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WO2015023145A1 - 공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있는 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치 - Google Patents

공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있는 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치 Download PDF

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WO2015023145A1
WO2015023145A1 PCT/KR2014/007581 KR2014007581W WO2015023145A1 WO 2015023145 A1 WO2015023145 A1 WO 2015023145A1 KR 2014007581 W KR2014007581 W KR 2014007581W WO 2015023145 A1 WO2015023145 A1 WO 2015023145A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
distance
output
scanning
scanner
Prior art date
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Application number
PCT/KR2014/007581
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English (en)
French (fr)
Inventor
정필원
이상근
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Electronics Inc
Original Assignee
LG Electronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Electronics Inc filed Critical LG Electronics Inc
Priority to US14/912,329 priority Critical patent/US10139475B2/en
Publication of WO2015023145A1 publication Critical patent/WO2015023145A1/ko
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    • G01S7/51—Display arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a distance detection apparatus and an image display apparatus having the same, and more particularly, to a distance detection apparatus capable of obtaining distance information having a variable spatial resolution and an image display apparatus having the same.
  • the distance detecting device is a device for detecting a distance to an external object.
  • electronic devices there is an increasing tendency to detect a distance to an external object and provide an operation according to the detected distance.
  • An object of the present invention is to provide a distance detection device capable of acquiring distance information having a variable spatial resolution and an image display device having the same.
  • the distance detecting apparatus for achieving the above object, the light source unit for outputting the output light for the distance detection of the external object, and performing the first direction scanning and the second direction scanning, to the external scan area
  • a scanner for outputting the output light
  • a light detector for receiving the received light from the scan area
  • a processor for detecting a distance of an external object in the external scan area based on the output light and the received light
  • the processor comprising: a scanner
  • the frame rate of the controller is controlled to be varied, and corresponding to the variable frame rate, spatial information having a variable distance with respect to an external object is obtained.
  • the distance detection apparatus for achieving the above object, the light source unit for outputting the output light for the distance detection of the external object, and performs the first direction scanning and the second direction scanning, A scanner for outputting output light to the scan area, a light detector for receiving the received light from the scan area, and a processor for detecting a distance of an external object in the external scan area based on the output light and the received light, the processor
  • the controller controls the scanning angle of the scanner to be variable and obtains distance information having a spatial resolution that is varied with respect to an external object in response to the variable scanning angle.
  • the image display apparatus for achieving the above object, the display and the distance detector, the distance detector is a light source unit for outputting the output light for detecting the distance of the external object, and the first A scanner for outputting the output light to the external scan area by performing the directional scanning and the second direction scanning, a light detector for receiving the received light from the scan area, and an external in the external scan area based on the output light and the received light
  • a processor for detecting a distance of the object, wherein the processor controls to vary at least one of a frame rate and a scanning angle of the scanner, and corresponding to the variable of at least one of the frame rate and the scanning angle, relative to an external object. Obtain distance information with variable resolution.
  • the distance detecting apparatus outputs the output light from the scanner to the external scan area, receives the received light corresponding to the output light, and based on the output light and the received light, an external object. Detects the distance to.
  • the frame rate of the scanner it is possible to vary the spatial resolution at the time of detecting the distance to the external object. In particular, by reducing the frame rate of the scanner, it is possible to obtain distance information with increased spatial resolution for external objects.
  • the distance detection apparatus outputs the output light from the scanner to the external scan area, receives the received light corresponding to the output light, based on the output light and the received light, Detects the distance to the external object.
  • the scanning angle of the scanner it is possible to change the spatial resolution at the time of detecting the distance to the external object.
  • by reducing the scanning angle of the scanner it is possible to obtain distance information with increased spatial resolution with respect to an external object.
  • the image display apparatus to obtain the distance information of the spatial resolution is changed with respect to the external object, corresponding to at least one variable of the frame rate and the scanning angle.
  • At least one of the frame rate and the scanning angle of the distance detector may be variable, thereby increasing user convenience.
  • FIG. 1 illustrates outputting light for distance detection in a distance detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of a simplified internal block diagram of the distance detection apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a structural diagram of the distance detection apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram referred to describe a distance detection method of the distance detection apparatus of FIG. 3.
  • FIG. 5 is another example of an internal block diagram of the distance detection apparatus of FIG. 1.
  • 6A to 7B are diagrams illustrating an example of a method of varying spatial resolution when detecting distance according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A to 8B are diagrams illustrating an example of a method of varying spatial resolution when detecting distance according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 illustrates an example of a structure diagram of a display apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates projecting light for distance detection in an image display device including a distance detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an internal block diagram of a mobile terminal as an example of the image display device of FIG. 10.
  • FIG. 12 to 13 are views for describing various operations of the image display apparatus of FIG. 10.
  • 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.
  • the distance detecting apparatus described in this specification outputs output light to an external object by a scanning method, receives a received light received from the external object, and based on the output light and the received light, a distance capable of distance detection. It is a detection device.
  • the spatial resolution may be varied at the time of detecting the distance to the external object by the frame rate variable or the scanning variable of the scanner.
  • the distance detection apparatus uses a time of flight (TOF) method by a scanning method.
  • TOF time of flight
  • such a distance detection device may be included in home appliances such as a mobile terminal, a TV, a set-top box, a media player, a game device, an air conditioner, a refrigerator, a washing machine, a cooking appliance, a robot cleaner, and a vehicle such as an automobile It is also possible.
  • FIG. 1 illustrates outputting light for distance detection in a distance detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the distance detection apparatus 100 may include a scanner 140 that outputs output light for distance detection of an external object to the outside by first direction scanning and second direction scanning.
  • the scanner 140 may output infrared light-based output light while performing sequential scanning of the scan area 710 according to a predetermined frame rate.
  • the external object 750 in the scan area 710 is positioned, and the distance detecting apparatus 100 may receive the received light, which is scattered or reflected from the external object 750. In addition, based on the output light and the received light, distance detection with respect to the scan area 710 including the external object 750 may be performed.
  • such a scanner 140 is a MEMS scanner and is driven by a predetermined frame rate, a predetermined x-axis scanning angle, and a predetermined y-axis scanning angle.
  • the area of the scan area 710 increases.
  • the farther distance is obtained, the lower the spatial resolution per unit area is obtained for the external object.
  • the present invention seeks to obtain a distance information with improved spatial resolution per unit area.
  • FIG. 2 is an example of a simplified internal block diagram of the distance detection apparatus of FIG. 1.
  • the distance detection apparatus 100 outputs output light in a TOF (Time of Flight) method.
  • TOF Time of Flight
  • the distance detection apparatus 100 may include a memory 120, a scanner driver 135, a scanner 140, a processor 170, a communication module 180, a light source driver 185, a power supply 190, The light source 210 and the light detector 280 may be provided.
  • the memory 120 may store a program for processing and controlling the processor 170, or may perform a function for temporarily storing input or output data (eg, a still image, a video, etc.). .
  • the communication module 180 serves as an interface with all external devices connected to the distance detecting apparatus 100 by wire or wirelessly.
  • the communication module 180 may receive data from such an external device or receive power and transmit the data to each component inside the distance detection device 100, so that the data inside the distance detection device 100 may be transmitted to the external device. Can be.
  • the scanner driver 135 drives the scanner 140.
  • the scanner driver 135 may adjust the first and second direction scanning angles of the scanner 140, respectively.
  • the scanner driver 135 may set the first direction scanning angle to x and the second direction scanning angle to y.
  • x may be 50 degrees and y may be 30 degrees.
  • the scanner driver 135 may set the first direction scanning angle to x / 10, and set the second direction scanning angle to y / 10.
  • x / 10 may be 5 degrees and y / 10 may be 3 degrees.
  • the second scanning mode may be performed when performing the fine scanning.
  • the first scanning mode may be referred to as a full scanning mode, and the second scanning mode may be referred to as a scanning zoom mode.
  • the scanning zoom mode may be performed for the important region or the selected region.
  • the scanner driver 135 may control to vary the frame rate of the scanner of the scanner 140.
  • the scanner driver 135 may control to perform scanning on the second region at a second frame rate smaller than the first frame rate after scanning on the first region at the first frame rate. have.
  • the spatial resolution is increased by 2 times during scanning, and thus the spatial resolution per area is increased by 2 times. Distance information can be obtained.
  • This frame rate variable may be varied by user input or the like.
  • the scanner driver 135 may adjust the frame rate and the scanning angle at the same time. That is, the frame rate and the scanning angle can be adjusted by user input or the like.
  • the scanner 140 may output the input light to the outside by sequentially and repeatedly performing the first direction scanning and the second direction scanning.
  • the light input to the scanner 140 may include output light for detecting a distance to an external object.
  • the output light may be infrared light.
  • the scanner 140 may perform scanning of the entire external scan area in units of frames while sequentially and repeatedly performing left to right scanning and right to left scanning of the external scan area. By this scanning, light can be output to the external scan area.
  • the processor 170 may perform an overall control operation of the distance detection apparatus 100. Specifically, the operation of each unit in the distance detection apparatus 100 can be controlled.
  • the processor 170 may transmit an electric signal corresponding to the output light to the light source driver 185 to detect the distance of the external object.
  • the processor 170 may control the operation of the scanner 140. Specifically, the first direction scanning and the second direction scanning may be sequentially and repeatedly performed to control the output light to the outside.
  • the processor 170 detects the distance to the external object based on the electrical signal corresponding to the output light transmitted to the light source driver 185 and the electrical signal based on the received light received by the light detector 280. Can be done.
  • the processor 170 may detect a distance in the external scan area 700 by using a phase difference between the electrical signal corresponding to the output light and the electrical signal corresponding to the received light.
  • the processor 170 may detect a gesture gesture of the user based on distance information of the external scan area detected in units of frames.
  • the light source unit 210 may include an infrared light source unit for outputting infrared light.
  • the photodetector 280 may convert received light received from the outside into an electric signal in response to the output light.
  • the photodetector 280 may include a photodiode for converting an optical signal into a received signal, that is, an electrical signal.
  • the photodetector 280 may include an Avalanche Photodiode that converts received light scattered from an external object into an electrical signal as a photodiode having a high photoelectric efficiency.
  • the light detector 280 may include a charge coupled device (CCD) or a CMOS sensor to receive the received light of the infrared light.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • a sampler (not shown) for converting an analog signal into a digital signal may be further provided between the photodetector 280 and the processor 170.
  • the light source driver 185 may control the infrared light to be output from the infrared light source in the light source driver 185 in response to an electric signal corresponding to the output light received from the processor 170.
  • the power supply unit 190 may receive an external power source or an internal power source under the control of the processor 170 to supply power for operation of each component.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a structural diagram of the distance detection apparatus of FIG. 1.
  • the distance detecting apparatus 100 of FIG. 3 includes a light source unit 210, a light collecting unit 212, a first light reflecting unit 220 and a second light reflecting unit 256, a scanner 140, a processor 170, The light source driver 185, the light collecting unit 218, the infrared transmission filter 282, and the light detector 280 may be provided.
  • the light source unit 210 may include an output light source 210IR for outputting infrared light.
  • the output light source 210IR may include a laser diode or an LED.
  • the output light source 210IR may be driven by an electrical signal from the light source driver 185, and the electrical signal of the light source driver 185 may be generated by the control of the processor 170. have. As a result, the output light source 210IR can output the output light.
  • the light output from the output light source 210IR is incident on the scanner 140 via the light collecting unit 212, the first light reflecting unit 220, and the second light reflecting unit 256.
  • 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 the output light.
  • the first light reflecting unit 220 and the second light reflecting unit 256 may include a total mirror (TM).
  • the scanner 140 then outputs the output light to the external scan area by scanning.
  • the output light IR may be scattered or reflected, so that the received light may be incident on the distance detector 100.
  • the reception light may be input to the photodetector 280 through the light condenser 218 and the infrared transmission filter 282.
  • the light detector 280 may convert the received light into an electric signal, and the processor 170 may perform distance detection based on the received light and the output light.
  • FIG. 4 is a diagram referred to describe a distance detection method of the distance detection apparatus of FIG. 3.
  • Tx denotes a phase signal of output light
  • Rx denotes a phase signal of received light.
  • the processor 170 of the distance detection apparatus 100 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 distance level setting is performed for each area in the external scan area 710 while horizontally scanning and vertically scanning the external scan area 710. Meanwhile, the distance information level can be detected for each area of the external scan area 710.
  • FIG. 5 is another example of an internal block diagram of the distance detection apparatus of FIG. 1.
  • the distance detecting apparatus 100 may include a processor 170, a light source driving unit 185, a light source unit 210, a scanner 140, a light detector 280, an amplifier 310, a filter unit 315, and a sampler ( 285).
  • the processor 170 may control the light source driver 185 to control the light source driver 185 to output an electrical signal Tx for outputting light to the light source 210. Accordingly, the light source unit 210 outputs output light.
  • the scanner 140 receives the output light and outputs the output light to the external scan area by the first direction scanning and the second direction scanning. In particular, output light is output to the external object 40.
  • the photodetector 280 receives the received light scattered or reflected by the external object 40, and converts the received light into an electrical signal Rx.
  • the amplifier 310 amplifies the electrical signal Rx corresponding to the received light, and the filter unit 315 performs bandpass filtering with a predetermined bandwidth.
  • the sampler 285 performs sampling on the filtered signal.
  • the processor 170 performs distance detection on the external object 40 based on the input sampled signal.
  • 6A to 7B are diagrams illustrating an example of a method of varying spatial resolution when detecting distance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A illustrates that the scanner 140 performs scanning on the external scan area 715 at a first frame rate A and a first scanning angle X and a second scanning angle Y.
  • FIG. Illustrate that. Accordingly, while scanning of the external object 756 is performed, output light is output.
  • FIG. 6B illustrates a method of increasing the spatial resolution upon scanning of the external object 756.
  • FIG. 6A it illustrates that the scanner 140 performs scanning at a second frame rate A / 2 lower than the first frame rate A. At this time, it is assumed that the first scanning angle X and the second scanning angle Y are maintained as they are. In this case, the spatial resolution at the time of scanning is increased by 2 times compared to FIG. 6A.
  • the frame rate is lowered to 30 Hz in the state where the frame rate is 60 Hz in FIG. 6A
  • the scanning speed of the scanner 140 is constant, the number of scanning per unit area for the scan area 715 is increased. That is, as shown in FIG. 6B, scanning is performed while having twice the spatial resolution with respect to the horizontal line.
  • the horizontal resolution during scanning can be increased, and by the above-described frame rate variation, the vertical resolution during scanning can be varied.
  • the frame rate may be lowered, the bandwidth of the filter unit 315 and the sampling rate of the sampler 285 may be increased, or a combination thereof may be used to obtain spatial resolution improved distance information.
  • the processor 170 may control to vary the frame rate based on a user input or the like.
  • the scanner driver 135 may control the processor 170 to vary the frame rate of the scanner 140 based on the control.
  • the processor 170 may control the frame rate to be lowered for more accurate detection of distance. As shown in Fig. 6B, the frame rate can be controlled to be A / 2.
  • the scanner driver 135 may control the processor 170 to lower the frame rate of the scanner 140 based on the control.
  • FIG. 7A illustrates the first sampling rate B at the sampler 285, and FIG. 7B illustrates the second sampling rate 2B at the sampler 285. It can be seen that the sampling interval Tk of FIG. 7B is 0.5 times smaller than the sampling interval 2Tk of FIG. 7A, whereby the sampling rate of FIG. 7B is doubled.
  • the processor 170 may receive such data, and may perform distance information detection, which is more detailed and has increased spatial resolution, that is, horizontal resolution.
  • FIGS. 8A to 8B are diagrams illustrating an example of a method of varying spatial resolution when detecting distance according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A to FIG. 8B differ in that the scanning angle is not the variable frame rate of FIGS. 6A to 6B.
  • the scanner 140 has a first frame rate A and a first scanning angle X and a second scanning angle Y.
  • Example of performing scanning For example, x may be 50 degrees and y may be 30 degrees. Accordingly, while scanning of the external object 756 is performed, output light may be output.
  • the first scanning driving signal Scan1 input to the scanner 140 is illustrated for the first scanning mode. It can be seen that at predetermined time intervals, the amplitude of the scanning drive signal is repeated.
  • FIG. 8B illustrates a method of increasing the spatial resolution upon scanning of the external object 756.
  • the first and second scanning angles of the scanner 140 are smaller as X / 10 and Y / 10, respectively, than in FIG. 8A.
  • x / 10 may be 5 degrees and y / 10 may be 3 degrees.
  • the frame rate A is preferably maintained as it is.
  • the second scanning driving signal Scan2 input to the scanner 140 is illustrated for the second scanning mode. It can be seen that at predetermined time intervals, the amplitude of the scanning drive signal is repeated. At this time, the amplitude of the second scanning drive signal Scan2 is smaller than the amplitude of the first scanning drive signal Scan1, whereby the scanning angle is reduced.
  • the scanning area 717 is reduced by 1/100 times compared to FIG. 8A. Accordingly, scanning may be performed on only a partial region 717 of the entire scan region 715 of FIG. 8A.
  • the frame rate is constant, but since the scanning angle is reduced, the scanning spatial resolution per unit area in the partial region 717 is increased. It can be increased by approximately 100 times.
  • Such scanning area adjustment by scanning angle adjustment may be referred to as scanning zoom.
  • the processor 170 may receive the scanned zoomed data for the specific area 717 to perform more detailed and spatial resolution increased distance detection.
  • 8A to 8B illustrate a method of decreasing the first and second scanning angles of the scanner 140 and increasing the spatial resolution while maintaining the frame rate, but various modifications are possible. Do.
  • only the first scanning angle of the scanner 140 or the second scanning angle may be reduced.
  • the first and second scanning angles in order to perform scanning only on the external object 756 in the scan area 715 of FIG. 8A, it is possible to set the first and second scanning angles to X / 2 and Y, respectively. And the frame rate can be kept as it is. In this case, it is possible to obtain distance information, which is increased by twice the spatial resolution.
  • the processor 170 may control the scanning zoom by adjusting the scanning angle to be performed after the position of the external object is detected by the distance detection operation on the entire scanning area.
  • the processor 170 may control the scanning angle to be changed based on a user input.
  • the scanner driver 135 may control the processor 170 to vary the scanning angle of the scanner 140 based on the control.
  • the processor 170 may control the scanning angle to be smaller for more accurate detection of distance. As shown in FIG. 8B, the scanning angles can be controlled to be x / 10 and y / 10.
  • the scanner driver 135 may control the processor 170 to reduce the scanning angle based on the control.
  • FIG. 8C illustrates a method of varying the scanning angle and preliminator together when scanning on the external object 756.
  • the first and second scanning angles of the scanner 140 are respectively X / 100 and Y / 100, which are smaller than those in FIG. 8A, respectively, and further, frame rate A / 2. It also illustrates that the smaller.
  • the processor 170 may control the scanning zoom and the frame rate change by adjusting the scanning angle to be performed after the position of the external object is detected by a distance detection operation on the entire scanning area.
  • the processor 170 may control to vary the scanning angle and the frame rate based on a user input.
  • the scanner driver 135 may control the scanner 170 to vary the scanning angle and the frame rate of the scanner 140 based on the control.
  • the processor 170 may control the scanning angle and the frame rate to be smaller for more accurate detection of the distance.
  • the scanning angles can be controlled to be x / 10, y / 10 and the frame rate is A / 2.
  • the scanner driver 135 may control the processor 170 to reduce the scanning angle and the frame rate based on the control.
  • FIG. 9 illustrates an example of a structure diagram of a display apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the display device 30 of FIG. 9 may include an optical output module 600 and a screen 200.
  • the light output module 600 of FIG. 9 outputs output light, but differs in that it further outputs a projection image based on visible light.
  • the light output module 600 outputs the output light for the distance detection of the external object to the outside by the first direction scanning and the second direction scanning, and receives the received light corresponding to the output light, and outputs the output light.
  • the distance or movement of the external object can be detected based on the light and the received light.
  • the light output module 600 may output the projection image based on the visible light together with the output light to the outside by the first direction scanning and the second direction scanning.
  • the light output module 600 may include a 2D scanner 140 capable of simultaneously outputting a projection image and output light by a scanning method.
  • this method may be referred to as a rear projection method. .
  • distance detection may be performed for a user located on the opposite side of the light output module 600 based on the screen 200 based on the output light output toward the screen 200.
  • the light output module 600 is scattered or reflected from the user finger 20.
  • the received light may be received and a touch input may be sensed based on the output light and the received light.
  • the light output module 600 may receive or receive light that is scattered or reflected from the user's hand. And a gesture input based on the output light and the received light.
  • the display device 30 enables touch input and gesture input.
  • the light output module 600 includes a light source unit 210, a light collecting unit 212, a photosynthesis unit 220, a light reflection unit 257, an optical path conversion unit 258, a scanner 140, and a processor ( 170, a light source driver 185, a light collecting unit 218, an infrared transmission filter 282, and a light detector 280 may be provided.
  • the light source unit 210 may include a plurality of light source units. That is, the light source unit 210 may include a red light source unit 210R, a green light source unit 210G, a blue light source unit 210B, and an output light source unit 210IR for outputting infrared light. Among these, the light source parts 210R, 210G, and 210B may be provided with a laser diode.
  • the light sources 210R, 210G, 210B, and 210IR may be driven by electric signals from the light source driver 185, and the electric signals of the light source driver 185 may be controlled by the processor 170. By, can be generated.
  • the output light source 210IR can output the output light by the electric signal corresponding to the output light.
  • Light output from each light source unit 210R, 210G, 210B, and 210IR may be collimated through each collimator lens in the light collecting unit 212.
  • the photosynthesis unit 220 synthesizes the light output from each of the light source units 210R, 210G, 210B, and 210IR and outputs the light in one direction. To this end, the photosynthesis unit 220 may include four mirrors 220a, 220b, 220c, and 220d.
  • the first photosynthetic unit 220a, the second photosynthetic unit 220b, the third photosynthetic unit 220c, and the fourth photosynthetic unit 220d are red light and green light source units output from the red light source unit 210R, respectively.
  • the green light output from the 210G, the blue light output from the blue light source unit 210B, and the output light output from the output light source 210IR are outputted toward the scanner 140.
  • the light reflection unit 257 reflects the red light, the green light, the blue light, and the output light that have passed through the photosynthesis unit 220 toward the scanner 140.
  • the light reflection unit 257 reflects light of various wavelengths, and for this, it may be implemented as Total Mirror TM.
  • the scanner 140 may receive visible light RGB and output light IR from the light source unit 210, and may sequentially and repeatedly perform the first direction scanning and the second direction scanning to the outside. have. This scanning operation is repeatedly performed for the entire external scan area.
  • the visible light RGB and the output light IR output from the scanner 140 may be output to the screen 200.
  • the projection image corresponding to the visible light RGB may be displayed on the screen 200.
  • the output light IR may be scattered or reflected on the external object positioned in front of the screen 200, and the received light may be incident to the light output module 100.
  • the reception light may be input to the photodetector 280 through the light condenser 218 and the infrared transmission filter 282.
  • the photodetector 280 converts the received light into an electrical signal, and the processor 170 may perform distance detection on the external object based on the received light and the output light by the finger 20. In this case, when the external object is a user's finger that is touched on the screen 200, the processor 170 may perform a process for a touch input.
  • the scanner 140 in the optical output module 600 the frame rate, the scanning angle is varied, or the frame rate and the scanning angle at the same time You may.
  • scanning zoom may be performed on the touch part by adjusting the scanning angle.
  • the scanner 140 since the scanner 140 outputs visible light RGB, even if the screen 200 on which the projection image is displayed has a free-form, it corresponds to the curved surface of the screen. It is possible to display the projection image. For example, it is also possible to grasp the curved state of the screen 200 through distance detection by the output light, perform scaling of the display image corresponding to the curved surface, and display the scaled projection image. Thus, a free curved display is possible.
  • FIG. 10 illustrates projecting light for distance detection in an image display device including a distance detector according to an embodiment of the present invention.
  • the image display apparatus 1000 may include a display 180, a distance detector 100, and a camera 1021.
  • the distance detector 100 is a distance detector described with reference to FIGS. 1 to 8B and may be a distance detector that is variable with respect to at least one of a scanning angle and a frame rate.
  • the camera 1021 and the distance detection unit 100 are positioned in the rear direction of the display 1080.
  • the scanner 140 is connected to the first frame rate A, the first scanning angle X and the second scanning angle Y.
  • FIG. By way of example. Accordingly, while scanning of the external object 756 is performed, output light is output.
  • the frame rate is variable to A / 2, or as shown in FIG. It is possible that the frame rate and the scanning angle are varied together as shown.
  • FIG. 11 is an internal block diagram of a mobile terminal as an example of the image display device of FIG. 10.
  • FIG. 11 is an internal block diagram of the mobile terminal of FIG. 1.
  • the mobile terminal 1000 may include a wireless communication unit 1010, an audio / video input unit 1020, a user input unit 1030, a sensing unit 1040, an output unit 1050, and the like.
  • the memory 1060 may include an interface unit 1035, a controller 1070, and a power supply unit 1090.
  • the wireless communication unit 1010 may include a broadcast receiving module 1011, a mobile communication module 1013, a wireless internet module 1015, an NFC module 1017, a GPS module 1019, and the like.
  • the broadcast receiving module 1011 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 1011 may be stored in the memory 1060.
  • the mobile communication module 1013 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 1015 refers to a module for wireless internet access, and the wireless internet module 1015 may be internal or external to the mobile terminal 1000.
  • the NFC module 1017 may perform near field communication.
  • the NFC module 1017 may receive predetermined data from the NFC device when approaching the NFC device (not shown) within a predetermined distance, that is, when tagging.
  • the global position system (GPS) module 1019 may receive location information from a plurality of GPS satellites.
  • the A / V input unit 1020 is for inputting an audio signal or a video signal, and may include a camera 1021, a distance detector 100, a microphone 1023, and the like.
  • the distance detector 100 may be a microscopic distance detection device as shown in FIG. 1.
  • the scanning angle and the frame rate can be changed, and based on this, distance detection can be performed. The description thereof will be omitted with reference to the above description of FIGS. 1 to 9.
  • the distance detector 100 may be provided in the 3D camera 1022 together with the camera 1021.
  • the calculated distance information may be transmitted to the controller 1070 to be used when playing multimedia, particularly when displaying a 3D image, or transmitted to the outside.
  • the user input unit 1030 generates key input data input by the user for controlling the operation of the terminal.
  • the user input unit 1030 may include at least one of a key pad, a dome switch, or a touch sensor unit (static pressure / capacitance) (1270 of FIG. 13).
  • a touch sensor unit static pressure / capacitance
  • the sensing unit 1040 detects a current state of the mobile terminal 1000 such as an open / closed state of the mobile terminal 1000, a location of the mobile terminal 1000, presence or absence of user contact, and the like to control the operation of the mobile terminal 1000.
  • the sensing signal may be generated.
  • the sensing unit 1040 may include a detection sensor 1041, a pressure sensor 1043, a motion sensor 1045, and the like.
  • the motion sensor 1045 may detect a movement or position of the mobile terminal 1000 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 1050 may include a display 1080, an audio output module 1053, an alarm unit 1055, and a haptic module 1057.
  • the display 1080 displays and outputs information processed by the mobile terminal 1000.
  • the display 1080 and the touch pad form a mutual layer structure and constitute a touch screen
  • the display 1080 may also be used as an input device capable of inputting information by a user's touch in addition to the output device. Can be.
  • the sound output module 1053 outputs audio data received from the wireless communication unit 1010 or stored in the memory 1060.
  • the sound output module 1053 may include a speaker, a buzzer, and the like.
  • the alarm unit 1055 outputs a signal for notifying occurrence of an event of the mobile terminal 1000.
  • the signal may be output in the form of vibration. .
  • the haptic module 1057 generates various tactile effects that a user can feel.
  • a representative example of the haptic effect generated by the haptic module 1057 is a vibration effect.
  • the memory 1060 may store a program for processing and controlling the controller 1070, and may provide a function for temporarily storing input or output data (eg, a phone book, a message, a still image, a video, etc.). It can also be done.
  • input or output data eg, a phone book, a message, a still image, a video, etc.
  • the interface unit 1035 serves as an interface with all external devices connected to the mobile terminal 1000.
  • the interface unit 1035 may receive data from the external device or receive power and transmit the data to each component in the mobile terminal 1000, and may transmit the data in the mobile terminal 1000 to the external device. .
  • the controller 1070 typically controls the operations of the units to control the overall operation of the mobile terminal 1000. For example, related control and processing for voice calls, data communications, video calls, and the like can be performed.
  • the controller 1070 may include a multimedia playback module 1081 for multimedia playback.
  • the multimedia playback module 1081 may be configured in hardware within the controller 1070 or may be configured in software separately from the controller 1070.
  • the power supply unit 1090 receives an external power source and an internal power source under the control of the controller 1070 to supply power required for the operation of each component.
  • the mobile terminal 1000 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 1000 shown in FIG. 11 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 specifications of the mobile terminal 1000 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. 12 to 13 are views for describing various operations of the image display apparatus of FIG. 10.
  • FIG. 12 illustrates a selection input for selecting a specific area 1015 in the image 1010 from the user while the photographed image 1010 is displayed on the display 1080 through the camera 1021.
  • the scanning zoom is performed corresponding to the corresponding area 1015.
  • the controller 1070 centers on the selection region based on the touch input.
  • the scanning zoom can be controlled to be performed.
  • controller 1070 may control the scanning angle of the distance detector 100 to be variable.
  • the first and second scanning angles of the scanner 140 may be smaller than X 10 as X / 10 and Y / 10, respectively.
  • the frame rate A may be maintained as it is.
  • the scanning area 717 is reduced by 1/100 times compared to FIG. 10 during scanning. Accordingly, scanning may be performed on only a partial region 717 of the entire scan region 715.
  • the controller 1070 may control not only the scanning angle but also the frame rate or the scanning angle and the frame rate together.
  • the controller 1070 may control to display an object (not shown) for adjusting the scanning angle and an object (not shown) for adjusting the frame rate when selecting a specific area 1015 in the image 1010. Can be. In this case, it is also possible to adjust at least one of the scanning angle and the frame rate by user selection.
  • FIG. 13 illustrates an image display apparatus 1000 in which the front camera 1250 and the distance detector 100b are disposed on the display 1080.
  • the image display apparatus 1000 may include a touch sensor unit 1270 disposed on the display 1080, and when the user finger 1100 is touched, the touch input unit may be touched through the touch sensor unit 1270. Can be detected.
  • the distance detector 100b may be activated to operate.
  • the user illustrates that the finger 110 is spaced apart by a Dx distance.
  • controller 1070 may control the scanner in the distance detector 100b to perform scanning, as described with reference to FIGS. 1 to 8B.
  • control unit 1070 may process the gesture input by the finger 1100.
  • the distance detecting apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to the configuration and method of the embodiments described as described above, but the embodiments are all or part of each embodiment so that various modifications can be made. It may alternatively be configured in combination.
  • the present invention is applicable to a distance detection device and an image display device having the same, and in particular, to a distance detection device capable of obtaining distance information having a variable spatial resolution and an image display device having the same.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있는 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 거리검출장치는, 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 수행하여, 외부 스캔 영역으로 출력광을 출력하는 스캐너와, 스캔 영역으로부터의 수신광을 수신하는 광 검출부와, 출력광 및 수신광에 기초하여, 외부 스캔 영역 내의 외부 대상물의 거리를 검출하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 스캐너의 프레임 레이트를 가변하도록 제어하며, 프레임 레이트 가변에 대응하여, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득한다. 이에 의해, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.

Description

공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있는 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치
본 발명은 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있는 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치에 관한 것이다.
거리검출장치는 외부 대상물에 대한 거리를 검출하는 장치이다. 전자기기에서, 외부 대상물에 대한 거리를 검출하고, 검출된 거리에 따른 동작을 제공하고자하는 경향이 증가하고 있다.
이에 따라, 거리검출장치에 대한 소형화,경량화, 및 정확성 향상을 위해, 다양한 노력이 시도되고 있다.
본 발명의 목적은, 공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있는 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 거리검출장치는, 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 수행하여, 외부 스캔 영역으로 출력광을 출력하는 스캐너와, 스캔 영역으로부터의 수신광을 수신하는 광 검출부와, 출력광 및 수신광에 기초하여, 외부 스캔 영역 내의 외부 대상물의 거리를 검출하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 스캐너의 프레임 레이트를 가변하도록 제어하며, 프레임 레이트 가변에 대응하여, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리검출장치는, 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 수행하여, 외부 스캔 영역으로 출력광을 출력하는 스캐너와, 스캔 영역으로부터의 수신광을 수신하는 광 검출부와, 출력광 및 수신광에 기초하여, 외부 스캔 영역 내의 외부 대상물의 거리를 검출하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 스캐너의 스캐닝 각도를 가변하도록 제어하며, 스캐닝 각도 가변에 대응하여, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치는, 디스플레이와, 거리 검출부를 포함하고, 거리 검출부는, 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을 출력하는 광원부와, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 수행하여, 외부 스캔 영역으로 출력광을 출력하는 스캐너와, 스캔 영역으로부터의 수신광을 수신하는 광 검출부와, 출력광 및 수신광에 기초하여, 외부 스캔 영역 내의 외부 대상물의 거리를 검출하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는, 스캐너의 프레임 레이트와 스캐닝 각도 중 적어도 하나를 가변하도록 제어하며, 프레임 레이트와 스캐닝 각도 중 적어도 하나의 가변에 대응하여, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거리검출장치는, 스캐너로부터의 출력광을 외부 스캔 영역으로 출력하고, 출력광에 대응하여 수신되는 수신광을 수신하여, 출력광과 수신광에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출한다. 이때, 스캐너의 프레임 레이트를 가변함으로써, 외부 대상물에 대한 거리 검출시의 공간 해상도를 가변할 수 있게 된다. 특히, 스캐너의 프레임 레이트를 감소시킴으로써, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도가 증가된 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리검출장치는, 스캐너로부터의 출력광을 외부 스캔 영역으로 출력하고, 출력광에 대응하여 수신되는 수신광을 수신하여, 출력광과 수신광에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리를 검출한다. 이때, 스캐너의 스캐닝 각도를 가변함으로써, 외부 대상물에 대한 거리 검출시의 공간 해상도를 가변할 수 있게 된다. 특히, 스캐너의 스캐닝 각도를 감소시킴으로써, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도가 증가된 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상표시장치는, 프레임 레이트와 스캐닝 각도 중 적어도 하나의 가변에 대응하여, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득한다.
또한, 사용자의 선택 입력에 대응하여, 거리 검출부의 프레임 레이트와 스캐닝 각도 중 적어도 하나를 가변할 수 있게 되어, 사용자의 이용 편의성이 증대될 수 있다.
한편, 터치 센서부를 통해 터치 입력을 감지하다가, 사용자의 손가락이 이격되는 경우, 거리 검출부를 활성화시켜, 사용자 손가락에 대한 거리 검출을 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리검출장치에서 거리 검출을 위한 광을 출력하는 것을 도시한다.
도 2는 도 1의 거리검출장치의 간략한 내부 블록도의 일예이다.
도 3은 도 1의 거리검출장치의 구조도의 일예를 예시한 도면이다.
도 4는 도 3의 거리검출장치의 거리 검출 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 5는 도 1의 거리검출장치의 내부 블록도의 다른 예이다.
도 6a 내지 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 거리 검출시의 공간 해상도 가변 방법의 일예를 설명하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출시의 공간 해상도 가변 방법의 일예를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조도의 일예를 예시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출부를 포함하는 영상표시장치에서 거리 검출을 위한 광을 투사하는 것을 도시한다.
도 11은 도 10의 영상표시장치의 일예인 이동 단말기의 내부 블록도이다.
도 12 내지 도 13은 도 10의 영상표시장치의 다양한 동작 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
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.
본 명세서에서 기술되는 거리검출장치는, 스캐닝 방식에 의해, 외부 대상물에 대한 출력광을 출력하고, 외부 대상물에서 수신되는 수신광을 수신하여, 출력광과 수신광에 기초하여, 거리 검출이 가능한 거리검출장치이다.
특히, 스캐너의 프레임 레이트 가변 또는 스캐닝 가변에 의해, 외부 대상물에 대한 거리 검출시, 공간 해상도를 가변할 수 있다.
이를 위해 거리검출장치는, 스캐닝 방식에 의한 TOF (Time of Flight) 방식을 사용한다.
한편, 이러한 거리검출장치는, 이동 단말기, TV, 셋탑 박스, 미디어 플레이어, 게임 기기, 에어컨, 냉장고, 세탁기, 조리기기, 로봇 청소기 등의 가전기기 내에 포함되는 것도 가능하며, 자동차 등의 차량 내에 포함되는 것도 가능하다.
이하에서는 이러한 거리검출장치에 대해 상세히 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리검출장치에서 거리 검출을 위한 광을 출력하는 것을 도시한다.
도면을 참조하면, 거리검출장치(100)는, 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝에 의해, 외부로 출력하는 스캐너(140)를 구비할 수 있다.
이러한 스캐너(140)는, 소정의 프레임 레이트에 따라, 스캔 영역(710)에 대한, 순차적인 스캐닝을 수행하면서, 적외선광 기반의 출력광을 출력할 수 있다.
도면에서는 스캔 영역(710) 내의 외부 대상물(750)이 위치하는 것을 예시하며, 거리검출장치(100)는, 외부 대상물(750)에서 산란 또는 반사되는, 수신광을 수신할 수 있다. 그리고, 출력광과 수신광에 기초하여, 외부 대상물(750)을 포함하는 스캔 영역(710)에 대한 거리 검출을 수행할 수 있다.
한편, 이러한 스캐너(140)는, MEMS 스캐너로서, 소정의 프레임 레이트, 소정의 x축 방향 스캐닝 각도, 소정의 y축 방향 스캐닝 각도에 의해, 구동된다.
한편, 거리검출장치(100)로부터 외부 대상물의 거리가 멀어질수록, 스캔 영역(710)의 면적이 증가하게 된다. 결국, 거리가 멀수록, 외부 대상물에 대해, 단위 면적당 공간 해상도가 낮은, 거리 정보를 획득하게 된다.
본 발명에서는, 이러한 점을 해소하기 위해, 단위 면적당 공간 해상도가 향상된 거리 정보를 획득하는 방안에 대해, 강구한다.
본 발명에서는, 스캐닝시, 외부 대상물에 대해, 공간 해상도가 향상된 거리 정보를 획득하는 방안으로, 스캐너(140)의 프레임 레이트를 가변하거나, 스캐닝 각도를 가변하는 방안을 제시한다. 이러한 방법들에 대해서는 도 6a 이하를 참조하여 상세히 기술한다.
도 2는 도 1의 거리검출장치의 간략한 내부 블록도의 일예이다.
도면을 참조하면, 거리검출장치(100)는, TOF(Time of Flight) 방식으로 출력광을 출력한다.
이를 위해, 거리검출장치(100)은, 메모리(120), 스캐너 구동부(135), 스캐너(140), 프로세서(170), 통신 모듈(180), 광원 구동부(185), 전원 공급부(190), 광원부(210), 광 검출부(280) 등을 구비할 수 있다.
메모리(120)는 프로세서(170)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입력되거나 출력되는 데이터들(예를 들어, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.
통신 모듈(180)은 거리검출장치(100)에 유선 또는 무선으로 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 통신 모듈(180)은 이러한 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 거리검출장치(100) 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 거리검출장치(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
스캐너 구동부(135)는, 스캐너(140)를 구동한다. 특히, 스캐너 구동부(135)는, 스캐너(140)의 제1 방향 스캐닝 각도와 제2 방향 스캐닝 각도를 각각 조절할 수 있다.
스캐너 구동부(135)는, 제1 스캐닝 모드에서, 제1 방향 스캐닝 각도를, x 로 설정될 수 있으며, 제2 방향 스캐닝 각도를, y로 설정할 수 있다. 예를 들어, x는 50도(degree), y는 30도(degree) 일 수 있다.
다른 예로, 스캐너 구동부(135)는, 제2 스캐닝 모드에서, 제1 방향 스캐닝 각도를, x/10 로 설정될 수 있으며, 제2 방향 스캐닝 각도를, y/10 으로 설정할 수 있다. 예를 들어, x/10은 5도(degree), y/10은 3도(degree) 일 수 있다.
즉, 제2 스캐닝 모드는, 제1 스캐닝 모드에 비해, 정밀 스캐닝일 수행하는 경우에 수행될 수 있다.
제1 스캐닝 모드는, 전체 스캐닝 모드라고 명명할 수 있으며, 제2 스캐닝 모드는, 스캐닝 줌 모드라고 명명할 수도 있다.
즉, 전체 스캐닝 모드가 수행된 이후, 자동으로 또는 사용자 입력에 의해, 영역이 선택되는 경우, 중요한 영역 또는 선택 영역에 대해, 스캐닝 줌 모드가 수행될 수도 있다.
한편, 스캐너 구동부(135)는, 스캐너(140)의 스캐너의 프레임 레이트를 가변하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 스캐너 구동부(135)는, 제1 프레임 레이트로 제1 영역에 대해 스캐닝을 수행한 이후, 제1 프레임 레이트 보다 작은 제2 프레임 레이트로 제2 영역에 대해 스캐닝을 수행하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제1 프레임 레이트(A) 보다 낮은 제2 프레임 레이트(A/2)에 의해 스캐닝을 수행하면, 스캐닝시 공간 해상도가, 2배 증가하게 되며, 따라서, 위 면적당 공간 해상도가 2배 향상된 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.
