KR20200107749A - 거리 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예는, 광을 출력하는 광원, 상기 광원에서 출력된 광의 세기를 감소시키고, 상기 광원에서 출력된 광이 투과되는 제1광학장치; 상기 광원으로부터 일정공간으로 출력되어 물체에 반사된 광을 수신하는 수광장치; 상기 광원과 상기 수광장치를 지지하는 기판; 상기 수광장치의 상측에 배치되어 상기 물체에 반사된 광을 모으고, 상기 물체에 반사된 광이 투과되는 제2광학장치; 상기 기판과 연결되도록 배치되고, 제1광학장치 및 제2광학장치를 상기 수광장치 및 광원으로부터 일정거리 이격시키는 프레임; 상기 프레임과 함께 상기 광원 측의 제1공동 및 상기 수광장치 측의 제2공동을 형성하도록 상기 광원 및 상기 수광장치의 사이에 배치된 격벽; 상기 광원의 출력을 감시 또는 제어하고, 상기 광원과 반대면으로 상기 기판에 배치되어 상기 기판을 통해 상기 광원과 상기 기판을 통해 전기적으로 연결되는 프로세서;를 포함하는, 거리 측정 장치를 제공한다.

Description

거리 측정 장치{DISTANCE MEASURING APPARATUS}
본 실시예는 거리 측정 장치에 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 기준 값 이하로 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.
또한, 레이저를 출력하는 광원은 일반적으로 레이저 다이오드 드라이버(Laser Diode Driver)에 의해 그 출력이 제어된다. 하지만, 레이저 다이오드 드라이버와 광원의 물리적 거리로 인해 전송되는 데이터의 손실, 임피던스 증가, 전력소모 증가 현상이 발생되고, 광원과 드라이버간의 정밀한 데이터 이동이 어려운 문제가 존재한다.
따라서, 레이저 다이오드 드라이버와 광원간의 물리적 거리를 최소화하여 광원과 드라이버간의 데이터 손실의 최소화, 정밀한 데이터 이동이 구현되고, 물리적 거리가 최소화됨에 따라 광원 또는 모듈의 이상이 생긴 경우에 드라이버를 통해 신속하게 대처하여 눈보호가 가능한 측정 모듈의 필요성이 대두되고 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 눈보호(eye-safety) 기능을 제공하는 거리 측정 장치에 대한 기술을 제공하는 것이다.
본 실시예의 다른 목적은, 광을 출력하는 광원과 광원을 제어하는 프로세서의 정밀한 데이터 이동을 위해 서로 간의 물리적 거리가 최소화되는 거리 측정 장치에 대한 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 일 실시예는, 광을 출력하는 광원, 상기 광원에서 출력된 광의 세기를 감소시키고, 상기 광원에서 출력된 광이 투과되는 제1광학장치; 상기 광원으로부터 일정공간으로 출력되어 물체에 반사된 광을 수신하는 수광장치; 상기 광원과 상기 수광장치를 지지하는 기판; 상기 수광장치의 상측에 배치되어 상기 물체에 반사된 광을 모으고, 상기 물체에 반사된 광이 투과되는 제2광학장치; 상기 기판과 연결되도록 배치되고, 제1광학장치 및 제2광학장치를 상기 수광장치 및 광원으로부터 일정거리 이격시키는 프레임; 상기 프레임과 함께 상기 광원 측의 제1공동 및 상기 수광장치 측의 제2공동을 형성하도록 상기 광원 및 상기 수광장치의 사이에 배치된 격벽; 상기 광원의 출력을 감시 또는 제어하고, 상기 광원과 반대면으로 상기 기판에 배치되어 상기 기판을 통해 상기 광원과 상기 기판을 통해 전기적으로 연결되는 프로세서;를 포함하는, 거리 측정 장치를 제공한다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 광원의 출력 값이 기준 범위를 벗어난 경우에 눈보호모드(eye-safety mode)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 제1광학장치에 반사된 광도를 측정하고, 상기 기판에 배치되는 감광 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 감광 장치에 측정된 광이 미리 정해진 기준 범위에서 벗어난 경우, 상기 프로세서가 눈보호모드(eye-safety)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 제1기판에는 상기 광원 및 상기 프로세서가 배치되고, 제2기판에는 상기 수광장치가 배치될 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 프레임, 상기 격벽, 및 상기 기판은 세라믹을 포함할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 세라믹은 저온 동시소성 세라믹일 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 프로세서는 상기 기판 내부에 형성된 비아-필을 통해서 상기 광원과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 프레임의 내측면, 및 상기 격벽의 외부면에 금속 접지(Metal Ground)가 배치될 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 제2광학장치는 적외선 필터를 포함할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 광원은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함하고, 상기 제1광학장치는 상기 광을 분산시키는 디퓨저를 포함할 수 있다.
