KR20220124269A - 비행 시간(tof) 센서 모듈 및 전자 장치 - Google Patents

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페이 가오
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펭구앙 쿠
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Abstract

비행 시간(TOF) 센싱 모듈(112) 및 전자 장치(100). TOF 센싱 모듈(112)은 전자 장치(100) 분야에 적용될 수 있다. TOF 센싱 모듈(112)은 광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함하되, 광원은 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 각각 방출하고, m개의 제1 빔을 빔 조정 어셈블리로 전송하는 데 사용되며, 빔 조정 어셈블리는 수신된 m개의 제1 빔을 S개의 제2 빔으로 조정한 다음 S개의 제2 빔을 검출 표면의 S개의 영역에 투영하는 데 사용되고, M개의 순간에 검출 표면의 동일한 영역에 투영되는 소정의 제2 빔의 M개의 투영 지점의 위치는 상이하며, 검출 어셈블리는 M개의 순간 각각에 검출 표면으로부터 S개의 광학 에코 신호를 각각 수신하고, 각각의 순간에 S개의 광학 에코 신호를 S개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하는 데 사용된다. 광학 에코 신호를 서로 다른 시간에 수신함으로써, 동시에 활성화될 수 있는 검출 요소의 최대 수의 제한으로 인한 낮은 이미지 해상도 문제를 방지한다.

Description

비행 시간(TOF) 센싱 모듈 및 전자 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 1월 23일에 중국 특허청에 출원된 "비행 시간(TOF) 센서 모듈 및 전자 장치"라는 명칭의 중국 특허 출원 제202010077087.8호 및 2020년 8월 26일에 중국 특허청에 출원된 "비행 시간(TOF) 센서 모듈 및 전자 장치"라는 명칭의 중국 특허 출원 제202010873829.8호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 출원은 센싱 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 비행 시간(TOF) 센서 모듈 및 전자 장치에 관한 것이다.
정보화의 발달에 따라, 정보를 이용하는 과정에서 먼저 정확하고 신뢰할 수 있는 정보를 획득해야 하며, 센서는 정보를 획득하는 주요 방식이며 수단이다. 현재, 센서는 다수의 분야, 예컨대, 산업 생산, 우주 탐사, 해양 탐사, 환경 보호, 자원 조사, 의료 진단, 생물 공학과 같은 분야에서 널리 사용되고 있다. 3차원(three dimensional, 3D) 센서는 센서 분야에서 연구 중인 화두이다.
3D 센서에 적용할 수 있는 기술은 주로 입체 이미징, 구조광, 비행 시간(time-of-flight, TOF) 검출 등을 포함한다. TOF는 예컨대, 검출 거리가 길고 해상도가 높다는 장점이 있으며, 3D 센서에 의해 사용되는 중요한 기술이다. 기존의 TOF 검출은 크게 단일시간 전체 투영(single-time full-projection) TOF 카메라 및 스캐닝 장치 기반 TOF 스캐너로 분류된다. 스캐닝 장치 기반 TOF 스캐너는 상대적으로 높은 공간 해상도를 갖지만, 스캐닝 각도의 정밀도에 대한 요구사항이 상대적으로 높고 복잡한 스캐닝 구조를 필요로 하여 TOF 센서 모듈을 소형화하기 어렵게 한다. 단일시간 전체 투영 TOF 카메라는 높은 검출 속도와 넓은 시야(field of view, FOV)의 장점을 가지고 있지만, 검출 요소 어레이, 전력 소모 및 센서의 구성가능한 메모리의 최대 수에 의해 제한을 받는다. 동시에 시동될 수 있는 검출기의 검출 요소 어레이의 최대 크기는 160×120으로, 형성된 이미지의 해상도를 제한한다.
본 출원은 동시에 시동될 수 있는 검출 요소의 최대 수에 의한 제한으로 인해 이미지 해상도가 낮다는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 TOF 센서 모듈 및 전자 장치를 제공한다.
제1 양상에 따르면, 본 출원은 TOF 센서 모듈을 제공한다. TOF 센서 모듈은 광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함한다. 광원은 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하고, m개의 제1 빔을 빔 조정 어셈블리로 전송하도록 구성된다. 빔 조정 어셈블리는 수신된 m개의 제1 빔을 S개의 제2 빔으로 조정한 후, S개의 제2 빔을 검출 표면의 S개의 영역에 투영하도록 구성되며, S개의 영역은 S개의 제2 빔과 일대일 대응하고, 검출 표면의 동일한 영역에 있고 M개의 순간에 투영이 수행되는 M개의 투영 지점은 각각 상이한 위치를 갖는다. 검출 어셈블리는 M개의 순간 각각에 검출 표면으로부터 S개의 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 S개의 광학 에코 신호를 S개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성되며, S개의 광학 에코 신호는 S개의 제2 빔과 일대일 대응하고, 각각의 광학 에코 신호는 대응하는 제2 빔을 검출 표면에 의해 반사시켜 얻은 신호이고, m과 M은 모두 1보다 큰 정수이고, S는 m보다 큰 정수이다.
TOF 센서 모듈에 기초하여, 광원은 서로 다른 시간에 m개의 제1 빔을 개별적으로 방출하고, 검출 표면의 동일한 영역에 있고 M개의 순간에 투영이 수행되는 M개의 투영 지점은 각각 상이한 위치를 갖는다. 이는 검출 표면의 각 영역에 대해 M개의 스캔을 수행하는 것과 같다. 검출 어셈블리는 각각의 순간에 S개의 검출 요소를 동시에 시동하여 S개의 광학 에코 신호를 수신할 수 있고, M개의 순간에 총 M×S개의 광학 에코 신호를 수신할 수 있다. 이와 같이, M×S개의 광학 에코 신호를 기반으로 이미지 정보를 결정할 수 있어, 형성된 이미지의 해상도를 높이는 데 도움이 된다. S=160×120인 경우, 결정된 이미지 해상도는 M×160×120일 수 있다. M=4×4인 경우, 결정된 이미지 해상도는 640×480일 수 있다. 즉, 기존 센서의 능력(최대 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동될 수 있음)을 기반으로, TOF 센서 모듈은 서로 다른 시간에 S개의 검출 요소를 재사용하여 640×480 이상의 해상도를 가진 이미지를 형성할 수 있다. 이는 동시에 시동할 수 있는 검출 요소의 최대 수 제한으로 인해 TOF 센서 모듈에 의해 형성되는 이미지의 해상도가 상대적으로 낮은 문제점을 방지하는 데 도움이 된다.
가능한 구현에서, 검출 어셈블리는 K개의 검출 요소를 포함할 수 있고, K는 S 이상인 정수이고, 검출 어셈블리는 M개의 순간 각각에 K개의 검출 요소 중 S개의 검출 요소의 전원을 켜도록 구성된다. 즉, M개의 순간 각각에 K개의 검출 요소 중 S개의 검출 요소가 선택될 수 있다. M개의 순간 각각에 검출 어셈블리의 S개의 검출 요소의 전원을 켬으로써, 검출 어셈블리의 전력 소비를 줄일 수 있으면서 동시에 시동될 수 있는 검출 요소의 최대 수에 의한 제한으로 인한 낮은 이미지 해상도를 해결할 수 있다.
또한, 선택적으로, TOF 센서 모듈은 처리 회로를 더 포함하고, 처리 회로는 검출 어셈블리로부터 M개의 순간에 획득된 M×S개의 전기 에코 신호를 획득하고, M×S개의 전기 에코 신호에 기초하여 이미지 정보를 결정하도록 구성된다. 이것은 검출 어셈블리에서 동시에 시동될 수 있는 검출 요소의 최대 수에 의한 제한을 피함으로써 결정된 이미지 해상도를 높이는 데 도움이 된다.
본 출원에서, S는 m×n과 같을 수 있고, 빔 조정 어셈블리는 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하여 m×n개의 제2 빔을 획득하며, m×n개의 제2 빔을 검출 표면의 m×n개의 영역에 투영하도록 구성될 수 있고, m×n개의 영역은 m×n개의 제2 빔과 일대일 대응하고, n은 1보다 큰 정수이다. m×n개의 제2 빔은 검출 표면의 m×n개의 영역에 투영되어, 검출 표면의 각 영역이 스캔될 수 있고, 초해상도 효과를 얻을 수 있다.
가능한 구현에서, 검출 어셈블리는 m×n개의 검출 요소를 포함할 수 있고, m×n개의 검출 요소는 m×n개의 영역과 일대일 대응한다. m×n개의 검출 요소 각각은 M개의 순간 각각에 대응하는 영역으로부터 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 대응하는 영역으로부터의 광학 에코 신호를 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 검출 어셈블리가 비교적 적은 수의 검출 요소를 포함할 때 TOF 센서 모듈의 이미지의 해상도가 증가될 수 있다. 또한, 검출 어셈블리는 비교적 적은 수의 검출 요소를 포함함으로써 TOF 센서 모듈의 소형화를 용이하게 한다.
본 출원은 예로서 다음의 두 가지 가능한 TOF 센서 모듈을 제공한다.
예 1
광원은 M개의 광원 파티션을 포함하고, 각각의 광원 파티션은 m개의 방출기를 포함한다. M개의 광원 파티션 중 하나의 m개의 방출기는 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성되며, M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션은 달라진다. 이러한 방식으로, 광원은 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출할 수 있다.
또한, 선택적으로, 빔 조정 어셈블리는 시준(collimation) 어셈블리 및 빔 분할 어셈블리를 포함한다. 시준 어셈블리는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정하고, 조정된 m개의 제1 빔을 빔 분할 어셈블리로 전송하도록 구성되며, 제1 각도는 검출 표면에 대응하는 총 시야와 제2 빔의 수 m×n에 기초하여 결정된다. 빔 분할 어셈블리는 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성된다.
가능한 구현에서, 검출 표면에 대응하는 총 시야가 64×48이면, 제2 빔의 수가 160×120과 같을 때, 제1 각도는 (64/160)×(48/120)=0.4×0.4도와 같다.
가능한 구현에서, M개의 광원 파티션은 M1×M2 어레이일 수 있다. M1×M2 어레이의 수평 방향에서, 2개의 인접한 광원 파티션에서 2개의 인접한 방출기에 의해 방출된 제1 빔 사이의 끼인각은 검출 표면 상의 M1개의 투영 지점의 간격에 대응하는 각도 이상이다. M1×M2 어레이의 수직 방향에서, 2개의 인접한 광원 파티션에서 2개의 인접한 방출기에 의해 방출되는 제1 빔 사이의 끼인각은 검출 표면 상의 M2개의 투영 지점의 간격에 대응하는 각도 이상이다. M1과 M2는 모두 1보다 큰 정수이다.
가능한 구현에서, 검출 어셈블리는 m×n개의 검출 요소를 포함할 수 있다. 각각의 m×n개의 검출 요소는 M개의 순간 각각에 전원이 켜진다. m×n개의 검출 요소 각각은 M개의 순간 각각에 대응하는 영역으로부터 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 대응하는 영역으로부터의 광학 에코 신호를 전기 반향 신호로 변환하여 저장하도록 구성된다.
예 2
광원은 P개의 방출기를 포함하고, P는 m보다 큰 정수이다. P개의 방출기 중 m개의 방출기는 각각의 순간에 사전설정된 간격으로 m개의 제1 빔을 방출하며, M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 m개의 방출기는 달라진다. 이러한 방식으로, 광원은 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출할 수 있다.
선택적인 구현에서, 빔 조정 어셈블리는 시준 어셈블리 및 빔 분할 어셈블리를 포함한다. 시준 어셈블리는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제2 각도로 조정하고, 조정된 m개의 제1 빔을 빔 분할 어셈블리로 전송하도록 구성되며, 제2 각도는 검출 표면에 대응하는 총 시야와 시동된 광원의 수 m에 기초하여 결정된다. 빔 분할 어셈블리는 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성된다.
가능한 구현에서, 검출 표면에 대응하는 총 시야가 64×48인 경우, 시동된 방출기의 수 m이 m1×m2와 같을 때, 제2 각도는 (64/m1)×(48/m2)와 같다. 구체적으로, 제2 각도는 수평 방향으로 (64/m1)도이고, 수직 방향으로 (48/m2)도이다.
가능한 구현에서, 검출 어셈블리는 M개의 순간 각각에 m×n개의 검출 요소 각각의 전원을 켤 수 있다. m×n개의 검출 요소 각각은 M개의 순간 각각에 대응하는 영역으로부터 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 대응하는 영역으로부터의 광학 에코 신호를 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성된다.
