KR20210141092A - Surface-emtting laser device, camera module, and arrangement method of emitter array - Google Patents
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Abstract
Description
발명의 실시예는 표면발광 레이저소자 이를 갖는 카메라 모듈에 관한 것이다.An embodiment of the invention relates to a camera module having the surface emitting laser device.
카메라 모듈은 객체를 촬영하여 이미지 또는 동영상으로 저장하는 기능을 수행하며 다양한 어플리케이션에 장착되고 있다. 특히 카메라 모듈은 초소형으로 제작되어 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 휴대용 디바이스와 드론 및 차량과 같은 이동체에 적용될 수 있다.The camera module captures an object and stores it as an image or video, and is installed in various applications. In particular, the camera module is manufactured in a very small size and can be applied to portable devices such as smartphones, tablet PCs, and laptops, and mobile objects such as drones and vehicles.
최근에는 3차원 컨텐츠에 대한 수요 및 공급이 증가하고 있다. 이에 따라 카메라를 이용한 깊이 정보 파악으로 3차원 컨텐츠를 파악할 수 있는 다양한 기술들이 연구 및 개발되고 있다. 예를 들어, 깊이 정보를 파악할 수 있는 기술은 스테레오(Stereo) 카메라를 이용한 기술, 구조 광(Structured light) 카메라를 이용한 기술, DFD(Depth from defocus) 카메라를 이용한 기술, TOF(Time of flight) 카메라 모듈을 이용한 기술 등이 있다.Recently, the demand and supply of 3D content is increasing. Accordingly, various technologies that can grasp 3D content by grasping depth information using a camera are being researched and developed. For example, a technology that can determine depth information includes a technology using a stereo camera, a technology using a structured light camera, a technology using a depth from defocus (DFD) camera, and a time of flight (TOF) camera. There are technologies using modules.
먼저, 스테레오(Stereo) 카메라를 이용한 기술은 복수의 카메라, 예컨대 좌측 및 우측에 배치된 각각의 카메라를 통해 수신된 영상의 좌우 시차에서 발생하는 거리, 간격 등의 차이를 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다. First, a technology using a stereo camera generates depth information using a difference in distance, spacing, etc. that occurs in the left and right parallax of an image received through a plurality of cameras, for example, each camera disposed on the left and right sides. it's technology
또한 구조 광(Structured light) 카메라를 이용한 기술은 설정된 패턴을 형성하도록 배치된 광원을 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이며, DFD(Depth from defocus) 카메라를 이용한 기술은 초점의 흐려짐을 이용한 기술로 동일한 장면에서 촬영된 서로 다른 초점을 가지는 복수의 영상을 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다.In addition, the technology using a structured light camera is a technology that generates depth information using a light source arranged to form a set pattern, and the technology using a DFD (Depth from defocus) camera is a technology using the blur It is a technology for generating depth information using a plurality of images having different focal points captured in a scene.
또한 TOF(Time of flight) 카메라는 광원에서 객체를 향해 방출한 광이 상기 객체에 반사되어 센서에 돌아오는 시간을 측정함으로써, 상기 객체와의 거리를 계산하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다. 이러한 TOF 카메라는 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 장점이 있어 최근 주목받고 있다. In addition, the TOF (Time of Flight) camera is a technology for generating depth information by calculating the distance to the object by measuring the time when light emitted from a light source toward the object is reflected by the object and returns to the sensor. Such a TOF camera has recently attracted attention because it has the advantage of acquiring depth information in real time.
발명의 실시예는 객체를 향해 광을 조사하는 복수의 이미터를 갖는 표면발광 레이저소자를 제공한다.An embodiment of the invention provides a surface emitting laser device having a plurality of emitters for irradiating light toward an object.
발명의 실시 예는 복수의 이미터 간들이 영역별로 비선형적으로 변화되는 간격을 갖는 표면발광 레이저소자를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a surface emitting laser device having an interval between a plurality of emitters that is non-linearly changed for each region.
발명의 실시 예는 복수의 이미터 중에서 센터 영역에 배열된 이미터들의 비선형적인 간격은 주변 영역에 배치된 이미터들의 비선형적인 간격보다 넓은 표면발광 레이저소자를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention may provide a surface emitting laser device in which a non-linear spacing between emitters arranged in a center region among a plurality of emitters is wider than a non-linear spacing between emitters arranged in a peripheral region.
발명의 실시 예는 이미터들의 밀도를 센터 영역이 주변 영역보다 낮게 하여, 렌즈에 의한 왜곡에 대응할 수 있도록 한 표면발광 레이저소자 및 이를 갖는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention can provide a surface emitting laser device and a camera module having the same, in which the density of emitters is lowered in the center region than in the peripheral region to cope with distortion caused by the lens.
발명의 실시 예는 이미터들로부터 방출된 광의 렌즈 왜곡을 상기 이미터들의 배열로 대응되도록 함으로써, 왜곡의 중심이 이미터의 어레이 내에서 위치 조정될 수 있도록 한 표면발광 레이저소자 및 이를 갖는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention provides a surface emitting laser device and a camera module having the same, so that the center of distortion can be positioned within the array of emitters by making the lens distortion of light emitted from the emitters correspond to the arrangement of the emitters can do.
발명의 실시예는 중심부의 간격이 넓고 주변부의 간격이 좁은 복수의 이미터를 갖는 표면발광 레이저소자 및 이를 구비한 거리측정장치를 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention can provide a surface emitting laser device having a plurality of emitters having a wide central interval and a narrow peripheral interval, and a distance measuring device having the same.
발명의 실시 예에 따른 표면발광 레이저소자는, 복수의 이미터들이 배열된 이미터 어레이; 및 상기 이미터 어레이의 외측에 배치되며 상기 복수의 이미터 중 적어도 하나에 연결된 적어도 하나의 패드를 포함하며, 상기 이미터 어레이의 이미터들은 개구부를 갖고 서로 이격되며, 상기 이미터 어레이의 중심부, 중간부 및 주변부 중 적어도 하나에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들이 비선형적으로 변화되는 간격을 포함할 수 있다. A surface emitting laser device according to an embodiment of the present invention includes an emitter array in which a plurality of emitters are arranged; and at least one pad disposed outside the emitter array and coupled to at least one of the plurality of emitters, wherein the emitters of the emitter array have an opening and are spaced apart from each other, the central portion of the emitter array; Adjacent emitters or openings disposed in at least one of the middle portion and the periphery may include a non-linearly varying spacing.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 이미터 어레이의 중심부, 중간부 및 주변부 각각에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들이 비선형적으로 변화되는 간격을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, adjacent emitters or openings disposed in each of the central part, the middle part, and the peripheral part of the emitter array may include a non-linearly changing interval.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 비선형적으로 변화되는 간격은 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 평균 간격이 감소될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the non-linearly changing distance may decrease the average distance between adjacent emitters or openings.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 중앙부 및 상기 주변부에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들은 선형적으로 감소되는 간격을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, adjacent emitters or openings disposed in the central portion and the peripheral portion may include a linearly decreasing interval.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 중간부에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들은 상기 중앙부에 인접한 영역에서 선형적으로 감소되는 간격과, 상기 중간부의 센터에서 비선형적으로 감소되는 간격을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, adjacent emitters or openings disposed in the middle part may include a linearly decreasing distance in a region adjacent to the central part and a non-linearly decreasing distance in the center of the middle part.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 중간부에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들은 상기 주변부에 인접한 영역에서 선형적으로 감소되는 간격을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, adjacent emitters or openings disposed in the middle portion may include a linearly decreasing distance in a region adjacent to the peripheral portion.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 이미터 어레이의 이미터들 또는 개구부들은 중심에서 양 변을 향하는 행 또는 열 방향으로 비선형적으로 감소될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the emitters or openings of the emitter array may be non-linearly reduced in a row or column direction from the center toward both sides.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 상기 표면발광 레이저소자를 갖는 광원부 및 상기 상기 광원부 상에 렌즈부를 갖는 발광 유닛; 및 상기 광원부의 이미터들이 구동되어 조사된 적외선 영역의 광을 객체로부터 산란 또는 반사된 광을 수신하는 수광 유닛을 포함할 수 있다.A camera module according to an embodiment of the present invention includes: a light source unit having the surface-emitting laser device and a light emitting unit having a lens unit on the light source unit; and a light receiving unit configured to receive light scattered or reflected from an object by driving the emitters of the light source to emit light in the irradiated infrared region.
발명의 실시 예에 따른 표면발광 레이저 소자의 이미터 어레이의 배열 방법은, 일정 간격을 갖는 이미터들이 배열된 이미터 어레이의 각 이미터 좌표 위치를 설정하는 단계; 상기 이미터 어레이의 중심을 기준으로 각 이미터의 좌표를 반경좌표로 환산하는 단계; 상기 이미터 어레이의 중심에서 대각 끝을 1로 하여, 전체 이미터들의 좌표를 정규화(Normalized)하는 단계; 상기 정규화된 각각의 이미터들의 좌표에 이미터들 간의 피치가 상기 중심에서 행 또는 열 방향으로 비선형적으로 감소되는 왜곡을 부여하는 단계; 상기 왜곡을 갖는 이미터들 각각을 대각 길이로 비율 조정하여 배열하는 단계를 포함할 수 있다.A method of arranging an emitter array of a surface emitting laser device according to an embodiment of the present invention includes: setting coordinate positions of each emitter of an emitter array in which emitters having a predetermined interval are arranged; converting the coordinates of each emitter into radial coordinates based on the center of the emitter array; Normalizing the coordinates of all emitters by setting a diagonal end to 1 in the center of the emitter array; imparting to the normalized coordinates of each emitter a distortion in which a pitch between emitters is non-linearly reduced in a row or column direction from the center; The method may include arranging each of the emitters having the distortion by adjusting a ratio in a diagonal length.
상기 왜곡 부여단계는, 이미터 어레의 중심 0에서 1까지의 정규화된 이미터들 좌표 각각에 대응되는 값을 부여하며, 상기 반경 좌표는 아래와 같이 구해지며, The distortion imparting step gives a value corresponding to each of the coordinates of the normalized emitters from 0 to 1 of the center of the emitter array, and the radius coordinates are obtained as follows,
(x,y)는 설정하고자 하는 이미터의 좌표이며, (x0,y0)는 중심 좌표이며, 상기 반경 좌표에서의 왜곡(rdistortion)은 다음과 같이 구해지며,(x,y) is the coordinate of the emitter to be set, (x0,y0) is the center coordinate, and the distortion (r distortion ) in the radius coordinate is obtained as follows,
상기 왜곡은 (-) 부호를 가지며, rinitial는 초기 좌표이며, 상기 1은 대각 길이일 수 있다. The distortion may have a (-) sign, r initial may be an initial coordinate, and 1 may be a diagonal length.
발명에 실시예에 의하면, 표면발광 레이저소자의 이미터들은 간격이 불균일한 왜곡을 갖고, 이미터의 광이 투사되는 광학계에서의 렌즈를 사용한 왜곡으로 인한 문제를 줄여줄 수 있다.According to the embodiment of the invention, the emitters of the surface emitting laser device have distortion with non-uniform spacing, and it is possible to reduce a problem caused by distortion using a lens in the optical system through which the light of the emitter is projected.
발명의 실시 예에 의하면, 표면발광 레이저소자의 이미터들은 중앙부의 간격이 주변부의 간격보다 넓게 배치할 수 있다. 이에 따라, 이미터의 광이 투사되는 광학계에서의 렌즈에 의한 왜곡과 동일한 효과를 줄 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the emitters of the surface emitting laser device may be disposed so that the distance at the center is wider than the distance at the periphery. Accordingly, it is possible to give the same effect as the distortion caused by the lens in the optical system to which the light of the emitter is projected.
발명의 실시 예에 의하면, 표면발광 레이저소자의 이미터들은 중심부의 밀도가 주변부의 밀도보다 낮게 배치할 수 있다. 이에 따라, 광이 투사되는 광학계에서의 렌즈에 의한 왜곡을 대체하거나 혼합하여 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the emitters of the surface emitting laser device may be disposed so that the density of the central portion is lower than the density of the peripheral portion. Accordingly, it is possible to replace or mix distortion caused by a lens in an optical system through which light is projected.
발명의 실시 예에 의하면, 이미터 어레이의 중심에서 모서리 끝까지 동심원을 갖는 반경들로 적어도 3개의 구간으로 분리하고, 상기 분리된 구간들 중 적어도 하나는 이미터들 또는 개구부들 간의 간격이 비선형적으로 감소될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the emitter array is divided into at least three sections with concentric radii from the center to the edge of the edge, and in at least one of the separated sections, the distance between emitters or openings is non-linearly reduced. can be
발명의 실시 예에 의하면, 표면발광 레이저소자를 갖는 카메라 모듈에서 중심부와 주변부의 스팟으로 인한 광도 차이를 줄여줄 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a camera module having a surface-emitting laser device, a difference in luminous intensity due to a spot between the center and the periphery can be reduced.
발명의 실시 예에 의하면, 표면발광 레이저소자의 어레이와 렌즈 사이의 왜곡의 중심을 이미터들의 어레이 중심으로 구현할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there is an effect that the center of distortion between the array and the lens of the surface-emitting laser device can be implemented as the center of the array of emitters.
