KR20220013778A - 거리 측정 카메라 - Google Patents

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KR20220013778A
KR20220013778A KR1020200093158A KR20200093158A KR20220013778A KR 20220013778 A KR20220013778 A KR 20220013778A KR 1020200093158 A KR1020200093158 A KR 1020200093158A KR 20200093158 A KR20200093158 A KR 20200093158A KR 20220013778 A KR20220013778 A KR 20220013778A
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박귀연
이재훈
주양현
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 거리 측정 카메라는 이미지 센서, 광원, 상기 광원 상에 배치되는 복수개의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부 및 상기 광원 및 상기 제1 렌즈부 중 적어도 하나를 상기 광원의 광축의 수직인 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함하고, 상기 광원은 복수의 에미터가 배열된 복수의 발광 영역을 포함하고, 상기 복수의 발광 영역 사이의 간격은, 상기 발광 영역 내에서 상기 복수의 에미터 사이의 거리보다 클 수 있다.

Description

거리 측정 카메라{DISTANCE MEASURING CAMERA}
실시예는 거리 측정 카메라에 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.
또한, 상기 TOF 카메라의 광원은 복수의 에미터를 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수의 에미터에서 방출되는 광은 상기 객체의 크기, 형태, 상기 객체와의 거리와 무관하게 상기 객체에 제공되고 있다. 이에 따라, 상기 광원에서 방출되는 많은 열에 의해 상기 광원 및 상기 카메라 모듈의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 객체가 위치하지 않은 불필요한 영역에 광을 조사하여, 상기 카메라의 전체 소비 전력이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 거리 측정 카메라가 요구된다.
실시예는 객체에 대한 깊이 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 거리 측정 카메라를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 향상된 공간 해상도를 가지는 거리 측정 카메라를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 소비 전력 효율을 향상시킬 수 있는 거리 측정 카메라를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 거리 측정 카메라는 이미지 센서, 광원, 상기 광원 상에 배치되는 복수개의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부 및 상기 광원 및 상기 제1 렌즈부 중 적어도 하나를 상기 광원의 광축의 수직인 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함하고, 상기 광원은 복수의 에미터가 배열된 복수의 발광 영역을 포함하고, 상기 복수의 발광 영역 사이의 간격은, 상기 발광 영역 내에서 상기 복수의 에미터 사이의 거리보다 클 수 있다.
또한, 상기 복수의 발광 영역은 제1 발광 영역, 상기 제1 발광 영역과 상기 광축의 수직인 제1 방향으로 이격된 제2 발광 영역, 상기 제1 발광 영역과 상기 광축 및 상기 제1 방향의 수직인 제2 방향으로 이격된 제3 발광 영역, 상기 제2 발광 영역과 상기 제2 방향으로 이격되며 상기 제3 발광 영역과 상기 제1 방향으로 이격된 제4 발광 영역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 발광 영역 사이의 상기 제1 방향 간격은, 상기 제1 및 제2 발광 영역 내에서 상기 제1 및 제2 방향의 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 상기 에미터들 사이의 거리보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 발광 영역에서 각각 방출된 출력광은, 상기 제1 렌즈부와 이격된 영역에서 소정의 면적을 가지며 점 패턴을 포함하는 제1 내지 제4 FOI를 각각 형성할 수 있다.
또한, 상기 구동 부재는 상기 제1 렌즈부와 연결되며 상기 제1 렌즈부를 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 구동 부재에 의해 상기 제1 렌즈부가 이동할 경우, 상기 제1 내지 제4 FOI 각각은 초기 위치로 정의하는 센터 영역에서 설정된 복수의 영역 중 선택되는 하나의 영역으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 설정된 영역은 제1 영역, 상기 제1 영역과 상기 제1 방향으로 이격된 제2 영역, 상기 제1 영역과 상기 제2 방향으로 이격된 제3 영역 및 상기 제2 영역과 상기 제2 방향으로 이격되며 상기 제3 영역과 상기 제1 방향으로 이격된 제4 영역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부가 상기 제1 방향으로 이동할 경우, 상기 광원에서 방출된 출력광의 상기 제1 방향 FOI(Field of illumination) 각도는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(수학식 1에서 S1은 상기 광축을 기준으로 상기 제1 렌즈부가 상기 제1 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, FOI_X는 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, EFL은 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리를 의미하고, dx는 상기 광원의 상기 제1 방향 길이를 의미한다.)
또한, 상기 제1 렌즈부가 상기 제1 방향으로 움직이는 이동 거리(S1)는 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 상기 제1 및 제2 방향의 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 상기 에미터들 사이의 거리보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부가 상기 제2 방향으로 이동할 경우, 상기 광원에서 방출된 출력광의 상기 제2 방향 FOI(Field of illumination) 각도는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
(수학식 2에서 S2는 상기 광축을 기준으로 상기 제1 렌즈부가 상기 제2 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, FOI_Y는 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, EFL은 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리를 의미하고, dy는 상기 광원의 상기 제2 방향 길이를 의미한다.)
또한, 상기 제1 렌즈부가 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동할 경우, 상기 광원에서 방출된 출력광의 FOI(Field of illumination) 각도는 하기 수학식 3을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00003
(수학식 3에서 FOI_S는 상기 제1 렌즈부의 이동에 의해 변화한 상기 거리 측정 카메라의 전체 FOI 각도를 의미한다. 또한, FOI_X는 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미하고, FOI_Y는 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다.)
또한, 상기 제1 렌즈부가 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동할 경우, 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00004
(수학식 4에서 FOI_X는 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미하고, FOI_Y는 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, a 및 b는 상기 이미지 센서의 제1 방향 및 제2 방향 길이를 의미한다.)
또한, 상기 제1 렌즈부가 상기 광축의 수직인 방향으로 이동할 경우, 상기 제1 내지 제4 FOI들은 서로 동일한 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 FOI는 서로 동일한 형상 및 크기를 가지고, 상기 제1 내지 제4 FOI 각각에 배치된 상기 점 패턴의 개수는 동일할 수 있다.
또한, 상기 구동 부재는 상기 광원과 연결되며 상기 광원을 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 인가되는 전원에 의해 상기 제1 내지 제4 발광 영역들 중 적어도 하나의 발광 영역을 선택적으로 구동할 수 있다.
또한, 상기 광축 방향을 기준으로 상기 제1 내지 제4 영역은 서로 중첩되지 않을 수 있다.
실시예에 따른 거리 측정 카메라는 객체에 대한 깊이 정보를 효과적으로 파악할 수 있고, 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다. 자세하게, 실시예는 제1 렌즈부 및 광원 중 적어도 하나의 위치를 제어하여 상기 광원의 복수의 발광 영역에서 방출되는 광의 경로를 제어할 수 있다. 이에 따라, 실시예는 보다 넓은 FOI 각도를 가지는 출력광을 제공하여 향상된 객체에 대한 정보를 효과적으로 파악할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 카메라는 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 거리 측정 카메라는 상기 복수의 발광 영역에서 방출되는 광의 경로를 제어함과 동시에 상기 복수의 발광 영역 각각의 전원을 제어할 수 있다. 이에 따라, 실시예는 전방에 위치한 객체의 위치, 형태, 크기 등에 따라 상기 발광 영역의 위치를 제어함과 동시에 상기 복수의 발광 영역을 선택적으로 구동하여 소비 전력을 효과적으로 절감할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 카메라는 상대적으로 작은 크기를 가지는 광원 또는 상대적으로 적은 수의 에미터를 포함하는 광원을 이용하여 전방에 위치한 객체에 광을 효과적으로 제공할 수 있고, 상기 복수의 발광 영역의 위치 및 상기 복수의 발광 영역의 구동을 제어하여 상기 객체에 대한 깊이 정보를 트래킹(tracking)하며 획득할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 거리 측정 카메라의 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 발광부 및 수광부의 구성도이다.
도 3은 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 발광부가 생성하는 광 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 거리 측정 카메라의 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 발광부의 배치를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 거리 측정 카메라에서 제1 렌즈부의 이동을 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 발광부의 배치를 나타낸 다른 도면이다.
