KR102546319B1 - Structured light projector and electronic apparatus including the same - Google Patents
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Abstract
구조광을 생성하여 조사하는 구조광 프로젝터 및 구조광 프로젝터를 포함하는 전자 장치를 제공한다. 구조광 프로젝터는, 광을 제공하는 조명 장치; 입사광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 패턴 마스크; 및 구조광을 투사시키기 위한 렌즈;를 포함하며, 상기 조명 장치는 상기 패턴 마스크의 일부 영역들과 각각 대향하는 다수의 조명 영역을 포함하고, 다수의 조명 영역에서 방출되는 광의 세기가 서로 상이할 수 있다.A structured light projector generating and radiating structured light and an electronic device including the structured light projector are provided. The structured light projector includes a lighting device that provides light; a pattern mask that partially transmits or blocks incident light to create structured light; and a lens for projecting structured light, wherein the lighting device includes a plurality of lighting areas respectively facing partial areas of the pattern mask, and light emitted from the plurality of lighting areas may have different intensities. there is.
Description
개시된 실시예들은 구조광 프로젝터 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to a structured light projector and an electronic device including the same.
최근, 인간이나 기타 사물 등의 객체 인식에 있어, 정밀한 3차원 형상 인식에 의해, 객체의 형상, 위치나 움직임등을 정확히 식별해야 할 필요성이 점차적으로 높아지고 있다. 이를 위한 방법 중 하나로, 구조광(structured light)을 이용하는 3차원 센싱 기술이 시도되고 있으며 이에 의해, 정밀한 동작 인식이 가능해지고 있다. In recent years, in recognizing objects such as humans or other objects, the need to accurately identify the shape, position, or motion of an object through precise three-dimensional shape recognition is gradually increasing. As one of the methods for this, a 3D sensing technology using structured light has been attempted, and thus, precise motion recognition is possible.
이러한 구조광 시스템은 최근 다양한 전자 기기와의 결합을 위해 점차적으로 소형화, 고해상도화가 요구되고 있다. 구조광을 만들기 위해, 통상적으로, 회절형 광학 요소(diffractive optical element; DOE)와 같은 광학 부품들이 사용될 수 있다. 이러한 광학 부품들의 광학적 특성은 설계의 정밀도 및 제작 요건에 영향을 주는 요인이 된다.Such a structured light system has recently been required to be miniaturized and high-resolution in order to be combined with various electronic devices. To create structured light, optical components such as diffractive optical elements (DOEs) can typically be used. The optical characteristics of these optical components are factors that affect design precision and manufacturing requirements.
구조광을 생성하여 조사하는 구조광 프로젝터를 제공한다.A structured light projector generating and irradiating structured light is provided.
구조광 프로젝터를 포함하는 전자 장치를 제공한다.An electronic device including a structured light projector is provided.
일 실시예에 따른 구조광 프로젝터는, 광을 제공하는 조명 장치; 입사광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 패턴 마스크; 및 구조광을 투사시키기 위한 렌즈;를 포함하며, 상기 조명 장치는 상기 패턴 마스크의 일부 영역들과 각각 대향하는 다수의 조명 영역을 포함하고, 다수의 조명 영역에서 방출되는 광의 세기가 서로 상이할 수 있다.A structured light projector according to an embodiment includes a lighting device providing light; a pattern mask that partially transmits or blocks incident light to create structured light; and a lens for projecting structured light, wherein the lighting device includes a plurality of lighting areas respectively facing partial areas of the pattern mask, and light emitted from the plurality of lighting areas may have different intensities. there is.
상기 조명 장치는 상기 패턴 마스크의 주변부에 대향하는 제 1 조명 영역 및 상기 패턴 마스크의 중심부에 대향하는 제 2 조명 영역을 포함하며, 상기 조명 장치는 상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소 및 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소를 포함하고, 상기 제 1 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기가 상기 제 2 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기보다 클 수 있다.The lighting device includes a first lighting area facing a periphery of the pattern mask and a second lighting area facing a central portion of the pattern mask, the lighting device comprising a plurality of first light emitting lights arranged in the first lighting area. element and a plurality of second light emitting elements arranged within the second lighting region, wherein an intensity of light emitted from the first lighting region may be greater than an intensity of light emitted from the second lighting region.
상기 제 1 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기와 상기 제 2 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는, 상기 렌즈의 왜곡을 고려하여 상기 구조광의 단면 상에서 구조광의 밝기가 균일하도록 선택될 수 있다.Intensities of light emitted from the first lighting region and intensity of light emitted from the second lighting region may be selected such that brightness of the structured light is uniform on a cross section of the structured light in consideration of distortion of the lens.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 인가되는 전류의 세기가 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 인가되는 전류의 세기보다 클 수 있다.An intensity of current applied to the plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area may be greater than an intensity of current applied to a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 전류를 인가하는 시간이 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 전류를 인가하는 시간보다 길 수 있다.A time for applying current to the plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area may be longer than a time for applying current to a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 배치 밀도가 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 배치 밀도보다 높을 수 있다.An arrangement density of the plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area may be higher than an arrangement density of the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 개구 직경이 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 개구 직경보다 클 수 있다.An aperture diameter of the plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting region may be larger than an aperture diameter of a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting region.
상기 제 1 및 제 2 발광 요소는 개구층을 포함하는 수직 공진형 표면 발광 레이저이며, 상기 제 1 발광 요소의 수직 공진형 표면 발광 레이저에서 개구층의 내경은 상기 제 2 발광 요소의 수직 공진형 표면 발광 레이저에서 개구층의 내경보다 클 수 있다.The first and second light-emitting elements are vertical resonance surface-emitting lasers including an aperture layer, and the inner diameter of the aperture layer in the vertical resonance surface-emitting laser of the first light-emitting element is the vertical resonance surface-emitting laser of the second light-emitting element. It may be larger than the inner diameter of the aperture layer in the light emitting laser.
예를 들어, 상기 패턴 마스크, 상기 제 1 조명 영역 및 상기 제 2 조명 영역은 직사각형 형태를 가질 수 있다.For example, the pattern mask, the first lighting area, and the second lighting area may have a rectangular shape.
또한, 상기 패턴 마스크, 상기 제 1 조명 영역 및 상기 제 2 조명 영역은 모서리 부분이 둥글고 각 변의 중간 부분이 볼록한 사각형 형태를 가질 수 있다.In addition, the pattern mask, the first lighting region, and the second lighting region may have a rectangular shape with rounded corners and convex middle portions of each side.
또한, 상기 패턴 마스크는 서로 대향하는 제 1 변과 제 4 변, 및 상기 제 1 변과 제 4 변 사이에서 서로 대향하는 제 2 변과 제 3 변을 포함하며, 상기 제 1 변의 길이는 상기 제 4 변의 길이보다 짧고, 상기 제 2 변과 제 3 변은 기울어진 형태를 가질 수 있다.In addition, the pattern mask includes a first side and a fourth side opposing each other, and a second side and a third side opposing each other between the first side and the fourth side, and the length of the first side is the first side. It is shorter than the length of four sides, and the second side and the third side may have an inclined shape.
상기 조명 장치는, 상기 패턴 마스크의 제 1 변에 대향하는 제 1 조명 영역, 상기 패턴 마스크의 제 2 변에 대향하는 제 2 조명 영역, 상기 패턴 마스크의 제 3 변에 대향하는 제 3 조명 영역, 및 상기 패턴 마스크의 제 4 변에 대향하는 제 4 조명 영역을 포함할 수 있다.The lighting device includes a first lighting area facing a first side of the pattern mask, a second lighting area facing a second side of the pattern mask, a third lighting area facing a third side of the pattern mask, and a fourth lighting area facing a fourth side of the pattern mask.
상기 제 2 및 제 3 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는 상기 제 4 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기보다 크고, 상기 1 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는 상기 제 2 및 제 3 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기보다 크고, 상기 제 2 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는 상기 제 3 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기와 동일할 수 있다.The intensity of light emitted from the second and third lighting regions is greater than the intensity of light emitted from the fourth lighting region, and the intensity of light emitted from the first lighting region is the intensity of light emitted from the second and third lighting regions. Intensity of light emitted from the second lighting region may be greater than that of light emitted from the third lighting region.
상기 제 1 내지 제 4 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는, 상기 렌즈의 왜곡을 고려하여 상기 구조광의 단면 상에서 구조광의 밝기가 균일하도록 선택될 수 있다.Intensities of light emitted from the first to fourth lighting regions may be selected such that brightness of the structured light is uniform on a cross section of the structured light in consideration of distortion of the lens.
상기 제 1 내지 제 4 조명 영역 중에서 상기 제 4 조명 영역의 면적이 가장 클 수 있다.Among the first to fourth lighting areas, the area of the fourth lighting area may be the largest.
