KR20210144107A - 카메라 모듈 - Google Patents

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KR20210144107A
KR20210144107A KR1020200060936A KR20200060936A KR20210144107A KR 20210144107 A KR20210144107 A KR 20210144107A KR 1020200060936 A KR1020200060936 A KR 1020200060936A KR 20200060936 A KR20200060936 A KR 20200060936A KR 20210144107 A KR20210144107 A KR 20210144107A
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light
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박강열
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서, 복수의 레이저 광을 방출하는 광원 및 상기 광원 상에 배치되며 복수의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부를 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
Figure pat00045

(상기 수학식 1에서 DL는 상기 광원에서의 레이저의 직경을 의미한다.)

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
실시예는 카메라 모듈에 관한 것이다.
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 디바이스뿐만 아니라 드론, 차량 등에 적용되어 다양한 기능을 제공하고 있다.
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, 구조광(Structured light) 카메라를 이용한 기술, DFD(Depth from defocus) 카메라를 이용한 기술, TOF(Time of flight) 카메라 모듈을 이용한 기술 등이 있다.
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.
또한, 구조광(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.
또한, TOF(Time of flight) 카메라는 광원에서 대상을 향해 방출한 광이 상기 대상에 반사되어 센서에 돌아오는 시간을 측정함으로써 상기 대상과의 거리를 계산하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다. 이러한 TOF 카메라는 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 장점이 있어 최근 주목받고 있다.
그러나, TOF 카메라는 상대적으로 높은 파장 대역의 광을 사용하여 안전상 문제가 있다. 자세하게, TOF 카메라에 사용되는 광은 일반적으로 적외선 파장 대역의 광을 사용하며, 상기 광이 사람의 민감한 부위, 예컨대 눈, 피부 등에 입사될 경우 각종 부상 및 질환을 유발할 수 있는 문제가 있다.
또한, TOF 카메라와 객체와의 거리가 멀수록 상기 객체에 도달하는 면적당 광 에너지가 감소하고, 이로 인해 상기 객체에 반사되어 되돌아오는 광 에너지 역시 감소할 수 있다. 이에 따라 객체에 대한 깊이 정보 정확도가 감소하는 문제가 있다.
또한, 상술한 바와 같이 객체가 먼거리에 위치할 경우, 상기 객체의 깊이 정보에 대한 정확도를 향상시키기 위해 보다 상기 객체를 향해 보다 강한 광을 방출시킬 수 있다. 그러나 이 경우 카메라의 소비 전력 증가에 대한 이슈, 안전성에 대한 문제점을 유발할 수 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 카메라 모듈이 요구된다.
실시예는 객체에 대한 깊이 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 향상된 공간 해상도를 가지는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 소비 전력 효율을 향상시킬 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 안전성을 향상시킬 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서, 복수의 레이저 광을 방출하는 광원 및 상기 광원 상에 배치되며 복수의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부를 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(상기 수학식 1에서 DL는 상기 광원에서의 레이저의 직경을 의미한다.)
또한, 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
(상기 수학식 2에서 AL는 겉보기 점원 크기(apparent source size)를 의미한다.)
또한, 상기 광원의 대각선 길이는 하기 수학식 3을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
(상기 수학식 3에서 DA는 상기 광원의 대각선 길이를 의미한다.)
또한, 상기 광원에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부와 n미터(meter) 만큼 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination) 및 복수의 점 패턴을 형성하고, 상기 점 패턴은 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
(상기 수학식 4에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, Adot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 면적을 의미하고, AFOI,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
또한, 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 FOI의 대각선 길이는 하기 수학식 5를 만족할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00005
(상기 수학식 5에서 n은 상기 n미터를 의미하고, dn은 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 FOI의 대각선 길이를 의미한다.)
또한, 상기 복수의 점 패턴은 제1 패턴, 상기 제1 패턴과 인접하는 제2 패턴 및 상기 제1 패턴과 인접하는 제3 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴과 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격하고, 상기 제3 패턴은 상기 제1 및 제2 패턴과 상기 제1 간격보다 짧은 제2 간격으로 이격될 수 있다.
또한, 상기 n 미터가 1 미터(meter)인 경우 상기 제2 간격은 42mm 내지 50mm이고, 상기 복수의 점 패턴의 개수는 하기 수학식 6을 만족할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006
(상기 수학식 6에서 Ndot,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, AFOI,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
또한, 상기 광원의 레이저 발산(spot divergence) 각도는 0.2도 이상 내지 1도 이하일 수 있다.
또한, 상기 광원의 겉보기 점원 크기는 2 밀리라드(mrad) 이상 내지 10 밀리라드(mrad) 이하일 수 있다.
또한, 상기 광원의 발산각(divergence angle)은 15도 이상 내지 30도 이하일 수 있다.
또한, 상기 광원에서 방출된 광의 FOI 각도(θ3)는 60도 이상 내지 120도 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부는 3매 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원은 상기 제1 렌즈부의 초점에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 상기 제1 렌즈부의 후방 초점 거리(BFL)보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 광원은 광 방출을 위한 적어도 하나의 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 수직 캐비티 표면 방출 레이저를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원 및 상기 제1 렌즈부를 포함하는 발광부 및 상기 발광부와 인접하게 배치되는 수광부를 포함하고, 상기 수광부는 상기 이미지 센서 및 상기 이미지 센서 상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서, 복수의 레이저 광을 방출하는 광원 및 상기 광원 상에 배치되며 복수의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부를 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00007
(상기 수학식 2에서 AL는 겉보기 점원 크기(apparent source size)를 의미한다.)
또한, 상기 광원에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부와 n미터(meter) 만큼 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination) 및 복수의 점 패턴을 형성하고, 상기 점 패턴은 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00008
(상기 수학식 4에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, Adot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 면적을 의미하고, AFOI,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
또한, 상기 복수의 점 패턴은 제1 패턴, 상기 제1 패턴과 인접하는 제2 패턴 및 상기 제1 패턴과 인접하는 제3 패턴을 포함하고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴과 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격하고, 상기 제3 패턴은 상기 제1 및 제2 패턴과 상기 제1 간격보다 짧은 제2 간격으로 이격되고, 상기 n 미터가 1 미터(meter)인 경우 상기 제2 간격은 42mm 내지 50mm이고, 상기 복수의 점 패턴의 개수는 하기 수학식 6을 만족할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00009
(상기 수학식 6에서 Ndot,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, AFOI,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서, 복수의 레이저 광을 방출하는 광원 및 상기 광원 상에 배치되며 복수의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부를 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 2를 만족하고, 상기 광원의 대각선 길이는 하기 수학식 3을 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00010
[수학식 3]
Figure pat00011
(상기 수학식 2에서 AL는 겉보기 점원 크기(apparent source size)를 의미하고, 상기 수학식 3에서 DA는 상기 광원의 대각선 길이를 의미한다.)
또한, 상기 광원에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부와 n미터(meter) 만큼 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination) 및 복수의 점 패턴을 형성하고, 상기 점 패턴은 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00012
(상기 수학식 4에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, Adot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 면적을 의미하고, AFOI,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
또한, 상기 n 미터가 1 미터(meter)인 경우 상기 복수의 점 패턴 사이의 최단 간격은 42mm 내지 50mm이고, 상기 복수의 점 패턴의 개수는 하기 수학식 6을 만족할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00013
(상기 수학식 6에서 Ndot,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, AFOI,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
실시예에 따른 카메라 모듈은 객체에 대한 깊이 정보를 효과적으로 파악할 수 있고 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 카메라 모듈은 광원에서 방출되는 광의 발산각, FOI(Field of illumination), 유효 초점 거리(EFL) 등을 제어하여 상기 객체에 제공되는 광의 광도를 증가시킬 수 있고, 수광부는 상기 객체에 반사된 광을 보다 효과적으로 감지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈은 상기 객체를 향해 광 방출 시 전기적, 광학적으로 최적화된 광을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 카메라 모듈은 향상된 소비 전력 효율을 가질 수 있고, 상기 객체에 거리에 무관한 안전한 광을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부 및 수광부의 구성도이다.
도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 배치를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 배치를 나타낸 다른 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 카메라 모듈의 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 광원의 일면을 도시한 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 제1 렌즈부의 구성도이다.
도 8은 실시예에 따른 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)와 발산 각도의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL), 겉보기 점원 크기(Apparent source size), 광원의 발산각(divergence angle)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 발광부의 겉보기 점원 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL), FOI(Field of illumination) 각도, 광원의 대각선 길이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 발광부에서 방출된 광에 의해 n미터 이격된 영역에 형성된 FOI(Field of illumination) 면적, 점 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용된 이동 단말기 및 차량의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 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 실시예에서 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 하나 이상을 포함할 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 한정되지 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.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 발광부(100) 및 수광부(300)를 포함할 수 있다.
상기 발광부(100)는 광을 방출할 수 있다. 상기 발광부(100)는 설정된 강도의 광을 설정된 방향으로 방출할 수 있다. 상기 발광부(100)는 가시광 내지 적외선 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 상기 발광부(100)는 광 신호를 형성할 수 있다. 상기 발광부(100)는 상기 제어부(710)로부터 인가되는 신호에 의해 설정된 광 신호를 형성할 수 있다. 상기 발광부(100)는 인가되는 신호에 의해 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태로 출력광 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 여기서, 상기 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다. 또한, 상기 광 신호는 객체에 입사되는 광 신호를 의미할 수 있다. 상기 발광부(100)가 출력하는 광 신호는 상기 카메라 모듈(1000)을 기준으로 출력광, 출력광 신호일 수 있고, 상기 발광부(100)가 출력하는 광은 상기 객체를 기준으로 입사광, 입사광 신호일 수 있다.
상기 발광부(100)는 상기 광 신호를 상기 객체에 소정의 노출 주기(integration time) 동안 조사할 수 있다. 여기서 상기 노출 주기는 1개의 프레임 주기를 의미할 수 있다. 일례로, 상기 카메라 모듈(1000)의 프레임 레이트(frame rater)가 30 FPS(Frame per second)인 경우 하나의 프레임의 주기는 1/30초일 수 있다.
상기 발광부(100)는 동일한 주파수를 가지는 복수의 광 신호를 출력할 수 있다. 또한, 상기 발광부(100)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광 신호를 출력할 수 있다. 일례로, 상기 발광부(100)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광 신호를 설정된 규칙으로 반복하여 출력할 수 있다. 또한, 상기 발광부(100)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광 신호를 동시에 출력할 수 있다.
상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)와 인접하게 배치될 수 있다. 일례로, 상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)와 나란히 배치될 수 있다. 상기 수광부(300)는 광을 수광할 수 있다. 상기 수광부(300)는 상기 객체에 반사된 광, 예컨대 입력광을 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)에서 방출되어 상기 객체에 반사된 광을 감지할 수 있다. 상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)가 방출한 광과 대응되는 파장 대역의 광을 감지할 수 있다.
상기 카메라 모듈(1000)은 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 발광부(100) 및 상기 수광부(300) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 상기 제어부는 상기 발광부(100) 및 상기 수광부(300) 중 적어도 하나의 구동을 제어할 수 있다. 일례로, 상기 제어부는 상기 발광부(100)를 제어하는 제1 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제1 제어부는 상기 발광부(100)에 인가되는 광 신호를 제어할 수 있다. 상기 제1 제어부는 상기 광 신호의 세기, 주파수 패턴 등을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 발광부를 제어하는 제2 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제어부는 상기 발광부가 후술할 제1 렌즈부를 제어하는 구동 부재(150)를 더 포함할 경우 상기 구동 부재(150)를 제어하는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 제어부는 상기 구동 부재(150)에 인가되는 구동 신호를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 카메라 모듈(1000)의 전방에 위치한 객체의 크기, 위치, 형태 등에 따라 상기 발광부(100)의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부는 상기 객체의 위치에 따라 방출되는 광의 강도, 광 패턴의 크기, 광 패턴의 형태 등을 제어할 수 있다.
상기 카메라 모듈(1000)은 객체를 향해 광을 방출하고 객체에 반사되어 되돌아오는 광의 시간 또는 위상 차이를 바탕으로 객체의 깊이 정보를 산출하는 TOF(Time of flight) 카메라일 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 카메라 모듈(1000) 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(1000)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 발광부(100)의 제1 기판 및 상기 수광부(300)의 제2 기판 중 적어도 하나일 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부 및 수광부의 구성도이고, 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 배치를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 배치를 나타낸 다른 도면이고, 도 5는 실시예에 따른 카메라 모듈의 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 발광부(100) 및 수광부(300)에 대해 보다 상세히 설명한다.
먼저 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 발광부(100)는 광원(110) 및 제1 렌즈부(130)를 포함할 수 있다.
상기 발광부(100)는 제1 기판(미도시) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 기판은 상기 발광부(100)를 지지할 수 있다. 상기 제1 기판은 상기 발광부(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 기판은 회로기판일 수 있다. 상기 제1 기판은 상기 발광부(100)에 전원을 공급하기 위한 배선층을 포함할 수 있고, 복수의 수지층으로 형성된 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)일 수 있다. 일례로, 상기 제1 기판은 리지드 PCB(Rigid PCB), 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB), RFPCB(Rigid Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 기판은 글래스(glass), 수지, 에폭시 등을 포함하는 합성 수지를 포함할 수 있고, 열전도성이 우수한 세라믹(ceramic), 표면이 절연된 금속을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판은 플레이트, 리드 프레임과 같은 형태를 가질 수 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1 기판 상에는 제너 다이오드, 변압 조절기 및 저항 등이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
상기 제1 기판 상에는 절연층(미도시) 또는 보호층(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 절연층 또는 보호층은 상기 제1 기판의 일면 및 타면 중 적어도 하나의 면 상에 배치될 수 있다.
상기 광원(110)은 상기 제1 기판 상에 배치될 수 있다. 상기 광원(110)은 상기 제1 기판의 상면과 직접 접촉하며 상기 제1 기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 광원(110)은 발광소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)은 발광 다이오드(LED; Light Emitting diode), 광 방출을 위한 복수의 어퍼쳐를 포함하는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser), 유기 발광 다이오드(OLED; Organic Light Emitting diode) 및 레이저 다이오드(LD; Laser diode) 중 적어도 하나의 발광소자를 포함할 수 있다.
상기 광원(110)은 설정된 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 자세하게, 상기 광원(110)은 가시광 또는 적외선 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)은 약 380nm 내지 약 700nm 파장 대역의 가시광을 방출할 수 있다. 또한, 상기 광원(110)은 약 700nm 내지 약 1mm 파장 대역의 적외선 광을 방출할 수 있다.
상기 광원(110) 상에는 제1 렌즈부(130)가 배치될 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)과 이격되는 복수의 렌즈 및 상기 렌즈를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제1 렌즈부(130)는 3매의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 렌즈는 유리(glass), 플라스틱(plastic) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 확산, 산란, 굴절, 집광 등을 시킬 수 있다.
상기 복수의 렌즈는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 포함할 수 있다. 상기 콜리메이터 렌즈는 상기 광원(110)에서 출력된 광을 콜리메이팅(collimating)할 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 광원(110)에서 방출된 광을 평행광으로 집광할 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 방출 경로 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 콜리메이터 렌즈는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 방출 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 콜리메이터 렌즈는 중심이 상기 광원(110)의 광축(OA)과 중첩될 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)과 설정된 간격을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 콜리메이터 렌즈는 상기 광원(110)과 설정된 간격을 가질 수 있다. 일례로, 상기 제1 렌즈부(130), 예컨대 상기 콜리메이터 렌즈의 초점은 상기 광원(110)에 배치되어 점 패턴의 광을 제공할 수 있다.
