KR102330917B1 - 온도를 이용하여 눈보호기능을 수행하는 빔프로젝터모듈 및 그 제어방법 - Google Patents

온도를 이용하여 눈보호기능을 수행하는 빔프로젝터모듈 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원을 지지하는 기판; 상기 광에 대하여 일정 공간으로 출력되는 상기 광의 세기를 감소시키는 광학장치; 상기 광원장치를 상기 광원으로부터 일정 거리 이격시키고, 상기 기판 및 상기 광학장치와 함께 밀폐된 공간을 형성하는 프레임; 상기 프레임의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 광원의 출력을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 프레임의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 빔프로젝터모듈을 제공한다.

Description

온도를 이용하여 눈보호기능을 수행하는 빔프로젝터모듈 및 그 제어방법{BEAM PROJECTOR MODULE FOR PERFORMING EYE-SAFETY FUNCTION USING TEMPERATURE, AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 빔프로젝터모듈에 관한 것이다.
레이저(LASER)는 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 약자로서, 집중적이고 응축적으로 광을 출력할 수 있다. 또한, 레이저는 단색성 및 지향성을 가질 수 있는데, 이러한 특성으로 인해 레이저는 광학적 센서 기술분야에서 다양하게 활용되고 있다.
예를 들어, 레이저는 거리측정장치의 광원으로 활용될 수 있고, 3차원 뎁스 카메라(3D Depth Camera)의 광원으로 활용될 수 있다. ToF(Time of Flight) 방식의 거리측정장치는 광원에서 출력된 펄스(pulse) 형태의 광파가 물체에 반사되어 돌아오는 이동거리를 위상차이를 통해 측정하고 이러한 위상차이와 주파수의 정보를 통해 거리를 측정하며, 구조광(SL: Structure Light) 또는 하이브리드 스테레오 타입(hybrid stereo type)은 레이저 광원을 소스로 하여 디퓨저를 통하여 규칙 또는 비규칙적인 패턴을 형성함으로써 거리정보를 추출할 수 있다.
레이저는 고출력 및 지향성의 특성으로 인해 거리측정 및 3차원 뎁스 카메라의 광원으로 활용되고 있다.
한편, 레이저의 고출력 특성은 광의 비행거리를 증가시키고, 되돌아온 광의 출력도 일정 이상을 유지시킬 수 있다는 측면에서 장점으로 인식될 수 있으나, 안전의 측면에서는 단점으로 인식될 수 있다. 고출력의 광이 사람의 안구로 직접 조사되는 경우, 안구에 손상을 주고, 극단적인 경우 실명을 초래할 수도 있다. 이에 따라, 레이저를 광원으로 사용하는 경우에는 항상 안전상의 문제가 고려되어야 한다.
일반적으로 각국에는 눈보호(eye-safety) 기준이 있어서, 장치에서 출력되는 광의 세기는 기준값이하로 조절된다.
출력되는 광의 세기를 조절하는 방법 중 하나는 광의 출력경로 상에 광의 세기를 줄여줄 수 있는 디퓨저(diffuser)를 배치하는 것이다. 디퓨저는 집중되어 있는 광을 빛의 속성을 이용하여 굴절 및 회절 등의 효과로 시스템에서 요구되는 일정 FOV(field of view)로 분산시키기 때문에 디퓨저를 통과한 광은 단위 면적당의 세기가 줄어들게 된다.
그런데, 이렇게 디퓨저를 이용하여 광의 세기를 조절하는 장치에서, 디퓨저가 탈착되는 경우, 고출력의 광이 그대로 출력되기 때문에 안전상으로 문제가 될 수 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 눈보호(eye-safety) 기능을 제공하는 빔프로젝터모듈에 대한 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 실시예는, 빔프로젝터모듈에 있어서, 광을 출력하는 광원; 상기 광원을 지지하는 기판; 상기 광에 대하여 일정 공간으로 출력되는 상기 광의 세기를 감소시키는 광학장치; 상기 광학장치를 상기 광원으로부터 일정 거리 이격시키고, 상기 기판 및 상기 광학장치와 함께 밀폐된 내부공간을 형성하는 프레임; 상기 빔프로젝터모듈의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 광원의 출력을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 빔프로젝터모듈의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 빔프로젝터모듈을 제공한다.
상기 빔프로젝터모듈에서, 상기 온도센서는, 상기 프레임과 연결되어 상기 프레임의 온도를 측정하고, 상기 프로세서는, 상기 프레임의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
상기 빔프로젝터모듈에서, 상기 온도센서는, 상기 광학장치와 연결되어 상기 광학장치의 온도를 측정하고, 상기 프로세서는, 상기 광학장치의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
상기 빔프로젝터모듈에서, 상기 빔프로젝터 모듈은 둘 이상의 온도센서를 포함하고, 상기 둘 이상의 온도센서 중 하나는 프레임에 연결되어 프레임의 온도를 측정하고, 상기 둘 이상의 온도센서 중 다른 하나는 광학장치에 연결되어 광학장치의 온도를 측정하고, 상기 프로세서는 상기 프레임 및 상기 광학장치의 온도의 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
상기 빔프로젝터모듈에서, 상기 프로세서는, 상기 프레임의 온도하락율과 상기 광학장치의 온도하락율을 비교하여, 크랙 위치정보를 추출하고, 상기 크랙 위치정보에 따라 크랙이 상기 광학장치에 발생한 경우에 상기 광원을 상기 눈보호모드(eye-safety mode)를 동작시킬 수 있다.
