KR20230045728A - 가상 스테레오 비전 타입의 거리측정장치 및 이의 동작방법 - Google Patents

가상 스테레오 비전 타입의 거리측정장치 및 이의 동작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 기판; 상기 기판에 배치되고, 돌출된 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 프레임; 상기 기판상에 부착된 광학센서; 상기 광학센서로 광을 전달하고, 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 구조체; 및 상기 렌즈 구조체에 결합되어 코일과 상호작용하는 전자석을 포함하고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 코일을 포함하는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.

Description

가상 스테레오 비전 타입의 거리측정장치 및 이의 동작방법 {VIRTUAL STEREO VISION TYPE LIGHT MODULE AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 실시예는 광원 및 광학센서를 포함하는 거리측정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광학센서의 움직임을 통해 보다 정확한 거리 측정이 가능한 거리측정장치에 관한 것이다.
레이저 또는 발광다이오드 등의 광원은 거리측정을 위한 광원 모듈에 활용될 수 있고, 3차원 깊이 카메라(3D Depth Camera)의 광원으로 활용될 수 있다.
ToF(Time of Flight) 방식의 거리측정장치는 광원에서 출력된 펄스(pulse) 형태의 광파가 물체에 반사되어 돌아오는 이동거리를 위상차이를 통해 측정하고 이러한 위상차이와 주파수의 정보를 통해 거리를 측정하며, 구조광(SL: Structure Light) 또는 하이브리드 스테레오 타입(hybrid stereo type)은 레이저 광원을 소스로 하여 디퓨저를 통하여 규칙 또는 비규칙적인 패턴을 형성함으로써 거리정보를 추출할 수 있다.
레이저 또는 발광다이오드는 고출력 및 지향성의 특성으로 인해 거리측정 및 3차원 뎁스 카메라의 광원으로 활용되고 있다.
거리측정장치의 구성은 송신부 및 수신부로 구성될 수 있고, 송신부에서 전달되는 광이 수신부에 전달되는 시간, 광량 등을 측정하여 피사체의 거리 정보를 획득하는 것이 일반적이다.
거리측정장치의 거리 정보의 정확도를 향상시키기 위해서는 거리측정장치의 송신부의 출력을 제어하거나, 송신부의 움직임을 발생시키는 시도가 다양하게 구현되고 있으나, 거리측정장치의 수신부의 움직임을 발생시켜 거리 측정의 정확도 향상을 위한 시도가 진행되지 않고 있다.
KR 10-2273836 B1과 같은 종래의 스테레오 타입 방식의 거리측정 방법을 위해서는 복수 개의 광원을 포함하여야 하므로 거리측정장치의 소형화를 제한하고 있다. 또한, 복수 개의 광원을 사용하여 거리를 측정하는 과정에서 광원의 편차에 기인한 거리 데이터의 편차의 문제는 거리 측정의 정확도를 감소시키는 요인이 된다.
또한, 스테레오 타입 방식의 거리측정 방법은 복수의 2차원 카메라를 사용하여 획득한 복수의 이미지 데이터를 삼각법에 의해 연산하여 거리 측정이 가능하지만, 개별 광원으로부터 측정된 데이터를 취합하고 통합하는 과정에서 이미지 센서의 각 영역별로 감도 차이, 광량 편차, 2차원 카메라의 구조적 한계점 등의 문제로 원하는 수준의 거리 데이터를 얻기에 한계가 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 거리측정장치의 수신부의 움직임을 발생시켜 광학센서에 도달하는 광의 위치와 경로를 변경시킬 수 있는 거리측정장치를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 거리측정장치의 수신부의 영역을 복수 개로 구분하고, 거리측정장치의 송신부의 움직임에 대응하여 수신부의 움직임을 발생시키는 거리측정장치를 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, ToF 방식의 하나의 광원을 사용하여 가상의 스테레오 비전 타입의 거리측정 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 기판; 상기 기판에 배치되고, 돌출된 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 프레임; 상기 기판상에 부착된 광학센서; 상기 광학센서로 광을 전달하고, 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 구조체; 및 상기 렌즈 구조체에 결합되어 코일과 상호작용하는 전자석을 포함하고, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 코일을 포함하는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 중심축은 수직 방향으로 배치되고, 상기 제1 단부의 코일은 상기 렌즈 구조체를 상기 광학센서로 전달되는 광의 경로와 수직 방향인 제1 방향으로 움직이는 힘을 제공하거나, 상기 제2 단부의 코일은 상기 렌즈 구조체를 상기 광학센서로 전달되는 광의 경로와 수평 방향인 제2 방향으로 움직이는 힘을 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광학센서는 복수의 영역으로 구분되고, 피사체의 영역을 구분하여 인식할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광학센서가 측정한 광량을 판단하는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 광량에 기초하여 피사체의 거리 데이터를 획득할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 프로세서는 피사체의 하나의 지점에서 획득된 복수의 데이터를 병합하여 상기 피사체의 거리 데이터를 획득할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 프로세서는 상기 전자석 및 상기 코일을 상호작용으로 발생한 상기 렌즈 구조체의 움직임을 계산하고, 상기 렌즈 구조체의 움직임에 대응하여 상기 광학센서의 영역별로 피사체의 거리 데이터를 보정할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 실시예는, 기판; 상기 기판상에 배치되고, 상기 기판으로부터 전달받은 전류의 크기에 대응하여 위치를 변경하는 포고 핀 텐션; 상기 포고 핀 텐션과 접촉하고, 하나 이상의 렌즈 및 피사체에서 반사되는 광을 센싱하는 광학센서를 포함하는 렌즈 구조체; 및 상기 기판에 배치되고, 상기 렌즈 구조체를 지지하는 프레임을 포함하고, 상기 포고 핀 텐션의 내부 스프링의 움직임에 대응하여 상기 광학센서는 피사체의 위치별 거리 데이터를 획득하는, 거리측정장치를 제공할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 포고 핀 텐션은 복수의 돌출된 단부를 포함하고, 상기 복수의 돌출된 단부 각각은 전자석 및 코일을 포함할 수 있다.
