KR20210120535A - 이미지 획득 장치 - Google Patents

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KR20210120535A
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조아영
이창환
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엘지전자 주식회사
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Abstract

소형 장치에서 하이퍼스펙트럴 이미지를 용이하게 획득하고, 파장에 대한 해상력을 높이기 위해, 광원부 및 센서부를 포함하는 이미지 획득 장치에 있어서, 상기 광원부는, 서로 다른 파장의 빛을 발산하는 복수 류의 에미터 각각이 복수로 구비된 에미터부, 상기 에미터부를 복수의 세그먼트로 구획하고, 상기 구획된 복수의 세그먼트 각각을 독립적으로 회로 구성하는 회로부 및 상기 복수의 세그먼트가 서로 다른 강도 또는 시간에 구동되도록 상기 회로부를 구동하는 구동부를 포함하는 이미지 획득 장치를 제공한다.

Description

이미지 획득 장치{IMAGE ACQUIRING DEVICE}
본 발명은 조명 및 카메라를 포함하여 피사체에 대한 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치에 관한 것이다.
이미지 획득 장치는 피사체에 대한 이미지를 획득하는 광학 시스템을 구비한 장치를 말한다. 이미지 획득 장치는 디지털 카메라, 또는 적외선 카메라 등 이미지 획득 기능만을 수행하는 전용 기기의 형태 또는 스마트폰과 같은 다른 기능을 수행하는 단말기의 형태 등으로 구현될 수 있다.
특히 최근에는 스마트폰의 개발과 보급에 따라, 이미지의 활용성이 대폭 향상되었으며, 이에 따라 최근에는 가시광선 영역의 RGB 이미지뿐만 아니라 더 넓고 세분화된 파장 영역의 성분을 포함하는 하이퍼스펙트럴(hyperspectral) 이미지 또는 멀티스펙트럴(multispectral) 이미지를 얻기 위한 이미지 획득 장치에 대한 요구도 커지고 있다.
하이퍼스펙트럴 또는 멀티스펙트럴 이미지를 얻기 위해서는 카메라 또는 조명이 그에 대응하는 제원을 갖춰야한다. 즉 복수의 파장을 구분하여 수광 가능한 카메라, 또는 복수의 파장에 대해 발광 가능한 조명을 필요로 한다.
하이퍼스펙트럴 또는 멀티스펙트럴 이미지를 얻기 위해 종래에는 UV, 할로겐, 또는 LED와 같이 넓은 파장 대역을 커버하는 조명을 사용함과 동시에, 이를 구분하여 수광할 수 있는 카메라를 사용하였다.
하지만 이러한 전형적인 조명들은 할로겐을 사용해야 하는 점, 상대적으로 큰 발열을 갖는 점 및 상대적으로 큰 소비 전력을 갖는 점 등의 문제들이 있다. 특히 이러한 문제점들은 최근 추세인 소형 장치에서 더더욱 큰 단점이 된다.
뿐만 아니라, 이러한 조명을 제어하기 위한 컨트롤러는 큰 부피를 차지하는 문제가 있어 소형 장치에는 부적합하다.
또한 종래의 조명은 파장 폭이 넓어 목표하는 파장에 대한 정보만을 추출하여 사용하기 어렵다.
