KR20180092738A - 디지털 마이크로 미러 소자를 이용한 거리 정보 획득 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 마이크로 미러 소자를 이용한 거리 정보 획득 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

디지털 마이크로 미러 소자를 이용한 거리 정보 획득 장치 및 방법이 제공된다. 거리 정보 획득 장치는, 제1 라인 광을 발생시키며 제1 라인 광을 대상물로 조사하는 제1 디지털 마이크로 미러 소자, 대상물에서 반사되는 제2 라인 광을 수신하며 제2 라인 광에 대응하는 광을 반사하는 제2 디지털 마이크로 미러 소자, 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 의해 반사되는 광을 감지하는 감지부, 그리고 제1 및 제2 디지털 마이크로 미러 소자의 동작을 제어하며, 감지부에 의해 감지된 광에 대한 정보를 이용하여 대상물의 거리(depth) 정보를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

디지털 마이크로 미러 소자를 이용한 거리 정보 획득 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OBTAINING DEPTH INFORMATION USING DIGITAL MICRO-MIRROR DEVICE}
본 발명은 디지털 마이크로 미러 소자를 이용한 거리 정보 획득 장치 및 방법에 관한 것이다.
거리 정보는 3D 영화, 3D TV, 3D 그래픽스, 홀로그래피, 자율 주행 무인 자동차, 유도 무기, 로봇 시각 장치, 공장 자동화, 사용자 상호 작용, 게임 등 많은 응용 분야에서 활용되고 있는 유용한 정보이다.
거리 정보 획득 방법은 크게 직접 측정 방법과 간접(indirect) 측정 방법으로 구분된다. 직접 측정 방법은 삼각법(triangulation)에 의한 산출 방법과 전송파 반향 시간(time of flight) 측정 방법이 있다. 그리고 간접 측정 방법은 초점(focusing) 정보를 이용한 방법, 조명을 이용한 그림자(shadow) 분석 방법, 그리고 모아레(Moire) 방식 등이 있다. 정확도가 높고 유용한 방법으로는 직접 측정 방법이 주로 사용된다. 직접 측정 방법의 수동적(passive) 방법으로는 양안 스테레오(stereoscopic) 방법이 있으며, 직접 측정의 능동적(active) 방법으로는 구조 광(structured light) 조사(illumination) 방식이 있다. 양안 스테레오 방법은 최소 두 장의 영상으로 대응점(corresponding point)을 찾아내고 이 대응점으로부터 양안 시차(disparity)를 계산하며 최종적으로 삼각측량법에 의해 거리를 계산한다. 그러나, 수동적 방법은 수동적 대응점 선택의 불완전성이 존재하는 단점이 있다.
능동적 구조 광 조사 방식은 수동적 대응점 선택의 모호성을 극복하기 위해 미리 지정된 구조의 광 패턴을 사용한다. 이 방식은 직선형 광 패턴이 주로 사용되며 이 조사 광 패턴을 통해 영상을 획득한 후, 광원의 조사각과 카메라 각 화소(pixel)들이 바라보는 각각의 주시각 정보를 삼각 측량법에 적용하여 계산함으로써 거리 정보를 획득한다.
능동적 구조 광 조사 방식은 좌에서 우측으로 또는 반대 방향(우측에서 좌측으로)으로 수직의 선(stripe) 형태의 광을 스캔하는 조사 방법이 많이 사용된다. 여기에서 주로 사용되는 기구적 장치로는 수직 또는 수평축에 장착된 거울을 회전시키는 회전 거울이나 폴리곤 미러, 갈바노 미러(Galvano-mirror) 등이 사용된다.
이러한 종래의 방식은 부피가 크고, 거울의 회전 시 소음이 발생하며, 고속의 스캐닝의 한계가 있다. 그리고 회전 거울의 광축을 정렬하는데 어려움이 있으며, 오차가 발생되는 경우도 있다. 거리에 따라 투사되는 광 스캔 선의 굵기가 달라지거나 반사광의 세기가 상이하여 카메라를 통한 반사광 획득 시에 영상이 흐려지는 현상이 발생될 수 있다.