도 8은 도 7에 따른 거리 측정 카메라에서 광원의 이동을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 14는 발광부에서 방출된 출력광에 의해 n미터 이격된 위치에 형성된 FOI(Field of illumination) 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 내지 도 17은 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 FOI(Field of illumination) 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 18 내지 도 22는 다양한 모드에 따라 형성되는 FOI 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 23 및 도 24는 실시예에 따른 거리 측정 카메라가 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 거리 측정 카메라의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 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 제어부(미도시)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 거리 측정 카메라(1000)를 기준으로 출력광, 출력광 신호일 수 있고, 상기 발광부(100)가 출력하는 광은 상기 객체를 기준으로 입사광, 입사광 신호일 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 거리 측정 카메라(1000)는 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 발광부(100)를 제어하는 제2 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제2 제어부는 상기 발광부(100)의 제1 렌즈부(130) 및 상기 광원(110) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 일례로, 상기 제2 제어부는 상기 구동 부재(150)에 인가되는 구동 신호를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제2 제어부는 상기 광원(110)에 인가되는 구동 신호를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 거리 측정 카메라(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 거리 측정 카메라(1000)는 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 거리 측정 카메라(1000)는 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 거리 측정 카메라(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 거리 측정 카메라에서 발광부 및 수광부의 구성도이고, 도 3은 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 발광부가 생성하는 광 신호를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 실시예에 따른 거리 측정 카메라의 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5는 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 발광부의 배치를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 따른 거리 측정 카메라에서 제1 렌즈부의 이동을 나타낸 도면이다. 또한, 도 7은 실시예에 따른 거리 측정 카메라에서 발광부의 배치를 나타낸 다른 도면이고, 도 8은 도 7에 따른 거리 측정 카메라에서 광원의 이동을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 발광부(100) 및 수광부(300)에 대해 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 발광부(100)는 광원(110), 제1 렌즈부(130) 및 구동 부재(150)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 에미터를 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)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 에미터가 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 광원(110)은 상기 복수의 에미터를 포함하는 복수의 발광 영역을 포함할 수 있고, 상기 복수의 발광 영역을 각각 제어하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 광원(110)은 복수의 채널을 포함하여 상기 복수의 발광 영역을 선택적으로 구동할 수 있다.
또한, 상기 제1 기판 상에 복수의 발광소자가 배치될 경우, 상기 복수의 발광소자는 상기 제1 기판 상에서 설정된 패턴을 따라 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 발광소자는 상기 복수의 발광소자에서 광이 방출되는 영역, 예컨대 광 방출을 위한 복수의 에미터가 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 광원(110)은 복수의 발광소자를 각각 제어하기 위한 적어도 하나의 채널을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 광원(110)은 복수의 채널을 포함하여 상기 복수의 발광소자를 선택적으로 구동할 수 있다. 여기서 상기 복수의 발광소자 각각은 상술한 발광 영역으로 정의할 수 있다.
이에 따라, 상기 광원(110)은 설정된 광을 방출할 수 있고, 복수의 발광 영역 또는 복수의 발광소자를 선택적으로 구동할 수 있다.
또한, 상기 광원(110)은 설정된 광 신호를 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 3(a)를 참조하면, 상기 광원(110)은 일정한 주기로 광 펄스를 생성할 수 있다. 상기 광원(110)은 소정의 펄스 반복 주기(tmodulation)로 소정의 펄스 폭(tpulse)을 가지는 광 펄스를 생성할 수 있다.
또한, 도 3(b)를 참조하면, 상기 광원(110)은 일정 개수의 광 펄스를 그룹핑(grouping)하여 하나의 위상 펄스를 생성할 수 있다. 상기 광원(110)은 소정의 위상 펄스 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.
또한, 도 3(c)를 참조하면, 상기 광원(110)은 일정 개수의 위상 펄스를 그룹핑하여 하나의 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 상기 광원(110)은 소정의 프레임 펄스 주기(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 서브 프레임이 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. 상기에서 설명을 위해, 광 펄스, 위상 펄스 및 프레임 펄스의 용어를 이용하였으나, 이에 한정되지 않는다.
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 제1 렌즈부(130)의 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 있고, 상기 초점이 상기 광원(110) 상에 배치되어 면 패턴의 광을 제공할 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 설정된 FOI(Field of illumination)를 갖는 출력광을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부(130)를 통과하여 설정된 FOI를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 콜리메이터 렌즈를 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 FOI는 약 60도 이상 내지 약 120도 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 출력광의 FOI는 약 60도 이상 내지 약 90도 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 설정된 유효 초점 거리(effective focal length; EFL)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 콜리메이터 렌즈는 고정된 유효 초점 거리(EFL)를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리(EFL)는 약 340㎛ 내지 약 1050㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 후방 초점 거리(back focal length; BFL)를 가질 수 있다. 여기서 상기 후방 초점 거리(BFL)는 상기 광원(110)과 최인접한 상기 제1 렌즈부(130)의 마지막 렌즈의 광원(110) 측 면에서 후방 초점까지의 광축 방향 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)이 상기 후방 초점에 배치되는 경우, 상기 후방 초점 거리(BFL)는 상기 광원(110)과 마주하는 상기 콜리메이터 렌즈의 광 측 면과 상기 광원(110)의 상면까지의 거리일 수 있다. 상기 후방 초점 거리(BFL)는 상기 유효 초점 거리(EFL)보다 클 수 있다.
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. 예를 들어, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)의 복수의 에미터와 대응되는 영역에 광이 집중되는 핫스팟(hot spot)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 수신하여 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.
자세하게, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 수신하여 도 4(a)와 같이 복수의 점 패턴을 가지는 점 광원의 형태로 변형할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부(130)와 n미터 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 FOI는 가로:세로 비율을 가질 수 있다. 상기 FOI는 직사각형 형태를 가지며 가로 및 세로의 비율이 4:3, 16:9, 18:9 등 다양할 수 있다. 상기 복수의 점 패턴은 상기 FOI 내에 배치될 수 있다. 이때, 상기 복수의 점 패턴은 상기 n미터 이격된 영역에서 소정의 크기를 가질 수 있고, 소정의 간격으로 서로 이격될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 수신하여 도 4(b)와 같이 면 광원의 형태로 변형할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)에서 방출된 광은 상기 제1 렌즈부(130)와 n미터(meter) 이격된 영역에 면 형태로 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination)을 형성할 수 있다.
상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 중 적어도 하나와 연결될 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 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 액추에이터의 구동력을 이용하여 상기 제1 렌즈부(130) 및 상기 광원(110) 중 적어도 하나의 렌즈를 이동시킬 수 있다. 자세하게, 상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110)의 광축(OA)을 상기 제1 렌즈부(130)의 중심으로부터 이동시킬 수 있다.
상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)와 나란히 배치될 수 있다. 상기 수광부(300)는 설정된 화각(FOV; Field of view)을 가지며 상기 발광부(100)에서 방출되어 객체에 반사된 광을 감지할 수 있다. 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 광원(110)과 나란히 배치될 수 있다. 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 거리 측정 카메라(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)의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)과 평행할 수 있다.
상기 이미지 센서(310)는 제1 방향 길이(x축 방향 길이; a) 및 제2 방향 길이(y축 방향 길이; b)를 가지며 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 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.
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.
또한, 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 5 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)와 연결될 수 있다. 일례로, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130) 상에 배치되며 상기 제1 렌즈부(130)와 결합할 수 있다. 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. 이 경우, 상기 구동 부재(150)는 상기 콜리메이터 렌즈와 결합할 수 있다.
상기 구동 부재(150)는 상기 액추에이터의 구동력을 이용하여 상기 제1 렌즈부(130) 전체 또는 상기 제1 렌즈부(130)에 포함된 적어도 하나의 렌즈를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 부재(150)는 상기 제2 제어부로부터 인가되는 신호에 의해 상기 제1 렌즈부(130) 전체 또는 상기 적어도 하나의 렌즈를 상기 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동시킬 수 있다. 자세하게, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130) 또는 상기 적어도 하나의 렌즈를 상기 광축(OA)과 수직인 제1 방향(x축 방향) 및 상기 광축(OA)과 상기 제1 방향의 수직인 제2 방향(y축 방향) 중 적어도 하나의 방향으로 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 광원(110)의 광축(OA)의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 부재(150)가 동작하지 않는 초기 상태에서 상기 광원(110)의 광축(OA)은 상기 제1 렌즈부(130)의 중심과 중첩될 수 있다. 여기서 상기 광축(OA)의 초기 상태의 위치는 초기 위치로 정의할 수 있다.