본 발명은 전술한 문제인 멀티스펙트럴 또는 하이퍼스펙트럴 이미지를 획득하기 위한 조명이 소형 장치에 구비되기 부적절한 문제, 원하는 파장 성분만을 갖는 이미지를 획득하지 못해 정확한 정보를 얻을 수 없던 문제 등을 해결하는 것을 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 광원부 및 센서부를 포함하는 이미지 획득 장치에 있어서, 상기 광원부는, 서로 다른 파장의 빛을 발산하는 복수 류의 에미터 각각이 복수로 구비된 에미터부, 상기 에미터부를 복수의 세그먼트로 구획하고, 상기 구획된 복수의 세그먼트 각각을 독립적으로 회로 구성하는 회로부 및 상기 복수의 세그먼트가 서로 다른 강도 또는 시간에 구동되도록 상기 회로부를 구동하는 구동부를 포함하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 세그먼트 각각은 복수 류의 에미터를 포함하는 이미지 획득 장치 를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 구동부는 상기 복수의 세그먼트가 순차적으로 구동하도록 구동하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 구동부는 동일한 세그먼트에 속하는 복수의 에미터가 모두 동시에 구동하도록 구동하고, 상기 센서부는 시간 또는 영역에 따라 수광하는 파장을 달리하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 구동부는 하나의 류의 에미터가 상기 복수의 세그먼트의 구동 순서에 따라 순차적으로 구동한 다음, 다른 하나의 류의 에미터가 상기 복수의 세그먼트의 구동 순서에 따라 순차적으로 구동하도록 구동하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 센서부는 시간 또는 영역에 따라 수광하는 파장을 달리하거나, 파장의 구분없이 수광하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 각 류의 에미터가 상기 복수의 세그먼트 전체에 대해 순차적으로 구동하는 시간은 상기 이미지 획득 장치의 단위 프레임(frame) 시간에 대응하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 세그먼트 각각은 복수의 에미터가 동일한 패턴으로 배치되는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 센서부는, 영역별로 구분되어 복수 파장 빛을 수광할 수 있는 최소 단위인 단위 픽셀을 형성하고, 상기 단위 픽셀의 파장 패턴은 상기 세그먼트 각각에 구비되는 에미터의 파장의 패턴에 대응되는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 단위 픽셀에 대응하는 복수의 픽셀은 인접한 파장끼리 공간적으로 인접하여 구비되는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 세그먼트 각각은 한 류의 에미터를 포함하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 세그먼트는 (m * n, m 및 n은 자연수)의 행렬 형태로 배치되고, 상기 각 세그먼트 내의 복수의 에미터는 (p * q, p 및 q은 자연수)의 행렬 형태로 배치되는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 류의 에미터는, R-파장 에미터, G-파장 에미터, B-파장 에미터 및 IR-파장 에미터를 포함하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 에미터는 수직 캐비티 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL)인 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 센서부가 적어도 두 개 구비되고, 상기 세그먼트 각각의 에미터 배열 패턴은 서로 다른 이미지 획득 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 구동부는, 상기 복수의 세그먼트 중 외측에 구비된 세그먼트의 에미터 밝기가 내측에 구비된 세그먼트의 에미터 밝기보다 밝도록 구동하는 이미지 획득 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 이미지 획득 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 멀티스펙트럴 또는 하이퍼스펙트럴 이미지를 획득할 수 있는 소형 장치의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 멀티스펙트럴 또는 하이퍼스펙트럴 이미지 획득을 위한 전력 소모를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 다양한 형태의 멀티스펙트럴 또는 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻을 수 있어 활용성이 증대된다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 이미지의 파장 해상력이 높아져 높은 활용성이 기대된다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 RGB스펙트럼, 멀티스펙트럼 및 하이퍼스펙트럼을 순차적으로 표현한 개념도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 이미지 획득 장치에 관한 개념도이다.
도 3은 본 발명과 관련된 에미터부의 일 형태를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명과 관련된 이미지 획득 장치에 관한 두 실시 예의 개념도이다.
도 6 내지 도 12는 본 발명과 관련된 광원부의 몇 가지 실시 예들에 대한 개념도이다.
도 13은 본 발명과 관련된 광원부 및 센서부의 또 다른 실시 예에 대한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 RGB스펙트럼, 멀티스펙트럼 및 하이퍼스펙트럼을 순차적으로 표현한 개념도이다.
도 1(a)를 참조하면, 통상적으로 RGB 이미지는 세 개의 주요 파장의 정보를 포함한다. 이 세 개의 파장은 red, green 및 blue에 대응된다.
도 1(b)를 참조하면, 멀티스펙트럼은 통상 RGB-파장보다 3개 내지 10개의 파장 영역대의 정보를 더 포함하는 스펙트럼으로 정의된다.
도 1(c)를 참조하면, 하이퍼스펙트럼은 RGB-파장보다 수백개의 파장의 정보를 더 포함하는 스펙트럼으로 정의된다.
RGB 스펙트럼의 파장 성분을 갖는 이미지를 RGB 이미지, 멀티스펙트럼의 파장 성분을 갖는 이미지를 멀티스펙트럴 이미지, 그리고 하이퍼스펙트럼의 파장 성분을 갖는 이미지를 하이퍼스펙트럴 이미지로 정의된다.