가능한 구현에서, M개의 광원 파티션은 일체로 형성된다. 이러한 방식으로, M개의 광원 파티션이 동일한 평면에 있음을 확인할 수 있다. 또한, 일체형으로 형성된 M개의 광원 파티션의 크기가 비교적 작아서 TOF 센서 모듈의 소형화가 용이하다.
제2 양상에 따르면, 본 출원은 TOF 센서 모듈을 제공한다. TOF 센서 모듈은 광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함한다. 광원은 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하고, m개의 제1 빔을 빔 조정 어셈블리로 전송하도록 구성되며, m 및 M은 모두 1보다 큰 정수이다. 빔 조정 어셈블리는 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정한 후, 검출 표면의 대응하는 영역에 조정된 m개의 제1 빔을 투영하도록 구성되고, 검출 표면 상에 있고 M개의 순간 각각에 투영이 수행되는 투영 지점은 별개의 영역에 위치한다. 검출 어셈블리는 M개의 순간 각각에 검출 표면의 대응하는 영역으로부터 m개의 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 m개의 광학 에코 신호를 m개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성되며, m개의 광학 에코 신호는 m개의 제1 빔과 일대일 대응하고, 각각의 광학 에코 신호는 대응하는 제1 빔을 검출 표면에 의해 반사시켜 얻은 신호이다.
TOF 센서 모듈에 기초하여, M개의 순간 각각에, 광원에 의해 방출된 m개의 제1 빔이 빔 조정 어셈블리에 의해 조정된 후, m개의 제1 빔이 검출 표면의 한 영역을 덮는다. 광원은 서로 다른 시간에 m개의 제1 빔을 개별적으로 방출하고, 검출 어셈블리에서 해당 검출 요소가 선택되어, 최대로 해봐야 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동될 수 있다는 문제를 해결한다.
가능한 구현에서, 광원은 M개의 광원 파티션을 포함하고, 각 광원 파티션은 m개의 방출기를 포함하고, M개의 광원 파티션은 M개의 영역과 일대일 대응한다. M개의 광원 파티션 중 하나의 m개의 방출기는 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성되며, M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션은 달라진다.
가능한 구현에서, 검출 어셈블리는 M개의 검출 요소 영역을 포함하고, M개의 검출 요소 영역은 M개의 광원 파티션과 일대일 대응하고, 각각의 검출 요소 영역은 복수의 검출 요소를 포함하고, 각각의 검출 요소 영역은 검출 요소 영역에 대응하는 광원 파티션에 의해 방출된 빔을 검출 표면에 의해 반사시킴으로써 획득된 광학 에코 신호를 수신하도록 구성된다. 검출 어셈블리는 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션에 대응하는 M개의 검출 요소 영역 중 하나의 검출 요소 영역에 있는 각각의 검출 요소만을 M개의 순간 각각에 전원을 켜도록 구성된다. M개의 순간 각각에, M개의 검출 요소 영역 중 하나만 전원이 켜지고, 다른 검출 요소 영역은 전원이 켜지지 않는다. 이러한 방식으로, 일부 검출 요소 영역만 작동할 수 있으며, 이에 따라 검출 어셈블리의 전력 소비를 줄이는 데 도움이 된다.
가능한 구현에서, 빔 조정 어셈블리는 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, m개의 제1 빔을 대응하는 영역에 균일하게 투영하도록 구성된다. 검출 표면의 대응하는 영역에 m개의 제1 빔을 균일하게 투영함으로써, 검출 표면의 대응하는 영역을 균일하게 스캔할 수 있어, 결정된 이미지 정보의 정확도를 향상시키는 데 도움이 된다.
가능한 구현에서, M개의 광원 파티션은 일체로 형성된다. 이러한 방식으로, M개의 광원 파티션이 동일한 평면에 있음을 확인할 수 있다. 또한, 일체형으로 형성된 M개의 광원 파티션의 크기가 상대적으로 작아서 TOF 센서 모듈의 소형화가 용이하다.
가능한 구현에서, 빔 조정 어셈블리와 M개의 광원 파티션 각각 사이에 광 파이프가 배치된다. 광 파이프는 수신된 m개의 제1 빔을 균질화하도록 구성된다. 이는 빔 조정 어셈블리가 광원 파티션에 근접하지 못하게 하여 빔 조정 어셈블리의 활용도를 높이고 TOF 센서 모듈의 조립 어려움을 줄이는 데 도움이 된다.
제3 양상에 따르면, 본 출원은 전자 장치를 제공한다. 전자 장치는 제1 양상 또는 제2 양상에서 설명된 TOF 센서 모듈 및 고정 어셈블리를 포함할 수 있다. 고정 어셈블리는 TOF 센서 모듈을 고정하도록 구성된다.
도 1a는 본 출원에 따른 DOE의 빔 분할 프로세스의 개략도이다.
도 1b는 본 출원에 따른 검출기의 구조의 개략도이다.
도 2는 본 출원에 따른 TOF 센서 모듈의 작동 원리의 개략도이다.
도 3은 본 출원에 따른 TOF 센서 모듈의 구조의 개략도이다.
도 4는 본 출원에 따른 4개의 순간에 검출 표면의 한 영역 내의 투영 지점의 위치의 개략도이다.
도 5a는 본 출원에 따른 광원의 구조의 개략도이다.
도 5b는 본 출원에 따른 다른 광원의 구조의 개략도이다.
도 5c는 본 출원에 따른 광원 어레이의 복합 구조의 개략도이다.
도 6a는 본 출원에 따른 광원으로부터 시준 어셈블리로, 그리고 나서 광학 분할 어셈블리로의 빔의 광학 경로의 개략도이다.
도 6b는 본 출원에 따른 빔 조정 어셈블리에 의해 조정된 광학 경로의 개략도이다.
도 6c는 본 출원에 따른 검출 표면 상의 투영 지점의 배열의 개략도이다.
도 6d는 본 출원에 따른 검출 어셈블리의 구조의 개략도이다.
도 6e는 본 출원에 따른 다른 검출 어셈블리의 구조의 개략도이다.
도 7은 본 출원에 따른 다른 TOF 센서 모듈의 구조의 개략도이다.
도 8은 본 출원에 따라 검출 표면 상의 투영 지점과 광원 사이의 관계의 개략도이다.
도 9는 본 출원에 따른 광원과 투영 지점 사이의 다른 관계의 개략도이다.
도 10은 본 출원에 따른 검출 표면 상의 투영 지점과 광원 사이의 다른 관계의 개략도이다.
도 11a는 본 출원에 따른 또 다른 TOF 센서 모듈의 구조의 개략도이다.
도 11b는 본 출원에 따른 광원 파티션 사이의 간격 Δ4와 검출 표면의 영역 사이의 간격 D 사이의 관계의 개략도이다.
도 11c는 본 출원에 따른 DOE 파티션과 광원 파티션 사이의 위치 관계의 개략도이다.
도 11d는 본 출원에 따른 DOE 파티션과 광원 파티션 사이의 다른 위치 관계의 개략도이다.
도 11e는 본 출원에 따른 광원 파티션과 검출 표면의 영역 사이의 관계의 개략도이다.
도 12는 본 출원에 따른 전자 장치의 구조의 개략도이다.
본 출원의 목적, 기술적 해결책 및 이점을 보다 명확하게 하기 위해, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 출원을 상세히 설명한다.
이하, 당업자가 더 잘 이해할 수 있도록 본 출원의 몇몇 용어가 설명된다.
1. 공간 해상도
공간 해상도는 이미지에서 인식될 수 있는 인접한 두 물체 사이의 최소 거리이고, 이미지에서 대상 물체의 세부사항을 구분하는 인덱스를 표시하는 데 사용된다. 공간 해상도는 센서 성능을 평가하는 중요한 인덱스 중 하나이며, 물체의 형태와 크기를 인식하는 중요한 기준이기도 하다. 공간 해상도는 일반적으로 이미지 요소의 크기, 이미지 해상도 또는 시야에 의해 표현된다. 이미지 요소는 지상 정보를 이산화하여 형성된 격자 셀이며, 이미지 요소는 스캐닝 이미지에서 구별할 수 있는 가장 작은 영역이다. 이미지 해상도는 단위 거리 내에서 구별할 수 있는 선폭이나 등간격의 평행선 수에 의해 표현된다. 시야(IFOV)는 센서 내의 단일 검출 요소(예컨대, 픽셀)에 대한 수광각 또는 관찰 뷰이며, 센서의 각도 분해능으로도 지칭되고, 단위는 밀리라디안(mrad) 또는 마이크로라디안(μrad)이다. 시야 β는 파장 λ 및 컬렉터의 조리개 D와 관련이 있다: β=λ/2D. 더 작은 시야는 더 높은 공간 해상도를 나타낸다.
2. 이미지 해상도
이미지 해상도는 이미지에 저장된 정보의 양이며, 이미지의 1인치당 픽셀의 수이다. 분해능의 단위는 인치당 픽셀(pixels per inch, PPI)이다. 각각의 픽셀의 시야는 검출 표면에 해당하는 전체 시야를 센서의 전체 픽셀 수로 나눈 값과 같다는 것을 이해해야 한다.
3. 비디오 그래픽 어레이(video graphics array, VGA)
VGA는 디스플레이 해상도의 표준이며, 해당 해상도는 640×480이다.
4. 회절 광학 요소(diffractive optical elements, DOE)
DOE는 이진 광학 장치라고도 한다. DOE에 의한 빔 분할은 회절 원리를 사용하여 구현된다. 빔이 DOE를 통과한 후에 복수의 회절 차수가 생성될 수 있다. 각 차수는 하나의 빔에 해당한다. DOE는 특정 표면 구조 설계를 사용하여 1차원 빔 분할, 2차원 빔 분할 등을 구현할 수 있다. 2차원 빔 분할은 DOE가 두 방향(예를 들어, 수평 방향 및 수직 방향) 각각으로 개별적으로 빔 분할을 수행할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, DOE는 1×1 빔을 16×12 빔으로 분할한다. 이것은 DOE가 하나의 빔을 수평 방향으로 16개의 빔으로 분할하고, 하나의 빔을 수직 방향으로 12개의 빔으로 분할한다는 것을 의미한다.
도 1a는 본 출원에 따른 DOE의 빔 분할 프로세스의 개략도이다. 도 1a에서, DOE가 하나의 빔을 4개의 빔으로 분할하는 예가 사용되며, ±1 및 ±2는 회절 차수를 나타낸다. θf는 전체 각도(full angle)를 나타내고, θs는 분리 각도(separation angle)를 나타낸다. DOE의 구조를 설계함으로써, 일부 회절 차수가 억제될 수 있음을 이해할 수 있다. 도 1a에서, 차수 0 및 ±3은 억제된다.
5. 단일 광자 애벌랜치 다이오드(single-photon avalanche diode, SPAD)
SPAD는 단일 광자 검출기라고도 하며, 단일 광자 검출 기능이 있는 광전 검출 애벌랜치 다이오드이다. SPAD는 상대적으로 높은 감도를 가지며, 하나의 광자를 검출하면 트리거된다. 트리거된 후, SPAD는 일반적으로 초기 상태로 복원되는 데 약 10ns가 필요하다. 따라서, SPAD는 광자의 존재를 검출하도록 구성될 수 있지만, 광자의 양은 검출할 수 없다. 일반적으로, 이미지 센싱 시스템의 각 검출기에는 복수의 SPAD가 있다. 예를 들어, 도 1b는 가능한 검출기의 구조의 개략도이다. 검출기는 5×3 SPAD의 어레이를 포함할 수 있다. 즉, 5×3 SPAD의 어레이는 검출기의 구조의 개략도를 구성할 수 있다. 가능한 경우, 모든 5×3개의 SPAD가 선택될 수 있다. 다른 가능한 경우에, 5×3개의 SPAD 중 일부가 대안적으로 선택될 수 있다. 도 1b에서, 활성 SPAD는 현재 선택된 SPAD이다.
본 출원에서, TOF 센서 모듈은 전자 장치, 예를 들어, 휴대폰에 적용될 수 있거나 또는 차량 장착 레이저 레이더, 자율주행, 무인 항공기, 차량 인터넷 및 보안 감시와 같은 분야에 적용될 수 있다. TOF 센서 모듈은 전자파를 송신하고 대상 물체에 의해 산란된 전자파(즉, 광학 에코 신호)를 수신하며, 수신된 광학 에코 신호와 송신된 전자파를 비교하고 분석하여 대상 물체와 관련된 정보, 예컨대, 대상 물체로부터의 거리를 추출하고, 다른 예의 경우, 대상 물체의 이미지를 형성하며, 또 다른 예로는 대상 물체의 3차원 포인트 클라우드 밀도를 획득한다.