거리측정장치 상기 복수의 돌출된 단부에 포함된 상기 전자석 및 상기 코일은 프로세서에 의해 개별적으로 동작하고, 상기 프로세서는 상기 전자석으로 전달되는 전류의 세기를 조절할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 광학센서는 복수의 영역으로 구분되고, 피사체의 영역을 구분하여 인식할 수 있다.
거리측정장치에서 상기 포고 핀 텐션은 상기 렌즈 구조체의 공간상 움직임을 발생시키고, 상기 광학센서의 광 센싱 영역을 정의할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 거리측정장치의 수신부의 공간상 움직임을 발생시켜 광학센서가 측정하는 데이터의 위치를 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 광학센서 이외의 수신부 렌즈 또는 수신부 모듈 전체의 움직임을 발생시켜 하나의 광원을 사용함과 동시에 가상의 스테레오 비전 거리측정 방식을 구현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 거리측정장치의 광학 센서의 크기를 감소시킬 수 있고, 수신부의 렌즈에 발생하는 이미지 서클을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 거리측정장치는 광학센서의 영역을 구분하여 거리 데이터를 획득하고, 광학센서의 움직임에 대응하는 위치별 거리 데이터를 보정함으로써 보다 정확한 거리 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 기존의 스테레오 비전 타입의 거리측정장치에서 발생하는 정렬과 공차 문제를 제거할 수 있고, 보다 정확한 거리 데이터를 획득할 수 있다.
도 1은 거리측정장치의 거리 데이터 획득 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 스테레오 비전 타입의 거리측정장치에서 거리 데이터를 획득하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 가상의 스테레오 비전 타입의 거리측정장치에서 거리 데이터를 획득하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 거리측정장치의 송신부 움직임과 수신부 움직임을 비교하여 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 가상의 스테레오 비전 타입의 거리측정장치의 렌즈 움직임을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 수신부 구조를 나타내는 제1 예시 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 수신부 구조를 나타내는 제2 예시 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 수신부 영역별 거리 측정방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 거리측정장치의 구동모드를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 거리 데이터 획득 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 거리측정장치의 거리 데이터 획득 방법을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 거리측정장치는 송신부(10), 수신부(20) 등을 포함할 수 있다.
거리측정장치의 송신부(10)는 광원에서 전달되는 광을 피사체(90)에 전달하고, 수신부(20)는 반사광을 수신하고, 광량을 계산하여 거리 데이터 또는 이미지 데이터를 획득할 수 있다.
예를 들어, 거리측정장치에 복수 개의 점 형태의 광원이 피사체(90)에 전달되고, 피사체(90)에는 복수 개의 광조사영역(91)이 형성될 수 있다.
거리측정장치의 거리 측정 방법에 따라 피사체(90)에 전달하는 광의 전달방법 및 피사체(90)에서 반사되는 광의 측정방법이 달라질 수 있다.
예를 들어, ToF 방법에 의한 거리측정은 거리측정장치의 송신부(10)에서 전달되는 광이 피사체(90)의 광조사영역(91)에서 반사되어 수신부(20)에 전달되는 시간을 계산하여 피사체(90)의 거리를 측정할 수 있다.
도 2는 스테레오 비전 타입의 거리측정장치에서 거리 데이터를 획득하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 거리측정장치(100)는 제1 송신부(110) 및 제2 송신부(111) 등을 포함할 수 있다.
복수 개의 광 송신부(110, 111)을 포함하는 거리측정장치(100)는 광조사영역(191)의 이미지 또는 피사체(190)의 이미지 데이터를 획득하고, 이를 삼각법으로 연산하여 3차원 거리 데이터를 획득할 수 있다.
제1 송신부(110) 및 제2 송신부(111) 각각은 별도의 광학센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
복수 개의 광 송신부-예를 들어, 이미지 카메라-를 포함하는 거리측정장치가 거리 데이터를 획득하는 방식을 스테레오 비전 또는 스테레오 타입으로 정의할 수 있다.
스테레오 비전 방식의 거리 측정을 위해서는 서로 다른 위치에 존재하는 복수 개의 광 송신부로부터 광을 전달하고, 센싱하기 때문에 이미지 데이터의 정합성이 감소하게 된다.