멀티스펙트럼 또는 하이퍼스펙트럼은 RGB-파장 사이 값에 대응하는 파장을 포함할뿐만 아니라, RGB 스펙트럼 중 최소 파장(435nm)보다 더 작은 파장, 또는 RGB 스펙트럼 중 최대 파장(630nm)보다 더 큰 파장을 포함할 수 있다. 예를 들어, 멀티스펙트럴 또는 하이퍼스펙트럴은 적외선(IR) 영역을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 멀티스펙트럴 또는 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위한 특징을 포함한다. 다만 이는 멀티스펙트럴 이미지 또는 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기에 용이한 특징인 것이며, 종래의 RGB 이미지, 또는 RGB-IR 이미지 등을 얻는데 사용할 수 없음을 뜻하는 것은 아니다. 이러한 이유로, 이후에서는 모든 이미지를 하이퍼스펙트럴 이미지를 예로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명과 관련된 이미지 획득 장치에 관한 개념도이고, 도 3은 본 발명과 관련된 에미터부(210)의 일 형태를 도시한 것이다.
도 2(a)는 광원부(200)에 관한 개념도이고, 도 2(b)는 센서부(300)에 관한 개념도이다. 광원부(200)는 전술한 조명에 대응하는 개념이고, 센서부(300)는 카메라에 대응하는 개념이다.
이미지 획득 장치는 광원부(200) 및 센서부(300)를 포함한다. 광원부(200)는 피사체에 기 설정된 파장 또는 그 파장을 파장 영역대 빛을 출사한다. 광원부(200)에서 출사된 빛은 피사체에 반사되고, 반사된 빛의 일부는 센서부(300)에 수광되어 이미지로 획득된다.
좀 더 구체적으로, 광원부(200)는 적어도 하나의 에미터(emitter, 211)를 포함하는 에미터부(emitter part, 210) 및 광학 부재(250)를 포함한다.
광학 부재(250)는 출사된 빛을 회절 또는 굴절시키는 기능을 수행한다. 광학 부재(250)는 굴절 소자인 렌즈, 회절 소자인 디퓨져(diffuser), 회절 광학 소자(diffractive optical elements; DOE) 혹은 렌즈와 회절 소자의 복합구성으로 구성될 수 있다.
에미터(211)는 빛을 발산하는 부재의 최소 단위로 정의된다. 에미터부(210)가 복수의 에미터(211)를 포함하는 경우, 각 에미터(211)는 다른 에미터(211)와 독립적으로 구동될 수 있다는 점에서 구분의 의의를 가진다.
에미터부(210)는 복수의 세그먼트(1)로 구획되어 독립적으로 구동될 수 있다. 즉 에미터부(210)의 복수 에미터(211)는 세그먼트(1) 단위로 온/오프, 강도 조절 등의 동작이 수행될 수 있다.
각 세그먼트(1)는 적어도 하나의 에미터(211)와 대응될 수 있다. 하나의 세그먼트(1)에 대응하는 복수의 에미터(211)의 동작은 동시에 수행될 수도 있으나, 반드시 그러한 것은 아니며, 개별적으로 수행될 수도 있다.
세그먼트(1)들의 독립 구동을 위해, 회로부는 적어도 각 세그먼트(1)가 구분되어 제어 가능하도록 연결된다. 나아가, 하나의 세그먼트(1)에 대응하는 복수의 에미터(211)들을 독립적으로 구동시킬 필요가 있는 경우, 회로부는 각 에미터(211)가 구분되어 제어 가능하도록 더 세분화 되어 연결될 수 있다.
구동부는 이렇게 연결된 회로부를 통해 각 세그먼트(1), 또는 각 에미터(211)를 독립적으로 구동시킬 수 있다.
센서부(300)는 피사체에 반사된 빛을 수광하여 이미지화 한다. 센서부(300)는 렌즈(310), 필터(320) 및 이미지 센서(330)를 포함한다.
렌즈(310)는 필터(320) 및 이미지 센서(330)로 빛이 적절히 도달하기 위해 초점을 조절한다. 렌즈(310)에 의해 이미지 센서(330)는 선명한 이미지를 얻을 수 있다.
필터(320)는 렌즈(310)를 통과한 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과시켜 이미지 센서(330)에 도달할 수 있도록 한다.
센서부(300)는 복수의 파장을 구분하여 수광할 수 있는 형태인 멀티 센서부, 또는 파장의 구분없이 수광하는 싱글 센서부의 형태로 구비될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 멀티 센서부는 파장을 선택적으로 투과시키는 필터(320)에 의해 얻고자 하는 파장에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다.
필터(320)는 공간으로 구분되어 복수의 파장을 투과시킬 수도 있고, 또는 시간으로 구분되어 복수의 파장을 투과시킬 수도 있다. 전자의 형태로 수행되는 센서부(300)를 공간식 멀티 센서부, 후자의 형태로 수행되는 센서부(300)를 시간식 멀티 센서부로 정의한다.
