激光输出装置及激光雷达装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光输出装置及激光雷达装置，根据本发明专利技术的一个方面的激光雷达装置包括：激光输出部；以及超颖表面(metasurface)，其包括利用多个纳米柱引导所述激光光束且向行方向与列方向排列成二维阵列的多个光束操纵单元，其中属于所述多个光束操纵单元的多个纳米柱形成关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的行的位置方向反复增大的子波长图案(subwav elength pattern)。本发明专利技术的激光雷达装置可制造成小型化；利用纳米柱形成多种子波长图案以生成扫描点云；利用超颖表面实现能够三维扫描的固态激光雷达。

Laser output device and lidar device

The invention relates to a laser output device and a laser radar device. According to one aspect of the invention, the laser radar device includes: a laser output unit; and a metasurface, which includes a plurality of beam control units that guide the laser beam by using a plurality of nanopillars and arrange the laser beam into a two-dimensional array in the row direction and the column direction, wherein the plurality of the beam control units belong to the plurality of beam control units The nanopillars form a subwav elevation pattern with the characteristics of at least one of the width, height and number of nanopillars per unit length that increases repeatedly from the center of the metaglume surface to the position direction of the rows to which the plurality of beam manipulation units belong. The lidar device of the invention can be manufactured into miniaturization; a multi seed wavelength pattern is formed by using a nano column to generate a scanning point cloud; a solid-state lidar capable of three-dimensional scanning is realized by using a super glume surface.