도 2는 본 출원에 따른 TOF 센서 모듈의 작동 원리의 개략도이다. TOF 센서 모듈은 레이저 및 검출기를 포함할 수 있다. 레이저는 빔을 방출하고 그 빔을 검출 영역으로 전송하도록 구성된다. 검출 영역은 대상 물체를 포함할 수 있다. 빔은 검출 영역(즉, 대상 물체)의 검출 표면(즉, 대상 물체가 광을 수신하는 표면)에 전송된 후 반사된다. 반사된 신호는 광학 에코 신호로서 검출기에 반환된다. 검출기는 수신된 광학 에코 신호 및 방출된 빔에 기초하여 검출 표면의 관련 정보, 예를 들어, TOF 센서 모듈로부터의 거리, 및 다른 예로는 검출 표면의 이미지 정보를 결정할 수 있다. 도 1b를 참조하면, TOF 센서 모듈은 검출기에서 동시에 시동될 수 있는 검출 요소의 최대 수에 의해 제한된다. 검출 요소는 반사된 광학 에코 신호를 검출하도록 구성된 요소이다. 예를 들어, 검출기의 검출 요소가 SPAD 및 시간-디지털 변환기(TDC, time-to-digital converter)를 포함할 수 있는 경우, 검출기에서 최대 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동될 수 있으므로, 형성된 이미지의 해상도가 상대적으로 낮다는 문제가 발생한다. 검출 요소는 또한 픽셀, 감광성 요소, 광 감지 요소, 또는 광학적 검출 요소로 지칭될 수 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 본 출원은 TOF 센서 모듈을 제공한다. TOF 센서 모듈의 검출 어셈블리는 서로 다른 시간에 검출 표면으로부터 광학 에코 신호를 수신하고, 서로 다른 시간에 수신된 광학 에코 신호에 기초하여 이미지 정보를 결정하여 형성된 이미지의 해상도를 높일 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 11e를 참조하여 본 출원에서 제공하는 TOF 센서 모듈을 상세히 설명한다.
도 3은 본 출원에 따른 TOF 센서 모듈의 구조의 개략도이다. TOF 센서 모듈은 광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함할 수 있다. 광원은 M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하고 m개의 제1 빔을 빔 조정 어셈블리로 전송하도록 구성되며, m과 M은 모두 1보다 큰 정수이다. 이것은 또한 광원이 i번째 순간에 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성된다는 것으로 이해될 수 있으며, i는 폐구간 [1, M] 내의 각 정수이다. 빔 조정 어셈블리는 수신된 m개의 제1 빔을 S개의 제2 빔으로 조정한 후, S개의 제2 빔을 검출 표면의 S개의 영역에 투영하도록 구성되며, S개의 영역은 S개의 제2 빔과 일대일 대응한다. 검출 표면의 동일한 영역에 대해, 하나의 순간은 하나의 투영 지점에 해당하고, 검출 표면의 동일한 영역에 있고 투영이 M개의 순간에 각각 수행되는 M개의 투영 지점은 상이한 위치를 갖는다. 검출 어셈블리는 M개의 순간 각각에 검출 표면으로부터 S개의 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 S개의 광학 에코 신호를 S개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성되며, S개의 광학 에코 신호는 S개의 제2 빔과 일대일 대응하며, 각각의 광학 에코 신호는 대응하는 제2 빔을 검출 표면에 의해 반사함으로써 얻은 신호이다. TOF 센서 모듈에서 검출 어셈블리의 위치는 광학 에코 신호가 수신될 수 있는 임의의 가능한 위치라는 것을 이해해야 한다. 도 3은 단지 예를 보여준다. 다른 예의 경우, 반투명 및 반반사 미러는 제1 빔을 빔 조정 어셈블리로 전송하고, 대응하는 광학 에코 신호를 검출 어셈블리로 반사하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, M=4이고, 도 4는 검출 표면의 동일한 영역에 있고 4개의 순간에 광원이 각각 투영되는 4개의 투영 지점의 위치의 개략도이다. 검출 표면의 영역에서 4개의 투영 지점의 위치가 상이하다. 또한, 선택적으로, 4개의 투영 지점이 해당 영역을 덮을 수 있다. 이러한 방식으로, 스캐닝 요소 없이 검출 표면을 스캐닝하는 효과가 달성될 수 있다. 도 4의 4개의 순간에 투영 지점의 순서는 예라는 점에 유의해야 한다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다.
TOF 센서 모듈에 기초하여, 광원은 서로 다른 시간에 m개의 제1 빔을 개별적으로 방출하도록 구성되고, 검출 표면의 동일한 영역에 있고 M개의 순간에 각각 투영이 수행되는 M개의 투영 지점은 상이한 위치를 갖는다. 이는 검출 표면의 각 영역에서 M개의 스캔을 수행하는 것과 같다. 검출 어셈블리는 S개의 광학 에코 신호를 수신하기 위해 매 순간마다 S개의 검출 요소를 동시에 시동할 수 있고, M개의 모메트에 총 M×S개의 광학 에코 신호를 수신할 수 있다. 이러한 방식으로, M×S개의 광학 에코 신호를 기반으로 이미지 정보를 결정할 수 있어, 형성된 이미지의 해상도를 높이는 데 도움이 된다. S=160×120인 경우, 결정된 이미지 해상도는 M×160×120일 수 있다. M=4×4인 경우, 결정된 이미지 해상도는 640×480일 수 있다. 즉, 기존 센서의 능력(최대 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동될 수 있음)을 기반으로, 서로 다른 시간에 S개의 검출 요소를 재사용함으로써 640×480 이상의 해상도로 이미지를 형성할 수 있다. 이는 동시에 시동될 수 있는 검출 요소의 최대 수의 제한으로 인해 TOF 센서 모듈에 의해 형성되는 이미지의 해상도가 낮은 문제를 방지하는 데 도움이 된다.
본 출원에서 이미지 정보는 깊이 이미지 정보, 예를 들어, 검출 표면과 TOF 센서 모듈 사이의 거리 및 검출 표면 상의 대상의 방향, 높이, 속도, 자세 및 형상이라는 점에 유의해야 한다.
다음은 도 3에 도시된 기능적 구성요소 및 구조를 별개로 설명하여 특정 예시적 구현 솔루션을 제공한다.
1. 광원
본 출원에서, 방출기는 레이저, 예를 들어, 수직 캐비티 면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) 또는 에지 발광 레이저(edge emitting laser, EEL)일 수 있다. VCSEL 기반 방출기 간의 피치(pitch, 도 5a 참조)의 크기는 30μm이고, EEL 기반 방출기(emitters) 간의 피치의 크기는 50μm이다. EEL 기반 방출기는 독립적인 어드레싱을 구현할 수 있다. 독립적인 어드레싱은 광원의 임의의 방출기가 독립적으로 선택될 수 있고(또는 켜짐, 시동됨 또는 전원 켜짐이라고 함), 선택된 방출기가 제1 빔을 방출하도록 구성될 수 있음을 의미한다.
방출기의 배치 방식 및 조명 방식에 기초하여, 다음은 예시로서 2가지 가능한 경우를 제공한다.
경우 1: 광원이 M개의 광원 파티션을 포함하고, 각 광원 파티션이 m개의 방출기를 포함하며, 광원 파티션을 사용하여 방출기를 조명하는 방식이 사용된다.
광원이 M개의 광원 파티션을 포함한다는 것은 광원이 M개의 파티션으로 분할된 것으로 이해될 수 있다.
경우 1에 기초하여, M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 광원에 의해 방출하는 구현은 다음과 같을 수 있다: M개의 광원 파티션 중 하나의 m개의 방출기는 M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성되며, M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션은 달라진다.
이것은 또한 경우 1에 기초하여, 하나의 광원 파티션에 있는 m개의 방출기가 한 순간에 시동되고, 시동된 m개의 방출기가 제1빔을 개별적으로 방출하여 m개의 제1빔을 획득하도록 구성된다고 이해될 수 있다. M개의 광원 파티션은 M개의 순간에 순차적으로 시작될 수 있음에 유의해야 한다. 구체적으로, 제1 순간에 제1 광원 파티션이 시동되고, 제2 순간에 제2 광원 파티션이 시동되는 등이다. 이와 달리, M개의 광원 파티션이 랜덤으로 시동될 수 있다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다.
본 출원에서, M개의 광원 파티션은 M1×M2 어레이일 수 있고, M1과 M2는 모두 1보다 큰 정수이며, M1과 M2는 같거나 같지 않을 수 있다. 예를 들어, M개의 광원 파티션은 M개의 열이 있는 하나의 행 또는 M개의 행이 있는 하나의 열에 교대로 배열될 수 있다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다. 도 5a는 본 출원에 따른 광원의 구조의 개략도이다. 도 5a에서, 예컨대, 광원은 2×2개의 광원 파티션을 포함하고, 각각의 광원 파티션은 m개의 방출기를 포함할 수 있다. 광원 파티션 내의 m개의 방출기는 m1×m2 어레이일 수 있으며, m1 및 m2는 모두 1 이상의 정수이다. 도 5a에서, 예를 들어, m1×m2=2×2이다. 하나의 광원 파티션에 있는 방출기는 M개의 순간마다 시동된다. 예를 들어, 제1 행과 제1 열의 광원 파티션에 있는 2×2개의 방출기는 제1 순간에 시동되고, 제1 행과 제2 열의 광원 파티션에 있는 2×2개의 방출기는 제2 순간에 시동되며, 제2 행과 제1 열의 광원 파티션에 있는 2×2개의 방출기는 제3 순간에 시동되고, 제2 행과 제2 열의 광원 파티션에 있는 2×2개의 방출기는 제4 순간에 시동된다. 확실히, 광원 파티션은 대안적으로 다른 순서로 시작될 수 있다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다.
경우 2: 광원이 P개의 방출기를 포함하고, m개의 방출기가 사전설정된 간격으로 P개의 방출기 중에서 선택된다.
본 명세서에서, "사전설정된 간격으로"는 하나의 방출기 간격 또는 두 개의 방출기 간격일 수 있다. 방출기 어레이의 경우, 행 방향의 간격 내 방출기의 수는 열 방향의 간격 내의 방출기의 수와 같거나 다를 수 있다.
경우 2에 기초하여, 광원에 의해 M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하는 구현은 다음과 같을 수 있다:
사전설정된 간격으로 P개의 방출기로부터 선택된 m개의 방출기는 M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성되며, M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 m개의 방출기는 달라진다.
가능한 구현에서, "사전설정된 간격으로"는 하나의 방출기 간격으로 하나의 방출기를 시동하는 것일 수 있다. 도 5b는 본 출원에 따른 다른 광원의 구조의 개략도이다. 도 5b에서, 예컨대, 광원은 8×2개의 방출기를 포함하고, 사전설정된 간격은 행 방향 및 열 방향 모두에서 하나의 방출기의 간격이다. 제1 행의 제1, 제3, 제5 및 제7 방출기는 제1 순간에 시동된다. 제1 행의 제2, 제4, 제6 및 제8 방출기는 제2 순간에 시동된다. 제2 행의 제1, 제3, 제5 및 제7 방출기는 제3 순간에 시동된다. 제2 행의 제2, 제4, 제6 및 제8 방출기는 제4 순간에 시동된다.
2. 빔 조정 어셈블리
본 출원에서, S는 m×n과 같을 수 있다. 또한, 선택적으로, 빔 조정 어셈블리는 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하여 m×n개의 제2 빔을 획득하며, m×n개의 제2 빔을 검출 표면의 m×n개의 영역에 투영하도록 구성될 수 있으며, m×n개의 영역은 m×n개의 제2 빔과 일대일 대응하고, n은 1보다 큰 정수이다.
선택적인 구현에서, 빔 조정 어셈블리는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정하고, m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할한다. 하나의 광원 파티션에 있는 m개의 방출기는 M개의 순간 각각에서 시동되고, 검출 표면의 동일한 영역에 있고 투영이 각각 M개의 순간에 수행되는 M개의 투영 지점은 상이한 위치를 가지며, 즉, 검출 표면의 복수의 영역에서 투영 지점의 위치는 스위칭될 수 있다. 투영 지점의 위치 스위칭은 검출 표면을 스캐닝하는 효과를 달성한다(도 4 참조). 다시 말해서, 빔 조정 어셈블리는 m개의 제1 빔을 조정함으로써 검출 표면 상의 투영 지점의 위치 배열을 제어할 수 있다.