공간식 멀티 센서부에서는, 필터(320)가 서로 다른 파장을 투과시키는 복수의 영역으로 구획됨으로써 영역별로 서로 다른 파장의 빛을 동시에 투과시켜 이미지를 얻도록 할 수 있다. 시간식 멀티 센서부에서는, 서로 다른 파장을 투과시키는 복수의 필터(320)가 선택적으로 사용되어 이미지 센서(330)에 빛을 도달하게 한다. 예를 들어 시간식 멀티 센서부는 단일 파장을 투과시키는 복수의 필터(320)가 회전하는 원형 부재에 구비되어 각 필터(320)가 순차적으로 렌즈(310) 및 이미지 센서(330) 사이에 배치되는 형태를 띨 수 있다.
공간식 멀티 센서부는 한 프레임에 모든 파장 성분에 대한 정보를 얻을 수 있는 반면 해상력이 떨어져 이를 보완하는 알고리즘이 필요하다. 한편 시간식 멀티 센서부는 물리적으로 필터(320)가 교체되어야 한다는 점에서 물리적 구동을 위한 구동계, 공간 등이 필요하하고, 일반 센서를 사용하는 경우 프레임 레이트(frame rate)가 상대적으로 저하될 수도 있다.
이미지 획득 장치가 파장의 구분없이 제공되는 광대역(broadband) 조명(또는 태양광)을 이용하여 하이퍼스펙트럴 이미지를 얻기 위해서는 공간식 멀티 센서부, 또는 시간식 멀티 센서부의 형태로 구비되어 목표로 하는 복수의 파장에 대응하는 필터(320)를 가져야 한다.
그런데 광대역 조명은 파장 폭이 높아 목표로 하는 파장 성분에 대한 데이터를 정확하게 얻기 어렵다. 따라서, 광원부(200)는 각 파장의 폭이 좁은 협대역(narrow band) 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 즉 광원부(200)는 목표로 하는 복수의 파장 별로 구분되어 제공될 수 있다. 개별 파장의 광원을 공급하기 위해, 본 발명의 광원부(200)는 서로 다른 파장의 빛을 발산하는 복수 류의 에미터(211)들로 형성되는 에미터부(210)를 포함한다. 예를 들어, 에미터부(210)는 제1 류 에미터, 제2 류 에미터, 제3 류 에미터 및 제4 류 에미터로 구성될 수 있으며, 더 구체적으로는 제1 류 에미터는 R-파장의 빛을 내는 에미터(211a), 제 2 류 에미터는 G-파장의 빛을 내는 에미터(211b), 제3 류 에미터는 B-파장의 빛을 내는 에미터(211c), 제4 류 에미터는 IR-파장의 빛을 내는 에미터(211d)가 될 수 있다. R, G, B, IR의 파장은 일 실시 예이며, 목표로 하는 파장에 따라 얼마든지 변경될 수 있으며, 그 개수 또한 4개에 제한되지 않고 더 적거나 많아질 수 있다.
각 에미터(211)는 레이저 다이오드(laser diode; LD), 특히 수직 캐비티 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL, 또는 빅셀)로 구현되어 매우 좁은 파장(narrow band) 폭, 예를 들어 3nm의 폭을 형성할 수 있다.
복수 류의 에미터(211)는 동시에 구동되거나, 또는 이시에 구동될 수 있다.
여기서 복수 류의 에미터(211)가 이시에 구동된다는 의미는, 동시간대에는 같은 파장의 에미터(211)만 구동될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 제1 류의 에미터가 발광하고 꺼진 뒤, 제2 류의 에미터가 발광하고 꺼지고, 그 다음 제3 류의 에미터가 발광하고 꺼지는 등의 동작을 의미한다. 이는 세그먼트(1)의 이시 구동과는 구분되는 것으로, 세그먼트(1)의 이시 구동은 제1 세그먼트(1)에 속하는 적어도 하나의 에미터(211)가 구동되고, 그 다음 제2 세그먼트(1)에 속하는 적어도 하나의 에미터(211)가 구동되는 형태를 의미한다.
복수 류의 에미터(211)가 이시에 구동되는 경우, 센서부(300)의 형태에는 제한이 없다. 즉 센서부(300)는 시간식 멀티 센서부, 또는 공간식 멀티 센서부의 모든 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 센서부(300)는 수많은 파장을 투과시키는 멀티 필터, RGB-파장을 투과시키는 RGB 필터 또는 RGB-IR-파장을 투과시키는RGB-IR 필터의 형태로 구비될 수 있다. 뿐만 아니라 모노(mono) 필터로 구현되는 싱글 센서부의 경우도 가능하다.