그리고 스캔되는 레이저 광이 대상물 표면에서 반사될 때, 이 레이저 광의 영상을 얻는 카메라나 전용 센서 어레이 등이 필요하다. 이때, 처리해야 하는 영상 데이터의 양이 많고, 거리 정보 처리용으로 별도 제작되는 전용 센서를 사용하는 경우에는 제작 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 디지털 마이크로 미러 소자를 이용하여 거리 정보를 획득하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 거리 정보 획득 장치가 제공될 수 있다. 상기 거리 정보 획득 장치는, 제1 라인 광을 발생시키며 상기 제1 라인 광을 대상물로 조사하는 제1 디지털 마이크로 미러 소자, 상기 대상물에서 반사되는 제2 라인 광을 수신하며, 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 반사하는 제2 디지털 마이크로 미러 소자, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 의해 반사되는 광을 감지하는 감지부, 그리고 상기 제1 및 제2 디지털 마이크로 미러 소자의 동작을 제어하며, 상기 감지부에 의해 감지된 광에 대한 정보를 이용하여 상기 대상물의 거리(depth) 정보를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제1 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 요소 거울 중 하나의 열(column)이 동시에 구동되어 상기 제1 라인 광이 발생될 수 있다.
상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 요소 거울이 각각 하나씩 구동되어 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 상기 감지부로 반사할 수 있다.
상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 조사하는 제1 기간 동안에, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자의 모든 요소 거울이 하나씩 구동되어 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 상기 감지부로 반사할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 조사되는 각도, 그리고 상기 제2 라인 광이 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 수신되는 위치를 이용하여 상기 거리 정보를 계산할 수 있다.
상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 n개의 행과 m개의 열로 구성된 복수의 요소 거울을 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 m보다 작은 소정의 열까지 순차적으로 구동시킨 후에 상기 n개의 요소 거울에서 광을 모두 검출한 경우, 상기 소정의 열을 제외한 나머지 열에 대해서는 구동을 생략할 수 있다.
상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 상기 복수의 요소 거울 중 1번째 행을 순차적으로 구동하는 중에 하나의 요소 거울에서 광을 검출한 경우, 나머지 1번째 행을 구동을 생략하고 2번째 행을 순차적으로 구동할 수 있다.
상기 거리 정보 획득 장치는, 상기 제1 디지털 마이크로 미러 소자와 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자 사이에 위치하며, 상기 제1 라인 광을 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자로 집속 시키는 광학계를 더 포함할 수 있다.
상기 거리 정보 획득 장치는, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자와 상기 감지부 사이에 위치하며, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소장에 의해 반사되는 광을 상기 감지부로 집속시키는 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 대상물에 제1 라인 광을 조사하여 상기 대상물의 거리(depth) 정보를 획득하는 방법이 제공될 수 있다. 상기 방법은, 제1 디지털 마이크로 미러 소자를 이용하여, 상기 제1 라인 광을 발생시켜 상기 대상물에 조사하는 단계, 제2 디지털 마이크로 미러 소자를 이용하여, 상기 대상물에서 반사되는 제2 라인 광을 반사하는 단계, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에서 상기 제2 라인 광이 반사되는 위치를 검출하는 단계, 그리고 상기 검출된 위치를 이용하여 상기 거리 정보를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검출하는 단계는, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 의해 반사되는 광을 감지하는 단계, 그리고
상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자를 구동한 시점과 상기 감지한 광을 이용하여, 상기 위치를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함할 수 있으며, 상기 조사하는 단계는, 상기 복수의 요소 거울 중 하나의 열(column)을 동시에 구동하여, 상기 제1 라인 광을 발생시켜 상기 대상물에 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함할 수 있으며, 상기 반사하는 단계는, 상기 복수의 요소 거울을 각각 하나씩 구동하여, 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 반사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 조사되는 제1 기간에, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자의 모든 요소 거울이 하나씩 구동되어 상기 제2 라인 광에 대응하는 광이 반사될 수 있다.