경우 1에 설명된 광원에 기초하여, 가능한 구현에서, 빔 조정 어셈블리는 시준 어셈블리 및 빔 분할 어셈블리를 포함할 수 있다. 시준 어셈블리는 광원에서 나오는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정하고, 조정된 m개의 제1 빔을 빔 분할 어셈블리로 전송하도록 구성된다. 빔 분할 어셈블리는 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하여 m×n개의 제2 빔을 얻도록 구성된다. 제1 각도는 검출 표면에 대응하는 총 시야와 제2 빔의 수 m×n에 기초하여 결정된다. 즉, 제1 각도의 크기는 총 시야와 빔 분할 어셈블리에 의한 분할을 통해 얻은 빔의 수와 관련이 있다. 예를 들어, 1차원을 예로 사용하면, 검출 표면에 해당하는 총 시야가 64도인 경우, m×n=160일 때, 제1 각도는 64/160=0.4도와 같다. 다른 예로, 2차원을 예로 사용하면, 검출 표면에 해당하는 총 시야가 64×48도인 경우, m×n=160×120일 때, 제1 각도는 (64/160)×( 48/120)=0.4×0.4도와 같고, m×n=160×120은 수평 방향으로 160초, 수직 방향으로 120초가 있음을 나타낸다. 분명히, 시준 어셈블리는 대안적으로 서로 다른 방향의 두 개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 서로 다른 각도로 조정할 수 있다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다. 검출 표면에 대응하는 총 시야는 일반적으로 검출기에 대응하는 전체 시야와 거의 같다는 것을 이해해야 한다. 검출기에 대응하는 총 시야 = 검출기의 각각의 검출 요소의 시야 × 검출기의 검출 요소의 총수이다.
또한, 선택적으로, 시준 어셈블리는 각각의 방출기에 의해 방출된 발산하는 제1 빔을 평행광으로 시준할 수 있다. 또한, 수직 방향으로 방출기의 위치가 다르기 때문에, 평행광은 광 분할 어셈블리가 위치하는 평면에 서로 다른 입사각으로 집광된다. 도 5a에 도시된 광원을 예로서 사용하여, 도 6a는 광원으로부터 시준 어셈블리로 그리고 이어서 광학 분할 어셈블리로의 빔의 예시적인 광학 경로의 개략도이다. 광원에 의해 방출되는 제1 빔은 특정 전체 각도를 갖는다. 도 6a에서, 3개의 선은 하나의 제1 빔을 나타낸다. 광원에서 나오는 제1 빔은 시준 어셈블리에 의해 평행광으로 시준되고, 시준된 제1 빔은 빔 분할 어셈블리로 전송된다.
도 6b는 빔 조정 어셈블리에 의해 조정된 광학 경로의 개략도이다. 광원으로부터 한 순간에 2개의 제1 빔이 수신되고 빔 분할 어셈블리가 각각의 제1 빔을 2개의 제2 빔으로 분할하는 예를 사용하여 설명한다. 시준 어셈블리는 광원으로부터 나오는 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도(α)로 조정하도록 구성된다. 시준 어셈블리는 각각의 제1 빔의 전송 방향에 대해 동일한 변경을 수행하기 때문에, 빔 분할 어셈블리는 각각의 제2 빔의 전송 방향에 대해서도 동일한 변경을 수행한다. 따라서, 빔 분할 어셈블리에 의해 제1 빔이 분할된 후, 획득되는 2개의 인접한 제2 빔 사이의 끼인각도 α이고, 2개의 인접한 제2 빔 사이의 끼인각도 분리 각도로 지칭될 수 있다. 광원에서 나오는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정함으로써, m×n개의 제2 빔이 검출 표면의 m×n개의 영역 내의 동일한 위치에 균일하게 투영된다. 도 6b를 참조하면, 그 순간의 2×2개의 제2 빔은 검출 표면의 모든 2×2개의 영역의 좌측 상단 모서리에 균일하게 투영된다. 그 순간의 다음 순간에는 검출 표면의 모든 2×2개의 영역에서 좌측 상단 모서리에 인접한 위치에 2×2개의 제2 빔이 균일하게 투영될 수 있다.
경우 2에 기술된 광원에 기초하여, 가능한 구현에서, 빔 조정 어셈블리는 시준 어셈블리 및 빔 분할 어셈블리를 포함할 수 있다. 시준 어셈블리는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제2 각도로 조정하고, 조정된 m개의 제1 빔을 빔 분할 어셈블리로 전송하도록 구성되며, 제2 각도는 검출 표면에 대응하는 총 시야 및 시동된 광원의 수 m에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 검출 표면에 대응하는 총 시야가 64×48도인 경우, m=16×12일 때, 제2 각도는 (64/16)×(48/12)=4×4도와 같다. 빔 분할 어셈블리는 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성된다. 검출 표면에 대응하는 총 시야가 64×48도일 때 320×240의 해상도로 이미지를 형성하기 위해서는 검출 표면 상의 인접한 2개의 투영 지점에 해당하는 빔들 사이의 각도가 64/320=0.2도임을 알 수 있다. m개의 제1빔의 0차 회절광은 320×240개의 영역에 균일하게 투영된다. 구체적으로, m개의 제1빔 중 임의의 2개의 인접한 제1빔의 0차 회절광의 투영 지점 사이의 간격은 19개의 투영 지점이며, 임의의 2개의 인접한 제1빔 사이의 끼인각=제2 각=[(64/320)×(320/16)]×[(64/320)×(240/12)]=[0.2×20]×[0.2×20]=4×4도이다. 19개의 투영 지점의 간격은 2개의 인접한 제1 빔의 0차 회절광의 검출 표면 상의 2개의 투영 지점 사이의 간격이 19개의 투영 지점이라는 것을 의미한다는 것을 이해해야 한다. 즉, 0차 회절광의 2개의 빔에 대응하는 투영 지점의 중심간 피치는 20개의 투영 지점이다(도 10 참조).
가능한 구현에서, 시준 어셈블리는 시준기 또는 시준 미러, 마이크로렌즈(microlens), 또는 마이크로렌즈의 조합일 수 있다. 또한, 선택적으로, 광원에서 나오는 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 조정하기 위해, 시준기, 시준 미러, 마이크로렌즈, 또는 마이크로렌즈의 조합의 초점 길이가 조정될 수 있다. 빔 분할 어셈블리는 DOE, 편광 빔 분할기(polarizing beam splitter, PBS) 또는 격자일 수 있다.
본 출원에서, 시준기, 시준 미러, 마이크로렌즈(microlens), 또는 마이크로렌즈의 조합의 초점 거리(f)는 조정되거나 선택되어 광원에서 나오는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정할 수 있다. 솔루션의 설명을 쉽게 하기 위해, 아래에서 시준기를 예로서 사용한다. 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각은 시준기의 초점 거리(f) 및 광원 내의 방출기의 피치와 관련이 있다. 이것은 구체적으로 다음과 같을 수 있다: f=pitch/tan(α), 여기서 α는 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각이다. 예를 들어, EEL 기반 방출기(emitters) 간의 피치 크기가 30μm이고 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각이 α=0.4도이면, f=pitch/tan(θ)=30/tan(0.4)=4.3mm이다. 이것은 또한 시준기의 초점 거리를 4.3mm로/로서 조정/선택함으로써, 광원에서 나오는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각이 0.4도로 조정될 수 있다고 이해될 수 있다.
가능한 구현에서, 빔 분할 어셈블리가 DOE인 경우, 제2 빔은 제1 빔의 회절광이다. 제1빔의 0차 회절광의 검출 표면 상의 투영 지점은 제1 빔의 직접 투영 지점이다. 검출 표면 상의 ±1차 회절광, ±2차 회절광, ±3차 회절광 등의 투영 지점은 0차 회절광의 투영 지점을 해당 영역에 별개로 복사하여 얻은 투영 지점과 동일하다. 도 6c를 참조하면, 영역 B의 +1차 회절광은 영역 A의 0차 회절광을 영역 B에 복사하여 얻은 회절광과 동일하다.
3. 검출 어셈블리
도 6e는 본 출원에 따른 다른 검출 어셈블리의 구조의 개략도이다. 검출 어셈블리는 SPAD 어레이 및 TDC 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 선택적으로, 검출 어셈블리는 메모리 및 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, TDC 어레이는 5×5 TDC 어레이이고, SPAD 어레이도 5×5 어레이이다. 5×5 SPAD 어레이는 5×5 TDC 어레이에 대응한다. TDC는 제1 펄스 신호를 검출할 때 타이밍을 시작한다고 가정한다. TDC에 대응하는 적어도 하나의 SPAD 중 하나가 검출 표면에서 반사된 광학 에코 신호를 획득하면, TDC는 타이밍을 정지시킨다. 이 경우, TDC가 검출한 비행 시간이 획득될 수 있다. 각 TDC/SPAD는 메모리의 저장 유닛에 해당한다. 제어 회로는 SPAD/TDC에 의해 검출된 비행 시간을 메모리에 저장한다.
본 출원에서, 검출 어셈블리는 K개의 검출 요소를 포함할 수 있고, M개의 순간 각각에서 K개의 검출 요소 중 S개의 검출 요소의 전원을 켤 수 있으며(도 1b 참조), K는 S 이상인 정수이다.
가능한 구현에서, 검출 어셈블리는 m×n개의 검출 요소를 포함할 수 있고, 검출 요소는 일반적으로 SPAD 및 TDC를 포함한다. 도 6d를 참조하면, SPAD는 검출 요소를 간단히 설명하는 데 사용되며, m×n개의 검출 요소는 m×n개의 영역과 일대일 대응된다. 즉, 하나의 검출 요소는 검출 표면의 한 영역에 대응한다. m×n개의 검출 요소 각각은 M개의 순간 각각에 해당 영역으로부터 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 해당 영역으로부터의 광학 에코 신호를 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성된다. 하나의 검출 요소를 예로서 사용하면, 검출 요소는 제1 순간에 해당 영역으로부터 하나의 광학 에코 신호를 수신할 수 있고, 제2 순간에 해당 영역으로부터 하나의 광학 에코 신호를 수신하는 등의 방식으로 수신할 수도 있으며, 제M 순간에 해당 영역으로부터 하나의 광학 에코 신호를 수신할 수 있어서 M개의 순간에 총 M개의 광학 에코 신호가 획득된다. 즉, 하나의 검출 요소는 M개의 전기 에코 신호를 저장할 수 있다. 검출 어셈블리가 m×n개의 검출 요소를 포함하면, M개의 순간 각각에서 하나의 광원 파티션 내의 방출기가 선택될 때 모든 m×n개의 검출 요소의 전원이 켜지거나 또는 검출 어셈블리에 포함된 검출 요소의 수가 m×n보다 크면, M개의 순간 각각에서 하나의 광원 파티션 내의 방출기가 선택될 때 검출 요소 중 m×n개의 검출 요소만이 전원이 켜질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 검출 어셈블리는 320×240개의 검출 요소를 포함하고, 검출 요소 중 160×120개의 검출 요소만이 각각의 순간에 전원이 켜질 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 검출 요소의 전원이 켜지기 때문에 전력 소비를 줄일 수 있다.
본 출원에서, 검출 어셈블리는 검출기를 포함하고, 검출기는 검출 요소 어레이, 예를 들어, SPAD 어레이, PIN-타입 포토다이오드(PIN 접합 다이오드로도 지칭됨) 어레이, 또는 애벌랜치 포토다이오드(avalanche photodiode, APD) 어레이를 포함한다.
본 출원에서, TOF 센서 모듈은 처리 회로를 더 포함할 수 있고, 처리 회로는 검출 어셈블리로부터 M개의 순간에 획득된 M×S개의 전기 에코 신호를 획득하고, M×S개의 전기 에코 신호에 기초하여 이미지 정보를 결정하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 처리 회로는 M×S개의 광학 에코 신호를 기반으로 이미지 정보를 결정하여 형성된 이미지의 해상도를 높이는 데 도움이 된다.
또한, 선택적으로, 처리 회로는 검출 어셈블리에 통합될 수 있거나 TOF 센서 모듈이 위치하는 전자 장치 또는 레이저 레이더의 프로세서, 예를 들어, 휴대폰의 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU)일 수 있다. 처리 회로가 검출 어셈블리에 통합된 경우, 검출 어셈블리는 저장된 전기 에코 신호를 처리 회로에 전송할 수 있고, 처리 회로는 수신된 전기 에코 신호에 기초하여 이미지 정보를 결정할 수 있다. 처리 회로가 TOF 센서 모듈이 위치하는 전자 장치 또는 레이저 레이더 내의 프로세서인 경우, 검출 어셈블리는 저장된 전기 에코 신호를 프로세서에 보낼 수 있고, 프로세서는 수신된 전기 에코 신호에 기초하여 이미지 정보를 결정할 수 있다.
본 출원에서, TOF 센서 모듈은 수용 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 수용 어셈블리는 검출 표면으로부터 광학 에코 신호를 수신하고, 광학 에코 신호를 검출 어셈블리로 전송하도록 구성된다. 가능한 구현에서, 수용 어셈블리는 렌즈 그룹일 수 있다.
또한, 선택적으로, TOF 센서 모듈은 광 필터를 더 포함할 수 있고, 광 필터는 수용 어셈블리 앞에 위치할 수 있거나, 또는 수용 어셈블리와 검출 어셈블리 사이에 위치하여 검출 어셈블리에 대한 주변 광의 영향을 감소시킬 수 있다.
전술한 내용에 기초하여, 다음은 특정 하드웨어 구조를 참조하여 TOF 센서 모듈의 두 가지 특정 예를 제공하여 TOF 센서 모듈의 구조를 더 이해하는 것을 돕는다.
다음 두 가지 예에서, 솔루션의 설명을 쉽게 하기 위해, 예를 들어, 빔 조정 어셈블리는 시준기 및 DOE를 포함하며, 검출 표면에 해당하는 총 시야는 64×48도이고, 검출 어셈블리에서 최대 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동될 수 있다.
예 1
검출 어셈블리에서 최대 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동될 수 있을 때, 형성된 이미지에 대한 VGA(즉, 이미지의 해상도가 640×480임)를 구현하기 위해, 가능한 경우, 광원은 4×4=16개의 광원 파티션을 포함하고, 각 광원 파티션은는 10×10개의 방출기를 포함한다. 각 광원 파티션 내의 10×10개의 방출기에 의해 방출된 10×10개의 제1 빔은 시준기를 통과한 다음 DOE에 투영된다. DOE에 의한 분할을 통해 얻은 유효 빔의 수는 16×12이다(16 및 12는 각각 수평 방향 및 수직 방향으로 DOE에 의한 분할을 통해 얻은 유효 빔의 수임). 하나의 광원 파티션에서 나오는 제2 빔의 수는 다음과 같다: m×n=(16×10)×(12×10)=160×120. 구체적으로, 단일 광원 파티션의 m개의 방출기가 시동되면, 160×120개의 제2 빔이 생성될 수 있다. 160×120개의 제2 빔은 검출 표면의 160×120개의 영역에 투영된다. (4×160)×(4×120)=640×480개의의 제2 빔은 4×4개의 광원 파티션에 대해 생성될 수 있고, 4×4개의 제2 빔은 검출 표면의 각 광원 파티션에 투영될 수 있으므로, 형성된 이미지의 해상도는 640×480일 수 있다.
광원 내의 광원 파티션의 수, 광원 파티션에 포함된 방출기의 수 및 DOE에 의한 분할을 통해 얻은 유효 빔의 수 중 임의의 하나 이상이 더 변경되어 TOF 센서 모듈에 의해 형성된 이미지의 해상도가 VGA를 충족할 수 있음에 유의해야 한다. 640×480 이상의 해상도는 광원 내의 광원 파티션의 수 및/또는 광원 파티션 내의 방출기의 수 및/또는 DOE에 의한 분할을 통해 얻은 유효 빔의 수를 증가시킴으로써 달성될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 7은 본 출원에 따른 다른 TOF 센서 모듈의 구조의 개략도이다. TOF 센서 모듈은 광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔 조정 어셈블리는 시준기와 DOE를 포함한다. 광원은 4×4=16개의 광원 파티션을 포함한다. 각 광원 파티션에는 10×10개의 방출기가 포함된다. 4×4개의 광원 파티션 중 하나의 10×10개의 방출기는 각각의 순간에 10×10개의 제1 빔을 방출하며, 16개의 순간 각각에서 10×10개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션은 달라진다. 이것은 또한 제1 광원 파티션 내의 10×10개의 방출기가 각각 제1 순간에 10×10개의 제1 빔을 방출하고, 제2 광원 파티션 내의 10×10개의 방출기가 각각 제2 순간에 10×10개의 제1 빔을 방출하는 것 등으로 이해될 수 있다.
시준기는 수신된 10×10개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 각 방향에서 10×10개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정하도록 구성된다. 제1 각도는 총 시야와 제2 빔의 수 m×n에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 제1 각도=(64/160)×(48/120)=0.4×0.4이다. 구체적으로, 수평 방향 및 수직 방향 각각으로 시준기에 의해 조정된 10×10개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각은 0.4도이다. 조정 후 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각이 0.4도이므로, 하나의 광원 파티션에 높이가 다른 10개의 방출기가 10×0.4=4도의 시야를 커버할 수 있고, 4개의 광원 파티션이 4×4=16도의 시야를 커버할 수 있다.
2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정하기 위해, 시준기의 초점 거리는 다음과 같다: f=pitch/tan(α)=pitch/tan(0.4). 방출기가 EEL 기반 방출기(emitter)인 경우, f=30/tan(0.4)=4.3mm이다.
또한, 시준기는 조정된 10×10개의 제1 빔을 DOE로 전송한다. DOE는 조정된 10×10개의 제1 빔 각각을 16×12개의 제2 빔으로 분할하여 160×120개의 제2 빔을 얻고, 160×120개의 제2 빔을 검출 표면의 160×120개의 영역의 동일한 위치에 투영하도록 구성된다. 총 4×4개의 광원 파티션은 16개의 순간에 시작되며, 검출 표면의 160×120개의 영역 각각에서 4개의 스캔이 구현될 수 있다. 구체적으로, 각 광원 파티션은 검출 표면 상의 160×120개의 투영 지점에 투영되고, 4×4개의 광원 파티션은 검출 표면 상의 (160×4)×(120×4)개의 투영 지점에 투영된다. 검출 표면에 해당하는 총 시야가 64×48도일 때 VGA 이미지를 형성하기 위해, 검출 표면 상의 2개의 인접한 투영 지점에 해당하는 빔 사이의 각도는 64/640=0.1도이며, 즉, 검출 표면 상의 2개의 인접한 투영 지점에 해당하는 2개의 인접한 제2 빔 사이의 끼인각은 0.1도이다. 도 4를 참조하면, 제1 순간에 대응하는 투영 지점과 제2 순간에 대응하는 투영 지점은 2개의 인접한 투영 지점이고, 2개의 인접한 투영 지점의 중심 사이의 피치는 하나의 투영 지점이며, 2개의 인접한 투영 지점에 대응하는 2개의 제2 빔 사이의 끼인각은 0.1도이고, 하나의 투영 지점의 간격에 해당하는 2개의 제2 빔 사이의 끼인각은 0.2도이며, 2개의 투영 지점의 간격에 해당하는 2개의 제2 빔 사이의 끼인각은 0.3도이다.
도 4를 참조하면, 하나의 광원 파티션이 하나의 순간에 시작된다. 예를 들어, 4개의 광원 파티션이 각각 4개의 순간에 시작된다. 제1 광원 파티션에서 나오는 160×120개의 제2 빔의 각각은 검출 표면의 160×120개의 영역 각각에서 좌측 상단 모서리(즉, 제1 순간에 해당하는 투영 지점)에 투영되고, 제2 광원 파티션에서 나온 160×120개의 제2 빔의 각각은 검출 표면의 160×120개의 영역의 각각에서 좌측 상단 모서리에 인접한 위치(제2차 순간에 해당하는 투영 지점)에 투영되는 등에 의해 검출 표면의 스캐닝 효과가 달성될 수 있다. 즉, 2개의 인접한 광원 파티션에서 나오는 2개의 인접한 제2 빔의 검출 표면 상의 투영 지점은 인접하고 겹치지 않는다.
본 출원에서, 2개의 인접한 광원 파티션의 2개의 인접한 방출기 사이의 피치 Δ1(도 5a 또는 도 8 참조)이 설정될 수 있어서, 2개의 인접한 광원 파티션에서 나오는 빛은 2개의 인접한 제2 빔의 검출 표면 상의 투영 지점이 인접하고 겹치지 않는다. 도 8은 본 출원에 따른 광원과 검출 표면 상의 투영 지점 사이의 관계의 개략도이다. 솔루션의 설명을 쉽게 하기 위해, 도 8의 광원이 4개의 광원 파티션을 포함하고 각각의 광원 파티션은 3개의 방출기를 포함하는 예가 설명에 사용된다. 광원의 2개의 인접한 광원 파티션의 2개의 인접한 방출기에 의해 방출된 제1 빔 사이의 끼인각은 검출 표면 상의 4개의 투영 지점의 간격에 대응하는 각도 이상이다. 검출 표면의 각각의 영역은 4개의 투영 지점을 포함한다. 동일한 광원 파티션에서 나오는 2개의 인접한 방출기의 직접 투영 지점 사이의 간격은 3개의 투영 지점이다(2개의 대응하는 제2 빔 사이의 끼인각은 0.4도임). 2개의 인접한 광원 파티션에서 나오는 2개의 인접한 방출기에 의해 방출되는 제1 빔의 직접 투영 지점 사이의 간격은 4개의 투영 지점이다(2의 대응하는 제2 빔 사이의 끼인각은 0.5도이고, 2개의 제2 빔의 투영 지점의 중심 사이의 피치는 다음과 같다: Δ2 = 5개의 투영 지점). 도 8에서 동일한 채우기(filling)는 동일한 광원 파티션에서 나오는 제2 빔의 투영 지점을 나타낸다. 도 8의 검출 표면 상의 ±4차 투영 지점은 0차 회절광이 위치하는 영역을 제외한 3개 영역 각각에서 0차 회절광이 한번 복사됨으로써 4번의 스캔을 구현, 즉, 초해상도 효과를 얻는 것으로 이해될 수 있다.
제(i+1) 광원 파티션에서 나오는 ±1차 회절광은 제i 광원 파티션에서 나오는 0차 회절광의 왼쪽 또는 오른쪽에 위치된다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 제2 광원 파티션에서 나오는 -1차 회절광은 제1 광원 파티션에서 나오는 0차 회절광의 왼쪽에 위치된다. 다른 예로, 제3 광원 파티션에서 나오는 -1차 회절광은 제2 광원 파티션에서 나오는 0차 회절광의 오른쪽에 위치된다. 제(i+1) 광원 파티션에서 나오는 ±2차 회절광은 제i 광원 파티션에서 나오는 ±1차 회절광의 왼쪽 또는 오른쪽에 위치되는 등이므로 검출 표면 상의 투영 지점이 밀접하게 연결되어 도 8의 투영 지점의 배열의 개략도를 형성한다. 또한, 광원의 에지 광원 파티션에서 나오는 제1 빔에 대해 더 많은 빔 분할 차수가 필요할 수 있다. 도 8을 참조하면, 가장 왼쪽의 투영 지점은 제1 광원 파티션에서 나오는 제1 빔의 0차 회절광이다. 제3 행에서, 제1 광원 파티션에서 나오는 -1차 회절광, -2차 회절광 및 -3차 회절광은 0차 회절광의 왼쪽에 있으며 검출 표면에 투영되지 않는다. 즉, 제1 광원 파티션에서 나오는 제1 빔의 +1차 회절광, +2차 회절광 및 +3차 회절광이 유효 빔이다. 따라서, DOE는 각각의 제1 빔을 m×n개의 제2 빔으로 분할하고, m×n개의 제2 빔이 유효 빔이라고 결정할 수 있다. 실제 빔 분할 동안, DOE는 분할을 통해 m×n개 초과의 빔을 얻을 수 있다. 예를 들어, DOE가 각각의 제1 빔을 16×12개의 제2 빔으로 분할한다는 것은 DOE가 각각의 제1 빔을 분할하는 유효한 제2 빔의 수가 16×12라는 것을 의미한다. 회절 차수의 낭비를 고려하지 않으면, DOE의 빔 분할 차수가 ±8 차 × (±6) 차이거나 또는 회절 차수의 낭비를 고려하면, DOE의 빔 분할 차수는 일반적으로 ±12 차 × (±10) 차임을 이해해야 한다.