한편 복수 류의 에미터(211)가 동시에 구동되는 경우 센서부(300)는 반드시 시간식 멀티 센서부, 또는 공간식 멀티 센서부의 형태로 구현되어야 복수 파장 성분을 갖는 이미지를 얻을 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명과 관련된 이미지 획득 장치(100)에 관한 두 실시 예의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 이미지 획득 장치(100)는 광원부(200) 및 센서부(300)를 실장하기 위한 단일 부재의 카메라 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB, 410)을 구비할 수 있다. 또는, 복수 부재의 인쇄회로기판 상에 광원부(200) 및 센서부(300)가 별도로 실장되어 연결될 수도 있다.
실장된 광원부(200)와 센서부(300)는 상호 연동(sync) 되어 이미지 획득시 광원부(200)가 활성화 될 필요가 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 구동부(420)는 광원부(200)의 펄스(pulse)를 제어하거나, 세그먼트 단위로 온/오프를 제어할 수 있다. 또는 각 파장에 대응하는 에미터를 순차적으로 온/오프 시킬 수도 있다. 이는 카메라 인쇄회로기판(410)에 실장된 센서부(300)의 회로부 구조가 상기 제어에 대응하여 수행될 수 있는 회로 구성을 갖는 것을 전제로 한다.
이미지 획득 장치(100)에서 광원부(200) 및 센서부(300)가 노출되어 구비되는 방향을 제1 방향으로 정의하면, 카메라 인쇄회로기판(410)은 제1 방향에 수직하게 구비되며, 광원부(200)는 빛의 출사 방향이 제1 방향이 되도록 구비되며, 센서부(300)는 제1 방향의 반대 방향으로 오는 빛을 수광하도록 구비된다.
광원부(200)와 센서부(300)는 하나씩 구비될 수 있으며, 광원부(200) 및 센서부(300)는 카메라 인쇄회로기판(410) 상에서 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 인접하여 나란이 배치될 수 있다. 구동부(420)는 광원부(200) 및 센서부(300)가 인접하여 구비되는데 방해되지 않도록 양 구성의 외측에 구비될 수 있다.
하나의 광원부(200)와 하나의 센서부(300)의 조합은 2D(2-dimensional) 이미지를 획득할 수 있다.
도 5를 참조하면, 이미지 획득 장치(100)는 하나의 광원부(200)와 두 개의 센서부(300)를 포함할 수 있다. 본 실시 예의 특징은 도 4의 이미지 획득 장치(100) 실시예와 모순되지 않는 범위 내에서 동일한 특징을 가진다.
두 개의 센서부(300)가 구비되는 경우 3D(3-dimensional) 이미지를 획득할 수 있다. 이때 이미지 획득 장치(100)는 뎁스(depth) 프로세서(processor)를 추가적으로 구비할 수 있다. 뎁스 프로세서는 두 개의 센서부(300)를 통해 뎁스(depth) 정보를 얻는데 사용된다.
도 6 내지 도 12는 본 발명과 관련된 광원부(200)의 몇 가지 실시 예들에 대한 개념도이다.
도 6 내지 도 10 및 도 13에 관한 실시 예들은 모두 세그먼트(1)를 갖는다. 광원부(200)에 구비된 복수의 세그먼트(1)는 독립적으로 구동된다. 즉, 복수의 세그먼트(1)는 동시에 구동되지 않고 서로 다른 시간에 순차적으로 구동될 수 있다. 나아가 구동 시간 간격 및 구동 강도 등도 상이하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 복수의 세그먼트(1)는 방향성을 가지며 순차적으로 구동될 수 있다. (행, 렬)을 기준으로 정의했을 때, (1, 1) -> (1, 2) -> (1, 3) -> (1, 4) -> (2, 1) -> (2, 2) ?? 의 순서대로 구동될 수 있다.
광원부(200)의 세그먼트(1)는 (m * n) 행렬의 형태로 구비될 수 있으며, 각 세그먼트(1)에 구비되는 복수의 에미터(211)는 (p * q) 행렬의 형태로 구비될 수 있다. 이러한 행렬 형태의 배치는 직접도를 높일 수 있으며, 각 영역이 명확하게 구분된다는 점에서 분할 구동의 이점을 효과적으로 살릴 수 있다.