상기 계산하는 단계는, 상기 제1 라인광이 상기 대상물에 조사되는 각도, 그리고 상기 검출된 위치를 이용하여, 상기 거리 정보를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 거리 정보 획득 장치가 제공될 수 있다. 상기 거리 정보 획득 장치는, 제1 복수의 요소 거울을 포함하며 제1 라인 광을 대상물로 송신하는 제1 디지털 마이크로 미러 소자, 제2 복수의 요소 거울을 포함하고, 상기 대상물에서 반사되는 제2 라인 광을 수신하며, 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 반사하는 제2 디지털 마이크로 미러 소자, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 의해 반사되는 광을 감지하는 감지부, 그리고 제1 기간 동안, 상기 제1 복수의 요소 거울 중 하나의 열을 동시에 구동하여 상기 제1 라인 광이 발생되도록 제어하며, 상기 제2 복수의 요소 거울을 하나씩 구동하여 상기 제2 라인 광에 대응하는 광이 상기 감지부로 반사되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 감지부에 의해 감지된 광에 대한 정보를 이용하여 상기 대상물의 거리(depth) 정보를 계산할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 송신되는 각도, 그리고 상기 제2 라인 광이 상기 제2 복수의 요소 거울에서 수신되는 위치를 이용하여 상기 거리 정보를 계산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 라인 광을 발생시키는 수단으로서 갈바노 미러를 사용하지 않고 DMD 소자를 사용함으로써, 회전 소자가 없어 기계적 안정성이 높으며 회전 소음을 없앨 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반사 광을 수신하는 수단으로서 DMD 소자를 사용함으로써 일정한 형태의 반사 광을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, DMD 소자를 사용함으로써, 거리 정보 획득 장치의 전체 크기를 줄일 수 있고 거리 정보를 안정적으로 획득할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 2개의 DMD 소자와 1개의 간단한 센서부를 통해 간단하게 거리 정보를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신용 DMD가 라인 광을 발생시키는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신용 DMD 및 수신용 DMD의 동작 펄스를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수신용 DMD의 순차적 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 거리 정보 계산 방법을 설명하기 위한 거리 정보 획득 장치의 기하학적 구조도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신용 DMD의 순차적 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b 각각은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수신용 DMD의 순차적 구동 방법을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 디지털 마이크로 미러 소자를 이용한 거리 정보 획득 장치 및 방법에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(100)를 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(100)는 송신용 디지털 마이크로 미러 소자(Digital Micro-Mirror Device, DMD)(110), 수신용 디지털 마이크로 미러 소자(DMD, 120), 제어부(130), 감지부(140), 제1 광학계(150), 그리고 제2 광학계(160)를 포함한다.
송신용 DMD(110)는 제어부(130)에 의해 제어되며 거리를 측정하고자 하는 대상물(object)로 라인(line) 광을 순차적으로 조사(송신)한다. 송신용 DMD(110)는 디지털 마이크로 미러 소자(DMD)로 구성된다.
