KR20220151477A - 라이다 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 라이다 장치는 대상 영역을 분할한 복수의 서브 영역 각각에 스플릿되는 복수 빔을 생성하며, 상기 복수 빔을 서로 다른 복수의 세트(set)로 시분할하여 상기 대상 영역에 제공하는 광 송신부; 광 검출 요소와 상기 광 검출 요소로부터의 신호를 처리하는 회로 요소를 구비하는 복수의 광 검출 화소 및 상기 복수의 광 검출 화소 상에 각각 위치하며 상기 광 송신부가 송신한 광의 반사광이 상기 광 검출 요소로 포커싱되도록 움직이는 구동 렌즈를 포함하는 광 수신부; 및 상기 광 송신부의 시분할 구동을 제어하고 이에 동기하여 상기 구동 렌즈의 움직임을 제어하는 프로세서;를 포함한다. 라이다 장치는 간단한 구조를 가지며 고속 구동이 가능하다.

Description

라이다 장치 및 이를 포함하는 전자 장치{LiDAR device and electronic apparatus including the same}
개시된 실시예들은 라이다 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 대한 것이다.
라이다(LiDAR; Light Detection and Ranging) 시스템은 다양한 분야, 예를 들어, 우주항공, 지질학, 3차원 지도, 자동차, 로봇, 드론 등에 응용되고 있다.
라이다 시스템은 기본 동작 원리로 빛의 왕복 비행시간 측정법(Time Of Flight, 이하 TOF라 한다)을 이용한다. 즉, 피사체를 향해 특정 파장의 빛, 예를 들면 근 적외선(850nm)을 송신하고, 피사체에서 반사된 상기 특정 파장의 광을 센서에서 이를 수신하여, 비행 시간을 계측한다. 비행 시간으로부터 피사체까지의 거리가 연산될 수 있다. 피사체의 각 위치 별로 연산된 거리로부터 피사체에 대한 3차원 영상이 프로세싱 될 수 있다.
한편, 피사체의 3차원 영상을 빠른 속도로 감지하기 위해, 피사체의 영역을 고속 스캐닝할 수 있고, 이 때, 인접 위치에 조사된 빛에 의한 크로스토크가 발생할 수 있다. 해상도를 높이기 위해, 수신부의 화소수를 증가시키는 경우, 처리 회로 구현이나 제조 공정이 급격히 복잡해진다.
구조가 간단하고 고속 구동이 가능한 라이다 장치 및 이를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
실시예에 따르면, 대상 영역을 분할한 복수의 서브 영역 각각에 스플릿되는 복수 빔을 생성하며, 상기 복수 빔을 서로 다른 복수의 세트(set)로 시분할하여 상기 대상 영역에 제공하는 광 송신부; 광 검출 요소와 상기 광 검출 요소로부터의 신호를 처리하는 회로 요소를 구비하는 복수의 광 검출 화소 및 상기 복수의 광 검출 화소 상에 각각 위치하며 상기 광 송신부가 송신한 광의 반사광이 상기 광 검출 요소로 포커싱되도록 움직이는 구동 렌즈를 포함하는 광 수신부; 및 상기 광 송신부의 시분할 구동을 제어하고 이에 동기하여 상기 구동 렌즈의 움직임을 제어하는 프로세서;를 포함하는 라이다 장치가 제공된다.
상기 광 송신부는 복수의 광원을 포함하는 광원 어레이; 및 상기 광원 어레이로부터의 광을 복수 빔으로 스플릿하는 광학 소자;를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 광원을 복수 그룹으로 분할하고, 상기 복수 그룹의 광원을 시순차적으로 구동할 수 있다.
상기 광 검출 요소는 상기 광 검출 화소의 영역 중심부에 배치되고, 상기 회로 요소는 상기 광 검출 화소의 영역 주변부에, 상기 광 검출 요소와 수평적으로 배치될 수 있다.
상기 광 검출 요소가 상기 광 검출 화소 내에서 차지하는 면적의 비율은 20% 이하일 수 있다.
상기 광 검출 요소가 상기 광 검출 화소 내에서 차지하는 면적의 비율은 10% 이하일 수 있다.
상기 광 검출 화소의 크기는 50㎛ by 50㎛ 이상일 수 있다.
상기 회로 요소는 상기 광 검출 요소에서 검출된 광의 비행 시간을 측정하는 타임 카운터를 포함할 수 있다.
상기 회로 요소는, 상기 광 검출 요소에서 출력된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로; 상기 전류-전압 변환 회로에서 변환된 전압을 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기에서 증폭된 신호에서 피크를 검출하는 피크 검출부;를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 렌즈의 크기는 상기 광 검출 화소의 영역에 상응하는 크기를 가질 수 있다.
상기 복수의 광 검출 화소에 각각 구비된 구동 렌즈들은 함께 움직이도록 일체형으로 연결될 수 있다.
상기 복수의 광 검출 화소의 개수와 상기 복수의 서브 영역의 개수가 서로 같을 수 있다.