다만 이에 한정될 필요는 없으며, 다른 조건에 따라 원형, 다각형의 형태로 구비될 수도 있으며, 나아가 불규칙 형태를 띨 수 있음은 물론이다. 도 9 및 도 10은 에미터(211)가 행렬 형태로 구비되지 않은 실시 예로 볼 수 있다.
도 6, 도 7, 도 9 및 도 10에 관한 실시 예들은 각 세그먼트(1) 내에 복수 류의 에미터(211)를 포함하는 경우를, 도 8에 관한 실시 예는 각 세그먼트(1) 내에 단일 류의 에미터(211)를 포함하는 경우를 도시하고 있다. 도 11 및 도 12에 관한 실시 예들은 세그먼트가 없는 에미터부(210)를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 세그먼트(1)의 순차 구동 시, 구동되는 세그먼트(1) 내의 복수 류의 에미터(211)는 동시에 구동될 수 있다. 예를 들어, 각 세그먼트(1)에 R-파장 에미터(211a), G-파장 에미터(211b), B-파장 에미터(211c), IR-파장 에미터(211d)가 모두 포함된다고 하면, 각 세그먼트(1)가 구동될 때 R-파장 에미터(211a), G-파장 에미터(211b), B-파장 에미터(211c) 및 IR-파장 에미터(211d)가 모두 동시에 켜지거나 동시에 꺼질 수 있다. 그리고 이는, 복수 류의 에미터의 이시 구동으로 볼 수 없으므로, 센서부가 시간식 멀티 센서부, 또는 공간식 멀티 센서부로 구동되어야 함을 의미한다.
도 7의 실시 예는 도 6의 실시 예와 동일한 배열을 가지며, 동일한 세그먼트(1)의 순차 구동을 구현할 수 있다.
다만, 도 6의 실시 예와 달리, 동일한 세그먼트(1) 내에 구비되는 서로 다른 류의 에미터(211)는 이시에 구동될 수 있다. 예를 들어, R-파장 에미터(211a)가 (1, 1) 세그먼트 -> (1, 2) 세그먼트 -> (1, 3) 세그먼트 ?? 과 같이 마지막 세그먼트(1)까지 구동되고, 다음으로 G-파장 에미터(211b)가 (1, 1) 세그먼트 -> (1, 2) 세그먼트 -> (1, 3) 세그먼트 ?? 과 같이 마지막 세그먼트(1)까지 구동되고, 이러한 규칙으로 모든 파장의 에미터(211)까지 순차 구동될 수 있다.
이는 복수 류의 에미터(211)가 이시 구동하는 것에 해당하므로, 센서부는 상술한 바와 같이 공간식 멀티 센서부, 또는 시간식 멀티 센서부의 형태뿐만 아니라, 모노 센서의 형태에서도 복수 파장 성분을 포함하는 이미지 획득이 가능하다는 장점이 있다.
도 8에 관련된 실시 예의 경우, 도 6 또는 도 7의 실시 예와 달리 각 세그먼트(1)는 동일 류의 에미터(211)를 포함한다. 그리고 하나의 세그먼트(1)가 구동될 때 그 세그먼트(1) 내의 모든 에미터(211)가 동시에 구동된다.
본 실시 예도 복수 류의 에미터(211)를 이시 구동하는 것과 같은 결과에 해당하므로, 센서부는 공간식 멀티 센서부, 또는 시간식 멀티 센서부의 형태뿐만 아니라, 모노 센서의 형태에서도 복수 파장 성분에 대한 이미지 획득이 가능하다.
동일 류의 에미터(211)가 구비된 세그먼트(1) 형태는, 파장별로 효율 특성이 다른 점을 고려했을 때, 파장에 따라 다른 강도로 세그먼트 제어를 할 수 있다는 장점이 있다.
도 9 및 도 10의 실시 예는 앞선 도 6 내지 도 8의 실시 예와 달리, 세그먼트(1) 내의 에미터(211) 배열이 불규칙적이다. 즉 하나의 세그먼트(1)를 기준으로 복수의 에미터(211)는 좌우, 상하, 또는 원점 대칭 등이 되지 않게 배치될 수 있다. 한 세그먼트(1) 내에서의 불규칙적인 배열은 공간을 구분할 수 있는 기준점을 제공한다. 따라서 이러한 배열은 도 5의 실시 예와 같은 3D 이미지를 획득하는데 유용하게 사용될 수 있다.