디지털 마이크로 미러 소자(DMD)는 반도체 공정을 이용하여 micro mirror를 배열시킨 장치로서 각 요소 거울의 각도를 조절하여 픽셀의 영상 정보를 제어하며 높은 명암비, 빠른 구동 속도, 저렴한 가격 등의 장점을 가진다. DMD에 배열되는 다수의 요소 거울 중 하나의 요소 거울은 플랫(flat), 온(on) 및 오프(off)인 세 개의 상태를 가진다. 전원이 인가되지 않은 경우가 플랫(flat) 상태이다. 변조하고자 하는 위치의 픽셀에 해당하는 요소 거울은 전기적으로 (+/-)Ω˚ 상태로 기울어 진다. (+/-)Ω˚ 상태로 기울진 경우가 각각 온(on)/오프(off)에 대응된다. 각 요소거울의 온(on)/오프(off) 상태가 프로그래밍되어 라인 광이 생성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 레이저 면광원이 송신용 DMD(110)의 전체로 조사되고, 송신용 DMD(110)는 열(Column) 별로 순차적으로 온되어 라인 광을 발생시킨다. 이때, 송신용 DMD(110)의 열 별 순차적인 온(on)은 제어부(130)에 의해 제어된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 송신용 DMD(110)가 라인 광을 발생시키는 방법을 나타내는 도면이다. 도 2에서, m은 디지털 마이크로 미러 소자(DMD)의 가로축 요소 거울(미러)의 개수를 나타내며, n은 디지털 마이크로 미러 소자(DMD)의 세로 축 요소 거울(미러)의 개수를 나타낸다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 송신용 DMD(110)의 1번째 열에 배열된 요소 거울이 동시 온(on)되고, 다음으로 2번째 열에 배열된 요소 거울이 동시에 온(on)된다. 이와 같이 송신용 DMD(100)은 1번째에서 m번째 열까지 배열된 요소 거울을 순차적으로 온(on)시켜 순차적으로 라인 광을 발생시킨다.
수신용 DMD(120)는 제어부(130)에 의해 제어되며, 대상물로부터 반사된 라인 광을 수신하여 감지부(140)로 반사한다. 수신용 DMD(120)도 디지털 마이크로 미러 소자(DMD)로 구성된다. 송신용 DMD(110)에 생성된 라인 광은 대상물에 반사되는 경우 대상물의 표면 굴곡에 따라 구부러진 라인 광이 된다. 여기서 구부러진 라인 광은 송신용 DMD(110), 수신용 DMD(120) 또는 3차원 상의 임의의 기준점으로부터의 거리 변화가 있음을 의미하고 거리 정보를 내포하고 있다. 수신용 DMD(120)는 이러한 구부러진 라인 광에 대응하는 광을 감지부(140)로 반사한다. 이때, 수신용 DMD(120)는 요소거울을 하나씩 온(on)시키며 온(on)된 각 요소거울은 감지부(140)로 광을 반사시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 송신용 DMD(110) 및 수신용 DMD(120)의 동작 펄스를 나타내는 도면이다. 도 3에서, 410은 송신용 DMD(110)의 동작 펄스를 나타내고, 420은 수신용 DMD(120)의 동작 펄스를 나타낸다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 송신용 DMD(110)의 1번째 열(Column)의 요소 거울에 동시에 동작 펄스가 인가될 시에, 수신용 DMD(120)의 각 요소 거울에 순차적으로 동작 펄스가 하나씩 인가된다. 즉, 송신용 DMD(110)의 1번째 열(Colum)의 요소 거울이 온(on)되는 t1동안에, 수신용 DMD(120)의 전체 요소 거울이 n*m 개의 펄스에 의해 하나씩 순차적으로 온(on)된다. 그리고, 송신용 DMD(110)의 2번째 열(Column)의 요소 거울에 동작 펄스가 동시에 인가될 시에, 수신용 DMD(120)의 각 요소 거울에 순차적으로 동작 펄스가 하나씩 인가된다. 즉, 송신용 DMD(110)의 2번째 열의 요소 거울이 온(on)되는 t2동안, 수신용 DMD(120)의 전체 요소 거울이 n*m 개의 펄스에 의해 하나씩 순차적으로 온(on)된다. 다시 말하면, 송신용 DMD(110)가 하나의 라인 광을 발생시켜 대상물에 조사(송신)하는 동안에, 수신용 DMD(120)는 전체 요소 거울을 하나씩 온 시켜 구부러진 라인 광을 요소 거울 단위로 감지부(140)로 반사한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수신용 DMD(120)의 순차적 구동 방법을 나타내는 도면이다. 도 4에서 빗금친 부분은 대상물로부터 반사된 구부러진 라이광에 해당하는 부분을 나타낸다.
도 4에 나타낸 바와 같이, t1 동안에, 수신용 DMD(120)는 1번째 행부터 n번째 행까지 순차적으로 구동되어 각 요소 거울이 순차적으로 온(on)된다. 이때, 각 요소 거울에 광이 존재하는 경우 이를 반사하여 감지부(140)로 전송한다. t1 동안에 송신용 DMD(110)의 1번째 열에서 라인 광이 발생하고, 1번째 라인 광은 대상물에 반사되어 수신용 DMD(120)로 입사된다. 이때, t1 동안에, 수신용 DMD(120)의 각 요소 거울이 순차적으로 온(on)되며, 구부러진 라인 광에 대응하는 광을 감지부(140)로 반사한다.
t2 동안에, 수신용 DMD(120)는 1번째 행부터 n번째 행까지 순차적으로 구동되어 각 요소 거울이 순차적으로 온(on)된다. 이때, 각 요소 거울에 광이 존재하는 경우 이를 반사하여 감지부(140)로 전송한다. t2 동안에 송신용 DMD(110)의 2번째 열에서 라인 광이 발생하고, 2번째 라인 광은 대상물에 반사되어 수신용 DMD(120)로 입사된다. 이때, t2 동안에, 수신용 DMD(120)의 각 요소 거울이 순차적으로 온(on)되며, 구부러진 라인 광에 대응하는 광을 감지부(140)로 반사한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수신용 DMD(120)은 구부러진 라인 광을 검출하기 위해 각 요소 거울을 순차적으로 온시킨다.
감지부(140)는 수신용 DMD(120)에 의해 반사되는 광을 감지한다. 감지부(140)는 포토 다이오드 등 광을 감지하는 센서로 구현될 수 있다. 감지부(140)는 광을 감지하면 감지한 광 데이터를 제어부(130)로 전송한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 감지부(140)는 구부러진 라인 광에 대응하는 광을 수신용 DMD(120)로부터 수신하여 이를 감지하고, 이 감지한 광 데이터를 제어부(130)로 전송한다.
한편, 제어부(130)는 송신용 DMD(110)의 동작 및 수신용 DMD(120)의 동작을 제어한다. 제어부(130)는 송신용 DMD(110)의 열 별 순차적 구동을 제어하며, 수신용 DMD(120)의 순차적 구동을 제어한다. 즉, 제어부(130)는 송신용 DMD(110) 및 수신용 DMD(120)이 도 2 내지 도 4와 같이 동작하도록 제어 동작을 수행한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)는 감지부(140)로부터 광 데이터를 수신하며, 수신한 광 데이터를 이용하여 거리(depth) 정보를 계산한다. 상기에서 설명한 바와 같이 대상물에 반사된 구부러진 라인 광은 거리 정보를 내포하고 있는데, 제어부(130)는 감지부(140)로부터 수신한 광 데이터를 이용하여 거리 정보를 계산한다. 제어부(130)의 거리 정보 계산 방법에 대해서 아래의 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치(100)는 제1 광학계(150)와 제2 광학계(160)를 포함한다.
제1 광학계(150)는 대상물와 수신용 DMD(120) 사이에 위치하며, 대상물에 반사된 구부러진 라인 광을 수신용 DMD(120)로 집속시키는 역할을 수행한다. 그리고 제1 광학계(150)는 노이즈를 제거하는 역할도 수행한다. 제1 광학계(150)는 볼록 렌즈 등으로 구성될 수 있다.
제2 광학계(160)는 수신용 DMD(120)와 감지부(140) 사이에 위치하며, 수신용 DMD(120)로부터 반사되는 광을 감지부(140)로 집속시키는 역할을 수행한다. 그리고 제2 광학계(160)는 노이즈를 제거하는 역할도 수행한다. 제2 광학계(160)도 볼록 렌즈 등으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)의 거리 정보 계산 방법을 설명하기 위한 거리 정보 획득 장치의 기하학적 구조도를 나타낸다.
도 5에서, P는 3차원 공간 상에서 대상 물체 표면의 한 점을 나타내며, (0,0,0)은 제1 광학계(150)의 렌즈 중심을 나타낸다. b는 기준선(baseline)으로서 광원인 송신용 DMD(110)로부터 제1 광학계(150)의 중심까지의 거리를 나타낸다. u는 수신용 DMD(120)의 중심점에서부터 구부러진 라인 광이 수신되는 수신용 DMD(120)의 요소 거울까지의 거리를 나타낸다. f는 제1 광학계(150)의 초점 거리(focal length)를 나타내며, θ는 라인 광이 기준선(b)와 이루는 각도를 나타낸다. 그리고, φ는 수신용 DMD(120)의 각 요소 거울이 기준선(b)와 이루는 각도를 나타낸다.
삼각함수를 적용하면, tanφ는 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
그리고 도 5에서, X1과 X2는 아래의 수학식 2와 수학식 3과 같다.
Figure pat00002
Figure pat00003
기준선(b)은 아래의 수학식 4와 같다.
Figure pat00004
수학식 4에 수학식 2 및 3을 대입하면, 아래의 수학식 5와 같이 된다.
Figure pat00005
수학식 5에서 tanφ 대신에 수학식 1을 넣고 z에 대해서 풀면, z는 아래의 수학식 6과 같이 된다.
Figure pat00006
상기 수학식 6에서 z는 제어부(130)가 계산하고자 하는 거리(depth) 정보이다. 수학식 6에서, b, f, θ는 거리 정보 획득 장치(100)의 셋팅 시에 이미 알고 있는 값이다. 따라서, 제어부(130)는 수학식 6에서 구부러진 라인 광에 대응하는 u 값만 획득하는 경우 거리(depth) 정보를 계산할 수 있다.
제어부(130)는 감지부(140)로부터 수신한 광 데이터를 이용하여 u 값을 획득할 수 있다. 제어부(130)은 수신용 DMD(120)를 제어하므로 수신용 DMD(120)의 각 요소 거울의 온(on) 시점을 알고 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 감지부(140)로부터 수신한 광 데이터를 통해 어느 요소 거울에 라인 광이 수신되었는지를 파악함으로써 u 값을 알게 된다.
제어부(130)가 u 값을 계산하는 방법을 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. t1 동안에, 도4의 410에 나타낸 빗금 친 부분에서 구부러진 라인 광이 나타난다. t1 동안에, 제어부(130)는 수신용 DMD(120)의 각 요소 거울을 순차적으로 구동시키며 구부러진 라인 광에 대응하는 광 데이터 정보를 감지부(140)를 통해 수신하므로 u 값을 계산할 수 있다. 즉, 410을 참조하면, 제어부(130)는 2, 9, 17, 25, 34, 41, 49, 58 번째 요소 거울에서 구부러진 라인 광이 발생했음을 알 수 있으므로, 이를 통해 u 값들을 계산할 수 있다. 그리고, 420을 참조하면, t2 동안에는 제어부(130)는 3, 10, 18, 26, 35, 43, 50, 59 번째 요소 거울에서 구부러진 라인 광을 발생했음을 알 수 있으므로 u 값들을 계산할 수 있다. 이와 같이 획득한 u 값을 이용하여, 제어부(130)는 거리(depth) 정보(즉, z)들을 최종적으로 계산한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수신용 DMD(120)의 순차적 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 수신용 DMD(120)는 도 4와 달리 1번째 열부터 n번째 열까지 순차적으로 구동되어 각 요소 거울이 순차적으로 온(on)될 수 있다. 이와 같은 경우에도 제어부(130)은 t1 동안 2, 3, 4, 6, 7, 9, 13, 16 번째 요소 거울에서 구부러진 라인 광을 검출하고 이 검출한 정보를 이용하여 u 값을 계산할 수 있다.