발명의 실시 예에 의하면, 표면발광 레이저소자의 이미터들은 중심부가 주변부의 밀도보다 낮게 배치할 수 있다. 이에 따라, 열 분산 특성을 개선시켜 줄 수 있으며, 파장 시프트, 광출력 감소, 또는 변조 지연과 같은 문제를 방지할 수 있다. According to an embodiment of the invention, the emitters of the surface emitting laser device may be arranged so that the central portion is lower than the density of the peripheral portion. Accordingly, heat dissipation characteristics may be improved, and problems such as wavelength shift, reduction in light output, or modulation delay may be prevented.
발명의 실시 예에 따른 표면발광 레이저소자 및 이를 구비한 거리측정 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.It is possible to improve the reliability of the surface emitting laser device and the distance measuring device having the same according to an embodiment of the present invention.
발명의 실시 예에 따른 표면발광 레이저소자는 차량과 같은 이동체, 휴대단말기, 카메라, 각종 정보 측정장치, 로봇, 컴퓨터, 의료기기, 가전이나 웨어러블에 거리 측정장치로 적용될 수 있다.The surface emitting laser device according to an embodiment of the present invention may be applied as a distance measuring device to a moving object such as a vehicle, a portable terminal, a camera, various information measuring devices, robots, computers, medical devices, home appliances, or wearables.
도 1는 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈을 설명하는 개념도이다.
도 2는 도 1의 발광 유닛의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 발광 유닛에서 렌즈부의 예이다.
도 4는 도 1의 발광 유닛의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 발광 유닛에서 렌즈부 및 렌즈 구동부의 예이다.
도 6은 도 2 내지 도 5에서 광원부의 이미터 어레이를 나타낸 평면도의 예이다.
도 7의 (a)(b)(c)은 도 6의 제1영역(A1), 제2영역(A2) 및 제3영역(A3)을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 광원부의 이미터 어레이의 왜곡 형태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6의 표면발광 레이저소자의 이미터의 측 단면도의 예이다.
도 10은 발명의 실시 예에 따른 광원부가 생성하는 광 신호를 설명하기 위한 파형도이다.
도 11은 발명의 변형 예에 따른 왜곡 수차가 적용된 렌즈부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12의 (a)(b)는 발명의 실시 예에 따른 발광 유닛에서 투사된 플러드(flood) 조명과 스팟(spot) 조명의 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 발명의 실시 예에 따른 이미터들의 배치 및 그 연결 형태의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 이미터들의 배치에 따른 구동 및 광학계의 왜곡 형태를 나타낸 도면이다.
도 15는 발명의 실시 예에 따른 이미터들의 다른 배치 및 그 연결 형태의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 17은 발명의 실시 예에 따른 이미터들의 영역별 구동 예를 나타낸 도면의 예이다.
도 18은 발명의 실시 예에 따른 왜곡 없는 이미터 어레이의 배열 예이다.
도 19는 도 18의 이미터 어레이의 광의 광학계에 의한 왜곡 형태를 나타낸 그래프이다.
도 20은 발명의 일 예에 따른 이미터 어레이에 왜곡을 갖는 이미터 배열 방법의 예이다.
도 21은 발명의 일 실시 예에 따른 왜곡을 갖는 이미터 어레이의 배치 및 그에 따른 광학계를 나타낸 도면이다.
도 22는 발명의 다른 실시 예에 따른 렌즈부에 의한 왜곡 및 그에 따른 광학계를 나타낸 도면이다.
도 23은 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈을 갖는 휴대 단말기의 예이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a camera module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the light emitting unit of FIG. 1 .
FIG. 3 is an example of a lens unit in the light emitting unit of FIG. 2 .
4 is a view illustrating a modified example of the light emitting unit of FIG. 1 .
FIG. 5 is an example of a lens unit and a lens driving unit in the light emitting unit of FIG. 4 .
6 is an example of a plan view illustrating an emitter array of a light source unit in FIGS. 2 to 5 .
7A, 7B and 7C are views illustrating the first area A1, the second area A2, and the third area A3 of FIG. 6 .
8 is a diagram illustrating a distortion shape of the emitter array of the light source unit of FIG. 6 .
9 is an example of a cross-sectional side view of an emitter of the surface emitting laser device of FIG. 6 .
10 is a waveform diagram illustrating an optical signal generated by a light source unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining a lens unit to which distortion aberration is applied according to a modified example of the present invention.
12A and 12B are diagrams illustrating examples of flood lighting and spot lighting projected from a light emitting unit according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating an example of arrangement of emitters and a connection form thereof according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating a distortion shape of a driving and optical system according to the arrangement of the emitters of FIG. 13 .
15 is a diagram illustrating another arrangement of emitters and an example of a connection form thereof according to an embodiment of the present invention.
16 and 17 are examples of diagrams illustrating examples of driving by region of emitters according to an embodiment of the present invention.
18 is an arrangement example of an emitter array without distortion according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a graph showing a distortion pattern of the emitter array of FIG. 18 by an optical system;
20 is an example of an emitter array method having distortion in an emitter array according to an embodiment of the present invention.
21 is a diagram illustrating an arrangement of an emitter array having distortion and an optical system according thereto according to an embodiment of the present invention.
22 is a view illustrating distortion by a lens unit and an optical system according thereto according to another embodiment of the present invention.
23 is an example of a portable terminal having a camera module according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A,B,C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 등으로 확정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The technical spirit of the present invention is not limited to some embodiments described, but may be implemented in various different forms, and within the scope of the technical spirit of the present invention, one or more of the components between the embodiments are selectively combined , can be used as a substitute. In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention may be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, unless specifically defined and described. It may be interpreted as a meaning, and generally used terms such as terms defined in advance may be interpreted in consideration of the contextual meaning of the related art. In addition, the terms used in the embodiments of the present invention are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or more than one) of A and (and) B, C", it is combined as A, B, C It can contain one or more of all possible combinations. In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not determined by the term. And, when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include a case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements. In addition, when it is described as being formed or disposed on "above (above) or below (below)" of each component, the top (above) or bottom (below) is one as well as when two components are in direct contact with each other. Also includes a case in which another component as described above is formed or disposed between two components. In addition, when expressed as “upper (upper) or lower (lower)”, a meaning of not only an upper direction but also a lower direction based on one component may be included.
<실시예> <Example>
도 1는 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈을 설명하는 개념도이며, 도 2는 도 1의 발광 유닛의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 발광 유닛에서 렌즈부의 예이며, 도 4는 도 1의 발광 유닛의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 발광 유닛에서 렌즈부 및 렌즈 구동부의 예이고, 도 6은 도 2 내지 도 5에서 광원부의 이미터 어레이를 나타낸 평면도의 예이며, 도 7의 (a)(b)(c)은 도 6의 제1영역(A1), 제2영역(A2) 및 제3영역(A3)을 나타낸 도면이며, 도 8은 도 6의 광원부의 이미터 어레이의 왜곡 형태를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 6의 표면발광 레이저소자의 이미터의 측 단면도의 예이다.1 is a conceptual diagram illustrating a camera module according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing an example of the light emitting unit of FIG. 1 , FIG. 3 is an example of a lens unit in the light emitting unit of FIG. 2 , FIG. 4 is It is a view showing another example of the light emitting unit of FIG. 1 , FIG. 5 is an example of a lens unit and a lens driving unit in the light emitting unit of FIG. 4 , and FIG. 6 is an example of a plan view showing an emitter array of the light source unit in FIGS. 2 to 5 7(a)(b)(c) are views showing the first area A1, the second area A2, and the third area A3 of FIG. 6, and FIG. 8 is the light source unit of FIG. It is a view showing the distortion form of the emitter array of , and FIG. 9 is an example of a side cross-sectional view of the emitter of the surface-emitting laser device of FIG. 6 .
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(10)은 전방에 위치한 객체(20)에 대한 거리 정보 등의 3차원 정보를 검출하기 위한 광을 조사하고 실시간으로 조사된 광을 획득하는 모듈일 수 있다. 여기서, 상기 3차원 정보는 ToF(Time of Filght) 기능을 이용하여 3차원의 깊이 정보를 갖는 이미지 또는 거리 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라 모듈(10)은 휴대 단말기, 무인 자동차, 자율 주행차, 로봇, 및 드론, 의료기기 등에 적용될 수 있다. 상기 카메라 모듈(10)은 라이다(LiDAR: Light detection and ranging) 장치, 센싱 장치 또는 촬상 모듈을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
상기 카메라 모듈(10)은 객체(20)를 향해 광을 조사하는 발광 유닛(100), 상기 객체(20)로부터 반사된 광을 수신하는 수광 유닛(200), 및 상기 발광 유닛(100) 및 수광 유닛(200)을 제어하는 제어 유닛(300)을 포함할 수 있다. 상기 발광 유닛(100)은 광 신호를 생성한 후 생성된 광 신호를 객체(20)로 출력하는 유닛일 수 있다. 이러한 발광 유닛(100)은 이미터와 같이 광을 생성할 수 있은 이미터 어레이, 및 광 신호를 크기(amplitude) 변조 또는 위상(phase) 변조를 수행하여 광을 출력하는 구성을 포함할 수 있다. 상기 광 신호는 펄스의 형태이거나 사인파(sinusoid wave), 구형파(wquared wave) 또는 펄스파와 같은 지속파(continuous wave)의 형태일 수 있다. The
상기 발광 유닛(100)에서 발생된 광 신호는 경로가 왜곡되어 출력될 수 있다. 상기 광 신호의 광 경로는 기 설정된 왜곡 수차(distortion)에 따라 왜곡된 조명으로 투사될 수 있다. The optical signal generated by the
상기 발광 유닛(100)는 다양한 광 패턴의 광 신호를 출력할 수 있으며, 예컨대 면 조명 패턴의 광 신호를 출력하거나 스팟 조명 패턴의 광 신호를 출력할 수 있다. 상기 발광 유닛(100)는 제어 유닛(300)의 제어 신호에 따라 광 신호의 광 경로를 변경할 수 있는 구조를 포함할 수 있다. The
상기 발광 유닛(100)에서 출력되는 광은 상기 카메라 모듈(10)을 기준으로 출력 광 또는 출력 신호일일 수 있다. 상기 발광 유닛(100)에서 출력되는 광은 상기 객체(20)를 기준으로 입사광 또는 입사 신호일 수 있다.The light output from the
상기 발광 유닛(100)은 상기 광 신호를 상기 객체(20)에 소정의 노출 주기(integration time) 동안 조사할 수 있다. 여기서 상기 노출 주기는 1개의 프레임 주기를 의미할 수 있다. 일례로, 상기 카메라 모듈(10)의 프레임 레이트(frame rate)가 30 FPS(Frame per second)인 경우 하나의 프레임의 주기는 1/30초일 수 있다.The
여기서, 도 10은 발광 유닛에서 생성되는 광 신호를 설명하기 위한 파형도의 예이다. 도 10의 (a)와 같이, 발광 유닛(100)은 일정한 주기로 광 펄스를 생성할 수 있다. 발광 유닛(100)는 소정의 펄스 반복 주기(tmodulation)로 소정의 펄스폭(tpulse)을 가지는 광 펄스를 생성할 수 있다. Here, FIG. 10 is an example of a waveform diagram for explaining an optical signal generated by the light emitting unit. As shown in (a) of FIG. 10 , the