상기 조명 장치는, 상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소, 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소, 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소, 및 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소를 포함할 수 있다.The lighting device comprises: a plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting region, a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting region, a plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting region; and a plurality of fourth light emitting elements arranged in the fourth lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 인가되는 전류의 세기가 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 인가되는 전류의 세기보다 크고, 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 인가되는 전류가 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소에 인가되는 전류의 세기보다 크며, 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 인가되는 전류의 세기는 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소에 인가되는 전류의 세기와 동일할 수 있다.The intensity of the current applied to the plurality of first light-emitting elements arranged in the first lighting region is greater than the intensity of the current applied to the plurality of second and third light-emitting elements arranged in the second and third lighting regions, The current applied to the plurality of second and third light emitting elements arranged in the second and third lighting regions is greater than the intensity of the current applied to the plurality of fourth light emitting elements arranged in the fourth lighting region, The intensity of the current applied to the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area may be the same as the intensity of the current applied to the plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 전류를 인가하는 시간이 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 전류를 인가하는 시간보다 길고, 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 전류를 인가하는 시간이 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소에 전류를 인가하는 시간보다 길며, 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 전류를 인가하는 시간은 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소에 전류를 인가하는 시간과 동일할 수 있다.The time for applying current to the plurality of first light-emitting elements arranged in the first lighting region is longer than the time for applying current to the plurality of second and third light-emitting elements arranged in the second and third lighting regions, The time for applying current to the plurality of second and third light emitting elements arranged in the second and third lighting regions is longer than the time for applying current to the plurality of fourth light emitting elements arranged in the fourth lighting region, A time for applying current to the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area may be the same as a time for applying current to the plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 배치 밀도가 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 배치 밀도보다 높고, 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 배치 밀도가 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소의 배치 밀도보다 높으며, 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 배치 밀도는 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소의 배치 밀도와 동일할 수 있다.The arrangement density of the plurality of first light-emitting elements arranged in the first lighting region is higher than the arrangement density of the plurality of second and third light-emitting elements arranged in the second and third lighting regions; The arrangement density of the second and third pluralities of light emitting elements arranged in the lighting area is higher than the arrangement density of the fourth pluralities of light emitting elements arranged in the fourth lighting area, and the arrangement density of the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area is The arrangement density of the light emitting elements may be the same as that of the plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 개구 직경이 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 개구 직경보다 크고, 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 개구 직경이 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소의 개구 직경보다 크며, 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 개구 직경은 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소의 개구 직경과 동일할 수 있다.The aperture diameter of the plurality of first light-emitting elements arranged in the first lighting region is larger than the aperture diameter of the plurality of second and third light-emitting elements arranged in the second and third lighting regions; The aperture diameters of the second and third pluralities of light emitting elements arranged in the lighting area are larger than the aperture diameters of the fourth pluralities of light emitting elements arranged in the fourth lighting area, and the second pluralities of light emitting elements arranged in the second lighting area An aperture diameter of the light emitting element may be the same as an aperture diameter of a plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting region.
상기 구조광 프로젝터는 상기 조명 장치로부터 이격되어 배치된 투명 기판을 더 포함하며, 상기 패턴 마스크는 상기 투명 기판의 제 1 표면에 배치되고, 상기 렌즈는 상기 투명 기판의 제 2 표면에 배치될 수 있다.The structured light projector may further include a transparent substrate disposed spaced apart from the lighting device, the pattern mask may be disposed on a first surface of the transparent substrate, and the lens may be disposed on a second surface of the transparent substrate. .
예를 들어, 상기 렌즈는 나노 크기의 기둥들을 포함하는 메타 렌즈일 수 있다.For example, the lens may be a meta lens including nano-sized pillars.
다른 실시예에 따른 전자 장치는, 피사체에 구조광을 조사하는 구조광 프로젝터; 상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서; 및 상기 센서에서 수광된 광으로부터 상기 피사체의 형상 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서;를 포함할 수 있으며, 상기 프로젝터는, 광을 제공하는 조명 장치; 입사광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 패턴 마스크; 및 구조광을 투사시키기 위한 렌즈;를 포함하고, 상기 조명 장치는 상기 패턴 마스크의 일부 영역들과 각각 대향하는 다수의 조명 영역을 포함하며, 다수의 조명 영역에서 방출되는 광의 세기가 서로 상이할 수 있다.An electronic device according to another embodiment includes a structured light projector that radiates structured light to a subject; a sensor that receives light reflected from the subject; and a processor configured to perform an operation for obtaining shape information of the subject from light received by the sensor, wherein the projector may include: a lighting device providing light; a pattern mask that partially transmits or blocks incident light to create structured light; and a lens for projecting structured light, wherein the lighting device includes a plurality of lighting areas respectively facing partial areas of the pattern mask, and the intensities of light emitted from the plurality of lighting areas may be different from each other. there is.
개시된 구조광 프로젝터는 균일한 밝기를 갖는 구조광을 투사할 수 있다.The disclosed structured light projector may project structured light having uniform brightness.
이러한 구조광 프로젝터는 다양한 전자 장치에 채용될 수 있다. 예를 들어, 구조광 프로젝터는 3차원 객체 인식 장치에 채용될 수 있다. 구조광 프로젝터가 균일한 밝기의 구조광을 제공하기 때문에, 3차원 객체 인식 장치의 3차원 센싱, 동작 인식 등의 정밀도가 향상될 수 있다.Such a structured light projector may be employed in various electronic devices. For example, a structured light projector may be employed in a 3D object recognition device. Since the structured light projector provides structured light of uniform brightness, accuracy of 3D sensing and motion recognition of the 3D object recognizing apparatus may be improved.
도 1은 일 실시예에 따른 구조광 프로젝터의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 패턴 마스크의 일 예를 보이는 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 구조광 프로젝터로부터 투사되는 구조광의 단면 형태를 예시적으로 보인다.
도 4는 도 2에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 일 예를 보이는 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 조명 장치의 구동 방식의 일 예를 보이는 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 조명 장치의 구동 방식의 다른 예를 보이는 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 패턴 마스크의 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 구조광 프로젝터로부터 투사되는 구조광의 단면 형태를 예시적으로 보인다.
도 9는 도 7에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 일 예를 보이는 평면도이다.
도 10은 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 패턴 마스크의 또 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 구조광 프로젝터로부터 투사되는 구조광의 단면 형태를 예시적으로 보인다.
도 12는 도 10에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 일 예를 보이는 평면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 조명 장치의 구동 방식의 일 예를 보이는 그래프이다.
도 14는 도 12에 도시된 조명 장치의 구동 방식의 다른 예를 보이는 그래프이다.
도 15는 도 2에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 16은 도 7에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 17은 도 10에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 18은 도 2에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 또 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 19는 조명 장치에서 채용된 발광 요소의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 20은 조명 장치의 제 1 영역에서 채용된 발광 요소들의 개구층을 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 21은 조명 장치의 제 2 영역에서 채용된 발광 요소들의 개구층을 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 22는 도 7에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 또 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 23은 도 10에 도시된 패턴 마스크를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터에 채용된 조명 장치에서 발광 요소들의 배치의 또 다른 예를 보이는 평면도이다.
도 24는 일 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구조를 보이는 블록도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a structured light projector according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing an example of a pattern mask employed in the structured light projector shown in FIG. 1 .
FIG. 3 illustratively shows a cross-sectional shape of structured light projected from a structured light projector when using the pattern mask shown in FIG. 2 .
FIG. 4 is a plan view illustrating an example of arrangement of light emitting elements in a lighting apparatus employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 2 is used.
FIG. 5 is a graph showing an example of a driving method of the lighting device shown in FIG. 4 .
FIG. 6 is a graph showing another example of a driving method of the lighting device shown in FIG. 4 .
FIG. 7 is a plan view showing another example of a pattern mask employed in the structured light projector shown in FIG. 1 .
FIG. 8 illustratively shows a cross-sectional shape of structured light projected from a structured light projector when using the pattern mask shown in FIG. 7 .
FIG. 9 is a plan view illustrating an example of arrangement of light emitting elements in a lighting device employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 7 is used.
FIG. 10 is a plan view showing another example of a pattern mask employed in the structured light projector shown in FIG. 1 .
FIG. 11 illustratively shows a cross-sectional shape of structured light projected from a structured light projector when the pattern mask shown in FIG. 10 is used.
FIG. 12 is a plan view illustrating an example of arrangement of light emitting elements in a lighting apparatus employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 10 is used.
13 is a graph showing an example of a driving method of the lighting device shown in FIG. 12 .
14 is a graph showing another example of a driving method of the lighting device shown in FIG. 12 .
FIG. 15 is a plan view showing another example of the arrangement of light emitting elements in the lighting apparatus employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 2 is used.
FIG. 16 is a plan view showing another example of arrangement of light emitting elements in a lighting apparatus employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 7 is used.
FIG. 17 is a plan view illustrating another arrangement of light emitting elements in a lighting apparatus employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 10 is used.
FIG. 18 is a plan view showing another example of the arrangement of light emitting elements in the lighting apparatus employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 2 is used.
19 is a cross-sectional view schematically showing an exemplary structure of a light emitting element employed in a lighting device.
20 is a plan view illustratively showing an open layer of light emitting elements employed in a first region of a lighting device.
21 is a plan view illustratively showing an open layer of light emitting elements employed in a second area of the lighting device.
FIG. 22 is a plan view showing another example of the arrangement of light emitting elements in the lighting apparatus employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 7 is used.
FIG. 23 is a plan view showing another example of the arrangement of light emitting elements in the lighting device employed in the structured light projector shown in FIG. 1 when the pattern mask shown in FIG. 10 is used.
24 is a block diagram showing a schematic structure of an electronic device according to an exemplary embodiment.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 구조광 프로젝터 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, a structured light projector and an electronic device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals denote the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, the embodiments described below are merely illustrative, and various modifications are possible from these embodiments. In addition, in the layer structure described below, expressions described as "upper" or "upper" may include not only those directly above/below/left/right in contact but also those above/below/left/right in non-contact.
도 1은 일 실시예에 따른 구조광 프로젝터의 개략적인 구성을 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 구조광 프로젝터(100)는 광을 제공하는 조명 장치(120), 입사광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 패턴 마스크(130), 및 구조광을 투사시키기 위한 렌즈(150)를 포함할 수 있다. 또한, 구조광 프로젝터(100)는 조명 장치(120)를 지지하기 위한 지지대(110), 패턴 마스크(130)와 렌즈(150)를 지지하기 위한 투명 기판(140), 및 조명 장치(120)로부터 소정의 거리만큼 이격하여 투명 기판(140)을 고정하기 위한 하우징(160)을 더 포함할 수 있다. 하우징(160)의 하단부는 지지대(110)에 결합되어 있으며, 하우징(160)의 상단부에 투명 기판(140)이 고정될 수 있다.1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a structured light projector according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 1 , a structured
렌즈(150)는 투명 기판(140)의 상부 표면에 배치될 수 있다. 렌즈(150)는 예를 들어 나노 크기의 미세한 나노 기둥들을 포함하는 메타 렌즈일 수 있다. 나노 기둥들은 조명 장치(120)로부터 방출된 광의 파장보다 작은 서브 파장의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노 기둥들의 직경 및 다수의 나노 기둥들의 배열 피치는 조명 장치(120)로부터 방출된 광의 파장의 1/2보다 작을 수 있다. 이러한 나노 기둥들의 높이와 직경, 다수의 나노 기둥들의 배열 피치, 및 다수의 나노 기둥들의 배열 형태에 따라 렌즈(150)의 광학적 특성이 결정될 수 있다. 예컨대, 렌즈(150)가 초점 평면 상에 광을 모으는 볼록 렌즈 또는 집광 렌즈의 역할을 하도록 다수의 나노 기둥들이 배열될 수 있다. 렌즈(150)가 나노 기둥들로 구성되면, 일반적인 굴절 광학 렌즈에 비해 매우 얇은 두께로 형성될 수 있으며, 일반적인 회절 광학 렌즈에 비해 넓은 각도 범위에 걸쳐 고차 회절을 억제할 수 있다. 따라서, 구조광 프로젝터(100)는 초소형의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 구조광 프로젝터(100)의 높이는 약 4mm 이하가 될 수 있다.The
렌즈(150)는 투명 기판(140)의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(150)의 굴절률은 투명 기판(140)의 굴절률보다 1 이상 더 클 수 있다. 이러한 렌즈(150)의 재료는, 예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 등을 포함할 수 있다. 또한, 렌즈(150)는 금속 재료로도 형성될 수 있다.The
또한, 렌즈(150)는 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)가 일어날 수 있는 도전성이 높은 금속 재료로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 렌즈(150)는 Cu, Al, Ni, Fe, Co, Zn, Ti, 루세늄(ruthenium, Ru), 로듐(rhodium, Rh), 팔라듐(palladium, Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 오스뮴(osmium, Os), 이리듐(iridium, Ir), 백금(Pt), 금(Au), 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 금속 대신에, 렌즈(150)는 그래핀(graphene)과 같이 전도성이 좋은 이차원 물질, 또는, 전도성 산화물로 형성될 수도 있다.In addition, the
패턴 마스크(130)는 조명 장치(120)와 대향하도록 투명 기판(140)의 하부 표면에 배치될 수 있다. 패턴 마스크(130)는 조명 장치(120)로부터 방출된 광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 역할을 한다. 예를 들어, 도 2는 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 패턴 마스크(130)의 일 예를 보이는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 패턴 마스크(130)는 입사광을 반사하거나 흡수하는 광차폐 영역(131) 및 광차폐 영역(131)에 의해 둘러싸인 투과 영역(132)을 포함할 수 있다. 투과 영역(132)은 입사광을 투과시킬 수 있다. 따라서, 입사광은 투과 영역(132)과 투명 기판(140)을 통과하여 렌즈(150)에 의해 구조광 프로젝터(100)의 외부로 투사될 수 있다.The
조명 장치(120)로부터 제공되는 광의 일부가 광차폐 영역(131)에 의해 차단되고 일부만이 패턴 마스크(130)를 통과하기 때문에, 소정의 패턴을 갖는 구조광이 형성될 수 있다. 구조광은 공간상에 진행해 나가는 빛살(ray of light)들이 형성하는 빔 스폿들의 분포를 지칭한다. 이러한 빔 스폿들의 분포는 각각의 투과 영역(132)의 형태 및 다수의 투과 영역(132)의 배열 형태에 의해 결정될 수 있다. 구조광은 밝고 어두운 점들이 집광면 상의 각각의 점을 지날 때 각도, 방향, 및 위치 좌표를 고유하게 지정하도록 수학적으로 코드화된(coded) 패턴일 수 있다. 이러한 패턴은 3차원 형상을 인식하는데 사용될 수 있다. 3차원 물체에 조사된 구조광이 물체에 의해 형태가 변화될 수 있고, 이를 카메라와 같은 촬상 소자에 의해 이미징하여 좌표별 패턴의 형태 변화 정도를 추적함으로써, 3차원 형상의 물체의 깊이 정보가 추출될 수 있다.Since part of the light provided from the
도 2에는 마름모꼴을 갖는 다수의 광차폐 영역(131)이 2차원 어레이의 형태로 일정하게 배열된 것으로 도시되었다. 그러나, 이는 패턴 마스크(130)의 일 예일 뿐이며, 각각의 광차폐 영역(131)의 형태 및 다수의 광차폐 영역(131)의 배열 형태는 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다. 이러한 패턴 마스크(130)는, 예를 들어, 기판(140)의 하부 표면에 금속층, 블랙매트릭스층, 폴리머층 등을 형성한 후, 상기 층들을 식각하여 형성될 수 있다.In FIG. 2 , a plurality of light-blocking
또한, 도 2에는 예시적으로 패턴 마스크(130)가 직사각형의 형태를 갖는 것으로 도시되었다. 이 경우, 렌즈(150)의 왜곡에 의해 구조광의 단면 형태는 직사각형이 아닌 다른 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 3은 도 2에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 구조광 프로젝터(100)로부터 투사되는 구조광의 단면 형태를 예시적으로 보인다. 도 3을 참조하면, 렌즈(150)가 핀쿠션(pincushion) 왜곡을 갖는 경우, 구조광(L)의 모서리 부분이 팽창하면서 구조광(L)의 각 변의 중간 부분이 오목하게 될 수 있다. 그러면, 패턴 마스크(130)의 중심부(130b)로부터 나온 구조광(L)의 중앙 영역은 상대적으로 밝고 패턴 마스크(130)의 주변부(130a)로부터 나온 구조광(L)의 가장자리 영역은 상대적으로 어두워져서, 구조광(L)의 단면 상의 영역들에 따라 구조광(L)의 평균적인 밝기가 일정하지 않게 된다.Also, in FIG. 2 , the
본 실시예에 따르면, 조명 장치(120)에서 방출되는 광의 밝기를 국소적으로 조절함으로써 구조광의 평균적인 밝기 균일도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 4는 도 2에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소들의 배치의 일 예를 보이는 평면도이다.According to the present embodiment, the average brightness uniformity of the structured light can be improved by locally adjusting the brightness of the light emitted from the
도 4를 참조하면, 조명 장치(120)는 2차원 어레이의 형태로 배열된 다수의 발광 요소(10)들을 포함할 수 있다. 발광 요소(10)는 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드일 수 있다. 예를 들어, 발광 요소(10)는 수직 공진형 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)일 수 있다. 발광 요소(10)가 VCSEL인 경우, 발광 요소(10)는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질 또는 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 물질로 이루어지고 다중 양자 우물 구조(multi-quantum well structure)를 갖는 활성층을 포함할 수 있다. 그러나, 발광 요소(10)는 VCSEL에만 한정되는 것은 아니며 VCSEL 이외에 다른 레이어 다이오드, 또는 발광 다이오드일 수도 있다. 발광 요소(122)는 대략 850 nm 또는 940nm의 레이저 광을 방출할 수도 있고, 또는 근적외선의 파장대역의 광을 방출할 수도 있다. 그러나, 발광 요소(122)에서 방출되는 광의 파장은 특별히 한정되지 않으며, 구조광을 활용하는 어플리케이션에 알맞은 파장 대역의 광을 방출하는 발광 요소(10)가 사용될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
또한 도 4를 참조하면, 발광 요소(10)들이 배열되어 있는 조명 장치(120)의 발광 영역의 윤곽 형태는 도 2에 도시된 패턴 마스크(130)의 윤곽 형태와 대체로 일치할 수 있다. 다시 말해, 직사각형 형태의 영역 내에 다수의 발광 요소(10)들이 배열될 수 있다. 그리고, 조명 장치(120)의 발광 영역은 2개 영역으로 나뉠 수 있다. 예를 들어, 조명 장치(120)는 직사각형 형태를 갖는 제 1 조명 영역(120a)과 직사각형 형태를 갖는 제 2 조명 영역(120b)을 포함할 수 있다. 조명 장치(120)의 주변부에 있는 제 1 조명 영역(120a)은 중심부에 있는 제 2 조명 영역(120b)을 둘러싸도록 배치된다. 또한, 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)은 패턴 마스크(130)의 주변부(130b)에 대향하고, 조명 장치(120)의 제 2 조명 영역(120b)은 패턴 마스크(130)의 중심부(130a)에 대향할 수 있다. 발광 요소(10)들의 배열 형태와 배치 밀도는 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)에서 동일할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the contour shape of the light emitting region of the