다른 실시예는, 광을 출력하는 광원, 상기 광원에서 출력된 광의 세기를 감소시키고, 상기 광원에서 출력된 광이 투과되는 제1광학장치; 상기 광원으로부터 일정공간으로 출력되어 물체에 반사된 광을 수신하는 수광장치; 상기 수광장치의 상측에 배치되어 상기 물체에 반사된 광을 모으고, 상기 물체에 반사된 광이 투과되는 제2광학장치; 상기 제1광학장치 및 상기 제2광학장치를 상기 광원 및 상기 수광장치로부터 일정거리 이격시키면서 지지하고, 상기 광원 측의 제1공동 및 상기 수광장치 측의 제2공동을 형성하여 상기 광원 및 상기 수광장치를 서로 일정거리 이격시키는 구조체; 상기 광원의 출력을 감시 또는 제어하고, 상기 광원과 반대면으로 상기 구조체에 배치되어 상기 구조체를 통해 상기 광원과 전기적으로 연결되는 프로세서;를 포함하는, 거리 측정 장치를 제공한다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 광원의 출력 값이 기준 범위를 벗어난 경우에 눈보호모드(eye-safety mode)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 제1광학장치에 반사된 광도를 측정하고, 상기 기판에 배치되는 감광 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 감광 장치에 측정된 광이 미리 정해진 기준 범위에서 벗어난 경우, 상기 프로세서가 눈보호모드(eye-safety)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 구조체는 세라믹을 포함할 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 세라믹은 저온 동시소성 세라믹일 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 프로세서는 상기 구조체 내부에 형성된 비아-필을 통해서 상기 광원과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 거리측정 장치에 있어서, 상기 구조체의 내측면에 금속 접지(Metal Ground)가 배치될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 거리 측정 장치에 이상에 발생하여도 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있게 된다.
그리고 본 실시예에 의하면, 거리 측정 장치에서 광원과 프로세서 간의 데이터 손실 및 전력 소모 감소가 감소되고, 정밀한 데이터 이동이 가능하게 된다.
도 1은 제1실시예에 따른 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 2는 제2실시예에 따른 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 3은 제3실시예에 따른 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 4는 제3실시예에 따른 거리 측정 장치에 이상이 생긴 경우의 단면도이다.
도 5는 명세서의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 기판에 비아-필이 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 (A) 부분을 확대한 도면이다.
도 7은 제4실시예에 따른 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 8은 명세서의 실시예에 따른 거리 측정 모듈이 출력 값에 따라 작동모드를 변경하는 흐름도이다.
도 9는 명세서의 실시예에 따른 거리 측정 모듈이 획득된 광도에 따라 작동모드를 변경하는 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 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 거리 측정 장치(100)는 광원(110), 수광장치(120), 제1광학장치(130), 제2광학장치(140), 기판(150), 프레임(160), 격벽(170), 프로세서(180)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 기판 상에 배치될 수 있고 광을 출력할 수 있다. 광원(110)의 애노드전극은 기판의 애노드배선과 연결되고 캐소드전극은 기판의 캐소드배선과 연결될 수 있다.
광원(110)은 기판(150)에 와이어 본딩 형태로 연결되어 배치될 수 있다. 또는, 광원(110)은 플립칩 본딩(flip chip bonding) 방식으로 기판(150)에 와이어 없이 배치될 수 있다. 광원(110)이 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통하여 기판(150)과 연결되는 경우에는, 와이어 선이 필요하지 않고, 그에 따라, 보다 소형화된 거리 측정 장치를 구성할 수 있다.
그리고, 광원(110)은 레이저 등의 광을 출력할 수 있는 광원이면 이를 제한하지 않으나, 광원(110)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함할 수 있다.
수광장치(120)는 기판(150) 상에 배치될 수 있고, 광원(110)에서 출력되어 대상 물체에 반사된 광을 수신할 수 있다. 수광장치(120)의 애노드전극은 기판의 애노드배선과 연결되고 캐소드 전극은 기판의 캐소드 배선과 연결될 수 있다.
수광장치(120)는 기판(150)에 와이어 본딩 형태로 연결되어 배치될 수 있다. 또는, 수광장치(120)는 플립칩 본딩(flip chip bonding) 방식으로 기판(150)에 와이어 없이 배치될 수 있다. 수광장치(120)가 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통하여 기판(150)과 연결되는 경우에는, 와이어 선이 필요하지 않고, 그에 따라, 보다 소형화된 거리 측정 장치를 구성할 수 있다.