도 10의 (b)와 같이, 발광 유닛(100)은 일정 개수의 광 펄스를 그룹핑(grouping)하여 하나의 위상 펄스를 생성할 수 있다. 발광 유닛(100)은 소정의 위상펄스 주기(tphase)와 소정의 위상 펄스 폭(texposure, tillumination, tintegration)을 가지는 위상 펄스를 생성할 수 있다. 여기서, 하나의 위상 펄스 주기(tphase)는 하나의 서브 프레임에 대응할 수 있다. 서브 프레임(sub-frame)은 위상 프레임(phase frame)으로 불릴 수 있다. 위상 펄스 주기는 소정의 개수로 그룹핑 될 수 있다. 4개의 위상 펄스 주기(tphase)를 그룹핑하는 방식은 4-phase 방식으로 불릴 수 있다. 8개의 주기(tphase)를 그룹핑하는 것은 8-phase 방식으로 불릴 수 있다. As shown in FIG. 10B , the
도 10의 (c)와 같이, 발광 유닛(100)은 일정 개수의 위상 펄스를 그룹핑하여 하나의 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 발광 유닛(100)은 소정의 프레임 펄스주기(tframe)와 소정의 프레임 펄스 폭(tphase group(sub-frame group))을 가지는 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 여기서, 하나의 프레임 펄스 주기(tframe)는 하나의 프레임에 대응할 수 있다. 따라서, 10 FPS로 객체를 촬영하는 경우, 1초에 10번의 프레임 펄스 주기(tframe)가 반복될 수 있다. 4-pahse 방식에서, 하나의 프레임에는 4개의 서브프레임이 포함될 수 있다. 즉, 하나의 프레임은 4개의 서브 프레임을 통해 생성될 수 있다. 8-phase 방식에서, 하나의 프레임에는 8개의 서브 프레임이 포함될 수 있다. 즉, 하나의 프레임은 8개의 서브 프레임을 통해 생성될 수 있다.As shown in FIG. 10C , the
상기 발광 유닛(100)은 동일한 주파수 또는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광 신호를 출력할 수 있다. 일례로, 상기 발광부(100)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광 신호를 소정 규칙으로 반복하여 출력할 수 있다. 상기 발광 유닛(100)은 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광 신호를 동시에 출력할 수 있다.The
상기 수광 유닛(200)은 상기 발광 유닛(100)의 위치과 인접하게 배치될 수 있다. 일례로, 상기 수광 유닛(200)은 상기 발광 유닛(100)과 나란히 배치될 수 있다. 상기 수광 유닛(200)은 상기 객체(20)에 반사된 광을 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 수광 유닛(200)는 상기 발광 유닛(100)에서 객체(20)로 투사되고 상기 객체(20)를 통해 반사된 광을 감지할 수 있다. 상기 수광 유닛(200)은 상기 발광 유닛(100)이 방출한 광과 대응되는 파장 대역의 광을 감지할 수 있다. The
객체(20)로부터 반사된 광신호는 상기 수광 유닛(200)의 렌즈 어셈블리를 통과할 수 있다. 렌즈 어셈블리의 광축은 센서의 광축과 얼라인(align)될 수 있다. 필터는 렌즈 어셈블리와 센서 사이에 배치될 수 있다. 필터는 객체와 센서 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 필터는 소정 파장 범위를 갖는 빛을 필터링할 수 있다. 필터는 빛의 특정 파장대역을 투과시킬 수 있다. 필터는 특정 파장의 빛을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 필터는 발광 유닛(100)이 출력하는 광신호의 파장 대역에서 빛을 통과시킬 수 있다. 필터는 적외선 대역의 빛을 통과시키고 적외선 대역 이외의 빛을 차단시킬 수 있다. 또는, 필터는 가시광선을 통과시키고 가시광선 이외의 파장의 빛을 차단시킬 수 있다. The optical signal reflected from the
수광유닛(200)의 센서는 빛을 센싱할 수 있다. 센서는 광신호를 수신할 수 있다. 센서는 광신호를 센싱하는 이미지 센서일 수 있다. 센서는 광신호를 감지하여 전기적 신호로 출력할 수 있다. 센서는 발광 소자에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지할 수 있다. 센서는 적외선 대역의 빛을 감지할 수 있다. 또는, 센서는 가시광선 대역의 빛을 감지할 수 있다. 센서는 렌즈 어셈블리를 통과한 빛을 대응하는 전기 신호로 변환하는 픽셀 어레이, 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀을 구동하는 구동 회로 및 각 픽셀의 아날로그 픽셀 신호를 리드(read)하는 리드아웃회로를 포함할 수 있다. 리드아웃회로는 아날로그 픽셀 신호를 기준 신호와 비교하여 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 픽셀 신호(또는 영상 신호)를 생성할 수 있다. 여기서, 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀의 디지털 픽셀 신호는 영상 신호를 구성하며, 영상 신호는 프레임 단위로 전송됨에 따라 이미지 프레임으로 정의될 수있다. 즉, 이미지 센서는 복수의 이미지 프레임을 출력할 수 있다.The sensor of the
상기 제어 유닛(300)는 상기 발광 유닛(100) 및 상기 수광 유닛(200)와 연결되며 구동을 제어할 수 있다. 상기 제어 유닛(300)는 상기 카메라 모듈(10)의 전방에 위치한 객체(20)의 크기, 위치, 형태 등에 따라 상기 발광 유닛(100)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(300)은 상기 객체(20)의 위치에 따라 방출되는 광의 강도, 광 패턴의 크기, 광 패턴의 형태 등을 제어할 수 있다. The
상기 카메라 모듈(10)은 객체(20)를 향해 광을 방출하고 객체에 반사되어 되돌아오는 광의 시간 또는 위상 차이를 바탕으로 객체의 깊이 정보를 산출하는 TOF(Time of flight) 카메라일 수 있다. 이에 따라 상기 제어 유닛(300)은 수광 유닛(200)이 생성한 전기신호에 기초하여 영상을 생성할 수 있다. 상기 제어 유닛(300)은 위상 펄스 주기마다 생성되는 전기신호로부터 서브 프레임 영상을 생성할 수 있다. 그리고, 상기 제어 유닛(300)은 프레임 펄스 주기 동안 생성된 복수의 서브 프레임 영상으로부터 하나의 프레임 영상을 생성할 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛(300)은 복수의 서브 프레임 영상이나 복수의 프레임 영상을 통해 하나의 고해상 영상을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(300)는 슈퍼레졸루션(Super Resolution, SR) 기법을 통해 고해상도의 영상을 생성할 수 있다.The
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 카메라 모듈(10)은 결합부(미도시) 및 연결부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 결합부는 후술할 광학 기기와 연결될 수 있다. 상기 결합부는 회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치되는 단자를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 단자는 상기 광학 기기와의 물리적, 전기적 연결을 위한 커넥터일 수 있다. 상기 연결부는 후술할 상기 카메라 모듈(10)의 기판과 상기 결합부 사이에 배치될 수 있다. 상기 연결부는 상기 기판과 상기 결합부를 연결할 수 있다. 일례로, 상기 연결부는 연성 PCB(FBCB)를 포함할 수 있고, 상기 기판과 상기 결합부의 회로기판을 전기적으로 연결할 수 있다. 여기서 상기 기판은 상기 발광 유닛(100)의 제1 기판 및 상기 수광 유닛(200)의 제2 기판 중 적어도 하나일 수 있다.In addition, although not shown in the drawings, the
도 2 및 도 3과 같이, 상기 발광 유닛(100)은 다양한 조사 영역으로 광신호를 출력할 수 있다. 발광 유닛(100)은 이미터 어레이를 갖는 광원부(110), 렌즈부(120) 및 구동부(140)를 포함하며, 상기 이미터 어레이를 전체 영역 또는 개별 영역로 구동하여 다양한 조사 영역으로 광신호를 출력할 수 있다. 발광 유닛(100)은 제어 신호에 따라 조사 영역을 변경하기 위한 이미터 어레이를 포함할 수 있다. 상기 광원부(110)는 복수의 이미터가 배열된 이미터 어레이를 포함하며, 상기 이미터들은 구동부(140)에 의해 부분 또는 전체가 구동될 수 있으며, 상기 렌즈부(120)는 적어도 하나의 렌즈 또는 복수의 렌즈를 포함하며, 상기 광원부(110)로부터 입사된 광을 굴절시키고 객체(20)를 향해 집광시켜 줄 수 있다.2 and 3 , the
상기 광원부(110)는 측면 발광 레이저(Edge emitting laser), 수직캐비티 표면 광방출 레이저 (Vertical-cavity surface emitting laser; VCSEL), 분포궤환형 레이저 (Distributed feedback laser), 유기 발광 다이오드(OLED; Organic Light Emitting diode), 또는 레이저 다이오드(LD; Laser diode) 중 적어도 하나의 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 광원부(110)는 예컨대, 표면발광 레이저 소자를 일 예로 설명하기로 한다.The
상기 광원부(110)은 복수의 이미터(emitter)를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 복수의 이미터가 배치될 경우, 상기 복수의 이미터 각각은 광이 방출되는 영역, 예컨대 광 방출을 위한 적어도 하나의 개구부(aperture)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원부(110)은 설정된 방향으로 광을 방출할 수 있다.The
상기 광원부(110)는 설정된 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 자세하게, 상기 광원부(110)는 가시광 또는 적외선 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원부(110)는 약 380nm 내지 약 700nm 파장 대역의 가시광을 방출할 수 있다. 또한, 상기 광원부(110)는 약 700nm 내지 약 1.1mm 파장 대역의 적외선 광을 방출할 수 있다.The
상기 렌즈부(120)는 하나 이상의 고체 렌즈 또는/및 적어도 하나의 액체 렌즈의 적층 구조와 상기 렌즈(들)을 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 고체 렌즈는 유리 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 이러한 렌즈부(120)는 광원부(110)의 방출 광의 경로를 제어할 수 있으며, 예컨대 광을 확산, 산란, 굴절 또는 집광시켜 줄 수 있다. The
상기 렌즈부(120)는 콜리메이터 렌즈를 포함할 수 있다. 여기서 콜리메이팅(collimating)은 광의 발산각을 감소시키는 것을 의미할 수 있고, 이상적으로 광이 수렴 또는 발산하지 않고 평행하게 진행하도록 만드는 것을 의미할 수 있다. 즉, 상기 콜리메이터 렌즈는 상기 광원부(110)에서 방출된 광을 평행광으로 집광할 수 있다. 상기 렌즈부(120)는 상기 복수의 이미터를 통해 방출된 광을 플러드(flood) 조명(R50, 도 12의 (a)) 또는 스팟(spot) 조명(R52, 도 12의 (b))으로 집광시켜 줄 수 있다. The
또한, 상기 렌즈부(120)는 상기 광원부(110)에서 방출된 광이 객체에 직접적으로 조사되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈부(120)는 상기 광원부(110)에서 방출된 광을 제어하여 사람의 눈, 피부 등과 같이 광에 민감한 영역에 광이 직접적으로 조사되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 렌즈부(120)는 상기 광원부(110)에서 방출된 광의 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 렌즈부(120)는 상기 광원부(110)의 이미터가 배치된 곳, 예컨대 상기 이미터의 개구부와 대응되는 영역에 광이 집중되는 핫스팟(hot spot)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the
상기 구동부(140)는 상기 광원부(110)의 구동을 제어할 수 있다. 상기 구동부(140)는 상기 광원부(110)의 이미터들의 영역 구동 또는 전체 구동을 제어할 수 있다.The driving
도 4 및 도 5는 발광 유닛의 변형 예이다. 상기 발광 유닛(100)은 광원부(110), 렌즈부(120) 및 구동부(140), 렌즈 구동부(130) 및 가동 제어부(135)를 포함할 수 있다. 이러한 구성들 중에서 상기와 동일한 구성은 상기의 설명을 참조하기로 한다. 4 and 5 are modified examples of the light emitting unit. The
상기 렌즈 구동부(130)는 상기 렌즈부(120) 또는 상기 렌즈부(120)의 일부 렌즈를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 자세하게, 상기 렌즈 구동부(130)는 가동 제어부(135)의 제어 신호에 의해 상기 렌즈를 상기 광축(OA) 방향으로 이동시킬 수 있다. The
상기 렌즈 구동부(130)는 적어도 하나의 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 렌즈 구동부(130)의 액추에이터는 VCM(Voice Coil Motor)의 전자기력을 이용하여 렌즈의 위치를 제어할 수 있다. 상기 액추에이터는 피에조 소자(Piezo-electric device) 또는 형상 기억 합금 등을 포함할 수 있고, 상기 소자의 물리적 변화를 이용하여 상기 렌즈의 위치를 제어할 수 있다.The
상기 렌즈 구동부(130)는 상기 광원부(110) 및 상기 렌즈 사이의 거리를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈 구동부(130)는 상기 렌즈를 상기 광원부(110) 상에서 이동시킬 수 있다. 상기 렌즈 구동부(130)는 상기 렌즈를 상기 광원부(110)의 광축(OA)을 따라 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 렌즈와 상기 광원부(110) 사이의 거리는 증가 또는 감소할 수 있다. 또한, 상기 렌즈부(120)가 복수의 렌즈를 포함할 경우, 상기 렌즈 구동부(130)는 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈를 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 렌즈들 사이의 거리는 증가 또는 감소할 수 있다. 이에 따라 상기 광원부(110)를 통해 렌즈부(120)로 투사된 광은 플러드 조명에서 스팟 조명까지 스팟의 크기를 조절할 수 있다.The
상기 광원부(110)는 카메라 모듈 예컨대, 3차원 이미지 센싱용 카메라 모듈에 채택된다. 예를 들어, 3차원 이미지 센싱용 카메라 모듈은 객체의 심도 정보(Depth Information)를 포착할 수 있는 카메라일 수 있다. 한편, 카메라 모듈의 심도 센싱을 위해서는 별도 센서를 탑재하며, 구조광(Structured Light: SL) 방식과 ToF(Time of Flight) 방식 등 두 가지로 구분된다. 구조광(SL) 방식은 특정 패턴의 레이저를 피사체에 방사한 후, 피사체 표면의 모양에 따라 패턴이 변형된 정도를 바탕으로 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3차원 이미지의 촬영 결과를 얻게 된다. 이에 비해 ToF 방식는 레이저가 피사체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 심도를 계산한 후, 이미지센서가 찍은 사진과 합성해 3D 촬영 결과를 얻게 된다. 이에 따라 SL 방식은 레이저가 매우 정확하게 위치해야 하는 반면에, ToF 기술은 향상된 이미지센서에 의존한다는 점에서 대량 생산에 유리한 장점이 있으며, 하나의 휴대폰에 어느 하나의 방식 또는 두 가지 방식 모두를 채용할 수도 있다.The
상기 ToF는 직접/간접(direct/In-direct) 타입이 있으며, 간접 타입은 방출광과 수신광의 위상차를 이용하여 거리를 측정하며, 표면발광 레이저소자(VCSEL)의 광원을 변조하여 소정 주기로 온오프가 반복되도록 구동될 수 있다. 여기서, 센서의 픽셀은 광원과 동일 주기로 온오프되는 픽셀 및 180도의 위상 차이를 갖고 온/오프되는 픽셀을 포함할 수 있다. 간접(In-direct) 타입에서는 위상차를 검출해서 거리를 측정하는데, 위상차가 0인 경우와 360도인 경우 동일한 거리로 인식될 수 있다. 예컨대, 광원 바로 앞에 물체가 있는 제1케이스(case)와, 광원과 멀리 있어 광이 돌아오는 시간이 위상이 360도 바뀌는 주기와 동일한 제2케이스(case)를 같은 거리로 처리하고 인식할 수 있다. 상기 제1케이스는 광원이 발광한 광이 위상 차이 없이 바로 센서에서 검출할 수 있으며, 제2케이스는 광원과 센서가 수신하는 반사광의 위상 차이가 360도가 되어 다시 위상 차이가 없어지게 된다. 이에 따라 타켓(target) 거리에 따라 광원과 센서의 점멸 주기를 맞춰야 하며, 특히 물체와 객체 사이의 거리가 멀어질수록 점멸 주기를 길게(모듈레이션 주파수를 작게) 설정할 수 있다.The ToF has a direct/in-direct type, and the indirect type measures a distance using a phase difference between emitted light and received light, and modulates the light source of a surface emitting laser device (VCSEL) to turn on at a predetermined cycle. Off may be driven to be repeated. Here, the pixel of the sensor may include a pixel that is turned on/off in the same period as the light source and a pixel that is turned on/off with a phase difference of 180 degrees. In the in-direct type, the distance is measured by detecting the phase difference, and when the phase difference is 0 and 360 degrees, the same distance can be recognized. For example, the first case with an object right in front of the light source and the second case with the same distance from the light source and the time when the light returns are equal to the cycle in which the phase changes by 360 degrees can be processed and recognized as the same distance . In the first case, the light emitted by the light source can be directly detected by the sensor without a phase difference, and in the second case, the phase difference between the light source and the reflected light received by the sensor becomes 360 degrees, so that the phase difference disappears again. Accordingly, the blinking cycle of the light source and the sensor must be adjusted according to the target distance. In particular, as the distance between the object and the object increases, the blinking cycle can be set longer (the modulation frequency is small).