검출 어셈블리는 160×120개의 검출 요소를 포함할 수 있으며, 하나의 검출 요소는 하나의 영역에 대응한다. 도 7에서, 예컨대, 2개의 영역은 2개의 SPAD에 대응한다. 하나의 광원 파티션의 10×10개의 방출기가 시동되면, 검출 어셈블리에 포함된 160×120개의 검출 요소가 모두 선택될 수 있고, 각각의 검출 요소는 해당 영역으로부터 광학 에코 신호를 수신하고 각 순간에 해당 영역으로부터의 광학 에코 신호를 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성될 수 있다. 4×4개의 순간에, 각각의 검출 요소는 해당 영역으로부터 4×4개의 광학 에코 신호를 수신하여 (4×160)×(4×120)=640×480의 해상도를 갖는 영상을 획득할 수 있다.
예 1에 기초하여, VGA 해상도 또는 더 높은 해상도를 갖는 비스캐닝 3차원 검출은 종래 검출기의 능력에 기초하여 구현될 수 있다. 스위칭을 통해 광원의 광원 파티션을 시작함으로써, 제2 빔이 검출 표면의 상이한 영역에 투영되어 해상도 중첩을 구현하고 VGA 해상도 또는 백만 레벨 해상도의 TOF를 달성할 수 있다.
예 2
검출 어셈블리에서 최대 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동되어 320×240의 해상도를 갖는 이미지를 형성할 수 있을 때, 가능한 경우에, 광원은 32×24개의 방출기를 포함하고, 사전설정된 간격은 하나의 방출기 간격으로 하나의 방출기를 시동하고 있다(도 5b 참조). 예 2에서, 각각의 순간에 16×12개의 방출기가 시동될 수 있으며, DOE에 의한 분할을 통해 얻은 유효 빔의 수는 10×10 차수이다. 구체적으로, DOE는 1×1개의 제1 빔을 10×10개의 제2 빔으로 분할할 수 있다. 하나의 순간에, 검출 표면에 투영되는 제2 빔의 수는 m×n=(16×10)×(12×10)=160×120이다. 구체적으로, 16×12개의 방출기가 2개의 순간 각각에서 시동되어 형성된 이미지는 320×240의 해상도를 갖는다. 매번 시동되는 사전설정된 방출기 간격, 매번 시동되는 방출기의 수, DOE에 의한 분할을 통해 얻은 유효 빔의 수 중 하나 이상은 320×240의 해상도를 구현하도록 설계될 수 있음에 유의해야 한다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다. 매번 시동되는 사전설정된 방출기 간격 및/또는 매번 시동되는 방출기의 수 및/또는 DOE에 의한 분할을 통해 얻은 유효 빔의 수를 변경함으로써, 형성된 이미지의 해상도가 640×480 이상에 도달할 수 있음을 이해해야 한다.
도 9는 본 출원에 따른 또 다른 TOF 센서 모듈의 구조의 개략도이다. TOF 센서 모듈은 광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함할 수 있다. 빔 조정 어셈블리는 시준기 및 DOE를 포함할 수 있다. 광원은 32×24개의 방출기를 포함한다. 32×24개의 방출기 중 16×12개의 방출기는 2개의 순간 각각에서 사전설정된 간격(간격은 1개의 방출기임)으로 16×12개의 제1 빔을 방출하고, 2개의 순간 각각에서 16×12개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 16×12개의 방출기는 달라진다. 이것은 또한 하나의 방출기의 간격으로 하나의 방출기가 시동되고(경우 2의 설명 참조), 32×24개의 방출기 중 16×12개의 방출기가 시동되고, 시동된 16×12개의 방출기가 16×12개의 제1 빔을 방출한다는 것으로 이해할 수 있다.
시준기는 수신된 16×12개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 각 방향에서 16×12개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제2 각도로 조정하도록 구성된다. 제2 각도는 검출 표면에 대응하는 총 시야 및 시동된 방출기의 수 m에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 제2 각도=(64/16)×(48/12)=4×4이다. 구체적으로, 시준기에 의해 두 방향 각각으로 조정된 후 획득된 16×12개의 제1빔 중 임의의 2개의 인접한 제1빔 사이의 끼인각은 4도이다. 시준기는 조정된 제1 빔을 DOE로 전송하는 것으로 이해될 수 있으며, 이 경우, 수평 방향 및 수직 방향 각각에서 동일한 순간으로부터 2개의 인접한 제2 빔 사이의 끼인각은 4도이다. 2개의 인접한 투영 지점에 대응하는 각도는 (64/320)×(48/240)=0.2×0.2이다. 따라서, 동일한 순간에 2개의 인접한 방출기에서 나오는 제1 빔의 직접 투영 지점 사이의 간격은 19개의 투영 지점이다(즉, 2개의 제1 빔의 직접 투영 지점 사이의 피치는 20개의 투영 지점임). 도 10을 참조한다.
예 2에서, 검출 표면 상의 투영 지점의 균일한 배열을 구현하기 위해, 시준기의 초점 길이는 m개의 시동된 방출기 중 2개의 인접한 방출기(예를 들어, 도 10에서 2개의 인접한 방출기 1)의 제1 빔의 직접 투영 지점 사이의 간격 Δ3을 달성하도록 조정될 수 있다. 19개의 투영 지점 간격으로 2개의 제1 빔 사이의 끼인각은 다음과 같다: α=(64/320)×20=4도. 따라서, 시준기의 초점 거리는 다음과 같이 선택되거나 조정될 수 있다: f=pitch/tan(α)=pitch/tan(4).
또한, 시준기는 조정된 16×12개의 제1 빔을 DOE로 전송한다. DOE는 조정된 16×12개의 제1 빔 각각을 10×10개의 제2 빔으로 분할하여 160×120개의 제2 빔을 얻고, 160×120개의 제2 빔을 검출 표면의 160×120개의 영역 내의 동일한 위치, 예를 들어, 도 9의 검출 표면의 각 영역의 좌측 상단 모서리에 투영하도록 구성된다. 상세한 설명은 도 4를 참조한다. 세부사항은 본 명세서에서 다시 설명하지 않는다.
검출 어셈블리는 160×120개의 검출 요소를 포함할 수 있다. 각각의 검출 요소는 검출 표면의 해당 영역으로부터 2개의 광학 에코 신호를 수신하여 (2×160)×(2×120)=320×240의 해상도를 갖는 이미지를 획득할 수 있다.
예 2에 기초하여, m개의 방출기는 사전정해진 간격으로(예를 들어, 등간격으로) M개의 순간 각각에서 시동되고, 형성된 이미지의 해상도는 방출기 배열에 대한 특별한 설계없이 320×240 이상에 도달할 수 있다.
도 11a는 본 출원에 따른 또 다른 TOF 센서 모듈의 구조의 개략도이다. TOF 센서 모듈은 광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함할 수 있다. 광원은 M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하고, m개의 제1 빔을 빔 조정 어셈블리로 전송하도록 구성되며, m과 M은 모두 1보다 큰 정수이다.
가능한 구현에서, M개의 광원 파티션 중 하나 내의 m개의 방출기는 각각의 순간에 m개의 제1 빔을 방출하고, M개의 순간 각각에서 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션은 달라진다. 도 11a에서, 예를 들어, 광원은 M개의 광원 파티션을 포함하고, 각각의 광원 파티션은 m개의 방출기를 포함한다. 예를 들어, 도 11a는 제i 광원 파티션 및 제(i+1) 광원 파티션을 보여준다. 제i 광원 파티션에 포함된 m개의 방출기는 m개의 제1 빔을 방출한다. 자세한 내용은 도 3의 광원의 경우 1에 대한 설명을 참조하고, 세부사항은 본 명세서에 다시 설명하지 않는다.
또한, 선택적으로, 광원에 포함된 M개의 광원 파티션은 일체로 형성된다. 이러한 방식으로, M개의 광원 파티션이 동일한 평면 상에 있음을 확인할 수 있다. 도 5a를 참조하여 제공된 광원은 도 5a는 4개의 광원 파티션을 포함하고, 구체적으로 4×4개의 방출기는 2×2개의 광원 파티션으로 분할되고, 4×4개의 방출기는 일체로 형성된다. 접합된 광원 어레이와 비교하여, M개의 일체로 형성된 광원 파티션은 표면 평탄도를 제어하기 위해 추가 조립을 필요로 하지 않는다. 도 5c는 2×2개의 광원 어레이의 조합의 개략도이다. 도 5c에 도시된 광원 어레이에서, 2×2개의 광원 어레이를 조립해야 하며, 2×2개의 광원 어레이가 동일한 평면에 있는지 확인해야 한다. 따라서 조립이 비교적 어렵다.
도 5a 및 도 5c를 참조하면, 도 5a의 광원 파티션 사이의 간격 Δ4은 대략 40μm이도록 제어될 수 있고, 도 5c의 광원 어레이 사이의 간격 Δ5은 조립이 필요하기 때문에 100 마이크로미터 이상이어야 한다. 즉, 본 출원의 광원 파티션은 TOF 센서 모듈의 소형화를 용이하게 한다. 또한, M개의 광원 파티션의 크기가 상대적으로 작아서 광원의 구동부가 광원의 하단 또는 광원 옆에 통합될 수 있다. 이는 TOF 센서 모듈의 소형화를 용이하게 한다.
빔 조정 어셈블리는 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정한 후, 조정된 m개의 제1 빔을 검출 표면의 대응하는 영역에 투영하도록 구성된다. 검출 표면에 있고 M개의 순간 각각에서 투영이 수행되는 투영 지점은 별개의 영역에 위치된다. 이것은 또한 하나의 광원 파티션에서 나오는 제2 빔이 모두 검출 표면의 해당 영역에 투영되는 것으로 이해될 수 있다. 도 11a에서, 제i 광원 파티션에서 나오는 m개의 제1 빔은 빔 조정 어셈블리에 의해 조정된 다음 제i 영역에 투영된다.
가능한 구현에서, 빔 조정 어셈블리는 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, m개의 제1 빔을 대응하는 영역에 균일하게 투영하도록 구성된다. 다음은 예로서 제i 영역에 m개의 제1 빔을 균일하게 투영하는 4가지 구현을 제공한다.
구현 1: 빔 조정 어셈블리는 시준기를 포함한다.
시준기는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제3 각도로 조정하도록 구성된다. 제3 각도는 제i 영역에 대응하는 시야 및 제1 빔의 수 m에 기초하여 결정된다. 제i 영역에 대응하는 시야 = 검출 표면의 총 시야/M. 제3 각도 = 검출 표면의 총 시야/M/m.
구현 2: 빔 조정 어셈블리는 빔 스케일러라고도 하는 빔 튜너(DOE 튜너)를 포함한다.
빔 스케일러는 광원의 제i 광원 파티션에서 나오는 m개의 제1 빔 각각을 확장하고, m개의 제1 빔을 하나의 균일한 빔으로 확장하고, 균일한 빔을 제i 영역에 투영하도록 구성된다.
구현 3: 빔 조정 어셈블리는 시준기 및 DOE를 포함한다.
시준기는 광원의 제i 광원 파티션에서 나오는 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제3 각도로 조정하도록 구성된다. DOE는 각각의 조정된 제1 빔을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성된다. 제3 각도는 제i 영역에 대응하는 시야와 제2 빔의 수 m×n에 기초하여 결정된다. 제i 영역에 대응하는 시야 = 검출 표면의 총 시야/M. 제3 각도 = 검출 표면의 총 시야/M/(m×n).
이것은 또한 시준기가 광원의 제i 광원 파티션에서 나오는 m개의 제1 빔을 DOE 또는 확산기(diffuser)에 특정 전체 각도로 또는 특정 각도로 평행하게 전송하도록 구성되어 있는 것으로 이해될 수 있다. DOE 또는 확산기는 수신된 제1 빔을 적절하게 확산 또는 형상화하고, 제1 빔을 검출 표면의 제i 영역으로 전송한다. 제i 영역으로 전송되는 빔은 원형 또는 정사각형일 수 있으며, 조밀한 격자 형태이다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다.
구현 4: 빔 조정 어셈블리는 시준기 및 빔 튜너를 포함한다.