이후, 상기 구동 부재(150)가 동작할 경우, 상기 제1 렌즈부(130) 전체 또는 상기 제1 렌즈부(130)의 적어도 하나의 렌즈는 이동할 수 있고, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 광의 상기 광축(OA)은 초기 광축(OA)의 위치로부터 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 변경될 수 있다.
일례로, 상기 구동 부재(150)는 도 6(a), 도 6(b)와 같이 설정된 범위 내에서 상기 제1 렌즈부(130)를 제1 방향(음(-)의 제1 방향(도 6(a), 양(+)의 제1 방향(도 6(b))으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 광축(OA)은 상기 초기 광축(OA)의 위치로부터 제1 방향으로 이동할 수 있고, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제1 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 구동 부재(150)는 설정된 범위 내에서 상기 제1 렌즈부(130)를 제2 방향(양(+)의 제2 방향, 음(-)의 제2 방향)으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 광축(OA)은 상기 초기 광축(OA)의 위치로부터 제2 방향으로 이동할 수 있고, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제2 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 구동 부재(150)는 설정된 범위 내에서 상기 제1 렌즈부(130)를 제1 및 제2 방향으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 광축(OA)은 상기 광축(OA) 위치로부터 제3 방향(제1 및 제2 방향의 대각 방향)으로 이동할 수 있고, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제3 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제1 및 제2 방향 등으로 이동할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8을 참조하면, 실시예에 따른 구동 부재(150)는 상기 광원(110)과 연결될 수 있다. 일례로, 상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110) 상에 배치되며 상기 광원(110)과 결합할 수 있다.
상기 구동 부재(150)는 상기 액추에이터의 구동력을 이용하여 상기 광원(110)을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 부재(150)는 상기 제2 제어부로부터 인가되는 신호에 의해 상기 광원(110)을 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110)을 제1 및 제2 방향(x축 및 y축 방향) 중 적어도 하나의 방향으로 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110)의 광축(OA)의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 부재(150)가 동작하지 않는 초기 상태에서 상기 광원(110)의 광축(OA)은 상기 제1 렌즈부(130)의 중심과 중첩될 수 있다.
이후, 상기 구동 부재(150)가 동작할 경우, 상기 광원(110)은 이동할 수 있고, 상기 광축(OA)은 상기 초기 광축(OA) 위치로부터 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 변경될 수 있다.
일례로, 상기 구동 부재(150)는 설정된 범위 내에서 상기 광원(110)을 제1 방향(도 7(a), 양(+)의 제1 방향(도 7(b))으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 광축(OA)은 상기 초기 광축(OA) 위치로부터 제1 방향으로 이동할 수 있고, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제1 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 구동 부재(150)는 설정된 범위 내에서 상기 광원(110)을 제2 방향(양(+)의 제2 방향, 음(-)의 제2 방향)으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 광축(OA)은 상기 초기 광축(OA) 위치로부터 제2 방향으로 이동할 수 있고, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제2 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 구동 부재(150)는 설정된 범위 내에서 상기 광원(110)을 제1 및 제2 방향으로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 광축(OA)은 상기 초기 광축(OA) 위치로부터 제3 방향(제1 및 제2 방향의 대각 방향)으로 이동할 수 있고, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제3 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로는 제1 및 제2 방향 등으로 이동할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130) 및 상기 광원(110) 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 제1 렌즈부(130) 및 상기 광원(110) 중 적어도 하나를 이동시켜 상기 제1 렌즈부(130)를 통과하는 출력광의 광축(OA)을 이동시킬 수 있다.
도 9 내지 도 14는 발광부에서 방출된 광에 의해 n미터 이격된 위치에 형성된 FOI(Field of illumination) 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 14를 참조하면, 실시예에 따른 거리 측정 카메라는 상기 구동 부재(150)에서 인가되는 구동력에 의해 FOI 영역이 형성되는 위치를 제어할 수 있다.
실시예에 따른 광원(110)은 하나 또는 복수의 발광소자를 포함할 수 있다. 일례로, 실시예에 따른 광원(110)은 하나의 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 하나의 발광소자는 광 방출을 위한 복수의 에미터가 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다.
상기 하나의 발광소자는 상기 복수의 에미터가 배치된 복수의 발광 영역을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 발광 영역은 서로 이격된 제1 발광 영역, 제2 발광 영역, 제3 발광 영역 및 제4 발광 영역을 포함할 수 있다. 상기 광원(110)은 상기 복수의 발광 영역을 선택적으로 제어할 수 있다.
상기 제1 발광 영역 및 상기 제2 발광 영역은 제1 방향(x축 방향)으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 제1 발광 영역 및 상기 제3 발광 영역은 제2 방향(y축 방향)으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 제2 발광 영역 및 상기 제4 발광 영역은 제2 방향으로 이격될 수 있다. 또한, 상기 제3 발광 영역 및 상기 제4 발광 영역은 제1 방향으로 이격될 수 있다.
상기 복수의 발광 영역은 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역, 상기 제3 발광 영역 및 상기 제4 발광 영역은 서로 동일한 형상, 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역, 상기 제3 발광 영역 및 상기 제4 발광 영역 각각에 포함된 에미터의 개수는 서로 동일할 수 있다.
이때, 제1 방향으로 이격된 발광 영역 사이의 간격은 제1 간격일 수 있고, 제2 방향으로 이격된 발광 영역 사이의 간격은 제2 간격일 수 있다. 예를 들어, 제1 방향으로 각각 이격된 상기 제1 및 제2 발광 영역, 상기 제3 및 제4 발광 영역 사이의 간격은 제1 간격을 만족할 수 있고, 제2 방향으로 이격된 상기 제1 및 제3 발광 영역, 상기 제2 및 제4 발광 영역 사이의 간격은 제2 간격을 만족할 수 있다.
또한, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에 배열된 복수의 에미터들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다. 자세하게, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 제1 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 에미터들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다. 그리고, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 에미터들 사이의 거리보다 작을 수 있다. 여기서 에미터들 사이의 거리는 에미터의 중심 사이의 간격을 의미할 수 있다.
또한, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에 배열된 복수의 에미터들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다. 자세하게, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 제2 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 에미터들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다. 그리고, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 에미터들 사이의 거리보다 작을 수 있다. 여기서 에미터들 사이의 거리는 에미터의 중심 사이의 간격을 의미할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 광원(110)은 복수의 발광소자를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 발광소자는 상기 제1 발광 영역과 대응되는 제1 발광소자, 상기 제2 발광 영역과 대응되는 제2 발광소자, 상기 제3 발광 영역과 대응되는 제3 발광소자, 상기 제4 발광 영역과 대응되는 제4 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 광원(110)은 상기 제1 내지 제4 발광소자 각각은 선택적으로 제어할 수 있다.