도 6과 같이, 상기 광원부(110)는 이미터 어레이(201)를 갖는 표면발광 레이저소자를 포함할 수 있다. 상기 표면발광 레이저소자는 개구부들을 갖는 이미터 어레이(201)가 배열된 발광영역(R1)과 상기 발광 영역(R1)의 외측 일부 또는 둘레에 배치된 하나 또는 복수의 패드(101,102) 또는 상부 패드를 포함할 수 있다. 상기 표면발광 레이저소자는 하부 전극(215, 도 9)를 가지며, 상기 하부 전극(215)은 공통 전극으로 사용될 수 있다. 상기 이미터 어레이(201)는 제1방향(X)과 제2방향(Y)으로 배열된 복수의 이미터(E1,E2)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 이미터(E1,E2) 각각은 개구부를 갖고 서로 이격될 수 있다.As shown in FIG. 6 , the
상기 복수의 이미터(E1,E2)가 어느 한 패드(101,102)에 서로 연결되거나 어느 한 패드(101,102)에 의해 구동될 경우, 상기 패드(101,102)는 단일 개이거나 서로 전기적으로 연결된 패드일 수 있다. 상기 복수의 이미터(E1,E2)가 서로 다른 패드(101,102)에 의해 개별 구동될 경우, 상기 패드(101,102)는 2개 이상이 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. When the plurality of emitters E1 and E2 are connected to any one of the
상기 이미터(E1,E2)들은 개구부를 통해 광이 방출되며, 소정의 화각(FOV: Field Of View)을 갖는 광을 조사할 수 있다. 다른 예로서, 상기 표면발광 레이저소자는 서로 다른 화각을 갖는 광을 조사하거나, 서로 다른 줌(Zoon) 기능을 위해 광을 조사하는 이미터 영역을 포함할 수 있다.The emitters E1 and E2 emit light through openings, and may emit light having a predetermined field of view (FOV). As another example, the surface light emitting laser device may include an emitter region for irradiating light having different angles of view or irradiating light for different zoom functions.
도 9와 같이, 이미터 어레이의 이미터에 대해 설명하면, 이미터 어레이(201)는 하부 전극(215), 기판(210), 제1 반사층(220), 발광층(230), 산화층(240), 제2 반사층(250), 패시베이션층(270), 및 제1 전극(280)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(280)은 접촉부(282)와 연결부(284)를 포함할 수 있다. 상기 이미터 어레이(201)는 기판(210)을 포함할 수 있다. 상기 기판(210)은 전도성 기판 또는 비전도성 기판일 수 있다. 상기 전도성 기판은 전기 전도도가 우수한 금속이 사용될 수 있다. 상기 기판(210)은 이미터 어레이(201)의 동작시 발생되는 열이 충분히 발산시킬 수 있어야 하므로, 열전도도가 높은 GaAs 기판 또는 금속기판을 사용하거나 실리콘(Si) 기판을 포함할 수 있다. 상기 비전도성 기판은 AlN 기판이나 사파이어(Al2O3) 기판 또는 세라믹 계열의 기판 등이 사용될 수 있다.Referring to the emitter of the emitter array as shown in FIG. 9 , the
상기 하부 전극(215)은 기판(210)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 하부 전극(215)은 도전성 재료로 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 전극(215)은 금속일 수 있고, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성되어, 전기적 특성을 향상시켜 광출력을 높일 수 있다. 상기 하부 전극(215)은 이미터들과 공통적으로 연결되는 공통 전극 또는 캐소드 단자일 수 있다. The
상기 제1 반사층(220)는 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 두께를 줄이기 위해 기판(210)이 생략되는 경우, 제1 반사층(220)의 하면은 하부 전극(215)의 상면과 접촉될 수 있다. 상기 제1 반사층(220)는 제1 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트를 포함할 수 있다. 상기 제1 반사층(220)는 갈륨계 화합물, 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 반사층(220)는 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(220)는 서로 다른 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 제1 층 및 제2 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 상기 제1 반사층(220)에서의 층의 두께는 각각의 굴절률과 발광층(230)에서 방출되는 광의 파장에 따라 결정될 수 있다.The first
상기 발광층(230)은 제1 반사층(220) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광층(230)은 상기 제1 반사층(220)과 제2 반사층(250) 사이에 배치될 수 있다. 상기 발광층(230)는 내부에 활성층과 적어도 하나 이상의 캐비티를 포함할 수 있으며, 상기 활성층은 단일 우물구조, 다중 우물구조, 단일 양자우물 구조, 다중 양자우물(MQW: Multi Quantum Well) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성층은 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 InGaAs/AlxGaAs, AlGaInP/GaInP, AlGaAs/AlGaAs, AlGaAs/GaAs, GaAs/InGaAs 등의 페어를 갖고 1 내지 3 페어 구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 상기 캐비티는 AlyGa(1-y)As(0<y<1) 물질로 형성될 수 있으며, AlyGa(1-y)As로된 복수의 층을 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
상기 산화층(240)은 절연영역(242)과 개구부(241)를 포함할 수 있다. 상기 절연영역(242)는 개구부(241)을 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 상기 개구부(241)는 상기 발광층(230)의 발광 영역(중심영역) 상에 배치되고, 상기 절연영역(242)은 발광층(230)의 비 발광 영역(가장자리영역) 상에 배치될 수 있다. 상기 비 발광 영역은 발광 영역을 둘러쌀 수 있다. 상기 개구부(241)는 전류가 흐르는 통로영역일 수 있다. 상기 절연영역(242)은 전류의 흐름을 차단하는 차단영역일 수 있다. 상기 절연영역(242)는 옥사이드층(oxide layer) 또는 산화층으로 지칭될 수 있다. 상기 산화층(240)은 전류의 흐름이나 밀도를 제한하여 보다 응집된 레이저 빔이 방출되도록 하므로, 전류제한층(current confinement layer)으로 지칭될 수 있다. The
상기 개구부(241)의 사이즈에 의해 상기 제1 전극(280)에서 발광층(230)으로 공급되는 전류의 양, 즉 전류밀도가 결정될 수 있다. 상기 개구부(241)의 사이즈는 절연영역(242)에 의해 결정될 수 있다. 상기 절연영역(242)의 사이즈가 커질수록 개구부(241)의 사이즈는 작아지고, 이에 따라 발광층(230)으로 공급되는 전류밀도는 증가될 수 있다. 아울러, 상기 개구부(241)는 발광층(230)에서 생성된 빔이 상측 방향, 즉 제2 반사층(250)의 방향으로 진행되는 통로일 수 있다. 즉, 상기 개구부(241)의 사이즈에 따라, 발광층(230)의 빔의 발산 각이 달라질 수 있다. The amount of current supplied from the
상기 절연영역(242)은 절연층, 예를 들어 알루미늄산화물(Al2O3)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 산화층(240)이 AlGaAs(aluminum gallium arsenide)를 포함하는 경우, 산화층(240)의 AlGaAs가 H2O와 반응하여 가장자리가 알루미늄산화물(Al2O3)로 변해져 절연영역(242)으로 형성되고, H2O와 반응하지 않은 중심영역은 AlGaAs를 포함하는 개구부(241)가 될 수 있다.The
상기 개구부(241)를 통해 발광층(230)에서 발광된 광을 상부 영역으로 발산할 수 있으며, 상기 절연영역(242)과 비교하여 개구부(241)의 광 투과율은 더 높을 수 있다. 상기 절연영역(242)은 복수의 층을 포함할 수 있으며, 예컨대, 적어도 한 층이 III-V족 또는 II-VI족 화합물 반도체 물질을 포함할 수 있다.Light emitted from the
상기 제2 반사층(250)는 산화층(240) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 반사층(250)는 갈륨계 화합물 예를 들면 AlGaAs를 포함할 수 있다. 상기 제2 반사층(250)는 제2 도전형 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 제2 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트일 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1 반사층(220)이 p형 도펀트로 도핑될 수도 있고, 상기 제2 반사층(250)이 n형 도펀트로 도핑될 수도 있다. 상기 제2 반사층(250)은 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반사층(250)는 서로 다른 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 복수의 층이 교대로 적어도 1회 이상 적층된 구조일 수 있다. 상기 제2 반사층(250)의 각 층은 AlGaAs를 포함할 수 있고, 상세하게는, x의 조성이 다른 AlxGa(1-x)As(0<x<1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, Al이 증가하면 각 층의 굴절률은 감소하고, Ga가 증가하면 각 층의 굴절률은 증가할 수 있다. 상기 제2 반사층(250)의 각 층의 두께는 /4n이고, 는 활성층에서 방출되는 광의 파장일 수 있고, n은 상술한 파장의 광에 대한 각 층의 굴절률일 수 있다. The second
상기 제2 반사층(250)은 층들이 교대로 적층되어 이루어질 수 있으며, 상기 제1 반사층(220) 내에서 층들의 페어(pair) 수는 상기 제2 반사층(250) 내에서 층들의 페어 수보다 더 많을 수 있다. 여기서, 상기 제1 반사층(220)의 반사율은 상기 제2 반사층(250)의 반사율 보다 클 수 있다. The second
여기서, 상기 제1 반사층(220)에서 상기 제2 반사층(250)까지의 층들은 발광 구조물로 정의될 수 있다. 상기 발광 구조물의 상부는 외 측면이 경사진 측면으로 제공될 수 있다. 상기 발광 구조물의 상부는 메사 에칭 공정에 의해 경사진 측면으로 노출될 수 있다. Here, the layers from the first
패시베이션층(270)은 발광구조물의 상부 둘레에 배치될 수 있다. 상기 발광구조물의 상부는, 예컨대 발광층(230), 산화층(240) 및 제2 반사층(250)를 포함할 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 상기 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 상기 제2 반사층(250)의 에지 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 발광구조물이 부분적으로 메사 식각되는 경우, 상기 제1 반사층(220)의 상면의 일부는 노출되고, 발광구조물의 일부 영역이 돌출된 형태로 배치될 수 있다. 상기 패시베이션층(270)이 발광구조물의 일부 영역의 둘레와 상기 노출된 제1 반사층(220)의 상면 상에 배치될 수 있다. The
상기 패시베이션층(270)은 외부로부터 발광구조물을 보호하고, 상기 제1 반사층(220)와 제2 반사층(250)의 전기적인 쇼트를 차단할 수 있다. 상기 패시베이션층(270)은 절연 재질 또는 유전체 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 SiO2와 같은 무기 재질로 형성될 수 있지만, 이에 대해 한정하지 않는다. The
상기 제1 전극(280)은 접촉부(282)와 접촉부(282)에 연결되는 연결부(284)를 포함할 수 있다. 상기 접촉부(282)는 상기 제2 반사층(250)의 상면의 일부분에 접촉될 수 있다. 상기 접촉부(282)는 상기 제2 반사층(250)과의 오믹 접촉될 수 있다. 상기 연결부(284)는 상기 접촉부(282)와 제1 패드(도 6의 101 또는/및 102)를 연결시켜 줄 수 있으며, 인접한 이미터 어레이(201)들을 연결시켜 줄 수 있다. The
상기 접촉부(282)와 연결부(284)는 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 접촉부(282)와 연결부(284)는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 접촉부(282)와 연결부(284)는 서로 동일한 금속 또는 비 금속 재질이거나, 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.The
상기 접촉부(282)는 상기 개구부(241)와 수직 방향으로 중첩되는 패시베이션층(270)의 외측 둘레에서 상기 제2 반사층(250)과 접촉될 수 있다. 상기 접촉부(282)는 상기 패시베이션층(270)을 통해 제2 반사층(250)과 접촉될 수 있으며, 상기 제2 반사층(250)의 상부 둘레에 루프 형상 또는 폐 루프 형상으로 배치될 수 있다. The
상기 각각의 이미터는 탑뷰에서 볼 때, 상기 개구부(241)가 중심부에 배치되고, 상기 개구부(241)의 둘레에 절연영역(242) 및 접촉부(282)가 배치될 수 있다. When viewed from a top view, each emitter may have the
도 6을 참조하면, 표면발광 레이저소자는 발광 영역(R1)에 대해, 가로 길이(H1)가 세로 길이(V1)보다 클 수 있다. 상기 가로 길이(H1)와 세로 길이(V1)는 소정 각도의 화각(FOV)를 기준으로 1배(1x)의 줌 영역을 위한 발광 영역으로 제공될 수 있다. 즉, 발광영역(R1)에 의해 조사되는 광에 의한 화각 또는 기준 화각은 예컨대, 70도 이상 예컨대, 80도 내지 90도의 범위일 수 있다. 상기 가로 길이(H1)는 1mm 이상 예컨대, 1.2mm 내지 1.5mm의 범위일 수 있다. 상기 세로 길이(V1)는 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.2mm의 범위일 수 있다. 상기 가로 길이(H1)와 상기 세로 길이(V1)의 비율은 4:3이거나, a:b의 비율일 수 있으며, 상기 a>b이며, a은 b보다 1배 초과일 수 일 수 있다. 상기 이미터(E1,E2)는 700nm 이상 예컨대, 700nm 내지 1100nm의 범위 또는 750nm 내지 950nm의 범위로 발광할 수 있다. 상기 이미터(E1,E2)는 동일한 피크 파장을 발광할 수 있다. 여기서, 발광영역(R1)의 외측에 대해 길이가 긴 길이를 갖는 변은 장변일 수 있으며, 길이가 짧은 변은 단변일 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the surface emitting laser device, a horizontal length H1 may be greater than a vertical length V1 of the emission region R1 . The horizontal length H1 and the vertical length V1 may be provided as a light emitting area for a zoom area of 1x (1x) based on a field of view (FOV) of a predetermined angle. That is, the angle of view or the reference angle of view by the light irradiated by the light emitting region R1 may be, for example, 70 degrees or more, for example, 80 degrees to 90 degrees. The horizontal length H1 may be in the range of 1 mm or more, for example, 1.2 mm to 1.5 mm. The vertical length V1 may be in the range of 0.7 mm or more, for example, 0.7 mm to 1.2 mm. The ratio of the horizontal length H1 and the vertical length V1 may be 4:3 or a ratio of a:b, wherein a>b may be greater than one time than b. The emitters E1 and E2 may emit light in a range of 700 nm or more, for example, in a range of 700 nm to 1100 nm or in a range of 750 nm to 950 nm. The emitters E1 and E2 may emit the same peak wavelength. Here, a side having a long length with respect to the outside of the light emitting region R1 may be a long side, and a side having a short length may be a short side.
발명의 실시 예는 발광 유닛(100)로부터 투사된 스팟 조명(R52, 도 12의 (b))과 플러드 조명(R50, 도 12의 (a))을 스위칭하는 광학계에서 플러드 조명의 배트윙(batwing) 구현을 위해 이미터 어레이의 이미터들 간격을 변경하여 왜곡을 주는 방법 또는/및 렌즈부에 의한 왜곡을 부여할 수 있다. 즉, 배트윙은 이미터 어레이의 주변부가 중심부보다 낮은 광도로 투사되는 광학적인 배열에 의해 발생될 수 있다. 이러한 배트윙에 의한 왜곡을 표면발광 레이저소자에서 이미터들의 좌표 위치를 변경하여 왜곡을 부여하거나, 렌즈부로 왜곡을 줄 수 있다.An embodiment of the invention is the batwing of the flood illumination in the optical system for switching the spot illumination (R52, Fig. 12 (b)) and the flood illumination (R50, Fig. 12 (a)) projected from the light emitting unit 100 (batwing) ), a method for imparting distortion by changing the spacing between emitters of the emitter array and/or distortion by the lens unit may be imparted. That is, the batwing may be caused by an optical arrangement in which the periphery of the emitter array is projected with a lower luminous intensity than the central portion. The distortion caused by the batwing may be imparted to the distortion by changing the coordinate positions of the emitters in the surface-emitting laser device, or the distortion may be given to the lens unit.
발명의 실시 예에 따른 표면발광 레이저소자의 이미터 어레이(201)는 N행 및 M열의 이미터(E1,E2)로 배열될 수 있으며, 상기 N,M은 10이상일 수 있으며, N>M의 관계를 가질 수 있다. 상기 이미터(E1,E2)들은 위치 또는 영역에 따라 균일하지 않게 배열될 수 있다. 상기 이미터(E1,E2)들은 중심부(Ra)의 간격은 주변부(Rb)의 간격보다 넓을 수 있다. 상기 중심부(Ra)는 발광영역(R1)의 중심 또는 광축 위치와 이에 인접한 이미터들의 영역이며, 상기 주변부(Rb)는 상기 발광영역(R1)의 외측 테두리 또는 외측 변을 따라 배치되는 에지측 이미터 및 그 주변 영역일 수 있다.The
상기 중심부(Ra)는 복수의 이미터들이 행 또는/및 열 방향으로 배열될 수 있다. 상기 주변부(Rb)는 복수의 이미터들이 행 또는/및 열 방향으로 배열될 수 있다. 상기 행 방향은 가로 방향이며, 상기 열 방향은 세로 방향일 수 있으며, 상기 중심부(Ra)에서는 행 또는 열 방향이 직선일 수 있으며, 주변부(Rb)에서 행 또는 열 방향은 직선 또는/및 곡선을 포함할 수 있다.In the central portion Ra, a plurality of emitters may be arranged in a row and/or column direction. In the peripheral portion Rb, a plurality of emitters may be arranged in a row and/or column direction. The row direction may be a horizontal direction, the column direction may be a vertical direction, and a row or column direction may be a straight line in the central portion Ra, and a row or column direction may be a straight line or/and a curve in the peripheral portion Rb. may include
상기 이미터 어레이(201)에서 중간부(Rc)는 상기 중심부(Ra)와 상기 주변부(Rb) 사이에 배치되며, 복수의 이미터들이 행 또는/및 열 방향으로 배열될 수 있다. 상기 중간부(Rc)에서 행 또는 열 방향은 직선 또는/및 곡선을 포함할 수 있다.In the
제1예로서, 상기 이미터(E1,E2)들은 센터 지점(Pc)을 기준으로 제1방향(X)으로 점차 넓은 좁은 간격으로 배열될 수 있다. 상기 이미터(E1,E2)들은 제1단변(Sv)에서 중심부(Ra)를 향해 점차 넓은 간격으로 배열되고, 상기 중심부(Ra)에서 상기 제1단변의 반대측 제2단변을 향해 점차 좁은 간격으로 배열될 수 있다.As a first example, the emitters E1 and E2 may be arranged at gradually wide and narrow intervals in the first direction X with respect to the center point Pc. The emitters E1 and E2 are arranged at wide intervals from the first short side Sv toward the center Ra, and gradually narrow from the center Ra toward the second short side opposite to the first short side. can be arranged.
상기 이미터(E1,E2)들은 센터 지점(Pc)을 기준으로 제2방향(Y)으로 점차 넓은 좁은 간격으로 배열될 수 있다. 상기 이미터(E1,E2)들은 제1장변(Sh)에서 중심부(Ra)를 향해 점차 넓은 간격으로 배열되고, 상기 중심부(Ra)에서 상기 제1장변의 반대측 제2장변을 향해 점차 좁은 간격으로 배열될 수 있다. The emitters E1 and E2 may be arranged at wide and narrow intervals in the second direction Y with respect to the center point Pc. The emitters E1 and E2 are arranged at wide intervals from the first long side Sh toward the center Ra, and gradually narrow at intervals from the center Ra toward the second long side opposite to the first long side. can be arranged.
상기 제1방향(X)과 제2방향(Y) 사이의 제3방향(Z)으로 배열된 이미터(E1,E2)들은 중심부(Ra)에서 에지부(Rb) 또는 각 변(Sv,Sh)에 인접할수록 점차 좁을 수 있다. The emitters E1 and E2 arranged in the third direction Z between the first direction X and the second direction Y have an edge portion Rb or each side Sv, Sh at the center Ra. ), the closer it is, the narrower it can be.
상기 이미터(E1,E2)들은 중심부(Ra)를 기준으로 대각 끝까지 배열되는 제1영역(A1), 상기 중심부(Ra)에서 단변(Sv)의 센터로 연장되는 제2영역(A2), 및 상기 중심부(Ra)에서 장변(Sh)의 센터로 연장되는 제3영역(A3)을 포함할 수 있다. The emitters E1 and E2 are a first area A1 arranged to the diagonal end with respect to the center Ra, a second area A2 extending from the center Ra to the center of the short side Sv, and A third area A3 extending from the center Ra to the center of the long side Sh may be included.
도 6 및 도 7의 (a)와 같이, 상기 제1영역(A1)에서 중심(Pc) 주변 또는 중심부(Ra)에 배치되며 제1 또는 제2방향으로 이격된 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들의 피치(D1)는 주변부(Rb) 또는 에지부에 인접한 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들의 피치(D2)보다 클 수 있다. 또한 서로 다른 행 또는 열에 배치된 중심부(Ra)의 이미터들(E1,E2) 또는 개구부들의 피치(D11)는 주변부 또는 에지부의 이미터(E1,D2)들 또는 개구부들의 피치(D12)보다 클 수 있다. 또한 제3방향으로 중심부(Ra)에 배치된 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들의 피치(D11)는 주변부(Rb)에 배치된 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들의 피치(D12)와 같거나 클 수 있다. 상기 피치는 인접한 두 이미터의 개구부의 중심 사이의 간격이다. As shown in FIGS. 6 and 7 ( a ), emitters E1 and E2 are disposed around or around the center Ra in the first area A1 and are spaced apart from each other in the first or second direction. Alternatively, the pitch D1 of the openings may be greater than the pitch D2 of the emitters E1 and E2 or the openings adjacent to the peripheral portion Rb or the edge portion. In addition, the pitch D11 of the emitters E1 and E2 or the openings of the central portion Ra arranged in different rows or columns may be greater than the pitch D12 of the emitters E1 and D2 or the openings of the peripheral or edge portions. have. In addition, the pitch D11 of the emitters E1 and E2 or the openings disposed in the central portion Ra in the third direction is the pitch D12 of the emitters E1 and E2 or the openings disposed in the peripheral portion Rb. may be equal to or greater than The pitch is the distance between the centers of the openings of two adjacent emitters.
도 6 및 도 7의 (b)와 같이, 상기 제2영역(A2)에서 중심(Pc) 주변 또는 중심부(Ra)에 배치되며 제1방향(X)으로 이격된 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들의 피치(D1)는 주변부(Rb) 또는 에지부에 인접한 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들의 피치(D13)보다 클 수 있다. 상기 제1방향(X)으로 인접한 두 이미터(E1,E2)의 개구부와 개구부 사이의 간격(D4)은 중심부(Ra)의 피치(D1)보다는 작고, 주변부(Rb)의 피치(D13)보다는 클 수 있다.As shown in FIGS. 6 and 7 (b) , emitters E1 and E2 are disposed around or around the center Ra in the second area A2 and spaced apart in the first direction X. Alternatively, the pitch D1 of the openings may be greater than the pitch D13 of the emitters E1 and E2 or the openings adjacent to the peripheral portion Rb or the edge portion. The distance D4 between the opening and the opening of the two emitters E1 and E2 adjacent in the first direction X is smaller than the pitch D1 of the central portion Ra, and smaller than the pitch D13 of the peripheral portion Rb. can be large
도 6 및 도 7의 (c)와 같이, 상기 제3영역(A3)에서 중심(Pc) 주변 또는 중심부(Ra)에 배치되며 제2방향(Y)으로 이격된 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들 간의 피치(D1)는 주변부(Rb) 또는 에지부에 인접한 이미터(E1,E2)들 또는 개구부들 간의 피치(D14)보다 클 수 있다.As shown in FIGS. 6 and 7 (c), emitters E1 and E2 are disposed around or around the center Ra in the third area A3 and spaced apart in the second direction Y. Alternatively, the pitch D1 between the openings may be greater than the pitch D14 between the emitters E1 and E2 adjacent to the peripheral portion Rb or the edge portion or the openings.
도 6과 도 7(b)(c)에서, 상기 중심부(Ra)에서의 제1,2방향(X,Y)의 이미터들 또는 개구부들 간의 피치(D1)는 서로 동일할 수 있다. 주변부(Rb)에서의 제1방향(X)의 이미터들 간의 피치(D13)는 제2방향(Y)의 이미터들 또는 개구부들 간의 피치(D14<D13)보다는 작을 수 있다.6 and 7(b)(c) , a pitch D1 between emitters or openings in the first and second directions (X,Y) in the central portion Ra may be the same as each other. A pitch D13 between emitters in the first direction (X) in the peripheral portion Rb may be smaller than a pitch (D14<D13) between emitters or openings in the second direction (Y).
예를 들면, 상기 중앙부(Ra)는 중심에서 모서리 끝까지의 반경에 대해 중심을 기준으로 20% 또는 30% 이하의 범위이며, 상기 중간부(Rc)는 중심을 기준으로 20% 내지 70%의 범위 또는 30% 내지 80%의 범위이며, 상기 주변부(Rb)는 중심을 기준으로 70% 내지 100%의 범위 또는 80% 내지 100%의 범위일 수 있다. For example, the central portion (Ra) is in the range of 20% or less than 30% of the center with respect to the radius from the center to the edge of the edge, and the middle portion (Rc) is in the range of 20% to 70% of the center. or 30% to 80%, and the peripheral portion Rb may be in a range of 70% to 100% or 80% to 100% based on the center.
