KR102149377B1 - Time of flight camera apparatus - Google Patents

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KR102149377B1
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이기석
이명욱
정성기
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엘지이노텍 주식회사
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    • GPHYSICS
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    • G02B26/0816Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치는 광 출력부, 각각이 제1 수신 유닛 및 제2 수신 유닛을 포함하는 복수의 픽셀을 포함하는 광 입력부, 상기 광 출력부의 광축과 만나는 일면을 포함하는 빔 스플리터 및 상기 광 입력부가 수신하는 광을 이용하여 물체의 거리를 연산하는 연산부를 포함하고, 상기 광 출력부는 주기를 가지고 점멸하는 IR 광을 출력하고, 상기 제1 수신 유닛은 광원이 켜지는 동안 활성화되고, 상기 제2 수신 유닛은 상기 광원이 꺼지는 동안 활성화된다.The TOF camera device according to an embodiment of the present invention includes an optical output unit, an optical input unit including a plurality of pixels each including a first receiving unit and a second receiving unit, and a surface meeting the optical axis of the light output unit. A beam splitter and an operation unit that calculates a distance of an object using light received by the light input unit, the light output unit outputs IR light that flashes with a period, and the first receiving unit is turned on while the light source is turned on. Is activated, and the second receiving unit is activated while the light source is turned off.

Description

TOF 카메라 장치{TIME OF FLIGHT CAMERA APPARATUS}TOF camera device {TIME OF FLIGHT CAMERA APPARATUS}

본 발명은 TOF(Time of Flight) 카메라 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TOF 카메라 장치의 깊이 정보 추출에 관한 것이다.The present invention relates to a TOF (Time of Flight) camera device, and more particularly, to the depth information extraction of the TOF camera device.

촬영 장치를 이용하여 3차원 영상을 획득하는 기술이 발전하고 있다. 3차원 영상을 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.A technology for obtaining a 3D image using a photographing device is developing. In order to obtain a 3D image, depth information (Depth Map) is required. Depth information is information representing a distance in space, and represents perspective information of another point with respect to one point of a 2D image.

깊이 정보를 획득하는 방법 중 하나는, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하며, 객체로부터 반사된 광을 해석하여 깊이 정보를 추출하는 방식이다. IR 구조광 방식에 따르면, 움직이는 객체에 대하여 원하는 수준의 깊이 분해능(Depth resolution)을 얻기 어려운 문제가 있다.One of the methods of obtaining depth information is a method of projecting IR (Infrared) structured light onto an object and analyzing the reflected light from the object to extract depth information. According to the IR structured light method, there is a problem in that it is difficult to obtain a desired level of depth resolution for a moving object.

IR 구조광 방식을 대체하는 기술로 TOF(Time of Flight) 방식이 주목받고 있다. TOF 방식에 따르면, 비행 시간, 즉 빛을 쏘아서 반사되어 오는 시간을 측정함으로써 물체와의 거리를 계산한다.The TOF (Time of Flight) method is drawing attention as a technology that replaces the IR structured light method. According to the TOF method, the distance to the object is calculated by measuring the flight time, that is, the time that light is emitted and reflected.

일반적으로, TOF 방식에 따르는 카메라(이하, TOF 카메라)는 물체에 조사되는 빛의 각도를 조절하는 스캐너 및 빛의 경로를 조절하는 미러를 포함한다. 이러한 TOF카메라는 빛의 경로를 조절하기 위하여 적어도 하나의 폴딩 미러(folding mirror)를 포함하므로, 구조가 복잡하고, 소형으로 구현하기 어려운 문제가 있다.In general, a camera according to the TOF method (hereinafter, a TOF camera) includes a scanner that adjusts an angle of light irradiated to an object and a mirror that adjusts a path of light. Since such a TOF camera includes at least one folding mirror to control the path of light, the structure is complicated and it is difficult to implement it in a small size.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 깊이 정보를 추출하는 TOF 카메라 장치를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a TOF camera device for extracting depth information.