상기 복수의 광 검출 화소는 24 by 24 내지 64 by 64의 이차원 어레이로 배열될 수 있다.
상기 복수의 서브 영역은 24 by 24 내지 64 by 64의 이차원 어레이로 배열될 수 있다.
상기 구동 렌즈가 구동되는 복수개의 상태 개수는 상기 복수 세트의 개수와 같을 수 있다.
상기 구동 렌즈의 움직임은 수평, 틸트 및 이들이 조합된 움직임을 포함할 수 있다.
상기 광 검출 요소는 CIS(CMOS image sensor), APD(Avalanche Photo Diode) 또는 SAPD(Single Photon Avalenche Diode) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수 세트 중 하나의 세트의 빔을 상기 대상 영역에 제공하고, 상기 광 송신부가 송신한 광의 반사광이 상기 광 수신부에서 검출되는 경우 상기 시분할 구동을 시작하도록 상기 광 송신부를 제어할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수 세트 중 하나의 세트의 빔을 상기 대상 영역에 제공하고, 상기 광 송신부가 송신한 광의 반사광이 상기 광 수신부에서 검출되지 않는 경우, 상기 하나의 세트의 빔을 상기 대상 영역에 제공하는 것을 소정 간격으로 반복하도록 상기 광 송신부를 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 전술한 어느 하나의 라이다 장치;를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
상술한 라이다 장치는 광 수신부에 움직이는 구동 렌즈를 구비하고 있어, 다른 방향에서 입사된 광들이 광 검출 화소 내의 좁은 면적을 차지하는 광 검출 요소로 잘 포커싱 될 수 있다.
상술한 라이다 장치는 광 검출 요소와 회로 요소가 광 검출 화소 내에 수평적으로 배치될 수 있어 제조시 공정 수율이 높다.
상술한 라이다 장치는 대상 영역 전체를 조명하는 다수 세트의 복수 빔을 사용하고 있어 고속 구동이 가능하다.
상술한 라이다 장치는 다양한 전자 장치 및 자율 구동 기기에 활용될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 라이다 장치의 개략적인 구조를 보이는 개념도이다.
도 2는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 송신부가 복수의 서브 영역으로 분할된 타겟 영역에 복수의 빔으로 스플릿된 광을 제공하는 것을 보이는 개념도이다.
도 3은 실시예에 따른 라이다 장치의 광 송신부가 복수 세트의 빔을 시분할 방식으로 타겟 영역에 제공함을 보이는 개념도이다.
도 4는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 광 검출 화소들의 배열 형태를 개략적으로 보인 평면도이다.
도 5는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 구동 렌즈의 구조를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 6 및 도 7은 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 구동 렌즈의 움직임을 예시적으로 보인 단면도이다.
도 8은 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 광 검출 화소의 예시적인 구조를 보인 평면도이다.
도 9는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부의 예시적인 회로 구성을 보이는 개념도이다.
도 10a 및 도 10b는 비교예에 따른 라이다 장치의 광 검출 화소의 구조를 개략적으로 보이는 평면도 및 단면도이다.
도 11은 실시예에 따른 라이다 장치의 예시적인 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 12는 실시예에 따른 라이다 장치를 포함하는 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 13은 실시예에 따른 라이다 장치가 적용된 예시적인 전자 장치를 보이는 사시도이다.
도 14 및 도 15는 실시예에 따른 라이다 장치를 차량에 적용한 경우를 보여주는 개념도들로서, 각각 측면도 및 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이러한 용어들은 구성 요소들의 물질 또는 구조가 다름을 한정하는 것이 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 라이다(LiDAR) 장치의 개략적인 구조를 보이는 개념도이다. 도 2는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 송신부가 복수의 서브 영역으로 분할된 타겟 영역에 복수의 빔으로 스플릿된 광을 제공하는 것을 보이는 개념도이고, 도 3은 실시예에 따른 라이다 장치의 광 송신부가 복수 세트의 빔을 시분할 방식으로 타겟 영역에 제공함을 보이는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 라이다 장치(1000)는 타겟이 되는 대상 영역(TF)에 광을 조사하는 광 송신부(100), 광 송신부(100)에서 송신한 광의 반사광을 수신하는 광 수신부(200) 및 광 송신부(100)와 광 수신부(200)를 제어하는 프로세서(300)를 포함한다.
광 송신부(100)는 대상 영역(TF)을 분할할 복수의 서브 영역(SF_k) 각각에 스플릿되는 복수 빔을 생성한다. 광 송신부(100)는 복수의 광원을 포함하는 광원 어레이(110)와 광원 어레이(110)로부터의 광을 복수 빔으로 스플릿하는 광학 소자(130)를 포함할 수 있다. 광학 소자(130)는 예를 들어, 회절 광학 소자(diffraction optical element, DOE)를 포함할 수 있다. 광학 소자(130)는 회절 광학 소자 외에 하나 이상의 렌즈를 더 포함할 수도 있다.