그리고, 수광장치(120)는 광을 수신하여 수신된 광을 통해 이미지를 형성하도록 할 수 있는 장치면 이를 제한하지 않으나, 수광장치(120)는 이미지센서, 예들 들어 전하결합소자(CCD), CMOS 이미지 센서일 수 있다.
그리고, 수광장치(120)가 물체에 반사된 광을 수신함에 따라 거리 측정 장치(100)가 물체의 거리를 계산할 수 있다. 예를 들어, ToF(Time-of-Flight) 방식의 거리 측정 장치는 광원에서 출력된 광이 수광장치로 입사된 시간을 측정하고 이를 통하여 물체의 거리를 계산할 수 있다. 또한, 구조광 방식의 거리측정 장치는 물체에 반사된 광이 수광장치에 입사되는 패턴을 분석하여 대상 물체의 거리를 측정할 수 있다.
제1광학장치(130)는 광원(110)에서 출력되는 광에 대하여 일정 공간으로 출력되는 광의 세기를 감소시키고, 출력된 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1광학장치(130)는 광을 확산시켜 광이 도달하는 영역을 넓게 만드는데, 이에 따라, 단위 면적에 공급되는 광의 세기가 감소될 수 있다.
그리고, 제1광학장치(130)는 광을 확산시켜 광의 세기를 감소시키는 장치면 이를 제한하지 않으나, 디퓨저, 회절광학소자(Diffraction Optical Element: DOE) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제2광학장치(140)는 광원(110)에서 일정공간으로 출력되어 대상 물체에 반사된 광을 모으고, 물체에 반사된 광이 투과될 수 있다. 예를 들어, 제2광학장치(140)는 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있고, 대상 물체에 반사된 광을 집광 및 투과하여 수광장치(120)가 광을 수신하도록 할 수 있다.
그리고, 제2광학장치(140)는 렌즈프레임부(141), 렌즈부(142), 투과기판(143)을 포함할 수 있다.
렌즈프레임부(141)는 렌즈부(142)를 지지할 수 있다. 렌즈프레임부(141)에는 나사산이 포함될 수 있고, 나사산을 통해 렌즈부(142)가 렌즈프레임부(141)에 끼워지면서 지지될 수 있다. 한편, 렌즈프레임부(141)에 나사산이 포함되는 경우에는 렌즈부(142)의 높이를 조절하면서 렌즈부(142)를 렌즈프레임부(141)에 고정시킬 수 있고, 따라서 고정과정에서 렌즈부(142)의 높이를 조절하는 것이 용이하게 되어 수광장치(120)와의 초점을 간편하고 정확하게 맞출 수 있다.
또한, 이와 다르게 렌즈프레임부(141)는 나사산을 포함하지 않고, 렌즈부(142)가 접착 방식을 통해 렌즈프레임부(141)와 결합할 수 있다.
투과기판(143)은 렌즈부(142)에서 집적된 광을 투과할 수 있다. 그리고, 투과기판상(143)에는 특정 파장의 광만 선택적으로 투과시킬 수 있는 광학 필터(미도시)가 배치될 수 있다. 그리고, 광학 필터는 적외선 투과 필터 일 수 있다. 예를 들어, 적외선 투과 필터가 투과기판(143)에 배치되고, 광원(110)에서 출력된 광이 물체에 반사되어 적외선 파장 영역의 광으로 거리 측정 장치에 입사되는 경우, 투과기판(143)이 적외선 파장 영역의 광만을 선택적으로 투과시켜 다른 파장영역대의 광이 입사되어 수광장치(120)에 생길 수 있는 노이즈를 줄여줄 수 있고, 거리 측정 모듈의 해상도를 높일 수 있다.
기판(150)은 광원(110)과 수광장치(120)를 지지할 수 있다. 기판(150)에는 배선이 패터닝될 수 있다. 그리고, 기판(150)은 외부로부터 전력을 공급받을 수 있고, 전력을 각 배선을 통해 광원(110) 및 수광장치(120) 등에 공급할 수 있다. 그리고 기판(150)은 다층 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 기판(150)은 구성 성분을 제한하지 않으나, 세라믹을 포함할 수 있고, 세라믹은 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic: LTCC)일 수 있다.
기판(150)은 세라믹을 포함할 수 있고, 세라믹으로 형성되는 경우에는 세라믹 소재의 우수한 방열 성능으로 인해 광원(110), 수광장치(120) 등에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출시키는 것이 가능하다.