제2예로서, 상기 중앙부(Ra), 상기 중간부(Rc) 및 상기 주변부(Rb) 중 적어도 하나는 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 간격이 비선형적으로 감소되는 인접한 이미터들을 포함할 수 있다. 상기 비선형적으로 감소되는 간격은 중심에서 각 변 또는 양변을 향해 연속적으로 변화될 수 있다. As a second example, at least one of the central portion Ra, the middle portion Rc, and the peripheral portion Rb may include adjacent emitters or adjacent emitters in which the spacing between the openings is non-linearly reduced. The non-linearly decreasing interval may be continuously changed from the center toward each side or both sides.
상기 중앙부(Ra)의 중심에 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 제1간격(평균 간격 a)은 선형적 또는 비선형적으로 감소될 수 있다. 상기 중앙부(Ra) 내의 이미터들 중에서 중간부(Rc)에 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 제2간격(평균 간격 b)은 비선형적으로 감소될 수 있다. 상기 평균 간격 a > 평균 간격 b의 관계를 갖고, 인접한 이미터들 간의 거리가 비선형적으로 변화될 수 있다.A first interval (average interval a) between emitters or openings adjacent to the center of the central portion Ra may be linearly or non-linearly decreased. A second interval (average interval b) between emitters or openings adjacent to the middle portion Rc among the emitters in the central portion Ra may be non-linearly reduced. In the relationship of the average spacing a > the average spacing b, the distance between adjacent emitters may be non-linearly changed.
상기 중간부(Rc)의 전 영역에서 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 제3간격은 비선형적으로 감소될 수 있다. 구체적으로, 상기 중간부(Rc) 내의 이미터들 또는 개구부들은 상기 중앙부(Ra)에 인접한 영역에서 간격(평균 간격 c)이 선형적 또는 비선형적으로 감소되며, 상기 중간부(Rc)의 센터에서 이미터들 또는 개구부들 간의 간격(평균 간격 d)이 비선형적으로 감소되며, 상기 주변부(Rc)에 인접한 영역에서 이미터들 또는 개구부들 간의 간격(평균 간격 e)이 선형적 또는 비선형적으로 감소될 수 있다. 여기서, 상기 제3간격을 보면, 평균 간격 c > 평균 간격 d> 평균 간격 e의 관계를 가지며, 상기 평균 간격 c와 평균 간격 d의 차이는 상기 평균 간격 d와 평균 간격 e 사이의 차이와 같거나 작을 수 있다.A third interval between adjacent emitters or openings in the entire region of the intermediate portion Rc may be non-linearly reduced. Specifically, the emitters or openings in the middle portion Rc are linearly or non-linearly reduced in spacing (average spacing c) in the region adjacent to the central portion Ra, and already at the center of the middle portion Rc. The spacing between emitters or openings (average spacing d) is reduced non-linearly, and the spacing between emitters or openings (average spacing e) in the region adjacent to the periphery Rc may be linearly or non-linearly decreased. . Here, looking at the third interval, it has a relationship of average interval c > average interval d> average interval e, and the difference between the average interval c and the average interval d is equal to or equal to the difference between the average interval d and the average interval e can be small
상기 주변부(Rb) 내에 배열된 이미터들 또는 개구부들 간의 제4간격은 선형적 또는/및 비선형적으로 감소될 수 있다. 상기 주변부(Rb) 내의 이미터들 중에서 중간부(Rc)에 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 간격(평균 간격 f)은 선형적 또는 비선형적으로 감소될 수 있다. 상기 주변부(Rb) 내의 이미터들 중에서 모서리 끝에 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 간격(평균 간격 g)은 선형적 또는 비선형적으로 감소될 수 있다. 상기 평균 간격 f > 평균 간격 g의 관계를 갖고, 인접한 이미터들 간의 거리가 비선형적으로 변화될 수 있다.A fourth interval between the emitters or openings arranged in the peripheral portion Rb may be linearly and/or non-linearly reduced. The distance between the emitters or openings adjacent to the middle part Rc among the emitters in the peripheral part Rb (average spacing f) may be linearly or non-linearly reduced. Among the emitters in the periphery Rb, the distance between the emitters adjacent to the edge or the openings (average spacing g) may be linearly or non-linearly reduced. With the relationship of the average spacing f > the average spacing g, the distance between adjacent emitters may be non-linearly changed.
도 8과 같이, 이미터 어레이(201)에서 장변을 따라 양 모서리에 배치된 제1 및 제2이미터(Pe1,Pe4), 및 단변을 따라 양 모서리에 배치된 제1 및 제3이미터(Pe1,Pe5)로 할 때, 제1 이미터와 제2 이미터를 지나는 제1직선(Lx1)은 상기 장변(Sh) 측 양 모서리 사이에 배치된 이미터(Pe2)들보다 내측에 배치될 수 있다. 즉, 장변(Sh)을 따라 최 외곽에 배치된 이미터(Pe2)들은 상기 제1직선(Lx1)보다 외측에 배치될 수 있다. 상기 제1 이미터와 제3 이미터를 지나는 제2직선(Ly1)은 상기 단변(Sv) 측 양 모서리 사이에 배치된 이미터(Pe3)들보다 내측에 배치될 수 있다. 즉, 단변(Sv)을 따라 최 외곽에 배치된 이미터(Pe3)들은 상기 제2직선(Ly1)보다 외측에 배치될 수 있다. As shown in FIG. 8 , in the
상기 장변(Sh)을 따라 최 외곽에 배치된 이미터들을 연결한 선분들은 외측 방향으로 볼록한 곡선으로 제공될 수 있다. 상기 단변(Sv)을 따라 최 외곽에 배치된 이미터들을 연결한 가상의 선은 상기 직선과 교차되며 외측 방향으로 볼록한 곡선으로 제공될 수 있다. 이는 이미터 어레이는 그 중심을 기준으로 반경 좌표로 환산한 값들로 각 이미터 좌표에 왜곡을 조정하되, 이미터 어레이의 대각 길이로 비율 조정한 형태로 제공될 수 있다. Line segments connecting the outermost emitters along the long side Sh may be provided in an outwardly convex curve. An imaginary line connecting the outermost emitters along the short side Sv may intersect the straight line and may be provided as a convex curve in an outward direction. This may be provided in the form of adjusting the distortion in each emitter coordinate with values converted into radial coordinates based on the center of the emitter array, but adjusting the ratio by the diagonal length of the emitter array.
발명의 실시 예는 표면발광 레이저소자의 이미터 어레이에서 동일한 면적 또는 크기를 기준으로 이미터들은 중심부의 밀도가 주변부의 밀도보다 낮게 배치할 수 있다. 이에 따라, 광이 투사되는 광학계에서의 렌즈에 의한 왜곡을 대체하거나 동일한 효과를 줄 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the density of the center of the emitters may be lower than the density of the periphery based on the same area or size in the emitter array of the surface emitting laser device. Accordingly, it is possible to replace the distortion caused by the lens in the optical system to which the light is projected or to give the same effect.
여기서, 도 6 및 도 19와 같이, 이미터 어레이의 중앙(Pc)에서 모서리 끝까지를 1로 정규화할 때, 상기 중심부(Ra)는 제1구간(B1)일 수 있으며, 상기 중간부(Rc)는 제2구간(B2)일 수 있으며, 상기 주변부(Rb)는 제3구간(B3)일 수 있다. 상기 왜곡 곡선은 중심 점(P0)에서 모서리 지점(P3)까지 복수의 변곡 지점(P1,P2)을 갖는 비선형 함수를 포함할 수 있다. 상기 변곡 지점(P1,P2)은 인접한 구간(B1,B2,B3)들 사이에 배치된 이미터들 또는 개구부들 간의 간격이 선형적으로 또는 비 선형적으로 변화되는 지점일 수 있다. 여기서, 제1구간(B1)은 점(P0,P1) 사이에 비선형적 함수의 곡선을 가지며, 상기 제2구간(B2)는 점(P1,P2) 사이에 비선형 함수의 곡선을 가지며, 상기 제3구간(B3)은 점(P2,P3) 사이에서 선형 함수 또는/및 비선형 함수의 곡선을 가질 수 있다.Here, as shown in FIGS. 6 and 19 , when normalizing from the center Pc to the edge of the emitter array to 1, the central portion Ra may be the first section B1, and the middle portion Rc may be a second section B2, and the peripheral portion Rb may be a third section B3. The distortion curve may include a nonlinear function having a plurality of inflection points P1 and P2 from the center point P0 to the edge point P3. The inflection points P1 and P2 may be points at which an interval between emitters or openings disposed between adjacent sections B1, B2, and B3 is linearly or non-linearly changed. Here, the first section B1 has a nonlinear function curve between the points P0 and P1, and the second section B2 has a nonlinear function curve between the points P1 and P2, and the second section B2 has a nonlinear function curve between the points P1 and P2. The third section B3 may have a curve of a linear function and/or a non-linear function between the points P2 and P3.
상기 중심 점(P0)에서 모서리 지점(P3)를 지나는 가상의 직선(C1)은 상기 각 지점들을 연결한 직선(P0-P1, P1-P2,P2-P3) 각각의 기울기 보다 클 수 있다. 또한 상기 직선(C1)은 서로 다른 두 지점(P0-P2, P1-P2)를 연결한 직선(C2, C3)의 기울기보다 클 수 있다. 이러한 구간(B1,B2,B3)를 기초로, 상기 제2구간(B2) 또는 중간부(Rc)에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 간격의 변화는 제1구간(B1) 또는 중앙부(Ra)에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 간격의 변화보다 클 수 있다. 상기 제3구간(B3) 또는 주변부(Rb)에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 간격의 변화는 제1구간(B1) 또는 중앙부(Ra)에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 간격의 변화보다 클 수 있다. 여기서, 간격의 변화는 평균 거리의 비선형적인 감소 변화율일 수 있다. The imaginary straight line C1 passing from the center point P0 to the corner point P3 may be greater than the slope of each of the straight lines P0-P1, P1-P2, and P2-P3 connecting the respective points. Also, the straight line C1 may be greater than the slope of the straight lines C2 and C3 connecting two different points P0-P2 and P1-P2. Based on these sections B1, B2, and B3, a change in the spacing between adjacent emitters or openings disposed in the second section B2 or the middle portion Rc is determined in the first section B1 or the central portion Ra. ) may be greater than the change in spacing between adjacent emitters or openings disposed in . A change in the spacing between adjacent emitters or openings disposed in the third section B3 or the peripheral portion Rb is a change in the spacing between adjacent emitters or openings disposed in the first section B1 or the central portion Ra. can be larger Here, the change in the interval may be a non-linear decreasing rate of change of the average distance.
이와 같이, 이미터 어레이(201)의 이미터들의 간격을 영역에 따라 다르게 배열할 수 있다. 예를 들면, 중심부의 이미터들의 피치는 넓고 주변부의 이미터들의 피치는 좁게 배열할 수 있다. 즉, 중심부에서 방사형태로 이미터들의 피치를 점차 넓혀 줄 수 있다. 이때의 기준은 중심부에서 가장 긴 길이 방향인 대각 길이를 1로 정규화(norimized)하여, 초기 이미터들의 좌표별로 왜곡 값을 더 할당하게 된다.In this way, the distance between the emitters of the
예를 들면, 도 20과 같이, 초기 이미터 어레이를 기준으로 각 이미터들의 위치를 설정하게 된다(S100). 이때의 각 이미터들의 위치는 이미터들이 일정한 피치로 이격된 좌표 값일 수 있다. 그리고, 초기 이미터 어레이의 중심을 기준으로 각 이미터의 좌표를 반경 좌표(r)로 계산하게 된다(S110). For example, as shown in FIG. 20 , the position of each emitter is set based on the initial emitter array ( S100 ). In this case, the position of each emitter may be a coordinate value in which the emitters are spaced apart at a constant pitch. Then, the coordinates of each emitter are calculated as radius coordinates (r) based on the center of the initial emitter array (S110).
여기서, 또는 로 구해질 수 있다. here, or can be saved with
상기 (x,y)는 설정하고자 하는 이미터 좌표이며, (x0,y0)는 중심 좌표이다. The (x,y) is the emitter coordinate to be set, and (x0,y0) is the center coordinate.
도 8에서, 중심 이미터의 좌표(x0,y0)와, 임의의 이미터 좌표(x,y)가 제공될 경우, (x0,y0)는 (30,20)이고, (x,y)는 (40,26)인 경우, 반경좌표 r=11.66일 수 있다.In Figure 8, given the coordinates (x0,y0) of the central emitter and arbitrary emitter coordinates (x,y), (x0,y0) is (30,20), and (x,y) is In the case of (40,26), the radial coordinate r=11.66.
그리고, 이미터 어레이의 대각 끝을 1로 하여, 전체 이미터들의 좌표를 정규화하며(S120), 상기 정규화된 각각의 이미터의 좌표에 왜곡(rdistortion)을 보여하게 된다(S130). Then, by setting the diagonal end of the emitter array to 1, the coordinates of all emitters are normalized (S120), and distortion (r distortion ) is shown in the coordinates of each normalized emitter (S130).