예를 들어, 제1 송신부(110)에서 측정하는 피사체(190)의 크기, 각도, 형상 등과 제2 송신부(111)에서 측정하는 피사체(190)의 크기, 각도, 형상 등이 차이가 있을 수 있다. 이러한 한계점에 따라 스테레오 비전 방식의 거리 측정은 각 이미지 데이터의 매칭(matching) 과정에서 발생하는 오류들이 존재하게 된다.
또한, 스테레오 비전 방식의 거리 측정을 위해서는 복수의 광 송신부 및 광 수신부를 포함하게 되므로, 거리측정장치의 소형화를 어렵게 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 가상의 스테레오 비전 타입의 거리측정장치에서 거리 데이터를 획득하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 거리측정장치(200)는 송신부(210), 수신부(220) 등을 포함할 수 있다.
여기서 '가상의 스테레오 비전 타입'은 거리측정장치(200)의 수신부(220)의 움직임으로 인해 하나의 송신부(210)를 사용하면서 스테레오 비전 타입의 측정 효과를 발생시킬 수 있는 거리 데이터 획득 방법으로 정의될 수 있다. 거리측정장치(200)는 ToF 방식으로 거리를 측정할 수 있고, 수신부(220)의 움직임으로 ToF 방식의 거리 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
거리측정장치(200)의 송신부(210)는 광원(미도시) 등을 포함할 수 있고, 전술한 거리 측정 방법이 채택될 수 있다.
광원(미도시)는 레이저 다이오드(LD: Lasor Diode) 등의 광을 출력할 수 있는 반도체 소자일 수 있다. 광원(미도시)은 기판 상에 배치될 수 있고 광을 출력할 수 있다. 광원(미도시)의 애노드전극은 기판의 애노드배선과 연결되고 캐소드전극은 기판의 캐소드배선과 연결될 수 있다.
광원(미도시)은 기판에 와이어 본딩 형태로 연결되어 배치될 수 있다. 또는, 광원(미도시)은 플립칩 본딩(flip chip bonding) 방식으로 기판에 와이어 없이 배치될 수 있다. 광원(미도시)이 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 통하여 기판과 연결되는 경우에는, 와이어 선이 필요하지 않고, 그에 따라, 보다 소형화된 거리 측정 장치를 구성할 수 있다.
광원(미도시)은 레이저 등의 광을 출력할 수 있는 광원이면 이를 제한하지 않으나, 광원(미도시)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser), 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등을 포함할 수 있다.
거리측정장치(200)의 송신부(210)는 피사체(290)에 광을 전달하고, 광전달영역(291)에서 반사되는 광은 수신부(220)으로 전달될 수 있다.
수신부(220)는 광학센서(미도시) 등을 포함할 수 있다.
광학센서(미도시)는 이미지 센서일 수 있고, 예를 들어, 포토다이오드(PD: Photo Diode), 전하결합소자(CCD: Charged Coupled Device), 상보형금속산화반도체(CMOS: Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등일 수 있다. 또한, 광학센서(미도시)은 포토디텍터(PD: Photo Detector) 등의 광을 센싱할 수 있는 장치일 수 있다.
거리측정장치(200)의 수신부(220)는 공간상에서 움직임-예를 들어, 공간상 x축, y축, z축 중 하나 이상의 축방향의 움직임-을 발생시킬 수 있고, 광전달영역(291)에서 반사되는 광을 수신할 수 있다.
수신부(220)의 움직임은 광학센서(미도시)의 움직임이거나, 수신부(220)의 내부 구조체-예를 들어, 렌즈 또는 프레임-의 움직임일 수 있다.
종래의 기술에 따르면 2차원 이미지 데이터의 상 흔들림을 보정하기 위해 이미지 센서 또는 수신부의 움직임을 발생시켰으나, 본 발명과 같이 3차원 데이터 또는 거리 데이터를 획득하는 과정에서 거리 데이터 오차 보정 및 정확도 향상을 위한 시도는 진행되지 않고 있다.
도 4는 거리측정장치의 송신부 움직임과 수신부 움직임을 비교하여 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 거리측정장치의 송신부 움직임을 발생시키는 제1 거리측정장치(300A) 및 거리측정장치의 수신부 움직임을 발생시키는 제2 거리측정장치(300B)의 동작을 비교할 수 있다.
도 4는 제1 거리측정장치(300A) 및 제2 거리측정장치(300B)의 동작을 비교하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다.
제1 거리측정장치(300A)는 송신부(310A) 및 수신부(320A)를 포함할 수 있다.
송신부(310A)의 광원에서 전달되는 광은 피사체(390A)의 제1 지점(391A) 및 제2 지점(392A) 각각 도달할 수 있고, 복수의 지점에 순차적으로 광이 전달될 수 있다.
송신부(310A)가 움직이지 않는 경우에는 하나의 지점 또는 하나의 영역에 반복적으로 광이 조사되나, 송신부(310A)가 움직이는 경우에는 광 경로 또는 방향을 변경하여 복수 개의 지점에 광이 전달될 수 있다.
예를 들어, 송신부(310A)가 광축-예를 들어, z축-에 수직한 방향-x축 또는 y축-으로 움직이는 경우에, 동일한 패턴을 가지는 광을 피사체(390A)의 서로 다른 지점-예를 들어, 제1 지점(391A), 제2 지점(392A)- 등에 전달할 수 있다.
각 지점에서 반사되는 광은 수신부(320A)에 포함된 광학센서(380A)로 전달될 수 있다. 광학센서(380A)는 복수 개의 영역으로 구분되고, 피사체(390A)의 각 영역에 대응되도록 거리 측정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 제1 지점(391A)에 반사되는 광은 수신부의 제1 영역(381A)으로 전달될 수 있고, 제2 지점(392A)에 반사되는 광은 수신부의 제2 영역(382A)으로 전달될 수 있다.
수신부(320A)는 각 영역별로 획득된 거리 데이터를 통합하여 깊이 맵을 생성할 수 있다.
제2 거리측정장치(300B)는 송신부(310B) 및 수신부(320B)를 포함할 수 있다.
송신부(310B)의 광원에서 전달되는 광은 피사체(390B)의 제1 지점(391B)으로 도달할 수 있다.
송신부(310B)이 움직이지 않는 경우, 피사체(390B)에 도달되는 광의 패턴은 일정하게 유지될 수 있다.
수신부(320B)가 움직이는 경우, 동일한 제1 지점(391B)에서 반사되는 광을 복수 회 획득할 수 있다. 예를 들어, 송신부(310B)에서 일정한 시구간동안 광 송출을 지속하는 경우에, 제1 지점(391B)에서도 지속적으로 광을 반사할 수 있다.
제1 지점(391B)에서 반사되는 광은 수신부(320B)의 복수의 영역에 도달할 수 있다. 송신부(310B)에서 순차적으로 전달되는 광은 수신부(320B)에서 순차적으로 측정될 수 있고, 수신부(320B)의 공간상 움직임으로 서로 다른 광 경로를 가지는 광량을 센싱할 수 있다.
예를 들어, 수신부(320B)의 움직임으로 제1 지점(391B)에 반사되는 광은 제1 광경로(301B)를 통해 수신부(320B)의 제1 영역(381A)으로 전달될 수 잇고, 제2 광경로(302B)를 통해 수신부(320B)의 제2 영역(382A)으로 전달될 수 있다.
제2 거리측정장치(300B)는 하나의 광도달영역(391B)에 대해 서로 다른 광 경로 또는 방향을 가지는 광을 센싱함으로서, 각각의 데이터를 비교 및 보정하여 하나의 광도달영역(391B)에 대한 거리 데이터의 정확도를 향상시킬 수 있다. 종래의 스테레오 비전 타입에서 복수 개의 광원을 가지고 하나의 피사체를 촬영하여 획득한 2차원 이미지 데이터를 삼각법을 이용하여 거리 데이터로 변환하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리측정장치는 하나의 광원에 대한 3차원 깊이 데이터를 복수 회 획득하여 이를 비교 및 보정하는 점에서 차이점이 있다.
제1 거리측정장치(300A)는 하나의 거리측정 사이클 동안 송신부(310A)의 움직임에 기초하여 복수 개의 영역에 광을 전달하고, 복수 개의 영역에 대한 각각의 거리 데이터를 획득할 수 있다.
제2 거리측정장치(300B)는 하나의 거리측정 사이클 동안 수신부(320B)의 움직임에 기초하여 하나의 영역에 광을 전달하고, 하나의 영역에 대한 복수 개의 거리 데이터를 획득할 수 있다.
제1 거리측정장치(300A)의 송신부(310A) 또는 제2 거리측정장치(300B)의 수신부(320B)의 움직임은 프로세서(미도시)에 의해 제어될 수 있고, 하나의 거리측정장치에서 송신부 및 수신부의 움직임이 연계 동작되어 상황별로 최적화된 거리 데이터 획득을 수행할 수 있다.
도 4는 광원에서 전달되는 특정한 광의 경로를 예시한 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 또한, 거리측정장치(300A, 300B)의 공간상 움직임은 광학장치-예를 들어, 렌즈-의 움직임을 의미할 수 있으나, 기판과 프레임을 포함하는 구조체의 움직임을 의미할 수 있다.
또한, 여기서 '가상의 스테레오 비전 타입'은 제2 거리측정장치(300A)의 수신부(320B)의 움직임으로 인해 하나의 송신부(310B)를 사용하면서 스테레오 비전 타입의 측정 효과를 발생시킬 수 있는 거리 데이터 획득 방법으로 정의될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 가상의 스테레오 비전 타입의 거리측정장치의 렌즈 움직임을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 거리측정장치(400)은 피사체(490)의 각 영역으로 광을 순차적으로 조사할 수 있다. 거리측정장치(400)은 송신부(미도시)의 공간상 움직임을 통해 광의 경로 또는 방향을 조절할 수 있고, 피사체(490)의 각 영역별로 광조사영역(491)을 구분하여 광을 전달할 수 있다.
거리측정장치(400)의 프로세서(미도시)는 송신부(미도시)의 코일 또는 전자석의 상호작용을 발생시키고, 공간상 움직임을 제어하여 피사체(490)에 도달하는 광을 제어할 수 있다.