또 한 세그먼트(1) 내의 불규칙적인 에미터(211) 배열은 다른 세그먼트(1) 내의 에미터(211) 배열과도 다를 수 있다. 각 세그먼트(1) 사이에서의 불규칙적인 배열은 3D 이미지를 획득하는데 유용하게 사용될 수 있을뿐만 아니라 광원의 세그먼트(1)를 구분하는데도 유용하게 사용될 수 있다.
특히 도 9의 실시 예는 도 6의 실시 예와 같이 세그먼트(1) 내의 복수 류의 에미터(211)가 동시에 구동되는 것을 나타내고, 도 10의 실시 예는 도 7의 실시 예와 같이 같은 세그먼트(1) 내라도 서로 다른 류의 에미터(211)는 동시에 구동되지 않고 이시에 구동됨을 나타낸다. 그 구체적 특징에 대해서는 도 6 및 도 7에 설명한 바와 같다.
도 11 및 도 12의 실시 예와 같이, 광원부(200)는 세그먼트(1)의 개념없이 각 에미터(211) 단위로 분할 구동될 수도 있다. 예를 들어, 도 11과 같이 4개의 파장의 조합으로 구성된 에미터부(210)가 있을 수도 있고, 도 12와 같이 3개의 파장의 조합으로 구성된 에미터부(210)로 구비될 수도 있다. 구체적으로는 4개의 파장은 R-파장, G-파장, B-파장, IR-파장이 될 수 있으며, 3개의 파장은 R-파장, G-파장, B-파장이 될 수도 있으며, 그 파장의 종류에는 제한이 없고 필요에 따라 달라질 수 있다.
나아가 상술한 바와 같이, 상술한 도 6 내지 도 12의 실시 예, 나아가 후술하는 도 13의 실시 예 모두에서 각 에미터(211)는 빅셀의 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
도 13은 본 발명과 관련된 광원부(200) 및 센서부(300)의 또 다른 실시 예에 대한 개념도이다.
공간식 멀티 센서부를 구현하는 경우에 있어서, 필터의 파장별 배치는 파장이 상이한 픽셀 패턴이 반복되는 최소의 단위(이하 '단위 픽셀(2)'이라 한다)가 반복되는 형태로 구비될 수 있다.
이러한 단위 픽셀(2)의 픽셀 배치 패턴과 광원부(200) 세그먼트(1)의 에미터(211) 배치 패턴은 대응되도록 구비될 수 있다. 예를 들어 4 * 4 행렬의 배치를 전제로, 단위 픽셀(2)의 16 픽셀 각각은 서로 다른 파장의 빛을 수광할 수 있다.
또, 광원부(200)의 세그먼트(1)도 그에 대응하여 4 * 4 행렬의 배치로 16개 류의 에미터(211)가 구비될 수 있으며, 각 대응하는 위치의 파장은 동일하거나 유사한 범위에 해당할 수 있다. 예를 들어, 단위 픽셀(2)의 (1, 1) 픽셀이 수광하는 파장은 세그먼트(1)의 (1, 1) 에미터(211)의 파장과 동일하고, 단위 픽셀(2)의 (1, 2) 픽셀이 수광하는 파장은 세그먼트(1)의 (1, 2) 에미터(211) 파장과 동일할 수 있다. 이렇게 동일한 경향의 패턴으로 광원부(200) 및 센서부(300)가 구비되는 경우, 각 픽셀과 에미터(211)의 거리를 최소화할 수 있어 효율이 증가될 수 있다.
경우에 따라 단위 픽셀(2)의 픽셀 개수와 세그먼트(1)의 에미터(211) 개수는 동일하지 않을 수도 있다. 또 단위 픽셀(2)이 포함하는 파장 개수와, 세그먼트(1)가 포함하는 파장 개수가 다를 수도 있다. 예를 들어 단위 픽셀(2)이 4 * 4의 형태로서 서로 다른 파장의 픽셀(21)로 구성되는 경우, 광원부(200)도 이에 대응하는 류의 에미터(211)로 구비되되, 2 * 2의 세그먼트(1)로 분할되어 구동될 수 있다.