【技术实现步骤摘要】
激光输出装置及激光雷达装置
本专利技术涉及激光雷达装置。更具体来讲，本专利技术涉及利用包括纳米柱的超颖表面操纵激光光束以获取障碍物的距离信息的激光雷达装置。
技术介绍
边发射激光器应用广泛的同时，近来对垂直腔面发射激光器(VCSEL:VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)的关注度在上升。垂直腔面发射激光器是向垂直于上部表面的方向发射激光的半导体激光，其优点为由于制造工艺简单而易于大量生产，由于集成度高而能够制造成小型化。另外，垂直腔面发射激光器以往主要应用于通信领域，而近来还积极尝试应用到光学系。尤其，随着自动巡航汽车受到瞩目，目前有很多欲将激光雷达(LiDAR)应用于垂直腔面发射激光器的尝试。
技术实现思路
技术问题根据一实施例的要解决的技术问题是通过利用垂直腔面发射激光器元件将激光雷达装置小型化。根据另一实施例的要解决的技术问题是利用纳米柱形成多种子波长图案以生成扫描点云。根据又一实施例的要解决的技术问题是利用超颖表面实现能够三维扫描的固态激光雷达(Solid-StateLiDAR)。本专利技术要解决的技术问题不限于上述问题，本专利技术所属
的普通技术人员可通过本说明书及附图明确理解未提及的技术问题。技术方案根据一实施例，可提供一种激光雷达装置，其测定离包含于由向垂直方向及水平方向分布的多个扫描点形成的视野范围(FOV:FieldOfView)内的障碍物的距离，包括：激光输出部，其包括排列成阵列形态且射出激光光束的多个垂直腔面发射激光器(VCSEL:VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)元件；以及超颖表面(metasurface)，其包括利用配置于所述激光输出部的射出面侧的多个纳米柱引导所述激光光束使得对应于所述多个扫描点，并且沿着对应于所述垂直方向的行方向与对应于所述水平方向的列方向排列成二维阵列的多个光束操纵单元，其中，属于所述多个光束操纵单元的多个纳米柱形成关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第一特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的行的位置方向反复增大，关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第二特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的列的位置方向反复增大，所述多个光束操纵单元所属的行的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第一特性的增减率越大且所述多个光束操纵单元所属的列的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第二特性的增减率越大的子波长图案(subwavelengthpattern)。本专利技术的解决技术问题的技术方案不限于上述技术方案，本专利技术所属
的普通技术人员可通过本说明书及附图明确理解未提及的其他技术方案。技术效果根据一实施例，可通过利用垂直腔面发射激光器元件将激光雷达装置小型化。根据另一实施例，可利用纳米柱形成多种子波长图案以生成扫描点云。根据又一实施例，可利用超颖表面实现能够三维扫描的固态激光雷达(Solid-StateLiDAR)。本专利技术的技术效果不限于上述技术效果，本专利技术所属
的普通技术人员可通过本说明书及附图明确理解未提及的技术效果。附图说明图1是示出一实施例的激光输出装置的立体图；图2至图7是多个实施例的激光输出装置的剖面图；图8至图14是用于说明多个实施例的光束操纵部的示意图；图15是示出从一实施例的激光输出装置射出的激光光束的立体图；图16是示出一实施例的光束操纵部的示意图；图17是示出一实施例的光束投影面的示意图；图18是示出一实施例的激光输出装置的立体图；图19是示出一实施例的激光输出装置的立体图；图20是一实施例的激光输出装置的分解立体图；图21至图23是从侧面查看多个实施例的激光输出装置的分解立体图；图24至图26是多个实施例的激光输出装置的分解立体图；图27及图28是从侧面查看图26的激光输出装置的分解立体图；图29至图31是用于说明多个实施例的激光雷达装置的框图；图32至图35是示出多个实现例的激光雷达装置的立体图；图36是从上部查看图35的激光雷达装置的上面图；图37是用于说明又一实现例的激光雷达装置的示意图。具体实施方式参见附图及以下相关具体说明可更加明确本专利技术的上述目的、特征及优点。但本专利技术可进行多种变更，可具有多种实施例，以下在附图例示特定实施例并对此进行具体说明。附图中层及区域的厚度是为了明确性而夸大示出的，并且构成要素(element)或层被称为其他构成要素或层的“上部(on)”或“上(on)”的情况下，不仅包括直接在其他构成要素或层的上面，还包括中间介有其他层或其他构成要素的情况。在说明书全文中相同的附图标记原则上表示相同的构成要素。并且，对各实施例的附图示出的相同的思想范围内的功能相同的构成要素使用相同的附图标记进行说明。判断认为对与本专利技术相关的公知功能或构成的具体说明可能不必要地混淆本专利技术的主题的情况下将省略其具体说明。并且，在本说明书的说明过程中利用的数字(例如，第一、第二等)只不过是用于将一个构成要素区分于其他构成要素的识别标记而已。并且，在以下说明使用的关于构成要素的词尾“模块”及“部”是为了便于说明书的撰写而添加或混用的，其本身并无相互区分的意思或作用。根据一实施例，可提供一种激光雷达装置，其测定离包含于由向垂直方向及水平方向分布的多个扫描点形成的视野范围(FOV:FieldOfView)内的障碍物的距离，包括：激光输出部，其包括排列成阵列形态且射出激光光束的多个垂直腔面发射激光器(VCSEL:VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)元件；以及超颖表面(metasurface)，其包括利用配置于所述激光输出部的射出面侧的多个纳米柱引导所述激光光束使得对应于所述多个扫描点，并且沿着对应于所述垂直方向的行方向与对应于所述水平方向的列方向排列成二维阵列的多个光束操纵单元，其中，属于所述多个光束操纵单元的多个纳米柱形成关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第一特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的行的位置方向反复增大，关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第二特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的列的位置方向反复增大，所述多个光束操纵单元所属的行的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第一特性的增减率越大且所述多个光束操纵单元所属的列的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第二特性的增减率越大的子波长图案(subwavelengthpattern)。根据另一实施例，所述光束操纵单元的操纵方向的垂直成分的范围可以是-M度到M度，水平成分的范围可以是-N度到N度，其中所述N大于M。根据又一实施例，所述多个光束操纵单元的操纵方向的对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达装置，其测定离包含于由向垂直方向及水平方向分布的多个扫描点形成的视野范围(FOV:Field Of View)内的障碍物的距离，包括：/n激光输出部，其包括排列成阵列形态且射出激光光束的多个垂直腔面发射激光器(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)元件；以及/n超颖表面(metasurface)，其包括利用配置于所述激光输出部的射出面侧的多个纳米柱引导所述激光光束使得对应于所述多个扫描点，并且沿着对应于所述垂直方向的行方向与对应于所述水平方向的列方向排列成二维阵列的多个光束操纵单元，/n其中，属于所述多个光束操纵单元的多个纳米柱形成关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第一特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的行的位置方向反复增大，关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第二特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的列的位置方向反复增大，/n所述多个光束操纵单元所属的行的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第一特性的增减率越大且所述多个光束操纵单元所属的列的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第二特性的增减率越大的子波长图案(subwavelength pattern)。/n...