그리고, 기판(150)이 세라믹으로 형성되는 경우, 기판(150)은 개개의 세라믹 층이 적층되면서 형성될 수 있고, 이에 따라 적층 시에 필요에 따라서 기판(150)의 각 층에 패턴을 형성할 수 있고, 이에 따라 광원(110), 수광장치(120), 프로세서(180), 감광장치 등을 기판 내부에 형성된 패턴을 통하여 전기적으로 연결할 수 있다.
프레임(160)은 기판(150)과 연결되도록 배치될 수 있고, 제1광학장치(130) 및 제2광학장치(140)를 수광장치(120) 및 광원(110)으로부터 일정거리 이격시킬 수 있다. 그리고, 프레임(160)은 제1광학장치(130) 및 제2광학장치(140)를 지지할 수 있다.
그리고, 수광장치(120) 측의 제2공동(2)을 형성하는 프레임(160b)는 광원(110) 측의 제1공동(1)을 형성하는 프레임(160a)의 높이 보다 낮게 형성될 수 있다. 프레임(160)의 높이가 상이하게 형성됨에 따라서, 제1광학장치(130)의 높이가 제2광학장치(140)의 하부 보다 높게 형성될 수 있다. 광원(110) 측의 프레임의 높이가 수광장치(120) 측의 프레임 높이보다 높게 형성되는 경우에는, 광원(110)에서 출력된 광이 수광장치에 직접 입사되는 경로가 차단될 수 있어 광원(110)에서 출력된 광이 물체에 반사되지 않고 제2공동(2)으로 입사되는 것이 방지될 수 있다.
격벽(170)은 프레임(160)과 함께 광원(110) 측의 제1공동(1) 및 수광장치(120) 측의 제2공동(2)을 형성하도록 광원(110) 및 수광장치(120)의 사이에 배치될 수 있다. 격벽(170)에 의해 형성되는 제1공동(1)에는 광원(110)이 배치되고, 제2공동(2)에는 수광장치(120)가 배치될 수 있다.
그리고, 격벽(170)은 광원(110)에서 출력된 광이 물체에 반사되지 않고 수광장치(120)가 배치되는 제2공동(2)으로 직접 입사되는 것을 차단할 수 있다. 그리고, 광원(110)에서 출력되는 광이 제2공동(2)으로 입사되는 것을 더욱 효율적으로 차단하기 위해, 격벽(170) 외부면에는 광 차단 필름이 배치될 수 있다.
그리고, 기판(150)과 마찬가지로 프레임(160)과 격벽(170)은 세라믹을 포함할 수 있고, 세라믹은 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic: LTCC)일 수 있다.
프레임(160)과 격벽(170)이 세라믹을 포함하거나 세라믹으로 형성되는 경우에는, 광원(110), 수광장치(120) 등에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출시키는 것이 가능하다. 그리고, 프레임(160)과 격벽(170)은 세라믹 적층을 통해 형성될 수 있고, 필요에 따라 적층 시 적층 단계에서 각 층에 패턴이 형성될 수 있다.
광원(110)으로의 전력공급은 프로세서(180)에 의해 감시 또는 제어될 수 있으며, 프로세서(180)는 정상모드와 눈보호모드에서 광원(110)으로 공급하는 전력을 다르게 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(180)는 정상모드에서만 광원(110)으로 전력을 공급하고 눈보호모드에서는 광원(110)으로 전력을 공급하지 않을 수 있다. 다른 예로, 프로세서(180)는 정상모드에서 보다 눈보호모드에서 상대적으로 적은 전력을 광원에 공급할 수 있다.
그리고, 프로세서(180)는 광원(110)의 출력을 감시하여 광원(110)의 출력 값이 기준 범위를 벗어난 경우, 눈보호모드를 작동하여, 광원(110)의 출력을 제한하여, 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있다.
또한, 프로세서(180)는 광원(110)과 반대면으로 기판(150)에 배치되어, 기판(150)의 배선 등을 통해서 광원(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 기판(150)이 세라믹으로 형성되는 경우에는, 기판(150) 내부에 형성되는 각 세라믹 층의 패턴을 통하여 프로세서(180)와 광원(110)이 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 프로세서(180)가 광원(110)과 반대면으로 기판(150)에 배치되는 구조는, 광원(110)과 같은 면의 기판(150)에 프로세서(180)를 배치하거나, 또는 제1공동(1) 외부에 프로세서(180)를 배치하는 구조 등에 비하여 광원(110)과 프로세서(180)가 연결되는 물리적 거리가 감소한다. 광원(110)과 프로세서(180) 사이의 거리가 감소함에 따라, 광원(110)과 프로세서(180)를 전기적으로 연결하는 배선 또는 패턴의 길이도 짧아지고, 이에 따라 나노스케일 단위의 펄스 신호를 주고받는 광원(110)과 프로세서(180)의 데이터 이동이 더욱 신속하고 정밀해질 수 있으며, 데이터 이동시의 데이터 손실 및 노이즈가 줄어 들고, 광원(110)과 프로세서(180)에서 소비되는 전력량도 감소될 수 있다.