시준기는 광원의 제i 광원 파티션에서 나오는 m개의 제1 빔을 제3 각도로 평행하게 빔 튜너에 전송하도록 구성된다. 빔 튜너는 시준된 광을 확산시키고, 확산된 시준 광을 검출 표면의 제i 영역으로 전송한다.
시준기는 DOE보다 광원에 더 가깝고 검출 표면에서 더 멀거나 또는 시준기가 DOE보다 광원에서 더 멀리 떨어져 있고 검출 표면에 더 가깝다는 점에 유의해야 한다.
검출 어셈블리는 M개의 순간 각각에서 검출 표면의 대응하는 영역으로부터 m개의 광학 에코 신호를 수신하도록 구성되며, 구체적으로, 검출 어셈블리는 제1 순간에 제1 영역으로부터 m개의 광학 에코 신호를 수신하고, 제2 순간에 제2 영역으로부터 m개의 광학 에코 신호를 수신하는 등이며, 제M 순간에 제M 영역으로부터 m개의 광학 에코 신호를 수신하며, 각각의 순간에 m개의 광학 에코 신호를 m개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하며, m개의 광학 에코 신호는 m개의 제1 빔과 일대일 대응하고, 광학 에코 신호는 검출 표면에 의해 대응하는 제1 빔을 반사시킴으로써 획득된 신호이다.
가능한 구현에서, 검출 어셈블리는 M개의 검출 요소 영역을 포함할 수 있고, 검출 어셈블리의 M개의 검출 요소 영역은 M개의 광원 파티션과 일대일 대응한다. 각각의 검출 요소 영역은 복수의 검출 요소를 포함하고, 각각의 검출 요소 영역은 검출 요소 영역에 대응하는 광원 파티션에 의해 방출된 빔을 검출 표면에 의해 반사함으로써 획득된 광학 에코 신호를 수신하도록 구성된다. 검출 어셈블리는 M개의 검출 요소 영역 중 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션에 대응하는 검출 요소 영역에 있는 각각의 검출 요소만을 M개의 순간 각각에 전원을 켜도록 구성된다. 다시 말해서, 광원의 제i 광원 파티션이 m개의 제1 빔을 방출하는 경우, 검출 어셈블리에 대응하는 제i 검출 요소 영역이 선택된다. 검출 어셈블리의 제i 검출 요소 영역은 검출 표면의 대응하는 영역에서 나오는 광학 에코 신호를 수신하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 제i 광원 파티션의 m개의 방출기에 의해 방출된 m개의 제1 빔은 빔 조정 어셈블리에 의해 조정된 다음 검출 표면의 제i 영역을 균일하게 덮는다. 또한, 검출 어셈블리에 대응하는 제i 검출 요소 영역이 선택되고, 제i 검출 요소 영역은 검출 표면의 제i 영역으로부터 m개의 광학 에코 신호를 수신할 수 있어서, 최대 160×120개의 검출 요소를 동시에 시동할 수 있기 때문에 이미지 해상도가 낮은 기존 기술의 문제점을 방지하는 데 도움이 된다.
TOF 센서 모듈에 기초하여, M개의 순간 각각에서, 광원에 의해 방출된 m개의 제1 빔이 빔 조정 어셈블리에 의해 조정된 후, m개의 제1 빔이 검출 표면의 한 영역을 덮는다. 광원은 서로 다른 시간에 m개의 제1 빔을 개별적으로 방출하고, 검출 어셈블리에서 해당 검출 요소가 선택되어 최대 160×120개의 검출 요소가 동시에 시동될 수 있는 문제를 해결한다.
광원 파티션 사이의 간격 Δ4는 M개의 일체로 형성된 광원 파티션을 사용함으로써 효과적으로 제어될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 광원 파티션 사이의 비교적 작은 간격 Δ4는 검출 표면 상의 투영 지점 사이의 연속 연결을 용이하게 한다. 구체적인 예를 참조하여 유익한 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 11b는 본 출원에 따라 광원 파티션 사이의 간격 Δ4와 검출 표면의 영역 사이의 간격 D 간의 관계의 개략도이다. 검출 표면의 2개의 인접한 영역 사이의 간격 D는 광원 영역 사이의 간격 Δ4에 의해 결정된다. 광원 영역 사이의 간격 Δ4가 상대적으로 작은 경우, 검출 표면의 전체 커버리지는 가능한 한 DOE/확산기를 작은 각도로 또는 시준 미러의 적절한 디포커싱(즉, 광원은 시준 미러의 초점면에 배치되지 않음)을 통해 발산을 수행하도록 설계함으로써 구현될 수 있다. 작은 각도로 발산을 수행하는 DOE를 설계하는 것은 비교적 쉽다. 예를 들어, 반복적인 설계 방식이 사용될 수 있다. DOE의 출사광의 전체 각도가 비교적 작을 때, 스칼라 회절 이론이 충족되고, 반복을 통해 상대적으로 높은 효율과 균일성을 갖는 회절광을 얻는 것이 비교적 쉽다. 이와 달리, 광원 영역 사이의 간격 Δ4이 비교적 작은 경우, 시준 미러의 적절한 디포커싱을 통해 검출 표면의 전체 커버리지가 구현될 수 있다. 시준 미러의 적절한 디포커싱은 검출 표면에 있고 투영이 수행되는 투영 지점의 균일성을 제어하는 데 도움이 되고, 검출 표면의 완전한 커버리지를 보장할 수 있다.
광원 파티션 사이의 간격 Δ4가 비교적 크고 DOE/확산기의 출사광의 전체 각도가 비교적 크게 설계되어야 하는 경우, 전역 검색/벡터 설계 방식이 본 명세서에서 사용되어야 한다는 점에 유의해야 한다. 계산량이 비교적 많고, 회절 효율 및 균일성을 제어하기가 비교적 어렵다.
가능한 구현에서, 빔 조정 어셈블리는 빔 조정 파티션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 빔 조정 어셈블리는 M개의 빔 조정 파티션으로 분할될 수 있고, M개의 광원 파티션은 M개의 빔 조정 파티션과 일대일 대응된다. 솔루션의 설명을 쉽게 하기 위해, 빔 조정 파티션이 DOE/확산기인 예가 아래 설명에 사용된다. 달리 말하면, 광원 파티션은 DOE/확산기 파티션과 일대일 대응될 수 있고, 즉, 하나의 광원 파티션은 하나의 DOE/확산기 파티션에 대응한다.
가능한 구현에서, DOE/확산기는 검출 표면에 가까운 광원의 측면에 위치할 수 있거나 또는 광원과 DOE/확산기가 결합되어 웨이퍼(wafer) 레벨의 통합 장치를 형성한다. 도 11c는 본 출원에 따른 DOE 파티션과 광원 파티션 사이의 위치 관계의 개략도이다. 도 11c에서, 제i 광원 파티션이 예로서 사용된다. 제i 파티션은 m개의 제1 빔을 방출하고 m개의 제1 빔은 DOE에 의해 편향되고 균질화된 다음 검출 표면의 제i 영역으로 전송된다.
도 11d는 본 출원에 따른 DOE 파티션과 광원 파티션 사이의 다른 위치 관계의 개략도이다. 각 광원 파티션마다 하나의 광 파이프가 고정될 수 있다. 도 11d에서, 제i 광원 파티션이 예로서 사용된다. 제i 광원 파티션은 m개의 제1 빔을 방출한다. m개의 제1 빔은 대응하는 제i 광 파이프에 의해 균질화된 다음 대응하는 제i DOE 파티션으로 전송된다. m개의 제1 빔은 대응하는 제i DOE 파티션에 의해 편향되고 더 균질화된 다음 검출 표면의 제i 영역으로 전송된다. 이는 DOE 파티션이 광원 파티션에 근접하지 못하게 하여 DOE의 활용도를 높이고 TOF 센서 모듈 조립의 어려움을 줄이는 데 도움이 된다.
DOE는 수신된 빔을 형성하고 출사각을 편향시키도록 구성된다는 점에 유의해야 한다. 서로 다른 광원 파티션은 상이한 출사각에 해당한다. 도 11b를 참조하면, 서로 다른 광원 파티션의 출사광의 편향 방향은 상이하다.
광원 파티션 사이의 간격 Δ4에 대한 보상은 DOE 설계에서 추가로 고려될 필요가 있다. 도 11e에 도시된 바와 같이, 3개의 에지 광원 파티션(1, 2, 3)이 예로서 사용된다. DOE는 각 광원 파티션에서 나오는 빔을 균질화하고 편향시켜 빔이 검출 표면의 해당 영역으로 전송되도록 구성된다. 광원 파티션 사이에는 간격이 있지만, 검출 표면의 영역 사이에 간격이 없기 때문에(즉, 빔이 검출 표면을 완전히 덮을 필요가 있음), 광원 파티션에서 나오는 빔은 광원 파티션이 검출 표면의 영역과 일대일 대응되도록 점선 상자로 표시된 영역으로 바깥쪽으로 확장되어야 한다. 예를 들어, 점선 상자의 광원 파티션 1은 검출 표면의 영역 1에 대응하고, 점선 상자의 광원 파티션 2는 검출 표면의 영역 2에 대응하며, 점선 상자의 광원 파티션 3은 검출 표면의 영역 3에 대응하는 등이다.
앞에서 설명된 TOF 센서 모듈의 구조 및 기능 원리에 기초하여, 본 출원은 전자 장치를 더 제공한다. 전자 장치는 TOF 센서 모듈 및 고정 구조를 포함할 수 있고, 고정 구조는 TOF 센서 모듈을 고정하도록 구성된다. 물론, 전자 장치는 다른 구성 요소, 예컨대, 프로세서, 메모리, 무선 통신 장치, 센서, 터치스크린 및 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
본 출원에서, 전자 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 웨어러블 장치(예컨대, 스마트워치) 등일 수 있다. 전자 장치의 예시적인 실시예는 IOS®, Android®, Microsoft®, 또는 다른 운영 체제를 사용하는 장치를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도 12는 본 출원의 일 실시예에 따른 전자 장치의 구조의 개략도이다. 전자 장치(100)는 프로세서(111), TOF 센서 모듈(112), 디스플레이(113), 고정 어셈블리(114) 등을 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 하드웨어 구조는 예일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 본 출원이 적용가능한 단말 장치는 도 12에 도시된 전자 장치(100)보다 많거나 적은 구성요소를 포함할 수 있거나, 2개 이상의 구성요소를 결합할 수 있거나, 상이한 구성요소 구성을 가질 수 있다. 도면에 도시된 다양한 구성요소는 하나 이상의 신호 처리 및/또는 주문형 집적 회로를 포함하는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다.
프로세서(111)는 하나 이상의 처리 유닛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(111)는 애플리케이션 프로세서(application processor, AP), 그래픽 처리 유닛(graphics processing unit, GPU), 이미지 신호 프로세서(image signal processor, ISP), 제어기, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP) 등을 포함할 수 있다. 상이한 처리 장치는 독립적인 구성요소이거나 하나 이상의 프로세서에 통합될 수 있다.
TOF 센서 모듈(112)의 경우, 전술한 설명을 참조하시오. 세부사항은 본 명세서에 다시 설명되지 않는다.
디스플레이(113)는 이미지 등을 표시하도록 구성될 수 있다. 디스플레이(113)는 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널은 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(active-matrix organic light emitting diode, AMOLED), 플렉서블 발광 다이오드(flex light emitting diode, FLED), miniLED, microLED, microOLED, 양자점 발광 다이오드(quantum dot light emitting diode, QLED) 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 장치(100)는 하나 또는 H개의 디스플레이(113)를 포함할 수 있으며, H는 1보다 큰 양의 정수이다.
고정 어셈블리(114)는 TOF 센서 모듈을 전자 장치에 고정하도록 구성된다. 예를 들어, 고정 어셈블리는 브래킷일 수 있고, TOF 센서 모듈은 브래킷을 이용하여 전자 장치에 고정될 수 있거나 또는 고정 어셈블리는 전자 장치의 다른 구성요소(예컨대, 휴대폰의 중간 프레임)에 의해 형성되는 기계 부품일 수 있거나 또는 고정 어셈블리는 다양한 접착제 또는 커넥터(예컨대, 땜납 및 나사)일 수 있다.
본 출원의 실시예에서, 특별한 설명이나 논리적 충돌이 없고, 상이한 실시예의 용어 및/또는 설명이 일관되고 상호 참조될 수 있는 경우, 상이한 실시예의 기술적 특징이 결합되어 내부 논리적 관계를 기반으로 새로운 실시예를 형성할 수 있다.
본 출원에서, "및/또는"이라는 용어는 연관된 개체 간의 연관 관계를 설명하고 3개의 관계가 존재할 수 있음을 나타낼 수 있다. 예를 들어, A 및/또는 B는 다음 경우를 나타낼 수 있다: A만 존재하고, A와 B가 모두 존재하고, B만 존재하며, 여기서 A와 B는 단수 또는 복수일 수 있다. "다음 항목(부분) 중 적어도 하나" 또는 이의 유사한 표현은 단일 항목(부분) 또는 복수 항목(부분)의 임의의 조합을 포함하는 이러한 항목의 임의의 조합을 의미한다. 예를 들어, a, b 및 c(부분) 중 적어도 하나는 a, b, c, "a 및 b", "a 및 c", "b 및 c" 또는 "a, b 및 c"를 나타낼 수 있고, 여기서 a, b 및 c는 단수 또는 복수일 수 있다. 본 출원의 텍스트 설명에서 "/" 기호는 일반적으로 연결된 개체 간의 "또는" 관계를 나타낸다. 본 출원에서 "균일하다"는 것은 절대적인 균일성을 의미하는 것이 아니라, 특정 엔지니어링 오류가 허용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
본 출원에서 사용된 다양한 숫자들은 단지 설명을 쉽게 하기 위해 구별되는 것일 뿐, 본 출원의 실시예들의 범위를 제한하기 위해 사용되지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 전술한 프로세스의 시퀀스 번호는 실행 시퀀스를 의미하지 않는다. 프로세스의 실행 순서는 프로세스의 기능과 내부 로직에 기초하여 결정되어야 한다. "제1", "제2" 등의 용어는 유사한 개체를 구별하기 위한 것으로, 반드시 특정 순서 또는 시퀀스를 설명하는 것은 아니다. 더욱이, "포함하다", "갖다"라는 용어 및 이들의 임의의 다른 변형은 예를 들어, 일련의 단계 또는 단위를 포함하는 비배타적 포함을 포함하도록 의도된다. 방법, 시스템, 제품 또는 장치는 반드시 명시적으로 나열된 단계 또는 단위로 제한되지는 않지만, 명시적으로 나열되지 않거나 이러한 프로세스, 방법, 제품 또는 장치에 고유한 다른 단계 또는 단위를 포함할 수 있다.
본 출원이 특정 특징 및 그 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 출원의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 조합이 이들에 대해 이루어질 수 있음이 명백하다. 이에 따라, 명세서 및 첨부 도면은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 솔루션의 예시적인 설명일 뿐이며, 본 출원의 범위를 포함하는 임의의 또는 모든 수정, 변형, 조합 또는 균등물로서 간주된다.
명백하게, 당업자는 본 출원의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 출원에 다양한 수정 및 변형을 할 수 있다. 본 출원은 본 출원의 실시예에 대한 이러한 수정 및 변형이 본 출원의 다음 청구범위에 의해 정의된 보호 범위 내에 포함된다면 이들을 포함하도록 의도된다.

Claims (18)

  1. 비행 시간(time-of-flight: TOF) 센서 모듈로서,
    광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함하되,
    상기 광원은 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하고, 상기 m개의 제1 빔을 상기 빔 조정 어셈블리로 전송하도록 구성되며, m과 M은 모두 1보다 큰 정수이고,
    상기 빔 조정 어셈블리는 수신된 상기 m개의 제1 빔을 S개의 제2 빔으로 조정한 후, 상기 S개의 제2 빔을 검출 표면의 S개의 영역에 투영하도록 구성되며, 상기 S개의 영역은 상기 S개의 제2 빔과 일대일 대응하고, 상기 검출 표면의 동일한 영역에 있고 상기 M개의 순간에 투영이 수행되는 M개의 투영 지점은 각각 상이한 위치를 가지며, S는 m보다 큰 정수이고,
    상기 검출 어셈블리는 상기 M개의 순간 각각에 상기 검출 표면으로부터 S개의 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 상기 S개의 광학 에코 신호를 S개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성되며, 상기 S개의 광학 에코 신호는 상기 S개의 제2 빔과 일대일 대응하며, 각각의 광학 에코 신호는 대응하는 제2 빔을 상기 검출 표면에 의해 반사시켜 얻은 신호인,
    TOF 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출 어셈블리는 K개의 검출 요소를 포함하고, K는 S 이상의 정수이며,
    상기 검출 어셈블리는 상기 M개의 순간 각각에 상기 K개의 검출 요소 중 S개의 검출 요소의 전원을 켜도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 TOF 센서 모듈은 처리 회로를 더 포함하고,
    상기 처리 회로는 상기 검출 어셈블리로부터 상기 M개의 순간에 획득된 M×S개의 전기 에코 신호를 획득하고, 상기 M×S개의 전기 에코 신호에 기초하여 이미지 정보를 결정하도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    S는 m×n과 같고, 상기 빔 조정 어셈블리는 상기 수신된 m개의 제1 빔을 상기 S개의 제2 빔으로 조정할 때, 상기 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 조정된 m개의 제1 빔의 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하여 m×n개의 제2 빔을 획득하며, 상기 m×n개의 제2 빔을 상기 검출 표면의 m×n개의 영역에 투영하도록 구성되고, 상기 m×n개의 영역은 상기 m×n개의 제2 빔과 일대일 대응하며, n은 1보다 큰 정수인,
    TOF 센서 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출 어셈블리는 m×n개의 검출 요소를 포함하고, 상기 m×n개의 검출 요소는 상기 m×n개의 영역과 일대일 대응하며,
    상기 검출 어셈블리가 상기 M개의 순간 각각에 상기 검출 표면으로부터 상기 S개의 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 상기 S개의 광학 에코 신호를 상기 S개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성된 경우, 상기 m×n개의 검출 요소 각각은 상기 M개의 순간 각각에 해당 영역으로부터 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 상기 해당 영역으로부터의 광학 에코 신호를 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 M개의 광원 파티션을 포함하고, 각각의 광원 파티션은 m개의 방출기를 포함하며,
    상기 광원이 상기 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성될 때, 상기 M개의 광원 파티션 중 하나의 상기 m개의 방출기는 상기 M개의 순간 각각에 상기 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성되며, 상기 M개의 순간 각각에 상기 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션은 달라지는,
    TOF 센서 모듈.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 조정 어셈블리는 시준(collimation) 어셈블리 및 빔 분할 어셈블리를 포함하고,
    상기 빔 조정 어셈블리가 상기 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 상기 조정된 m개의 제1 빔을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성될 때, 상기 시준 어셈블리는 상기 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제1 각도로 조정하고, 상기 조정된 m개의 제1 빔을 상기 빔 분할 어셈블리로 전송하도록 구성되고, 상기 제1 각도는 상기 검출 표면에 대응하는 총 시야 및 제2 빔의 수 m×n에 기초하여 결정되며, 상기 빔 분할 어셈블리는 상기 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 M개의 광원 파티션은 M1×M2 어레이이고, M1 및 M2는 모두 1보다 큰 정수이며,
    상기 M1×M2 어레이의 수평 방향에서, 2개의 인접한 광원 파티션 내의 2개의 인접한 방출기에 의해 방출된 제1 빔 사이의 끼인각은 상기 검출 표면 상의 M1개의 투영 지점의 간격에 대응하는 각도 이상이고,
    상기 M1×M2 어레이의 수직 방향에서, 2개의 인접한 광원 파티션 내의 2개의 인접한 방출기에 의해 방출된 제1 빔 사이의 끼인각은 상기 검출 표면 상의 M2개의 투영 지점의 간격에 대응하는 각도 이상인,
    TOF 센서 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 광원은 P개의 방출기를 포함하고, P는 m보다 큰 정수이며,
    상기 광원이 상기 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성될 때, 사전설정된 간격으로 상기 P개의 방출기로부터 선택된 m개의 방출기는 상기 M개의 순간 각각에 상기 m개의 제1 빔을 방출하고, 상기 M개의 순간 각각에 상기 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용된 m개의 방출기는 달라지는,
    TOF 센서 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 빔 조정 어셈블리는 시준 어셈블리 및 빔 분할 어셈블리를 포함하고,
    상기 빔 조정 어셈블리가 상기 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 상기 조정된 m개의 제1 빔을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성될 때, 상기 시준 어셈블리는 상기 m개의 제1 빔 중 임의의 2개의 인접한 제1 빔 사이의 끼인각을 제2 각도로 조정하고, 상기 조정된 m개의 제1 빔을 상기 빔 분할 어셈블리로 전송하도록 구성되며, 상기 제2 각도는 상기 검출 표면에 대응하는 총 시야 및 시동된 광원의 수 m에 기초하여 결정되고, 상기 빔 분할 어셈블리는 상기 조정된 m개의 제1 빔 각각을 n개의 제2 빔으로 분할하도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 M개의 광원 파티션은 일체로 형성되는,
    TOF 센서 모듈.
  12. TOF 센서 모듈로서,
    광원, 빔 조정 어셈블리 및 검출 어셈블리를 포함하되,
    상기 광원은 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하고, 상기 m개의 제1 빔을 상기 빔 조정 어셈블리로 전송하도록 구성되며, m과 M은 모두 1보다 큰 정수이고,
    상기 빔 조정 어셈블리는 수신된 상기 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정한 후, 상기 조정된 m개의 제1 빔을 검출 표면의 대응하는 영역에 투영하도록 구성되며, 상기 검출 표면 상에 있고 상기 M개의 순간 각각에 투영이 수행되는 투영 지점은 별개의 영역에 위치되고,
    상기 검출 어셈블리는 상기 M개의 순간 각각에 상기 검출 표면의 대응하는 영역으로부터 m개의 광학 에코 신호를 수신하고, 각각의 순간에 상기 m개의 광학 에코 신호를 m개의 전기 에코 신호로 변환하여 저장하도록 구성되며, 상기 m개의 광학 에코 신호는 상기 m개의 제1 빔과 일대일 대응하며, 각각의 광학 에코 신호는 대응하는 제1 빔을 상기 검출 표면에 의해 반사시켜 얻은 신호인,
    TOF 센서 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광원은 M개의 광원 파티션을 포함하고, 각각의 광원 파티션은 m개의 방출기를 포함하며, 상기 M개의 광원 파티션은 상기 M개의 영역과 일대일 대응하고,
    상기 광원이 상기 M개의 순간 각각에 m개의 제1 빔을 방출하도록 구성될 때, 상기 M개의 광원 파티션 중 하나의 상기 m개의 방출기는 상기 M개의 순간 각각에 상기 m개의 제1 빔을 방출하고, 상기 M개의 순간 각각에 상기 m개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 광원 파티션은 달라지는,
    TOF 센서 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 검출 어셈블리는 M개의 검출 요소 영역을 포함하고, 상기 M개의 검출 요소 영역은 상기 M개의 광원 파티션과 일대일 대응하며, 각각의 검출 요소 영역은 복수의 검출 요소를 포함하고, 각각의 검출 요소 영역은 상기 검출 요소 영역에 대응하는 광원 파티션에 의해 방출된 빔을 상기 검출 표면에 의해 반사시킴으로써 획득된 광학 에코 신호를 수신하도록 구성되며,
    상기 검출 어셈블리는 상기 M개의 제1 빔을 방출하는 데 사용되는 상기 광원 파티션에 대응하는 상기 M개의 검출 요소 영역 중 하나의 검출 요소 영역의 각각의 검출 요소만 상기 M개의 순간 각각에 전원을 켜도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 조정 어셈블리가, 상기 수신된 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정한 후, 상기 조정된 m개의 제1 빔을 상기 검출 표면의 대응하는 영역에 투영하도록 구성되는 경우, 상기 빔 조정 어셈블리는 상기 m개의 제1 빔의 전송 방향을 조정하고, 상기 대응하는 영역에 상기 m개의 제1 빔을 균일하게 투영하도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 M개의 광원 파티션은 일체로 형성되는,
    TOF 센서 모듈.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 조정 어셈블리와 상기 M개의 광원 파티션 각각 사이에 광 파이프가 배치되고,
    상기 광 파이프는 상기 수신된 m개의 제1 빔을 균질화하도록 구성되는,
    TOF 센서 모듈.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 TOF 센서 모듈 및 상기 TOF 센서 모듈을 고정하도록 구성된 고정 어셈블리를 포함하는 전자 장치.
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