【技术特征摘要】
20180713 KR 10-2018-0081897;20180713 KR 10-2018-001.一种激光雷达装置，其测定离包含于由向垂直方向及水平方向分布的多个扫描点形成的视野范围(FOV:FieldOfView)内的障碍物的距离，包括：
激光输出部，其包括排列成阵列形态且射出激光光束的多个垂直腔面发射激光器(VCSEL:VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)元件；以及
超颖表面(metasurface)，其包括利用配置于所述激光输出部的射出面侧的多个纳米柱引导所述激光光束使得对应于所述多个扫描点，并且沿着对应于所述垂直方向的行方向与对应于所述水平方向的列方向排列成二维阵列的多个光束操纵单元，
其中，属于所述多个光束操纵单元的多个纳米柱形成关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第一特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的行的位置方向反复增大，关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第二特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的列的位置方向反复增大，
所述多个光束操纵单元所属的行的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第一特性的增减率越大且所述多个光束操纵单元所属的列的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第二特性的增减率越大的子波长图案(subwavelengthpattern)。


2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中：
所述光束操纵单元的操纵方向的垂直成分的范围为-M度到M度，水平成分的范围为-N度到N度，其中所述N大于M。


3.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中：
所述多个光束操纵单元的操纵方向的对应于所述垂直方向的成分的大小对应于所述光束操纵单元的所述行方向的位置，
所述多个光束操纵单元的操纵方向的对应于所述水平方向的成分的大小对应于所述光束操纵单元的所述列方向的位置。


4.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中：
包含于所述视野范围的所述多个扫描点中各扫描点的位置和所述光束操纵单元的位置相关。


5.根据权利要求4所述的激光雷达装置，其中：
所述多个扫描点中各扫描点的垂直方向位置对应于所述光束操纵单元的所述行方向的位置，
所述多个扫描点中各扫描点的水平方向位置对应于所述光束操纵单元的所述列方向的位置。


6.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中：
所述纳米柱为圆柱或多角立柱形状。


7.一种激光输出装置，其具有由向垂直方向及水平方向分布的多个扫描点形成的视野范围(FOV:FieldOfView)，包括：
激光输出部，其包括排列成阵列形态且射出激光光束的多个垂直腔面发射激光器(VCSEL:VerticalCavitySurfaceEmittingLaser)元件；以及
超颖表面(metasurface)，其包括利用配置于所述激光输出部的射出面侧的多个纳米柱引导所述激光光束使得对应于所述多个扫描点，并且沿着对应于所述垂直方向的行方向与对应于所述水平方向的列方向排列成二维阵列的多个光束操纵单元，
其中，属于所述多个光束操纵单元的多个纳米柱形成关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第一特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的行的位置方向反复增大，关于所述多个纳米柱的宽度、高度及每单位长度中的个数中至少一个的第二特性从所述超颖表面的中心向所述多个光束操纵单元所属的列的位置方向反复增大，
所述多个光束操纵单元所属的行的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第一特性的增减率越大且所述多个光束操纵单元所属的列的位置离所述超颖表面的中心越远则所述第二特性的增减率越大的子波长图案(subwavelengthpattern)。


8.根据权利要求7所述的激光输出装置，其中：
所述多个光束操纵单元的操纵方向的对应于所述垂直方向的成分的大小对应于所述光束操纵单元的所述行方向的位置，
所述多个光束操纵单元的操纵方向的对应于所述水平方向的成分的大小对应于所述光束操纵单元的所述列方向的位置。


9.一种激光雷达装置，其测定离包含于由向垂直方向及水平方向分布的多个扫描点形成的视野范围(FOV:FieldOfView)内的障碍物的距离，包括：
激光输出部，其包括排列成阵列形态且射出激光光束的多个垂直腔面发射激光器(VCSEL:VerticalCavitySurfaceEmittingLa...

【专利技术属性】
技术研发人员：张准桓，尹熙善，
申请(专利权)人：SOS实验株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR