KR20240124017A - 광출력장치 및 이를 포함하는 카메라 장치 - Google Patents

광출력장치 및 이를 포함하는 카메라 장치 Download PDF

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KR20240124017A
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치는 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 하나의 VCSEL(vertical cavity surface emission laser), 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에 배치되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 광축 방향으로 모두 오버랩하는 렌즈, 상기 제1 영역과 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호를 디포커싱하거나 스캐터링하는 광변환부재, 그리고 상기 제1 영역의 에미터 및 상기 제2 영역의 에미터를 독립적으로 구동하는 하나의 구동 IC를 포함하고, 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역은 상기 렌즈와 상기 광축 방향으로 직접 대면한다.

Description

광출력장치 및 이를 포함하는 카메라 장치{LIGHT OUTPUT DEVICE AND CAMERA DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광출력장치 및 이를 포함하는 카메라 장치에 관한 것이다.
3 차원 콘텐츠는 게임, 문화뿐만 아니라 교육, 제조, 자율주행 등 많은 분야에서 적용되고 있으며, 3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다. 깊이 정보를 획득하는 방법으로, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하는 방식, 스테레오 카메라를 이용하는 방식, TOF(Time of Flight) 방식 등이 이용되고 있다.
ToF 방식에 따르면, 비행 시간, 즉 빛을 쏘아서 반사되어 오는 시간을 측정함으로써 물체와의 거리를 계산한다. ToF 방식의 가장 큰 장점은 3차원 공간에 대한 거리 정보를 실시간으로 빠르게 제공한다는 점에 있다. 또한 사용자가 별도의 알고리즘 적용이나 하드웨어적 보정을 하지 않고도 정확한 거리 정보를 얻을 수 있다. 또한 매우 가까운 피사체를 측정하거나 움직이는 피사체를 측정하여도 정확한 깊이 정보를 획득할 수 있다.
IR 구조광 방식에 따르면, 발광부로부터 구조광인 점조명 패턴이 출사되고, ToF 방식에 따르면, 발광부로부터 면조명 패턴이 출사될 수 있다. IR 구조광 방식에 따른 깊이 정보 획득이 더욱 적절한 상황과 ToF 방식에 따른 깊이 정보 획득이 더욱 적절한 상황이 다를 수 있다.
또는, ToF 방식에서, 높은 해상도를 위하여 면조명 패턴이 출력될 수 있다. 다만, 아이세이프티(eye safety) 기준을 만족시키기 위하여 출력되는 광의 전체 평균 전력(total average power, total Pavg)에 제한이 가해지게 된다. 이에 따라, 원거리의 깊이 정보를 획득하고자 할 경우, 면조명 패턴이 사용되기 어려운 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 원거리의 깊이 정보를 획득하고자 할 경우 점조명 패턴을 사용하고, 근거리의 깊이 정보를 획득하고자 할 경우 면조명 패턴을 사용하고자 하는 시도가 있다.
이에, 하나의 카메라 장치가 면조명 패턴 및 점조명 패턴을 모두 출력하도록 설계되는 기술이 필요하다. 다만, 하나의 카메라 장치가 면조명 패턴을 출력하는 플루드 일루미네이터(flood illuminator)와 점조명 패턴을 출력하는 닷 프로젝터(dot projector)를 모두 포함하는 경우, 장치의 사이즈가 커지는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 플루드 일루미네이터가 면조명 패턴을 구현하고, 닷 프로젝터가 점조명 패턴을 구현하기 위하여, 플루드 일루미네이터 및 닷 프로젝터의 높이가 달라지도록 설계되어야 하는데, 이를 위하여 별도의 구조물이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 면조명 패턴을 출력하는 플루드 일루미네이터와 점조명 패턴을 출력하는 닷 프로젝터가 통합된 광출력장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 근거리뿐만 아니라 원거리에서의 깊이 정보를 측정할 수 있는 카메라 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 IR 구조광 방식 및 ToF 방식을 모두 지원하는 카메라 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치는 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 하나의 VCSEL(vertical cavity surface emission laser), 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에 배치되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 광축 방향으로 모두 오버랩하는 렌즈, 상기 제1 영역과 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호를 디포커싱하거나 스캐터링하는 광변환부재, 그리고 상기 제1 영역의 에미터 및 상기 제2 영역의 에미터를 독립적으로 구동하는 하나의 구동 IC를 포함하고, 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역은 상기 렌즈와 상기 광축 방향으로 직접 대면한다.
상기 광변환부재는 상기 렌즈를 향하여 돌출된 마이크로렌즈어레이 또는 상기 렌즈를 향하여 돌출된 에칭 표면을 포함하는 레이어일 수 있다.
상기 제1 영역과 상기 광변환부재의 상면 간 수직 거리는 상기 광변환부재의 상면과 상기 렌즈 간 수직 거리보다 짧을 수 있다.
상기 광변환부재는 상기 제1 영역에 직접 접촉하도록 배치될 수 있다.
상기 하나의 VCSEL는 상기 하나의 구동 IC가 배치된 기판 상에 배치되고, 상기 기판을 기준으로 상기 제1 영역의 높이 및 상기 제2 영역의 높이는 동일할 수 있다.
상기 제2 영역과 상기 렌즈 사이에는 상기 광변환부재가 배치되지 않을 수 있다.
상면으로부터 바라보았을 때, 상기 제2 영역의 넓이는 상기 제1 영역의 넓이보다 클 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 하나의 VCSEL의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 상기 제1 영역은 상기 하나의 VCSEL의 가장자리 영역에 배치될 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 하나의 VCSEL의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 렌즈의 상면의 가장자리 영역을 따라 DOE(diffractive optical element) 패턴이 형성될 수 있다.
상기 DOE 패턴은 상기 하나의 VCSEL의 중심에 대하여 대칭하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광출력장치는 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 하나의 VCSEL(vertical cavity surface emission laser), 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에 배치되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 광축 방향으로 모두 오버랩하는 렌즈, 그리고 상기 제1 영역의 에미터 및 상기 제2 영역의 에미터를 독립적으로 구동하는 하나의 구동 IC를 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 하나의 VCSEL의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되며, 상기 렌즈의 상면의 가장자리 영역을 따라 DOE(diffractive optical element) 패턴이 형성되고, 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치는 출력광 신호를 생성하여 객체에 조사하는 발광부, 상기 객체로부터 반사된 후 입력된 입력광 신호를 수신하는 수광부, 그리고 상기 수광부에 입력된 상기 입력광 신호를 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 생성하는 정보 생성부를 포함하며, 상기 발광부는, 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 하나의 VCSEL(vertical cavity surface emission laser), 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에 공통으로 배치된 렌즈, 상기 제1 영역과 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호를 디포커싱하거나 스캐터링하는 광변환부재, 그리고 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 독립적으로 구동하는 하나의 구동 IC를 포함하고, 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제조 공정의 복잡도 및 장치의 크기를 중가시키지 않고도 점조명 패턴 및 면조명 패턴을 모두 구현할 수 있는 카메라 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치의 개념적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치의 발광 패턴의 예이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치 내 광변환부재의 상면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광출력장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광출력장치 내 광변환부재의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광출력장치의 상면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광출력장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광출력장치의 렌즈의 상면의 일 예이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치의 분해도이다.
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, C 중 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 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 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.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 ToF(Time of Flight) 기능을 이용하여 깊이 정보를 추출하는 카메라를 의미할 수 있다. 따라서, 카메라 장치는 깊이 정보 추출 장치, ToF 카메라 장치, ToF 카메라 모듈, ToF 카메라 등과 혼용될 수 있다.
또는, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 ToF 방식 및 IR 구조광 기능을 모두 지원하며 깊이 정보를 추출하는 카메라를 의미할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치의 개념적인 단면도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치의 발광 패턴의 예이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)는 발광부(100), 수광부(200), 정보 생성부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.
발광부(100)는 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태로 출력광 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다. 출력광 신호를 펄스파나 지속파 형태로 생성함으로써, 카메라 장치(1000)는 발광부(100)로부터 출력된 출력광 신호와 객체로부터 반사된 후 수광부(200)로 입력된 입력광 신호 사이의 시간 차 또는 위상 차를 검출할 수 있다. 본 명세서에서, 출력광은 발광부(100)로부터 출력되어 객체에 입사되는 광을 의미하고, 입력광은 발광부(100)로부터 출력되어 객체에 도달한 후 객체로부터 반사되어 수광부(200)로 입력되는 광을 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 출력광의 패턴은 발광 패턴이라 지칭되고, 입력광의 패턴은 입사 패턴이라 지칭될 수 있다. 객체의 입장에서 출력광은 입사광이 될 수 있고, 입력광은 반사광이 될 수도 있다.
발광부(100)는 광원(110) 및 광원(110) 상에 배치된 렌즈군(120)을 포함할 수 있다. 광원(110)은 빛을 생성하고, 출력한다. 광원(110)이 생성하는 빛은 파장이 770 내지 3000nm인 적외선 일 수 있다. 또는 광원(110)이 생성하는 빛은 파장이 380 내지 770 nm인 가시광선 일 수 있다. 광원(110)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 이용할 수 있으며, 복수의 발광 다이오드가 일정한 패턴에 따라 배열된 형태를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 광원(110)은 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diode, OLED)나 레이저 다이오드(Laser diode, LD)를 포함할 수도 있다. 또는, 광원(110)은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수도 있다. VCSEL은 전기 신호를 광 신호로 바꾸어 주는 레이저 다이오드 중 하나이며, 약 800 내지 1000nm인 파장, 예를 들어 약 850nm 또는 약 940nm 파장을 출력할 수 있다. 광원(110)은 일정 시간 간격으로 점멸(on/off)을 반복하여 펄스파 형태나 지속파 형태의 출력광 신호를 생성한다. 일정 시간 간격은 출력광 신호의 주파수일 수 있다.
렌즈군(120)은 광원(110)으로부터 출력된 빛을 집광하고, 집광된 빛을 외부로 출력할 수 있다. 렌즈군(120)은 광원(110)의 상부에서 광원(110)과 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 광원(110)의 상부란 광원(110)으로부터 빛이 출력되는 측을 의미할 수 있다. 렌즈군(120)은 적어도 1매의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈군(120)이 복수 매의 렌즈를 포함하는 경우, 각 렌즈들은 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수 있다. 여기서, 중심축은 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈군(120)은 콜리메이션 렌즈를 포함할 수 있다.
렌즈군(120) 상에는 커버부재(130)가 더 배치될 수 있다. 도시되지 않았으나, 렌즈군(120)과 커버부재(130) 사이에는 확산부재가 더 배치되어, 광원(110) 및 렌즈군(120)으로부터 출력된 빛을 굴절 또는 회절시켜 출력할 수 있다.
수광부(200)는 객체로부터 반사된 광신호를 수신할 수 있다. 이때, 수신되는 광신호는 발광부(100)가 출력한 광신호가 객체로부터 반사된 것일 수 있다.
수광부(200)는 이미지 센서(210), 이미지 센서(210) 상에 배치되는 필터(220) 및 필터(220) 상에 배치되는 렌즈군(230)을 포함할 수 있다. 객체로부터 반사된 광신호는 렌즈군(230)을 통과할 수 있다. 렌즈군(230)의 광축은 이미지 센서(210)의 광축과 얼라인(align)될 수 있다. 필터(220)는 렌즈군(230)과 이미지 센서(210) 사이에 배치될 수 있다. 필터(220)는 객체와 이미지 센서(210) 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 필터(220)는 소정 파장 범위를 갖는 빛을 필터링할 수 있다. 필터(220)는 빛의 특정 파장 대역을 투과시킬 수 있다. 필터(220)는 특정 파장의 빛을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 필터(220)는 적외선 대역의 빛을 통과시키고 적외선 대역 이외의 빛을 차단시킬 수 있다. 이미지 센서(210)는 빛을 센싱할 수 있다. 이미지 센서(210)는 광신호를 수신할 수 있다. 이미지 센서(210)는 광신호를 감지하여 전기적 신호로 출력할 수 있다. 이미지 센서(210)는 광원(110)이 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(210)는 적외선 대역의 빛을 감지할 수 있다.
이미지 센서(210)는 복수의 픽셀이 그리드 형태로 배열된 구조로 구성될 수 있다. 이미지 센서(210)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있으며, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서일 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)가 ToF 방식을 지원하는 경우, 이미지 센서(210)는 객체로부터 반사된 IR 광을 받아들여 시간 차 또는 위상 차를 이용해 거리를 측정하는 ToF 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)가 ToF 방식 및 IR 구조광 방식을 모두 지원하는 경우, 이미지 센서(210)는 객체로부터 반사된 IR 광을 받아들여 시간 차 또는 위상 차를 이용해 거리를 측정하기 위한 ToF 센서 및 IR 구조광의 디스패리티를 이용해 거리를 측정하기 위한 IR 구조광 센서를 포함할 수 있다.
수광부(200)와 발광부(100)는 나란히 배치될 수 있다. 수광부(200)는 발광부(100) 옆에 배치될 수 있다. 수광부(200)는 발광부(100)와 같은 방향으로 배치될 수 있다.
정보 생성부(300)는 수광부(200)에 입력된 입력광 신호를 이용하여 객체의 깊이 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 정보 생성부(300)는 발광부(100)로부터 출력된 출력광 신호가 객체로부터 반사된 후 수광부(200)에 입력되기까지 걸리는 비행시간을 이용하여 객체의 깊이 정보를 계산할 수 있다. 예를 들어, 정보 생성부(300)는 이미지 센서(210)가 수신한 전기신호를 이용하여 출력광 신호와 입력광 신호 사이의 시간차를 계산하고, 계산된 시간차를 이용하여 객체와 3차원 센싱 장치(1000) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 예를 들어, 정보 생성부(300)는 센서로부터 수신한 전기신호를 이용하여 출력광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차를 계산하고, 계산된 위상차를 이용하여 객체와 카메라 장치(1000) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 또는, 정보 생성부(300)는 발광부(100)로부터 출력된 출력광 신호의 IR 구조광과 수광부(200)로 입사된 입력광 신호의 IR 구조광의 디스패리티를 이용하여 객체와 카메라 장치(1000) 사이의 거리를 계산할 수도 있다.
제어부(400)는 발광부(100), 수광부(200) 및 정보 생성부(300)의 구동을 제어한다. 정보 생성부(300) 및 제어부(400)는 PCB(printed circuit board)의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 정보 생성부(300) 및 제어부(400)는 다른 구성의 형태로 구현될 수도 있다. 또는, 제어부(400)는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)가 배치된 단말 또는 차량에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제어부(400)는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)가 탑재된 스마트폰의 어플리케이션 프로세서(Application Processor, AP)의 형태로 구현되거나, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)가 탑재된 차량의 ECU(electronic control unit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발광부(100)는 다양한 패턴의 빛을 출력할 수 있다.
일예로, 발광부(100)는 면조명 패턴(도 3(a) 참조)을 출력할 수 있다. 면조명 패턴은 소정 영역 내에 빛이 균일하게 퍼진 형태로, 플루드(flood) 조명 패턴, 면 광원 패턴 등과 혼용될 수 있다. 여기서 균일하다고 함은 빛이 조사되는 공간에 동일한 광량이 조사됨을 의미하는 것이 아니라, 빛이 공간상에 연속적으로 퍼져 있음을 의미할 수 있다. 플루드 조명 패턴의 경우에는 빛이 공간상에 균일하게(연속적으로) 퍼지므로, 풀루드 조명 패턴의 빛을 객체에 조사할 경우, 높은 해상도의 깊이 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다. 다만, 빛이 공간상에 균일하게 퍼지게 되므로 수광량이 적어 객체와의 거리가 멀어질수록 깊이 정보의 정밀도(precision)가 떨어질 수 있다. 정밀도를 높이기 위해서는 광원(110)의 출력을 높일 수 있으나, 소비 전력이 높아지고 안전성(eye-safety)에 문제가 발생할 수 있다.
다른 일예로, 발광부(100)는 점조명 패턴(도 3(b) 참조)을 출력할 수 있다. 점조명 패턴은 소정 영역 내에서 일정 간격으로 이격된 스팟 어레이 형태를 의미하며, 스팟(spot) 조명 패턴, 점 광원 패턴 등과 혼용될 수 있다. 여기서, 점조명 패턴은 빛이 공간상에 국소적으로 집광되는 패턴, 즉, 빛이 공간상에 연속적으로 퍼지지 않고 국소적으로 집중되는 패턴을 의미할 수 있다. 점조명 패턴의 경우에는 빛이 국소적으로 집중되므로 각 스팟이 가지는 광량이 높다. 이에 따라, 객체와의 거리가 멀더라도 정밀도가 높은 깊이 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다. 다만, 빛이 국소적으로 집중됨에 따라, 면조명 패턴에 비해 깊이 정보의 해상도가 낮다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발광부(100)가 제어 신호에 따라 면조명 패턴의 빛을 객체에 조사하거나 점조명 패턴의 빛을 객체에 조사하여 각각의 장점을 극대화하고자 한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치의 상면도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 광출력장치 내 광변환부재의 상면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광출력장치의 단면도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광출력장치 내 광변환부재의 상면도이다. 본 명세서에서, 광출력장치는 발광부와 혼용될 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 내용 중 발광부에 대한 설명은 광출력장치에 적용될 수 있으며, 설명의 편의를 위하여 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 광출력장치(600)는 광원(610), 광원(610) 상에 배치된 렌즈군(620) 및 렌즈군(620) 상에 배치된 커버부재(630)를 포함한다.
광원(610)은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수 있다. VCSEL은 전기 신호를 광 신호로 바꾸어 주는 레이저 다이오드 중 하나이며, 약 800 내지 1000nm인 파장, 예를 들어 약 850nm 또는 약 940nm 파장을 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광원(610)은 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함하는 하나의 VCSEL(610V)을 포함하며, 제1 영역(R1)의 에미터 및 제2 영역(R2)의 에미터는 하나의 구동 IC(Integrated Chip, 610IC)에 의하여 독립적으로 구동된다. 즉, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)은 각각 복수의 에미터를 포함하는 어레이 형태를 가지며, 서로 이격되고, 하나의 구동 IC(610IC) 상에 구현되고, 하나의 구동 IC(610IC)에 의하여 독립적으로 구동될 수 있다. 이때, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 간 이격 거리는 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 80㎛, 더 바람직하게는 30㎛ 내지 60㎛일 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)이 서로 아이솔레이션되면서도, 광출력장치(600)의 사이즈를 줄일 수 있다. 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)이 하나의 구동 IC(Integrated Chip, 610IC)에 의하여 독립적으로 구동되면, 빠른 스위칭이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈군(620)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 상에 공통으로 배치된다. 즉, 렌즈군(620)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 상에 배치되고, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 광축 방향으로 모두 오버랩한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈군(620)에 포함되는 적어도 1매의 렌즈의 폭은 제1 영역(R1)의 폭 및 제2 영역(R2)의 폭의 합보다 크며, 하나의 렌즈가 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 모두 커버하도록 배치될 수 있다. 여기서, 폭은 광출력장치(600)의 광축에 대하여 수직하는 방향의 길이를 의미할 수 있다. 제2 영역(R2)은 렌즈군(620)과 광축 방향으로 직접 대면하도록 배치될 수 있다. 이에 따르면, 광원(610)과 렌즈군(620) 간 얼라인 공정이 간소화될 수 있으며, 광출력장치(600)의 사이즈가 최소화되고, 광출력장치(600)의 구조가 간략화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 제2 영역(R2)으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사된다. 이를 위하여, 제1 영역(R1)과 렌즈군(620) 사이에는 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호를 디포커싱하거나 스캐터링하는 광변환부재(640)가 더 배치될 수 있다. 이러한 광변환부재(640)는 제1 영역(R1)과 렌즈군(620) 사이에 배치되되, 제2 영역(R2)과 렌즈군(620) 사이에는 배치되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호는 광변환부재(640)에 의하여 디포커싱되거나 스캐터링되어 면조명 패턴으로 출사되고, 제2 영역(R2)으로부터 출력된 출력광 신호는 디포커싱 또는 스캐터링되지 않고 점조명 패턴으로 출사될 수 있다.
이에 따르면, 하나의 VCSEL(610V)은 하나의 구동 IC(610IC)가 배치된 기판 상에 배치되며, 기판을 기준으로 제1 영역(R1)의 높이 및 제2 영역(R2)의 높이는 서로 동일할 수 있다. 여기서, 제1 영역(R1)의 높이 및 제2 영역(R2)의 높이는 각각 기판을 기준으로 광축을 향하는 방향으로 최고 높이를 의미할 수 있다. 제1 영역(R1)의 높이 및 제2 영역(R2)의 높이는 서로 동일하다는 것은 ±5% 이내의 오차 범위 내에 있음을 의미할 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 제2 영역(R2)으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사되면서도, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)의 높이를 조절하기 위한 별도의 구조물이 요구되지 않으므로, 광출력장치(600)의 사이즈를 줄일 수 있고, 광출력장치(600)의 제작 공정이 간소화될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 광변환부재(640)는 마이크로렌즈어레이를 포함할 수 있다. 이때, 마이크로렌즈어레이는 렌즈군(620)을 향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호가 마이크로렌즈어레이를 통과하면, 디포커싱되어 면조명 패턴으로 출사될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 마이크로렌즈어레이에 포함되는 마이크로렌즈의 피치 또는 곡률에 의해 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴의 화각이 제어될 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1)의 면적이 작게 설계되더라도, 마이크로렌즈어레이에 포함되는 마이크로렌즈의 피치 또는 곡률을 제어하여 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴의 화각을 확대할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 마이크로렌즈어레이에 포함되는 마이크로렌즈의 직경(D)은 모두 서로 상이하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈어레이에 포함되는 마이크로렌즈의 직경은 랜덤하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈 어레이에 포함되는 마이크로렌즈의 직경은 난수 생성에 의해 설계될 수 있다. 이를 위하여, 마이크로렌즈의 직경은 마이크로렌즈의 개수만큼의 기각 샘플링에 의해 추출될 수 있다. 이에 따르면, 회절차수 별 회절각도가 겹치지 않고, 회절차수에 따른 회절각도의 겹침에 의한 보강 간섭 및 상쇄 간섭이 최소화될 수 있으며, 보다 균일한 면조명 패턴을 구현할 수 있다.
또는, 도 7 및 도 8을 참조하면, 광변환부재(640)는 에칭 표면을 포함하는 레이어일 수 있다. 이때, 에칭 표면은 렌즈군(620)을 향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호가 에칭 표면을 통과하면, 스캐터링되어 면조명 패턴으로 출사될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 에칭 표면의 표면거칠기에 의해 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴의 화각을 제어할 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1)의 면적이 작게 설계되더라도, 에칭 표면의 표면 거칠기를 제어하여 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴의 화각을 확대할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 에칭 표면에 포함되는 피치의 높이 및 폭은 모두 서로 상이하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 에칭 표면에 포함되는 피치의 높이 및 폭 중 적어도 하나는 랜덤하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 에칭 표면에 포함되는 피치의 높이 및 폭 중 적어도 하나는 난수 생성에 의해 설계될 수 있다. 이를 위하여, 에칭 표면에 포함되는 피치의 높이 및 폭 중 적어도 하나는 피치의 개수만큼의 기각 샘플링에 의해 추출될 수 있다. 이에 따르면, 회절차수 별 회절각도가 겹치지 않고, 회절차수에 따른 회절각도의 겹침에 의한 보강 간섭 및 상쇄 간섭이 최소화될 수 있으며, 보다 균일한 면조명 패턴을 구현할 수 있다.
도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 영역(R1)과 광변환부재(640)의 상면 간 수직 거리는 광변환부재(640)의 상면과 렌즈군(620) 간 수직 거리보다 짧을 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호의 디포커싱 또는 스캐터링 효과가 높아질 수 있다. 바람직하게는, 광변환부재(640)는 제1 영역(R1)에 접촉할 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호의 디포커싱 또는 스캐터링 효과가 극대화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상면에서 바라보았을 때, 제2 영역(R2)의 넓이는 제1 영역(R1)의 넓이보다 클 수 있다. 이에 따르면, 원거리의 깊이 정보를 획득하기 위한 점조명 패턴에 할당되는 전력의 크기가 근거리의 깊이 정보를 획득하기 위한 면조명 패턴에 할당되는 전력의 크기보다 크게 보장될 수 있다. 뿐만 아니라, 전술한 바와 같이, 제1 영역(R1)에 배치되는 마이크로렌즈어레이에 포함되는 마이크로렌즈의 직경 또는 에칭 표면의 표면 거칠기를 제어하여 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴의 화각을 확대할 수 있으므로, 제1 영역(R1)의 넓이가 제2 영역(R2)의 넓이보다 작더라도, 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴은 객체를 포함하는 전체 조사 영역에 조사될 수 있다. 이에 따르면, 근거리뿐만 아니라 원거리에서도 높은 정밀도로 깊이 정보를 추출할 수 있는 카메라 장치를 얻을 수 있다. 또는 ToF 방식에 따른 깊이 정보 추출뿐만 아니라 IR 구조광 방식에 따른 깊이 정보 추출도 가능한 카메라 장치를 얻을 수 있다.
이때, 제2 영역(R2)은 하나의 VCSEL(610V)의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 제1 영역(R1)은 하나의 VCSEL(610V)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 도 4에는 제1 영역(R1)이 하나의 VCSEL(610V)의 좌측 가장자리에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 영역(R1)이 하나의 VCSEL(610V)의 우측 가장자리에 배치되거나, 제1 영역(R1)이 하나의 VCSEL(610V)의 좌측 가장자리 및 우측 가장자리에 배치될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 제1 영역(R1)에 배치되는 마이크로렌즈어레이에 포함되는 마이크로렌즈의 직경 또는 에칭 표면의 표면 거칠기를 제어하여 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴의 화각을 확대할 수 있으므로, 제1 영역(R1)의 넓이가 제2 영역(R2)의 넓이보다 작더라도, 제1 영역(R1)으로부터 출사되는 면조명 패턴은 객체를 포함하는 전체 조사 영역에 조사될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광출력장치의 상면도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광출력장치의 단면도이며, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광출력장치의 렌즈의 상면의 일 예이다. 본 명세서에서, 광출력장치는 발광부와 혼용될 수 있다. 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 내용 중 발광부에 대한 설명은 광출력장치에 적용될 수 있으며, 설명의 편의를 위하여 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 광출력장치(700)는 광원(710), 광원(710) 상에 배치된 렌즈군(720) 및 렌즈군(720) 상에 배치된 커버부재(730)를 포함한다.
광원(710)은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수 있다. VCSEL은 전기 신호를 광 신호로 바꾸어 주는 레이저 다이오드 중 하나이며, 약 800 내지 1000nm인 파장, 예를 들어 약 850nm 또는 약 940nm 파장을 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광원(710)은 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함하는 하나의 VCSEL(710V)을 포함하며, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)은 하나의 구동 IC(Integrated Chip, 710IC)에 의하여 독립적으로 구동된다. 즉, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)은 각각 복수의 에미터를 포함하는 어레이 형태를 가지며, 서로 이격되고, 하나의 구동 IC(710IC) 상에 구현되고, 하나의 구동 IC(710IC)에 의하여 독립적으로 구동될 수 있다. 이때, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 간 이격 거리는 10㎛ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 80㎛, 더 바람직하게는 30㎛ 내지 60㎛일 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)이 서로 아이솔레이션되면서도, 광출력장치(700)의 사이즈를 줄일 수 있다. 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)은 하나의 구동 IC(Integrated Chip, 710IC)에 의하여 독립적으로 구동되면, 빠른 스위칭이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈군(720)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 상에 공통으로 배치된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 렌즈군(720)에 포함되는 적어도 1매의 렌즈가 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 모두 커버하도록 배치될 수 있다. 이에 따르면, 광원(710)과 렌즈군(720) 간 얼라인 공정이 간소화될 수 있으며, 광출력장치(700)의 사이즈가 최소화되며, 구조가 간략화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈군(720)의 상면 가장자리를 따라 DOE(diffractive optical element) 패턴이 형성될 수 있다. 이때, DOE 패턴은 하나의 VCSEL(710V)의 중심에 대하여 대칭하도록 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 영역(R2)은 하나의 VCSEL(710V)의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 제1 영역(R1)은 제2 영역(R2)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호는 렌즈군(720)의 상면 중 DOE 패턴이 형성된 영역을 통과하고, 제2 영역(R2)으로부터 출사된 출력광 신호는 렌즈군(720)의 상면 중 DOE 패턴이 형성되지 않은 영역을 통과할 수 있다. 이에 따르면, 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 제2 영역(R2)으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사된다. 이에 따르면, 근거리뿐만 아니라 원거리에서도 높은 정밀도로 깊이 정보를 추출할 수 있는 카메라 장치를 얻을 수 있다. 또는 ToF 방식에 따른 깊이 정보 추출뿐만 아니라 IR 구조광 방식에 따른 깊이 정보 추출도 가능한 카메라 장치를 얻을 수 있다. 특히, 출력광 신호가 DOE 패턴을 통과하면, 화각이 커질 수 있다. 이에 따라, 제2 영역(R2)은 하나의 VCSEL(710V)의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 제1 영역(R1)은 제2 영역(R2)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 경우, 면조명 패턴의 조사 영역과 점조명 패턴의 조사 영역은 겹쳐질 수 있다.
이상에서, 도 4 내지 도 8의 실시예와 도 9 내지 11의 실시예가 독립된 실시예로 설명되고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 도 4 내지 도 8의 실시예와 도 9 내지 도 11의 실시예는 서로 조합될 수도 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 8의 실시예에서 렌즈군(620)의 상면 중 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호가 통과하는 영역에는 DOE 패턴이 형성될 수 있다. 또는, 도 9 내지 도 11의 실시예에서 제1 영역(R1) 상에는 제1 영역(R1)으로부터 출력된 출력광 신호를 디포커싱하거나 스캐터링하기 위한 광변환부재가 더 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)는 면조명 패턴 및 점조명 패턴을 출력하는 ToF 카메라 장치일 수 있다. 이에 따르면, 객체의 거리에 따라 면조명 패턴과 점조명 패턴의 출력이 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000)는 ToF 방식 및 IR 구조광 방식을 모두 지원하는 카메라 장치일 수도 있다. 이에 따르면, 배경광이 없는 암실 등의 환경이거나, 정밀한 깊이 정보 추출이 요구되는 경우 카메라 장치(1000)는 점조명 패턴을 출력하고, 배경광이 있는 환경이거나, 사물의 대략적인 위치 판단이 필요한 경우 카메라 장치(1000)는 면조명 패턴을 출력할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치의 분해도이다.
카메라 장치는 발광부와 수광부를 포함할 수 있다. 다만, 기판(10), 홀더(30) 및 쉴드 캔(50) 등의 구성은 일체로 형성되어 발광부와 수광부에 공용으로 사용되므로 발광부와 수광부로 구분하기 어려울 수 있다. 이 경우 위 구성들 각각이 발광부와 수광부 각각의 구성요소로 이해될 수 있다. 다만, 변형례로 기판(10), 홀더(30) 및 쉴드 캔(50) 등의 공용 구성은 발광부와 수광부에 각각 별도로 제공될 수 있다.
발광부는 기판(10), 광원(20), 홀더(30), 확산부재(41), 디퓨져 링(42) 및 쉴드 캔(50)을 포함할 수 있다. 수광부는 기판(10), 센서(60), 필터(80), 홀더(30), 렌즈(70), 배럴(71) 및 쉴드 캔(50)을 포함할 수 있다.
기판(10)은 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)을 포함할 수 있다. 기판(10)은 FPCB(91)를 통해 커넥터와 연결될 수 있다. 기판(10)과 FPCB(91)는 RFPCB(Rigid Flexible PCB)로 형성될 수 있다. 기판(10)에는 광원(20)과 센서(60)가 배치될 수 있다. 기판(10)은 홀더(30) 아래에 배치될 수 있다. 기판(10)은 단자를 포함할 수 있다. 기판(10)의 단자는 쉴드 캔(50)의 결합부와 결합될 수 있다. 기판(10)의 단자는 복수의 단자를 포함할 수 있다. 기판(10)의 단자는 2개의 단자를 포함할 수 있다.
광원(20)은 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 광원(20)은 기판(10)에 접촉하여 배치될 수 있다. 광원(20)은 기판(10) 위에 배치될 수 있다. 광원(20)은 기판(10)에 배치될 수 있다. 광원(20)은 앞서 설명한 광원(110, 610, 710)에 대응할 수 있다.
홀더(30)는 기판(10) 상에 배치될 수 있다. 홀더(30)는 기판(10)에 접촉하여 배치될 수 있다. 홀더(30)는 기판(10) 위에 배치될 수 있다. 홀더(30)는 기판(10)에 배치될 수 있다. 홀더(30)는 접착제에 의해 기판(10)에 고정될 수 있다. 홀더(30)는 내부에 광원(20), 디퓨져 모듈(40), 센서(60) 및 필터(80)를 수용할 수 있다. 홀더(30)는 플라스틱 사출물일 수 있다. 홀더(30)는 사출에 의해 형성될 수 있다.
디퓨져 모듈(40)은 확산부재(41)와 디퓨져 링(42)을 포함할 수 있다. 디퓨져 모듈(40)은 변형례와 같이 일체로 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 사출 성형시 성형성을 증가시키기 위해 확산부재(41)와 디퓨져 링(42)으로 분리 제조할 수 있다. 확산부재(41)와 디퓨져 링(42)은 서로 분리될 수 있다.
확산부재(41)는 디퓨저 렌즈일 수 있다. 확산부재(41)는 앞서 설명한 확산부재(120), 확산부재(700)에 대응할 수 있다. 확산부재(41)는 홀더(30) 내에 배치될 수 있다. 확산부재(41)는 홀더(30)에 결합될 수 있다. 확산부재(41)는 홀더(30)에 고정될 수 있다. 확산부재(41)는 광원(20)으로부터 방출되는 빛의 광경로 상에 배치될 수 있다. 확산부재(41)는 광원(20) 상에 배치될 수 있다. 확산부재(41)는 광원(20) 위에 배치될 수 있다. 확산부재(41)는 플라스틱 사출물일 수 있다. 확산부재(41)는 플라스틱 사출에 의해 형성될 수 있다. 확산부재(41)의 상단의 높이는 렌즈(70)의 상단의 높이와 대응할 수 있다. 확산부재(41)는 수직방향 중 상방향으로 삽입되어 홀더(30)와 결합될 수 있다. 이때, 상방향은 홀더(30)의 하부에서 홀더(30)의 상부를 향하는 방향일 수 있다. 확산부재(41)의 일부는 상방향으로 홀더(30)와 오버랩될 수 있다.
디퓨져 링(42)은 홀더(30) 내에 배치될 수 있다. 디퓨져 링(42)은 홀더(30)에 고정될 수 있다. 디퓨져 링(42)은 홀더(30)에 결합될 수 있다. 디퓨져 링(42)은 확산부재(41) 아래에 배치될 수 있다. 디퓨져 링(42)은 확산부재(41)를 지지할 수 있다. 디퓨져 링(42)은 확산부재(41)와 접촉될 수 있다. 디퓨져 링(42)은 플라스틱 사출물일 수 있다. 디퓨져 링(42)은 플라스틱 사출에 의해 형성될 수 있다.
쉴드 캔(50)은 홀더(30)의 몸체부를 커버할 수 있다. 쉴드 캔(50)은 커버(cover)를 포함할 수 있다. 쉴드 캔(50)은 커버 캔(cover can)을 포함할 수 있다. 쉴드 캔(50)은 비자성체일 수 있다. 쉴드 캔(50)은 금속 재질로 형성될 수 있다. 쉴드 캔(50)은 금속의 판재로 형성될 수 있다. 쉴드 캔(50)은 기판(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 쉴드 캔(50)은 솔더볼을 통해 기판(10)과 연결될 수 있다. 이를 통해, 쉴드 캔(50)은 그라운드될 수 있다. 쉴드 캔(50)은 전자 방해 잡음(EMI, electro magnetic interference)을 차단할 수 있다. 이때, 쉴드 캔(50)은 'EMI 쉴드캔'으로 호칭될 수 있다. 본 실시예에서는 광학 장치의 내부에서 높은 전압이 이용됨에 따라 전자 방해 잡음이 커질 수 있는데 쉴드 캔(50)이 전자 방해 잡음을 차단할 수 있다.
센서(60)는 기판(10)에 배치될 수 있다. 센서(60)는 기판(10)에 홀더(30)의 격벽의 타측에 배치될 수 있다. 즉, 센서(60)는 홀더(30)의 격벽을 기준으로 광원(20)의 반대편에 배치될 수 있다. 센서(60)는 적외선을 감지할 수 있다. 센서(60)는 적외선 중 특정 파장의 광을 감지할 수 있다. 센서(60)는 필터(80)를 통과한 광을 감지할 수 있다. 센서(60)는 광원(20)의 파장 대역의 빛을 감지할 수 있다. 이를 통해, 광원(20)으로부터 방출되어 피사체에 반사된 광을 센서(60)가 감지하여 피사체의 3D 이미지 정보를 센싱할 수 있다. 센서(60)의 유효센싱영역은 확산부재(41)와 대응하게 배치되지만 센서(60)는 전체적으로 격벽 쪽으로 치우쳐 배치될 수 있다. 센서(60) 중 격벽 쪽으로 치우친 부분에는 센서(60)의 회로 패턴 등이 배치될 수 있다.
렌즈(70)는 배럴(71) 내에 고정될 수 있다. 렌즈(70)는 플라스틱 사출물일 수 있다. 렌즈(70)는 플라스틱 사출에 의해 형성될 수 있다. 렌즈(70)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다.
필터(80)는 렌즈(70)와 센서(60) 사이에 배치될 수 있다. 필터(80)는 특정 파장 대의 광을 통과시키는 밴드 패스 필터(band pass filter)일 수 있다. 필터(80)는 적외선을 통과시킬 수 있다. 필터(80)는 적외선 중 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 필터(80)는 광원(20)이 방출하는 빛의 파장 대역의 빛을 통과시킬 수 있다. 필터(80)는 가시광선을 차단할 수 있다. 필터(80)는 홀더(30)에 결합될 수 있다. 홀더(30)에는 필터(80)와 대응하는 크기의 홈이 형성되고, 필터(80)는 홈에 삽입되어 접착제로 고정될 수 있다. 홀더(30)의 홈에는 필터(80)와 홀더(30) 사이에 접착제를 주입하기 위한 접착제 주입홈이 함께 형성될 수 있다. 필터(80)는 디퓨져 링(42)의 위치보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.
이상에서, ToF 방식으로 깊이 정보를 추출하는 카메라 장치를 중심으로 설명하고 있으나, 본 발명의 실시예가 이로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 구조광 방식을 이용하여 깊이 정보를 추출하는 카메라 장치를 의미할 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 소정 패턴을 가지는 구조광을 출력광 신호로 이용하고, 구조광의 디스패리티(disparity)를 이용하여 깊이 정보를 생성할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 자동차에 실장되어, 자동차와 물체 간의 거리를 측정하는 카메라 장치를 의미할 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 LIDAR(Light Detection and Ranging) 카메라일 수 있다.
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.
1000: 카메라 장치
100: 발광부
200: 수광부
300: 정보 생성부
400: 제어부
600, 700: 광출력장치
610, 710: 광원
620, 720: 렌즈군
630, 730: 커버부재

Claims (12)

  1. 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 하나의 VCSEL(vertical cavity surface emission laser),
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에 배치되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 광축 방향으로 모두 오버랩하는 렌즈,
    상기 제1 영역과 상기 렌즈 사이에 배치되어 상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호를 디포커싱하거나 스캐터링하는 광변환부재, 그리고
    상기 제1 영역의 에미터 및 상기 제2 영역의 에미터를 독립적으로 구동하는 하나의 구동 IC를 포함하고,
    상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사되고,
    상기 제2 영역은 상기 렌즈와 상기 광축 방향으로 직접 대면하는 광출력장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광변환부재는 상기 렌즈를 향하여 돌출된 마이크로렌즈어레이 또는 상기 렌즈를 향하여 돌출된 에칭 표면을 포함하는 레이어인 광출력장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 광변환부재의 상면 간 수직 거리는 상기 광변환부재의 상면과 상기 렌즈 간 수직 거리보다 짧은 광출력장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광변환부재는 상기 제1 영역에 직접 접촉하도록 배치되는 광출력장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 VCSEL는 상기 하나의 구동 IC가 배치된 기판 상에 배치되고,
    상기 기판을 기준으로 상기 제1 영역의 높이 및 상기 제2 영역의 높이는 동일한 광출력장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역과 상기 렌즈 사이에는 상기 광변환부재가 배치되지 않은 광출력장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상면으로부터 바라보았을 때, 상기 제2 영역의 넓이는 상기 제1 영역의 넓이보다 큰 광출력장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 하나의 VCSEL의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 상기 제1 영역은 상기 하나의 VCSEL의 가장자리 영역에 배치되는 광출력장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 하나의 VCSEL의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 광출력장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 렌즈의 상면의 가장자리 영역을 따라 DOE(diffractive optical element) 패턴이 형성된 광출력장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 DOE 패턴은 상기 하나의 VCSEL의 중심에 대하여 대칭하도록 형성된 광출력장치.
  12. 어레이 형태의 복수의 에미터를 포함하며, 서로 아이솔레이션된 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 하나의 VCSEL(vertical cavity surface emission laser),
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에 배치되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 광축 방향으로 모두 오버랩하는 렌즈, 그리고
    상기 제1 영역의 에미터 및 상기 제2 영역의 에미터를 독립적으로 구동하는 하나의 구동 IC를 포함하고,
    상기 제2 영역은 상기 하나의 VCSEL의 중심을 포함하는 영역에 배치되고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되며,
    상기 렌즈의 상면의 가장자리 영역을 따라 DOE(diffractive optical element) 패턴이 형성되고,
    상기 제1 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 면조명 패턴으로 출사되고, 상기 제2 영역으로부터 출력된 출력광 신호는 점조명 패턴으로 출사되는 광출력장치.
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