WO2014109504A1 - 거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치 - Google Patents

거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치 Download PDF

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이정수
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Definitions

  • the present invention relates to a distance detecting apparatus, and an image processing apparatus having the same, and more particularly, to a distance detecting apparatus capable of accurately detecting a distance to an external object, and an image processing apparatus having the same.
  • An object of the present invention is to provide a distance detecting apparatus capable of accurately detecting a distance to an external object, and an image processing apparatus having the same.
  • the light source unit for outputting the output light based on the transmission signal having a plurality of different frequencies
  • the first direction scanning and the second direction scanning sequentially
  • a scanner for outputting the output light to an external region
  • a detector for converting the received light from the outside in response to the output light into a received signal, and based on the plurality of transmitted signals and the plurality of received signals
  • a processor configured to calculate a distance to the object and vary the frequency of the transmission signal, wherein the processor is based on a first transmission signal among the plurality of transmission signals and a first reception signal corresponding to the first transmission signal.
  • a distance detecting apparatus for achieving the above object, the light source unit for outputting the output light, the modulator for driving the output light based on at least one code signal from the light source unit, and the output light
  • a demodulation section for separating code signals on the basis of an output section for outputting the signal to the outside, received light received from the outside corresponding to the output light, a code signal at the modulation section, and a code signal at the demodulation section.
  • a processor for detecting a distance to an external object.
  • an image processing apparatus for achieving the above object, a display, a light source unit for outputting the output light based on a transmission signal having a plurality of different frequencies, a first direction scanning and a second
  • the scanner sequentially outputs the output light to an external region by performing the directional scanning, a detector for converting the received light from the outside into a received signal in response to the output light, and a plurality of transmitted signals and a plurality of received signals.
  • a distance detector including a processor for calculating a distance to an external object and varying a frequency of a transmission signal, and a controller for controlling to display a 3D image on a display by using the distance information detected by the distance detector.
  • the processor is further configured to determine an external bandwidth based on the first transmission signal and the first reception signal corresponding to the first transmission signal among the plurality of transmission signals. Calculate a first distance with respect to water, and calculate a second distance with respect to the external object based on the second transmission signal corresponding to the second transmission signal and the second transmission signal among the plurality of transmission signals, and the calculated first And calculate a final distance to the external object based on the second distance.
  • an image processing apparatus including a distance detecting apparatus or a distance detecting apparatus outputs an output light based on a transmission signal having a plurality of different frequencies, and outputs the light from the outside in response to the output light.
  • the received light is converted into a received signal to calculate a distance to an external object.
  • the first distance to the external object is calculated based on the first transmission signal among the plurality of transmission signals and the first reception signal corresponding to the first transmission signal, and the second transmission signal and the second transmission signal among the plurality of transmission signals are calculated.
  • Based on the second received signal corresponding to the transmission signal a second distance to the external object is calculated, and a final distance to the external object is calculated based on the calculated first and second distances.
  • the distance to the external object can be accurately measured.
  • the distance resolution can be maintained while improving the measurable distance of the external object. . Accordingly, the performance of the distance detection device can be improved.
  • the wavelength of the first output light based on the first transmission signal and the wavelength of the second output light based on the second transmission signal may be different from each other, and the first output light and the second output light may be different from each other.
  • the output may be performed alternately for different lines or for different frames. As a result, the distance to the external object can be accurately measured.
  • the light source unit may output first output light based on the first and second transmission signals during the first time period, and output second output light based on the third and fourth transmission signals during the second time period. . In this way, by using transmission signals of different frequencies at different times, the measurable distance can be improved.
  • the 2D scanner capable of sequentially performing the first direction scanning and the second direction scanning
  • a plurality of scanners are not necessary, and the distance detection apparatus can be miniaturized.
  • the manufacturing cost can be reduced.
  • an image processing apparatus having a distance detecting apparatus or a distance detecting apparatus outputs output light based on at least one code signal to the outside, and based on the received light received from the outside, By separating the code signal and detecting the distance to the external object based on the code signal at the modulator and the code signal at the demodulator, the distance to the external object can be determined by using a code signal that is robust to external noise. It can be detected accurately.
  • the modulation technique of the code signal has an advantage of obtaining distance information from received light which is weak compared to surrounding noise.
  • the modulation technique of the code signal has an advantage of obtaining distance information from received light which is weak compared to surrounding noise.
  • different types of code signals for each distance detection device interference between devices can be prevented.
  • the light source unit uses a plurality of output lights, and accordingly adds a corresponding code signal, by using output light having a plurality of wavelengths having different absorption rates, the accuracy of received light received from an external object can be improved. In addition, it is possible to accurately detect the distance to the external object.
  • the final distance information can be calculated based on the detected distance information to accurately detect the distance to the external object. It becomes possible.
  • the spatial resolution for distance detection can be improved.
  • the spatial resolution can be improved by horizontally scanning the first output light and the second output light from the light source unit with respect to different horizontal lines.
  • the measurable distance can be extended, and the distance resolution can be improved.
  • the output light from the light source unit is sequentially scanned through a scanner and output to the external region, and detects the received light corresponding to the output light through the detection unit, the output light and Of the received light, an absorbing member that absorbs the internal scattered light generated by the polarized light separating portion that transmits a part and reflects the other part is used. Accordingly, the distance to the external object can be detected easily while removing the internal scattered light.
  • the noise by the internal scattered light is considerably smaller than the received light scattered from the external object, the measurable distance can be extended and the distance resolution can be improved.
  • FIG. 1 illustrates projecting light for distance detection in an image processing apparatus including a distance detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a scanning method during light projection of the distance detection device of FIG. 1.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating distance information obtainable by the distance detecting apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view referred to for describing a distance detection method of the distance detection apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 4 is an example of an internal structure diagram of the distance detection device of FIG. 1.
  • 5 is a diagram illustrating a distance between a distance detection device and an external object.
  • FIG. 6 is an example of an internal block diagram of the distance detecting apparatus of FIG. 1.
  • 7A to 7F are diagrams for describing an example of a distance detection method through the distance detection device of FIG. 6.
  • 8A to 8B illustrate various examples of a scanning method through the distance detection apparatus of FIG. 6.
  • FIG. 9 is another example of an internal block diagram of the distance detecting apparatus of FIG. 1.
  • 10A to 10B illustrate various examples of a scanning method through the distance detection apparatus of FIG. 9.
  • 11A to 11F are views for explaining another example of the distance detection method through the distance detection device of FIG. 6 or 9.
  • FIG. 13 illustrates projecting light for distance detection in an image processing apparatus including a distance detection device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an example of an internal block diagram of the distance detection device of FIG.
  • FIG. 15 is an example of an internal structure diagram of the distance detection device of FIG. 14.
  • FIG. 16 is a diagram referred to describe a distance detection method of the distance detection apparatus of FIG. 14.
  • 17 to 19 are views referred to for describing the operation of the distance detecting apparatus of FIG. 14.
  • 20 is an example of an internal structure diagram of a distance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 21A to 21C are views referred to for explaining the internal scattered light in the distance detection device.
  • 22A to 22C are various examples of the absorbing member in the distance detecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is another example of the internal structural diagram of a distance detecting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 24 is another example of an internal structure diagram of a distance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 25 is still another example of the internal structure diagram of a distance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is an internal block diagram of the mobile terminal of FIG. 1.
  • FIG. 27 is an internal block diagram of the controller of FIG. 26.
  • the image processing apparatus described in the present specification is a device to which the distance detection apparatus is mounted, and includes a mobile terminal, a TV, a set-top box, a media player, a game device, a surveillance camera, and the like, and an air conditioner, a refrigerator, a washing machine, a cooking appliance, It is also possible to include home appliances such as a robot cleaner, and may include a vehicle such as a bicycle or a car.
  • the mobile terminal includes a mobile phone, a smart phone, a notebook computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a digital camera, navigation, and a tablet computer. ), E-book terminals and the like.
  • module and “unit” for components used in the following description are merely given in consideration of ease of preparation of the present specification, and do not impart any particular meaning or role by themselves. Therefore, the “module” and “unit” may be used interchangeably.
  • FIG. 1 illustrates projecting light for distance detection in an image processing apparatus including a distance detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the image processing apparatus of FIG. 1 illustrates the mobile terminal 100.
  • the distance detecting apparatus 200 may be provided in an image processing apparatus such as a mobile terminal, a TV, a set-top box, a media player, a game device, a home appliance, a vehicle, and the like, and the center of the mobile terminal 100 will be described below. Describe it.
  • the mobile terminal 100 may include a camera 122 for capturing an image. Meanwhile, the mobile terminal 100 may include a distance detection device 200 for capturing 3D images.
  • the 3D camera 121 may include a camera 122 for acquiring an image of the external region 40 and a distance detection apparatus 200 for acquiring distance information of the external region 40.
  • the 3D camera 121 is a module, and may include a camera 122 and a distance detecting device 200 therein.
  • the camera 122 and the distance detecting device 200 may be provided as a separate module in the mobile terminal 100.
  • the distance detection apparatus 200 using the at least one light source, outputs the output light to the outer region 40, a plurality of scattered or reflected in the outer region 40 It is assumed that the reception light is received and the distance is detected using the difference between the output light and the reception light.
  • the distance detecting apparatus 200 outputs the output light based on a transmission signal having a plurality of different frequencies, and receives the received light received from the outside in response to the output light. Convert to a received signal to calculate the distance to the external object. As a result, the distance to the external object can be accurately measured.
  • the distance resolution can be maintained while improving the measurable distance of the external object. . Accordingly, the performance of the distance detection device can be improved. This will be described later in detail.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a scanning method during light projection of the distance detection device of FIG. 1.
  • the distance detecting apparatus 200 may include a light source unit 210, a light reflecting unit 214, and a scanner 240.
  • the wavelength of the light output from the distance detecting apparatus 200 may be one wavelength as a single light source. Alternatively, light of various wavelengths may be used. Hereinafter, the description will be based on the use of a single light source.
  • the light source unit 210 can output light having a predetermined wavelength as output light.
  • the output light may be light of an infrared wavelength, but is not limited thereto, and various examples such as light of a visible light wavelength may be possible.
  • the description will be based on the light of the infrared wavelength.
  • the light source unit 210 may output output light of a plurality of wavelengths.
  • the light source unit 210 for light projection to the external object, the collimability of light is important, for this purpose, a laser diode may be used, but is not limited to this, various examples are possible.
  • the output light output from the light source unit 210 may be reflected by the light reflecting unit 214 and incident on the scanner 240.
  • the scanner 240 may receive output light from the light source unit 210 and sequentially and repeatedly perform the first direction scanning and the second direction scanning to the outside.
  • the scanner 240 performs horizontal scanning from the left to the right, performs vertical scanning from the top to the bottom, and performs horizontal scanning from the right to the left, with respect to the scannable area, centering on the scanable area. And vertical scanning from top to bottom again. Such a scanning operation may be repeatedly performed on the entire external area 40.
  • the output light output to the external area 40 is scattered or reflected in the external area 40 may be incident to the distance detection device 200 again.
  • the scanner 240 may receive a reception light corresponding to the output light output to the outside.
  • the distance detecting apparatus 200 may compare the output light with the received light, and detect the distance using the difference.
  • the distance detection technique there are various methods, but in the embodiment of the present invention, a method using a phase difference is illustrated. This will be described later with reference to FIG. 3.
  • the calculated distance information may be represented as the luminance image 65 as illustrated in FIG. 2B.
  • Various distance values of the external object can be displayed as corresponding luminance levels. If the distance is close, the luminance level may be large (brightness may be bright), and if the depth is far, the luminance level may be small (brightness may be dark).
  • the distance detection apparatus 200 outputs the output light using a plurality of transmission signals having different frequencies. Then, the reception light corresponding to the output light is received, and the reception light is converted into a plurality of reception signals. Then, the distance to the external object is measured based on the plurality of transmission signals and the reception signal.
  • the outer region 40 may be divided into a first region 42 and a second region 44.
  • the first area 42 may be an area including the external object 50, that is, an active area 42, and the second area 44 does not include the external object 50.
  • the entire scanning section also includes a first scanning section corresponding to an active area 42 which is an area in which an external object exists, and a blank area 44 that is an area in which no external object exists. It may be divided into a second scanning interval corresponding to.
  • Tx denotes a phase signal of output light
  • Rx denotes a phase signal of received light
  • the processor 270 of FIG. 4 may calculate the distance information level according to the phase difference ⁇ between the phase signal of the output light and the phase signal of the received light.
  • the larger the phase difference the farther the outer region 40 is, so that the distance information level can be set larger.
  • the smaller the phase difference the closer the outer region 40 is, the smaller the distance information level is.
  • Such distance level setting is performed for each region in the outer region 40 while horizontally and vertically scanning the outer region 40 as described above.
  • the distance information level can be detected for each region of the outer region 40.
  • the processor (270 of FIG. 4) of the distance detection apparatus can calculate distance information by the phase difference of the electrical signal with respect to an output light, and the electrical signal with respect to a reception light.
  • FIG. 4 is an example of an internal structure diagram of the distance detection device of FIG. 1.
  • the distance detecting apparatus 200 includes a light source unit 210, a light collecting unit 212, a first light reflecting unit 214, a scanner 240, a second light reflecting unit 255, and a third light beam.
  • the reflection unit 256, the detector 280, and the polarization splitter 281 may include a processor 270.
  • the light collecting unit 212 collimates the output light La output from the light source unit 210.
  • the light collecting unit 212 may include a collimate lens for collimating the output light.
  • the output light may be output light to which two transmission signals La and Lb are added, that is, modulated.
  • the polarization splitter 281 transmits some polarized light of the output light La and emits some polarized light. For example, the polarization splitter 281 transmits the output light of the P polarization state in the direction of the scanner 240 by transmitting the output light of the P polarization state among the output light. On the other hand, the polarization splitter 281 reflects the received light in the S-polarized state among the reflected light, and transmits the received light in the S-polarized state to the detector 280 toward the detector 280.
  • a polarization splitter may be referred to as a polarizer beam splitter (PBS).
  • the first light reflection unit 214 reflects the output light La passing through the polarization separation unit 281 toward the scanner 240, and reflects the received light received through the scanner 240 to the polarization separation unit 281. In the direction of.
  • the first light reflecting portion 214 can reflect light of various wavelengths, instead of reflecting only the wavelength of the output light. Accordingly, the first light reflecting portion 214 may include Total Mirror TM.
  • a polarization converting part (not shown) may be provided between the first light reflection part 214 and the second light reflection part 255.
  • the polarization converting unit may convert the polarization direction of the output light and convert the polarization direction of the received light.
  • a polarization converting unit (not shown) gives a phase difference to control the polarization direction.
  • linearly polarized light can be converted into circularly polarized light, or circularly polarized light can be converted into linearly polarized light.
  • the polarization conversion unit converts the output light which is P polarized light into the output light of circular polarized light, respectively.
  • the scanner 240 can output the output light of circular polarization to the exterior, and can receive the reception light Lb of circular polarization from the exterior.
  • the polarization converting unit may convert the received light of the circularly polarized light received through the scanner 240 into the received light which is S polarized light.
  • the polarization converter (not shown) may be referred to as a quarter wave length plate (QWP).
  • the polarization conversion unit may output the output light of the P polarized light as it is without conversion, and may convert the received light of the P polarized light received from the scanner 240 into the received light of S polarized light.
  • the second light reflection unit 255 reflects the output light La from the first light reflection unit 214 toward the scanner 240 and removes the received light Lb received through the scanner 240. 1 is reflected in the direction of the light reflection portion 214.
  • the second light reflecting unit 255 can reflect light of various wavelengths instead of reflecting only the wavelength of the output light. Accordingly, the second light reflecting unit 255 may include a total mirror (TM).
  • the third light reflecting unit 256 reflects the output light passing through the second light reflecting unit 255 toward the scanner 240 and reflects the received light received through the scanner 240 to the second light reflecting unit ( 255) direction.
  • the third light reflection unit 256 can reflect light of various wavelengths instead of reflecting only the wavelength of the output light. Accordingly, the third light reflection unit 256 may include Total Mirror TM.
  • the distance detection device having a structure in which the optical output and the optical path of the optical reception are partially overlapped may be referred to as a coaxial optical system.
  • the distance detecting device having such a structure can be downsized in size, resistant to external light, and can have a high signal-to-noise ratio.
  • the distance detection apparatus having a structure in which the light output and the light path of the light reception are completely separated from each other may be referred to as a separate optical system.
  • the scanner 240 may receive output light from the light source unit 210 and sequentially and repeatedly perform the first direction scanning and the second direction scanning to the outside. This scanning operation is repeatedly performed for the entire outer area 40.
  • the detection unit 280 uses the output light from the light source unit 210 as a first electric signal in a first scanning section corresponding to the first area 44 of the external area 40.
  • the second scanning section corresponding to the second area 42 of the external area 40 the received light received from the outside in response to the output light is converted into a second electric signal.
  • the detector 280 may include a photodiode for converting an optical signal into a received signal, that is, an electrical signal.
  • the detector 280 may include an Avalanche Photodiode that converts the weak received light scattered from the external object 240 into an electrical signal as a photodiode having a high photoelectric efficiency.
  • a sampler (not shown) for converting an analog signal into a digital signal may be further provided between the detector 280 and the processor 270.
  • the sampler (not shown) may sample and output the first or second received signal from the detector 280.
  • the processor 270 detects a first distance with respect to the external object 50 using the phase difference between the first transmission signal and the first reception signal having the first frequency. In addition, the processor 270 detects a second distance with respect to the external object 50 using the phase difference between the second transmission signal and the second reception signal having the second frequency. In addition, the processor 270 may finally calculate the final distance using the first distance and the second distance.
  • the processor 270 may control the overall operation of the distance detection device.
  • 5 is a diagram illustrating a distance between a distance detection device and an external object.
  • the distance between the mobile terminal 100 including the distance detecting device 200 and the external object 40 is illustrated as Da.
  • FIG. 6 is an example of an internal block diagram of the distance detecting apparatus of FIG. 1.
  • the distance detecting apparatus 200 of FIG. 6 includes a light source unit 210, a light source driver 260, a 2D scanner 240, a detector 280, and a processor 270.
  • the light source driver 260 outputs a plurality of sinusoidal wave drive signals to the light source unit 210.
  • the sinusoidal drive signal is a transmission signal having different frequencies, and is represented by Tx1 and Tx2 in the drawing.
  • the light source unit 210 outputs output light La having a single wavelength based on a plurality of sinusoidal wave driving signals having different frequencies, that is, a transmission signal.
  • the processor 270 may control the light source driver 260 to output transmission signals having different frequencies.
  • the 2D scanner 240 may output the single-wavelength output light La to the external object 40 while sequentially performing a horizontal scan and a vertical scan.
  • the output light La output to the external object 40 is scattered or reflected by the external object 40. Accordingly, the reception light Lb scattered or reflected by the external object 40 may be received by the distance detection apparatus 200.
  • the detector 280 receives the reception light Lb and converts it into a reception signal that is an electrical signal. On the other hand, since the transmission signals Tx1 and Tx2 having different frequencies are added to the output light La, the detection unit 280 correspondingly receives the reception signals Rx1 and Rx2 having different frequencies from the received light. Can be separated.
  • the separated received signals Rx1 and Rx2 are transmitted to the processor 270, and the processor 270, the processor 270, performs a first transmission signal Tx1 and a first transmission signal Tx1 among a plurality of transmission signals.
  • a first distance with respect to an external object is calculated based on the first received signal Rx1 corresponding to), and the second corresponding to the second transmitted signal Tx2 and the second transmitted signal Tx2 among the plurality of transmitted signals.
  • the second distance with respect to the external object may be calculated based on the second received signal Rx2, and the final distance with respect to the external object may be calculated based on the calculated first and second distances.
  • the distance detection apparatus 200 uses a phase difference method. That is, the distance of the external object is obtained by how much the phase difference is between the transmission signal relating to the output light and the reception signal relating to the reception light.
  • the maximum measurable distance is determined by the frequency of the transmission signal.
  • the frequency of the transmission signal in order to increase the measurable distance, the frequency of the transmission signal must be lowered. In this case, the maximum measurable distance is increased but the resolution is lowered.
  • the distance detecting apparatus 200 adds a plurality of transmission signals when outputting light.
  • each of the plurality of transmission signals may have at least one of a wavelength, a frequency, a radiation timing, and a radiation space.
  • 7A to 7F are graphs illustrating a process of obtaining a final distance using a relationship between two distances after finding distances using two transmission signals.
  • FIG. 7A illustrates distance detection using a first transmission signal and a second transmission signal.
  • the horizontal axis of FIG. 7A represents the actual distance Lr, and the vertical axis represents the calculation distance L'a calculated by the processor 270 based on two transmission signals and a reception signal.
  • Lr the actual distance
  • L'a the calculation distance L'a calculated by the processor 270 based on two transmission signals and a reception signal.
  • the frequency of the first transmission signal is 50MHz
  • the frequency of the second transmission signal is 225MHz.
  • Equation 1 the maximum measurable distance by the first transmission signal can be known.
  • D1 represents the maximum measurable distance of the first transmission signal
  • C represents the speed of light, that is, 3 x 10 8 m / s
  • f1 represents the frequency of the first transmission signal.
  • the maximum measurable distance D1 may be 3 m.
  • Equation 2 the maximum measurable distance measured by the second transmission signal can be known.
  • D2 represents the maximum measurable distance of the second transmission signal
  • C represents the speed of light, that is, 3 x 10 8 m / s
  • f2 represents the frequency of the second transmission signal.
  • the maximum measurable distance D2 may be 0.67 m.
  • the actual distance and the calculation distance coincide with each other up to 3m, but after 3m, the actual distance and the calculation distance are different. Can be.
  • the actual distance and the operation distance are up to 0.67m, but it can be seen that there is a difference thereafter.
  • a distance difference graph as shown in FIG. 7B, may be obtained.
  • the horizontal axis represents the actual distance Lr
  • the vertical axis represents the operation distance difference Ldi according to the two frequencies.
  • FIG. 7C shows the residual of the graph of FIG. 7B divided by [lambda] 2/2 related to the wavelength of the second transmission signal.
  • the result is ⁇ 2/4 for a distance exceeding 3 m, the maximum measurable distance of the first transmission signal.
  • FIG. 7D shows that the distance obtained through the signal of the first transmission signal is corrected based on the result of FIG. 7C.
  • FIG. 7B since the graph pattern after 3m does not coincide with the graph pattern after 0m, since the distance after 3m can be distinguished, the measurable distance can be increased by using the same. Accordingly, a graph as shown in FIG. 7 can be obtained.
  • the horizontal axis of FIG. 7D represents the actual distance Lr, and the vertical axis represents the corrected calculation distance Lc.
  • the frequency ratio between the first and second transmission signals Tx2 is preferably not an integer multiple.
  • the frequency ratio between the first and second transmission signals Tx2 may have a ratio of n + 0.5.
  • the ratio is 4.5.
  • FIG. 7E illustrates a case where an error is included in the calculation distance compared to the actual distance.
  • the graph of FIG. 7E is similar to that of FIG. 7A except that a calculation distance error is included.
  • 8A to 8B illustrate various examples of a scanning method through the distance detection apparatus of FIG. 6.
  • FIG. 8A illustrates that the wavelength of the output light based on the first transmission signal Tx1 and the wavelength of the output light by the second transmission signal Tx2 among the plurality of transmission signals are the same. That is, it illustrates that two transmission signals are added to the output light La of a single wavelength and output.
  • FIG. 8B illustrates that output light La having a single wavelength is output, but different transmission signal frequencies are added for each frame. That is, output light to which the transmission signal of the first frequency f1 is added is output during the first frame Frame 1, and transmission signal of the second frequency f2 is added during the second frame Frame 2. The output light is output, and during the third frame Frame 3, the output light to which the transmission signal of the first frequency f1 is added is output again.
  • a single frequency signal may occupy almost the entire power of the transmission signal, which is advantageous in terms of SNR.
  • harmonic content can be relatively reduced.
  • FIG. 9 is another example of an internal block diagram of the distance detecting apparatus of FIG. 1.
  • the distance detecting apparatus 200 of FIG. 9 includes a light source unit 210, a light source driver 260, a 2D scanner 240, a detector 280, and a processor 270.
  • the light source unit 210 may output a plurality of sine wave driving signals having different frequencies, that is, output light La and Lb corresponding to transmission signals. That is, the output light La1 of the first wavelength corresponding to the first transmission signal Tx1 may be output, and the output light La2 of the second wavelength corresponding to the second transmission signal Tx2 may be output.
  • the detection unit 280 receives the first received light Lb1 and the second received light Lb2, and receives the received signals Rx1 and Rx2 having different frequencies from the received light Lb1 and Lb2. Can be separated.
  • the processor 270 calculates a first distance with respect to the external object based on the first transmission signal Tx1 and the first reception signal Rx1 corresponding to the first transmission signal Tx1 among the plurality of transmission signals. And calculating a second distance with respect to the external object based on the second transmission signal Tx2 and the second reception signal Rx2 corresponding to the second transmission signal Tx2 among the plurality of transmission signals. And a final distance with respect to the external object based on the second distance.
  • 10A to 10B illustrate various examples of a scanning method through the distance detection apparatus of FIG. 9.
  • FIG. 10A illustrates that the wavelength of the first output light La1 based on the first transmission signal Tx1 and the wavelength of the second output light La2 based on the second transmission signal Tx2 among the plurality of transmission signals are different from each other. Illustrate that. That is, it illustrates that two transmission signals are added to the output light La1 and La2 of a different wavelength, respectively, and are output.
  • 10A illustrates the first output light La1 based on the transmission signal of the first frequency f1 and the first signal based on Tx1 on the transmission signal of the second frequency f2 during horizontal and vertical scanning. 2 illustrates that the output light La2 is simultaneously output.
  • FIG. 10B illustrates that output light La having a single wavelength is output, but different transmission signal frequencies are added for each frame. That is, during the first frame (Frame 1), the first output light La1 to which the transmission signal of the first frequency (f1) is added is output, and during the second frame (Frame 2), of the second frequency (f2) The second output light La2 to which the transmission signal is added is output, and the first output light La1 to which the transmission signal of the first frequency f1 is added is output again during the third frame Frame 3. do.
  • 11A to 11F are views for explaining another example of the distance detection method through the distance detection device of FIG. 6 or 9.
  • FIGS. 11A to 11F illustrate the 50 MHz signal and the 225 MHz as the frequencies of two transmission signals, but various modifications are possible as shown in FIGS. 11A to 11F.
  • 11A-11F illustrate 60 MHz, 90 MHz, 120 MHz, 150 MHz, and the like as frequencies of usable transmission signals.
  • the user may vary the set of transmission signals on a frame-by-frame basis or at every distance measurement with respect to an external object.
  • a frequency below 30 MHz is required to measure distances over 5 meters using a single frequency.
  • the maximum measurable distance corresponds to half of the frequency wavelength corresponding to the greatest common divisor of the two frequencies. That is, by using Equation 3 below, the maximum measurable distance may be determined.
  • Dfin represents the maximum measurable distance that can be measured to the maximum using the first transmission signal at the first frequency f1 and the second transmission signal at the second frequency f2, and C is the speed of light, i.e. 3x108 m / s, and fcm represents the greatest common measure frequency of the first frequency f1 and the second frequency f2.
  • the measurable distance D1 by the first frequency f1 is represented by Equation 1 Is 2.5m
  • the measurable distance D2 by the second frequency f2 is 1.67m according to Equation 2
  • the maximum common divisor frequency of the first and second frequencies is 30 MHz, so the final measurable maximum is The distance Dfin increases to 5m in accordance with Equation (3).
  • the greatest common factor of two frequencies is 30 MHz or less.
  • the allowable maximum distance error (Errmax) can be calculated as shown in Equation 4 below.
  • lambda 2 denotes a wavelength of the second frequency f2
  • f1 denotes a first frequency
  • fgcm denotes a maximum common divisor frequency of the first frequency f1 and the second frequency f2.
  • D1 and D2 are 2.5 m and 1.67 m, respectively, and the final measurable maximum distance Dfin is 5 m, and the maximum allowable distance error is. Errmax may be 0.4147 m.
  • the first and second frequencies are 50 MHz and 60 MHz, respectively
  • D1 and D2 are 3 m and 2.5 m, respectively
  • the final measurable maximum distance Dfin is 15 m and the maximum allowable maximum distance error ( Errmax) may be 0.25 m.
  • a difference between D1 and D2 is obtained in FIG. 7A, that is, D1-D2
  • a stepped graph having multiple levels may be illustrated as shown in FIG. 7B.
  • the difference between each level has lambda 2/2. That is, the difference between the first level and the second level is lambda 2/2, and the difference between the second level and the third level has lambda 2/2.
  • Fig. 7C is used, and since this graph is made through the remaining operations described above, it has a value between 0 and lambda 2/2.
  • the maximum distance that can be obtained using the two frequencies f1 and f2 is determined by the greatest common divisor frequency fgcm.
  • the maximum common divisor frequency fgcm is 25 MHz. Accordingly, the maximum measurable distance may be determined as 6m, which is half of the 25MHz wavelength.
  • half of the wavelength will be described in one cycle.
  • the period based on the received signal may be two periods. Whether the measured distance is the first period or the second period can be confirmed through FIG. 7C. However, since FIG. 7C has a value between 0 and ⁇ 2/2, in order to distinguish the two sections as in this case, it can be considered by dividing into two sections of 0 to ⁇ 2/4 and ⁇ 2/4 to ⁇ 2/2. This is related to the maximum distance error. The number of such sections is determined by fgcm / f1. Therefore, the maximum distance error may be calculated as shown in Equation 4.
  • 11A illustrates a distance calculation graph using the first transmission signal and the second transmission signal.
  • the frequency fa of the first transmission signal may be 60 MHz
  • the frequency fb of the second transmission signal may be 90 MHz.
  • the horizontal axis of FIG. 11A represents the actual distance Lr, and the vertical axis represents the calculation distance L'a calculated by the processor 270 based on two transmission signals and a reception signal.
  • a distance difference graph as shown in FIG. 11B, may be obtained.
  • the horizontal axis represents an actual distance Lr
  • the vertical axis represents an operation distance difference Ldi according to two frequencies. Since the levels of the calculation distance differences Ldi according to the two frequencies are different, the distance can be measured up to 5 m. In this case, the allowable maximum distance error may be 0.4147 m.
  • FIG. 11C illustrates a distance calculation graph using the second transmission signal and the third transmission signal.
  • the frequency fb of the second transmission signal may be 90 MHz
  • the frequency fc of the third transmission signal may be 120 MHz.
  • the horizontal axis represents an actual distance Lr
  • the vertical axis represents an operation distance L′ a calculated by the processor 270 based on two transmission signals and a reception signal.
  • a distance difference graph as shown in FIG. 11D, may be obtained.
  • the horizontal axis represents an actual distance Lr
  • the vertical axis represents an operation distance difference Ldi according to two frequencies. Since the levels of the calculation distance differences Ldi according to the two frequencies are different, the distance can be measured up to 5 m. In this case, the allowable maximum distance error may be 0.2083 m.
  • FIG. 11E illustrates a distance calculation graph using the third transmission signal and the fourth transmission signal.
  • the frequency fc of the third transmission signal may be 120 MHz
  • the frequency fd of the fourth transmission signal may be 150 MHz.
  • the horizontal axis of FIG. 11E represents the actual distance Lr, and the vertical axis represents the calculation distance L'a calculated by the processor 270 based on two transmission signals and a reception signal.
  • a distance difference graph as shown in FIG. 11F, may be obtained.
  • the horizontal axis represents an actual distance Lr
  • the vertical axis represents an operation distance difference Ldi according to two frequencies. Since the levels of the calculation distance differences Ldi according to the two frequencies are different, the distance can be measured up to 5 m. In this case, the allowable maximum distance error may be 0.125m.
  • the maximum common divisor of two frequencies is set to less than 30 MHz.
  • the higher the frequency of the two frequencies the smaller the allowable maximum distance error.
  • the distance detecting apparatus 200 of FIG. 6 or 9 may use the method described with reference to FIGS. 11A to 11F.
  • the measurable distance is 5 m. In the case of 50 MHz, the measurable distance is 3 m. In the case of 60 MHz, the measurable distance is 2.5 m. .
  • the maximum common divisor frequency of the two frequencies can be varied.
  • the maximum common divisor frequency it is also possible to vary each frequency as shown in Figs. 11A to 11F.
  • FIG. 12A illustrates output light based on the first and second frequencies ft1 and ft2 at a first time Ta in the mobile terminal 100 including the distance detection device 200.
  • the output to the external object 40a spaced by the distance Dta is illustrated.
  • the first and second frequencies ft1 and ft2 may be 60 MHz and 120 MHz, respectively.
  • the measurable distance can be up to 2.5 m.
  • FIG. 12B shows output light based on the third and fourth frequencies ft3 and ft4 at the second time Tb in the mobile terminal 100 including the distance detection device 200.
  • the third and fourth frequencies ft3 and ft4 may be 50 MHz and 100 MHz, respectively.
  • the measurable distance can be up to 3 m.
  • FIG. 12C shows the output light based on the fifth and sixth frequencies ft5 and ft6 at the third time Tc in the mobile terminal 100 including the distance detecting device 200.
  • the output to the external object 40c spaced by the distance Dtc is illustrated.
  • the fifth and sixth frequencies ft5 and ft6 may be 60 MHz and 90 MHz, respectively.
  • the measurable distance can be up to 5 m.
  • the processor 270 may vary the frequency of the transmission signal. For example, with two frequencies, 60MHz and 90MHz can be selected as the transmission frequencies.
  • the processor 270 of the distance detection apparatus 200 receives a blank area after dividing it into a blank area in which no external object exists and an active area in which the external object exists among the entire scanning intervals.
  • the distance measurement may be performed based on the level of the received signal.
  • it is detected in the blank area on the assumption that the distance detection device value 200 does not output the light, that is, the light source unit 210 does not output the light.
  • the level of the received signal is greater than or equal to a predetermined level, it may be determined that another electronic device uses a frequency similar to the distance detection device, and in order to prevent this, the currently used frequency may be changed. For example, 60 MHz and 90 MHz can be used, and then 120 MHz and 150 MHz can be changed. This makes it possible to stably detect the distance without causing the signal to interfere.
  • the processor 270 of the distance detection apparatus 200 may use 100 MHz and 150 MHz, respectively, for approximately 60 frame periods, and may mix and use 60 MHz and 150 MHz in any one of the frames. In other words, 100MHz and 150MHz with a measurable distance of 3m are used, and preliminarily, 60MHz and 150MHz are mixed, and the two results are compared to determine whether accurate distance measurement is performed within the measurable distance. can do.
  • the processor 270 may change two frequencies being used. For example, you can change to 60 MHz and 150 MHz. As a result, accurate distance detection can be performed.
  • the code signal at the time of output light modulation and the received received light demodulation It is also possible to apply a technique for detecting the distance based on the code signal of. This will be described with reference to FIGS. 13 to 19.
  • the absorbing member absorbs the internal scattered light generated inside the distance detecting apparatus according to another embodiment of the present invention. It is also possible to apply. This will be described with reference to FIGS. 20 to 25.
  • FIG. 13 illustrates projecting light for distance detection in an image processing apparatus including a distance detection device according to another embodiment of the present invention.
  • the image processing apparatus of FIG. 13 illustrates the mobile terminals 100a and 100b.
  • the distance detecting apparatus 200 may be provided in an image processing apparatus such as a mobile terminal, a TV, a set top box, a media player, a game device, a home appliance, a vehicle, and the like. The description centers on.
  • the distance detecting apparatus 200 outputs the output light based on at least one code signal to the external object 40, and receives the light scattered or reflected by the external object 40. Is detected and the distance is detected using the difference between the output light and the received light.
  • the first mobile terminal 100a and the second mobile terminal 100b respectively output the output light to the external object 40.
  • noise by output light from another device may be added to the received light scattered or reflected by the external object 40, or interference between devices may occur.
  • the distance detection apparatus 200 detects the distance based on the code signal at the time of output light modulation and the code signal at the time of demodulating the received light.
  • the code signal is a code signal that is robust to external noise and may be, for example, a pseudo random noise code signal. Accordingly, the distance to the external object can be detected accurately.
  • the distance detecting apparatus 200 when the light source unit uses a plurality of output lights, and accordingly adds a corresponding code signal, output light having a plurality of wavelengths having different absorption rates can be used. As a result, the accuracy of the received light received from the external object can be improved, and the distance to the external object can be accurately detected.
  • the distance detection apparatus 200 when using a plurality of code signals, after detecting the distance information for each code signal, based on the detected distance information, the final distance Information can be calculated. This makes it possible to accurately detect the distance to the external object.
  • the distance detecting apparatus 200 outputs the first output light from the light source unit to the first external region and outputs the second output light to the second external region, thereby detecting the distance detection.
  • the spatial resolution can be improved.
  • the distance detecting apparatus 200 may improve spatial resolution by horizontally scanning the first output light and the second output light from the light source unit with respect to different horizontal lines.
  • the distance detecting apparatus 200 may extend the measurable distance by using a laser diode as a light source and improve the distance resolution.
  • the distance detecting apparatus 200 may use a 2D scanner capable of sequentially performing first direction scanning and second direction scanning when outputting external output light. This eliminates the need for a plurality of scanners, and thus makes it possible to miniaturize the distance detecting device 200. In addition, the manufacturing cost can be reduced. In the meantime, the description of the scanner and the like will be omitted with reference to FIGS. 2A to 2B.
  • the distance detecting apparatus 200 may compare the output light with the received light and detect the distance using the difference.
  • the distance to the external object 40 can be detected based on the code signal at the time of modulation and the code signal at the time of demodulation. The distance detection technique will be described later with reference to FIG. 16A and below.
  • FIG. 14 is an example of an internal block diagram of the distance detection device of FIG. 13.
  • the distance detecting apparatus 200 may include a light source unit 210, a scanner 240, a modulator 266, a processor 270, a memory 272, a demodulator 286, and a receiver 290. It may include.
  • the light source unit 210 may output output light having a predetermined wavelength.
  • the light source unit 210 may output light having an infrared wavelength, but is not limited thereto, and various examples, such as light having a visible wavelength, may be used.
  • the light source unit 210 may output light of at least one wavelength.
  • output light of a single wavelength can be output.
  • a plurality of output lights having different wavelengths may be output.
  • the modulator 266 may drive the light source unit 210 according to a control signal of the processor 270. For example, during operation of the distance detection apparatus 200, the modulator 266 may output at least one modulated code signal to the light source unit 210. That is, the light source unit 210 may be driven so that output light based on the code signal is output.
  • the code signal at this time is a code signal that is robust to external noise and may be, for example, a pseudo random noise code signal.
  • Modulation techniques for the code signal used in the modulator 266 may be various methods. For example, various modulation techniques such as ASK, FSK, PSK, PCM, PWM, PPM, PDM, M-QAM, CDMA, OFDM, etc. may be used based on an input binary-based code signal.
  • modulation techniques such as ASK, FSK, PSK, PCM, PWM, PPM, PDM, M-QAM, CDMA, OFDM, etc. may be used based on an input binary-based code signal.
  • the modulator 266 may output a plurality of modulated code signals so that a plurality of code signals may be added to the output light of a single wavelength. have. At this time, a plurality of code signals may be added to the output light at the same time. Alternatively, a plurality of code signals may be added to the output light at different times.
  • the modulator 266 may output a plurality of modulated code signals when the light source unit 210 outputs output light of a plurality of wavelengths so that each code signal is added to the output light of each wavelength. . That is, the light source unit 210 may be driven to add different code signals to different output light.
  • the output unit 240 can output the output light from the light source unit 210 to the outside.
  • the output unit 240 may receive output light from the light source unit 210, and may sequentially and repeatedly perform first direction scanning (horizontal scanning) and second direction scanning (vertical scanning) to the outside. It can be provided with a scanner.
  • the scanner may be operation controlled based on a feedback signal for horizontal scanning and a feedback signal for vertical scanning.
  • the receiver 290 receives the light received from the external object 40. Meanwhile, the received light from the external object 40 may be received through the output unit 240 without the receiver 290.
  • the receiver 290 may include a detector 280 of FIG. 15 that converts the received light received from the external object 40 into an electrical signal.
  • the detector may include a photodiode for converting an optical signal into an electrical signal.
  • the detector 280 may include an Avalanche photodiode that converts the weak reception light scattered from the external object 40 into a voltage using a photodiode having a high photoelectric efficiency.
  • the demodulator 286 may separate the code signal based on the received light received by the receiver 290. In detail, when the receiver 290 includes the detector 280 of FIG. 15, the demodulator 286 may separate the code signal from the converted electrical signal. The separated code signal is passed to the processor 270.
  • the processor 270 controls operations of the modulator 266 and the like.
  • the processor 270 may generate a code signal using the code signal information stored in the memory 272. The generated code signal may be output to the modulator 266.
  • the processor 270 may receive a code signal separated from the demodulator 286.
  • the processor 270 may detect a distance to the external object 40 based on the code signal from the modulator 266 and the code signal from the demodulator 286.
  • the processor 270 may detect the distance to the external object based on the time difference between the code signal in the modulator 266 and the code signal in the demodulator 286.
  • the processor 270 uses the correlation value of the code signal used in the modulator 266 and the at least one code signal separated from the demodulator 286 to demodulate the processor 286. Selecting a code signal corresponding to the code signal used in the modulator 266 among the at least one code signal separated from, and based on a time difference between the selected code signal and the code signal used in the modulator 266. Thus, the distance to the external object can be detected.
  • the processor 270 uses the plurality of code signals from the modulator 266 and the plurality of code signals from the demodulator 286 to determine a plurality of external objects. Distance information can be detected, and final distance information can be calculated based on the plurality of distance information.
  • the processor 270 may reconstruct the detected distance information into a 2D image by using horizontal and vertical sync signals from the scanner 240, as illustrated in FIG. 2B.
  • the 2D image thus constructed may be updated several times or more and converted into an image.
  • the memory 272 may store data for controlling various operations of the distance detection apparatus 200.
  • the code signal for the output light may be stored, and when the distance is calculated by the processor 270, the stored code signal may be output to the processor 270.
  • the memory 272 may store distance information for each region of the external object 40 when calculating the distance information of the external object 40, and finally, may store distance information of the entire external object 40. Can be stored.
  • FIG. 15 is an example of an internal structure diagram of the distance detection device of FIG. 14.
  • the distance detecting apparatus includes a light source unit 210, a light collecting unit 212, a light reflecting unit 214, a scanner 240, a polarization converting unit 250, a second light reflecting unit 255, and a second light reflecting unit.
  • the light reflection unit 256, the detection unit 280, and the polarization splitter 282 may be included.
  • the light collecting unit 212 collimates the output light output from the light source unit 210.
  • the light collecting unit 212 may include a collimate lens for collimating light having a corresponding wavelength.
  • the output light which has passed through the condenser 212 passes through the polarization separator 282.
  • the polarization separation unit 282 separates the traveling direction according to each polarization direction. For example, the output light is transmitted when the output light is in the P-polarized state, and reflected when the reflected light is the received light in the S-polarized state, and the received light is transmitted to the detector 280.
  • a polarization splitter may be referred to as a polarizer beam splitter.
  • the light reflection unit 214 reflects the output light passing through the polarization splitter 282 toward the scanner 240 and reflects the received light received through the scanner 240 toward the polarization splitter 282. .
  • the light reflection part 214 can reflect light of various wavelengths, not only reflecting the wavelength of output light. Accordingly, the light reflection portion 214 may include a total mirror.
  • the polarization converting unit 250 may convert the polarization direction of the output light and convert the polarization direction of the received light.
  • the polarization converter 250 may control the polarization direction by giving a phase difference, and may convert linearly polarized light into circularly polarized light, or may convert circularly polarized light into linearly polarized light.
  • the polarization converting unit 250 converts output light that is P-polarized light into output light of circular polarization. Accordingly, the scanner 240 can output the output light of the circularly polarized light to the outside, and can receive the received light of the circularly polarized light from the outside. On the other hand, the polarization converting unit 250 may convert the received light of the circularly polarized light received through the scanner 240 into the received light which is S polarized light. Accordingly, the polarization converter 250 may be referred to as a quarter wave length plate (QWP).
  • QWP quarter wave length plate
  • the polarization converting unit 250 may output the output light of the P polarized light as it is without conversion, and may convert the received light of the P polarized light received from the scanner 240 into the received light of S polarized light.
  • the second light reflecting unit 255 reflects the output light passing through the polarization converting unit 250 toward the scanner 240, and reflects the received light received through the scanner 240 toward the polarization converting unit 250. Reflect.
  • the light reflection unit 255 can reflect light of various wavelengths instead of reflecting only the wavelength of the output light. Accordingly, the second light reflection unit 255 may include a total mirror.
  • the third light reflecting unit 256 reflects the output light passing through the second light reflecting unit 255 toward the scanner 240 and reflects the received light received through the scanner 240 to the second light reflecting unit ( 255) direction.
  • the third light reflection unit 256 can reflect light of various wavelengths instead of reflecting only the wavelength of the output light. Accordingly, the third light reflection unit 256 may include a total mirror.
  • the optical path of the output light and the optical path of the received reception light partially overlap.
  • the distance detection device having a structure in which the light output and the optical path of the light reception are partially overlapped may be referred to as a coaxial optical system.
  • the distance detecting device having such a structure can be downsized in size, resistant to external light, and can have a high signal-to-noise ratio.
  • the distance detection apparatus having a structure in which the light output and the light path of the light reception are completely separated from each other may be referred to as a separate optical system.
  • FIG. 16 is a diagram referred to describe a distance detection method of the distance detection apparatus of FIG. 14.
  • the processor 270 of the distance detection device may calculate the distance information by a phase difference, a time difference, pulse counting, or the like of the electrical signal for the output light and the electrical signal for the received light.
  • the distance information level can be calculated according to the time difference ⁇ t between the code signal of the output light and the code signal of the received light.
  • the time difference ⁇ t the time difference between the code signal of the output light and the code signal of the received light.
  • the larger the time difference the farther the external object 40 is, so that the distance information level can be set to be larger, and accordingly, the luminance level can be set to be smaller.
  • the smaller the time difference the closer the external object 40 is, and therefore, the distance information level can be set to be smaller, and accordingly, the luminance level can be set to be larger.
  • 17 to 19 are views referred to for describing the operation of the distance detecting apparatus of FIG. 14.
  • FIG. 17 illustrates one example of a modulation technique in the modulator 266.
  • the figure illustrates BPSK modulation of the generated pseudorandom noise corresponding to the code signal. That is, in order to modulate an analog signal, when the pseudorandom noise values are 1 and -1, the carrier phase is changed to 0 degrees and 180 degrees, respectively.
  • any one of the well known modulation techniques ASK, FSK, PSK, PCM, PWM, PPM, PDM, M-QAM, CDMA, OFDM, etc.
  • 18A and 18B illustrate autocorrelation and cross-correlation characteristics when using a pseudo random noise code signal as a code signal.
  • FIG. 18A illustrates autocorrelation with the same code signal
  • FIG. 18B illustrates cross correlation for different code signals.
  • the processor 270 may perform correlation by using a code signal used in the modulator 266 and a code signal separated from the demodulator 286, and may be used in the modulator 266.
  • the code signal to be coded and the code signal separated by the demodulator 286 are the same code signal, as shown in Fig. 18A, the level is increased in a specific band.
  • the code signal used by the modulator 266 and the code signal separated by the demodulator 286 are different code signals, as shown in FIG. 18B, the level becomes smaller in all bands. That is, it is represented by a noise component.
  • Figure 19 illustrates an example of signal processing for the electrical signal detected by the detector.
  • the demodulator 286 may include the frequency converter 810 of FIG. 19, and the processor 270 may include a despreader 820.
  • the frequency converter 810 converts a carrier-based electrical signal detected by the detector 280 into a baseband-based signal. To this end, a cosine function corresponding to the carrier frequency is used, and a low pass filter may be used.
  • the despreading unit 820 then correlates the baseband-based signal with a pseudo random noise code signal.
  • the spreader code signal may be despread and extract distance information about an external object by using a high correlation level.
  • the processor 270 performs a correlation by using a code signal used by the modulator 266 and a code signal separated by the demodulator 286, while performing a correlation operation, and transmit code signal and receive code.
  • the time delay according to the signal can be identified.
  • the distance information can be calculated in consideration of the identified time delay.
  • the processor 270 when performing a correlation operation, finds a suitable code among the transmission code sets 1, 2, ..., N, ..., K-1, K, and then delays the corresponding code with respect to the transmission signal. By finding the value, the distance to the external object 40 can be calculated. For example, code N does not have a peak value when despreading together with code M ( ⁇ N), so that the code N is searched while changing the code until it has a peak value. If a code having a peak value is found, the delay time can be determined by checking how much the circular value is shifted to the code.
  • the distance detection apparatus 200 may add a plurality of code signals to output the output light of a single wavelength. That is, output light to which the first code signal and the second code signal are added can be output in the same time zone.
  • processor 270 may transmit codes c1, c2,... Which are orthogonal to each other. and cn are all superimposed to produce a C code, and the modulator 266 modulates the code C based on the code C to drive the light source unit 210 to output output light to which a plurality of codes are added.
  • the output unit 240 outputs output light to which a plurality of codes are added.
  • the code signal which is reflected or scattered by the external object 40 and based on the received light, may be a delayed code Cr.
  • Processor 270 includes code c1, c2,... The code of, cn and the received code Cr are correlated. And c1, c2,... the time t1, t2,... which indicates the maximum correlation obtained from the code of, cn Find tn.
  • t1, t2,... A value of, tn is averaged or used as an input value of a specific algorithm to obtain an output value T.
  • the processor 270 calculates the distance to the final external object based on this output value T.
  • the measurement accuracy can be increased by obtaining the effect of measuring n times.
  • the distance detection apparatus 200 may output a single wavelength of output light by adding a plurality of code signals.
  • the output unit 240 outputs the output light to which the first code signal is added among the plurality of code signals during the first period, and outputs the output light to which the second code signal is added among the plurality of code signals during the second period.
  • the processor 270 may perform distance detection by using a transmission code and a reception code.
  • the accuracy of the received light received from the external object can be improved, and the distance to the external object can be accurately detected.
  • the light source unit 210 of the distance detecting device 200 the first light source for outputting the first output light of the first wavelength, and the second output light of the second wavelength.
  • a second light source for outputting, and the modulator 266 adds a first code signal of the plurality of code signals to the first output light, and adds the plurality of code signals to the second output light.
  • the processor 270 may perform distance detection by using a transmission code and a reception code.
  • the light source unit 210 of the distance detecting device 200 the first light source for outputting the first output light of the first wavelength, and the second output light of the second wavelength.
  • a second light source for outputting, and the modulator 266 adds a first code signal of the plurality of code signals to the first output light, and adds the plurality of code signals to the second output light.
  • the output unit 240 may output the first output light for the first period and the second output light for the second period.
  • the processor 270 may perform distance detection by using a transmission code and a reception code.
  • the light source unit 210 of the distance detecting device 200 the first light source for outputting the first output light of the first wavelength, and the second output light of the second wavelength.
  • a second light source to be output, and the output unit 240 may output the first output light to the first external region, and output the second output light to the second external region.
  • the processor 270 may perform distance detection by using a transmission code and a reception code.
  • the light source unit 210 of the distance detecting device 200 includes a scanner which sequentially outputs the light modulated output light to an external region by sequentially performing the first direction scanning and the second direction scanning.
  • the first output light and the second output light may be output to the outside so that the horizontal scanning is performed on the horizontal lines different from the first output light and the second output light.
  • each beam (output If the angular distances between light) are spaced apart by Apixel / N, each k-th beam can converge to the distance value of the passing position when Tpixel / 2 + k / N * Tpixel seconds.
  • Each k-th beam is code c1, c2,... Since it is modulated by the code ck among, cn, the processor 270 can calculate distance information based on the code by each beam. As a result, when using N output lights, the spatial resolution can be increased by N times.
  • the distance detecting apparatus 200 outputs the output light output from the light source unit to the external object 40, and receives the received light scattered or reflected from the external object 40.
  • the distance is detected using the difference between the output light and the received light.
  • an absorbing member that absorbs the internal scattered light generated by the polarized light separating portion (282 of FIG. 20) which transmits a part and reflects the other part is used. Accordingly, the distance to the external object 40 can be easily detected while removing the internal scattered light. Accordingly, the noise due to the internal scattered light is considerably smaller than the received light scattered from the external object 40, so that the measurable distance can be extended and the distance resolution can be improved.
  • an absorbing member for absorbing the internal scattered light generated inside the distance detecting apparatus according to another embodiment of the present invention may be applied. It is possible. This will be described with reference to FIGS. 20 to 25.
  • 20 is an example of an internal structure diagram of a distance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the internal structural diagram of the distance detecting apparatus of FIG. 20 may be the same as the internal structural diagram of the distance detecting apparatus of FIG. 15, and accordingly, description thereof will be omitted with reference to the description of FIG. 15.
  • the processor 270 of the distance detection apparatus may perform distance detection by using a distance calculation method based on a time difference method as shown in FIG. 16 or a phase difference method as shown in FIG. 3. have.
  • 21A to 21C are views referred to for explaining the internal scattered light in the distance detection device.
  • FIG. 21A illustrates the light source unit 210, the light collecting unit 212, the polarization separating unit 282, and the structure 600 in the distance detection apparatus.
  • the light collecting unit 212 collimates the output light output from the light source unit 210.
  • the light collecting unit 212 may include a collimate lens for collimating light having a corresponding wavelength.
  • the polarization separation unit 282 separates the traveling direction according to each polarization direction. For example, the output light is transmitted when the output light is in the P-polarized state, and reflected when the reflected light is the received light in the S-polarized state, and the received light is transmitted to the detector 280.
  • a polarization splitter may be referred to as a polarizer beam splitter.
  • the fixture 600 of another optical component may be disposed around the polarization splitter 282.
  • the fixture 600 is disposed on the right side of the polarization separator 282. That is, the instrument 600 may be disposed in a direction opposite to the direction of the detector 280.
  • FIG. 21B illustrates the polarization splitter 282 transmitting light and reflecting light. That is, the output light L1 output from the light source unit 210 may be transmitted, and the reception light L2 received from the outside may be reflected to transmit the reception light to the detection unit 280.
  • the polarization splitter 282 may transmit a P-polarized beam and reflect the S-polarized beam.
  • FIG. 21C illustrates that the internal scattered light is generated in the polarization splitter 282.
  • the polarization splitter 282 may transmit a beam of P polarization and reflect a beam of S polarization.
  • the light is reflected back from the inner side of the polarization splitter 282 and reflected on the plane of the polarized splitter 282.
  • noise 1 (LN1) noise 3 (LN3), etc., received by being reflected by multiple reflections on the inner surface of the polarization separator 282 may be used. These noises are due to the internal scattered light in the polarization separator 282.
  • the ratio of the weak signal scattered from the external object 40 to the noise due to the internal scattered light becomes the signal-to-noise ratio SNR.
  • the distance at which the SNR is maintained at least 1 may be a measurable distance.
  • noises due to internal scattered light must be reduced.
  • the absorbing member for reducing the noises by the internal scattered light in the distance detecting device will be described.
  • 22A to 22C are various examples of the absorbing member in the distance detecting device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 22A illustrates black painting 710 attached to polarization splitter 282.
  • FIG. 22B illustrates a polarizing member 720 disposed between the polarization separating unit 282 and the light source unit 210, and specifically, between the polarization separating unit 282 and the light collecting unit 212.
  • the polarizing member 720 may be a polarizer.
  • the polarization contrast is improved by passing the polarizer 720 before passing through the plane of the polarization splitter 282, thereby reducing noises 1 and 2 (LN1, LN2) and the like caused by the reflection of the S-polarized beam. have.
  • FIG. 22C illustrates a photosensitive filter 730 disposed between the polarization separator 282 and the fixture 600.
  • the photosensitive filter 730 may be an absorptive ND filter.
  • the photosensitive filter 730 by using the photosensitive filter 730, the intensity of the beam from the polarization splitter 282 toward the structure 600 can be reduced. As a result, noise can be reduced.
  • FIG. 22D illustrates a black coating 740 formed on the surface of the fixture 600.
  • the black coating 740 may be a black optical coating.
  • the black coating 740 it is possible to reduce the amount of reflected light from the apparatus 600 through absorption, thereby reducing noise.
  • FIG. 22E illustrates multiple reflective path members 750 attached to the fixture 600.
  • the multiple reflection path member 750 is attached to the inclined surface of the fixture 600 to generate multiple reflections. As a result, the amount of reflected light from the fixture 600 can be reduced, thereby reducing noise.
  • noise may be minimized by using at least two of the methods of FIGS. 22A to 22E.
  • FIG. 23 is another example of the internal structural diagram of a distance detecting apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 illustrates a schematic internal structure diagram of the distance detection apparatus, and particularly illustrates a schematic internal structure diagram of the distance detection apparatus employing the method of FIG. 22B among the methods of FIGS. 22A to 22E for reducing the internal scattered light.
  • the light source unit 210, the polarization splitter 282, and the polarization converting unit 250 may be arranged in a line on an optical path.
  • the light source unit 210 may output the output light of the first direction polarization. That is, P-polarized light can output output light.
  • the polarizing member 720 of FIG. 22B is used to increase the polarization contrast. That is, the output light of the LD passes through the polarizerer 720, and P-polarized light is transmitted by the polarization splitter 282. The P-polarized output light is converted into circularly polarized light by the polarization converting unit 250 (QWP), and the scanner 240 scans the external object 40 by this scanning.
  • QWP polarization converting unit 250
  • the received light in the circularly polarized state received by being scattered (backscattered) from the external object 40 becomes the S polarized state after passing through the polarization converter 250 (QWP). Since the polarization splitter 282 reflects the received light in the S polarization state, the detector 280 receives the received light scattered from the external object 40.
  • the detector 280 is reflected by the polarization splitter 282 and converts the received light collected by the light concentrator 213 into an electrical signal.
  • the processor 270 calculates a distance to the external object 40 based on the electrical signal from the detector 280.
  • the polarization contrast may be increased by the polarization member 720 before passing through the polarization splitter 282.
  • the polarization contrast is improved, so that the P polarization component, which is output light, is increased, so that SNR can be improved despite internal noise.
  • the black painting 710 attached to the polarization separation unit 282 of FIG. 22A and the polarization separation unit 282 of FIG. 22C Photosensitive filter 730 disposed between and instrument 600, black coating 740 formed on the surface of instrument 600 of FIG. 22D, multiple reflective path member 750 attached to instrument 600 of FIG. 22E. At least one of the more may be used.
  • the scanner 240 is illustrated as receiving the backscattered received light from the external object 40, but, on the contrary, a separate receiver receives the backscattered received light from the external object 40. It is also possible to receive. In this case, since the output light and the received light are separated, the distance detection device may be referred to as a separate optical system.
  • 24 is another example of an internal structure diagram of a distance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the distance detecting apparatus of FIG. 24 is similar to the distance detecting apparatus of FIG. 23 except that the light source unit is not one but two.
  • the distance detecting apparatus of FIG. 24 includes a first light source unit 210, a first light collecting unit 212, a light reflecting unit 214, a second light source unit 215, a second light collecting unit 217, and an optical wavelength separation unit 219. ),
  • the second detector 285 and the second polarization splitter 287 may be included.
  • the first condenser 212 and the second condenser 217 collimate the output light output from the first light source 210 and the second light source 215, respectively.
  • the first condenser 212 and the second condenser 217 may each include a collimate lens for collimating light having a corresponding wavelength.
  • the first output light passing through the first light collecting part 212 passes through the first polarization separating part 282 through the first polarizing member 720a and passes through the second light collecting part 217.
  • the 2nd output light passes through the 2nd polarization separating part 282 through the 2nd polarizing member 720b.
  • the light reflection unit 214 reflects the first output light passing through the first polarization splitter 282 toward the scanner 240 and separates the first received light received through the scanner 240 from the first polarization splitter. Reflect in the direction of the portion 282.
  • the light reflection part 214 can reflect light of various wavelengths, not only reflecting the wavelength of a 1st output light. Accordingly, the light reflection portion 214 may include a total mirror.
  • the optical wavelength separator 219 may be reflected or transmitted for each wavelength of light, and may be implemented as, for example, a dichroic mirror. In detail, the optical wavelength separator 219 may transmit light having a first wavelength and reflect light having a second wavelength.
  • the optical wavelength separator 219 may transmit the first output light to the scanner 240 and may reflect the second output light to the scanner 240.
  • the optical wavelength separation unit 219 may transmit the first reception light and transmit the light toward the light reflection unit 214, and may reflect the second reception light and transmit the light to the second polarization separation unit 287. have.
  • the polarization converting unit 250 may convert the polarization direction of the output light and convert the polarization direction of the received light.
  • the polarization converter 250 may control the polarization direction by giving a phase difference, and may convert linearly polarized light into circularly polarized light, or may convert circularly polarized light into linearly polarized light.
  • the second light reflecting unit 255 reflects the first and second output light passing through the polarization converting unit 250 toward the scanner 240, and receives the first and second numbers received through the scanner 240.
  • the new light is reflected in the polarization converter 250.
  • the light reflection unit 255 can reflect light of various wavelengths, rather than reflecting only the wavelengths of the first and second output light. Accordingly, the second light reflection unit 255 may include a total mirror.
  • the third light reflecting unit 256 reflects the first and second output light passing through the second light reflecting unit 255 toward the scanner 240 and receives the first and the second light received through the scanner 240. 2 Reflects the received light toward the second light reflection part 255.
  • the third light reflecting unit 256 can reflect light of various wavelengths, instead of reflecting only the wavelengths of the first and second output light. Accordingly, the third light reflection unit 256 may include a total mirror.
  • the first detector 280 converts the first received light reflected by the first polarized light splitter 282 into an electrical signal
  • the second detector 282 is configured by the second polarized light splitter 282. 2 Convert the received light into an electrical signal.
  • the processor 270 calculates a distance to the external object 40 based on the electrical signals from the first detector 280 and the second detector 282.
  • the black painting 710 attached to the polarization separation unit 282 of FIG. 22A and the polarization separation unit of FIG. 22C ( 282 and photosensitive filter 730 disposed between instrument 600, black coating 740 formed on the surface of instrument 600 of FIG. 22D, and multiple reflective path members attached to instrument 600 of FIG. 22E ( At least one of 750 may be further used.
  • 25 is still another example of the internal structure diagram of a distance detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the internal structure of the distance detection device of FIG. 25 differs in that the arrangement of the light source 210 and the detector 280 is different.
  • the detection unit 280, the polarization separation unit 282, and the polarization conversion unit 250 are arranged in a line on the optical path.
  • the light source unit 210 outputs the output light of the second direction polarization, that is, the S polarization.
  • the polarization splitting unit 282 reflects the output light of the S polarized light, transmits the light toward the scanner 240, and transmits the received light of the P polarized light. It is delivered to the detector 280.
  • the polarization member 720 of FIG. 22B is used between the light condenser 212 and the polarization splitter 282.
  • the polarization contrast may be increased by the polarization member 720 before passing through the polarization splitter 282.
  • the polarization member 720 cannot be 100% linearly polarized light, but since the polarization contrast is improved, the S polarized light component, which is output light, is increased, so that SNR can be improved despite internal noise.
  • the black painting 710 attached to the polarization separation unit 282 of FIG. 22A and the polarization separation unit 282 of FIG. 22C may be used.
  • the scanner 240 is illustrated as receiving the backscattered received light from the external object 40, but, on the contrary, a separate receiver receives the backscattered received light from the external object 40. It is also possible to receive. In this case, since the output light and the received light are separated, the distance detection device may be referred to as a separate optical system.
  • FIG. 26 is an internal block diagram of the mobile terminal of FIG. 1.
  • the mobile terminal 100 includes a wireless communication unit 110, an A / V input unit 120, a user input unit 130, a sensing unit 140, an output unit 150,
  • the memory 160 may include an interface unit 170, a controller 180, and a power supply 190.
  • the wireless communication unit 110 may include a broadcast receiving module 111, a mobile communication module 113, a wireless internet module 115, an NFC module 117, a GPS module 119, and the like.
  • the broadcast receiving module 111 may receive at least one of a broadcast signal and broadcast related information from an external broadcast management server through a broadcast channel.
  • the broadcast channel may include a satellite channel, a terrestrial channel, and the like.
  • the broadcast signal and / or broadcast related information received through the broadcast receiving module 111 may be stored in the memory 160.
  • the mobile communication module 113 transmits and receives a radio signal with at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network.
  • the wireless signal may include various types of data according to voice call signal, video call signal, or text / multimedia message transmission and reception.
  • the wireless internet module 115 refers to a module for wireless internet access.
  • the wireless internet module 115 may be embedded or external to the mobile terminal 100.
  • the NFC module 117 may perform near field communication.
  • the NFC module 117 may receive predetermined data from the NFC device when approaching the NFC device (not shown) within a predetermined distance, that is, when tagging.
  • the GPS (Global Position System) module 119 may receive location information from a plurality of GPS satellites.
  • the A / V input unit 120 is for inputting an audio signal or a video signal, and may include a camera 121, a distance detector 200, a microphone 123, and the like.
  • the distance detector 200 may be a miniature distance detector.
  • the distance detection unit 200 based on the plurality of transmission signals and the received signal, the final distance calculation for the external object Can be done.
  • the distance detection unit 200 based on the code signal at the time of output light modulation and the received code signal at the time of demodulating received light, as described with reference to FIGS. 13 to 19. Thus, distance detection on the external object can be performed.
  • the distance detector 200 may include an absorbing member that absorbs internal scattered light generated inside the distance detector, as described with reference to FIGS. 20 to 25.
  • the distance detector 200 may be provided in the 3D camera 122 together with the camera 121.
  • the calculated distance information may be transmitted to the controller 180 and used when playing multimedia, in particular, when displaying a 3D image, or transmitted to the outside.
  • the user input unit 130 generates key input data input by the user for controlling the operation of the terminal.
  • the user input unit 130 may include a key pad, a dome switch, a touch pad (constant voltage / capacitance), and the like.
  • the touch pad forms a mutual layer structure with the display unit 151 to be described later, this may be referred to as a touch screen.
  • the sensing unit 140 detects a current state of the mobile terminal 100 such as an open / closed state of the mobile terminal 100, a location of the mobile terminal 100, a presence or absence of user contact, and the like to control the operation of the mobile terminal 100.
  • the sensing signal may be generated.
  • the sensing unit 140 may include a detection sensor 141, a pressure sensor 143, a motion sensor 145, and the like.
  • the motion sensor 145 may detect a movement or position of the mobile terminal 100 using an acceleration sensor, a gyro sensor, a gravity sensor, or the like.
  • the gyro sensor is a sensor for measuring the angular velocity, and may sense a direction (angle) returned with respect to the reference direction.
  • the output unit 150 may include a display unit 151, an audio output module 153, an alarm unit 155, and a haptic module 157.
  • the display unit 151 displays and outputs information processed by the mobile terminal 100.
  • the display unit 151 and the touch pad form a mutual layer structure and constitute a touch screen
  • the display unit 151 is an input device capable of inputting information by a user's touch in addition to the output device. May also be used.
  • the sound output module 153 outputs audio data received from the wireless communication unit 110 or stored in the memory 160.
  • the sound output module 153 may include a speaker, a buzzer, and the like.
  • the alarm unit 155 outputs a signal for notifying occurrence of an event of the mobile terminal 100.
  • the signal may be output in the form of vibration. .
  • the haptic module 157 generates various haptic effects that a user can feel.
  • a representative example of the haptic effect generated by the haptic module 157 is a vibration effect.
  • the memory 160 may store a program for processing and controlling the controller 180 and may provide a function for temporarily storing input or output data (for example, a phone book, a message, a still image, a video, etc.). It can also be done.
  • input or output data for example, a phone book, a message, a still image, a video, etc.
  • the interface unit 170 serves as an interface with all external devices connected to the mobile terminal 100.
  • the interface unit 170 may receive data from such an external device or receive power and transfer the data to each component inside the mobile terminal 100, and allow the data inside the mobile terminal 100 to be transmitted to the external device. .
  • the controller 180 typically controls the operation of each unit to control the overall operation of the mobile terminal 100. For example, related control and processing for voice calls, data communications, video calls, and the like can be performed.
  • the controller 180 may include a multimedia playback module 181 for multimedia playback.
  • the multimedia playback module 181 may be configured in hardware in the controller 180 or may be configured in software separately from the controller 180.
  • the operation of the controller 180 for the multimedia playback, etc. will be described in detail with reference to FIG.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the controller 180 to supply power required for the operation of each component.
  • the mobile terminal 100 having such a configuration may be configured to be operable in a communication system capable of transmitting data through a frame or packet, including a wired / wireless communication system and a satellite based communication system. have.
  • a block diagram of the mobile terminal 100 shown in FIG. 26 is a block diagram for one embodiment of the present invention.
  • Each component of the block diagram may be integrated, added, or omitted according to the specifications of the mobile terminal 100 that is actually implemented. That is, two or more components may be combined into one component as needed, or one component may be divided into two or more components.
  • the function performed in each block is for explaining an embodiment of the present invention, the specific operation or device does not limit the scope of the present invention.
  • FIG. 27 is an internal block diagram of the controller of FIG. 26.
  • the controller 180 according to an embodiment of the present invention, the demultiplexer 310, the image processor 320, the processor 330, the OSD generator 340 for multimedia playback , A mixer 345, a frame rate converter 350, and a formatter 360.
  • the audio processing unit (not shown) and the data processing unit (not shown) may be further included.
  • the demultiplexer 310 demultiplexes an input stream. For example, when an MPEG-2 TS is input, it may be demultiplexed and separated into video, audio, and data signals, respectively.
  • the stream signal input to the demultiplexer 310 may be a stream signal output from the broadcast receiving module 111, the wireless internet module 115, or the interface unit 170.
  • the image processor 320 may perform image processing of the demultiplexed image signal. To this end, the image processor 320 may include an image decoder 225 and a scaler 235.
  • the image decoder 225 decodes the demultiplexed image signal, and the scaler 235 may scale the resolution of the decoded image signal in consideration of the output image output from the display unit 151. have.
  • the video decoder 225 may include decoders of various standards.
  • the processor 330 may control overall operations in the mobile terminal 100 or the controller 180.
  • the processor 330 may control the broadcast reception module 111 to control tuning of an RF broadcast corresponding to a channel selected by a user or a pre-stored channel.
  • the processor 330 may control the mobile terminal 100 by a user command or an internal program input through the user input interface unit 150.
  • processor 330 may perform data transmission control with the network interface 135 or the interface 170.
  • processor 330 may control operations of the demultiplexer 310, the image processor 320, and the OSD generator 340 in the controller 180.
  • the OSD generator 340 generates an OSD signal according to a user input or itself. For example, a signal for displaying various types of information in a graphic or text may be generated in an image output to the display unit 151 based on a user input signal.
  • the generated OSD signal may include various data such as a user interface screen, various menu screens, widgets, and icons of the mobile terminal 100.
  • the generated OSD signal may include a 2D object or a 3D object.
  • the mixer 345 may mix the OSD signal generated by the OSD generator 340 and the decoded image signal processed by the image processor 320.
  • the mixed video signal is provided to the frame rate converter 350.
  • the frame rate converter 350 may convert a frame rate of an input video. On the other hand, the frame rate converter 350 can output the data as it is without additional frame rate conversion.
  • the formatter 360 may receive a mixed signal from the mixer 345, that is, an OSD signal and a decoded video signal, and change the format of the signal to be suitable for the display unit 151.
  • the formatter 360 may separate the 2D video signal and the 3D video signal for displaying the 3D video.
  • the format of the 3D video signal may be changed or the 2D video signal may be converted into a 3D video signal.
  • the formatter 360 may use the distance information calculated by the distance detector 200 to display the 3D image.
  • the formatter 360 since the larger the distance information level is, the farther the external object is, the formatter 360 may set the depth information to be smaller. That is, the formatter 360 may set the depth information level in inverse proportion to the distance information level.
  • the 2D image may be converted into a 3D image and output using the depth information.
  • the formatter 360 may set the depth information level to be small and, accordingly, may be depressed and displayed when displaying the 3D image.
  • the formatter 360 may set the depth information level to be large, thereby protruding and displaying the 3D image.
  • the audio processor (not shown) in the controller 180 may perform voice processing of the demultiplexed voice signal.
  • the audio processor (not shown) may include various decoders.
  • the audio processor (not shown) in the controller 180 may process a base, a treble, a volume control, and the like.
  • FIG. 27 illustrates that the signals from the OSD generator 340 and the image processor 320 are mixed in the mixer 345 and then 3D processed in the formatter 360
  • the present invention is not limited thereto. May be located after the formatter. That is, the output of the image processor 320 is 3D processed by the formatter 360, and the OSD generator 340 performs 3D processing together with OSD generation, and then mixes each processed 3D signal by the mixer 345. It is also possible.
  • FIG. 27 a block diagram of the controller 180 shown in FIG. 27 is a block diagram for an embodiment of the present invention. Each component of the block diagram may be integrated, added, or omitted according to the specification of the controller 180 that is actually implemented.
  • the frame rate converter 350 and the formatter 360 are not provided in the controller 180, but may be provided separately.
  • the image processing apparatus including the distance detecting apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified in various ways. All or part of the examples may be optionally combined.
  • the present invention is applicable to a distance detecting device capable of detecting a distance to an external object.

Abstract

본 발명은 거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치는, 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호에 기초하여, 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행하여, 출력광을 외부 영역에 출력하는 스캐너와, 출력광에 대응하여 외부로부터, 수신되는 수신광을 수신 신호로 변환하는 검출부와, 복수의 송신 신호와 복수의 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 연산하고, 송신 신호의 주파수를 가변하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호와 제1 송신 신호에 대응하는 제1 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호와 제2 송신 신호에 대응하는 제2 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산한다. 이에 의해, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.

Description

거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치
본 발명은 거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있는 거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치에 관한 것이다.
외부 대상물에 대한 거리를 측정하고자 하는 요구가 증대되고 있다. 특히, 영상 시청시, 2D 영상 외에, 3D 영상, 즉 입체 영상을 시청하고자 하는 요구가 증대되고 있으며, 3D 영상의 깊이 검출을 위해, 외부 대상물에 대한 거리를 검출할 수 있다. 이와 같이, 외부 대상물에 대한 거리 검출 방법으로, 다양한 방안이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있는 거리 검출 장치, 및 이를 구비하는 영상처리장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치는, 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호에 기초하여, 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행하여, 출력광을 외부 영역에 출력하는 스캐너와, 출력광에 대응하여 외부로부터, 수신되는 수신광을 수신 신호로 변환하는 검출부와, 복수의 송신 신호와 복수의 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 연산하고, 송신 신호의 주파수를 가변하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호와 제1 송신 신호에 대응하는 제1 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호와 제2 송신 신호에 대응하는 제2 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치는, 출력광을 출력하는 광원부와, 적어도 하나의 코드 신호에 기초한 출력광을 광원부에서 출력하도록 구동하는 변조부와, 출력광을 외부로 출력하는 출력부와, 출력광에 대응하여 외부로부터 수신되는 수신광에 기초하여, 코드 신호를 분리하는 복조부와, 변조부에서의 코드 신호와, 복조부에서의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출하는 프로세서를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영상처리장치는, 디스플레이, 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호에 기초하여, 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행하여, 출력광을 외부 영역에 출력하는 스캐너와, 출력광에 대응하여 외부로부터, 수신되는 수신광을 수신 신호로 변환하는 검출부와, 복수의 송신 신호와 복수의 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 연산하고, 송신 신호의 주파수를 가변하는 프로세서를 포함하는 거리 검출부, 및 거리 검출부에서 검출된 거리 정보를 이용하여, 디스플레이에 3D 영상을 표시하도록 제어하는 제어부를 구비하며, 프로세서는, 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호와 제1 송신 신호에 대응하는 제1 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호와 제2 송신 신호에 대응하는 제2 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리 검출 장치 또는 거리 검출 장치를 구비하는 영상처리장치는, 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호에 기초하여, 출력광을 출력하고, 출력광에 대응하여 외부로부터, 수신되는 수신광을 수신 신호로 변환하여, 외부 대상물에 대한 거리를 연산한다. 특히, 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호와 제1 송신 신호에 대응하는 제1 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호와 제2 송신 신호에 대응하는 제2 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산한다. 이에 의해, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
특히, 복수의 송신 신호 중 제1 및 제2 송신 신호 간의 주파수 비율이, 정수배가 아닌 것으로 설정하여, 출력광을 출력하는 경우, 외부 대상물의 측정 가능 거리를 향상시키면서, 거리 해상도를 유지할 수 있게 된다. 이에 따라, 거리 검출 장치의 성능이 향상될 수 있게 된다.
한편, 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호에 기초한 제1 출력광의 파장과, 제2 송신 신호에 의한 제2 출력광의 파장은 서로 다를 수 있으며, 제1 출력광과 제2 출력광은, 스캐너에서 스캐닝시, 서로 다른 라인 별로, 또는 서로 다른 프레임 별로, 교호하게 출력될 수 있다. 이에 의해, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
한편, 광원부는, 제1 시간 동안, 제1 및 제2 송신 신호에 기초한 제1 출력광을 출력하고, 제2 시간 동안, 제3 및 제4 송신 신호에 기초한 제2 출력광을 출력할 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 주파수의 송신 신호를, 다른 시간에 사용함으로써, 측정 가능 거리를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 출력광의 외부 출력을 위해, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행가능한 2D 스캐너를 사용함으로써, 복수의 스캐너가 필요없게 되어, 거리 검출 장치를 소형화할 수 있게 된다. 또한, 제조비용도 저감할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치 또는 거리 검출 장치를 구비하는 영상처리장치는, 적어도 하나의 코드 신호에 기초한 출력광을 외부로 출력하고, 외부로부터 수신되는 수신광에 기초하여, 코드 신호를 분리하며, 변조부에서의 코드 신호와, 복조부에서의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출함으로써, 외부 노이즈에 강인한 코드 신호의 사용에 의해, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
특히, 코드 신호의 변조 기법에 의해, 주변의 노이즈에 비해 미약한 수신광으로부터 거리 정보를 얻어낼 수 있는 장점이 있다. 또한, 거리 검출 장치 마다, 서로 다른 종류의 코드 신호를 사용함으로써, 기기간 간섭을 방지할 수 있게 된다.
한편, 광원부가 복수의 출력광을 사용하고, 그에 따라, 각각 해당하는 코드 신호를 부가하는 경우, 흡수율이 다른 복수의 파장의 출력광을 사용함으로써, 외부 대상물로부터 수신되는 수신광의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 나아가 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 복수의 코드 신호를 사용하는 경우, 각 코드 신호 별로 거리 정보를 검출을 한 후, 각 검출된 거리 정보에 기초하여, 최종 거리 정보를 산출할 수 있어, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 광원부로부터의 제1 출력광을 제1 외부 영역에 출력하고, 제2 출력광을 제2 외부 영역에 출력함으로써, 거리 검출을 위한, 공간 해상도를 향상시킬 수 있다.
한편, 광원부로부터의 제1 출력광과 제2 출력광을 서로 다른 수평 라인에 대해 수평 스캐닝되도록 함으로써, 공간 해상도를 향상시킬 수 있다.
한편, 광원으로 레이저 다이오드를 사용함으로써, 측정 가능 거리를 확장시킬 수 있으며, 거리 해상도가 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치는, 광원부로부터의 출력광을, 스캐너를 토해 순차 스캐닝하여 외부 영역에 출력하고, 출력광에 대응하는 수신광을 검출부를 통해 검출하며, 출력광 및 수신광 중, 일부는 투과시키고, 다른 일부는 반사시키는 편광 분리부에서 발생하는 내부 산란광을 흡수하는 흡수부재를 사용한다. 이에 따라, 내부 산란광을 제거하면서, 외부 대상물에 대한 거리를 간편하게 검출할 수 있게 된다.
특히, 내부 산란광에 의한 잡음이, 외부 대상물에서 산란되어 수신되는 수신광 보다 상당히 작아지므로, 측정 가능 거리를 확장시킬 수 있으며, 거리 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 검출 장치를 포함하는 영상처리장치에서 거리 검출을 위한 광을 투사하는 것을 도시한다.
도 2a는 도 1의 거리 검출 장치의 광 투사시의 스캐닝 방법을 예시하는 도면이다.
도 2b는 도 1의 거리 검출 장치에서 획득 가능한 거리 정보를 예시한 도면이다.
도 3은 도 1의 거리 검출 장치의 거리 검출 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1의 거리 검출 장치의 내부 구조도의 일예이다.
도 5는, 거리 검출 장치와 외부 대상물 사이의 거리를 예시하는 도면이다.
도 6은 도 1의 거리 검출 장치의 내부 블럭도의 일예이다.
도 7a 내지 도 7f는 도 6의 거리 검출 장치를 통한 거리 검출 방법의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 도 6의 거리 검출 장치를 통한 스캐닝 방법의 다양한 예를 예시한다.
도 9는 도 1의 거리 검출 장치의 내부 블럭도의 다른 예이다.
도 10a 내지 도 10b는 도 9의 거리 검출 장치를 통한 스캐닝 방법의 다양한 예를 예시한다.
도 11a 내지 도 11f는 도 6 또는 도 9의 거리 검출 장치를 통한 거리 검출 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 거리에 따라 거리 검출 장치에서 서로 다른 주파수 신호를 출력하는 것을 예시한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치를 포함하는 영상처리장치에서 거리 검출을 위한 광을 투사하는 것을 도시한다.
*도 14는 도 13의 거리 검출 장치의 내부 블럭도의 일예이다.
도 15는 도 14의 거리 검출 장치의 내부 구조도의 일예이다.
도 16은 도 14의 거리 검출 장치의 거리 검출 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 17 내지 도 19은 도 14의 거리 검출 장치의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 일예이다.
도 21a 내지 도 21c는 거리 검출 장치 내의 내부 산란광을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치 내의 흡수 부재의 다양한 예이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 다른 예다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 또 다른 예다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 또 다른 예다.
도 26은 도 1의 이동 단말기의 내부 블럭도이다.
도 27는 도 26의 제어부의 내부 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 기술되는 영상처리장치는, 거리 검출 장치가 장착 가능한 장치로서, 이동 단말기, TV, 셋탑 박스, 미디어 플레이어, 게임 기기, 감시용 카메라 등을 포함하며, 에어컨, 냉장고, 세탁기, 조리기기, 로봇 청소기 등의 가전기기를 포함하는 것도 가능하며, 자전거, 자동차 등의 차량 등을 포함할 수도 있다.
한편, 이동 단말기에는, 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(notebook computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라, 네비게이션, 타블렛 컴퓨터(tablet computer), 이북(e-book) 단말기 등이 포함된다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 검출 장치를 포함하는 영상처리장치에서 거리 검출을 위한 광을 투사하는 것을 도시한다.
도면을 참조하면, 도 1의 영상처리장치는, 이동 단말기(100)를 예시한다. 상술한 바와 같이, 거리 검출 장치(200)는, 이동 단말기, TV, 셋탑 박스, 미디어 플레이어, 게임 기기, 가전기기, 차량 등의 영상처리장치에 구비가능하며, 이하에서는 이동 단말기(100)를 중심으로 기술한다.
이동 단말기(100)는, 영상 촬영을 위한, 카메라(122)를 포함할 수 있다. 한편, 이동 단말기(100)는, 3D 영상 촬영을 위해, 거리 검출 장치(200)를 포함할 수 있다.
한편, 외부 영역(40)의 영상을 획득하는 카메라(122)와, 외부 영역(40)에 대한 거리 정보를 획득하는 거리 검출 장치(200)가, 3D 카메라(121) 내에 구비될 수 있다. 3D 카메라(121)는 하나의 모듈로서, 내부에 카메라(122)와 거리 검출 장치(200)를 포함할 수 있다.
또는, 카메라(122)와 거리 검출 장치(200)가 별도의 모듈로서, 이동 단말기(100) 내에 구비되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 적어도 하나의 광원을 사용하여, 외부 영역(40)에 출력광을 출력하고, 외부 영역(40)에서 산란 또는 반사되는 복수의 수신광을 수신하고, 출력광과 수신광의 차이를 이용하여, 거리를 검출하는 것으로 한다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호에 기초하여, 출력광을 출력하고, 출력광에 대응하여 외부로부터, 수신되는 수신광을 수신 신호로 변환하여, 외부 대상물에 대한 거리를 연산한다. 이에 의해, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
특히, 복수의 송신 신호 중 제1 및 제2 송신 신호 간의 주파수 비율이, 정수배가 아닌 것으로 설정하여, 출력광을 출력하는 경우, 외부 대상물의 측정 가능 거리를 향상시키면서, 거리 해상도를 유지할 수 있게 된다. 이에 따라, 거리 검출 장치의 성능이 향상될 수 있게 된다. 이에 대해서는, 이하에서 상세히 후술한다.
한편, 외부로 출력광을 출력할 때에, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행 가능한, 2D 스캐너를 사용함으로써, 복수의 스캐너가 필요 없게 되며, 따라서 거리 검출 장치(200)를 소형화할 수 있게 된다. 또한, 제조비용도 저감할 수 있게 된다. 한편, 스캐너 등에 대한 설명은 도 2a를 참조하여 설명한다.
도 2a는 도 1의 거리 검출 장치의 광 투사시의 스캐닝 방법을 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 거리 검출 장치(200)는, 광원부(210), 광 반사부(214), 스캐너(240)를 포함할 수 있다.
한편, 거리 검출 장치(200)에서 출력되는 광 파장은 단일 광원으로서 1개의 파장이 가능하나, 이와 달리, 다양한 파장의 광을 사용하는 것도 가능하다. 이하에서는 단일 광원을 사용하는 것을 중심으로 기술한다.
광원부(210)는, 일정 파장의 광을 출력광으로서 출력할 수 있다. 여기서, 출력광은, 적외선 파장의 광일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 가시광선 파장의 광 등 다양한 예가 가능하다. 이하에서는 적외선 파장의 광을 중심으로 기술한다.
한편, 광원부(210)는, 복수 파장의 출력광을 출력할 수도 있다.
한편, 광원부(210)는, 외부 대상물에, 광 투사를 위해, 광의 시준성이 중요하며, 이를 위해, 레이저 다이오드를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 예가 가능하다.
광원부(210)에서 출력되는 출력광은, 광 반사부(214)에서 반사되어, 스캐너(240)로 입사될 수 있다.
한편, 스캐너(240)는, 광원부(210)으로부터의 출력광을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다.
도면과 같이, 스캐너(240)는, 스캐닝 가능한 영역을 중심으로, 외부 영역(40)에 대해, 좌에서 우로 수평 스캐닝을 수행하고, 상에서 하로 수직 스캐닝을 수행하며, 다시 우에서 좌로 수평 스캐닝을 수행하고, 다시 상에서 하로 수직 스캐닝을 수행할 수 있다. 그리고, 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 영역(40)의 전체에 대해, 반복하여 수행할 수 있다.
한편, 외부 영역(40)으로 출력되는 출력광은, 외부 영역(40)에서 산란 또는 반사되어, 다시 거리 검출 장치(200)에 입사될 수 있다. 예를 들어, 스캐너(240)는, 외부로 출력되는 출력광에 대응하는 수신광을 수신할 수 있다.
거리 검출 장치(200)는, 출력광과, 수신광을 비교하여, 그 차이를 이용하여, 거리를 검출할 수 있다. 거리 검출 기법에 대해서는, 다양한 방법이 있으나, 본 발명의 실시예에서는, 위상 차이를 이용한 방법을 예시한다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
한편, 거리 검출 장치(200)에서, 산출되는 거리 정보는, 도 2b와 같이, 휘도 영상(65)으로서 표현될 수 있다. 외부 대상물의 다양한 거리 값(distance value)은, 대응하는 휘도 레벨로서 표시 가능하다. 거리가 가까운 경우, 휘도 레벨이 클 수(밝기가 밝을 수) 있으며, 깊이가 먼 경우 휘도 레벨이 작을 수(밝기가 어두울 수) 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른, 거리 검출 장치(200)는, 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 송신 신호를 사용하여, 출력광을 출력한다. 그리고, 출력광에 대응하는 수신광을 수신하고, 수신광을 복수의 수신 신호로 변환한다. 그리고, 복수의 송신 신호와 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 측정한다.
한편, 외부 영역(40)은, 도 2a와 같이, 제1 영역(42)과 제2 영역(44)으로 구분될 수 있다. 여기서, 제1 영역(42)은, 외부 대상물(50)을 포함하는 영역, 즉 유효 영역(active area)(42)일 수 있으며, 제2 영역(44)은, 외부 대상물(50)을 포함하지 않는 영역, 즉 블랭크 영역(blank area)(44)일 수 있다.
이에 따라, 전체 스캐닝 구간도, 외부 대상물이 존재하는 영역인 유효 영역(active area)(42)에 대응하는 제1 스캐닝 구간과, 외부 대상물이 존재하지 않는 영역인 블랭크 영역(blank area)(44)에 대응하는 제2 스캐닝 구간으로 구분될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위상차 방법에 의한 거리 산출 방법을 예시한다. 여기서, Tx는 출력광의 위상 신호, Rx는 수신광의 위상 신호를 나타낸다.
도면을 참조하면, 거리 검출 장치의 프로세서(도 4의 270)는, 출력광의 위상 신호와 수신광의 위상 신호의 위상 차이(Φ)에 따라, 거리 정보 레벨을 산출할 수 있다.
예를 들어, 위상 차이가 클수록, 외부 영역(40)이 멀리 있는 것이므로, 거리 정보 레벨이 크도록 설정할 수 있으며, 위상 차이가 작을수록, 외부 영역(40)이 가깝게 있는 것이므로, 거리 정보 레벨이 작도록 설정할 수 있다.
이러한, 거리 레벨 설정은, 상술한 바와 같이, 외부 영역(40)을 수평 스캐닝 및 수직 스캐닝하면서, 외부 영역(40) 내의 각 영역 별로 수행된다. 한편, 외부 영역(40)의 각 영역 별로, 거리 정보 레벨의 검출이 가능하다.
한편, 거리 검출 장치의 프로세서(도 4의 270)는, 출력광에 대한 전기 신호와 수신광에 대한 전기 신호의, 위상차에 의해, 거리 정보를 산출할 수 있다.
도 4는 도 1의 거리 검출 장치의 내부 구조도의 일예이다.
도면을 참조하면, 거리 검출 장치(200)는, 광원부(210), 집광부(212), 제1 광반사부(214), 스캐너(240), 제2 광반사부(255), 제3 광반사부(256), 검출부(280), 및 편광 분리부(281), 및 프로세서(270)를 포함할 수 있다.
집광부(212)는, 광원부(210)에서 출력되는 출력광(La)을 시준한다(collimate). 이를 위해, 집광부(212)는, 출력광을 시준하기 위한 Collimate Lens를 구비할 수 있다. 이때, 출력광은, 2개의 송신 신호(La,Lb)가 부가된, 즉 변조된 출력광일 수 있다.
다음, 집광부(212)를 통과한 출력광(La)은, 편광 분리부(281)를 통과한다.
편광 분리부(281)는, 출력광(La) 중 일부 편광은 투과시키고, 다룬 일부 편광은 방사시킨다. 예를 들어, 편광 분리부(281)는, 출력광 중 P 편광 상태의 출력광인 경우 투과시켜, 스캐너(240) 방향으로 P 편광 상태의출력광을 전달한다. 한편, 편광 분리부(281)는, 반사광 중 S 편광 상태의 수신광을 반사시켜, 검출부(280)로 S 편광 상태의 수신광을 검출부(280) 방향으로 전달한다. 이러한 편광 분리부는, Polarizer Beam Splitter(PBS)라 할 수 있다.
제1 광반사부(214)는, 편광 분리부(281)를 통과한 출력광(La)을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 수신광을 편광 분리부(281) 방향으로 반사시킨다. 제1 광반사부(214)는, 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 제1 광반사부(214)는, Total Mirror(TM)를 구비할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 제1 광반사부(214)와 제2 광반사부(255) 사이에 편광 변환부(미도시)가 구비되는 것도 가능하다.
편광 변환부(미도시)는, 출력광의 편광 방향을 변환하고, 수신광의 편광 방향을 변환할 수 있다.
예를 들어, 편광 변환부(미도시)는, 위상차를 주어 편광 방향을 제어한다. 특히, 선 편광을 원편광으로 변환하거나, 원편광을 선 편광으로 변환할 수 있다.
구체적으로, 편광 변환부(미도시)는, P 편광인 출력광을 각각 원 편광의 출력광으로 변환한다. 이에 따라, 스캐너(240)는, 원편광의 출력광을 외부로 출력하고, 외부로부터 원편광의 수신광(Lb)을 수신할 수 있다. 한편, 편광 변환부(미도시)는, 스캐너(240)를 통해 수신되는 원 편광의 수신광을, S 편광인 수신광으로 변환할 수 있다. 이에 따라, 편광 변환부(미도시)는, Quarter Wavelength Plate(QWP)라 명명될 수 있다.
다른 예로, 편광 변환부(미도시)는, P 편광의 출력광을 별도 변환 없이 그대로 출력하고, 스캐너(240)로부터 수신되는 P 편광의 수신광을 S 편광인 수신광으로 변환할 수도 있다.
제2 광반사부(255)는, 제1 광반사부(214)로부터의 출력광(La)을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 수신광(Lb)을 제1 광반사부(214) 방향으로 반사시킨다. 제2 광반사부(255)는, 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 제2 광반사부(255)는, Total Mirror(TM)를 구비할 수 있다.
제3 광반사부(256)는, 제2 광반사부(255)를 통과한 출력광을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 수신광을 제2 광반사부(255) 방향으로 반사시킨다. 제3 광반사부(256)는, 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 제3 광반사부(256)는, Total Mirror(TM)를 구비할 수 있다.
한편, 도 4의 거리 검출 장치는, 출력광(La)의 광 경로와, 수신되는 수신광(Lb)의 광 경로가 일부 중첩된다. 이와 같이, 광출력과 광 수신의 광 경로가 일부중첩되는 구조의 거리 검출 장치는, coaxial Optical System 이라 명명될 수 있다. 이러한 구조의 거리 검출 장치는, 사이즈를 소형화할 수 있으며, 외광에 강하며, 높은 신호 대 잡음비를 가질 수 있게 된다.
한편, 출력광의 광 경로와, 수신되는 수신광의 광 경로가 완전히 이격되는 것도 가능하다. 이와 같이, 광 출력과 광 수신의 광 경로가 서로 완전히 이격되는 구조의 거리 검출 장치는, Separated Optical System 이라 명명될 수 있다.
한편, 스캐너(240)는, 광원부(210)으로부터의 출력광을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 영역(40)의 전체에 대해, 반복하여 수행한다.
검출부(280)는, 스캐너(240)의 스캐닝 동작 중, 외부 영역(40) 중 제1 영역(44)에 대응하는 제1 스캐닝 구간에는, 광원부(210)로부터의 출력광을 제1 전기 신호로 변환하고, 외부 영역(40) 중 제2 영역(42)에 대응하는 제2 스캐닝 구간에는, 출력광에 대응하여 외부로부터 수신되는 수신광을 제2 전기 신호로 변환한다.
이를 위해, 검출부(280)는, 광 신호를 수신 신호, 즉 전기신호로 변환하는 포토 다이오드(Photodiode)를 포함할 수 있다. 특히, 검출부(280)는, 고 광전 효율의 포토 다이오드로 외부 대상물(240)로부터 산란된 미약한 수신광을 전기 신호로 변환해주는 Avalanche Photodiode를 포함할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 검출부(280)와 프로세서(270) 사이에, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 샘플러(미도시)가 더 구비될 수 있다.
샘플러(미도시)는, 검출부(280)로부터의 제1 또는 제2 수신 신호를 샘플링하여, 출력할 수 있다.
프로세서(270)는, 제1 주파수를 가지는, 제1 송신 신호, 및 제1 수신 신호의 위상 차이를 이용하여, 외부 대상물(50)에 대한 제1 거리를 검출한다. 또한, 프로세서(270)는, 제2 주파수를 가지는, 제2 송신 신호, 및 제2 수신 신호의 위상 차이를 이용하여, 외부 대상물(50)에 대한 제2 거리를 검출한다. 그리고, 프로세서(270)는, 최종적으로, 제1 거리와 제2 거리를 이용하여, 최종 거리를 연산할 수 있다.
한편, 프로세서(270)는, 거리 검출 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
도 5는, 거리 검출 장치와 외부 대상물 사이의 거리를 예시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 거리 검출 장치(200)를 포함하는 이동 단말기(100)와 외부 대상물(40) 사이의 거리가 Da인 것을 예시한다.
도 6은 도 1의 거리 검출 장치의 내부 블럭도의 일예이다.
도면을 참조하면, 도 6의 거리 검출 장치(200)는, 광원부(210), 광원 구동부(260), 2D 스캐너(240), 검출부(280), 및 프로세서(270)를 구비한다.
광원 구동부(260)는, 복수의 정현파 구동 신호를, 광원부(210)에 출력한다. 정현파 구동 신호는 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호로서, 도면에서는 Tx1, Tx2로 표시된다.
광원부(210)는, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 정현파 구동 신호, 즉 송신 신호에 기초하여, 단일 파장의 출력광(La)을 출력한다.
한편, 프로세서(270)는, 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호를 출력하도록, 광원 구동부(260)를 제어할 수 있다.
2D 스캐너(240)는, 가로 방향 스캔 및 세로 방향 스캔을 순차적으로 수행하면서, 단일 파장의 출력광(La)을, 외부 대상물(40)에 출력할 수 있다.
외부 대상물(40)에 출력되는 출력광(La)은, 외부 대상물(40)에서 산란 또는 반사된다. 이에 따라, 외부 대상물(40)에서 산란 또는 반사되는 수신광(Lb)이, 거리 검출 장치(200)로 수신될 수 있다.
검출부(280)는, 수신광(Lb)을 수신하고, 이를 전기 신호인 수신 신호로 변환한다. 한편, 출력광(La)에 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호(Tx1, Tx2)가 부가되었으므로, 이에 대응하여, 검출부(280)는, 수신광으로부터 서로 다른 주파수를 갖는 수신 신호(Rx1, Rx2)를 분리할 수 있다.
분리된 수신 신호(Rx1, Rx2)는, 프로세서(270)으로 전달되며, 프로세서(270)는, 프로세서(270)는, 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호(Tx1)와 제1 송신 신호(Tx1)에 대응하는 제1 수신 신호(Rx1)에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호(Tx2)와 제2 송신 신호(Tx2)에 대응하는 제2 수신 신호(Rx2)에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시에에 따른 거리 검출 장치(200)는, 위상 차이 방식을 사용한다. 즉, 출력광과 관련한 송신 신호와 수신광과 관련한 수신 신호 사이의 위상 차이가 얼마나 되었느냐를 통해, 외부 대상물의 거리를 구한다.
이러한 경우, 송신 신호 대비, 수신 신호의 위상 차이 정도가, 정현파 기준으로 1 주기를 초과하는 경우, 1 주기를 초과한 것인지, 1 주기를 초과하지 않은 것인지 구별이 되지 않으므로, 외부 대상물(40)에 대한 거리를 제대로 구할 수 없다.
따라서, 위상 차이 방식을 사용하여 거리를 연산할 경우, 측정 가능 최대 거리는, 송신 신호의 주파수에 의해 결정된다.
한편, 측정 가능 거리를 증가시키기 위해서는, 송신 신호의 주파수를 낮추어야 하는데, 이러한 경우에는, 측정 가능 최대 거리는 증가하지만, 해상도가 낮아지게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 측정 가능 최대 거리와 해상도를 고려하여, 송신 신호의 주파수를 최대한 유지하면서, 측정 가능 최대거리를 증가시키는 방법을 제안한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 출력광 출력시, 복수의 송신 신호를 부가한다. 여기서, 복수의 송신 신호 각각은, 각각 파장, 주파수, 방사 타이밍, 방사 공간 중 적어도 하나가 다를 수 있다.
도 7a 내지 도 7f는 2개의 송신 신호를 이용하여, 각각 거리를 구한 후, 두 거리의 관계를 이용하여 최종적인 거리를 구하는 과정을 그래프로 나타낸다.
먼저, 도 7a는 제1 송신 신호와 제2 송신 신호를 사용하여 거리 검출하는 것을 예시한다.
도 7a의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 개의 송신 신호 및 수신 신호에 기초하여, 프로세서(270)에서 연산한 연산 거리(L'a)를 나타낸다. 도면에서는, 제1 송신 신호의 주파수가 50MHz인 것을 예시하며, 제2 송신 신호의 주파수가 225MHz인 것을 예시한다.
한편, 아래의 수학식 1에 의하면, 제1 송신 신호에 의한 측정 가능 최대 거리를 알 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2013012435-appb-M000001
D1은 제1 송신 신호의 측정 가능 최대 거리를 나타내며, C는 빛의 속도, 즉 3×108m/s을 나타내며, f1은 제1 송신 신호의 주파수를 나타낸다. 제1 송신 신호의 주파수가 50MHz인 경우, 측정 가능한 최대 거리(D1)는, 3m일 수 있다.
한편, 아래의 수학식 2에 의하면, 제2 송신 신호에 의한 측정 가능 최대 거리를 알 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2013012435-appb-M000002
D2은 제2 송신 신호의 측정 가능 최대 거리를 나타내며, C는 빛의 속도, 즉 3×108m/s을 나타내며, f2은 제2 송신 신호의 주파수를 나타낸다. 제2 송신 신호의 주파수가 225MHz인 경우, 측정 가능한 최대 거리(D2)는, 0.67m 일 수 있다.
한편, 주파수가 증가할수록, 측정 가능한 최대 거리는 줄어드는 것을 알 수 있다.
도 7a를 살펴보면, 제1 주파수(f1)의 제1 송신 신호의 경우, 3m까지는 실제 거리와, 연산 거리가 일치하는 것을 알 수 있으나, 3m 이후에서는, 실제 거리와 연산 거리가 차이가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제2 주파수(f2)의 제2 송신 신호의 경우, 0.67m 까지는 실제 거리와 연산 거리가 일치하나, 그 이후에서 부터는 차이가 있는 것을 알 수 있다.
도 7a의 제1 주파수(f1)에 대응하는 거리 그래프와, 제2 주파수(f2)에 대응하는 거리 그래프의 차이를 구하면, 도 7b와 같은, 거리차 그래프가 얻어질 수 있다.
도 7b의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 주파수에 따른 연산 거리 차이(Ldi)를 나타낸다.
다음, 도 7c는, 도 7b의 그래프를, 제2 송신 신호의 파장과 관련된 λ2/2로 나눈 나머지(residual)를 나타낸다.
도 7c를 보면, 제1 송신 신호의 측정 가능한 최대거리인 3m를 넘는 거리에 대해서는 결과가 λ2/4가 되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 7d는, 도 7c의 결과를 토대로 제1 송신 신호의 신호를 통해 구한 거리를 보정한 것을 나타낸다.
도 7b을 보면, 3m 이후의 그래프 패턴이 0m 이후의 그래프 패턴과 일치하지 않으므로, 3m 이후의 거리에 대해, 구별이 가능하므로, 이를 이용하여, 측정 가능 거리를 증가시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 도 7와 같은 그래프를 얻을 수 있다. 도 7d의 가로축은 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 보정된 연산 거리(Lc)를 나타낸다.
이와 같이, 2 개의 서로 다른 주파수를 가지는 송신 신호를 사용하여, 최대 연산 가능 거리를 증가시키기 위해, 제1 및 제2 송신 신호(Tx2) 간의 주파수 비율은, 정수배가 아닌 것이 바람직하다. 특히, 제1 및 제2 송신 신호(Tx2) 간의 주파수 비율은, n+0.5의 비율을 가질 수 있다. 도 7a에서는, 제1 송신 신호의 주파수가 50MHz인 것을 예시하며, 제2 송신 신호의 주파수가 225MHz인 것을 예시하므로, 그 비율은 4.5의 비율인 것을 알 수 있다.
한편, 도 7e는, 실제 거리 대비, 연산 거리에 오차가 포함되어 있는 경우를 예시한다. 도 7e의 그래프는, 도 7a와 유사하나, 연산 거리 오차가 포함되는 것에 그 차이가 있다.
이와 같이, 연산 거리에 오차 성분이 포함되는 경우, 도 7f와 같이, 큰 왜곡을 갖게 된다. 따라서 거리 오차에 대한 허용 범위(tolerance)가 커야되는데, 두 개 주파수가 1.5 배 관계를 갖게 되면, 즉 N=1인 경우, 허용 범위(tolerance)가 가장 커지게 된다. 한편, 그 외의 2.5배, 3.5배 등으로, N이 커질수록, 허용오차가 점점 줄어들 수 있다.
한편 제1 연산 거리와 제2 연산 거리의 오차 합이, λ2/8 미만이면, 도 7d와 같이, 보정된 거리(Lc)에 왜곡을 갖지 않게 된다.
도 8a 내지 도 8b는 도 6의 거리 검출 장치를 통한 스캐닝 방법의 다양한 예를 예시한다.
먼저, 도 8a는 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호(Tx1)에 기초한 출력광의 파장과 제2 송신 신호(Tx2)에 의한 출력광의 파장이 동일한 것을 예시한다. 즉, 2 개의 송신 신호가 단일 파장의 출력광(La)에 부가되어 출력되는 것을 예시한다.
그리고, 도 8a는 수평 방향 스캐닝과 수직 방향 스캐닝시, 제1 주파수(f1)의 송신 신호에 기초한 출력광과, 제2 주파수(f2)의 송신 신호에 (Tx1)에 기초한 출력광이 동시에 출력되는 것을 예시한다.
다음, 도 8b는, 단일 파장의 출력광(La)이 출력되나, 프레임 별로, 서로 다른 송신 신호 주파수가 부가되는 것을 예시한다. 즉, 제1 프레임(Frame 1) 동안에는, 제1 주파수(f1)의 송신 신호가 부가되는 출력광이 출력되고, 제2 프레임(Frame 2) 동안에는, 제2 주파수(f2)의 송신 신호가 부가되는 출력광이 출력되고, 제3 프레임(Frame 3) 동안에는, 다시 제1 주파수(f1)의 송신 신호가 부가되는 출력광이 출력되는 것을 예시한다.
도 8b와 같이, 두 개의 송신 신호를 프레임 별로 나누어, 교호하게 출력하면 단일 주파수 신호가 송신 신호 파워의 거의 대부분을 차지할 수 있으므로, SNR 측면에서 유리하다. 또 별도의 변조(modulation) 과정이 필요 없이 하나의 정현파(sinusoidal) 신호를 생성해서 내보내면 되므로 하모닉 성분을 상대적으로 줄일 수 있다.
한편, 도 8b와 달리, 두 개의 송신 신호를 라인 별로 나누어 교호하게 출력하는 것도 가능하다.
도 9는 도 1의 거리 검출 장치의 내부 블럭도의 다른 예이다.
도 9의 거리 검출 장치(200)는, 도 6의 거리 검출 장치(200)와 유사하므로 그 차이점을 위주로 기술한다. 도 9의 거리 검출 장치(200)는, 광원부(210), 광원 구동부(260), 2D 스캐너(240), 검출부(280), 및 프로세서(270)를 구비한다.
광원부(210)는, 서로 다른 주파수를 갖는 복수의 정현파 구동 신호, 즉 송신 신호에 대응하는 각각의 출력광(La,Lb)을 출력할 수 있다. 즉, 제1 송신 신호(Tx1)에 대응하는 제1 파장의 출력광(La1)을 출력하고, 제2 송신 신호(Tx2)에 대응하는 제2 파장의 출력광(La2)을 출력할 수 있다.
이에 대응하여, 검출부(280)는, 제1 수신광(Lb1)과 제2 수신광(Lb2)을 수신하고, 각 수신광(Lb1,Lb2)으로부터 서로 다른 주파수를 갖는 수신 신호(Rx1, Rx2)를 분리할 수 있다.
프로세서(270)는, 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호(Tx1)와 제1 송신 신호(Tx1)에 대응하는 제1 수신 신호(Rx1)에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호(Tx2)와 제2 송신 신호(Tx2)에 대응하는 제2 수신 신호(Rx2)에 기초하여, 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산할 수 있다.
도 10a 내지 도 10b는 도 9의 거리 검출 장치를 통한 스캐닝 방법의 다양한 예를 예시한다.
먼저, 도 10a는 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호(Tx1)에 기초한 제1 출력광(La1)의 파장과 제2 송신 신호(Tx2)에 기초한 제2 출력광(La2)의 파장이 서로 다른 것을 예시한다. 즉, 2 개의 송신 신호가, 각각 다른 파장의 출력광(La1,La2)에 부가되어 출력되는 것을 예시한다.
그리고, 도 10a는 수평 방향 스캐닝과 수직 방향 스캐닝시, 제1 주파수(f1)의 송신 신호에 기초한 제1 출력광(La1)과, 제2 주파수(f2)의 송신 신호에 (Tx1)에 기초한 제2 출력광(La2)이 동시에 출력되는 것을 예시한다.
다음, 도 10b는, 단일 파장의 출력광(La)이 출력되나, 프레임 별로, 서로 다른 송신 신호 주파수가 부가되는 것을 예시한다. 즉, 제1 프레임(Frame 1) 동안에는, 제1 주파수(f1)의 송신 신호가 부가되는 제1 출력광(La1)이 출력되고, 제2 프레임(Frame 2) 동안에는, 제2 주파수(f2)의 송신 신호가 부가되는 제2 출력광(La2)이 출력되고, 제3 프레임(Frame 3) 동안에는, 다시 제1 주파수(f1)의 송신 신호가 부가되는 제1 출력광(La1)이 출력되는 것을 예시한다.
도 10b와 같이, 두 개 출력광을 프레임 별로 나누어, 출력하면 단일 주파수 신호가 송신 신호 파워의 거의 대부분을 차지할 수 있으므로, SNR 측면에서 유리하다. 또 별도의 변조(modulation) 과정이 필요 없이 하나의 정현파(sinusoidal) 신호를 생성해서 내보내면 되므로 하모닉 성분을 상대적으로 줄일 수 있다.
도 11a 내지 도 11f는 도 6 또는 도 9의의 거리 검출 장치를 통한 거리 검출 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 도 7a 내지 도 7f는, 두 개의 송신 신호의 주파수로, 50MHz 신호와, 225MHz를 예시하였으나, 도 11a 내지 도 11f 등과 같이, 다양한 변형이 가능하다. 도 11a 내지 도 11f는 사용 가능한 송신 신호의 주파수로서, 60MHz, 90MHz, 120MHz, 150MHz 등을 예시한다.
또한, 프레임 별로, 또는 외부 대상물에 대한 거리 측정시마다, 복수의 송신 신호들 중, 사용자는 송신 신호의 세트를 가변하는 것도 가능하다.
다양한 주파수의 송신 신호들 선정을 위해, 다음과 같은 사항을 고려하는 것이 바람직하다.
일단, 단일 주파수를 사용하여 5m 이상의 거리를 측정하기 위해서는 30MHz 미만의 주파수가 필요하다,
한편, 두 개 주파수를 이용하여 측정 가능 거리를 증가시킬 경우, 최대 측정 가능 거리는, 두 개의 주파수의 최대공약수에 해당하는 주파수 파장의 절반에 대응한다. 즉, 아래의 수학식 3에 의해, 최대 측정 가능 거리가 결정될 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2013012435-appb-M000003
Dfin은 제1 주파수(f1)에 의한 제1 송신 신호와 제2 주파수(f2)에 의한 제2 송신 신호를 이용하여, 최대로 측정 가능한, 측정 가능 최대 거리를 나타내며, C는 빛의 속도, 즉 3×108m/s을 나타내며, fcm은 제1 주파수(f1) 및 제2 주파수(f2)의 최대 공약수(greatest common measure) 주파수를 나타낸다.
예를 들어, 제1 송신 신호의 주파수(f1)가 60MHz이고, 제2 송신 신호의 주파수(f2)가 90MHz인 경우, 제1 주파수(f1)에 의한 측정 가능 거리(D1)는, 수학식 1에 의해, 2.5m이고, 제2 주파수(f2)에 의한 측정 가능 거리(D2)는 수학식 2에 의해, 1.67m이며, 제1 및 제2 주파수의 최대 공약수 주파수는 30MHz 이므로, 최종 측정 가능 최대 거리(Dfin)는, 수학식 3에 따라, 5m로 증가하게 된다.
즉, 두 개 주파수를 이용하여 5m 이상의 거리를 측정하기 위해서는, 두 개 주파수의 최대공약수가 30MHz 이하가 되는 것이 바람직하다.
한편, 두 개의 서로 다른 주파수를 가지는 송신 신호를 이용하여, 측정 가능 거리를 증가시키는 경우, 오차 성분을 고려하여, 허용 가능 최대 거리 오차(Errmax)는 다음의 수학식 4와 같이 연산될 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2013012435-appb-M000004
여기서, λ2는 제2 주파수(f2)의 파장을, f1은 제1 주파수를, fgcm은 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2)의 최대 공약수 주파수를 나타낸다.
예를 들어, 제1 및 제2 주파수가 각각, 60MHz, 90MHz인 경우, D1, D2는, 각각 2.5m, 1.67m이며, 최종 측정 가능 최대 거리(Dfin)는, 5m이고, 허용 가능 최대 거리 오차(Errmax)는, 0.4147m일 수 있다.
다른 예로, 제1 및 제2 주파수가 각각, 50MHz, 60MHz인 경우, D1, D2는, 각각 3m, 2.5m이며, 최종 측정 가능 최대 거리(Dfin)는, 15m이고, 최대 허용 가능 최대 거리 오차(Errmax)는, 0.25m일 수 있다.도 7a에서 D1과 D2의 차이를 구하면, 즉 D1-D2를 하면, 도 7b와 같이, 복수 레벨을 가지는 계단형 그래프가 도시될 수 있다. 이때, 도 7b에서 x축 상의 λ1/2 거리 내에서, 각 레벨 간의 차이는 λ2/2 를 가진다. 즉, 제1 레벨과 제2 레벨의 차이는, λ2/2 이며, 제2 레벨과 제3 레벨의 차이는 λ2/2를 가진다. 그 이유는 D2가 λ2/2가 되면 0으로 떨어지기 때문이다. 따라서 (D1-D2)와, λ2/2에 대해, 나머지(residual) 연산을 수행하면, 축 상의λ1/2 거리 내에서는, 도 7c와 같이, 나머지 값(residual)이, 일정하게 나오게 된다.
두 개 주파수를 이용하여 측정 가능 거리를 증가시킬 때, 실제 거리가 D1의 어느 구간에 속하는지 알아야 한다. 이때 사용되는 것이 도 7c 이고, 이 그래프는 상술한 나머지 연산을 통해서 만들어지기 때문에 0~ λ2/2 사이 값을 갖는다.
한편 두 개 주파수 f1,f2를 이용해서 얻을 수 있는 최대 거리는 최대 공약수 주파수 fgcm에 의해서 정해진다. 예를 들어, f1,f2가 각각 50MHz, 225MHz의 경우, 최대 공약수 주파수 fgcm은 25MHz이다. 이에 따라, 최대 측정 가능 거리는, 25MHz 파장의 절반인 6m로 결정될 수 있다. 이하에서는 파장의 절반을 1 주기로 기술한다.
이 6m 거리 내에서, 50MHz의 송신 주파수를 이용하는 경우, 수신되는 신호에 기초한 주기는, 2개의 주기일 수 있다. 측정한 거리가, 첫번째 주기인 지 두번째 주기인지는, 도 7c를 통해서 확인할 수 있다. 그런데, 도 7c는 0~λ2/2 사이의 값을 갖기 때문에, 이 경우와 같이, 두 구간을 구분하기 위해서는 0~λ2/4, λ2/4~λ2/2 의 두 구간으로 구분해서 생각할 수 있고, 이는 최대거리오차와 관계된다. 이와 같은 구간 수는 fgcm/f1에 의해서 정해진다. 따라서 최대거리 오차는 수학식 4와 같이 연산될 수 있다. 도 11a는, 제1 송신 신호와 제2 송신 신호를 사용한 거리 연산 그래프를 예시한다. 여기서, 제1 송신 신호의 주파수(fa)가 60MHz일 수 있으며, 제2 송신 신호의 주파수(fb)가 90MHz일 수 있다.
도 11a의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 개의 송신 신호 및 수신 신호에 기초하여, 프로세서(270)에서 연산한 연산 거리(L'a)를 나타낸다.
도 11a의 제1 주파수(fa)에 대응하는 거리 그래프와, 제2 주파수(fb)에 대응하는 거리 그래프의 차이를 구하면, 도 11b와 같은, 거리차 그래프가 얻어질 수 있다.
도 11b의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 주파수에 따른 연산 거리 차이(Ldi)를 나타낸다. 두 주파수에 따른 연산 거리 차이(Ldi)의 레벨이 각각 차이가 있으므로, 실제 거리 5m까지 거리 측정이 가능하게 된다. 이때, 허용 가능 최대 거리 오차는 0.4147m일 수 있다.
다음, 도 11c는, 제2 송신 신호와 제3 송신 신호를 사용한 거리 연산 그래프를 예시한다. 여기서, 제2 송신 신호의 주파수(fb)가 90MHz일 수 있으며, 제3 송신 신호의 주파수(fc)가 120MHz일 수 있다.
도 11c의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 개의 송신 신호 및 수신 신호에 기초하여, 프로세서(270)에서 연산한 연산 거리(L'a)를 나타낸다.
도 11c의 제2 주파수(fb)에 대응하는 거리 그래프와, 제3 주파수(fc)에 대응하는 거리 그래프의 차이를 구하면, 도 11d와 같은, 거리차 그래프가 얻어질 수 있다.
도 11d의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 주파수에 따른 연산 거리 차이(Ldi)를 나타낸다. 두 주파수에 따른 연산 거리 차이(Ldi)의 레벨이 각각 차이가 있으므로, 실제 거리 5m까지 거리 측정이 가능하게 된다. 이때, 허용 가능 최대 거리 오차는 0.2083m일 수 있다.
다음, 도 11e는, 제3 송신 신호와 제4 송신 신호를 사용한 거리 연산 그래프를 예시한다. 여기서, 제3 송신 신호의 주파수(fc)가 120MHz일 수 있으며, 제4 송신 신호의 주파수(fd)가 150MHz일 수 있다.
도 11e의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 개의 송신 신호 및 수신 신호에 기초하여, 프로세서(270)에서 연산한 연산 거리(L'a)를 나타낸다.
도 11e의 제3 주파수(fc)에 대응하는 거리 그래프와, 제4 주파수(fd)에 대응하는 거리 그래프의 차이를 구하면, 도 11f와 같은, 거리차 그래프가 얻어질 수 있다.
도 11f의 가로축은, 실제 거리(Lr)를 나타내며, 세로축은 두 주파수에 따른 연산 거리 차이(Ldi)를 나타낸다. 두 주파수에 따른 연산 거리 차이(Ldi)의 레벨이 각각 차이가 있으므로, 실제 거리 5m까지 거리 측정이 가능하게 된다. 이때, 허용 가능 최대 거리 오차는 0.125m일 수 있다.
도 11a 내지 도 11f를 살펴보면, 두 개 주파수의 최대공약수가 30MHz 미만으로 설정되는 것을 예시한다. 한편, 두 개 주파수의 주파수가 높아질수록, 허용 가능 최대 거리 오차는 작아지게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 도 6 또는 도 9의 거리 검출 장치(200)는, 도 11a 내지 도 11f에서 설명한 방법을 사용하는 것이 가능하다.
도 11a 내지 도 11f 등에서 살펴본 바와 같이, 두 개의 주파수의 최대 공약수 주파수가 30MHz 인 경우, 측정 가능한 거리는 5m이며, 50MHz 인 경우, 측정 가능한 거리는 3m이며, 60MHz 인 경우, 측정 가능한 거리는 2.5m까지 가능하다.
이와 같이, 두 개의 주파수의 최대 공약수 주파수를 가변함으로써, 측정 가능한 거리를 가변할 수 있게 된다. 동일한 최대 공약수 주파수를 가지더라도, 도 11a 내지 도 11f와 같이, 각각의 주파수를 가변하는 것도 가능하다.
이하에서는, 출력되는 출력광의 주파수를 가변하는 기법을 기술한다.
도 12는 거리에 따라 거리 검출 장치에서 서로 다른 주파수 신호를 출력하는 것을 예시한다.
도 12(a)는, 제1 시간(Ta)에, 제1 및 제2 주파수(ft1,ft2)에 기초한 출력광을, 거리 검출 장치(200)를 구비하는 이동 단말기(100)에서, 제1 거리(Dta) 만큼 이격된 외부 대상물(40a)로, 출력하는 것을 예시한다. 예를 들어, 제1 및 제2 주파수(ft1,ft2)는, 각각 60MHz와 120MHz일 수 있다. 이에 의해, 측정 가능한 거리는, 2.5m까지 가능하다.
도 12(b)는, 제2 시간(Tb)에, 제3 및 제4 주파수(ft3,ft4)에 기초한 출력광을, 거리 검출 장치(200)를 구비하는 이동 단말기(100)에서, 제2 거리(Dtb) 만큼 이격된 외부 대상물(40b)로, 출력하는 것을 예시한다. 예를 들어, 제3 및 제4 주파수(ft3,ft4)는, 각각 50MHz와 100MHz일 수 있다. 이에 의해, 측정 가능한 거리는, 3m까지 가능하다.
도 12(c)는, 제3 시간(Tc)에, 제5 및 제6 주파수(ft5,ft6)에 기초한 출력광을, 거리 검출 장치(200)를 구비하는 이동 단말기(100)에서, 제3 거리(Dtc) 만큼 이격된 외부 대상물(40c)로, 출력하는 것을 예시한다. 예를 들어, 제5 및 제6 주파수(ft5,ft6)는, 각각 60MHz와 90MHz일 수 있다. 이에 의해, 측정 가능한 거리는, 5m까지 가능하다.
예를 들어, 외부 대상물이 거리가 4m인 상황에서, 두 개의 주파수로, 60MHz와 120MHz 또는, 50MHz와 100MHz를 사용하는 경우, 거리 측정을 정확하게 측정할 수 없게 된다.
이를 방지하기 위해, 사용자 입력에 의한 주파수 가변 입력이 있는 경우, 프로세서(270)는, 송신 신호의 주파수를 가변할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 주파수로, 60MHz와 90MHz을 송신 주파수로 선택할 수 있다.
다른 예로, 거리 검출 장치(200)의 프로세서(270)는, 전체 스캐닝 구간 중 외부 대상물이 존재하지 않는 블랭크(blank) 영역과, 외부 대상물이 존재하는 액티브 영역으로 나눈 후, 액티브 영역에 대해서, 수신되는 수신 신호의 레벨을 기초로, 거리 측정을 수행할 수 있다. 이때, 블랭크 영역에 대응하는 구간에서는, 거리 검출 장치치(200)에서 출력광을 출력하지 않는다고, 즉, 광원부(210)가 출력광을 출력하지 않는다고, 가정한 상태에서, 블랭크 영역에서, 검출되는 수신 신호의 레벨이 소정 레벨 이상인 경우, 다른 전자 장치에서, 거리 검출 장치와 유사한, 주파수를 사용하는 것으로 판단하고, 이를 방지 하기 위해, 현재 사용되고 있는 주파수를 가변할 수 있다. 예를 들어, 60MHz와 90MHz를 사용하다가, 120MHz, 150MHz로 변경할 수 있다. 이에 의해, 신호가 간섭 없이, 안정적으로 거리 검출을 수행할 수 있게 된다.
또, 다른 예로, 거리 검출 장치(200)의 프로세서(270)는, 대략 60 프레임 구간 동안, 각각 100MHz와 150MHz를 사용하다가, 그 중 어느 한 프레임에서, 60MHz와 150MHz를 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 측정 가능 거리가 3m인 100MHz와 150MHz를 사용하다가, 예비적으로, 60MHz와 150MHz를 혼합하여 사용하고, 두 개의 결과를 비교하여, 측정 가능 거리 내에서, 정확한 거리 측정이 수행되고 있는 지를 판단할 수 있다. 그리고, 3m 이상의 거리에 외부 대상물이 있는 것으로 판단되는 경우, 프로세서(270)는, 사용되고 있는 두 개의 주파수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 60MHz와 150MHz로 변경할 수 있다. 이에 의해, 정확한 거리 검출을 수행할 수 있게 된다.
한편, 도 1 내지 도 12에서 기술한 본 발명의 일실시에에 따른 거리 검출 장치(200)에, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 출력광 변조시의 코드 신호와, 수신된 수신광 복조시의 코드 신호에 기초하여, 거리를 검출하는 기법이 적용되는 것도 가능하다. 이에 대해서는, 도 13 내지 도 19를 참조하여 기술한다.
한편, 도 1 내지 도 12에서 기술한 본 발명의 일실시에에 따른 거리 검출 장치(200)에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 거리 검출 장치 내부에서 발생하는 내부 산란광을 흡수하는 흡수 부재를 적용하는 것도 가능하다. 이에 대해서는, 도 20 내지 도 25를 참조하여 기술한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치를 포함하는 영상처리장치에서 거리 검출을 위한 광을 투사하는 것을 도시한다.
도면을 참조하면, 도 13의 영상처리장치는, 이동 단말기(100a,100b)를 예시한다. 상술한 바와 같이, 거리 검출 장치(200)는, 이동 단말기, TV, 셋탑 박스, 미디어 플레이어, 게임 기기, 가전기기, 차량 등의 영상처리장치에 구비가능하며, 이하에서는 이동 단말기(100a,100b)를 중심으로 기술한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 적어도 하나의 코드 신호에 기초한 출력광을, 외부 대상물(40)에 출력하고, 외부 대상물(40)에서 산란 또는 반사되는 수신광을 수신하고, 출력광과 수신광의 차이를 이용하여, 거리를 검출하는 것으로 한다.
한편, 도면에서는, 외부 대상물(40)에 대해, 제1 이동 단말기(100a)와 제2 이동 단말기(100b)가 각각 출력광을 출력하는 것을 예시한다. 이러한 경우, 외부 대상물(40)에서 산란 또는 반사되는 수신광에, 다른 기기로부터의 출력광에 의한 노이즈가 부가되거나 기기간 간섭이 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 노이즈에 강인한 거리 검출 장치를 예시한다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 출력광 변조시의 코드 신호와, 수신된 수신광 복조시의 코드 신호에 기초하여, 거리를 검출한다. 여기서, 코드 신호는, 외부 노이즈에 강인한 코드 신호로서, 예를 들어, 의사랜덤노이즈(pseudo random noise) 코드 신호일 수 있다. 이에 따라, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 광원부가 복수의 출력광을 사용하고, 그에 따라, 각각 해당하는 코드 신호를 부가하는 경우, 흡수율이 다른 복수의 파장의 출력광을 사용할 수 있다. 이에 의해, 외부 대상물로부터 수신되는 수신광의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 나아가 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 복수의 코드 신호를 사용하는 경우, 각 코드 신호 별로 거리 정보를 검출을 한 후, 각 검출된 거리 정보에 기초하여, 최종 거리 정보를 산출할 수 있다. 이에 의해, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 광원부로부터의 제1 출력광을 제1 외부 영역에 출력하고, 제2 출력광을 제2 외부 영역에 출력함으로써, 거리 검출을 위한, 공간 해상도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 광원부로부터의 제1 출력광과 제2 출력광을 서로 다른 수평 라인에 대해 수평 스캐닝되도록 함으로써, 공간 해상도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 광원으로 레이저 다이오드를 사용함으로써, 측정 가능 거리를 확장시킬 수 있으며, 거리 해상도가 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 외부의 출력광을 출력할 때에, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행 가능한, 2D 스캐너를 사용할 수 있다. 이에 의해, 복수의 스캐너가 필요 없게 되며, 따라서 거리 검출 장치(200)를 소형화할 수 있게 된다. 또한, 제조비용도 저감할 수 있게 된다. 한편, 스캐너 등에 대한 설명은 도 2a 내지 도 2b를 참조하여 생략한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 출력광과, 수신광을 비교하고, 그 차이를 이용하여, 거리를 검출할 수 있다. 특히, 변조시의 코드 신호와 복조시의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물(40)에 대한 거리를 검출할 수 있다. 거리 검출 기법에 대해서는, 도 16a 이하를 참조하여 후술한다.
도 14는 도 13의 거리 검출 장치의 내부 블럭도의 일예이다.
도면을 참조하면, 거리 검출 장치(200)는, 광원부(210), 스캐너(240), 변조부(266), 프로세서(270), 메모리(272), 복조부(286), 수신부(290)를 포함할 수 있다.
광원부(210)는, 소정 파장의 출력광을 출력할 수 있다. 예를 들어, 광원부(210)는, 적외선 파장의 광을 출력할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 가시광선 파장의 광 등 다양한 예가 가능하다.
한편, 광원부(210)는, 적어도 하나의 파장의 광을 출력할 수 있다. 예를 들어, 단일 파장의 출력광을 출력할 수 있다. 또는, 서로 다른 파장의 복수의 출력광을 출력할 수도 있다.
변조부(266)는, 프로세서(270)의 제어 신호에 따라, 광원부(210)를 구동할 수 있다. 예를 들어, 거리 검출 장치(200)의 동작시, 변조부(266)는, 적어도 하나의 변조된 코드 신호를 광원부(210)에 출력할 수 있다. 즉, 코드 신호에 기초한 출력광이 출력되도록, 광원부(210)를 구동할 수 있다. 이때의 코드 신호는, 외부 노이즈에 강인한 코드 신호로서, 예를 들어, 의사랜덤노이즈(pseudo random noise) 코드 신호일 수 있다.
변조부(266)에서 사용되는 코드 신호에 대한 변조 기법은, 다양한 방식이 가능하다. 예를 들어, 입력되는 binary 기반의 코드 신호를 기반으로 ASK, FSK, PSK, PCM, PWM, PPM, PDM, M-QAM, CDMA, OFDM등 다양한 변조(modulation) 기법을 이용할 수 있다.
한편, 변조부(266)는, 광원부(210)가 단일 파장의 출력광을 출력하는 경우, 복수의 변조된 코드 신호를 출력하여, 단일 파장의 출력광에, 복수의 코드 신호가 부가되도록 할 수 있다. 이때, 복수의 코드 신호가, 동일 시간에, 출력광에 부가될 수 있다. 또는, 복수의 코드 신호가 서로 다른 시간에 출력광에 부가되는 것도 가능하다.
한편, 변조부(266)는, 광원부(210)가 복수 파장의 출력광을 출력하는 경우, 복수의 변조된 코드 신호를 출력하여, 각 파장의 출력광에, 각 코드 신호가 부가되도록 할 수 있다. 즉, 서로 다른 출력광에, 서로 다른 코드 신호가 부가되도록 광원부(210)을 구동할 수 있다.
출력부(240)는, 상술한 바와 같이, 광원부(210)으로부터의 출력광을, 외부로 출력할 수 있다. 출력부(240)는, 광원부(210)으로부터의 출력광을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝(수평 스캐닝) 및 제2 방향 스캐닝(수직 스캐닝)을, 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있는 스캐너를 구비할 수 있다.
스캐너는, 수평 스캐닝에 대한 피드백 신호 및 수직 스캐닝에 대한 피드백 신호에 기초하여, 동작 제어될 수 있다.
수신부(290)는, 외부 대상물(40)로부터의 수신광을 수신한다. 한편, 외부 대상물(40)로부터의 수신광은, 수신부(290) 없이, 출력부(240)를 통해 수신될 수도 있다.
수신부(290)는, 외부 대상물(40)에서 수신되는 수신광을 전기 신호로 변환하는, 검출부(도 15의 280)를 포함할 수 있다. 이를 위해, 검출부는, 광 신호를 전기신호로 변환하는 포토 다이오드(Photodiode)를 포함할 수 있다. 특히, 검출부(280)는, 고 광전 효율의 포토 다이오드로 외부 대상물(40)로부터 산란된 미약한 수신광을 전압으로 변환해주는 Avalanche Photodiode를 포함할 수 있다.
복조부(286)는, 수신부(290)에서 수신된 수신광에 기초하여, 코드 신호를 분리할 수 있다. 구체적으로, 수신부(290)가 검출부(도 15의 280)를 포함하는 경우, 복조부(286)는, 변환된 전기 신호로부터 코드 신호를 분리할 수 있다. 분리된 코드 신호는 프로세사(270)로 전달된다.
프로세서(270)는, 변조부(266) 등의 동작을 제어한다.
한편, 프로세서(270)는, 메모리(272)에 저장된 코드 신호 정보를 이용하여, 코드 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 생성된 코드 신호를 변조부(266)로 출력할 수 있다. 한편, 프로세서(270)는, 복조부(286)로부터 분리된 코드 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 프로세서(270)는, 변조부(266)에서의 코드 신호와, 복조부(286)에서의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물(40)에 대한 거리를 검출할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(270)는, 변조부(266)에서의 코드 신호와, 복조부(286)에서의 코드 신호의, 시간 차이에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(270)는, 변조부(266)에서 사용된 코드 신호와, 복조부(286)에서 분리된 적어도 하나의 코드 신호의 상관 값(correlation value)을 이용하여, 복조부(286)에서 분리된 적어도 하나의 코드 신호 중, 변조부(266)에서 사용된 코드 신호에 대응하는 코드 신호를 선택하고, 선택된 코드 신호와, 변조부(266)에서 사용된 코드 신호의, 시간 차이에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출할 수 있다.
한편, 프로세서(270)는, 복수의 코드 신호가 사용되는 경우, 변조부(266)에서의 복수개의 코드 신호와, 복조부(286)에서의 복수개의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 복수개의 거리 정보를 검출하고, 복수개의 거리 정보에 기초하여, 최종 거리 정보를 산출할 수 있다.
한편, 프로세서(270)는, 스캐너(240)로 부터의 horizontal, vertical sync신호를 이용하여, 검출된 거리 정보를, 도 2b와 같이, 2D 이미지로 재구성할 수 있다. 이렇게 구성된 2D 이미지는, 초당 수회 이상 갱신되어 영상으로도 변환 될 수 있다.
메모리(272)는, 거리 검출 장치(200)의 각종 동작 제어를 위한 데이터를 저장할 수 있다. 특히, 출력광에 대한 코드 신호를 저장할 수 있으며, 이후, 프로세서(270)에서의 거리 산출시, 저장된 코드 신호를 프로세서(270)로 출력할 수 있다.
또한, 메모리(272)는, 외부 대상물(40)에 대한 거리 정보 산출시, 외부 대상물(40)의 각 영역별 거리 정보를 저장할 수 있으며, 최종적으로, 외부 대상물(40) 전체에 대한 거리 정보를 저장할 수 있다.
도 15는 도 14의 거리 검출 장치의 내부 구조도의 일예이다.
도면을 참조하면, 거리 검출 장치는, 광원부(210), 집광부(212), 광반사부(214), 스캐너(240), 편광 변환부(250), 제2 광반사부(255), 제3 광반사부(256), 검출부(280), 및 편광 분리부(282)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 14에 대한 설명에서 기술한 유닛(광원부(210), 스캐너(240), 검출부(280))을 제외한, 나머지 유닛을 중심으로 기술한다.
집광부(212)는, 광원부(210)에서 출력되는 출력광을 시준한다(collimate). 이를 위해, 집광부(212)는, 각각 해당하는 파장의 광을 시준하기 위한 Collimate Lens를 구비할 수 있다.
다음, 집광부(212)를 통과한 출력광은, 편광 분리부(282)를 통과한다.
편광 분리부(282)는, 파장이 동일한 출력광과 수신광의 편광이 다른 경우, 각 편광 방향에 따라, 그 진행 방향을 분리한다. 예를 들어, 출력광이 P 편광 상태의 출력광인 경우 투과시키고, 반사광이 S 편광 상태의 수신광인 경우 반사시켜, 검출부(280)로 수신광을 전송한다. 이러한 편광 분리부는, Polarizer Beam Splitter라 할 수 있다.
광반사부(214)는, 편광 분리부(282)를 통과한 출력광을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 수신광을 편광 분리부(282) 방향으로 반사시킨다. 광반사부(214)는, 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 광반사부(214)는, Total Mirror를 구비할 수 있다.
편광 변환부(250)는, 출력광의 편광 방향을 변환하고, 수신광의 편광 방향을 변환할 수 있다.
예를 들어 편광 변환부(250)는, 위상차를 주어 편광 방향을 제어하며, 선 편광을 원편광으로 변환하거나, 원편광을 선 편광으로 변환할 수 있다.
구체적으로, 편광 변환부(250)는, P 편광인 출력광을 원 편광의 출력광으로 변환한다. 이에 따라, 스캐너(240)는, 원편광의 출력광을 외부로 출력하고, 외부로부터 원편광의 수신광을 수신할 수 있다. 한편, 편광 변환부(250)는, 스캐너(240)를 통해 수신되는 원 편광의 수신광을, S 편광인 수신광으로 변환할 수 있다. 이에 따라, 편광 변환부(250)는, Quarter Wavelength Plate(QWP)라 명명될 수 있다.
다른 예로, 편광 변환부(250)는, P 편광의 출력광을 별도 변환 없이 그대로 출력하고, 스캐너(240)로부터 수신되는 P 편광의 수신광을 S 편광인 수신광으로 변환할 수도 있다.
제2 광반사부(255)는, 편광 변환부(250)를 통과한 출력광을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 수신광을 편광 변환부(250) 방향으로 반사시킨다. 광반사부(255)는, 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 제2 광반사부(255)는, Total Mirror를 구비할 수 있다.
제3 광반사부(256)는, 제2 광반사부(255)를 통과한 출력광을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 수신광을 제2 광반사부(255) 방향으로 반사시킨다. 제3 광반사부(256)는, 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 제3 광반사부(256)는, Total Mirror를 구비할 수 있다.
한편, 도 15의 거리 검출 장치는, 출력광의 광 경로와, 수신되는 수신광의 광 경로가 일부 중첩된다. 이와 같이, 광 출력과 광 수신의 광 경로가 일부중첩되는 구조의 거리 검출 장치는, coaxial Optical System 이라 명명될 수 있다. 이러한 구조의 거리 검출 장치는, 사이즈를 소형화할 수 있으며, 외광에 강하며, 높은 신호 대 잡음비를 가질 수 있게 된다.
한편, 출력광의 광 경로와, 수신되는 수신광의 광 경로가 완전히 이격되는 것도 가능하다. 이와 같이, 광 출력과 광 수신의 광 경로가 서로 완전히 이격되는 구조의 거리 검출 장치는, Separated Optical System 이라 명명될 수 있다.
도 16은 도 14의 거리 검출 장치의 거리 검출 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
거리 검출 장치의 프로세서(270)는, 출력광에 대한 전기 신호와 수신광에 대한 전기 신호의, 위상차, 시간차, 펄스 카운팅 등에 의해, 거리 정보를 산출할 수 있다.
도 16은 시간차 방법에 의한 거리 산출 방법을 예시한다. 여기서, Tx는 출력광의 코드 신호, Rx는 수신광의 코드 신호를 나타낸다. 도면을 보면, 출력광의 코드 신호와 수신광의 코드 신호의 시간 차이(Δt)에 따라, 거리 정보 레벨을 산출할 수 있다. 예를 들어, 시간 차이가 클수록, 외부 대상물(40)이 멀리 있는 것이므로, 거리 정보 레벨이 크도록 설정할 수 있으며, 이에 따라, 휘도 레벨이 작도록, 설정할 수 있다. 또한, 시간 차이가 작을수록, 외부 대상물(40)이 가깝게 있는 것이므로, 거리 정보 레벨이 작도록 설정할 수 있으며, 이에 따라, 휘도 레벨이 크도록 설정할 수 있다.
도 17 내지 도 19은 도 14의 거리 검출 장치의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 17은, 변조부(266)에서의 변조 기법 중의 일예를 예시한다. 도면은, 코드 신호에 대응하는 생성된 의사랜덤 노이즈를, BPSK 변조하는 것을 예시한다. 즉, 아날로그 신호로 모듈레이션 하기 위하여, 의사랜덤 노이즈 값이 1과 -1일 경우, 각각 캐리어의 위상을 0도와 180도로 변화시키는 것을 예시한다. 이와 유사하게 널리 알려진 모듈레이션 기법(ASK, FSK, PSK, PCM, PWM, PPM, PDM, M-QAM, CDMA, OFDM, etc.) 중 어느 하나의 변조 기법도 가능하다.
한편, 도 18a와 도 18b는 코드 신호로서, 의사랜덤노이즈(pseudo random noise) 코드 신호를 사용하는 경우, 자기 상관도와 상호 상관도 특성을 예시한다.
도 18a는, 동일한 코드 신호에 의한 자기 상관도를 예시하며, 도 18b는 서로 다른 코드 신호에 대한 상호 상관도를 예시한다.
프로세서(270)는, 변조부(266)에서 사용되는 코드 신호와, 복조부(286)에서 분리된 코드 신호를 이용하여, 상관 연산(correlation)을 수행할 수 있으며, 변조부(266)에서 사용되는 코드 신호와, 복조부(286)에서 분리된 코드 신호가 동일한 코드 신호인 경우, 도 18a와 같이, 특정 대역에서, 레벨이 커지게 된다. 한편, 변조부(266)에서 사용되는 코드 신호와, 복조부(286)에서 분리된 코드 신호가 서로 다른 코드 신호인 경우, 도 18b와 같이, 전 대역에서, 레벨이 작아지게 된다. 즉, 노이즈 성분으로 표현되게 된다.
한편, 도 19은 검출부에서 검출된 전기 신호에 대한 신호 처리 예를 예시한다.
복조부(286)는, 도 19의 주파수 변환부(810)를 구비할 수 있으며, 프로세서(270)는, 역확산부(820)을 구비할 수 있다.
주파수 변환부(810)는, 검출부(280)에서 검출된 캐리어(carrier) 기반의 전기 신호를, 기적 대역(baseband) 기반의 신호로 변환한다. 이를 위해, 캐리어 주파수에 대응하는 코사인 함수가 이용되며, 로우패스 필터가 사용될 수 있다.
다음, 역확산부(820)(despreading unit)는, 기저대역 기반의 신호와, 의사랜덤노이즈(pseudo random noise) 코드 신호를, 상관 연산한다.
프로세서(270)는, 변조부(266)에서, 확산된 코드 신호가, 역확산되고, 상관 관계가 높은 레벨을 이용하여, 외부 대상물에 대한 거리 정보를 추출할 수 있다.
즉, 프로세서(270)는, 변조부(266)에서 사용되는 코드 신호와, 복조부(286)에서 분리된 코드 신호를 이용하여, 상관 연산(correlation)을 수행하면서, 송신 코드 신호와, 수신 코드 신호에 따른, 시간 지연을 파악할 수 있다. 그리고, 파악된 시간 지연을 고려하여, 거리 정보를 산출할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(270)는, 상관 연산 수행시, 송신 코드 집합(1, 2, …, N, … , K-1, K)중 알맞은 코드를 찾은 뒤, 해당하는 코드가 송신 신호 대비 지연된 시간 값을 찾음으로써, 외부 대상물(40)에 대한 거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, 코드 N은 코드 M(≠N) 과 함께 역확산(despreading)되면, peak값을 가지지 못하기 때문에, peak값을 가질 때까지 코드를 변경하며 검색한다. 그리고, Peak값을 가지는 코드를 찾았다면, 그 코드를 얼마나 circular shift를 하였을 때 peak값을 가지는지 확인하여 지연시간을 알아낼 수 있다.
이와 같이, 코드 신호로서, 의사랜덤노이즈(pseudo random noise) 코드 신호를 사용하는 경우, 노이즈가 많은 상황에서도 송신 코드를 찾아내기 용이하다. 이에 따라, 거리 검출시, 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 거리 검출 장치(200)는, 복수의 코드 신호를 부가하여, 단일 파장의 출력광을 출력할 수 있다. 즉, 동일한 시간 대에, 제1 코드 신호와 제2 코드 신호가 부가된 출력광을 출력할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(270)는, 서로 직교하는 송신 코드 c1, c2, …, cn 을 모두 중첩하여 C코드를 만들고, 변조부(266)는, 코드 C를 기반으로 변조를 수행하여, 복수의 코드가 부가된, 출력광이 출력되도록 광원부(210)를 구동한다. 그리고, 출력부(240)는, 복수의 코드가 부가된 출력광을 출력한다.
이때, 외부 대상물(40)에서 반사 또는 산란되어, 수신되는 수신광에 기초한, 코드 신호가, delay된 코드 Cr일 수 있다. 프로세서(270)는, 코드 c1, c2, …, cn의 코드와, 수신된 코드 Cr과 correlation을 수행한다. 그리고, c1, c2, …,cn의 코드로 부터 얻은 correlation의 최대치가 나오는 시각 t1, t2, …, tn을 구한다. 그리하여, 최종적으로, t1, t2, …,tn의 값을 평균을 내거나, 특정 알고리즘의 입력값으로 활용하여 출력값(T)을 얻는다. 프로세서(270)는, 이러한 출력값(T)을 바탕으로, 최종 외부 대상물에 대한 거리를 산출한다.
한편, 연산된 t1, t2, …, tn이 동일한 Gaussian distribution을 가진다면, 출력값(T)는 t1, t2, …,tn과 동일한 평균(mean)값을 가지되 1/n의 분산(variation)을 가지게되므로, 보다 정확도가 높은 출력값(T)을 얻을 수 있게 된다. 이로써 하나의 빔(출력광)에 n개의 코드를 사용하는 경우, n번 측정한 효과를 얻음으로써, 거리 측정 정확도를 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 거리 검출 장치(200)는, 복수의 코드 신호를 부가하여, 단일 파장의 출력광을 출력할 수 있다. 이때, 출력부(240)는, 복수개의 코드 신호 중 제1 코드 신호가 부가된 출력광을 제1 기간 동안 출력하며, 복수개의 코드 신호 중 제2 코드 신호가 부가된 출력광을 제2 기간 동안 출력할 수 있다. 한편, 프로세서(270)는, 송신 코드와 수신 코드를 이용하여, 거리 검출을 수행할 수 있다.
이와 같이, 복수의 코드 신호를 이용함으로써, 외부 대상물로부터 수신되는 수신광의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 나아가 외부 대상물에 대한 거리를 정확하게 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 거리 검출 장치(200)의 광원부(210)는, 제1 파장의 제1 출력광을 출력하는 제1 광원, 및 제2 파장의 제2 출력광을 출력하는 제2 광원을 포함하며, 변조부(266)는, 복수개의 코드 신호 중 제1 코드 신호를 제1 출력광에 부가하며, 복수개의 코드 신호를 제2 코드 신호를 제2 출력광에 부가할 수 있다. 즉, 동일한 시간 대에, 제1 출력광과 제2 출력광을 출력할 수 있다. 한편, 프로세서(270)는, 송신 코드와 수신 코드를 이용하여, 거리 검출을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 거리 검출 장치(200)의 광원부(210)는, 제1 파장의 제1 출력광을 출력하는 제1 광원, 및 제2 파장의 제2 출력광을 출력하는 제2 광원을 포함하며, 변조부(266)는, 복수개의 코드 신호 중 제1 코드 신호를 제1 출력광에 부가하며, 복수개의 코드 신호를 제2 코드 신호를 제2 출력광에 부가하며, 출력부(240)는, 제1 출력광을 제1 기간 동안 출력하며, 제2 출력광을 제2 기간 동안 출력할 수 있다. 한편, 프로세서(270)는, 송신 코드와 수신 코드를 이용하여, 거리 검출을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 거리 검출 장치(200)의 광원부(210)는, 제1 파장의 제1 출력광을 출력하는 제1 광원, 및 제2 파장의 제2 출력광을 출력하는 제2 광원을 포함하며, 출력부(240)는, 제1 출력광을 제1 외부 영역에 출력하고, 제2 출력광을 제2 외부 영역에 출력할 수 있다. 한편, 프로세서(270)는, 송신 코드와 수신 코드를 이용하여, 거리 검출을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 거리 검출 장치(200)의 광원부(210)는, 제1 파장의 제1 출력광을 출력하는 제1 광원, 및 제2 파장의 제2 출력광을 출력하는 제2 광원을 포함하며, 출력부(240)는, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행하여, 광 변조된 출력광을 외부 영역에 출력하는 스캐너를 포함하며, 스캐너는, 제1 출력광과 제2 출력광이 서로 다른 수평 라인에 대해 수평 스캐닝이 수행되도록, 제1 출력광과 제2 출력광을 외부로 출력할 수 있다.
예를 들어, 출력부(240)에 출력되는, 출력광이, 외부 대상물(40)의 1번 pixel에서 2번 pixel까지 이동하는 시간을 Tpixel이라하고, 변화각은 Apixel이라 하고, 각 빔(출력광) 사이의 각거리가 Apixel/N만큼 이격이 생기도록 배치하면, 각 k번째 빔은 Tpixel/2 + k/N*Tpixel 초일 때 지나가던 위치의 거리값에 각각 수렴할 수 있다. 각 k번째 빔은 코드 c1, c2, …,cn 중 코드 ck에 의해 변조(modulation) 되었으므로, 프로세서(270)는, 각 빔에 의한 코드에 기초하여, 거리 정보를 산출할 수 있다. 이에 의해, N개의 출력광을 사용하는 경우, 공간 해상도를 N배 증가시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치(200)는, 광원부에서 출력되는 출력광을, 외부 대상물(40)에 출력하고, 외부 대상물(40)에서 산란 또는 반사되는 수신광을 수신하고, 출력광과 수신광의 차이를 이용하여, 거리를 검출하는 것으로 한다. 특히, 출력광 및 수신광 중, 일부는 투과시키고, 다른 일부는 반사시키는 편광 분리부(도 20의 282)에서 발생하는 내부 산란광을 흡수하는 흡수부재를 사용한다. 이에 따라, 내부 산란광을 제거하면서, 외부 대상물(40)에 대한 거리를 간편하게 검출할 수 있게 된다. 이에 따라, 내부 산란광에 의한 잡음이, 외부 대상물(40)에서 산란되어 수신되는 수신광 보다 상당히 작아지므로, 측정 가능 거리를 확장시킬 수 있으며, 거리 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.한편, 도 13 내지 도 19에서 기술한 본 발명의 다른 일실시에에 따른 거리 검출 장치(200)에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 거리 검출 장치 내부에서 발생하는 내부 산란광을 흡수하는 흡수 부재를 적용하는 것도 가능하다. 이에 대해서는, 도 20 내지 도 25를 참조하여 기술한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 일예이다.
도 20의 거리 검출 장치의 내부 구조도는, 도 15의 거리 검출 장치의 내부 구조도와 동일할 수 있으며, 이에 따라, 도 15에 대한 설명을 참조하여, 그 설명을 생략한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 프로세서(270)는, 도 16과 같은, 시간차 방법에 의한 거리 산출 방법 또는 도 3과 같은 위상차 방법을 사용하여, 거리 검출을 수행할 수 있다.
도 21a 내지 도 21c는 거리 검출 장치 내의 내부 산란광을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
먼저, 도 21a는, 거리 검출 장치 내의 광원부(210), 집광부(212), 및 편광 분리부(282), 구조물(600)을 예시한다.
집광부(212)는, 광원부(210)에서 출력되는 출력광을 시준한다(collimate). 이를 위해, 집광부(212)는, 각각 해당하는 파장의 광을 시준하기 위한 Collimate Lens를 구비할 수 있다.
편광 분리부(282)는, 파장이 동일한 출력광과 수신광의 편광이 다른 경우, 각 편광 방향에 따라, 그 진행 방향을 분리한다. 예를 들어, 출력광이 P 편광 상태의 출력광인 경우 투과시키고, 반사광이 S 편광 상태의 수신광인 경우 반사시켜, 검출부(280)로 수신광을 전송한다. 이러한 편광 분리부는, Polarizer Beam Splitter라 할 수 있다.
한편, 편광 분리부(282) 주변에는 다른 광 부품의 기구물(600)이 배치될 수 있다. 도면에서는, 기구물(600)이 편광 분리부(282)의 우측에 배치되는 것을 예시한다. 즉, 검출부(280) 방향과 반대 방향에 기구물(600)이 배치될 수 있다.
다음, 도 21b는 편광 분리부(282)이 광 투과와 광 반사를 예시한다. 즉, 광원부(210)에서 출력되는 출력광(L1)을 투과하고, 외부로부터 수신되는 수신광(L2)는 반사시켜, 검출부(280)로 수신광을 전송할 수 있다. 특히, 편광 분리부(282)는, P 편광의 빔(beam)은 투과하고 S 편광의 빔(beam)은 반사시킬 수 있다.
다음, 도 21c는 편광 분리부(282)에서 내부 산란광이 발생하는 것을 예시한다.
편광 분리부(282)는, P 편광의 빔(beam)은 투과하고 S 편광의 빔(beam)은 반사시킬 수 있다. 반사된 S 편광의 빔(L2) 중에서 편광 분리부(282)를 투과한 후 기구물(600)에서 반사되어 수신되는 노이즈 1(LN1)과 편광 분리부(282) 내부 면에서 재 반사되어 수신되는 노이즈 2(LN2)가 있다. 또한, 편광 분리부(282) 면을 지날 때 P 편광 상태로 투과된 빔(La,Lb,Lc) 중에서 편광 분리부(282) 내부 면에서 재 반사되어 편광 분리부(282) 면에서 반사되어 수신되는 노이즈 1(LN1)이 있다. 이외에도 편광 분리부(282) 내부 면에서 다중 반사되어 수신되는 노이즈 3(LN3) 등이 있다. 이러한 노이즈들은, 편광 분리부(282) 내의 내부 산란광에 기인한 것들이다.
한편, 편광 분리부(282) 면을 지날 때 P 편광 상태로 투과된 빔 중 외부 대상물(40)에서 산란(Backscattering)된 빔이 편광 분리부(282) 면에서 반사되어, 미약한 신호(signal)로 수신된다.
이때, 외부 대상물(40)에서산란(Backscattering)된 미약한 신호(signal)와, 내부 산란광에 의한 노이즈(Noise)의 비가 신호 대 잡음비(SNR)이 된다. 이때, SNR이 최소한 1 이상이 유지되는 거리가 측정 가능한 거리가 될 수 있다. 목표로 하는 측정거리 내에서 SNR이 1 이상을 유지하기 위해서는 내부 산란 광에 의한 노이즈들을 저감시켜야 한다. 이하에서는, 거리 검출 장치 내의 내부 산란 광에 의한 노이즈들을 저감하기 위한, 흡수 부재에 대해 기술한다.
도 22a 내지 도 22c는 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치 내의 흡수 부재의 다양한 예이다.
먼저, 도 22a는, 편광 분리부(282)에 부착되는 블랙 페인팅(710)을 예시한다.
즉, 편광 분리부(282)와 기구물(600) 사이, 구체적으로, 편광 분리부(282)의 우측면을 그라인딩(Grinding)과 블랙 페인팅(710)을 함으로써 편광 분리부(282) 면을 투과되어 나가는 빔을 흡수시켜서 노이즈 1, 2(LN1,LN2) 등을 저감시킬 수 있다.
다음, 도 22b는, 편광 분리부(282)와 광원부(210) 사이, 구체적으로 편광 분리부(282)와 집광부(212) 사이에 배치되는 편광부재(720)를 예시한다. 편광 부재(720)는, Polarizer일 수 있다.
즉, 편광 분리부(282) 면을 지나기 전에 Polarizer(720)를 지나게 함으로써 편광 컨트라스트(Contrast)를 향상시킴으로써, S 편광된 빔이 반사됨으로써 생기는 노이즈 1, 2(LN1,LN2) 등을 저감시킬 수 있다.
다음, 도 22c는, 편광 분리부(282)와 기구물(600) 사이에, 배치되는 감광 필터(730)을 예시한다. 감광 필터(730)는, Absorptive ND Filter일 수 있다.
즉, 감광 필터(730)를 사용함으로써, 편광 분리부(282)로부터 기구물(600) 방향으로 가는 빔의 세기를 저감시킬 수 있다. 결국, 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
다음, 도 22d는, 기구물(600)의 표면에 형성되는 블랙 코팅(740)을 예시한다. 블랙 코팅(740)은, Black Optical Coating일 수 있다.
즉, 블랙 코팅(740)을 사용함으로써, 흡수를 통한 기구물(600)로부터의 반사광량을 저감시켜, 결국, 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
다음, 도 22e는, 기구물(600)에 부착되는 다중 반사 경로 부재(750)를 예시한다.
구체적으로, 기구물(600)의 경사면을 다중 반사 경로 부재(750)를 부착시켜, 다중반사를 발생시킨다. 이에 따라, 기구물(600)로부터의 반사광량을 저감시켜, 결국, 노이즈를 저감할 수 있게 된다.
한편, 도 22a 내지 도 22e의 방법 중 적어도 두개의 방법을 혼용하여, 노이즈를 최소화할 수 있다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 다른 예다.
도 23은, 거리 검출 장치의 개략 내부 구조도를 예시하며, 특히, 내부 산란광을 저감하기 위한 도 22a 내지 도 22e의 방법 중 도 22b의 방법을 채용한, 거리 검출 장치의 개략 내부 구조도를 예시한다.
도 23의 거리 검출 장치는, 광원부(210)와, 편광 분리부(282)와, 편광 변환부(250)가, 광 경로상 일렬로 배치될 수 있다. 그리고, 광원부(210)가 제1 방향 편광의 출력광을 출력할 수 있다. 즉, P 편광이 출력광을 출력할 수 있다.
광원부(210)가 레이저 다이오드(LD)인 경우, LD의 편광비가 100:1 수준이므로, 편광 컨트라스트(Contrast)를 높이기 위해, 도 22b의 편광 부재(720)를 사용한다. 즉, LD의 출력광이 Polarizerer(720)를 지나, 편광 분리부(282)에서 P 편광 투과된다. 그리고, P 편광의 출력광을 편광 변환부(250)(QWP)에서 원 편광으로 변환하고, 스캐너(240)에서이 스캐닝에 의해 외부 대상물(40)을 스캔한다.
외부 대상물(40)에서 산란(Backscattering)되어 수신된 원 편광 상태의 수신광은 편광 변환부(250)(QWP)를 지난 후 S 편광 상태가 된다. 편광 분리부(282)가 S 편광 상태의 수신광을 반사시키므로, 검출부(280)에는 외부 대상물(40)에서 산란된 수신광이 수신된다.
검출부(280)는, 편광 분리부(282)에서 반사되어, 집광부(213)에서 집광된 수신광을 전기 신호로 변환한다. 그리고, 프로세서(270)는, 검출부(280)로부터의 전기 신호에 기초하여, 외부 대상물(40)에 대한 거리를 연산한다.
도 23의 구조에 의하면, 편광 분리부(282)를 거치기 전에 편광 부재(720)로 편광 컨트라스트(Contrast)를 높일 수 있다. 물론, 100%의 선 편광이 될 수는 없으나, 편광 컨트라스트(Contrast)가 향상되므로, 출력광인 P 편광 성분이 증가하여, 내부 잡음에도 불구하고, SNR이 향상될 수 있다.
한편, 내부 산란 광에 의한 잡음을 저감을 위해, 도 23의 편광 부재(720) 외에, 도 22a의 편광 분리부(282)에 부착되는 블랙 페인팅(710), 도 22c의 편광 분리부(282)와 기구물(600) 사이에 배치되는 감광 필터(730), 도 22d의 기구물(600)의 표면에 형성되는 블랙 코팅(740), 도 22e의 기구물(600)에 부착되는 다중 반사 경로 부재(750) 중 적어도 하나가 더 사용될 수 있다.
한편, 도면에서는, 스캐너(240)가 외부 대상물(40)에서 산란(Backscattering)된 수신광을 수신하는 것으로 예시하나, 이와 달리, 별도의 수신부가 외부 대상물(40)에서 산란(Backscattering)된 수신광을 수신하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 출력광과 수신광이 분리되므로, 거리 검출 장치는, Separated Optical System 이라 할 수 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 또 다른 예다.
도 24의 거리 검출 장치는, 도 23의 거리 검출 장치와 유사하나, 광원부가 한개가 아닌 두개인 것에 그 차이가 있다.
도 24의 거리 검출 장치는, 제1 광원부(210), 제1 집광부(212), 광반사부(214), 제2 광원부(215), 제2 집광부(217), 광파장분리부(219), 스캐너(240), 편광 변환부(250), 제2 광반사부(255), 제3 광반사부(256), 제1 검출부(280), 및 제1 편광 분리부(282), 제2 검출부(285), 제2 편광 분리부(287)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 23과의 차이를 중심으로 기술한다.
제1 집광부(212)와 제2 집광부(217)는, 각각 제1 광원부(210)과 제2 광원부(215)에서 출력되는 출력광을 시준한다(collimate). 이를 위해, 제1 집광부(212)와 제2 집광부(217)는, 각각 해당하는 파장의 광을 시준하기 위한 Collimate Lens를 구비할 수 있다.
다음, 제1 집광부(212)를 통과한 제1 출력광은, 제1 편광부재(720a)를 거쳐 제1 편광 분리부(282)를 통과하고, 제2 집광부(217)를 통과한 제2 출력광은, 제2 편광부재(720b)를 거쳐 제2 편광 분리부(282)를 통과한다.
광반사부(214)는, 제1 편광 분리부(282)를 통과한 제1 출력광을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 제1 수신광을 제1 편광 분리부(282) 방향으로 반사시킨다. 광반사부(214)는, 제1 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 광반사부(214)는, Total Mirror를 구비할 수 있다.
광파장 분리부(219)는, 광 파장 별로, 반사 또는 투과가 가능한 것으로서, 예를 들어, Dichroic Mirror로 구현될 수 있다. 구체적으로, 광파장 분리부(219)는, 제1 파장의 광은 투과 시키고, 제2 파장의 광은 반사시킬 수 있다.
이에 따라, 광파장 분리부(219)는, 제1 출력광을 투과시켜, 스캐너(240) 방향으로 전달할 수 있으며, 제2 출력광을 반사시켜, 스캐너(240) 방향으로 전달할 수 있다.
또한, 광파장 분리부(219)는, 제1 수신광을 투과시켜, 광반사부(214) 방향으로 전달할 수 있으며, 제2 수신광을 반사시켜, 제2 편광 분리부(287) 방향으로 전달할 수 있다.
편광 변환부(250)는, 출력광의 편광 방향을 변환하고, 수신광의 편광 방향을 변환할 수 있다.
예를 들어 편광 변환부(250)는, 위상차를 주어 편광 방향을 제어하며, 선 편광을 원편광으로 변환하거나, 원편광을 선 편광으로 변환할 수 있다.
제2 광반사부(255)는, 편광 변환부(250)를 통과한 제1 및 제2 출력광을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 제1 및 제2 수신광을 편광 변환부(250) 방향으로 반사시킨다. 광반사부(255)는, 제1 및 제2 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 제2 광반사부(255)는, Total Mirror를 구비할 수 있다.
제3 광반사부(256)는, 제2 광반사부(255)를 통과한 제1 및 제2 출력광을 스캐너(240) 방향으로 반사시키며, 스캐너(240)를 통해 수신되는 제1 및 제2 수신광을 제2 광반사부(255) 방향으로 반사시킨다. 제3 광반사부(256)는, 제1 및 제2 출력광의 파장만 반사시키는 것이 아닌, 다양한 파장의 광을 반사시키는 것이 가능하다. 이에 따라, 제3 광반사부(256)는, Total Mirror를 구비할 수 있다.
제1 검출부(280)는, 제1 편광 분리부(282)에서 반사된 제1 수신광을 전기 신호로 변환하며, 제2 검출부(282)는, 제2 편광 분리부(282)에서 반사된 제2 수신광을 전기 신호로 변환한다. 그리고, 프로세서(270)는, 제1 검출부(280)와 제2 검출부(282)로부터의 전기 신호에 기초하여, 외부 대상물(40)에 대한 거리를 연산한다.
한편, 내부 산란 광에 의한 잡음을 저감을 위해, 도 24의 편광 부재(720a,720b) 외에, 도 22a의 편광 분리부(282)에 부착되는 블랙 페인팅(710), 도 22c의 편광 분리부(282)와 기구물(600) 사이에 배치되는 감광 필터(730), 도 22d의 기구물(600)의 표면에 형성되는 블랙 코팅(740), 도 22e의 기구물(600)에 부착되는 다중 반사 경로 부재(750) 중 적어도 하나가 더 사용될 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리 검출 장치의 내부 구조도의 또 다른 예다.
도 23과 비교하면, 도 25의 거리 검출 장치의 내부 구조는, 광원부(210)와 검출부(280)의 배치가 다른 것에 그 차이가 있다.
즉, 도 25의 거리 검출 장치는, 검출부(280)와, 편광 분리부(282)와, 편광 변환부(250)가, 광 경로상 일렬로 배치된다. 그리고, 광원부(210)가 제2 방향 편광, 즉 S 편광의 출력광을 출력하는 출력한다.
즉, 편광 분리부(282는, S 편광의 출력광을 반사시켜, 스캐너(240) 방향으로 전달하고, P 편광의 수신광을 투과시킨다. 투과된 수신광은, 집광부(213)를 거쳐, 검출부(280)로 전달된다.
한편, 도 23과 유사하게, 편광 컨트라스트(Contrast)를 높이기 위해, 집광부(212)와 편광 분리부(282) 사이에, 도 22b의 편광 부재(720)를 사용한다.
도 25의 구조에 의하면, 편광 분리부(282)를 거치기 전에 편광 부재(720)로 편광 컨트라스트(Contrast)를 높일 수 있다. 물론, 100%의 선 편광이 될 수는 없으나, 편광 컨트라스트(Contrast)가 향상되므로, 출력광인 S 편광 성분이 증가하여, 내부 잡음에도 불구하고, SNR이 향상될 수 있다.
한편, 내부 산란 광에 의한 잡음을 저감을 위해, 도 25의 편광 부재(720) 외에, 도 22a의 편광 분리부(282)에 부착되는 블랙 페인팅(710), 도 22c의 편광 분리부(282)와 기구물(600) 사이에 배치되는 감광 필터(730), 도 22d의 기구물(600)의 표면에 형성되는 블랙 코팅(740), 도 22e의 기구물(600)에 부착되는 다중 반사 경로 부재(750) 중 적어도 하나가 더 사용될 수 있다.
한편, 도면에서는, 스캐너(240)가 외부 대상물(40)에서 산란(Backscattering)된 수신광을 수신하는 것으로 예시하나, 이와 달리, 별도의 수신부가 외부 대상물(40)에서 산란(Backscattering)된 수신광을 수신하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 출력광과 수신광이 분리되므로, 거리 검출 장치는, Separated Optical System 이라 할 수 있다.
도 26은 도 1의 이동 단말기의 내부 블럭도이다.
도 26을 참조하면, 이동 단말기(100)는, 무선 통신부(110), A/V(Audio/Video) 입력부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 인터페이스부(170), 제어부(180), 및 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(110)는, 방송수신 모듈(111), 이동통신 모듈(113), 무선 인터넷 모듈(115), NFC 모듈(117), 및 GPS 모듈(119) 등을 포함할 수 있다.
방송수신 모듈(111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송관리 서버로부터 방송 신호 및 방송관련 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 이때, 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널 등을 포함할 수 있다.
방송수신 모듈(111)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(160)에 저장될 수 있다.
이동통신 모듈(113)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(115)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 무선 인터넷 모듈(115)은 이동 단말기(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
NFC 모듈(117)은 근거리 자기장 통신을 수행할 수 있다. NFC 모듈(117)은, NFC 장치(미도시)와 소정 거리 이내로 접근하는 경우, 즉 태깅하는 경우, NFC 장치로부터의 소정 데이터를 수신할 수 있다.
GPS(Global Position System) 모듈(119)은 복수 개의 GPS 인공위성으로부터 위치 정보를 수신할 수 있다.
A/V(Audio/Video) 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(121), 거리 검출부(200), 마이크(123) 등이 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 거리 검출부(200)는, 초소형의 거리 검출 장치일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 거리 검출부(200)는, 도 1 내지 도 12에서 기술한 바와 같이, 복수의 송신 신호와 수신 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 최종 거리 연산을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 거리 검출부(200)는, 도 13 내지 도 19에서 기술한 바와 같이, 출력광 변조시의 코드 신호와, 수신된 수신광 복조시의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리 검출을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 거리 검출부(200)는, 도 20 내지 도 25에서 기술한 바와 같이, 거리 검출 장치 내부에서 발생하는 내부 산란광을 흡수하는 흡수 부재를 구비할 수 있다.
한편, 거리 검출부(200)는, 카메라(121)와 함께, 3D 카메라(122) 내에 구비될 수 있다.
한편, 산출된 거리 정보는, 제어부(180)에 전달되어, 멀티미디어 재생시에, 특히 3D 영상 표시시에 사용되거나, 외부로 전달될 수 있다.
사용자 입력부(130)는 사용자가 단말기의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다. 이를 위해, 사용자 입력부(130)는, 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(정압/정전) 등으로 구성될 수 있다. 특히, 터치 패드가 후술하는 디스플레이부(151)와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치스크린(touch screen)이라 부를 수 있다.
센싱부(140)는 이동 단말기(100)의 개폐 상태, 이동 단말기(100)의 위치, 사용자 접촉 유무 등과 같이 이동 단말기(100)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킬 수 있다.
센싱부(140)는, 감지센서(141), 압력센서(143), 및 모션 센서(145) 등을 포함할 수 있다. 모션 센서(145)는 가속도 센서, 자이로 센서, 중력 센서 등을 이용하여 이동 단말기(100)의 움직임이나 위치 등을 감지할 수 있다. 특히, 자이로 센서는 각속도를 측정하는 센서로서, 기준 방향에 대해 돌아간 방향(각도)을 감지할 수 있다.
출력부(150)는 디스플레이부(151), 음향출력 모듈(153), 알람부(155), 및 햅틱 모듈(157), 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(151)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다.
한편, 전술한 바와 같이, 디스플레이부(151)와 터치패드가 상호 레이어 구조를 이루어 터치스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(151)는 출력 장치 이외에 사용자의 터치에 의한 정보의 입력이 가능한 입력 장치로도 사용될 수 있다.
음향출력 모듈(153)은 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력한다. 이러한 음향출력 모듈(153)에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(155)는 이동 단말기(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 예를 들면, 진동 형태로 신호를 출력할 수 있다. .
햅틱 모듈(haptic module)(157)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(157)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동 효과가 있다.
메모리(160)는 제어부(180)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입력되거나 출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.
인터페이스부(170)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 인터페이스부(170)는 이러한 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
제어부(180)는 통상적으로 상기 각부의 동작을 제어하여 이동 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 재생 모듈(181)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 재생 모듈(181)은 제어부(180) 내에 하드웨어로 구성될 수도 있고, 제어부(180)와 별도로 소프트웨어로 구성될 수도 있다. 한편, 멀티미디어 재생 등에 대한 제어부(180)의 동작에 대해서는, 도 27을 참조하여 상술한다.
전원 공급부(190)는, 제어부(180)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
이와 같은 구성의 이동 단말기(100)는 유무선 통신 시스템 및 위성 기반 통신 시스템을 포함하여, 프레임(frame) 또는 패킷(packet)을 통하여 데이터(data)를 전송할 수 있는 통신 시스템에서 동작 가능하도록 구성될 수 있다.
한편, 도 26에 도시된 이동 단말기(100)의 블럭도는 본 발명의 일실시예를 위한 블럭도이다. 블럭도의 각 구성요소는 실제 구현되는 이동 단말기(100)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다. 즉, 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다. 또한, 각 블록에서 수행하는 기능은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이며, 그 구체적인 동작이나 장치는 본 발명의 권리범위를 제한하지 아니한다.
도 27은 도 26의 제어부의 내부 블럭도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 의한 제어부(180)는, 멀티미디어 재생을 위해, 역다중화부(310), 영상 처리부(320), 프로세서(330), OSD 생성부(340), 믹서(345), 프레임 레이트 변환부(350), 및 포맷터(360)를 포함할 수 있다. 그 외 오디오 처리부(미도시), 데이터 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
역다중화부(310)는, 입력되는 스트림을 역다중화한다. 예를 들어, MPEG-2 TS가 입력되는 경우 이를 역다중화하여, 각각 영상, 음성 및 데이터 신호로 분리할 수 있다. 여기서, 역다중화부(310)에 입력되는 스트림 신호는, 방송 수신 모듈(111) 또는 무선 인터넷 모듈(115) 또는 인터페이스부(170)에서 출력되는 스트림 신호일 수 있다.
영상 처리부(320)는, 역다중화된 영상 신호의 영상 처리를 수행할 수 있다. 이를 위해, 영상 처리부(320)는, 영상 디코더(225), 및 스케일러(235)를 구비할 수 있다.
영상 디코더(225)는, 역다중화된 영상신호를 복호화하며, 스케일러(235)는, 디스플레이부(151)에서 출력되는 출력 영상을 고려하여, 복호화된 영상신호의 해상도를, 스케일링(scaling)할 수 있다.
영상 디코더(225)는 다양한 규격의 디코더를 구비하는 것이 가능하다.
프로세서(330)는, 이동 단말기(100) 내 또는 제어부(180) 내의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(330)는 방송 수신 모듈(111)을 제어하여, 사용자가 선택한 채널 또는 기저장된 채널에 해당하는 RF 방송을 선택(Tuning)하도록 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(330)는, 사용자입력 인터페이스부(150)를 통하여 입력된 사용자 명령 또는 내부 프로그램에 의하여 이동 단말기(100)를 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(330)는, 네트워크 인터페이스부(135) 또는 인터페이스부(170)와의 데이터 전송 제어를 수행할 수 있다.
또한, 프로세서(330)는, 제어부(180) 내의 역다중화부(310), 영상 처리부(320), OSD 생성부(340) 등의 동작을 제어할 수 있다.
OSD 생성부(340)는, 사용자 입력에 따라 또는 자체적으로 OSD 신호를 생성한다. 예를 들어, 사용자 입력 신호에 기초하여, 디스플레이부(151)에 출력되는 영상 내에, 각종 정보를 그래픽(Graphic)이나 텍스트(Text)로 표시하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 생성되는 OSD 신호는, 이동 단말기(100)의 사용자 인터페이스 화면, 다양한 메뉴 화면, 위젯, 아이콘 등의 다양한 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 생성되는 OSD 신호는, 2D 오브젝트 또는 3D 오브젝트를 포함할 수 있다.
믹서(345)는, OSD 생성부(340)에서 생성된 OSD 신호와 영상 처리부(320)에서 영상 처리된 복호화된 영상 신호를 믹싱할 수 있다. 믹싱된 영상 신호는 프레임 레이트 변환부(350)에 제공된다.
프레임 레이트 변환부(Frame Rate Conveter, FRC)(350)는, 입력되는 영상의 프레임 레이트를 변환할 수 있다. 한편, 프레임 레이트 변환부(350)는, 별도의 프레임 레이트 변환 없이, 그대로 출력하는 것도 가능하다.
포맷터(Formatter)(360)는, 믹서(345)에서 믹싱된 신호, 즉 OSD 신호와 복호화된 영상 신호를 입력받아, 디스플레이부(151)에 적합하도록, 신호의 포맷을 변경하여 출력할 수 있다.
한편, 포맷터(Formatter)(360)는, 3D 영상 표시를 위해, 2D 영상 신호와 3D 영상 신호를 분리할 수 있다. 또한, 3D 영상 신호의 포맷을 변경하거나, 2D 영상 신호를 3D 영상 신호로 전환할 수도 있다.
한편, 포맷터(360)는, 거리 검출부(200)에서 산출된 거리 정보를 이용하여, 3D 영상 표시시, 이를 활용할 수 있다. 구체적으로, 거리 정보 레벨의 크기가 클수록, 외부 대상물이 더 멀리 떨어져 있는 것이므로, 포맷터(360)는, 깊이 정보가 작도록 설정할 수 있다. 즉, 포맷터(360)는, 거리 정보 레벨에 반비례하도록 깊이 정보 레벨을 설정할 수 있다. 그리고, 깊이 정보를 이용하여, 2D 영상을 3D 영상으로 변환하고, 이를 출력할 수 있다.
결국, 포맷터(360)는, 외부 대상물이 멀어, 거리 정보 레벨이 큰 경우, 깊이 정보 레벨을 작게 설정하며, 이에 따라, 3D 영상 표시시, 함몰되어 표시되도록 할 수 있다. 한편, 포맷터(360)는, 외부 대상물이 가까워, 거리 정보 레벨이 작은 경우, 깊이 정보 레벨을 크게 설정하며, 이에 따라, 3D 영상 표시시, 돌출되어 표시되도록 할 수 있다.
한편, 제어부(180) 내의 오디오 처리부(미도시)는, 역다중화된 음성 신호의 음성 처리를 수행할 수 있다. 이를 위해 오디오 처리부(미도시)는 다양한 디코더를 구비할 수 있다.
또한, 제어부(180) 내의 오디오 처리부(미도시)는, 베이스(Base), 트레블(Treble), 음량 조절 등을 처리할 수 있다.
한편, 도 27에서는 OSD 생성부(340)와 영상 처리부(320)으로부터의 신호를 믹서(345)에서 믹싱한 후, 포맷터(360)에서 3D 처리 등을 하는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않으며, 믹서가 포맷터 뒤에 위치하는 것도 가능하다. 즉, 영상 처리부(320)의 출력을 포맷터(360)에서 3D 처리하고, OSD 생성부(340)는 OSD 생성과 함께 3D 처리를 수행한 후, 믹서(345)에서 각각의 처리된 3D 신호를 믹싱하는 것도 가능하다.
한편, 도 27에 도시된 제어부(180)의 블럭도는 본 발명의 일실시예를 위한 블럭도이다. 블럭도의 각 구성요소는 실제 구현되는 제어부(180)의 사양에 따라 통합, 추가, 또는 생략될 수 있다.
특히, 프레임 레이트 변환부(350), 및 포맷터(360)는 제어부(180) 내에 마련되지 않고, 각각 별도로 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 거리 검출 장치를 포함하는 영상처리장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
본 발명은 외부 대상물에 대한 거리를 검출할 수 있는 거리 검출 장치에 적용 가능하다.

Claims (20)

  1. 복수의 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호에 기초하여, 출력광을 출력하는 광원부;
    제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행하여, 상기 출력광을 외부 영역에 출력하는 스캐너;
    상기 출력광에 대응하여 외부로부터, 수신되는 수신광을 수신 신호로 변환하는 검출부; 및
    상기 복수의 송신 신호와 상기 복수의 수신 신호에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 거리를 연산하며, 상기 송신 신호의 주파수를 가변하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호와 상기 제1 송신 신호에 대응하는 제1 수신 신호에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 상기 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호와 상기 제2 송신 신호에 대응하는 제2 수신 신호에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 상기 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 상기 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송신 신호 중 제1 및 제2 송신 신호 간의 주파수 비율은, 정수배가 아닌 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송신 신호 중 제1 및 제2 송신 신호 간의 주파수 비율은, n+0.5의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호에 기초한 제1 출력광과 제2 송신 신호에 의한 제2 출력광은, 동시에 출력되며, 서로 동일한 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호에 기초한 제1 출력광과 제2 송신 신호에 의한 제2 출력광은, 동시에 출력되며, 서로 다른 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호에 기초한 제1 출력광과 제2 송신 신호에 기초한 제2 출력광은, 상기 스캐너에서 스캐닝시, 라인 별로, 또는 프레임 별로, 교호하게 출력되는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 송신 신호의 제1 주파수와 상기 제2 송신 신호의 제2 주파수의, 최대 공약수 주파수에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는,
    제1 시간 동안, 상기 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호와 제2 송신 신호에 기초한 출력광을 출력하고,
    제2 시간 동안, 상기 복수의 송신 신호 중 제3 송신 신호와 제4 송신 신호에 기초한 출력광을 출력하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    사용자 입력에 의한 주파수 가변 입력이 있는 경우, 상기 송신 신호의 주파수를 가변하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    전체 스캐닝 구간 중 외부 대상물이 존재하지 않는 블랭크 영역에 대응하는 구간 동안, 상기 출력광이 외부로 출력되지 않은 상태에서, 상기 검출되는 수신 신호의 레벨이 소정 레벨 이상인 경우, 상기 송신 신호의 주파수를 가변하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 코드 신호에 기초한 출력광을 상기 광원부에서 출력하도록 구동하는 변조부;
    상기 출력광에 대응하여 외부로부터 수신되는 수신광에 기초하여, 코드 신호를 분리하는 복조부;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 변조부에서의 코드 신호와, 상기 복조부에서의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 스캐너 사이, 및 상기 검출부와 상기 스캐너 사이에 배치되며, 상기 출력광 및 상기 수신광 중, 제1 방향 편광은 투과시키고, 제2 방향 편광은 반사시키는, 편광 분리부; 및
    상기 편광 분리부에서 발생하는 내부 산란광을 흡수하는 흡수부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 흡수부재는,
    상기 편광 분리부에 부착되는 블랙 페인팅;
    상기 편광 분리부와 상기 광원 사이에 배치되는 편광부재;
    상기 편광 분리부와 기구물 사이에, 배치되는 감광 필터;
    상기 기구물의 표면에 형성되는 블랙 코팅; 또는
    상기 기구물에 부착되는 다중 반사 경로 부재; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  14. 출력광을 출력하는 광원부;
    적어도 하나의 코드 신호에 기초한 출력광을 상기 광원부에서 출력하도록 구동하는 변조부;
    상기 출력광을 외부로 출력하는 출력부;
    상기 출력광에 대응하여 외부로부터 수신되는 수신광에 기초하여, 코드 신호를 분리하는 복조부;
    상기 수신광을 전기 신호로 변환하고, 변환된 전기 신호를 상기 복조부로 출력하는 검출부;
    상기 변조부에서의 코드 신호와, 상기 복조부에서의 코드 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 변조부에서의 코드 신호와, 상기 복조부에서의 코드 신호의, 시간 차이에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 변조부에서 사용된 코드 신호와, 상기 복조부에서 분리된 적어도 하나의 코드 신호의 상관 값(correlation value)을 이용하여,
    상기 복조부에서 분리된 적어도 하나의 코드 신호 중, 상기 변조부에서 사용된 코드 신호에 대응하는 코드 신호를 선택하고,
    상기 선택된 코드 신호와, 상기 변조부에서 사용된 코드 신호의, 시간 차이에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 거리를 검출하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 광원부는,
    단일 파장의 출력광을 출력하며,
    상기 변조부는,
    복수개의 코드 신호를 상기 단일 파장의 출력광에 부가하거나,
    복수개의 코드 신호 중 제1 코드 신호를 단일 파장의 출력광에 부가하며,
    상기 복수개의 코드 신호 중 제1 코드 신호가 부가된 출력광이 제1 기간 동안 출력되며, 상기 복수개의 코드 신호 중 제2 코드 신호가 부가된 출력광이 제2 기간 동안 출력되는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 광원부는,
    제1 파장의 제1 출력광을 출력하는 제1 광원, 및 제2 파장의 제2 출력광을 출력하는 제2 광원을 포함하며,
    상기 변조부는,
    복수개의 코드 신호 중 제1 코드 신호를 상기 제1 출력광에 부가하며, 복수개의 코드 신호 중 제2 코드 신호를 상기 제2 출력광에 부가하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 변조부에서의 복수개의 코드 신호와, 상기 복조부에서의 복수개의 코드 신호에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 복수개의 거리 정보를 검출하고, 상기 복수개의 거리 정보에 기초하여, 최종 거리 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 장치.
  20. 디스플레이;
    복수의 서로 다른 주파수를 갖는 송신 신호에 기초하여, 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로 수행하여, 상기 출력광을 외부 영역에 출력하는 스캐너와, 상기 출력광에 대응하여 외부로부터, 수신되는 수신광을 수신 신호로 변환하는 검출부와, 상기 복수의 송신 신호와 상기 복수의 수신 신호에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 거리를 연산하며, 상기 송신 신호의 주파수를 가변하는 프로세서를 포함하는 거리 검출부; 및
    상기 거리 검출부에서 검출된 거리 정보를 이용하여, 상기 디스플레이에 3D 영상을 표시하도록 제어하는 제어부;를 구비하며,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 송신 신호 중 제1 송신 신호와 상기 제1 송신 신호에 대응하는 제1 수신 신호에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 제1 거리를 연산하고, 상기 복수의 송신 신호 중 제2 송신 신호와 상기 제2 송신 신호에 대응하는 제2 수신 신호에 기초하여, 상기 외부 대상물에 대한 제2 거리를 연산하며, 상기 연산된 제1 및 제2 거리에 기초하여 상기 외부 대상물에 대한 최종 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치.
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