상기 발광부(100)에서 방출된 출력광은 상기 구동 부재(150)에 의해 다양한 영역에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)와 연결될 수 있고, 상기 구동 부재(150)의 구동력에 의해 상기 광원(110)의 광축은 이동할 수 있다. 즉, 상기 구동 부재(150)의 구동력에 의해 상기 제1 발광 영역, 상기 제2 발광 영역, 상기 제3 발광 영역 및 상기 제4 발광 영역 각각의 광축은 이동할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 거리 측정 카메라(1000)는 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 렌즈부(130)와 제1 거리(n) 이격된 영역에 소정의 면적을 가지는 FOI(Field of illumination)을 형성할 수 있다. 자세하게, 실시예는 서로 이격된 제1 내지 제4 발광 영역에서 각각 광을 방출함에 따라, 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 서로 이격된 제1 FOI(L1), 제2 FOI(L2), 제3 FOI(L3) 및 제4 FOI(L4)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각은 w1:h1의 가로:세로 비율을 가질 수 있다. 일례로, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각은 4:3, 16:9, 18:9 등 다양한 가로:세로 비율을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 서로 대응되는 형상, 크기를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 서로 동일한 가로, 세로 크기를 가질 수 있고, 동일한 FOI 각도를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)가 설정된 유효 초점 거리(EFL)를 가짐에 따라 상기 발광부(100)는 상기 제1 렌즈부(130)와 제1 거리(n) 이격된 영역에 면 패턴의 광 또는 점 패턴의 광을 제공할 수 있다. 일례로, 실시예는 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 소정의 크기를 가지는 점 패턴(510)을 형성할 수 있다. 상기 점 패턴(510)은 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각 내에 적어도 하나가 제공될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)이 서로 동일한 크기, 형상을 가질 경우, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 내에 배치된 점 패턴(510)의 크기, 개수는 서로 동일할 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이 상기 제1 내지 제4 발광 영역이 제1 및 제2 방향으로 이격됨에 따라, 상기 제1 거리(n)에 형성되는 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 설정된 간격으로 이격될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 거리(n)에서 제1 방향으로 이격된 상기 제1 및 제2 FOI(L1, L2), 상기 제3 및 제4 FOI(L3, L4) 사이의 간격은 제1 간격(d1)일 수 있다. 또한, 상기 제1 거리(n)에서 제2 방향으로 이격된 상기 제1 및 제3 FOI(L1, L3), 상기 제2 및 제4 FOI(L2, L4) 사이의 간격은 제2 간격(d2)일 수 있다.
또한, 상기 제1 간격(d1)은 상기 제1 내지 제4 FOI(L1, L2, L3, L4) 중 선택되는 하나의 FOI 내에 배열된 복수의 점 패턴(510)들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다. 자세하게, 상기 제1 간격(d1)은 상기 제1 내지 제4 FOI(L1, L2, L3, L4) 중 선택되는 하나의 FOI 내에서 제1 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 점 패턴(510) 사이의 거리(c1)보다 크거나 같을 수 있다. 그리고, 상기 제1 간격(d1)은 상기 제1 내지 제4 FOI(L1, L2, L3, L4) 중 선택되는 하나의 FOI 내에서 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 점 패턴(510) 사이의 거리(d3)보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제2 간격(d2)은 상기 제1 내지 제4 FOI(L1, L2, L3, L4) 중 선택되는 하나의 FOI 내에 배열된 복수의 점 패턴(510)들 사이의 거리보다 크거나 같을 수 있다. 자세하게, 상기 제2 간격(d2)은 상기 제1 내지 제4 FOI(L1, L2, L3, L4) 중 선택되는 하나의 FOI 내에서 제2 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 점 패턴(510) 사이의 거리(c2)보다 크거나 같을 수 있다. 그리고, 상기 제2 간격(d2)은 상기 제1 내지 제4 FOI(L1, L2, L3, L4) 중 선택되는 하나의 FOI 내에서 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 점 패턴(510) 사이의 거리(d3)보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 점 패턴(510) 사이의 거리는 점 패턴의 중심 사이의 간격을 의미할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)에 구동력을 제공하지 않을 수 있다. 즉, 도 10은 상기 발광부(100)에 광축(OA) 이동을 위한 구동력이 인가되지 않은 상태일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각은 초기 위치에 형성될 수 있다. 여기서 초기 위치는 센터 영역으로 정의할 수 있다.
예를 들어, 구동력이 인가되지 않을 경우 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1 거리(n) 이격된 위치에서 제1 센터 영역(CA1)에 형성될 수 있다. 상기 제1 센터 영역(CA1)의 중심은 상기 제1 발광 영역의 광축과 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제1 거리(n) 이격된 위치에서 제2 센터 영역(CA2)에 형성될 수 있다. 상기 제2 센터 영역(CA2)의 중심은 상기 제2 발광 영역의 광축과 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제1 거리(n) 이격된 위치에서 제3 센터 영역(CA3)에 형성될 수 있다. 상기 제3 센터 영역(CA3)의 중심은 상기 제3 발광 영역의 광축과 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제1 거리(n) 이격된 위치에서 제4 센터 영역(CA4)에 형성될 수 있다. 상기 제4 센터 영역(CA4)의 중심은 상기 제4 발광 영역의 광축과 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)에 구동력을 제공할 수 있다. 즉, 도 11 내지 도 14는 상기 발광부(100)에 광축(OA) 이동을 위한 구동력이 인가된 상태일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각은 초기 위치(센터 영역)으로부터 설정된 영역으로 이동하거나, 상기 설정된 영역에서 다른 설정된 영역으로 이동할 수 있다.
자세하게, 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)를 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 렌즈부(130)를 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동하여 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축을 설정된 영역으로 이동할 수 있다.
예를 들어, 상기 설정된 영역은 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1), 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2), 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3) 및 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)을 포함할 수 있다. 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1), 상기 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2), 상기 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3) 및 상기 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4) 각각은 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 초기 위치인 센터 영역(CA1, CA2, CA3, CA4)에 대해 제3 방향(제1 및 제2 방향의 대각 방향)에 위치한 영역일 수 있다.
자세하게, 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1)은 상기 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2)과 제1 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1)은 상기 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3)과 제2 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2)은 상기 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)과 제2 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 또한, 상기 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3)은 상기 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)과 제1 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 또한, 상기 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)은 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1)과 제3 방향(제1 및 제2 방향의 대각 방향)으로 나란히 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 초기 위치(센터 영역) 이외에 총 16개의 이동 가능한 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각에 대한 제1 내지 제4 영역들은 상기 광원(110)의 광축(OA) 방향을 기준으로 서로 중첩되지 않을 수 있고, 각각의 센터 영역과 부분적으로 중첩될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각에 대한 제1 내지 제4 영역들은 부분적으로 중첩될 수 있다. 이 경우, 상기 중첩되는 영역의 면적은 상기 구동 부재(150)의 구동력, 형성되는 FOI 영역의 면적, 각도를 고려하여 약 50% 미만일 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)에 상기 구동 부재(150)의 구동력의 구동력이 인가될 경우, 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 동일한 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 상기 제1 거리(n)만큼 이격된 영역에서 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각은 서로 동일한 방향으로 이동할 수 있다.
예를 들어, 도 11을 참조하면, 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 초기 위치에서 양(+)의 제1 방향 및 음(-)의 제2 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1 센터 영역(CA1)에서 제1-1 영역(A1-1)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제2 센터 영역(CA2)에서 제2-1 영역(A2-1)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3 센터 영역(CA3)에서 제3-1 영역(A3-1)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4 센터 영역(CA4)에서 제4-1 영역(A4-1)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1 센터 영역(CA1)의 중심에서 상기 제1-1 영역(A1-1)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2 센터 영역(CA2)의 중심에서 상기 제2-1 영역(A2-1)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3 센터 영역(CA3)의 중심에서 상기 제3-1 영역(A3-1)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4 센터 영역(CA4)의 중심에서 상기 제4-1 영역(A4-1)의 중심으로 이동할 수 있다.
또한, 도 12를 참조하면, 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 초기 위치에서 음(-)의 제1 방향 및 음(-)의 제2 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1 센터 영역(CA1)에서 제1-2 영역(A1-2)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제2 센터 영역(CA2)에서 제2-2 영역(A2-2)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3 센터 영역(CA3)에서 제3-2 영역(A3-2)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4 센터 영역(CA4)에서 제4-2 영역(A4-2)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1 센터 영역(CA1)의 중심에서 상기 제1-2 영역(A1-2)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2 센터 영역(CA2)의 중심에서 상기 제2-2 영역(A2-2)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3 센터 영역(CA3)의 중심에서 상기 제3-2 영역(A3-2)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4 센터 영역(CA4)의 중심에서 상기 제4-2 영역(A4-2)의 중심으로 이동할 수 있다.