단위 픽셀(2)에 대응하는 복수의 픽셀(21)은 인접한 파장끼리 공간적으로 인접하여 구비될 수 있다. 이러한 특징은 센서부(300)뿐만 아니라 광원부(200)에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다. 인접한 파장끼리 공간적으로 인접하여 구비되는 경우 발광 및 수광효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또, 구동부는 복수의 세그먼트(1) 중 외측에 구비된 세그먼트(1)의 에미터(211) 밝기가 내측에 구비된 세그먼트(1)의 에미터(211) 밝기보다 밝도록 구동할 수 있다. 통상적으로 광원부(200) 외측의 밝기가 내측의 밝기보다 어두우므로, 이를 고려하여 외측 영역에 더 많은 에너지를 공급할 수 있다. 이 특징은 본 실시 예에 한정됨이 없이 모든 실시 예에 동일하게 적용될 수 있다.
상기와 같은 세그먼트 개별 제어를 통해 이미지 획득 장치는 전력을 효율적으로 사용할 수 있으며, 특히, 피크 파워(peak power) 측면에서 이점이 있다. 피크 파워를 낮추는 것은 결과적으로 작은 소자를 사용할 수 있음을 뜻하며, 결과적으로 이미지 획득 장치의 소형화에 도움을 줄 수 있음을 의미한다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 세그먼트
2: 단위 픽셀
21: 픽셀
100: 이미지 획득 장치
200: 광원부
210: 에미터부
211: 에미터
211a: R-에미터
211b: G-에미터
211c: B-에미터
211d: IR-에미터
250: 광학 부재
300: 센서부
310: 렌즈
320: 필터
330: 이미지 센서
410: 카메라 인쇄회로기판
420: 구동부
500: 피사체

Claims (16)

  1. 광원부 및 센서부를 포함하는 이미지 획득 장치에 있어서,
    상기 광원부는,
    서로 다른 파장의 빛을 발산하는 복수 류의 에미터 각각이 복수로 구비된 에미터부;
    상기 에미터부를 복수의 세그먼트로 구획하고, 상기 구획된 복수의 세그먼트 각각을 독립적으로 회로 구성하는 회로부; 및
    상기 복수의 세그먼트가 서로 다른 강도 또는 시간에 구동되도록 상기 회로부를 구동하는 구동부를 포함하는 이미지 획득 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 세그먼트 각각은 복수 류의 에미터를 포함하는 이미지 획득 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 복수의 세그먼트가 순차적으로 구동하도록 구동하는 이미지 획득 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 구동부는 동일한 세그먼트에 속하는 복수의 에미터가 모두 동시에 구동하도록 구동하고,
    상기 센서부는 시간 또는 영역에 따라 수광하는 파장을 달리하는 이미지 획득 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 구동부는 하나의 류의 에미터가 상기 복수의 세그먼트의 구동 순서에 따라 순차적으로 구동한 다음, 다른 하나의 류의 에미터가 상기 복수의 세그먼트의 구동 순서에 따라 순차적으로 구동하도록 구동하는 이미지 획득 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 센서부는 시간 또는 영역에 따라 수광하는 파장을 달리하거나, 파장의 구분없이 수광하는 이미지 획득 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 각 류의 에미터가 상기 복수의 세그먼트 전체에 대해 순차적으로 구동하는 시간은 상기 이미지 획득 장치의 단위 프레임(frame) 시간에 대응하는 이미지 획득 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 세그먼트 각각은 복수의 에미터가 동일한 패턴으로 배치되는 이미지 획득 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 센서부는, 영역별로 구분되어 복수 파장 빛을 수광할 수 있는 최소 단위인 단위 픽셀을 형성하고,
    상기 단위 픽셀의 파장 패턴은 상기 세그먼트 각각에 구비되는 에미터의 파장의 패턴에 대응되는 이미지 획득 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 단위 픽셀에 대응하는 복수의 픽셀은 인접한 파장끼리 공간적으로 인접하여 구비되는 이미지 획득 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 세그먼트 각각은 한 류의 에미터를 포함하는 이미지 획득 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 세그먼트는 (m * n, m 및 n은 자연수)의 행렬 형태로 배치되고,
    상기 각 세그먼트 내의 복수의 에미터는 (p * q, p 및 q은 자연수)의 행렬 형태로 배치되는 이미지 획득 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 류의 에미터는, R-파장 에미터, G-파장 에미터, B-파장 에미터 및 IR-파장 에미터를 포함하는 이미지 획득 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 에미터는 수직 캐비티 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL)인 이미지 획득 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부가 적어도 두 개 구비되고,
    상기 세그먼트 각각의 에미터 배열 패턴은 서로 다른 이미지 획득 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 복수의 세그먼트 중 외측에 구비된 세그먼트의 에미터 밝기가 내측에 구비된 세그먼트의 에미터 밝기보다 밝도록 구동하는 이미지 획득 장치.
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