또한, 프로세서(180)가 광원(110)의 반대면 기판에 배치됨에 따라 거리 측정 모듈 내의 광원(110)과 프로세서(180)의 효율적인 공간 배치가 가능하고, 따라서 거리 측정 모듈의 체적이 줄어들어 모듈의 소형화가 가능하다.
그리고, 프레임(150) 및 차벽(170)의 외부면에는 금속 접지(Metal Ground)가 배치될 수 있다. 금속 접지는 거리 측정 모듈(100)의 외부에서 발생되는 전자파로 인한 전자파 간섭현상을 차단할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치 내부의 광원(110), 수광장치(120), 프로세서(180) 등의 장치에 전자파 간섭이 생기는 것을 방지하여 거리 측정 장치(100)의 신뢰도를 높일 수 있다.
도 2는 제2실시예에 따른 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제2실시예에 따른 거리 측정 장치(200)는 광원(110), 수광장치(120), 제1광학장치(130), 제2광학장치(140), 기판(150), 제1기판(251), 제2기판(252), 격벽(170), 프로세서(180)를 포함할 수 있다.
제1기판(251)에는 광원(110)이 배치될 수 있고, 제2기판(252)에는 수광장치(120)가 배치될 수 있다. 그리고, 제1기판(251)은 제1광학장치(130)와 제2기판(252)의 사이의 높이에서 프레임(160)과 격벽(170)에 의해서 지지될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이 거리 측정 장치(200)의 기판이 제1기판(251) 및 제2기판(252)으로 분리되어 구성되는 경우에는, 프로세서(180)가 광원(110)과 반대면의 제1기판(251)에 배치되면서도 프레임(160)에 의해서 부분적으로 보호받을 수 있고, 프로세서(180)가 거리 측정 장치(200)의 외부로 노출되지 않기 때문에 외부의 충격 또는 오염원으로부터의 안정적인 보호가 가능하다. 그리고, 광원(110)과 프로세서(180)가 제1광학장치(130) 거리측정 장치(200)의 외측에서 내측으로 들어오면서 거리 측정 장치(200)의 체적도 줄어 들 수 있다.
그리고, 제1기판(251) 및 제2기판(252)은 격벽(170)에 형성된 배선을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 광원(110)은 제1기판(251)에 형성된 배선, 격벽(170)에 형성된 배선, 제2기판(252)에 형성된 배선을 통하여 수광장치(120)와 전기적으로 연결될 수 있고, 이를 통해 수광장치(120)와 데이터 송수신이 가능하다.
한편, 제1기판(251), 제2기판(252), 격벽(170), 및 프레임(160)은 세라믹을 포함할 수 있고, 세라믹은 저온 동시소성 세라믹일 수 있다. 그리고, 제1기판(251), 제2기판(252), 격벽(170)은 다수의 세라믹 층이 적층됨에 따라 형성될 수 있다. 이때 적층되는 각 세라믹 층에는 패턴이 형성될 수 있다. 따라서, 제1기판(251), 제2기판(252), 격벽(170)이 세라믹으로 형성되는 경우에는, 광원(110)과 수광장치(120)는 제1기판(251), 제2기판(252), 격벽(170) 내부에 형성된 패턴을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3은 제3실시예에 따른 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 3를 참조하면, 제3실시예에 따른 거리 측정 장치(300)는 광원(110), 수광장치(120), 제1광학장치(130), 제2광학장치(140), 기판(150), 제1기판(251), 제2기판(252), 격벽(170), 프로세서(180), 감광 장치(390)를 포함할 수 있다.
감광 장치(390)는 제1광학장치(130)에 의해 일부 반사된 광의 광도를 측정하고, 제1기판(251)에 배치될 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4에는 감광 장치(390)가 제1기판(251)에 배치된 것이 도시되었으나, 이에 제한되지는 않고, 도 1에서 도시된 제1실시예 거리 측정 장치(100)의 기판(150)에 배치될 수 있다.
그리고, 감광 장치(390)는 제1광학장치(130)에 의해서 반사된 광을 측정할 수 있는 장치면 이를 제한하지 않으나, 구체적으로 광 다이오드일 수 있다.
