最小化のために球面レンズと非球面レンズとが適切に混用されて設計される。本発明の一実施形態としては、５つのレンズが球面レンズ、１つのレンズが非球面レンズで実現されるように設計し、これは製品の仕様に応じて変更できる。

【0036】

前記フィルター部１２０は、前記レンズ部１００に含まれ、特定の波長の光または波長が特定の帯域に属する光のみを透過させるものであって、残りの光は遮断させる。前記フィルター部１２０は、前記制御部によって中心波長が特定の波長である光のみ透過させ、他の波長の光は遮断させるように調節されることもできる。

【0037】

本発明によるフィルター部１２０は、入射される光の角度θ´が光軸方向に対して０～２５度の間となるように前記レンズ部１００の特定の位置に配置され、レンズ群の設計に基づいて、さらに好ましくは、入射される光の角度が光軸方向に対して０～２０度の間となるように前記フィルター部１２０を前記レンズ部１００の特定の位置に配置されるようにする。

【0038】

前記フィルター部１２０に入射される光の角度が光軸方向に対して０度（光軸と平行な角度）である場合には、前記フィルター部１２０の光源側の面（物体側の面）に対して９０度で入射されるが、入射される光の角度が光軸方向に対して０～２５度の間となるようにフィルター部１２０に入射されるようにする。

【0039】

本発明の一実施形態によって、前記フィルター部１２０は、バンドパスフィルター（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ、ＢＰＦ）で実現され、前記バンドパスフィルターに垂直に入射される光の透過率よりも一定の角度をもって入射される光の透過率が低下する。

【0040】

図２は本発明の一実施形態によるライダー用レンズシステムにおいてフィルター部１２０に入射される光の角度θ´を示す模式図である。図示の如く、本発明によるフィルター部１２０に入射される光は、従来のライダー用レンズシステムに比べて光軸方向に対して著しく小さい角度で入射されている（θ＞θ´）。すなわち、前記フィルター部に対して垂直に近く入射されている。

【0041】

このように、フィルター部１２０に入射される光の角度を最小化するようにレンズシステム内の特定の位置にフィルター部１２０を配置することにより、特定の波長の光または特定の波長帯域の光のみ透過するようにしながら、透過効率は最大化させることができるようにする。

【0042】

本発明の一実施形態として、前記フィルター部１２０に入射される光の角度を最小化するためのレンズシステム内のフィルター部１２０の位置は、前記レンズ部１００に含まれている絞り１１０の前方または後方に配置されるようにして、前記フィルター部１２０に入射される光の角度を最小化することができるようにした。ここで、前方とは、絞り１１０の光源側の方向にフィルター部が位置するようにすることであり、後方とは、絞り１１０のイメージセンサー１３０側の方向にフィルター部１２０が位置するようにすることである。

【0043】

また、本発明の他の実施形態として、前記フィルター部１２０は、レンズ群の設計に基づいて、前記レンズ部１００に含まれているレンズの前方または後方に配置され、前記レンズを通過した光の角度が光軸方向に対して約０～２５度となるレンズの前方または後方に配置することにより、フィルター部１２０に入射される光の角度は、光軸方向に対して０～２５度となることができる。ここで、前方とは、レンズの光源側の方向を意味し、後方とは、レンズのイメージセンサー１３０側の方向を意味する。

【0044】

つまり、前記フィルター部１２０は、レンズ部１００において、入射される光の角度が光軸方向に対して０～２５度となる位置に適切に配置でき、製品の仕様に応じて、該当するレンズとレンズとの間、レンズと絞り１１０との間、絞り１１０とレンズとの間、またはレンズとイメージセンサー１３０との間などに配置されることもできる。
本発明によるフィルター部の前方または後方に位置したレンズは、正の屈折能を持つようにして、フィルター部に入射される光の角度が減少するようにした。

【0045】

また、前記フィルター部の前方または後方に位置したレンズの屈折能は、０．０１＜Ｐ＜０．０３の範囲を有するようにして、フィルター部に入射される光の角度を減らすことで、フィルター部を通過する光の透過率をさらに高めるようにした。
本発明のフィルター部１２０で透過する光の波長または波長帯域は、製品の使用、用途及び必要に応じてコーティング膜の厚さ、多層コーティング膜の数などを調節して９０５～９４０ｎｍまたは１５４０～１５６０ｎｍとなることができる。

【0046】

また、本発明によるライダー用レンズシステムは、広角タイプまたは狭角タイプで実現できる。

【0047】

狭角タイプは、高速走行の際に遠距離の被写体を検知することができるレンズ部１００からなるものであり、図３は狭角タイプのライダー用レンズシステムの一実施形態を示すものである。

【0048】

広角タイプは、低速走行の際に車両の近距離にある対抗車や地形地物などの被写体を検知することができるレンズ部１００からなるものであり、図４は広角タイプのライダー用レンズシステムの一実施形態を示すものである。

【0049】

図３の実施形態によれば、合計６枚のレンズを含むレンズ部１００で構成され、絞り１１０の前方に隣接してフィルター部１２０が位置している。下記表１は、図３の実施形態によるレンズ部に対する焦点距離を示すものである。

【0050】

【表1】

【0051】

前記レンズ３の屈折能は０．０１５１であり、前記レンズ４の屈折能は０．０２５６である。

【0052】

図４の実施形態によれば、合計６枚のレンズを含むレンズ部１００で構成され、絞り１１０の後方に隣接してフィルター部１２０が位置している。下記表２は図４の実施形態によるレンズ部に対する焦点距離を示すものである。

【0053】

【表2】

【0054】

前記レンズ４の屈折能は０．０１９８であり、レンズ５の屈折能は０．０２４５である。

【0055】

前記図３及び図４の実施形態によるフィルター部１２０に入射される光の入射角度は、それぞれ下記表３および表４の通りであり、０～２５度の間の範囲でフィルター部１２０に入射している。

【0056】

【表3】

【0057】

前記表３に示すように、狭角タイプの一実施形態は、フィルター部を通過する光線（光）の角度が０度から１６度以下の範囲内に存在するように設計している。これは、前記レンズ群の設計に基づいて多少変動することができる。

【0058】

【表4】

【0059】

前記表４に示すように、広角タイプの一実施形態は、フィルター部を通過する光線（光）の角度が０度から２５度以下の範囲内に存在するように設計している。これは、前記レンズ群の設計に基づいて多少変動することができる。

【0060】

図５は本発明によるフィルター部に入射する光の角度による透過率の変化を示すもので、光の波長が１５５０ ± ７．５ｎｍであり、０～２５度の角度で光がフィルター部に入射されるとき、前記波長帯域の光のみを透過させることを確認することができた。

【0061】

これにより、フィルター部に入射される光の角度が小さいほど透過率は高くなりながら特定の波長帯域の光のみを透過する。図示の如く、フィルター部に入射される光の角度が０～２５度程度になったとき、特定の波長を透過させながら、透過率９０％以上と意味のある数値が確認されており、これにより高効率のレンズシステムを提供する。

【0062】

このように、本発明は、複数のレンズからなるレンズ部の内部に入射される光の角度が最小となる位置にフィルター部に配置して、高効率、高解像度のライダー用レンズシステムを提供する。

【0063】

特に、本発明は、高分解能のレンズシステムを提供して低速走行の際に車両の近距離にある被写体、及び高速走行の際に遠距離の被写体を迅速に検知することができるフラッシュライダーに有用に適用できるものと期待される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】