패턴 마스크(130)의 주변부(130b)를 통과한 구조광이 패턴 마스크(130)의 중심부(130a)를 통과한 구조광보다 어두워지지 않도록 하기 위해, 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)은 독립적으로 분할 구동될 수 있다. 이를 위해, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들로부터 방출되는 광의 세기가 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들로부터 방출되는 광의 세기보다 크도록 조명 장치(120)가 구동될 수 있다.In order to prevent the structured light passing through the
예를 들어, 도 5는 도 4에 도시된 조명 장치(120)의 구동 방식의 일 예를 보이는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(A)의 세기가 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(B)의 세기보다 클 수 있다. 제 1 및 제 2 조명 영역(120a, 120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류를 인가하는 시간은 동일할 수 있다. 그러면, 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들의 광 출력(Pb)보다 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들의 광 출력(Pa)이 더 커질 수 있다. 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(A)의 세기와 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(B)의 세기는 렌즈(150)의 왜곡에 의한 구조광의 중앙 영역과 가장자리 영역의 밝기 차이를 고려하여 결정될 수 있다.For example, FIG. 5 is a graph showing an example of a driving method of the
또한, 도 6은 도 4에 도시된 조명 장치(120)의 구동 방식의 다른 예를 보이는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(A)의 세기와 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(B)의 세기는 동일하다. 대신에, 발광 요소(10)들에 전류를 인가하는 시간을 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(A)를 인가하는 시간(ta)은 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(B)를 인가하는 시간(tb)보다 더 길 수 있다. 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(A)를 인가하는 시간(ta)과 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(B)를 인가하는 시간(tb)은 렌즈(150)의 왜곡에 의한 구조광의 중앙 영역과 가장자리 영역의 밝기 차이를 고려하여 결정될 수 있다.Also, FIG. 6 is a graph showing another example of a driving method of the
도 4 내지 도 6에서는 조명 장치(120)가 단지 2개의 영역으로 분할된 예에 대해 설명하였으나, 조명 장치(120)는 3개 이상의 영역으로 분할 구동될 수도 있다. 예를 들어, 조명 장치(120)는 중심 영역, 중심 영역을 둘러싸는 제 1 주변 영역, 제 1 주변 영역을 둘러싸는 제 2 주변 영역을 포함할 수 있다. 이 경우, 중심 영역으로부터 제 2 주변 영역으로 발광 요소(10)들에 인가되는 전류의 양이 점차적으로 증가할 수 있다. 또한, 도 4에는 제 2 조명 영역(120b)이 직사각형 형태를 갖는 것으로 도시되었으나, 렌즈(150)의 왜곡을 고려하여 직사각형 이외의 형태로 제 2 조명 영역(120b)의 모양을 선택할 수도 있다.In FIGS. 4 to 6 , an example in which the
도 7은 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 패턴 마스크(130)의 다른 예를 보이는 평면도이며, 도 8은 도 7에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 구조광 프로젝터(100)로부터 투사되는 구조광의 단면 형태를 예시적으로 보인다. 도 7을 참조하면, 렌즈(150)의 왜곡을 미리 고려하여 패턴 마스크(130)의 모서리 부분을 둥글게 하고 패턴 마스크(130)의 각 변의 중간 부분을 볼록하게 형성할 수 있다. 그러면, 렌즈(150)가 핀쿠션(pincushion) 왜곡을 갖는 경우, 모서리 부분이 팽창하고 각 변의 중간 부분이 오목하게 되면서, 도 8에 도시된 바와 같이, 구조광(L)이 직사각형 형태를 가질 수 있다. 이 경우에도, 패턴 마스크(130)의 중심부(130b)로부터 나온 구조광(L)의 중앙 영역은 상대적으로 밝고 패턴 마스크(130)의 주변부(130a)로부터 나온 구조광(L)의 가장자리 영역은 상대적으로 어두워져서, 구조광(L)의 단면 상의 영역들에 따라 구조광(L)의 평균적인 밝기가 일정하지 않게 된다.7 is a plan view showing another example of a
도 9는 도 7에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 일 예를 보이는 평면도이다. 도 9를 참조하면, 발광 요소(10)들이 배열되어 있는 조명 장치(120)의 발광 영역의 윤곽 형태는 도 7에 도시된 패턴 마스크(130)의 윤곽 형태와 대체로 일치할 수 있다. 다시 말해, 둥근 모서리와 볼록한 변을 갖는 사각형 형태의 영역 내에 다수의 발광 요소(10)들이 배열될 수 있다.FIG. 9 shows an example of the arrangement of
조명 장치(120)는 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)을 포함할 수 있다. 조명 장치(120)의 주변부에 있는 제 1 조명 영역(120a)은 중심부에 있는 제 2 조명 영역(120b)을 둘러싸도록 배치된다. 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)은 패턴 마스크(130)의 주변부(130b)에 대향하고, 조명 장치(120)의 제 2 조명 영역(120b)은 패턴 마스크(130)의 중심부(130a)에 대향할 수 있다. 발광 요소(10)들의 배열 형태와 배치 밀도는 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)에서 동일할 수 있다. 비록 도 9에서는 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)의 외곽 형태가 패턴 마스크(130)의 외곽 형태와 유사한 것으로 도시되었지만, 렌즈(150)의 왜곡을 고려하여 제 1 조명 영역(120a)의 외곽 형태와 제 2 조명 영역(120b)의 외곽 형태를 서로 다르게 형성할 수도 있다.The
패턴 마스크(130)의 주변부(130b)를 통과한 구조광이 패턴 마스크(130)의 중심부(130a)를 통과한 구조광보다 어두워지지 않도록 하기 위해, 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)은 독립적으로 분할 구동될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 설명한 바와 같이, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류의 세기를 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류의 세기보다 더 크게 할 수 있다. 또는, 도 6에서 설명한 바와 같이, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류를 인가하는 시간을 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류를 인가하는 시간보다 더 길게 할 수도 있다.In order to prevent the structured light passing through the
도 10은 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 패턴 마스크(130)의 또 다른 예를 보이는 평면도이다. 도 10을 참조하면, 패턴 마스크(130)는 좌우로 비대칭적인 형태를 가질 수도 있다. 예를 들어, 패턴 마스크(130)는 좌측 변이 우측 변보다 짧은 대체적인 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 도 7에 도시된 경우와 마찬가지로, 패턴 마스크(130)의 모서리는 둥근 형태를 가지며 각 변의 중간 부분은 볼록한 형태를 가질 수 있다. 또한, 패턴 마스크(130)의 아래쪽 변과 위쪽 변은 각각 경사질 수 있다.FIG. 10 is a plan view showing another example of the
이 경우, 렌즈(150)에 의해 포커싱되는 구조광은 구조광 프로젝터(100)의 정면이 아닌 측면으로 비스듬하게 진행하면서 대체로 직사각형 형태의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 11은 도 10에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 구조광 프로젝터(100)로부터 투사되는 구조광의 단면 형태를 예시적으로 보인다. 도 11에서 점선 사각형으로 표시된 구조광(L)은 도 7에 도시된 좌우 대칭적인 패턴 마스크(130)에 의해 형성된 것이고, 실선 사각형으로 표시된 구조광(L')은 도 10에 도시된 좌우 비대칭적인 패턴 마스크(130)에 의해 형성된 것이다. 대칭적인 패턴 마스크(130)에 의해 형성된 구조광(L)은 구조광 프로젝터(100)의 광축 방향을 따라 투사될 수 있으며, 따라서 구조광(L)의 중심(C)은 구조광 프로젝터(100)의 광축과 일치할 수 있다. 반면, 좌우 비대칭적인 도 10의 패턴 마스크(130)에 의해 형성된 구조광(L')은 구조광 프로젝터(100)의 광축에 대해 측면으로 비스듬하게 투사된다. 따라서, 구조광(L')의 중심(C')은 구조광(L)의 중심(C)에 대해 측면 방향으로 이동하게 된다.In this case, the structured light focused by the
도 10에 도시된 비대칭 형태 외에도 다양한 비대칭 형태의 패턴 마스크(130)가 가능하다. 예를 들어, 서로 대향하는 2개의 변의 길이가 상이하고, 상기 2개의 변 사이에서 서로 대향하는 또 다른 2개의 변이 기울어진 형태를 갖는 다양한 패턴 마스크(130)도 가능하다. 이러한 패턴 마스크(130)의 비대칭적인 형태에 따라 구조광(L')이 투사되는 방향 및 구조광 프로젝터(100)의 광축으로부터 벗어나는 정도가 달라질 수 있다.In addition to the asymmetrical shape shown in FIG. 10 , the
도 12는 도 10에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 일 예를 보이는 평면도이다. 패턴 마스크(130)가 좌우로 비대칭이고 구조광이 구조광 프로젝터(100)의 정면에 대해 비스듬하게 진행하기 때문에, 구조광의 좌측 영역, 우측 영역 및 상하 영역에서 구조광의 밝기가 달라질 수 있다. 따라서, 도 12에 도시된 바와 같이, 조명 장치(120)는 4개의 영역으로 분할될 수 있다. 다시 말해, 조명 장치(120)는 좌측의 제 1 조명 영역(120a), 상부의 제 2 조명 영역(120b), 하부의 제 3 조명 영역(120c), 및 우측의 제 4 조명 영역(120d)을 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d) 내에는 다수의 발광 요소(10)가 2차원 어레이의 형태로 배열될 수 있다. 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d)에서 발광 요소(10)들의 배열 형태와 배치 밀도는 동일할 수 있다.FIG. 12 shows an example of the arrangement of
조명 장치(120)의 전체적인 윤곽은 도 10에 도시된 패턴 마스크(130)의 윤곽과 대체적으로 일치할 수 있다. 또한, 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)은 패턴 마스크(130)의 좌측 영역(130a)에 대향하고, 제 2 조명 영역(120b)은 패턴 마스크(130)의 상부 영역(130b)에 대향하고, 제 3 조명 영역(120c)은 패턴 마스크(130)의 하부 영역(130c)에 대향하고, 제 4 조명 영역(120d)은 패턴 마스크(130)의 우측 영역(130d)에 대향할 수 있다.The overall outline of the
도 13은 도 12에 도시된 조명 장치(120)의 구동 방식의 일 예를 보이는 그래프이다. 도 10에 도시된 패턴 마스크(130)를 통과한 구조광에서 패턴 마스크(130)의 좌측 영역(130a)을 통과한 부분에서의 왜곡이 가장 크며, 패턴 마스크(130)의 우측 영역(130d)을 통과한 부분에서의 왜곡이 가장 작다. 따라서, 도 13을 참조하면, 제 4 조명 영역(120d) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(D)의 세기가 가장 작다. 그리고, 제 2 및 제 3 조명 영역(120b, 120c) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(B, C)의 세기는 제 4 조명 영역(120d) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(D)보다 크며, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(A)의 세기가 가장 크다. 제 2 및 제 3 조명 영역(120b, 120c) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(B, C)의 세기는 동일할 수 있다. 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(A, B, C, D)의 구체적인 세기는 렌즈(150)의 왜곡을 고려하여 결정될 수 있다.FIG. 13 is a graph showing an example of a driving method of the
또한, 도 14는 도 12에 도시된 조명 장치(120)의 구동 방식의 다른 예를 보이는 그래프이다. 도 14를 참조하면, 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류(A, B, C, D)의 세기는 동일하다. 대신에, 발광 요소(10)들에 전류를 인가하는 시간을 다르게 할 수 있다. 예컨대, 제 4 조명 영역(120d) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(D)를 인가하는 시간(td)이 가장 짧다. 그리고, 제 2 및 제 3 조명 영역(120b, 120c) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(B, C)를 인가하는 시간(tb, tc)은 제 4 조명 영역(120d) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(D)를 인가하는 시간(td)보다 길며, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(A)를 인가하는 시간(ta)이 가장 길다. 제 2 및 제 3 조명 영역(120b, 120c) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 전류(B, C)를 인가하는 시간(tb, tc)은 동일할 수 있다.14 is a graph showing another example of a driving method of the
도 12에 도시된 예에서는, 제 4 조명 영역(120d)이 가장 넓고, 제 1 내지 제 3 조명 영역(120a, 120b, 120c)은 제 4 조명 영역(120d)의 주변을 둘러싸는 것으로 도시되었다. 그러나, 조명 장치(120)의 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d)의 구체적인 형태는 렌즈(150)의 왜곡 양상에 따라 달라질 수 있다. 또한, 도 12에서는 조명 장치(120)를 4개의 영역으로 분할하였지만, 면적이 가장 넓은 제 4 조명 영역(120d)을 추가적으로 더 분할할 수도 있다.In the example shown in FIG. 12 , the
도 15는 도 2에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 다른 예를 보이는 평면도이다. 도 15를 참조하면, 조명 장치(120)는 도 2에 도시된 패턴 마스크(130)와 마찬가지로 직사각형 형태를 가질 수 있다. 직사각형 형태의 영역 내에는 다수의 발광 요소(10)가 배열될 수 있다. 또한, 조명 장치(120)는 패턴 마스크(130)의 주변부(130b)에 대향하는 제 1 조명 영역(120a) 및 패턴 마스크(130)의 중심부(130a)에 대향하는 제 2 조명 영역(120b)을 포함할 수 있다. 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)의 외곽 형태도 직사각형 형태일 수 있다.FIG. 15 shows another example of arrangement of the
렌즈(150)의 왜곡에 의한 구조광의 밝기 불균일을 보상하기 위하여, 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)에서 발광 요소(10)들의 배열 형태가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 조명 영역(120a)에서 단위 면적당 발광 요소(10)들의 개수(즉, 밀도)가 제 2 조명 영역(120b)에서 발광 요소(10)들의 밀도보다 높을 수 있다. 이 경우, 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류의 세기 또는 전류를 인가하는 시간은 동일할 수 있다. 제 1 조명 영역(120a)에서의 발광 요소(10)들의 밀도와 제 2 조명 영역(120b)에서의 발광 요소(10)들의 밀도는 렌즈(150)의 왜곡을 고려하여 결정될 수 있다.In order to compensate for uneven brightness of structured light due to distortion of the
도 16은 도 7에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 다른 예를 보이는 평면도이다. 도 16을 참조하면, 조명 장치(120)의 전체적인 형태는 도 7에 도시된 패턴 마스크(130)의 윤곽 형태와 대체로 일치할 수 있다. 다시 말해, 조명 장치(120)는 둥근 모서리와 볼록한 변을 갖는 사각형 형태를 가질 수 있다. 또한, 조명 장치(120)는 패턴 마스크(130)의 주변부(130b)에 대향하는 제 1 조명 영역(120a) 및 패턴 마스크(130)의 중심부(130a)에 대향하는 제 2 조명 영역(120b)을 포함할 수 있다. 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)의 외곽 형태도 둥근 모서리와 볼록한 변을 갖는 사각형 형태일 수 있다.FIG. 16 shows another example of arrangement of the
도 15에서 설명한 것과 마찬가지로, 렌즈(150)의 왜곡에 의한 구조광의 밝기 불균일을 보상하기 위하여, 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)에서 발광 요소(10)들의 밀도가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 조명 영역(120a)에서 발광 요소(10)들의 밀도가 제 2 조명 영역(120b)에서 발광 요소(10)들의 밀도보다 높을 수 있다. 그러면, 제 1 조명 영역(120a)에서 방출되는 빛의 세기가 제 2 조명 영역(120b)에서 방출되는 빛의 세기가 커지므로, 구조광의 밝기 균일도가 향상될 수 있다.As described in FIG. 15 , the
도 17은 도 10에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 다른 예를 보이는 평면도이다. 도 17을 참조하면, 조명 장치(120)는 4개의 영역으로 분할될 수 있다. 다시 말해, 조명 장치(120)는 좌측의 제 1 조명 영역(120a), 상부의 제 2 조명 영역(120b), 하부의 제 3 조명 영역(120c), 및 우측의 제 4 조명 영역(120d)을 포함할 수 있다.FIG. 17 shows another example of arrangement of the
조명 장치(120)의 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d) 내에는 다수의 발광 요소(10)가 배열된다. 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d)에서 발광 요소(10)들의 배치 밀도는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 조명 영역(120a)에서 발광 요소(10)들은 제 1 밀도로 배치되고, 제 2 조명 영역(120b)에서 발광 요소(10)들은 제 2 밀도로 배치되고, 제 3 조명 영역(120c)에서 발광 요소(10)들은 제 3 밀도로 배치되고, 제 4 조명 영역(120d)에서 발광 요소(10)들은 제 4 밀도로 배치될 수 있다. 렌즈(150)의 왜곡에 의한 구조광의 밝기 불균일을 보상하기 위하여, 제 1 밀도는 제 2 밀도보다 크고, 제 2 밀도와 제 3 밀도는 동일하며 제 4 밀도보다 클 수 있다. 이 경우, 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d) 내에 배열된 발광 요소(10)들에 인가되는 전류의 세기 또는 전류를 인가하는 시간은 동일할 수 있다.A plurality of
도 18은 도 2에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 또 다른 예를 보이는 평면도이다. 도 18을 참조하면, 조명 장치(100)는 제 1 개구 직경을 갖는 제 1 발광 요소(10a)들이 배치된 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 개구 직경을 갖는 제 2 발광 요소(10b)들이 배치된 제 2 조명 영역(120b)을 포함한다. 조명 장치(100)의 제 1 및 제 2 조명 영역(120a, 120b)에서 제 1 및 제 2 발광 요소(10a, 10b)들의 배치 밀도는 동일하며, 제 1 및 제 2 발광 요소(10a, 10b)들에 인가되는 전류의 세기 또는 전류를 인가하는 시간도 동일할 수 있다.FIG. 18 shows another example of arrangement of the
대신에, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배치된 제 1 발광 요소(10a)들의 제 1 개구 직경과 제 2 조명 영역(120b) 내에 배치된 제 2 발광 요소(10b)들의 제 2 개구 직경이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배치된 제 1 발광 요소(10a)들의 제 1 개구 직경이 제 2 조명 영역(120b) 내에 배치된 제 2 발광 요소(10b)들의 제 2 개구 직경보다 더 클 수 있다. 그러면, 인가 전류의 세기 또는 전류 인가 시간이 동일하더라도, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배치된 각각의 제 1 발광 요소(10a)로부터 방출되는 광의 세기가 제 2 조명 영역(120b) 내에 배치된 각각의 제 2 발광 요소(10b)로부터 방출되는 광의 세기보다 클 수 있다.Instead, the first aperture diameter of the first
예를 들어, 도 19는 조명 장치(120)에서 채용된 각각의 발광 요소(10)의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 19를 참조하면, 발광 요소(10)는 VCSEL 구조를 가질 수 있다. VCSEL 구조를 갖는 발광 요소(10)는 반도체 기판(11), 반도체 기판(11) 상의 제 1 반사층(12), 제 1 반사층(12) 상의 제 1 반도체층(13), 제 1 반도체층(13) 상의 활성층(14), 활성층(14) 상의 제 2 반도체층(15), 제 2 반도체층(15) 상의 제 2 반사층(19)을 포함할 수 있다. 또한, 발광 요소(10)는 활성층(14)과 제 2 반도체층(15)을 식각하여 노출된 제 1 반도체층(13)의 상부 표면 가장자리에 배치된 제 1 전극(16), 및 제 2 반도체층(15)의 상부 표면 가장자리에 배치된 제 2 전극(17)을 포함할 수 있다.For example, FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing an exemplary structure of each light emitting
제 1 반사층(12)은 굴절률이 서로 다른 2개의 물질층이 번갈아 배치된 분산 브래그 반사기(distributed bragg reflector)일 수 있다. 예를 들어, 2개의 물질층은 AlxGa(1-x)As층(여기서, x는 0≤x≤1)과 AlyGa(1-y)As층(여기서, y는 0≤y≤1, x≠y)으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 각각의 물질층은 발진 파장의 약 1/4의 광학적 두께를 가질 수 있다. 제 1 반사층(12)과 제 1 반도체층(13)은 제 1 도전형으로 도핑되고, 제 2 반도체층(15)은 제 1 도전형과 상반되는 제 2 도전형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사층(12)과 제 1 반도체층(13)은 n형으로 도핑되고 제 2 반도체층(15)은 p형으로 도핑되거나, 또는 그 반대일 수 있다.The first
활성층(14)은 에너지를 흡수하여 광을 생성하는 층이다. 활성층(14)은, 예를 들어, InGaAs, AlGaAs, AlGaN, InGaAsP, InGaP 또는 AlGaInP 등으로 이루어진 다수의 양자우물층과 다수의 장벽층을 포함하는 다중양자우물(multi-quantum well; MQW) 구조를 가질 수 있다. 제 1 반도체층(13)과 제 2 반도체층(15)으로부터 제공된 전자와 정공이 활성층(14)에서 재결합하면서 광이 생성될 수 있다.The
제 2 반사층(19)은 서브파장의 치수를 갖는 다수의 나노구조체를 포함하는 나노구조체 반사기일 수 있다. 나노구조체의 크기는 예를 들어 활성층(14)에서 발생하는 광의 파장보다 작을 수 있다. 활성층(14)에서 생성된 광은 제 1 반사층(12)과 제 2 반사층(19) 사이에서 공진하며, 제 1 반사층(12)과 제 2 반사층(19)에 의해 형성되는 공진기의 공진 파장에 해당하는 파장을 갖는 빛이 증폭되어 제 2 반사층(19)을 통해 외부로 출사할 수 있다.The second
또한, 발광 요소(10)는 발진되는 광의 모드 조절이나 빔 크기를 조절하기 위한 개구층(aperture layer)(18)을 더 포함할 수 있다. 개구층(18)은, 예를 들어, A2O3와 같은 산화물로 형성될 수 있다. 또한, 산화물 대신에 제 2 반도체층(15)의 가장자리에 고농도의 이온을 주입하여 개구층(18)을 형성할 수도 있다. 이러한 개구층(18)의 내경을 조절함으로써, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배치된 발광 요소(10)들의 개구 직경과 제 2 조명 영역(120b) 내에 배치된 발광 요소(10)들의 개구 직경을 조절할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 도 20은 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)에서 채용된 제 1 발광 요소(10a)들의 제 1 개구층(18a)을 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 20을 참조하면, 제 1 개구층(18a)의 외경은 D이고 내경은 d1이다. 이 경우, 제 1 발광 요소(10a)의 개구 직경은 d1이며, 제 1 발광 요소(10a)로부터 방출되는 광의 빔경은 d1이 된다. 또한, 도 21은 조명 장치(120)의 제 2 조명 영역(120b)에서 채용된 제 2 발광 요소(10b)들의 제 2 개구층(18b)을 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 21을 참조하면, 제 2 개구층(18b)의 외경은 D이고 내경은 d1보다 작은 d2이다. 이 경우, 제 2 발광 요소(10b)의 개구 직경은 d2이며 제 2 발광 요소(10b)로부터 방출되는 광의 빔경은 d2가 된다. 따라서, 상대적으로 작은 제 2 개구 직경(d2)을 갖는 제 2 발광 요소(10b)들을 제 2 조명 영역(120b)에 배치하고 상대적으로 큰 제 1 개구 직경(d1)을 갖는 제 1 발광 요소(10a)들을 제 1 조명 영역(120a)에 배치하면, 조명 장치(120)의 제 1 조명 영역(120a)에서 방출되는 광의 세기가 제 2 조명 영역(120b)에서 방출되는 광의 세기보다 클 수 있다. 여기서, 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b) 내에 배치된 제 1 및 제 2 발광 요소(10a, 10b)들의 제 1 및 제 2 개구층(18a, 18b)의 내경(d1, d2)의 구체적인 크기는 렌즈(150)의 왜곡을 고려하여 결정할 수 있다.For example, FIG. 20 is a plan view showing the
도 22는 도 7에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 또 다른 예를 보이는 평면도이다. 도 22를 참조하면, 조명 장치(120)는 둥근 모서리와 볼록한 변을 갖는 사각형 형태를 가질 수 있다. 또한, 조명 장치(120)는 패턴 마스크(130)의 주변부(130b)에 대향하는 제 1 조명 영역(120a) 및 패턴 마스크(130)의 중심부(130a)에 대향하는 제 2 조명 영역(120b)을 포함할 수 있다. 제 1 조명 영역(120a)과 제 2 조명 영역(120b)의 외곽 형태도 둥근 모서리와 볼록한 변을 갖는 사각형 형태일 수 있다.FIG. 22 shows another example of the arrangement of the
도 18에 도시된 실시예와 마찬가지로, 제 1 조명 영역(120a)에는 제 1 개구 직경을 갖는 제 1 발광 요소(10a)들이 배치되며, 제 2 조명 영역(120b)에는 제 2 개구 직경을 갖는 제 2 발광 요소(10b)들이 배치된다. 조명 장치(100)의 제 1 및 제 2 조명 영역(120a, 120b)에서 제 1 및 제 2 발광 요소(10a, 10b)들의 배치 밀도는 동일하며, 제 1 및 제 2 발광 요소(10a, 10b)들에 인가되는 전류의 세기 또는 전류를 인가하는 시간도 동일하다. 대신에, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배치된 제 1 발광 요소(10a)들의 제 1 개구 직경(d1)이 제 2 조명 영역(120b) 내에 배치된 제 2 발광 요소(10b)들의 제 2 개구 직경(d2)보다 클 수 있다.As in the embodiment shown in FIG. 18 , first
도 23은 도 10에 도시된 패턴 마스크(130)를 사용하는 경우에 도 1에 도시된 구조광 프로젝터(100)에 채용된 조명 장치(120)에서 발광 요소(10)들의 배치의 또 다른 예를 보이는 평면도이다. 도 23을 참조하면, 조명 장치(120)는 좌측의 제 1 조명 영역(120a), 상부의 제 2 조명 영역(120b), 하부의 제 3 조명 영역(120c), 및 우측의 제 4 조명 영역(120d)을 포함할 수 있다. 제 1 조명 영역(120a)에는 제 1 발광 요소(10a)들이 배치되며, 제 2 조명 영역(120b)에는 제 2 발광 요소(10b)들이 배치되고, 제 3 조명 영역(120c)에는 제 3 발광 요소(10c)들이 배치되며, 제 4 조명 영역(120d)에는 제 4 발광 요소(10d)들이 배치된다.FIG. 23 shows another example of arrangement of the
제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d)에서 제 1 내지 제 4 발광 요소(10a, 10b, 10c, 10d)들의 배치 밀도는 동일하며, 제 1 내지 제 4 발광 요소(10a, 10b, 10c, 10d)들에 인가되는 전류의 세기 또는 전류를 인가하는 시간도 동일할 수 있다. 대신에, 제 1 내지 제 4 조명 영역(120a, 120b, 120c, 120d) 내에 배치된 제 1 내지 제 4 발광 요소(10a, 10b, 10c, 10d)들의 개구 직경들이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 조명 영역(120a) 내에 배치된 제 1 발광 요소(10a)들은 제 1 개구 직경을 가지며, 제 2 및 제 3 조명 영역(120b, 120c) 내에 배치된 제 2 및 제 3 발광 요소(10b, 10c)들은 제 1 개구 직경보다 작은 제 2 개구 직경을 갖고, 제 4 조명 영역(120d) 내에 배치된 제 4 발광 요소(10d)들은 제 2 개구 직경보다 작은 제 3 개구 직경을 가질 수 있다. 한편, 제 2 조명 영역(120b) 내에 배치된 제 2 발광 요소(10b)들과 제 3 조명 영역(120c) 내에 배치된 제 3 발광 요소(10c)들은 동일한 제 2 개구 직경을 가질 수 있다.The first to fourth light-emitting
상술한 구조를 갖는 구조광 프로젝터(100)는 균일한 밝기를 갖는 구조광을 투사할 수 있다. 이러한 구조광 프로젝터(100)는 다양한 전자 장치에 채용될 수 있다. 예를 들어, 구조광 프로젝터(100)는 3차원 객체 인식 장치에 채용될 수 있다. 구조광 프로젝터(100)가 균일한 밝기의 구조광을 제공하기 때문에, 3차원 객체 인식 장치의 3차원 센싱, 동작 인식 등의 정밀도가 향상될 수 있다.The structured
예를 들어, 도 24는 일 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구조를 보이는 블록도이다. 도 24를 참조하면, 전자 장치(1000)는 피사체(OBJ)에 구조광(L10)을 조사하는 구조광 프로젝터(100), 피사체(OBJ)로부터 반사된 광(L20)을 수광하는 센서(200), 및 센서(200)에서 수광된 광(L20)으로부터 피사체(OBJ)의 형상 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서(300)를 포함할 수 있다. 또한, 센서(200)는 광 검출 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 센서(200)는 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 파장별로 분석하기 위한 분광 소자를 더 포함할 수도 있다.For example, FIG. 24 is a block diagram showing a schematic structure of an electronic device according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 24 , the
프로세서(300)는 피사체(OBJ)에 조사한 구조광(L10)과 피사체(OBJ)로부터 반사된 구조광(L20)을 비교하여 피사체(OBJ)에 대한 깊이 정보를 획득하고, 이로부터 상기 피사체(OBJ)의 3차원 형상, 위치, 움직임 등을 분석할 수 있다. 구조광 프로젝터(100)로부터 투사된 구조광(L10)은 빛살의 각도 및 방향, 그리고 소정 초점면에 도달하는 밝고 어두운 점의 위치 좌표를 고유하게 가지도록 수학적으로 코드화된(coded) 패턴일 수 있다. 이러한 패턴이 3차원 형상의 피사체(OBJ)에서 반사될 때, 반사된 구조광(L20)의 패턴은 조사된 구조광(L10)의 패턴에서 변화된 형태를 갖는다. 이러한 패턴들을 비교하고 좌표별 패턴을 추적하여 피사체(OBJ)의 깊이 정보를 추출할 수 있고, 이로부터 피사체(OBJ)의 형상, 움직임과 관련된 3차원 정보를 추출할 수 있다. 프로세서(300)는 이 외에도 전자 장치(1000)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있고, 예를 들어, 구조광 프로젝터(100)에 구비된 광원의 구동이나 센서(200)의 동작 제어할 수 있다.The
전자 장치(1000)는 메모리를 더 포함할 수 있고, 메모리에는 프로세서(300)가 상기와 같이 3차원 정보 추출을 위한 연산을 실행할 수 있도록 프로그램된 연산 모듈이 저장될 수 있다.The
구조광 프로젝터(100)와 피사체(OBJ) 사이에는 구조광 프로젝터(100)로부터의 구조광(L10)이 피사체(OBJ)를 향하도록 방향을 조절하거나, 또는 이에 대한 추가적인 변조를 하기 위한 광학 소자들이 더 배치될 수도 있다.Between the structured
프로세서(300)에서의 연산 결과, 즉, 피사체(OBJ)의 형상, 위치에 대한 정보는 다른 유닛이나 다른 전자 장치로 전송될 수 있다. 예를 들어, 메모리에 저장된 다른 어플리케이션 모듈에서 이러한 정보가 사용될 수 있다. 결과가 전송되는 다른 전자 장치는 결과를 출력하는 디스플레이 장치나 프린터일 수도 있다. 이외에도, 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등과 같은 자율 구동 기기, 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 및 사물 인터넷 기기일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.An operation result of the
전자 장치(1000)는 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등과 같은 자율 구동 기기일 수 있고, 휴대용 이동 통신 기기, 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 및 사물 인터넷 기기일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The
전술한 실시예들에 따른 전자 장치에서 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD; Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.Methods implemented as software modules or algorithms in the electronic device according to the above-described embodiments may be stored on a computer-readable recording medium as computer-readable codes or program instructions executable on the processor. Here, the computer-readable recording medium includes magnetic storage media (e.g., read-only memory (ROM), random-access memory (RAM), floppy disk, hard disk, etc.) and optical reading media (e.g., CD-ROM) ), and DVD (Digital Versatile Disc). A computer-readable recording medium may be distributed among computer systems connected through a network, and computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner. The medium may be readable by a computer, stored in a memory, and executed by a processor.
상술한 구조광 프로젝터 및 이를 포함하는 전자 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The above-described structured light projector and electronic device including the same have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and various modifications and other equivalent embodiments may be made by those skilled in the art. You will understand that it is possible. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of rights is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within an equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights.
10.....발광 요소 11.....기판
12, 19.....반사층 13, 15.....반도체층
14.....활성층 16, 17.....전극
18.....개구층 100.....구조광 프로젝터
110.....지지대 120.....조명 장치
130.....패턴 마스크 131.....광차폐 영역
132.....투과 영역 140.....투명 기판
150.....렌즈 160.....하우징
200.....센서부 300.....분석부
1000.....전자 장치10.....light emitting
12, 19.....
14.....
18.....
110.....Support 120.....Lighting device
130.....
132.....
150.....
200.....
1000.....electronic devices
Claims (23)
입사광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 패턴 마스크; 및
구조광을 투사시키기 위한 렌즈;를 포함하며,
상기 조명 장치는 상기 패턴 마스크의 주변부에 대향하는 제 1 조명 영역 및 상기 패턴 마스크의 중심부에 대향하는 제 2 조명 영역을 포함하며,
상기 조명 장치는 상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소 및 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소를 포함하고,
상기 제 1 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기가 상기 제 2 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기보다 큰, 구조광 프로젝터.a lighting device that provides light;
a pattern mask that partially transmits or blocks incident light to create structured light; and
A lens for projecting structured light; includes,
The lighting device includes a first lighting area facing the periphery of the pattern mask and a second lighting area facing the center of the pattern mask,
the lighting device comprises a plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area and a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area;
The structured light projector, wherein an intensity of light emitted from the first lighting region is greater than an intensity of light emitted from the second lighting region.
상기 제 1 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기와 상기 제 2 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는, 상기 렌즈의 왜곡을 고려하여 상기 구조광의 단면 상에서 구조광의 밝기가 균일하도록 선택되는 구조광 프로젝터.According to claim 1,
The structured light projector of claim 1 , wherein the intensity of light emitted from the first lighting region and the intensity of light emitted from the second lighting region are selected such that brightness of the structured light is uniform on a cross section of the structured light in consideration of distortion of the lens.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 인가되는 전류의 세기가 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 인가되는 전류의 세기보다 큰 구조광 프로젝터.According to claim 1,
The structured light projector of claim 1 , wherein an intensity of current applied to the plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area is greater than an intensity of current applied to a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 전류를 인가하는 시간이 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 전류를 인가하는 시간보다 긴 구조광 프로젝터.According to claim 1,
A structured light projector in which a time for applying current to the plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area is longer than a time for applying current to the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 배치 밀도가 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 배치 밀도보다 높은 구조광 프로젝터.According to claim 1,
The structured light projector according to claim 1 , wherein the arrangement density of the plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area is higher than the arrangement density of the second plurality of light emitting elements arranged in the second lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 개구 직경이 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 개구 직경보다 큰 구조광 프로젝터.According to claim 1,
The structured light projector according to claim 1 , wherein an aperture diameter of a plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area is greater than an aperture diameter of a second plurality of light emitting elements arranged in the second lighting area.
상기 제 1 및 제 2 발광 요소는 개구층을 포함하는 수직 공진형 표면 발광 레이저이며,
상기 제 1 발광 요소의 수직 공진형 표면 발광 레이저에서 개구층의 내경은 상기 제 2 발광 요소의 수직 공진형 표면 발광 레이저에서 개구층의 내경보다 큰 구조광 프로젝터.According to claim 7,
The first and second light-emitting elements are vertical resonance surface-emitting lasers including an aperture layer,
The structured light projector of claim 1 , wherein an inner diameter of an aperture layer in the vertical resonance surface emitting laser of the first light emitting element is larger than an inner diameter of an aperture layer in the vertical resonance surface emitting laser of the second light emitting element.
상기 패턴 마스크, 상기 제 1 조명 영역 및 상기 제 2 조명 영역은 직사각형 형태를 갖는 구조광 프로젝터.According to claim 1,
The structured light projector of claim 1 , wherein the pattern mask, the first lighting area, and the second lighting area have a rectangular shape.
상기 패턴 마스크, 상기 제 1 조명 영역 및 상기 제 2 조명 영역은 모서리 부분이 둥글고 각 변의 중간 부분이 볼록한 사각형 형태를 갖는 구조광 프로젝터.According to claim 1,
The structured light projector of claim 1 , wherein the pattern mask, the first lighting area, and the second lighting area have a rectangular shape with rounded corners and convex middle portions of each side.
입사광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 패턴 마스크; 및
구조광을 투사시키기 위한 렌즈;를 포함하며,
상기 조명 장치는 상기 패턴 마스크의 일부 영역들과 각각 대향하는 다수의 조명 영역을 포함하고, 다수의 조명 영역에서 방출되는 광의 세기가 서로 상이하고,
상기 패턴 마스크는 서로 대향하는 제 1 변과 제 4 변, 및 상기 제 1 변과 제 4 변 사이에서 서로 대향하는 제 2 변과 제 3 변을 포함하며,
상기 제 1 변의 길이는 상기 제 4 변의 길이보다 짧고, 상기 제 2 변과 제 3 변은 기울어져 있으며,
상기 조명 장치의 다수의 조명 영역은, 상기 패턴 마스크의 제 1 변에 대향하는 제 1 조명 영역, 상기 패턴 마스크의 제 2 변에 대향하는 제 2 조명 영역, 상기 패턴 마스크의 제 3 변에 대향하는 제 3 조명 영역, 및 상기 패턴 마스크의 제 4 변에 대향하는 제 4 조명 영역을 포함하는 구조광 프로젝터.a lighting device that provides light;
a pattern mask that partially transmits or blocks incident light to create structured light; and
A lens for projecting structured light; includes,
The lighting device includes a plurality of lighting areas respectively facing partial areas of the pattern mask, and the intensities of light emitted from the plurality of lighting areas are different from each other;
The pattern mask includes a first side and a fourth side opposing each other, and a second side and a third side opposing each other between the first side and the fourth side,
The length of the first side is shorter than the length of the fourth side, the second side and the third side are inclined,
A plurality of lighting areas of the lighting device may include a first lighting area facing a first side of the pattern mask, a second lighting area facing a second side of the pattern mask, and a third lighting area facing a third side of the pattern mask. A structured light projector comprising a third lighting area and a fourth lighting area facing a fourth side of the pattern mask.
상기 제 2 및 제 3 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는 상기 제 4 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기보다 크고, 상기 1 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는 상기 제 2 및 제 3 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기보다 크고, 상기 제 2 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는 상기 제 3 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기와 동일한 구조광 프로젝터.According to claim 12,
The intensity of light emitted from the second and third lighting regions is greater than the intensity of light emitted from the fourth lighting region, and the intensity of light emitted from the first lighting region is the intensity of light emitted from the second and third lighting regions. and an intensity of light emitted from the second lighting region is equal to an intensity of light emitted from the third lighting region.
상기 제 1 내지 제 4 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기는, 상기 렌즈의 왜곡을 고려하여 상기 구조광의 단면 상에서 구조광의 밝기가 균일하도록 선택되는 구조광 프로젝터.According to claim 13,
The structured light projector of claim 1 , wherein the intensity of light emitted from the first to fourth lighting regions is selected such that brightness of the structured light is uniform on a cross section of the structured light in consideration of distortion of the lens.
상기 제 1 내지 제 4 조명 영역 중에서 상기 제 4 조명 영역의 면적이 가장 큰 구조광 프로젝터.According to claim 13,
The structured light projector having the largest area of the fourth lighting region among the first to fourth lighting regions.
상기 조명 장치는, 상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소, 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소, 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소, 및 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소를 포함하는 구조광 프로젝터.According to claim 13,
The lighting device comprises: a plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting region, a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting region, a plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting region; and a plurality of fourth light emitting elements arranged within the fourth lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 인가되는 전류의 세기가 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 인가되는 전류의 세기보다 크고,
상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 인가되는 전류가 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소에 인가되는 전류의 세기보다 크며,
상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 인가되는 전류의 세기는 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소에 인가되는 전류의 세기와 동일한 구조광 프로젝터.17. The method of claim 16,
The intensity of the current applied to the plurality of first light-emitting elements arranged in the first lighting region is greater than the intensity of the current applied to the plurality of second and third light-emitting elements arranged in the second and third lighting regions,
The current applied to the plurality of second and third light emitting elements arranged in the second and third lighting regions is greater than the intensity of the current applied to the plurality of fourth light emitting elements arranged in the fourth lighting region,
The structured light projector of claim 1 , wherein an intensity of current applied to the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area is equal to an intensity of current applied to a plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소에 전류를 인가하는 시간이 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 전류를 인가하는 시간보다 길고,
상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소에 전류를 인가하는 시간이 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소에 전류를 인가하는 시간보다 길며,
상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소에 전류를 인가하는 시간은 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소에 전류를 인가하는 시간과 동일한 구조광 프로젝터.17. The method of claim 16,
The time for applying current to the plurality of first light-emitting elements arranged in the first lighting region is longer than the time for applying current to the plurality of second and third light-emitting elements arranged in the second and third lighting regions,
The time for applying current to the plurality of second and third light emitting elements arranged in the second and third lighting regions is longer than the time for applying current to the plurality of fourth light emitting elements arranged in the fourth lighting region,
A time for applying current to the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area is the same as a time for applying current to the plurality of third light emitting elements arranged in the third lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 배치 밀도가 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 배치 밀도보다 높고,
상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 배치 밀도가 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소의 배치 밀도보다 높으며,
상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 배치 밀도는 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소의 배치 밀도와 동일한 구조광 프로젝터.17. The method of claim 16,
The arrangement density of the plurality of first light-emitting elements arranged in the first lighting region is higher than the arrangement density of the plurality of second and third light-emitting elements arranged in the second and third lighting regions;
The arrangement density of the plurality of second and third light emitting elements arranged in the second and third lighting regions is higher than the arrangement density of the plurality of fourth light emitting elements arranged in the fourth lighting region;
The arrangement density of the plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area is the same as the arrangement density of the third light emitting elements arranged in the third lighting area.
상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소의 개구 직경이 상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 개구 직경보다 크고,
상기 제 2 및 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 및 제 3 발광 요소의 개구 직경이 상기 제 4 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 4 발광 요소의 개구 직경보다 크며,
상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소의 개구 직경은 상기 제 3 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 3 발광 요소의 개구 직경과 동일한 구조광 프로젝터.17. The method of claim 16,
The aperture diameter of the first plurality of light emitting elements arranged in the first lighting region is larger than the aperture diameter of the second and third plurality of light emitting elements arranged in the second and third lighting regions;
an aperture diameter of the plurality of second and third light emitting elements arranged in the second and third lighting regions is larger than an aperture diameter of the fourth plurality of light emitting elements arranged in the fourth lighting region;
The structured light projector of claim 1 , wherein an aperture diameter of the second plurality of light emitting elements arranged in the second lighting area is equal to an aperture diameter of a third plurality of light emitting elements arranged in the third lighting area.
상기 조명 장치로부터 이격되어 배치된 투명 기판을 더 포함하며,
상기 패턴 마스크는 상기 투명 기판의 제 1 표면에 배치되고,
상기 렌즈는 상기 투명 기판의 제 2 표면에 배치되는 구조광 프로젝터.According to claim 1,
Further comprising a transparent substrate disposed spaced apart from the lighting device,
the pattern mask is disposed on the first surface of the transparent substrate;
wherein the lens is disposed on the second surface of the transparent substrate.
상기 렌즈는 나노 크기의 기둥들을 포함하는 메타 렌즈인 구조광 프로젝터.According to claim 21,
The structured light projector of claim 1 , wherein the lens is a meta lens including nano-sized pillars.
상기 피사체로부터 반사된 광을 수광하는 센서; 및
상기 센서에서 수광된 광으로부터 상기 피사체의 형상 정보 획득을 위한 연산을 수행하는 프로세서;를 포함하며,
상기 프로젝터는:
광을 제공하는 조명 장치;
입사광을 부분적으로 투과시키거나 차단하여 구조광을 만드는 패턴 마스크; 및
구조광을 투사시키기 위한 렌즈;를 포함하고,
상기 조명 장치는 상기 패턴 마스크의 주변부에 대향하는 제 1 조명 영역 및 상기 패턴 마스크의 중심부에 대향하는 제 2 조명 영역을 포함하며,
상기 조명 장치는 상기 제 1 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 1 발광 요소 및 상기 제 2 조명 영역 내에 배열된 다수의 제 2 발광 요소를 포함하고,
상기 제 1 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기가 상기 제 2 조명 영역으로부터 방출되는 광의 세기보다 큰, 전자 장치.a structured light projector that radiates structured light to a subject;
a sensor that receives light reflected from the subject; and
A processor performing an operation for obtaining shape information of the subject from the light received by the sensor; includes,
The projector:
a lighting device that provides light;
a pattern mask that partially transmits or blocks incident light to create structured light; and
Including; a lens for projecting structured light;
The lighting device includes a first lighting area facing the periphery of the pattern mask and a second lighting area facing the center of the pattern mask,
the lighting device comprises a plurality of first light emitting elements arranged in the first lighting area and a plurality of second light emitting elements arranged in the second lighting area;
The electronic device of claim 1 , wherein an intensity of light emitted from the first lighting region is greater than an intensity of light emitted from the second lighting region.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |