KR102440167B1 - 거리측정장치 및 거리측정장치의 구동 방법 - Google Patents

거리측정장치 및 거리측정장치의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 복수 개의 광원 칩을 포함하는 광원부; 및 광원부에서 나온 광이 통과하는 광 확산장치를 포함하고, 상기 광 확산장치는 복수 개의 영역으로 구분되어 있고, 상기 복수 개의 영역은 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이(MLA, Micro Lens Array)에 의해 형성되며, 상기 광원부의 상기 광원 칩은 독립된 영역을 가지고 배치되어 있고, 상기 광원 칩의 독립된 영역에서 전달되는 광은 상기 광 확산장치를 통과하여 개별적인 화각(FOV, Field Of View)을 가지고, 상기 광원 칩에서 전달되는 광의 세기는 조절 가능한, 거리측정장치를 제공할 수 있다.

Description

거리측정장치 및 거리측정장치의 구동 방법 {Distance measuring device and its driving method}
본 실시예는 광원부의 광원 칩의 출력을 조절하거나 광 확산장치의 움직임을 발생시켜 거리를 측정하는 거리측정장치에 관한 것이다.
3차원 정보를 파악하기 위한 방법으로 스테레오 비전(Stereo Vision) 방식, 구조광(Structured Light) 방식, 비행시간(Time of Flight) 방식이 대표적으로 활용되고 있다.
그 중 비행시간(TOF, Time of Flight) 방식은, 일정한 펄스를 가진 레이저를 반복적으로 발생시키고 물체에 반사되어 되돌아오는 펄스의 도착 시간을 계산하여 거리를 측정하는 방식이다. 구조광 방식과 마찬가지로 물체에 빔을 주사하기 위한 프로젝터가 요구된다. 송신부에서 송출된 펄스가 물체에서 반사되어 수신부까지 돌아오는 시간을 직접 계산하는 직접측정 방식과 수신된 펄스의 위상 차이를 계산하는 간접측정 방식이 있으나, 간접측정 방식이 널리 활용되고 있다.
앞서 언급한 3차원 정보를 파악하기 위한 방법들 중 구조광(Structured Light) 방식과 비행시간(Time of Flight) 방식은 스테레오 비전(Stereo Vision) 방식과 달리 송신부에서 나온 빔을 물체에 주사하는 과정이 추가적으로 수행되므로 광원이 구성에 포함된다. 또한 광원에서 나온 광을 물체에 적절하게 도달시키기 위해서는 일정한 각도로 빔을 방사시켜야 하는데, 광 다양한 확산장치가 제시되고 있다. 구체적으로, 광 확산장치로서 디퓨저(Diffuser) 또는 프리즘(Prism) 등이 널리 사용되고 있으나, 이를 포함하여 다양한 광 확산장치를 활용하여 빔의 각도를 적절하게 조절할 수 있다.
그런데, 종래의 광 확산장치는 일정한 형태의 디퓨저 또는 프리즘을 사용하는 것이 일반적이고, 제조 당시에 형성된 표면의 특성에 따라 방사각이 정해지게 된다. 이 경우 물체와 광원의 거리에 상관없이 초기에 설정된 방사각에 따라 빔이 물체에 전달되므로 검출 가능한 영역이 제한되고, 빔을 주사하는 과정에서 빔의 중앙부에서 멀어질수록 전달 효율성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한 종래의 광 확산장치에는 하나의 광 확산장치가 사용되고 있으므로 다양한 방사각을 가지도록 각도를 조절할 수 없다는 한계가 있다.
한편, 종래의 거리측정장치에서 광원은 레이저가 주로 사용되는데, 거리측정장치는 광을 출력하기 위한 레이저 소자를 동시에 제어하므로 각 레이저 소자의 출력을 개별적으로 제어할 수 없다. 특히, 광원의 중심부로부터 멀어질수록 물체에 도달하는 광이 적어지고, 결과적으로 거리측정장치의 전력 효율을 감소시키는 주요한 원인으로 지적되고 있다.
또한 종래의 거리측정장치에서는 확산장치의 움직임을 개별적으로 제어할 수 없어, 거리별로 필요한 출력을 도달시킬 수 없게 되므로 전력의 낭비가 발생하게 된다. 또한 물체를 영역별로 나누지 않고 광을 조사하게 되면 각 영역에 도달하는 광의 세기가 줄어들어 노이즈 및 해상도 저하의 문제가 발생하게 된다.
또한 종래의 거리측정장치는 단일한 광원 칩을 사용하여 원거리를 측정하기 위한 광원부의 출력이 부족해지는 문제점이 발생하였다. 일부 영역에 출력을 집중시키는 경우 광 출력을 높일 수 있지만, 측정할 수 있는 영역이 줄어들게 된다. 단일한 광원 칩을 사용하여 거리를 측정하는 경우, 광을 출사시키는 광량도 줄어들게 되므로 이미지 센서로 도달하는 적절한 광량을 얻을 수 없게 된다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 복수 개의 광원 칩을 포함하는 거리측정장치를 제공하는 것이다. 본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 물체에 광의 세기가 줄어들지 않도록 움직이는 확산장치를 포함하는 거리측정장치를 제공하는 것이다. 본 실시예의 목적은, 거리측정장치의 구동 방법을 제공하여 물체의 거리에 따른 정확한 거리 측정 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 복수 개의 광원 칩을 포함하는 광원부; 및 광원부에서 나온 광이 통과하는 광 확산장치를 포함하고, 상기 광 확산장치는 복수 개의 영역으로 구분되어 있고, 상기 복수 개의 영역에는 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이(MLA, Micro Lens Array)가 배치되며, 상기 광원부의 상기 광원 칩은 독립된 영역을 가지고 배치되어 있고, 상기 광원 칩의 독립된 영역에서 전달되는 광은 상기 광 확산장치를 통과하여 개별적인 화각(FOV, Field Of View)을 가지고, 상기 광원 칩에서 전달되는 광의 세기는 조절 가능한, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에 있어서, 상기 광 확산장치는 제1 확산부 및 제2 확산부를 포함하고, 상기 제1 확산부는 상기 광원부에서 나오는 광을 통과시키고, 제1 지지대와 연결되며 N개(N은 1 이상의 자연수임)의 영역으로 구분되며, 상기 제1 확산부를 둘러싸는 본체부로 구성되어 있고, 상기 본체부는 코일, 압전소자, 또는 회전장치를 포함하고, 상기 제1 확산부는 본체부와 상호작용하여 광경로 방향 또는 광경로와 수직 또는 수평한 방향의 움직임을 발생시킬 수 있는 자석 또는 금속 물질을 포함하며, 상기 제1 확산부와 본체부의 상호작용으로 발생하는 움직임에 의해 광의 방사각 또는 방향을 조절할 수 있고, 상기 광원부는 제어신호를 입력받아 상기 광원 칩의 소자의 출력을 개별적으로 조절하는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광원 칩은 플립 칩의 방식으로 기판에 연결되어 있는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 비대칭으로 형성된 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 대칭으로 형성된 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 영역별로 굴절률 차이를 가지도록 형성될 수 있다.