도 7a 및 도 7b 각각은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수신용 DMD(120)의 순차적 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 7a는 수신용 DMD(120)가 열 별로 순차적으로 구동 될 시에 구부러진 라인 광을 빠르게 검출하는 방법을 나타낸다.
도 7a에 나타낸 바와 같이, 수신용 DMD(120)의 1번째 열의 요소 거울들이 위에서 아래와 순차적으로 구동되어, 2, 3, 4, 6, 7 번째 요소 거울에서 광이 검출된다. 그리고 수신용 DMD(120)의 2번째 열의 요소 거울들이 위에서 아래와 순차적으로 구동되어, 9, 13, 16 번째 요소 거울에서 광이 검출된다. 수신용 DMD(120)에서 검출되는 광은 라인 형태이므로, 2번째 열이 모두 구동된 경우에는 더 이상의 광 검출을 할 필요가 없다. 따라서, 제어부(130)는 나머지 열에 대한 구동을 생략하여 광을 검출하는데 소비되는 시간을 더욱 줄일 수 있다.
도 7b는 수신용 DMD(120)가 행 별로 순차적으로 구동 될 시에 구부러진 라인 광을 빠르게 검출하는 방법을 나타낸다.
도 7b에 나타낸 바와 같이, 수신용 DMD(120)의 1번째 행의 요소 거울들이 왼쪽에서 오른쪽으로 순차적으로 구동되어 3번째 요소 거울에서 광이 검출된다. 수신용 DMD(120)에서 검출되는 광은 라인 형태이므로, 1번째 행에서 3번째 요소 거울 다음의 요소 거울들에는 더 이상이 광이 검출되지 않는다. 따라서, 3번째 요소 거울에서 광이 검출된 후 바로 2번째 행의 요소 거울들이 왼쪽에서 오른쪽으로 순차적으로 구동되어 10번째 요소 거울에서 광이 검출된다. 10번째 요소 거울에서 광이 검출된 후에 2번째 행은 더 이상의 광이 검출되지 않으므로, 2번째 행에서 10번째 요소 거울 다음의 요소 거울들에는 더 이상 광이 검출되지 않는다. 따라서, 10번째 요소 거울에서 광이 검출된 후에는 바로 3번째 행의 요소 거울들이 왼쪽에서 오른 순차적으로 구동된다. 이와 같은 방법은 통해 광을 검출하는데 소비되는 시간을 더욱 줄일 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치는 라인 광을 발생시키는 수단으로서 갈바노 미러를 사용하지 않고 DMD 소자를 사용하므로, 회전 소음이 없다. 본 발명의 실시예에 따른 거리 정보 획득 장치는 반사 광을 수신하는 수단으로서 DMD 소자를 사용함으로써 일정한 형태의 반사 광을 얻을 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예는 DMD 소자를 사용함으로써 거리 정보 획득 장치의 전체 크기를 줄일 수 있고 거리 정보를 안정적으로 획득할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예는 2개의 DMD 소자와 1개의 간단한 센서부를 통해 거리 정보를 획득할 수 있으므로 비용을 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (17)

  1. 제1 라인 광을 발생시키며 상기 제1 라인 광을 대상물로 조사하는 제1 디지털 마이크로 미러 소자,
    상기 대상물에서 반사되는 제2 라인 광을 수신하며, 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 반사하는 제2 디지털 마이크로 미러 소자,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 의해 반사되는 광을 감지하는 감지부, 그리고
    상기 제1 및 제2 디지털 마이크로 미러 소자의 동작을 제어하며, 상기 감지부에 의해 감지된 광에 대한 정보를 이용하여 상기 대상물의 거리(depth) 정보를 계산하는 제어부를 포함하는 거리 정보 획득 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함하며,
    상기 복수의 요소 거울 중 하나의 열(column)이 동시에 구동되어 상기 제1 라인 광이 발생되는 거리 정보 획득 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함하며,
    상기 복수의 요소 거울이 각각 하나씩 구동되어 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 상기 감지부로 반사하는 거리 정보 획득 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 조사하는 제1 기간 동안에, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자의 모든 요소 거울이 하나씩 구동되어 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 상기 감지부로 반사하는 거리 정보 획득 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 조사되는 각도, 그리고 상기 제2 라인 광이 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 수신되는 위치를 이용하여 상기 거리 정보를 계산하는 거리 정보 