광 송신부(100)에서 형성하는 복수 빔은 서로 다른 복수의 세트(set)를 포함할 수 있고, 복수 세트의 빔은 다른 타이밍에 대상 영역(TF)에 제공될 수 있다. 즉, 복수 빔은 서로 다른 복수 세트의 빔으로 시분할되어 대상 영역(TF)에 제공된다. 대상 영역(TF)은 복수의 서브 영역(SF_k)으로 구획될 수 있다. 복수의 서브 영역(SF_k)은 도 2에 예시한 바와 같이, 이차원 어레이로 배열될 수 있다. 복수의 서브 영역은 예를 들어, 24 by 24 내지 64 by 64의 이차원 어레이로 배열될 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 대상 영역(TF)이 구획된 각 서브 영역(SF_k)의 위치들을 향해 빔이 복수 세트로 나뉘어 시순차 조사될 수 있다. 도 2에서 같은 번호로 표시된 위치는 대상 영역(TF)에 분산되어 서브 영역(SF_k)마다 하나씩 제공되는 같은 세트의 복수 빔이 동시에 도달하는 위치를 나타낸다. 대상 영역(TF)이 구획된 각 서브 영역(SF_k)의 ① 위치들을 향해 빔이 동시에 제공될 수 있고, 다음 타이밍에는 ② 위치들을 향하는 빔이 제공되고, 그 다음에는 ③ 위치들, ④ 위치들 내지 ⑨ 위치들을 향하는 빔들이 시순차적으로 제공된다. 시순차 제공되는 복수 세트의 빔은 서브 영역(SF_k)내의 다른 위치를 향하게 되며, 이러한 다른 위치는 연속되지 않고 소정의 간격을 가진다. 이러한 광 조사는 디지털 스캔(digital scan)으로 불릴 수 있다. 또한, 각 세트의 복수 빔은 대상 영역(TF) 전체에 분포하여 대상 영역(TF) 전체가 동시에 조명될 수 있다. 이 때, 동시에 조명되는 복수 빔은 공간적으로 연속되지 않고 소정의 간격을 가지는 점에서, 이러한 광 조사는 디지털 플래쉬(digital flash)로 불릴 수도 있다.
이러한 광 송신부(100)의 구동을 위해, 광원 어레이(110)에 구비되는 복수의 광원은 복수 그룹으로 분할되어 구동될 수 있다. 프로세서(300)의 제어에 따라, 광원 어레이(110)의 한 그룹의 광원들이 구동되어 ① 위치들을 향하는 빔이 제공되고 다음 타이밍에 다른 그룹의 광원들이 구동되며 ② 위치들을 향하는 빔이 제공될 수 있다.
광 수신부(200)는 복수의 광 검출 화소(220)와 복수의 광 검출 화소(220) 각각과 마주하게 배치되어 광 송신부(100)가 송신한 광의 반사광이 포커싱되는 위치를 조절하는 구동 렌즈(ML)(280)를 포함한다.
광 검출 화소(220)는 광 검출 요소(SE)와 광 검출 요소(SE)로부터의 신호를 처리하는 회로 요소(CE)를 구비할 수 있다. 광 검출 화소(220)의 영역은 광 검출 요소(SE)가 차지하는 영역과 회로 요소(CE)가 차지하는 영역으로 나뉘어 있어, 움직일 수 있는 구동 렌즈(280)가 아닌, 고정 렌즈를 사용하는 경우, 광 검출 화소(220)로 입사하는 광의 방향에 따라 입사광이 광 검출 요소(SE)로 입사되지 않을 수 있다. 실시예에서는 다양한 방향에서 입사하는 광이 광 검출 요소(SE)에 포커싱되도록 움직일 수 있는 구동 렌즈(280)를 채용하고 있다.
복수의 광 검출 화소(220)의 개수는 대상 영역(TF)이 구획된 복수의 서브 영역(SF_k)의 개수와 같도록 설정될 수 있다. 이하에서, 광 검출 화소(220), 광 검출 화소(220_k)는 혼용될 수 있다. 광 검출 화소(220)를 서브 영역(SF_k)과의 대응 관계에서 기술할 때 광 검출 화소(220_k)로 표현될 수 있다. 같은 서브 영역(SF_k)에 조사된 빔들의 반사광은 같은 광 검출 화소(220_k)에서 검출될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 영역(SF_1)에서 반사된 광은 광 검출 화소(220_1)에서 검출되고, 제k 서브 영역(SF_k)에서 반사된 광은 광 검출 화소(SF_k)에서 검출된다.
한편, 제k 서브 영역(SF_k)에 스플릿되며 조사된 빔의 위치가 다르기 때문에 이로부터의 반사광은 다른 입사 각도로 광 검출 화소(220_k)로 입사된다. 도 1에서는 편의상 각 서브 영역(SF_1~SF_k)의 위치 ①로부터 반사되어 입사되는 광만을 표시하고 있다. 각 서브 영역(SF_1~SF_k)의 다른 위치들로부터의 반사광이 광이 대응하는 광 검출 화소(SF_1~SF_k)에 구비된 광 검출 요소(SE)로 입사되도록 구동 렌즈(280)가 움직일 수 있다. 구동 렌즈(280)의 움직임은 광 송신부(100)의 시분할 구동과 동기된다. 즉, 광 송신부(100)가 위치 ①들을 향해 복수 빔을 스플릿할 때, 구동 렌즈(280)는 위치 ①들로부터의 반사광이 광 검출 요소(SE)에 포커싱되는 위치로 구동되고, 광 송신부(100)가 위치 ②들을 향해 복수 빔을 스플릿할 때, 구동 렌즈(280)는 위치 ②들로부터의 반사광이 광 검출 요소(SE)에 포커싱되는 위치로 구동된다. 이와 같이, 구동 렌즈(280)가 구동되는 복수개의 위치 상태의 개수는 광 송신부(100)로부터의 복수 빔이 시분할되는 복수 세트의 개수와 같게 설정된다. 도시된 바와 같이, 광 송신부(100)가 9개 세트의 빔으로 시분할된 빔을 제공하는 경우, 구동 렌즈(280)도 각 세트에 대응하도록 미리 설정된 9가지의 위치 상태로 구동될 수 있다.
프로세서(300)는 이와 같이, 광 송신부(100)의 시분할 구동을 제어하고, 이에 동기하여 구동 렌즈(280)의 움직임을 제어한다. 프로세서(300)는 또한, 광 수신부(200)에서 수신한 검출 신호를 분석, 연산하여 대상 영역(TF)내에 존재하는 피사체에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
프로세서(300)는 대상 영역(TF) 전체를 디지털 스캔 하기 전에, 대상 영역(TF)내에 피사체가 있는지를 먼저 판단할 수 있다. 예를 들어, 복수 세트 중 하나의 세트의 빔을 대상 영역(TF)에 제공하고, 광 송신부(100)가 송신한 광의 반사광이 상기 광 수신부(200)에서 검출되는 경우 대상 영역(TF)에 피사체가 있는 것으로 판단하고 상술한 시분할 구동을 시작하도록 광 송신부(100)를 제어할 수 있다.
프로세서(300)는 또한, 광 송신부(100)가 송신한 광의 반사광이 광 수신부(200)에서 검출되지 않는 경우, 상기 하나의 세트의 빔을 대상 영역(TF)에 제공하는 것을 소정 간격으로 반복하도록 광 송신부(100)를 제어할 수 있다.
라이다 장치(1000)는 또한 메모리를 더 포함할 수 있고, 프로세서(300)에서 수행하는 동작들을 위한 프로그램이 메모리에 저장될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 광 검출 화소들의 배열 형태를 개략적으로 보인 평면도이고, 도 5는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 구동 렌즈의 구조를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 광 검출 화소(220)는 이차원 어레이로 배열될 수 있고, 예를 들어, 도 2에서 도시한 바와 같이, 대상 영역(TF)이 구획된 복수의 서브 영역(SF_k)과 같은 형태의 이차원 어레이로 배열될 수 있다. 복수의 광 검출 화소(220)는 24 by 24 내지 64 by 64의 이차원 어레이로 배열될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
광 검출 화소(220) 마다 이에 상응하는 크기의 구동 렌즈(280)가 광 검출 요소(SE)와 마주하는 위치에 구비될 수 있다. 복수의 구동 렌즈(280)들은 함께 움직이도록 일체형으로 연결될 수도 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지는 않는다. 구동 렌즈(280)들이 연결되지 않고 개별 구동되거나, 또는 일부만 연결되어 연결된 그룹별로 구별되어 구동될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 복수의 광 검출 화소(220)가 구비된 기판(SU) 상의 양단에 고정 프레임(292)이 구비되고, 복수의 광 검출 화소(220) 각각과 마주하게 배치된 구동 렌즈(280)들이 하나의 플레이트로 연결되고, 플레이트 양단이 고정 프레임(292)에 탄력 지지 부재(295)에 의해 지지될 수 있다. 탄력 지지 부재(295)에는 액츄에이터(미도시)가 연결될 수 있다. 액츄에이터로는 보이스 코일 모터, 형상 기억 합금 등 다양한 구동 구조가 사용될 수 있다. 탄력 지지 부재(295)의 종류나 개수는 도시된 형태에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
도 6 및 도 7은 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 구동 렌즈의 움직임을 예시적으로 보인 단면도이다.
구동 렌즈(280)는 도 6에 도시된 바와 같이, 좌, 우로 수평적으로 움직일 수 있다. 도시된 X 방향 뿐 아니라, 이에 수직인 Y 방향으로 수평 움직임도 가능하다. 구동 렌즈(280)는 도 7에 도시된 바와 같이, 구동 렌즈(280) 양단의 높이가 서로 다르게 틸트 구동될 수 있다. 이러한 틸트 구동은 Y 방향에 대해서도 가능하다. 구동 렌즈(280)의 움직임은 수평 및 틸트 움직임이 조합된 다양한 움직임을 포함할 수 있다. 구동 렌즈(280)를 움직이는 구성으로 OIS(optical image stabilization) 기술이 채용될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부에 구비된 광 검출 화소의 예시적인 구조를 보인 평면도이다.
광 검출 화소(220_k)는 광 검출 요소(SE)와 회로 요소(CE)를 포함한다. 광 검출 요소(SE)는 싱글 포톤 애벌런치 다이오드(Single Photon Avalenche Diode, SAPD)를 포함할 수 있다. SAPD는 센싱 감도가 높아 대상 영역 내의 피사체에 대한 정확한 분석에 유리할 수 있다. 다만, 검출된 신호를 처리하기 위한 회로 구성이 다소 복잡할 수 있고, 광 검출 화소(220_k) 내에서 회로 요소(CE)가 차지하는 면적이 커질 수 있다.
광 검출 요소(SE)는 광 검출 화소(220_k)의 영역 중심부에 배치되고, 회로 요소(CE)는 광 검출 화소(220_k)의 영역 주변부에, 광 검출 요소(SE)와 수평적으로 배치될 수 있다. 광 검출 요소(SE)가 광 검출 화소(220_k) 내에서 차지하는 면적의 비율은 50% 이하일 수 있고, 또는, 20% 이하일 수 있고, 또는 10% 이하일 수 있다.
광 검출 요소(SE)와 회로 요소(CE)를 이와 같이 수평적으로 배치할 때, 광 검출 화소(220_k)의 크기는 대략 10㎛ by 10㎛ 이상이 될 수 있고, 또는 50㎛ by 50㎛ 이상이 될 수 있고, 또는 70㎛ by 70㎛ 이상이 될 수 있고, 또는 100㎛ by 100㎛ 정도의 크기에 이를 수도 있다.
광 검출 요소(SE)로는 SAPD 외에, 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD) 또는 CMOS 이미지 센서(CIS)가 채용될 수도 있다.
도 9는 실시예에 따른 라이다 장치의 광 수신부의 예시적인 회로 구성을 보이는 개념도이다.
광 수신부(200)의 각각의 광 검출 화소(220_k)에 구비되는 회로 요소(CE)는 광 검출 요소(SE)에서 검출된 광의 비행 시간을 측정하는 타임 카운터(227)을 포함할 수 있다. 또한, 광 검출 요소(SE) 에서 출력된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로(221), 전류-전압 변환(241) 회로에서 변환된 전압을 증폭하는 증폭기(223) 및 증폭기(223)에서 증폭된 신호에서 피크를 검출하는 피크 검출부(225)가 회로 요소(CE)에 포함될 수 있다.
광 검출 화소(220) 각각에 구비되는 광 검출 요소(SE)는, 서브 영역(SF_k)으로부터의 반사광을 검출하여, 전류 신호를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 광 검출 화소(220_2)(220_k)에는 각각 제2 서브 영역(SF_2)의 다른 위치로부터, 제k 서브 영역(SF_k)의 다른 위치로부터 복수의 반사광이 다른 각도로 입사되며, 이 때, 전술한 바와 같이 구동 렌즈(280)의 구동에 의해 이러한 복수의 반사광이 모두 해당 광 검출 화소(220_2)(220_k)의 광 검출 요소(SE)에 입사될 수 있다.
전류-전압 변환 회로(221)는 광 검출 요소(SE) 에서 출력되는 전류 신호를 전압 신호로 변환할 수 있다. 증폭기(223)은 복수의 전류-전압 변한 회로(221) 에서 변환되는 전압 신호를 증폭할 수 있다. 피크 검출기(225)은 증폭기(223) 에서 증폭되는 전압 신호에서 피크를 검출할 수 있다. 예를 들어, 피크 검출기(225)은 전기 신호의 상승 에지 및 하강 에지를 검출함으로써 피크를 검출할 수 있다. 또한, 피크 검출기(225)는 CFD(Constant Fraction Discriminator) 방식을 이용하여 피크를 검출할 수 있다. 피크 검출기(225)는 비교기를 더 포함할 수 있고, 검출된 피크를 펄스 신호로 출력할 수 있다.
타임 카운터(227)는 광 검출 요소(SE) 에서 검출되는 광의 비행 시간을 측정할 수 있다. 타임 카운터(227)는, 피크 검출기(225) 에서 출력되는 펄스 신호가 입력되는 경우, 광원에 의한 광 조사 시점으로부터 클락 신호(clock signal)가 몇 주기 생성되었는지를 계산하여, 광의 비행 시간을 측정할 수 있다. 또한, 타임 카운터(227)는 측정된 광의 비행 시간들 각각에 대한 정보를 레지스터에 저장할 수 있다. 타임 카운터(227)는 TDC(Time to Digtal Converter)로 구현될 수 있다.
타임 카운터(227)에서의 측정 결과는 프로세서(300)로 전송되며, 프로세서(300)는 이를 이용하여, 대상체에 대한 정보, 예를 들어 대상체의 위치 형상등의 분석을 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 비교예에 따른 라이다 장치의 광 검출 화소의 구조를 개략적으로 보이는 평면도 및 단면도이다.
비교예의 라이다 장치는 실시예와 같은 구동 렌즈를 구비하지 않으며, 따라서, 서브 영역(SF_k)으로부터의 광을 수신하는 광 검출 화소(22_k)에는 복수개의 광 검출 요소(SE')가 구비된다. 광 검출 요소(SE')는 서브 영역(SF_k)의 복수 위치로부터의 반사광을 모두 수신하기 위해 복수개가 구비되어 M by N의 이차원 어레이로 배열될 수 있다. 광 검출 요소(SE)에서의 신호를 처리하는 회로 요소(CE')는 도 10b에 도시한 바와 같이, 광 검출 요소(SE') 아래에, 수직 구조로 배치된다. 회로 요소(CE')는 예를 들어, 실리콘 기판(11)상에 다수의 층(13)(15)(17)으로 구현될 수 있다. 실리콘 기판(11)과 회로층(12)은 별도로 제작되어 회로층(17), 광 검출 요소(SE), 마이크로 렌즈(19)를 구비한 구성과 본딩층(15)에 의해 접합될 수 있다. 이 때, 복수의 광 검출 요소(SE')와 이에 대응하는 회로 요소(CE')들의 정확한 정렬이 요구된다. 광 검출 요소(SE')의 단면 직경 크기가 대략 10㎛ 정도일 때, 이러한 정렬은 매우 높은 공정 난이도를 요구하며, 제조 수율이 낮아질 수 있다.
이와 달리, 실시예의 라이다 장치(1000)는 광 검출 화소(220_k)의 개수가 대상 영역(TF)을 구획한 서브 영역(SF_k)의 개수와 같게 설정될 수 있고, 하나의 광 검출 화소(220_k)에 하나의 광 검출 요소(SE)가 마련된다. 회로 요소(CE)는 광 검출 요소(SE)와 수평적으로 배열되므로, 비교예와 같은 난이도 높은 공정이 필요하지 않다.
도 10a와 도 8을 비교할 때, 같은 크기의 서브 영역(SF_k)으로부터의 반사광을 수신함에 있어, 실시예의 경우 광 검출 요소(SE)의 개수가 1/16로 줄어들고 있다. 그러나, 실시예의 경우 구동 렌즈(280)를 구비하여 서브 영역의 다른 위치로부터 반사되는 광을 모두 검출할 수 있으므로, 비교예의 경우와 거의 유사한 해상도를 유지할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 라이다 장치의 예시적인 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.
이러한 구동 방법은 도 1에 도시한 라이다 장치(1000)에 의해 수행될 수 있다.
라이다 장치(1000)의 광 송신부(100)는 대상 영역(TF)에 제공할 복수 세트의 빔 중 한 세트의 빔을 대상 영역(TF)에 제공할 수 있다(S310).
다음, 광 송신부(100)가 송신한 광의 반사광이 광 수신부(200)에서 검출되는지 여하를 판단한다(S320).
검출 신호가 없는 경우, 단계 S310을 반복한다. 이러한 과정은 소정 시간 간격으로 반복될 수 있다.
검출 신호가 있는 경우, 대상 영역에 피사체의 존재하는 것으로 판단하고, 피사체의 위치, 형상등을 분석하기 위해 서로 다른 복수 세트의 빔을 대상 영역(TF)에 시순차 제공한다(S330).
이러한 시순차 제공에 동기하여, 광 수신부(200)의 구동 렌즈를 구동하고(S340), 광 수신부(200)에서 수신된 신호로부터 광 비행시간을 연산하고 대상 영역(TF) 내에 존재하는 피사체의 3D 정보를 분석한다(S350).
도 12는 실시예에 따른 라이다 장치를 포함하는 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 네트워크 환경(2200)에서 전자 장치(2201)는 제1 네트워크(2298)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(2202)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(2299)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(2204) 및/또는 서버(2208)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 서버(2208)를 통하여 전자 장치(2204)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 프로세서(2220), 메모리(2230), 입력 장치(2250), 음향 출력 장치(2255), 표시 장치(2260), 오디오 모듈(2270), 센서 모듈(2210), 인터페이스(2277), 햅틱 모듈(2279), 카메라 모듈(2280), 전력 관리 모듈(2288), 배터리(2289), 통신 모듈(2290), 가입자 식별 모듈(2296), 및/또는 안테나 모듈(2297)을 포함할 수 있다. 전자 장치(2201)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(2260) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(2210)의 지문 센서(2211)나 또는, 홍채 센서, 조도 센서 등은 표시 장치(2260)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.
프로세서(2220)는, 소프트웨어(프로그램(2240) 등)를 실행하여 프로세서(2220)에 연결된 전자 장치(2201) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(2220)는 다른 구성요소(센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(2232)에 로드하고, 휘발성 메모리(2232)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(2234)에 저장할 수 있다. 프로세서(2220)는 메인 프로세서(2221)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(2223)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(2223)는 메인 프로세서(2221)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(2223)는, 메인 프로세서(2221)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(2221)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)와 함께, 전자 장치(2201)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(2260), 센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(2223)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(2280), 통신 모듈(2290) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(2230)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220), 센서모듈(2276) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(2240) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(2230)는, 휘발성 메모리(2232) 및/또는 비휘발성 메모리(2234)를 포함할 수 있다.
프로그램(2240)은 메모리(2230)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(2242), 미들 웨어(2244) 및/또는 어플리케이션(2246)을 포함할 수 있다.
입력 장치(2250)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(2201)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(2250)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(2255)는 음향 신호를 전자 장치(2201)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(2255)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
표시 장치(2260)는 전자 장치(2201)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(2260)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(2260)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(2270)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(2270)은, 입력 장치(2250)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(2255), 및/또는 전자 장치(2201)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(2210)은 전자 장치(2201)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(2210)은, 지문 센서(2211), 가속도 센서(2212), 위치 센서(2213), 3D 센서(2214)등을 포함할 수 있고, 이 외에도 홍채 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
3D 센서(2214)는 피사체에 소정의 광을 조사하고 피사체에서 반사된 광을 분석하여 피사체의 형상, 움직임 등을 센싱하는 것으로, 도 1 내지 도 9에서 설명한 라이다 장치(1000)가 채용될 수 있다. 또한, 3D 센서(2214)는 도 11에서 설명한 바와 같이, 타겟 시야내의 대상 영역을 복수의 서브 영역으로 분할하여 복수의 서브 영역에 하나씩 스플릿 되는 한 세트의 빔을 소정 시간 간격으로 조사할 수 있다. 대상 영역 내에 피사체가 있어 이로부터 반사된 광이 검출되는 경우, 타겟 영역에 대한 디지털 스캔을 시작하고, 피사체에 대한 정보를 분석할 수 있다.
인터페이스(2277)는 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(2277)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(2278)는, 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(2278)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(2279)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(2279)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(2280)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(2280)은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(2280)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있으며, 이러한 렌즈 어셈블리에는 도 1 내지 도 11d에서 설명한 메타 광학 소자(100)들 중 어느 하나가 포함될 수 있다.
전력 관리 모듈(2288)은 전자 장치(2201)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(388)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(2289)는 전자 장치(2201)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(2289)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(2290)은 전자 장치(2201)와 다른 전자 장치(전자 장치(2102), 전자 장치(2104), 서버(2108) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 프로세서(2220)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 무선 통신 모듈(2292)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(2294)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(2298)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(2299)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(2292)은 가입자 식별 모듈(2296)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(2201)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(2297)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(2297)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(2290)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(2290)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(2297)의 일부로 포함될 수 있다.
구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(2299)에 연결된 서버(2108)를 통해서 전자 장치(2201)와 외부의 전자 장치(2204)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(2202, 2204)은 전자 장치(2201)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(2201)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(2202, 2204, 2208) 중 하나 이상의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(2201)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 이상의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(2201)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 라이다 장치가 적용된 예시적인 전자 장치를 보이는 사시도이다.
도 13은 모바일 폰 또는 스마트 폰(3000)의 형태로 도시되었으나, 라이다 장치가 적용되는 전자 장치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 태블릿 또는 스마트 태블릿, 노트북 컴퓨터, 텔레비전 또는 스마트 텔레비전등에 적용될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 라이다 장치는 자율 구동 기기에 적용될 수 있다.
도 14 및 도 15는 실시예에 따른 라이다 장치를 차량에 적용한 경우를 보여주는 개념도들로서, 각각 측면도 및 평면도이다.
도 14를 참조하면, 차량(4000)에 라이다 장치(1001)를 적용할 수 있고, 이를 이용해서 피사체(60)에 대한 정보를 획득할 수 있다. 라이다 장치(1001)는 도 1 내지 도 9에서 설명한 라이다 장치(1000)가 채용될 수 잇다. 라이다 장치(1001)는 피사체(60)에 대한 정보를 획득하기 위해, TOF(time-of-flight) 방식을 사용할 수 있다. 차량(50)은 자율 주행 기능을 갖는 자동차일 수 있다. 라이다 장치(1001)는 도 11에서 설명한 바와 같이, 타겟 시야의 대상 영역을 복수의 서브 영역으로 분할하여 복수의 서브 영역에 하나씩 스플릿 되는 한 세트의 빔을 소정 시간 간격으로 조사할 수 있다. 대상 영역 내에 피사체가 있어 이로부터 반사된 광이 검출되는 경우, 대상 영역에 대한 디지털 스캔을 시작하고, 피사체에 대한 정보를 분석할 수 있다. 라이다 장치(1001)를 이용해서, 차량(4000)이 진행하는 방향에 있는 물체나 사람, 즉, 피사체(60)를 탐지할 수 있고, 송신 신호와 검출 신호 사이의 시간 차이 등의 정보를 이용해서, 피사체(60)까지의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 대상 영역(TF)내에 있는 가까운 피사체(61)와 멀리 있는 피사체(62)에 대한 정보를 획득할 수 있다.
도 14 및 도 15는 라이다(LiDAR) 장치가 자동차에 적용될 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 라이다 장치는 드론(drone) 등의 비행 물체, 모바일(mobile) 기기, 소형 보행 수단(예컨대, 자전거, 오토바이, 유모차, 보드 등), 로봇류, 사람/동물의 보조 수단(예컨대, 지팡이, 헬멧, 장신구, 의류, 시계, 가방 등), IoT(Internet of Things) 장치/시스템, 보안 장치/시스템 등에 적용될 수 있다.
상술한 디스플레이 라이다 장치 및 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. 본 명세서의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000, 1001: 라이다 장치
100: 광 송신부
200: 광 수신부
220, 220_k: 광 검출 화소
280: 구동 렌즈
300: 프로세서
TF: 대상 영역
SF_k: 서브 영역
SE: 광 검출 요소
CE: 회로 요소

Claims (20)

  1. 대상 영역을 분할한 복수의 서브 영역 각각에 스플릿되는 복수 빔을 생성하며, 상기 복수 빔을 서로 다른 복수의 세트(set)로 시분할하여 상기 대상 영역에 제공하는 광 송신부;
    광 검출 요소와 상기 광 검출 요소로부터의 신호를 처리하는 회로 요소를 구비하는 복수의 광 검출 화소 및 상기 복수의 광 검출 화소 상에 각각 위치하며 상기 광 송신부가 송신한 광의 반사광이 상기 광 검출 요소로 포커싱되도록 움직이는 구동 렌즈를 포함하는 광 수신부; 및
    상기 광 송신부의 시분할 구동을 제어하고 이에 동기하여 상기 구동 렌즈의 움직임을 제어하는 프로세서;를 포함하는 라이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 송신부는
    복수의 광원을 포함하는 광원 어레이; 및
    상기 광원 어레이로부터의 광을 복수 빔으로 스플릿하는 광학 소자;를 포함하는, 라이다 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수의 광원을 복수 그룹으로 분할하고, 상기 복수 그룹의 광원을 시순차적으로 구동하는, 라이다 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출 요소는 상기 광 검출 화소의 영역 중심부에 배치되고,
    상기 회로 요소는 상기 광 검출 화소의 영역 주변부에, 상기 광 검출 요소와 수평적으로 배치되는, 라이다 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 검출 요소가 상기 광 검출 화소 내에서 차지하는 면적의 비율은 20% 이하인, 라이다 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광 검출 요소가 상기 광 검출 화소 내에서 차지하는 면적의 비율은 10% 이하인, 라이다 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 광 검출 화소의 크기는 50㎛ by 50㎛ 이상인, 라이다 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 회로 요소는 상기 광 검출 요소에서 검출된 광의 비행 시간을 측정하는 타임 카운터를 포함하는, 라이다 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 회로 요소는,
    상기 광 검출 요소에서 출력된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환 회로;
    상기 전류-전압 변환 회로에서 변환된 전압을 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭기에서 증폭된 신호에서 피크를 검출하는 피크 검출부;를 더 포함하는, 라이다 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동 렌즈의 크기는 상기 광 검출 화소의 영역 크기에 상응하는, 라이다 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출 화소에 각각 구비된 구동 렌즈들은 함께 움직이도록 일체형으로 연결된, 라이다 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출 화소의 개수와 상기 복수의 서브 영역의 개수가 서로 같은, 라이다 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 광 검출 화소는 24 by 24 내지 64 by 64의 이차원 어레이로 배열되는, 라이다 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 서브 영역은 24 by 24 내지 64 by 64의 이차원 어레이로 배열되는, 라이다 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 구동 렌즈가 구동되는 복수개의 상태 개수는 상기 복수 세트의 개수와 같은, 라이다 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 구동 렌즈의 움직임은 수평, 틸트 및 이들이 조합된 움직임을 포함하는, 라이다 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출 요소는
    CIS(CMOS image sensor), APD(Avalanche Photo Diode) 또는 SAPD(Single Photon Avalenche Diode) 중 적어도 하나를 포함하는, 라이다 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수 세트 중 하나의 세트의 빔을 상기 대상 영역에 제공하고, 상기 광 송신부가 송신한 광의 반사광이 상기 광 수신부에서 검출되는 경우 상기 시분할 구동을 시작하도록 상기 광 송신부를 제어하는, 라이다 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수 세트 중 하나의 세트의 빔을 상기 대상 영역에 제공하고, 상기 광 송신부가 송신한 광의 반사광이 상기 광 수신부에서 검출되지 않는 경우, 상기 하나의 세트의 빔을 상기 대상 영역에 제공하는 것을 소정 간격으로 반복하도록 상기 광 송신부를 제어하는, 라이다 장치.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 하나의 라이다 장치;를 포함하는 전자 장치.
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