거리측정장치에서 상기 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 광 확산장치의 순차적임 움직임에 맞추어 광을 전달시키도록 배열되어 있을 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광원 칩은 근거리 모드에서는 모두 켜져 있고, 상기 광원 칩은 원거리 모드에서는 일부 영역에 있는 광원 칩만이 켜져 있는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광원 칩은 상기 근거리 모드에서 광 출력의 세기를 감소시키는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광원 칩은 상기 원거리 모드에서는 광 출력의 세기를 증가시키고, 상기 광 출력의 세기는 대상 물체의 거리에 따라 설정된 기준에 맞춰 조절되는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 복수 개의 광원 칩은 순차적으로 구동되는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광원 칩은 원거리 모드에서는 모두 켜져 있고,
상기 광원 칩은 근거리 모드에서는 일부 영역에 있는 광원 칩만이 켜져 있는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광원부의 상기 복수 개의 광원 칩에는 어퍼처가 형성되어 있고, 상기 어퍼처는 물체에 도달하는 광의 위치를 조절하기 위해 설정된 규칙에 따라 배열되어 있는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 어퍼처는 어레이를 형성하고, 상기 어퍼처의 어레이를 기준으로 상기 광 확산장치가 정렬되며, 상기 광 확산장치는 정렬된 위치에서 수직 또는 수평 방향의 움직임을 가지는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치를 구동하는 방법에 있어서, 거리측정장치의 구동 모드를 설정하는 단계; 및 상기 구동 모드에 따라 상기 복수 개의 광원 칩의 출력을 조절하는 단계를 포함하는, 거리측정장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.
거리측정장치를 구동하는 방법에 있어서, 상기 구동 모드는 근거리 모드이고, 상기 복수 개의 광원 칩의 일부 영역만을 구동시키며, 상기 복수 개의 광원 칩의 세기를 조절하기 위하여 입력되는 전류의 세기를 조절하는, 거리측정장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.
거리측정장치를 구동하는 방법에 있어서, 상기 구동 모드는 원거리 모드이고, 상기 복수 개의 광원 칩은 설정된 규칙에 따라 구동되는, 거리측정장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.
거리측정장치를 구동하는 방법에 있어서, 거리측정장치의 구동 모드를 설정하는 단계; 및 상기 구동 모드에 따라 상기 광 확산장치의 움직임을 제어하는 단계를 포함하는, 거리측정장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.
거리측정장치를 구동하는 방법에 있어서, 상기 광 확산장치의 움직임은 광축 방향으로 이동하거나, 또는 광축에 수직 또는 수평한 방향으로 이동하거나, 또는 광축을 기준으로 회전하는 움직임을 가지는, 거리측정장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.
거리측정장치를 구동하는 방법에 있어서, 상기 광 확산장치의 움직임을 발생시키는 단계; 상기 광 확산장치의 움직임은 물체에 도달하는 광의 위치를 변경시키는 단계를 포함하는, 거리측정장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.
거리측정장치를 구동하는 방법에 있어서, 상기 광 확산장치의 움직임과 상기 물체에 도달하는 상기 광의 위치가 수식으로 관계되는, 거리측정장치의 구동 방법을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 거리측정장치에 의해 소비전력을 효율적으로 사용할 수 있고 정확한 거리 계산이 가능할 수 있게 된다.
도 1은 복수의 광 확산장치를 가지는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 2는 하나의 광 확산장치를 가지는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 3은 광 확산장치의 각 영역을 예시한 도면이다.
도 4는 이동 가능한 광 확산장치를 포함하는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 5는 영역이 구분된 광 확산장치를 포함하는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 6은 광 확산장치의 움직임을 예시한 도면이다.
도 7은 광 확산장치의 움직임에 따른 광의 수신부 도달 과정을 예시한 제1 예시 도면이다.
도 8은 광 확산장치의 움직임에 따른 광의 수신부 도달 과정을 예시한 제2 예시 도면이다.
도 9는 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제1 예시 도면이다.
도 10은 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제2 예시 도면이다.
도 11은 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제3 예시 도면이다.
도 12는 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제4 예시 도면이다.
도 13은 복수 개의 광원 칩을 가지는 거리측정장치를 측면에서 바라본 측면도이다.
도 14는 복수 개의 광원 칩을 가지는 광원부를 예시한 제1 예시 도면이다.
도 15는 복수 개의 광원 칩을 가지는 광원부를 예시한 제2 예시 도면이다.
도 16은 복수 개의 광원 칩을 가지는 광원부를 예시한 제3 예시 도면이다.
도 17은 하나의 광원 칩을 상면에서 바라본 상면도이다.
도 18은 하나의 광원 칩을 측면에서 바라본 측면도이다.
도 19는 광 확산장치의 영역별 모습을 확대한 도면이다.
도 20은 광 확산장치의 영역별 모습을 상면에서 바라본 제1 예시 상면도이다.
도 21은 광 확산장치의 영역별 모습을 상면에서 바라본 제2 예시 상면도이다.
도 22는 광 확산장치의 움직임을 예시한 제1 예시 도면이다.
도 23은 광 확산장치의 움직임을 예시한 제2 예시 도면이다.
도 24는 광 확산장치의 움직임을 예시한 제3 예시 도면이다.
도 25는 광 확산장치의 움직임을 예시한 제4 예시 도면이다.
도 26은 물체에 도달하는 광을 예시한 제1 예시 도면이다.
도 27은 물체에 도달하는 광을 예시한 제2 예시 도면이다.
도 28은 물체에 도달하는 광을 예시한 제3 예시 도면이다.
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 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 복수의 광 확산장치를 가지는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 거리측정장치(100)은 제1 확산부(20), 제2 확산부(30), 덮개(40), 지지부(50), 조절부(60), 본체부(70), 코일(80), 자석(90)을 포함할 수 있다.
제1 확산부(20)는 지지부(50)에 의해 고정되고, 광원(12)을 포함하는 광원부(10)에서 전달되는 광을 확산시킬 수 있다. 제1 확산부(20)의 표면에 형성된 요철은 다양한 형상, 재질을 가질 수 있고 광을 확산시키는 각도는 이러한 형상, 재질 등에 의해 다양하게 설정될 수 있다.
제2 확산부(30)은 조절부(60)에 의해 고정되고, 제1 확산부를 통과한 빛을 설정된 방사각으로 확산시킬 수 있다. 제2 확산부(30)의 표면에 형성된 요철은 다양한 형상, 재질을 가질 수 있고 광을 확산시키는 각도는 이러한 형상, 재질 등에 의해 다양하게 설정될 수 있다.
본체부(70)는 덮개(40)와 결합되어 있으며, 본체부(70) 내부에는 코일(80)이 형성되어 있을 수 있다.
코일(80)은 조절부(60) 내부에 고정된 자석(90)과의 상호작용에 의해 제1 확산부와 제2 확산부 사이의 거리를 조절할 수 있다.
제어장치(미도시)는 광원(12)의 설정된 영역의 출력을 제어할 수 있다.
광원(12)의 영역은 제1 영역 및 제2 영역으로 설정되어 구분되어 있을 수 있고, 제어장치(미도시)에 의해 상기 제1 영역의 출력과 제2 영역의 출력은 개별적으로 조절될 수 있다.
광원(12)의 설정된 영역 중 제2 영역의 출력은 상기 제1 영역의 출력보다 낮도록 조절될 수 있다.
광원부(10)는 제1 광원부 및 제2 광원부로 구성될 수 있다.
광원부(10) 중 제1 광원부는 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 소자로 구성될 수 있다.
광원부(10) 중 제2 광원부는 제1 광원부의 지향각보다 넓을 수 있다.
도 2는 하나의 광 확산장치를 가지는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 거리측정장치(200)은 확산부(130), 덮개(140), 조절부(160), 본체부(170), 코일(180), 자석(190)을 포함할 수 있다.
확산부(130)은 조절부(160)에 의해 고정되고, 확산부(130)를 통과한 빛을 설정된 방사각으로 확산시킬 수 있다. 확산부(130)의 표면에 형성된 요철은 다양한 형상, 재질을 가질 수 있고 광을 확산시키는 각도는 이러한 형상, 재질 등에 의해 다양하게 설정될 수 있다.
본체부(170)는 덮개(140)와 결합되어 있으며, 본체부(170) 내부에는 코일(180)이 형성되어 있을 수 있다.
코일(180)은 조절부(160) 내부에 고정된 자석(190)과의 상호작용에 의해 확산부(130)와 광원부(110) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
제어장치(미도시)는 광원(112)의 설정된 영역의 출력을 제어할 수 있다.
광원(112)의 영역은 제1 영역 및 제2 영역으로 설정되어 구분되어 있을 수 있고, 제어장치(미도시)에 의해 상기 제1 영역의 출력과 제2 영역의 출력은 개별적으로 조절될 수 있다.
광원(112)의 설정된 영역 중 제2 영역의 출력은 상기 제1 영역의 출력보다 낮도록 조절될 수 있다.
광원부(110)은 제1 광원부 및 제2 광원부로 구성될 수 있다.
광원부(110) 중 제1 광원부는 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 소자로 구성될 수 있다.
광원부(110) 중 제2 광원부는 제1 광원부의 지향각보다 넓을 수 있다.
확산부(130), 조절부(160), 자석(190)의 위치는 위, 아래로 조정될 수 있다.
확산부(130)과 광원부(110)의 거리는 코일(180)과 자석(190)의 상호작용에 의해서 조절되며, 보다 구체적으로, 전류가 흐르는 코일(180)에 의해 전자기력이 발생하고 자석(190)과 전자기력의 상호작용에 의해 확산부(130)와 광원부(110)의 거리가 조절된다. 코일(180)에 흐르는 전류의 세기, 방향에 따라 확산부(130)와 광원부(110)의 정확한 거리 및 움직임의 방향이 정해진다. 예시적으로, 코일(180)에 의한 전자기장의 증폭은 압전 효과(피에조 효과)에 따라 거리를 조절할 수 있다. 이 경우 확산부(130)와 광원부(110)의 거리가 조절되고, 거리측정장치(200)을 통과한 광(101)의 방향이 최종적으로 정해질 수 있다.
광(101)의 방향은 확산부(130)의 표면의 형태에 따라 원거리용 확산 각 또는 근거리용 확산 각으로 다양하게 정해질 수 있으며, 그 방사각은 제한되지 않는다.
도 3은 광 확산장치의 각 영역을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 광 확산장치는 제1 영역(32)와 제2 영역(34)로 구분될 수 있으며, 그 형태 및 재질은 제한되지 않는다.
제2 영역(34)의 표면은 원거리 모드에서 방사각을 줄어들게 하기 위하여 제1 영역의 표면과 다른 형태 및 재질을 가지게 할 수 있다. 필요에 따라 제1 영역과 제2 영역은 단일한 영역으로 구성될 수 있다. 단일한 재질로 구성될 수 있으며, 필요에 따라 중심과 외각의 방사각도를 조절하기 위하여 패턴을 달리 할 수 있다.
제1 영역은 필요에 따라 개방된 형태를 가질 수 있다.
도 4는 이동 가능한 광 확산장치를 포함하는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 5는 영역이 구분된 광 확산장치를 포함하는 거리측정장치를 예시한 도면이다.
도 6은 광 확산장치의 움직임을 예시한 도면이다.
도 7은 광 확산장치의 움직임에 따른 광의 수신부 도달 과정을 예시한 제1 예시 도면이다.
도 8은 광 확산장치의 움직임에 따른 광의 수신부 도달 과정을 예시한 제2 예시 도면이다.
도 9는 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제1 예시 도면이다.
도 10은 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제2 예시 도면이다.
도 11은 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제3 예시 도면이다.
도 12는 복수의 광원을 가지는 거리측정장치에서 광 확산장치의 움직임를 예시한 제4 예시 도면이다.
도 4 내지 도 12를 참조하면, 거리측정장치(1300)는 광원부(1310), 제2 확산장치(1320), 제1 확산장치(1330) 및 수신부(1340)를 포함할 수 있고, 지지대(미도시), 본체부(미도시), 제어장치(미도시), 코일 또는 압전소자(미도시) 또는 회전장치, 자석 또는 금속물질(미도시)을 추가적으로 더 포함할 수 있다.
수신부(1340)는 IR 필터(1350) 및/또는 렌즈(1360)을 포함할 수 있다. IR 필터(1350)은 적외선의 투과를 제한하는 기능을 가지고, 렌즈(1360)은 광을 굴절시키는 기능을 가진다. 렌즈의 종류에 따라 광을 모으거나 퍼뜨리는 역할을 할 수 있으나, 렌즈의 종류는 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 코일 또는 압전소자와 자석 또는 금속물질의 상호작용으로 확산장치는 광경로 방향 움직임을 발생시킬 수 있고, 광경로와 수직 또는 수평한 방향 움직임을 발생시킬 수도 있다.
광원부에서 나온 광(1311)은 제2 확산장치(1120)을 통과하여 제1 확산장치(1330)으로 전달될 수 있으며, 광원부에서 나온 광(1311)은 곧바로 제1 확산장치(1330)으로 전달될 수 있다.
제1 확산장치(1330)은 제1 지지대(미도시)와 연결될 수 있으며, 1개 이상의 자연수를 가지는 N개의 영역으로 구분될 수 있다.
복수 개의 영역으로 구분된 제1 확산장치(1330)은 물체의 각 영역으로 광이 전달될 수 있도록 표면을 다르게 형성시킬 수 있다. 예시적으로, 프레넬(Fresnel) 렌즈를 필요에 따라 가공하여 사용할 수 있고, 프리즘, 디퓨저 등을 활용할 수도 있다.
광원부(1310)은 필요에 따라 복수 개의 광원을 포함할 수 있으며, 광원부 내의 소자는 제어장치(미도시)의 신호를 전달 받아 소자의 출력을 개별적으로 조절할 수 있다.
광원부에서 나온 광(1311)은 예시적으로 조사각이 20도 내외일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 확산장치를 통과한 광(1321) 및 제1 확산장치를 통과한 광(1331)은 필요에 따라 광 확산장치의 표면 재질, 성분, 형상, 영역 등에 따라 조절될 수 있다.
광 도달 영역(1380)은 제1 확산장치(1330)의 영역이 단일한 경우에는 단일한 영역일 수 있으나, 제1 확산장치(1330)의 영역이 N개로 구분된 경우 N개의 영역으로 구분될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 광원부(1310)에서 나오는 광을 통과시키고, 제2 지지대와 연결되어 있는 제2 확산장치를 더 포함할 수 있다. 제1 확산장치의 역할은 광원부에서 전달된 광(1311)의 방사각을 넓히거나 좁히는 것일 수 있다.
거리측정장치(1300)에서 제1 확산장치(1330)과 제2 확산장치(1320) 사이의 상대적 거리에 따라 원거리 또는 근거리 인식의 단계를 조절할 수 있다. 상대적 거리는 물체의 위치에 따라 조절될 수 있다.
수신부(1340)는 1 이상의 자연수를 가지는 M개의 영역으로 구분될 수 있다.
광원부(1310)는 1 이상의 자연수를 가지는 L개의 영역으로 구분될 수 있다. 광원부(1310)의 L개의 영역마다 광의 출력이 개별적으로 조절될 수 있다. 이러한 개별 조절은, 예시적으로, 제어장치(미도시)에 의해 전류를 제어하는 것일 수 있다.
광원부(1310)의 L개의 영역은 제1 확산장치(1330)의 N개의 영역에 대응될 수 있다.
수신부(1340)의 M개의 영역은 제1 확산장치(1330)의 N개의 영역에 대응될 수 있다.
광원부(1310)의 출력은 각 영역별로 순차적으로 제어될 수 있고, 그 순서는 제한되지 않는다.
제1 확산장치(1330)의 출력 변화는 광원부(1310)의 출력 변화 간격에 맞추어 이동할 수 있고, 제1 확산장치(1330)는 광이 물체의 대응 영역을 비추도록 제어될 수 있다. 예시적으로, 제1 확산장치(1330)의 A 영역을 통해 광이 통과하도록 제1 확산장치가 이동할 수 있고, 제1 확산장치의 A영역을 통과한 광은 광 도달 영역(1380) 내의 대응되는 영역 A'로 광이 전달될 수 있다.
또 다른 예시로, 제1 확산장치(1330)가 이동하여 광이 B 영역, C 영역의 순서대로 통과하는 경우 광 도달 영역(1380) 내의 대응되는 영역 B', C'의 순서대로 광이 전달될 수 있다.
제1 확산장치(1330)을 통과하고 물체의 대응 영역에 도달하여 반사된 광은 수신부(1340)에 전달될 수 있다. 또한 수신부에 전달된 반사광은 제1 확산장치(1330)의 N개의 영역에 대응되도록 구분될 수 있다.
제1 확산장치(1330)의 출력 변화는 광원부(1310)의 출력 변화 간격에 맞추어 이동할 수 있고, 제1 확산장치(1330)는 광이 수신부의 대응 영역을 비추도록 제어될 수 있다. 예시적으로, 제1 확산장치(1330)의 A 영역을 통해 광이 통과하도록 제1 확산장치가 이동할 수 있고, 제1 확산장치의 A영역을 통과한 광은 수신부(1340) 내의 대응되는 영역 a로 광이 전달될 수 있다.
또 다른 예시로, 제1 확산장치(1330)가 이동하여 광이 B 영역, C 영역의 순서대로 통과하는 경우 수신부(1340) 내의 대응되는 영역 b, c의 순서대로 광이 전달될 수 있다.
광원부의 출력의 제어 속도는 수신부와 연동되어 제어될 수 있다. 이러한 제어 속도는 TOF(Time Of Flight) 프레임 속도(Frame rate)를 기준으로 제어될 수 있는데, 센서의 감도에 따라 그 속도는 달라질 수 있다. 예시적으로 VGA, QVGA, QQVGA 등에 따라 속도는 달리 정해질 수 있다.
일반적으로 프레임 속도가 빨라질수록 해당 영역의 화질을 높아지는 경향이 있으므로, 센서의 반응 속도를 빨리 설정할수록 고화질의 영상을 얻을 수 있다.
제1 확산장치(1330)를 위에서 바라본 모습을 제1 확산장치 영역(1335)으로 나타낼 수 있고, 수신부(1340)을 위에서 바라본 모습을 수신부 영역(1345)로 나타낼 수 있다.
예를 들어, 제1 확산장치 영역(1335)에서 A, B, C, F, E, D, G, H, I 영역의 순서대로 광을 통과시킬 수 있다. 제1 확산장치 영역(1335)에서 광을 통과시키는 순서에 따라 전력의 효율이 달라질 수 있고, 광을 통과시키는 순서는 전체 영역이 중복되지 않도록 하나의 사이클을 형성할 수 있다.
또 다른 예시는, 제1 확산장치 영역(1335)에서 E, F, C, B, A, D, G, H, I 영역의 순서대로 광을 통과시킬 수 있다. 제1 확산장치(1340)의 움직임의 순서 및 방향은 예시적인 것으로 이에 제한되지 않는다.
수신부 영역의 인식 순서는 제1 확산장치의 움직임에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 확산장치 영역(1335)에서 A, B, C, F, E, D, G, H, I 영역의 순서대로 광을 통과시키는 경우 수신부 영역(1345)에서 a, b, c, f, e, d, g, h, i 영역의 순서대로 광을 인식할 수 있다.
수신부(1340)에서 구분된 영역별로 물체의 부분을 인식할 수 있다. 예를 들어, a 영역의 경우 물체의 좌상단의 일부를 인식할 수 있다.
광원부는 복수개의 광원을 포함할 수 있고, 광원이 복수개인 경우 확산장치의 영역별 움직임을 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따른 광원이 복수개인 경우 확산장치의 영역별 움직임을 예시한 것으로, 거리측정장치가 수신부를 가지지 않는 경우 또는 수신부를 가지는 경우 어느 일부에 한정되지 않는다.
제1 확산장치(1330)의 영역(1335)의 여부는 제1 확산장치(1330)의 움직임을 제한하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 제1 확산장치(1330)의 움직임을 나타낼 수 있다. 광축을 기준 제1 방향(z축)을 두면, 제1 확산장치(1330)는 제2 방향(x축) 또는 제3 방향(y축)으로 움직일 수 있다.
광원이 복수개이므로, 제1 확산장치의 움직이는 거리는 광원이 단일한 경우보다 줄어들게 되므로 동작 시간이 줄어드는 장점이 있다.
예시적으로, 9개의 영역으로 분할된 확산장치(1330)에 대해 1개의 광원을 사용하여 광을 조사하는 시간보다 3개의 광원을 사용하여 3개의 채널에 대해 라인 스캐닝 방식을 사용하면 동작 시간이 1/3로 줄어드는 효과를 발생시킬 수 있다.
이러한 복수 개의 광원은 플립칩을 활용하여 다른 광원부에 영향을 최소화할 수 있다. 예시적으로, 플립칩은 음극과 양극 사이의 공진을 활용하여 광을 출사시킬 수 있고, 기판에 소자를 설치하는 경우 다른 광원부에 영향을 미치지 않고 배선할 수 있다.
상기 광원 칩은 플립 칩의 방식으로 광원배열 면적을 최소화할 수 있는 와이어 및 와이어 연결 패드가 광출사 면에 없는 플립 타입의 칩이 적용되어 기판에 연결되어 있거나 광출사 면에 와이어 연결로 전원을 공급할 수 있다.
10개의 광원에 의해 10개의 영역으로 구분되는 제1 확산장치의 영역(1335)를 활용하여 광 출력장치를 가동시킬 수 있다. 이 경우 단일 광원을 사용하는 경우보다 동작 시간이 1/10로 줄어드는 효과를 발생시킬 수 있다.
제1 확산장치의 영역은 필요에 따라 하나 이상의 개수로 나누어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 확산장치의 영역은 복수개의 라인을 형성할 수 있다. 제1 확산장치의 영역은 필요에 따라 일렬로 배열된 광원에 대응하여 움직일 수 있다. 제1 확산장치의 영역은 수신부의 포함 여부에 관계없이 광 출력장치의 출력에 따라 확산장치가 조절될 수 있다.
이러한 복수 개의 광원은 플립칩을 활용하여 다른 광원부에 영향을 최소화할 수 있다.
예시적으로, 플립칩은 음극과 양극 사이의 공진을 활용하여 광을 출사시킬 수 있고, 기판에 소자를 설치하는 경우 다른 광원부에 영향을 미치지 않고 배선할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광원 칩은 플립 칩의 방식으로 광원배열 면적을 최소화할 수 있는 와이어 및 와이어 연결 패드가 광출사 면에 없는 플립 타입의 칩이 적용되어 기판에 연결되어 있거나 광출사 면에 와이어 연결로 전원을 공급할 수 있다.
제1 확산장치(1330)의 영역(1335)는 복수 개의 영역으로 구분될 수 있고, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 확산장치(1330)의 복수 개의 영역(1335)의 개수와 동일한 복수 개의 광원을 가질 수 있다. 이러한 복수 개의 광원을 활용하면 제1 확산장치(1330)의 움직임의 거리가 줄어들게 되므로, 동작 시간이 줄어들게 되는 장점을 가질 수 있다.
예시적으로, 9개의 영역으로 구분된 제1 확산장치(1330)의 복수 개의 영역(1335)에 대응되는 9개의 광원을 가질 수 있다. 9개의 광원을 가지는 제1 확산장치의 이동시간은 1개의 광원에 의해 동작되는 작동 시간과 비교할 때 1/9 또는 그 이하의 시간일 수 있다.
이러한 복수 개의 광원은 플립칩을 활용하여 다른 광원부에 영향을 최소화할 수 있다.
예시적으로, 플립칩은 음극과 양극 사이의 공진을 활용하여 광을 출사시킬 수 있고, 기판에 소자를 설치하는 경우 다른 광원부에 영향을 미치지 않고 배선할 수 있다.
도 13은 복수 개의 광원 칩을 가지는 거리측정장치를 측면에서 바라본 측면도이다.
도 13을 참조하면, 거리측정장치(2000)은 광원부(2010), 광원 칩(2020), 광 확산장치(2030)를 포함할 수 있다.
광원부(2010)에는 복수 개의 광원 칩(2020)이 포함될 수 있고, 상기 광원부(2010)에서 전달되는 광(2003)은 광 확산장치(2030)을 통과하여 물체(2040)에 도달될 수 있다.
광원 칩(2020)에서 전달되는 광은 일정한 범위(2001)을 가질 수 있다. 광(2003)은 일정한 범위(2001) 이내의 광을 예시적으로 나타낸 것이다. 광원 칩(2020)은 필요에 따라 복수 개가 기판 위에 설치되어 거리측정장치를 형성할 수 있다. 개별 광원 칩(2020)은 단일한 광원 칩의 개별 영역과는 구별되는 독립한 물리적 실체를 가질 수 있고, 독립된 영역을 가지고 배치되어 있다.
상기 광원 칩의 독립된 영역에서 전달되는 광은 광 확산장치(2030)을 통과하며 개별적인 화각(FOV, Field Of View)를 가질 수 있다. 거리측정장치(2000)에서 개별적인 화각을 가지게 되는 이유는, 물체(2040)에 균일하고 넓게 광을 조사하여야 정확한 거리측정을 할 수 있고, 높은 해상도의 영상을 획득할 수 있기 때문이다. 각 광원 칩에서 전달되는 광의 세기는 개별 전류에 의해 세기가 조절될 수 있다.
일 실시예에 따른, 하나 이상의 광원 칩의 독립된 영역에서 전달되는 광은 상기 광 확산장치의 복수 개의 영역으로 순차적으로 또는 일괄적으로 출사될 수 있다.
광 확산장치(2030)은 복수 개의 광원 칩에서 전달되는 광이 물체의 원하는 위치에 도달하도록 복수 개의 영역으로 구분될 수 있다. 광 확산장치(2030)의 상기 영역은 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이(MLA, Micro Lens Array)에 의해 형성될 수 있고, 광 확산장치의 표면은 사용되는 물질의 특성 및 형상에 따라 다양하게 가공될 수 있다.
일 실시예에 따른, 광 확산장치(2030)는 마이크로 렌즈 어레이(MLA)일 수 있고, 표면에 복수의 미세구조체(미도시)를 포함할 수 있다.
복수의 미세구조체(미도시)는 미세-복제(micro-replication), 고온 엠보싱(hot embossing), 사출-성형, 반응성-이온 에칭, 이온-빔 밀링, 또는 단일 점 레이저 라이팅(single-point laser writing)을 포함할 수 있다. 물리적인 절삭 또는 부착 공정을 포함할 수 있고, 화학적인 에칭 공정을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는 임의의 방법으로 복수의 미세구조체(미도시)를 형성할 수 있다. 복수의 미세구조체(미도시)는 동일한 크기, 형상을 가질 수 있으나, 렌즈의 형상, 위치, 곡률, 비구면 계수, 렌즈의 크기 등과 같은 파라미터에 의해 무작위성을 추가하는 것이 바람직하다. 예시적으로, 미세구조체는 임의의 기하학적 형상일 수 있으나 다각형 형상으로서 외부 경계를 가질 수 있다. 이러한 미세 구조체에 기반하여 더욱 효율적이고 균일한 광 확산을 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 복수의 미세구조체(미도시)는 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 임의의 방법으로 가공하여 형성할 수 있으나, 위에 별개의 구조체가 부착 또는 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른, 광 확산장치(2030)의 마이크로 렌즈들은 상기 마이크로 렌즈의 표면 형상을 정하는 형상 프로파일, 상기 마이크로 렌즈의 크기를 정하는 크기 프로파일, 상기 마이크로 렌즈의 패턴을 정하는 패턴 프로파일에 의해 정의될 수 있다.
일 실시예에 따라, 복수 개의 광원 칩에 대응하여 복수 개의 영역으로 구분된 광 확산장치(2030)가 마이크로 렌즈 어레이(MLA)인 경우 마이크로 렌즈의 일측면을 통과하는 광에 의해 고스트(ghost) 현상이 발생할 수 있다.
일 실시예에 따라 격벽면을 통과하여 진행하는 광이 목표로 하는 대상 이외의 지점으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 고스트 현상의 발생 원인은 격벽 도는 마이크로 렌즈의 일 부분에 의해 내부 전반사에 의해 발생할 수 있다.
일 실시예에 따라 위와 같은 고스트 현상을 방지하기 위하여 마이크로 렌즈 어레이는 콜리메터 렌즈(Collimator Lens)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 콜리메터 렌즈(Collimator Lens)는 마이크로 렌즈 아래에 설치되어 비대칭적이고, 새그가 높은 렌즈면에 의해 발생하는 고스트 현상을 방지할 수 있다. 또한 콜리메터 렌즈를 사용하여 광원의 거리 또는 각도를 조절하여 광효율을 증대시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 콜리메터 렌즈(Collimator Lens)는 마이크로 렌즈 어레이와 하나의 시스템을 형성하거나 분리된 별개의 시스템을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따른 콜리메터 렌즈(Collimator Lens) 광원의 거리를 조절하거나 각도를 조절할 수 있는 것으로, 종래에 활용되던 콜리메터 렌즈를 사용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 9개의 영역으로 구분된 마이크로 렌즈 어레이의 하단에 9개의 콜리메터 렌즈를 배치하여 1차적으로 입사 광원의 경로(path)를 조절하고, 2차적으로 마이크로 렌즈 어레이를 통해 최종 방사 빔의 각도와 형태를 조절할 수 있다.