상기 제1 렌즈부는 설정된 화각(FOI; Field of illumination)을 갖는 출력광을 형성할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈부는 상기 콜리메이터 렌즈(130)를 통과한 평행광의 광의 경로를 변경하여 상기 출력광이 설정된 화각을 가지도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)의 발산각(divergence angle)은 약 15도 이상 내지 약 30도 이하일 수 있다. 또한, 상기 출력광의 화각(FOI)은 약 60도 이상 내지 약 120도 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 출력광의 화각은 약 60도 이상 내지 약 90도 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 다양한 형태로 변형시킬 수 있다. 일례로, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 단면 형상으로 변형시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 면 광원 형태로 변형시킬 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 상기 수광부(300)의 이미지 센서(310)의 유효 영역과 대응되는 형상으로 변형시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 복수의 점 광원 형태로 변형시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광이 객체에 직접적으로 조사되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 제어하여 사람의 눈, 피부 등과 같이 광에 민감한 영역에 광이 직접적으로 조사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)의 발광소자가 배치된 곳, 예컨대 상기 발광소자의 어퍼쳐와 대응되는 영역에 광이 집중되는 핫스팟(hot spot)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 발광부(100)는 제1 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제1 필터는 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 필터는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 필터는 상기 광원(110)에서 방출된 광 중, 설정된 파장 대역의 광을 통과시킬 수 있고 이와 다른 파장 대역의 광을 차단할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 발광부(100)는 구동 부재(150)를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 구동 부재(150)는 상기 콜리메이터 렌즈를 포함하는 상기 제1 렌즈부(130)와 결합할 수 있다. 일례로, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)의 하우징과 결합할 수 있다. 또한, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)의 적어도 하나의 렌즈와 결합할 수 있다. 일례로, 상기 구동 부재(150)는 상기 콜리메이터 렌즈와 결합할 수 있다.
상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130) 또는 상기 제1 렌즈부(130)에 포함된 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈를 이동시킬 수 있다. 일례로, 상기 구동 부재(150)는 상기 제2 제어부로부터 인가되는 신호에 의해 적어도 하나의 렌즈를 상기 광축(OA) 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 구동 부재(150)는 적어도 하나의 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 부재(150)는 액추에이터로 VCM(Voice Coil Motor), 피에조 소자(Piezo-electric device), 형상 기억 합금, MEMS 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 구동 부재(150)는 상기 액추에이터의 구동력을 이용하여 상기 제1 렌즈부(130) 및/또는 상기 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈의 위치를 제어할 수 있다.
상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이의 거리를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)를 상기 광원(110) 상에서 광축(OA)을 따라 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 구동 부재(150)는 상기 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈를 상기 광원(110) 상에서 광축(OA)을 따라 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(110)과 상기 제1 렌즈부(130) 사이의 거리는 증가 또는 감소할 수 있고, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로를 변경할 수 있다.
예를 들어, 상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110)과 상기 콜리메이터 렌즈의 초점 사이의 간격을 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 구동 부재(150)는 상기 콜리메이터 렌즈의 초점의 위치를 기준 위치로부터 이동 제어하여 방출된 광의 경로, 광 패턴의 형상, 크기 등을 제어할 수 있다. 상기 구동 부재(150)는 상기 콜리메이터 렌즈의 위치를 제어하여 광 패턴의 겉보기 크기(apparent source size)를 조절할 수 있다.
자세하게, 상기 광원(110) 및 상기 콜리메이터 렌즈의 초점 사이 간격에 따라 상기 카메라 모듈(1000)의 전방에 위치한 객체에 적어도 하나의 점 패턴의 광 또는 면 패턴의 광을 조사할 수 있다.
상기 광원(110) 및 상기 콜리메이터 렌즈의 초점 사이의 간격에 따라 상기 점 패턴의 크기는 변화할 수 있다. 일례로, 상기 광원(110)과 상기 콜리메이터 렌즈의 초점이 가까워질수록 상기 점 패턴의 크기는 작아질 수 있다. 이때 상기 광원(110)이 상기 콜리메이터 렌즈의 초점 측에 위치할 경우 상기 점 패턴의 세기, 자세하게 광의 세기가 가장 클 수 있다.
또한, 상기 광원(110)과 상기 콜리메이터 렌즈의 초점이 멀어질수록 상기 점 패턴의 크기는 증가할 수 있다. 이때, 상기 광원(110)과 상기 콜리메이터 렌즈의 초점이 보다 멀어질수록 상기 점 패턴의 크기는 보다 증가할 수 있고, 인접한 복수의 점 패턴이 오버랩될 수 있다. 또한, 상기 광원(110)과 상기 콜리메이터 렌즈의 초점이 보다 더 멀어질 경우 상기 점 패턴의 크기는 보다 더 증가할 수 있고, 상기 복수의 점 패턴이 오버랩되는 영역이 증가하여 면 패턴의 광인 면 조명으로 조정될 수 있다.
여기서, 점 패턴을 가지는 광은 도 5(a)와 같이 설정된 영역에 복수의 점 형태로 조사되는 광을 의미할 수 있고, 면(flood) 패턴을 가지는 광은 도 5(b)와 같이 설정된 영역에 전체적으로 조사되는 면 조명의 광을 의미할 수 있다.
또한, 상기 구동 부재(150)는 도 3과 같이 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이의 간격은 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(100) 및 상기 콜리메이터 렌즈의 초점 사이의 간격은 고정될 수 있다. 자세하게, 상기 광원(100)은 상기 콜리메이터 렌즈의 초점에 배치될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 수광부(300)는 제2 기판 상에 배치되며 이미지 센서(310) 및 제2 렌즈부(330)를 포함할 수 있다.
상기 제2 기판은 상기 수광부(300)를 지지할 수 있다. 상기 제2 기판은 상기 수광부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 기판은 회로기판일 수 있다. 상기 제2 기판은 상기 발광부(100)에 전원을 공급하기 위한 배선층을 포함할 수 있고, 복수의 수지층으로 형성된 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)일 수 있다. 일례로, 상기 제2 기판은 리지드 PCB(Rigid PCB), 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB), RFPCB(Rigid Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 기판은 글래스(glass), 수지, 에폭시 등을 포함하는 합성 수지를 포함할 수 있고, 열전도성이 우수한 세라믹(ceramic), 표면이 절연된 금속을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판은 플레이트, 리드 프레임과 같은 형태를 가질 수 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제2 기판 상에는 제너 다이오드, 변압 조절기 및 저항 등이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
상기 제2 기판 상에는 절연층(미도시) 또는 보호층(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 절연층 또는 보호층은 상기 제2 기판의 일면 및 타면 중 적어도 하나의 면 상에 배치될 수 있다.
상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 분리되어 이격되거나, 일체로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 이미지 센서(310)는 상기 제2 기판 상에 배치될 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 제2 기판의 상면과 직접 접촉하며 상기 제2 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 제2 기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 이미지 센서(310)는 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 객체에 반사되어 상기 카메라 모듈(1000)에 입사된 광을 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 이미지 센서(310)는 상기 발광부(100)에서 방출되어 상기 객체에 반사되어 입사되는 반사광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 광원(110)에서 방출된 광과 대응되는 파장의 광을 감지할 수 있다. 일례로, 상기 이미지 센서(310)는 상기 광원(110)에서 방출된 적외선(Infrared ray; IR)을 감지할 수 있는 적외선 센서를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 후술할 제2 렌즈부(330)를 통해 입사된 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 광원(110)으로부터 방출되어 상기 객체에 반사된 광을 감지할 수 있고, 시간 또는 위상 차를 이용해 상기 객체의 깊이 정보를 감지할 수 있다.
상기 이미지 센서(310)는 상기 광원(110)과 다른 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지 센서(310)의 광축과 상기 광원(110)의 광축(OA)은 서로 다른 방향일 수 있다. 자세하게, 상기 이미지 센서(310)의 광축과 상기 광원(110)의 광축(OA)은 수직일 수 있다.
상기 제2 렌즈부(330)는 상기 이미지 센서(310) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈부(330)는 상기 이미지 센서(310)와 이격되며 적어도 하나의 렌즈 및 상기 렌즈를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 렌즈는 유리(glass), 플라스틱(plastic) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈부(330)는 상기 수광부(300)로 입사되는 광 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈부(330)는 상기 광원(110)에서 방출되어 상기 객체에 반사된 광을 상기 이미지 센서(310) 방향으로 통과시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 렌즈부(330)는 광축이 상기 이미지 센서(310)의 광축과 대응될 수 있다.
상기 수광부(300)는 제2 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제2 필터는 상기 객체와 상기 이미지 센서(310) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 필터는 상기 이미지 센서(310) 및 상기 제2 렌즈부(330) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2 필터는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링 할 수 있다. 자세하게, 상기 제2 필터는 상기 제2 렌즈부(330)를 통해 상기 수광부(300)에 입사된 광 중, 상기 광원(110)과 대응되는 파장의 광을 통과시킬 수 있고, 상기 광원(110)과 다른 파장 대역의 광을 차단할 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 광원의 일면을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 광원(110)은 하나 또는 복수의 발광소자를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 광원(110)이 하나의 발광소자를 포함할 경우, 상기 하나의 발광소자는 상기 발광소자에서 광이 방출되는 영역, 예컨대 광 방출을 위한 복수의 어퍼쳐(aperture)(111)가 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 발광소자가 복수 개일 경우, 상기 복수의 발광소자는 상기 제1 기판 상에 설정된 패턴을 따라 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 발광소자는 상기 복수의 발광소자에서 광이 방출되는 영역, 예컨대 광 방출을 위한 적어도 하나의 어퍼쳐(111)가 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다.
이때, 상기 광원(110)은 설정된 대각선 길이(DA)를 가질 수 있고, 상기 어퍼쳐(111)는 설정된 크기(DL), 예컨대 설정된 직경을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(110)은 설정된 방향으로 설정된 광을 방출할 수 있다.
상기 광원(110)은 레이저 광을 방출할 수 있다. 자세하게, 상기 광원(110)의 발광소자는 상기 광원(110)의 상면에서 상기 제1 렌즈부(130)의 방향으로 복수의 레이저 광을 방출할 수 있다. 상기 광원(110)의 발광소자는 서로 동일하거나 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 또한, 상기 광원(110)의 발광소자는 서로 동일하거나 다른 세기의 광을 방출할 수 있다.
실시예에 따른 카메라 모듈(1000)는 객체에 대한 안정성, 향상된 깊이 정보 및 소비 전력 특성을 가지기 위해 설정된 광원(110)의 크기, 광원(110)의 지향각, Field of illumination) 각도 등의 특징을 가질 수 있다. 상기에 대한 특징은 이하 도 7 내지 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 13을 참조하면, 상기 카메라 모듈(1000)은 유효 초점 거리(effective focal length; EFL)(L2)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈부(130)는 복수의 렌즈, 예컨대 3매 렌즈를 포함하며 유효 초점 거리(EFL)(L2)를 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 콜리메이터 렌즈는 유효 초점 거리(EFL)(L2)를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 후방 초점 거리(back focal length; BFL)(L1)를 가질 수 있다. 여기서 후방 초점 거리(BFL)(L1)는 상기 광원(110)과 최인접한 상기 제1 렌즈부(130)의 마지막 렌즈의 광원(110) 측 면에서 상기 광원(110)의 상면까지의 광축 방향 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 후방 초점 거리(BFL)(L1)는 상기 광원(110)과 마주하는 상기 콜리메이터 렌즈의 광 측 면과 상기 광원(110)의 상면까지의 거리일 수 있다.
실시예에 따른 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 상기 후방 초점 거리(BFL)(L1)와 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 유효 초점 거리(EFL)는 상기 후방 초점 거리(BFL)보다 짧을 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않으며, 상기 제1 렌즈부(130)의 렌즈의 매수, 렌즈의 형태, 굴절률 등에 의해 상기 후방 초점 거리(BFL) 보다 크거나 같을 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)를 설명하기 위한 도면이다. 자세하게, 도 8은 레이저 발산(spot divergence) 각도의 관점에서 상기 발산 각도, 상기 유효 초점 거리, 상기 레이저 광의 직경과의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8에는 설명의 편의를 위해 상기 제1 렌즈부(130)가 1매의 렌즈를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예는 이에 제한하지 않으며 상기 제1 렌즈부(130)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00014
상기 수학식 1에서 DL은 상기 광원(110)에서의 레이저의 직경을 의미할 수 있다. 상기 레이저의 직경은 상기 광원(110)의 어퍼쳐(111)의 직경을 의미할 수 있다. 또한, 상기 θ1은 상기 발광부(100)의 레이저 발산(spot divergence) 각도를 의미할 수 있다. 자세하게, 광선 광학(ray optics) 관점에서 상기 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 상기 광원(110)에서 방출된 광이 상기 제1 렌즈부(130)를 통과하여 하나의 점(spot) 형태의 광 패턴을 만들 때 발산하는 각도로 정의할 수 있다. 또한, 빔 광학(beam optics) 관점에서 상기 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 빔 웨이스트(beam waist)로부터 위치별 빔 반경(beam radius)의 점근선이 이루는 각도의 2배로 정의할 수 있다. 여기서 빔 웨이스트(beam waist)는 회절로 인하여 빔의 직경이 최소 수치에 도달하는 영역을 의미할 수 있다.
실시예에서 상기 광원(110)의 어퍼쳐(111)의 직경(DL)은 약 5㎛ 이상 내지 약 15㎛ 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 어퍼쳐(111)의 직경(DL)은 약 6㎛ 이상 내지 약 14㎛ 이하일 수 있다. 상기 어퍼쳐(111)의 직경(DL)이 상술한 범위를 만족하지 못할 경우, 상기 광원(110)에서 방출된 레이저 광의 특성이 변화할 수 있다. 이에 따라, 상기 카메라 모듈(1000)의 전방에 위치한 객체에 안전하지 못한 광이 제공되어 안전성 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 객체에 대한 깊이 정보의 정확도가 감소할 수 있고, 깊이 정보 파악을 위해 보다 높은 소비 전력이 요구될 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 약 1도(deg) 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 [수학식 1]은 하기와 같을 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00015
자세하게, 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 약 0.2도(degree) 이상 내지 약 1도(degree) 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 약 0.5도(degree) 이상 내지 약 0.85도(degree) 이하일 수 있다. 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1)가 상술한 범위를 만족하지 못할 경우, 상기 광원(110)에서 방출된 광은 쉽게 퍼지게 될 수 있다. 이로 인해, 상기 방출된 광은 점(spot) 형상으로 형성되기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 방출된 광이 퍼지는 것을 방지하고 점(spot) 형상으로 형성하기 위해 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 레이저 발산 각도(θ1)와 상기 어퍼쳐(111) 직경(DL)을 바탕으로 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)(L2)를 구할 수 있다.
자세하게, 실시예에서 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 약 0.5도 이상 내지 약 0.85도 이하일 수 있고, 상기 광원(110)의 어퍼쳐(111)의 직경(DL)은 약 5㎛ 이상 내지 약 15㎛ 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 하기 표 1과 같이 약 330㎛ 이상 내지 약 1720㎛ 이하일 수 있다.
레이저 발산 각도(θ1) 어퍼쳐의 직경(DL)
5㎛ 15㎛
0.5도 572㎛ 1718㎛
0.85도 337㎛ 1011㎛
바람직하게, 실시예에서 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도의 관점에 따른 상기 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 방출되는 광의 특성을 고려하여 약 340㎛ 이상 내지 약 1050㎛ 이하일 수 있다. 더 바람직하게, 상기 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 약 550㎛ 내지 약 820㎛일 수 있다.
도 9는 실시예에 따른 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)를 설명하기 위한 다른 도면이고, 도 10은 실시예에 따른 발광부의 겉보기 점원 크기를 설명하기 위한 도면이다. 자세하게, 도 9는 객체에 대한 안전성(safety) 관점에서 겉보기 점원 크기(Apparent source size), 광원의 발산각(divergence angle) 및 유효 초점 거리(EFL)의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 9 및 도 10에는 설명의 편의를 위해 상기 제1 렌즈부(130)가 1매의 렌즈를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예는 이에 제한하지 않으며 상기 제1 렌즈부(130)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 발광부(100)의 유효 초점 거리(EFL)는 상기 발광부(100)의 겉보기 점원 크기(Apparent source size)와 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00016
상기 수학식 2에서 AL은 겉보기 점원 크기(Apparent source size)를 의미할 수 있고, 상기 θ2는 상기 광원(110)의 발산각(divergence angle)을 의미할 수 있다.
여기서 겉보기 점원 크기(AL)는 조리개(135)를 통해 광원(110)을 관측할 경우 관측자와 상기 광원(110)의 크기가 이루는 각도 또는 길이로 정의할 수 있다.
예를 들어, 도 10을 참조하면 상기 겉보기 점원 크기(AL)는 약 100mm의 거리(L3)에서 약 7mm의 크기의 개구부(AP)를 가지는 조리개(135)를 통해 광원(110)에서 방출된 광을 관측할 때 관측자와 상기 방출된 광의 크기가 이루는 각도 또는 길이를 의미할 수 있다. 여기서, 상기 광원(110)의 크기가 이루는 각도 또는 길이는 상기 광원(110)의 직사각형 영역의 가로 및 세로의 각도, 길이의 평균으로 정의할 수 있다.
실시예에서 상기 겉보기 점원 크기(AL)는 약 2 밀리라드(mrad) 이상 내지 약 10 밀리라드(mrad) 이하일 수 있다. 여기서 약 2 밀리라드(mrad) 이상 내지 약 10 밀리라드(mrad) 이하는 상기 광원(110)에서 방출된 AE(Accessible emission)(θA)의 대향각(Angular subtense)(θS)을 바탕으로 약 200㎛ 이상 내지 약 1000㎛ 이하일 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 겉보기 점원 크기(AL)는 약 2 밀리라드(mrad) 이상 내지 약 5 밀리라드(mrad) 이하일 수 있고, 약 200㎛ 이상 내지 약 500㎛ 이하일 수 있다.
상기 겉보기 점원 크기(AL)가 상술한 범위를 만족하지 못할 경우, 상기 발광부(100)에서 방출된 광의 세기가 커질 수 있고, 방출된 광의 크기가 커질 수 있다. 이에 따라, 상기 발광부(100)에서 방출된 광은 객체에 대한 안전 문제를 유발할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)에서 방출된 광이 사람의 눈, 피부 등과 같이 민감한 부위에 입사될 경우 각종 부상 및 질환을 유발할 수 있는 문제가 있다. 따라서, 상기 겉보기 점원 크기(AL)는 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광원(110)의 발산각(θ2)은 약 30도(degree) 이하일 수 있다. 이에 따라 상기 수학식 2는 하기와 같을 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00017
자세하게, 상기 광원(110)의 발산각(θ2)은 약 15도(degree) 이상 내지 약 30도(degree) 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광원(110)의 발산각(θ2)은 약 18도(degree) 이상 내지 약 27도(degree) 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광원(110)의 발산각(θ2)은 약 20도(degree) 이상 내지 약 25도(degree) 이하일 수 있다.
이에 따라, 상기 광원(110)의 발산각(θ2)과 상기 겉보기 점원 크기(AL)를 바탕으로 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)(L2)를 구할 수 있다.
자세하게, 실시예에서 상기 겉보기 점원 크기(AL)는 약 200㎛ 이상 내지 약 500㎛ 이하일 수 있고, 상기 광원(110)의 발산각(θ2)은 약 20도 이상 내지 약 25도 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 하기 표 2와 같이 약 450㎛ 이상 내지 약 1420㎛ 이하일 수 있다.
발산각(θ2) 겉보기 점원 크기(AL)
200㎛ 500㎛
20도 567㎛ 1418㎛
25도 451㎛ 1128㎛
바람직하게, 실시예에서 상기 발광부(100)의 안전성(safety) 관점에 따른 상기 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 약 450㎛ 이상 내지 약 1150㎛ 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 관점에서 상기 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 방출되는 광의 특성 및 안전성을 고려하여 약 550㎛ 이상 내지 약 840㎛ 이하일 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL), FOI(Field of illumination) 각도, 광원의 대각선 길이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 자세하게, 도 11은 상기 발광부(100)의 FOI 관점에서 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL), 상기 발광부(100)의 FOI 각도, 상기 광원(110)의 대각선 길이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 11에는 설명의 편의를 위해 상기 제1 렌즈부(130)가 1매의 렌즈를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예는 이에 제한하지 않으며 상기 제1 렌즈부(130)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL), 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)는 하기 수학식 3을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00018
상기 수학식 3에서 DA는 상기 광원(110)의 대각선 길이를 의미할 수 있다. 여기서 상기 광원(110)의 대각선 길이(C)는 상기 광원(110)에서 어퍼쳐(111)가 형성된 상기 광원(110) 상면의 대각선 방향 길이를 의미할 수 있다. 또한, 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)는 최외각에 위치한 복수의 어퍼쳐(111) 중 가장 먼 거리인 대각선 방향에 위치한 두 어퍼쳐(111) 사이의 길이를 의미할 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 제1 렌즈부(130)에 왜곡(distortion)이 존재할 경우, 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)는 상기 제1 렌즈부(130)의 왜곡(distortion)에 대한 비율(%)이 반영된 값을 가지며 하기 수학식 3-1을 만족할 수 있다.
[수학식 3-1]
Figure pat00019
수학식 3-1에서 Cdistortion는 왜곡에 대한 비율이 적용된 광원(110)의 대각선 길이를 의미하고, C0은 왜곡이 없을 경우의 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)를 의미할 수 있다. 또한, x는 왜곡된 비율(%)을 나타낼 수 있다.
상기 수학식 3-1에서 상기 x값이 음수(-)일 경우, 상기 광원(110)은 배럴(barrel) 형태를 가질 수 있고, 상기 x값이 양수(+)일 경우, 상기 광원(110)은 핀쿠션(pincushion) 형태를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 x값이 음수(-)일 경우, 상기 복수의 어퍼쳐(111)의 배열은 배럴(barrel) 형태를 가질 수 있고, 상기 x값이 양수(+)일 경우, 상기 복수의 어퍼쳐(111)의 배열은 핀쿠션(pincushion) 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 어퍼쳐(111) 사이의 간격이 변화할 수 있다. 따라서, 상기 광원(110)에서 방출되는 광은 상기 제1 렌즈부(130)의 왜곡 특성을 보정할 수 있다.
또한, 실시예에서 상기 발광부(100)의 FOI(Filed of illumination) 각도는 하기 수학식 3-2를 만족할 수 있다.
[수학식 3-2]
Figure pat00020
상기 수학식 3-2에서 θ3은 상기 발광부(100)의 FOI(Field of illumination) 각도를 의미할 수 있고, DA는 상술한 상기 광원(110)의 대각선 길이를 의미할 수 있다.
실시예에서 상기 발광부(100)의 FOI 각도(θ3)는 약 60도(degree) 이상 내지 약 120도(degree) 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 발광부(100)의 FOI 각도(θ3)는 약 60도(degree) 이상 내지 약 90도(degree) 이하일 수 있다. 상기 발광부(100)의 FOI 각도(θ3)는 상기 카메라 모듈(1000)의 전방에 위치한 객체를 효과적으로 파악하고, 상기 객체에 대한 깊이 정보의 정확도 향상을 위해 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 FOI 각도(θ3)는 객체에 대한 깊이 정보 정확도 향상 및 향상된 공간 해상도를 가지기 위해 약 70도(degree) 이상 내지 약 80도(degree) 이하일 수 있다.
이에 따라, 상기 유효 초점 거리(EFL)(L2)와 상기 FOI 각도(θ3)를 바탕으로 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)를 구할 수 있다.
자세하게, 상기 실시예에서 상기 유효 초점 거리(EFL)(L2)는 약 500㎛ 이상 내지 약 1150㎛ 이하일 수 있고, 상기 FOI 각도(θ3)는 약 60도 이상 내지 약 90도 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)는 하기 표 3과 같이 약 570㎛ 이상 내지 약 2300㎛ 이하일 수 있다.
FOI 각도(θ3) 유효 초점 거리(EFL)
500㎛ 1150㎛
60도 577㎛ 1328㎛
70도 700㎛ 1610㎛
80도 839㎛ 1930㎛
90도 1000㎛ 2300㎛
바람직하게, 실시예에서 상기 발광부(100)의 FOI 관점에 따른 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)는 약 500㎛ 이상 내지 약 1900㎛ 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 관점에서 상기 광원(110)의 대각선 길이(DA)는 객체에 대한 깊이 정보 정확도 향상, 향상된 공간 해상도, 소비 전력 등을 고려하여 약 500㎛ 이상 내지 약 1200㎛ 이하일 수 있다.
도 12 및 도 13은 발광부에서 방출된 광에 의해 n미터 이격된 영역에 형성된 FOI(Field of illumination) 면적, 점 패턴을 설명하기 위한 도면이다. 자세하게, 도 12 및 도 13은 레이저 발산(spot divergence) 각도 및 집광 효율 관점에서 거리에 따라 형성되는 FOI(Field of illumination)의 면적, 상기 FOI 내에 배치되는 점 패턴의 면적 및 개수의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 카메라 모듈(1000)은 전방을 향해 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)는 n 미터(meter)로 정의되는 제1 거리(n)만큼 이격된 영역에 광을 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광부(100)는 상기 제1 렌즈부와 제1 거리(n) 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination)(500)를 형성할 수 있다. 자세하게 상기 FOI(500)는 W:H의 가로:세로 비율을 가질 수 있다. 일례로, 상기 FOI(500)는 4:3, 16:9, 18:9 등 다양한 비율을 가질 수 있다.
또한, 상기 발광부(100)는 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 소정의 크기(D)를 가지는 점 패턴(510)을 형성할 수 있다. 상기 점 패턴(510)은 상기 FOI(500)내에 적어도 하나가 제공될 수 있다.
이때, 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴(510)은 하기 수학식 4를 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 점 패턴(510)은 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1), 집광 효율에 따라 개수가 정해질 수 있고 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00021
상기 수학식 4에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부(130)와 n 미터로 정의되는 제1 거리(n)만큼 이격된 영역에 형성되는 점 패턴(510)의 개수를 의미할 수 있다. 또한, Adot,n는 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 점 패턴(510) 각각의 면적을 의미할 수 있다. 또한, AFOI,n은 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미할 수 있고, k는 집광 효율을 가질 수 있다.
여기서, 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 상기 FOI(500)의 면적(AFOI,n)은 하기 수학식 4-1을 만족할 수 있다.
[수학식 4-1]
Figure pat00022
상기 수학식 4-1에서 dn은 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 FOI(500)의 대각선 길이를 의미할 수 있고, W 및 H는 형성되는 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 FOI(500)의 가로 및 세로의 길이를 의미할 수 있다.
여기서, 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 상기 FOI(500)의 대각선 길이 dn은 하기 수학식 4-2를 만족할 수 있다.
[수학식 4-2]
Figure pat00023
상기 수학식 4-2에서 n은 상기 제1 거리를 의미하며 단위는 미터(meter)일 수 있다. 또한, 상기 θ3은 상술한 발광부(100)의 FOI(Field of illumination) 각도를 의미할 수 있다.
일례로, 상기 FOI 각도(θ3)는 약 60도 이상 내지 약 120도 이하일 수 있고, 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 상기 FOI(500)의 대각선 길이(dn)는 상기 수학식 4-2를 바탕으로 하기 수학식 4-3을 만족할 수 있다.
[수학식 4-3]
Figure pat00024
또한, 상기 수학식 4에서 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 만큼 이격된 영역에 형성되는 하나의 상기 점 패턴(510) 면적(Adot,n)은 하기 수학식 4-4를 만족할 수 있다.
[수학식 4-4]
Figure pat00025
상기 수학식 4-4에서 n은 상기 제1 거리 의미하며 단위는 미터(meter)일 수 있다. 또한, 상기 θ1은 상기 상술한 상기 발광부(100)의 레이저 발산(spot divergence) 각도를 의미할 수 있다.
또한, 상기 수학식 4에서 집광 효율(k)은 동일 크기의 FOI(500)에서 단위 면적당 광 에너지 비율로 정의할 수 있다. 자세하게, 상기 집광 효율(k)은 단위 면적당 면(flood) 광원과 점(dot) 광원의 에너지 비율을 의미하며 하기 수학식 4-5를 만족할 수 있다.
[수학식 4-5]
Figure pat00026
실시예에서 상기 집광 효율(k)은 약 10배 이상 내지 약 50배 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 수학식 4는 하기와 같을 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00027
자세하게, 상기 집광 효율(k)은 약 15배 이상 내지 약 25배 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1), 상기 FOI 각도(θ3) 및 상기 집광 효율(k)을 바탕으로 상기 제1 거리(n)에 형성되는 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)를 구할 수 있다.
자세하게, 상기 FOI 각도(θ3)는 약 60도 이상 내지 약 90도 이하일 수 있고, 형성되는 상기 FOI(500)의 가로:세로 비율은 4:3일 수 있다. 또한, 상기 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1)는 0.2도 이상 내지 약 1도 이하일 수 있고, 상기 집광효율(k)은 약 15배 이상 내지 약 25배 이하일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 거리(n)가 1m일 경우 형성되는 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,1)는 하기 표 4와 같이 약 100개 이상 내지 약 13340개 이하일 수 있다.
FOI 각도(θ3) 집광효율(k) 레이저 발산(spot divergence) 각도(θ1) 점 패턴 개수(Ndot,1)
60도 15 0.2도 4444개
15 0.5도 713개
15 0.85도 248개
15 1도 177개
25 0.2도 2666개
25 0.5도 428개
25 0.85도 148개
25 1도 106개
70도 15 0.2도 6527개
15 0.5도 1047개
15 0.85도 364개
15 1도 261개
25 0.2도 3916개
25 0.5도 628개
25 0.85도 218개
25 1도 156개
80도 15 0.2도 9381개
15 0.5도 1506개
15 0.85도 523개
15 1도 375개
25 0.2도 5629개
25 0.5도 903개
25 0.85도 314개
25 1도 225개
90도 15 0.2도 13333개
15 0.5도 2140개
15 0.85도 744개
15 1도 533개
25 0.2도 8000개
25 0.5도 1284개
25 0.85도 446개
25 1도 320개
바람직하게, 상기 제1 거리(n)가 1m인 경우 상기 카메라 모듈(1000)의 집광 효율(k) 관점에 따른 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 약 400개 이상 내지 약 5000개 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 관점에서 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 약 400개 이상 내지 약 5000개 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 관점에서 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 약 500개 이상 내지 약 3000개 이하일 수 있다. 보다 더 자세하게, 상기 관점에서 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 객체에 대한 깊이 정보 정확도, 공간 해상도 및 소비 전력 등을 고려하여 약 500개 이상 내지 약 1000개 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)와 제1 거리(n)만큼 이격된 영역에 형성되는 복수의 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 상기 FOI(500)에 형성되는 복수의 점 패턴(510) 사이의 간격에 따라 정해질 수 있다. 자세하게, 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 상기 FOI(500)의 면적(AFOI,n) 및 상기 점 패턴(510)의 할당 면적에 의해 정해질 수 있고 하기 수학식 5를 만족할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00028
상기 수학식 5에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부(130)와 n 미터로 정의되는 제1 거리(n)만큼 이격된 영역에 형성되는 점 패턴(510)의 개수를 의미할 수 있다. 또한, AFOI,n은 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적(수학식 4-1참조)을 의미할 수 있다. 또한, AR은 상기 제1 렌즈부(130)와 n미터로 정의되는 제1 거리(n) 만큼 이격된 영역에서 상기 점 패턴(510)의 할당 면적을 의미할 수 있다.
여기서 상기 점 패턴(510)의 할당 면적(AR)은 상기 복수의 점 패턴(510) 사이의 간격에 의해 설정될 수 있다.
자세하게, 상기 발광부(100)에서 방출된 광은 상기 발광부(100)와 제1 거리(n) 이격된 영역에 FOI(500)를 형성할 수 있고, 상기 FOI(500) 내에는 복수의 점 패턴(510)들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 점 패턴(510)은 제1 패턴(511) 및 상기 제1 패턴(511)과 제1 방향으로 이격된 제2 패턴(512)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 패턴(512)은 상기 제1 패턴(511)과 제1 간격(b1) 만큼 이격될 수 있다. 여기서 상기 제1 간격(b1)은 상기 제1 패턴(511)의 중심과 상기 제2 패턴(512)의 중심 사이의 간격을 의미할 수 있다.
또한, 상기 복수의 점 패턴(510)은 상기 제1 패턴(511) 및 상기 제2 패턴(512)과 이격되는 제3 패턴(513)을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 패턴(513)은 상기 제1 패턴(511) 및 상기 제2 패턴(512) 사이 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 패턴(513)의 중심은 상기 제1 패턴(511) 및 상기 제2 패턴(512)의 중심을 연결하는 가상의 제1 선의 중심으로부터 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장하는 가상의 제2 선의 중심과 중첩되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 제1 패턴(511)과 상기 제3 패턴(513) 사이의 간격은 상기 제2 패턴(512)과 상기 제3 패턴(513) 사이의 간격과 동일할 수 있다. 즉, 상기 제3 패턴(513)은 상기 제1 패턴(511) 및 상기 제2 패턴(512)과 제2 간격(b2)으로 이격될 수 있고 상기 제2 간격(b2)은 상기 제1 간격(b1)보다 짧을 수 있다. 여기서 상기 제2 간격(b2)은 상기 제3 패턴(513)의 중심과 상기 제1 패턴(511) 및 상기 제2 패턴(512) 각각의 중심 사이의 간격을 의미할 수 있다. 상기 제2 간격(b2)은 상기 점 패턴들 사이의 최단 간격일 수 있다.
또한, 상기 제1 패턴(511) 및 상기 제3 패턴(513)의 중심을 연결한 가상의 제3 선은 상기 제1 및 제2 선과 각각 예각을 형성할 수 있다. 그리고, 상기 제2 패턴(512) 및 상기 제3 패턴(513)의 중심을 연결한 가상의 제4 선은 상기 제1 및 제2 선과 각각 예각을 형성할 수 있다. 일례로, 상기 제1 패턴(511), 상기 제2 패턴(512) 및 상기 제3 패턴(513)의 중심을 연결한 삼각형, 예컨대 상기 제1 선, 상기 제3 선 및 상기 제4 선을 연결한 도형은 이등변 삼각형일 수 있다.
이때, 상기 제1 간격(b1) 및 상기 제2 간격(b2)은 하기 수학식 5-1을 만족할 수 있다.
[수학식 5-1]
Figure pat00029
상기 수학식 5-1에서 b1은 제1 간격을 b2는 제2 간격을 의미할 수 있다. 또한, 상기 제1 간격(b1) 및 상기 제2 간격(b2) 각각은 상기 제1 거리(n)와 비례할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 거리(n)가 1m일 경우, 상기 제1 간격(b1)은 1*b1 값을 가질 수 있고, 상기 제1 거리(n)가 3m일 경우, 상기 제1 간격(b1)은 3*b1 값을 가질 수 있다.
또한, 실시예는 상기 제1 거리(n)가 1m일 경우 상기 제2 간격(b2)은 약 50mm일 수 있다. 자세하게, 상기 제2 간격(b2)은 약 42mm 내지 약 50mm일 수 있다. 또한, 상기 제1 거리(n)가 1m일 경우, 상기 수학식 5-2에 의해 상기 제1 간격(b1)은 약 60mm 내지 약 70.7mm일 수 있다. 자세하게, 상기 제2 간격(b2)이 상술한 범위보다 작을 경우 소비 전력 특성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 제2 간격(b2)이 상술한 범위보다 클 경우 객체에 대한 깊이 정보 정확도가 낮아질 수 있고 공간 해상도 특성이 저하될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 렌즈부(130)와 1m 거리에 위치한 객체가 사람일 수 있다. 이때, 상기 제2 간격(b2)이 상술한 범위를 만족할 경우 상기 사람이 복수의 점 패턴 사이 예컨대 두 점 패턴 사이에 위치하여도 적어도 하나의 점 패턴이 사람에 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 카메라 모듈(1000)은 상기 사람을 효과적으로 인식할 수 있고, 상기 사람에 대한 깊이 정보 정확도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 제2 간격(b2)은 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
실시예에 따른 점 패턴(510)의 할당 면적(AR)은 상기 복수의 점 패턴(510) 중 하나의 점 패턴(510)에 할당된 면적을 의미할 수 있고 하기 수학식 5-2를 만족할 수 있다.
[수학식 5-2]
Figure pat00030
실시예에서 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 FOI(500) 사이의 제1 거리(n)가 1m일 경우, 상기 제2 간격(b2)은 약 42mm 내지 약 50mm일 수 있다. 이에 따라, 상기 수학식 5는 하기와 같을 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00031
즉, 실시예는 상기 FOI 각도(θ3), 상기 FOI(500)의 면적(AFOI,n)(수학식 4-1 참조) 및 상기 점 패턴(510)의 할당 면적(AR)을 바탕으로 상기 제1 거리(n)에 형성되는 상기 점 패턴(510)의 개수 (Ndot,n)를 구할 수 있다.
자세하게, 상기 제1 거리(n)는 1m이며 상기 제2 간격(b2)은 약 42mm 내지 약 50mm일 수 있다. 또한, 상기 FOI 각도(θ3)는 약 60도 이상 내지 약 90도 이하일 수 있고, 형성된 상기 FOI(500)의 가로:세로 비율은 4:3일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 거리(n)가 1m일 경우 형성되는 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,1)는 하기 표 5와 같이 약 250개 이상 내지 약 1100개 이하일 수 있다.
FOI 각도(θ3) 제2 간격(b2) 점 패턴 개수(Ndot,1)
60도 0.042m 362개
0.05m 256개
70도 0.042m 532개
0.05m 376개
80도 0.042m 765개
0.05m 540개
90도 0.042m 1088개
0.05m 768개
바람직하게, 상기 제1 거리(n)가 1m인 경우 상기 점 패턴(510)의 할당 면적(AR) 관점에 따른 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n) 약 400개 이상 내지 약 5000개 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 관점에서 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 약 400개 이상 내지 약 5000개 이하일 수 있다. 더 자세하게, 상기 관점에서 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 약 500개 이상 내지 약 3000개 이하일 수 있다. 보다 더 자세하게, 상기 관점에서 상기 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n)는 객체에 대한 깊이 정보 정확도, 공간 해상도 및 소비 전력 등을 고려하여 약 500개 이상 내지 약 1000개 이하일 수 있다.
즉, 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 다양한 관점, 객체의 위치에 따라 상기 발광부(100)에서 방출되는 광의 특성을 설정할 수 있다. 자세하게, 상기 카메라 모듈(1000)은 상기 발광부(100)의 레이저 발산(spot divergence) 각도 관점, 상기 발광부(100)의 FOI의 각도(θ3)에 대한 관점, 객체에 대한 안전성(safety) 관점, 소비 전력 관점, 집광 효율 관점, 공간 해상도 관점 등에 의해 유효 초점 거리(EFL), 광원(110)의 대각선 길이(C), 점 패턴(510)의 개수(Ndot,n) 등을 설정할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 소정의 거리로 이격된 위치에 제공된 객체에 안전한 광을 제공함과 동시에, 상기 객체에 대한 우수한 공간 해상도를 가질 수 있다. 또한, 상기 카메라 모듈(1000)은 상기 객체에 설정된 광, 예컨대 설정된 면적, 개수를 가지는 광 패턴을 제공하여 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈은 광학 기기에 적용될 수 있다.
먼저, 도 14를 참조하면 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 이동 단말기(1500)에 적용될 수 있다. 실시예에 따른 이동 단말기(1500)는 후면에 제1 카메라 모듈(1000), 제2 카메라 모듈(1010)이 배치될 수 있다.
상기 제1 카메라 모듈(1000)은 상술한 카메라 모듈로 발광부(100) 및 수광부(300)를 포함할 수 있다. 상기 제1 카메라 모듈(1000)은 TOF(Time of flight) 카메라일 수 있다.
상기 제2 카메라 모듈(1010)은 이미지 촬영 기능을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 카메라 모듈(1000)은 자동 초점(Auto focus), 줌(zoom) 기능 및 OIS 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 카메라 모듈(1010)은 촬영 모드 또는 화상 통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지 영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리할 수 있다. 처리된 화상 프레임은 소정의 디스플레이부에 표시될 수 있으며 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 이동 단말기(1500)의 전면에도 카메라가 배치될 수 있다.
상기 이동 단말기(1500)의 후면에는 플래시 모듈(1530)이 배치될 수 있다. 상기 플래시 모듈(1530)은 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다.
이에 따라, 사용자는 상기 이동 단말기(1500)를 이용하여 객체를 촬영 및 디스플레이할 수 있다. 또한, 사용자는 상기 제1 카메라 모듈(1000)을 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 효과적으로 파악할 수 있고, 상기 객체에 대한 깊이 정보를 실시간으로 감지할 수 있다.
또한, 도 15를 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 차량(3000)에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 차량(3000)은, 동력원에 의해 회전하는 바퀴(13FL, 13FR), 소정의 센서를 구비할 수 있다. 상기 센서는 카메라 센서(2000)를 포함할 수 있고, 상기 카메라 센서(2000)는 상술한 카메라 모듈(1000)을 포함하는 카메라 센서일 수 있다.
실시예에 따른 차량(3000)은, 전방 영상 또는 주변 영상을 촬영하는 카메라 센서(2000)를 통해 영상 정보 및 깊이 정보를 획득할 수 있고, 영상 및 깊이 정보를 이용하여 차선 미식별 상황을 판단하고 미식별시 가상 차선을 생성할 수 있다.
예를 들어, 카메라 센서(2000)는 차량(3000)의 전방을 촬영하여 전방 영상을 획득하고, 프로세서(미도시)는 이러한 전방 영상에 포함된 객체를 분석하여 영상 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어, 카메라 센서(2000)가 촬영한 영상에 차선, 인접차량, 주행 방해물, 및 간접도로 표시물에 해당하는 중앙 분리대, 연석, 가로수 등의 객체를 촬영할 경우, 프로세서는 이러한 객체의 영상 정보뿐만 아니라 깊이 정보를 검출할 수 있다. 즉, 실시예는 차량(3000)의 탑승자에게 객체에 대한 보다 구체적이고 정확한 정보를 제공할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 이미지 센서;
    복수의 레이저 광을 방출하는 광원; 및
    상기 광원 상에 배치되며 복수의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부를 포함하고,
    상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 1을 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 1]
    Figure pat00032

    (상기 수학식 1에서 DL는 상기 광원에서의 레이저의 직경을 의미한다.)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 2를 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 2]
    Figure pat00033

    (상기 수학식 2에서 AL는 겉보기 점원 크기(apparent source size)를 의미한다.)
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광원의 대각선 길이는 하기 수학식 3을 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 3]
    Figure pat00034

    (상기 수학식 3에서 DA는 상기 광원의 대각선 길이를 의미한다.)
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 광원에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부와 n미터(meter) 만큼 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination) 및 복수의 점 패턴을 형성하고,
    상기 점 패턴은 하기 수학식 4를 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 4]
    Figure pat00035

    (상기 수학식 4에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, Adot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 면적을 의미하고, AFOI,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 FOI의 대각선 길이는 하기 수학식 5를 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 5]
    Figure pat00036

    (상기 수학식 5에서 n은 상기 n미터를 의미하고, dn은 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 FOI의 대각선 길이를 의미한다.)
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 점 패턴은,
    제1 패턴, 상기 제1 패턴과 인접하는 제2 패턴 및 상기 제1 패턴과 인접하는 제3 패턴을 포함하고,
    상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴과 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격하고,
    상기 제3 패턴은 상기 제1 및 제2 패턴과 상기 제1 간격보다 짧은 제2 간격으로 이격되는 카메라 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 n 미터가 1 미터(meter)인 경우,
    상기 제2 간격은 42mm 내지 50mm이고,
    상기 복수의 점 패턴의 개수는 하기 수학식 6을 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 6]
    Figure pat00037