이러한 프레임 레이트 가변은, 사용자 입력 등에 의해, 가변될 수 있다.
한편, 스캐너 구동부(135)는, 프레임 레이트 가변과, 스캐닝 각도를 동시에 조정할 수도 있다. 즉, 사용자 입력 등에 의해, 프레임 레이트와 스캐닝 각도를 조정할 수 있다.
스캐너(140)는, 입력되는 광을, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부에 출력할 수 있다.
스캐너(140)에 입력되는 광은, 외부 대상물에 대한 거리 검출을 위한 출력광을 포함할 수 있다. 여기서 출력광은, 적외선광일 수 있다.
스캐너(140)는, 외부 스캔 영역에 대해, 좌에서 우 방향 스캐닝 및 우에서 좌방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하면서, 외부 스캔 영역 전체에 대한 스캐닝을 프레임 단위로 수행할 수 있다. 그리고, 이러한 스캐닝에 의해, 외부 스캔 영역에 대해 광을 출력할 수 있다.
프로세서(170)는, 거리검출장치(100)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 거리검출장치(100) 내의 각 유닛의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 외부 대상물의 거리 검출을 위해, 출력광에 대응하는 전기 신호를 광원 구동부(185)로 전송할 수 있다.
프로세서(170)는, 스캐너(140)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차 및 반복적으로 수행하여, 외부에 출력광을 출력하도록 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 광원 구동부(185)로 전송되는 출력광에 대응하는 전기 신호와, 광 검출부(280)에서 수신되는 수신광에 기초한 전기 신호에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리 검출을 수행할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(170)는, 출력광에 대응하는 전기 신호와, 수신광에 대응하는 전기 신호의 위상 차이를 이용하여, 외부 스캔 영역(700)에 거리를 검출할 수 있다. 그리고, 프로세서(170)는, 프레임 단위로 검출되는 외부 스캔 영역에 대한 거리 정보에 기초하여, 사용자의 제스쳐 동작을 검출할 수 있다.
또한, 광원부(210)는, 적외선 광을 출력하는 적외선 광원부를 포함할 수 있다.
광검출부(280)는, 출력광에 대응하여 외부로부터 수신되는 수신광을 전기 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해, 광검출부(280)는, 광 신호를 수신 신호, 즉 전기신호로 변환하는 포토 다이오드(Photodiode)를 포함할 수 있다. 특히, 광검출부(280)는, 고 광전 효율의 포토 다이오드로 외부 대상물로부터 산란된 수신광을 전기 신호로 변환해주는 Avalanche Photodiode를 포함할 수 있다.
한편, 광검출부(280)는, 출력광이 적외선광인 경우, 적외선광의 수신광을 수신하기 위해, CCD(Charge Coupled Device), 또는 CMOS 센서를 포함할 수도 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 광검출부(280)와 프로세서(170) 사이에, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 샘플러(미도시)가 더 구비될 수 있다.
한편, 광원 구동부(185)는, 프로세서(170)로부터 수신되는 출력광에 대응하는 전기 신호에 대응하여, 광원 구동부(185) 내의 적외선 광원에서, 적외선광이 출력되도록 제어할 수 있다.
전원 공급부(190)는 프로세서(170)의 제어에 의해 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
도 3은 도 1의 거리검출장치의 구조도의 일예를 예시한 도면이다.
도 3의 거리검출장치(100)는, 광원부(210), 집광부(212), 제1 광반사부(220)와 제2 광반사부(256), 스캐너(140), 프로세서(170), 광원 구동부(185), 집광부(218), 적외선 투과 필터(282), 및 광검출부(280)를 구비할 수 있다.
광원부(210)는 적외선 방식의 출력광을 출력하는 출력광 광원부(210IR)를 구비할 수 있다. 출력광 광원부(210IR)는, 레이저 다이오드 또는 LED를 구비할 수 있다.
한편, 출력광 광원부(210IR)는, 광원 구동부(185)로부터의 전기 신호에 의해, 구동될 수 있으며, 이러한 광원 구동부(185)의 전기 신호는, 프로세서(170)의 제어에 의해, 생성될 수 있다. 이에 의해, 출력광 광원부(210IR)가 출력광을 출력할 수 있다.
출력광 광원부(210IR)에서 출력되는 광은, 집광부(212) 및 제1 광반사부(220)와 제2 광반사부(256)를 거쳐, 스캐너(140)로 입사된다.
집광부(212)는, 광원부(210)에서 출력되는 출력광을 시준한다(collimate). 이를 위해, 집광부(212)는, 출력광을 시준하기 위한 Collimate Lens를 구비할 수 있다.
제1 광반사부(220)와 제2 광반사부(256)는, Total Mirror(TM)를 구비할 수 있다.
그리고, 스캐너(140)는, 스캐닝에 의해 출력광을 외부 스캔 영역으로 출력한다. 외부 스캔 영역에서, 출력광(IR)이, 산란 또는 반사되어, 수신광이, 거리검출장치(100)로 입사될 수 있다. 구체적으로, 수신광이, 집광부(218), 적외선 투과 필터(282)를 거쳐, 광검출부(280)로 입력될 수 있다.
광검출부(280)는, 이러한 수신광을 전기 신호로 변환하고, 프로세서(170)는, 수신광과 출력광에 기초하여, 거리 검출을 수행할 수 있다.
도 4는 도 3의 거리검출장치의 거리 검출 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 여기서, Tx는 출력광의 위상 신호, Rx는 수신광의 위상 신호를 나타낸다.
도면을 참조하면, 거리검출장치(100)의 프로세서(170)는, 출력광의 위상 신호와 수신광의 위상 신호의 위상 차이(Φ)에 따라, 거리 정보 레벨을 산출할 수 있다.
예를 들어, 위상 차이가 클수록, 외부 대상물이 멀리 있는 것이므로, 거리 정보 레벨이 크도록 설정할 수 있으며, 위상 차이가 작을수록, 외부 대상물이 가깝게 있는 것이므로, 거리 정보 레벨이 작도록 설정할 수 있다.
이러한, 거리 레벨 설정은, 상술한 바와 같이, 외부 스캔 영역(710)을 수평 스캐닝 및 수직 스캐닝하면서, 외부 스캔 영역(710) 내의 각 영역 별로 수행된다. 한편, 외부 스캔 영역(710)의 각 영역 별로, 거리 정보 레벨의 검출이 가능하다.
도 5는 도 1의 거리검출장치의 내부 블록도의 다른 예이다.
거리검출장치(100)는, 프로세서(170), 광원 광원 구동부(185), 광원부(210), 스캐너(140), 광검출부(280), 증폭기(310), 필터부(315), 및 샘플러(285)를 구비할 수 있다.
프로세서(170)는 광원 광원 구동부(185)를 제어하여, 광원 광원 구동부(185)에서, 출력광 출력을 위한 전기 신호(Tx)가 광원부(210)에 출력되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 광원부(210)는 출력광을 출력한다.
스캐너(140)는, 출력광을 수신하여, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝에 의해, 외부 스캔 영역에, 출력광을 출력한다. 특히, 외부 대상물(40)에 대해, 출력광을 출력한다.
한편, 광검출부(280)는, 외부 대상물(40)에서 산란 또는 반사되는 수신광을 수신하고, 수신광을 전기 신호(Rx)로 변환한다.
증폭기(310)는, 수신광에 대응하는 전기 신호(Rx)를 증폭하고, 필터부(315)는 소정의 대역폭으로, 밴드패스 필터링을 수행한다. 그리고, 샘플러(285)는, 필터링된 신호에 대해 샘플링(sampling)을 수행한다.
프로세서(170)는, 입력되는 샘플링된 신호에 기초하여, 외부 대상물(40)에 대한 거리 검출을 수행한다.
도 6a 내지 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 거리 검출시의 공간 해상도 가변 방법의 일예를 설명하는 도면이다.
먼저, 도 6a는 외부 스캔 영역(715)에 대해, 스캐너(140)가 제1 프레임 레이트(A), 및 제1 스캐닝 각도(X)와 제2 스캐닝 각도(Y)에 의해, 스캐닝을 수행하는 것을 예시한다. 이에 따라, 외부 대상물(756)에 대한 스캐닝이 수행되면서, 출력광이 출력된다.
다음, 도 6b는, 외부 대상물(756)에 대한 스캐닝시의 공간 해상도를 증가시키는 방법을 예시한다.
도면에서는, 스캐너(140)가 제1 프레임 레이트(A) 보다 낮은 제2 프레임 레이트(A/2)에 의해 스캐닝을 수행하는 것을 예시한다. 이때, 제1 스캐닝 각도(X)와 제2 스캐닝 각도(Y)는 그대로 유지하는 것으로 한다. 이러한 경우, 스캐닝시 공간 해상도가, 도 6a에 비해, 2배 증가하게 된다.
예를 들어, 도 6a에서 프레임 레이트가 60Hz인 상태에서, 프레임 레이트를 30Hz로 낮추는 경우, 스캐너(140)의 스캐닝 속도는 일정하므로, 스캔 영역(715)에 대한 단위 면적당 스캐닝 횟수가 증가하게 된다. 즉, 도 6b와 같이, 수평 라인에 대해, 2배의 공간 해상도를 가지면서, 스캐닝이 수행되게 된다.
이에 따라, 외부 대상물(756)에 대한 보다 상세한 거리 정보를 획득할 수 있게 된다. 즉, 단위 면적당 공간 해상도가 2배 향상된 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.
한편, 외부 대상물(756)에 대한 보다 상세한 거리 정보를 획득을 위해, 프레임 레이트 외에, 필터부(315) 대역폭과, 샘플러(285)의 샘플링 레이트를 가변하는 것도 가능하다.
예를 들어, 스캔 영역 내의 한 라인에 대한 스캐닝시, 수평해상도를 증가시키기 위해서, 필터부(315)의 대역폭을 증가시키고, 샘플러(285)의 샘플링 레이트를 증가시키는 것이 바람직하다.
이러한 대역폭 및 샘플링 레이트 가변에 의해, 스캐닝시의, 수평 해상도가 증가될 수 있으며, 상술한 프레임 레이트 가변에 의해, 스캐닝시의 수직 해상도가 가변할 수 있게 된다.
결국, 공간 해상도 향상된 거리 정보 획득을 위해, 프레임 레이트를 낮추거나, 필터부(315) 대역폭과 샘플러(285)의 샘플링 레이트를 증가시키거나, 이들의 조합이 가능하다.
프로세서(170)는, 사용자 입력 등에 기초하여, 프레임 레이트를 가변하도록 제어할 수 있다. 그리고, 스캐너 구동부(135)는, 프로세서(170)에 제어에 기초하여, 스캐너(140)의 프레임 레이트가 가변되도록 제어할 수 있다.
또는, 프로세서(170)는, 외부 대상물에 대한 움직임이 감지되는 경우, 보다 정확한, 거리 검출 등을 위해, 프레임 레이트가 낮아지도록 제어할 수 있다. 죽, 도 6b와 같이, 프레임 레이트가 A/2가 되도록 제어할 수 있다. 그리고, 스캐너 구동부(135)는, 프로세서(170)에 제어에 기초하여, 스캐너(140)의 프레임 레이트가 낮아지도록 제어할 수 있다.
도 7a는 샘플러(285)에서의 제1 샘플링 레이트(B)를 예시하며, 도 7b는 샘플러(285)에서의 제2 샘플링 레이트(2B)를 예시한다. 도 7b의 샘플링 간격(Tk)이 도 7a의 샘플링 간격(2Tk) 보다 0.5배 작으며, 이에 따라, 도 7b의 샘플링 레이트가 2배가 되는 것을 알 수 있다.
프로세서(170)는, 이러한 데이터들을 수신하여, 보다 상세하고, 공간 해상도, 즉 수평 해상도가 증가된 거리 정보 검출을 수행할 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리 검출시의 공간 해상도 가변 방법의 일예를 설명하는 도면이다.
먼저, 도 8a 내지 도 8b는 도 6a 내지 도 6b의 프레임 레이트 가변이 아닌, 스캐닝 각도 가변이라는 점에서 차이가 있다.
도 8a는 도 6a와 동일하게,외부 스캔 영역(715)에 대해, 스캐너(140)가 제1 프레임 레이트(A), 및 제1 스캐닝 각도(X)와 제2 스캐닝 각도(Y)에 의해, 스캐닝일 수행하는 것을 예시한다. 예를 들어, x는 50도(degree), y는 30도(degree) 일 수 있다. 이에 따라, 외부 대상물(756)에 대한 스캐닝이 수행되면서, 출력광이 출력될 수 있다.
한편, 도면에서는, 제1 스캐닝 모드를 위해, 스캐너(140)에 입력되는 제1 스캐닝 구동 신호(Scan1)를 예시한다. 소정 시간 간격으로, 스캐닝 구동 신호의 앰플리튜드가 반복되는 것을 알 수 있다.
다음, 도 8b는, 외부 대상물(756)에 대한 스캐닝시의 공간 해상도를 증가시키는 방법을 예시한다.
도면에서는, 스캐너(140)의 제1 스캐닝 각도와 제2 스캐닝 각도가, 각각 X/10와 Y/10로서, 도 8a에 비해, 각각 작아지는 것을 예시한다. 예를 들어, x/10은 5도(degree), y/10은 3도(degree) 일 수 있다. 이때, 프레임 레이트(A)는 그대로 유지되는 것이 바람직하다.
한편, 도면에서는, 제2 스캐닝 모드를 위해, 스캐너(140)에 입력되는 제2 스캐닝 구동 신호(Scan2)를 예시한다. 소정 시간 간격으로, 스캐닝 구동 신호의 앰플리튜드가 반복되는 것을 알 수 있다. 이때, 제2 스캐닝 구동 신호(Scan2)의 앰플리튜드는, 제1 스캐닝 구동 신호(Scan1)의 앰플리튜드 보다 작아지며, 이에 의해, 스캐닝 각도가 작아지게 된다.
한편, 도 8b의 경우, 스캐닝시 스캔 영역(717)이 도 8a에 비해, 1/100배 감소하게 된다. 이에 따라, 도 8a의 전체 스캔 영역(715) 중 일부 영역(717)에 대해서만, 스캐닝이 수행될 수 있게 된다.
이러한 방법에 의하면, 프레임 레이트는 일정하나, 스캐닝 각도가 줄어들었으므로, 일부 영역(717)에서의 단위 면적당 스캐닝 공간 해상도는 증가하게 된다. 대략 100배로 증가할 수 있게 된다.
이에 따라, 외부 대상물(756)에 대한 보다 상세한 거리 정보를 획득할 수 있게 된다. 즉, 단위 면적당 공간 해상도가 100배 향상된 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.
이러한, 스캐닝 각도 조정에 의한, 스캐닝 영역 조정을 스캐닝 줌(scanning zoom)이라 명명할 수 있다.
한편, 도 8b와 같이, 스캐닝 각도를 조정하는 경우, 일부 영역(717)에서의 단위 면적당 스캐닝 공간 해상도는 증가하게 되나, 프레임 당 처리할 전체 데이터 양은 그대로일 수 있다.
프로세서(170)는, 특정 영역(717)에 대해 스캐닝 줌된 데이터들을 수신하여, 보다 상세하고, 공간 해상도 증가된 거리 검출을 수행할 수 있다.
한편, 도 8b의 경우에도, 도 7b 등에서 기술한 바와 같이, 필터부(315) 대역폭과 샘플러(285)의 샘플링 레이트를 증가시키는 것이 가능하다.
결국, 특정 영역에 대한, 공간 해상도 향상된 거리 정보 획득을 위해, 스캐닝 각도를 조절하거나, 필터부(315) 대역폭과 샘플러(285)의 샘플링 레이트를 증가시키거나, 이들의 조합이 가능하다.
한편, 도 8a 내지 도 8b에서는, 스캐너(140)의 제1 스캐닝 각도와 제2 스캐닝 각도를 감소시키고, 프레임 레이트를 그대로 유지하면서, 공간 해상도를 증가시키는 방법을 예시하나, 이와 달리 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 스캐너(140)의 제1 스캐닝 각도만을 감소시킨다던가, 제2 스캐닝 각도만 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 도 8a의 스캔 영역(715) 중 외부 대상물(756)에 대해서만, 스캐닝을 수행하기 위해서는, 제1 스캐닝 각도와 제2 스캐닝 각도를, 각각 X/2와 Y로 설정하는 것이 가능하다. 그리고, 프레임 레이트를 그대로 유지할 수 있다. 이러한 경우, 2배의 공간 해상도 증가된, 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.
한편, 프로세서(170)는, 스캐닝 각도 조절에 의한 스캐닝 줌이, 스캐닝 영역에 전체에 대한, 거리 검출 연산에 의해, 외부 대상물의 위치를 파악한 이후, 수행되도록 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(170)는, 사용자 입력 등에 기초하여, 스캐닝 각도를 가변하도록 제어할 수 있다. 그리고, 스캐너 구동부(135)는, 프로세서(170)에 제어에 기초하여, 스캐너(140)의 스캐닝 각도가 가변되도록 제어할 수 있다.
또는, 프로세서(170)는, 외부 대상물(예를 들어, 사용자의 손)에 대한 움직임이 감지되는 경우, 보다 정확한, 거리 검출 등을 위해, 스캐닝 각도가 작아지도록 제어할 수 있다. 죽, 도 8b와 같이, 스캐닝 각도가 x/10, y/10이 되도록 제어할 수 있다. 그리고, 스캐너 구동부(135)는, 프로세서(170)에 제어에 기초하여, 스캐닝 각도가 작아지도록 제어할 수 있다.
다음, 도 8c는, 외부 대상물(756)에 대한 스캐닝시의, 스캐닝 각도 및 프렝림 레이터를 함께 가변하는 방법을 예시한다.
도면에서는, 스캐너(140)의 제1 스캐닝 각도와 제2 스캐닝 각도가, 각각 X/100와 Y/100로서, 도 8a에 비해, 각각 작아지는 것을 예시하며, 또한, 프레임 레이트(A/2)도 작아지는 것을 예시한다.
예를 들어, 제1 스캐닝 각도와 제2 스캐닝 각도를, 각각 X/10와 Y/10로 설정하면서, 프레임 레이트를 60Hz에서 30Hz로 감소시키는 경우, 전체적으로, 도 8a에 비해, 10*10*2=200배의 공간 해상도 증가된, 거리 정보를 획득할 수 있게 된다.
한편, 프로세서(170)는, 스캐닝 각도 조절에 의한 스캐닝 줌 및 프레임 레이트 가변이, 스캐닝 영역에 전체에 대한, 거리 검출 연산에 의해, 외부 대상물의 위치를 파악한 이후, 수행되도록 제어할 수도 있다.
한편, 프로세서(170)는, 사용자 입력 등에 기초하여, 스캐닝 각도 및 프레임 레이트를 가변하도록 제어할 수 있다. 그리고, 스캐너 구동부(135)는, 프로세서(170)에 제어에 기초하여, 스캐너(140)의 스캐닝 각도 및 프레임 레이트가 가변되도록 제어할 수 있다.
또는, 프로세서(170)는, 외부 대상물(예를 들어, 사용자의 손)에 대한 움직임이 감지되는 경우, 보다 정확한, 거리 검출 등을 위해, 스캐닝 각도 및 프레임 레이트가 작아지도록 제어할 수 있다. 죽, 도 8c와 같이, 스캐닝 각도가 x/10, y/10이 되고, 프레임 레이트가 A/2가 되도록 제어할 수 있다. 그리고, 스캐너 구동부(135)는, 프로세서(170)에 제어에 기초하여, 스캐닝 각도 및 프레임 레이트가 작아지도록 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구조도의 일예를 예시한다.
도면을 참조하면, 도 9의 디스플레이 장치(30)는, 광출력 모듈(600), 및 스크린(200)을 구비할 수 있다.
도 9의 광 출력 모듈(600)은, 도 1의 거리검출장치(100)와 유사하게, 출력광을 출력하나, 가시광에 기초한 투사 영상을 더 출력하는 점에서 그 차이가 있다.
즉, 광출력 모듈(600)은, 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝에 의해, 외부로 출력하며, 출력광에 대응하는 수신광을 수신하며, 출력광과 수신광에 기초하여 외부 대상물의 거리 또는 움직임을 검출할 수 있다.
또한, 광출력 모듈(600)은, 출력광과 함께, 가시광에 기초한 투사 영상을, 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝에 의해, 외부로 출력할 수 있다.
이를 위해, 광출력 모듈(600)은, 스캐닝 방식에 의해, 투사 영상과 출력광을 동시에 출력할 수 있는 2D 스캐너(140)를 구비할 수 있다.
한편, 스크린(200)을 기준으로, 광출력 모듈(600)의 반대편에 위치하는 사용자가, 스크린(200) 상에 투사되는 투사 영상을 인식하므로, 이러한 방식을, 후면 투사 방식이라 명명할 수 있다.
한편, 스크린(200)을 기준으로, 광출력 모듈(600)의 반대편에 위치하는 사용자에 대해서는, 스크린(200) 방향으로 출력되는 출력광에 기초하여, 거리 검출 수행이 가능할 수 있다.
예를 들어, 스크린(200) 앞에 위치하는 사용자가 손가락을 이용하여, 스크린(200)을 터치하는 터치 입력을 수행하는 경우, 광출력 모듈(600)은, 사용자 손가락(20)에서 산란 또는 반사되는 수신광을 수신하고, 출력광과 수신광에 기초하여, 터치 입력을 감지할 수 있다.
다른 예로, 도면과 같이, 스크린(200) 앞에 위치하는 사용자가 손을 이용하여, 스크린(200) 앞에서 제스쳐 입력을 수행하는 경우, 광출력 모듈(600)은, 사용자 손에서 산란 또는 반사되는 수신광을 수신하고, 출력광과 수신광에 기초하여, 제스쳐 입력을 감지할 수 있다.
결국, 이러한 디스플레이 장치(30)에 의하면, 터치 입력 및 제스쳐 입력이 가능하게 된다.
이를 위해, 광출력 모듈(600)은, 광원부(210), 집광부(212), 광합성부(220), 광반사부(257), 광 경로 변환부(258), 스캐너(140), 프로세서(170), 광원 구동부(185), 집광부(218), 적외선 투과 필터(282), 및 광검출부(280)를 구비할 수 있다.
광원부(210)는, 복수의 광원부를 구비할 수 있다. 즉, 광원부(210)는, 적색 광원부(210R), 녹색 광원부(210G), 청색 광원부(210B), 적외선 방식의 출력광을 출력하는 출력광 광원부(210IR)를 구비할 수 있다. 이 중, 광원부(210R,210G,210B)는, 레이저 다이오드를 구비할 수 있다.
한편, 각 광원부(210R,210G,210B,210IR)는, 광원 구동부(185)로부터의 각 전기 신호에 의해, 구동될 수 있으며, 이러한 광원 구동부(185)의 전기 신호는, 프로세서(170)의 제어에 의해, 생성될 수 있다. 한편, 출력광에 대응하는 전기 신호에 의해, 출력광 광원부(210IR)가 출력광을 출력할 수 있다.
각 광원부(210R,210G,210B,210IR)에서 출력되는 광들은, 집광부(212) 내의 각 집광 렌즈(collimator lenz)를 통해, 시준될 수 있다(collimate).
광합성부(220)는, 각 광원부(210R,210G,210B,210IR)에서에서 출력되는 광을 합성하여 일 방향으로 출력한다. 이를 위해, 광합성부(220)는, 4개의 미러(mirror)(220a,220b,220c,220d)를 구비할 수 있다.
즉, 제1 광합성부(220a), 제2 광합성부(220b), 제3 광합성부(220c), 및 제4 광합성부(220d)는, 각각, 적색 광원부(210R)에서 출력되는 적색광, 녹색 광원부(210G)에서 출력되는 녹색광, 청색 광원부(210B)에서 출력되는 청색광, 출력광 광원부(210IR)에서 출력되는 출력광을, 스캐너(140) 방향으로 출력하도록 한다.
광반사부(257)는, 광합성부(220)를 통과한 적색광,녹색광,청색광,출력광을 스캐너(140) 방향으로 반사시킨다. 광반사부(257)는, 다양한 파장의 광을 반사시키며, 이를 위해, Total Mirror(TM)로 구현될 수 있다.
한편, 스캐너(140)는, 광원부(210)으로부터의 가시광(RGB),출력광(IR)을, 입력받아, 외부로 제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 스캐닝 동작을, 외부 스캔 영역의 전체에 대해, 반복하여 수행한다. 특히, 스캐너(140)에서 출력되는 가시광(RGB),및 출력광(IR)은, 스크린(200)에 출력될 수 있다.
이에 의해, 스크린(200) 상에 가시광(RGB)에 대응하는 투사 영상이 표시될 수 있다.
한편, 스크린(200) 앞에 위치하는 외부 대상물에 대해, 출력광(IR)이, 산란 또는 반사되고, 수신광이, 광출력 모듈(100)로 입사될 수 있다. 구체적으로, 수신광이, 집광부(218), 적외선 투과 필터(282)를 거쳐, 광검출부(280)로 입력될 수 있다.
광검출부(280)는, 이러한 수신광을 전기 신호로 변환하고, 프로세서(170)는, 손가락(20)에 의한 수신광과 출력광에 기초하여, 외부 대상물에 대한 거리 검출을 수행할 수 있다. 이때, 외부 대상물이, 스크린(200) 상에 터치되는 사용자의 손가락인 경우, 프로세서(170)는, 터치 입력에 대한 처리를 수행할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 외부 대상물에 대한 공간 해상도 증가를 위해, 광출력 모듈(600) 내의 스캐너(140)는, 프레임 레이트를 가변하거나, 스캐닝 각도를 가변하거나, 프레임 레이트와 스캐닝 각도를 동시에 가변할 수도 있다. 특히, 사용자 터치 입력에 대한 공간 해상도 증가를 위해, 터치 부분에 대해, 스캐닝 각도 조절에 의한, 스캐닝 줌을 수행할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 스캐너(140)에서 가시광(RGB)을 출력하므로, 투사 영상이 표시되는 스크린(200)이 자유 곡면(free-form)을 가져도, 해당 스크린의 곡면에 대응하여, 투사 영상을 표시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 스크린(200)의 곡면 상태를, 출력광에 의한 거리 검출을 통해, 파악하고, 해당 곡면에 대응하여, 표시 영상의 스케일링을 수행하고, 스케일링된 투사 영상을 표시하는 것도 가능하다. 이에 따라, 자유 곡면 디스플레이가 가능하게 된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 거리 검출부를 포함하는 영상표시장치에서 거리 검출을 위한 광을 투사하는 것을 도시한다.
도면을 참조하면, 영상표시장치(1000)는, 디스플레이(180)와, 거리검출부(100), 카메라(1021)를 구비할 수 있다.
여기서, 거리 검출부(100)는, 도 1 내지 도 8b에서 기술한 거리 검출부로서, 스캐닝 각도와 프레임 레이트 중 적어도 하나에 대해 가변 가능한, 거리검출부일 수 있다.
도면에서는, 디스플레이(1080)의 후면 방향에, 카메라(1021)와 거리 검출부(100)가 위치하는 것을 예시한다.
또한, 도면에서는, 도 6a와 유사하게, 외부 스캔 영역(715)에 대해, 스캐너(140)가 제1 프레임 레이트(A), 및 제1 스캐닝 각도(X)와 제2 스캐닝 각도(Y)에 의해, 스캐닝을 수행하는 것을 예시한다. 이에 따라, 외부 대상물(756)에 대한 스캐닝이 수행되면서, 출력광이 출력된다.
한편, 사용자의 입력에 의해, 또는, 외부 대상물(756)에서 움직임이 감지되는 경우, 도 6b와 같이, 프레임 레이트가 A/2로 가변하거나, 도 8b와 같이, 스캐닝 각도가 작아지거나, 도 8c와 같이 프레임 레이트와 스캐닝 각도가 함께 가변되는 것이 가능하다.
도 11은 도 10의 영상표시장치의 일예인 이동 단말기의 내부 블록도이다.
도 11은 도 1의 이동 단말기의 내부 블록도이다.
도 11을 참조하면, 이동 단말기(1000)는, 무선 통신부(1010), A/V(Audio/Video) 입력부(1020), 사용자 입력부(1030), 센싱부(1040), 출력부(1050), 메모리(1060), 인터페이스부(1035), 제어부(1070), 및 전원 공급부(1090)를 포함할 수 있다.
무선 통신부(1010)는, 방송수신 모듈(1011), 이동통신 모듈(1013), 무선 인터넷 모듈(1015), NFC 모듈(1017), 및 GPS 모듈(1019) 등을 포함할 수 있다.
방송수신 모듈(1011)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(1011)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(1060)에 저장될 수 있다.
이동통신 모듈(1013)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(1015)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 무선 인터넷 모듈(1015)은 이동 단말기(1000)에 내장되거나 외장될 수 있다.
NFC 모듈(1017)은 근거리 자기장 통신을 수행할 수 있다. NFC 모듈(1017)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(1019)은 복수 개의 GPS 인공위성으로부터 위치 정보를 수신할 수 있다.
A/V(Audio/Video) 입력부(1020)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(1021), 거리 검출부(100), 마이크(1023) 등이 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른, 거리 검출부(100)는, 도 1과 같은 초소형의 거리 검출 장치일 수 있다. 특히, 스캐닝 각도와 프레임 레이트 가변이 가능하며, 이를 기반으로, 거리 검출을 수행할 수 있다. 이에 대한 설명은, 상술한 도 1 내지 도 9의 설명을 참조로 생략한다.
한편, 거리 검출부(100)는, 카메라(1021)와 함께, 3D 카메라(1022) 내에 구비될 수 있다.
한편, 산출된 거리 정보는, 제어부(1070)에 전달되어, 멀티미디어 재생시에, 특히 3D 영상 표시시에 사용되거나, 외부로 전달될 수 있다.
사용자 입력부(1030)는 사용자가 단말기의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다. 이를 위해, 사용자 입력부(1030)는, 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 또는 터치 센서부(정압/정전)(도 13의 1270) 중 적어도 하나를 구비할 수 있다. 특히, 터치 센서부(1270)가 후술하는 디스플레이(1080)와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린(touch screen)이라 부를 수도 있다.
센싱부(1040)는 이동 단말기(1000)의 개폐 상태, 이동 단말기(1000)의 위치, 사용자 접촉 유무 등과 같이 이동 단말기(1000)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(1000)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킬 수 있다.
센싱부(1040)는, 감지센서(1041), 압력센서(1043), 및 모션 센서(1045) 등을 포함할 수 있다. 모션 센서(1045)는 가속도 센서, 자이로 센서, 중력 센서 등을 이용하여 이동 단말기(1000)의 움직임이나 위치 등을 감지할 수 있다. 특히, 자이로 센서는 각속도를 측정하는 센서로서, 기준 방향에 대해 돌아간 방향(각도)을 감지할 수 있다.
출력부(1050)는 디스플레이(1080), 음향출력 모듈(1053), 알람부(1055), 및 햅틱 모듈(1057), 등을 포함할 수 있다.
디스플레이(1080)는 이동 단말기(1000)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다.
한편, 전술한 바와 같이, 디스플레이(1080)와 터치패드가 상호 레이어 구조를 이루어 터치스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이(1080)는 출력 장치 이외에 사용자의 터치에 의한 정보의 입력이 가능한 입력 장치로도 사용될 수 있다.
음향출력 모듈(1053)은 무선 통신부(1010)로부터 수신되거나 메모리(1060)에 저장된 오디오 데이터를 출력한다. 이러한 음향출력 모듈(1053)에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(1055)는 이동 단말기(1000)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 예를 들면, 진동 형태로 신호를 출력할 수 있다. .
햅틱 모듈(haptic module)(1057)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(1057)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동 효과가 있다.
메모리(1060)는 제어부(1070)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(1035)는 이동 단말기(1000)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 인터페이스부(1035)는 이러한 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 이동 단말기(1000) 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 이동 단말기(1000) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
제어부(1070)는 통상적으로 상기 각부의 동작을 제어하여 이동 단말기(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행할 수 있다. 또한, 제어부(1070)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 재생 모듈(1081)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 재생 모듈(1081)은 제어부(1070) 내에 하드웨어로 구성될 수도 있고, 제어부(1070)와 별도로 소프트웨어로 구성될 수도 있다.
전원 공급부(1090)는, 제어부(1070)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
이와 같은 구성의 이동 단말기(1000)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 11에 도시된 이동 단말기(1000)의 블록도는 본 발명의 일실시예를 위한 블록도이다. 블록도의 각 구성요소는 실제 구현되는 이동 단말기(1000)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 12 내지 도 13은 도 10의 영상표시장치의 다양한 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 12는, 카메라(1021)를 통해, 촬영된 이미지(1010)가, 디스플레이(1080)에 표시된 상태에서, 사용자로부터, 이미지(1010) 내의 특정 영역(1015)을 선택하는 선택 입력이 있는 경우, 해당 영역(1015)에 대응하여, 스캐닝 줌이 수행되는 것을 예시한다.
즉, 사용자의 손가락(1100)를 이용하여, 외부 대상물(756)을 촬영한 이미지(1010) 중 얼굴 영역(1015)을 터치하면, 터치 입력에 기초하여, 제어부(1070)는, 선택 영역을 중심으로 스캐닝 줌이 수행되도록 제어할 수 있다.
즉, 제어부(1070)는, 거리 검출부(100)의 스캐닝 각도가 가변되도록 제어할 수 있다.
도면을 참조하면, 스캐너(140)의 제1 스캐닝 각도와 제2 스캐닝 각도가, 각각 X/10와 Y/10로서, 도 10에 비해, 각각 작아질 수 있다. 이때, 프레임 레이트(A)는 그대로 유지될 수 있다.
이러한 경우, 스캐닝시 스캔 영역(717)이 도 10에 비해, 1/100배 감소하게 된다. 이에 따라, 전체 스캔 영역(715) 중 일부 영역(717)에 대해서만, 스캐닝이 수행될 수 있게 된다.
한편, 제어부(1070)는, 스캐닝 각도 외에, 프레임 레이트를 가변하거나, 스캐닝 각도와 프레임 레이트를 함께, 가변하도록 제어할 수도 있다.
예를 들어, 제어부(1070)는, 이미지(1010) 내의 특정 영역(1015) 선택시, 스캐닝 각도 조절을 위한 오브젝트(미도시)와, 프레임 레이트 조절을 위한 오브젝트(미도시)가 표시도록 제어할 수 있다. 이러한 경우, 사용자 선택에 의해, 스캐닝 각도, 프레임 레이트 중 적어도 하나를 조절하도록 하는 것도 가능하다.
도 13은 디스플레이(1080) 상부에, 전면 카메라(1250)와 거리 검출부(100b)가 배치되는 영상표시장치(1000)를 예시한다.
영상표시장치(1000)는, 디스플레이(1080) 상에 배치되는 터치 센서부(1270)를 구비할 수 있으며, 사용자 손가락(1100)이, 터치되는 경우, 터치 센서부(1270)를 통해, 터치 입력을 감지할 수 있다.
한편, 사용자의 손가락(1100)이 터치 센서부(1270)에서 이격되어, 떨어지는 경우, 거리 검출부(100b)가 활성화되어, 동작할 수 있다. 도면에서는, 사용자이 손가락(110))이 Dx 거리만큼 이격된 것을 예시한다.
이러한 경우, 제어부(1070)는, 도 1 내지 도 8b에서 기술한 바와 같이, 거리 검출부(100b) 내의 스캐너가 스캐닝을 수행하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 손가락(1100)에 의한 제스쳐 입력을 제어부(1070)가 처리할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 거리검출장치는 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 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치에 적용 가능하며, 특히, 공간 해상도가 가변되는 거리 정보를 획득할 수 있는 거리검출장치 및 이를 구비한 영상표시장치에 적용 가능하다.

Claims (18)

  1. 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을 출력하는 광원부;
    제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 수행하여, 외부 스캔 영역으로 상기 출력광을 출력하는 스캐너;
    상기 스캔 영역으로부터의 수신광을 수신하는 광 검출부; 및
    상기 출력광 및 상기 수신광에 기초하여, 상기 외부 스캔 영역 내의 외부 대상물의 거리를 검출하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 스캐너의 프레임 레이트를 가변하도록 제어하며,
    상기 프레임 레이트 가변에 대응하여, 상기 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 프레임 레이트 가변시, 상기 스캐너의 스캐닝 각도가 일정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 스캐너의 프레임 레이트를 감소시켜, 상기 외부 대상물에 대해, 공간 해상도가 증가한 거리 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 외부 대상물에 대한, 공간 해상도 가변된 거리 정보 획득을 위해, 상기 스캐너의 스캐닝 각도가 가변하도록 더 제어하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 검출부에서 출력되는 전기 신호를 샘플링하는 샘플러;를 더 구비하고,
    상기 프로세서는,
    상기 외부 대상물에 대한, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득을 위해, 상기 샘플러의 샘플링 레이트가 가변하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 검출부에서 출력되는 전기 신호를 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭된 신호를 필터링하는 필터부;를 더 포함하고,
    상기 샘플러는, 상기 필터링된 신호를 샘플링하며,
    상기 프로세서는,
    상기 외부 대상물에 대한, 공간 해상도 가변된 거리 정보 획득을 위해, 상기 필터부의 대역폭이 가변하도록 더 제어하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  7. 외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을 출력하는 광원부;
    제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 수행하여, 외부 스캔 영역으로 상기 출력광을 출력하는 스캐너;
    상기 스캔 영역으로부터의 수신광을 수신하는 광 검출부; 및
    상기 출력광 및 상기 수신광에 기초하여, 상기 외부 스캔 영역 내의 외부 대상물의 거리를 검출하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 스캐너의 스캐닝 각도를 가변하도록 제어하며,
    상기 스캐닝 각도 가변에 대응하여, 상기 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 스캐닝 각도 가변시, 상기 스캐너의 프레임 레이트가 일정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 스캐너의 제1 방향 각도와 제2 방향 각도 중 적어도 하나를 감소시켜, 상기 외부 대상물에 대해, 단위 면적당 공간 해상도가 증가한 거리 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 광 검출부에서 출력되는 전기 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭된 신호를 필터링하는 필터부; 및
    상기 필터링된 신호를 샘플링하는 샘플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
  11. 디스플레이; 및
    거리 검출부;를 포함하고,
    상기 거리 검출부는,
    외부 대상물의 거리 검출을 위한 출력광을 출력하는 광원부;
    제1 방향 스캐닝 및 제2 방향 스캐닝을 수행하여, 외부 스캔 영역으로 상기 출력광을 출력하는 스캐너;
    상기 스캔 영역으로부터의 수신광을 수신하는 광 검출부; 및
    상기 출력광 및 상기 수신광에 기초하여, 상기 외부 스캔 영역 내의 외부 대상물의 거리를 검출하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    상기 스캐너의 프레임 레이트와 스캐닝 각도 중 적어도 하나를 가변하도록 제어하며,
    상기 프레임 레이트와 상기 스캐닝 각도 중 적어도 하나의 가변에 대응하여, 상기 외부 대상물에 대해, 공간 해상도 가변된 거리 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    사용자 입력에 대응하여, 상기 거리 검출부의 상기 스캐너의 프레임 레이트와 스캐닝 각도 중 적어도 하나를 가변하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  13. 제11항에 있어서,
    카메라; 및
    상기 카메라에서 촬영된 이미지를 상기 디스플레이에 표시하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 이미지 내의 특정 영역이 선택되는 경우, 상기 특정 영역에 대응하여, 상기 거리 검출부의 스캐닝 각도가 가변되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    사용자의 터치 입력을 감지하는 터치 센서부;를 더 구비하며,
    상기 제어부는,
    상기 사용자의 터치 입력에 의해, 상기 특정 영역이 선택되는 경우, 상기 특정 영역에 대응하여, 상기 거리 검출부의 스캐닝 각도가 가변되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  15. 제11항에 있어서,
    사용자의 터치 입력을 감지하는 터치 센서부;를 더 구비하며,
    상기 제어부는,
    상기 터치 센서부를 통해 상기 터치 입력을 감지하도록 제어하며,
    사용자의 손가락이 상기 터치 센서부로부터 이격되는 경우, 상기 거리 검출부를 활성화시켜, 상기 사용자 손가락에 대한 거리 검출을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 거리 검출부는,
    상기 광 검출부에서 출력되는 전기 신호를 샘플링하는 샘플러;를 더 구비하고,
    상기 프로세서는,
    상기 프레임 레이트 가변에 대응하여, 상기 샘플러의 샘플링 레이트가 가변하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 거리 검출부는,
    상기 광 검출부에서 출력되는 전기 신호를 증폭하는 증폭기; 및
    상기 증폭된 신호를 필터링하는 필터부;를 더 포함하고,
    상기 샘플러는, 상기 필터링된 신호를 샘플링하며,
    상기 프로세서는,
    상기 외부 대상물에 대한, 공간 해상도 가변된 거리 정보 획득을 위해, 상기 필터부의 대역폭이 가변하도록 더 제어하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 거리 검출부는,
    상기 스캐닝 각도 가변에 대응하여, 상기 광 검출부에서 출력되는 전기 신호를 증폭하는 증폭기;
    상기 증폭된 신호를 필터링하는 필터부; 및
    상기 필터링된 신호를 샘플링하는 샘플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거리검출장치.
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