광원(110)에서 출력된 광은 제1광학장치(130)에 의해서 반사되고, 반사된 광이 감광 장치로 입사될 수 있다(10). 이때 감광 장치(390)는 입사된 광의 광도를 측정하고, 측정된 광도 값을 프로세서로 송신할 수 있다. 프로세서(180)는 수신한 광도 값이 미리 정해진 범위를 벗어나는지 여부를 판단하고, 측정된 광도가 미리 정해진 범위를 벗어나는 경우, 눈보호모드를 작동해 광원(110)의 출력을 제한하여 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있다.
구체적으로, 광원(110)에 생긴 이상으로 인해 광원(110)에서 출력되는 광의 세기가 안전 범위 보다 높은 경우, 광원(110)에서 출력된 광은 제1광학장치(130)에 의해 일부가 반사되기 때문에, 반사된 광의 광도 또한 미리 정해진 기준 범위보다 높을 수 있다. 이때, 감광 장치(390)는 반사된 광의 광도를 측정하여 광도 값을 프로세서(180)로 송신하고, 프로세서(180)는 측정된 광도가 미리 정해진 기준 범위를 벗어나는지 여부를 판단하여, 눈보호모드(eye-safety mode)를 작동하여 광원(110)의 출력을 제한할 수 있다.
도 4는 제3실시예에 따른 거리 측정 장치에 이상이 생긴 경우의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 거리 측정 장치(300) 외부에서의 충격 등으로 인해, 제1광학장치(251)가 프레임(160) 및 격벽(170)으로부터 이격될 수 있다.
한편, 제1광학장치(251)가 정상적인 위치에서 벗어나게 되면, 광원(110)에서 출력되는 광의 세기가 감소되지 않은 상태에서 사용자의 눈에 도달하면서 눈에 손상을 일으킬 수 있다. 광원(110)에서 출력된 광은 제1광학장치(130)가 정상적인 위치에서 벗어나게 됨에 따라 제1광학장치(130)에서 반사되는 경로가 변경될 수 있다. 따라서, 감광 장치(390)에 입사되는 광량은 줄어들 수 있다. 즉, 제1광학장치(390)에 이상이 생긴 경우, 감광장치(390)에서 측정되는 광도는 제1광학장치(130)가 정상적인 위치에 위치한 경우보다 낮아질 수 있고, 미리 정해진 범위 보다 낮을 수 있다. 감광 장치(390)에서 측정되는 광도가 미리 정해진 광도보다 낮은 경우, 프로세서(180)는 눈 보호 모드를 작동하여 광원(110)의 출력을 제한할 수 있고, 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 거리 측정 장치는 광원(110)에 이상이 발생하여 미리 정해진 세기보다 강한 광을 출력하는 경우, 및 제1광학장치(130)가 정상적인 위치를 벗어나 출력된 광의 세기가 줄어들지 않는 경우에 프로세서(180)가 눈보호모드를 작동하여 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있다.
한편, 프로세서(180)는 감광 장치(390)와 반대면으로 기판(251)에 배치되어 기판(251)을 통해 감광 장치(390)와 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 감광 장치(390)와 프로세서(180)의 거리가 감소될 수 있다. 따라서, 프로세서(180)와 감광 장치(390)의 전기적 연결 거리가 줄어들 수 있어 정밀한 데이터 이동이 가능하고, 데이터 이동 시의 손실 및 노이즈가 감소될 수 있다.
도 5는 명세서의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 기판에 비아-필이 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 (A) 부분을 확대한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 프로세서(180)는 광원(110)과 반대면으로 제1기판(251)에 배치될 수 있고, 제1기판(251) 내부에 형성된 비아-필(40)을 통해 광원과 전기적으로 연결될 수 있다.
비아-필(40)은 전기 전도성인 물질이면 이를 제한하지 않으나, 바람직하게는 구리, 니켈, 금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
광원(110)과 프로세서(180)가 제1기판(251) 내부에 형성된 비아-필(40)을 통해서 전기적으로 연결되는 경우, 비아-필(40)을 통해서 데이터를 송수신 할 수 있으며(30), 광원(110)과 프로세서(180)가 연결되는 물리적 거리가 더욱 감소될 수 있고, 이에 따라 광원(110)과 프로세서(180) 간의 전기적 저항이 낮아지고 더욱 정밀한 데이터 이동이 가능할 수 있다.
또한, 제1기판(251) 다층 구조로 형성되는 경우, 제1기판(251) 내부에 내부 패턴(50)이 형성될 수 있고, 내부 패턴(50)은 비아-필(40)과 연결될 수 있다. 따라서, 비아-필(40)은 광원(110)과 프로세서(180)를 전기적으로 연결하면서, 수광장치(120) 등 거리 측정 장치의 다른 장치와도 내부 패턴(50)을 통해 전기적으로 연결할 수 있다.