예컨대, rinitial 은 초기 이미터의 좌표이며, %distortion는 왜곡 값이 될 수 있다. 예컨대, 14%의 왜곡이 있을 경우, 초기 이미터 좌표에는 1.14의 왜곡 좌표가 부여될 수 있다. 여기서, 상기 왜곡은 (-) 부호를 가지므로, 중심(또는 0)부터 모서리 끝(또는 1)까지 정규화한 좌표에 대해 대응되는 값을 구할 수 있다. 이러한 각 이미터 좌표별 왜곡 값이 구해지면, 이미터 어레이의 대각 길이로 비율 조정할 수 있다(S140). For example, r initial is the coordinates of the initial emitter, and %distortion can be the distortion value. For example, when there is a distortion of 14%, a distortion coordinate of 1.14 may be assigned to the initial emitter coordinates. Here, since the distortion has a (-) sign, a value corresponding to the coordinates normalized from the center (or 0) to the edge (or 1) can be obtained. When the distortion value for each emitter coordinate is obtained, the ratio can be adjusted to the diagonal length of the emitter array (S140).
이와 같이, 이미터 어레이의 중심을 기준으로 반경 좌표로 하고, 상기 중심에서 대각 끝을 1로 정규화(normized)한 다음, 일정한 간격을 갖는 이미터들의 초기 좌표에 0부터 1까지의 정규화된 좌표에 왜곡에 대응되는 값을 부여한 다음, 이미터 어레이의 대각 길이로 비율 조정하여 각 이미터의 좌표에 왜곡을 부여할 수 있다. 이러한 방법으로 이미터 어레이의 각 이미터 좌표를 제공하여, 이미터들의 간격을 다르게 형성해 줄 수 있다. In this way, using the radius coordinates with respect to the center of the emitter array, the diagonal ends from the center are normalized to 1, and then the initial coordinates of the emitters having regular intervals are in the normalized coordinates from 0 to 1. After giving a value corresponding to the distortion, it is possible to apply the distortion to the coordinates of each emitter by adjusting the ratio by the diagonal length of the emitter array. In this way, by providing the coordinates of each emitter of the emitter array, the spacing of the emitters can be different.
상기 이미터들은 중심에서 반경을 기준으로 인접한 이미터들과 간격 또는 피치가 증가 또는 감소될 수 있다. 예를 들면, 상기 이미터 어레이는 중심에서 대각선 끝까지를 제1반경으로 하고, 상기 중심에서 상기 제1반경보다 작은 제2반경에 인접한 행 또는 열 방향의 이미터들 간의 피치는 서로 동일할 수 있고, 상기 제2반경에서 중심으로 갈수록 상기 피치는 넓어지고, 제1반경으로 갈수록 상기 피치는 좁아질 수 있다. The emitters may be increased or decreased in spacing or pitch from adjacent emitters based on a radius from the center. For example, the emitter array may have a first radius from a center to a diagonal end, and a pitch between emitters in a row or column direction adjacent to a second radius smaller than the first radius from the center may be the same, The pitch may increase from the second radius toward the center, and the pitch may become narrower toward the first radius.
여기서, 도 19와 같이, 왜곡을 부여하지 않는 경우, 플러드 조명의 왜곡 곡선을 나타낸 도면이다. 상기 커브는 중심(0)에서 1로 갈수록 2차 함수 형태로 증가될 수 있다. 상기 곡선은 중심에서 모서리 끝인 1까지 다수의 구간으로 분리할 수 있으며, 0부터 제1지점(B1)까지를 연결한 직선을 갖는 제1구간(B1) 기울기는 제2구간(B2)의 기울기보다 작을 수 있다. 상기 제2구간(B2)의 기울기는 제3구간(B3)의 기울기보다 클 수 있다. 여기서, 제1구간(B1)은 대가선 길이를 1로 할 경우, 대각선 방향으로 중심(0)에서 0.2까지의 구간이며, 제2구간(B2)은 0.2에서 0.7까지의 구간이며, 제3구간(B3)은 0.7에서 1까지의 구간일 수 있다. 즉, 기울기의 변화량이 상대적으로 큰 제2구간(B2)과 제3구간(B3)에서의 각 이미터에 부여되는 왜곡 값이 더 클 수 있다. 이러한 구간들은 3개 이상 예컨대, 3개 내지 5개 구간을 등 간격 또는 2차원 함수의 기울기 값으로 구분할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이러한 조명 밝기의 왜곡을 이미터 어레이의 각 이미터 좌표에 상기 왜곡 값에 대응되도록 부여할 수 있다. 도 19의 가로 방향은 중심에서의 길이를 %로 나타낸 값이며, 세로 방향은 중심에서 대각 끝까지의 길이를 상대적인 이미터들의 위치로 나타낸 값이다. Here, as shown in FIG. 19, it is a diagram showing a distortion curve of flood illumination when no distortion is applied. The curve may increase in the form of a quadratic function from the center (0) to 1 (1). The curve can be divided into a plurality of sections from the center to the edge of the edge 1, and the slope of the first section (B1) having a straight line connecting from 0 to the first point (B1) is higher than the slope of the second section (B2). can be small The slope of the second section B2 may be greater than the slope of the third section B3. Here, the first section B1 is a section from the center (0) to 0.2 in the diagonal direction when the main line length is 1, the second section B2 is a section from 0.2 to 0.7, and the third section (B3) may be a section from 0.7 to 1. That is, the distortion value applied to each emitter in the second section B2 and the third section B3 in which the amount of change of the slope is relatively large may be larger. Three or more of these sections, for example, 3 to 5 sections, may be divided into equal intervals or a slope value of a two-dimensional function, but is not limited thereto. The distortion of the illumination brightness may be applied to each emitter coordinate of the emitter array to correspond to the distortion value. The horizontal direction of FIG. 19 is a value representing the length from the center in %, and the vertical direction is a value representing the length from the center to the diagonal end as relative positions of emitters.
여기서, 발명의 실시 예는 이미터 어레이의 중심에서 대각 끝까지 반경 좌표로 하여, 반경이 증가에 따라 이미터들 간의 피치를 줄여줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 구간 내에서는 동일한 이미터들 간의 피치를 갖고, 상기 중심에서 멀어지는 구간일수록 그 전 구간(중심에 가까운 구간)보다는 더 좁은 이미터들 간의 피치를 가질 수 있다.Here, according to an embodiment of the present invention, a pitch between emitters can be reduced as the radius increases by using the radius coordinates from the center to the diagonal end of the emitter array. As another example, the pitch between emitters may be the same within the section, and the pitch between emitters may be narrower than that of the entire section (section closer to the center) as the section moves away from the center.
발명의 실시 예에 따라 이미터 어레이(201)는 이미터(E1,E2)들 간의 간격을 중심부(Ra)에서 주변부(Rb)로 갈수록 점차 좁은 간격으로 배치해 주거나, 반대로 주변부(Rb)에서 중심부(Ra)로 갈수록 점차 넓은 간격으로 배치할 수 있다. 이에 따라 이미터 어레이의 광축이 쉬프트되는 문제를 방지할 수 있으며, 주변부(Rb)의 스팟 특성을 중심부(Ra)의 스팟 특성보다 밝게 제공할 수 있다. 또한 중심부(Ra)의 이미터들의 간격을 더 넓게 배치해 줌으로써, 중심부(Ra)에서의 열 분산 효과를 줄 수 있다. 또한 중심부에서의 광 출력을 낮추어, 주변부(Rb)의 광 출력을 중심부(Ra)와 유사하게 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
따라서, 발명의 실시 예는 왜곡이 없는 광학계에 의해 광이 투사(projected)될 경우, 이미터 어레이의 왜곡 형태가 유지된 채로 광이 투사될 수 있다. 만약, 플러드 조명시 주변부의 밝기를 중심부보다 밝게 만들 수 있으며, 결과적으로 배트윙(batwing)의 구현이 가능할 수 있다. 발명의 실시 예에 의해 이미터 어레이의 각 이미터의 좌표에 왜곡을 부여할 경우, 도 20의 (a)와 같이, 스팟 조명으로 구현될 수 있고, (b)와 같이 배트윙을 갖는 플러드 조명으로 구현될 수 있다. 따라서, 이미터 어레이의 중심부와 주변부의 스팟 품질(spot quality)를 유사하게 구현할 수 있다. 또한 왜곡이 있는 광학계를 사용할 경우, 이미터 어레이의 전체적인 영역 뿐만 아니라, 주변부의 단일 스팟 자체도 국소적으로 왜곡의 영향을 받을 수 있는 문제를 해결할 수 있다. Accordingly, in the embodiment of the present invention, when light is projected by an optical system without distortion, the light may be projected while the distortion shape of the emitter array is maintained. If, during flood lighting, the brightness of the periphery may be made brighter than that of the center, and as a result, it may be possible to implement a batwing. When distortion is applied to the coordinates of each emitter of the emitter array according to an embodiment of the present invention, as shown in (a) of FIG. 20, spot lighting can be implemented, and flood lighting having a batwing as shown in (b) can be implemented as Accordingly, it is possible to similarly implement the spot quality of the center and the periphery of the emitter array. In addition, when an optical system with distortion is used, it is possible to solve the problem that not only the entire area of the emitter array, but also a single spot in the periphery may be affected by the distortion locally.
또한 이미터 어레이의 주변부에 비해 중심부는 열원이 주변에 있기 때문에 동일 동작 환경에서 열분산 특성이 좋지 않는 문제를 해결할 수 있다. 또한 중심부는 주변부보다 높은 온도로 인해 파장 쉬프트, 광출력 감소, 변조 지연(modulation delay) 등의 문제를 줄여줄 수 있다. 또한 이미터 어레이의 영역내에서 불균일한 문제를 줄여줄 수 있다. In addition, compared to the periphery of the emitter array, since the heat source is located at the center of the emitter array, it is possible to solve the problem of poor heat dissipation characteristics in the same operating environment. In addition, the central part can reduce problems such as wavelength shift, optical output reduction, and modulation delay due to a higher temperature than the peripheral part. It can also reduce the problem of non-uniformity within the area of the emitter array.
한편, 공정 한계로 인해 필연적으로 발생할 수밖에 없는 이미터 어레이와 렌즈의 디센터링(decentering)에도, 왜곡의 중심을 항상 이미터 어레이의 중심으로 구현할 수 있다. On the other hand, even in the case of decentering of the emitter array and lens, which inevitably occurs due to process limitations, the center of distortion can always be implemented as the center of the emitter array.
발명의 변형 예로서, 도 5 및 도 6과 같이, 렌즈부(120) 및 렌즈 구동(130)를 이용하여 왜곡(distortion)이 적용될 경우, 왜곡(distortion)의 중심이 디센터링(decentered)된 양만큼 이미터 어레이 내에서 쉬프트될 수 있다. 이러한 렌즈부(120)를 광축 방향으로 조절하여, 왜곡을 부여한 경우, 도 13의 (a)와 같이, 스팟 조명이 구현될 수 있고, 도 13의 (b)와 같은 배트윙을 갖는 플러드 조명이 구현될 수 있다. 이때의 이미터 어레이는 도 6과 같은 형태로 제공되거나, 도 18과 같이 왜곡 없이 이미터 어레이로 제공될 수 있다.As a modified example of the invention, as shown in FIGS. 5 and 6 , when distortion is applied using the
상기 렌즈부(120)의 왜곡 수차를 보면, 수차란 상을 맺을 때 한점에서 나온 빛이 광학계를 통과한 다음 한점에 모이지 않고 영상이 일그러지는 현상 등을 말한다. 수차는 크게 단색수차(monochromatic aberration)와 색수차(chromatic aberration)로 구분된다. 여기서, 단색수차는 렌즈의 기하학적인 형태에서 비롯된 것으로서, 구면수차, 코마수차, 비점수차, 만곡수차 및 왜곡 수차가 있다. 상기 왜곡 수차는 광축에 수직인 평면형의 물체가 광축에 수직인 상면상에서 상이한 형태로 결상되지 않는 현상을 의미한다. 왜곡 수차는 상의 형상 재현성의 결함을 나타내는 수차일 수 있다. 왜곡 수차의 형태는 원통형(barrel) 왜곡과 실패형(pincushion) 왜곡으로 나뉠 수 있으며, 각각 음의 왜곡과 양의 왜곡으로 불릴 수 있다. When looking at the distortion aberration of the
상기 왜곡 수차는 이상적인 상의 위치를 벗어난 거리에 대한 이상적인 상의 높이의 백분율로 나타낼 수 있다. 왜곡률은 아래와 같이 나타낼 수 있다.The distortion aberration may be expressed as a percentage of the height of the ideal image to the distance away from the position of the ideal image. The distortion rate can be expressed as follows.
여기서, Distortion(%)는 왜곡률을 나타내고, yreal은 변경된 상의 위치를 나타내고, yparaxial은 이상적인 상의 위치를 나타낸다. 즉, yreal은 왜곡된 상의 위치를 의미하고, yparaxial은 왜곡되지 않은 경우에서 상의 위치를 의미한다. 왜곡 수차가 존재하면, 프로젝터(projector)와 같은 영상 장비의 경우, 송출된 영상에 왜곡이 발생한다. 그리고, 카메라와 같은 촬상 장비의 경우, 촬상된 영상에 왜곡이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 프로젝터나 카메라와 같은 장비에 왜곡 수차를 최소화시킨 렌즈를 사용하거나 영상 보정을 통해 왜곡 수차를 최소화시킨다. 일반적으로 왜곡 수차가 3%이하인 렌즈가 이용된다.Here, Distortion (%) represents the distortion rate, y real represents the changed image position, and y paraxial represents the ideal image position. That is, y real denotes the position of the distorted image, and y paraxial denotes the position of the image in the undistorted case. When distortion aberration exists, in the case of imaging equipment such as a projector, distortion occurs in the transmitted image. And, in the case of imaging equipment such as a camera, distortion occurs in the captured image. In order to solve this problem, a lens with minimal distortion aberration is used for equipment such as a projector or a camera, or distortion aberration is minimized through image correction. In general, a lens having a distortion aberration of 3% or less is used.