특히, 거리측정장치(400)이 근거리모드 또는 원거리 모드로 구분되어 화각을 변경하거나, 광 조사 영역을 변경하는 과정에서 광을 분할하여 조사하는 것을 통해 광 효율을 개선하고, 획득되는 광량을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 거리측정장치(400)은 피사체(490)의 전체 영역을 한번에 센싱하지 않고, 피사체(490)의 송신부(미도시)는 각 영역(A', B', C', D', E', F', G', H', I')에 순차적으로 광을 전달하여 각 영역별 측정되는 광량을 증가시킬 수 있다.
거리측정장치(400)의 센싱부(미도시)는 광학장치(470)-예를 들어, 렌즈-의 각 영역(A, B, C, D, E, F, G, H, I)을 분할하여 피사체의 위치에 대응하는 광학장치(470)의 영역을 정의할 수 있다. 이는 광통과영역(475)으로 정의될 수 있다.
광학장치(470)의 패턴은 송신부(미도시)의 광 출력 특성 또는 광학장치의 특성에 대응되도록 설정될 수 있다.
거리측정장치(400)의 센싱부(미도시)의 움직임에 기초하여 광학센서(480)으로 전달되는 광의 경로가 정의될 수 있다. 이 경우 광학센서(480)의 모든 영역을 사용하지 않고, 광학센서(480)의 특정 영역을 사용하게 되므로 광학센서(480)를 소형화할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 수신부 구조를 나타내는 제1 예시 도면이다.
도 6을 참조하면, 거리측정장치(500)는 기판(510), 렌즈 구조체(520), 프레임(540), 광학센서(580) 등을 포함할 수 있다.
기판(510)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board) 등의 표면에 회로부품을 실장할 수 있는 것이면 그 종류는 이에 제한되지 않는다.
렌즈 구조체(520)는 하나 이상의 렌즈(미도시)를 포함할 수 있고, 필요에 따라 적외선 필터 등을 포함할 수 있다.
렌즈 구조체(520)는 원통형 배럴일 수 있지만, 전자석(551) 또는 코일을 포함할 수 있는 별도의 지지 구조체(550) 등을 포함할 수 있다.
프레임(540)은 기판(510)상에 배치되어 거리측정장치(500) 내부의 구성요소들과 결합된 형태로 배치될 수 있다. 프레임(540)는 기판(510)과 수직으로 돌출된 제1 단부(미도시)를 가질 수 있고, 기판(510)과 수평으로 돌출된 제2 단부(미도시)를 가질 수 있다.
프레임(540)의 제1 단부는 코일(541) 또는 전자석을 포함할 수 있고, 코일(541) 또는 전자석은 렌즈 구조체(520) 또는 보조 구조체(550)에 포함된 전자석(551) 또는 코일과 상호작용할 수 있도록 내측으로 치우친 위치에 배치될 수 있다.
프레임(540)의 제1 단부에 배치된 코일(541)은 전자석(551)과 전기적으로 상호작용하여 렌즈 구조체(520)의 광축방향 움직임-예를 들어, z축 방향의 움직임-을 발생시킬 수 있다.
프레임(540)의 제2 단부는 코일(542) 또는 전자석을 포함할 수 있고, 코일(542) 또는 전자석은 렌즈 구조체(520) 또는 보조 구조체(550)에 포함된 전자석(552) 또는 코일과 상호작용할 수 있도록 상측으로 치우친 위치에 배치될 수 있다.
프레임(540)의 제2 단부에 배치된 코일(542)은 전자석(552)과 전기적으로 상호작용하여 렌즈 구조체(520)의 광축과 수직한 방향 움직임-예를 들어, x축 방향 또는 y축 방향의 움직임-을 발생시킬 수 있다.
프레임(540)의 제1 단부 및 제2 단부의 중심축은 수직 방향으로 배치될 수 있고, 제1 단부의 코일(541)은 렌즈 구조체(520)를 광학센서(580)로 전달되는 광의 경로-예를 들어, z축 방향-와 수직 방향인 제1 방향으로 움직이는 힘을 제공하거나, 제2 단부의 코일(542)은 렌즈 구조체(520)를 광학센서(580)로 전달되는 광의 경로와 수평 방향-예를 들어, x축 방향 또는 y축 방향-인 제2 방향으로 움직이는 힘을 제공할 수 있다.
거리측정장치(500)에 포함된 전자석과 코일은 보이스코일모터(VCM: Voice Coil Motor)로 정의될 수 있다. 거리측정장치(500)의 코일(541, 542)에 전달되는 전류의 크기 또는 방향을 조절하여 전자석(551, 552)와의 로렌츠 힘을 제어하여 렌즈 구조체(520)의 움직임을 발생시킬 수 있다.
거리측정장치(500)은 플랫 스프링(545)을 더 포함할 수 있다. 플랫 스프링(545)는 프레임(540)과 연결되어 복원력과 유지력을 전달할 수 있다.
플랫 스프링(545)은 렌즈 구조체(520)가 초기위치로 복귀하여 유지할 수 있도록 회복력을 제공할 수 있다. 플랫 스프링(Flat Spring)은 보조 구조체(550)의 일 부분과 프레임(540)의 일 부분이 연결된 구성을 가질 수 있다.