이와 다르게 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1)과 대응되는 위치에서 음(-)의 제1 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1-1 영역(A1-1)에서 제1-2 영역(A1-2)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제2-1 영역(A2-1)에서 제2-2 영역(A2-2)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3-1 영역(A3-1)에서 제3-2 영역(A3-2)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4-1 영역(A4-1)에서 제4-2 영역(A4-2)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1-1 영역(A1-1)의 중심에서 상기 제1-2 영역(A1-2)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2-1 영역(A2-1)의 중심에서 상기 제2-2 영역(A2-2)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3-1 영역(A3-1)의 중심에서 상기 제3-2 영역(A3-2)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4-1 영역(A4-1)의 중심에서 상기 제4-2 영역(A4-2)의 중심으로 이동할 수 있다.
또한, 도 13을 참조하면, 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 초기 위치에서 양(+)의 제1 방향 및 양(+)의 제2 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1 센터 영역(CA1)에서 제1-3 영역(A1-3)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제2 센터 영역(CA2)에서 제2-3 영역(A2-3)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3 센터 영역(CA3)에서 제3-3 영역(A3-3)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4 센터 영역(CA4)에서 제4-3 영역(A4-3)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1 센터 영역(CA1)의 중심에서 상기 제1-3 영역(A1-3)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2 센터 영역(CA2)의 중심에서 상기 제2-3 영역(A2-3)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3 센터 영역(CA3)의 중심에서 상기 제3-3 영역(A3-3)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4 센터 영역(CA4)의 중심에서 상기 제4-3 영역(A4-3)의 중심으로 이동할 수 있다.
이와 다르게 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1)과 대응되는 위치에서 양(+)의 제2 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1-1 영역(A1-1)에서 제1-3 영역(A1-3)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제2-1 영역(A2-1)에서 제2-3 영역(A2-3)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3-1 영역(A3-1)에서 제3-3 영역(A3-3)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4-1 영역(A4-1)에서 제4-3 영역(A4-3)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1-1 영역(A1-1)의 중심에서 상기 제1-3 영역(A1-3)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2-1 영역(A2-1)의 중심에서 상기 제2-3 영역(A2-3)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3-1 영역(A3-1)의 중심에서 상기 제3-3 영역(A3-3)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4-1 영역(A4-1)의 중심에서 상기 제4-3 영역(A4-3)의 중심으로 이동할 수 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 초기 위치에서 음(-)의 제1 방향 및 양(+)의 제2 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1 센터 영역(CA1)에서 제1-4 영역(A1-4)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제2 센터 영역(CA2)에서 제2-4 영역(A2-4)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3 센터 영역(CA3)에서 제3-4 영역(A3-4)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4 센터 영역(CA4)에서 제4-4 영역(A4-4)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1 센터 영역(CA1)의 중심에서 상기 제1-4 영역(A1-4)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2 센터 영역(CA2)의 중심에서 상기 제2-4 영역(A2-4)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3 센터 영역(CA3)의 중심에서 상기 제3-4 영역(A3-4)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4 센터 영역(CA4)의 중심에서 상기 제4-4 영역(A4-4)의 중심으로 이동할 수 있다.
이와 다르게 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2)과 대응되는 위치에서 양(+)의 제2 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제1-2 영역(A1-2)에서 제1-4 영역(A1-4)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제2-2 영역(A2-2)에서 제2-4 영역(A2-4)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3-2 영역(A3-2)에서 제3-4 영역(A3-4)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4-2 영역(A4-2)에서 제4-4 영역(A4-4)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1-2 영역(A1-2)의 중심에서 상기 제1-4 영역(A1-4)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2-2 영역(A2-2)의 중심에서 상기 제2-4 영역(A2-4)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3-2 영역(A3-2)의 중심에서 상기 제3-4 영역(A3-4)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4-2 영역(A4-2)의 중심에서 상기 제4-4 영역(A4-4)의 중심으로 이동할 수 있다.
이와 또 다르게 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3)과 대응되는 위치에서 음(-)의 제1 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축은 상기 광원(110)의 광축(OA)의 수직인 방향으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 FOI(L1) 상기 제1-3 영역(A1-3)에서 제1-4 영역(A1-4)으로 이동할 수 있고, 상기 제2 FOI(L2)상기 제2-3 영역(A2-3)에서 제2-4 영역(A2-4)으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제3 FOI(L3) 상기 제3-3 영역(A3-3)에서 제3-4 영역(A3-4)으로 이동할 수 있고, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4-3 영역(A4-3)에서 제4-4 영역(A4-4)으로 이동할 수 있다.
즉, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 발광 영역의 광축은 상기 제1-3 영역(A1-3)의 중심에서 상기 제1-4 영역(A1-4)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제2 발광 영역의 광축은 상기 제2-3 영역(A2-3)의 중심에서 상기 제2-4 영역(A2-4)의 중심으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제3 발광 영역의 광축은 상기 제3-3 영역(A3-3)의 중심에서 상기 제3-4 영역(A3-4)의 중심으로 이동할 수 있고, 상기 제4 발광 영역의 광축은 상기 제4-3 영역(A4-3)의 중심에서 상기 제4-4 영역(A4-4)의 중심으로 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 상기 구동 부재(150)를 이용하여 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어할 수 있다. 자세하게, 실시예는 상기 구동 부재(150)의 구동력에 이용하여 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역(L1, L2, L3, L4) 각각의 광축 위치를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예는 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 FOI 영역의 위치를 제어할 수 있고, FOI 각도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 15를 참조하면 상기 제1 렌즈부(130)에 구동력이 인가되지 않을 경우 상기 출력광의 제1 방향(x축 방향) FOI 각도(θ1)는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00005
수학식 1에서 θ1은 구동력이 인가되지 않은 초기 상태에서의 상기 발광부(100)의 출력광의 제1 방향 FOI 각도를 의미할 수 있고, dx는 상기 광원(110)의 발광소자의 제1 방향 길이를 의미할 수 있다.
또한, 도 16을 참조하면 상기 제1 렌즈부(130)에 구동력이 인가되지 않을 경우 상기 출력광의 제2 방향(y축 방향) FOI 각도(θ2)는 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00006
수학식 2에서 θ2는 구동력이 인가되지 않은 초기 상태에서의 상기 발광부(100)의 출력광의 제1 방향 FOI 각도를 의미할 수 있고, dy는 상기 광원(110)의 발광소자의 제1 방향 길이를 의미할 수 있다.
또한, 도 17을 참조하면 상기 제1 렌즈부(130)에 구동력이 인가되지 않을 경우 상기 출력광의 전체 FOI 각도(θ3)는 하기 수학식 3을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00007
수학식 3에서 θ3은 상기 구동 부재(150)의 구동력이 인가되지 않은 초기 상태에서의 상기 발광부(100)의 출력광의 전체 FOI 각도를 의미할 수 있고, D는 상기 광원(110)의 발광소자의 유효 영역의 대각선 길이를 의미할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 방향(x축 방향)으로 이동할 경우, 상기 출력광의 제1 방향 FOI 각도는 하기 수학식 4를 만족할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00008
수학식 4에서 S1은 상기 광원(110)의 광축(OA)을 기준으로 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, FOI_X는 구동력에 의해 변화한 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, EFL은 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리를 의미하고, dx는 상기 광원(110)의 제1 방향 길이를 의미한다.
이때, 상기 제1 방향의 FOI 각도의 변화 범위는 하기 수학식 5를 만족할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00009
수학식 5에서 FOI_X는 구동력에 의해 변화한 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미하고, dx는 상기 광원(110)의 제1 방향 길이를 의미한다. 또한, S1은 상기 광원(110)의 광축(OA)을 기준으로 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, EFL은 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리를 의미한다.
이때, 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 방향으로 움직이는 이동 거리(S1)는 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 상기 제3 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 상기 에미터들 사이의 거리보다 작을 수 있다.
또한, 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)가 제2 방향으로 이동할 경우, 상기 출력광의 제2 방향(y축 방향) FOI 각도는 하기 수학식 6을 만족할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00010
수학식 6에서 S2는 상기 광원(110)의 광축(OA)을 기준으로 상기 제1 렌즈부(130)가 제2 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, FOI_Y는 구동력에 의해 변화한 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, EFL은 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리를 의미하고, dy는 상기 광원(110)의 제2 방향 길이를 의미한다.