도 5 및 도 11를 참조하면, 발광유닛(100)은 의도적인 왜곡 수차가 적용된 렌즈부(120)를 이용한다. 발명의 실시예에 따른 렌즈부(120)는 각 필드별로 기 설정된 왜곡 수차가 적용될 수 있다. 즉, 렌즈부(120)가 10개의 필드로 구별될 수 있는 경우, 10개의 필드 각각에 대해 왜곡 수차가 설정될 수 있고, 필드별로 설정된 왜곡 수차가 적용될 수 있다. 각 필드에 설정되는 왜곡 수차는 서로 다르거나 일부가 동일할 수 있다. 예를 들어, 발광부(100)의 FOI(Field Of Illumination)가 70도라고 가정한다. FOI는 발광 유닛(100)을 기준으로 한 시야각을 의미하며, 이는 수광부(200)의 FOV(Field Of View)에 대응할 수 있다. 시야각은 대각을 기준으로 설정될 수 있으나, 수평각 또는 수직각을 기준으로 설정될 수도 있다.5 and 11 , the
이때, 도 11에서와 같이, 필드를 7개로 분할할 경우, 각 필드는 인접한 필드 사이에 7도의 차이가 발생할 수 있다. 7개의 필드를 제0 필드부터 제6 필드로 분할 할 경우, 제0필드 내지 제6필드 각각에 대해 기 설정된 왜곡 수차가 적용될 수 있다. 즉, 렌즈부(120)는 제0필드에서 제6필드 각각에 제0왜곡 수차 내지 제6왜곡 수차가 적용될 수 있다. 그리고, 객체의 제0필드 내지 제6필드에는 제0왜곡 수차 내지 제6왜곡 수차에 따라 왜곡된 광신호가 입사될 수 있다. 발명의 변형 예에 따르면, FOI의 반각보다 큰 범위에서, 왜곡률 크기는 5% 이상이 설정될 수 있다. 여기서 FOI의 반각이라 함은 FOI의 절반에 해당하는 각도를 의미할 수 있다. 예를 들어, FOI가 70도인 경우, FOI의 반각은 35도를 의미할 수 있다. 따라서, 이 경우, FOI 35도에서 왜곡률의 크기는 5%이상이 설정될 수 있다. In this case, as in FIG. 11 , when a field is divided into 7, a difference of 7 degrees may occur between adjacent fields in each field. When the seven fields are divided into
상기 왜곡 수차는 렌즈부(120)의 중심에서 FOI의 반각까지 단조 증가(monotonically increasing) 할 수 있다. 왜곡 수차는 렌즈부(120)의 중심에서 FOI의 반각까지 왜곡률의 크기가 필드별로 단조 증가할 수 있다. 예를 들어, 렌즈부(120)의 반각이 제3 필드에 포함된 경우, 렌즈부(120)의 중심이 포함된 제0필드에서 제3필드까지 왜곡률의 크기는 단조 증가할 수 있다. 상기 왜곡 수차는 렌즈부(120)의 반각보다 큰 범위에서 왜곡률의 크기가 유지되거나 감소될 수 있다. 상기 예에서, 렌즈부(120)가 제6필드까지 구분된다고 가정하면, 제4필드 내지 제6필드는 제3필드의 왜곡률 크기보다 클 수 없다. 발명의 변형예에 따르면, 렌즈부(120)는 빛의 패턴이 왜곡 수차에 대응하는 원통형 왜곡의 형태가 되도록 광신호를 왜곡시킬 수 있다. 따라서, 객체에 입사되는 광신호의 빛의 패턴은 원통형 왜곡의 형태일 수 있다. 렌즈부에 의핫 왜곡을 부여할 경우, 도 22의 (a)(b)와 같이, 스팟 조명과 플러드 조명으로 구현될 수 있다. The distortion aberration may increase monotonically from the center of the
도 13 및 도 15와 같이, 이미터 어레이(201)의 이미터(E1,E2)는 복수의 라인 형태로 배열되거나, 복수의 라인들에 전원을 공급하는 패드(101,102)가 각각 연결될 수 있다. 도 14의 (a)-(c)와 (d)-(f)와 같이, 각 이미터들의 라인별 구동에 따른 스팟 조명이 구현될 수 있다. 예컨대, 교번하여 배치된 수평한 라인들 또는/및 수직한 라인들의 이미터들에 패드들을 선택적으로 연결해 주어, 부분 발광되는 활성 영역을 제어할 수 있다. 이러한 발광된 이미터들의 라인 또는/및 활성 영역을 제어하는 한편, 렌즈부를 통해 수직 방향의 이동으로 왜곡을 줄 수 있다.13 and 15 , the emitters E1 and E2 of the
또한 도 16의 (a)는 전체 활성영역에서 이미터가 구동하는 예를 도시하고 있다. 도 16의 (b)는 전체 영역의 중심으로부터 소정의 거리 내에 배치된 복수의 이미터가 전극(101,202A)에 의해 구동하는 예를 도시하고 있다. 도 16의 (c)는 전체 영역의 중심으로부터 소정의 거리 내에 배치된 복수의 이미터가 전극(101,202B)에 의해 구동하는 예를 도시하고 있다. 도 16의 (c)에서 소정의 거리는 도 16의 (b)에서 소정의 거리보다 가까울 수 있다.Also, FIG. 16(a) shows an example in which the emitter is driven in the entire active region. Fig. 16B shows an example in which a plurality of emitters arranged within a predetermined distance from the center of the entire area are driven by the
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 광원부의 일부 영역 구동에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 17을 참조하면, 광원부(110)는 복수의 구역으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 도 17에서와 같이, 전체 영역이 2개 이상 예컨대, 2개 내지 12개의 구역으로 분할될 수 있다. 각 구역은 개별 구동되는 하나의 그룹이거나 복수의 그룹이 포함될 수도 있다. 광원부(110)는 복수의 구역 중 적어도 하나의 구역에 배치된 복수의 이미터를 구동할 수 있다. 도 17의 (a)-(c)에서는 하나의 구역에 배치된 이미터가 구동되는 것을 예시로 도시하였으나, 두 개 이상의 구역에 배치된 이미터가 구동될 수 있다.17 is a diagram illustrating another embodiment of driving a partial region of a light source unit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 17 , the
발명의 실시 예는 이미터 어레이의 각 이미터에 좌표 위치를 왜곡시키는 제1방법과, 상기 변형 예에서 개시된 렌즈부를 광축 방향으로 이동시켜 조명에 왜곡을 주는 제2방법을 선택적으로 이용하거나 혼합하여 이용할 수 있다. 또한 상기 제2방법에 의한 왜곡이 상기 제1방법에 의한 왜곡에 부분적으로 적용될 수 있다.An embodiment of the invention selectively uses or mixes the first method of distorting the coordinate position of each emitter of the emitter array and the second method of distorting lighting by moving the lens unit disclosed in the modified example in the optical axis direction. Available. Also, the distortion by the second method may be partially applied to the distortion by the first method.
도 23은 발명의 실시예에 따른 표면발광 레이저소자가 적용된 이동 단말기의 예를 나타낸 사시도이다.23 is a perspective view showing an example of a mobile terminal to which a surface-emitting laser device according to an embodiment of the present invention is applied.
도 23에 도시된 바와 같이, 이동 단말기(1500)는 일면 또는 후면에 제공된 카메라 모듈(1520), 플래쉬 모듈(1530), 자동 초점 장치(1510)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광층으로서 상기에 개시된 표면발광 레이저소자 및 광 수신부를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 23 , the mobile terminal 1500 may include a
상기 플래쉬 모듈(1530)은 그 내부에 광을 발광하는 이미터를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다. 상기 카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.The
상기 자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다. The
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the embodiments should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the embodiments are included in the scope of the embodiments.
Claims (10)
상기 이미터 어레이의 외측에 배치되며 상기 복수의 이미터 중 적어도 하나에 연결된 적어도 하나의 패드를 포함하며,
상기 이미터 어레이의 이미터들은 개구부를 갖고 서로 이격되며,
상기 이미터 어레이의 중심부, 중간부 및 주변부 중 적어도 하나에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들이 비선형적으로 변화되는 간격을 포함하는, 표면발광 레이저소자.an emitter array in which a plurality of emitters are arranged; and
at least one pad disposed outside the emitter array and coupled to at least one of the plurality of emitters;
The emitters of the emitter array have an opening and are spaced apart from each other;
and an interval in which adjacent emitters or openings disposed in at least one of a central portion, a middle portion, and a peripheral portion of the emitter array include a non-linearly varying interval.
상기 이미터 어레이의 중심부, 중간부 및 주변부 각각에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들이 비선형적으로 변화되는 간격을 포함하는, 표면발광 레이저소자.According to claim 1,
and an interval in which adjacent emitters or openings disposed in each of the central part, the middle part, and the peripheral part of the emitter array are non-linearly changed.
상기 비선형적으로 변화되는 간격은 인접한 이미터들 또는 개구부들 간의 평균 간격이 감소되는, 표면발광 레이저소자.3. The method of claim 1 or 2,
The non-linearly changing spacing is a surface emitting laser device, wherein the average spacing between adjacent emitters or openings is reduced.
상기 중앙부 및 상기 주변부에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들은 선형적으로 감소되는 간격을 포함하는, 표면발광 레이저소자.4. The method of claim 3,
The adjacent emitters or openings disposed in the central portion and the peripheral portion include a linearly decreasing spacing.
상기 중간부에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들은 상기 중앙부에 인접한 영역에서 선형적으로 감소되는 간격과, 상기 중간부의 센터에서 비선형적으로 감소되는 간격을 포함하는, 표면발광 레이저소자.4. The method of claim 3,
The adjacent emitters or openings disposed in the middle portion include a linearly decreasing spacing in a region adjacent to the central portion and a nonlinearly decreasing spacing in the center of the intermediate portion.
상기 중간부에 배치된 인접한 이미터들 또는 개구부들은 상기 주변부에 인접한 영역에서 선형적으로 감소되는 간격을 포함하는, 표면발광 레이저소자.6. The method of claim 5,
and adjacent emitters or openings disposed in the middle portion include a linearly decreasing spacing in a region adjacent to the peripheral portion.
상기 이미터 어레이의 이미터들 또는 개구부들은 중심에서 양 변을 향하는 행 또는 열 방향으로 비선형적으로 감소되는, 표면발광 레이저소자.3. The method of claim 1 or 2,
The emitters or openings of the emitter array are non-linearly reduced in a row or column direction from the center toward both sides.
상기 광원부의 이미터들이 구동되어 조사된 적외선 영역의 광을 객체로부터 산란 또는 반사된 광을 수신하는 수광 유닛을 포함하는 카메라 모듈.A light emitting unit having a light source unit having the surface emitting laser device of claim 1 or 2 and a lens unit on the light source unit; and
and a light receiving unit configured to receive light scattered or reflected from an object by driving the emitters of the light source to emit light in the irradiated infrared region.
상기 이미터 어레이의 중심을 기준으로 각 이미터의 좌표를 반경좌표로 환산하는 단계;
상기 이미터 어레이의 중심에서 대각 끝을 1로 하여, 전체 이미터들의 좌표를 정규화(Normalized)하는 단계;
상기 정규화된 각각의 이미터들의 좌표에 이미터들 간의 피치가 상기 중심에서 양 변을 향하는 행 또는 열 방향으로 비선형적으로 감소되는 왜곡을 부여하는 단계;
상기 왜곡을 갖는 이미터들 각각을 대각 길이로 비율 조정하여 배열하는 단계를 포함하는, 표면발광 레이저소자의 이미터 어레이의 배열방법.setting a coordinate position of each emitter of an emitter array in which emitters having a predetermined interval are arranged;
converting the coordinates of each emitter into radial coordinates based on the center of the emitter array;
Normalizing the coordinates of all emitters by setting a diagonal end to 1 in the center of the emitter array;
imparting a distortion in which a pitch between emitters is nonlinearly reduced in a row or column direction from the center toward both sides to the normalized coordinates of each emitter;
A method for arranging an emitter array of a surface emitting laser device, comprising the step of arranging each of the emitters having the distortion by adjusting the ratio in a diagonal length.
상기 반경 좌표는 아래와 같이 구해지며,
(x,y)는 설정하고자 하는 이미터의 좌표이며,
(x0,y0)는 중심 좌표이며,
상기 반경 좌표에서의 왜곡(rdistortion)은 다음과 같이 구해지며,
상기 왜곡은 (-) 부호를 가지며,
rinitial는 초기 좌표이며,
상기 1은 대각 길이인, 표면발광 레이저소자의 이미터 어레이의 배열방법.10. The method of claim 9, wherein the distortion applying step gives a value corresponding to each of the coordinates of the normalized emitters from 0 to 1 of the center of the emitter array,
The radius coordinates are obtained as follows,
(x,y) is the coordinate of the emitter you want to set,
(x0,y0) is the center coordinate,
The distortion (r distortion ) in the radial coordinate is obtained as follows,
The distortion has a (-) sign,
r initial is the initial coordinate,
Wherein 1 is a diagonal length, the arrangement method of the emitter array of the surface light emitting laser device.
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