상기 빔프로젝터모듈에서, 상기 광원은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함하고, 상기 광학장치는 상기 광을 분산시키는 디퓨저를 포함할 수 있다.
상기 빔프로젝터모듈에서, 상기 프로세서는, 상기 빔프로젝터모듈의 온도데이터를 수광장치로 송신하고, 상기 수광장치는, 상기 온도데이터를 이용하여 상기 광학장치에 의한 상기 광의 온도특성을 보상할 수 있다.
그리고, 일 실시예는 광원, 그리고 상기 광원에서 출력되는 광의 세기를 감소시키는 광학장치를 포함하는 빔프로젝터모듈을 제어하는 방법에 있어서, 온도센서가 상기 빔프로젝터모듈의 온도를 측정하는 단계; 및 프로세서가 상기 빔프로젝터모듈의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 단계; 를 포함하는 제어방법을 제공한다.
상기 제어방법에서, 상기 온도센서는, 상기 광학장치를 지지하는 프레임의 온도를 측정하고, 상기 프로세서는, 상기 프레임의 온도 하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
상기 제어방법에서, 상기 온도센서는, 상기 광학장치의 온도를 측정하고, 상기 프로세서는, 상기 광학장치의 온도 하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
상기 제어방법에서, 상기 온도센서는, 상기 광학장치를 지지하는 프레임에 의해 둘러싸인 내부공간의 온도를 측정하고, 상기 프로세서는, 상기 내부공간의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
상기 제어방법에서, 상기 온도센서는, 상기 광학장치의 온도 및, 상기 광학장치를 지지하는 프레임의 온도를 측정하고, 상기 프로세서는, 상기 광학장치 및 상기 프레임의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광학장치 및 상기 프레임의 온도하락율을 비교하여 크랙위치 정보를 추출하고, 크랙이 상기 광학장치에 발생한 경우에 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
상기 제어방법에서, 상기 기준값은, 상기 빔프로젝터모듈의 외부에서 상기 프로세서와 통신하는 외부 온도센서가 측정한 외부온도에 따라서 산정될 수 있다.
상기 제어방법에서, 상기 프레임의 온도를 이용하여 상기 광학장치의 온도를 추정하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제어방법에서, 상기 광학장치의 온도를 수광장치로 송신하는 단계; 상기 수광장치가 상기 광학장치의 온도를 이용하여 상기 광학장치의 광학값을 획득하는 단계; 및 상기 수광장치가 상기 광학값에 따라 수광값을 보상하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 빔프로젝터모듈에 이상에 발생하여도 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있게 된다.
도 1은 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제1도면이다.
도 3은 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제2도면이다.
도 4는 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제3도면이다.
도 5는 제2실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 명세서의 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 시간의 변화에 따른 온도 변화에 대한 일 예시 그래프이다.
도 7은 제1실시예 혹은 제2실시예에 따른 각 외부환경에서의 빔프로젝터모듈의 온도 변화에 대한 일 예시 그래프이다.
도 8은 제1실시예 혹은 제2실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 눈보호 기능을 작동하는 방법의 흐름도이다.
도 9는 제3실시예에 따른 복수의 온도센서를 가진 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제1도면이다.
도 10은 제3실시예에 따른 복수의 온도센서를 가진 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제2도면이다.
도 11은 제3실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 눈보호 기능을 작동하는 방법의 흐름도이다.
도 12은 빔프로젝터모듈의 온도 변화에 대한 일 예시 그래프이다.
도 13는 빔프로젝터모듈의 온도에 따른 광학값을 나타내는 일 예시 그래프이다.
도 14는 명세서의 실시예에 따른 광학시스템에서 빔프로젝터모듈의 온도특성을 보상하는 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 빔프로젝터모듈(100)은 광원(110), 기판(120), 프레임(130), 광학장치(140), 온도센서(150), 프로세서(160) 등을 포함할 수 있다.
기판(120)에는 배선이 패터닝될 수 있다. 그리고, 기판(120)은 외부로부터 전력을 공급받을 수 있고, 전력은 각 배선을 통해 광원(110), 온도센서(150), 프로세서(160) 등으로 공급할 수 있다. 기판(120)은 열 저항이 낮은 물질 또는 열전도성 물질로 형성될 수 있다.
광원(110)은 기판(120) 상에 배치될 수 있고, 광원(110)의 애노드전극은 기판(120)의 애노드배선과 연결되고 캐소드전극은 기판(120)의 캐소드배선과 연결될 수 있다. 광원(110)은 기판(120)에 와이어 본딩 형태로 연결되어 배치될 수 있다. 또는, 광원(110)은 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통하여 기판(120)에 와이어 없이 배치될 수 있다. 광원(110)이 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통하여 기판(120)과 연결되는 경우에는, 와이어 선이 없어 보다 소형의 빔프로젝터 모듈을 구성할 수 있다.