광학센서(580)는 기판(510)에 배치되어 피사체에서 전달되는 광을 수신할 수 있다. 광학센서(580)는 렌즈 구조체(520) 또는 프레임(540)의 움직임에 대응하여 광 수신 위치 또는 영역을 변경하면서 거리 데이터를 획득할 수 있다.
광학센서(580)는 복수의 영역으로 구분되고, 피사체의 영역을 구분하여 인식할 수 있다. 광학센서(580)의 복수의 영역은 물리적으로 구분된 영역일 수 있으나, 가상으로 구분된 영역일 수 있다.
거리측정장치(500)은 프로세서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
프로세서(미도시)는 광학센서(580)가 측정한 광량을 판단할 수 있고, 광량에 기초하여 피사체의 거리 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 프로세서(미도시)는 피사체의 하나의 지점에서 획득된 복수의 데이터를 병합하여 피사체의 거리 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 프로세서(미도시)는 피사체의 복수의 지점에서 획득된 복수의 데이터를 병합하여 피사체의 거리 데이터를 획득할 수 있고, 피사체의 깊이 맵을 생성할 수 있다.
또한, 프로세서(미도시)는 코일(541, 542) 및 전자석(551, 552)의 상호작용으로 발생한 렌즈 구조체(520)의 움직임을 좌표 정보 또는 벡터 정보로 계산하고, 렌즈 구조체(520)의 움직임에 대응하여 광학센서(580)의 영역별로 피사체의 거리 데이터를 획득하고 보정할 수 있다.
예를 들어, 거리측정장치(500)의 수신부의 움직임으로 인해 피사체의 특정 지점의 거리 데이터를 복수 회 획득하는 경우, 프로세서(미도시) 각 거리 데이터의 평균값 또는 대표값을 계산할 수 있다. 이 때, 피사체의 특정 지점의 거리 데이터가 광학센서(580)의 서로 다른 영역에서 측정되는 경우, 피사체의 위치정보를 기준으로 하여 측정된 데이터를 정렬하고 비교하여 보정된 거리 데이터를 획득할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 수신부 구조를 나타내는 제2 예시 도면이다.
도 7을 참조하면, 거리측정장치(600)는 기판(610), 렌즈 구조체(620), 프레임(640), 포고 핀 텐션(660), 광학센서(680) 등을 포함할 수 있다.
기판(610)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board) 등의 표면에 회로부품을 실장할 수 있는 것이면 그 종류는 이에 제한되지 않는다.
렌즈 구조체(620)는 피사체에서 반사되는 광을 센싱하는 광학센서(680) 및 렌즈(미도시)를 포함할 수 있고, 광학센서(680)의 움직임을 발생시킬 수 있는 것이면 전술한 렌즈 구조체와 동일하거나 유사한 기능을 수행할 수 있다.
렌즈 구조체(620)의 바닥면은 포고 핀 텐션(660)과 접촉하고, 포고 핀 텐션(660)의 움직임에 대응하여 렌즈 구조체(620)의 공간상 배치가 변화할 수 있다.
프레임(640)은 기판(610)에 배치되어 거리측정장치(600)의 부품 중 일부를 지지할 수 있고, 거리측정장치(600)의 수신부의 외관을 형성할 수 있다.
플랫 스프링(645)은 프레임(640)에서 연장되어 렌즈 구조체(620)가 초기위치로 복귀하여 유지할 수 있도록 회복력을 제공할 수 있다.
포고 핀 텐션(Pogo Pin Tension, 660)은 기판(610) 전기적으로 연결하여 렌즈 구조체(620) 또는 광학센서(680)로 전달되는 빔의 방향을 변경하는 빔 스티어링을 구현할 수 있다.
포고 핀 텐션(660)은 복수 개의 기둥 형상의 구조체를 포함할 수 있고, 각각의 기둥 형상의 구조체가 포고 핀 텐션으로 정의될 수 있다. 포고 핀 텐션(660)은 복수의 돌출된 단부를 포함하고, 복수의 돌출된 단부 각각은 전자석 및 코일을 포함할 수 있다.
포고 핀 텐션(660)의 내부에는 전자기력을 발생시키는 자석과 코일이 포함될 수 있고, 복수의 포고 핀 텐션(660) 내부에 발생하는 전자기력의 크기 또는 방향에 따라 포고 핀 텐션(660)의 움직임이 개별적으로 제어될 수 있다.
거리측정장치(600)가 적어도 4개의 포고 핀 텐션(660)을 포함하는 경우에 전류의 방향과 세기에 따라 각각의 포고 핀 텐션(660)의 높낮이를 안정적으로 조절할 수 있고, 이는 프로세서(미도시)가 포고 핀 텐션(600)의 코일로 전달하는 전류를 조절하여 포고 핀 텐션(660)의 동작이 제어될 수 있다.