이때, 상기 제2 방향의 FOI 각도의 변화 범위는 하기 수학식 7를 만족할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00011
수학식 7에서 FOI_Y는 구동력에 의해 변화한 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미하고, dy는 상기 광원(110)의 제2 방향 길이를 의미한다. 또한, S2는 상기 광원(110)의 광축(OA)을 기준으로 상기 제1 렌즈부(130)가 제2 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, EFL은 상기 제1 렌즈부(130)의 유효 초점 거리를 의미한다.
이때, 상기 제1 렌즈부(130)가 제2 방향으로 움직이는 이동 거리(S2)는 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 상기 제3 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 상기 에미터들 사이의 거리보다 작을 수 있다.
또한, 상술한 수학식 4 내지 수학식 7을 바탕으로, 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동할 경우, 상기 출력광의 전체 FOI 각도는 하기 수학식 8을 만족할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00012
수학식 8에서 FOI_S는 상기 제1 렌즈부(130)의 이동에 의해 변화한 상기 거리 측정 카메라(1000)의 전체 FOI 각도를 의미한다. 또한, FOI_X는 구동력에 의해 변화한 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미하고, FOI_Y는 구동력에 의해 변화한 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다.
또한, 실시예에 따른 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 및 제2 방향으로 이동되는 정도는 상기 광원(110)의 크기, 이미지 센서(310)의 크기에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 및 제2 방향으로 각각 이동되는 거리는 하기 수학식 9를 만족할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00013
수학식 9에서 S1은 상기 제1 렌즈부(130)가 제1 방향으로 이동한 거리를 의미하고, dx는 상기 광원(110)의 제1 방향 길이를 의미한다. 또한, S2는 상기 제1 렌즈부(130)가 제2 방향으로 이동한 거리를 의미하고, dy는 상기 광원(110)의 제2 방향 길이를 의미한다.
즉, 실시예에 따른 구동 부재(150)는 상술한 범위 내에서 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 구동 부재(150)는 상기 이미지 센서(310)의 크기를 고려하여 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 구동 부재(150)는 상기 이미지 센서(310)의 제1 방향 길이(a) 및 제2 방향 길이(b)와 대응되도록 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어하며 하기 수학식 10을 만족할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00014
수학식 10에서 FOI_X는 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미하고, FOI_Y는 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, a 및 b는 상기 이미지 센서(310)의 제1 방향 및 제2 방향 길이를 의미한다.
즉, 실시예는 상기 이미지 센서(310)의 제1 및 제2 방향 크기(a, b)를 고려하여 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 구동 부재(150)는 상기 이미지 센서(310)와 대응되는 영역 내에서 상기 제1 렌즈부(130)를 이동시켜 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 초기 설정된 캘리브레이션(calibration) 값을 바탕으로 상기 출력광을 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성된 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 위치가 변화할 수 있고, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각에 위치한 복수의 점 패턴(510)의 위치 역시 변화할 수 있다. 그러나, 실시예에 따른 구동 부재(150)는 상기 이미지 센서(310)의 가로(a) 및 세로(b)의 크기와 대응하도록 상기 제1 렌즈부(130)를 이동시켜, 상기 FOI 내에 위치한 복수의 점 패턴(510)들은 초기 설정된 캘리브레이션 영역 내에서 이동할 수 있다. 따라서, 실시예는 상기 제1 내지 제4 발광 영역 각각의 광축이 이동한 출력광에 대한 별도의 캘리브레이션(calibration) 보정 없이 초기 설정된 캘리브레이션 값을 바탕으로 상기 출력광을 효과적으로 감지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 다양한 모드로 동작할 수 있다. 자세하게, 상기 거리 측정 카메라(1000)는 전체 모드, 중심 모드, 트래킹(tracking) 모드 등 다양한 모드를 포함할 수 있다.
먼저 상기 거리 측정 카메라(1000)의 전체 모드에 대해 설명한다.
실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 도 18 및 도 19와 같이 전체 모드로 동작하여 보다 넓은 FOI 각도, FOI 면적을 가지는 출력광을 제공할 수 있다.
일례로, 상기 거리 측정 카메라(1000)의 프레임 레이트(frame rate)가 설명의 편의 상 30 FPS(Frame per second)이고, 하나의 프레임이 4개의 서브 프레임을 포함할 경우, 상기 구동 부재(150)는 하나의 서브 프레임과 대응되는 시간마다 상기 복수의 발광 영역(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어할 수 있다.
자세하게, 1/4 서브 프레임에서 상기 제1 FOI(L1)를 상기 제1 센터 영역(CA1)에서 상기 제1-1 영역(A1-1)으로, 상기 제2 FOI(L2)를 상기 제2 센터 영역(CA2)에서 상기 제2-1 영역(A2-1)으로, 상기 제3 FOI(L3)를 상기 제3 센터 영역(CA3)에서 상기 제3-1 영역(A3-1)으로, 상기 제4 FOI(L4)를 상기 제4 센터 영역(CA4)에서 상기 제4-1 영역(A4-1)으로 이동시킬 수 있다.
이어서, 2/4 서브 프레임에서 상기 제1 FOI(L1)를 상기 제1-1 영역(A1-1)에서 상기 제1-2 영역(A1-2)으로, 상기 제2 FOI(L2)를 상기 제2-1 영역(A2-1)에서 상기 제2-2 영역(A2-2)으로, 상기 제3 FOI(L3)를 상기 제3-1 영역(A3-1)에서 상기 제3-2 영역(A3-2)으로, 상기 제4 FOI(L4)를 상기 제4-1 영역(A4-1)에서 상기 제4-2 영역(A4-2)으로 이동시킬 수 있다.
이어서, 3/4 서브 프레임에서 상기 제1 FOI(L1)를 상기 제1-2 영역(A1-2)에서 상기 제1-3 영역(A1-3)으로, 상기 제2 FOI(L2)를 상기 제2-2 영역(A2-2)에서 상기 제2-3 영역(A2-3)으로, 상기 제3 FOI(L3)를 상기 제3-2 영역(A3-2)에서 상기 제3-3 영역(A3-3)으로, 상기 제4 FOI(L4)를 상기 제4-2 영역(A4-2)에서 상기 제4-3 영역(A4-3)으로 이동시킬 수 있다.
이어서, 4/4 서브 프레임에서 상기 제1 FOI(L1)를 상기 제1-3 영역(A1-3)에서 상기 제1-4 영역(A1-4)으로, 상기 제2 FOI(L2)를 상기 제2-3 영역(A2-3)에서 상기 제2-4 영역(A2-4)으로, 상기 제3 FOI(L3)를 상기 제3-3 영역(A3-3)에서 상기 제3-4 영역(A3-4)으로, 상기 제4 FOI(L4)를 상기 제4-3 영역(A4-3)에서 상기 제4-4 영역(A4-4)으로 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 거리 측정 카메라(1000)의 전방에 위치한 객체가 상기 제1 거리(n)보다 인접한 제2 거리(n1)에 위치하거나, 전체 모드 동작에 대한 요청이 있을 경우, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 하나의 서브 프레임과 대응되는 시간에서 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1), 상기 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2), 상기 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3) 및 상기 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)을 각각 순차적으로 이동할 수 있고, 하나의 프레임과 대응되는 시간에 전체 영역을 한번 스캔할 수 있다.
또한, 하나의 프레임이 8개의 서브 프레임을 포함할 경우, 적어도 하나의 서브 프레임과 대응되는 시간에서 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1), 상기 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2), 상기 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3) 및 상기 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)을 각각 순차적으로 2회 반복하여 이동할 수 있고, 상기 하나의 프레임과 대응되는 시간에 전체 영역을 2회 스캔할 수 있다.
이와 다르게, 하나의 프레임이 8개의 서브 프레임을 포함할 경우, 2/8개의 서브 프레임과 대응되는 시간에서 상기 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1), 나머지 6/8개의 서브 프레임 중 2/8개의 서브 프레임과 대응되는 시간에 상기 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2), 나머지 4/8개의 서브 프레임 중 2/8개의 서브 프레임과 대응되는 시간에 상기 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3), 나머지 2/8개의 서브 프레임과 대응되는 시간에 상기 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)을 이동할 수 있고, 하나의 프레임과 대응되는 시간에 전체 영역을 한번 스캔할 수 있다.
즉, 실시예는 하나의 프레임에 포함된 복수의 서브 프레임의 개수에 따라, 하나의 프레임에서 전체 영역을 적어도 한번 스캔할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광부(100)는 상기 제1 렌즈부(130)와 제2 거리(n1) 이격된 영역에 w2:h2의 가로:세로 비율을 가지는 FOI를 형성할 수 있다. 따라서, 전방에 위치한 객체에 설정된 단위 시간동안 보다 넓은 FOI 각도, FOI 면적을 가지는 출력광(L)을 제공할 수 있다.
일례로, 하기 표 1을 참조하면 실시예에 따른 광원(110)의 발광소자의 제1 방향 길이는 약 0.872mm일 수 있고, 제2 방향 길이는 약 0.66mm일 수 있다. 또한, 상기 구동 부재(150)는 설정된 범위(제1 방향으로 약 ±0.15mm, 제2 방향으로 약 ±0.125mm) 내에서 상기 제1 렌즈부(130)를 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동하여, 상기 제1 렌즈부(130)를 통과한 상기 제1 내지 제4 발광 영역들 각각의 광축을 초기 위치로부터 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제2 방향에 대한 상기 출력광의 FOI 각도는 변화할 수 있다.
EFL (mm) 0.84
발광소자 제1 방향 길이 (mm) 0.872
제1 방향 길이 (mm) 0.66
구동 부재 제1 방향 이동 거리 (mm) 0.15 -0.15
제2 방향 이동 거리 (mm) -0.125 -0.125
제1 방향에 대한 FOI 각도 구동력이 인가되지 않은 초기 각도 (deg) 54.8 54.8
구동력이 인가되어 변화한 각도 (deg) 55.86 55.86
최소 변화 각도 (deg) -18.894 -34.969
최대 변화 각도 (deg) 34.969 18.894
Total 변화 각도 69.9 69.9
제2 방향에 대한 FOI 각도 구동력이 인가되지 않은 초기 각도 (deg) 42.9 42.9
구동력이 인가되어 변화한 각도 (deg) 42.15 42.15
최소 변화 각도 (deg) -13.714 -28.443
최대 변화 각도 (deg) 28.443 13.714
Total 변화 각도 56.8 56.8
자세하게, 상기 수학식들 및 표 1을 참조하면, 상기 구동 부재(150)의 구동력이 제공되지 않을 경우, 상기 제1 거리(n) 이격된 영역에 형성되는 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4) 각각은 초기 위치로 정의되는 센터 영역(CA1, CA2, CA3, CA4)에 각각 위치할 수 있다.
이 경우, 상기 발광부(100)에서 방출되는 출력광의 제1 방향 FOI 각도는 약 54.8도이고, 제2 방향 FOI 각도는 약 42.9도일 수 있다. 또한, 상기 출력광의 전체 FOI 각도는 약 66도 일 수 있다.
그러나, 상기 구동 부재(150)의 구동력에 의해 상기 제1 렌즈부(130)는 설정된 범위 내에서 이동할 수 있고, 이로 인해 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1), 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2), 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3) 및 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4) 중 선택되는 하나의 영역으로 이동할 수 있다.
일례로, 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)은 도 18과 같이 제1 영역(A1-1, A2-1, A3-1, A4-1), 제2 영역(A1-2, A2-2, A3-2, A4-2), 제3 영역(A1-3, A2-3, A3-3, A4-3) 및 제4 영역(A1-4, A2-4, A3-4, A4-4)을 순차 이동하는 전체 모드로 동작할 수 있다. 이에 따라, 상기 출력광의 제1 방향 FOI 각도, 제2 방향 FOI 각도 및 전체 FOI 각도는 보다 증가할 수 있다. 예를 들어, 상기 출력광의 제1 방향 FOI 각도는 약 69.9도로 증가할 수 있고, 상기 제2 방향 FOI 각도는 약 56.8도로 증가할 수 있다. 또한, 상기 출력광의 전체 FOI 각도는 약 83도로 증가할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어하여 출력광이 보다 넓은 FOI 각도를 가지도록 할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어함에 따라, 상대적으로 작은 크기를 가지는 발광소자 또는 상대적으로 적은 수의 에미터를 포함하는 발광소자를 이용하여 전방에 위치한 객체에 광을 효과적으로 제공할 수 있다.
또한, 도 20 및 도 21을 참조하면 전방에 위치한 객체가 화각의 중심 영역에 위치할 수 있다. 일례로, 상기 객체가 상기 제2 거리(n1)보다 먼 제3 거리(n2)에 위치할 수 있다. 이 경우, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 상기 구동 부재(150) 및 상기 복수의 발광 영역을 제어하여 중심 모드로 동작할 수 있다.
일례로, 상기 거리 측정 카메라(1000)의 프레임 레이트(frame rate)가 설명의 편의 상 30 FPS(Frame per second)이고, 하나의 프레임이 4개의 서브 프레임을 포함할 경우, 상기 구동 부재(150)는 하나의 서브 프레임과 대응되는 시간마다 상기 복수의 발광 영역(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어할 수 있다.
예를 들어, 1/4 서브 프레임에 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)을 상기 센터 영역에서 상기 제1 영역으로 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 제어부(제1 제어부)는 상기 제4 발광 영역만 동작(On)시키고, 상기 제1 내지 제3 발광 영역은 오프(Off)시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제4 FOI(L4)는 상기 제4-1 영역(A4-1)으로 이동하여 광을 제공할 수 있다.
이어서, 2/4 서브 프레임에 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)을 상기 제1 영역으로 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 제3 발광 영역만 동작(On)시키고, 상기 제1, 2, 4 발광 영역은 오프(Off)시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 FOI(L3)는 상기 제3-2 영역(A3-2)으로 이동하여 광을 제공할 수 있다.
이어서, 3/4 서브 프레임에 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)을 상기 제3 영역으로 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 제2 발광 영역만 동작(On)시키고, 상기 제1, 3, 4 발광 영역은 오프(Off)시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 FOI(L2)는 상기 제 상기 제2-3 영역(A2-3)으로 이동하여 광을 제공할 수 있다.
이어서, 4/4 서브 프레임에 상기 구동 부재(150)는 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)을 상기 제4 영역으로 이동시킬 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 제1 발광 영역만 동작(On)시키고, 상기 제2 내지 4 발광 영역은 오프(Off)시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 FOI(L1)는 상기 제 상기 제1-4 영역(A1-4)으로 이동하여 광을 제공할 수 있다.
즉, 하나의 프레임에서 전체 화각의 중심 영역(A1-4, A2-3, A3-2, A4-1) 영역을 한번 스캔할 수 있다. 또한, 하나의 프레임이 보다 많은 서브 프레임을 가질 경우, 하나의 프레임에서 전체 화각의 중심 영역(A1-4, A2-3, A3-2, A4-1)을 복수회 스캔할 수 있다. 이에 따라, 상기 발광부(100)는 상기 제1 렌즈부(130)와 제3 거리(n2) 이격된 영역에 w3:h3의 가로:세로 비율을 가지는 FOI를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 중심 영역(A1-4, A2-3, A3-2, A4-1)에 위치한 객체에 효과적으로 제공할 수 있고, 상기 광원(110)의 발광 영역 전체가 구동하지 않고 일부만 구동하여 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
또한, 도 22를 참조하면 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 상기 구동 부재(150) 및 상기 복수의 발광 영역을 제어하여 트래킹(tracking) 모드로 동작할 수 있다.
자세하게, 상기 거리 측정 카메라(1000)는 전방에 위치한 객체의 위치, 형태, 크기 등에 따라 상기 복수의 발광 영역의 전원 및 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어할 수 있다.