도 7은 제4실시예에 따른 거리 측정 장치의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제4실시예에 따른 거리 측정 장치(400)는 광원(110), 수광장치(120), 제1광학장치(130), 제2광학장치(140), 구조체(450), 프로세서(180)를 포함할 수 있다.
구조체(450)는 제1광학장치(130) 및 제2광학장치(140)를 광원(110) 및 수광장치(120)로부터 일정거리 이격시키면서 지지하고, 광원(110) 측의 제1공동(401) 및 수광장치(120) 측의 제2공동(402)을 형성하여 광원(110) 및 수광장치(120)를 서로 일정거리 이격시킬 수 있다.
구조체(450)는 세라믹을 포함할 수 있고, 세라믹으로 형성되는 경우에는 광원(110), 수광장치(120) 등에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출시키는 것이 가능하다.
그리고, 구조체(450)는 다수의 세라믹 층이 적층되면서 형성될 수 있고, 이에 따라 적층 시에 필요에 따라서 각 세라믹 층에 패턴이 형성될 수 있고, 이에 따라 광원(110), 수광장치(120), 프로세서(180) 등을 구조체 내부에 형성된 패턴을 통하여 전기적으로 연결할 수 있다.
그리고, 구조체(450)의 외부면에는 금속 접지(Metal Ground)가 배치될 수 있다. 금속 접지는 거리 측정 모듈(100)의 외부에서 발생되는 전자파로 인한 전자파 간섭현상을 차단할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치 내부의 광원(110), 수광장치(120), 프로세서(180) 등의 장치에 전자파 간섭이 생기는 것을 방지하여 거리 측정 장치(100)의 신뢰도를 높일 수 있다.
한편, 거리 측정 장치(400)가 프레임, 기판, 격벽 등의 결합이 아닌 일체형의 구조체(450)로 구성되는 경우에는 거리 측정 장치(400)의 내구도가 향상될 수 있다. 구체적으로, 일체형의 구조체(450)는 프레임과 기판, 격벽과 기판 등의 연결이 요구되지 않고, 이에 따라 각 구성의 연결 부분에서 발생될 수 있는 기계적인 결함이 억제될 수 있다.
또한, 거리 측정 장치(400)가 일체형의 구조체(450)를 포함하는 경우, 제2광학장치(140)와 수광장치(120)의 초점 정렬이 용이할 수 있다. 예를 들어 프레임과 기판, 기판과 격벽이 연결되어 거리 측정 장치를 구성하는 경우에는 프레임과 기판사이를 고정하는 접착제의 부피 변화 등으로 인해 각 구성요소의 연결과정에서 제2광학장치(140)와 수광장치(120) 간의 초점 거리가 미리 정해진 거리에서 벗어 날 수 있다. 하지만, 일체형인 구조체(450)로 거리 측정 장치(400)가 구성되는 경우에는 프레임, 기판, 격벽의 연결과정이 요구되지 않기 때문에 정확한 초점 거리 정렬이 가능하다.
도 8은 명세서의 실시예에 따른 거리 측정 모듈이 출력 값에 따라 작동모드를 변경하는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 프로세서는 광원으로부터 출력 값을 획득할 수 있다(S102). 여기서 출력 값은 광원에서 소비되는 전력 값일 수 있다.
프로세서는 측정된 출력 값이 기준 출력 값에 비해 작은 값인지 판단할 수 있다(S104).
프로세서는 출력 값이 기준 출력 값보다 낮으면 광원을 정상모드로 구동할 수 있다. (S106) 그리고, 프로세서는 출력 값이 기준 출력 값보다 높으면 광원을 눈보호모드(eye-sasfety mode)로 구동할 수 있다(S108). 눈보호모드에서 프로세서는 광원을 턴오프시킬 수 있거나, 광원으로의 전력공급을 줄일 수 있다.
도 9는 명세서의 실시예에 따른 거리 측정 모듈이 획득된 광도에 따라 작동모드를 변경하는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 프로세서는 감광 장치로부터 광도를 획득할 수 있다(S202). 여기서 광도는 광원에서 출력되어 제1광학장치에 반사된 광도일 수 있다.
프로세서는 측정된 광도가 기준 범위를 초과하는지 여부에 대해 판단할 수 있다(S204).
프로세서는 측정된 광도가 기준범위 내에 속하면 광원을 정상모드로 구동할 수 있다. (S206) 그리고, 프로세서는 광도가 기준 범위를 벗어나면 광원을 눈보호모드(eye-sasfety mode)로 구동할 수 있다(S208). 눈보호모드에서 프로세서는 광원을 턴오프시킬 수 있거나, 광원으로의 전력공급을 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 거리 측정 장치에 이상에 발생하여도 사용자의 눈을 안전하게 보호할 수 있게 된다.