획득 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 n개의 행과 m개의 열로 구성된 복수의 요소 거울을 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 m보다 작은 소정의 열까지 순차적으로 구동시킨 후에 상기 n개의 요소 거울에서 광을 모두 검출한 경우, 상기 소정의 열을 제외한 나머지 열에 대해서는 구동을 생략하는 거리 정보 획득 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 요소 거울 중 1번째 행을 순차적으로 구동하는 중에 하나의 요소 거울에서 광을 검출한 경우, 나머지 1번째 행을 구동을 생략하고 2번째 행을 순차적으로 구동하는 거리 정보 획득 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디지털 마이크로 미러 소자와 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자 사이에 위치하며, 상기 제1 라인 광을 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자로 집속 시키는 광학계를 더 포함하는 거리 정보 획득 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자와 상기 감지부 사이에 위치하며, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소장에 의해 반사되는 광을 상기 감지부로 집속시키는 광학계를 더 포함하는 거리 정보 획득 장치.
  10. 대상물에 제1 라인 광을 조사하여 상기 대상물의 거리(depth) 정보를 획득하는 방법으로서,
    제1 디지털 마이크로 미러 소자를 이용하여, 상기 제1 라인 광을 발생시켜 상기 대상물에 조사하는 단계,
    제2 디지털 마이크로 미러 소자를 이용하여, 상기 대상물에서 반사되는 제2 라인 광을 반사하는 단계,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에서 상기 제2 라인 광이 반사되는 위치를 검출하는 단계, 그리고
    상기 검출된 위치를 이용하여 상기 거리 정보를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 의해 반사되는 광을 감지하는 단계, 그리고
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자를 구동한 시점과 상기 감지한 광을 이용하여, 상기 위치를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함하며,
    상기 조사하는 단계는, 상기 복수의 요소 거울 중 하나의 열(column)을 동시에 구동하여, 상기 제1 라인 광을 발생시켜 상기 대상물에 조사하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자는 복수의 요소 거울을 포함하며,
    상기 반사하는 단계는, 상기 복수의 요소 거울을 각각 하나씩 구동하여, 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 반사하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 조사되는 제1 기간에, 상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자의 모든 요소 거울이 하나씩 구동되어 상기 제2 라인 광에 대응하는 광이 반사되는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는, 상기 제1 라인광이 상기 대상물에 조사되는 각도, 그리고 상기 검출된 위치를 이용하여, 상기 거리 정보를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제1 복수의 요소 거울을 포함하며, 제1 라인 광을 대상물로 송신하는 제1 디지털 마이크로 미러 소자,
    제2 복수의 요소 거울을 포함하고, 상기 대상물에서 반사되는 제2 라인 광을 수신하며, 상기 제2 라인 광에 대응하는 광을 반사하는 제2 디지털 마이크로 미러 소자,
    상기 제2 디지털 마이크로 미러 소자에 의해 반사되는 광을 감지하는 감지부, 그리고
    제1 기간 동안, 상기 제1 복수의 요소 거울 중 하나의 열을 동시에 구동하여 상기 제1 라인 광이 발생되도록 제어하며, 상기 제2 복수의 요소 거울을 하나씩 구동하여 상기 제2 라인 광에 대응하는 광이 상기 감지부로 반사되도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 감지부에 의해 감지된 광에 대한 정보를 이용하여 상기 대상물의 거리(depth) 정보를 계산하는 거리 정보 획득 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 라인 광이 상기 대상물에 송신되는 각도, 그리고 상기 제2 라인 광이 상기 제2 복수의 요소 거울에서 수신되는 위치를 이용하여 상기 거리 정보를 계산하는 거리 정보 획득 장치.
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