일 실시예에 따라, 전술한 마이크로 렌즈 어레이 또는 콜리메터 렌즈는 복수 개의 광원을 가지는 거리측정장치와 함께 사용되어 기존의 단일한 광원을 가지는 거리측정장치에 비해 높은 효율을 보일 수 있다.
예시적으로, 기존의 하나의 광원을 가지는 거리측정장치의 광효율은 0.15W 효율을 가지는 경우에 비해 9개의 광원을 가지는 거리측정장치의 광효율은 1W의 효율을 가지도록 마이크로 렌즈 어레이를 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에 따라, 광 효율의 측정은 입력 광량 대비 각 영역에 도달하는 광량을 측정 또는 계산하여 비교할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 광 효율의 측정은 설정된 기준에 따라 범위를 정의하고 광량을 측정 또는 계산하여 비교할 수 있다.
일 실시예에 따라, 목표로하는 지점의 광량에 따라 마이크로 렌즈 어레이 또는 콜리메터 렌즈의 형상, 크기, 배치 등을 기 설정된 기준에 따라 조절할 수 있다.
광 확산장치(2030)은 단일한 확산부를 가질 수 있으나, 경우에 따라서 복수 개의 확산부를 가질 수 있다. 예시적으로, 광 확산장치(2030)은 제1 확산부 및 제2 확산부를 포함할 수 있다. 상기 제1 확산부는 상기 광원부에서 나오는 광을 통과시키고, 제1 지지대와 연결되며 N개(N은 1 이상의 자연수임)의 영역으로 구분되며, 제1 확산부를 둘러싸는 본체부(미도시)로 구성될 수 있다.
본체부(미도시)는 코일, 압전소자, 또는 회전장치를 포함할 수 있다. 코일 및 자석의 상호작용에 의해 광축에 나란한 방향의 움직임(광경로 방향)을 발생시킬 수 있다. 또한 압전소자의 사용으로 광축에 나란한 방향의 움직임을 발생시킬 수 있다. 회전장치(미도시)의 사용에 의해 광 확산장치는 회전할 수 있고, 이 경우 광 확산장치에서 가공되는 표면의 종류가 줄어들게 되는 장점이 있다. 또한 일 실시예에 따르면, 본체부(미도시)에는 OIS(Optical Image Stabilization) 기능이 제공될 수 있다. 이 경우 광 경로와 수직 또는 수평한 방향의 움직임을 발생시킬 수 있다. 이러한 기능을 통해 광의 방사각 또는 방향을 원하는 정도로 조절할 수 있다.
본체부의 OIS 기능은 일반적인 손떨림 방지 기능과는 그 목적과 효과를 달리한다. 일반적인 OIS에서는 영상의 흔들림을 방지하기 위해, 광학 장치를 움직여 흔들림을 보정하거나 이미지 센서의 신호를 조절하여 흔들림을 방지한다.
하지만, 본 실시예에 따르면, 광 확산장치의 움직임을 발생시키는 것으로 그 대상을 달리하고, 광 확산장치의 움직임으로 인해 정확한 거리 측정이 가능하게 된다. 광 확산장치의 움직임을 통해 물체(2040)에 점처럼 도달되는 광을 면처럼 도달될 수 있도록 할 수 있다. 또한 단일한 광원 칩을 사용하는 경우 사용할 수 있는 전력이 제한되므로, 동일한 물체(2040)을 광 확산장치의 영역 수만큼 나누어 인식할 수 있도록 한다. 또한 복수의 광원 칩을 사용하는 경우, 각각의 영역에 대응되는 방사각을 형성시켜 이미지의 해상도를 높일 수도 있다.
도 14는 복수 개의 광원 칩을 가지는 광원부를 예시한 제1 예시 도면이다.
도 15는 복수 개의 광원 칩을 가지는 광원부를 예시한 제2 예시 도면이다.
도 16은 복수 개의 광원 칩을 가지는 광원부를 예시한 제3 예시 도면이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 광원부(2010)은 복수 개의 광원 칩(2020)을 포함할 수 있다.
일반적인 거리측정장치는, 단일한 광원 칩을 사용하여 그 해상도가 제한된다. 또한 단일한 광원 칩이 사용할 수 있는 전력의 양도 한정되고, 물체(2040)에 도달하는 광량도 제한적이다.
복수 개의 광원 칩(2020)을 사용하는 경우 높은 해상도를 얻을 수 있다. 또한 복수 개의 광원 칩(2020)을 사용하는 경우 풍부한 광량을 물체 및 수신부(미도시)에 전달할 수 있으므로, 위와 같은 문제점을 해결할 수 있게 된다.
복수 개의 광원 칩(2020)은 플립 칩의 방식으로 기판에 연결되어 있을 수 있다. 플립 칩(Flip Chip)은 반도체 칩을 회로 기판에 부착시키는 경우, 와이어와 같은 중간 연결 매체를 사용하지 않고 칩 아래의 전극 패턴을 이용해 그대로 배치하는 방법이다. 복수 개의 광원 칩(2020)을 연결하는 경우 배선이 복합해질 수 있고, 거리측정장치(2000)은 광원 칩(2020)에서 광을 조사시키게 되는데, 이러한 광을 중간 연결 매체가 방해할 가능성을 막을 수 있다는 장점이 있다.
복수 개의 광원 칩(2020)은 개별적인 회로 배선에 의해, 각각에 공급되는 전류가 개별적으로 조절될 수 있다. 예시적으로, 근거리 모드의 거리를 측정하기 위해서는 전력을 절약할 필요가 있고, 중앙부의 광원 칩만을 활용하여 거리를 측정할 수 있다.
도 17은 하나의 광원 칩을 상면에서 바라본 상면도이다.
도 18은 하나의 광원 칩을 측면에서 바라본 측면도이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 광원 칩(2020)은 어퍼처(2021), 본체(2023) 및 렌즈(2025)를 포함할 수 있다.
어퍼처(2021)은 광원 칩(2020)에서 일정한 공정을 통해 형성되는 구멍을 의미하며, 광원 칩(2020)에서 조사되는 광(2003)이 나오는 구멍일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 어퍼처(2021)에서 나오는 광은 일정한 영역(2003)을 형성할 수 있다. 예시적으로 광원 칩(2020)의 어퍼처(2021)에서 나오는 광의 방사각은 약 20도 내외일 수 있다.
본체(2023)는 광원 칩(2020)에서 어퍼처(2021)을 제외한 나머지 구성을 의미하는 것으로, 그 형태 및 종류는 제한되지 않는다.
렌즈(2025)는 소형의 렌즈로서, 광원 칩(2020)에서 조사되는 광을 확산 및 굴절시키는 기능을 가진다.
도 19는 광 확산장치의 영역별 모습을 확대한 도면이다.
도 20은 광 확산장치의 영역별 모습을 상면에서 바라본 제1 예시 상면도이다.
도 21은 광 확산장치의 영역별 모습을 상면에서 바라본 제2 예시 상면도이다.