포고 핀 텐션(660)의 높낮이를 개별적으로 조절하여 거리측정장치가 피사체로 전달하는 빔의 방향 또는 광학센서(680)으로 전달되는 빔의 방향을 조절할 수 있다. 예시적으로, 빔의 출사각 또는 수신각을 제어하기 위하여 공간상에서 렌즈 구조체(620) 또는 광학센서(680)의 기울기를 제1 변위(Theta 1)로 정의하여 제어할 수 있다. 필요에 따라, x축과 y축에 의해 형성되는 평면과 z축 사이의 기울기를 세타(theta)로 정의할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
포고 핀 텐션(660)의 변위 제어는 전원 연결을 유지하는 범위 내에서 자율적으로 제어될 수 있고, 이러한 동작 제어는 프로세서(미도시)에 의해 수행될 수 있다.
포고 핀 텐션(660)은 실린더 형태의 외형을 가지고, 내부에 스프링을 포함할 수 있지만, 외부의 기판과 전기적 연결을 유지할 수 있는 것이면 그 형태는 제한되지 않는다.
다른 예시적으로, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)의 수직방향을 z축 방향으로 정의할 때, 각각의 포고 핀 텐션(660) 수직방향 높이에 따라 광이 전달되는 방향의 제2 변위(Theta 2)가 정의될 수 있다.
포고 핀 텐션(660)의 동작 제어에 의해 공간적인 분할을 통한 광 센싱이 가능할 수 있고, 이 경우 피사체를 분할하여 이미지 또는 거리를 측정할 수 있게 되므로 보다 고품질의 이미지 데이터 또는 거리 데이터를 획득할 수 있다.
필요에 따라 광원 모듈은 엔코더(미도시) 또는 홀센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 엔코더(Encoder)는 회전운동이나 직선운동을 하는 물체의 위치와 속도 정보를 전기적인 신호를 출력하는 센서일 수 있고, 포고 핀 텐션의 정밀한 위치 이동 및 센싱에 사용될 수 있다. 또한, 홀센서(Hall Sensor)는 전류가 흐르는 도체에 형성되는 전위차 또는 전기장을 측정하는 센서일 수 있고, 포고 핀 텐션의 정밀한 위치 이동 및 센싱에 사용될 수 있다. 엔코더(미도시) 또는 홀센서(미도시)에 의해 획득된 신호는 별도의 드라이버에 의해 포고 핀 텐션의 움직임에 대한 위치를 실시간으로 피드백 받아 유효한 위치인지 확인할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 수신부 영역별 거리 측정방법을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 거리측정장치(700)은 광학센서(780) 등을 포함할 수 있다.
광학센서(780)는 복수의 영역으로 구분될 수 있고, 거리측정장치(700)의 수신부의 움직임에 대응하여 광학센서(780)의 광 센싱 영역이 변경될 수 있다.
예를 들어, 거리측정장치(700)은 제1 광센싱영역(781), 제2 광센싱영역(782), 제3 광센싱영역(783) 등을 포함할 수 있다. 제1 광센싱영역(781)을 기준 광센싱영역으로 정의하고, 제2 광센싱영역(782)은 거리측정장치의 움직임에 대응하여 x축 방향으로 이동한 영역으로 정의될 수 있으며, 제3 광센싱영역(783)은 거리측정장치의 움직임에 대응하여 y축 방향으로 이동한 영역으로 정의될 수 있다.
광학센서(780)는 도 4의 제1 거리측정장치(300A)와 같이 서로 다른 지점의 거리 데이터를 측정할 수 있고, 제2 거리측정장치(300B)와 같이 같은 지점의 거리 데이터를 측정할 수 있다.
광학센서(780)의 제1 광센싱영역(781), 제2 광센싱영역(782), 제3 광센싱영역(783)에서 획득된 광량에 관한 데이터는 거리측정장치(700)의 모드 정보, 거리측정장치(700)의 송신부 움직임 정보, 거리측정장치(700)의 수신부 움직임 정보 등을 종합하여 병합되거나 보정될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 거리측정장치의 구동모드를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 거리측정장치의 구동모드(800)은 송신부 연계구동 모드(801), 수신부 동작제어 모드(802), 스테레오 거리측정 모드(803), 거리 데이터 병합 모드(804) 등을 포함할 수 있다.
송신부 연계구동 모드(801)는 거리측정장치의 근거리 또는 원거리 모드에 따른 광학장치-예를 들어, 렌즈-의 움직임에 관한 정보를 판단하고, 수신부의 동작을 연계구동하는 모드일 수 있다.
또한, 송신부 연계구동 모드(801)는 거리측정장치의 광원의 출력정보-예를 들어, 출력간격, 출력세기, 출력패턴, 방사각, 출력분포 등- 를 판단하고, 수신부의 동작을 연계구동하는 모드일 수 있다.
수신부 동작제어 모드(802)는 거리측정장치의 수신부의 공간상 움직임을 발생시키는 전자석-코일의 상호작용, 압전소자의 동작, 회전모터의 동작 등의 동작을 제어하는 모드일 수 있다.
가상 스테레오 거리측정 모드(803)는 거리측정장치의 수신부의 각 영역에서 측정한 거리 데이터를 비교하여 측정된 거리 데이터를 업데이트하는 모드일 수 있다.
거리 데이터 병합 모드(804)는 거리측정장치의 광학센서가 측정한 각 영역별 거리 데이터를 병합하여 피사체 전체 또는 일부의 거리 데이터를 획득하는 모드일 수 있다. 거리측정장치가 피사체의 각 영역을 분할하여 순차적으로 센싱하는 경우, 거리 데이터의 병합도 이러한 거리측정장치의 동작에 대응하여 수행될 수 있다.
전술한 각 모드(801, 802, 803, 804)는 거리측정장치의 프로세서(미도시)에서 수행될 수 있으나, 외부의 클라우드 등의 연산장치의 조력으로 모드가 수행될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 거리측정장치의 거리 데이터 획득 방법을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 거리측정장치의 거리 데이터 획득 방법(1000)은 제1 위치의 거리 데이터를 획득하는 단계(S1010), 제2 위치의 거리 데이터를 획득하는 단계(S1020), 위치별 거리 데이터를 병합하거나 보정하는 단계(S1030) 등을 포함할 수 있다.
제1 위치의 거리 데이터를 획득하는 단계(S1010)는 피사체의 제1 위치의 거리 데이터를 획득하는 단계일 수 있다.
제2 위치의 거리 데이터를 획득하는 단계(S1020)는 피사체의 제1 위치와 동일하거나 다른 위치의 거리 데이터를 획득하는 단계일 수 있다.
위치별 거리 데이터를 병합하거나 보정하는 단계(S1030)는 거리측정장치의 광학센서가 피사체의 제1 위치와 제2 위치의 거리 데이터를 병합하거나 보정하는 단계일 수 있다.
프로세서(미도시)는 광학센서의 각 영역별로 획득된 거리 데이터를 병합하여 통합된 거리 데이터를 획득할 수 있고, 일정한 시간별로 각 거리 데이터를 업데이트할 수 있다.
프로세서(미도시)는 광학센서의 각 영역별로 획득된 거리 데이터를 전술한 도 9의 모드 정보에 따라 보정할 수 있고, 거리측정장치의 송신부 또는 수신부의 움직임이 발생할 때마다 이러한 거리 데이터 보정을 반복적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 복수의 카메라를 사용하여 발생하는 픽셀 사이의 불균일(disparity) 문제 및 정렬(align) 문제를 해결할 수 있고, 거리측정장치의 수신부의 움직임에 기초하여 획득되는 거리 데이터의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 하나의 수신부를 사용하게 되므로 획득되는 거리 데이터의 정렬(align) 문제를 보다 간편하게 연산할 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판에 배치되고, 돌출된 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 프레임;
    상기 기판상에 부착된 광학센서;
    상기 광학센서로 광을 전달하고, 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 구조체; 및
    상기 렌즈 구조체에 결합되어 코일과 상호작용하는 전자석을 포함하고,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 코일을 포함하는, 거리측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부의 중심축은 수직 방향으로 배치되고,
    상기 제1 단부의 코일은 상기 렌즈 구조체를 상기 광학센서로 전달되는 광의 경로와 수직 방향인 제1 방향으로 움직이는 힘을 제공하거나, 상기 제2 단부의 코일은 상기 렌즈 구조체를 상기 광학센서로 전달되는 광의 경로와 수평 방향인 제2 방향으로 움직이는 힘을 제공하는, 거리측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학센서는 복수의 영역으로 구분되고, 피사체의 영역을 구분하여 인식하는, 거리측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학센서가 측정한 광량을 판단하는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 광량에 기초하여 피사체의 거리 데이터를 획득하는, 거리측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 피사체의 하나의 지점에서 획득된 복수의 데이터를 병합하여 상기 피사체의 거리 데이터를 획득하는, 거리측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 전자석 및 상기 코일을 상호작용으로 발생한 상기 렌즈 구조체의 움직임을 계산하고, 상기 렌즈 구조체의 움직임에 대응하여 상기 광학센서의 영역별로 피사체의 거리 데이터를 보정하는, 거리측정장치.
  7. 기판;
    상기 기판상에 배치되고, 상기 기판으로부터 전달받은 전류의 크기에 대응하여 위치를 변경하는 포고 핀 텐션;
    상기 포고 핀 텐션과 접촉하고, 하나 이상의 렌즈 및 피사체에서 반사되는 광을 센싱하는 광학센서를 포함하는 렌즈 구조체; 및
    상기 기판에 배치되고, 상기 렌즈 구조체를 지지하는 프레임을 포함하고,
    상기 포고 핀 텐션의 내부 스프링의 움직임에 대응하여 상기 광학센서는 피사체의 위치별 거리 데이터를 획득하는, 거리측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 포고 핀 텐션은 복수의 돌출된 단부를 포함하고, 상기 복수의 돌출된 단부 각각은 전자석 및 코일을 포함하는, 거리측정장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출된 단부에 포함된 상기 전자석 및 상기 코일은 프로세서에 의해 개별적으로 동작하고,
    상기 프로세서는 상기 전자석으로 전달되는 전류의 세기를 조절하는, 거리측정장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학센서는 복수의 영역으로 구분되고, 피사체의 영역을 구분하여 인식하는, 거리측정장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 포고 핀 텐션은 상기 렌즈 구조체의 공간상 움직임을 발생시키고, 상기 광학센서의 광 센싱 영역을 정의하는, 거리측정장치.
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