    (상기 수학식 6에서 Ndot,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, AFOI,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 광원의 레이저 발산(spot divergence) 각도는 0.2도 이상 내지 1도 이하인 카메라 모듈.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 광원의 겉보기 점원 크기는 2 밀리라드(mrad) 이상 내지 10 밀리라드(mrad)이하인 카메라 모듈.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 광원의 발산각(divergence angle)은 15도 이상 내지 30도 이하인 카메라 모듈.
  11. 제4 항에 있어서,
    상기 광원에서 방출된 광의 FOI 각도는 60도 이상 내지 120도 이하인 카메라 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부는 3매 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1 렌즈부의 초점에 배치되는 카메라 모듈.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 상기 제1 렌즈부의 후방 초점 거리(BFL)보다 짧은 카메라 모듈.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 광원은 광 방출을 위한 적어도 하나의 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 수직 캐비티 표면 방출 레이저를 포함하는 카메라 모듈.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 제1 렌즈부를 포함하는 발광부; 및
    상기 발광부와 인접하게 배치되는 수광부를 포함하고,
    상기 수광부는 상기 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서 상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함하는 카메라 모듈.
  17. 이미지 센서;
    복수의 레이저 광을 방출하는 광원; 및
    상기 광원 상에 배치되며 복수의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부를 포함하고,
    상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 2를 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 2]
    Figure pat00038

    (상기 수학식 2에서 AL는 겉보기 점원 크기(apparent source size)를 의미한다.)
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 광원에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부와 n미터(meter) 만큼 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination) 및 복수의 점 패턴을 형성하고,
    상기 점 패턴은 하기 수학식 4를 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 4]
    Figure pat00039

    (상기 수학식 4에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, Adot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 면적을 의미하고, AFOI,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 복수의 점 패턴은,
    제1 패턴, 상기 제1 패턴과 인접하는 제2 패턴 및 상기 제1 패턴과 인접하는 제3 패턴을 포함하고,
    상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴과 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격하고,
    상기 제3 패턴은 상기 제1 및 제2 패턴과 상기 제1 간격보다 짧은 제2 간격으로 이격되고,
    상기 n 미터가 1 미터(meter)인 경우,
    상기 제2 간격은 42mm 내지 50mm이고,
    상기 복수의 점 패턴의 개수는 하기 수학식 6을 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 6]
    Figure pat00040

    (상기 수학식 6에서 Ndot,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, AFOI,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
  20. 이미지 센서;
    복수의 레이저 광을 방출하는 광원; 및
    상기 광원 상에 배치되며 복수의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부를 포함하고,
    상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리(EFL)는 하기 수학식 2를 만족하고,
    상기 광원의 대각선 길이는 하기 수학식 3을 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 2]
    Figure pat00041

    [수학식 3]
    Figure pat00042

    (상기 수학식 2에서 AL는 겉보기 점원 크기(apparent source size)를 의미하고, 상기 수학식 3에서 DA는 상기 광원의 대각선 길이를 의미한다.)
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 광원에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부와 n미터(meter) 만큼 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination) 및 복수의 점 패턴을 형성하고,
    상기 점 패턴은 하기 수학식 4를 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 4]
    Figure pat00043

    (상기 수학식 4에서 Ndot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, Adot,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 면적을 의미하고, AFOI,n는 상기 제1 렌즈부와 상기 n미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 n 미터가 1 미터(meter)인 경우,
    상기 복수의 점 패턴 사이의 최단 간격은 42mm 내지 50mm이고,
    상기 복수의 점 패턴의 개수는 하기 수학식 6을 만족하는 카메라 모듈.
    [수학식 6]
    Figure pat00044

    (상기 수학식 6에서 Ndot,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 상기 점 패턴의 개수를 의미하고, AFOI,1는 상기 제1 렌즈부와 상기 1미터 만큼 이격된 영역에 형성되는 FOI의 면적을 의미한다.)
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