광원(110)은 광학장치(140) 방향으로 광을 출력할 수 있다. 광원(110)은 하나가 배치될 수 있고, 또는 2개 이상의 광원(110)이 배치될 수 있다. 광원(110)은 단일 파장영역대의 광을 출력하는 광원일 수 있고, 광원(110)에서 일정 부분이 별도로 구성되어 복수의 파장 영역을 가지는 광을 출력하는 광원(110)일 수 있다.
광원(110)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함할 수 있다.
광원(110)으로의 전력 공급은 프로세서(160)에 의해서 제어될 수 있다. 프로세서(160)은 정상모드와 눈보호모드에서 광원(110)으로 공급하는 전력을 다르게 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(160)는 정상모드에서만 광원(110)으로 전력을 공급하고 눈보호모드에서는 광원(110)으로의 전력을 공급하지 않을 수 있다. 또는, 프로세서(160)는 정상모드 보다 눈보호모드에서 광원(110)에 공급하는 전력의 수준을 낮게 할 수 있다. 따라서, 광원(110)에서 출력되는 광의 세기가 감소될 수 있다.
광학장치(140)는 프레임(130)에 의해 광원(110)으로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 광학장치(140)는 광원(110)에서 출력된 광에 대하여 일정 공간으로 출력되는 광의 세기를 감소시킬 수 있다.
광학장치(140)는 디퓨저(diffuser)를 포함할 수 있다. 디퓨저는 광원(110)에서 출력된 광을 분산시켜 일정 공간으로 출력되는 광의 세기를 감소시킬 수 있다.
프레임(130)은 기판(120)에 의해 지지될 수 있다. 그리고, 프레임(130)은 광학장치(140)를 지지할 수 있다.
기판(120), 프레임(130) 및 광학장치(140)에 의해 밀폐된 내부공간(10)이 형성될 수 있다. 밀폐된 내부공간(10)에 형성되는 공기는 외부로 유출되지 않거나 매우 미미한 수준에서 외부와 순환될 수 있다. 실질적으로 밀폐된 내부공간(10)은 내부적으로 대류가 발생할 수 있으나, 외부와의 열교환은 밀폐된 내부공간(10)을 구성하는 기판(120), 프레임(130) 및 광학장치(140)를 통해서만 이루어질 수 있다.
프레임(130)은 열저항이 낮은 물질 혹은 전도성의 물질로 구성될 수 있다. 프레임(130)은 일측이 광학장치(140)와 접촉되고 타측이 기판(120)과 접촉될 수 있다. 이러한 구성에 의해 프레임(130)은 광학장치(140)에 형성된 열을 기판(120) 방향으로 배출시키는 열경로로 기능할 수 있다.
광원(110)은 전기를 광으로 변환시키는 장치로서, 변환 효율에 따라 일정 이상의 전기에너지가 열로 방출될 수 있다. 광원(110)에서 방출된 열은 주로 상면에 위치하는 광학장치(140)로 전달될 수 있다. 그리고, 이러한 광원(110)의 발열에 따라 광학장치(140)의 온도가 상승할 수 있다. 그리고, 광학장치(140)의 열은 열저항이 낮은 프레임(130)을 따라 기판(120)으로 흘러나갈 수 있다.
기판(120) 내에 혹은 기판 상에는 프레임(130)의 온도를 측정할 수 있는 온도센서(150)가 배치될 수 있다.
온도센서(150)는 프레임(130)과 연결되어 프레임(130)의 온도를 측정할 수 있다.
광원(110)에서 방출된 열이 광학장치(140)로 전달되고, 광학장치(140)의 열이 프레임(130)을 통해 전달되고, 프레임(130)에 전달된 열은 온도센서(150)에서 프레임(130)의 온도로 측정될 수 있다. 온도센서(150)에서 측정된 프레임의 온도 값은 프로세서(160)로 전달될 수 있다.
다른 실시예로, 온도센서(150)는 기판(120) 또는 프레임(130) 내부에 배치되어 밀폐된 내부공간(10)의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 프로세서(160)는 밀폐된 내부공간(10)의 온도값을 획득할 수 있다.
도 2는 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제1도면이다.
도 2를 참조하면, 광학장치(140)가 어떠한 이유로 인해 프레임(130)에서 이탈할 수 있다. 광학장치(140)가 프레임(130)으로부터 탈착되면, 정상동작에서의 밀폐된 내부공간(10)이 개방된 내부공간(20a)으로 변경될 수 있다.
그리고, 광원(110)에서 방출한 열은 개방된 내부공간(20a)을 통해 외부로 흘러나갈 수 있다. 밀폐된 내부공간의 경우, 내부에 갇혀 있는 열은 밀폐공간을 구성하는 외벽-기판(120), 프레임(130) 및 광학장치(140)-을 통해서만 외부로 배출될 수 있으나, 개방된 내부공간(20a)에서는 내부의 발열이 대류를 통해 쉽게 외부로 방출될 수 있다.