그리고 본 실시예에 의하면, 거리 측정 장치에서 광원과 프로세서 간의 데이터 손실 및 전력 소모 감소가 감소되고, 정밀한 데이터 이동이 가능하게 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 (19)

  1. 광을 출력하는 광원,
    상기 광원에서 출력된 광의 세기를 감소시키고, 상기 광원에서 출력된 광이 투과되는 제1광학장치;
    상기 광원으로부터 일정공간으로 출력되어 물체에 반사된 광을 수신하는 수광장치;
    상기 광원과 상기 수광장치를 지지하는 기판;
    상기 수광장치의 상측에 배치되어 상기 물체에 반사된 광을 모으고, 상기 물체에 반사된 광이 투과되는 제2광학장치;
    상기 기판과 연결되도록 배치되고, 제1광학장치 및 제2광학장치를 상기 수광장치 및 광원으로부터 일정거리 이격시키는 프레임;
    상기 프레임과 함께 상기 광원 측의 제1공동 및 상기 수광장치 측의 제2공동을 형성하도록 상기 광원 및 상기 수광장치의 사이에 배치된 격벽;
    상기 광원의 출력을 감시 또는 제어하고, 상기 광원과 반대면으로 상기 기판에 배치되어 상기 기판을 통해 상기 광원과 상기 기판을 통해 전기적으로 연결되는 프로세서;를 포함하는, 거리 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 광원의 출력 값이 기준 범위를 벗어난 경우에 눈보호모드(eye-safety mode)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한하는, 거리 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1광학장치에 반사된 광도를 측정하고, 상기 기판에 배치되는 감광 장치를 더 포함하는, 거리 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감광 장치에 측정된 광이 미리 정해진 기준 범위에서 벗어난 경우,
    상기 프로세서가 눈보호모드(eye-safety)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한하는, 거리 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 제1기판, 및 제2기판을 포함하고,
    제1기판에는 상기 광원 및 상기 프로세서가 배치되고, 제2기판에는 상기 수광장치가 배치되는, 거리 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프레임, 상기 격벽, 및 상기 기판은 세라믹을 포함하는, 거리 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세라믹은 저온 동시소성 세라믹인, 거리 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 기판 내부에 형성된 비아-필을 통해서 상기 광원과 전기적으로 연결되는, 거리 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 내측면, 및 상기 격벽의 외부면에 금속 접지(Metal Ground)가 배치된, 거리 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2광학장치는 적외선 필터를 포함하는, 거리 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함하고,
    상기 제1광학장치는 상기 광을 분산시키는 디퓨저를 포함하는, 빔프로젝터모듈.
  12. 광을 출력하는 광원,
    상기 광원에서 출력된 광의 세기를 감소시키고, 상기 광원에서 출력된 광이 투과되는 제1광학장치;
    상기 광원으로부터 일정공간으로 출력되어 물체에 반사된 광을 수신하는 수광장치;
    상기 수광장치의 상측에 배치되어 상기 물체에 반사된 광을 모으고, 상기 물체에 반사된 광이 투과되는 제2광학장치;
    상기 제1광학장치 및 상기 제2광학장치를 상기 광원 및 상기 수광장치로부터 일정거리 이격시키면서 지지하고, 상기 광원 측의 제1공동 및 상기 수광장치 측의 제2공동을 형성하여 상기 광원 및 상기 수광장치를 서로 일정거리 이격시키는 구조체;
    상기 광원의 출력을 감시 또는 제어하고, 상기 광원과 반대면으로 상기 구조체에 배치되어 상기 구조체를 통해 상기 광원과 전기적으로 연결되는 프로세서;를 포함하는, 거리 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 광원의 출력 값이 기준 범위를 벗어난 경우에 눈보호모드(eye-safety mode)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한하는, 거리 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1광학장치에 반사된 광도를 측정하고, 상기 기판에 배치되는 감광 장치를 더 포함하는, 거리 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 감광 장치에 측정된 광이 미리 정해진 기준 범위에서 벗어난 경우,
    상기 프로세서가 눈보호모드(eye-safety)를 작동하여 상기 광원의 출력을 제한하는, 거리 측정 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 구조체는 세라믹을 포함하는, 거리 측정 장치
  17. 제16항에 있어서,
    상기 세라믹은 저온 동시소성 세라믹인, 거리 측정 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 구조체 내부에 형성된 비아-필을 통해서 상기 광원과 전기적으로 연결되는, 거리 측정 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 구조체의 내측면에 금속 접지(Metal Ground)가 배치된, 거리 측정 장치.



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