일례로, 상기 거리 측정 카메라(1000)와 제1 거리(n)에 위치한 객체가 상기 제1 거리(n)보다 가까운 상기 제2 거리(n2)로 움직일 수 있다. 이 경우, 상기 구동 부재(150)는 상기 객체가 이동하는 방향, 간격 등을 고려하여 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어할 수 있고, 상기 객체와 대응되는 영역의 발광 영역을 동작할 수 있다. 또한, 상기 거리 측정 카메라(1000)는 상기 광원(110)의 발광 영역 및 상기 구동 부재(150)의 제어를 통해 다양한 거리에 위치한 복수의 객체 각각에 선택적으로 광을 제공하거나 동시에 광을 제공할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 상대적으로 작은 크기를 가지는 발광소자 또는 상대적으로 적은 수의 에미터를 포함하는 발광소자를 이용하여 전방의 객체에 다양한 FOI 각도, FOI 영역을 가지는 광을 제공할 수 있고, 향상된 소비 전력 특성을 가질 수 있다.
즉, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 복수의 발광 영역 및 상기 복수의 발광 영역에 의해 형성되는 복수의 FOI들(L1, L2, L3, L4)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 거리 측정 카메라(1000)는 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어하는 상기 구동 부재(150)에 의해 상기 복수의 FOI들(L1, L2, L3, L4)를 설정된 영역으로 이동시킬 수 있고, 상기 복수의 발광 영역을 선택적으로 구동하여 장거리 뿐만 아니라 단거리에 위치한 객체에 다양한 FOI 각도의 출력광을 제공할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 향상된 소비 전력 특성을 가지며 전방에 위치한 객체의 깊이 정보를 효과적으로 파악할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 복수의 발광 영역(L1, L2, L3, L4)의 위치 뿐만 아니라 각각의 발광 영역의 전원도 함께 제어하여 전방에 위치한 객체와 대응되는 영역에만 선택적으로 광을 제공할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 거리 측정 카메라는 향상된 소비 전력으로 객체에 대한 깊이 정보를 효과적으로 파악할 수 있고, 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 상술한 설명에서는 설명의 편의상 상기 구동 부재(150)가 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어하는 것으로 설명하였으나, 상기 구동 부재(150)는 상기 광원(110)과 연결되거나, 상기 광원(110) 및 상기 구동 부재(150)와 연결되어 상기 제1 내지 제4 FOI들(L1, L2, L3, L4)의 위치를 제어할 수 있다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 실시예에 따른 거리 측정 카메라는 광학 기기에 적용될 수 있다.
먼저, 도 23을 참조하면 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 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 거리 측정 카메라로 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 24를 참조하면, 실시예에 따른 거리 측정 카메라(1000)는 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 거리 측정 카메라(1000)를 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 정보 뿐만 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 (17)

  1. 이미지 센서;
    광원;
    상기 광원 상에 배치되는 복수개의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈부; 및
    상기 광원 및 상기 제1 렌즈부 중 적어도 하나를 상기 광원의 광축의 수직인 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함하고,
    상기 광원은 복수의 에미터가 배열된 복수의 발광 영역을 포함하고,
    상기 복수의 발광 영역 사이의 간격은, 상기 발광 영역 내에서 상기 복수의 에미터 사이의 거리보다 큰 거리 측정 카메라.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 영역은,
    제1 발광 영역;
    상기 제1 발광 영역과 상기 광축의 수직인 제1 방향으로 이격된 제2 발광 영역;
    상기 제1 발광 영역과 상기 광축 및 상기 제1 방향의 수직인 제2 방향으로 이격된 제3 발광 영역;
    상기 제2 발광 영역과 상기 제2 방향으로 이격되며 상기 제3 발광 영역과 상기 제1 방향으로 이격된 제4 발광 영역을 포함하는 거리 측정 카메라.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광 영역 사이의 상기 제1 방향 간격은, 상기 제1 및 제2 발광 영역 내에서 상기 제1 및 제2 방향의 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 상기 에미터들 사이의 거리보다 작은 거리 측정 카메라.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 발광 영역에서 각각 방출된 출력광은, 상기 제1 렌즈부와 이격된 영역에서 소정의 면적을 가지며 점 패턴을 포함하는 제1 내지 제4 FOI를 각각 형성하는 거리 측정 카메라.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 구동 부재는 상기 제1 렌즈부와 연결되며 상기 제1 렌즈부를 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키는 거리 측정 카메라.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 구동 부재에 의해 상기 제1 렌즈부가 이동할 경우,
    상기 제1 내지 제4 FOI 각각은 초기 위치로 정의하는 센터 영역에서 설정된 복수의 영역 중 선택되는 하나의 영역으로 이동하는 거리 측정 카메라.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 설정된 영역은,
    제1 영역;
    상기 제1 영역과 상기 제1 방향으로 이격된 제2 영역;
    상기 제1 영역과 상기 제2 방향으로 이격된 제3 영역; 및
    상기 제2 영역과 상기 제2 방향으로 이격되며 상기 제3 영역과 상기 제1 방향으로 이격된 제4 영역을 포함하는 거리 측정 카메라.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부가 상기 제1 방향으로 이동할 경우, 상기 광원에서 방출된 출력광의 상기 제1 방향 FOI(Field of illumination) 각도는 하기 수학식 1을 만족하는 거리 측정 카메라.
    [수학식 1]
    Figure pat00015

    (수학식 1에서 S1은 상기 광축을 기준으로 상기 제1 렌즈부가 상기 제1 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, FOI_X는 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, EFL은 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리를 의미하고, dx는 상기 광원의 상기 제1 방향 길이를 의미한다.)
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부가 상기 제1 방향으로 움직이는 이동 거리(S1)는 상기 제1 내지 제4 발광 영역 중 선택되는 하나의 발광 영역 내에서 상기 제1 및 제2 방향의 대각 방향으로 가장 먼 거리에 위치한 상기 에미터들 사이의 거리보다 작은 거리 측정 카메라.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부가 상기 제2 방향으로 이동할 경우, 상기 광원에서 방출된 출력광의 상기 제2 방향 FOI(Field of illumination) 각도는 하기 수학식 2를 만족하는 거리 측정 카메라.
    [수학식 2]
    Figure pat00016

    (수학식 2에서 S2는 상기 광축을 기준으로 상기 제1 렌즈부가 상기 제2 방향으로 움직이는 이동 거리를 의미하고, FOI_Y는 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, EFL은 상기 제1 렌즈부의 유효 초점 거리를 의미하고, dy는 상기 광원의 상기 제2 방향 길이를 의미한다.)
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부가 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동할 경우, 상기 광원에서 방출된 출력광의 FOI(Field of illumination) 각도는 하기 수학식 3을 만족하는 거리 측정 카메라.
    [수학식 3]
    Figure pat00017

    (수학식 3에서 FOI_S는 상기 제1 렌즈부의 이동에 의해 변화한 상기 거리 측정 카메라의 전체 FOI 각도를 의미한다. 또한, FOI_X는 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미하고, FOI_Y는 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다.)
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부가 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동할 경우, 하기 수학식 4를 만족하는 거리 측정 카메라.
    [수학식 4]
    Figure pat00018

    (수학식 4에서 FOI_X는 상기 제1 방향의 FOI 각도를 의미하고, FOI_Y는 상기 제2 방향의 FOI 각도를 의미한다. 또한, a 및 b는 상기 이미지 센서의 제1 방향 및 제2 방향 길이를 의미한다.)
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부가 상기 광축의 수직인 방향으로 이동할 경우, 상기 제1 내지 제4 FOI들은 서로 동일한 방향으로 이동하는 거리 측정 카메라.
  14. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 FOI는 서로 동일한 형상 및 크기를 가지고, 상기 제1 내지 제4 FOI 각각에 배치된 상기 점 패턴의 개수는 동일한 거리 측정 카메라.
  15. 제4 항에 있어서,
    상기 구동 부재는 상기 광원과 연결되며 상기 광원을 상기 제1 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키는 거리 측정 카메라.
  16. 제2 항에 있어서,
    인가되는 전원에 의해 상기 제1 내지 제4 발광 영역들 중 적어도 하나의 발광 영역을 선택적으로 구동하는 거리 측정 카메라.
  17. 제7 항에 있어서,
    상기 광축 방향을 기준으로 상기 제1 내지 제4 영역은 서로 중첩되지 않는 거리 측정 카메라.
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