실시예에 따른 TOF 카메라 장치는 광 출력부, 각각이 제1 수신 유닛 및 제2 수신 유닛을 포함하는 복수의 픽셀을 포함하는 광 입력부, 상기 광 출력부의 광축과 만나는 일면을 포함하는 빔 스플리터 및 상기 광 입력부가 수신하는 광을 이용하여 물체의 거리를 연산하는 연산부를 포함하고, 상기 광 출력부는 주기를 가지고 점멸하는 IR 광을 출력하고, 상기 제1 수신 유닛은 광원이 켜지는 동안 활성화되고, 상기 제2 수신 유닛은 상기 광원이 꺼지는 동안 활성화될 수 있다.The TOF camera apparatus according to the embodiment includes an optical output unit, an optical input unit including a plurality of pixels each including a first receiving unit and a second receiving unit, a beam splitter including a surface meeting an optical axis of the light output unit, and the The optical input unit includes a calculation unit that calculates the distance of the object by using the received light, the light output unit outputs IR light that flashes with a period, and the first receiving unit is activated while the light source is turned on, and the The second receiving unit may be activated while the light source is turned off.

상기 광 출력부는 입력된 광을 변조시키는 광 변환 유닛 및 상기 광 변환 유닛으로부터 변환된 광을 출력하는 광원을 포함할 수 있다.The light output unit may include a light conversion unit that modulates the input light and a light source that outputs light converted from the light conversion unit.

상기 광 출력부는 상기 출력된 광을 상기 빔 스플리터에 전달하는 광 전달부재를 더 포함할 수 있다.The light output unit may further include a light transmission member that transmits the output light to the beam splitter.

상기 제1 수신 유닛과 상기 제2 수신 유닛은 상기 물체와의 거리에 따라 상기 광의 수신 주기가 달라질 수 있다.The light reception period may vary according to a distance between the first and second reception units and the object.

상기 연산부는 상기 제1 수신 유닛과 상기 제2 수신 유닛이 수신하는 광량의 차를 이용하여 상기 물체와의 거리를 측정할 수 있다.The calculating unit may measure a distance to the object by using a difference between the amount of light received by the first receiving unit and the second receiving unit.

상기 빔 스플리터는 상기 광 출력부와 상기 광 입력부 사이에 배치되어, 광의 일부를 투과하고, 나머지 일부를 반사하며, 상기 광 출력부로부터 출력된 광의 적어도 일부를 상기 물체에 입사시켜 상기 물체로부터 반사된 광을 전달받고, 상기 전달받은 광의 일부를 투과시켜 상기 광 입력부로 입사시킬 수 있다.The beam splitter is disposed between the light output unit and the light input unit, transmits part of the light, reflects the remaining part, and causes at least part of the light output from the light output unit to be incident on the object and reflected from the object. Light may be received, and a part of the transmitted light may be transmitted to be incident on the light input unit.

상기 빔 스플리터와 상기 광 입력부는 상기 광이 전달되는 광축 상에 배열될 수 있다.The beam splitter and the light input unit may be arranged on an optical axis through which the light is transmitted.

상기 빔 스플리터를 투과한 광은 상기 광 입력부에 직접 입사될 수 있다.The light transmitted through the beam splitter may be directly incident on the light input unit.

상기 빔 스플리터의 반사율에 대한 투과율의 비는 0.4 이상이고 2.3 이하일 수 있다.The ratio of transmittance to reflectance of the beam splitter may be 0.4 or more and 2.3 or less.

상기 TOF 카메라 장치는 스캐너를 더 포함하고, 상기 스캐너는 물체에 입사되는 IR 광의 각도를 조절할 수 있다.The TOF camera device further includes a scanner, and the scanner may adjust an angle of IR light incident on the object.

상기 스캐너는 물체로부터 반사된 광의 각도를 조절할 수 있다.The scanner may adjust the angle of light reflected from the object.

상기 빔 스플리터는 상기 스캐너를 통해 상기 광 출력부로부터 출력된 광의 적어도 일부를 상기 물체에 입사시켜 상기 물체로부터 반사된 광을 상기 광 입력부로 입사시킬 수 있다.The beam splitter may cause at least a portion of the light output from the light output unit through the scanner to be incident on the object so that the light reflected from the object is incident on the light input unit.

실시예에 따른 TOF 카메라 장치는 광 출력부, 각각이 제1 수신 유닛 및 제2 수신 유닛을 포함하는 복수의 픽셀을 포함하는 광 입력부, 물체에 입사되는 광의 각도를 조절하는 스캐너 및 상기 광 입력부가 수신하는 광을 이용하여 물체의 거리를 연산하는 연산부를 포함하고, 상기 광 출력부는 주기를 가지고 점멸하는 IR 광을 출력하고, 상기 제1 수신 유닛은 광원이 켜지는 동안 활성화되고, 상기 제2 수신 유닛은 상기 광원이 꺼지는 동안 활성화될 수 있다.The TOF camera device according to the embodiment includes an optical output unit, an optical input unit including a plurality of pixels each including a first receiving unit and a second receiving unit, a scanner for adjusting an angle of light incident on an object, and the light input unit. It includes an operation unit that calculates the distance of the object using the received light, the light output unit outputs IR light flashing with a period, the first receiving unit is activated while the light source is turned on, the second receiving The unit can be activated while the light source is turned off.

상기 스캐너는 상기 광 출력부로부터 출력된 광의 적어도 일부를 상기 물체에 입사시켜 상기 물체로부터 반사된 광을 상기 광 입력부로 입사시킬 수 있다.The scanner may cause at least a portion of the light output from the light output unit to be incident on the object so that the light reflected from the object is incident on the light input unit.

본 발명의 실시예에 따르면, TOF 카메라를 소형으로 구현할 수 있다. 또한, 높은 광효율로 인하여 원거리의 깊이 정보도 정밀하게 추출할 수 있으며, 소비전력을 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a TOF camera can be implemented in a small size. In addition, due to high light efficiency, depth information of a long distance can be accurately extracted, and power consumption can be reduced.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 광 출력부의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 광 입력부의 구조이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 연산부가 물체의 거리를 계산하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 구조를 나타낸다.
1 is a block diagram of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an optical output unit of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention.
3 is a structure of an optical input unit of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a method of calculating an object distance by an operation unit of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention.
5 shows the structure of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is intended to illustrate and describe specific embodiments in the drawings, as various changes may be made and various embodiments may be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제2, 제1 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers, such as second and first, may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a second element may be referred to as a first element, and similarly, a first element may be referred to as a second element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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 a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same reference numerals are assigned to the same or corresponding components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 블록도를 나타내며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 광 출력부의 블록도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 광 입력부의 구조이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 연산부가 물체의 거리를 계산하는 방법을 설명하는 도면이다. 1 is a block diagram of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of an optical output unit of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. A structure of an optical input unit of a TOF camera apparatus according to an example, and FIG. 4 is a diagram illustrating a method of calculating a distance of an object by an operation unit of the TOF camera apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, TOF 카메라 장치(100)는 광 출력부(110), 광 제어부(120), 광 입력부(130) 및 연산부(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the TOF camera apparatus 100 includes an optical output unit 110, an optical control unit 120, an optical input unit 130, and an operation unit 140.

광 출력부(110)는 IR(infrared) 광을 출력한다. IR 광은, 예를 들면 800nm 이상의 파장 대역을 가지는 광일 수 있다. 도 2를 참조하면, 광 출력부(110)는 광원(112) 및 광 변환 유닛(114)을 포함한다. 광원은 적외선을 투사하는 적어도 하나의 레이저 다이오드(Laser Diode) 또는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함할 수 있다. 그리고, 광 변환 유닛(114)은 광원(112)으로부터 출력된 광을 변조(modulation)할 수 있다. 광 변환 유닛(114)은, 예를 들면 광원(112)으로부터 출력된 광을 펄스(pulse) 변조 또는 위상(phase) 변조할 수 있다. 이에 따라, 광 출력부(110)는 소정 간격으로 광원을 점멸시키며 출력할 수 있다.The light output unit 110 outputs IR (infrared) light. The IR light may be light having a wavelength band of 800 nm or more, for example. Referring to FIG. 2, the light output unit 110 includes a light source 112 and a light conversion unit 114. The light source may include at least one laser diode or a light emitting diode (LED) that projects infrared rays. In addition, the light conversion unit 114 may modulate the light output from the light source 112. The light conversion unit 114 may, for example, pulse-modulate or phase-modulate the light output from the light source 112. Accordingly, the light output unit 110 may flash and output the light source at predetermined intervals.

다시 도 1을 참조하면, 광 제어부(120)는 광 출력부(110)가 출력하는 광의 변조(modulation)를 제어한다. 예를 들면, 광 제어부(120)는 광의 펄스 또는 위상 변조를 제어할 수 있다. 광 제어부(120)는 사용자에 의하여 미리 설정된 기준에 따라 광의 펄스 또는 위상 변조를 제어할 수 있다. 예를 들면, 광 제어부(120)는 TOF 카메라 장치 주변의 밝기에 따라 광의 펄스 또는 위상 변조를 제어할 수 있다. Referring back to FIG. 1, the light control unit 120 controls modulation of light output from the light output unit 110. For example, the light controller 120 may control pulse or phase modulation of light. The light controller 120 may control the pulse or phase modulation of light according to a reference set in advance by a user. For example, the light controller 120 may control the pulse or phase modulation of light according to the brightness around the TOF camera device.

한편, 광 입력부(130)는 광 출력부(110)로부터 출력된 후 물체로부터 반사된 광을 입력 받는다. 광 입력부(130)는 입력 받은 광을 전기 신호로 변환할 수 있다. 광 입력부(130)는, 포토 다이오드(photo diode) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)를 포함하는 이미지 센서일 수 있다. Meanwhile, the light input unit 130 receives light reflected from the object after being output from the light output unit 110. The light input unit 130 may convert the received light into an electric signal. The light input unit 130 may be an image sensor including a photo diode or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS).

도 3을 참조하면, 광 입력부(130)는 배열된 복수의 픽셀(pixel)(132)을 포함한다. 각 픽셀은 In Phase 수신 유닛(132-1) 및 Out Phase 수신 유닛(132-2)을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, In Phase 수신 유닛(132-1)은 광원이 켜지는 동안 활성화되고, Out Phase 수신 유닛(132-2)은 광원이 꺼지는 동안 활성화될 수 있다. 이와 같이, In Phase 수신 유닛(132-1) 및 Out Phase 수신 유닛(132-2)이 시간 차를 두고 활성화되면, 물체와의 거리에 따라 수신되는 광량에 차이가 발생하게 된다. 예를 들어, 물체가 TOF 카메라 장치 바로 앞에 있는 경우(즉, 거리=0인 경우)에는, 광 출력부(110)로부터 광이 출력된 후 반사되어 오는데 걸리는 시간이 0이므로, 광원의 점멸 주기는 그대로 광의 수신 주기가 된다. 이에 따라, In Phase 수신 유닛(132-1)만이 빛을 수신하게 되고, Out Phase 수신 유닛(132-2)은 빛을 수신하지 못하게 된다. 다른 예로, 물체가 TOF 카메라 장치와 소정 거리 떨어져 위치하는 경우, 광 출력부(110)로부터 광이 출력된 후 물체에 반사되어 오는데 시간이 걸리므로, 광원의 점멸 주기는 광의 수신 주기와 차이가 나게 된다. 이에 따라, In Phase 수신 유닛(132-1)과 Out Phase 수신 유닛(132-2)이 수신하는 빛의 양에 차이가 발생하게 된다.Referring to FIG. 3, the light input unit 130 includes a plurality of pixels 132 arranged. Each pixel may include an In Phase receiving unit 132-1 and an Out Phase receiving unit 132-2. Referring to FIG. 4, the in phase receiving unit 132-1 may be activated while the light source is turned on, and the out phase receiving unit 132-2 may be activated while the light source is turned off. In this way, when the In-Phase receiving unit 132-1 and the Out-Phase receiving unit 132-2 are activated with a time difference, a difference occurs in the amount of received light according to the distance to the object. For example, if the object is in front of the TOF camera device (i.e., when the distance is 0), the time it takes for the light to be reflected after the light is output from the light output unit 110 is 0, so the flashing period of the light source is As it is, it becomes the light reception period. Accordingly, only the in-phase receiving unit 132-1 receives light, and the out-phase receiving unit 132-2 cannot receive the light. As another example, when the object is located a predetermined distance away from the TOF camera device, it takes time to be reflected off the object after the light is output from the light output unit 110, so that the blinking period of the light source is different from the light reception period. do. Accordingly, a difference occurs in the amount of light received by the in phase receiving unit 132-1 and the out phase receiving unit 132-2.

다시 도 1을 참조하면, 연산부(140)는 In Phase 수신 유닛(132-1) 및 Out Phase 수신 유닛(132-2)에 입력된 광량의 차를 이용하여 물체의 거리를 연산한다. Referring back to FIG. 1, the calculating unit 140 calculates the distance of the object by using the difference between the amount of light input to the in phase receiving unit 132-1 and the out phase receiving unit 132-2.

본 발명의 한 실시예에 따르면, TOF 카메라 장치는 물체에 조사되는 빛의 각도를 조절하는 스캐너 및 빛의 일부를 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 반투과반사부재를 더 포함한다. 이에 따라, 광학 레이아웃(layout) 거리를 최소화하며, 시스템을 슬림화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the TOF camera device further includes a scanner for adjusting an angle of light irradiated onto an object, and a transflective member that reflects part of the light and transmits the remaining part. Accordingly, the optical layout distance can be minimized and the system can be slimmed.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 TOF 카메라 장치의 구조를 나타낸다.5 shows the structure of a TOF camera device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 광원(500)은 IR 광을 출력한다. 출력되는 IR 광은 광 변환 유닛(502)에서 펄스 또는 위상 변조된 광일 수 있다. 광원(500)은, 예를 들면 단파장 광을 출력하는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD), 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 멀티 셀(multi cell) 구조를 가지는 발광 다이오드 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the light source 500 outputs IR light. The output IR light may be pulsed or phase modulated light by the light conversion unit 502. The light source 500 may include, for example, a laser diode (LD) that outputs short wavelength light, a light emitting diode (LED), a light emitting diode having a multi-cell structure, and the like. .

광원(500)으로부터 출력된 IR 광은 반투과반사부재(520)에 도달한다. 반투과반사부재(520)는 광원(500)과 광 출력부(540) 및 스캐너(530) 사이에 배치되며, 도달하는 광의 일부를 투과하고, 나머지 일부를 반사시킬 수 있다. The IR light output from the light source 500 reaches the transflective member 520. The transflective member 520 is disposed between the light source 500, the light output unit 540, and the scanner 530, and may transmit a part of the light that reaches and reflect the remaining part.

이때, 반투과반사부재는(520)는 빔 스플리터(beam splitter)일 수 있다.In this case, the transflective member 520 may be a beam splitter.

반투과반사부재(520)의 반사율에 대한 투과율의 비는(투과율/반사율)은 0.4 이상이고 2.3 이하, 바람직하게는 0.7 이상이고 1.5이하일 수 있다. 반투과반사부재(520)의 반사율에 대한 투과율의 비가 이 범위를 벗어날 경우, 노이즈가 많아 깊이 분해능이 떨어질 수 있다.The ratio of the transmittance to the reflectance of the transflective member 520 (transmittance/reflectivity) may be 0.4 or more and 2.3 or less, preferably 0.7 or more and 1.5 or less. When the ratio of the transmittance to the reflectance of the transflective member 520 is out of this range, the depth resolution may be degraded due to a large amount of noise.

반투과반사부재(520)는 광원(500)으로부터 출력된 IR 광의 적어도 일부의 경로를 조절하여 스캐너(530)로 입사시킨다. 그리고, 스캐너(530)는 광원(500)으로부터 출력되어 반투과반사부재(520)에 의하여 반사된 IR 광의 각도를 조절한다. 이에 따라, 물체에 입사되는 IR 광의 각도가 조절될 수 있으며, 물체의 전면을 스캔할 수 있고, 광 효율을 높일 수 있다.The transflective member 520 adjusts at least a part of the path of the IR light output from the light source 500 to enter the scanner 530. Further, the scanner 530 adjusts the angle of the IR light output from the light source 500 and reflected by the transflective member 520. Accordingly, the angle of the IR light incident on the object can be adjusted, the entire surface of the object can be scanned, and light efficiency can be improved.

또한, 스캐너(530)는 물체로부터 반사된 광의 각도를 조절한다. 이에 따라, 물체로부터 반사된 광이 광 입력부(540)에 효율적으로 도달할 수 있다.Also, the scanner 530 adjusts the angle of light reflected from the object. Accordingly, the light reflected from the object may efficiently reach the light input unit 540.

이를 위하여, 스캐너(530)에는 별도의 구동 장치(532)가 연결될 수 있다. 구동 장치(532)는 스캐너(530)를 빠른 속도로 회전시킬 수 있다.To this end, a separate driving device 532 may be connected to the scanner 530. The driving device 532 may rotate the scanner 530 at a high speed.

물체로부터 반사된 광은 광 입력부(540)에 도달한다. 광 입력부(540)는, 예를 들면 포토 다이오드(Photo Diode, PD)를 포함할 수 있다. The light reflected from the object reaches the light input unit 540. The light input unit 540 may include, for example, a photo diode (PD).

광 입력부(540)에 도달한 광은 전기 신호로 변환되며, 연산부(542)는 변환된 전기 신호를 이용하여 물체의 거리를 연산한다. The light reaching the light input unit 540 is converted into an electric signal, and the calculation unit 542 calculates the distance of the object by using the converted electric signal.

한편, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 반투과반사부재(520)는 광원(500), 스캐너(530) 및 광입력부(540) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 광원(500)으로부터 출력된 광의 일부를 반사시켜 스캐너(530)로 전달하며, 물체로부터 반사된 후 스캐너(530)로부터 전달된 광의 일부를 투과시켜 광 입력부(540)로 입사시킬 수 있다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the transflective member 520 may be disposed between the light source 500, the scanner 530, and the light input unit 540. Accordingly, a part of the light output from the light source 500 may be reflected and transmitted to the scanner 530, and a part of the light transmitted from the scanner 530 after being reflected from an object may be transmitted to the light input unit 540. .

이때, 반투과반사부재(520)의 한 면은 광원(500)으로부터 출력되는 과으이 광축과 만나도록 배치될 수 있다. 그리고, 스캐너(530), 반투과반사부재(520) 및 광 입력부(540)는 물체로부터 반사된 후 스캐너(530)에 의하여 각도가 조절된 광의 광 축상에 배열될 수 있다. 이때, 광 입력부(540)는 반투과반사부재를 투과한 광이 추가의 반사부재를 거치지 않고 직접 입사되도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 광 경로를 최소화하여 광손실을 줄일 수 있다. 그리고, 광 입력부(540)의 픽셀과 광축 간의 공간상 배열(align)이 용이하며, 시스템의 내부 구조를 슬림화할 수 있다.In this case, one surface of the transflective member 520 may be disposed to meet the optical axis output from the light source 500. In addition, the scanner 530, the transflective member 520, and the light input unit 540 may be arranged on an optical axis of light whose angle is adjusted by the scanner 530 after being reflected from an object. In this case, the light input unit 540 may be arranged so that the light transmitted through the transflective member is directly incident without passing through the additional reflective member. Accordingly, it is possible to reduce optical loss by minimizing the optical path. In addition, the spatial alignment between the pixels of the optical input unit 540 and the optical axis is easy, and the internal structure of the system can be made slim.

한편, 광원(500)과 반투과반사부재(520) 사이에는 광원(500)으로부터 출력된 IR 광을 반투과반사부재(520)에게 전달하는 광 전달부재(510)가 더 배치될 수 있다. 광 전달부재(510)는, 예를 들면 집속 렌즈일 수 있다.Meanwhile, between the light source 500 and the transflective member 520, a light transmission member 510 for transmitting the IR light output from the light source 500 to the transflective member 520 may be further disposed. The light transmitting member 510 may be, for example, a focusing lens.

본 발명의 한 실시예에 따라, 광 출력부, 광 입력부 및 스캐너 사이에 반투과반사부재를 배치하면, 광의 경로를 조절하기 위하여 폴딩 미러를 배치할 필요가 없다. 이에 따라, 광 경로 상에서 발생하는 광 손실을 최소화하며, 장치를 소형으로 구현할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, if the transflective member is disposed between the light output unit, the light input unit and the scanner, there is no need to arrange a folding mirror to adjust the path of light. Accordingly, light loss occurring on the optical path can be minimized, and the device can be implemented in a small size.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.

100: TOF 카메라 장치
110: 광 출력부
120: 광 제어부
130: 광 입력부
140: 연산부
500: 광원
510: 집속 렌즈
520: 반투과반사부재
530: 스캐너
540: PD
100: TOF camera unit
110: optical output unit
120: optical control unit
130: optical input unit
140: operation unit
500: light source
510: focusing lens
520: transflective member
530: scanner
540: PD

Claims (17)

광 출력부;
각각이 제1 수신 유닛 및 제2 수신 유닛을 포함하는 복수의 픽셀을 포함하는 광 입력부;
상기 광 출력부의 광축과 만나는 일면을 포함하는 빔 스플리터; 및
상기 광 입력부가 수신하는 광을 이용하여 물체의 거리를 연산하는 연산부를 포함하고,
상기 광 출력부는 주기를 가지고 점멸하는 IR 광을 출력하고,
상기 제1 수신 유닛은 광원이 켜지는 동안 활성화되고,
상기 제2 수신 유닛은 상기 광원이 꺼지는 동안 활성화되는 TOF 카메라 장치.
Light output unit;
An optical input unit including a plurality of pixels each including a first receiving unit and a second receiving unit;
A beam splitter including a surface meeting the optical axis of the light output unit; And
And a calculation unit that calculates a distance of an object using light received by the light input unit,
The light output unit outputs IR light that flashes with a period,
The first receiving unit is activated while the light source is turned on,
The second receiving unit is a TOF camera device that is activated while the light source is turned off.
제1항에 있어서,
상기 광 출력부는,
입력된 광을 변조시키는 광 변환 유닛; 및
상기 광 변환 유닛으로부터 변환된 광을 출력하는 광원을 포함하는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 1,
The light output unit,
A light conversion unit that modulates the input light; And
A TOF camera apparatus comprising a light source for outputting light converted from the light conversion unit.
제2항에 있어서,
상기 광 출력부는,
상기 출력된 광을 상기 빔 스플리터에 전달하는 광 전달부재를 더 포함하는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 2,
The light output unit,
TOF camera apparatus further comprising a light transmission member for transmitting the output light to the beam splitter.
제1항에 있어서,
상기 제1 수신 유닛과 상기 제2 수신 유닛은
상기 물체와의 거리에 따라 상기 광의 수신 주기가 달라지는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 1,
The first receiving unit and the second receiving unit
The TOF camera device in which the light reception period is changed according to the distance to the object.
제4항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 제1 수신 유닛과 상기 제2 수신 유닛이 수신하는 광량의 차를 이용하여 상기 물체와의 거리를 측정하는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 4,
The calculation unit,
A TOF camera device that measures a distance to the object by using a difference between the amount of light received by the first receiving unit and the second receiving unit.
제1항에 있어서,
상기 빔 스플리터는,
상기 광 출력부와 상기 광 입력부 사이에 배치되어, 광의 일부를 투과하고, 나머지 일부를 반사하며,
상기 광 출력부로부터 출력된 광의 적어도 일부를 상기 물체에 입사시켜 상기 물체로부터 반사된 광을 전달받고,
상기 전달받은 광의 일부를 투과시켜 상기 광 입력부로 입사시키는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 1,
The beam splitter,
Is disposed between the light output unit and the light input unit to transmit a part of light and reflect the remaining part,
At least part of the light output from the light output unit is incident on the object to receive the light reflected from the object,
A TOF camera device that transmits a part of the transmitted light and enters the light input unit.
제1항에 있어서,
상기 빔 스플리터와 상기 광 입력부는 상기 광이 전달되는 광축 상에 배열되는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 1,
The beam splitter and the light input unit are arranged on an optical axis through which the light is transmitted.
제1항에 있어서,
상기 빔 스플리터를 투과한 광은 상기 광 입력부에 직접 입사되는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 1,
A TOF camera device in which light transmitted through the beam splitter is directly incident on the light input unit.
제1항에 있어서,
상기 빔 스플리터의 반사율에 대한 투과율의 비는 0.4 이상이고 2.3 이하인 TOF 카메라 장치.
The method of claim 1,
The ratio of transmittance to reflectance of the beam splitter is 0.4 or more and 2.3 or less.
제1항에 있어서,
스캐너를 더 포함하고, 상기 스캐너는 물체에 입사되는 IR 광의 각도를 조절하는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 1,
A TOF camera apparatus further comprising a scanner, wherein the scanner adjusts an angle of IR light incident on the object.
제10항에 있어서,
상기 스캐너는 물체로부터 반사된 광의 각도를 조절하는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 10,
The scanner is a TOF camera device that adjusts the angle of light reflected from the object.
제10항에 있어서,
상기 빔 스플리터는,
상기 스캐너를 통해 상기 광 출력부로부터 출력된 광의 적어도 일부를 상기 물체에 입사시켜 상기 물체로부터 반사된 광을 상기 광 입력부로 입사시키는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 10,
The beam splitter,
A TOF camera apparatus for injecting at least a portion of the light output from the light output unit through the scanner onto the object and causing the light reflected from the object to enter the light input unit.
광 출력부;
각각이 제1 수신 유닛 및 제2 수신 유닛을 포함하는 복수의 픽셀을 포함하는 광 입력부;
물체에 입사되는 광의 각도를 조절하는 스캐너; 및
상기 광 입력부가 수신하는 광을 이용하여 물체의 거리를 연산하는 연산부를 포함하고,
상기 광 출력부는 주기를 가지고 점멸하는 IR 광을 출력하고,
상기 제1 수신 유닛은 광원이 켜지는 동안 활성화되고,
상기 제2 수신 유닛은 상기 광원이 꺼지는 동안 활성화되는 TOF 카메라 장치.
Light output unit;
An optical input unit including a plurality of pixels each including a first receiving unit and a second receiving unit;
A scanner that adjusts the angle of light incident on the object; And
And a calculation unit that calculates a distance of an object using light received by the light input unit,
The light output unit outputs IR light that flashes with a period,
The first receiving unit is activated while the light source is turned on,
The second receiving unit is a TOF camera device that is activated while the light source is turned off.
제13항에 있어서,
상기 스캐너는,
상기 광 출력부로부터 출력된 광의 적어도 일부를 상기 물체에 입사시켜 상기 물체로부터 반사된 광을 상기 광 입력부로 입사시키는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 13,
The scanner,
A TOF camera apparatus for injecting at least a portion of the light output from the light output unit onto the object and causing the light reflected from the object to enter the light input unit.
제13항에 있어서,
상기 스캐너는 물체로부터 반사된 광의 각도를 조절하는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 13,
The scanner is a TOF camera device that adjusts the angle of light reflected from the object.
제13항에 있어서,
상기 제1 수신 유닛과 상기 제2 수신 유닛은
상기 물체와의 거리에 따라 상기 광의 수신 주기가 달라지는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 13,
The first receiving unit and the second receiving unit
The TOF camera device in which the light reception period is changed according to the distance to the object.
제16항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 제1 수신 유닛과 상기 제2 수신 유닛이 수신하는 광량의 차를 이용하여 상기 물체와의 거리를 측정하는 TOF 카메라 장치.
The method of claim 16,
The calculation unit,
A TOF camera device that measures a distance to the object by using a difference between the amount of light received by the first receiving unit and the second receiving unit.
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