이와 같이, 광학장치(140)가 프레임(130)으로부터 탈착되면, 내부공간의 온도가 하강하게 된다. 그리고, 밀폐된 내부공간에서 광학장치(140)로 전달되던 많은 양의 열도, 개방된 내부공간에서는 줄어들게 된다. 그리고, 프레임(130)으로 전달되는 열의 양도 줄어들게 되고, 프레임(130)의 온도도 하강하게 된다. 그리고, 줄어든 프레임(130)의 온도가 온도센서(150)에서 측정될 수 있고, 온도센서(150)에서 측정된 온도 값은 빔프로젝터(100)가 정상적으로 작동하는 경우보다 낮게 측정될 수 있다.
프로세서(160)는 이러한 프레임(130)의 온도변화를 감지하여 광학장치(140)의 탈착여부를 판단할 수 있다.
광학장치(140)가 탈착되면, 광원에서 방출되는 강한 세기의 광이 분산되지 않고, 사용자의 눈에 직접적으로 도달할 수 있기 때문에 안전상의 문제가 될 수 있다.
이에 따라, 프로세서(160)는 프레임(130)의 온도 변화를 통해 광학장치(140)의 탈착여부를 판단하고, 광학장치(140)가 탈착되었다고 판단되면 광원(110)을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다.
프로세서(160)는 눈보호모드(eye-safety mode)에서, 광원(110)으로의 전력공급을 중단할 수 있다. 따라서, 광학장치(140)가 탈착된 경우, 프로세서(160)에 의해 광원(110)의 작동이 정지될 수 있고 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있다.
또한, 프로세서(160)는 눈보호모드(eye-safety mode)에서, 정상구동 시보다 광원(110)으로의 전력공급 수준을 낮출 수 있다. 예를 들어, 광원(110)으로 흐르는 전류를 감소시킬 수 있다. 따라서, 광학장치(140)가 탈착된 경우, 프로세서(160)에 의해 광원(110)에서 출력되는 광의 세기가 감소할 수 있고, 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있다.
한편, 온도센서(150)가 밀폐된 내부공간(10)의 온도를 측정하는 경우, 광학장치(140)가 탈착되어 내부공간이 개방되고 개방된 내부공간(20a)의 열이 외부로 방출되어 내부공간(20a)의 온도가 하강할 수 있다. 프로세서(160)는 온도센서(150)를 통해 내부공간(20)의 온도 하락율을 획득할 수 있다.
도 3은 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제2도면이다.
도 4는 제1실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제3도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 광학장치(140)는 어떠한 이유로 인해, 광학장치(140)의 일부에 크랙(50a, 50b)이 발생할 수 있다.
도 3과 같이 크랙(50a)이 광학장치(140)의 중앙부에 발생한 경우, 광원(110)에서 방출된 열은 광학장치(140)에 전달될 수 있고, 광학장치(140)의 열은 크랙(50a)이 발생하지 않은 부분의 열경로를 통해 프레임(130)으로 전달될 수 있다.
하지만, 크랙(50a)이 발생한 부분을 통해서 상대적으로 온도가 낮은 외부 공기가 유입되고, 빔프로젝터(100)의 외부로 열이 발산될 수 있다. 즉, 광학장치 상의 크랙(50a)에 의해서, 밀폐된 내부공간이 개방될 수 있다.
따라서, 광학장치(140)에 크랙(50a)이 발생하지 않은 경우보다 프레임(130)의 온도가 상대적으로 낮아 질 수 있다.
도 4와 같이 크랙(50b)이 광학장치(140)와 프레임(130)의 연결 부분에 가깝게 발생한 경우, 열경로가 차단되어 광원(110)에서 방출된 열이 광학장치(140)를 거쳐서 프레임(130)으로 전달되기 어려울 수 있다.
다만, 이 경우에도, 크랙(50b)을 통해서 빔프로젝터(100)의 외부로 열이 발산되고, 크랙(50b)의 틈을 통해서 유입된 외부공기로 인하여, 프레임(130)의 온도가 낮아질 수 있다. 따라서, 광학장치(140)와 프레임(130)의 연결부에 크랙(50b)이 발생한 경우에도 프레임(130)의 온도가 정상적인 경우보다 상대적으로 낮아 질 수 있다.
온도센서(150)는 크랙(50a, 50b) 발생 시, 상대적으로 낮게 측정된 온도값을 프로세서(160)로 전달할 수 있고, 프로세서(160)는 눈보호모드(eye-safety mode)를 동작시켜, 광원(110)에 전달되는 전력을 낮추거나, 전력공급을 중단하여 광원(110)에서 방출되는 광의 세기를 낮추거나, 광을 방출하지 않게 하여 크랙(50a, 50b)이 발생한 경우 사용자의 눈을 보호할 수 있다.
따라서, 광학장치(140)의 일부에 크랙(50a, 50b)이 발생한 경우, 온도 측정을 통해 눈보호모드(eye-safety mode) 작동이 가능하고 사용자의 눈을 안전하게 보호하는 것이 가능할 수 있다.
한편, 온도 센서(150)가 밀폐공간(10)의 온도를 측정하는 경우에도, 크랙발생에 따라 밀폐공간(10)의 온도가 하강할 수 있다. 이때, 온도센서(150)를 통해 온도하락율을 프로세서(160)가 획득하여, 광원(110)을 눈보호모드(eye-safety mode)로 구동할 수 있다.
도 5는 제2실시예에 따른 빔프로젝터모듈이 정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 빔프로젝터모듈(200)은 광원(110), 기판(120), 프레임(130), 광학장치(140), 온도센서(250), 및 프로세서(160)를 포함할 수 있다. 또한, 온도센서(250)는 프레임(130) 상측 일부에 배치되고, 광학장치(250)와 연결되도록 배치될 수 있다.
한편, 온도센서(250)와 기판(120)이 연결되는 배선은, 프레임(130) 내부를 통하거나, 프레임(130) 표면을 통해서 연결될 수 있다.
온도센서(250)가 광학장치(140)와 접하도록 배치된 경우, 프레임(130)을 통하여 전달된 열을 통해서 온도를 측정하지 않고, 직접 광학장치(140)의 온도를 측정할 수 있어, 보다 정확하게 광학장치(140)의 온도를 측정하는 것이 가능할 수 있다.
예를 들어, 어떠한 이유로 프레임(130)과 광학장치(140) 상에 동시에 결함이 발생한 경우, 광원(110)으로부터 방출된 열이, 프레임(130) 상의 결함으로 인하여 열경로가 차단되어 기판(120)까지 전달되기 어려울 수 있다. 하지만 온도센서(250)가 광학장치(140)와 직접 부착되는 경우에는, 프레임(130)의 결함에도 불구하고, 광학장치(140)의 온도 변화를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 온도센서(250)가 광학장치(140)와 연결되도록 배치된 경우, 광원(110)에서 방출된 열이 온도센서(250)로 전달되는 열 경로가 짧아질 수 있다. 따라서, 프로세서(160)는 프레임(130)을 통하여 열이 전달되는 경우보다, 온도하락율을 보다 민감하게 측정할 수 있다.
또한, 빔프로젝터모듈(200) 온도센서(250)와 광학장치(140) 사이에 밀폐공간을 유지하기 위하여 추가 밀폐 방지재를 포함할 수 있다. 밀폐 방지재는 열전도성 이거나 열 저항이 낮을 수 있고, 광학장치(140)의 열을 온도센서로 전달해 줄 수 있다.
프로세서(160)는, 온도센서(250)를 통해 측정된 광학장치(140)의 온도변화에 따른 온도하락율을 산정하고, 이를 기준값과 비교하여 광원(110)을 눈보호모드(eye-safety mode)로 구동할 수 있다.
도 6은 제1실시예 혹은 제2실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 시간의 변화에 따른 온도 변화에 대한 일 예시 그래프이다.
도 1 내지 5 및 도 6을 참조하면, 빔프로젝터모듈이 기동하면, 초기 가동구간(Ta)에서 광원(110)에서의 발열에 의해 광학장치(140)의 온도가 상승하고, 광학장치(140)에서 방출하는 열의 경로에 위치하는 프레임(130)의 온도가 상승할 수 있다. 또한, 밀폐된 내부공간(10)의 온도도 상승할 수 있다.
빔프로젝터모듈(100, 200)의 온도, 또는 광학장치(140), 프레임(130) 및 밀폐된 내부공간(10)의 온도는 각각 일정한 수준까지 상승한 후에 외부와의 열평형 상태를 유지하면서 일정한 값을 유지할 수 있다.
한편, 빔프로젝터모듈(100, 200)에서 밀폐공간을 형성하는 광학장치(140)가 프레임(130)으로부터 탈착되면 빔프로젝터모듈(100,200), 프레임(130), 광학장치(140)의 온도가 하강하는 크랙발생 구간(Tb)을 갖고, 광학장치(140), 프레임(130) 및 밀폐공간(10)의 온도가 급격하게 하강할 수 있다.
또한, 광학장치(140) 일부에 크랙이 발생하여 밀폐된 내부공간이 개방되는 경우에도, 광학장치(140), 프레임(130) 및 내부공간(10)의 온도가 낮아질 수 있다.
프로세서(160)는 빔프로젝터모듈(100, 200), 프레임(130), 광학장치(140), 내부공간의 온도 하락율(D)에 대한 기준값을 가질 수 있다.
기준값은 프레임(130), 광학장치(140), 기판(120)의 재질 또는, 빔프로젝터모듈(100, 200)이 설치되는 모바일 단말기의 외부환경 등을 고려하여 미리 산정될 수 있다. 예를 들어, 프레임(130) 및 광학장치(140)가 열전도율이 높은 소재로 형성된 경우, 기준값이 보다 클 수 있다. 반면, 프레임(130) 및 광학장치(140)가 열전도율이 낮은 소재로 형성된 경우, 기준값이 상대적으로 낮을 수 있다.
프로세서(160)는 온도센서(150, 250)로부터 측정된 온도값을 바탕으로 온도하락율(D)를 산정하고, 산정된 온도하락율(D)을 기준값과 비교할 수 있다.