도 19 내지 도 21을 참조하면 광 확산장치(2030)의 모습을 확대한 형상을 확인할 수 있다. 광 확산장치(2030)의 복수 개의 영역에 대하여, 마이크로 렌즈 어레이로 광 확산장치가 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 거리측정장치의 개별 광의 화각(FOV)는 각기 다른 것 일 수 있고, 이를 위해 마이크로 렌즈 어레이는 비대칭으로 형성된 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 대칭으로 형성된 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 광 확산장치의 중앙에 위치되는 마이크로 렌즈 어레이는 대칭으로 형성될 필요가 있고, 예시적으로, 근거리 모드에서 중앙부 렌즈만을 사용할 수 있다. 또한. 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 영역별로 굴절률 차이를 가지도록 형성될 수 있다. 광 확산장치(2030)에서 물체(2040)에 광이 도달되게 하기 위하여, 광의 전달 방향을 조절할 필요가 있고, 영역별로 굴절률 차이를 가지게 하여 광의 전달 방향을 조절할 수 있다. 또한, 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 광 확산장치의 순차적임 움직임에 맞추어 광을 전달시키도록 배열되어 있다. 일 실시예에 따르면, 배치된 광원 칩(2020)의 일부만이 사용될 수 있으며, 광원 칩(2020)의 개수에 따라 광 확산장치의 활용되는 영역은 전체 또는 일부일 수 있다. 예시적으로, 광 확산장치의 움직임으로 광을 순차적으로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 확산장치의 영역은 9개의 영역으로 나누어 질 수 있다. 예시적으로, 광 확산장치의 제1 영역(2030a)는 좌상단 방향 비대칭으로 형성될 수 있고, 광 확산장치의 제2 영역(2030b)는 수직 방향 비대칭으로 형성될 수 있다. 광 확산장치의 제3 영역(2030c)는 우상단 방향 비대칭으로 형성될 수 있고, 광 확산장치의 제4 영역(2030d)는 수평 방향 비대칭으로 형성될 수 있다. 광 확산장치의 제5 영역(2030e)는 모든 방향에 대해 대칭으로 형성될 수 있다. 광 확산장치의 제6 영역(2030f)는 수평 방향 비대칭으로 형성될 수 있고, 광 확산장치의 제7 영역(2030g)는 좌하단 방향 비대칭으로 형성될 수 있다. 광 확산장치의 제8 영역(2030h)는 수직 방향 비대칭으로 형성될 수 있고, 광 확산장치의 제9 영역(2030i)는 우하단 방향 비대칭으로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 광 확산장치의 제10 영역(2030j)는 좌측 대각선 방향 비대칭일 수 있고, 광 확산장치의 제11 영역(2030k)는 우측 대각선 방향 비대칭일 수 있다. 광 확산장치의 제12 영역(2030l)은 수평 방향 비대칭일 수 있고, 광 확산장치의 제13 영역(2030m)은 수평 방향 비대칭일 수 있다. 광 확산장치의 제14 영역(2030n) 및 제15 영역(2030o)은 모든 방향에 대해 대칭일 수 있고, 그 영역의 크기는 달리할 수 있다.
예시적으로, 광 확산장치의 제1 내지 제9 영역은 원거리 모드의 거리를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예시적으로, 광 확산장치의 제10 내지 제14 영역은 원거리 모드의 거리를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예시적으로, 광 확산장치의 제15 영역은 근거리 모드의 거리를 측정하기 위해 사용될 수 있다.
도 22는 광 확산장치의 움직임을 예시한 제1 예시 도면이다.
도 23은 광 확산장치의 움직임을 예시한 제2 예시 도면이다.
도 24는 광 확산장치의 움직임을 예시한 제3 예시 도면이다.
도 25는 광 확산장치의 움직임을 예시한 제4 예시 도면이다.
도 22 내지 도 25를 참조하면, 광 확산장치(2030)의 움직임은 각 영역을 순차적으로 또는 일부에 대해 광이 통과하도록 조절될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단일한 광원 칩을 사용한 경우 광 확산장치(2030)의 움직임을 순차적으로 발생시켜 물체의 거리를 측정할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 복수 개의 광원 칩을 사용한 경우에도 일부만의 광원 칩을 사용할 수 있고, 이 경우 단일한 광원 칩을 사용하여 광 확산장치(2030)의 움직임을 순차적으로 발생시켜 물체의 거리를 측정할 수 있다.
복수 개의 광원 칩을 사용한 경우 광 확산장치(2030)의 움직임을 줄이면서, 동일한 효율 또는 그 이상의 효율을 발생시킬 수 있다. 예시적으로, 광원 칩이 3개이고 광 확산장치의 영역이 9개로 나누어진 경우, 일렬로 배열된 광원 칩을 활용하여 광 확산장치의 움직임을 위아래 또는 좌우로 정할 수 있다. 이 경우 단일한 광원 칩을 사용한 경우와 비교할 때 작동 시간 및 이미지의 해상도 측면에서 장점을 가질 수 있다.
복수 개의 광원 칩(2010)의 개수와 광 확산장치(2030)의 영역의 개수가 동일하거나 대응 관계를 가지는 경우, 광 확산장치(2030)의 움직임으로 거리측정의 정확성을 높일 수 있다. 예시적으로, 광 확산장치(2030)이 움직이지 않는 경우에는 물체(2040)에 도달하는 광이 점(dot) 또는 작은 영역으로 형성됨에 반해, 광 확산장치(2030)을 움직이는 경우 광을 면(area) 또는 넓은 영역으로 형성시킬 수 있다는 장점이 있다.
일 실시예에 따르면, 광 확산장치(2030)이 광축을 기준으로 회전 운동을 시킬 수 있다. 이 경우 광 확산장치(2030)의 모든 영역을 개별적으로 표면을 정할 필요 없이, 대칭적인 영역을 활용할 수 있다. 또한 이 경우 일부 영역만을 반복적으로 사용하여 거리측정장치의 공간 효율성을 높일 수 있고, 기기의 소형화를 도모할 수 있게 된다. 예시적으로, 광 확산장치의 제16 영역(2030p)은 광 확산장치가 회전함에 따라 일치하는 대칭 구조를 가질 수 있고, 광 확산장치의 제17 영역(2030q)도 광 확산장치가 회전함에 따라 일치하는 대칭 구조를 가질 수 있다.
도 26은 물체에 도달하는 광을 예시한 제1 예시 도면이다.
도 27은 물체에 도달하는 광을 예시한 제2 예시 도면이다.
도 28은 물체에 도달하는 광을 예시한 제3 예시 도면이다.
도 26 내지 28을 참조하면, 물체(2040)에 도달하는 광(2041)은 점(dot) 또는 작은 영역(2041)을 형성할 수 있다. 물체(2040)에 광이 도달하지 않는 영역(2042)은 거리를 측정할 수 없다. 따라서 거리측정장치에서 광(2041)의 도달 면적을 넓히거나, 광이 도달하지 않는 영역(2042)을 줄이는 방향으로 물체의 이미지 해상도를 높일 수 있거나 거리를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
일 실시예에 따르면, 광 확산장치(2030)의 움직임으로 물체에 도달하는 광(2041)은 점(dot)이 아닌 면(area)를 형성할 수 수 있게 된다. 광 확산장치(2030)의 움직임으로 인해 발생하는 면적을 면광원(2041)으로 칭할 수 있다. 거리측정장치에서 공간이 한정되고, 움직임의 방향이 제한되므로 생성할 수 있는 면광원(2041)의 면적은 제한된다. 기존의 거리측정장치의 경우 광 확산장치(2030)의 움직임을 통해 해상도를 높이는 시도가 없었으므로, 이러한 배치의 문제를 고려하지 않았다.
일 실시예에 따르면, 면광원(2041)의 면적의 효율을 높이고, 광 미도달 영역(2042)을 줄이기 위해 광원 칩(2010)을 지그재그로 형성할 수 있다. 이 경우 물체(2040)에는 더욱 촘촘해진 간격을 가진 광이 도달될 수 있다. 예시적으로, 광원부의 상기 복수 개의 광원 칩(2020)에는 어퍼처(2021)가 형성되어 있고, 상기 어퍼처는 물체에 도달하는 광의 위치를 조절하기 위해 설정된 규칙에 따라 배열될 수 있다. 설정된 규칙은 광 도달 영역(2043)의 밀집도를 올리기 위한 규칙이면 제한되지 않는다. 예시적으로, 광 도달 영역(2043)은 광 도달 제1 영역(2045a) 및 광 도달 제2 영역(2045b)으로 구분될 수 있다. 광 도달 제1 영역(2045a)는 영역의 배치에 따라 홀수 번 째 영역일 수 있고, 광 도달 제2 영역(2045b)은 영역의 배치에 따라 짝수 번 째 영역일 수 있다. 또 다른 예시로, 광 도달 영역(2043)의 배치가 바둑판의 형태를 가지도록 어퍼처(2021)를 형성할 수 있다.
어퍼쳐는 빅셀칩에서 광이 출사되는 통로이며, 그 각도와 출사되어 MLA에 도달할때 면적 측, 배열에 의한 입사 면적은 광학설계의 기본 요구사항일 수 있다.
1: 광
10: 광원부
12: 광원
20: 제1 확산부
30: 제2 확산부
32: 제2 확산부의 제2 영역
34: 제2 확산부의 제1 영역
40: 덮개
50: 지지부
60: 조절부
70: 본체부
80: 코일
90: 자석
100: 거리측정장치
101: 광
110: 광원부
112: 광원
130: 확산부
140: 덮개
160: 조절부
170: 본체부
180: 코일
190: 자석
200: 거리측정장치
1300: 거리측정장치
1310: 광원부
1320: 제2 확산장치
1330: 제1 확산장치
1335: 제1 확산장치 영역
1340: 수신부
1345: 수신부 영역
1350: IR필터
1360: 렌즈
1380: 광 도달 영역
1390: 물체
2000: 거리측정장치
2001: 광 영역
2003: 광
2010: 광원부
2012: 연결선
2014: 기판
2020: 광원 칩
2021: 어퍼처
2023: 본체
2025: 렌즈
2030: 광 확산장치
2040: 물체
2041: 광 도달 영역
2042: 광 미도달 영역
2043: 면광원
2045a: 광 도달 제1 영역
2045b: 광 도달 제2 영역

Claims (16)

  1. 복수 개의 광원 칩을 포함하는 광원부; 및
    상기 광원부에서 나온 광이 통과하고, 공간상 움직임을 통해 상기 광원 칩에서 전달되는 광의 방사각 또는 방향을 조절하는 광 확산장치를 포함하고,
    상기 광 확산장치는 상기 복수 개의 광원 칩에 대응하는 복수 개의 영역으로 구분되어 있고,
    상기 복수 개의 영역에는 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이(MLA, Micro Lens Array)가 배치되며,
    상기 광원부의 상기 광원 칩은 독립된 영역을 가지고 배치되어 있고,
    상기 광원 칩의 독립된 영역에서 전달되는 광은 상기 광 확산장치를 통과하여 개별적인 화각(FOV, Field Of View)을 가지고,
    상기 광원 칩에서 전달되는 광의 세기는 조절 가능한, 거리측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 확산장치는 제1 확산부 및 제2 확산부를 포함하고,
    상기 제1 확산부는 상기 광원부에서 나오는 광을 통과시키고, 제1 지지대와 연결되며 N개(N은 1 이상의 자연수임)의 영역으로 구분되며,
    상기 제1 확산부를 둘러싸는 본체부로 구성되어 있고,
    상기 본체부는 코일, 압전소자, 또는 회전장치를 포함하고,
    상기 제1 확산부는 본체부와 상호작용하여 광경로 방향, 또는 광경로와 수직 또는 수평한 방향의 움직임을 발생시킬 수 있는 자석 또는 금속 물질을 포함하며,
    상기 제1 확산부와 본체부의 상호작용으로 발생하는 움직임에 의해 광의 방사각 또는 방향을 조절할 수 있고,
    상기 광원부는 제어신호를 입력받아 상기 광원 칩의 소자의 출력을 개별적으로 조절하는, 거리측정장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광원 칩은, 플립 칩의 방식으로 광원배열 면적을 최소화할 수 있도록 와이어 및 와이어 연결 패드가 광출사 면에 없도록 기판에 연결되어 있거나, 또는 광출사 면에 와이어 연결로 전원을 공급하는, 거리측정장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 대칭 또는 비대칭으로 형성된 마이크로 렌즈를 포함하는, 거리측정장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 영역별로 굴절률 차이를 가지도록 형성된, 거리측정장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수 개의 광원 칩은 순차적으로 구동되고,
    상기 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이는 상기 광 확산장치의 순차적인 움직임에 맞추어 광을 전달시키도록 배열되어 있는, 거리측정장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광원 칩은 근거리 모드에서는 모두 켜져 있고,
    상기 광원 칩은 원거리 모드에서는 일부 영역에 있는 광원 칩만이 켜져 있는, 거리측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원 칩은 근거리 모드에서 광 출력의 세기를 감소시키고, 원거리 모드에서는 광 출력의 세기를 증가시키고,
    상기 광 출력의 세기는 대상 물체의 거리에 따라 설정된 기준에 맞춰 조절되는, 거리측정장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광원 칩은 원거리 모드에서는 모두 켜져 있고,
    상기 광원 칩은 근거리 모드에서는 일부 영역에 있는 광원 칩만이 켜져 있는, 거리측정장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광원부의 상기 복수 개의 광원 칩에는 어퍼처가 형성되어 있고,
    상기 어퍼처는 물체에 도달하는 광의 위치를 조절하기 위해 설정된 규칙에 따라 배열되어 있는, 거리측정장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 어퍼처는 어레이를 형성하고,
    상기 어퍼처의 어레이를 기준으로 상기 광 확산장치가 정렬되며,
    상기 광 확산장치는 정렬된 위치에서 수직 또는 수평 방향의 움직임을 가지는, 거리측정장치.
  16. 하나 이상의 광원 칩을 포함하는 광원부; 및
    상기 광원부에서 나온 광이 통과하고, 공간상 움직임을 통해 상기 광원 칩에서 전달되는 광의 방사각 또는 방향을 조절하는 광 확산장치를 포함하고,
    상기 광 확산장치는 복수 개의 영역으로 구분되어 있고,
    상기 복수 개의 영역에는 하나 이상의 마이크로 렌즈 어레이(MLA, Micro Lens Array)가 배치되며,
    상기 광원부의 상기 하나 이상의 광원 칩은 독립된 영역을 가지고 배치되어 있고,
    상기 하나 이상의 광원 칩에서 전달되는 광은 상기 광 확산장치의 복수 개의 영역으로 순차적으로 통과하여 광이 물체에 도달하는 위치를 변경하는, 거리측정장치.
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