빔프로젝터모듈(100, 200)은 이러한 광학장치(140), 프레임(130) 및 내부공간(10)의 온도하락율(D)을 기준값과 비교하여, 광학장치(140)의 탈착여부 및 광학장치(140)상의 크랙발생 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(160)는 빔프로젝터모듈(100, 200), 프레임(130), 광학장치(140) 및 내부공간의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 광원(110)을 눈보호모드(eye-safety mode)로 구동하고, 광원(110)으로 가는 전력 전달을 중단하거나 전력양을 줄여서 광원(110)이 광을 출력하지 않게 하거나, 광원(110)에서 출력되는 광의 세기를 감소시킬 수 있다.
도 7은 제1실시예 혹은 제2실시예에 따른 각 외부환경에서의 빔프로젝터모듈의 온도 변화에 대한 일 예시 그래프이다.
도 7을 참조하면, 온도하락율의 기준값은 빔프로젝터모듈(100, 200)이 설치되는 외부환경을 고려하여 상이할 수 있다.
빔프로젝터모듈(100, 200)은 빔프로젝터모듈(100, 200)의 외부에 배치되고 외부의 온도를 측정하는 외부 온도센서를 포함할 수 있다. 외부 온도센서는 빔프로젝터모듈(100, 200) 외부의 온도를 측정하고. 프로세서(160)는 이를 기준으로 외부환경을 고려하여 온도하락율의 기준값을 다르게 산정할 수 있다.
예를 들어, (A) 저온환경에서 빔프로젝터 모듈이 구동되는 경우, 초기가열구간(Tla)에서의 온도상승률이, (B) 고온환경에서의 초기가열구간(Tha)의 온도상승률보다 클 수 있다. 또한, 저온환경에서의 크랙발생구간(Tlb)에서 온도하락율(D')이 고온환경의 크랙발생구간(Thb)의 온도하락율(D”보다 클 수 있다.
따라서, 프로세서(160)는 외부 온도센서를 통해 측정된 외부온도를 고려하여 각 환경에서의 온도하락율 기준값을 산정하고, 상황에 맞게 산정된 기준값을 기준으로 온도하락율과 비교하여 크랙발생 여부를 판단할 수 있다.
도 8은 제1실시예 혹은 제2실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 눈보호 기능을 작동하는 방법의 흐름도이다.
도 1 내지 8을 참조하면, 온도센서(150, 250)는 광학장치(140)를 지지하는 프레임(130), 광학장치(140) 및 내부공간의 온도를 측정하고, 프로세서(160)는 온도센서에서 측정된 온도의 하락율과 미리 산정된 기준값을 비교하여, 온도감소율이 기준값에 비해 높거나 낮음을 판단할 수 있다(S102).
이때, 기준값은 외부 온도센서를 이용하여, 외부온도와의 관계를 통하여 적절하게 산정될 수 있다.
그리고, 프로세서(160)는 프레임(130), 광학장치(140) 및 내부공간의 온도감소율이 기준값을 초과하지 않는 경우, 광원(110)을 정상 모드로 동작시킬 수 있다(S104).
한편, 프로세서(160)는 프레임(130), 광학장치(140) 및 내부공간의 온도감소율이 기준값을 초과하는 경우, 광원(110)을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다(S106).
도 9는 제3실시예에 따른 복수의 온도센서를 가진 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제1도면이다.
도 10은 제3실시예에 따른 복수의 온도센서를 가진 빔프로젝터모듈이 비정상적으로 작동하고 있는 것을 나타내는 제2도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 빔프로젝터 모듈은 둘 이상의 온도센서를 포함할 수 있다.
또한, 둘 이상의 온도센서 중 하나의 온도센서(351)는 프레임(130)에 연결되어 프레임(130)의 온도를 측정할 수 있고, 둘 이상의 온도센서 중 다른 하나의 온도센서(352)는 광학장치(140)에 연결되어 광학장치(140)의 온도를 측정할 수 있다.
둘 이상의 온도센서의 각각은 개별적으로 프로세서(160)와 연결되고, 프레임(130) 및 광학장치(140)의 온도를 측정하여 프로세서(160)로 온도값을 전송할 수 있다.
도 9를 참조하면, 어떠한 이유로 프레임(130)에 크랙이 발생할 수 있다.
프레임(130)에 크랙이 발생한 경우, 크랙으로 인해 프레임(130)을 통해 전달되는 열 경로가 줄어들기 때문에 광원(110)에서 방출된 열이 프레임(130)을 통해 전달되는 양이 크게 감소할 수 있다.
한편, 프레임(130)에 크랙이 발생하여도 광학장치(140)로의 열경로는 유지되기 때문에, 광원(110)에서 방출된 열이 광학장치(140)를 통해 전달되는 양은 프레임(130)에 비해서 적을 수 있다.
따라서, 프레임(130)에 크랙이 발생한 경우, 프레임에 연결된 온도센서(351)를 통해 측정되는 온도의 하락율이 광학장치에 연결된 온도센서(352)를 통해 측정되는 온도의 하락율보다 클 수 있다.
그리고, 프로세서(160)는 각각의 온도센서(351, 352)에서 측정된 온도하락율을 비교하여 프레임(130)의 온도 하락율이 광학장치(140)의 온도하락율 보다 큰 경우, 크랙이 프레임(130)에서 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 10을 참조하면, 어떠한 이유로 광학장치(140)상에 크랙이 발생할 수 있다.
광학장치(140)에 크랙이 발생한 경우, 프레임(130)에 크랙이 발생한 경우와 반대로, 광학장치(140)를 통한 열경로가 줄어들기 때문에, 프레임(130)의 온도하락율 보다 광학장치(140)의 온도하락율이 클 수 있다.
따라서, 프로세서(160)는 각각의 온도센서(351, 352)에서 측정된 온도하락율을 비교하고, 광학장치(140)의 온도 하락율이 프레임(130)의 온도 하락율보다 큰 경우, 크랙이 광학장치(140) 상에서 발생한 것으로 판단할 수 있다.
한편, 광학장치(140)와 프레임(130)은 다른 소재일 수 있고, 이에 따라 열전도율이 상이할 수 있다. 그리고, 프로세서(160)는 프레임(130) 및 광학장치(140)의 열전도율을 고려하여 온도하락율을 보정할 수 있다. 그리고, 프로세서(160)는 보정한 온도하락율을 비교하여 크랙 발생 위치를 판단할 수 있다.
도 11은 제3실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 눈보호 기능을 작동하는 방법의 흐름도이다.
도 9 내지 10 및 도 11을 참조하면, 온도센서(351, 352)는 광학장치(140) 및 프레임(130)의 온도를 측정할 수 있고, 프로세서(160)는 광학장치(140) 및 프레임(130)의 온도하락율이 기준값을 초과하는지 판단할 수 있다(S202).
그리고, 프로세서(160)는 광학장치(140) 및 프레임(130) 중 적어도 하나의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 광학장치(140) 및 프레임(130)의 온도하락율을 비교하여 크랙위치 정보를 추출할 수 있다(S204).
그리고, 프로세서(160)는 크랙 위치정보에 따라 크랙이 광학장치(140)에 발생하지 않은 경우, 광원(110)을 정상모드로 동작시킬 수 있다(S208).
그리고, 프로세서(160)는 크랙 위치정보에 따라 크랙이 광학장치(140)에 발생한 경우, 광원(110)을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시킬 수 있다(S210).
한편, 광학장치(140)에 크랙이 발생한 경우에만 눈보호모드(eye-safety mode)를 작동함에 따라, 사용자의 안전과 크게 연관이 없는 프레임(130) 등에 크랙이 발생한 경우에는 빔프로젝터모듈(300)을 정상구동 할 수 있다. 따라서, 사용자의 안전과 관련된 경우에만 눈보호모드(eye-safety mode)를 구동하여 빔프로젝터모듈(300)의 동작 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
도 12은 빔프로젝터모듈의 온도 변화에 대한 일 예시 그래프이다.
도 13는 빔프로젝터모듈의 온도에 따른 광학값을 나타내는 일 예시 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 광학장치의 온도는 외부 환경 등에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 열대 지역에 위치하고 있으면 광학장치는 고온 환경에 노출되고 그 온도가 고온으로 유지될 수 있다. 다른 예로서, 사용자가 냉방이 잘 되는 공간에 위치하고 있으면 광학장치는 저온으로 유지될 수 있다.
또는, 모바일 기기 등에 탑재된 빔프로젝터모듈의 경우, 각 모바일 기기에 설치된 환경에 따라, 빔프로젝터모듈의 외부온도가 상이하고, 그에 따라 광학장치의 온도가 설치환경에 따라 상이할 수 있다.
광학장치의 온도에 따라 광학장치의 광학값이 달라질 수 있다. 예를 들어, 광학장치의 굴절률이 달라질 수 있다. 또 다른 예로서, 광학장치의 광투과율이 달라질 수 있다. 도 13에 나타난 바와 같이, 온도에 따라 저온에서는 ML의 광학값을 가지고 고온에서는 MH의 광학값을 가질 수 있다.
일정한 광학값에 맞도록 조절된 수광장치에 대하여 광학값이 변하는 경우, 수광장치의 수신 정확도가 낮아질 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 빔프로젝터모듈 및 수광장치를 포함하는 광학시스템은 광학장치의 온도를 확인하고 광학장치의 온도에 따라 광학값을 보정할 수 있다. 그리고, 수광장치는 보정된 광학값에 따라 빔프로젝터모듈에서 출력된 광을 센싱할 수 있다.
도 14는 명세서의 실시예에 따른 광학시스템에서 빔프로젝터모듈의 온도특성을 보상하는 방법의 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 빔프로젝터모듈은 프로세서를 포함하고, 프레임 및 광학장치의 온도를 측정할 수 있다. 프레임은 광학장치를 지지하고 광학장치의 발열을 기판 등으로 전달하는 열경로를 제공할 수 있다. 빔프로젝터모듈은 프레임에 대한 온도 측정을 통해 열경로의 온도를 센싱할 수 있다(S302).
빔프로젝터모듈은 프레임 온도를 이용하여 광학장치-예를 들어, 디퓨저(diffuser)-의 온도를 추정하거나 직접 광학장치의 온도를 측정할 수 있다(S304).
그리고, 빔프로젝터모듈은 광학장치의 온도를 수광장치로 송신할 수 있다.
수광장치는 광학장치의 온도를 이용하여 광학장치의 광학값을 획득할 수 있다. 수광장치는 예를 들어, 도 13에 도시된 것과 같은 온도와 광학값과의 관계를 나타내는 정보-예를 들어, 함수, 테이블 등-를 저장하고 있으면서, 이러한 정보에 광학장치의 온도를 대입시켜 광학장치의 광학값을 획득할 수 있다(S306).
그리고, 수광장치는 광학값에 따라 수광값을 보상하여 처리할 수 있다(S308).
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 빔프로젝터모듈에 이상에 발생하여도 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있게 된다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 빔프로젝터모듈에 있어서,
    광을 출력하는 광원;
    상기 광원을 지지하는 기판;
    상기 광에 대하여 일정 공간으로 출력되는 상기 광의 세기를 감소시키는 광학장치;
    상기 광학장치를 상기 광원으로부터 일정 거리 이격시키고, 상기 기판 및 상기 광학장치와 함께 밀폐된 내부공간을 형성하는 프레임;
    상기 빔프로젝터모듈의 상기 밀폐된 내부공간의 온도를 측정하는 온도센서; 및
    상기 광원의 출력을 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 빔프로젝터모듈의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 빔프로젝터모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서는, 상기 프레임과 연결되어 상기 프레임의 온도를 측정하고,
    상기 프로세서는, 상기 프레임의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 빔프로젝터모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서는, 상기 광학장치와 연결되어 상기 광학장치의 온도를 측정하고,
    상기 프로세서는, 상기 광학장치의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 빔프로젝터모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빔프로젝터 모듈은 둘 이상의 온도센서를 포함하고,
    상기 둘 이상의 온도센서 중 하나는 프레임에 연결되어 프레임의 온도를 측정하고,
    상기 둘 이상의 온도센서 중 다른 하나는 광학장치에 연결되어 광학장치의 온도를 측정하고,
    상기 프로세서는 상기 프레임 및 상기 광학장치의 온도의 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 빔프로젝터모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 프레임의 온도하락율과 상기 광학장치의 온도하락율을 비교하여, 크랙 위치정보를 추출하고,
    상기 크랙 위치정보에 따라 크랙이 상기 광학장치에 발생한 경우에 상기 광원을 상기 눈보호모드(eye-safety mode)를 동작시키는, 빔프로젝터모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함하고,
    상기 광학장치는 상기 광을 분산시키는 디퓨저를 포함하는 빔프로젝터모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 빔프로젝터모듈의 온도데이터를 수광장치로 송신하고,
    상기 수광장치는, 상기 온도데이터를 이용하여 상기 광학장치에 의한 상기 광의 온도특성을 보상하는 빔프로젝터모듈.
  8. 광원, 그리고 상기 광원에서 출력되는 광의 세기를 감소시키는 광학장치를 포함하는 빔프로젝터모듈을 제어하는 방법에 있어서,
    온도센서가 상기 빔프로젝터모듈의 일 구성의 온도를 측정하는 단계; 및
    프로세서가 상기 일 구성의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는 단계;
    를 포함하는 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 온도센서는, 상기 광학장치를 지지하는 프레임의 온도를 측정하고,
    상기 프로세서는, 상기 프레임의 온도 하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는, 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 온도센서는, 상기 광학장치의 온도를 측정하고,
    상기 프로세서는, 상기 광학장치의 온도 하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는, 제어방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 온도센서는, 상기 광학장치를 지지하는 프레임에 의해 둘러싸인 내부공간의 온도를 측정하고,
    상기 프로세서는, 상기 내부공간의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는, 제어방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 온도센서는, 상기 광학장치의 온도 및, 상기 광학장치를 지지하는 프레임의 온도를 측정하고,
    상기 프로세서는, 상기 광학장치 및 상기 프레임의 온도하락율이 기준값을 초과하는 경우, 상기 광학장치 및 상기 프레임의 온도하락율을 비교하여 크랙위치 정보를 추출하고, 크랙이 상기 광학장치에 발생한 경우에 상기 광원을 눈보호모드(eye-safety mode)로 동작시키는, 제어방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기준값은,
    상기 빔프로젝터모듈의 외부에서 상기 프로세서와 통신하는 외부 온도센서가 측정한 외부온도에 따라서 산정되는,
    제어방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 광학장치를 지지하는 프레임의 온도를 이용하여 상기 광학장치의 온도를 추정하는 단계;
    를 더 포함하는, 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광학장치의 온도를 수광장치로 송신하는 단계;
    상기 수광장치가 상기 광학장치의 온도를 이용하여 상기 광학장치의 광학값을 획득하는 단계; 및
    상기 수광장치가 상기 광학값에 따라 수광값을 보상하는 단계;
    를 더 포함하는, 제어방법.

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